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JP6757364B2 - バッテリパック収納構造 - Google Patents
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Description

本発明は、バッテリパック収納構造に関し、特に、事故発生時にバッテリスタックを熱源から保護することができるバッテリパック収納構造に関する。
電気自動車やハイブリッド自動車には、車両に駆動力を与えるモータを回転させるために、モータに電力を供給する大容量の車両用電池が搭載されている。
この車両用電池は、十分な連続走行距離を確保する為に、重量が大きく更に占有容積が大きい。従って、この車両用電池は、例えばシートの下方やリアフロアの下方等に配置されている。
車両に大型のバッテリを収納させる構成として様々なものが提案されている。特許文献１では、電池パックケースの底部として二重構造が採用された車両用バッテリ冷却装置が記載されている。具体的には、複数のセルから構成されるバッテリの下方に、二重構造であるダクトの空間が形成されている。係る構成により、バッテリを効果的に冷却している。また、このような底部の二重構造は特許文献２にも記載されている。
特開２００９−１１９９３６号公報 特開２０１５−２６５６９号公報
しかしながら、特許文献１に記載された構成では、バッテリケースの下方に二重底の構成を有する風路が形成されているが、この風路は冷却のための専用部品として構成されているため、冷却機構の全体構成が複雑になる恐れがあった。
また、衝突事故等が生じた際に、バッテリが下方から不用意に加熱される場合も想定される。そのような場合に、何ら対策を施さなかったとすれば、バッテリが過熱されてしまい、バッテリが破損する不具合が生じてしまう課題がある。
本発明は、このような問題点を鑑みてなされたものであり、本発明の目的は、事故が発生した際に外部熱源によりバッテリが過熱されることを抑止することができるバッテリパック収納構造を提供することにある。
本発明は、バッテリスタックが収納されるバッテリケース上側と、前記バッテリスタックを冷却する冷却風が流通する冷却風路と、を備えたバッテリパックが収納される収納構造であり、前記バッテリケース上側は、バッテリケース下側に載置され、前記バッテリケース上側の底面と、前記バッテリケース下側の底面との間に、前記冷却風が流通する底部冷却風路を形成し、前記バッテリケース上側の底面を開口することでケース孔を形成し、前記バッテリケース下側を収容する車体フロアの底面に開口されたフロア孔が形成され、前記ケース孔と前記フロア孔とは、少なくとも部分的に重なり合う位置に配置されることを特徴とする。
また、本発明のバッテリパック収納構造では、前記フロア孔を周囲から囲む壁部を更に具備することを特徴とする。
また、本発明のバッテリパック収納構造では、前記壁部は、前記バッテリケース下側に形成されることを特徴とする。
また、本発明のバッテリパック収納構造では、中央側に配設された前記ケース孔から前記底部冷却風路に送風される前記冷却風の風量を、端部側に配設された前記ケース孔から前記底部冷却風路に送風される前記冷却風の風量よりも、大きくすることを特徴とする。
また、本発明のバッテリパック収納構造では、前記壁部を、車体の幅方向に於いて一端部から他端部まで連続して形成することを特徴とする。
本発明は、バッテリスタックが収納されるバッテリケース上側と、前記バッテリスタックを冷却する冷却風が流通する冷却風路と、を備えたバッテリパックが収納される収納構造であり、前記バッテリケース上側は、バッテリケース下側に載置され、前記バッテリケース上側の底面と、前記バッテリケース下側の底面との間に、前記冷却風が流通する底部冷却風路を形成し、前記バッテリケース上側の底面を開口することでケース孔を形成し、前記バッテリケース下側を収容する車体フロアの底面に開口されたフロア孔が形成され、前記ケース孔と前記フロア孔とは、少なくとも部分的に重なり合う位置に配置されることを特徴とする。従って、バッテリケース上側の底面と、バッテリケース下側の底面との間に、冷却風が流通する底部冷却風路を形成することで、バッテリケース下側が下方から熱せられたとしても、底部冷却風路で断熱することで、バッテリパックの過熱を防止することができる。更に本発明では、バッテリケース上側とバッテリケース下側との間隙を底部冷却風路として用いることから、バッテリパックの下方に専用の風路を形成する必要がなく、簡素な構成でバッテリの冷却効率を向上することができる。
また、本発明のバッテリパック収納構造では、前記フロア孔を周囲から囲む壁部を更に具備することを特徴とする。従って、フロア孔を経由して熱気がバッテリケース下側と車体フロア間に進入することを、壁部で防止することができ、バッテリパックの過熱を防止する効果を顕著にすることができる。即ち、バッテリを熱する部位がフロア孔の周囲に限定され、他の部位への熱の回り込みを防止することができる。
また、本発明のバッテリパック収納構造では、前記壁部は、前記バッテリケース下側に形成されることを特徴とする。従って、壁部がバッテリケース下側の一部分となるので、組付け部品の増加を抑制することができる。
また、本発明のバッテリパック収納構造では、中央側に配設された前記ケース孔から前記底部冷却風路に送風される前記冷却風の風量を、端部側に配設された前記ケース孔から前記底部冷却風路に送風される前記冷却風の風量よりも、大きくすることを特徴とする。従って、底部冷却風路の冷却風をバッテリパックの中央側から、バッテリパックの端部側へ、流れやすくできる。
また、本発明のバッテリパック収納構造では、前記壁部を、車体の幅方向に於いて一端部から他端部まで連続して形成することを特徴とする。従って、壁部を補強部材として用いることができ、衝突時に於いて壁部により衝撃エネルギを吸収し、バッテリスタックを保護することができる。
本発明の実施の形態に係るバッテリパック収納構造を備えた車両を示す斜視図である。 本発明の実施の形態に係るバッテリパックを示す斜視図である。 本発明の実施の形態に係るバッテリケース下側を示す斜視図である。 本発明の実施の形態に係るバッテリパック収納構造を示す断面図である。 本発明の実施の形態に係るバッテリパック収納構造を示す拡大断面図である。 本発明の実施の形態に係るバッテリパック収納構造を示す接続図である。 （Ａ）および（Ｂ）は、本発明の他の形態に係るバッテリパック収納構造を示す断面図である。
以下に図面を参照して、本形態に係るバッテリパック２０の収納構造（バッテリパック収納構造）、および、バッテリパック２０を備えた車両を説明する。以下の説明では、同一の部材には原則的に同一の符号を付し、繰り返しの説明は省略する。
図１は、バッテリパック２０を備えた車両１０を後方上方から見た斜視図である。ここでは、車両１０の車体１１の後端を覆うリアゲートを省いて図示している。車両１０は、例えば、モータとエンジンとを駆動源として備えたハイブリッド自動車、または、モータのみを駆動源として備えた電気自動車である。
車体１１の車室内後方には後方シート１２が配設されており、その後方に収納スペース１４が形成されており、収納スペース１４の内部にバッテリパック２０が配設されている。バッテリパック２０は、ここでは図示しないカバーにより覆われている。
図２を参照して、バッテリパック２０を説明する。バッテリパック２０は、複数のバッテリスタック２１を保護するものである。また、バッテリパック２０は、バッテリスタック２１が収納されるバッテリケース上側３１と、バッテリケース上側３１の上端部を四方から支持する枠状のフレーム３０と、を有している。ここで、各バッテリスタック２１は、前後方向に沿って積層配置された板状のバッテリセルから構成されている。
図３に、上記したバッテリパック２０が収納されるバッテリケース下側１５を示す。バッテリケース下側１５は、上記したバッテリケース上側３１を収納することができる容器形状を呈している。また、バッテリケース下側１５の底面３３には、壁状に突出するビード３４が形成されている。ビード３４は、中心部付近から角部に向かって直線状に形成されている。ここでは４つのビード３４が形成されている。図２に示したバッテリケース上側３１をバッテリケース下側１５に収納すると、バッテリケース上側３１の底面３５（図４）がビード３４に接する。バッテリケース上側３１の底面３５とバッテリケース下側１５の底面３３との間に、ビード３４が配設されることで、両者の間を流通する冷却風の流れを整流することができる。
図４は、図２のＡ−Ａ線に於ける断面図である。この図を参照して、バッテリパック２０は、バッテリスタック２１が充放電を行う際に、バッテリスタック２１を冷却するための冷却風路２３を有している。冷却風路２３は、バッテリスタック２１の上方に形成されており、車室内で空調された空調風である冷却風１９を、バッテリスタック２１に向かって送風するための風路である。冷却風路２３は、各バッテリスタック２１の上方に於いて、下方へ向かって冷却風１９を吹き出すための吹出口を形成している。
バッテリスタック２１の下方には、バッテリケース上側３１の底面３５と、バッテリケース下側１５の底面３３との間隙として底部冷却風路２４が形成されている。底部冷却風路２４は、バッテリケース上側３１の周辺部に至るまで形成されている。更に、上記したバッテリケース下側１５は、容器形状の車体フロア３７に収納されている。
また、バッテリケース上側３１の底面３５を開口することで、ケース孔２５が形成されている。ケース孔２５は、バッテリスタック２１の下方に複数が形成されている。
更に、ケース孔２５の下方に対応する領域で、車体フロア３７の底面３８を開口したフロア孔２６が形成されている。フロア孔２６は、例えば、溶接等の作業の為に形成される孔である。ここでは、フロア孔２６は一つが図示されているが、車体フロア３７の底面３８に複数のフロア孔２６が形成されても良い。
上記した構成のバッテリパック２０に於いて、充放電するバッテリスタック２１は次のように冷却される。先ず、冷却風路２３には、空調された車室内の冷却風１９が導入される。ここでは図示しない送風ファンにより、冷却風１９が冷却風路２３に送風されても良い。
冷却風路２３に送風された冷却風１９は、各バッテリスタック２１に上方から吹き付けられる。具体的には、バッテリスタック２１を構成しているバッテリセルどうしの間を、冷却風１９は上方から下方に向かって送風される。この際に、冷却風１９とバッテリスタック２１とが熱交換することで、バッテリスタック２１が冷却される。換言すると、冷却風１９は、バッテリスタック２１を包み込むように、バッテリケース上側３１の内部を流通する。
バッテリスタック２１と熱交換した冷却風１９は、底部冷却風路２４を経由して、バッテリパック２０の両側方に送風される。その後、冷却風１９は、車外に放出されても良いし、車室内に帰還しても良い。
上記のように、車室内の空調風を冷却風１９としてバッテリスタック２１の冷却に用いることで、車室を調温するための車室用調温装置を、バッテリ用冷却装置としても用いることができる。
上記のように構成することで、本実施形態では、事故発生時等に於いてバッテリスタック２１が過熱されることを抑止することができる。具体的には、衝突事故等が発生した際に、車体フロア３７の下方に予期せぬ熱源が生じた場合、その熱源によりバッテリスタック２１が不必要に加熱される恐れがある。本願発明では、バッテリスタック２１が収納されるバッテリケース上側３１と、そのバッテリケース上側３１が収納されるバッテリケース下側１５との間に、上記した底部冷却風路２４を形成している。よって、この底部冷却風路２４が断熱層として機能し、外部からの熱がバッテリスタック２１に伝導することを阻んでいる。よって、非常時に於けるバッテリスタック２１の過熱を抑制している。
更に、非常時において底部冷却風路２４に冷却風１９を送風すれば、冷却風１９が外部からの熱を逃がすので、バッテリスタック２１が過熱されることを抑制する効果を更に大きくすることができる。
更に、車体フロア３７の底面３８にはフロア孔２６が形成されているので、何ら対策を施さなければ、フロア孔２６から熱気が進入し、バッテリスタック２１が過熱されてしまう恐れがある。本実施形態では、フロア孔２６の上方にケース孔２５を形成している。即ち、上方から見た場合、フロア孔２６とケース孔２５とが少なくとも部分的に重なり合っている。これにより、フロア孔２６から内部に熱気が侵入しても、ケース孔２５から下方に向かって送風される冷却風１９で、フロア孔２６を経由して熱が伝導することを抑止することができる。よって、このような熱気によりバッテリスタック２１が不用意に過熱されることを抑止することができる。
ここで、図４を参照すると、４つのケース孔２５が示されているが、中央側に配設されたケース孔２５から底部冷却風路２４に送風される冷却風１９の風量を、端部側に配設されたケース孔２５から底部冷却風路２４に送風される冷却風１９の風量よりも、大きくしても良い。そのようにすることで、底部冷却風路２４の冷却風１９を、バッテリパック２０の中央側から、バッテリパック２０の端部側へ、流れやすくできる。
図５を参照して、ここでは、ケース孔２５の下方に於いて、底面３３を部分的に下方に向かって膨出させている。また、下方に向かって膨出する部分の底面３３の下面に壁部２７が形成されている。
壁部２７の円環状に突出する下端部分が、フロア孔２６の周囲の部分の底面３８に、上面から当接している。
上記のように、フロア孔２６の周囲を壁部２７で塞ぐことで、非常時に底部冷却風路２４の下方に熱源が存在したとしても、その熱源からの熱の進入は壁部２７で阻まれる。よって、フロア孔２６を経由して、車両内部に熱風などが進入することが抑止される。
ここで、壁部２７は、車体の幅方向に於いて一端部から他端部まで連続して形成することができる。このようにすることで、壁部２７を補強部材として用いることができ、衝突時に於いて壁部２７で衝撃エネルギを吸収することができる。
図６を参照して、上記したバッテリパック２０の接続構成を説明する。バッテリパック２０は、送風機１７と、バッテリスタック２１と、温度センサ２８と、制御部１８と、を主要に具備している。バッテリパック２０の機能は、適正な温度範囲でバッテリスタック２１を充放電させることにある。
送風機１７は、冷却風１９が流通する風路に介装され、室内１６と空調装置３６との間で冷却風１９を循環させる。また、冷却風１９は、バッテリスタック２１にも供給され、バッテリスタック２１を構成する各セルを冷却する。
温度センサ２８は、バッテリスタック２１の温度を計測するセンサであり、バッテリスタック２１の温度を示す電気信号を制御部１８に伝送する。
制御部１８は、ＣＰＵ、ＲＡＭおよびＲＯＭ等からなり、温度センサ２８が計測したバッテリスタック２１の温度等に基づいて、送風機１７の送風量を制御する。
モータ２９は、バッテリスタック２１から供給される電力で回転し、図１に示した車両１０に駆動力を与える駆動力発生手段である。ここで、バッテリスタック２１を充電するための充電用エンジンが配設されても良い。
上記した構成のバッテリパック２０は、次のように動作する。即ち、バッテリスタック２１を充電する際には、外部電源や車載発電機等からバッテリスタック２１に電力を供給する。充電時に於けるバッテリスタック２１の過熱を防止するために、温度センサ２８の出力に応じて制御部１８は送風機１７を運転し、冷却風１９をバッテリスタック２１に送風する。これによりバッテリスタック２１と冷却風１９とが熱交換し、バッテリスタック２１の過熱が抑止される。
バッテリスタック２１が放電する際は、バッテリスタック２１から供給される電力でモータ２９が回転することで、上記した車両１０に駆動力が与えられる。更に、バッテリスタック２１が放電する際には、温度センサ２８の出力に応じて、送風機１７は冷却風１９に適切な送風を行う。即ち、バッテリスタック２１の温度が一定以下と成るように、制御部１８は、送風機１７の送風量を制御する。
また、非常時に於いて、温度センサ２８で計測されるバッテリスタック２１の温度が、通常の温度範囲を超えた場合、制御部１８は、外部熱源がバッテリスタック２１の近傍に存在すると判断する。そして、制御部１８は、送風機１７の送風量を充放電時よりも大きくし、例えば、送風機１７の送風量を最大限とする。このようにすることで、図５を参照して説明したように、フロア孔２６から熱が車内に侵入することを防止することができる。更に、図４を参照して、底部冷却風路２４を流通する冷却風１９の流量を増加させることで、底部冷却風路２４における断熱効果を更に大きくし、バッテリスタック２１を熱源から保護することができる。
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は、これに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で変更が可能である。
例えば、図７（Ａ）を参照して、ビード３４を左右後方の中央部に形成することができる。この場合、ビード３４は前後方向に沿って伸びるようになる。このようにすることで、バッテリパック２０の左右方向中央部を補強し、衝突時に於いてバッテリスタック２１を保護することができる。更に、図７（Ｂ）を参照して、ビード３４は、中央部から左右方向に対して若干偏った位置に形成されても良い。また、ビード３４は、複数が形成されても良い。掛かる場合であっても、衝突時に於いてバッテリスタック２１を保護することができる。
１０ 車両
１１ 車体
１２ 後方シート
１４ 収納スペース
１５ バッテリケース下側
１６ 室内
１７ 送風機
１８ 制御部
１９ 冷却風
２０ バッテリパック
２１ バッテリスタック
２３ 冷却風路
２４ 底部冷却風路
２５ ケース孔
２６ フロア孔
２７ 壁部
２８ 温度センサ
２９ モータ
３０ フレーム
３１ バッテリケース上側
３３ 底面
３４ ビード
３５ 底面
３６ 空調装置
３７ 車体フロア
３８ 底面

Claims (5)

  1. バッテリスタックが収納されるバッテリケース上側と、
    前記バッテリスタックを冷却する冷却風が流通する冷却風路と、を備えたバッテリパックが収納される収納構造であり、
    前記バッテリケース上側は、バッテリケース下側に載置され、
    前記バッテリケース上側の底面と、前記バッテリケース下側の底面との間に、前記冷却風が流通する底部冷却風路を形成し、
    前記バッテリケース上側の底面を開口することでケース孔を形成し、前記バッテリケース下側を収容する車体フロアの底面に開口されたフロア孔が形成され、
    前記ケース孔と前記フロア孔とは、少なくとも部分的に重なり合う位置に配置されることを特徴とするバッテリパック収納構造。
  2. 前記フロア孔の周囲から囲む壁部を更に具備することを特徴とする請求項１に記載のバッテリパック収納構造。
  3. 前記壁部は、前記バッテリケース下側に形成されることを特徴とする請求項２に記載のバッテリパック収納構造。
  4. 中央側に配設された前記ケース孔から前記底部冷却風路に送風される前記冷却風の風量を、端部側に配設された前記ケース孔から前記底部冷却風路に送風される前記冷却風の風量よりも、大きくすることを特徴とする請求項２に記載のバッテリパック収納構造。
  5. 前記壁部を、車体の幅方向に於いて一端部から他端部まで連続して形成することを特徴とする請求項２に記載のバッテリパック収納構造。
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