JP5010682B2 - 軌道系電動車両のバッテリ搭載構造および軌道系電動車両 - Google Patents

Description

本発明は、専用軌道を走行する軌道系電動車両、例えば軌道系交通システムの電動車両において、または、専用軌道のみでなく、路面電車の軌道のように他車両（自動車）が走行可能な併用軌道を走行する軌道系電動車両において、電動機に電力を供給するバッテリの搭載構造および該バッテリ搭載構造を有する軌道系電動車両に関する。

バッテリユニットからの電力の供給によって駆動される電動車両は、近年広く普及しているが、バッテリが重量物であり、さらに冷却が必要なことから、設置場所等について種々開発がなされ、提案もされている。
一方、軌道系電動車両においては、従来から、軌道に沿って設置された架線等の給電システムによって車両に電力を供給しているが、定められた軌道をゴムタイヤで走行する新交通システム等の電動車両においては、システムの簡素化から架線レスシステムが望まれており、バッテリ駆動による電動車両のシステムとする場合には、そのバッテリの設置場所について改良が必要になる。
乗用車、バス、トラック等を含めた電動車両のバッテリ配置については、例えば、特開２００４−６６８８９号公報（特許文献１）、および特許３１４９４９３号公報（特許文献２）が知られている。
かかる特許文献１においては、図２０に示すように、電動機の駆動力によって走行する電動機駆動バス０１において、バッテリユニット０２をバス０１のルーフ０３上であって前輪軸０４の上方に相当する位置に設置して、電動機等の駆動源が後輪軸０５の後方に搭載される場合における、後輪軸０５と、前輪軸０４との荷重バランスを取って走行安定性を確保するとともに、ルーフ０３上に設置することによって走行風による冷却性を向上する技術が示されている。
また、特許文献２においては、図２１に示すように、バッテリ０１０を座席の下方に車体前後方向に延在して設けられた延長ダクト０１１内に収容し、該延長ダクト０１１の前方側を空調ユニット０１２に接続し、後方側を後部座席の後ろ側部位に形成された吸入口０１３に接続している。室内空気を吸入口０１３から吸入してその空気でバッテリ０１０を冷却して暖められた空気が、空調ユニット０１２に入り込み空調ユニットで暖められる技術が示されている。
前記特許文献１に示されたバッテリ配置技術では、ルーフ０３上に重量の重いバッテリを搭載するために、ルーフ０３を含めた車体の機械的強度を増加させる必要があり、車体重量が増加する問題を有し、さらに、ルーフ０３上に重量の重いバッテリを搭載すると車両の重心位置が高くなり走行安定性が悪化するおそれも有している。
また、特許文献２に示されたバッテリ配置技術は、客室空調を利用してバッテリ０１０を冷却するものであり、バッテリ０１０に流す空気を室内後部に開口した吸入口０１３から取り入れている。このために、バッテリ０１０が設置されているバッテリ室と客室との密閉性が保てないため、バッテリ０１０の電解液や電解液から発生する可燃性ガス等の影響を受けるおそれがある。
さらに、定められた軌道をゴムタイヤで走行する新交通システム等の電動車両においては、床下には車両の制御機器やケーブルが配置されているため、バッテリ設置に十分なスペースを確保することが難しく、また、十分なスペースを確保するには車両構造を大きく変更しなければならず、従来の車両外部から給電される車両を流用する場合には大きな設計変更が必要となる。
また、前記新交通システム等の軌道系の電動車両は、一般に車両自体が、乗用車、トラック、バスに比べて大型であるため、電動機を駆動する供給電力も大電流を要し、バッテリ容量も大きくなり、バッテリの総重量、総体積も乗用車、トラック、バスに比べて重く、広いスペースを必要とする。このため、適切な設置場所を確保することが困難となる。

そこで、本発明はこのような背景に鑑みてなされたものであり、軌道系電動車両において、車両全体の重量バランスがよく、バッテリの冷却性がよく、しかもバッテリ室と客室との密閉性を保って安全性が向上するバッテリ搭載構造および該バッテリ搭載構造を有する軌道系電動車両を提供することを課題とする。
本発明は前述の目的を達成するものであり、バッテリからの駆動電力によって軌道を走行する軌道系電動車両のバッテリ搭載構造において、バッテリセルを複数個接続して形成されるバッテリモジュール（以下バッテリという）を複数個並べて収容するバッテリ室を車体の床面上に形成し、該バッテリ室は車室内側とは密閉構造の仕切板によって仕切られ、車体の床面または壁面には前記バッテリ室内に車外気を導入および排出する吸気口および排気口が設けられ、前記バッテリ室内が外気によって冷却可能に構成され、さらに、客室用の空調機からの冷気または車両に搭載された低温空気発生器からの冷気を前記バッテリ室へ循環せしめてバッテリ室内が冷却されるように構成され、前記吸気口および前記排気口からの外気の導入と放出による冷却と、前記吸気口および排気口が閉じてバッテリ室内の空気の循環による冷却と、前記吸気口および排気口が閉じて前記冷気の循環による冷却とを、バッテリ温度、バッテリ室内温度、および外気温度とに基づいて制御して、バッテリ温度が目標の温度に近づくように制御する冷却制御装置が設けられることを特徴とする。
かかる発明によれば、軌道系電動車両の車室内の床面上にバッテリ室を形成してバッテリを配置するため、車体を補強して機械的強度を増加させる必要がない。すなわち、元々床構造は乗客を乗せるために機械的強度が充分に確保されているためである。従って、従来の車両外部から給電される軌道系電動車両の床構造をそのまま流用することができる。
また、バッテリ室は車室内側とは密閉構造の仕切板によって仕切られ、さらにバッテリ室内は吸気口および排気口によって車外と連通するため、外気によってバッテリの冷却が可能であるとともに、バッテリの電解液や該電解液からの可燃性ガス等の影響を車室内側では受けず安全性が確保される。
また、かかる発明によれば、客室用の空調機からの冷気または車両に搭載された低温空気発生器からの冷気を前記バッテリ室へ循環せしめてバッテリ室内が冷却されるように構成され、前記吸気口および前記排気口からの外気の導入と放出による冷却と、前記吸気口および排気口が閉じてバッテリ室内の空気の循環による冷却と、前記吸気口および排気口が閉じて前記冷気の循環による冷却とを、バッテリ温度、バッテリ室内温度、および外気温度とに基づいて制御して、バッテリ温度が目標の温度に近づくように制御する冷却制御装置が設けられる。
かかる構成によれば、バッテリ温度、バッテリ室内温度、外気温度に基づいて最適なバッテリ冷却が行なわれるため、バッテリを最適な温度環境において作動するような制御が可能になり、バッテリの使用寿命を延長することができる。
また、好ましくは、前記バッテリ室が前記車両の前後方向の中央部の車両両側に客室内に張り出して設けられるとよい。
このような構成によると、車両中央部に配置されるため、車両の重量バランスがよく車両の走行安定性が悪化することもない。
また、車両中央部に配置されるため、車両前後からの衝突に対して衝撃が緩和されるため安全性が高まる。
さらに、好ましくは、前記バッテリ室が乗客の座席の下方に位置されるとよく、このようにバッテリ室が乗客の座席の下方に位置されることで、バッテリ室の配置スペースの有効利用がなされる。
さらに、好ましくは、前記バッテリ室にはバッテリの温度、電流、電圧を監視してバッテリの異常を検出した際に該バッテリからの給電を制御するバッテリ制御装置が設置されるとよい。
このような構成によれば、バッテリ室内を有効利用できるとともに、バッテリ制御装置をユニット化してバッテリと共に取り扱うことができるため、バッテリ制御装置の制御仕様変更への対応や修理への対応が容易となり作業性が向上する。
さらに、好ましくは、前記吸気口および排気口が共に車体の側壁面に形成されているとよく、このような構成によれば、床面の下方に設置されている機器類およびケーブル類に影響せずに吸気口、排気口を設けることができため、吸気口および排気口の設置位置の自由度が向上しバッテリ室の外気による冷却効率を向上する配置とすることができる。
また、好ましくは、前記吸気口および排気口が共に車体の床面に形成されていてもよく、この場合には、排気口を側壁面に設置した場合に、車両が駅停車時にホームの乗客へバッテリ室内の循環空気流が直接当たるおそれがあるという問題が解消される。
さらに、本発明においては、客室用の空調機からの冷気を前記バッテリ室へ循環せしめて、前記バッテリ室にて熱交換パイプを介してバッテリ室内の空気が冷却されるように構成したことを特徴とする。
かかる構成によれば、客室用の空調機からの冷気を用いてバッテリ室の空気が冷却され、その空気によってバッテリを冷却することができるため、バッテリを最適な温度環境において作動するように制御可能になる。その結果、バッテリの負荷を軽減できバッテリの使用寿命を延長することができる。
また、車両の空気源からの圧力空気により冷気をつくって直接前記バッテリ室内へ供給して、前記バッテリ室内の空気が冷却されるように構成したことを特徴とする。
かかる構成によれば、車両の機器を作動させる空気源としての圧力空気を用いて、例えばブレーキ用の圧力空気を用いて冷気をつくる。すなわち、圧力空気を供給すると、冷気と熱気とを噴出する低温空気発生器に圧力空気を通して冷気を生成する。そして、生成した冷気を直接的にバッテリ室内に導入する。
従って、冷気を直接的にバッテリ室内に導入するため、バッテリの冷却効果が大きく、迅速にバッテリを最適な温度環境において作動するように制御可能になる。その結果、バッテリの負荷を軽減できバッテリの使用寿命を延長することができる。
また、客室用の空調機を用いずに、車両の空気源としての圧力空気を利用することで簡単に冷気をつくることができるので、システムを簡単に構成できる。
さらに、好ましくは、前記バッテリ室内において、バッテリが縦配置されるとともに、前記空気または冷気の循環流方向が前記バッテリの下部から上部へと上下方向に流されるとよく、このような構成によると、バッテリ室内において冷気の熱対流効果によってバッテリの冷却効果が効率的に得られる。
本発明によれば、軌道系電動車両において、車両全体の重量バランスがよく、バッテリの冷却性がよく、しかもバッテリ室と客室との密閉性を保って安全性が向上するバッテリ搭載構造を得ることができる。
なお、本発明においては、前記軌道が、前記軌道系電動車両のみが走行する専用軌道であっても、前記軌道系電動車両および他の車両（自動車等）が走行可能な併用軌道であってもよく、いずれの軌道を走行する軌道系電動車両においても、車両全体の重量バランスがよく、バッテリの冷却性がよく、しかもバッテリ室と客室との密閉性を保って安全性が向上するバッテリ搭載構造を得ることができる。
また、このようなバッテリ搭載構造を有する軌道系電動車両を得ることができる。

第１図は、本発明の第１実施形態の全体構成を示す要部断面側面図である。
第２図は、第１実施形態を示す要部断面正面図である。
第３図は、第１実施形態を示す要部断面平面図である。
第４図は、バッテリ室の上面の用途を示す説明図であり、（ａ）は椅子として利用する場合を示し、（ｂ）は荷物置場として利用する場合を示す説明図である。
第５図は、第２実施形態を示す説明図であり、（ａ）は要部断面側面図であり、（ｂ）は（ａ）のＡ矢視方向の断面図であり、（ｃ）は（ａ）のＢ矢視方向の断面図である。
第６図は、第３実施形態の要部断面平面図である。
第７図は、第４実施形態の全体構成を示す要部断面側面図である。
第８図は、図７のＣ部分の拡大側面図である。
第９図は、図７のＣ部分の拡大平面図である。
第１０図は、図８のＤ−Ｄ断面図におれるバッテリ室内の空気の流れを示し、（ａ）は冬季の運転初期の場合、（ｂ）は冬季バッテリ発熱時の場合、（ｃ）は夏季の場合である。
第１１図は、第５実施形態を示し、図７のＣ部分の拡大側面図である。
第１２図は、図７のＣ部分の拡大平面図である。
第１３図は、図１１のＥ−Ｅ断面図におけるバッテリ室内の空気の流れを示し、（ａ）は冬季の運転初期の場合、（ｂ）は冬季バッテリ発熱時の場合、（ｃ）は夏季の場合である。
第１４図は、第６実施形態を示し、第４実施形態の図８に対応する図である。
第１５図は、図１４の平面図である。
第１６図は、図１４のＦ−Ｆ断面図におれるバッテリ室内の空気の流れを示し、（ａ）は冬季の運転初期の場合、（ｂ）は冬季バッテリ発熱時の場合、（ｃ）は夏季の場合である。
第１７図は、第７実施形態を示し、第５実施形態の図１１に対応する図である。
第１８図は、図１７の平面図である。
第１９図は、図１７のＧ−Ｇ断面図におれるバッテリ室内の空気の流れを示し、（ａ）は冬季の運転初期の場合、（ｂ）は冬季バッテリ発熱時の場合、（ｃ）は夏季の場合である。
第２０図は、従来技術を示す説明図である。
第２１図は、従来技術を示す説明図である。

以下、本発明を図に示した実施例を用いて詳細に説明する。但し、この実施例に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは特に特定的な記載がない限り、この発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。
（第１実施形態）
図１〜図４を参照して、本発明の第１実施形態について説明する。
軌道系電動車両１として空港内の移動等に利用される軌道系交通システムの車両を例に説明する。図１に示すよう、車両１は、車輪として下部四隅にゴムタイヤ３を備え、軌道（本実施形態では走行路面５）をバッテリ３３からの電力で走行する電気駆動車両である。なお、軌道（走行路面５）は、車両１の専用軌道であっても、他車両が走行可能な併用軌道であっても良い。以下の実施形態も同様である。
図１、２に示すように軌道系電動車両１は、床面９と側壁面１１と屋根１３と、さらに前後の端壁面１５とによって車室１７を形成し、車室１７は車両前後の部分の運転室１９（有人運転車両の場合）と、車両中間部の客室２１とを有して構成されている。また、前後に２箇所スライド式の乗降ドア２３が設けられ、中央部には窓２５が形成されている。
さらに車両１の天井２７と屋根１３との間には、客室用の空調機２９が車両の前後方向の中心に対して対称の位置に設置され、互いに配管３１によって連通し、冷気が天井２７部分に形成された放出口から客室２１内に放出されるようになっている。
定められた軌道の走行は、特に図示していないが、走行路面５に沿ってガイド溝やガイド壁が設けられて、そのガイド溝やガイド壁に車両台車に取り付けられたガイド輪が挿入または当接して、そのガイド輪の動きに連動して車両１の操舵機構が操舵される機構が設けられている。
また、このようなガイド輪による自動操舵機構を設けていない場合であっても、走行路面５上に設置された位置センサからの情報、ＧＰＳ（Ｇｌｏbａｌ Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ）からの情報、さらにタイヤ３の回転数パルス信号、駆動モータの回転数パルス信号からの情報等を基にして自車両位置を算出して、走行制御装置の記憶部に記憶されている走行軌道データと照らし合わせて、操舵パターンを決定して自動操舵するようになっている。
車両１は、ゴムタイヤ３を駆動するために図示しないモータ（電動機）を備えており、モータに駆動電流を送るバッテリ３３が装着されている。このバッテリ３３は、リチウムイオン電池からなっていて、バッテリセル（例えば４Ｖ）が複数個（例えば８個）接続されて十〜数十ボルト単位で、パッケージングされた状態のバッテリモジュールを構成している。このバッテリモジュールを、以下バッテリ３３という。
バッテリ３３は、車両中央部の客室２１内に張り出して形成されたバッテリ室３５内に収容されている。このバッテリ室３５は、床面９上に形成され、該バッテリ室３５は客室２１の内部側とは密閉構造の仕切板３７によって仕切られている。
また、仕切板３７は金属板によって形成され、略直方体形状に客室２１内側に張り出すように形成され、さらにバッテリ室３５の内側には、例えばグラスウールのような断熱材３９が貼付されて、バッテリ室３５の熱と客室２１との伝熱が断熱されるようになっている。これによって、バッテリ室３５内の冷却効果が確保されるとともに、客室２１内の温度がバッテリ室３５内の熱によって影響を受けないようになっている。
また、図１、２、３に示すように、バッテリ３３は、バッテリ室３５内に、バッテリ３３の長手方向を車幅方向に向けて、車両上下方向に３段積み重ねて、車両前後に７列並設して収容した例を示してあるが、必要とするモータ電流に応じて適宜の段数、列数を設定することができる。
また、各バッテリ３３はバッテリ室３５内でずれないように固定手段によって位置決め固定されている。
床面９には、車外気をバッテリ室３５内に導入する吸気口４１が形成され、また、側壁面１１にはバッテリ室３５から熱気を排出する排気口４３が設けられている。これら吸気口４１、排気口４３は、車両長手方向にバッテリ３３の数に応じて複数個所に設けられている。
なお、排気口４３には、バッテリ室３５内の熱気を強制的に排出するために、図示しない排気ファンを設置してもよく、さらにバッテリ３３に一体的に内蔵されるバッテリファンを設置してもよい。
以上のように、客室２１内の床面９上にバッテリ室３５を形成してバッテリ３３を配置するため、屋根上や床下以外の部位でのバッテリ搭載が可能となり、さらに、床面９上に搭載するため、車体を補強して機械的強度を増加させる必要がない。すなわち、元々床構造は乗客を乗せるために機械的強度が充分に確保されているためである。従って、従来の車両外部から給電される軌道系電動車両の床構造をそのまま流用することができる。
また、バッテリ室３５は客室２１内側とは密閉構造の仕切板３７によって仕切られ、さらに断熱材がバッテリ室３５の内側に装着され、さらにバッテリ室３５は吸気口４１および排気口４３によって車外と連通するため、外気によってバッテリの冷却が可能であるとともに、バッテリの電解液や該電解液からの可燃性ガス等の影響を車室内側では受けず安全性が確保される。
また、バッテリ室３５が車両の前後方向の中央部の車両両側に客室２１内に張り出して設けられるため、車両の重量バランスがよく車両の走行安定性が悪化することない。
また、車両中央部に配置されるため、車両前後からの衝突に対して衝撃が緩和されるため安全性が高まる。
なお、車両前後からの衝突に対しての安全性においては犠牲になるが、客室２１内のスペースを広く確保できるという観点から、バッテリ室３５を車両前後のそれぞれの運転台下に設置してもよい。
図４（ａ）、（ｂ）を参照して、バッテリ室３５の上面の利用ついて説明する。
図４（ａ）に示すようにバッテリ室３５を形成する仕切板３７の上面にシートクッション３８を設置して座席４０として利用してもよく、さらに図４（ｂ）に示すように仕切板３７の上面に手すり４２を設置して荷物置場として利用してもよい。
（第２実施形態）
次に、図５（ａ）、（ｂ）、（ｃ）を参照して、第２実施形態について説明する。
この第２実施形態は、第１実施形態に対して、バッテリ３３の配列が車幅方向に対して一列増やして設定したものである。さらに、第１実施形態に対して、バッテリ３３の状態を監視制御するバッテリ制御装置４４をバッテリ室３５内に設置した点が相違する。その他の構成部品については第１実施形態と同様のため同一符号を付して説明は省略する。
バッテリ３３の配列を車幅方向に対して一列増やして設定したため、合計バッテリ容量を増加でき、バッテリ全体のバッテリ寿命を延長することができる。
また、バッテリ制御装置４４は、バッテリ３３の温度、電流、電圧を監視してバッテリ３３の使用状態が異常な場合、たとえばバッテリ温度（電解液温度）が基準温度以上の場合、電流値、電圧値が過負荷状態やバッテリ上がり状態を示す場合等において、運行管理制御センターや運転者に異常を知らせるとともに、自動的にバッテリ３３からの供給電流を制御して安全処置がとられるように制御してもよい。
このようにバッテリ制御装置４４がバッテリ室３５内に設置されることによって、バッテリ室３５内を有効利用できるとともに、バッテリ制御装置４４をユニット化してバッテリ３３と共に取り扱うことができるため、バッテリ制御装置４４の制御仕様変更への対応や修理への対応が容易となり作業性が向上する。
（第３実施形態）
次に、図６を参照して、第３実施形態について説明する。
この第３実施形態は、第１実施形態が、図２に示すように、床面９に車外気をバッテリ室３５内に導入する吸気口４１が形成され、また、側壁面１１にバッテリ室３５から熱気を排出する排気口４３が設けられているが、この第３実施形態においては、吸気口４１および排気口４３が共に車体の側壁面１１に形成されている場合を示す。
このように、吸気口４１および排気口４３が共に車体の側壁面１１に形成されていると、床面９の下方に設置されている機器類およびケーブル類に影響せずに吸気口４１、排気口４３を設けることができるため、吸気口４１および排気口４３の設置位置の設計自由度が向上しバッテリ室３５の外気による冷却効率を向上する配置とすることができる。
なお、図示していないが、吸気口４１および排気口４３が共に車体の床面９に形成されていてもよく、排気口４３を側壁面１１に設置した場合には、図２に示すように車両１が駅停車時にホームの乗客へバッテリ室３５内の循環空気流が直接当たるおそれがあるため、ホームドア４６等の防御壁を設ける必要があるが、このように吸気口４１および排気口４３が共に車体の床面９に形成されている場合には、防御壁を設ける必要がない。
（第４実施形態）
次に、図７〜１０を参照して、第４実施形態について説明する。
この第４実施形態は、第１実施形態に対して客室用の空調機２９によって冷却された冷気の一部をバッテリ室３５内の熱交換パイプに導いて、熱交換パイプを介してバッテリ室３５内の空気を冷却して、該冷却された空気によってバッテリ３３を間接的に冷却するものである。その他の構成部品については、第１実施形態と同様であるため、同一符号を付して説明を省略する。
図７に示すように、バッテリ室３５の一端部には、客室２１用の空調機２９によって生成された冷気を客室に均等放出するダクト兼デュヒューザーが前後に通っている。ここから冷気の一部を車両側壁面に沿って上下方向に形成された冷気導入ダクト５０によって流入される。そして、図８に示すように、冷気導入ダクト５０の下流部位には冷気導入ファン５２が設置され、バッテリ室３５内に流入されるようになっている。バッテリ室３５内に流入した冷気は、入口側ダクト内整流板５４Ａ、５４Ｂ、５４Ｃ、５４Ｄ、５４Ｅによって方向が変えられて車両前後方向に伸びて上下に並設される複数本の熱交換パイプ５６Ａ、５６Ｂ、５６Ｃ、５６Ｄ、５６Ｅに流入される。
複数の入口側ダクト内整流板５４Ａ〜５４Ｅは、冷気が上流側の熱交換パイプ５６Ａから下流側の熱交換パイプ５６Ｅまで偏らずにスムーズに流入するように、長さが、下流に行くに従って順次長くなり、さらに熱交換パイプ５６Ａ〜５６Ｅへ向かう角度が大きくなるように設定され、最も下流側の熱交換パイプ５６Ｅへの入口側ダクト内整流板５４Ｅが最も長く傾斜角度が大きく設定されている。
なお、図９に示すように、熱交換パイプ５６Ａ〜５６Ｅは、バッテリ３３の室内側端部に近接して設置されていて、パイプ部材の外周には図示しない放熱フィンが形成されて熱交換効率を高めようになっている。
熱交換パイプ５６Ａ〜５６Ｅの排出側には、排出側ダクト内整流板５８Ａ、５８Ｂ、５８Ｃ、５８Ｄ、５８Ｅがそれぞれ設けられ、この排出側ダクト内整流板５８Ａ〜５８Ｅも、入口側ダクト内整流板５４Ａ〜５４Ｅと同様に、熱交換パイプ５６Ａ〜５６Ｅから排出される暖気を暖気排出ダクト６０に向かわせて空調機２９のリターン側へスムーズに戻すように、その長さ、傾きが設定されている。
なお、これらの入口側ダクト内整流板５４Ａ〜５４Ｅ、排出側ダクト内整流板５８Ａ〜５８Ｅの長さ、傾きは固定されて設定されている。
さらに、暖気排出ダクト６０の上流側には暖気排出ファン６２が設置され、暖気を暖気排出ダクト６０へ押し出し、客室用の空調機２９の配管３１へ戻して、空調機２９のリターン側へ循環させている。
このようにして、空調機２９による冷気をバッテリ室３５内に導いて熱交換パイプ５６Ａ〜５６Ｅを介してバッテリ室３５内の空気を冷却して間接的にバッテリ３３を冷却している。
また、外気による冷却については、バッテリ室３５の側壁面１１側の下部に複数の吸気口６４が設けられ、上部には複数の排気口６６が設けられて、吸気口６４および排気口６６には、それぞれ吸気開閉弁６８と排気開閉弁７０とが取り付けられとともに、排気口６６には、排気ファン７２が設置されている。
さらに、個々のバッテリ３３には、図９、図１０（ａ）、（ｂ）、（ｃ）のバッテリ３３に示すように、バッテリファン７４が内蔵されて一体形成されており、バッテリ３３の長手方向に空気の流れを作るようになっている。
吸気開閉弁６８、および排気開閉弁７０が共に閉じているときに、バッテリ室３５内の空気が循環するように、図１０（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に示すように、気流誘導板７６が熱交換パイプ５６Ａ〜５６Ｅから排気口６６にかけて、熱交換パイプ５６Ａ〜５６Ｅとバッテリ３３とを囲って設置されている。
また、バッテリ室３５内において、バッテリ３３の車外側端部には、バッテリ室内整風板７８Ａ、７８Ｂ、７８Ｃが上下方向に複数枚取り付けられていて、このバッテリ室内整風板７８Ａ〜７８Ｃは角度が自由に設定されるように構成されている。
すなわち、バッテリ室３５内で、吸気口６４および排気口６６を閉じてバッテリファン７４による空気の流れが循環するようにバッテリ室内整風板７８Ａ〜７８Ｃの角度が設定され（図１０（ａ）、（ｃ））、また、吸気口６４および排気口６６を開いて、排気ファン７２を作動して外気を排気ファン７２によって導入、排出するときには、外気を導入し排出し易いように角度が変えられるようになっている（図１０（ｂ））。
さらに、冷却制御装置８０が設けられ、該冷却制御装置８０によって、吸気口６４および排気口６６からの外気の供給と排出によるバッテリ室３５内の冷却と、バッテリ室３５内における空気の循環による冷却とが、バッテリ温度、バッテリ室内温度、外気温度とに基づいて制御される。
すなわち、吸気開閉弁６８の開閉、排気開閉弁７０の開閉、排気ファン７２の作動、バッテリファン７４の作動を、バッテリ温度が目標の温度に近づくように自動的に制御する。
例えば、外気温度から冬季を判断した場合であって、バッテリ３３の温度を電解液温度から検出し、さらにバッテリ室３５の温度を検出し、バッテリ温度またはバッテリ室内温度が外気温度より低い冬季の早朝または運用初期のときには、図１０（ａ）に示すように、吸気開閉弁６８を閉、排気開閉弁７０を閉、排気ファン７２を非作動にして、バッテリ室３５内での内部循環モードとなって矢印のように空気が循環する。このときバッテリファン７４は作動し、バッテリ室内整風板７８Ａ〜７８Ｃは内部循環に適した角度に設定される。
次に、外気温度から冬季を判断した場合であって、バッテリ温度またはバッテリ室内温度が外気温度より高いバッテリ発熱時のときには、図１０（ｂ）に示すように、吸気開閉弁６８を開、排気開閉弁７０を開、排気ファン７２を作動して、外気の導入／放出モードとなって矢印のように外気が流れる。このときバッテリファン７４は作動し、バッテリ室内整風板７８Ａ〜７８Ｃは導入／放出に適した角度に設定される。
次に、外気温度から夏季を判断した場合には、空調機２９による冷気がバッテリ室３５の内部に導かれて熱交換パイプ５６Ａ〜５６Ｅを介してバッテリ３３を間接的に冷却する。図１０（ｃ）に示すように、図１０（ａ）と同様に、吸気開閉弁６８を閉、排気開閉弁７０を閉、排気ファン７２を非作動にして、バッテリ室３５内での内部循環モードとなって矢印のように空気が循環する。
以上のように、冷却制御装置８０によって、バッテリ温度、バッテリ室内温度、外気温度に基づいて最適なバッテリ冷却が行なわれるため、バッテリ３３を最適な温度環境において作動する制御が可能になり、バッテリ３３の使用寿命を延長できる。
（第５実施形態）
次に、図１１〜１３を参照して、第５実施形態について説明する。
第５実施形態は、第４実施形態とバッテリ３３の設置状態が、第４実施形態では横置きであったものが、第５実施形態では縦置きであることが相違し、他は第４実施形態と同様である。
図１１に示すように、バッテリ室３５の一端部には、客室用の空調機２９によって生成された冷気の一部が冷気導入ダクト９０によって流入される。そして、冷気導入ダクト９０の下流部位には冷気導入ファン９２が設置され、バッテリ室３５内に流入されるようになっている。バッテリ室３５内に流入した冷気は、入口側ダクト内整流板９４Ａ、９４Ｂ、９４Ｃによって方向が変えられて車両前後方向に伸びて水平方向に並設される複数本の熱交換パイプ９６Ａ、９６Ｂ、９６Ｃ、９６Ｄに流入される。
このとき、複数の入口側ダクト内整流板９４Ａ、９４Ｂ、９４Ｃは、冷気が上流側の熱交換パイプ９６Ａから下流側の熱交換パイプ９６Ｄまで偏らずにスムーズに流入するように、長さが、下流に行くに従って順次長くなり、さらに熱交換パイプ９６Ａ、９６Ｂ、９６Ｃ、９６Ｄへ向かう整流板の傾斜は下流に行くにしたがってパイプ方向を向くように小さくなる設定されている。なお、熱交換パイプ９６Ａ、９６Ｂ、９６Ｃ、９６Ｄは、バッテリ３３の上端部に近接して設置されている。
熱交換パイプ９６Ａ、９６Ｂ、９６Ｃ、９６Ｄの排出側には、排出側ダクト内整流板９８Ａ、９８Ｂ、９８Ｃが設けられ、この排出側ダクト内整流板９８Ａ、９８Ｂ、９８Ｃも、入口側ダクト内整流板９４Ａ、９４Ｂ、９４Ｃと同様に、熱交換パイプ９６Ａ、９６Ｂ、９６Ｃ、９６Ｄから排出される暖気を暖気排出ダクト１００に向わせて空調機２９のリターン側へスムーズに戻すように、長さ、傾きが設定されている。
これらの入口側ダクト内整流板９４Ａ、９４Ｂ、９４Ｃ、排出側ダクト内整流板９８Ａ、９８Ｂ、９８Ｃの長さ、傾きは固定されて設定されている。
また、暖気排出ダクト１００の上流側には暖気排出ファン１０２が設置され、暖気を暖気排出ダクト１００へ押し出し、客室用の空調機２９のリターン側へ戻すようになっている。
さらに、個々のバッテリ３３は縦配置され、図１３（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に示すように、バッテリ３３のバッテリファン７４によって、下から上方向に空気の流れを作るようになっている。そして、吸気開閉弁６８、および排気開閉弁７０が共に閉じているときに、バッテリ室３５内で、空気が循環するように、図１３（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に示すように、気流誘導板１１６が熱交換パイプ９６Ａ、９６Ｂ、９６Ｃ、９６Ｄから排気口６６にかけて、熱交換パイプ９６Ａ、９６Ｂ、９６Ｃ、９６Ｄを囲って設置されている。また、循環路１１８が上下方向に形成されている。
第５実施形態では、第４実施形態のバッテリ室内整風板７８Ａ、７８Ｂ、７８Ｃに相当する構成部品は設置されていない。すなわち、第５実施形態では、バッテリ３３がそれぞれ縦置きであるため、循環路１１８によってバッテリ３３の下部に空気を導くことで、バッテリファン７４及び熱対流によって、下から上への流れが生じやすく、第４実施形態のように横積みされる各バッテリへの横方向の空気の流れを生成する必要がないためである。
従って、第５実施形態では、構成部品が簡素化されるため、簡単な構造でシステムを構成できる。
また、冷却制御装置１２０が設けられ、該冷却制御装置１２０によって、吸気口６４および排気口６６からの外気の供給と排出による冷却と、バッテリ室３５内における空気の循環による冷却とが、バッテリ温度、バッテリ室内温度、外気温度とに基づいて制御され、バッテリ温度が目標の温度に近づくように自動的に制御する。
なお、バッテリ温度が目標の温度に近づくように自動的に制御する点は、第４実施形態と同様であるが、本実施形態では第４実施形態のバッテリ室内整風板７８Ａ、７８Ｂ、７８Ｃがないため、これらに対する制御は不要である。
具体的には、外気温度から冬季を判断した場合であって、バッテリ温度またはバッテリ室内温度が外気温度より低い冬季の早朝または運用初期のときには、図１３（ａ）に示すように、吸気開閉弁６８を閉、排気開閉弁７０を閉、排気ファン７２を非作動にして、バッテリ室３５内での内部循環モードとなって矢印のように空気が循環する。このときバッテリファン７４は作動し、循環路１１８を上から下に通って循環する。
また、外気温度から冬季を判断した場合であって、バッテリ温度またはバッテリ室内温度が外気温度より高いバッテリ発熱時のときには、図１３（ｂ）に示すように、吸気開閉弁６８を開、排気開閉弁７０を開、排気ファン７２を作動して、外気の導入／放出モードとなって矢印のように外気が流れる。このときバッテリファン７４は作動し、排気口６６から排出されるように流れる。
また、外気温度から夏季を判断した場合には、空調機２９による冷気がバッテリ室３５の内部に導かれて熱交換パイプ９６Ａ〜９６Ｄを介してバッテリ３３を間接的に冷却する。図１３（ｃ）に示すように、図１３（ａ）と同様に、吸気開閉弁６８を閉、排気開閉弁７０を閉、排気ファン７２を非作動にして、バッテリ室３５内での内部循環モードとなって、循環路１１８を通って上から下に矢印のように冷気が循環する。
また、本実施形態によれば、バッテリ室３５内において、バッテリ３３が縦配置されるため、前記空気または冷気の循環流方向が前記バッテリ３３の下から上方向に流されることによって、空気または冷気の熱対流効果によってバッテリ３３の冷却効果が効率的に得られる。
以上のように第５実施形態によれば、冷却制御装置１２０によって、バッテリ温度、バッテリ室内温度、外気温度に基づいて最適なバッテリ冷却が行なわれるため、バッテリ３３を最適な温度環境において作動するような制御が可能になり、バッテリ３３の使用寿命を延長することができる。
（第６実施形態）
次に、図１４〜１６を参照して、第６実施形態について説明する。
第４、５実施形態は、空調機２９によって冷却された冷気をバッテリ室３５の熱交換パイプ５６Ａ〜５６Ｅ、９６Ａ〜９６Ｄに導いて、該熱交換パイプによってバッテリ室３５内の空気を冷却してバッテリ３３を間接的に冷却するものであったが、第６実施形態、および次の第７実施形態では、車両の空気源からの圧力空気を低温空気発生器１３１に導入し、低温空気発生器１３１から発生した冷気をバッテリ室３５の内部に直接導いてバッテリ３３を冷却する点で相違する。本第６実施形態は第４実施形態のバッテリを横置きにした場合に対応し、次の第７実施形態が第５実施形態のバッテリを縦置きにした場合に対応するものである。
図１４及び図１５に示すように、バッテリ室３５の一端部には、冷気が直接流入するようになっている。
この冷気は、車両の機器を作動させる空気源としての圧力空気を用いて、例えばブレーキ用の圧力空気を用いてつくる。
すなわち、圧力空気を供給すると、冷気と熱気とを噴出する低温空気発生器１３１に圧力空気を通して冷気を生成する。そして、生成した冷気を直接的にバッテリ室３５内に導入する。
なお、低温空気発生器１３１は、冷媒を一切使用せずに高圧の圧力空気を容器内に導入すると、器内に発生した渦流の流れを利用して冷気と熱気とを発生する冷気発生器である。
低温空気発生器１３１の入口部には圧縮空気の供給を制御する電磁バルブ１３２が設けられて、電磁バルブ１３２のＯＮ、ＯＦＦで冷気がバッテリ室３５内に流入するようになっている。
バッテリ室３５内に流入した冷気は、冷風管１３４によって、各バッテリ３３の車体の側壁面１１側に導かれて、バッテリ３３に向かって穿設されて冷風口１３６から流出するようになっている。
冷風管１３４は、バッテリ３３の３段積みに対応してバッテリ３３の各段に対応して車両前後方向に伸びて上下方向に並設されている。
バッテリ室３５内において、図１６（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に示すように気流誘導板１３８がバッテリ３３を囲って排気口６６まで伸びている。またバッテリ３３の車外側端部には、バッテリ室内整風板１４０Ａ、１４０Ｂが上下方向に複数枚取り付けられていて、このバッテリ室内整風板１４０Ａ、１４０Ｂは角度が自由に設定される。
また、冷却制御装置１４２が設けられ、吸気口６４および排気口６６からの外気の供給と排出による冷却と、バッテリ室３５内における循環空気による冷却と、低温空気発生器１３１から直接放出された冷気による冷却とが、バッテリ温度、バッテリ室内温度、外気温度とに基づいて制御され、バッテリ温度が目標の温度に近づくように自動的に制御される。
具体的には、外気温度から冬季を判断した場合であって、バッテリ温度またはバッテリ室内温度が外気温度より低い冬季の早朝または運用初期のときには、図１６（ａ）に示すように、吸気開閉弁６８を閉、排気開閉弁７０を閉、排気ファン７２を非作動にして、バッテリ室３５内での内部循環モードとなって矢印のように空気が循環する。このときバッテリファン７４は作動し、バッテリ室内整風板１４０Ａ、１４０Ｂは内部循環に適した角度に設定される。
また、外気温度から冬季を判断した場合であって、バッテリ温度またはバッテリ室内温度が外気温度より高いバッテリ発熱時のときには、図１６（ｂ）に示すように、吸気開閉弁６８を開、排気開閉弁７０を開、排気ファン７２を作動して、外気の導入／放出モードとなって矢印のように外気が流れる。このときバッテリファン７４は作動し、バッテリ室内整風板１４０Ａ、１４０Ｂは導入／放出に適した角度に設定される。
また、外気温度から夏季を判断した場合には、電磁バルブ１３２がＯＮして低温空気発生器１３１からの冷気が冷風管１３４を介して、バッテリ３３の端部に放出されると、直接その冷気によってバッテリ３３が冷却される。そして図１３（ｃ）に示すように、図１３（ａ）と同様に、吸気開閉弁６８を閉、排気開閉弁７０を閉、排気ファン７２を非作動にして、バッテリ室３５内での内部循環モードとなって矢印のように冷気が循環する。
以上のように第６実施形態によれば、冷却制御装置１４２によって、バッテリ温度、バッテリ室内温度、外気温度に基づいて、低温空気発生器１３１からの冷気によって直接バッテリ３３の冷却ができるため、バッテリ３３の冷却効果が一層大きくなり、迅速にバッテリ３３を最適な温度環境において作動するような制御が可能になり、バッテリ３３の使用寿命を延長することができる。
さらに、客室用の空調機２９を用いずに、車両の空気源としての圧力空気を用いて低温空気発生器１３１によって簡単に冷気をつくることができるので、システムを簡単に構成できる。
また、床下に配設されている圧力空気源から圧力空気を導入できるため、冷気を客室２１用の空調機２９によって生成された冷気の一部を天井部分から床部分まで車両側壁面に沿って導く冷気導入ダクト等の配管が不要になり、システムを簡素化できる。
（第７実施形態）
次に、図１７〜１９を参照して、第７実施形態について説明する。
第７実施形態が第５実施形態に対応するものであり、前記第６実施形態はバッテリ３３の設置状態が横置きであったものが、第７実施形態では縦置きであることが相違し、他は第６実施形態と同様である。
図１７に示すように、バッテリ室３５の一端部には、車両の空気源からの圧力空気を低温空気発生器１５１に導入し、該低温空気発生器１５１から発生した冷気が流入される。そして、図１７に示すように、低温空気発生器１５１の入り口部には圧力空気の導入を制御する電磁バルブ１５２が設けられて電磁バルブ１５２のＯＮ、ＯＦＦで冷気がバッテリ室３５内に流入するようになっている。低温空気発生器１５１については、第６実施形態で説明した低温空気発生器１３１と同様のものである。
バッテリ室３５内に流入した冷気は、冷風管１５４によって、各バッテリ３３の下部に車体の床面９側に導かれて、バッテリ３３に向かって穿設されて冷風口１５６から流出するようになっている。
冷風管１５４は、バッテリ３３の３列に対応してバッテリ３３の各列の下部に車両前後方向に伸びて水平方向に並設されている。
また、バッテリ室３５内において、図１９（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に示すように気流誘導板１５８がバッテリ３３を覆うように排気口６６まで伸びている。またバッテリ３３の車外側端部には、循環路１６０が上下方向に形成されている。
また、冷却制御装置１６２が設けられ、吸気口６４および排気口６６からの外気の供給と排出による冷却と、バッテリ室３５内における循環空気による冷却と、低温空気発生器１５１から直接放出された冷気による冷却とが、バッテリ温度、バッテリ室内温度、外気温度とに基づいて制御され、バッテリ温度が目標の温度に近づくように自動的に制御する。
具体的には、外気温度から冬季を判断した場合であって、バッテリ温度またはバッテリ室内温度が外気温度より低い冬季の早朝または運用初期のときには、図１９（ａ）に示すように、吸気開閉弁６８を閉、排気開閉弁７０を閉、排気ファン７２を非作動にして、バッテリ室３５内での内部循環モードとなって矢印のように空気が循環する。このときバッテリファン７４は作動し、循環路１６０を通って上から下に循環する。
また、外気温度から冬季を判断した場合であって、バッテリ温度またはバッテリ室内温度が外気温度より高いバッテリ発熱時のときには、図１９（ｂ）に示すように、吸気開閉弁６８を開、排気開閉弁７０を開、排気ファン７２を作動して、外気の導入／放出モードとなって矢印のように外気が流れる。このときバッテリファン７４は作動し、排気口６６から排出されるように流れる。
また、外気温度から夏季を判断した場合には、電磁バルブ１３２がＯＮして冷気が冷風管１３４を介して、バッテリ３３の端部に放出されると、直接その冷気によってバッテリ３３が冷却される。そして図１９（ｃ）に示すように、図１９（ａ）と同様に、吸気開閉弁６８を閉、排気開閉弁７０を閉、排気ファン７２を非作動にして、バッテリ室３５内での内部循環モードとなって、循環路１６０を通って上から下に矢印のように冷気が循環する。
低温空気発生器１５１からの冷気をバッテリ室３５内に導いて直接バッテリ３３を冷却することによる効果は、前記第６実施形態と同様であるが、本第７実施形態によれば、バッテリ室３５内において、バッテリ３３が縦配置されるとともに、前記空気または冷気の循環流方向が前記バッテリ３３の下部から上部へとバッテリ３３の高さ方向に流されることによって、空気または冷気の熱対流効果によってバッテリ３３の冷却効果が一層効果的に得られる。その結果、迅速にバッテリ３３を最適な温度環境において作動するような制御が可能になり、バッテリ３３の使用寿命を延長することができる。

本発明によれば、車両全体の重量バランスがよく、バッテリの冷却性がよく、しかもバッテリ室と客室との密閉性を保って安全性が向上するバッテリ搭載構造を得ることができるので、軌道系交通システム等に用いられる軌道系電動車両に提供できる。

Claims (12)

1. バッテリからの駆動電力によって軌道を走行する軌道系電動車両のバッテリ搭載構造において、
   バッテリセルを複数個接続して形成されるバッテリモジュール（以下バッテリという）を複数個並べて収容するバッテリ室を車体の床面上に形成し、該バッテリ室は車室内側とは密閉構造の仕切板によって仕切られ、車体の床面または壁面には前記バッテリ室内に車外気を導入および排出する吸気口および排気口が設けられ、前記バッテリ室内が外気によって冷却可能に構成され、
   さらに、客室用の空調機からの冷気または車両に搭載された低温空気発生器からの冷気を前記バッテリ室へ循環せしめてバッテリ室内が冷却されるように構成され、
   前記吸気口および前記排気口からの外気の導入と放出による冷却と、前記吸気口および排気口が閉じてバッテリ室内の空気の循環による冷却と、前記吸気口および排気口が閉じて前記冷気の循環による冷却とを、バッテリ温度、バッテリ室内温度、および外気温度とに基づいて制御して、バッテリ温度が目標の温度に近づくように制御する冷却制御装置が設けられることを特徴とする軌道系電動車両のバッテリ搭載構造。
2. 前記バッテリ室が前記車両の前後方向の中央部の車両両側に客室内に張り出して設けられることを特徴とする請求項１記載の軌道系電動車両のバッテリ搭載構造。
3. 前記バッテリ室が乗客の座席の下方に位置されることを特徴とする請求項２記載の軌道系電動車両のバッテリ搭載構造。
4. 前記バッテリ室にはバッテリの温度、電流、電圧を監視してバッテリの異常を検出した際に該バッテリからの給電を制御するバッテリ制御装置が設置されていることを特徴とする請求項１記載の軌道系電動車両のバッテリ搭載構造。
5. 前記吸気口および排気口が共に車体の側壁面に形成されていることを特徴とする請求項１記載の軌道系電動車両のバッテリ搭載構造。
6. 前記吸気口および排気口が共に車体の床面に形成されていることを特徴とする請求項１記載の軌道系電動車両のバッテリ搭載構造。
7. 客室用の空調機からの冷気を前記バッテリ室へ循環せしめて、前記バッテリ室にて熱交換パイプを介してバッテリ室内の空気が冷却されるように構成したことを特徴とする請求項１記載の軌道系電動車両のバッテリ搭載構造。
8. 車両の空気源からの圧力空気により冷気をつくって直接前記バッテリ室内へ供給して、前記バッテリ室内の空気が冷却されるように構成したことを特徴とする請求項１記載の軌道系電動車両のバッテリ搭載構造。
9. 前記バッテリ室内において、バッテリが縦配置されるとともに、前記空気または冷気の循環流方向が前記バッテリの下部から上部へと上下方向に流されることを特徴とする請求項７または８記載の軌道系電動車両のバッテリ搭載構造。
10. 前記軌道が、前記軌道系電動車両のみが走行する専用軌道であることを特徴とする請求項１記載の軌道系電動車両のバッテリ搭載構造。
11. 前記軌道が、前記軌道系電動車両および他の車両が走行可能な併用軌道であることを特徴とする請求項１記載の軌道系電動車両のバッテリ搭載構造。
12. 前記請求項１〜１１の何れか一項に記載のバッテリ搭載構造を有することを特徴とする軌道系電動車両。

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