JP2016137880A

JP2016137880A - 電動車両

Info

Publication number: JP2016137880A
Application number: JP2015015600A
Authority: JP
Inventors: 芳昭川上; Yoshiaki Kawakami; 一慶扇谷; Kazuyoshi Ougiya
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2015-01-29
Filing date: 2015-01-29
Publication date: 2016-08-04
Anticipated expiration: 2035-01-29
Also published as: JP6344250B2

Abstract

【課題】電動車両において、車室等の有効空間を広く使いつつより多くの二次電池を搭載可能とする。
【解決手段】複数の二次電池で構成される電池モジュール２０と、電池モジュール２０を複数個収容するケーシング１１とを含む電池パック１０と、電池モジュール２０に冷却空気を供給する冷却ブロワ４０と、冷却ブロワ４０から電池パック１０の内部に冷却空気を送気する送気ダクト４１と、を備える電動車両１００であって、電池パック１０を車体のフロアパネル１１０の下側に配置し、冷却ブロワ４０をフロアパネル１１０の上側に配置する。
【選択図】図１

Description

本発明は、電動車両の電池搭載構造に関する。

近年、モータで車両を駆動する電気自動車等の電動車両が多く用いられている。これらの電動車両には、車両駆動用のモータに電力を供給する充放電可能な二次電池が搭載されている。これらの電動車両の航続距離は二次電池の容量によって決まってくるので、電動車両の航続距離をより長くしようとする場合には、より大容量の二次電池を車両に搭載することが必要となる。一方、二次電池は内部抵抗があり、充放電を行うことにより温度が上昇してくるので冷却を行うことが必要となる。二次電池の冷却は、冷却空気を二次電池に流す空気冷却が多く用いられている。冷却空気は車室の空調装置等で適当な温度になった車室内の空気を用いることが多く、二次電池は冷却用のブロワと共に電動車両の車室内に搭載される場合が多い（例えば、特許文献１参照）。しかし、航続距離を長くするために多くの二次電池を車室内に搭載すると、車室内の有効空間が少なくなってしまうという問題があった。

また、ラゲッジスペースのフロアパネルに凹部を設け、この凹部の中に二次電池を搭載する方法も提案されている（例えば、特許文献２）。これらの場合、二次電池はフロアパネルの上側、つまり、車室側に搭載される。

特開２０１３−１１６７２４号公報特開２００８−１４０６３０号公報

特許文献１、２に記載された従来技術の電動車両では、フロアパネルの上側の車室内或いはラゲッジスペース内に二次電池を搭載しているため、フロアパネル上側の車室等の有効空間が小さくなるため、より多くの二次電池を搭載することができないという問題があった。

そこで、本発明は、電動車両において、車室等の有効空間を広く使いつつより多くの二次電池を搭載可能とすることを目的とする。

本発明の電動車両は、電池モジュールを収容する電池パックと、前記電池モジュールに冷却空気を供給する冷却ブロワと、前記冷却ブロワから前記電池パック内に冷却空気を送気する送気ダクトと、を備える電動車両であって、前記電池パックが車体のフロアパネルの下側に配置され、前記冷却ブロワが前記フロアパネルの上側に配置されていることを特徴とする。このように、電動車両の床下に電池パックを配置することにより、多くの電池を搭載しつつ、車室等の有効空間を広く使うことができる。

本発明の電動車両において、前記冷却ブロワは、前記フロアパネル上側に配置されたセンターコンソール内に配置されていることとしても好適である。これにより、車室内の車室等の有効空間をより広く使うことができる。

本発明の電動車両において、前記冷却ブロワと前記電池パックとは、車体前後方向で重複する位置に配置されることとしても好適である。このように電池パックを配置することにより、電動車両の全長を短くすることができる。

本発明の電動車両において、前記フロアパネルは、前記送気ダクトを通す貫通部を有し、前記電池パックは、ケーシング内に複数の前記電池モジュールを収容したものであり、前記電池モジュールは、前記ケーシング内に整列して配置され、前記貫通部が前記電池モジュールの間に形成されることとしても好適である。このように、フロアパネルの貫通部を電池モジュールの間に形成することにより、送気ダクト両側の電池モジュールに冷却空気を分配することができる。

本発明の電動車両において、前記電池モジュールを冷却した排気を前記電池パックから前記フロアパネル上側に排出する排気口を備えることとしても好適である。これにより、電池モジュールを冷却した排気を戻して車室内と電池パックとの間で空気を循環させることができる。

本発明の電動車両において、前記電池モジュールは、複数の円筒型の二次電池が固定された散熱板を含むこととしても好適である。

本発明は、電動車両において、車室等の有効空間を広く使いつつより多くの二次電池を搭載可能とすることができるという効果を奏する。

本発明の実施形態における電動車両を示す説明図である。本発明の実施形態における電動車両の電池パックとフロアパネルとの接続部の詳細と冷却空気を各電池モジュールに分配する分配ダクトを示す立面図である。本発明の実施形態における電動車両の電池パック内部の電池モジュールの配置と冷却空気を各電池モジュールに分配する分配ダクトを示す平面図である（図２のＡ−Ａ断面）。本発明の実施形態における電動車両の電池パック内部の電池モジュールの配置と冷却空気を各電池モジュールに分配する分配ダクトを示す立面図である（図２のＢ−Ｂ断面）。本発明の実施形態における電動車両に搭載される電池モジュールの構造を示す分解斜視図である本発明の実施形態における電動車両に搭載される電池モジュールの構造を示す組立斜視図である。本発明の実施形態における電動車両に搭載される電池モジュール組の断面図である。

以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について説明する。図１に示すように、本実施形態の電動車両１００は、前部の駆動機構格納スペース１０１と、中央の車室１０２と、後部のラゲッジスペース１０３とを備えている。前部の駆動機構格納スペース１０１の中には電動車両１００を駆動するモータジェネレータ１０４と、電池モジュール２０から供給される直流電圧を昇圧し、モータジェネレータ１０４を駆動する交流電力に変換するＰＣＵ１０５が格納されている。中央の車室１０２は、フロアパネル１１０の上側の領域で、前部の駆動機構格納スペース１０１と仕切り板１１５で仕切られ、後部のラゲッジスペース１０３とは仕切り板１１６で仕切られている領域である。フロアパネル１１０の上には前席シート１０６、後席シート１０７が取り付けられている。フロアパネル１１０の前席シート１０６、後席シート１０７が搭載される部分は上に凸となっており、各シート１０６，１０７の足元のエリアは搭乗者の足が伸ばせるように下に凸となっている。このように、前輪１１７と後輪１１８との間のフロアパネル１１０は、各シート１０６，１０７の位置では上に凸で、各シート１０６，１０７の足元の位置では下に凸（凹部）の凹凸形状となっている。また、図４に示すように、前席シート１０６、後席シート１０７が搭載される部分は、車両両側に配置されたロッカ１３１，１３２に接続される部分よりも上に凸となっている。つまり、フロアパネル１１０の各シート１０６，１０７の搭載される部分は、車両の幅方向にも上に凸となっている。このように凹凸形状となった前輪１１７と後輪１１８との間のフロアパネル１１０の下側（車室１０２の外側）に電池パック１０がＬ字形の接続部材１２で固定されている。

電池パック１０は、モータジェネレータ１０４に駆動電力を供給する複数の電池モジュール２０とこれを収容するケーシング１１で構成されている。電池モジュール２０は複数のセルを含むものである。ケーシング１１の上面は、フロアパネル１１０の凹凸形状に合わせた凹凸形状で、前席シート１０６の下側と後席シート１０７の下側に位置するケーシング１１の上面は上に凸となっており、後席シート１０７の足元に位置するケーシング１１の上面は下に凸（凹部）となっている。フロアパネル１１０の下面とケーシング１１の上面との間隔は略均一である。ケーシング１１の底板は平面となっているので、図１、図４に示すように、ケーシング１１の前側部分（前席シート１０６の下側）と後側部分（後席シート１０７の下側）は高さが高く、図１に示すように、前後方向の中央部分（後席シート１０７の足元の下側）では高さが低くなっている。

図５から図７に示すように、電池モジュール２０は、幅及び高さが略同一の正方形断面の略直方体である。図１に示すように、ケーシング１１の中には、電動車両１００の前後方向に電池モジュール２０が長手方向に３列に並べて搭載され、図３、図４に示すように、電動車両１００の幅方向（左右方向）には、電池モジュール２０が幅方向に６列に並べて搭載されている。ケーシング１１の前側部分（前席シート１０６の下側）と後側部分（後席シート１０７の下側）とは高さが高いので、図１、図４に示すように、電池モジュール２０は上下二段に幅方向に６列に搭載され、図１、図２に示すように、高さの低いケーシング１１の前後方向の中央部分（後席シート１０７の足元の下側）では電池モジュール２０は一段搭載となっている。したがって、本実施形態の電動車両１００の電池パック１０の下段には、長手方向３列×幅６列＝１８個、上段には、長手方向２列×幅６列＝１２個、合計３０個の電池モジュール２０が搭載されている。

図１から図４に示すように、ケーシング１１に整列して搭載された各電池モジュール２０の間には、電池パック１０の内部に導入された冷却空気を各電池モジュール２０に分配する分配ダクト５０が配置されている。分配ダクト５０は、冷却ブロワ４０からの冷却空気が流入するヘッダダクト５１と、ヘッダダクト５１から分岐して各電池モジュール２０の冷却空気入口ダクト３３まで冷却空気を導く分岐ダクト５３と、ヘッダダクト５１と分岐ダクト５３とを接続する接続ダクト５４とから構成される。

図２、図４に示すように、ケーシング１１の前側部分に搭載された電池モジュール２０と中央部分に搭載された電池モジュール２０との間には、冷却ブロワ４０からの冷却空気が流入するヘッダダクト５１が縦方向に延びている。前側上段、及び前側下段の各電池モジュール２０の後方側にはそれぞれ各電池モジュール２０の各冷却空気入口ダクト３３が取り付けられており、ヘッダダクト５１と各冷却空気入口ダクト３３との間はそれぞれ分岐ダクト５３で接続されている。また、図１、図３に示すように、中央下段の電池モジュール２０前方にも冷却空気入口ダクト３３が取り付けられており、この冷却空気入口ダクト３３とヘッダダクト５１との間も分岐ダクト５３で接続されている。また、図１に示すように、中央下段の電池モジュール２０の上側には、ケーシング１１の後側部分に搭載された電池モジュール２０に冷却空気を供給する接続ダクト５４が配置されている。接続ダクト５４の一端はヘッダダクト５１にフランジ５５で接続されている。接続ダクト５４の他端は分岐ダクト５３に接続され、分岐ダクト５３の先端は、ケーシング１１の後側上段及び後側下段に搭載された各電池モジュール２０の冷却空気入口ダクト３３にそれぞれ接続されている。

図３は、ケーシング１１の前側部分と中央部分の下段に搭載された電池モジュール２０と、ケーシング１１の前側部分と中央部分の下段に搭載された電池モジュール２０の間に配置されたヘッダダクト５１と、ヘッダダクト５１と電池モジュール２０の冷却空気入口ダクト３３とを接続する分岐ダクト５３とを示す。図３に示すように、電池モジュール２０は幅方向に２つずつ組になっており、組になった２つの電池モジュール２０の中間に冷却空気流路２６が形成されている。従って、電池モジュール２０の冷却空気流路２６は、幅方向（左右方向）に３か所ずつ配置されており、分岐ダクト５３は、縦に延びるヘッダダクト５１から水平方向にフォーク状に分岐している。各分岐ダクト５３とヘッダダクト５１とは一体に構成され、各分岐ダクト５３の端部は、フランジ３４によって各冷却空気入口ダクト３３と接続されている。

図１、図４に示すように、左右の前席シート１０６の間でフロアパネル１１０が凸となっている位置にはセンターコンソール１０８が設けられている。センターコンソール１０８の中には、電池モジュール２０に冷却空気を供給する冷却ブロワ４０が取り付けられている。つまり、冷却ブロワ４０は電池パック１０の上方の空間に冷却ブロワ４０と電池パック１０とが車両前後方向で重複するような位置に配置されている。このように冷却ブロワ４０と電池パック１０とを配置することにより、電動車両１００の全長を短くすることができる。

冷却ブロワ４０の空気吐出口には電池パック１０の内部に冷却空気を送気する送気ダクト４１が接続されている。送気ダクト４１は、フロアパネル１１０に設けられた貫通部１２０を通って車室１０２からフロアパネル１１０の下側に取り付けられている電池パック１０の中に延びて、フランジ５２によって電池パック１０の内部に配置されたヘッダダクト５１に接続されている。

図２、図４に示す様に、フロアパネル１１０は、車室１０２の床を構成する上板１１１と、車体の下面を構成する下板１１２と中間のリブ１１３で構成されており、床或いは車体底部としての剛性をもっている。図２、図４に示すように、フロアパネル１１０の貫通部１２０は上板１１１と下板１１２の穴とその穴の周囲に配置された端部リブ１１４とで構成されている。電池パック１０のケーシング１１の前部天井には貫通部１２０に嵌め込まれるフランジ１３が突出している。フランジ１３は貫通部１２０に嵌め込まれた後、上端部が溶接等によって貫通部１２０の内面にシール固定され、外気が車室１０２の内部或いは電池パック１０の内部に進入しないよう構成されている。図２、図４に示すように、送気ダクト４１の外形寸法は貫通部１２０、フランジ１３の内径寸法よりも小さく、送気ダクト４１の外面と貫通部１２０、フランジ１３の内面との間には排気流路（排気口）が構成されている。

次に、図５から図７を参照して本実施形態の電池パック１０に収容される電池モジュール２０の構造について説明する。図５に示す様に、電池モジュール２０は、複数の円筒電池２１と、円筒電池２１を保持する散熱板２２と、樹脂製のカバー２３とを含んでいる。円筒電池２１は、充放電可能な二次電池であり、例えば、円筒型のケースに収められたニッケル水素電池、リチウムイオン電池等である。

散熱板２２は、円筒電池２１が差し込まれる多数の貫通孔２２ａが設けられた、例えば、アルミニウム等の金属板である。散熱板２２への円筒電池２１の組み付けは、円筒電池２１を貫通孔２２ａに差し込み、貫通孔２２ａの内面（円筒面）と円筒電池２１の外面（円筒面）との隙間に接着材を充填して貫通孔２２ａに円筒電池２１を固定することによって行う。このように、円筒電池２１を散熱板２２の貫通孔２２ａに組み付けることによって温度の高い円筒電池２１の外面（円筒面）からの熱を熱伝導で散熱板２２に移動させて温度の高い円筒電池２１の温度を低下させると共に、熱伝導により散熱板２２の熱を温度の低い円筒電池２１に移動させて温度の低い円筒電池２１の温度を上昇させる。つまり、各円筒電池２１は各円筒面と散熱板２２との間で熱移動可能なように各貫通孔２２ａによって保持され、散熱板２２によって各円筒電池２１の温度のバラツキが抑制される。このため、散熱板２２は各円筒電池２１の間の熱移動を効率よく行えるように熱伝導率の高いアルミニウム等の金属材料で構成されている。また、散熱板２２の厚さは、貫通孔２２ａの円筒面によって円筒電池２１を保持することができ、熱伝導により効果的に熱移動が行える程度の厚さ、例えば、１０〜２０ｍｍ程度、あるいは、円筒電池２１の長さの１／４程度の厚さである。

樹脂製のカバー２３は、上面に各円筒電池２１の各電極が突出する穴が設けられた天井板２３ａと散熱板２２に組み付けられた複数の円筒電池２１の外周を覆う四角筒２３ｂとから構成されている。四角筒２３ｂの長手方向面には複数のスリット２７が開いている。また、四角筒２３ｂの一方の長手方向面のスリット２７の上側と下側にはそれぞれＬ字型のフランジ２４，２５が形成されている（図５では左側側面にフランジ２４，２５が形成され、図示されていない右側側面にはフランジ２４，２５は形成されていない）。上側のフランジ２４は、フランジ面が上方向に向かって延び、下側のフランジ２５はフランジ面が下方向に向かって延びている。図６に示すように、カバー２３を散熱板２２の上に取り付けると、カバー２３の天井板２３ａの穴からは各円筒電池２１の電極が突出する。

図７に示すように、カバー２３の穴の上側には各円筒電池２１の上側の電極を接続する金属板２９が取り付けられ、その上に樹脂製の蓋３１が取り付けられる。また、散熱板２２の下側にも円筒電池２１の下側の電極を接続する金属板３０が取り付けられ、その下側に金属製の底板３２が取り付けられている。

図７に示すように、右側の電池モジュール２０は、図５、図６を参照して説明したようにカバー２３の左側側面にフランジ２４，２５が形成されている。一方、左側の電池モジュール２０は、カバー右側側面にフランジ２４，２５が形成されている。左右２つの電池モジュール２０は、各フランジ２４，２５の面を合わせるように組みつけられる。各フランジ２４，２５の各合わせ面には、ゴムやスポンジ等の弾性シール部材が挟み込まれている。このように、２つの電池モジュール２０を各フランジ２４、２５の面を合わせるように組みつけると、各フランジ２４、２５と各カバー２３の左側面と右側面とは四角い冷却空気流路２６を形成する。この冷却空気流路２６には図１ないし図３に示す冷却空気入口ダクト３３が取り付けられる。冷却空気流路２６に流入した空気は図５、図６に示すスリット２７からカバー２３の内部に流入して円筒電池２１を冷却した後、カバー２３の反対側の側面に設けられたスリット２７から外部に排出される。

図２から図４に示すように、フロアパネル１１０の上側の車室１０２の中に配置された冷却ブロワ４０は、車室１０２の中の空気を吸いこんで空気吐出口に接続された送気ダクト４１に吐出する。なお、図２から図４において矢印は冷却空気、排気の流れを示す。冷却空気は送気ダクト４１からフロアパネル１１０の下側に配置された電池パック１０の中に縦方向に配置されたヘッダダクト５１に流入する。ヘッダダクト５１に流入した冷却空気の一部は分岐ダクト５３を通って各電池モジュール２０の冷却空気入口ダクト３３から図７に示す冷却空気流路２６に流入する。また、一部の冷却空気は、接続ダクト５４を通ってケーシング１１の後側部分に配置された電池モジュール２０の冷却空気入口ダクト３３に接続されている後側の分岐ダクト５３に流入し、この分岐ダクト５３からケーシング１１の後側部分に配置された電池モジュール２０の冷却空気流路２６に流入する。各冷却空気流路２６に流入した冷却空気は、図５、図６に示すスリット２７から電池モジュール２０の内部に進入して図５、図６に示す円筒電池２１を冷却して反対側のスリット２７からケーシング１１の中に排気される。図２に示すように、排気は、フロアパネル１１０の貫通部１２０内面と送気ダクト４１外面との隙間を通ってフロアパネル１１０の上側の車室１０２に戻る。車室１０２に戻った排気は、例えば、空調装置等で冷却された後、再度冷却空気として冷却ブロワ４０に吸い込まれる。このように、フロアパネル１１０の貫通部１２０の内面と送気ダクト４１外面との隙間は排気を電池パック１０から車室１０２に排出する排気口となっている。そして、電池モジュール２０を冷却する空気は車室１０２の中と電池パック１０との間で循環する。

以上説明したように、本実施形態の電動車両１００は、フロアパネル１１０の形状に合わせた電池パック１０をフロアパネル１１０の下側に配置し、冷却ブロワ４０をフロアパネル１１０の上側のセンターコンソール１０８に配置することによって、限られたフロアパネル１１０の下側のスペースに最大限の数の電池モジュール２０を搭載することができる。これにより車室等の有効空間を広く使うことができる。また、フロアパネル１１０の貫通部１２０の位置を電池パック１０の中に整列して配置された電池モジュール２０の間とし、貫通部１２０に冷却ブロワ４０の冷却空気を電池パック１０に送気する送気ダクト４１を配置することにより、電池パック１０の中に取り付けられている分配ダクト５０と送気ダクト４１とをスムースに接続することができ簡便な構成とすることができる。また、この構成により、ケーシング１１の前側部分、中央部分、後側部分にそれぞれ配置された各電池モジュール２０に供給される冷却空気量を均等化することができる。更に、送気ダクト４１の外面と貫通部１２０の内面との間に隙間を持たして、この隙間を電池パック１０から車室１０２に排気を送る排気口としていることから、フロアパネル１１０に貫通部１２０を一つ設ければよく、車体の構造が簡便となる。また、本実施形態の電動車両１００では、多くの電池モジュール２０を一か所の電池パック１０の中に整列配置したので、システムメインリレーやジョイントボックス等電池パック１０に付属する電気部品を一つに纏める事ができ、複数個所に電池パック１０を分散配置する場合に比べて電池搭載のためのスペースを少なくすることができ、車室等の有効空間を広く使うことができる。

以上説明した実施形態では、冷却ブロワ４０をセンターコンソール１０８の中に配置することとして説明したが、冷却ブロワ４０は、フロアパネル１１０の上方で電池パック１０の車両前後方向の上側、つまり、車両前後方向で重複する位置に配置されていればよい。例えば、ヘッダダクト５１をケーシング１１の後側部分に搭載された電池モジュール２０と中央部分に搭載された電池モジュール２０の間に配置し、冷却ブロワ４０を左右の後席シート１０７の間に配置し、フロアパネル１１０の貫通部１２０を後席シート１０７の下に配置してもよい。また、先に説明した実施形態では、貫通部１２０と送気ダクト４１の隙間を排気口とすることとして説明したが、例えば、後席シート１０７の足元近傍のフロアパネル１１０にもう一つ貫通部１２０を設けて、ここから排気を車室１０２の中に排気するようにしてもよい。

１０電池パック、１１ケーシング、１２接続部材、１３フランジ、２０電池モジュール、２１円筒電池、２２散熱板、２２ａ貫通孔、２３カバー、２３ａ天井板、２３ｂ四角筒、２４，３４，２５，５２，５５フランジ、２６冷却空気流路、２７スリット、２９，３０金属板、３１蓋、３２底板、３３冷却空気入口ダクト、４０冷却ブロワ、４１送気ダクト、５０分配ダクト、５１ヘッダダクト、５３分岐ダクト、５４接続ダクト、１００電動車両、１０１駆動機構格納スペース、１０２車室、１０３ラゲッジスペース、１０４モータジェネレータ、１０５ＰＣＵ、１０６前席シート、１０７後席シート、１０８センターコンソール、１１０フロアパネル、１１１上板、１１２下板、１１３リブ、１１４端部リブ、１１５，１１６仕切り板、１１７前輪、１１８後輪、１２０貫通部、１３１，１３２ロッカ。

Claims

電池モジュールを収容する電池パックと、
前記電池モジュールに冷却空気を供給する冷却ブロワと、
前記冷却ブロワから前記電池パック内に冷却空気を送気する送気ダクトと、を備える電動車両であって、
前記電池パックが車体のフロアパネルの下側に配置され、前記冷却ブロワが前記フロアパネルの上側に配置されている電動車両。
請求項１に記載の電動車両であって、
前記冷却ブロワは、前記フロアパネル上側に配置されたセンターコンソール内に配置されている電動車両。
請求項１または２に記載の電動車両であって、
前記冷却ブロワと前記電池パックとは、車体前後方向で重複する位置に配置される電動車両。
請求項１から３のいずれか１項に記載の電動車両であって、
前記フロアパネルは、前記送気ダクトを通す貫通部を有し、
前記電池パックは、ケーシング内に複数の前記電池モジュールを収容したものであり、
前記電池モジュールは、前記ケーシング内に整列して配置され、
前記貫通部が前記電池モジュールの間に形成される電動車両。
請求項１から４のいずれか１項に記載の電動車両であって、
前記電池モジュールを冷却した排気を前記電池パックから前記フロアパネル上側に排出する排気口を備える電動車両。
請求項１から５のいずれか１項に記載の電動車両であって、
前記電池モジュールは、複数の円筒型の二次電池が固定された散熱板を含む電動車両。