JP6245789B2 - 電気自動車のバッテリパック温調構造 - Google Patents

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Description

本発明は、バッテリパックケースの内部に収容されるバッテリモジュールの温度調整を行う電気自動車のバッテリパック温調構造に関する。
従来、バッテリパック温調構造としては、バッテリパックケースの前面に空気を取り入れる吸気ダクトを車両前方側に延在して設け、バッテリパックケースの前側上部に強電遮断スイッチ（SDスイッチ）を設けたものが知られている（例えば、特許文献１参照）。
特開平９−１０４２３９号公報
しかしながら、従来のバッテリパック温調構造にあっては、強電遮断スイッチよりも車両前方位置に吸気ダクトを、バッテリパックケースに対して外付けする構成であるため、吸気ダクトを含めたバッテリパックケースの前後方向寸法が増大してしまう、という問題があった。さらに、バッテリパックケースの内部に温調ユニットとダクト類を内蔵する場合、強電遮断スイッチとの干渉を避けてユニットダクトを配置することになるため、ユニットダクトを含めた前後方向ケース寸法や車幅方向ケース寸法が増大してしまう、という問題があった。
本発明は、上記問題に着目してなされたもので、強電遮断スイッチと温調ユニットをバッテリパックケースの内部に設定しながらも、前後方向ケース寸法や車幅方向ケース寸法の増大を抑えることができる電気自動車のバッテリパック温調構造を提供することを目的とする。
上記目的を達成するため、本発明の電気自動車のバッテリパック温調構造は、バッテリパックケースの内部空間に搭載したバッテリモジュールと、前記バッテリモジュールのバッテリ強電回路を手動操作により遮断する強電遮断スイッチと、前記バッテリパックケースの内部空間に搭載され、温調風を作り出し前記バッテリモジュールへ前記温調風を送風する温調ユニットと、を備えたものを前提とする。
この電気自動車のバッテリパック温調構造において、
前記バッテリパックケースの内部空間のうち、上部空間位置に前記強電遮断スイッチを配置した。
前記強電遮断スイッチの下方空間位置であって、前記強電遮断スイッチと車両上下方向に重なり合う位置に前記温調ユニットを配置した。
よって、強電遮断スイッチと温調ユニットは、車両上下方向に重なり合う縦位置に並べてバッテリパックケースの内部空間に配置される。
例えば、バッテリパックケースの内部空間に強電遮断スイッチと温調ユニットを配置するとき、強電遮断スイッチの車両前方位置に温調ユニットを配置すると、バッテリパックケースの必要前後方向寸法が増大する。また、強電遮断スイッチの車幅方向位置に温調ユニットを配置すると、バッテリパックケースの必要車幅方向寸法が増大する。
これに対し、バッテリパックケースの内部にバッテリモジュールと共に電装品を配置するとき、電装品である強電遮断スイッチと温調ユニットが車両上下方向に互いに重ね合わせた配置とすることで、ケース内でのスペース効率を高められる。
この結果、強電遮断スイッチと温調ユニットをバッテリパックケースの内部に設定しながらも、前後方向ケース寸法や車幅方向ケース寸法の増大を抑えることができる。
実施例１の構造を採用したバッテリパックBPが搭載されたワンボックスタイプの電気自動車を示す概略側面図である。 実施例１の構造を採用したバッテリパックBPが搭載されたワンボックスタイプの電気自動車を示す概略底面図である。 実施例１のバッテリパックBPを示す全体斜視図である。 実施例１のバッテリパックBPを示すバッテリケースアッパーカバーを外した斜視図である。 実施例１のバッテリパックBPのケース内部空間の領域区分構成を示す平面図である。 実施例１のバッテリパックBPの内部構成と温調風の流れを示すバッテリケースアッパーカバーを外した平面図である。 実施例１のバッテリパックBPの温調風ユニットの構成と温調風の流れを示す図６のＡ部拡大図である。 実施例１のバッテリパックBPに搭載されたSDスイッチ，温調風ユニット及び送風ダクトを示す斜視図である。 実施例１のバッテリパックBPに搭載された温調風ユニット及び送風ダクトを示す平面図である。 実施例１のバッテリパックBPに搭載された温調風ユニット及び送風ダクトを示す側面図である。 実施例１のバッテリパックBPに搭載された第１バッテリモジュールと送風ダクトの吹き出し開口部の関係を示す斜視図である。 実施例１のバッテリパックBPに搭載された第１バッテリモジュールを構成するバッテリセルを示す斜視図である。
以下、本発明の電気自動車のバッテリパック温調構造を実現する最良の形態を、図面に示す実施例１に基づいて説明する。
まず、構成を説明する。
実施例１の電気自動車のバッテリパック温調構造における構成を、「バッテリパックBPの車載構成」、「バッテリパックBPのパック構成要素」、「バッテリパックBPのケース内部空間の領域区分構成」、「バッテリパックBPの温調構造」、「バッテリパックBPの温調ユニットとSDスイッチの関連構成」に分けて説明する。
［バッテリパックBPの車載構成］
図１及び図２は、実施例１の構造を採用したバッテリパックBPが搭載されたワンボックスタイプの電気自動車を示す概略側面図及び概略底面図である。以下、図１及び図２に基づき、バッテリパックBPの車載構成を説明する。
前記バッテリパックBPは、図１に示すように、車体フロア１００の下部のホイールベース中央部位置に配置される。車体フロア１００は、モータ室１０１と車室１０２を画成するダッシュパネル１０４との接続位置から、車室１０２に連通する荷室１０３を確保する車両後端位置まで設けられ、車両前方から車両後方までのフロア面凹凸を抑えたフラット形状としている。車室１０２には、インストルメントパネル１０５と、センターコンソールボックス１０６と、エアコンユニット１０７と、乗員シート１０８と、を有する。
前記バッテリパックBPは、図２に示すように、車体強度部材である車体メンバに対して８点支持される。車体メンバは、車両前後方向に延びる一対のサイドメンバ１０９，１０９と、一対のサイドメンバ１０９，１０９を車幅方向に連結する複数のクロスメンバ１１０，１１０，…と、を有して構成される。バッテリパックBPの両側は、一対の第１サイドメンバ支持点Ｓ１，Ｓ１と一対の第１クロスメンバ支持点Ｃ１，Ｃ１と一対の第２サイドメンバ支持点Ｓ２，Ｓ２により６点支持される。バッテリパックBPの後側は、一対の第２クロスメンバ支持点Ｃ２，Ｃ２により２点支持されている。
前記バッテリパックBPは、図１に示すように、ダッシュパネル１０４に沿って車両前後方向に直線状に配索した充放電ハーネス１１１を介し、モータ室１０１に配置されている強電モジュール１１２（DC/DCコンバータ＋充電器）と接続される。このモータ室１０１には、強電モジュール１１２以外に、インバータ１１３と、モータ駆動ユニット１１４（走行用モータ＋減速ギヤ＋デファレンシャルギヤ）と、を有する。また、車両前面位置には、充電ポートリッドを有する急速充電ポート１１５と普通充電ポート１１６が設けられる。急速充電ポート１１５と強電モジュール１１２は、急速充電ハーネス１１７により接続される。普通充電ポート１１６と強電モジュール１１２は、普通充電ハーネス１１８により接続される。
前記バッテリパックBPは、インストルメントパネル１０５内に配置されているエアコンユニット１０７を備えた車載空調システムと接続される。即ち、後述するバッテリモジュールが搭載されているバッテリパックBPの内部温度（バッテリ温度）を温調風（冷風、温風）により管理する。なお、冷風は、車載空調システムから分岐冷媒管を介して冷媒をエバポレータに導入することで作り出す。温風は、車載空調システムからのPTCハーネスを介してPTCヒータを作動することで作り出す。
前記バッテリパックBPは、図外のＣＡＮケーブル等の双方向通信線を介し、外部の電子制御システムと接続される。即ち、バッテリパックBPは、外部の電子制御システムと情報交換に基づく統合制御により、バッテリモジュールの放電制御（力行制御）や充電制御（急速充電制御・普通充電制御・回生制御）等が行われる。
［バッテリパックBPのパック構成要素］
図３及び図４は、実施例１のバッテリパックBPの詳細を示す図である。以下、図３及び図４に基づき、バッテリパックBPのパック構成要素を説明する。
実施例１のバッテリパックBPは、図３及び図４に示すように、バッテリパックケース１と、バッテリモジュール２と、温調風ユニット３と、サービス・ディスコネクト・スイッチ４（強電遮断スイッチ：以下、「SDスイッチ」という。）と、ジャンクションボックス５と、リチウムイオン・バッテリ・コントローラ６（以下、「LBコントローラ」という。）と、を備えていている。
前記バッテリパックケース１は、図３及び図４に示すように、バッテリパックロアフレーム１１とバッテリパックアッパーカバー１２の２部品によって構成される。
前記バッテリパックロアフレーム１１は、図４に示すように、車体メンバに対し支持固定されるフレーム部材である。このバッテリパックロアフレーム１１には、バッテリモジュール２や他のパック構成要素３，４，５，６を搭載する方形凹部による搭載空間を有する。このバッテリパックロアフレーム１１のフレーム前端縁には、冷媒管コネクタ端子１３と充放電コネクタ端子１４と強電コネクタ端子１５（車室内空調用）と弱電コネクタ端子１６とが取り付けられている。
前記バッテリパックアッパーカバー１２は、図３に示すように、バッテリパックロアフレーム１１の外周部位置にボルト固定されるカバー部材である。このバッテリパックアッパーカバー１２には、バッテリパックロアフレーム１１に搭載される各パック構成要素２，３，４，５，６のうち、特にバッテリモジュール２の凹凸高さ形状に対応した凹凸段差面形状によるカバー面を有する。
前記バッテリモジュール２は、図４に示すように、バッテリパックロアフレーム１１に搭載され、第１バッテリモジュール２１と第２バッテリモジュール２２と第３バッテリモジュール２３との３分割モジュールにより構成される。各バッテリモジュール２１，２２，２３は、二次電池（リチウムイオンバッテリ等）による複数のバッテリセルを積み重ねた集合体構造である。各バッテリモジュール２１，２２，２３の詳しい構成は、下記の通りである。
前記第１バッテリモジュール２１は、図４に示すように、バッテリパックロアフレーム１１のうち車両後部領域に搭載される。この第１バッテリモジュール２１は、厚みが薄い直方体形状のバッテリセルを構成単位とし、複数個のバッテリセルを厚み方向に積み重ねたものを用意しておく。そして、バッテリセルの積み重ね方向と車幅方向を一致させて搭載する縦積み（例えば、２０枚縦積み）により構成している。
前記第２バッテリモジュール２２と前記第３バッテリモジュール２３のそれぞれは、図４に示すように、バッテリパックロアフレーム１１のうち、第１バッテリモジュール２１より前側の車両中央部領域に車幅方向に左右分かれて一対搭載される。この第２バッテリモジュール２２と第３バッテリモジュール２３は、全く同じパターンによる平積み構成としている。即ち、厚みが薄い直方体形状のバッテリセルを構成単位とし、複数枚（例えば、４枚と５枚）のバッテリセルを厚み方向に積み重ねたものを複数個（例えば、４枚積みを１組、５枚積みを２組）用意しておく。そして、バッテリセルの積み重ね方向と車両上下方向を一致させた平積み状態としたものを、例えば、車両後方から車両前方に向かって順に４枚平積み・５枚平積み・５枚平積みというように、車両前後方向に複数個整列させることで構成している。第２バッテリモジュール２２は、図４に示すように、前側バッテリモジュール部２２ａ，２２ｂと、前側バッテリモジュール部２２ａ，２２ｂより高さ寸法がさらに１枚分低い後側バッテリモジュール部２２ｃと、を有する。第３バッテリモジュール２３は、図４に示すように、前側バッテリモジュール部２３ａ，２３ｂと、前側バッテリモジュール部２３ａ，２３ｂより高さ寸法がさらに１枚分低い後側バッテリモジュール部２３ｃと、を有する。
前記温調風ユニット３は、図４に示すように、バッテリパックロアフレーム１１のうち車両前側空間の右側領域に配置され、バッテリパックBPの後述する送風ダクト９に温調風（冷風、温風）を送風する。なお、エバポレータ３３には、フレーム前端縁に取り付けられた冷媒管コネクタ端子１３を介して冷媒が導入される。
前記SDスイッチ４は、図３及び図４に示すように、バッテリパックロアフレーム１１のうち車両前側空間の中央部領域に配置され、手動操作によりバッテリ強電回路を機械的に遮断するスイッチである。バッテリ強電回路は、内部バスバーを備えた各バッテリモジュール２１，２２，２３と、ジャンクションボックス５と、SDスイッチ４と、を互いにバスバーを介して接続することで形成される。このSDスイッチ４は、強電モジュール１１２やインバータ１１３等の点検や修理や部品交換等を行う際、手動操作によりスイッチ入とスイッチ断が切り替えられる。
前記ジャンクションボックス５は、図３及び図４に示すように、バッテリパックロアフレーム１１のうち車両前側空間の左側領域に配置され、リレー回路により強電の供給/遮断/分配を集中的に行う。このジャンクションボックス５には、温調風ユニット３の制御を行う温調用リレー５１と温調用コントローラ５２が併設されている。ジャンクションボックス５と外部の強電モジュール１１２は、充放電コネクタ端子１４と充放電ハーネス１１１を介して接続される。ジャンクションボックス５と外部の電子制御システムは、弱電ハーネスを介して接続される。
前記LBコントローラ６は、図４に示すように、第１バッテリモジュール２１の左側端面位置に配置され、各バッテリモジュール２１，２２，２３の容量管理・温度管理・電圧管理を行う。このLBコントローラ６は、温度検出信号線からの温度検出信号、バッテリ電圧検出線からのバッテリ電圧検出値、バッテリ電流検出信号線からのバッテリ電流検出信号に基づく演算処理により、バッテリ容量情報やバッテリ温度情報やバッテリ電圧情報を取得する。そして、LBコントローラ６と外部の電子制御システムは、リレー回路のオン/オフ情報やバッテリ容量情報やバッテリ温度情報等を伝達する弱電ハーネスを介して接続される。
［バッテリパックBPのケース内部空間の領域区分構成］
図５は、実施例１のバッテリパックBPのケース内部空間の領域区分構成を示す平面図である。以下、図５に基づき、バッテリパックBPのケース内部空間の領域区分構成を説明する。
実施例１のバッテリパックBPは、図５に示すように、バッテリパックケース１の内部空間を、車幅方向に引かれる境界線Ｌを隔てて、車両後方側のバッテリモジュール搭載領域７と車両前方側の電装品搭載領域８の２つの車両前後方向領域に分けている。バッテリモジュール搭載領域７は、車両後方端から車両前方寄りの境界線Ｌまでのケース内部空間の大半の領域を占有する。電装品搭載領域８は、車両前方端から車両前方寄りの境界線Ｌまでのバッテリモジュール搭載領域７より狭い領域を占有する。
前記バッテリモジュール搭載領域７は、Ｔ字通路（中央通路３６と横断通路３７）により第１分割矩形領域７１と第２分割矩形領域７２と第３分割矩形領域７３の三つの分割矩形領域に区分される。第１分割矩形領域７１には、一側面にLBコントローラ６を有する第１バッテリモジュール２１が搭載される。第２分割矩形領域７２には、第２バッテリモジュール２２が搭載される。第３分割矩形領域７３には、第３バッテリモジュール２３が搭載される。
前記電装品搭載領域８は、車幅方向に分けられた第１区分領域８１と第２区分領域８２と第３区分領域８３の三つの区分領域に分けられる。第１区分領域８１から第２区分領域８２の下部にかけては、温調風ユニット３が搭載される。第２区分領域８２の上部には、SDスイッチ４が搭載される。第３区分領域８３には、ジャンクションボックス５が搭載される。
前記バッテリパックBPの内部空間には、温調風ユニット３に接続される送風ダクト９（図６、図８〜図１１参照）の配置を確保すると共に温調風の内部循環を確保する温調風通路を、各バッテリモジュール２１，２２，２３を分割矩形領域に搭載したときの隙間を利用して形成している。この温調風通路としては、車両前後方向の中央通路３６と、該中央通路３６に交差する車幅方向の横断通路３７と、流れ込んできた温調風を温調風ユニット３に戻す環状通路３８と、を有する。中央通路３６は、第２バッテリモジュール２２と第３バッテリモジュール２３の対向面に隙間を持たせることで形成される。横断通路３７は、第１バッテリモジュール２１と第２，第３バッテリモジュール２２，２３の対向面に隙間を持たせることで形成される。環状通路３８は、バッテリパックロアフレーム１１と各パック構成要素２，３，４，５，６との間に隙間余裕を持たせることで形成される。なお、温調風通路としては、中央通路３６と横断通路３７と環状通路３８以外に、ケース内部空間にパック構成要素２，３，４，５，６を搭載することにより形成される隙間や間隔や空間も含まれる。
［バッテリパックBPの温調構造］
図６〜図１２は、実施例１のバッテリパックBPに搭載された温調構造の詳細を示す図である。以下、図６〜図１２に基づき、バッテリパックBPの温調構造を説明する。
前記バッテリパックBPの温調構造は、図６に示すように、第１バッテリモジュール２１と、第２，第３バッテリモジュール２２，２３と、温調ユニット３と、送風ダクト９と、を備える。
前記第１バッテリモジュール２１は、バッテリパックケース１の内部空間の車両後方領域に収納配置される。
前記第２，第３バッテリモジュール２２，２３は、バッテリパックケース１の内部空間のうち、第１バッテリモジュール２１よりも車両前方領域に収納配置されると共に、モジュールの高さ寸法が第１バッテリモジュール２１よりも低く設定される。
前記温調ユニット３は、図７に示すように、ユニットケース３１と、送風ファン３２と、エバポレータ３３と、PTCヒータ３４と、ユニットダクト３５と、を有して構成される。ユニットケース３１の吐出口に接続されるユニットダクト３５には、第１バッテリモジュール２１及び第２，第３バッテリモジュール２２，２３に対し温調風を送風する送風口３５ａを有する。
前記送風ダクト９は、図６に示すように、一端がユニットダクト３５の送風口３５ａに接続され、他端が第２，３バッテリモジュール２２，２３の上面よりも車両上方に突出した第１バッテリモジュール２１のモジュール正面上部域２１ａ（図４参照）に対向配置される。そして、他端位置に、図８及び図１１に示すように、モジュール正面上部域２１ａに沿って車幅方向に延在すると共に、車両後方に向けて温調風を吹き出す吹き出し開口９１が形成される。
前記送風ダクト９は、図６に示すように、各バッテリモジュール２１，２２，２３の区分搭載により形成され、互いに交差する中央通路３６と横断通路３７によるＴ字隙間スペース域に配置される。この送風ダクト９は、図８〜図１０に示すように、ユニットダクト３５の送風口３５ａに接続され、車幅方向の寸法が一定で車両前後方向に延設した等幅ダクト部９２と、該等幅ダクト部９２に接続され、吹き出し開口９１に向かって車幅方向寸法を徐々に拡大した拡幅ダクト部９３と、を有する。
前記吹き出し開口９１は、第１バッテリモジュール２１のモジュール正面上部域２１ａに沿って車幅方向の広い範囲で温調風を吹き出すように３分割によるスリット状の開口とされる。そして、吹き出し開口９１から吹き出される温調風を受ける第１バッテリモジュール２１の各バッテリセル２００は、図１２に示すように、カシメ固定される縦２分割のセルホルダー２００ａ，２００ａにより外側を保持することで構成される。このセルホルダー２００ａ，２００ａは、吹き出し開口９１から車両後方への温調風をセルホルダー２００ａ，２００ａ内に導く流入開口２００ｂと、流入した温調風を排出する流出開口２００ｃを有する。なお、第２，３バッテリモジュール２２，２３の各バッテリセルについても、温調風の内部循環流れをスムーズにするように同様の構成としている。
前記等幅ダクト部９２は、中央通路３６の通路断面形状（長方形形状）に相似する縦長のダクト断面形状を保つ形状設定とされ、第２，第３バッテリモジュール２２，２３のうち、高さが高い前側バッテリモジュール部２２ａ，２２ｂ，２３ａ，２３ｂの中央通路３６に沿って配置される。
前記拡幅ダクト部９３は、図８に示すように、ダクト断面形状の高さを、吹き出し開口９１に向かって次第に縮小（図１０）し、且つ、ダクト断面形状の幅を、吹き出し開口９１に向かって次第に拡大（図９）する形状設定とされる。そして、第２，第３バッテリモジュール２２，２３のうち、高さが低い後側バッテリモジュール部２２ｃ，２３ｃの上方スペース及び横断通路３７に沿って配置される。
［バッテリパックBPの温調ユニットとSDスイッチの関連構成］
図８は、実施例１のバッテリパックBPに搭載されたSDスイッチ，温調風ユニット及び送風ダクトを示す斜視図である。以下、図８に基づいて、バッテリパックBPの温調ユニット３とSDスイッチ４の関連構成を説明する。
前記バッテリパックBPに内部には、図８に示すように、温調ユニット３と、SDスイッチ４と、送風ダクト９と、スイッチ固定フレーム４１と、を備えている。
前記温調ユニット３とSDスイッチ４は、バッテリパックケース１の内部空間のうち、上部空間位置にSDスイッチ４を配置している。そして、SDスイッチ４の下方位置であって、SDスイッチ４と車両上下方向に重なり合う位置に温調ユニット３を配置するという関連構成としている。
前記温調ユニット３は、送風ファン３２を内蔵したユニットケース３１を電装品搭載領域８の一端部位置に配置し、ユニットケース３１に接続されるユニットダクト３５を、電装品搭載領域８の中央下部位置に配置している。
前記SDスイッチ４は、レバー操作によりバッテリ強電回路を断接するスイッチ接点を内部に有するスイッチ本体部４２と、車両前後方向の軸を中心にスイッチオン位置から鉛直上方に回動し、その後、引き抜きによりスイッチオフ状態となるレバー４３ａを有する手動操作部４３と、を備える。スイッチ本体部４２は、電装品搭載領域７の中央上部位置に配置され、スイッチ本体部４２に連設する手動操作部４３は、バッテリパックケース１から外部に露出して配置される。
前記スイッチ固定フレーム４１は、バッテリパックケース１の内部に固定され、プレート部４１ａと、該プレート部４１ａから下方に延びてバッテリパックケース１（バッテリパックロアフレーム１１）に固定した脚部４１ｂと、を有する。そして、スイッチ固定フレーム４１のうちプレート部４１ａの上面位置に、SDスイッチ４のスイッチ本体部４２が設定される。一方、スイッチ固定フレーム４１のうち脚部４１ｂの周囲に形成されるスイッチ下方スペースＳに、円弧形状で直角に屈曲するユニットダクト３５が配置される。このユニットダクト３５の送風口３５ａに、送風ダクト９が接続される。
次に、作用を説明する。
実施例１の電気自動車のバッテリパック温調構造における作用を、「バッテリパックBPの充放電作用」、「バッテリパックBPのバッテリ温度調整作用」、「温調ユニットとSDスイッチの配置作用」に分けて説明する。
［バッテリパックBPの充放電作用］
リチウムイオンバッテリ等の二次電池を搭載したバッテリパックBPは、エンジン車にとっての燃料タンクに相当し、バッテリ容量を増加させる充電とバッテリ容量を減少させる放電が繰り返される。以下、バッテリパックBPの充放電作用を説明する。
急速充電スタンドに停車して急速充電を行う時には、車両前面位置の充電ポートリッドを開き、スタンド側の急速充電用コネクタを車両側の急速充電ポート１１５に差し込む。この急速充電操作を行うと、急速充電ハーネス１１７を介して強電モジュール１１２のDC/DCコンバータに直流急速充電電圧が送電され、DC/DCコンバータでの電圧変換により直流充電電圧とされる。この直流充電電圧は、充放電ハーネス１１１を介してバッテリパックBPに送電され、バッテリパックBP内のジャンクションボックス５及びバスバーを経過し、各バッテリモジュール２１，２２，２３のバッテリセルに充電される。
家庭等で駐車して普通充電を行う時には、車両前面位置の充電ポートリッドを開き、家庭電源側の普通充電用コネクタを車両側の普通充電ポート１１６に差し込む。この普通充電操作を行うと、普通充電ハーネス１１８を介して強電モジュール１１２の充電器に交流普通充電電圧が送電され、充電器での電圧変換及び交流/直流変換により直流充電電圧とされる。この直流充電電圧は、充放電ハーネス１１１を介してバッテリパックBPに送電され、バッテリパックBP内のジャンクションボックス５及びバスバーを経過し、各バッテリモジュール２１，２２，２３のバッテリセルに充電される。
モータ駆動力により走行するモータ力行時には、各バッテリモジュール２１，２２，２３からの直流バッテリ電圧が、バスバー及びジャンクションボックス５を介してバッテリパックBPから放電される。この放電された直流バッテリ電圧は、充放電ハーネス１１１を介して強電モジュール１１２のDC/DCコンバータに送電され、DC/DCコンバータでの電圧変換により直流駆動電圧とされる。この直流駆動電圧は、インバータ１１３での直流/交流変換により交流駆動電圧とされる。この交流駆動電圧は、モータ駆動ユニット１１４の走行用モータに印加され、走行用モータを回転駆動する。
減速要求時に走行用モータをジェネレータとして用いるモータ回生時には、走行用モータがジェネレータ機能を発揮し、駆動タイヤから入力された回転エネルギーを発電エネルギーに変換する。この発電エネルギーにより発電された交流発電電圧は、インバータ１１３での交流/直流変換により直流発電電圧とされ、強電モジュール１１２のDC/DCコンバータでの電圧変換により直流充電電圧とされる。この直流充電電圧は、充放電ハーネス１１１を介してバッテリパックBPに送電され、バッテリパックBP内のジャンクションボックス５及びバスバーを経過し、各バッテリモジュール２１，２２，２３のバッテリセルに充電される。
［バッテリパックBPのバッテリ温度調整作用］
バッテリは温度依存度が高く、バッテリ温度が高過ぎても、また、バッテリ温度が低過ぎてもバッテリ性能が低下する。したがって、できる限り高いバッテリ性能を維持するためには、バッテリパックBPに内蔵したバッテリ温度を最適温度域に調整することが必要である。以下、図５，図６及び図１１，図１２に基づき、これを反映するバッテリパックBPのバッテリ温度調整作用を説明する。
まず、温調用コントローラ５２により行われるバッテリパックBPの温調制御作用を述べる。例えば、バッテリ充放電負荷の継続や高い外気温度の影響を受けて、バッテリパックBPの内部温度が第１設定温度より高くなると、冷媒を温調風ユニット３のエバポレータ３３に導入し、送風ファン３２を回す。これにより、エバポレータ３３を通過する風から熱が奪われて冷風が作り出される。この冷風を、送風ダクト９を介して第１バッテリモジュール２１と第２バッテリモジュール２２と第３バッテリモジュール２３が搭載されているケース内部空間を循環させることにより、バッテリパックBPの内部温度（＝バッテリ温度）を低下させる。
これに対し、例えば、冷風循環や低い外気温度の影響を受けて、バッテリパックBPの内部温度が第２設定温度より低くなると、温調風ユニット３のPTCヒータ３４に通電し、送風ファン３２を回す。これにより、PTCヒータ３４を通過する風に熱が与えられて温風が作り出される。この温風を、送風ダクト９を介して第１バッテリモジュール２１と第２バッテリモジュール２２と第３バッテリモジュール２３が搭載されているケース内部空間を循環させることにより、バッテリパックBPの内部温度（＝バッテリ温度）を上昇させる。
このように、バッテリパックBPの温調制御を行うことで、バッテリパックBPの内部温度を、高いバッテリ性能が得られる第１設定温度〜第２設定温度の範囲に維持することができる。このとき、第１バッテリモジュール２１と第２バッテリモジュール２２と第３バッテリモジュール２３の温度分布が均等になるように、温調風を吹き出しながら循環させることが重要である。以下、温調風によるバッテリ温度調整作用を述べる。
温調風ユニット３の吹き出し口３５ａから吹き出される温調風（冷風、温風）は、送風ダクト９を通過して車両前方から車両後方に向かって流れる。そして、送風ダクト９の吹き出し口９１から、図６の矢印Ｂに示すように、第１バッテリモジュール２１のモジュール正面上部域２１ａに沿って車幅方向の広い範囲で温調風を吹き出される。したがって、送風ダクト９の吹き出し口９１から吹き出される温調風と、第１バッテリモジュール２１との間で熱交換が行われる。
そして、第１バッテリモジュール２１との間で熱交換した温調風は、図６の矢印Ｃ，Ｃに示すように、車幅方向の両側に分かれて環状通路３８に流れ込む。この環状通路３８に流れ込んできた温調風は、図６の矢印Ｄ，Ｄに示すように、環状通路３８のうち、車両両側通路部をそれぞれ車両後方から車両前方に向かって流れる。この車両後方から車両前方に向かう温調風のうち、一部の温調風は、図６の矢印Ｅ，Ｆ，Ｇに示すように、横断通路３７や第２バッテリモジュール２２と第３バッテリモジュール２３の隙間を経由し、中央通路３６に向かって流れ、中央通路３６にて合流する。したがって、中央通路３６に向かって流れる車幅方向の温調風と、第２バッテリモジュール２２及び第３バッテリモジュール２３との間で熱交換が行われる。
そして、第１バッテリモジュール２１との間で熱交換した後、環状通路３８の車両両側通路部をそのまま車両後方から車両前方に向かって流れた温調風は、環状通路３８の車両前方側通路部を経由し温調風ユニット３の吸入側に戻される。加えて、第２バッテリモジュール２２及び第３バッテリモジュール２３との間で熱交換した後、合流したて中央通路３６を車両後方から車両前方に向かって流れた温調風は、車両前方側通路部にて合流し、温調風ユニット３の吸入側に戻される。このように、熱交換後の温調風が温調風ユニット３の吸入側に戻されると、戻された温調風を吸込み、温調風ユニット３にて再び冷風または温風が作り出され、上記温調作用が繰り返される。
上記のように、実施例１では、温調ユニット３の送風口３５ａに一端が接続された送風ダクト９の他端を、第２，３バッテリモジュール２２，２３の上面よりも車両上方に突出した第１バッテリモジュール２１のモジュール正面上部域２１ａに対向配置した。そして、送風ダクト９の他端位置に、モジュール正面上部域２１ａに沿って車幅方向に延在すると共に、車両後方に向けて温調風を吹き出す吹き出し開口９１を形成する構成を採用した。
上記構成によって、温調ユニット３からの温調風は、送風口３５ａから送風ダクト９を経由し、送風ダクト９の吹き出し開口９１から、第１バッテリモジュール２１のモジュール正面上部域２１ａに対し車両後方に向けて吹き出される。
例えば、走行中、温度が上昇したバッテリモジュールを監視すると、走行風による冷却作用は、車両前方側バッテリモジュールに対する冷却作用が大きく、車両後方側バッテリモジュールに対する冷却作用が小さい。このため、ケース内のバッテリモジュールの温度分布をみると、車両前方側バッテリモジュールより車両後方側バッテリモジュールの温度が高い温度分布を示す。この温度分布状態で車両前方側バッテリモジュールに対し先に冷却風を吹き出すと、車両後方側バッテリモジュールに冷却風が届くのが遅れ、車両後方側バッテリモジュールが、高温のままの時間が続き、温度落差が大きな温度分布状態が長く維持されることになる。
これに対し、第１バッテリモジュール２１に対し先に冷却風を吹き出すと、温度が高い第１バッテリモジュール２１の温度が応答良く低下し、その後、バッテリパックケース１の内部空間の雰囲気温度が低下し、第２、第３バッテリモジュール２２，２３を冷却するという作用を示す。このため、第１バッテリモジュール２１と第２，３バッテリモジュール２２，２３の温度落差が短時間にて小さく抑えられ、効率的に各バッテリモジュール２１，２２，２３の温度均一化が図られる。
さらに、車両前後方向に並べて配置される第１バッテリモジュール２１と第２，３バッテリモジュール２２，２３は、高さの違いから段差が生じることに着目し、送風ダクト９の吹き出し開口９１を、第１バッテリモジュール２１のモジュール正面上部域２１ａに対向配置した。このため、送風ダクト９の高さを、第１バッテリモジュール２１の最大高さ位置よりも高い位置に設定する必要が無く、バッテリパックケース１の最大高さ寸法が、送風ダクト９の高さによって規定されることがない。すなわち、送風ダクト９を第１バッテリモジュール２１まで延ばしているにもかかわらず、バッテリパックケース１の最大高さ寸法は、送風ダクト９の高さを考慮することなく、第１バッテリモジュール２１の高さ寸法を基準として決めることができる。
この結果、バッテリパックケース１に収容される各バッテリモジュール２１，２２，２３の温度均一化を図りながら、バッテリパックケース１の最大高さが低く抑えられる。すなわち、フロア下部の限られたスペースに配置されるバッテリパックBPへ要求される高温調性能要求とコンパクト化要求に応えることができる。
実施例１では、温調ユニット３の送風口３５ａを、中央通路３６に向けて電装品搭載領域８に配置する。そして、送風ダクト９を、各バッテリモジュール２１，２２，２３の区分搭載により形成され、互いに交差する中央通路３６と横断通路３７によるＴ字隙間スペース域に配置する構成を採用した。
このように、温調ユニット３は、予め設定された電装品搭載領域８に配置され、送風ダクト９は、各バッテリモジュール２１，２２，２３の区分搭載により互いに交差する中央通路３６と横断通路３７により形成されるＴ字隙間スペース域を利用して配置される。
したがって、バッテリモジュール２と温調ユニット３と送風ダクト９をバッテリパックケース１に内蔵する配置としながらも、バッテリパックBPを大型化する必要が無く、バッテリパックBPのコンパクト化が図られる。
実施例１では、送風ダクト９を、温調ユニット３の送風口３５ａに接続され、車幅方向の寸法が一定で車両前後方向に延設した等幅ダクト部９２と、該等幅ダクト部９２に接続され、吹き出し開口９１に向かって車幅方向寸法を徐々に拡大した拡幅ダクト部９３と、を有する構成とした。そして、等幅ダクト部９２を、中央通路３６に沿って配置し、拡幅ダクト部９３を、後側バッテリモジュール部２２ｃ，２３ｃの上方スペース及び横断通路３７に沿って配置する構成を採用した。
このように、送風ダクト９のうち、等幅ダクト部９２は、中央通路３６を利用して配置され、拡幅ダクト部９３は、後側バッテリモジュール部２２ｃ，２３ｃの上方スペース及び横断通路３７を利用して配置される。
したがって、バッテリパックBPの内部空間に形成した隙間スペースを活用することで、モジュール正面上部域２１ａに沿って車幅方向に延在する吹き出し開口９１を形成した送風ダクト９が、スペース効率良く配置される。
実施例１では、等幅ダクト部９２を、中央通路３６の通路断面形状に相似する縦長のダクト断面形状を保つ形状設定とした。そして、拡幅ダクト部９３を、ダクト断面形状の高さを、吹き出し開口９１に向かって次第に縮小し、且つ、ダクト断面形状の幅を、吹き出し開口９１に向かって次第に拡大する形状設定とする構成を採用した。
例えば、温調風の縦長流れを横長流れに変換して送風ダクトの内部を流す際、流れの変換領域にて通路断面積が大きく変化すると乱流を生じる原因となり、送風ダクトの吹き出し開口から吹き出す温調風の速度分布が大きくばらつく。
これに対し、縦長流れを横長流れに変換する領域にて通路断面積の変化を抑えたことで、送風ダクト９の吹き出し開口９１から均等化した速度分布により温調風が吹き出される。
実施例１では、縦積み搭載とした各バッテリセル２００により第１バッテリモジュール２１を構成する。そして、各バッテリセル２００の外側を保持するセルホルダー２００ａ，２００ａに、温調風をホルダー内に導く流入開口２００ｂと、流入した温調風を排出する流出開口２００ｃを有する構成を採用した。
この構成により、送風ダクト９の吹き出し開口９１から車両後方への温調風は、流入開口２００ｂからセルホルダー２００ａ，２００ａ内に導かれ、各バッテリセル２００の周りに温調風が直接流れ込み、各バッテリセル２００から効率よく熱を奪ったり、各バッテリセル２００に効率よく熱を与えたりする。
したがって、送風ダクト９の吹き出し口９１からの温調風と、第１バッテリモジュール２１との間での熱交換効率の高まりにより、バッテリ温度調整効果がさらに向上する。
［温調ユニットとSDスイッチの配置作用］
上記のように、バッテリパックBPに温調ユニットとSDスイッチを内蔵する場合、バッテリパックBPがフロア下部の限られたスペースに配置されるため、スペース効率を高めて温調ユニットとSDスイッチを配置することが要求される。以下、これを反映する温調ユニットとSDスイッチの配置作用を説明する。
実施例１では、バッテリパックケース１の内部空間のうち、上部空間位置にSDスイッチ４を配置した。そして、SDスイッチ４の下方空間位置であって、SDスイッチ４と車両上下方向に重なり合う位置に温調ユニット３を配置する構成を採用した。
例えば、バッテリパックケースの内部空間にSDスイッチと温調ユニットを配置するとき、SDスイッチの車両前方位置に温調ユニットを配置すると、バッテリパックケースの必要前後方向寸法が増大する。また、SDスイッチの車幅方向位置に温調ユニットを配置すると、バッテリパックケースの必要車幅方向寸法が増大する。
これに対し、バッテリパックケース１の内部にバッテリモジュール２１，２２，２３と共に電装品を配置するとき、電装品であるSDスイッチ４と温調ユニット３が車両上下方向に互いに重ね合わせた配置とすることで、ケース内でのスペース効率を高められる。
この結果、SDスイッチ４と温調ユニット３をバッテリパックケース１の内部に設定しながらも、前後方向ケース寸法や車幅方向ケース寸法の増大が抑えられる。すなわち、フロア下部の限られたスペースに配置されるバッテリパックBPのコンパクト化要求に応えることができる。
実施例１では、バッテリパックケース１の内部に、プレート部４１ａと、該プレート部４１ａから下方に延びてバッテリパックケース１に固定した脚部４１ｂと、を有するスイッチ固定フレーム４１を設けた。そして、SDスイッチ４を、プレート部４１ａの上面位置に設定し、温調ユニット３を、SDスイッチ４の下方位置であって、脚部４１ｂの周囲に形成されたスイッチ下方スペースＳに配置した構成を採用した。
すなわち、スイッチ固定フレーム４１により、SDスイッチ４の設定場所と、温調ユニット３の設定空間が、それぞれ上下方向に分離される。
したがって、SDスイッチ４と温調ユニット３を、スイッチ固定フレーム４１を隔てて上下分離配置とすることで、バッテリパックBPに振動等が入力しても、SDスイッチ４と温調ユニット３の干渉が防止される。
実施例１では、温調ユニット３を、送風ファン３２を内蔵したユニットケース３１と、ユニットケース３１に接続され、バッテリモジュール２１，２２，２３に向けて送風口３５ａを開口したユニットダクト３５と、を有する構成とした。そして、ユニットケース３１を、SDスイッチ４の側方位置に配置し、ユニットダクト３５を、SDスイッチ４の下部位置に配置する構成を採用した。
例えば、温調ユニット３の場合、バッテリモジュール２への送風方向を決めるため、ユニットケース３１にユニットダクト３５が接続される。しかし、ユニットダクト３５としては、送風方向をバッテリモジュール２に合わせるために屈曲した形状等によるものが用いられることで大型化する。このユニットダクト３５を配置するスペースを確保する必要がある。
これに対し、送風方向をバッテリモジュール２へ合わせるための温調ユニット３のユニットダクト３５が、SDスイッチ４と車両上下方向に互いに重ね合わせた配置とされる。
実施例１では、バッテリパックケース１の内部空間を、車幅方向に引かれる境界線Ｌを隔てて、車両後方側のバッテリモジュール搭載領域７と車両前方側の電装品搭載領域８に分けた。そして、バッテリモジュール２をバッテリモジュール搭載領域７に配置し、SDスイッチ４と温調ユニット３を、電装品搭載領域８に配置する構成を採用した。
この構成により、バッテリモジュール２がバッテリモジュール搭載領域７に配置され、SDスイッチ４と温調ユニット３が、予め分けられた電装品搭載領域８に配置される。
したがって、バッテリモジュール２とSDスイッチ４と温調ユニット３を内蔵するバッテリパックBPのコンパクト化が達成される。
次に、効果を説明する。
実施例１の電気自動車のバッテリパック温調構造にあっては、下記に列挙する効果を得ることができる。
(1) バッテリパックケース１の内部空間に搭載したバッテリモジュール２と、
前記バッテリモジュール２のバッテリ強電回路を手動操作により遮断する強電遮断スイッチ（SDスイッチ４）と、
前記バッテリパックケース１の内部空間に搭載され、前記バッテリモジュール２へ供給する温調風を作り出す温調ユニット３と、
を備えた電気自動車のバッテリパック温調構造において、
前記バッテリパックケース１の内部空間のうち、上部空間位置に前記強電遮断スイッチ（SDスイッチ４）を配置し、
前記強電遮断スイッチ（SDスイッチ４）の下方空間位置であって、前記強電遮断スイッチ（SDスイッチ４）と車両上下方向に重なり合う位置に前記温調ユニット３を配置した。
このため、強電遮断スイッチ（SDスイッチ４）と温調ユニット３をバッテリパックケース１の内部に設定しながらも、前後方向ケース寸法や車幅方向ケース寸法の増大を抑えることができる。
(2) 前記バッテリパックケース１の内部に、プレート部４１ａと、該プレート部４１ａから下方に延びて前記バッテリパックケース１に固定した脚部４１ｂと、を有するスイッチ固定フレーム４１を設け、
前記強電遮断スイッチ（SDスイッチ４）を、前記プレート部４１ａの上面位置に設定し、
前記温調ユニット３を、前記強電遮断スイッチ（SDスイッチ４）の下方位置であって、前記脚部４１ｂの周囲に形成されるスイッチ下方スペースＳに配置した。
このため、(1)の効果に加え、強電遮断スイッチ（SDスイッチ４）と温調ユニット３を、スイッチ固定フレーム４１を隔てて上下分離配置とすることで、バッテリパックBPに振動等が入力しても、強電遮断スイッチ（SDスイッチ４）と温調ユニット３の干渉を防止することができる。
(3) 前記温調ユニット３は、送風ファン３２を内蔵したユニットケース３１と、該ユニットケース３１に接続され、前記バッテリモジュール２に向けて送風口３５ａを開口したユニットダクト３５と、を有し、
前記ユニットケース３１を、前記強電遮断スイッチ（SDスイッチ４）の側方位置に配置し、
前記ユニットダクト３５を、前記強電遮断スイッチ（SDスイッチ４）の下部位置に配置した。
このため、(1)又は(2)の効果に加え、送風方向をバッテリモジュール２へ合わせるための温調ユニット３のユニットダクト３５を、強電遮断スイッチ（SDスイッチ４）と車両上下方向に互いに重ね合わせた配置とすることができる。
(4) 前記バッテリパックケース１の内部空間を、車幅方向に引かれる境界線Ｌを隔てて、車両後方側のバッテリモジュール搭載領域７と車両前方側の電装品搭載領域８に分け、
前記バッテリモジュール２を、前記バッテリモジュール搭載領域７に配置し、
前記強電遮断スイッチ（SDスイッチ４）と前記温調ユニット３を、前記電装品搭載領域８に配置した。
このため、(1)〜(3)の効果に加え、バッテリモジュール２と強電遮断スイッチ（SDスイッチ４）と温調ユニット３を内蔵するバッテリパックBPのコンパクト化を達成することができる。
以上、本発明の電気自動車のバッテリパック温調構造を実施例１に基づき説明してきたが、具体的な構成については、この実施例１に限られるものではなく、特許請求の範囲の各請求項に係る発明の要旨を逸脱しない限り、設計の変更や追加等は許容される。
実施例１では、温調ユニット３として、冷風と温風を作り出すユニットの例を示した。しかし、温調ユニットとしては、冷風のみを作り出すユニットの例としても良い。また、温風のみを作り出すユニットの例としても良い。さらに、ファンからの強制送風によりバッテリ温度を低下させるユニットの例としても良い。
実施例１では、SDスイッチ４を、バッテリパックBPの前側中央部位置に設定した例を示した。しかし、SDスイッチは、車室内等から操作可能な位置であれば、バッテリパックのどの位置に設けたものであっても良い。
実施例１では、バッテリパックケース１の内部にスイッチ固定フレーム４１を設け、このスイッチ固定フレーム４１に対し、SDスイッチ４と温調ユニット３を配置する例を示した。しかし、スイッチ固定フレームを設けることなく、バッテリパックケースにSDスイッチを固定配置し、SDスイッチの下方に温調ユニットを配置するような例としても良い。また、温調ユニットケースの上面位置にSDスイッチを設定するような例としても良い。
実施例１では、温調ユニット３のユニットケース３１を、SDスイッチ４の側方位置に配置し、ユニットダクト３５を、SDスイッチ４の下部位置に配置する例を示した。しかし、SDスイッチの下部位置に温調ユニットの全体を配置する例としても良い。また、SDスイッチの下部位置に温調ユニットのうちユニットケースを配置する例としても良い。すなわち、温調ユニットの少なくとも一部以上の部分が、SDスイッチと上下方向に縦列配置されるものであれば良い。
実施例１では、バッテリパックケース１の内部空間を、バッテリモジュール搭載領域７と電装品搭載領域８に分け、バッテリモジュール２を、バッテリモジュール搭載領域７に配置し、SDスイッチ４と温調ユニット３を、前記電装品搭載領域８に配置する例を示した。しかし、バッテリパックケースの内部空間を、領域分けすることなく、SDスイッチと温調ユニットを配置するものにも適用できる。
実施例１では、本発明のバッテリパック温調構造を走行用駆動源として走行用モータのみを搭載したワンボックスタイプの電気自動車に適用する例を示した。しかし、本発明の電気自動車のバッテリパック温調構造は、ワンボックスタイプ以外に、セダンタイプやワゴンタイプやＳＵＶタイプ等の様々な電気自動車に適用できるのは勿論である。さらに、走行用駆動源として走行用モータとエンジンを搭載したハイブリッドタイプの電気自動車（ハイブリッド電気自動車）に対しても適用することができる。要するに、フロア下部やラゲージルーム等にバッテリパックを備えた電気自動車であれば適用できる。
BP バッテリパック
１ バッテリパックケース
２ バッテリモジュール
３ 温調風ユニット
３１ ユニットケース
３２ 送風ファン
３３ エバポレータ
３４ PTCヒータ
３５ ユニットダクト
３５ａ 送風口
４ SDスイッチ（強電遮断スイッチ）
４１ スイッチ固定フレーム
４１ａ プレート部
４１ｂ 脚部
Ｓ スイッチ下方スペース
４１ スイッチ操作部
４２ スイッチ本体部
５ ジャンクションボックス
６ LBコントローラ
７ バッテリモジュール搭載領域
８ 電装品搭載領域
９ 送風ダクト

Claims (4)

  1. バッテリパックケースの内部空間に搭載したバッテリモジュールと、
    前記バッテリモジュールのバッテリ強電回路を手動操作により遮断する強電遮断スイッチと、
    前記バッテリパックケースの内部空間に搭載され、温調風を作り出し前記バッテリモジュールへ前記温調風を送風する温調ユニットと、
    を備えた電気自動車のバッテリパック温調構造において、
    前記バッテリパックケースの内部空間のうち、上部空間位置に前記強電遮断スイッチを配置し、
    前記強電遮断スイッチの下方空間位置であって、前記強電遮断スイッチと車両上下方向に重なり合う位置に前記温調ユニットを配置した
    ことを特徴とする電気自動車のバッテリパック温調構造。
  2. 請求項１に記載された電気自動車のバッテリパック温調構造において、
    前記バッテリパックケースの内部に、プレート部と、該プレート部から下方に延びて前記バッテリパックケースに固定した脚部と、を有するスイッチ固定フレームを設け、
    前記強電遮断スイッチを、前記プレート部の上面位置に設定し、
    前記温調ユニットを、前記強電遮断スイッチの下方位置であって、前記脚部の周囲に形成されるスイッチ下方スペースに配置した
    ことを特徴とする電気自動車のバッテリパック温調構造。
  3. 請求項１又は請求項２に記載された電気自動車のバッテリパック温調構造において、
    前記温調ユニットは、送風ファンを内蔵したユニットケースと、該ユニットケースに接続され、前記バッテリモジュールに向けて送風口を開口したユニットダクトと、を有し、
    前記ユニットケースを、前記強電遮断スイッチの側方位置に配置し、
    前記ユニットダクトを、前記強電遮断スイッチの下部位置に配置した
    ことを特徴とする電気自動車のバッテリパック温調構造。
  4. 請求項１から請求項３までの何れか一項に記載された電気自動車のバッテリパック温調構造において、
    前記バッテリパックケースの内部空間を、車幅方向に引かれる境界線を隔てて、車両後方側のバッテリモジュール搭載領域と車両前方側の電装品搭載領域に分け、
    前記バッテリモジュールを、前記バッテリモジュール搭載領域に配置し、
    前記強電遮断スイッチと前記温調ユニットを、前記電装品搭載領域に配置した
    ことを特徴とする電気自動車のバッテリパック温調構造。
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