JP5082626B2 - バッテリパックの車両搭載構造 - Google Patents

Description

この発明は、一般的には、バッテリパックの車両搭載構造に関し、より特定的には、車両のラゲージルームに収容されるバッテリパックの車両搭載構造に関する。

従来のバッテリパックの車両搭載構造に関して、たとえば、特開平１１−８９０１４号公報には、冷却ファンの容量を小さくし、排気ダクトの構造を簡単にし、コストを低減することを目的とした電動車両のコントローラ冷却構造が開示されている（特許文献１）。特許文献１では、モータコントローラに供給された冷却空気を車室外に排出する排気ダクトが、車室底壁から下方に導出される。排気ダクトの排気口は、車室底壁、クロスメンバおよびスペアタイヤで囲まれた空間に開口する。

また、特開２００６−１８５７７８号公報には、組電池を構成する電池セル間の温度差を抑えて冷却するとともに、電池性能の維持を簡易な構造で図ることを目的とした組電池の冷却装置が開示されている（特許文献２）。特許文献２に開示された組電池の冷却装置は、放射状に配置された複数の電池セルと、複数の電池セルに囲まれた位置に形成され、隣り合う電池セル間に冷却風を供給する冷却風通路とを含む。

また、特開平７−１３７５８１号公報には、トランクルーム内の有効利用を図ることを目的とした車載用スピーカが開示されている（特許文献３）。特許文献３では、スペアタイヤのホイール凹部にスピーカボックスが収容されている。

また、特開平９−１６８２８４号公報には、限られた車室内空間の有効利用を図ることを目的とした補助バッテリ装置が開示されている（特許文献４）。特許文献４では、車両の後部にリヤダンパが設けられており、そのリヤダンパにスペアタイヤキャリア装置が立設されている。スペアタイヤキャリア装置には、スペアタイヤが取り付けられている。スペアタイヤのホイール内側に、補助バッテリ装置が取り付けられている。
特開平１１−８９０１４号公報 特開２００６−１８５７７８号公報 特開平７−１３７５８１号公報 特開平９−１６８２８４号公報

近年ますます高まりつつある省エネ・環境問題を背景に、ハイブリッド自動車（Hybrid Vehicle）や電気自動車（Electric Vehicle）が大きく注目されている。たとえば、ハイブリッド自動車は、エンジンを駆動することによって動力を得るとともに、バッテリからの直流電圧をインバータによって交流電圧に変換し、その変換された交流電圧によりモータを回転させることによって動力を得る。このため、ハイブリッド自動車には、従来のエンジンに加えてバッテリが搭載される。

しかしながら、車両上のスペースは非常に狭いため、バッテリの搭載スペースを確保することは容易でない。このため、バッテリを搭載するに際し、車両上のスペースを有効に利用することが求められる。一方、車両の動力源として機能するバッテリには、車両上で外部からの荷重や衝撃に対して適切に保護されることが求められる。

そこでこの発明の目的は、上記の課題を解決することであり、車両上のスペースを有効に利用するとともに、外部からの荷重や衝撃からバッテリが適切に保護されるバッテリパックの車両搭載構造を提供することである。

この発明に従ったバッテリパックの車両搭載構造は、車両のラゲージルームに積み込まれ、ホイールを含むスペアタイヤと、ホイールの内側に配置されたバッテリパックとを備える。

このように構成されたバッテリパックの車両搭載構造によれば、スペアタイヤのホイールの内側にバッテリパックを配置することにより、車両上のスペースの有効利用を図ることができる。また、バッテリパックはホイールに取り囲まれた位置に配置される。このため、ホイールによって、外部からの荷重や衝撃からバッテリパックを適切に保護することができる。

また好ましくは、バッテリパックは、円柱形状を有する。このように構成されたバッテリパックの車両搭載構造によれば、バッテリパックがホイールの内側の空間に即した形状を有するため、車両上のスペースをより有効に利用することができる。

また好ましくは、バッテリパックは、複数のバッテリセルと、複数のバッテリセルに冷却風を供給するファンとを含む。複数のバッテリセルは、ファンの外周上に周方向に間隔を設けて配列される。冷却風は、ファンから、隣接する複数のバッテリセル間を通って放射状に流れる。このように構成されたバッテリパックの車両搭載構造によれば、バッテリセルの冷却構造を簡易に構成しつつ、複数のバッテリセルを効率良く、かつ均等に冷却することができる。

また好ましくは、複数のバッテリセルの各々は、角型形状を有する。複数のバッテリセルは、バッテリセルが有する複数の側面のうち最も広い面積を有する側面が、ファンを中心とする半径方向に対して斜めに交差する方向に延在するように配置される。このように構成されたバッテリパックの冷却構造によれば、ファンを中心に放射状に流れる冷却風を、バッテリセルが有する最も広い側面に衝突させることができる。これにより、より多くの冷却風をバッテリセルの冷却に寄与させ、その冷却効率を向上させることができる。

また好ましくは、バッテリパックは、複数のバッテリセルと、複数のバッテリセルの各々に配線を介して接続される電気機器とを含む。複数のバッテリセルは、電気機器の外周上に周方向に並んで配列される。このように構成されたバッテリパックの車両搭載構造によれば、複数のバッテリセルの中心に電気機器が配置されるため、電気機器および各バッテリセル間を接続する配線の長さを均等にできる。これにより、ノイズや配線抵抗の影響が、複数のバッテリセル間でばらつくことを抑制できる。

以上説明したように、この発明に従えば、車両上のスペースを有効に利用するとともに、外部からの荷重や衝撃からバッテリが適切に保護されるバッテリパックの車両搭載構造を提供することができる。

この発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。なお、以下で参照する図面では、同一またはそれに相当する部材には、同じ番号が付されている。

図１は、この発明の実施の形態におけるバッテリパックの車両搭載構造を示す断面図である。図中には、ハイブリッド自動車のラゲージルーム周辺の断面が示されている。

図１を参照して、車両としてのハイブリッド自動車は、ガソリンエンジンやディーゼルエンジン等の内燃機関と、車両駆動用のモータとを動力源とする。ハイブリッド自動車は、ラゲージルーム１２を含む。ラゲージルーム１２は、ハイブリッド自動車の車両後方に設けられている。ラゲージルーム１２は、図示しないリヤシートの後方に設けられている。ラゲージルーム１２内への荷物の積み下ろしを行なうため、開閉自在なラゲージルームドア１４が設けられている。ラゲージルーム１２は、ハイブリッド自動車の車内空間である。

ラゲージルーム１２は、荷物収容部１２ｍおよびスペアタイヤ収容部１２ｎを含む。荷物収容部１２ｍには、主に乗員の荷物が積み込まれる。スペアタイヤ収容部１２ｎには、スペアタイヤ２１が収容される。スペアタイヤ２１は、ハイブリッド自動車のタイヤがパンクした時に使用される予備のタイヤである。

スペアタイヤ収容部１２ｎは、荷物収容部１２ｍの床面に設けられている。スペヤタイヤ収容部１２ｎは、荷物収容部１２ｍの鉛直下側に配置されている。荷物収容部１２ｍとスペアタイヤ収容部１２ｎとは、板部材としてのデッキボード１７により区画されている。デッキボード１７は、スペアタイヤ２１をスペアタイヤ収容部１２ｎに搬入、搬出する際に取り外される。デッキボード１７には、通気孔１８が形成されている。通気孔１８は、荷物収容部１２ｍとスペアタイヤ収容部１２ｎとの間を連通させる。

スペアタイヤ２１は、タイヤ部２３およびホイール２２を含む。タイヤ部２３は、ゴムから形成されている。タイヤ部２３は、弾性を有する。ホイール２２は、スペアタイヤ２１を車体に連結するための車輪部分である。ホイール２２の周囲に、圧縮空気が封入されたタイヤ部２３が設けられている。ホイール２２は、金属から形成されている。ホイール２２は、中空形状を有する。

図２は、図１中のスペアタイヤの内側を示す断面図である。図３は、図１中のスペアタイヤをスペアタイヤ収容部に収容する状態を示す斜視図である。図１から図３を参照して、ハイブリッド自動車は、バッテリパック３１を含む。バッテリパック３１は、ラゲージルーム１２に収容されている。バッテリパック３１は、スペアタイヤ２１とともにスペアタイヤ収容部１２ｎに収容されている。

バッテリパック３１は、バッテリ３６を含む。バッテリ３６は、ハイブリッド自動車に搭載された車両駆動用のモータに電力供給する。バッテリ３６は、充放電可能な２次電池であれば特に限定されず、たとえば、ニッケル水素電池であってもよいし、リチウムイオン電池であってもよい。

本実施の形態におけるハイブリッド自動車においては、車両駆動用のモータを駆動する際、バッテリ３６から放電された直流電流がインバータによって交流電流に変換され、モータに供給される。モータをジェネレータとして機能させ、エネルギ回生を行なう際には、モータが発電した交流電流がインバータによって直流電流に変換され、バッテリ３６に充電される。

バッテリパック３１は、中空形状を有するホイール２２の内側に配置されている。言い換えれば、バッテリパック３１の外周上に、ホイール２２が配置されている。水平方向におけるバッテリパック３１の周囲が、ホイール２２によって取り囲まれている。バッテリパック３１の周囲に、ホイール２２とタイヤ部２３とが内周側から順に配置されている。

バッテリパック３１は、略円柱形状を有する。バッテリパック３１は、ホイール２２が有する中空形状に即した略円柱形状を有する。ホイール２２は、荷物収容部１２ｍに向い合う側に上端面２２ｄを含む。バッテリパック３１は、その上端面２２ｄから突出しないように設けられている。スペアタイヤ２１は、ホイール２２がバッテリパック３１の上側から覆い被さるように設けられている。

なお、互いに嵌合する凹部および凸部をスペアタイヤ２１およびバッテリパック３１にそれぞれ設けるなどして、スペアタイヤ２１がバッテリパック３１に固定される構成としてもよい。

図４は、図２中のＩＶ−ＩＶ線上に沿ったバッテリパックの断面図である。図５は、図４中のバッテリセルを示す斜視図である。図４および図５を参照して、バッテリ３６は、複数のバッテリセル３６ｓを含む。バッテリセル３６ｓは、角型形状を有する。バッテリセル３６ｓは、略直方体形状を有する。バッテリセル３６ｓは、平板形状を有する。バッテリセル３６ｓは、一対の側面３６ａを含む。側面３６ａは、バッテリセル３６ｓが有する側面のうち最も広い面積を有する側面である。複数のバッテリセル３６ｓが互いに電気的に接続されることにより、バッテリ３６が構成されている。複数のバッテリセル３６ｓは、互いに電気的に直列に接続されている。

図２から図４を参照して、バッテリパック３１は、ファン３２を含む。ファン３２は、回転ファンの中央部に設けられた吸気口３２ｐから回転軸方向に吸気して、回転軸の半径方向に冷却風を排出する電動のシロッコファンである。ファン３２は、バッテリ３６に向けて冷却風を供給する押し込み型のファンである。ファン３２は、ファン３２を中心に放射状に広がるように冷却風を送風する。ファン３２は、ファン３２を中心とする半径方向に向けて冷却風を送風する。

本実施の形態では、ファン３２がバッテリパック３１に内蔵されるため、ダクト長を短縮できる。なお、ファン３２は、必ずしもバッテリパック３１と一体に設けられなくてもよい。ファン３２の種類は、シロッコファンに限られず、たとえば、クロスフロー型のファンやプロペラファンであってもよい。ファン３２は、バッテリ３６から冷却風を吸引する引き込み型のファンであってもよい。

複数のバッテリセル３６ｓは、ファン３２の外周上に配置されている。複数のバッテリセル３６ｓは、ファン３２を中心にその周方向に並んで配置されている。複数のバッテリセル３６ｓは、互いに間隔を設けて配置されている。複数のバッテリセル３６ｓは、互いに隣り合うバッテリセル３６ｓ間で側面３６ａ同士が向い合うように配置されている。

本実施の形態では、複数のバッテリセル３６ｓが、側面３６ａがファン３２を中心とする半径方向に対して斜めに交差する方向に延在するように配置されている。なお、本発明は、これに限定されず、側面３６ａがファン３２を中心とする半径方向に延在するようにバッテリセル３６ｓが配置されてもよい。

バッテリパック３１は、排気チャンバ４１を含む。排気チャンバ４１は、バッテリ３６の外周上に配置されている。排気チャンバ４１は、バッテリ３６の外周上で環状に延びて形成されている。排気チャンバ４１は、排気口４１ｅを含む。排気口４１ｅは、周方向に延びて形成されている。排気口４１ｅは、バッテリパック３１の下部に開口する。

ファン３２を駆動させると、荷物収容部１２ｍ内の空気が通気孔１８を通じてスペアタイヤ収容部１２ｎに導入される。スペアタイヤ収容部１２ｎに導入された空気は、ファン３２からバッテリ３６に向けて冷却風として送風される。冷却風は、互いに隣り合うバッテリセル３６ｓ間の空間を通り、この間、各バッテリセル３６ｓを冷却する。

本実施の形態では、ファン３２を中心とする半径方向、すなわちファン３２から冷却風が送風される方向と、側面３６ａが延在する方向とが斜めに交差する。このような構成により、隣り合うバッテリセル３６ｓ間の空間で冷却風を側面３６ａに衝突するように流し、より多くの冷却風をバッテリセル３６ｓの冷却に寄与させることができる。これにより、バッテリ３６の冷却効率を向上させることができる。

バッテリセル３６ｓとの熱交換により温度上昇した冷却風は、排気チャンバ４１を通ってバッテリパック３１の外部に排出される。冷却風は、通気孔１８を通って再び荷物収容部１２ｍに戻される。本実施の形態では、バッテリ３６を冷却した冷却風が、排気口４１ｅを通じて放射状に分散して排出される。このため、排気がラゲージルーム１２から車両室内に侵入することがあっても、ラゲージルーム１２に侵入した暖かい気流がリヤシートに搭乗する乗員に不快感を与えることを抑制できる。

なお、バッテリ３６を冷却した冷却風を、スペアタイヤ収容部１２ｎから直接車外に排出する構成としてもよいし、一部を荷物収容部１２ｍに戻し、残りを車外に排出する構成としてもよい。

バッテリパック３１は、電気機器としての電池制御装置３３を含む。電池制御装置３３は、バッテリコンピュータ、バッテリの高電圧回路を制御するリレー、バッテリの総電圧と充放電電流とを検知する各種センサ、バッテリパックの点検・整備時に高電圧回路を遮断するサービスプラグ等の複数の機器から構成されている。電池制御装置３３には、各バッテリセル３６ｓから延出する電圧検出線や、サーミスタの検出線などが接続されている。

本実施の形態では、電池制御装置３３が複数のバッテリセル３６ｓの中心に配置されている。このような構成により、各バッテリセル３６ｓから電池制御装置３３に延びる各種検出線の長さを均等にできる。これにより、配線抵抗の大きさやノイズの影響が、複数のバッテリセル３６ｓ間でばらつくことを抑制し、各種測定値を電池制御装置３３で正確に検出することができる。

この発明の実施の形態におけるバッテリパックの車両搭載構造は、車両としてのハイブリッド自動車のラゲージルーム１２に積み込まれ、ホイール２２を含むスペアタイヤ２１と、ホイール２２の内側に配置されたバッテリパック３１とを備える。少なくともバッテリ３６および電池制御装置３３の水平方向における周囲が、ホイール２２によって取り囲まれている。バッテリ３６および電池制御装置３３は、２００Ｖ以上の電流が流れる高電圧部位である。

このように構成された、この発明の実施の形態におけるバッテリパックの車両搭載構造によれば、バッテリパック３１をスペアタイヤ２１のホイール２２の内側に配置することにより、車両上のスペースを有効に利用してバッテリパック３１を搭載することができる。また、車体とスペアタイヤ２１との連結に用いられるホイール２２は、強固な構造を有する。このため、ラゲージルーム１２に積み込まれた荷物の荷重がスペアタイヤ収容部１２ｎ内にまで負荷するようなことがあっても、その荷重をホイール２２で確実に支えることができる。また、仮にハイブリッド自動車が衝突される場合があっても、強固なホイール２２と弾性を有するタイヤ部２３とによって、バッテリパック３１を衝撃から適切に保護することができる。このため、たとえば、バッテリパック３１の外装を薄くし、バッテリパック３１の軽量化を図ることも可能となる。

なお、本発明を、燃料電池とバッテリとを動力源とする燃料電池ハイブリッド車（ＦＣＨＶ：Fuel Cell Hybrid Vehicle）または電気自動車（ＥＶ：Electric Vehicle）に適用することもできる。本実施の形態におけるハイブリッド自動車では、燃費最適動作点で内燃機関を駆動するのに対して、燃料電池ハイブリッド車では、発電効率最適動作点で燃料電池を駆動する。また、バッテリの使用に関しては、両方のハイブリッド自動車で基本的に変わらない。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

この発明の実施の形態におけるバッテリパックの車両搭載構造を示す断面図である。 図１中のスペアタイヤの内側を示す断面図である。 図１中のスペアタイヤをスペアタイヤ収容部に収容する状態を示す斜視図である。 図２中のＩＶ−ＩＶ線上に沿ったバッテリパックの断面図である。 図４中のバッテリセルを示す斜視図である。

符号の説明

１２ ラゲージルーム、２１ スペアタイヤ、２２ ホイール、３１ バッテリパック、３３ 電池制御装置、３６ バッテリ、３６ａ 側面、３６ｓ バッテリセル。

Claims (3)

1. 車両のラゲージルームに積み込まれ、ホイールを含むスペアタイヤと、
   前記ホイールの内側に配置されたバッテリパックとを備え、
   前記バッテリパックは、複数のバッテリセルと、前記複数のバッテリセルに冷却風を供給するファンとを含み、
   前記複数のバッテリセルは、前記ファンの外周上に周方向に間隔を設けて配列され、
   冷却風は、前記ファンから、隣接する前記複数のバッテリセル間を通って放射状に流れ、
   前記複数のバッテリセルの各々は、角型形状を有し、
   前記複数のバッテリセルは、該バッテリセルが有する複数の側面のうち最も広い面積を有する側面が、前記ファンを中心とする半径方向に対して斜めに交差する方向に延在するように配置される、バッテリパックの車両搭載構造。
2. 前記バッテリパックは、略円柱形状を有する、請求項１に記載のバッテリパックの車両搭載構造。
3. 前記バッテリパックは、複数のバッテリセルと、前記複数のバッテリセルの各々に配線を介して接続される電気機器とを含み、
   前記複数のバッテリセルは、前記電気機器の外周上に周方向に並んで配列される、請求項１または２に記載のバッテリパックの車両搭載構造。

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