JP2018075948A - バッテリー用冷却装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】冷却ファンの大きさが所定サイズに決まっていても風量をかせぐことができ、しかも小型軽量化を図り、装置コストも低減することができるバッテリー用冷却装置を提供する。【解決手段】モータ７の回転子軸がモータケース８の軸方向外側に延設され、回転子軸７ａに複数のインペラが各々組み付けられて複数の車両用バッテリーユニット１，２と同数の冷却ブロワ９Ａ，９Ｂがモータ７と一体に組み付けられており、各冷却ブロワの吐出口９Ｃが車両用バッテリーユニット１，２を収納する個々の収納ボックス３，４の開口に臨ませて配置されている。【選択図】図１

Description

本発明は、複数の車両用バッテリーユニットが電気的に接続され、ユニット毎に収納ボックスに仕切られて収納されたバッテリー用冷却装置に関する。
近年普及しているハイブリッド車や電気自動車などは、ガソリンエンジン点火用の鉛バッテリーの他にニッケルカドミウム電池やリチウムイオン電池などのようなバッテリーユニットが別に搭載されている。このバッテリーユニットは、車両の後部座席の後方や、車両底部に配置されることが多い。
車両には、ＥＣＵにより制御される複数の電動ユニット（パワーステアリング、アンチロックブレーキシステム、電動ワイパー、電動ミラー等）やオーディオユニット等の電気部品に加えて車載用モータなどが用いられていることから電源の大容量化が進行しており、複数のバッテリーを直列接続したバッテリーユニットが搭載されている。電源の大容量化が進行すると、単独のバッテリーユニットでは容量が足りなくなるため、複数のバッテリーユニットを並列に接続して、前後方向に並べて配置して、容量を確保している。
車両に複数のバッテリーユニットを設ける場合、バッテリーユニットごとに発熱による温度が異なると、充電電圧がユニットごとに異なるため充電を十分行うことができず、バッテリーから十分な出力が得られないおそれがある。このため、バッテリーユニット間に温度差が生じないように温度検出を行なって、各バッテリーユニットに駆動源を備えた冷却ファンを設けて、高温側のバッテリーユニットを冷却したり、全体の送風量を増やしたりして冷却することにより、バッテリーユニット間で温度差が発生しないようにしている（特許文献１参照）。
特開２００８−２６０４５８号公報
上記バッテリーユニットごとに冷却ファンを設けて冷却する場合、冷却ファンには各々駆動源としてモータが設けられており、装置が大型化し、重量も重くなり、製造コストも高くなる。車載用のバッテリーユニットは小型軽量化する傾向にあり、冷却装置もより小さなサイズで冷却に必要な風量を確保する必要がある。
ここでバッテリーユニットの設置スペースを省スペース化するためには、冷却ファンのファン径を大きくし軸方向の高さを低くして偏平型のモータを用いるか、或いはファン径を小さくして軸方向高さを高くする円筒型のモータを用いるかいずれかの方法が考えられる。
しかしながら小型軽量化を実現しつつ要求される風量を満たすためには、冷却ファンの軸方向高さを高くしてもファン径が決まれば風量アップにつながらない。また、一つのモータで冷却ファンを回転駆動して送風路を分岐させて複数のバッテリーユニットを冷却する場合には、通風抵抗により風量が減るため、冷却に必要な風量の確保が困難になる。
本発明はこれらの課題を解決すべくなされたものであり、その目的とするところは、冷却ファンの大きさが所定サイズに決まっていても風量をかせぐことができ、しかも小型軽量化を図り、装置コストも低減することができるバッテリー用冷却装置を提供することにある。
本発明は上記目的を達成するため、次の構成を備える。
複数の車両用バッテリーユニットが電気的に接続され、ユニット毎に収納ボックスに仕切られて収納されたバッテリー用冷却装置であって、固定子及び回転子を備えたモータと、前記モータの回転子軸がモータケースの軸方向外側に延設され、前記回転子軸に複数のインペラが各々組み付けられて前記車両用バッテリーユニットと同数の冷却ブロワが前記モータと一体に組み付けられており、各冷却ブロワの吐出口が前記車両用バッテリーユニットを収納する個々の収納ボックスの開口に臨ませて配置されていることを特徴とする。
上記構成によれば、一つのモータの回転子軸に複数のインペラが組み付けられて複数の車両用バッテリーユニットと同数の冷却ブロワがモータと一体に組み付けられ、各冷却ブロワの吐出口が車両用バッテリーユニットを収納する個々の収納ボックスの開口に臨ませて配置されているので、同一のモータで運転する複数の冷却ブロワから同数設けられた車両用バッテリーに対して個々に送風して冷却することができる。
よって、冷却ファンの大きさが所定サイズに決まっていても風量を倍以上にかせぐことができ、しかも冷却ファンを回転駆動する駆動源であるモータが一つで足りるため小型軽量化を図り、装置コストも低減することができる。
第一冷却ブロワ及び第二冷却ブロワを前記モータと一体に備えており、前記第一冷却ブロワの吐出口が第一車両用バッテリーユニットを収納する収納ボックスの開口に臨ませて配置され、前記第二冷却ブロワの吐出口が第二車両用バッテリーユニットを収納する収納ボックスの開口に臨ませて配置されていてもよい。
この場合には、モータを起動すると、第一冷却ブロワにより第一車両用バッテリーユニットに送風して冷却し、第二冷却ブロワにより第二車両用バッテリーユニットに送風して冷却することができる。
この場合、前記モータの前記回転子軸に回転子を挟んで組み付けられた第一インペラと第二インペラは互いに逆向きの羽根形状となるように配置されていてもよい。
これにより、モータの回転により軸方向両側から流体を吸い込んで第一車両用バッテリーユニット及び第二車両用バッテリーユニットに向かって各々送風して冷却することができる。
また、回転子軸の中央にモータを配置することで、冷却装置を低振動化し長寿命化を図ることができる。
前記モータはインナーロータ型モータであり、第一インペラを収容する第一ブロワケースと第二インペラを収容する第二ブロワケースが前記モータケースの軸方向両側に一体に組み付けられていることが好ましい。
これにより、モータを軸方向に偏平にすることで、モータケースの軸方向両側に組み付けられる第一冷却ブロワ及び第二冷却ブロワのインペラを可能な限り大きな径で軸方向に高さを設けて配置することができる。よって、第一車両用バッテリーユニット及び第二車両用バッテリーユニットの冷却に必要な風量を供給することができる。
前記インペラはシロッコファンであり、前記モータの回転により各ブロワケース内に軸方向から流体を吸い込んで各ブロワケースの周方向に設けられた吐出口から各車両用バッテリーユニットに向かって各々送風することが好ましい。これにより、プロペラファンに比べて音が静かで、静圧（吸い込む力）が強く、風量をあげてもモータ効率が良い冷却装置を提供することができる。
上述したバッテリー用冷却装置を用いれば、冷却ファンの大きさが所定サイズに決まっていても同一駆動源で複数の冷却ブロワを回転駆動することにより風量を倍以上に増やすことができ、しかも駆動源として一つのモータで複数の冷却ブロワを回転駆動するので小型軽量化を図り、装置コストも低減することができる。
車両用バッテリーに装着されたバッテリー用冷却装置の斜視図である。 バッテリー用冷却装置の側面図及び矢印Ｄ−Ｄ断面図である。
以下、本発明に係るバッテリー用冷却装置の一実施形態について、添付図面を参照しながら説明する。車両用のバッテリー冷却装置は、モータによる駆動力を利用して走行可能な車両用として例えばハイブリッド車両、電気自動車、燃料電池車両等に搭載されることを想定している。
本発明はモータの回転子軸がモータケースの軸方向外側に延設され、回転子軸に複数のインペラが各々組み付けられて複数の車両用バッテリーユニットと同数の冷却ブロワがモータと一体に組み付けられている。以下では、車両用バッテリーユニットが２個、これと同数に冷却ブロワが設けられる構成を例示して説明する。尚、車両用バッテリーユニット及び冷却ブロワの数は２個より多くてもよい。
バッテリーユニットは複数のモジュール（単位バッテリ）が直列に接続されたものである。このバッテリーユニットは、構成するモジュール数が多い関係で一群にするとまとまった大きなスペースが必要となるため、例えば第一車両用バッテリーユニット１と第二車両用バッテリーユニット２の２つに分割し、これらを電気的に並列に接続して構成されている。
図１において、第一車両用バッテリーユニット１は、直方体状の第一バッテリー収納ボックス３に収納され、第二車両用バッテリーユニット２は直方体状の第二バッテリー収納ボックス４に収納されている。これらは、車両の後部座席の後方若しくは車両底部に長手方向が車幅方向となるように配置されている。第一バッテリー収納ボックス３と第二バッテリー収納ボックス４は隣接配置され、各々独立した冷却通路となるように仕切り壁５により仕切られている。
また、第一バッテリー収納ボックス３と第二バッテリー収納ボックス４の長手方向一端側（図１手前側）には、バッテリー用冷却装置６が設けられている。
バッテリー用冷却装置６は、モータ７と、モータ７の回転子軸がモータケース８の両側に延設され、回転子軸の軸端にインペラが各々組み付けられた第一冷却ブロワ９Ａ及び第二冷却ブロワ９Ｂを一体に備えている。
モータ７の軸方向一方側に設けられた第一冷却ブロワ９Ａは吐出口９Ｃが第一車両用バッテリーユニット１を収納する第一バッテリー収納ボックス３の開口に臨ませて配置されている。また、モータ７の軸方向他方側に設けられた第二冷却ブロワ９Ｂは、吐出口９Ｃが第二車両用バッテリーユニット２を収納する第二バッテリー収納ボックス４の開口に臨ませて配置されている。即ち、第一冷却ブロワ９Ａ及び第二冷却ブロワ９Ｂの各吐出口９Ｃは、第一バッテリー収納ボックス３と第二バッテリー収納ボックス４の長手方向一端側開口に各々接続されている。尚、第一バッテリー収納ボックス３と第二バッテリー収納ボックス４の長手方向一端側開口に接続される吐出口９Ｃの配置は、各バッテリーユニットの上側若しくは下側のいずれに向けて送風してもよいが、下側に配置して送風するほうが効率良くバッテリーを冷却することができる。
図２に示すように、モータ７はインナーロータ型モータであり、モータケース８を貫通して延設された回転子軸７ａの両軸端に第一インペラ９ａ及び第二インペラ９ｂが各々組み付けられている。第一インペラ９ａと第二インペラ９ｂは互いに逆向きの羽根形状となるように配置されている。これにより、モータ７の回転により軸方向両側から流体を吸い込んで周方向に設けられた吐出口９Ｃから第一車両用バッテリーユニット１及び第二車両用バッテリーユニット２に向かって各々送風して冷却することができる。
モータ７は、ブラシ付きモータ、ブラシレスモータ、コアレスモータなど様々なモータが用いられる。これにより、モータを軸方向に偏平にすることで、モータケース８の軸方向両側に一体に組み付けられる第一冷却ブロワ９Ａ及び第二冷却ブロワ９Ｂに設けられるインペラを可能な限り大きな径で軸方向に高さを設けて配置することができる。よって、第一車両用バッテリーユニット１及び第二車両用バッテリーユニット２の冷却に必要な風量を供給することができる。また、回転子軸７ａの中央にモータ７を配置することで、冷却装置を低振動化し長寿命化を図ることができる。
図２において、モータケース８内には固定子７ｂ及び回転子７ｃが収容されている。回転子７ｃは、回転子軸７ａと同心状に組み付けられている。また、図１に示すように、モータを駆動制御するモータ基板（図示せず）に接続されモータ７に給電する給電用のケーブル８ａがモータケース８外に引き出され、ケーブル端部には端子接続用のコネクタ８ｂが設けられている。第一インペラ９ａを収容する第一ブロワケース９Ｄ及び第二インペラ９ｂを収容する第二ブロワケース９Ｅがモータケース８の軸方向両側に一体に組み付けられている。
図２に示すように、第一インペラ９ａ及び第二インペラ９ｂはシロッコファンが好適に用いられる。これにより、プロペラファンに比べて音が静かで、静圧（吸い込む力）が強く、風量をあげてもモータ効率が良い冷却装置を提供することができる。
図１に示すようにモータ７の回転により第一，第二ブロワケース９Ｄ，９Ｅ内に軸方向から流体を吸い込んで各ブロワケース９Ｄ，９Ｅの周方向から吐出口９Ｃを介して第一バッテリー収納ボックス３と第二バッテリー収納ボックス４内に送風し、第一車両用バッテリーユニット１及び第二車両用バッテリーユニット２を各々冷却するようになっている。第一バッテリーボックス３と第二バッテリーボックス４内には温度状態検出手段として図示しない温度センサ等が設けられており、所定温度に発熱したことを検出すると、ＥＣＵ等の制御部は、モータ７に起動指令を出力して第一冷却ブロワ９Ａ及び第二冷却ブロワ９Ｂを回転駆動させて所定温度以下になるように冷却するようになっている。
以上説明したように、バッテリー用冷却装置６を用いれば、冷却ファンの外径が決まってしまってもファンが２つ設けられているので風量を２倍に増やすことができ、しかも駆動源として一つのモータで２つの冷却ブロワを回転駆動するので小型軽量化を図り、装置コストも低減することができる。
尚、第一インペラ９ａ及び第二インペラ９ｂは、回転子軸７ａの軸端にモータ７を介して各々設けたが、これらは必ずしも軸端である必要はなく、モータ７の回転子軸７ａの一方側に配置してもよい。同様にモータ７の軸方向両側に設けられる第一冷却ブロワ９Ａ及び第二冷却ブロワ９Ｂの配置は、必ずしもモータ７を中心として軸方向に対象位置でなくてもよく、第一バッテリーボックス３の開口位置や第二バッテリーボックス４の開口位置に合せて配置してもよい。
モータ７は、インナーロータ型モータであってもアウターロータ型モータのいずれでもよいが、インナーロータ型モータが好適である。
１ 第一車両用バッテリーユニット ２ 第二車両用バッテリーユニット ３ 第一バッテリーボックス ４ 第二バッテリーボックス ５ 仕切り壁 ６ バッテリー用冷却装置 ７ モータ ７ａ 回転子軸 ７ｂ 固定子 ７ｃ 回転子 ８ モータケース ８ａ ケーブル ８ｂ コネクタ ９Ａ 第一冷却ブロワ ９Ｂ 第二冷却ブロワ ９Ｃ 吐出口 ９Ｄ 第一ブロワケース ９Ｅ 第二ブロワケース ９ａ 第一インペラ ９ｂ 第二インペラ

Claims (5)

  1. 複数の車両用バッテリーユニットが電気的に接続され、ユニット毎に収納ボックスに仕切られて収納されたバッテリー用冷却装置であって、
    固定子及び回転子を備えたモータと、
    前記モータの回転子軸がモータケースの軸方向外側に延設され、前記回転子軸に複数のインペラが各々組み付けられて前記車両用バッテリーユニットと同数の冷却ブロワが前記モータと一体に組み付けられており、各冷却ブロワの吐出口が前記車両用バッテリーユニットを収納する個々の収納ボックスの開口に臨ませて配置されていることを特徴とするバッテリー用冷却装置。
  2. 第一冷却ブロワ及び第二冷却ブロワを前記モータと一体に備えており、前記第一冷却ブロワの吐出口が第一車両用バッテリーユニットを収納する収納ボックスの開口に臨ませて配置され、前記第二冷却ブロワの吐出口が第二車両用バッテリーユニットを収納する収納ボックスの開口に臨ませて配置されている請求項１記載のバッテリー用冷却装置。
  3. 前記モータの前記回転子軸に回転子を挟んで組み付けられた第一インペラと第二インペラは互いに逆向きの羽根形状となるように配置されている請求項２記載のバッテリー用冷却装置。
  4. 前記モータはインナーロータ型モータであり、第一インペラを収容する第一ブロワケースと第二インペラを収容する第二ブロワケースが前記モータケースの軸方向両側に一体に組み付けられている請求項１乃至請求項３のいずれか１項記載のバッテリー用冷却装置。
  5. 前記インペラはシロッコファンであり、前記モータの回転により各ブロワケース内に軸方向から流体を吸い込んで各ブロワケースの周方向に設けられた吐出口から各車両用バッテリーユニットに向かって各々送風する請求項１乃至請求項４のいずれか１項記載のバッテリー用冷却装置。
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