JP2004311139A - バッテリパック搭載構造 - Google Patents

Abstract

【課題】ポール側突などの過酷な衝突であっても安全性を確保できるように、バッテリパックを車両に搭載する。
【解決手段】バッテリパック１０００は、バッテリ部と、冷却ファンおよびバッテリＥＣＵを含む付属品部から構成される。バッテリパック１０００は、バッテリ部の中心と車両の幅方向の中心とを一致させて、フロアパネル上であって、リヤシートの下方に搭載される。
【選択図】 図８

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、車両に搭載される電気機器に関し、特に、電気自動車（ＥＶ）やハイブリッド車（ＨＶ）等に用いられる二次電池に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電動機により車両の駆動力を得る、電気自動車、ハイブリッド自動車、燃料電池車は、二次電池を搭載している。電気自動車は、この二次電池に蓄えられた電力を用いて電動機を駆動して車両を駆動する。ハイブリッド自動車は、この二次電池に蓄えられた電力を用いて電動機を駆動して車両を駆動したり、電動機によりエンジンをアシストして車両を駆動したりする。燃料電池車は、燃料電池による電力を用いて電動機を駆動して車両を駆動したり、この燃料電池による電力に加えて二次電池に蓄えられた電力を用いて電動機を駆動して車両を駆動したりする。
【０００３】
これらの二次電池は、高電圧高出力を必要とするため、１．２Ｖ程度の電池セルを６個程度直列に接続した電池モジュールを、３０個程度直列に接続して電池パックを形成している。電気自動車、ハイブリッド自動車などにおいては、内燃機関のみを車両の駆動源としていた従来の車両に搭載されていなかったこのような二次電池を搭載しなければならない。車両においては、車室空間および荷室空間の有効的利用、衝突事故時の安全性確保の点などから、車両に搭載される電気機器の中では容積が大きい二次電池の搭載位置を検討する必要がある。この検討においては、この二次電池の大きさ（高さ、車両の幅方向の長さ、車両の前後方向の長さ）を考慮する必要があったり、二次電池の冷却を考慮する必要があったりする。
【０００４】
特開２０００−２３８５４１号公報（特許文献１）は、クロスメンバを追加することなく側突に対する車体剛性の向上を図り、車両の最低地上高も有利である、車両のバッテリ搭載構造を開示する。このバッテリ搭載構造は、バッテリをフロアパネル上であって、車両中央において車両前後方向に延びるトンネル部の両側に設けて、バッテリの車外側の端部を車両側部の強度部材に固定し、両側に配設されたバッテリ相互間がトンネル部を跨ぐ補強部材で連結するようにした。
【０００５】
このバッテリ搭載構造によると、バッテリの車外側の端部を車両側部の強度部材に固定したので、バッテリにより車両側部の強度部材を補強することができる。別途クロスメンバを追加することなく側突に対する車体剛性の向上を図って、側突時の車両変形を防止することができる。さらに、バッテリをトンネル部の両側に配設し、両側に配設されたバッテリ相互間を、トンネル部を跨ぐ補強部材で連結したので、車両両側部の強度部材間がバッテリと補強部材とで車幅方向に連結され、これら両者（バッテリ、補強部材）がクロスメンバと同様の作用を発現する。さらに、トンネル部の左右両側のデッドスペースを有効利用してバッテリを配設することができる。
【０００６】
【特許文献１】
特開２０００−２３８５４１号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特許文献１に開示されたバッテリ搭載構造では、運転席下方と助手席下方との双方に、バッテリを配置して、バッテリの車外側の端部を強度部材強度部材とに固定して、バッテリ、補強部材とでクロスメンバと同様の作用を発現させている。このことは、側突時において、特に電柱などに車両の側面の局部が衝突するポール側突時において、バッテリ自体が衝撃を吸収するようにして、車室の変形を防止するものである。これでは、バッテリへの衝撃を積極的に認めるものであり、安全性の面で改善の余地がある。
【０００８】
本発明は、上述の課題を解決するためになされたものであって、その目的は、ポール側突などの過酷な衝突であってもバッテリパックのバッテリ部の損傷の可能性を下げ、安全性を確保できる、車両用のバッテリパック搭載構造を提供することである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
第１の発明に係る車両用バッテリパックの搭載構造におけるバッテリパックは、バッテリモジュールを備えたバッテリ部と、バッテリ部に付属する電気部品を含んで構成される付属品部とから構成される。このバッテリパックの搭載構造は、バッテリ部の中心と車両の幅方向の中心とを一致させたものである。
【００１０】
第１の発明によると、たとえばニッケル水素電池からなるバッテリ部の中心が車両の幅方向の中心と一致する。すなわち、バッテリパックのバッテリ部が車両の幅方向の中心に位置する。車両が側突した場合であっても、ドアパネルからの距離が大きいので、衝突による衝撃を直接受けることがない。その結果、ポール側突などの過酷な衝突であってもバッテリパックのバッテリ部の損傷の可能性を下げ、安全性を確保できる、車両用のバッテリパック搭載構造を提供することができる。
【００１１】
第２の発明に係るバッテリパックの搭載構造においては、第１の発明の構成に加えて、付属品部は、冷却ファン、バッテリＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）を含むものである。
【００１２】
第２の発明によると、冷却ファン、バッテリＥＣＵを含むバッテリパックであっても、バッテリ部の中心が車両の幅方向の中心になるように搭載されるので、バッテリ部自体が衝突による衝撃を直接受けることがない。
【００１３】
第３の発明に係るバッテリパックの搭載構造においては、第１または２の発明の構成に加えて、バッテリ部と付属品部とは、車両の幅方向に並んで搭載されるものである。
【００１４】
第３の発明によると、バッテリ部と付属品部とを車両の幅方向に並んで搭載して、バッテリ部の中心を車両の中心に一致させたので、付属品部側に側突した場合には、付属品により衝突の衝撃を吸収させることができる。
【００１５】
第４の発明に係るバッテリパックの搭載構造においては、バッテリパックは、フロアパネル上に搭載され、第５の発明に係るバッテリパックの搭載構造においては、バッテリパックはフロアパネル上のシート下方に搭載され、第６の発明に係るバッテリパックの搭載構造においては、バッテリパックはフロアパネル上のリヤシート後方に搭載されるものである。
【００１６】
第４〜６の発明によると、汚水等による漏電、夏場における過酷な高温などから保護することができるとともに、シート下方やリヤシート後方の空間を有効的に利用することができる。
【００１７】
第７の発明に係るバッテリパックの搭載構造においては、第１〜６のいずれかの発明の構成に加えて、バッテリ部は、付属品部の冷却ファンにより車室内空気を用いて冷却されるものである。
【００１８】
第７の発明によると、車室内の温度調節された空気を用いてバッテリ部を冷却することができる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明する。以下の説明では、同一の部品には同一の符号を付してある。それらの名称および機能も同じである。したがってそれらについての詳細な説明は繰返さない。
【００２０】
なお、以下においては、第１の実施の形態に係るバッテリパック構造および第２の実施の形態に係るバッテリパック構造を説明して、第３の実施の形態として、これら第１の実施の形態に係るバッテリパック構造および第２の実施の形態に係るバッテリパック構造を用いた、バッテリパックの搭載構造について説明する。
【００２１】
なお、第３の実施の形態に係るバッテリパックの搭載構造は、第１の実施の形態に係るバッテリパック構造および第２の実施の形態に係るバッテリパック構造を有するバッテリパックに限定されない。第３の実施の形態に係るバッテリパックの搭載構造は、角型の複数個のバッテリセルを直列に接続したバッテリモジュールを複数個積層して構成された略直方体の形状を有するバッテリパックに適用が可能である。ただし、第１の実施の形態に係るバッテリパック構造および第２の実施の形態に係るバッテリパック構造を有するバッテリパックは、後述するように、その高さ方向が低く、幅方向および奥行方向の寸法を変更しやすいので、第３の実施の形態に係るバッテリパックの搭載構造に特に適している。
【００２２】
＜第１の実施の形態＞
以下、本発明の第１の実施の形態に係るバッテリパックについて説明する。
【００２３】
図１および図２に、本実施の形態に係るバッテリパック１０００の平面図および側面図を示す。
【００２４】
図１に示す平面図は、バッテリパック１０００の上部カバーを取外した状態を示す。図１に示すように、このバッテリパック１０００は、最小の電池単位であるバッテリセル１０１０を３つ直列に接続したバッテリモジュールを複数個配置した第１のバッテリユニット２０００と、それとは別にバッテリセル１０１０を３つ直列に接続したバッテリモジュールを複数個配置した第２のバッテリユニット３０００とを含む。第１のバッテリユニット２０００および第２のバッテリユニット３０００は、それぞれ間隙２１００および間隙３１００を有するように、バッテリモジュールが併設されている。
【００２５】
なお、バッテリセル１０１０が直列に接続される数およびバッテリユニットを構成するバッテリモジュールの数は、この図１に示される数に限定されない。
【００２６】
さらに、図１に示すように、バッテリパック１０００は、第１のバッテリユニット２０００および第２のバッテリユニット３０００との間に所定の間隔を開けることにより設けられるチャンバ部４１００、そのチャンバ部４１００に向けて冷却風を送り出す冷却ファン４０００を含む。
【００２７】
図１に示すように、第１のバッテリユニット２０００におけるバッテリセル１０１０は、その端子２０１０を、第２のバッテリユニット３０００の方向に向けて、第２のバッテリユニット３０００のバッテリセル１０１０の端子３０１０は、第１のバッテリユニット２０００に向けて配置されている。
【００２８】
このバッテリパック１０００においては、冷却ファン４０００はチャンバ部４１００に向けて冷却風を送風し、第１のバッテリユニット２０００および第２のバッテリユニット３０００に冷却風は分けて流通されてそれぞれのバッテリユニットに設けられたバッテリモジュール（３つのバッテリセル１０１０を直列に接続したもの）同士の間隙２１００および３１００を通ってバッテリパック１０００の外側に冷却風が送り出される。このような構成としたため、図２に示すように、バッテリパック１０００の上下方向にチャンバ部や冷却ファンを配置する必要がないため、高さを低く抑えることができる。
【００２９】
図１において、バッテリパック１０００は、第１のバッテリユニット２０００と第２のバッテリユニット３０００とからなるバッテリ部と、冷却ファン４０００や図示しない電池ＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）、システムメインリレーなどからなる付属品部とから構成される。このバッテリ部の中心とは、第１のバッテリユニット２０００および第２のバッテリユニット３０００において、図１に示す２４段併設されたバッテリモジュールの第１２バッテリモジュールと第１３バッテリモジュールとの間隙の中心をいう。
【００３０】
図３に、図１の３−３断面を示す。図３に示すように、バッテリパック１０００の内部においては、第１のバッテリユニット２０００のモジュール間隙２１００を通って、第２のバッテリユニット３０００においてはバッテリモジュール間隙３１００を通って、図３に示すような矢印の方向に冷却風が流れることになる。
【００３１】
以上のようにして、本実施の形態に係る電池パックにおいては、電池の最小単位である電池セルを直列に接続した電池モジュールを多数積層した電池ユニットを複数設け、それらの電池ユニットにおける端子を互いに対向させるように配置させた。その互いに対向させるように配置させるとともに、その間隔をあけるようにし、その部分が冷却風の圧力分布を一様にするためのチャンバ部として機能させた。このため、冷却ファンからチャンバ部に送風された冷却空気は、チャンバ部においてその圧力分布が均一化され、均一化された冷却空気が、モジュール間に設けられた間隙を通って、それぞれのバッテリユニット（バッテリモジュール、バッテリセル）を冷却する。
【００３２】
このような構成にすることにより、バッテリパックの高さを低くすることができるとともに、冷却風の不均一さを少なくすることができ、さらに温度が高くなる端子を効率的に冷却することができる。
【００３３】
なお、第１の実施の形態において説明したバッテリパック１０００における第１のバッテリユニット２０００および第２のバッテリユニット３０００の端子２０１０および端子３０１０とは反対側の端面において上下に隣接する互いのモジュールをバスバーにより接続し、バッテリセル１０１０を６個直列に接続するような構成としてもよい。
【００３４】
＜第２の実施の形態＞
以下、本発明の第２の実施の形態に係るバッテリパックについて説明する。
【００３５】
図４に示すように、本実施の形態に係るバッテリパックは、前述の第１の実施の形態に係るバッテリパックの第１のバッテリユニット２０００と第２のバッテリユニット３０００とは、それぞれ同じ構成であったが、本実施の形態に係るバッテリパックの第１のバッテリユニット２５００はバッテリセル１０１０を４個直列に接続し、第２のバッテリユニット３５００はバッテリセル１０１０を３個直列に接続する構成を有する。そのため、第１のバッテリユニット２５００と第２のバッテリユニット３５００とでは発熱量が異なる。
【００３６】
図４に示すように、第１のバッテリユニットにおけるバッテリモジュールの間隙２６００は、第２のバッテリユニット３５００におけるバッテリモジュール間の間隙３６００よりも大きくなるように設定されている。すなわち、図４に示すように、第１のバッテリユニット２５００は、４個のバッテリセル１０１０を１４段接続したものであって、第２のバッテリユニット３５００は、３個のバッテリセル１０１０を１５段接続したものである。なお、チャンバ部４１００を有する、第１のバッテリユニット２５００と第２のバッテリユニット３５００とを一定の間隔を離してチャンバ部４１００を形成したことかつ互いの端子を対向させて設置したことは、前述の第１の実施の形態と同じであるためここでの詳細な説明は繰返さない。
【００３７】
図５を参照して、本実施の形態に係るバッテリパックの構成についてさらに詳しく説明する。図５に示すように、本実施の形態に係るバッテリパックにおいては、第１のバッテリユニット２５００は端子がある端面とは逆端面においてバスバーにより第１バッテリモジュールと第２バッテリモジュールとが、第３バッテリモジュールと第４バッテリモジュールとがそれぞれ接続されている。なお、第１バッテリモジュールとは、図４における最上段のバッテリモジュールを、第２バッテリモジュールとは、最上段から２段目のバッテリモジュールを、第３バッテリモジュールとは、最上段から３段目のバッテリモジュールを、第４バッテリモジュールとは、最上段から４段目のバッテリモジュールをいう。
【００３８】
また、第２のバッテリユニットにおいても同じように、端子がある端面とは逆方向の端面において第１バッテリモジュールと第２バッテリモジュールとが、第３バッテリモジュールと第４バッテリモジュールとがバスバーにより接続されている。このような構成としたため、第１のバッテリユニットの第１４バッテリモジュールの端子が総プラス端子となり、第２のバッテリユニット３５００の第１５バッテリモジュールのバスバーが総マイナス端子となる。
【００３９】
図４および図５において、本実施の形態に係るバッテリパックも前述の第１の実施の形態に係るバッテリパックと同様に、第１のバッテリユニット２５００と第２のバッテリユニット３５００とからなるバッテリ部と、冷却ファン４０００などからなる付属品部とから構成される。このバッテリ部の中心とは、１４段併設された第１のバッテリユニット２５００の第７バッテリモジュールと第８バッテリモジュールとの間隙の中心を、１５段併設された第２のバッテリユニット３５００の第８バッテリモジュールの中心をいう。
【００４０】
図６に、本実施の形態に係るバッテリユニットの回路図を示す。図６に示すように、本実施の形態に係るバッテリパックにおいては、第１のバッテリユニット２５００と第２のバッテリユニット３５００とを接続するサービスプラグ５０００を設けている。このサービスプラグは、バッテリパック１０００の保守時などにおいてサービスプラグを引き抜くことによりバッテリパック１０００の高電圧回路が遮断され、安全に作業ができるようにするものである。図６に、第１バッテリユニットの第１４モジュールの端子が総プラス端子に、第２バッテリユニット３５００の第１５モジュールのバスバーが総マイナス端子になっていることが示される。
【００４１】
以上のようにして、本実施の形態に係る電池パックによると、第１バッテリユニットと第２のバッテリユニットとで、その構成を変更した。すなわち、第１バッテリユニットについては４個のバッテリセルを直列に接続し、第２のバッテリユニットについては３個のバッテリセルを直列に接続したものを、それぞれ所定数併設した。第１のバッテリユニットにおいては、セル数が多いため、第２のバッテリユニットに比べて、モジュールの間隔を広げ冷却媒体をより多く流通させるようにした。その結果、第１バッテリユニットと第２のバッテリユニットとの間における電池温度のばらつきを少なくすることができる。
【００４２】
なお、本実施の形態に係るバッテリパックは、図７に示すような構成としてもよい。すなわち、第１のバッテリユニット２５００は４個のバッテリセル１０１０を２８モジュール併設し、第２のバッテリユニット３５００は３個のバッテリセル１０１０を３０モジュール併設したものである。このようにすることにより、高電圧を取出すことができるとともに、第１バッテリユニット２５００の第２８バッテリモジュールの端子を総プラス端子として、第２バッテリユニット３５００の第３０バッテリモジュールの端子を総マイナス端子として、バッテリパックを取扱うことができる。
【００４３】
この場合、バッテリ部の中心とは、２８段併設された第１のバッテリユニット２５００の第１４バッテリモジュールと第１５バッテリモジュールとの間隙の中心を、３０段併設された第２のバッテリユニット３５００の第１５バッテリモジュールと第１６バッテリモジュールとの間隙の中心をいう。
【００４４】
＜第３の実施の形態＞
以下、本発明の第３の実施の形態に係るバッテリパックの搭載構造について説明する。
【００４５】
前述の第１の実施の形態に係るバッテリパック構造および第２の実施の形態に係るバッテリパック構造は、共にバッテリパック１０００の高さ寸法を極力抑えた構造を有する。バッテリパックの容積は、その出力によりほぼ決定されるものであって、高さを低く抑えるほど幅寸法と奥行寸法とが大きくなる傾向を有する。
【００４６】
以下においては、高さが１００ｍｍ程度に抑えられたバッテリパックを、リヤシートの下に、奥行方向を車両の幅方向にして平置きの状態で搭載するバッテリパック搭載構造について説明する。なお、本実施の形態に係るバッテリパック搭載構造は、バッテリパックの中心と車両の幅方向の中心とが一致させていることが特徴である。
【００４７】
このバッテリパックの高さ寸法は、車両のリヤシートに入るように設計される。高さ寸法は、前述の第１の実施の形態に係るバッテリパック構造および第２の実施の形態に係るバッテリパック構造のように、１００ｍｍ程度に低く抑えている。なお、本実施の形態に係るバッテリパック搭載構造に適用されるバッテリパック構造は、１００ｍｍ程度に抑えられているバッテリパックに限定されるものではない。通常のように、バッテリセルに対してダウンフローやアップフローで冷却媒体を流通せしめ、高さ方向が高いバッテリパックであってもよい。ただし、車室内の空間の有効的利用の観点（特にシート下に搭載する場合など）からは、高さ方向は低く押さえられているほうがより好ましい。どのようなバッテリパックであっても、バッテリパック（バッテリ部と付属品部）をバッテリ部の中心線と車両の幅方向の中心線とを一致させて車両に搭載する。
【００４８】
図８および図９を参照して、本実施の形態に係るバッテリパック搭載構造について説明する。本実施の形態に係るバッテリパック搭載構造は、バッテリパック１０００を、そのバッテリ部の中心を車両の幅方向の中心に一致させて、奥行き方向を車両の幅方向にかつ幅方向を車両の前後方向にして、平置きの状態で、後席シートの下方に搭載される。このように搭載した場合、どのシートの乗員との干渉および荷室の荷物との干渉のいずれも問題になることはない。
【００４９】
また、付属品部の冷却ファン４０００を用いて、車室内の温度調節された空気を用いて、チャンバ部４１００を介してバッテリセル１０１０を冷却することができる。
【００５０】
このような本発明の実施の形態に係るバッテリパック搭載構造が採用された車両において、車両がその側方から衝撃を受けた場合を説明する。
【００５１】
図８および図９に示すようにバッテリパック１０００が搭載された車両側方からの衝突を受けて、ドアパネルからバッテリパック１０００へ向う方向に衝撃を受けると、付属品部のある側（図８の紙面において上側）においては、その付属品部まで衝撃が伝わったとしても、付属品部が破損する程度で、バッテリ部は損傷しない。また、付属品部のない側（図８の紙面において下側）においては、ドアパネルからバッテリ部までの距離が長いので、衝撃が伝わりにくく、バッテリ部は損傷しない。このような効果は、たとえば電柱などに側方から車両が衝突するポール側突と呼ばれる場合に特に顕著に発現される。
【００５２】
以上のようにして、本実施の形態に係るバッテリパックの搭載構造によると、リヤシートの下方の位置であって、フロアパネルの上方にバッテリパックを搭載した。バッテリパックは、そのバッテリ部の中心を車両の幅方向の中心に一致させて配置されるため、車両の側突時において、バッテリ部が受ける衝撃を小さくすることができる。このため、バッテリパックが破損する可能性を低くすることができる。
【００５３】
なお、本実施の形態においては、バッテリパック１０００をリヤシートの下方に搭載するとしたが、バッテリパック１０００をリヤシートの後方に、バッテリ部の中心を車両の幅方向の中心に一致させて搭載してもよいし、バッテリパック１０００を運転席シートと助手席シートとの間に、バッテリ部の中心を車両の幅方向の中心に一致させて搭載してもよい。
【００５４】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係るバッテリパックの平面図である。
【図２】図１の側面図である。
【図３】図１の３−３断面図である。
【図４】本発明の第２の実施の形態に係るバッテリパックの部分平面図（その１）である。
【図５】図４の構成を説明する図である。
【図６】図４の構成を説明する回路図である。
【図７】本発明の第２の実施の形態に係るバッテリパックの部分平面図（その２）である。
【図８】本発明の第３の実施の形態に係るバッテリパックの搭載構造を示す平面図である。
【図９】本発明の第３の実施の形態に係るバッテリパックの搭載構造を示す側面図である。
【符号の説明】
１０００ バッテリパック、１０１０ バッテリセル、２０００，２５００ 第１のバッテリユニット、３０００，３５００ 第２のバッテリユニット、２０１０，３０１０ 端子、２１００，２６００，３１００，３６００ 間隙、４０００ 冷却ファン、４１００ チャンバ部。

Claims (7)

1. 車両用バッテリパックの搭載構造であって、
   前記バッテリパックは、バッテリモジュールを備えたバッテリ部と、前記バッテリ部に付属する電気部品を含んで構成される付属品部とから構成され、
   前記バッテリ部の中心と前記車両の幅方向の中心とを一致させたバッテリパック搭載構造。
2. 前記付属品部は、冷却ファン、バッテリＥＣＵを含む、請求項１に記載のバッテリパック搭載構造。
3. 前記バッテリ部と前記付属品部とは、車両の幅方向に並んで搭載される、請求項１または２に記載のバッテリパック搭載構造。
4. 前記バッテリパックは、フロアパネル上に搭載される、請求項１〜３のいずれかに記載のバッテリパック搭載構造。
5. 前記バッテリパックはシート下方に搭載される、請求項４に記載のバッテリパック搭載構造。
6. 前記バッテリパックはリヤシート後方に搭載される、請求項４に記載のバッテリパック搭載構造。
7. 前記バッテリ部は、前記付属品部の冷却ファンにより車室内空気を用いて冷却される、請求項１〜６のいずれかに記載のバッテリパック搭載構造。

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