JP5737127B2

JP5737127B2 - 車両

Info

Publication number: JP5737127B2
Application number: JP2011226862A
Authority: JP
Inventors: 石倉　誠; 誠石倉; 豊孝前田
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2011-10-14
Filing date: 2011-10-14
Publication date: 2015-06-17
Anticipated expiration: 2031-10-14
Also published as: JP2013086582A

Description

本発明は、発電要素を冷却する冷却風を導通させる冷却経路を備えたバッテリを搭載した車両に関する。

リチウムイオン電池、ニッケル水素電池などのバッテリを動力源として用いたハイブリッド自動車、電気自動車などが知られている。この種のバッテリは、リアシートの車両後方に形成されたラゲージルームの内部に搭載される場合がある。しかしながら、ラゲージルームに搭載されたバッテリによって、積荷を載せるスペースが浸食される。

特許文献１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、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る、バッテリパックの車両搭載構造を開示する。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み、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、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。特許文献１の構成によれば、バッテリパックがホイールの内側に形成されたスペースに配置されるため、ラゲージルームの狭小化が抑制される。

特開２００９−１８４５７７号公報

しかしながら、特許文献１の構成では、バッテリセルを包囲するホイールが遮蔽物となって、冷却風の圧力損失が大きくなる。

そこで、本願発明は、車両のラゲージルームの狭小化を抑制するとともに、冷却風の圧力損失の増大を抑制した車両を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明に係る車両は、車両のラゲージルームの床面を形成するデッキボードと、前記デッキボードの下方に形成され、発電要素を冷却する冷却風を導通させる冷却経路を備えたバッテリを収容する収容凹部と、を有し、前記バッテリの前記冷却経路から排気された冷却風を前記収容凹部の外部に排出する排出口の断面積を、前記排出口から排気される冷却風の圧力損失が許容レベルよりも低くなるように設定したことを特徴とする。

ここで、前記排出口は、前記収容凹部の上面と前記デッキボードとを車両の上下方向に離隔させることにより形成される。前記排出口は、車両の内装材であるサイドトリムと車両ボディとに挟まれた空間に連通させることができる。

本発明によれば、車両のラゲージルームの狭小化を抑制するとともに、バッテリの冷却効率を高めた車両を提供することができる。

車両の概略図である。車両のラゲージルーム及びバッテリ収容凹部の概略図である。図２の概略図をＬｈ１−Ｌｈ２断面で切断した断面図である。図２の概略図をＬｈ３−Ｌｈ４断面で切断した断面図である。圧力損失と流速との関係を測定した圧損試験の実測データである。流速と断面積との関係を測定した実測データである。圧力損失と断面積との関係を示すグラフである。車両のラゲージルーム及びバッテリ収容凹部の概略図である（実施形態２）。車両のラゲージルーム及びバッテリ収容凹部の概略図である（実施形態３）。

（第１実施形態）
以下、本発明に係る実施形態１について図面を参照しながら説明する。図１は、本実施形態に係る車両の概略図であり、車両後方のみを図示する。図２は、車両のラゲージルーム及びバッテリ収容凹部の概略図である。図３は、図２の概略図をＬｈ１−Ｌｈ２断面で切断した断面図であり、点線は断面図に投影したバッテリの外観を示す。図４は、図２の概略図をＬｈ３−Ｌｈ４断面で切断した断面図であり、点線は断面図に投影したバッテリの外観を示す。

これらの図において、矢印Ｆｒは車両の進行方向（車両前進方向）を示しており、Ｒｒは車両の進行方向とは反対方向（車両後進方向）を示しており、Ｒｈは車両の進行方向（Ｆｒ方向）に向かって右側の方向を示しており、Ｌｈは車両の進行方向（Ｆｒ方向）に向かって左側の方向を示しており、矢印ＵＰは車両の上方向を示している。なお、Ｒｈ方向及びＬｈ方向を特に区別する必要がない場合には、これらをまとめて車幅方向と称するものとする。

車両１００は、リアシート１０１、ラゲージルーム１０２及びバッテリ１を含む。車両１００は、バッテリ１の電力を用いてモータを駆動する駆動経路と、内燃機関からなる駆動経路とを有するハイブリッド自動車、或いはバッテリ１の電力を用いてモータを駆動する駆動経路のみを有する電気自動車であってもよい。また、ハイブリッド自動車は、車両外部に設けられた商用電源によりバッテリ１を充電可能なプラグインハイブリッド自動車であってもよい。

ラゲージルーム１０２は、リアシート１０１のＲｒ方向に形成されている。ラゲージルーム１０２は、バックドア１０４により開閉可能である。デッキボード２２は、ラゲージルーム１０２の床面を形成する。デッキボード２２の下方には、バッテリ１を収容する収容凹部２０が形成されている。収容凹部２０は、車両ボディ２５の一部を構成している。

図２を参照して、バッテリ１は、複数の単電池２と、吸気チャンバ４と、排気チャンバ６と、を含む。複数の単電池２は、車幅方向に配列されている。これらの単電池２は、不図示のバスバーを介して、電気的に直列に接続されている。単電池２は、リチウムイオン電池、ニッケル水素電池などの二次電池、或いはキャパシタであってもよい。なお、複数の単電池２は、電気的に並列に接続されていてもよい。

隣接する単電池２の間には、ＵＰ方向に延びる冷却通路２ａが形成されている。吸気チャンバ４は、冷却通路２ａの始端部に接続されている。吸気チャンバ４は、ブロワ８から供給される冷却風を冷却通路２ａの内部に導通させる。吸気チャンバ４は、Ｒｈ側のサイドトリム２４及び車用ボディ２５に挟まれた空間の内部に位置する。吸気チャンバ４には、シロッコ式のファン、クロスフロー型のファン、プラペラ式のファンを用いることができる。

排気チャンバ６は、冷却通路２ａの終端部に接続されている。冷却通路２ａ、吸気チャンバ４及び排気チャンバ６の内部に示された矢印は、冷却風の流れる方向を示している。ブロワ８から供給された冷却風は、吸気チャンバ４の内部をＬｈ方向に向かって流れた後、冷却通路２ａに流入し、冷却通路２ａの内部を車両１００の上側から下側に向かって移動する。冷却通路２ａの内部を流れる冷却風は、各単電池２の外面に接触することにより各単電池２を冷却する。これにより、各単電池２の劣化が抑制される。冷却通路２ａから排気された冷却風は、排気チャンバ６の内部をＲｈ方向に流れた後、収容凹部２０に排気される。なお、吸気チャンバ４及び排気チャンバ６の内部を流れる冷却風の向きは、同一方向であってもよい。また、吸気チャンバ４及び排気チャンバ６の内部を流れる冷却風の向きはそれぞれ、Ｒｈ方向Ｌｈ方向であってもよい。

バッテリ１は、収容凹部２０の底部に固定された支持部２６に支持されている。支持部２６は、車両のＦｒ方向に延びている。これにより、単電池２は、収容凹部２０の底部から離隔した位置に配置されるため、収容凹部２０の底部に溜った結露水等が単電池２に対して接触することを防止できる。

デッキボード２２は、収容凹部２０の上方に位置することにより、ラゲージルーム１０２及び収容凹部２０を領域分けしている。デッキボード２２及び収容凹部２０の凹部上面２０ａは、車両ＵＰ方向に離隔した位置に配置されている。すなわち、図３を参照して、収容凹部２０の上面２０ａとデッキボード２２の下面との間には、Ｕｐ方向の寸法がＸ１、Ｆｒ方向の寸法がＸ２である主排出口２０１ａが形成されている。ここで、主排出口２０１ａは、車幅方向視において矩形に形成されている。ただし、主排出口２０１ａの形状は、矩形以外の他の形状であってもよい。当該他の形状は、四角形等の多角形、楕円等であってもよい。

図４を参照して、収容凹部２０の上面２０ａと吸気チャンバ４の下面との間には、Ｕｐ方向の寸法がＸ３、Ｆｒ方向の寸法がＸ２である副排出口２０２ａが形成されている。ここで、副排出口２０２ａは、車幅方向視において矩形に形成されている。ただし、副排出口２０２ａの形状は、矩形以外の他の形状であってもよい。当該他の形状は、四角形等の多角形、楕円等であってもよい。

主排出口２０１ａは、主排出経路２０１を介してＬｈ側のサイドトリム２４と車両ボディ２５とに挟まれた空間（図２参照）に連通している。副排出口２０２ａは、副排出経路２０２を介してＲｈ側のサイドトリム２４と車両ボディ２５とに挟まれた空間（図２参照）に連通している。排気チャンバ６から排気された冷却風は、大部分が主排出口２０１ａを介して収容凹部２０の外部に排出され、残りが副排出口２０２ａを介して収容凹部２０の外部に排出される。

本実施形態の構成によれば、バッテリ１がデッキボード２２の下方に形成された収容凹部２０に配置されるため、ラゲージルーム１０２のスペースがバッテリ１により浸食されることを抑制できる。また、バッテリ１から排気された冷却風は、サイドトリム２４と車両ボディ２５とに挟まれた空間に排気されるため、ラゲージルーム１０２に積載された積荷によって排気経路が遮断されることを防止できる。

ここで、主排出口２０１ａの断面積Ｓ１（Ｘ１×Ｘ２）は、主排出口２０１ａから収容凹部２０の外部に排気される冷却風の圧力損失が許容レベルよりも低くなるように設定されている。同様に、副排出口２０２ａの断面積Ｓ２（Ｘ３×Ｘ２）は、副排出口２０２ａから収容凹部２０の外部に排気される冷却風の圧力損失が許容レベルよりも低くなるように設定されている。これにより、ラゲージルーム１０２の狭小化を抑制しながら、バッテリ１の冷却効率を高めることができる。

主排出口２０１ａの断面積Ｓ１及び副排出口２０２ａの断面積Ｓ２は、ブロワ８から供給される冷却風を冷却通路２ａに導通させることにより、実験的に求めることができる。主排出口２０１ａの断面積Ｓ１の算出方法（例示）について説明する。

図５は、ブロワ８を作動させ、圧力損失と流速との関係を測定した圧損試験の実測データであり、横軸が流速、縦軸が圧力損失を示している。この実測データから圧力損失と流速との関係式（１）が導かれる（損失係数ζが導かれる）。ここでいう圧力損失とは、ブロワ８の排出口における圧力と、主排出口２０１ａにおける圧力との圧力差のことである。
Ｐ＝０．５×ζ×ρ×Ｖ^２・・・・・・・・・（１）
式（１）において、Ｐは圧力損失（Ｐａ）であり、ζは損失係数であり、ρは空気の密度（ｋｇ／ｍ^３）であり、Ｖ（ｍ/ｓ）は主排出口２０１ａにおける空気の流速である。図６は、流速Ｖ（ｍ/ｓ）と断面積Ｓ１（ｍｍ^２）との関係を測定した実測データであり、横軸が断面積、縦軸が流速を示している。なお、図５及び図６の実測データは、ブロワ８から出力される空気の流量を１００（ｍ^３／ｈ）に設定することにより測定した。図６の実測データにおける流速Ｖ（ｍ/ｓ）を関係式（１）に代入することによって、図７に図示する断面積Ｓ１（ｍｍ^２）と圧力損失Ｐ（Ｐａ）との関係が求められる。

ここで、圧力損失の許容レベルは、主排出口２０１ａの断面積Ｓ１を無限大と仮定した場合、つまり、バッテリ１の平面方向に収容凹部２０等の障害物を無くした状態で圧損試験を行い、この圧損試験により得られた圧力損失を基準（以下、基準圧力損失という）として、この基準圧力損失に対する圧力損失の悪化率を定めることにより設定することができる。なお、基準圧力損失とは、ブロワ８の排出口における圧力と排気チャンバ６の排出口における圧力との圧力差のことである。

例えば、基準圧力損失が１０８（Ｐａ）であって、許容する圧力損失の悪化率のレベルを１５．７％に設定した場合には、圧力損失の許容レベルは１２５（Ｐａ）となる。この場合、図７に図示するように、主排出口２０１ａの断面積Ｓ１は９７５０（ｍｍ^２）以上に設定する必要がある。基準圧力損失が１０８（Ｐａ）であって、許容する圧力損失の悪化率のレベルを１０．２％に設定した場合には、圧力損失の許容レベルは１１９（Ｐａ）となる。この場合、主排出口２０１ａの断面積Ｓ１は１２０００（ｍｍ^２）以上に設定する必要がある。

図５及び図６の実測データは、吸気チャンバ４、冷却経路２ａ、排気チャンバ６及び収容凹部２０等の冷却風の導通経路を構成する車両要素の形状、ブロワ８の出力等の条件によって変動するための、圧力損失の許容レベルは、得られた実測データに基づき個別に定められる。なお、副排出口２０２ａの断面積Ｓ２については、主排出口２０１ａと同様の方法により、定めることができる。

以上説明したように、本実施形態によれば、収容凹部２０にバッテリ１が収容された車両において、主排出口２０１ａ及び副排出口２０２ａにおける圧力損失が許容レベルよりも低くなるように、主排出口２０１ａ及び副排出口２０２ａの断面積Ｓ１及びＳ２が設定されるため、ラゲージルーム１０２の狭小化を抑制しながら、バッテリ１の冷却効率を高めることができる。

なお、本実施形態における主排出口２０１ａ及び副排出口２０２ａのうちいずれか一方を省略することもできる。この場合、省略されなかった他方の排出口における圧力損失が許容レベルよりも低くなるように、当該他方の排出口における断面積が設定される。

（第２実施形態）
次に、第２実施形態について説明する。図８は、車両のラゲージルーム及びバッテリ収容凹部の概略図であり、実施形態１における図２に対応する図である。実施形態１の部材と同一の機能を有する部材については、同一符合を用いている。以下、実施形態１と異なる点について、主に説明する。

デッキボード２２´は、収容凹部２０の上面に接触している。つまり、実施形態１の構成では、デッキボード２２´と収容凹部２０の上面２０ａとの間に主排出経路２０１を形成したが、本実施形態ではこの主排出経路２０１が閉塞されている。

デッキボード２２´には、複数の排出経路２２ａ´が形成されている。これらの排出経路２２ａ´は、デッキボード２２´の壁部をＵｐ方向に貫通する貫通開口部により形成されている。したがって、排気チャンバ６の排出口から収容凹部２０の内部に排気された冷却風は、排出経路２２ａ´を介して、ラゲージルーム１０２に排出される。ラゲージルーム１０２に排出された冷却風は、乗員室に流入する。これらの排出経路２２ａ´は特定の箇所に集中的に設けても良いし、デッキボード２２´の全体に均等に設けてもよい。ただし、ラゲージルーム１０２に積荷が積載されることにより、排出経路２２ａ´が閉塞されると、圧力損失が大きくなるため、排出経路２２ａ´はラゲージルーム１０２の内部における荷物の置かれにくい位置に形成するのが好ましい。また、排出経路２２´の個数は、１個であってもよい。また、各排出経路２２ａ´の断面形状は、円形に限らす、四角形など他の任意の形状であってもよい。

複数の排出経路２２ａ´の総断面積（水平方向の総断面積）は、これらの排出経路２２ａ´から収容凹部２０の外部に排気される冷却風の圧力損失が許容レベルよりも低くなるように設定されている。許容レベルの設定方法は、実施形態１と同様であるため、説明を繰り返さない。なお、デッキボード２２´の上にカーペットが敷かれている場合には、カーペットによって排出経路２２ａ´が塞がれて圧力損失が大きくなるため、カーペットによる圧力損失を考慮して排出経路２２ａ´の総断面積を設定する必要がある。

（第３実施形態）
次に、第３実施形態について説明する。図９は、車両のラゲージルーム及びバッテリ収容凹部の概略図であり、実施形態１における図２に対応する図である。実施形態１の部材と同一の機能を有する部材については、同一符合を用いている。以下、実施形態１と異なる点について、主に説明する。

収容凹部２１０は、バッテリ１を搭載するケースであり、この点において実施形態１の収容凹部２００と共通している。収容凹部２１０には、複数の排出経路２１０ａが形成されている。これらの排出経路２１０ａは、収容凹部２１０の内外を連通する貫通開口部により形成されている。つまり、排出経路２１０ａは、収容凹部２１０の内部と車両外部の空間とを連通している。

これらの排出経路２１０ａは特定の箇所に集中的に形成しても良いし、収容凹部２１０の全体に均等に形成してもよい。また、排出経路２１０ａの個数は、１個であってもよい。また、各排出経路２１０ａの断面形状は、円形に限らす、四角形など他の任意の形状であってもよい。

複数の排出経路２１０ａの総断面積（排出経路に直交する方向の断面積）は、これらの排出経路２１０ａから収容凹部２１０の外部に排気される冷却風の圧力損失が許容レベルよりも低くなるように設定されている。許容レベルの設定方法は、実施形態１と同様であるため、説明を繰り返さない。

以上説明したように、本実施形態によれば、収容凹部２０にバッテリ１が収容された車両において、排出経路２１０ａにおける圧力損失が許容レベルよりも低くなるように、主排出経路２１０ａの総断面積が設定されるため、ラゲージルーム１０２の狭小化を抑制しながら、バッテリ１の冷却効率を高めることができる。

１バッテリ２単電池４吸気チャンバ６排気チャンバ８ブロワ
２０２１０収容凹部２０ａ凹部上面２２デッキボード
２４サイドトリム２５車両ボディ１００車両１０１リアシート
１０２ラゲージルーム２０１主排出経路２０１ａ主排出口
２０２副排出経路２０２ａ副排出口

Claims

車両のラゲージルームの床面を形成するデッキボードと、
前記デッキボードの下方に形成され、発電要素を冷却する冷却風を導通させる冷却経路を備えたバッテリを収容する収容凹部と、を有し、
前記バッテリの前記冷却経路から排気された冷却風を前記収容凹部の外部に排出する排出口は、前記収容凹部の上面と前記デッキボードとが車両の上下方向に離隔することにより形成されており、
前記排出口の断面積を、前記排出口から排気される冷却風の圧力損失が許容レベルよりも低くなるように設定したことを特徴とする車両。
前記排出口は、車両の内装材であるサイドトリムと車両ボディとに挟まれた空間に連通していることを特徴とする請求項１に記載の車両。
前記許容レベルは、基準圧力損失に対する圧力損失の悪化率が１５．７％以下であることを特徴とする請求項１又は２に記載の車両。