JP4601291B2 - 車両用のバッテリーパック - Google Patents

Description

本発明は、車両を走行させるモーターに電力を供給する車両用のバッテリーパックに関し、とくに複数の冷却ファンを備える車両用のバッテリーパックに関する。

車両用のバッテリーパックは、出力を大きくするために多数の電池を直列に接続して出力電圧を高くしている。この構造のバッテリーパックは、大電流で充放電される等で電池の温度が高くなることがある。電池は温度が異常に高くなると性能が低下するので、温度が高くなるときに強制的に冷却する冷却ファンを備えている。冷却ファンは、電池に強制送風して温度の高い電池を冷却する。多数の電池を備えるバッテリーパックは、１台の冷却ファンでは全ての電池を均一に冷却できない。このため、多数の電池を備えるバッテリーパックは、複数の冷却ファンで全ての電池をより均一に冷却するようにしている。

しかしながら、この構造のバッテリーパックは、複数の冷却ファンを同時に運転するときに、不快なうなり音が聞こえる欠点がある。このうなり音は複数の冷却ファンがフロアパンを振動させるピーク周波数が干渉し、ピーク周波数の差の周波数で発生する。同一規格である複数の冷却ファンを一緒に運転するとき、ほぼ同じピーク周波数で振動する。同一規格の冷却ファンが同じ条件で回転されると、ファンはほぼ同じ回転数で回転して、ほぼ同じように振動するからである。近似するピーク周波数の振動がフロアパンを振動させると、フロアパンは振動板となって不快なうなり音を発生させる。

図１は、２台の冷却ファンをバッテリーホルダーを介してフロアパンに固定する構造において、フロアパンが振動する状態を示している。この図の横軸は時間軸、縦軸はフロアパンが振動する加速度を示している。フロアパンは、振動の加速度が大きくなると振幅も大きくなる。したがって、加速度は実質的には振動の大きさを示す。したがって、フロアパンの加速度が大きいと、振幅も大きく、騒音も大きくなる。この図では、フロアパンの振動は、１秒より多少短い周期で変動して、うなり音を発生することを示す。さらに、フロアパンの振動を周波数に分解すると図２に示すようになる。この図は横軸が周波数、縦軸が加速度を示す。この図は、フロアパンが約７２．５Ｈｚ付近のふたつのピーク周波数で振動され、このピーク周波数が干渉してうなり音が発生することを示す。

複数の振動が干渉して発生するうなり音は、振動自体を小さくして少なくできる。振動を小さくするために防振ゴムを使用して、１０Ｈｚ〜１００Ｈｚ程度の振動に対して優れた防振効果を有する構造が開発されている。（特許文献１参照）
特開２００３−３２２２０４号公報

防振ゴムを介在して振動源である冷却ファンを固定することは、振動を少なくすことに効果がある。たとえば、冷却ファンとフロアパンとの間に防振ゴムを介在させることで、フロアパンの振動のピークを制限できる。図３と図４は、冷却ファンをバッテリーホルダーに固定して、バッテリーホルダーを防振ゴムを介してフロアパンに連結する構造で、フロアパンが振動する状態を示す。図３は、フロアパンの振動が時間と共に変化する状態を示し、図４はフロアパンの振動を周波数成分に分解する図である。図４から明らかなように、防振ゴムを使用して、フロアパンの振動のピークを小さくできる。しかしながら、図３に示すように、フロアパンの振動は約０．５秒で変化してうなり音を発生し、うなり音を防止することにはほとんど効果がない。

本発明は、さらにこの欠点を解決することを目的に開発されたものである。本発明の重要な目的は、複数の冷却ファンを運転するときに発生する不快なうなり音を効果的に解消する車両用のバッテリーパックを提供することにある。

本発明の請求項１の車両用のバッテリーパックは、複数の電池を内蔵するバッテリーホルダー１と、このバッテリーホルダー１に内蔵される電池に冷却空気を送風して強制的に冷却する複数の冷却ファン２と、冷却ファン２を直接あるいは間接に連結しているバッテリーフレーム３と、このバッテリーフレーム３に設けている複数の固定部４が連結されてなるフロアパン５とを備える。このバッテリーパックは、各々の冷却ファン２に最も近いバッテリーフレーム３の固定部４が、防振ゴム６を介してフロアパン５に連結されており、各々の冷却ファン２からの振動がフロアパン５に伝達される際にピーク周波数の差が１９Ｈｚ以上となるように、各々の防振ゴム６の硬度あるいは大きさを異ならせて、フロアパン５の共振によるうなりを防止する。

さらに、本発明の車両用のバッテリーパックは、バッテリーフレーム３に複数のバッテリーホルダー１を固定すると共に、各々のバッテリーホルダー１に冷却ファン２を固定して、冷却ファン２をバッテリーホルダー１を介してフロアパン５に連結することができる。この車両用のバッテリーパックは、フロアパン５の両端部分にバッテリーホルダー１を連結すると共に、各々のバッテリーホルダー１の端部に冷却ファン２を連結することができる。

本発明の車両用のバッテリーパックは、複数の冷却ファンを運転するときに発生する不快なうなり音を、極めて簡単な構造で効果的に解消できる特長がある。それは、本発明のバッテリーパックが、硬度あるいは大きさが異なる防振ゴムを使用することで、冷却ファンの振動を振動のピーク周波数の差が大きくなるようにしてフロアパンに伝達するからである。複数の冷却ファンの振動が、ピーク周波数が大きく異なる振動でフロアパンに伝達されると、ピーク周波数の差が原因で発生するフロアパンの不快なうなり音は解消される。本発明は、各々の冷却ファンの振動のピーク周波数を変更してうなり音を解消することを特徴とする。冷却ファンの振動をなくしてうなり音を解消することもできる。ただ、冷却ファンの振動をなくする構造は、振動を完全に吸収する必要があるので、極めて難しくて製作コストも高くなる。本発明は、振動のピーク周波数の差を大きくすることでうなり音を効果的に解消するので、防振ゴムの硬さや形状を変更するという極めて簡単な構造でうなり音を解消できる特徴が実現される。

以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。ただし、以下に示す実施例は、本発明の技術思想を具体化するための車両用のバッテリーパックを例示するものであって、本発明はバッテリーパックを以下のものに特定しない。

さらに、この明細書は、特許請求の範囲を理解しやすいように、実施例に示される部材に対応する番号を、「特許請求の範囲」および「課題を解決するための手段の欄」に示される部材に付記している。ただ、特許請求の範囲に示される部材を、実施例の部材に特定するものでは決してない。

図５と図６に示す車両用のバッテリーパックは、複数の電池を内蔵するバッテリーホルダー１と、このバッテリーホルダー１に内蔵される電池に冷却空気を送風して強制的に冷却する複数の冷却ファン２と、冷却ファン２を直接あるいは間接に連結しているバッテリーフレーム３と、このバッテリーフレーム３に設けている複数の固定部４を連結しているフロアパン５とを備える。

図のバッテリーパックは、長手方向に並べてふたつのバッテリーホルダー１を固定している。バッテリーホルダー１は、複数の電池を内蔵している。電池の間には冷却用の空隙を設けている。電池の空隙に、冷却ファン２が冷却空気を送風して、電池は強制的に冷却される。図のバッテリーパックは、バッテリーホルダー１内の空気を冷却ファン２で吸引して、バッテリーホルダー１に収納している電池を強制的に冷却する。ただし、バッテリーホルダーに冷却空気を供給して、電池を強制的に冷却することもできる。図のバッテリーパックは、ふたつのバッテリーホルダー１をバッテリーフレーム３に固定しているが、電池の個数が多いバッテリーパックにおいては、３つ以上のバッテリーホルダーをバッテリーフレームに固定する。したがって、本発明は、バッテリーフレームにふたつのバッテリーホルダーを固定する構造には特定しない。

図のバッテリーパックは、冷却ファン２をバッテリーホルダー１に固定し、このバッテリーホルダー１を介してバッテリーフレーム３に固定している。このバッテリーパックは、各々のバッテリーホルダー１に冷却ファン２を固定し、各々の冷却ファン２がバッテリーホルダー１の電池を冷却する構造としている。この構造のバッテリーパックは、冷却ファン２がこれを固定しているバッテリーホルダー１の電池を効率よく冷却できる。ただし、本発明のバッテリーパックは、冷却ファンを直接にバッテリーフレームに固定して、冷却ファンでもってバッテリーホルダーに冷却空気を供給し、あるいはバッテリーホルダーの空気を吸引して電池を冷却することもできる。

冷却ファン２の運転は、制御回路（図示せず）で制御される。制御回路は、電池の温度を温度センサーで検出し、電池温度が設定温度よりも高くなると、冷却ファン２を運転する。各々のバッテリーホルダー１に固定している冷却ファン２は、固定しているバッテリーホルダー１の電池温度を検出して独立して制御され、あるいは全てのバッテリーホルダー１の電池温度を検出して、全ての冷却ファン２を一緒に制御する。ただ、本発明のバッテリーパックは、冷却ファンを運転する方式を特定しない。冷却ファン２は、制御回路に制御されて、バッテリーホルダー１に収納している全ての電池を、より均一な温度となるように、また設定温度よりも低くなるように冷却する。冷却ファン２は、いかなる状態で運転されても、複数のものが同時に運転されることがある。とくに、充放電の電流を大きくし、あるいは電池が満充電される状態になると電池温度が高くなるが、このとき全ての電池の温度が高くなる。したがって、各々の冷却ファン２の運転を独立して制御する方式においても、複数の冷却ファン２は、ほとんどの場合同時に運転されて、不快なうなり音の原因となる。

図７はバッテリーフレーム３の平面図を示す。このバッテリーフレーム３は、全体の形状をＴ字状とし、図において上端縁に３個の固定部４を、下端縁には両端に２個の固定部４を、中間には両端とコーナー部とに４個の固定部４を設けている。このバッテリーフレーム３は、中間でその両端に設けている固定部４、すなわち冷却ファン２に最も近い固定部４を、防振ゴム６を介してフロアパン５に連結し、他の固定部４は直接にフロアパン５に連結している。ただし、全ての固定部を防振ゴムを介してフロアパンに連結することもできる。バッテリーフレーム３には、たとえば、厚さを３ｍｍとするチタン合金が使用できる。さらに、フロアパンには、厚さを０．５〜１．５ｍｍとするアルミニウム板または鉄板が使用できる。ただ、本発明は、バッテリーフレームやフロアパンの形状、厚さ及び材質を特定するものではない。

図のバッテリーパックは、バッテリーフレーム３の両端部分に冷却ファン２を連結している。バッテリーフレーム３の両端部に設けた固定部４を防振ゴム６を介してバッテリーフレーム３に連結している。このバッテリーパックは、図６の点線で示すように、冷却ファン２の振動を、バッテリーホルダー１→バッテリーフレーム３→防振ゴム６→フロアパン５の経路で伝達する。とくに、図のバッテリーパックは、バッテリーフレーム３の両端部分の固定部４を防振ゴム６を介してフロアパン５の端部に連結しているので、冷却ファン２の振動は、バッテリーホルダー１の端部からバッテリーフレーム３に、バッテリーフレーム３から防振ゴム６を介してフロアパン５に伝達される。複数の固定部４で振動されるフロアパン５は、その振動が干渉してうなり音を発生する。とくに振動のピーク周波数の差でうなり音が発生する。

うなり音は、複数の固定部４が同じピーク周波数で振動されると発生しない。複数点の振動は、全く同じピーク周波数となることはなく、わずかな周波数のずれがあるので、このピーク周波数のずれがうなり音の原因となる。

うなり音を防止するために、バッテリーフレーム３の複数の固定部４は、硬度の異なる防振ゴム６を介してフロアパン５に連結される。硬度が異なる防振ゴム６は、異なる共振周波数でバッテリーフレーム３の振動をフロアパン５に伝達する。図７のバッテリーパックは、冷却ファン２に最も近い両端の固定部４を、硬度が異なる防振ゴム６でフロアパン５に連結している。硬度が違う防振ゴム６は、固定部４からフロアパン５に伝達する振動のピーク周波数を大きくずらせる。このため、複数の固定部４がフロアパン５の複数点を振動させる周波数を大きくずらせて、不快なうなり音を解消する。図８はバッテリーフレーム３の両端に設けた固定部４を、硬度が異なる防振ゴム６でフロアパン５に連結しているバッテリーパックのフロアパン５の振動状態を示す図である。ただし、この測定は、以下の条件で行った。バッテリーフレームを厚さ３ｍｍチタン合金とし、固定部の大きさを５×５ｃｍとした。フロアパンには、厚さ１ｍｍのアルミニウム板を使用した。防振ゴムには、クロロプレンゴムを使用し、一方の硬度を５０度、他方の硬度を７０度とした。防振ゴムは、外径が７５ｍｍの円形とし、厚さを３ｍｍとした。

この図を図３に比較すると、本発明のバッテリーパックがいかに効果的にうなり音を解消できるかは明白となる。硬度が異なる防振ゴム６は、図９に示す振動を周波数成分に分解した図に示すように、冷却ファン２の振動を、異なるピーク周波数でフロアパン５に伝達してうなり音を解消する。図９から、異なる硬度の防振ゴム６は、ピーク周波数を５２．０Ｈｚと、７０．９Ｈｚに変更してフロアパン５を振動させる。このピーク周波数の差は約１９Ｈｚであるから、計算では１９Ｈｚのうなり音が発生する。しかしながら、この周波数の音はうなり音として聞こえず、実質的にはうなり音は完全に解消される。

図７のバッテリーパックは、バッテリーフレーム３の両端に設けているふたつの固定部４のみを、硬度が異なる防振ゴム６でフロアパン５に連結して、他の固定部４は直接にフロアパン５に連結している。防振ゴム６の硬度は、ゴム状弾性体の材質で調整する。防振ゴム６には、耐候性、耐食性、耐振性、及び防湿性に優れたゴム、たとえばクロロプレンゴムが使用される。クロロプレンゴムである防振ゴムの硬度は、たとえば、４０度〜９０度とすることができる。防振ゴム６の硬度は、バッテリーフレーム３の固定部４とフロアパン５の間に挟着されて、バッテリーフレーム３の荷重が作用する状態で、バッテリーフレーム３が冷却ファン２で振動されて弾性変形できる程度、すなわち、バッテリーフレーム３の荷重が作用すると多少変形する程度の硬度とする。バッテリーホルダー１を固定しているバッテリーフレーム３の重量は、バッテリーホルダー１に収納される電池の個数で一定ではないが、たとえば３０〜５０ｋｇであるから、この荷重で防振ゴム６が変形する程度の硬度とする。ただし、全ての固定部４を防振ゴム６を介してフロアパン５に連結しない構造は、バッテリーフレーム３の全ての荷重が防振ゴム６に作用するわけではない。したがって、防振ゴム６を介してバッテリーフレーム３をフロアパン５に連結する状態で、防振ゴム６が多少変形する程度とするのが良い。

冷却ファン２で振動される固定部４の一部を防振ゴム６でフロアパン５に連結し、他の固定部４を直接にフロアパン５に固定する構造は、バッテリーフレーム３をフロアパン５にしっかりと固定しながら、うなり音を効率よく解消できる特長がある。ただ、本発明のバッテリーパックは、各々の冷却ファンの振動をフロアパンに伝達する固定部を、異なる硬度の防振ゴムでフロアパンに連結することもできる。たとえば、図７において、右側と左側の固定部４を、異なる硬度の防振ゴム６でフロアパン５に連結することができる。右側の固定部４が右側の冷却ファン２の振動をフロアパン５に伝達し、左側の固定部４が左側の冷却ファン２の振動をフロアパン５に伝達するからである。すなわち、冷却ファン２の振動が異なるピーク周波数となってフロアパン５に伝達されるように、硬度が異なる防振ゴム６で固定部４をフロアパン５に連結して、うなり音を解消する。バッテリーフレーム３の中間の固定部４は、冷却ファン２の振動をフロアパン５に伝達する割合が少ないので、直接にフロアパン５に連結し、あるいは右または左の固定部４をフロアパン５に連結するのと同じ硬度の防振ゴム６でフロアパン５に連結する。また、右側の固定部４の一部と、左側の固定部４の一部を硬度が異なる防振ゴム６でフロアパン５に連結し、残りの固定部４を直接にフロアパン５に連結することもできる。この構造は、冷却ファン２で大きく振動される固定部４を防振ゴム６でフロアパン５に連結して効果的にうなり音を解消できる。

バッテリーフレーム３をフロアパン５に連結する防振ゴム６は、硬度を変化させてうなり音を解消することもできるが、大きさが異なる防振ゴムを使用して、フロアパンのうなり音を解消することもできる。大きさが異なる防振ゴムは、同じ硬度であっても、実質的には硬度を変更した防振ゴムと同じように、異なる共振周波数でバッテリーフレームの振動をフロアパンに伝達するからである。

本発明のバッテリーパックは、冷却ファン２の振動がフロアパン５の複数点に伝達されるピーク周波数を変更して、うなり音を解消する。フロアパン５の振動を少なくして、うなり音を解消するのではない。また、防振ゴム６の共振周波数を変更して共振による振動を少なくするのでもない。うなり音を解消することを目的とするものであるが、振動を少なくしてうなり音を解消するのではない。

このことから、本発明のバッテリーパックは、各々の冷却ファン２から近傍の固定部４までの経路の間に防振ゴム６を配置すると共に、各々の冷却ファン２と固定部４との間の異なる位置に防振ゴム６を配置して、各々の冷却ファン２がフロアパン５を振動させるピーク周波数を変更することもできる。たとえば、一方の冷却ファンは、防振ゴムを介してバッテリーホルダーに固定し、他方の冷却ファンは、防振ゴムを使用することなくバッテリーホルダーに固定して、冷却ファンがバッテリーホルダーを振動させるピーク周波数を変更してうなり音を解消することもできる。また、一方のバッテリーホルダーは、防振ゴムを介してバッテリーフレームに連結して、他方のバッテリーホルダーは、防振ゴムを介することなく直接にバッテリーフレームに固定して、冷却ファンがバッテリーフレームを振動させるピーク周波数を変更してうなり音を解消するともできる。

冷却ファン２は、バッテリーホルダー１にネジ止して固定される。またバッテリーホルダー１もネジ止してバッテリーフレーム３に固定される。さらに、バッテリーフレーム３の固定部４も、防振ゴム６を挟着する状態でフロアパン５に連結できる。バッテリーフレーム３の固定部４とフロアパン５は、図６の断面図に示すように、ネジ止孔７を貫通して設けている。さらに防振ゴム６も貫通孔を設けている。固定部４とフロアパン５のネジ止孔７に止ネジ８を入れ、さらに、この止ネジ８を防振ゴム６の貫通孔に挿通して、止ネジ８でもってバッテリーフレーム３の固定部４をフロアパン５に連結する。防振ゴム６は、バッテリーフレーム３の固定部４とフロアパン５とに挟着して固定される。

２台の冷却ファンを固定しているフロアパンの振動状態を示すグラフである。 図１に示すフロアパンの振動状態を周波数成分に分解したグラフである。 防振ゴムを介して冷却ファンを固定しているフロアパンの振動状態を示すグラフである。 図３に示すフロアパンの振動状態を周波数成分に分解したグラフである。 本発明の一実施例にかかるバッテリーパックの斜視図である。 本発明の一実施例にかかるバッテリーパックの概略断面図である。 本発明の一実施例にかかるバッテリーパックの概略平面図である。 本発明の一実施例にかかるバッテリーパックのフロアパンの振動状態を示すグラフである。 図８に示すフロアパンの振動状態を周波数成分に分解したグラフである。

符号の説明

１…バッテリーホルダー
２…冷却ファン
３…バッテリーフレーム
４…固定部
５…フロアパン
６…防振ゴム
７…ネジ止孔
８…止ネジ

Claims (3)

1. 
   複数の電池を内蔵するバッテリーホルダー(1)と、このバッテリーホルダー(1)に内蔵される電池に冷却空気を送風して強制的に冷却する複数の冷却ファン(2)と、冷却ファン(2)を直接あるいは間接に連結しているバッテリーフレーム(3)と、このバッテリーフレーム(3)に設けている複数の固定部(4)が連結されてなるフロアパン(5)とを備える車両用のバッテリーパックであって、
   各々の冷却ファンに最も近いバッテリーフレーム(3)の固定部(4)が、防振ゴム(6)を介してフロアパン(5)に連結され、
   各々の冷却ファン(2)からの振動がフロアパン(5)に伝達される際にピーク周波数の差が１９Ｈｚ以上となるように、各々の防振ゴム(6)の硬度あるいは大きさを異ならせて、フロアパン(5)の共振によるうなりを防止するようにしてなる車両用のバッテリーパック。
2. バッテリーフレーム(3)に複数のバッテリーホルダー(1)を固定しており、各々のバッテリーホルダー(1)に冷却ファン(2)を固定して、冷却ファン(2)をバッテリーホルダー(1)を介してフロアパン(5)に連結している請求項１に記載される車両用のバッテリーパック。
3. フロアパン(5)の両端部分にバッテリーホルダー(1)を連結すると共に、各々のバッテリーホルダー(1)の端部に冷却ファン(2)を連結している請求項２に記載される車両用のバッテリーパック。

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