JP2020155341A - バッテリパック冷却構造 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、バッテリパックの簡素化やコンパクト化を図るべく、バッテリパックを車体に据え付ける据付部材を活用して、冷却流体がケーシング内の各部へ導けるバッテリパックの冷却構造を提供する。【解決手段】本発明は、ケーシング１３と、ケーシングの一方から他方まで延在する据付部材１７を有するバッテリパック１１と、冷却流体をケーシング内の各部へ導入する流体導入系２５を備えたバッテリパック冷却構造２１で、据付部材は、一端側が開口側、他端側が底側の筒形部材で構成され、中間の筒形部分１７ｃがケーシング内に収まり、両端部がケーシングの一方の端側と他方の端側とにおいて車体に据え付け可能とされ、据付部材の開口側の端部に、導入部２７を有し、中間の筒形部分に冷却流体をケーシング内へ導出させる導出部２９を有し、据付部材をケーシング内へ冷却流体を導く流路３１とした。【選択図】図２

Description

本発明は、バッテリパック冷却構造に関する。

ハイブリッド車や電動自動車（いずれも車両）などでは、車体にバッテリパックが据え付けられる。多くのバッテリパックは、バッテリ機器を収めるケーシングを跨いで一方の端側から他方の端側までへ渡る据付部材を用いて、車体、例えば車体の下部に据え付けられる。
そして、ケーシング内に収めたバッテリ機器にて、電力を蓄えたり、蓄えた電力で駆動モータなどの外部機器を作動させたりする。

ところで、ケーシング内のバッテリ機器は、充放電作用や作動に伴う発熱量が多く、ケーシング内が高温になり、バッテリ機器が高温環境に晒されやすい。
このためバッテリパックでは、熱によるバッテリ機器の性能低下を抑えるため、特許文献１に開示されているように冷却流体、例えば車室内空気をケーシング内の各部へ供給して、ケーシング内のバッテリ機器を冷却することが行われている。

バッテリ機器の冷却の多くは、ケーシング内の各部と車室内との間を中継する専用の中継ダクトを設け、この中継ダクトを通じて、車室内の空気をケーシング内の各部へ導く構造が用いられている。つまり、専用の冷却ダクトを用いて、車室内の空気（冷却流体）で、ケーシング内のバッテリ機器を冷却する手法が採用されている。

特開２０１８−９５０６１号公報

ところで、バッテリパックでも、他の分野の機器と同様、簡素化やコンパクト化が求められる。
ところが、バッテリパックでは、簡素な構造で、バッテリ機器を冷却する技術は見られなく、バッテリパックの簡素化やコンパクト化に貢献できる冷却の技術が要望されている。

そこで、本発明の目的は、バッテリパックの簡素化やコンパクト化を図るべく、バッテリパックを車体に据え付ける据付部材を活用して、冷却流体がケーシング内の各部へ導けるバッテリパックの冷却構造を提供する。

本発明の態様は、バッテリ機器が収められたケーシングと、同ケーシングの一方の端側から他方の端側まで延在されケーシングを車体に据え付け可能とした据付部材とを有するバッテリパックと、バッテリ機器を冷却する冷却流体をケーシング内の各部へ導入する流体導入系とを備えたバッテリパック冷却構造であって、据付部材は、ケーシングの一方の端側から他方の端側まで連続した筒形をなし、一端側を開口側とし、他端側を底側とした筒形部材で構成され、筒形部材の開口側と底側との間の筒形部分がケーシング内に収まり、両端部がケーシングの一方の端側と他方の端側とにおいてケーシング外に突き出して車体に据え付け可能とされ、流体導入系は、据付部材の開口側の端部に、冷却流体を据付部材の内部へ導く導入部を有し、据付部材のケーシング内に配置される筒形部分に、ケーシング内に開口し、流入された冷却流体をケーシング内へ導出させる複数の導出部を有し、据付部材の内部を、ケーシング内の各部へ冷却流体を導く流路とした。

本発明によれば、バッテリパックを車体に据え付ける据付部材自身が、ケーシング内の各部に冷却流体を導く流路を兼ねるので、バッテリパックは、別途、冷却流体をケーシング内の各部へ導く専用のダクトは不要のまま、バッテリパックに収めたバッテリ機器の冷却が行える。
それ故、バッテリパックは、据付部材の活用により、冷却流体を導入する専用のダクト類は不要となり、部品点数の削減化やコンパクト化が図れる。

本発明の一実施形態に係る態様となるバッテリパック冷却構造を示す斜視図。 同バッテリパック冷却構造の各部を示す斜視図。 バッテリパックの縦側断面図。

以下、本発明を図１から図３に示す一実施形態にもとづいて説明する。
図１（ａ）は、例えば４８Ｖバッテリパック１１（以下、単にバッテリパック１１という）を搭載したマイルドハイブリッド車（例えば乗用車）のリヤ側を示している。マイルドハイブリッド車とは、４８Ｖバッテリに蓄えた電力でモータ（図示しない）を駆動してエンジンを始動させたり、エンジン駆動による走行をアシストしたり、車載電気機器の電力を賄ったり、駆動モータからの回生電力を蓄えたりなどを可能とした車両をいう。以下、単に車両と称す。

この車両の主な構成を説明すると、図１（ａ）中の符号１は車両の車体、３は車体１の車室、５は車室３に据え付けたリヤシート、７は車室３のリヤ側に形成された荷室をそれぞれ示している。ちなみに、車室３の前側には、エンジンやモータなどで構成されたパワーユニット（図示しない）が配置される。
この車両のうち、図１（ｂ）にも示されるように例えば荷室７のフロア７ａの一部、例えばリヤシート５の直後となるフロア部分に、バッテリパック１１が搭載される。さらに述べると、同フロア部分には扁平な凹部８が形成されていて、バッテリパック１１は、この凹部８内に配置されている。

このバッテリパック１１は、例えば図１（ｂ）に示されるように車幅方向に延びる偏平なケーシング１３内に、バッテリ機器として、４８Ｖのバッテリ１４（例えばバッテリモジュールを接続してなる）や、ＤＣ／ＤＣコンバータ１５（本願のコンバータ機器に相当）を収めた構造となっている。ちなみに、バッテリ１４は車載電気機器を作動させる電力を蓄え、ＤＣ／ＤＣコンバータ１５は車載電気機器の動作に適した電源電圧に変換するものである。

具体的には、図２に示されるようにケーシング１３は、車幅方向に延びる偏平なトレイ１３ａと、同トレイ１３ａの上方の開口を塞ぐ偏平なカバー１３ｂとを有して構成される。このうちトレイ１３ａの底面の前後方向両側には、一対の車幅バッテリ機器据付用の据付台部１６が設けられる。この据付台部１６の車幅方向一方側にバッテリ１４が据え付けられ、据付台部１６の車幅方向他方側にＤＣ／ＤＣコンバータ１５が据え付けられる。むろん、図示はしないが端子台や制御機器なども据え付けられる。

そして、カバー１３ｂにてトレイ１３ａの上方の開口が塞がれることで、バッテリ１４やＤＣ／ＤＣコンバータ１５や端子台（図示しない）や制御機器（図示しない）などを一つの機器として集約している。
またケーシング１３には、車体１に据え付けるための据付部材、例えばクロスメンバ１７が組み付けられている。クロスメンバ１７は車幅方向に沿って延びる部材で、十分な剛性を有する（強度部材）。このクロスメンバ１７は、ケーシング１３の一方の端側から他方の端側まで連続して延在する。

このクロスメンバ１７の各端部は、荷室７のフロア７ａを支持している車体１の骨格部材、例えばサイドレール１ａが有る位置まで延びている（図１に図示）。このクロスメンバ１７の両端部に設けた取付座部１７ａが、ボルトナットなど締結具（図示しない）にて、それぞれサイドレール１ａに固定され、バッテリパック１１を凹部８内に据え付けている。ちなみにケーシング１３は、図示はしないがブラケットによっても固定してある。

このバッテリパック１１に、ケーシング１３内のバッテリ１４やＤＣ／ＤＣコンバータ１５を冷却するバッテリパック冷却構造２１が組み込まれている。このバッテリパック冷却構造２１は、冷却流体として例えば車室３内の空気をケーシング１３内の各部へ導く流体導入系２５を有して構成される。この流体導入系２５に、クロスメンバ１７を活用して、車室３内の空気をケーシング１３内の各部へ導く構造が採用されている。

同流体導入系２５を説明すると、図１、図２および図３のバッテリパック１１の縦側断面図に示されるように流体導入系２５は、クロスメンバ１７に筒形部材、例えばケーシング１３の一方の端側から他方端側まで連続した有底の偏平角筒形の部材を用い、このクロスメンバ１７に電動ファン１９を組み合わせた構造となっている。
すなわち、流体導入系２５には、ケーシング１３内にクロスメンバ１７をケーシング内面に沿って貫通させ、電動ファン１９の吸込力により車室内の空気（冷却流体）をクロスメンバ１７内へ引き込み、ケーシング１３内の各部へ導入させる手法が用いられている。

具体的には、偏平角筒形のクロスメンバ１７は、一端側が開口側となり、他端側が栓部材１７ｂによって底側となり、有底をなす。そして、開口側と底側との間の中間部分１７ｃが、トレイ１３ａの内面形状にならう凹形に曲成される。このクロスメンバ１７の中間部分１７ｃが、図２および図３に示されるようにトレイ１３ａの底面の車幅方向中央（据付台部１６間）、各端面の車幅方向中央（いずれもケーシング内面）に這わせるように配置される。むろん、中間部分１７ｃの各部は、トレイ１３ａの内面に取着される。

またクロスメンバ１７の両端部は、トレイ１３ａの開口縁部に設けた貫通用の凹み部１３ｃからトレイ１３ａ外へ突き出る。この各端部に上記取付座部１７ａが設けられ、通常のクロスメンバのときと同様、取付座部１７ａや締結具によって車体１のサイドレール１ａに据え付けられる。
そして、このトレイ１３ａの開口縁部に、上記カバー１３ｂが液密的に取り付けられるにしたがい、クロスメンバ１７の中間部分１７ｃが、ケーシング１３内に収められる構造となっている（貫通配置）。

このクロスメンバ１７の開口側の端部には、図１〜図３に示されるように導入部をなすダクト接続部２７が設けられる。またケーシング１３内に収められた中間部分１７ｃの上壁部の各部には、複数の導出孔２９（本願の導出部に相当）が設けられる。
つまり、ケーシング１３内には、クロスメンバ１７を活用して、ダクト接続部２７から導出孔２９へ向かう流路３１が形成される（図３に図示）。

ダクト接続部２７には、例えば車室３に開口する吸込用のダクト３３が接続される。またダクト接続部２７と反対側となるカバー１３ｂの端壁には、開口３４が形成されていて、この開口３４に電動ファン１９の吸込部が接続される。さらに電動ファン１９の吹出部は、吹出空気を車室外へ導く吹出用のダクト３５が接続される。
すなわち、流体導入系２５は、電動ファン１９の運転により、車室３内の空気を吸込用のダクト３３から引いて、クロスメンバ１７の内部の流路３１に流通させ、複数の導出孔２９からケーシング１３内の各部へ導出させる。つまり、クロスメンバ１７を利用して、車室３内の空気がケーシング１３内の各部へ導ける構造となっている。むろん、ケーシング１３内へ導出された空気は、吹出用のダクト３５から車室外へ導出される。

ちなみにバッテリ機器が据え付く据付台部１６の高さ方向の寸法は、クロスメンバ１７の厚み方向の寸法より大きく設定されている。
またバッテリ１４は、流路３１の上流側に位置する導出孔２９の近辺、例えば導出孔２９の直上に配置される。ＤＣ／ＤＣコンバータ１５は、流路３１の下流側に位置する導出孔２９の近辺、例えば導出孔２９の直上に配置され、導出孔２９から流出する車室３内の空気で、バッテリ機器たる、バッテリ１４、ＤＣ／ＤＣコンバータ１５が効果的に冷却されるようにしている。

特に流通方向に直列に並ぶ導出孔２９は、下流に至るにしたがい開口が大きくなるよう設定されている。これにより、上流側のバッテリ１４や下流側のＤＣ／ＤＣコンバータ１５に対して、均一な流量で導出孔２９から車室内の空気を導出させ、例えば「６０〜７０℃」に達するようなバッテリ１４でも、例えば「１００℃以上」に達するようなＤＣ／ＤＣコンバータ１５でも、十分に冷却が行われるようにしている。

つぎに、図３を参照してバッテリパック冷却構造の作用について説明する。
今、ケーシング１３内の機器の冷却を開始すべく電動ファン１９が運転を始めたとする。
すると、車室３内の空気は、電動ファン１９の吸込力により、図３中の矢印ａに示されるように吸込用のダクト３３の吸込口（図示しない）から取り込まれる。この空気は、ダクト接続部２７を通じて、クロスメンバ１７の内部、すなわち流路３１へ流れ込む。これにより、車室３内の空気は、ケーシング１３内へ流れ込む。ケーシング１３内に流れ込んだ空気は、流路３１の上流側から下流側に沿って流れ、流路途中に有る導出孔２９から、ケーシング１３内の各部へ導出される。

このケーシング１３内へ導出される空気にて、バッテリ機器たる、ケーシング１３内に収められたバッテリ１４や、ＤＣ／ＤＣコンバータ１５や、端子台や、制御機器などが冷却される。
このとき、図３中の矢印ｂのように流路３１の上流側に位置する導出孔２９からは、バッテリ１４の近辺へ向け空気が吹き出され、流路３１の下流側に位置する導出孔２９からは、ＤＣ／ＤＣコンバータ１５の近辺へ向け空気が吹き出されるため、発熱量の多い機器であるバッテリ１４やＤＣ／ＤＣコンバータ１５でも十分に冷却される。

特に導出孔２９は、流路３１の下流側へ向かうにしたがい開口が大きくしてあるので、下流側でも、冷却に必要な空気流量が確保されるので、下流側に配置されたＤＣ／ＤＣコンバータ１５の冷却性が損なわれることはない。
冷却を終えたケーシング１３内の空気は、矢印ｄのように開口３４からケーシング１３外へ導出される。そして、電動ファン１９を経て、吹出用のダクト３５から車室３外へ導出される。

以上、上述したようにクロスメンバ１７の中間部分１７ｃをケーシング１３内に収めてクロスメンバ１７（据付部材）自身が、ケーシング１３内の各部に車室３の空気（冷却流体）を導く流路３１を兼ねる構造としたことにより、バッテリパック１１は、別途、冷却流体をケーシング１３内の各部へ導く専用のダクト類は不要なまま、内部に収めたバッテリ１４、ＤＣ／ＤＣコンバータ１５といったバッテリ機器の冷却を行うことができる。

したがって、バッテリパック１１は、今まで必要とされていた専用の冷却流体を導入するダクト類の部品は、クロスメンバ１７（据付部材）を活用することによって不要となり、その分、バッテリパック１１の部品点数の削減化やコンパクト化を図ることができる。
しかも、クロスメンバ１７の中間部分１７ｃは、トレイ１３ａの内面（ケーシング内面）に沿って延在されるだけでなく、流通方向に沿って導出孔２９が直列に配置され、上流側の導出孔２９の近辺にバッテリ１４が配置され、下流側の導出孔２９の近辺にＤＣ／ＤＣコンバータ１５（コンバータ）が配置されるようにしたので、バッテリ１４、ＤＣ／ＤＣコンバータ１５の冷却が十分にできる。

特に、導出孔２９の開口は、下流に至るにしたがい大きくなるよう設定したので、下流側に、バッテリ１４よりも高温になりやすいＤＣ／ＤＣコンバータ１５が配置されても、十分な冷却流量が確保できる。
なお、本発明は、上述した一実施形態に限定されるものではなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲内で種々可変して実施しても構わない。例えば上述した一実施形態では、据付部材としてクロスメンバ（車幅方向に延びる部材）を用いた例を挙げたが、据付部材としてサイドメンバ（車両前後方向に延びる部材）を用いるバッテリパックであれば、サイドメンバに本発明のバッテリパック冷却構造を適用しても構わない。クロスメンバ、サイドメンバが複数本の場合でも、本発明は適用できることはいうまでない。もちろん、バッテリパックは、４８Ｖバッテリパックでなく、通常のシリーズモード、パラレルモードなどで使用される高電圧のバッテリパックでも構わない。

１１ バッテリパック
１３ ケーシング
１４，１５ バッテリ、ＤＣ／ＤＣコンバータ（バッテリ機器）
１７ クロスメンバ（据付部材）
２１ バッテリパック冷却構造
２５ 流体導入系
２７ ダクト接続部（導入部）
２９ 導出孔（導出部）
３１ 流路

Claims (3)

1. バッテリ機器が収められたケーシングと、同ケーシングの一方の端側から他方の端側まで延在され前記ケーシングを車体に据え付け可能とした据付部材とを有するバッテリパックと、
   前記バッテリ機器を冷却する冷却流体を前記ケーシング内の各部へ導入する流体導入系と、を備えたバッテリパック冷却構造であって、
   前記据付部材は、前記ケーシングの一方の端側から他方の端側まで連続した筒形をなし、一端側を開口側とし、他端側を底側とした筒形部材で構成され、前記筒形部材の開口側と底側との間の筒形部分が前記ケーシング内に収まり、両端部が前記ケーシングの一方の端側と他方の端側とにおいてケーシング外に突き出して前記車体に据え付け可能とされ、
   前記流体導入系は、前記据付部材の開口側の端部に、前記冷却流体を前記据付部材の内部へ導く導入部を有し、前記据付部材のケーシング内に配置される筒形部分に、前記ケーシング内に開口し、流入された冷却流体を前記ケーシング内へ導出させる複数の導出部を有し、
   前記据付部材の内部を、前記ケーシング内の各部へ前記冷却流体を導く流路とした
   ことを特徴とするバッテリパック冷却構造。
2. 前記ケーシング内に収められたバッテリ機器は、バッテリ、コンバータ機器であり、
   前記筒形部材の開口側と底側との間の筒形部分は、前記ケーシングの内面に沿って延在され、
   前記複数の導出部は、前記筒形部分における流通方向に沿って直列に並んで配置され、
   前記流路の上流側に位置する導出部の近辺には前記バッテリが配置され、前記流路の下流側に位置する導出部の近辺には前記コンバータ機器が配置される
   ことを特徴とする請求項１に記載のバッテリパック冷却構造。
3. 前記導出部の開口は、前記流路の上流側から下流側に至るにしたがい大きく設定される
   ことを特徴とする請求項２に記載のバッテリパック冷却構造。

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