JP6446351B2 - バッテリユニット - Google Patents

Description

本発明は、車両などに搭載されるバッテリユニットに関する。

電気自動車、ハイブリッド車などの車両には、複数のバッテリからなるバッテリモジュールを備えたバッテリユニットが搭載されている（例えば、特許文献１参照）。この種の車両は、異常な温度上昇によるバッテリの性能劣化を防止するために、バッテリの温度を適正範囲に維持する冷却機構を備えている。例えば、空冷式の冷却機構で冷却されるバッテリモジュールは、並列に配置された複数のバッテリ間に複数の流路を備えており、これらの流路に冷却空気を流すことでバッテリの冷却が行われる。

特開２０１４−１２７３３８号公報

しかしながら、流路方向に積み重ねて配置された上段バッテリモジュール及び下段バッテリモジュールを備えるバッテリユニットでは、上段バッテリモジュール内で結露により発生した水が下段バッテリモジュール側に流れる際、上段バッテリモジュールから連続的に流れる水（導体）が下段バッテリモジュールのフレーム部材（導体）に接触すると、上段バッテリモジュールのバッテリが下段バッテリモジュールのフレーム部材を介して導通する虞がある。

本発明は、前述した課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、流路方向に積み重ねて配置された上段バッテリモジュール及び下段バッテリモジュールを備えるものでありながら、結露による導通を防止できるバッテリユニットを提供することにある。

上記目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、
冷却空気の流路（例えば、後述の実施形態の流路５１ｂ）を介して並列に配置された複数のバッテリ（例えば、後述の実施形態のバッテリ５１ａ）からなるバッテリモジュール（例えば、後述の実施形態のバッテリモジュール５１）を備えたバッテリユニット（例えば、後述の実施形態のバッテリユニット１０）であって、
前記バッテリモジュールは、冷却空気の流れ方向に積み重ねて配置された上段バッテリモジュール（例えば、後述の実施形態の上段バッテリモジュール５１Ｕ）及び下段バッテリモジュール（例えば、後述の実施形態の下段バッテリモジュール５１Ｄ）を含み、
前記上段バッテリモジュールと前記下段バッテリモジュールとの間には、冷却空気の漏れを防ぐ中間ダクト（例えば、後述の実施形態の中間ダクト５９）が配置され、
前記中間ダクトの内周部には、前記上段バッテリモジュール内から前記下段バッテリモジュール内に至る連続的な水の流れを断つ水切り部（例えば、後述の実施形態の水切り部７０ａ）が設けられている。

請求項２に記載の発明は、
請求項１に記載のバッテリユニットであって、
前記中間ダクトは、
中間ダクト本体（例えば、後述の実施形態の中間ダクト本体７０）と、
前記中間ダクト本体と前記上段バッテリモジュールとの間を塞ぐ第１シール部材（例えば、後述の実施形態の第１シール部材７１）と、
前記中間ダクト本体と前記下段バッテリモジュールとの間を塞ぐ第２シール部材（例えば、後述の実施形態の第２シール部材７２）と、を備え、
前記水切り部は、前記中間ダクト本体に一体的に形成されている。

請求項３に記載の発明は、
請求項１又は２に記載のバッテリユニットであって、
前記水切り部は、内側ほど前記下段バッテリモジュールに近づくようにロート状に傾斜したロート部（例えば、後述の実施形態のロート部７０ｂ）と、該ロート部から屈曲して前記流れ方向と平行にさらに前記下段バッテリモジュールに近づくように延びる筒部（例えば、後述の実施形態の筒部７０ｃ）と、を備えている。

請求項１の発明によれば、中間ダクトの内周部には、上段バッテリモジュール内から下段バッテリモジュール内に至る連続的な水の流れを断つ水切り部が設けられているので、連続的に流れる水による上段バッテリモジュール側と下段バッテリモジュール側との導通を回避できる。

また、請求項２の発明によれば、水切り部は、中間ダクト本体に一体的に形成されているので、部品点数を増やしたり、第１シール部材や第２シール部材の形状を変更したりすることなく実施できる。

また、請求項３の発明によれば、水切り部は、内側ほど下段バッテリモジュールに近づくようにロート状に傾斜したロート部と、ロート部から屈曲して冷却空気の流れ方向と平行にさらに下段バッテリモジュールに近づくように延びる筒部と、を備えているので、水切り部に水滴が溜まることを防止できる。

本発明の一実施形態に係る車両の車室を示す概略右側面図である。 シート後方を拡大して示す左側面図である。 バッテリユニットが配置された高圧系機器収容部を示す正面図である。 バッテリユニットの分解斜視図である。 ダクト類のみ分解して示すバッテリユニットの分解斜視図である。 バッテリユニットの斜視図である。 高圧系機器収容部の前方を覆う高圧系機器保護カバーを示す分解斜視図である。 バッテリ組立体の中間ダクト部分を示す断面図である。 中間ダクトの分解斜視図である。

以下、本発明の車両の一実施形態を、添付図面に基づいて説明する。なお、図面は符号の向きに見るものとし、以下の説明において、前後、左右、上下は、運転者から見た方向に従い、図面に車両の前方をＦｒ、後方をＲｒ、左側をＬ、右側をＲ、上方をＵ、下方をＤ、として示す。

［車両］
図１は、本発明の一実施形態に係る車両の車室を示す概略右側面図であり、図２は、シート後方を拡大して示す左側面図である。
図１及び図２に示すように、本実施形態の車両１は、車体後部にエンジン２を搭載し、その前方に左右のシート３を配置したスポーツタイプのハイブリッド車であり、左右の後輪（図示せず）をエンジン動力で駆動させ、左右の前輪（図示せず）を２つのモータ（図示せず）で駆動させる。

車室４の床面を構成するフロアパネル５は、車幅方向の中央部に前後方向に沿って延びるセンタートンネル５ａを備えており、また、フロアパネル５の後端部には、上方に切り立つキックアップ部６が形成されている。センタートンネル５ａ上には、高圧バッテリの直流電圧を３相交流電圧に変換してモータを駆動させるインバータ（不図示）を収容するインバータケース１４が設けられている。シート３は、キックアップ部６の前方であって、センタートンネル５ａを挟んで左右に配置されており、左右のシート３間には、センタートンネル５ａの上方を覆うセンターコンソール１２が設けられる。

シート３の後方上部には、車幅方向に延びる上部メンバ７が配置され、シート３の後方下部には、キックアップ部６の上部に車幅方向に延びる下部メンバ８が配置されている。また、車両１の車幅方向両端部で、且つ、側面視でシート３の後方には、左右一対のピラー９が立設され、左右一対のピラー９間に高圧系機器収容部１３が設けられている。

［高圧系機器収容部］
図３は、高圧系機器収容部１３を示す正面図であり、図７は、高圧系機器収容部の１３前方を覆う高圧系機器保護カバー１７を示す分解斜視図である。
図２及び図３に示すように、高圧系機器収容部１３は、上方が上部メンバ７で区画され、下方が下部メンバ８で区画され、左右側方が左右のピラー９で区画され、後方が、上部メンバ７、下部メンバ８及び左右のピラー９に締結されたリヤカバー１５で区画されている。高圧系機器収容部１３にはバッテリユニット１０と、高圧バッテリの電圧を降圧して低圧系機器に供給するＤＣ−ＤＣコンバータ１１とが収容される。

図７に示すように、バッテリユニット１０及びＤＣ−ＤＣコンバータ１１が収容された高圧系機器収容部１３は、前方が高圧系機器保護カバー１７で覆われる。高圧系機器保護カバー１７は、その上端部及び下端部に複数の締結点１７ａ、１７ｂを備えており、これらの締結点１７ａ、１７ｂを上部メンバ７と下部メンバ８に締結することにより、高圧系機器収容部１３の前方が高圧系機器保護カバー１７で区画される。

［高圧系機器］
車両１には、高圧系機器として高圧バッテリからなるバッテリユニット１０が設けられている。バッテリユニット１０は、上記したようにＤＣ−ＤＣコンバータ１１とともに、シート３の後方に設けられた高圧系機器収容部１３に収容されている。

図４は、バッテリユニットの分解斜視図であり、図５は、ダクト類のみ分解して示すバッテリユニットの分解斜視図であり、図６は、バッテリユニットの斜視図である。
図４〜図６に示すように、バッテリユニット１０は、複数のバッテリモジュール５１と、バッテリモジュール５１の左右側部を支持する複数のバッテリブラケット５２と、バッテリユニット１０の前面に沿って設けられ、バッテリブラケット５２を介して複数のバッテリモジュール５１を支持する前側フレーム５３と、バッテリユニット１０の後面に沿って設けられ、バッテリブラケット５２を介して複数のバッテリモジュール５１を支持する後側フレーム５４と、バッテリユニット１０の下面に沿って設けられ、高圧系機器収容部１３の外部から供給される冷却空気をバッテリモジュール５１内に導入する導入ダクト５５と、バッテリユニット１０の上面に沿って設けられ、バッテリモジュール５１内を通過した冷却空気をＤＣ−ＤＣコンバータ１１に向けて排気ダクト５６と、前側フレーム５３上に設けられ、バッテリモジュール５１の充放電を制御するバッテリ制御ユニット５７と、前側フレーム５３上に設けられ、モータの駆動を制御する一対のモータ制御ユニット５８と、を備えている。

バッテリモジュール５１は、冷却空気の流路５１ｂを介して並列に配置された複数のバッテリ５１ａを備える。バッテリモジュール５１には、冷却空気の流れ方向に積み重ねて配置された上段バッテリモジュール５１Ｕと下段バッテリモジュール５１Ｄが含まれており、上段バッテリモジュール５１Ｕと下段バッテリモジュール５１Ｄとの間には、冷却空気の漏れを防ぐ中間ダクト５９が配置されている。上下に積み重ねられた上段バッテリモジュール５１Ｕと下段バッテリモジュール５１Ｄは、その左右両側面に設けられるバッテリブラケット５２で連結され、バッテリ組立体６０を構成している。そして、本実施形態のバッテリユニット１０は、車幅方向に並ぶ２つのバッテリ組立体６０から構成されている。

前側フレーム５３は、バッテリユニット１０の前面上部で車幅方向に延びる上側フレーム部材５３ａと、バッテリユニット１０の前面下部で車幅方向に延びる下側フレーム部材５３ｂと、上側フレーム部材５３ａと下側フレーム部材５３ｂとを連結する複数の連結部材５３ｃと、を備えている。上側フレーム部材５３ａ及び下側フレーム部材５３ｂには、バッテリブラケット５２と締結される複数のバッテリ締結点５３ｄが設けられている。また、上側フレーム部材５３ａには、上部メンバ７と締結される上部締結点５３ｅをそれぞれ有する三又ブラケット５０が３つ取り付けられており、下側フレーム部材５３ｂの車幅方向中央部には、後側フレーム５４を下部メンバ８に締結する際に工具を挿入するための工具挿入孔５３ｆが形成されている。

後側フレーム５４は、バッテリユニット１０の後面上部で車幅方向に延びる上側フレーム部材５４ａと、バッテリユニット１０の後面下部で車幅方向に延びる下側フレーム部材５４ｂと、上側フレーム部材５４ａと下側フレーム部材５４ｂとを連結する連結部材５４ｃと、を備えている。上側フレーム部材５４ａ及び下側フレーム部材５４ｂには、バッテリブラケット５２と締結される複数のバッテリ締結点５３ｇが設けられ、下側フレーム部材５４ｂには、下部メンバ８と締結される下部締結点５４ｅが三ヵ所設けられている。

導入ダクト５５は、高圧系機器収容部１３の外部から供給される冷却空気をダクト内に導入する導入口５５ａと、下段バッテリモジュール５１Ｄの下面側に接続され、ダクト内の冷却空気を下段バッテリモジュール５１Ｄの流路５１ｂに流入させる２つのバッテリ接続口５５ｂと、を備える。

排気ダクト５６は、上段バッテリモジュール５１Ｕの上面側に接続され、上段バッテリモジュール５１Ｕの流路５１ｂから流出した冷却空気をダクト内に導入する２つのバッテリ接続口５６ａと、ダクト内の冷却空気をＤＣ−ＤＣコンバータ１１に向けて排気する排気口５６ｂと、を備える。

高圧系機器収容部１３にバッテリユニット１０及びＤＣ−ＤＣコンバータ１１を収容する場合は、まず、高圧系機器収容部１３内に、リヤカバー１５の前面に沿うリヤインシュレータ（図示せず）と、左右のピラー９の内側に沿う左右のサイドインシュレータ１６とを取り付ける。つぎに、バッテリユニット１０を高圧系機器収容部１３内の左側オフセット位置に位置決めした状態で、前側フレーム５３の上部締結点５３ｅを上部メンバ７にボルト締結するとともに、後側フレーム５４の下部締結点５４ｅを下部メンバ８にボルト締結する。なお、後側フレーム５４の中央の下部締結点５４ｅを下部メンバ８にボルト締結する際には、下側フレーム部材５３ｂの車幅方向中央部に形成された工具挿入孔５３ｆに工具を挿入して、後側フレーム５４を下部メンバ８にボルト締結する。これにより、バッテリユニット１０は、側面視でシート３の背凭れ部３ａに沿うように後傾した姿勢で高圧系機器収容部１３内に固定される。その後、ＤＣ−ＤＣコンバータ１１を高圧系機器収容部１３内の右側オフセット位置に位置決めした状態で、上部メンバ７及び下部メンバ８に締結する。

上記のように、シート３の後方に設けられる高圧系機器収容部１３に収容されたバッテリユニット１０は、側面視でシート３の背凭れ部３ａに沿うように後傾し、その上部は、複数の上部締結点５３ｅを介して上部メンバ７に締結され、その下部は、複数の下部締結点５４ｅを介して下部メンバ８に締結されている。これにより、上部メンバ７と下部メンバ８は、上下方向においてバッテリユニット１０を両持ち支持することになる。

［冷却機構］
つぎに、バッテリユニット１０及びＤＣ−ＤＣコンバータ１１を冷却する冷却機構Ｃについて、図１及び図３を参照して説明する。

図１及び図３に示すように、冷却機構Ｃは、前述した導入ダクト５５、排気ダクト５６及び中間ダクト５９に加え、空調装置６１、吸気ダクト６２、冷却ファン６３、供給ダクト６４及び排気通路６５を備えて構成されている。空調装置６１は、車室４内の空気を調和するために、シート３の前方に配置されるものであるが、冷却機構Ｃは、空調装置６１を通過した空気（冷気）を利用してバッテリユニット１０及びＤＣ−ＤＣコンバータ１１の冷却を行う。冷却ファン６３は、シート３の前方で、且つ、センタートンネル５ａの上方に配置されている。冷却ファン６３の吸気口６３ａは、吸気ダクト６２を介して空調装置６１に接続され、冷却ファン６３の排気口６３ｂは、センターコンソール１２内に設けられた供給ダクト６４を介して前述した導入ダクト５５の導入口５５ａに接続されている。

冷却ファン６３を駆動させると、冷却ファン６３は、空調装置６１を通過した冷却空気を吸気ダクト６２を介して吸入するとともに、吸入した冷却空気を供給ダクト６４を介してバッテリユニット１０の導入ダクト５５に送る。導入ダクト５５は、冷却ファン６３から送られた冷却空気を高圧系機器収容部１３内に導入するとともに、左右に並ぶ２つのバッテリ組立体６０の流路５１ｂに対し、下側から冷却空気を流入させる。バッテリ組立体６０の流路５１ｂに流入した冷却空気は、バッテリモジュール５１を冷却しつつ上方に導かれて排気ダクト５６内に流れ込む。排気ダクト５６内に流れこんだ冷却空気は、排気ダクト５６に沿って一側方（本実施形態では、右側）へ導かれ、排気ダクト５６の排気口５６ｂからＤＣ−ＤＣコンバータ１１に向かって上方から排気される。ＤＣ−ＤＣコンバータ１１に流れこんだ冷却空気は、ＤＣ−ＤＣコンバータ１１の裏側を通ってＤＣ−ＤＣコンバータ１１を冷却しつつ下方に導かれてＤＣ−ＤＣコンバータ１１の下方から高圧系機器収容部１３内に分散される。そして、高圧系機器収容部１３内に分散された冷却空気は、高圧系機器収容部１３の下端側に形成される排気通路６５を介して車室４内に排気される。

［中間ダクト］
つぎに、本発明の要部である中間ダクト５９について、図８及び図９を参照して説明する。

図８は、バッテリ組立体６０の中間ダクト５９部分を示す断面図である。
図８に示すように、中間ダクト５９は、上段バッテリモジュール５１Ｕの下端周縁部に位置するフレーム部材５１ｃと、下段バッテリモジュール５１Ｄの上端周縁部に位置するフレーム部材５１ｃとの間に挟まれる状態で、上段バッテリモジュール５１Ｕと下段バッテリモジュール５１Ｄとの間に配置されている。フレーム部材５１ｃは、導体であり、絶縁部材５１ｄを介して複数のバッテリ５１ａを支持している。

図９は、中間ダクトの分解斜視図である。
図９に示すように、中間ダクト５９は、中間ダクト本体７０と、中間ダクト本体７０と上段バッテリモジュール５１Ｕとの間を塞ぐ第１シール部材７１と、中間ダクト本体７０と下段バッテリモジュール５１Ｄとの間を塞ぐ第２シール部材７２と、を備える。中間ダクト本体７０は、周方向に間隔を開けて並ぶ複数の嵌合溝（図示せず）を有する。第１シール部材７１及び第２シール部材７２は、周方向に間隔を開けて並ぶ複数の嵌合突部７１ａ、７２ａと、周方向に連続した蛇腹形状のシール部７１ｂ、７２ｂと、を有し、複数の嵌合突部７１ａ、７２ａを中間ダクト本体７０の嵌合溝に嵌合させることで、中間ダクト本体７０に取り付けられる。また、シール部７１ｂ、７２ｂは、それぞれ、その先端側が上段バッテリモジュール５１Ｕ又は下段バッテリモジュール５１Ｄのフレーム部材５１ｃに弾性的に当接することで、中間ダクト本体７０と上段バッテリモジュール５１Ｕとの間、又は、中間ダクト本体７０と下段バッテリモジュール５１Ｄとの間を塞ぐ。

図８に示すように、バッテリ組立体６０の内部では、流路５１ｂに沿って下から上へ向かう冷却空気の流れＡが発生するとともに、流路５１ｂに沿って上から下へ向かう結露水の流れＷが発生する。そして、上段バッテリモジュール５１Ｕ内で結露により発生した水が下段バッテリモジュール５１Ｄ側に流れる際、上段バッテリモジュール５１Ｕから連続的に流れる水が下段バッテリモジュール５１Ｄのフレーム部材５１ｃに接触すると、上段バッテリモジュール５１Ｕのバッテリ５１ａが下段バッテリモジュール５１Ｄのフレーム部材５１ｃを介して導通する虞がある。

そこで、中間ダクト５９の内周部には、上段バッテリモジュール５１Ｕ内から下段バッテリモジュール５１Ｄ内に至る連続的な水の流れを断つ水切り部７０ａが全周に亘って連続的に設けられている。水切り部７０ａは、中間ダクト本体７０に一体的に形成されており、下方に位置するフレーム部材５１ｃとの間に間隙を確保しつつ、フレーム部材５１ｃの上方をオーバーハングするように中間ダクト本体７０の内周部から内側方に延出している。

より具体的に説明すると、水切り部７０ａは、内側ほど下段バッテリモジュール５１Ｄに近づくようにロート状に傾斜したロート部７０ｂと、ロート部７０ｂから屈曲して冷却空気の流れ方向と平行にさらに下段バッテリモジュール５１Ｄに近づくように延びる筒部７０ｃと、を備え、筒部７０ｃの先端部がフレーム部材５１ｃと離間している。なお、本実施形態の水切り部７０ａは、上段バッテリモジュール５１Ｕ内から下段バッテリモジュール５１Ｄ内に至る連続的な水の流れを断つことが可能であれば、その断面形状は任意に変更することができる。

以上説明したように、本実施形態のバッテリユニット１０によれば、中間ダクト５９の内周部には、上段バッテリモジュール５１Ｕ内から下段バッテリモジュール５１Ｄ内に至る連続的な水の流れを断つ水切り部７０ａが設けられているので、連続的に流れる水による上段バッテリモジュール５１Ｕ側と下段バッテリモジュール５１Ｄ側との導通を回避できる。

また、水切り部７０ａは、中間ダクト本体７０に一体的に形成されているので、部品点数を増やしたり、第１シール部材７１や第２シール部材７２の形状を変更したりすることなく実施できる。

水切り部７０ａは、内側ほど下段バッテリモジュール５１Ｄに近づくようにロート状に傾斜したロート部７０ｂと、ロート部７０ｂから屈曲して冷却空気の流れ方向と平行にさらに下段バッテリモジュール５１Ｄに近づくように延びる筒部７０ｃと、を備えているので、水切り部７０ａに水滴が溜まることを防止できる。

なお、本発明は、前述した実施形態に限定されるものではなく、適宜、変形、改良、等が可能である。
例えば、前記実施形態のバッテリモジュールでは、流路方向に２つバッテリモジュールを積み重ねているが、流路方向に３つ以上のバッテリモジュールを積み重ねてもよい。

１ 車両
１０ バッテリユニット
５１ バッテリモジュール
５１Ｕ 上段バッテリモジュール
５１Ｄ 下段バッテリモジュール
５１ａ バッテリ
５１ｂ 流路
５９ 中間ダクト
７０ 中間ダクト本体
７０ａ 水切り部
７０ｂ ロート部
７０ｃ 筒部
７１ 第１シール部材
７２ 第２シール部材

Claims (3)

1. 冷却空気の流路を介して並列に配置された複数のバッテリからなるバッテリモジュールを備えたバッテリユニットであって、
   前記バッテリモジュールは、冷却空気の流れ方向に積み重ねて配置された上段バッテリモジュール及び下段バッテリモジュールを含み、
   前記上段バッテリモジュールと前記下段バッテリモジュールとの間には、冷却空気の漏れを防ぐ中間ダクトが配置され、
   前記中間ダクトの内周部には、前記上段バッテリモジュール内から前記下段バッテリモジュール内に至る連続的な水の流れを断つ水切り部が設けられている、バッテリユニット。
2. 請求項１に記載のバッテリユニットであって、
   前記中間ダクトは、
   中間ダクト本体と、
   前記中間ダクト本体と前記上段バッテリモジュールとの間を塞ぐ第１シール部材と、
   前記中間ダクト本体と前記下段バッテリモジュールとの間を塞ぐ第２シール部材と、を備え、
   前記水切り部は、前記中間ダクト本体に一体的に形成されている、バッテリユニット。
3. 請求項１又は２に記載のバッテリユニットであって、
   前記水切り部は、内側ほど前記下段バッテリモジュールに近づくようにロート状に傾斜したロート部と、該ロート部から屈曲して前記流れ方向と平行にさらに前記下段バッテリモジュールに近づくように延びる筒部と、を備えている、バッテリユニット。

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