JP6385766B2 - 車両用蓄電池装置 - Google Patents

Description

本発明の実施形態は、車両用蓄電池装置に関する。

従来、ハウジングと、ハウジング内に配置された電池と、電池に冷却用空気を当てることにより電池等を冷却する冷却装置を備えた電力貯蔵装置（電源装置、電池装置）が知られている。

特許第４０５３５７７号明細書 特開２０１０−１５９３１号公報

この種の電池装置を車両に搭載して使用する場合、充放電が繰り返されることにより発生する熱を効率的に排出して電池を冷却する堅牢性の高い冷却構造が必要である。また、冷却媒体として外気を用いる場合、電池や配線等を含む電気部品は、塵や水分等との接触を極力避けるように電池装置を構成することが望ましい。

実施形態にかかる車両用蓄電池装置は、例えば、ハウジングと、複数の電池箱と、共通冷却流路と、外装ケースと、を備える。複数の電池箱は、ハウジングの内部に配置され、車両の電源となる単電池を収納する。また、電池箱は、当該電池箱の内部で発生した熱を電池箱の外部に輸送する熱輸送部を有する。共通冷却流路は、ハウジングの内部に配置されて、流体を取り入れる吸入口及び流路内部を通過した流体を排出する排出口が車両の走行方向とは異なる方向に開口する。また、共通冷却流路は、複数の電池箱のそれぞれの熱輸送部が流路内部に露出されている。外装ケースには、ハウジングを複数個並んだ状態で支持する複数の支持区画が設けられる。また、外装ケースは、車両の屋根上部に固定するための上部固定部と、車両の床下部に固定するための下部固定部と、上部固定部により固定される場合に、流体を車両上方に排出するための上方開口予定部と、下部固定部により固定される場合に、流体を車両下方に排出するための下方開口予定部と、を備える。

図１は、実施形態にかかる車両用蓄電池装置を構成する蓄電池ユニットの概略構成を説明する平面図である。 図２は、実施形態にかかる車両用蓄電池装置を構成する蓄電池ユニットに収納される電池箱と、電池箱に接続された熱輸送部の構成を説明する側面図である。 図３は、実施形態にかかる車両用蓄電池装置を車両の床下に配置した状態を説明する側面図である。 図４は、実施形態にかかる車両用蓄電池装置を車両の床下で、車幅方向の両側に分けて配置した状態を説明する説明図である。 図５は、実施形態にかかる車両用蓄電池装置を車両の床下に配置する他の例を説明する説明図である。 図６は、実施形態にかかる車両用蓄電池装置を車両の床下部に固定する場合の固定構造と、冷却用の流体の流れを説明する説明図である。 図７は、実施形態にかかる車両用蓄電池装置を車両の屋根上部に固定する場合の固定構造と、冷却用の流体の流れを説明する説明図である。 図８は、実施形態にかかる車両用蓄電池装置において、屋根上部への固定と床下部への固定を選択できる外装ケースの構造を示す図で、床下部への固定態様を示す図である。 図９は、実施形態にかかる車両用蓄電池装置において、屋根上部への固定と床下部への固定を選択できる外装ケースの構造を示す図で、屋根上部への固定態様を示す図である。 図１０は、実施形態にかかる車両用蓄電池装置の外装ケースの上面視図である。

以下の例示的な実施形態や変形例には、同様の構成要素が含まれている。よって、以下では、同様の構成要素には共通の符号が付されるとともに、重複する説明が省略される。

図１は、実施形態にかかる車両用蓄電池装置を構成する蓄電池ユニット１０の概略構成を説明する平面図である。また、図２は、蓄電池ユニット１０に収納される単電池と、単電池に接続された熱輸送部１８の構成を説明する側面図である。なお、蓄電池ユニット１０は、図１に示すように、略方形のハウジング１２の内部に、車両の電源となる単電池を収納する複数の電池箱１４を支持している。車両は、例えば、蓄電池ユニット１０の電力によって駆動源（モータ）を駆動することにより走行する電気機関車や、駆動源としてモータとエンジンを有したハイブリッド機関車であってもよい。また、電気自動車、ハイブリッド自動車等の乗用車、トラック、バス等であってもよい。蓄電池ユニット１０の電力は、車両の電装系（補器類）に電力を供給してもよい。また、蓄電池ユニット１０は、駆動源がエンジンだけの車両の電装系用として使用されてもよい。

ハウジング１２の内部には、複数の隔壁１２ａが形成され、側壁１２ｂ、内部壁１２ｃ及び底面壁１２ｄ、上面壁（不図示）により収納室１２ｅを画成している。図１の場合、６個の収納室１２ｅが画成されている例を示している。つまり、本実施形態では、６個の電池箱１４が後述する共通冷却流路１６を挟んで３個ずつ配列されている。各電池箱１４は、収納室１２ｅ内に配置されることにより実質的に外気に晒されないようになってる。その結果、電池箱１４が、塵や埃、水分等と接触することを実質的に防止できる。なお、ハウジング１２を構成する素材は、予め設計段階等で定められた所定レベルの剛性、防塵性、防滴性、耐振動性等を確保できればよく、例えば、樹脂（プラスチック等）や金属でもよい。

電池箱１４の内部には、例えば、直列または並列に接続された複数の単電池（電池、単電池部、単セル、図示せず）が収納されている。単電池は、例えば、二次電池（蓄電池、充電式電池）として構成されうる。また、電池箱１４には、収納される単電池の電圧や温度を検出するセンサ（図示せず）を有する。図示を省略しているが、電池箱１４には、内部の単電池と電気的に接続された電極端子（正極端子、負極端子）を有し、隣接する電池箱１４の単電池同士が図示を省略した配線を介して直接または並列に電気的に接続されている。そして、電気的に接続された複数の単電池は、後述する機器ハウジングに収納される遮断器やバッテリマネージメントシステム等と電気的に接続されて充放電制御が実現される。

単電池は、例えば、それぞれ、リチウムイオン二次電池として構成されることができる。なお、単電池は、ニッケル水素電池や、ニッケルカドミウム電池、鉛蓄電池等、他の二次電池であってもよい。

図２に示すように、電池箱１４は、収納した各単電池が充放電を行うことで内部に発生した熱を電池箱１４の外部に輸送する熱輸送部１８を備える。熱輸送部１８は、電池箱１４の一部、例えば下面部に熱的に接続されたヒートパイプ１８ａと、当該ヒートパイプ１８ａにより輸送された熱を放熱する放熱部１８ｂとで構成されている。ヒートパイプ１８ａは、例えば揮発性の熱輸送流体をパイプの内部空間に封入したり、内壁等に含浸させたものを利用できる。ヒートパイプ１８ａは電池箱１４の底面（壁面）に直接接続するようにしてもよい。また、例えば、金属製の板状部材に複数の溝を形成し、その溝の中に熱輸送流体を通すまたは、その溝に熱輸送流体を含浸させるような構造として、その板状部材を電池箱１４の壁面に接続させるようにしてもよい。このように、ヒートパイプ１８ａを用いることにより、例えば、銅板等の熱伝導性のある部材を電池箱１４に貼り付ける場合に比べて効率的に熱輸送ができる。また、水冷式等に比較して、保守点検が容易である。放熱部１８ｂは、例えばヒートシンクとすることができる。図２の場合、ヒートシンクは、板状部材を図２中矢印Ｚ方向に所定の間隔を開けて配列している。なお、ヒートシンクの配置は一例であり、板状部材を図２の紙面裏面方向（矢印Ｚ方向と直交する方向）に配列してもよい。このように、ヒートパイプ１８ａとヒートシンクで構成される熱輸送部１８は構造がシンプルであり堅牢性が高く、効率的な熱輸送を実現できる。また、放熱部１８ｂとして、ヒートシンクに代えて、放熱ファンを用いてもよい。この場合、放熱ファンは、ヒートパイプ１８ａの端部に接続または配置され、強制的に熱の流れを形成して放熱することができる。このように、電池箱１４が熱輸送部１８を備えることにより、電池箱１４内部の冷却を効率的に行うことができる。なお、図２に示すような、電池箱１４、熱輸送部１８（ヒートパイプ１８ａ、放熱部１８ｂ）をまとめたものをサブパックと称する場合もある。

ハウジング１２の内部には、共通冷却流路１６が形成されている。図１の場合、共通冷却流路１６は、ハウジング１２のほぼ中央部を横断し、その両端部に、冷却用の流体を取り入れる吸入口１６ａ及び流路内部領域Ａ（流路内部）を通過した流体を排出する排出口１６ｂを備える。冷却用の流体としては、例えば外気（空気）を利用することができる。なお、吸入口１６ａ及び排出口１６ｂは、当該蓄電池ユニット１０を搭載する車両の走行方向とは異なる方向に開口するように形成されている。また、共通冷却流路１６は、ハウジング１２が支持する複数の電池箱のそれぞれの熱輸送部１８（放熱部１８ｂ）が流路内部領域Ａに露出させている。図１の場合、ハウジング１２の内部壁１２ｃ、底面壁１２ｄ及び上面壁を用いて共通冷却流路１６を形成する例を示しているが、これに限らず、個別に形成された筒状の共通冷却流路１６をハウジング１２内部に配置するようにしてもよい。

共通冷却流路１６の流路内部領域Ａに熱輸送部１８の放熱部１８ｂを露出させる場合、内部壁１２ｃに開口部を開け、その開口部を介して放熱部１８ｂを流路内部領域Ａ側に突出（露出）させる。この場合、開口部の周縁にシール部材等を配置し、共通冷却流路１６の流路内部領域Ａを流通する流体（例えば、外気）が収納室１２ｅ側に漏れ出さないようにしている。このように、共通冷却流路１６の流路内部領域Ａに、各電池箱１４から輸送した熱を放熱部１８ｂを露出させることにより、熱交換を効果的に行うことができる。また、図１に示すように、共通冷却流路１６を挟んで両側に電池箱１４を配置することにより複数の電池箱１４から輸送される熱を集約して共通冷却流路１６で熱交換することが可能になり、効率的な冷却を行うことができる。また、共通冷却流路１６に複数の放熱部１８ｂを集約することにより、ハウジング１２内のスペース効率が向上する。さらに、単電池が収納される領域と外気が通過する共通冷却流路１６内の領域を実質的に分離することができるので、単電池等の電装品の汚損を軽減できる。つまり、電装品の故障の発生頻度を低減、または故障の発生を防止することができる。さらに、共通冷却流路１６を実質的に分岐のない、直線形状とすることで、流速（風速、風力）の低下を軽減できるので冷却効率向上に寄与できる。また、共通冷却流路１６に複数の放熱部１８ｂを集約させることで、シンプル構成の冷却構造が実現できて、当該冷却構造の堅牢性が向上すると共に、耐振動性、防塵、防滴性の高い構造を得ることができる。

図１に示す蓄電池ユニット１０の場合、共通冷却流路１６の吸入口１６ａの近傍、例えば、吸入口１６ａに流体搬送装置として機能する送風ファン２０を配置して、冷却用の流体としての外気を積極的に共通冷却流路１６の流路内部領域Ａ内に送り込んでいる。また、送風ファン２０の上流側には、吸入側サブハウジング１２ｆに支持されたフィルタ装置２２が配置されている。吸入側サブハウジング１２ｆとハウジング１２の側壁１２ｂとの接続部にはパッキン等のシール部材２４が配置され、フィルタ装置２２を通過しない外気（冷却用の流体）が吸入口１６ａ側に流れ込むことを防止している。図１の場合、シール部材２４は２重に配置されて接続信頼性を向上している。

ところで、本実施形態のフィルタ装置２２は、送風ファン２０または吸入口１６ａの吸い込み側正面から外れた位置（ずれた位置）に配置されている。図１の場合、２個のフィルタ装置２２が送風ファン２０または吸入口１６ａの正面に位置しないように分離して配置されている。フィルタ装置２２を通過した外気（空気）は、隔壁１２ａと吸入側サブハウジング１２ｆとで形成される吸入流路Ｒを介して送風ファン２０または吸入口１６ａに流れ込む。特に、送風ファン２０を吸入口１６ａに設ける場合、図１のようにフィルタ装置２２を送風ファン２０の吸い込み側正面から外れた位置に配置することにより、フィルタ装置２２に対する送風ファン２０の吸引力（吸気力）を分散することができる。例えば、送風ファン２０の吸入側正面にフィルタ装置２２を配置した場合、送風ファン２０による吸引力がフィルタ装置２２上の特定部分に作用し易く、外気に含まれる埃等による汚染を部分的に生じさせてしまう場合がある。このような場合、フィルタ装置２２の機能低下や寿命短縮を招いてしまう場合がある。図１に示すような送風ファン２０とフィルタ装置２２の配置による吸引力の分散を行うことにより、上述のようなフィルタ装置２２の部分的な汚染を緩和または抑制できる。つまり、フィルタ装置２２の寿命を延ばしメンテナンス頻度の低減に寄与できる。

フィルタ装置２２は、共通冷却流路１６の流路内部領域Ａや送風ファン２０等が所定の清浄度を維持できるように塵や埃等の異物や水分等を除去できればよく、フィルタ構造は種々選択できる。例えば、一層タイプでもよいし、多層タイプでもよい。多層タイプの場合、例えば、慣性フィルタと布フィルタの組み合わせでもよい。

前述したように、排出口１６ｂは、車両の走行方向とは異なる方向に開口するように形成されている。図１の場合、共通冷却流路１６の排出口１６ｂは、吸入口１６ａの延長線上の位置（直線位置）に配置されている。本実施形態の場合、蓄電池ユニット１０を複数個近接配置する場合の流体の排出効率を考慮して、排出口１６ｂから排出された流体は、図１において紙面裏側に排出されるようにしている。図１の場合、シール部材２４を介してハウジング１２に接続された排出側サブハウジング１２ｇには、一方向側（例えば図１の紙面裏側方向）に複数の排出孔２６が形成されている。この場合も排出孔２６は、車両の走行方向とは異なる方向に開口するようにしている。なお、図１に示す排出孔２６の形状は、一例であり、角孔等でもよいし、形成面全体または一部がメッシュ構造になっていてもよい。また、排出孔２６を実質的に連続させたスリット形状または大形の孔（長孔、角長孔等）としてもよい。なお、排出孔２６には、フィルタやそれに相当するものを設けて、外部からの異物の侵入を防止するようにしてもよい。

ところで、上述したような蓄電池ユニット１０は、例えば鉄道車両用の電源ユニットとして利用する場合がある。鉄道車両の場合、路線を往復運転する場合があるので、往路と復路で進行方向が逆転する場合がある。例えば、吸入口１６ａ（フィルタ装置２２）が鉄道車両の進行方向に向けて開口されていた場合、往路では向かい風となるので送風ファン２０の吸引力以上に効率的に外気（冷却用の流体）を取り入れることができる。逆に復路の場合、外気取り入れは送風ファン２０の吸引力のみとなるので、往路と復路で吸引能力に差が生じる、つまり、往路と復路とで冷却能力に違いが生じてしまう。同様に、排出口１６ｂ（排出孔２６）が鉄道車両の進行方向に向けて開口していた場合、往路では外気の流れが排出口１６ｂ側に向かうため効率的に空気（冷却に利用された外気）の排出ができる。逆に復路の場合、排出口１６ｂ（排出孔２６）から外気が共通冷却流路１６の流路内部領域Ａに流れ込むことになり、流路内部領域Ａからの外気の排出効率が低下する。つまり、往路と復路で排出能力に差が生じる、その結果、冷却用の流体の排出に関しても往路と復路とで冷却能力に違いが生じてしまう。そこで、本実施形態の蓄電池ユニット１０は、共通冷却流路１６の吸入口１６ａの開口方向（フィルタ装置２２の外気取り入れ方向Ｓ）及び排出口１６ｂの開口方向（排出孔２６の開口方向）は、いずれも鉄道車両の走行方向とは異なる方向に開口するようにしている。例えば、吸入口１６ａ（フィルタ装置２２）を鉄道車両の車幅方向（側方）に向けている。このように吸入口１６ａ（フィルタ装置２２）を鉄道車両の側方に向けることにより、鉄道車両の進行方向に拘わらず外気の取り入れを安定的に行うことができる。つまり、往路と復路で外気の取り入れ効率に差が生じ難いようにしている。同様に、排出口１６ｂ（排出孔２６）を例えば鉄道車両の車両上方または車両下方に向けて開口させることにより、鉄道車両の進行方向に拘わらず外気の排出を安定的に行うことができる。つまり、往路と復路で外気の排出効率に差が生じ難いようにしている。その結果、鉄道車両の進行方向に拘わらず、蓄電池ユニット１０における冷却効率を同等として、安定的な蓄電池ユニット１０の冷却を実現している。

上述のように構成される蓄電池ユニット１０は、図１に示すような６個の電池箱１４を支持する単層ユニットとして鉄道車両に搭載してもよいし、単層ユニットを複数段、図１の紙面裏面方向に積層した積層ユニットとして鉄道車両に搭載してもよい。積層ユニットとする場合、フィルタ装置２２は各層に設けてもよいし、積層方向に長いフィルタ装置２２を配置してもよい。また、積層ユニットとする場合、排出孔２６は、積層ユニットの最下層または最上層の単層ユニットに対応して設ければよい。

上述したように、本実施形態の蓄電池ユニット１０は、共通冷却流路１６に冷却用の流体として外気を取り込む空冷冷却方式である。図１に示すように、本実施形態の空冷冷却構造は水冷冷却方式の構造に比べて、シンプルであり堅牢性が高いため、鉄道車両等のように運行中に常時振動を受ける場合でも振動衝撃による冷却構造の不具合や破損の発生が抑制できる。

図３、図４、図５は、上述したような蓄電池ユニット１０を車両の一例である鉄道車両２８の床下に配置した状態を説明する側面図である。前述したように蓄電池ユニット１０はフィルタ装置２２を鉄道車両２８の車幅方向（側面）に向けて配置することにより、鉄道車両２８の進行方向に関わりなく安定した外気（冷却用の流体）の取り入れが可能となる。本実施形態の場合、蓄電池ユニット１０は、外装ケース３０によって支持されて鉄道車両２８に固定される。なお、外装ケース３０の詳細は後述する。図３〜図５では、複数の蓄電池ユニット１０を近接した状態で並べて配置した例を示している。外装ケース３０よって支持された蓄電池ユニット１０の集合体は、鉄道車両２８の前後の台車３２の間の空間に固定することができる。なお、鉄道車両２８の床下には、蓄電池ユニット１０の他にも様々な機器が配置される。したがって、蓄電池ユニット１０は、他の機器の配置に応じて、図４に示すように、鉄道車両２８の車幅方向の左右に分離した状態で配置された個別の外装ケース３０で支持することができる。この場合、外装ケース３０には、蓄電池ユニット１０（ハウジング１２）を車両進行方向に沿って複数個支持するように直線状に支持区画が設けられている。支持区画に関しては後述する。図４に示すような蓄電池ユニット１０のレイアウトの場合、鉄道車両２８の側方から取り入れた外気は、排出孔２６が示すように、車両下方に排出するようにしてもよい。また、図４の例の場合、車幅方向左右に配置された外装ケース３０の間に車幅方向の隙間があるため、この隙間に向けて排出孔２６を配置するようにしてもよい。この場合、共通冷却流路１６（図１参照）の流路内部領域Ａに対して排出孔２６を直線的に配置できるので、排出抵抗の低減が可能となり冷却効率の向上に寄与できる。なお、この場合、車幅方向左右の外装ケース３０で支持された蓄電池ユニット１０の排出孔２６が対向しないようにすることが望ましい。例えば、車幅方向左の外装ケース３０で支持された蓄電池ユニット１０の排出孔２６と車幅方向右の外装ケース３０で支持された蓄電池ユニット１０の排出孔２６の位置をずらして配置することで、車幅方向左右に配置された外装ケース３０の間の隙間に排気が籠もることが低減できる。

一方、図５の例の場合、複数の蓄電池ユニット１０を外装ケース３０によって一括的に支持している。この場合も外装ケース３０には、蓄電池ユニット１０（ハウジング１２）を車両進行方向に沿って複数個支持するように直線状に支持区画が設けられている。図５に示すような蓄電池ユニット１０のレイアウトの場合、鉄道車両２８の側方から取り入れた外気は、排出孔２６が示すように、車両下方に排出するようにする。冷却用の流体の排出に関しても排出孔２６を鉄道車両２８の走行方向とは異なる方向に開口させることにより、鉄道車両２８の進行方向に関わりなく安定した外気（冷却用の流体）の排出が可能となる。

蓄電池ユニット１０において、保守点検を必要とする部品の一つとしてフィルタ装置２２がある。上述したように、本実施形態の場合、蓄電池ユニット１０におけるフィルタ装置２２は、図３に示すように鉄道車両２８の側面に配置されている。図１で説明したように、フィルタ装置２２は、吸入側サブハウジング１２ｆに支持されているため、鉄道車両２８の側方から容易に着脱可能である。また、吸入側サブハウジング１２ｆを外すことにより、共通冷却流路１６の吸入口１６ａ側に配置された送風ファン２０にも容易にアクセス可能となり、メンテナンスや交換作業が容易にできる。さらに、必要に応じて、蓄電池ユニット１０自体の着脱も鉄道車両２８の側方からのアクセスにより容易に実施可能である。このように、メンテナンス間隔が比較的短いフィルタ装置２２の交換が容易にできることにより、蓄電池ユニット１０の保守点検作業を効率的に行うことができる。

ところで、蓄電池ユニット１０は、収納した複数の単電池の充放電制御や状態管理等を行うために種々の電気部品が必要になる。例えば、各電池箱１４の温度や単電池の充放電状態の監視を実施するセルマネージメントシステムやバッテリマネージメントシステムの基板、主回路と単電池との間の開放接触動作を実現する配線用遮断器（ＭＣＣＢ；Molded Case Circuit Breaker）、サービスディスコネクタ等である。その他、制御回路の基板、回路用電源、保安装置、温度センサ等の各種センサ、安全表示灯、保護回路の基板、インターロック機構等も含まれる。これらの電気部品は、各蓄電池ユニット１０の内部に配置することもできるが、一括して配置することもできる。本実施形態においては、これらの電気部品を蓄電池ユニット１０のハウジング１２と実質的に同じ形状、サイズの密閉型の機器ハウジング３４に収めている。そして、機器ハウジング３４を図４、図５に示すように、外装ケース３０に形成された複数の支持区画のうちの１つを用いて蓄電池ユニット１０の近傍に支持している。このように、機器ハウジング３４を他の蓄電池ユニット１０（ハウジング１２）と同様に外装ケース３０で支持することにより、機器ハウジング３４の取り外しや装着が容易になり、単電池の寿命とは異なる寿命の電気機器のメンテナンスを効率的に行うことができる。また、電気部品を機器ハウジング３４に収納することにより、外気の進入を実質的に遮断可能となり、塵や埃、水分の混入による電気部品の不具合の発生を低減することができる。

図６、図７は、鉄道車両２８を線路方向からみた場合の図であり、外装ケース３０に支持された蓄電池ユニット１０（車両用蓄電池装置）を鉄道車両２８に固定する場合の具体的な例を説明する図である。図６は、蓄電池ユニット１０を鉄道車両２８の床下部に固定する場合の固定構造と、冷却用の流体の流れを説明する説明図である。図７は、蓄電池ユニット１０を鉄道車両２８の屋根上部に固定する場合の固定構造と、冷却用の流体の流れを説明する説明図である。

図６は、図５に対応する構成で、複数の蓄電池ユニット１０を外装ケース３０によって一括的に支持している。外装ケース３０には、上面側に床下固定用フランジ３０ａ（下部固定部）が形成され、鉄道車両２８の床下２８ａに形成された床下固定ベース２８ｂに接続固定できるように構成されている。床下固定用フランジ３０ａと床下固定ベース２８ｂとの締結は、例えばボルトまたはナット等を用いて実施することができる。外装ケース３０を鉄道車両２８の床下部に固定する場合、蓄電池ユニット１０に取り込む外気（冷却用の流体）は鉄道車両２８の側方からフィルタ装置２２を介して行われる。図６の場合、蓄電池ユニット１０は３層に積層され、フィルタ装置２２から吸い込まれた外気が、図６中矢印で示されるように、各層の蓄電池ユニット１０のそれぞれの共通冷却流路１６（図１参照）を流通する。そして、排出口１６ｂを通過し車両下方に開口した排出孔２６を介して外装ケース３０の外に排出される。前述したように、外気の取り入れは鉄道車両２８の側方であり、外気の排出は車両下方なので、吸入及び排出のいずれの場合も鉄道車両２８の進行方向による影響を受けない。したがって、往路走行時及び復路走行時の蓄電池ユニット１０における冷却効率に差が生じることを防止し、効率的で安定した冷却を実現することができる。

図７は、図６の構成と同様に、複数の蓄電池ユニット１０を外装ケース３０によって一括的に支持している。外装ケース３０には、下面側に屋根上固定用フランジ３０ｂ（上部固定部）が形成されている。外装ケース３０は、鉄道車両２８において雨、雪等を避けるための屋根２８ｃと車室側との隔壁となる天井２８ｄとの間に形成された屋根上部Ｂにおいて、天井２８ｄの上面側に形成された屋根上固定ベース２８ｅと屋根上固定用フランジ３０ｂとが締結できるように構成されている。屋根上固定用フランジ３０ｂと屋根上固定ベース２８ｅとの締結は、例えばボルトまたはナット等を用いて実施することができる。外装ケース３０を鉄道車両２８の屋根上部Ｂに固定する場合、蓄電池ユニット１０に取り込む外気（冷却用の流体）は鉄道車両２８の側方からフィルタ装置２２を介して行われる。屋根上部Ｂは屋根２８ｃに覆われているので、フィルタ装置２２の近傍の屋根２８ｃには、通気口２８ｆが形成され、容易に外気が出入りできるようになっている。図７の場合、蓄電池ユニット１０は３層に積層され、フィルタ装置２２から吸い込まれた外気が、図７中矢印で示されるように、各層の蓄電池ユニット１０のそれぞれの共通冷却流路１６（図１参照）を流通する。そして、排出口１６ｂを通過し車両上方に開口した排出孔２６を介して外装ケース３０の外に排出される。前述したように、外気の取り入れは鉄道車両２８の側方であり、外気の排出は車両下方なので、吸入及び排出のいずれの場合も鉄道車両２８の進行方向による影響を受けない。したがって、往路走行時及び復路走行時の蓄電池ユニット１０における冷却効率に差が生じることを防止し、効率的で安定した冷却を行うことができる。なお、排出孔２６から排出された冷却用の流体（空気）は、通気口２８ｆから排出可能であるが、排出孔２６の開口位置に対応した通気口を設けることにより、利用済みの冷却用の流体（加熱された空気）が再度フィルタ装置２２から吸い込まれることを抑制して、冷却効率の向上に寄与できる。

図８、図９は、前述した外装ケース３０の変形例を説明する図である。図８、図９に示す外装ケース３６は、図６で説明した床下固定と、図７で説明した屋根上固定との両方に適用可能な共通外装ケースである。外装ケース３６の基本的な構造は、図６、図７で示す外装ケース３０と同じであるが、外装ケース３６の場合、床下固定用フランジ３６ａ（下部固定部）及び屋根上固定用フランジ３６ｂ（上部固定部）の両方を有する。また、外装ケース３６は、床下固定用フランジ３６ａにより固定される場合に、冷却用の流体を車両下方に排出するための下方開口予定部３８と、屋根上固定用フランジ３６ｂにより固定される場合に、冷却用の流体を車両上方に排出するための上方開口予定部４０と、を備える。そして、上方開口予定部４０と下方開口予定部３８のいずれか一方は、非使用時に閉塞部材４２によって閉塞されるようになっている。

図８は、外装ケース３６を鉄道車両２８の床下に固定する場合の閉塞部材４２の適用例である。この場合、上方開口予定部４０が閉塞部材４２により閉塞され、下方開口予定部３８が開口状態となる。つまり、フィルタ装置２２から吸い込まれた冷却用の外気は、蓄電池ユニット１０の共通冷却流路１６（図１参照）を通過して、非閉塞の下方開口予定部３８から車両下方に排出されることになる。つまり、外装ケース３６の床下固定時には、床下２８ａの存在により排出効率が低下する床面側に利用済みの冷却用の流体が流れないようにしている。

図９は、外装ケース３６を鉄道車両２８の屋根上部Ｂに固定する場合の閉塞部材４２の適用例である。この場合、下方開口予定部３８が閉塞部材４２により閉塞され、上方開口予定部４０が開口状態となる。つまり、フィルタ装置２２から吸い込まれた冷却用の外気は、蓄電池ユニット１０の共通冷却流路１６（図１参照）を通過して、非閉塞の上方開口予定部４０から車両上方に向けて排出されることになる。つまり、外装ケース３６の屋根上固定時には、天井２８ｄの存在により排出効率が低下する天井面側に利用済みの冷却用の流体が流れないようにしている。

閉塞部材４２は、冷却用の流体の流れを妨げるものであればよく、例えば金属板や樹脂板で構成することができる。また、非閉塞側、つまり閉塞部材４２が装着されない下方開口予定部３８または上方開口予定部４０には、排出口側に異物等が混入することを防止するために、メッシュ板等を装着するようにしてもよい。また、下方開口予定部３８及び上方開口予定部４０にメッシュ板を装着しておき、閉塞が必要な側を閉塞部材４２で閉塞するようにしてもよい。また、下方開口予定部３８及び上方開口予定部４０を初期の状態で外装ケース３６と一体のパーツによって閉塞状態としておき、非閉塞状態にする側の下方開口予定部３８または上方開口予定部４０を閉塞しているパーツを排除（取り外し、破断）するようにしてもよい。

このように、床下固定と屋根上固定の両方に適用可能な外装ケース３６を用いることにより部品の共通化により、製造コスト削減や組み付け作業の簡略化等に寄与できる。

図１０は、屋根上固定用の外装ケース３０（外装ケース３６）の上面視図である。外装ケース３０（外装ケース３６）は、例えば金属で構成される箱形のフレームであり、ハウジング１２（蓄電池ユニット１０）を複数個並んだ状態で支持する複数の支持区画４４が設けられている。例えば、支持区画４４の上方から蓄電池ユニット１０を落とし込むように挿入することで外装ケース３０（外装ケース３６）で支持される。また、蓄電池ユニット１０は外装ケース３０（外装ケース３６）にボルト等の締結部材を用いて固定してもよい。図１０の場合、２個の支持区画４４を有する外装ケース３０が２個連結された状態で示されているが、支持区画４４の形成数はこれに限らず、１個でも３個以上でもよい。なお、図５で説明したように、複数の支持区画４４のうち少なくとも一つに、単電池とは異なる電気部品を収納する機器ハウジング３４が配置されるようになっている。したがって、図１０において、３つの支持区画４４に支持される蓄電池ユニット１０には矢印Ｃで示すように外気が吸入され、残りの１つの支持区画４４は機器ハウジング３４の存在のため外気が遮断されるようになっている。外装ケース３０の下端両端部には、屋根上固定用フランジ３０ｂが形成されている。この屋根上固定用フランジ３０ｂに形成されたボルト用孔３０ｃを用いて、外装ケース３０が屋根上固定ベース２８ｅと締結が行われる。なお、外装ケース３６の場合は、上面視図の場合、床下固定用フランジ３０ａが見える。また、外装ケース３０における支持区画４４と支持区画４４との間には、冷却用の流体を屋根上方に排出するための排出孔２６（外装ケース３６の場合は上方開口予定部４０）が形成されている。図１０の場合、排出孔２６（上方開口予定部４０）は長孔形状で２条形成されている。排出孔２６（上方開口予定部４０）には、メッシュ板が設けられてもよい。外装ケース３６を床下固定用として用いる場合は、図８に示すように上方開口予定部４０が閉塞部材４２によって閉塞されることになる。なお、外装ケース３０（外装ケース３６）は、フレーム剛性を確保するために、例えば紙面鉛直方向に延びる複数の補強部材４６が配置されている。

図１０に示す外装ケース３０（外装ケース３６）では、車幅方向に支持区画４４を配列している例を示した。一方、図４に示すように鉄道車両２８の車幅方向の両側に分離して外装ケース３０（外装ケース３６）を配置するような場合は、鉄道車両２８の進行方向に沿って直線状に複数の支持区画４４を配置するようにしてもよい。その場合、複数の外装ケース３０を連結する場合は、鉄道車両２８の進行方向に沿って連結することになる。このように、支持区画４４を有する外装ケース３０（外装ケース３６）を用いることにより、蓄電池ユニット１０や機器ハウジング３４の支持を確実に行うことができる。また、外装ケース３０（外装ケース３６）により、蓄電池ユニット１０や機器ハウジング３４を支持する場合、両者の接触部分に例えば防振部材等を介在させることにより、耐振動性の向上が容易にできる。

上述したように、本実施形態の車両用蓄電池装置は、ハウジング１２と、複数の電池箱１４と、共通冷却流路１６を備える。電池箱１４は、ハウジング１２の内部に配置され、車両の電源となる単電池を収納すると共に、電池箱１４の内部で発生した熱を電池箱１４の外部に輸送する熱輸送部１８を有する。共通冷却流路１６は、ハウジング１２の内部に配置されて、流体を取り入れる吸入口１６ａ及び流路内部を通過した流体を排出する排出口１６ｂ車両の走行方向とは異なる方向に開口すると共に、複数の電池箱１４のそれぞれの熱輸送部１８が流路内部に露出されている。この構成によれば、例えば、充放電が繰り返されることにより発生する熱を効率的に排出して、電池を効果的に冷却することができる。また、冷却媒体として外気は、共通冷却流路１６の内部を流通し、熱輸送部１８の一部としか接触しない。つまり、冷却媒体として外気は、電池箱１４内の単電池とは非接触である。その結果、電池を含む電機部品は、塵や水分等との接触を極力避けることができるので、電池の汚損を抑制できる。また、共通冷却流路１６に複数の放熱部１８ｂを集約させることで、シンプル構成の冷却構造が実現できて、当該冷却構造の堅牢性を向上することができる。さらに、冷却用の流体の吸入口１６ａ及び排出口１６ｂを鉄道車両２８の走行方向とは異なる方向に開口させているので、鉄道車両２８の進行方向に関わりなく安定した外気（冷却用の流体）の吸入及び排出が可能となる。その結果、鉄道車両２８の往路走行及び復路走行で同程度の効率的な冷却を実現できる。

また、本実施形態の車両用蓄電池装置の排出口１６ｂは、例えば、流体を車両上方または車両下方のいずれか一方に排出するようにしてもよい。この構成によれば、例えば、車両の走行方向に関わりなく流体排出を安定して行うことができるので、走行方向による冷却効率のばらつきを抑制することができる。

また、本実施形態の車両用蓄電池装置は、例えば、ハウジング１２を複数個並んだ状態で支持する複数の支持区画４４が設けられる外装ケース３０，３６を備えてもよい。この構成によれば、例えば、複数の蓄電池ユニット１０を安定的に支持することができる。また、支持態様が共通化されるので、蓄電池ユニット１０の着脱が容易になりメンテナンス性の向上に寄与できる。

また、本実施形態の車両用蓄電池装置は、例えば、外装ケース３０，３６の複数の支持区画４４のうち少なくとも一つに、単電池とは異なる電気部品を収納する機器ハウジング３４が配置されるようにしてもよい。この構成によれば、蓄電池ユニット１０を駆動または保守する電気部品を個別に収納して、蓄電池ユニット１０の冷却構造とは分離できるので、冷却用の流体に含まれる可能性のある埃や塵、水分等から電気部品を保護することができる。

また、本実施形態の車両用蓄電池装置の外装ケース３６は、車両の屋根上部に固定するための屋根上固定用フランジ３６ｂ（上部固定部）と、車両の床下部に固定するための床下固定用フランジ３６ａ（下部固定部）と、屋根上固定用フランジ３６ｂにより固定される場合に、流体を車両上方に排出するための上方開口予定部４０と、床下固定用フランジ３６ａにより固定される場合に、流体を車両下方に排出するための下方開口予定部３８と、を備えてもよい。この構成によれば、例えば、車両用蓄電池装置を車両の屋根上に設置する場合でも床下に設置する場合でも同一の外装ケース３６の利用が可能になる。その結果、部品の共有化が可能になり、製造コスト削減や組立作業の簡略化に寄与できる。

また、本実施形態の車両用蓄電池装置の上方開口予定部４０と下方開口予定部３８のいずれか一方は、例えば、閉塞部材４２によって流体の排出が妨げられるようにしてもよい。この構成によれば、例えば、車両用蓄電池装置を車両の屋根上に設置する場合でも床下に設置する場合でも閉塞部材４２によって、容易に適用可能形態に変化させることができる。その結果、共通部品を用いた組立作業の簡略化、製造コスト削減に寄与できる。

また、本実施形態の車両用蓄電池装置は、例えば、外装ケース３０，３６にハウジング１２を車両進行方向に沿って複数個支持するように直線状に支持区画４４が設けられてもよい。この構成によれば、例えば、外装ケース３０，３６が支持するハウジング１２や機器ハウジング３４に対するアクセス方向を一定方向にすることができる。その結果、蓄電池ユニット１０や電気部品のメンテナンス性が向上し、保守点検を容易に実施することができる。

また、本実施形態の車両用蓄電池装置の熱輸送部１８は、電池箱１４の壁面に熱的に接続されたヒートパイプ１８ａと、当該ヒートパイプ１８ａの一端に熱的に接続されて共通冷却流路１６の内部に露出する放熱部１８ｂとで構成されるようにしてもよい。この構成によれば、例えば、電池箱１４の内部で発生した熱を共通冷却流路１６内部に効率的に輸送し、冷却効率の向上に寄与できる。

また、本実施形態の車両用蓄電池装置は、例えば、吸入口１６ａの吸い込み側正面から外れた位置に配置されるフィルタ装置２２と、フィルタ装置２２と吸入口１６ａを接続する吸入流路Ｒと、をさらに備えてもよい。この構成によれば、例えば、フィルタ装置２２に対する吸入口１６ａによる吸気力を分散することができる。その結果、吸気力がフィルタ装置２２上の特定部分に作用して流体に含まれ得る塵や埃等による部分的な汚染発生することを抑制することが可能で、フィルタ装置２２の機能低下や寿命短縮を抑制できる。

以上、本発明の実施形態や変形例を例示したが、上記実施形態や変形例はあくまで一例であって、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態や変形例は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、組み合わせ、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。また、各実施形態や変形例の構成は、部分的に入れ替えて実施することも可能である。

１０…蓄電池ユニット、１２…ハウジング、１４…電池箱、１６…共通冷却流路、１６ａ…吸入口、１６ｂ…排出口、１８…熱輸送部、１８ａ…ヒートパイプ、１８ｂ…放熱部、２０…送風ファン、２２…フィルタ装置、２６…排出孔、２８…鉄道車両、３０，３６…外装ケース、３４…機器ハウジング、３６ａ 床下固定用フランジ（下部固定部）、３６ｂ…屋根上固定用フランジ（上部固定部）、３８…下方開口予定部、４０…上方開口予定部、４２…閉塞部材、４４…支持区画。

Claims (7)

1. ハウジングと、
   前記ハウジングの内部に配置され、車両の電源となる単電池を収納する電池箱であって、前記電池箱の内部で発生した熱を前記電池箱の外部に輸送する熱輸送部を有する複数の電池箱と、
   前記ハウジングの内部に配置されて、流体を取り入れる吸入口及び流路内部を通過した前記流体を排出する排出口が前記車両の走行方向とは異なる方向に開口すると共に、前記複数の電池箱のそれぞれの前記熱輸送部が前記流路内部に露出された共通冷却流路と、
   前記ハウジングを複数個並んだ状態で支持する複数の支持区画が設けられる外装ケースと、
   を備え、
   前記外装ケースは、
   前記車両の屋根上部に固定するための上部固定部と、
   前記車両の床下部に固定するための下部固定部と、
   前記上部固定部により固定される場合に、前記流体を車両上方に排出するための上方開口予定部と、
   前記下部固定部により固定される場合に、前記流体を車両下方に排出するための下方開口予定部と、
   を備える、車両用蓄電池装置。
2. 前記排出口は、前記流体を車両上方または車両下方のいずれか一方に排出する、請求項１に記載の車両用蓄電池装置。
3. 前記外装ケースの前記複数の支持区画のうち少なくとも一つに、前記単電池とは異なる電気部品を収納する機器ハウジングが配置される、請求項１または請求項２に記載の車両用蓄電池装置。
4. 前記上方開口予定部と前記下方開口予定部のいずれか一方は、閉塞部材によって前記流体の排出が妨げられる、請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の車両用蓄電池装置。
5. 前記外装ケースに前記ハウジングを車両進行方向に沿って複数個支持するように直線状に支持区画が設けられた、請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の車両用蓄電池装置。
6. 前記熱輸送部は、前記電池箱の壁面に熱的に接続されたヒートパイプと、当該ヒートパイプの一端に熱的に接続されて前記共通冷却流路の内部に露出する放熱部とで構成される、請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の車両用蓄電池装置。
7. 前記吸入口の吸い込み側正面から外れた位置に配置されるフィルタ装置と、
   前記フィルタ装置と前記吸入口を接続する吸入流路と、をさらに備える、請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の車両用蓄電池装置。

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