JP3509517B2 - 電気自動車におけるバッテリおよび電気部品の冷却構造 - Google Patents

電気自動車におけるバッテリおよび電気部品の冷却構造

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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、バッテリボックス
の内部に収納したバッテリおよび電気部品を冷却ファン
からの冷却風で冷却する電気自動車におけるバッテリお
よび電気部品の冷却構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、バッテリをフロアパネルの下方に
配置した電気自動車では、モータコントローラやＰＤＵ
等の電気部品はモータルームや車室内に配置されてお
り、バッテリを冷却するための冷却ファンと電気部品を
冷却するための冷却ファンとが別個に設けられていた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】上述のようにバッテリ
および電気部品を異なる場所に配置すると複数の冷却フ
ァンが必要になるため、バッテリボックスの内部にバッ
テリおよび電気部品を搭載して共通の冷却ファンで一括
して冷却することにより、冷却ファンの個数を削減する
ことができる。
【０００４】ところで、熱抵抗の大きい合成樹脂製の電
槽を備えたバッテリは冷却風の流速を高めても冷却効果
はさほど向上せず、むしろ低流速の冷却風を全てのバッ
テリに均一に作用させることが望ましい。一方、電気部
品はバッテリに比べて熱抵抗が遙に小さい金属製のケー
シングや冷却フィンを備えているため、冷却風の風量は
さほど必要としないが、流速の高い冷却風による冷却が
効果的である。
【０００５】本発明は前述の事情に鑑みてなされたもの
で、バッテリボックスの内部に収納したバッテリおよび
電気部品の両方を、共通の冷却ファンからの冷却風で効
果的に冷却できるようにすることを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、請求項１に記載された発明は、モータに給電するバ
ッテリと、モータあるいはバッテリに接続された電気部
品とを共通のバッテリボックスに収納し、そのバッテリ
ボックスの内部には、バッテリを冷却する冷却風が通過
する第１冷却風通路と、電気部品を冷却する冷却風が通
過する第２冷却風通路とを直列に形成し、それら第１冷
却風通路及び第２冷却風通路に対し共通の冷却ファンか
らの冷却風を供給してバッテリおよび電気部品を冷却す
るようにした、電気自動車におけるバッテリおよび電気
部品の冷却構造であって、第１冷却風通路を通過する冷
却風の流速よりも第２冷却風通路を通過する冷却風の流
速が大きくなるように、第１冷却風通路の通路断面積に
対して第２冷却風通路の通路断面積を小さく設定したこ
とを特徴とする。
【０００７】上記構成によれば、冷却ファンから通路断
面積が大きい第１冷却風通路に供給された冷却風は、そ
の第１冷却風通路を低い流速で流れる間に熱抵抗の大き
いバッテリを効果的に冷却することができ、また冷却フ
ァンから通路断面積が小さい第２冷却風通路に供給され
た冷却風は、その第２冷却風通路を高い流速で流れる間
に熱抵抗の小さい電気部品を効果的に冷却することがで
きる。このようにして、共通の冷却ファンを用いながら
熱抵抗の異なるバッテリおよび電気部品の冷却を両立さ
せることができる。
【０００８】また請求項２に記載された発明は、請求項
１の構成に加えて、第１冷却風通路および第２冷却風通
路をそれぞれ冷却風の流れ方向上流側および下流側に配
置したことを特徴とする。
【０００９】上記構成によれば、電気部品に比べて温度
の許容範囲が狭いバッテリを冷却風の流れ方向上流側に
配置することにより、温度上昇していない新鮮な外気で
バッテリを確実に冷却することができる。電気部品には
バッテリを冷却して温度上昇した冷却風が作用するが、
電気部品はバッテリに比べて温度の許容範囲が広いため
に支障はない。
【００１０】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を、添
付図面に示した本発明の実施例に基づいて説明する。
【００１１】図１〜図７は本発明の一実施例を示すもの
で、図１は電気自動車の全体側面図、図２は電気自動車
の全体斜視図、図３はバッテリボックスを取り外した状
態での電気自動車の全体斜視図、図４は電気自動車の駆
動系および制御系のブロック図、図５はバッテリボック
スの縦面断面図、図６は図５の６−６線断面図、図７は
図５の７−７線断面図である。
【００１２】図１〜図３に示すように、左右の前輪
ＷFL，ＷFRおよび左右の後輪ＷRL，ＷRRを備えた電気自
動車Ｖは、車体前後方向に延びる左右一対のサイドフレ
ーム１L，１R と、車体左右方向に延びて両サイドフレ
ーム１L ，１R を接続する前部クロスメンバ２および後
部クロスメンバ３とから構成される車体フレーム４を備
える。左右のサイドフレーム１L ，１R の前端間に搭載
された走行用駆動源であるモータ５には減速機６および
差動装置７が一体に設けられており、この差動装置７か
ら左右に延びるドライブシャフト８L ，８R が左右の前
輪ＷFL，ＷFRにそれぞれ接続される。
【００１３】車体フレーム４の下面には、上面が開放し
た浅いトレー状のバッテリボックス９が着脱自在に支持
されており、このバッテリボックス９の後半部にモータ
５に給電するための２４個のバッテリ１０…が２列に搭
載されるとともに、その前半部にモータ５、バッテリ１
０…、各種補機類等を制御するためのコントロールユニ
ットと、コントロールユニットからの指令でモータ５の
駆動および回生を制御するＰＤＵ（パワードライブユニ
ット）とを含む電気部品４５，４６が、２つのブロック
に分割されて搭載される。
【００１４】次に、電気自動車Ｖの駆動系および制御系
の概略構成を、図４に基づいて説明する。尚、図４にお
いて太い実線は高電圧・高電流ラインを、中間の太さの
実線は高電圧・中低電流ラインを、細い実線は低電圧・
低電流ラインを、矢印付きの破線は信号ラインをそれぞ
れ示している。
【００１５】コントロールユニット１１は、コンタクタ
ボックス２１と、ジャンクションボード２２と、マネー
ジングＥＣＵ２３（マネージング電子制御ユニット）
と、モータＥＣＵ２４（モータ電子制御ユニット）と、
オンボードチャージャ２５と、ダウンバータ２６と、エ
アコン用インバータ２７とから構成される。
【００１６】バッテリボックス９に搭載されたバッテリ
１０…はＮｉ−ＭＨバッテリよりなり、それらが２４個
直列に接続されて総電圧は２８８ボルトになる。バッテ
リボックス９とモータ５との間には、コンタクタボック
ス２１、ジャンクションボード２２およびＰＤＵ１２が
動力線を介して直列に接続される。
【００１７】バッテリ１０…に連なるコンタクタボック
ス２１には、イグニッションスイッチに連動して開閉す
るメインコンタクタ２８と、メインコンタクタ２８の閉
成時に突入電流により該メインコンタクタ２８が損傷す
るのを防止するためのプリチャージコンタクタ２９およ
びプリチャージ抵抗２９ａとが設けられる。ジャンクシ
ョンボード２２は、コンタクタボックス２１およびＰＤ
Ｕ１２間の動力線からオンボードチャージャ２５、ダウ
ンバータ２６およびエアコン用インバータ２７に配電す
る機能を有する。オンボードチャージャ２５はバッテリ
１０…を充電するためのもので、外部の商用電源に接続
されるプラグ３０を備える。ダウンバータ２６は電気自
動車Ｖの各種補機類を駆動する１２ボルトの補助バッテ
リ３１を充電するためのもので、バッテリ１０…の電圧
を１４．５ボルトに降圧して補助バッテリ３１に供給す
る。エアコン用インバータ２７はバッテリ１０…の直流
電流を交流電流に変換してエアコンのコンプレッサ３２
を駆動する。
【００１８】マネージングＥＣＵ２３はメインコンタク
タ２８の開閉制御と、オンボードチャージャ２５、ダウ
ンバータ２６およびエアコン用インバータ２７への電力
供給と、バッテリ１０…の残容量信号の出力と、警報信
号の出力とを司る。またモータＥＣＵ２４は、ブレーキ
信号、セレクタポジション、アクセル開度およびモータ
回転数に基づいてＰＤＵ１２を制御することにより、モ
ータ５が発生する駆動力および回生制動力を制御する。
【００１９】次に、図５〜図７に基づいてバッテリボッ
クス９の構造を説明する。
【００２０】フロアパネル３６の下面に沿って配置され
たバッテリボックス９の後部に２４個のバッテリ１０…
が左右２列に搭載されており。前後に隣接するバッテリ
１０…間に冷却風が通過する複数の隙間α…が形成され
る。また右列のバッテリ１０…の左端面および左列のバ
ッテリ１０…の右端面間には隙間βが形成され、右列の
バッテリ１０…の右端面およびバッテリボックス９の右
側壁３７R 間、ならびに左列のバッテリ１０…の左端面
およびバッテリボックス９の左側壁３７L 間に、それぞ
れ隙間γが形成される。
【００２１】図５から明らかなように、各列のバッテリ
１０…は、その前端側が後端側よりも高くなるように傾
斜して配置されている。その結果、それらバッテリ１０
…の上面とフロアパネル３６の下面との間には前方に向
かって高さが減少する隙間δが形成され、またバッテリ
１０…の下面とバッテリボックス９の底壁３８の上面と
の間には前方に向かって高さが増加する隙間εが形成さ
る。而して、バッテリボックス９の後部に、バッテリ１
０…の周囲を囲む前記各隙間α，β，γ，δ，εによっ
て冷却風が通過する第１冷却風通路３９が形成される。
【００２２】バッテリボックス９よりも後方のフロアパ
ネル３６の上面に、例えばシロッコファンよりなる冷却
ファン４０が設けられる。冷却ファン４０とバッテリボ
ックス９の後端部上面のフロアパネル３６に形成した冷
却風導入口４１とが、前方に向けて拡開する冷却風導入
ダクト４２によって接続される。従って、冷却ファン４
０によって吸入された外気は、冷却風導入ダクト４２お
よび冷却風導入口４１を経てバッテリボックス９の内部
に形成された第１冷却風通路３９の後端部に供給され
る。
【００２３】バッテリボックス９に収納されたバッテリ
１０…の前半部に隔壁４３によって電気部品収納室４４
が区画されており、この電気部品収納室４４に２ブロッ
クに分割された電気部品４５，４６が収納される。一方
の電気部品４５は例えば前記コンタクタボックス２１、
ジャンクションボード２２、マネージングＥＣＵ２３モ
ータＥＣＵ２４、ダウンバータ２６およびエアコン用イ
ンバータ２７から構成され、他方の電気部品４６は例え
ば前記オンボードチャージャ２５から構成される。
【００２４】隔壁４３の下部から前方に向かって左右一
対の第２冷却風通路４７L ，４７Rが形成されており、
それら第２冷却風通路４７L ，４７R の前端に連なる左
右一対の冷却風排出ダクト４８L ，４８R がバッテリボ
ックス９の左右の側壁３７L，３７R を貫通して外部に
延出する。一方の電気部品４５は左側の第２冷却風通路
４７L の上壁に支持されており、その電気部品４５から
下方に延びる多数の冷却フィン４５1 …が左側の第２冷
却風通路４７L の内部に突出する。また他方の電気部品
４６は右側の第２冷却風通路４７R の上壁に支持されて
おり、その電気部品４６から下方に延びる多数の冷却フ
ィン４６1 …が右側の第２冷却風通路４７R の内部に突
出する。
【００２５】従って、第１冷却風通路３９を通過した冷
却風は左右の第２冷却風通路４７L，４７R を通過した
後、左右の冷却風排出ダクト４８L ，４８R からバッテ
リボックス９の外部に排出される。左右の第２冷却風通
路４７L ，４７R の通路断面積の総和は、第１冷却風通
路３９の通路断面積よりも小さく設定されているため、
第１冷却風通路３９を通過する冷却風の流速（例えば、
２ｍ／ｓｅｃ）に比べて、第２冷却風通路４７L ，４７
R を通過する冷却風の流速（例えば、５ｍ／ｓｅｃ）は
大きくなる。
【００２６】次に、前述の構成を備えた本発明の実施例
の作用を説明する。
【００２７】電気自動車Ｖの運転中に発熱するバッテリ
１０…および電気部品４５，４６を冷却すべく冷却ファ
ン４０を駆動すると、冷却風が冷却風導入ダクト４２お
よび冷却風導入口４１から第１冷却風通路３９の後端部
に供給され、その第１冷却風通路３９を冷却風が後から
前に流れる間にバッテリ１０…を冷却する。冷却風導入
口４１は第１冷却風通路３９の後端上部に設けられてお
り、また第２冷却風通路４７L ，４７R は第１冷却風通
路３９の前端下部に連なっているため、第１冷却風通路
３９を後から前に流れる冷却風の大部分は、隣接するバ
ッテリ１０…間の複数の隙間α…を上から下に通過しな
がら熱交換を行う。尚、冷却風の一部は前記隙間α…を
通過せずに、２列のバッテリ１０…の中央部の隙間βお
よび左右両側部の隙間γ，γを通過して上から下に流通
する。
【００２８】これを更に詳しく説明すると、第１冷却風
通路３９の後端上部に供給された冷却風がバッテリ１０
…の上方の隙間δを前方に流れる過程で、その一部が隙
間α…を上から下に順次通過する。そしてバッテリ１０
…の下方の隙間εにおいて合流した冷却風は該隙間εを
第２冷却風通路４７L ，４７R に向けて前方に流れるこ
とになる。このとき、バッテリ１０…の上方の隙間δを
前方に流れる冷却風の流量は、隙間α…への冷却風の分
岐により順次減少するが、その冷却風の流量の減少に対
応するように前記隙間δの高さが前方に向けて減少して
いるので、その隙間δに沿う冷却風の流れをスムーズに
行わせることができる。またバッテリ１０…の下方の隙
間εを前方に流れる冷却風の流量は、隙間α…からの冷
却風の合流により順次増加するが、その冷却風の流量の
増加に対応するように前記隙間εの高さが前方に向けて
増加しているので、その隙間εに沿う冷却風の流れをス
ムーズに行わせることができる。
【００２９】第１冷却風通路３９を通過する間にバッテ
リ１０…を冷却した冷却風は第２冷却風通路４７L ，４
７R に流入し、そこを前方に流れる間に電気部品４５，
４６から下方に延びる冷却フィン４５1 …，４６1 …に
接触して熱交換を行う。そして電気部品４５，４６の冷
却を終えた冷却風は左右の冷却風排出ダクト４８L ，４
８R を経てバッテリボックス９の外部に排出される。
【００３０】ところで、第１冷却風通路３９の通路断面
積は第２冷却風通路４７L ，４７Rの通路断面積よりも
大きいため、冷却風の流速は第１冷却風通路３９におい
て小さく、第２冷却風通路４７L ，４７R において大き
くなる。従って、熱抵抗の大きい合成樹脂製の電槽を備
えたバッテリ１０…に低流速の冷却風を作用させて冷却
効果を高めることができ、またバッテリ１０…に比べて
熱抵抗が小さい電気部品４５，４６の冷却フィン４５1
…，４６1 …に高流速の冷却風を作用させて冷却効果を
高めることができる。このようにして第１冷却風通路３
９および第２冷却風通路４７L ，４７R の通路断面積を
異ならせることにより、共通の冷却ファン４０を用いな
がら、熱抵抗の異なるバッテリ１０…および電気部品４
５，４６の冷却を両立させることができる。
【００３１】またバッテリ１０…を冷却する第１冷却風
通路３９を上流側に配置し、電気部品４５，４６を冷却
する第２冷却風通路４７L ，４７R を下流側に配置した
ので、温度の許容範囲が狭い（例えば、４５℃以下）バ
ッテリ１０…を温度上昇していない新鮮な外気で確実に
冷却することができる。電気部品４５，４６はバッテリ
１０…を冷却して若干温度上昇した冷却風により冷却さ
れることになるが、電気部品４５，４６はバッテリ１０
…に比べて温度の許容範囲が広い（例えば、６０℃以
下）ために支障はない。
【００３２】また冷却風が直接電気部品４５，４６に接
触すると、冷却風に含まれる塵や水分によって電気部品
４５，４６の信頼性や耐久性に悪影響が及ぶ可能性があ
るが、電気部品４５，４６から延びる冷却フィン４５1
…，４６1 …に冷却風を接触させ、電気部品４５，４６
を電気部品収納室４４に収納して冷却風に直接接触しな
いように構成したことにより、電気部品４５，４６の信
頼性や耐久性を確保することができる。
【００３３】以上、本発明の実施例を詳述したが、本発
明はその要旨を逸脱しない範囲で種々の設計変更を行う
ことが可能である。
【００３４】例えば、実施例では電気部品４５，４６を
２つのブロックに分割しているが、その分割のしかたは
任意である。また実施例では電気部品４５，４６に設け
た冷却フィン４５1 …，４６1 …だけに冷却風を作用さ
せているが、電気部品４５，４６全体を第２冷却風通路
４７L ，４７R に配置することも可能である。
【００３５】
【発明の効果】以上のように請求項１に記載された構成
によれば、冷却ファンから通路断面積が大きい第１冷却
風通路に供給された冷却風は、その第１冷却風通路を低
い流速で流れる間に熱抵抗の大きいバッテリを効果的に
冷却することができ、また冷却ファンから通路断面積が
小さい第２冷却風通路に供給された冷却風は、その第２
冷却風通路を高い流速で流れる間に熱抵抗の小さい電気
部品を効果的に冷却することができる。このようにし
て、共通の冷却ファンを用いて冷却ファンの個数を削減
できるようにしながら、共通のバッテリボックスに収納
した熱抵抗の異なるバッテリおよび電気部品の冷却を両
立させることができる。
【００３６】また請求項２に記載された発明によれば、
電気部品に比べて温度の許容範囲が狭いバッテリを冷却
風の流れ方向上流側に配置することにより、温度上昇し
ていない新鮮な外気でバッテリを確実に冷却することが
できる。電気部品にはバッテリを冷却して温度上昇した
冷却風が作用するが、電気部品はバッテリに比べて温度
の許容範囲が広いために支障はない。
【図面の簡単な説明】
【図１】電気自動車の全体側面図
【図２】電気自動車の全体斜視図
【図３】バッテリボックスを取り外した状態での電気自
動車の全体斜視図
【図４】電気自動車の駆動系および制御系のブロック図
【図５】バッテリボックスの縦面断面図
【図６】図５の６−６線断面図
【図７】図５の７−７線断面図
【符号の説明】
５ モータ ９ バッテリボックス １０ バッテリ ３９ 第１冷却風通路（冷却風通路） ４０ 冷却ファン ４５ 電気部品 ４６ 電気部品 ４７L 第２冷却風通路（冷却風通路） ４７R 第２冷却風通路（冷却風通路）
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平７−47846（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−156826（ＪＰ，Ａ) 特開 昭49−19517（ＪＰ，Ａ) 特開 平９−156380（ＪＰ，Ａ) 特開 平９−104238（ＪＰ，Ａ) 特開 昭52−35023（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) B60K 1/04 B60K 11/06 B60L 11/18 H01M 2/10

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 モータ（５）に給電するバッテリ（１
    ０）と、モータ（５）あるいはバッテリ（１０）に接続
    された電気部品（４５，４６）とを共通のバッテリボッ
    クス（９）に収納し、そのバッテリボックス（９）の内
    部には、バッテリ（１０）を冷却する冷却風が通過する
    第１冷却風通路（３９）と、電気部品（４５，４６）を
    冷却する冷却風が通過する第２冷却風通路（４７ L ，４
    ７ R ）とを直列に形成し、それら第１冷却風通路（３
    ９）及び第２冷却風通路（４７ L ，４７ R ）に対し共通
    の冷却ファン（４０）からの冷却風を供給してバッテリ
    （１０）および電気部品（４５，４６）を冷却するよう
    にした、電気自動車におけるバッテリおよび電気部品の
    冷却構造であって、 第１冷却風通路（３９）を通過する冷却風の流速よりも
    第２冷却風通路（４７ L ，４７ R ）を通過する冷却風の
    流速が大きくなるように、 第１冷却風通路（３９）の通
    路断面積に対して第２冷却風通路（４７L ，４７R ）の
    通路断面積を小さく設定したことを特徴とする、電気自
    動車におけるバッテリおよび電気部品の冷却構造。
  2. 【請求項２】 第１冷却風通路（３９）および第２冷却
    風通路（４７L ，４７R ）をそれぞれ冷却風の流れ方向
    上流側および下流側に配置したことを特徴とする、請求
    項１に記載の電気自動車におけるバッテリおよび電気部
    品の冷却構造。
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