JP7011677B2

JP7011677B2 - バッテリユニット

Info

Publication number: JP7011677B2
Application number: JP2020035289A
Authority: JP
Inventors: 正樹 ▲高▼橋; 翼池谷; 健太杉立; 和也中野; 亮金嶋
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2020-03-02
Filing date: 2020-03-02
Publication date: 2022-01-26
Anticipated expiration: 2040-03-02
Also published as: US20210273275A1; US11894534B2; CN113346181B; CN113346181A; JP2021140876A

Description

本発明は、バッテリユニットに関する。

特許文献１は、電源装置において、電池モジュールの下方に送風機を配置し、送風機から排出された空気を電池に送り込み、電池の間を通り抜けた空気を再び送風機に取り入れる構成を開示している。送風機が取り入れる空気は、電池を介して送り込まれたものであり、電池の温度影響を受けているので、電池を適切に冷却することができなかった。そのため、特許文献１に記載の電源装置では、送風機の下方に熱交換器を配置している。

特開２０１８－１２９１７９号公報

しかしながら、特許文献１に記載の電源装置では、電源装置のケース内に熱交換器を配置しているため、電源装置が大型化してしまいレイアウト性に劣る。

本発明は、バッテリの温度管理を適切に行うことができ、レイアウト性に優れるバッテリユニットを提供する。

本発明は、
バッテリと、
前記バッテリを収容するケースと、を備え、車両に搭載されるバッテリユニットであって、
前記ケース内で前記バッテリの上面を被覆する上面被覆材と、
前記上面被覆材に設けられ、前記バッテリの上方に前記ケースの外部から空気を取り入れる吸気部と、
前記ケース内で前記バッテリの下面を被覆する下面被覆材と、
前記下面被覆材に設けられ、前記バッテリを冷却又は加温した空気を排気する排気部と、
前記下面被覆材の下方に配置され、前記排気部から排気される空気を取り込み、前記下面被覆材と前記ケースの底面との間に排出するファンと、をさらに備える。

本発明によれば、バッテリには吸気部からの新しい空気を供給できるので、バッテリの温度管理を適切に行うことができる。また、熱交換器を設けなくてもよいので、電源装置の大型化を抑制でき、レイアウト性に優れる。

本発明の一実施形態のバッテリユニットを搭載した車両の後部座席周辺を前方斜め上方から見た斜視図である。図1のＡ－Ａ線断面図である。バッテリユニットの分解斜視図である。図２のＢ－Ｂ線で切断した断面を前方から見た断面図である。図２のＢ－Ｂ線で切断した断面を前方斜め上方から見た断面斜視図である。

以下、本発明の一実施形態について、図１～図５を参照して説明する。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、左方をＬ、右方をＲ、上方をＵ、下方をＤ、として示す。

［車両］
図１及び図２に示すように、本実施形態の車両Ｖは、例えばハイブリッド車であり、バッテリ２を収容するバッテリユニット１が搭載されている。バッテリユニット１は、フロアパネルＦに凹設される収容凹部Ｈに配置され、フロアパネルＦに締結される。

フロアパネルＦは、車室１１の床部を構成するフロントフロアパネル１２と、荷室１３の床部等を構成するリヤフロアパネル１４とが後部座席１５の下方で接続されており、その車幅方向の両端部は、前後方向に沿って延びる左右一対の骨格部材１６に連結されている。

フロントフロアパネル１２の後端部には、上方に立ち上がるキックアップ部１２ａが形成されている。また、フロントフロアパネル１２の車幅方向中央部には、前後方向に沿ってセンタートンネル１２ｂが形成されている。センタートンネル１２ｂは、フロントフロアパネル１２が上方に凸となるように屈曲しており、下方に台形状のトンネル空間Ｓ１が形成される。トンネル空間Ｓ１には、内燃機関（図示せず）からの排気を車両Ｖの後方へ排気する排気管１７（図４参照）等が配置される。

リヤフロアパネル１４の前側には、収容凹部Ｈが凹設されており、ここにバッテリユニット１が収容される。収容凹部Ｈは、前壁部１４ａ、後壁部１４ｂ、底部１４ｃ、左側壁部１４ｄ及び右側壁部１４ｅで囲まれた空間であり、底部１４ｃには、排気管１７が通る凹部１４ｆ（図４参照）が車両Ｖの前後方向に延びるように設けられている。

図２に示すように、収容凹部Ｈの前側及び後側には、左右の骨格部材１６を跨ぐ前側クロスメンバＲ１及び後側クロスメンバＲ２が設けられている。前側クロスメンバＲ１は、重合されたフロントフロアパネル１２のキックアップ部１２ａ及びリヤフロアパネル１４の前端部分１４ｇの上端部と、収容凹部Ｈの前壁部１４ａからキックアップ部１２ａの高さ方向中間部に延びる前側連結部材１８の下端部との間の領域を意味する。前側クロスメンバＲ１は、キックアップ部１２ａの上側部分と、リヤフロアパネル１４の前端部分１４ｇと、収容凹部Ｈの前壁部１４ａの上側部分と、前側連結部材１８とにより閉断面を構成している。また、後側クロスメンバＲ２は、収容凹部Ｈの後壁部１４ｂの上側部分と、該後壁部１４ｂの上端から後方に延在するリヤフロア部分１４ｈと、後壁部１４ｂから離間したリヤフロア部分１４ｈと後壁部１４ｂの高さ方向中間部とを連結する後側連結部材１９とにより閉断面を構成している。

［バッテリユニット］
図１～図５に示すように、バッテリユニット１は、ケース３と、ケース３の開口を覆う蓋４と、を備え、内部にバッテリ２、制御装置５及び冷却用部品６等を収容する。

ケース３は、上方が開口した横長の略直方体状を有する樹脂製の部材であり、上方に開口するケース本体３１と、このケース本体３１の開口縁部から外側に延びる環状のフランジ部３２と、を有している。

ケース本体３１には、車幅方向に長い四角形状の底部３１ａを囲うように前壁部３１ｂ、後壁部３１ｃ、左側壁部３１ｄ及び右側壁部３１ｅが立設されている。ケース本体３１には、車幅方向（左右方向）の中央に跨って左側にバッテリ２がオフセットして配置され、右側に制御装置５が隣接して配置されている。ケース本体３１の底部３１ａの右側部には、リヤフロアパネル１４の底部１４ｃに形成される凹部１４ｆに対応し、上方に窪む段差状の凹部３１ｆが車両Ｖの前後方向に沿って形成されている。底部３１ａ（左側部）と凹部３１ｆ（右側部）とは、左側（バッテリ２側）から右側（制御装置５側）に向かうに従って上方に傾斜する傾斜部３１ｇを介して連続している。傾斜部３１ｇは、車幅方向（図４の矢印Ｚ２方向）から見て、排気管１７と重なる領域Ｔを有する。このようにすると、凹部３１ｆに排気管１７を入り込ませ、排気管１７の下方への張り出しを抑制できる。

蓋４は、ケース本体３１の開口を塞ぐ部材であり、その上面で後部座席１５の座部前側（尻部よりも前側）を支持している。蓋４には、ケース本体３１の開口にほぼ対応して略長方形に形成された天井部４１と、天井部４１の外周縁から一体に垂下する略四角枠状の縦壁４２と、縦壁４２の下端縁部から全周に亘って外側に延びるフランジ部４３と、が形成されている。

縦壁４２のうち前方を向く面には、車室１１の空気をバッテリユニット１内に取り入れるための吸気口４２ａが形成されている。また、天井部４１の左右２箇所には、バッテリユニット１内の空気を車室１１に排出するための排気口４１ａ、４１ｂが形成されている。

フランジ部４３は、環状のシール部材（図示せず）を介してケース３のフランジ部３２に重ね合わされる。重ね合わされた両フランジ部３２、４３は、両フランジ部３２、４３を上方から挿通する複数のボルトＢにより、該両フランジ部３２、４３とフロアパネルＦとの間に介装されるカラー部材５９を介して、フロアパネルＦの下側に予め溶着されたナットＮに螺合される。

バッテリ２は、複数のバッテリモジュール２１を備える。各バッテリモジュール２１は、複数のセル２１１を車幅方向に積層して構成される。そして、複数のバッテリモジュール２１は、車両Ｖの前方（図２の矢印Ｚ１方向）から見て重なるように、車両Ｖの前後方向に並列に配置される。

各セル２１１は、正極端子２１１ａ及び負極端子２１１ｂを備える。正極端子２１１ａは、一方に隣接するセル２１１の負極端子２１１ｂに接続され、負極端子２１１ｂは、他方に隣接するセル２１１の正極端子２１１ａに接続されることにより、複数のセル２１１が直列に接続される。

セル２１１の正極端子２１１ａ及び負極端子２１１ｂは、車両Ｖの前方を向き、かつ前方（図２の矢印Ｚ１方向）から見て、前述した前側クロスメンバＲ１と重なるように配置されている。このようにすると、セル２１１の正極端子２１１ａ及び負極端子２１１ｂに対する外部入力の影響を低減し、バッテリ２の耐久性を高めることができる。なお、セル２１１の正極端子２１１ａ及び負極端子２１１ｂを上方に向けて配置した場合、後部座席１５からの荷重の影響を受ける可能性があるため、バッテリユニット１の上下方向の剛性を高める必要があるが、本実施形態では、車両Ｖの前側クロスメンバＲ１を利用するので、バッテリユニット１の剛性を高めることなく、バッテリ２の耐久性を高めることができる。

制御装置５には、バッテリ２の充放電を制御するバッテリＥＣＵ５１や、配線接続部品等を実装したジャンクションボード５２が含まれる。バッテリ２及び制御装置５は、冷却用部品６による冷却対象であるが、制御装置５は、バッテリ２に比べて熱の影響を受けにくいため、バッテリ２の冷却が優先される。

冷却用部品６は、車室１１の空気をバッテリユニット１内に取り込み、取り込んだ空気でバッテリ２及び制御装置５を冷却し、冷却後の空気を荷室１３に排出する冷却流路を構成している。冷却用部品６には、上面被覆材６１、下面被覆材６２、ファン６３等が含まれる。

上面被覆材６１は、ケース３内でバッテリ２の上面を被覆する樹脂部材であり、上面被覆材６１とバッテリ２の上面との間には、空気な流通可能な空間が形成される。また、上面被覆材６１には、ケース３の外部からバッテリ２の上方に空気を取り入れる吸気部６１ａが設けられている。吸気部６１ａは、前方に開口しており、蓋４の吸気口４２ａを介して車室１１から空気を取り入れる。

下面被覆材６２は、ケース３内でバッテリ２の下面を被覆する樹脂部材であり、下面被覆材６２とバッテリ２の下面との間には、空気な流通可能な空間が形成される。また、下面被覆材６２には、バッテリ２を冷却した空気を下方に排気する排気部６２ａが設けられている。

ファン６３は、下面被覆材６２の下方に配置され、排気部６２ａから排気される空気を取り込み、下面被覆材６２とケース３の底部３１ａとの間に排出する。本実施形態のファン６３は、シロッコファンであり、上面部に形成される吸気口６３ａから空気を取り込み、外周部に形成される排気口６３ｂから側方に向けて空気を排出する。

このような構成によれば、バッテリ２には上面被覆材６１の吸気部６１ａから取り入れられたケース３の外部の空気が供給され、ファン６３から排出される空気は下面被覆材６２によりバッテリ２へ直接的に供給されないため、バッテリ２には吸気部６１ａからの新しい空気を供給できる。これにより、熱交換器を設けなくてもバッテリ２の温度管理を適切に行うことが可能になる。

吸気部６１ａは、車幅方向においてバッテリ２の一端側に配置され、排気部６２ａは、バッテリ２を挟んで車幅方向においてバッテリ２の他端側に配置されている。例えば本実施形態では、吸気部６１ａがバッテリ２の右端側の上方に配置され、排気部６２ａがバッテリ２の左端側の下方に配置されている。このようにすると、吸気部６１ａから流入した空気が車幅方向において反対側に位置する排気部６２ａに流れるため（図５の矢印Ｙ１）、バッテリ２の一端側から他端側まで空気を供給できる。

ファン６３は、バッテリ２の右側に配置される制御装置５に向けて排気口６３ｂから空気を排出するように配置されている（図５の矢印Ｙ２）。このようにすると、バッテリ２の温度管理に加えて、制御装置５の温度管理も行うことができる。

また、ファン６３は、バッテリ２の左端側に配置され、制御装置５は、バッテリ２よりも車幅方向において右端側に配置されるので、バッテリ２の熱影響を受けて加温されたファン６３からの排気が、ファン６３に対し反対側に位置する制御装置５まで移動する間に冷え、制御装置５を効果的に冷却できる。

また、ケース３の底部３１ａは、前述した傾斜部３１ｇを有し、該傾斜部３１ｇは、車幅方向においてファン６３側から制御装置５側に向うに従って上方に傾斜するので、ファン６３からの排気を傾斜部３１ｇによりスムーズに制御装置５に供給することができる（図５の矢印Ｙ３）。

制御装置５に供給された空気は、制御装置５を通過した後（図５の矢印Ｙ４）、蓋４の右側排気口４１ａからケース３の外に排気される。このとき、制御装置５を通過した空気は、上面被覆材６１によってバッテリ２への流入が規制され、確実にケース３の外に排気される。なお、右側排気口４１ａには、右側外部排気ダクト７１が接続されており、右側排気口４１ａから排出される空気は、右側外部排気ダクト７１を介して車室１１の適所に排出される。

また、ファン６３から排出された空気の一部は、バッテリ２の左側面とケース３の左側壁部３１ｄとの間の空間と、上面被覆材６１の上面と蓋４との間の空間を通って蓋４の左側排気口４１ｂからケース３の外に排気される（図５の矢印Ｙ５、６）。このとき、制御装置５を通過した空気は、上面被覆材６１によってバッテリ２への流入が規制され、確実にケース３の外に排気される。なお、左側排気口４１ｂには、左側外部排気ダクト７２が接続されており、左側排気口４１ｂから排出される空気は、左側外部排気ダクト７２を介して車室１１の適所に排出される。

なお、前述した実施形態は、適宜、変形、改良、等が可能である。
例えば、前述した実施形態では、バッテリ２の冷却する冷却用部品６について説明したが、冷却用部品６は、バッテリ２の冷却のみならず、バッテリ２を加温するものであってもよく、バッテリ２の加温を主として行うものであってもよい。
また、前述した実施形態では、車両としてハイブリッド車を例示したが、これに限らず、バッテリを有するものであれば、電気自動車、燃料電池車等の電動車両であってもよい。

本明細書には少なくとも以下の事項が記載されている。なお、括弧内には、上記した実施形態において対応する構成要素等を示しているが、これに限定されるものではない。

（１）バッテリ（バッテリ２）と、
前記バッテリを収容するケース（ケース３）と、を備え、車両（車両Ｖ）に搭載されるバッテリユニット（バッテリユニット１）であって、
前記ケース内で前記バッテリの上面を被覆する上面被覆材（上面被覆材６１）と、
前記上面被覆材に設けられ、前記バッテリの上方に前記ケースの外部から空気を取り入れる吸気部（吸気部６１ａ）と、
前記ケース内で前記バッテリの下面を被覆する下面被覆材（下面被覆材６２）と、
前記下面被覆材に設けられ、前記バッテリを冷却又は加温した空気を排気する排気部（排気部６２ａ）と、
前記下面被覆材の下方に配置され、前記排気部から排気される空気を取り込み、前記下面被覆材と前記ケースの底面（底部３１ａ）との間に排出するファン（ファン６３）と、をさらに備える、バッテリユニット。

（１）によれば、バッテリには上面被覆材の吸気部から取り入れられたケースの外部の空気が供給され、ファンから排出される空気は下面被覆材によりバッテリへ直接的に供給されないため、バッテリには吸気部からの新しい空気を供給できる。これにより、熱交換器を設けなくてもバッテリの温度管理を適切に行うことができる。
また、熱交換器を設ける必要がないため、レイアウト性に優れる。

（２）（１）に記載のバッテリユニットであって、
前記吸気部は、車幅方向において前記バッテリの一端側（左端側）に配置され、
前記排気部は、前記車幅方向において前記バッテリを挟んで前記バッテリの他端側（右端側）に配置される、バッテリユニット。

（２）によれば、バッテリの一端側の吸気部から流入した空気が車幅方向においてバッテリの反対側に位置する排気部に流れるため、バッテリの一端側から他端側まで空気を供給することができる。

（３）（１）又は（２）に記載のバッテリユニットであって、
前記ケース内で、前記バッテリの車幅方向に隣接して配置され、前記バッテリの制御を行う制御装置（制御装置５）をさらに備え、
前記ファンは、前記制御装置に向けて排気する排気口（排気口６３ｂ）を有する、バッテリユニット。

（３）によれば、バッテリに供給された後のファンからの排気を制御装置に供給することで、バッテリの温度管理に加えて、制御装置の温度管理も行うことができる。

（４）（３）に記載のバッテリユニットであって、
前記吸気部は、前記車幅方向において前記バッテリの一端側に配置され、
前記排気部は、前記バッテリを挟んで前記車幅方向において前記バッテリの他端側に配置され、
前記ファンは、前記排気部の下方に配置され、
前記制御装置は、前記バッテリよりも前記車幅方向において前記一端側に配置される、バッテリユニット。

（４）によれば、バッテリの熱影響を受けて加温されたファンからの排気が、ファンに対しバッテリを挟んで反対側に位置する制御装置まで移動する間に冷えるため、効果的に制御装置を冷却できる。

（５）（３）又は（４）に記載のバッテリユニットであって、
前記ケースの前記底面は、前記車幅方向において前記ファン側から前記制御装置側に向うに従って上方に傾斜する傾斜部（傾斜部３１ｇ）を有する、バッテリユニット。

（５）によれば、ファンからの排気を傾斜部によりスムーズに制御装置に供給することができる。

（６）（５）に記載のバッテリユニットであって、
前記傾斜部は、前記車幅方向から見て、内燃機関からの排気を前記車両の後方へ排気する排気管（排気管１７）と重なる領域（領域Ｔ）を有する、バッテリユニット。

（６）によれば、傾斜部は、車幅方向から見て、内燃機関からの排気を車両の後方へ排気する排気管と重なる領域を有するので、排気管の下方への張り出しを抑制できる。

（７）（１）～（６）のいずれかに記載のバッテリユニットであって、
前記バッテリは、
複数のセル（セル２１１）を車幅方向に積層したバッテリモジュール（バッテリモジュール２１）を前記車両の前後方向に並列に複数備え、
前記複数のバッテリモジュールは、前方から見て、重なるように配置される、バッテリユニット。

（７）によれば、複数のバッテリモジュールに対して均一に空気を供給することができ、バッテリの温度管理性能に優れる。

（８）（１）～（７）のいずれかに記載のバッテリユニットであって、
前記車両は、車幅方向に延びるクロスメンバ（前側クロスメンバＲ１）を備え、
前記ケースは、座席シート（後部座席１５）の下に設けられ、
前記バッテリのセルの正極端子（正極端子２１１ａ）及び負極端子（負極端子２１１ｂ）は、前記車両の前方に向けて配置され、
前記正極端子及び前記負極端子は、前方から見て、前記クロスメンバと重なるように配置される、バッテリユニット。

（８）によれば、前方に向けて配置されたセルの正極端子及び負極端子が、前方から見てクロスメンバと重なるように配置されるので、セルの正極端子及び負極端子に対する外部入力の影響を低減することができ、バッテリの耐久性を高めることができる。

１バッテリユニット
２バッテリ
２１バッテリモジュール
２１１セル
２１１ａ正極端子
２１１ｂ負極端子
３ケース
３１ａ底部（底面）
３１ｇ傾斜部
５制御装置
６１上面被覆材
６１ａ吸気部
６２下面被覆材
６２ａ排気部
６３ファン
６３ｂ排気口
Ｖ車両
Ｒ１前側クロスメンバ（クロスメンバ）
１５後部座席（座席シート）
１７排気管

Claims

バッテリと、
前記バッテリを収容するケースと、を備え、車両に搭載されるバッテリユニットであって、
前記ケース内で前記バッテリの上面を被覆する上面被覆材と、
前記上面被覆材に設けられ、前記バッテリの上方に前記ケースの外部から空気を取り入れる吸気部と、
前記ケース内で前記バッテリの下面を被覆する下面被覆材と、
前記下面被覆材に設けられ、前記バッテリを冷却又は加温した空気を排気する排気部と、
前記下面被覆材の下方に配置され、前記排気部から排気される空気を取り込み、前記下面被覆材と前記ケースの底面との間に排出するファンと、をさらに備える、バッテリユニット。
請求項１に記載のバッテリユニットであって、
前記吸気部は、車幅方向において前記バッテリの一端側に配置され、
前記排気部は、前記車幅方向において前記バッテリを挟んで前記バッテリの他端側に配置される、バッテリユニット。
請求項１又は２に記載のバッテリユニットであって、
前記ケース内で前記バッテリの車幅方向に隣接して配置され、前記バッテリの制御を行う制御装置をさらに備え、
前記ファンは、前記制御装置に向けて排気する排気口を有する、バッテリユニット。
請求項３に記載のバッテリユニットであって、
前記吸気部は、前記車幅方向において前記バッテリの一端側に配置され、
前記排気部は、前記車幅方向において前記バッテリを挟んで前記バッテリの他端側に配置され、
前記ファンは、前記排気部の下方に配置され、
前記制御装置は、前記車幅方向において前記バッテリよりも前記一端側に配置される、バッテリユニット。
請求項３又は４に記載のバッテリユニットであって、
前記ケースの前記底面は、前記車幅方向において前記ファン側から前記制御装置側に向うに従って上方に傾斜する傾斜部を有する、バッテリユニット。
請求項５に記載のバッテリユニットであって、
前記傾斜部は、前記車幅方向から見て、内燃機関からの排気を前記車両の後方へ排気する排気管と重なる領域を有する、バッテリユニット。
請求項１～６のいずれか一項に記載のバッテリユニットであって、
前記バッテリは、
複数のセルを車幅方向に積層したバッテリモジュールを前記車両の前後方向に並列に複数備え、
前記複数のバッテリモジュールは、前方から見て、重なるように配置される、バッテリユニット。
請求項１～７のいずれか一項に記載のバッテリユニットであって、
前記車両は、車幅方向に延びるクロスメンバを備え、
前記ケースは、座席シートの下に設けられ、
前記バッテリのセルの正極端子及び負極端子は、前記車両の前方に向けて配置され、
前記正極端子及び前記負極端子は、前方から見て、前記クロスメンバと重なるように配置される、バッテリユニット。