JP5966749B2 - 電気自動車のバッテリパック冷却構造 - Google Patents

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Description

本発明は、電気自動車に搭載されるバッテリパックの冷却構造に関するものであり、特に外気を導入してバッテリパック内部の電池を冷却する空冷式のバッテリパック冷却構造に好適なものである。
ハイブリッド自動車などの電気自動車では、駆動源であるモータを効率よく駆動させるために電池の電圧を高く設定しており、モータの駆動時には大きな電流が流れる。そのため、電池（バッテリモジュールともいう）の温度が上昇する。このような電気自動車のバッテリパック冷却構造としては、例えば下記特許文献１に記載されるものがある。この電気自動車のバッテリパック冷却構造は、バッテリパックの車両前方端部に筐体を取付け、この筐体に筒状体を鉛直向きに上方から差し込み、筒状体の下端より上側に筐体の内部とバッテリパックの内部とを連絡する通路を配置している。外気は筒状体の上端部から筐体の下部に到り、再度上方に流れた後、前記通路からバッテリパック内に流れる。その際、筐体の下部がチャンバーとなるため、雨や泥はそのチャンバー内に落下し、バッテリパック内には侵入しにくい構造としている。
特開平５−１９３３７６号公報
しかしながら、前記特許文献１に記載されるバッテリパック冷却構造では、外気導入部がラビリンス構造となっているものの、バッテリパックは車室（座席）の下方に配置されるため、外気吸気口の高さそのものが低く、跳ね上げられた雨水や異物がバッテリパック内に侵入してしまうおそれがある。
本発明は、上記のような問題点に着目してなされたものであり、車室外に配置されるバッテリパックを外気によって冷却する際に、バッテリパック内への雨水や異物の侵入を防止することができ、合わせてバッテリパックの冷却性能を向上可能な電気自動車のバッテリパック冷却構造を提供することを目的とするものである。
上記課題を解決するために、本発明の一態様は、リヤシートより後方の車室外に配置され電池を収納するバッテリパックと、前記バッテリパック内に外気を導入して内部に収容された前記電池を冷却する冷却ファンとを備えた電気自動車のバッテリパック冷却構造において、前記リヤシートより後方に配置され前記バッテリパックの上部が挿入される開口部が形成されたフロアパネルと、前記開口部より上方に突出するバッテリパックの上部を覆うように前記フロアパネルに取付けられるカバーパネルと、前記バッテリパックの頂面に設けられバッテリパック内に外気を導入するための吸気装置と、前記吸気装置に設けられ前記カバーパネルの天井面と前記バッテリパックの頂面との間の空間に向けて開口し、前記バッテリパック内に外気を取り入れる空気取入口と連絡される吸気口と、前記バッテリパック内部の空気を排気するための排気ダクトと、前記排気ダクトに設けられ前記バッテリパック内の空気を排出する空気排出口と連絡される排気口と、前記バッテリパックの車両幅方向端部に位置する側壁を窪ませて形成され上端部が前記空間内に開口し、下端部が前記フロアパネルより下方に開口する吸気通路とを備えたことを特徴とする電気自動車のバッテリパック冷却構造である。
また、前記バッテリパックは一対のフランジ部によって互いに接合される上部ケースと下部ケースとを備えて構成され、前記吸気通路の下方を前記フランジ部によって覆うことを特徴とする電気自動車のバッテリパック冷却構造である。
また、前記バッテリパックの車両幅方向一方側にエンジンの排気管が配置され、前記バッテリパックの車両幅方向両端部のうち前記排気管と反対側端部の側壁に前記吸気通路を形成したことを特徴とする電気自動車のバッテリパック冷却構造である。
また、前記バッテリパックを車両上方から見た場合、前記吸気通路が形成されたバッテリパックの側壁は前記吸気通路の車両後方で車両幅方向外側に突出する段差部を備え、前記段差部の下端を前記フロアパネルより鉛直方向下方に配置したことを特徴とする電気自動車のバッテリパック冷却構造である。
また、前記バッテリパックの側壁のうち前記段差部の車両幅方向外側端から車両後方側の部分と前記カバーパネルの内側壁との間に、両者間の隙間を塞ぐ導風板を配置したことを特徴とする電気自動車のバッテリパック冷却構造である。
而して、発明の一態様によれば、電池を収納するバッテリパックをリヤシートより後方の車室外に配置し、冷却ファンでバッテリパック内に外気を導入して内部に収容された電池を冷却する場合に、リヤシートより後方に配置されたフロアパネルにバッテリパックの上部が挿入される開口部を形成し、開口部より上方に突出するバッテリパックの上部を覆うようにカバーパネルをフロアパネルに取付ける。そして、バッテリパック内に冷却用の外気を吸入する吸気口をカバーパネルの天井面とバッテリパックの頂面との間の空間に開口すると共に、バッテリパック内の空気を排気する排気口を設けた。そのため、外気吸入用の吸気口の高さを高くすることができると共に、下方から跳ね上げられる雨水をバッテリパック自体、フロアパネル、カバーパネルで遮断して吸気口からのバッテリパック内への雨水や異物の侵入を防止することができる。
また、上端部が前記空間内に開口し、下端部が前記フロアパネルより下方に開口する吸気通路をバッテリパックの車両幅方向端部に位置する側壁を窪ませて形成した。そのため、車両の走行時にはバッテリパックの車両幅方向端部の側壁に沿って流れる外気が吸気通路を通ってカバーパネルの天井面とバッテリパックの頂面との間の空間に流れ込む。その冷たい外気を吸気口からバッテリパック内に導入することにより、バッテリパックの冷却性能を向上することができる。
また、一対のフランジ部によって互いに接合される上部ケースと下部ケースとを備えてバッテリパックを構成し、バッテリパックの車両幅方向端部の側壁に形成された吸気通路の下方を当該フランジ部によって覆う。そのため、下方から跳ね上げられる雨水がフランジ部によって遮蔽され、雨水が吸気通路内に侵入するのを防止することができる。
また、バッテリパックの車両幅方向一方側にエンジンの排気管を配置し、バッテリパックの車両幅方向両端部のうち排気管と反対側端部の側壁に吸気通路を形成する。そのため、吸気通路には、排気管からの排気や排気管で加熱された空気ではなく、冷たい外気が導入され、バッテリパックの冷却性能を向上することができる。また、排気管からの排気成分による腐食などを防止して耐久性を向上することができる。
また、バッテリパックを車両上方から見た場合、吸気通路が形成されたバッテリパックの側壁には吸気通路の車両後方で車両幅方向外側に突出する段差部を備え、段差部の下端をフロアパネルより鉛直方向下方に配置した。そのため、車両の走行時に、フロアパネルの下方を流れる外気を段差部によって捕捉して吸気通路に導入することができる。その結果、バッテリパック内に取り入れる外気の量を増加させることができ、バッテリパックの冷却性能を向上することができる。
また、バッテリパックの側壁のうち段差部の車両幅方向外側端から車両後方側の部分とカバーパネルの内側壁との間に、両者間の隙間を塞ぐ導風板を配置した。そのため、車両の走行時に、吸気通路内に導入する外気の量を更に増加させることができ、バッテリパックの冷却性能を向上することができる。
本発明の電気自動車のバッテリパック冷却構造の一実施形態を示す電気（ハイブリッド）自動車の概略構造の左側縦断面図である。 図１のバッテリパック搭載部の詳細図である。 バッテリパックを搭載するサブフレームの斜視図である。 サブフレームをリヤサイドメンバに取付けた状態の右側面図である。 サブフレームをリヤサイドメンバに取付けた状態の底面図である。 サブフレームをリヤサイドメンバに取付けた状態の正面図である。 図１の吸気装置及びカバーパネルの斜視図である。 サービスリッドを取り外した状態での図１のバッテリパック搭載部の平面図である。 図１のバッテリパック冷却構造の作用の説明図である。
次に、本発明の電気自動車のバッテリパック冷却構造の一実施形態について図面を参照しながら説明する。図１は、本実施形態のバッテリパック冷却構造が適用されたハイブリッド自動車（電気自動車）の左側縦断面図であり、図２は、図１のバッテリパック搭載部の詳細図である。本実施形態の電気自動車はフロントシート１、リヤシート２の２列座席の小型車両である。リヤシート２の後方には、一般にラゲッジルームと呼ばれる荷室３が車室４に連続して設けられている。
本実施形態では、この荷室３の下方の車室外にバッテリパック５を搭載する。図２に示すように、バッテリパック５の筐体はアッパケース（上部ケース）５ａとロアケース（下部ケース）５ｂの組合せでなる。図３に示すように、アッパケース５ａの下端部には外側に広がるアッパケースフランジ部５ｃが形成され、ロアケース５ｂの上端部には外側に広がるロアケースフランジ部５ｄが形成されている。バッテリパック５は、アッパケースフランジ部５ｃとロアケースフランジ部５ｄを互いに接合することで一体化されている。バッテリパック５の内部には電池（バッテリモジュール）６が収納されており、それら電池６の電力で図示しないモータを駆動し、車両の駆動力とする。なお、バッテリパック５内には、外気を導入して電池６を冷却するための冷却ファン８が設けられている。また、車両には図示しないエンジンも搭載されている。
車室４及び荷室３の下方にはフロアパネル７が設けられている。フロアパネル７は、文字通り、車室４及び荷室３の床面を構成するものであり、車室４の前面の所謂ダッシュパネルから荷室３の後端まで一連に設けられている。本実施形態では、リヤシート２の後方、荷室３のフロアパネル７に開口部９を形成し、その開口部９内にバッテリパック５の上部を挿入する。バッテリパック５は、図３に示すサブフレーム２１に搭載した状態で車体に取付けられ、結果的にフロアパネル７の開口部９を上下方向に貫通した状態となる。また、フロアパネル７の開口部９より上方に突出するバッテリパック５の上部はカバーパネル１２で覆われ、カバーパネル１２はフロアパネル７に取付けられる。
バッテリパック５は、図３に示すように、枠状のサブフレーム２１に搭載される。このサブフレーム２１は、車両の前後方向に並べた車両幅方向に長手な２本のクロスフレーム部２４と、車両の幅方向に並べた車両前後方向に長手な２本のサイドフレーム部２２を備えて構成される。そして、左右のサイドフレーム部２２を後述する左右のリヤサイドメンバに取付けることにより、バッテリパック５が荷室３の下方の車室外に搭載される。なお、車両右方側のサイドフレーム部２２の内側には、当該サイドフレーム部２２の一部を構成する車両前後方向に長手な連結フレーム部２３が設けられている。なお、バッテリパック５の頂面には、外部電源となる１２Ｖ端子２９及びサービスプラグ３０が設けられている。
図４は、サブフレーム２１をリヤサイドメンバ２５に取付けた状態の右側面図、図５は、サブフレーム２１をリヤサイドメンバ２５に取付けた状態の底面図、図６は、サブフレーム２１をリヤサイドメンバ２５に取付けた状態の正面図である。リヤサイドメンバ２５は、車両後部のフロアパネル７の下方に左右一対に設けられている。本実施形態では、サブフレーム２１の左右のサイドフレーム部２２が夫々２箇所ずつ、連結部材２６によって左右のリヤサイドメンバ２５に連結されている。また、サブフレーム２１の車両前方のクロスフレーム部２４は図示しないクロスメンバに連結部材２７で連結されている。
例えば図６から明らかなように、フロアパネル７に形成された開口部９はエンジンに連結される排気管２８の上方から車両幅方向にずれている（オフセットしている）。排気管２８は車両後方端部が開口しており、その開口部から排気する。また、排気管２８は車両右方側のリヤサイドメンバ２５に沿って配管されている。その結果、バッテリパック５は排気管２８と車両幅方向に並ぶように配置される。後述するように、本実施形態のバッテリパック冷却構造では、カバーパネル１２の天井面とバッテリパック５の頂面との間の空間からバッテリパック５の内部冷却のための外気を導入する。フロアパネル７の開口部９は排気管２８の上方からずれた位置にあり、排気管２８からの排気や排気管２８で加熱された空気がカバーパネル１２の天井面とバッテリパック５の頂面との間の空間に入りにくい。そのため、バッテリパック５内に導入される外気が暖まりにくく、バッテリパック５内の冷却性能が向上する。また、排気管２８からの排気成分による腐食などを防止して耐久性を向上することができる。
また、本実施形態では、図６に示すように、サブフレーム２１の連結フレーム部２３が、排気管２８よりも車両上方側で且つ排気管２８側に配置される開口部９の側縁部９ａと排気管２８との間に位置している。この連結フレーム部２３により、排気管からの排気や排気管で加熱された空気の上昇が阻害され、それらがカバーパネルの天井面とバッテリパックの頂面との間の空間に入りにくくなっている。これによっても、バッテリパック５内に導入される外気は暖められにくく、バッテリパック５内の冷却性能をより一層向上することができる。また、排気管２８からの排気成分による腐食などを防止して耐久性をより一層向上することができる。
また、本実施形態では、図７に示すように、バッテリパック５内に外気を導入するための吸気装置１０がバッテリパック５の頂面に設けられている。また、バッテリパック５内部の空気を排気するための排気ダクト１１がバッテリパック５の車両後方側の壁面に設けられている。図９に示すように、吸気装置１０は、バッテリパック５内に外気を取り入れる空気取り入れ口と吸気口１４とを連絡するものである。また、排気ダクト１１は、バッテリパック５内の空気を排出する空気排出口と排気口１６とを連絡するものである。なお、前述した冷却ファン８は吸気装置１０のバッテリパック５内部側に取付けられている。
本実施形態では、吸気口１４はバッテリパック５の頂面で車両前方に向けて開口している。また、排気口１６はバッテリパック５の車両後方側の壁面よりも車両後方で車両後方向きに開口している。つまり、排気口１６は吸気口１４の開口方向と反対方向に開口しているため、排気口１６から排気された暖かい空気が吸気口１４から導入されるのを防止することができる。
吸気装置１０は、上下方向に分割可能であり、バッテリパック５の頂面側に固定される本体部１７とその上に被せるカバー部１８とで構成される。また、本体部１７とカバー部１８との間には、空気中に含まれる異物を除去するフィルタエレメント１９が配置されている。図９に実線の矢印で示すように、吸気口１４から吸い込まれた外気は吸気装置１０内のフィルタエレメント１９を通過して空気取り入れ口から冷却ファン８を経てバッテリパック５の内部に取り入れられる。その際、外気（空気）中に含まれる異物がフィルタエレメント１９に捕集される。バッテリパック５の内部に取り入れられた外気は電池６に供給され、電池６を冷却する。電池６を冷却した空気は、図９に一点鎖線の矢印で示すように、排気ダクト１１を通って排気口１６から排気される。
また、本実施形態では、カバーパネル１２の天井板（天井面）は脱着可能となっており、その天井板がサービスリッド２０となっている。前述のフィルタエレメント１９をメンテナンスする場合には、カバーパネル１２のサービスリッド２０を開き、吸気装置１０のカバー部１８を開いて行う。フィルタエレメント１９のメンテナンス後は吸気装置１０のカバー部１８を閉じ、次いでカバーパネル１２のサービスリッド２０を閉じる。このサービスリッド２０によりフィルタエレメント１９のメンテナンスが容易になる。
また、本実施形態では、図３、図７〜図９に示すように、バッテリパック５の車幅方向両端部の側壁のうち、排気管２８と反対側の側壁には車両前方側部分を窪ませて吸気通路１３を形成している。この吸気通路１３は、上端部がカバーパネル１２の天井面とバッテリパック５の頂面との間の空間に開口している。このため、車両の走行時には、図９に矢印で示すように、バッテリパック５の車両幅方向端部の側壁に沿って流れる外気が吸気通路１３を通ってカバーパネル１２の天井面とバッテリパック５の頂面との間の空間に流れ込む。その冷たい外気を吸気口１４からバッテリパック５内に導入することにより、バッテリパック５の冷却性能を向上することができる。また、バッテリパック５の車両幅方向両端部のうち排気管２８と反対側の端部に位置する側壁に吸気通路１３を形成したため、吸気通路１３には、排気管２８からの排気や排気管２８で加熱された空気ではなく、冷たい外気が導入され、その結果、バッテリパック５の冷却性能を更に向上することができる。
また、本実施形態では、図３、図９に示すように、吸気通路１３の下端部がバッテリパック５を構成するアッパケース５ａのアッパケースフランジ部５ｃ及びロアケース５ｂのロアケースフランジ部５ｄで覆われている。このため、下方から跳ね上げられる雨水がフランジ部５ｃ、５ｄによって遮蔽され、雨水が吸気通路内に侵入するのを防止することができる。
更に、本実施形態では、図３、図８、図９に示すように、バッテリパック５を車両上方から見た場合、吸気通路１３が形成されたバッテリパック５の側壁には吸気通路１３の車両後方で車両幅方向外側に突出する段差部１５を備え、その段差部１５の下端をフロアパネル７より鉛直方向下方に配置した。そのため、車両の走行時に、フロアパネル７の下方を流れる外気を段差部１５によって捕捉して吸気通路１３に導入することができる。その結果、バッテリパック５内に取り入れる外気の量を増加させることができ、バッテリパック５の冷却性能を向上することができる。
更に、本実施形態では、図３、図７〜図９に示すように、バッテリパック５の側壁のうち、前記段差部１５の車両幅方向外側端から車両後方側の部分とカバーパネル１２の内側壁との間に、両者間の隙間を塞ぐ導風板３１を配置した。そのため、車両の走行時に、吸気通路１３内に導入する外気の量を更に増加させることができ、バッテリパック５の冷却性能を向上することができる。
このように前記実施形態の電気自動車のバッテリパック冷却構造では、バッテリパック５内に冷却用の外気を吸入する吸気口１４をカバーパネル１２の天井面とバッテリパック５の頂面との間の空間に開口すると共に、バッテリパック５内の空気を排気する排気口１６を設ける。そのため、外気吸入用の吸気口１４の高さを高くすることができると共に、下方から跳ね上げられる雨水をバッテリパック５自体、フロアパネル７、カバーパネル１２で遮断して吸気口１４からのバッテリパック５内への雨水や異物の侵入を防止することができる。
また、バッテリパック５の車幅方向両端部の側壁のうち、排気管２８と反対側に位置する側壁の車両前方側部分を窪ませて、上端部がカバーパネル１２の天井面とバッテリパック５の頂面との間の空間に開口し、下端部がフロアパネルより下方に開口する吸気通路１３を形成した。このため、冷却風を吸気通路１３によってバッテリパック５上方の空間に案内でき、バッテリパック５の冷却性能を向上することができる。また、吸気通路１３の下端部をアッパケースフランジ部５ｃ及びロアケースフランジ部５ｄで覆うことにより、雨水が吸気通路１３内に侵入するのを防止することができる。また、吸気通路１３の車両後方で車両幅方向外側に突出する段差部１５を備え、その段差部１５の下端をフロアパネル７より鉛直方向下方に配置したため、フロアパネル７の下方を流れる走行風を冷却風として吸気通路１３に取り入れ、バッテリパック５の冷却性能を向上することができる。また、バッテリパック５の側壁のうち、前記段差部１５の車両幅方向外側端から車両後方側の部分とカバーパネル１２の内側壁との間に、両者間の隙間を塞ぐ導風板３１を配置したため、導風板３１により走行風を吸気通路１３に案内し、バッテリパック５の冷却性能を向上することができる。
なお、本発明の電気自動車のバッテリパック冷却構造は、ハイブリッド自動車に限定されるものではなく、車両の駆動源であるモータをバッテリパックの電力で駆動するものであれば、どのような電気自動車にも適用可能である。
１はフロントシート
２はリヤシート
３は荷室
４は車室
５はバッテリパック
５ａはアッパケース（上部ケース）
５ｂはロアケース（下部ケース）
５ｃはアッパケースフランジ部
５ｄはロアケースフランジ部
６は電池
７はフロアパネル
８は冷却ファン
９は開口部
１０は吸気装置
１１は排気ダクト
１２はカバーパネル
１３は吸気通路
１４は吸気口
１５は段差部
１６は排気口
１７は本体部
１８はカバー部
１９はフィルタエレメント
２０はサービスリッド
２１はサブフレーム
２２はサイドフレーム部
２３は連結フレーム部
２４はクロスフレーム部
２５はリヤサイドメンバ
２６は連結部材
２７は連結部材
２８は排気管
２９は１２Ｖ電源
３０はサービスプラグ
３１は導風板

Claims (5)

  1. リヤシートより後方の車室外に配置され電池を収納するバッテリパックと、
    前記バッテリパック内に外気を導入して内部に収容された前記電池を冷却する冷却ファンとを備えた電気自動車のバッテリパック冷却構造において、
    前記リヤシートより後方に配置され前記バッテリパックの上部が挿入される開口部が形成されたフロアパネルと、
    前記開口部より上方に突出するバッテリパックの上部を覆うように前記フロアパネルに取付けられるカバーパネルと、
    前記バッテリパックの頂面に設けられバッテリパック内に外気を導入するための吸気装置と、
    前記吸気装置に設けられ前記カバーパネルの天井面と前記バッテリパックの頂面との間の空間に向けて開口し、前記バッテリパック内に外気を取り入れる空気取入口と連絡される吸気口と、
    前記バッテリパック内部の空気を排気するための排気ダクトと、
    前記排気ダクトに設けられ前記バッテリパック内の空気を排出する空気排出口と連絡される排気口と、
    前記バッテリパックの車両幅方向端部に位置する側壁を窪ませて形成され上端部が前記空間内に開口し、下端部が前記フロアパネルより下方に開口する吸気通路とを備えたことを特徴とする電気自動車のバッテリパック冷却構造。
  2. 前記バッテリパックは一対のフランジ部によって互いに接合される上部ケースと下部ケースとを備えて構成され、
    前記吸気通路の下方を前記フランジ部によって覆うことを特徴とする請求項１に記載の電気自動車のバッテリパック冷却構造。
  3. 前記バッテリパックの車両幅方向一方側にエンジンの排気管が配置され、
    前記バッテリパックの車両幅方向両端部のうち前記排気管と反対側端部の側壁に前記吸気通路を形成したことを特徴とする請求項１又は２に記載の電気自動車のバッテリパック冷却構造。
  4. 前記バッテリパックを車両上方から見た場合、前記吸気通路が形成されたバッテリパックの側壁は前記吸気通路の車両後方で車両幅方向外側に突出する段差部を備え、
    前記段差部の下端を前記フロアパネルより鉛直方向下方に配置したことを特徴とする請求項１乃至３の何れか一項に記載の電気自動車のバッテリパック冷却構造。
  5. 前記バッテリパックの側壁のうち前記段差部の車両幅方向外側端から車両後方側の部分と前記カバーパネルの内側壁との間に、両者間の隙間を塞ぐ導風板を配置したことを特徴とする請求項４に記載の電気自動車のバッテリパック冷却構造。
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