JP4845571B2 - 車両用電源装置 - Google Patents

Description

本発明は、複数本の円筒状のバッテリモジュールを並置方向に沿って平面状に並置したものを積層方向に沿って複数層に積層してバッテリボックスの内部に収納し、前記バッテリボックスの前記並置方向一端側に設けた冷媒供給口から前記並置方向他端側に設けた冷媒排出口へと冷媒を流して前記バッテリモジュールを冷却する車両用電源装置に関する。

複数本の円筒状のバッテリモジュールを平面状に並置したものを複数層に積層してバッテリボックスの内部に収納し、これをリヤシートの後面に支持してハイブリッド車両の電源を構成したものが、下記特許文献１により公知である。バッテリボックスの上下部には冷却空気供給口および冷却空気排出口がそれぞれ設けられており、冷却空気供給口から供給された冷却空気はバッテリボックスの内部を流れる間にバッテリモジュールを冷却した後、冷却空気排出口から排出されるようになっている。
特開２００３−１５２３７８号公報

ところで、複数本のバッテリモジュールは電気的に直列に接続されているため、そのうちの何れかの冷却が不充分で温度が上昇すると、そのバッテリモジュールの寿命が短くなるだけでなく、複数本のバッテリモジュール全体の性能が低下してしまう問題がある。特に、各層を構成するバッテリモジュールの本数が異なる場合には、バッテリモジュールの本数が多い層の冷却空気の流れ方向下流側に位置するバッテリモジュールの冷却が不充分になり易く、そのバッテリモジュールの温度が過度に上昇してしまう問題がある。

本発明は前述の事情に鑑みてなされたもので、バッテリボックスの内部で複数層に積層されたバッテリモジュールを均等に冷却することを目的とする。

上記目的を達成するために、請求項１に記載された発明によれば、複数本の円筒状のバッテリモジュールを並置方向に沿って平面状に並置したものを積層方向に沿って複数層に積層してバッテリボックスの内部に収納し、前記バッテリボックスの前記並置方向一端側に設けた冷媒供給口から前記並置方向他端側に設けた冷媒排出口へと冷媒を流して前記バッテリモジュールを冷却する車両用電源装置であって、前記積層方向一端側の層のバッテリモジュールの本数よりも前記積層方向他端側の層のバッテリモジュールの本数が多く設定されたものにおいて、前記冷媒供給口は、前記各層の前記並置方向一端側の前記バッテリモジュールに対向する前記バッテリボックスの第１壁部に前記積層方向の全域に亘って開口し、前記各層の前記並置方向他端側のバッテリモジュールと、それらに対向する前記バッテリボックスの第２壁部との間に冷媒を案内する冷媒ガイドが配置され、前記冷媒排出口は、前記冷媒ガイドの前記積層方向他端側に偏った端部に開口することを特徴とする車両用電源装置が提案される。

また請求項２に記載された発明によれば、請求項１の構成に加えて、前記バッテリボックスの前記積層方向一端側の壁面は、冷媒の流れ方向下流側が前記積層方向他端側に接近するように傾斜することを特徴とする車両用電源装置が提案される。

また請求項３に記載された発明によれば、請求項１または請求項２の構成に加えて、トランクルームのフロアパネルに凹部を形成し、前記積層方向一端側を下向きにした前記バッテリボックスを前記凹部に収納したことを特徴とする車両用電源装置が提案される。

尚、実施の形態の底壁４１ａは本発明の壁面に対応し、実施の形態の冷却空気供給口４９は本発明の冷媒供給口に対応し、実施の形態の第２導風ガイド５１は本発明の冷媒ガイドに対応し、実施の形態の冷却空気排出口５２は本発明の冷媒排出口に対応する。

請求項１の構成によれば、複数本の円筒状のバッテリモジュールを並置方向に沿って平面状に並置し、それを積層方向に沿って複数層に積層したもの収納するバッテリボックスに冷媒供給口および冷媒排出口を設け、並置方向一端側に設けた冷媒供給口から並置方向他端側に設けた冷媒排出口へと冷媒を流してバッテリモジュールを冷却する場合に、バッテリモジュールの積層方向一端側の層のバッテリモジュールの本数よりも積層方向他端側の層のバッテリモジュールの本数が多く設定されていると、前記積層方向他端側の層のバッテリモジュールのうち、冷媒排出口に近いバッテリモジュールに冷媒が当たり難くなって冷却効果が低下する。そこで冷媒供給口を、各層の並置方向一端側のバッテリモジュールに対向するバッテリボックスの第１壁部に積層方向の全域に亘って開口させ、各層の並置方向他端側のバッテリモジュールと、それらに対向するバッテリボックスの第２壁部との間に冷媒を案内する冷媒ガイドを配置し、冷媒排出口を、冷媒ガイドの前記積層方向他端側に偏った端部に開口させることで、冷媒の流れ方向下流側に冷媒ガイドに沿って積層方向一端側から他端側に向かう流れを形成し、その流れで前記冷却され難いバッテリモジュールを効率的に冷却して全てのバッテリモジュールを均一に冷却することができる。

また請求項２の構成によれば、バッテリボックスの積層方向一端側の壁面を、冷媒の流れ方向下流側が積層方向他端側に接近するように傾斜させたので、冷媒の流れ方向が積極的に冷媒排出口を指向するようにして全てのバッテリモジュールをより均一に冷却することができる。

また請求項３の構成によれば、バッテリモジュールの本数が少ない積層方向一端側を下向きにしたバッテリボックスをトランクルームのフロアパネルに形成した凹部に収納するので、通常はスペアタイヤの収納スペースとして利用される空間にバッテリボックスをコンパクトにレイアウトすることができる。

以下、本発明の実施の形態を添付の図面に基づいて説明する。

図１〜図６は本発明の第１の実施の形態を示すもので、図１は車両用電源装置の全体斜視図、図２は図１の２−２線断面図、図３は図２の３−３線断面図、図４は図３の４−４線断面図、図５は図３の５−５線断面図、図６は車両用電源装置の分解斜視図である。

図１に示すように、エンジンおよびモータ・ジェネレータを走行用駆動源とするハイブリッド車両のリヤシート１１のシートクッション１２の後端から斜め後方に起立するシートバック１３の後面に、前記モータ・ジェネレータに接続された電源装置１４が配置される。電源装置１４は、バッテリを収納するバッテリボックス１５と、インバータのような電装品１６を収納する電装品ボックス１７と、バッテリボックス１５に冷媒としての冷却空気を導入する冷却空気供給ダクト１８と、バッテリボックス１５から電装品ボックス１７に冷却空気を案内する中間ダクト１９と、電装品ボックス１７から冷却空気を排出する冷却空気排出ダクト２０と、冷却空気排出ダクト２０の下流端に設けられた電動ファン２１とを備える。

次に、図２〜図６に基づいてバッテリボックス１５の構造を説明する。

バッテリボックス１５は、コ字状に形成された一対のバッテリ支持フレーム３１，３１と、井桁状に形成されたバッテリ支持枠３２とを備えており、バッテリ支持フレーム３１，３１の両端を外側に折り返して形成した固定部３１ａ…が、バッテリ支持枠３２に形成したボルト孔３２ａ…を貫通する４本のボルト３３…で一体に結合される。

バッテリボックス１５に収納されるバッテリは、複数個のバッテリセル３４…を直列に接続して円筒状のバッテリモジュール３５を構成し、そのバッテリモジュール３５の６本ないし８本を並置方向に沿って平面状に並置したものを積層方向に沿って４層に積層して構成される。「並置方向」および「積層方向」の定義は図２に示される。５枚に分割された板状のバッテリホルダ３６〜４０がバッテリ支持フレーム３１，３１に固定されており、これらのバッテリホルダ３６〜４０に形成された円形の開口に各バッテリモジュール３５…の一端部および他端部近傍が挟まれるように支持される。

このようにして一体化された合計２８本のバッテリモジュール３５…の周囲が、発泡スチロールで容器状に形成したバッテリケース４１と、発泡スチロールで板状に形成した蓋体４２とで覆われる。一方のバッテリ支持フレーム３１およびバッテリ支持枠３２に４本のボルト４３…でジャンクションボード４４が固定されており、このジャンクションボード４４で各バッテリモジュール３５…の一端に設けた端子どうしが接続される。そしてバッテリ支持枠３２が８本のボルト４５…でシートクッション１２のシートフレーム４６，４６に固定され、バッテリケース４１の周囲が金属板をプレス成形したバッテリカバー４７で覆われる。

合計２８本のバッテリモジュール３５…は、４層に分かれて積層される。バッテリケース４１の積層方向一端側の底壁４１ａ側から積層方向他端側の蓋体４２側に向けて第１層、第２層、第３層、第４層とすると、第１層は６本のバッテリモジュール３５…で構成され、第２層および第３層はそれぞれ７本のバッテリモジュール３５…で構成され、第４層は８本のバッテリモジュール３５…で構成され、各層のバッテリモジュール３５…は冷却空気が通過し得る隙間を有して千鳥状に配置される（図２参照）。

一対のバッテリ支持フレーム３１，３１に、４枚の断面円弧状の第１導風ガイド４８…が固定される。これらの第１導風ガイド４８…は、各層のバッテリモジュール３５…のうち、冷却空気の流れ方向上流端の４本のバッテリモジュール３５…の上面を覆うように配置されており、隣接する第１導風ガイド４８…間に冷却空気が通過し得るスリットαが形成される。第１導風ガイド４８…の上面に対向するようにバッテリケース４１の並置方向一端側の第１壁部４１ｂ（図２、図３および図６参照）に冷却空気供給口４９が開口しており、この冷却空気供給口４９に冷却空気供給ダクト１８の下流端が接続される。

冷却空気供給ダクト１８の下流端の近傍には、バッテリモジュール３５…の一端側（ジャンクションボード４４側）から他端側に張り出す邪魔板５０（図３参照）が固定される。また一対のバッテリ支持フレーム３１，３１に、バッテリモジュール３５…の他端側とバッテリカバー４７の第２壁部４７ａとの間に位置する１枚の第２導風ガイド５１が固定される。第２導風ガイド５１は、各層のバッテリモジュール３５…のうち、第１層〜第３層における冷却空気の流れ方向下流端の３本のバッテリモジュール３５…の下面を覆うように配置される。第４層における冷却空気の流れ方向下流端のバッテリモジュール３５に対向する位置で第２導風ガイド５１が途切れており、その部分に並置方向他端側に位置する冷却空気排出口５２が形成される。更に、第１層の６本のバッテリモジュール３５…に対向するバッテリケース４１の底壁４１ａ（図２参照）は、冷却空気の流れ方向上流側から下流側に向かってバッテリモジュール３５…に近づく方向に傾斜している。

次に、上記構成を備えた第１の実施の形態の作用を説明する。

車両の運転に伴ってモータ・ジェネレータをモータとして機能させたりジェネレータとして機能させたりすると、バッテリモジュール３５…が充放電されて発熱するため、それらを冷却空気で冷却する必要がある。即ち、電動ファン２１を駆動すると、車室内の冷却空気が吸引されて冷却空気供給ダクト１８、バッテリボックス１５、中間ダクト１９、電装品ボックス１７および冷却空気排出ダクト２０を経て電動ファン２１へと流れ、その際にバッテリボックス１５内のバッテリモジュール３５…と電装品ボックス１７内の電装品１６とが冷却空気で冷却される。

冷却空気供給ダクト１８から冷却空気供給口４９を経てバッテリボックス１５の内部に冷却空気が流入するとき、第１層〜第４層のバッテリモジュール３５…のうち、冷却空気の流れ方向上流端に位置する４個のバッテリモジュール３５…は、低温の冷却空気が強く当たるために過冷却になる虞があるが、その冷却空気を４枚の第１導風ガイド４８…で遮ることにより、前記４個のバッテリモジュール３５…の過冷却を防止することができる。４枚の第１導風ガイド４８…間に形成された隙間αを通過した冷却空気はバッテリボックス１５の内部を冷却空気排出口５２に向かって流れ、その間に全てのバッテリモジュール３５…に接触して冷却効果を発揮する。

ところで、冷却空気の流れ方向に沿うバッテリモジュール３５…の数は、第１層が６本、第２層および第３層がそれぞれ７本、第４層が８本と異なっているため、最も本数が多い第４層のバッテリモジュール３５…のうち、冷却空気の流れ方向下流側のものの冷却効果が低下する問題がある。第２層および第３層のバッテリモジュール３５…にも、第４層ほどではないが同様の問題が発生する。図２には、最も冷却が困難なバッテリモジュール３５…が網かけして示されており、次いで冷却が困難なバッテリモジュール３５…が斜線を施して示される。

しかしながら本実施の形態では、バッテリボックス１５の冷却空気の流れ方向下流側に形成した第２導風ガイド５１で上記問題を解決することができる。即ち、第２導風ガイド５１を設けたことで冷却空気排出口５２が第４層側に偏倚するため、第１層に沿って流れた冷却空気が第２導風ガイド５１に案内されて第４層寄りに設けられた冷却空気排出口５２に向けて斜めに流れることになる。その結果、網かけして示すバッテリモジュール３５…や斜線を施して示すバッテリモジュール３５…により大量の冷却空気を接触させることができ、全てのバッテリモジュール３５…を均等に冷却して電源装置１４の性能や耐久性を向上させることができる。

またバッテリケース４１の底壁４１ａが冷却空気の流れ方向下流側ほど第４層に接近するように傾斜しているため、冷却空気が冷却空気排出口５２に向けて斜めに流れ易くなり、第２導風ガイド５１の効果を更に高めることができる。

図３において、冷却空気供給ダクト１８から供給された冷却空気はバッテリボックス１５の内部を上から下に流れた後、左向きに９０°向きを変えて中間ダクト１９を右から左に流れるため、流れの偏向方向外側の隅に位置するバッテリモジュール３５…（鎖線の円で囲んだ部分）に冷却空気が当たり難くなって冷却効果が不均一になる問題がある。

冷却空気供給ダクト１８に設けられた邪魔板５０は上記問題が解決するためのものであり、この邪魔板５０によりバッテリボックス１５に流入する冷却空気を中間ダクト１９と反対側（図３における右側）に偏向させることで、前記鎖線の円で囲んだ部分に充分な量の冷却空気を供給して冷却効果を高めることができる。しかも、図３における右側のバッテリホルダ３６〜４０が隔壁として作用し、そのバッテリホルダ３６〜４０の右側に流入した冷却空気は中間ダクト１９側に引っ張られることなく真下に流れるため、前記鎖線の円で囲んだ部分のバッテリモジュール３５…を更に効果的に冷却することができる。

図７および図８は本発明の第２の実施の形態を示すもので、図７は車両用電源装置の全体斜視図、図８は図７の８−８線断面図である。この第２の実施の形態において、上述した第１の実施の形態の構成要素に対応する構成要素に第１の実施の形態と同じ符号を付すことで、重複する説明を省略する。

第２の実施の形態の電源装置１４は、自動車のトランクルーム６１のフロアパネル６２に形成した凹部６２ａに収納される。前記凹部６２ａは一般的にスペアタイヤの収納に利用される場所であり、この場所を電源装置１４の収納に利用することで空間の有効利用が可能になる。

バッテリモジュール３５…は上下方向に３層に配置されており、下側の第１層は９本のバッテリモジュール３５…を備え、中央の第２層は１０本のバッテリモジュール３５…を備え、上側の第３層は１１本のバッテリモジュール３５…を備える。

冷却空気供給ダクト１８はバッテリボックス１５のバッテリケース４１の第１壁部４１ｂに形成した冷却空気供給口４９と、３枚の第１導風ガイド４８…とを経て第１層〜第３層に均等に供給されるが、冷却空気の流れ方向下流側に斜め上方に向いて傾斜した第２導風ガイド５１を設け、かつバッテリケース４１の底壁４１ａを冷却空気の流れ方向下流側が高くなるように傾斜させることで、第３層の近傍に開口する冷却空気排出口５２に向けて冷却空気を斜め上方に案内するようになっている。

これにより、本数が多いために冷却され難い第３層あるいは第２層のバッテリモジュール３５…のうちの冷却空気の流れ方向下流側に位置するものに冷却風を効率的に作用させ、全てのバッテリモジュール３５…を均等に冷却して電源装置１４の性能や耐久性を向上させることができる。

以上、本発明の実施の形態を詳述したが、本発明はその要旨を逸脱しない範囲で種々の設計変更を行うことが可能である。

例えば、バッテリモジュール３５…を積層する層数は実施の形態の４層に限定されず、複数層であれば良い。

また各層のバッテリモジュール３５…の本数も実施の形態に限定されず、積層方向一端側と他端側とで異なっていれば良い。

第１の実施の形態に係る車両用電源装置の全体斜視図 図１の２−２線断面図 図２の３−３線断面図 図３の４−４線断面図 図３の５−５線断面図 車両用電源装置の分解斜視図 第２の実施の形態に係る車両用電源装置の全体斜視図 図７の８−８線断面図

１５ バッテリボックス
３５ バッテリモジュール
４１ａ 底壁（壁面）
４１ｂ 第１壁部
４７ａ 第２壁部
４９ 冷却空気供給口（冷媒供給口）
５１ 第２導風ガイド（冷媒ガイド）
５２ 冷却空気排出口（冷媒排出口）
６１ トランクルーム
６２ フロアパネル
６２ａ 凹部

Claims (3)

1. 複数本の円筒状のバッテリモジュール（３５）を並置方向に沿って平面状に並置したものを積層方向に沿って複数層に積層してバッテリボックス（１５）の内部に収納し、前記バッテリボックス（１５）の前記並置方向一端側に設けた冷媒供給口（４９）から前記並置方向他端側に設けた冷媒排出口（５２）へと冷媒を流して前記バッテリモジュール（３５）を冷却する車両用電源装置であって、前記積層方向一端側の層のバッテリモジュール（３５）の本数よりも前記積層方向他端側の層のバッテリモジュール（３５）の本数が多く設定されたものにおいて、
   前記冷媒供給口（４９）は、前記各層の前記並置方向一端側の前記バッテリモジュール（３５）に対向する前記バッテリボックス（１５）の第１壁部（４１ｂ）に前記積層方向の全域に亘って開口し、
   前記各層の前記並置方向他端側のバッテリモジュール（３５）と、それらに対向する前記バッテリボックス（１５）の第２壁部（４７ａ）との間に冷媒を案内する冷媒ガイド（５１）が配置され、前記冷媒排出口（５２）は、前記冷媒ガイド（３１）の前記積層方向他端側に偏った端部に開口することを特徴とする車両用電源装置。
   
2. 前記バッテリボックス（１５）の前記積層方向一端側の壁面（４１ａ）は、冷媒の流れ方向下流側が前記積層方向他端側に接近するように傾斜することを特徴とする、請求項１に記載の車両用電源装置。
3. トランクルーム（６１）のフロアパネル（６２）に凹部（６２ａ）を形成し、前記積層方向一端側を下向きにした前記バッテリボックス（１５）を前記凹部（６２ａ）に収納したことを特徴とする、請求項１または請求項２に記載の車両用電源装置。

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