JP4176884B2 - 電気自動車のバッテリ格納構造および格納方法 - Google Patents
電気自動車のバッテリ格納構造および格納方法 Download PDFInfo
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、バッテリを動力源とする電気自動車のバッテリ格納構造およびバッテリ格納方法に関する。
【０００２】
【発明が解決しようとする課題】
この発明は、電気自動車に搭載されるバッテリの冷却性能を向上させることを目的としている。
【０００３】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するために、請求項１の発明は、バッテリの外周面と、このバッテリが収容されるケース内面との間に設けた空間に、熱伝導性を有する絶縁材を充填し、この絶縁材は、少なくとも充填作業時には液状で、かつ熱伝導性充填剤を含有するシリコーンゴムであり、前記熱伝導性充填剤は、酸化アルミニウム、窒化ホウ素、窒化アルミニウム、炭化ケイ素、水酸化アルミニウムのいずれかで構成されている。
【０００４】
このような構成の電気自動車のバッテリ格納構造によれば、バッテリとケース内面との間の空間に、液状の絶縁材を充填することで、空間内は空気層が排除されて絶縁材で満たされ、バッテリから発生する熱は、隙間なく充填された絶縁材を介してケースから外部に効率よく放出される。
また、電気絶縁材としては、一般に電気絶縁性が１０ 12 Ω・ｃｍ以上であることが望ましく、シリコーンゴムは、電気絶縁性が１０ 12 〜１０ 16 Ω・ｃｍであり、かつ耐熱性および耐寒性に優れているので、好適である。
さらに、酸化アルミニウム、窒化ホウ素、窒化アルミニウム、炭化ケイ素、水酸化アルミニウムのいずれかで構成した熱伝導性充填剤の電気絶縁性および熱伝導性が向上する。
請求項２の発明は、バッテリの外周面と、このバッテリが収容されるケース内面との間に設けた空間に、熱伝導性を有する絶縁材を充填し、この絶縁材は、少なくとも充填作業時には液状で、かつ熱伝導性充填剤を含有するシリコーンゴムであり、このシリコーンゴムは、液状付加硬化型オルガノポリシロキサン組成物からなり、前記熱伝導性充填剤の含有量は、オルガノポリシロキサン１００重量部に対し、１００ないし１０００重量部である。
請求項３の発明は、シリコーンゴムは、液状付加硬化型オルガノポリシロキサン組成物からなり、熱伝導性充填剤の含有量は、オルガノポリシロキサン１００重量部に対し、１００ないし１０００重量部である。
オルガノポリシロキサン１００重量部に対し、熱伝導性充填剤の含有量が１００重量部より少ないと、熱伝導率が不充分となり、同１０００重量部より多くなると、オルガノポリシロキサンに対する充填性が劣り、粘度が上昇して取り扱いが不便となる。
【０００５】
請求項４の発明は、請求項１ないし３のいずれか１項の発明の構成において、バッテリは、両端に端子を備えた円柱形状を呈し、ケースは前記バッテリに対応した円筒形状部を有し、前記バッテリとケース内面との間に設けた環状空間に絶縁材が充填されている構成としてある。
【０００６】
上記構成によれば、ケースの円筒形状部内面とバッテリとの間には、環状空間が形成され、この環状空間に充填された絶縁材を介してバッテリの熱が外部に放出される。
【０００７】
請求項５の発明は、請求項４の発明の構成において、環状空間は、バッテリの両端付近に設けたシールリングによって密封されている構成としてある。
【０００８】
上記構成によれば、環状空間に充填された液状の絶縁材は、シールリングによって密封される。
【０００９】
請求項６の発明は、請求項５の発明の構成において、シールリングは、バッテリの両端付近の外周部に設けた環状のスペーサと、ケースとの間に介装されている構成としてある。
【００１０】
上記構成によれば、環状のスぺーサによってバッテリとケースとの間に環状空間が形成され、この環状空間はシールリングによって密封される。
【００１１】
請求項７の発明は、請求項４ないし６のいずれか１項の発明の構成において、環状空間に対応するケースには、絶縁材の注入口と、空気排出口とがそれぞれ設けられている。
【００１２】
上記構成によれば、ケースの注入口から液状の絶縁材を注入すると、これに対応して空気排出口から環状空間内の空気がケース外部に排出される。
【００１５】
請求項８の発明は、請求項１ないし７のいずれか１項の発明の構成において、液状にて充填されるシリコーンゴムは、充填後硬化するものである。
【００１６】
シリコーンゴムとして、例えば液状付加硬化型オルガノポリシロキサン組成物を使用することで、充填後硬化する。
【００１７】
請求項９の発明は、請求項８の発明の構成において、シリコーンゴムは、加熱により硬化するものである。
【００１８】
上記構成によれば、液状のシリコーンゴムは、加熱により、硬化反応が促進する。
【００１９】
請求項１０の発明は、請求項８または９の発明の構成において、硬化したシリコーンゴムは、アスカーＣ硬度が３０以下である。
【００２０】
上記構成によれば、アスカーＣ硬度が３０以下のシリコーンゴムは、柔軟性に優れ、バッテリとケースとの間の環状空間に隙間なく対応し、硬化後の膨張によるバッテリへの応力も緩和されるとともに、衝撃吸収性も向上する。
【００２５】
請求項１１の発明は、両端に端子を備えた円柱形状のバッテリを、円筒形状のケース内のバッテリ収容空間に収容し、前記バッテリとケース内面との間に設けた環状空間に、液状の絶縁材を充填後、硬化させる電気自動車のバッテリ格納方法であって、酸化アルミニウム、窒化ホウ素、窒化アルミニウム、炭化ケイ素、水酸化アルミニウムのいずれかで構成されている熱伝導性充填剤を含有するシリコーンゴムからなる前記絶縁材を、前記環状空間に充填後、硬化させるバッテリ格納方法としてある。
【００２６】
上記バッテリ格納方法によれば、環状空間内の空気層が確実に排除され、バッテリから発生する熱は、隙間なく充填された絶縁材を介してケースから外部に効率よく放出される。
また、電気絶縁材としては、一般に電気絶縁性が１０ 12 Ω・ｃｍ以上であることが望ましく、シリコーンゴムは、電気絶縁性が１０ 12 〜１０ 16 Ω・ｃｍであり、かつ耐熱性および耐寒性に優れているので、好適である。
さらに、酸化アルミニウム、窒化ホウ素、窒化アルミニウム、炭化ケイ素、水酸化アルミニウムのいずれかで構成した熱伝導性充填剤の電気絶縁性および熱伝導性が向上する。
請求項１２の発明は、両端に端子を備えた円柱形状のバッテリを、円筒形状のケース内のバッテリ収容空間に収容し、前記バッテリとケース内面との間に設けた環状空間に、液状の絶縁材を充填後、硬化させる電気自動車のバッテリ格納方法であって、液状付加硬化型オルガノポリシロキサン組成物からなるシリコーンゴムの熱伝導性充填剤の含有量が、オルガノポリシロキサン１００重量部に対し、１００ないし１０００重量部である前記シリコーンゴムからなる絶縁材を、前記環状空間に充填後、硬化させるバッテリ格納方法としてある。
オルガノポリシロキサン１００重量部に対し、熱伝導性充填剤の含有量が１００重量部より少ないと、熱伝導率が不充分となり、同１０００重量部より多くなると、オルガノポリシロキサンに対する充填性が劣り、粘度が上昇して取り扱いが不便となる。
【００２７】
【発明の効果】
請求項１の発明によれば、バッテリとケース内面との間に形成した空間に、液状の絶縁材を充填するようにしたので、空間内の空気層を確実に排除でき、バッテリから発生する熱は、隙間なく充填された絶縁材を介してケースから外部に効率よく放出できてバッテリの冷却性能が向上し、寿命も向上する。
また、絶縁材は、熱伝導性充填剤を含有するシリコーンゴムとしたので、電気絶縁性を充分確保しつつ、バッテリの熱をケース外部へ効率よく放出できる。
さらに、シリコーンゴムに充填される熱伝導性充填剤は、酸化アルミニウム、窒化ホウ素、窒化アルミニウム、炭化ケイ素、水酸化アルミニウムのいずれかで構成されているので、電気絶縁性および熱伝導性を向上させることができる。
請求項２または３の発明によれば、熱伝導性充填剤は、含有量が、オルガノポリシロキサン１００重量部に対し、１００〜１０００重量部としたので、熱伝導率が充分得られると同時に、オルガノポリシロキサンに対する充填性が優れ、粘度が上昇することなく取り扱いも容易となる。
【００２８】
請求項４の発明によれば、バッテリの熱は、バッテリとケースとの間の環状空間に隙間なく充填された絶縁材を介して外部に効率よく放出することができる。
【００２９】
請求項５の発明によれば、環状空間に充填された液状の絶縁材は、シールリングによって密封されているので、外部への漏れを防止することができる。
【００３０】
請求項６の発明によれば、環状のスペーサによってバッテリとケースとの間に環状空間が形成され、この環状空間をシールリングによって密封することができる。
【００３１】
請求項７の発明によれば、ケースの注入口から液状の絶縁材を注入することで、空気排出口から環状空間内の空気がケース外部に排出され、これにより環状空間内の空気層を確実に排除することができる。
【００３３】
請求項８の発明によれば、液状のシリコーンゴムは、充填後硬化した状態で、バッテリから発生した熱をケース外部に放出し、バッテリを冷却することができる。
【００３４】
請求項９の発明によれば、液状のシリコーンゴムは、加熱により、硬化反応が促進し、短時間で硬化させることができる。
【００３５】
請求項１０の発明によれば、加熱により硬化したシリコーンゴムは、アスカーＣ硬度が３０以下としたので、柔軟性に優れ、バッテリとケースとの間の空間に隙間なく対応し、硬化後の膨張によるバッテリへの応力も緩和されるとともに、衝撃吸収性も向上する。
【００３８】
請求項１１の発明によれば、環状空間内の空気層が確実に排除され、バッテリから発生する熱は、隙間なく充填された絶縁材を介してケースから外部に効率よく放出されてバッテリの冷却性能が向上し、寿命も向上する。
また、絶縁材は、熱伝導性充填剤を含有するシリコーンゴムとしたので、電気絶縁性を充分確保しつつ、バッテリの熱をケース外部へ効率よく放出できる。
さらに、シリコーンゴムに充填される熱伝導性充填剤は、酸化アルミニウム、窒化ホウ素、窒化アルミニウム、炭化ケイ素、水酸化アルミニウムのいずれかで構成されているので、電気絶縁性および熱伝導性を向上させることができる。
請求項１２の発明によれば、熱伝導性充填剤は、含有量が、オルガノポリシロキサン１００重量部に対し、１００〜１０００重量部としたので、熱伝導率が充分得られると同時に、オルガノポリシロキサンに対する充填性が優れ、粘度が上昇することなく取り扱いも容易となる。
【００３９】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施の形態を図面に基づき説明する。
【００４０】
図１は、この発明の実施の一形態を示す電気自動車のバッテリ格納構造を備えたバッテリユニットの分解斜視図であり、図２は、上記したバッテリユニットを搭載した電気自動車の側面図である。バッテリを構成するバッテリセル１は、円柱形状を呈して両端に端子１ａを備えたものが複数使用される。このバッテリセル１を収容するケース３は、アルミニウム製の押し出し材で構成されて車幅方向に２個並列に配置され、内部には、車体前方側あるいは車体後方側からの拡大された正面図である図３に示すように、車体前後方向に貫通するバッテリ収容空間５ａを有する円筒形状部５が上下２段にそれぞれ４個ずつ全部で８個形成されている。
【００４１】
これらの各バッテリ収容空間５ａには、バッテリセル１が３個直列に接続された状態で収容される。このため、８個のバッテリ収容空間５ａを備えた１個のケース３には、２４個のバッテリセル１が収容されることになり、ここではケース３を２個を使用しているので、車両全体では４８個のバッテリセル１を使用することになる。
【００４２】
ケース３は、図３に示すように、上段側および下段側のそれぞれの４個のバッテリ収容空間５ａを有する２個のケース単体７から構成され、これら各ケース単体７相互が２カ所の結合部９にて結合固定されている。結合部９は、１個のケース単体７における４個のバッテリ収容空間５ａの中央２個の、相手側のケース単体７に対向する位置に設けられている。上記した２個のケース単体７は、上下を逆に配置して使用しているだけで、互いに同一形状である。
【００４３】
上記２個のケース単体７相互間には、外気を車両前方から導入して同後方に排出する冷却風導入空間１１が形成されている。上部側のケース単体７の上部には天板１３が、下部側のケース単体７の下部には底板１５がそれぞれボルトにより固定され、天板１３および底板１５とケース単体７との間には、冷却風導入空間１７および１９がそれぞれ形成されている。
【００４４】
各ケース単体７の周囲適宜位置には、図１に示されている端子カバー２１を、ケース３の車体前後方向両端に固定するためのねじ孔２３が形成されている。端子カバー２１は、ケース３の車体前後方向両端に、８個のバッテリ収容空間５ａを密閉状に閉塞して装着するもので、この装着状態でケース３側の冷却風導入空間１１に整合する冷却風導入孔２１ａが形成されている。
【００４５】
端子カバー２１は、ケース３に、バッテリセル１が収容されるとともに、端子カバー２１が装着された状態での図３の拡大されたＡ−Ａ断面図に相当する図４に示すように、バッテリ収容空間５ａの内周面に近接あるいは密着した状態で入り込む環状の嵌入部２１ｂが形成されている。この嵌入部２１ｂとバッテリセル１との間および、バッテリセル１相互間には、バッテリセル１を位置決めするための円筒形状のスペーサ２５および２７がそれぞれ介装されている。各スペーサ２５，２７とケース３の円筒形状部５の内周面との間には、僅かな隙間が形成されており、各スペーサ２５，２７の外周面に嵌め込まれたシールリング２９によって上記隙間がシールされる。また、各スペーサ２５，２７とバッテリセル１の端面との間にも、シールリング３１が介装されている。
【００４６】
各スペーサ２５，２７は、バッテリセル１の端部外周面に密着する環状の突起部２５ａ，２７ａを備えている。この突起部２５ａ，２７ａに支持されたバッテリセル１とケース３の内周面との間には、環状空間３３が形成され、この環状空間３３には、熱伝導性の高い絶縁材３５が充填されている。すなわち、この絶縁材３５により、バッテリセル１とケース３との間の電気的絶縁を図ると同時に、バッテリセル１から発生する熱をケース３およびその外部に放出する。
【００４７】
絶縁材３５は、熱伝導性充填剤を含有するシリコーンゴム（例えば、液状付加硬化型オルガノポリシロキサン組成物）であり、充填時には液状であり、充填後ゲル状に硬化させるものとする。硬化した絶縁材３５により、バッテリセル１の固定補助も可能となる。硬化させる際には、加熱することで硬化反応が促進し、短時間で硬化し、生産性が向上する。電気絶縁材としては、一般に電気絶縁性が１０12Ω・ｃｍ以上であることが望ましく、その点シリコーンゴムは電気絶縁性が１０12〜１０16Ω・ｃｍであり、かつ耐熱性および耐寒性に優れているので、好適である。
【００４８】
液状のシリコーンゴムを注入するために、ケース３の円筒形状部５には、１つの注入口３７と２つの空気排出口３９とが設けられている。注入口３７は、図４中で左右方向のほぼ中央部に位置し、空気排出口３９は、注入口３７と相対する反対側の左右方向両端付近に位置している。上記中央に位置する注入口３７から液状のシリコーンゴムを注入することで、環状空間３３内の空気が両端の空気排出口３９から追い出されて外部に排出され、これにより環状空間３３は、シリコーンゴムが隙間なく充填されることとなる。
【００４９】
なお、シリコーンゴムの注入作業においては、２つのケース単体７相互を結合しない単体のまま行う方が作業性がよく、注入後硬化するまで注入口３７および空気排出口３９は適宜の栓を用いて塞いでおくものとする。
【００５０】
上記シリコーンゴムに充填する熱伝導性充填剤としては、電気絶縁性に優れ、かつ熱伝導性がよい酸化アルミニウム、窒化ホウ素、窒化アルミニウム、炭化ケイ素、水酸化アルミニウムなどから選ばれる少なくとも１種の球状、粉状、繊維状、針状、鱗片状などのものを使用する。シリコーンゴムに対する熱伝導性充填剤の含有量としては、熱伝導性充填剤およびオルガノポリシロキサンの種類によっても異なるが、オルガノポリシロキサン１００重量部に対し、１００〜１０００重量部が望ましい。熱伝導性充填剤の含有量が１００重量部より少ないと、熱伝導率が不充分となり、同１０００重量部より多くなると、オルガノポリシロキサンに対する充填性が劣り、粘度が上昇して取り扱いが不便となる。
【００５１】
なお、熱伝導性充填剤の表面を公知のカップリング剤で処理することにより、分散性を向上させることが可能である。また、シリコーンゴム層の熱伝導率は、１×１０-3ｃａｌ／ｃｍ・ｓ・℃以上が好ましい。
【００５２】
絶縁材３５のベース材となるシリコーンゴム層は、前述したオルガノポリシロキサンを硬化させることによって得られる。硬化方法については、特に限定されるものではなく、例えば、ビニル基を含むオルガノポリシロキサンと、ケイ素原子にハイドロジエン基を含むオルガノポリシロキサンと、白金系触媒とからなる付加反応タイプや、有機過酸化物によるラジカル反応タイプ、縮合反応タイプ、紫外線や電子線による硬化タイプなどが挙げられる。これらのうちで、熱伝導性充填剤を充填しやすい液状のオルガノポリシロキサンによる付加反応タイプを用いることが望ましい。
【００５３】
また、公知の補強用のシリカや難燃剤、着色剤、耐熱向上剤、接着助剤、粘着剤などを適宜配合することもできる。
【００５４】
上記シリコーンゴム層は、硬化後の硬度は特定するものではないが、アスカーＣ硬度で３０以下の場合が柔軟性に優れたものとなる。これにより、バッテリセル１とケース３との間の隙間（環状空間３３）に対応しやすく、密着性に優れて空気層の発生を確実に防ぐことができ、バッテリセル１がより均一に冷却される。また、硬化後の膨張によるバッテリセル１への応力も緩和されるとともに、衝撃吸収性も向上する。シリコーンゴム層の厚さは、用途によって決定されるが、通常は０．２ｍｍ〜２０ｍｍの範囲が実用的である。
【００５５】
端子カバー２１の嵌入部２１ｂの外周側部分において、端子カバー２１とケース３の端面との間には、シール材４１が介装されている。すなわち、このシール材４１は、それぞれのバッテリ収容空間５ａの周囲を囲むように環状に形成された８個のものが、一体化されている。
【００５６】
さらに、上記端子カバー２１の内面には、隣接する（図４では上下に隣接する）バッテリセル１相互を電気的に導通させるためのバスバー４３が設けられている。図４に示すバスバー４３のバッテリセル１に対向する位置には雄端子具４５が設けられ、一方バッテリセル１の端子１ａには、雄端子部４５が挿入される雌端子具４７が設けられている。
【００５７】
バッテリセル１の上記雌端子具４７と反対側の端子１ａには、雄端子具４９が設けられ、この雄端子具４９は、他のバッテリセル１の雌端子具４７に挿入される。車体後方側（図４中で右側）の他の端子カバー２１のバッテリセル１に対向する位置には、バッテリセル１の雌端子具４７と同様な雌端子具が設けられ、この雌端子具には、バッテリセル１の雄端子具４９が挿入される。
【００５８】
これにより、３個直列に配置されたバッテリセル１は、両端の端子カバー２１のバスバー４３相互間で電気的に接続されることになるとともに、バスバー４３によって上下あるいは左右に隣接するバッテリセル１相互が導通接続された状態となり、このようなバスバー４３および雄雌各端子具により、１個のケース３内に設けられた２４個のバッテリセル１相互が電気的に直列に接続されるようになっている。直列接続された両最端部のバッテリセル１の端子１ａからは、図示していないが、リード線などによって外部に引き出される。
【００５９】
並列配置された２個のケース３それぞれの車体後方側の端部には、排気ダクト５１が装着される。排気ダクト５１は、車体前方側に開口部が形成され、この開口部に、天板１３および底板１５を装着した状態のケース３の端部が挿入された状態で、天板１３および底板１５を固定するためのボルトにより、天板１３および底板１５と共締めによりケース３に固定される。
【００６０】
排気ダクト５１の後面の開口部が形成された部位には排気用ファン５３が装着される。排気用ファン５３は、車両停止時に作動して外気を強制的に冷却風導入空間１１に導入する一方、車両走行時に停止して、冷却風導入空間１１に走行風が導入されるものとするが、走行時であっても必要とあれば作動するような構成としてもよい。
【００６１】
上記した天板１３、底板１５、端子カバー２１、排気ダクト５１および排気用ファン５３が装着されたケース３は、図１に示すように、２本の支持ブラケット５５を用い、図２に示すように、車体５７のフロア下面５７ａにボルトにより固定装着される。
【００６２】
上記したような電気自動車のバッテリ格納構造によれば、バッテリセル１とケース３との間の環状空間３３に、熱伝導性充填剤を含有する液状のシリコーンゴムを注入後、硬化させて絶縁材３５としてある。液状のシリコーンゴムを注入するため、環状空間３３は、空気層が発生しにくく、隙間なく絶縁材３５で満たされることとなり、この結果バッテリセル１を均一に冷却でき、バッテリセル１の寿命が向上する。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の一形態を示す電気自動車のバッテリ格納構造を備えたバッテリユニットの分解斜視図である。
【図２】図１のバッテリユニットを搭載した電気自動車の側面図である。
【図３】図１のバッテリユニットにおけるバッテリセルを収容するケースの正面図である。
【図４】図３における、バッテリセルを収容した状態でのＡ−Ａ断面図である。
【符号の説明】
１ バッテリセル
１ａ 端子
３ ケース
２５，２７ スペーサ
２９ シールリング
３３ 環状空間
３５ 絶縁材
３７ 注入口
３９ 空気排出口
【発明の属する技術分野】
この発明は、バッテリを動力源とする電気自動車のバッテリ格納構造およびバッテリ格納方法に関する。
【０００２】
【発明が解決しようとする課題】
この発明は、電気自動車に搭載されるバッテリの冷却性能を向上させることを目的としている。
【０００３】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するために、請求項１の発明は、バッテリの外周面と、このバッテリが収容されるケース内面との間に設けた空間に、熱伝導性を有する絶縁材を充填し、この絶縁材は、少なくとも充填作業時には液状で、かつ熱伝導性充填剤を含有するシリコーンゴムであり、前記熱伝導性充填剤は、酸化アルミニウム、窒化ホウ素、窒化アルミニウム、炭化ケイ素、水酸化アルミニウムのいずれかで構成されている。
【０００４】
このような構成の電気自動車のバッテリ格納構造によれば、バッテリとケース内面との間の空間に、液状の絶縁材を充填することで、空間内は空気層が排除されて絶縁材で満たされ、バッテリから発生する熱は、隙間なく充填された絶縁材を介してケースから外部に効率よく放出される。
また、電気絶縁材としては、一般に電気絶縁性が１０ 12 Ω・ｃｍ以上であることが望ましく、シリコーンゴムは、電気絶縁性が１０ 12 〜１０ 16 Ω・ｃｍであり、かつ耐熱性および耐寒性に優れているので、好適である。
さらに、酸化アルミニウム、窒化ホウ素、窒化アルミニウム、炭化ケイ素、水酸化アルミニウムのいずれかで構成した熱伝導性充填剤の電気絶縁性および熱伝導性が向上する。
請求項２の発明は、バッテリの外周面と、このバッテリが収容されるケース内面との間に設けた空間に、熱伝導性を有する絶縁材を充填し、この絶縁材は、少なくとも充填作業時には液状で、かつ熱伝導性充填剤を含有するシリコーンゴムであり、このシリコーンゴムは、液状付加硬化型オルガノポリシロキサン組成物からなり、前記熱伝導性充填剤の含有量は、オルガノポリシロキサン１００重量部に対し、１００ないし１０００重量部である。
請求項３の発明は、シリコーンゴムは、液状付加硬化型オルガノポリシロキサン組成物からなり、熱伝導性充填剤の含有量は、オルガノポリシロキサン１００重量部に対し、１００ないし１０００重量部である。
オルガノポリシロキサン１００重量部に対し、熱伝導性充填剤の含有量が１００重量部より少ないと、熱伝導率が不充分となり、同１０００重量部より多くなると、オルガノポリシロキサンに対する充填性が劣り、粘度が上昇して取り扱いが不便となる。
【０００５】
請求項４の発明は、請求項１ないし３のいずれか１項の発明の構成において、バッテリは、両端に端子を備えた円柱形状を呈し、ケースは前記バッテリに対応した円筒形状部を有し、前記バッテリとケース内面との間に設けた環状空間に絶縁材が充填されている構成としてある。
【０００６】
上記構成によれば、ケースの円筒形状部内面とバッテリとの間には、環状空間が形成され、この環状空間に充填された絶縁材を介してバッテリの熱が外部に放出される。
【０００７】
請求項５の発明は、請求項４の発明の構成において、環状空間は、バッテリの両端付近に設けたシールリングによって密封されている構成としてある。
【０００８】
上記構成によれば、環状空間に充填された液状の絶縁材は、シールリングによって密封される。
【０００９】
請求項６の発明は、請求項５の発明の構成において、シールリングは、バッテリの両端付近の外周部に設けた環状のスペーサと、ケースとの間に介装されている構成としてある。
【００１０】
上記構成によれば、環状のスぺーサによってバッテリとケースとの間に環状空間が形成され、この環状空間はシールリングによって密封される。
【００１１】
請求項７の発明は、請求項４ないし６のいずれか１項の発明の構成において、環状空間に対応するケースには、絶縁材の注入口と、空気排出口とがそれぞれ設けられている。
【００１２】
上記構成によれば、ケースの注入口から液状の絶縁材を注入すると、これに対応して空気排出口から環状空間内の空気がケース外部に排出される。
【００１５】
請求項８の発明は、請求項１ないし７のいずれか１項の発明の構成において、液状にて充填されるシリコーンゴムは、充填後硬化するものである。
【００１６】
シリコーンゴムとして、例えば液状付加硬化型オルガノポリシロキサン組成物を使用することで、充填後硬化する。
【００１７】
請求項９の発明は、請求項８の発明の構成において、シリコーンゴムは、加熱により硬化するものである。
【００１８】
上記構成によれば、液状のシリコーンゴムは、加熱により、硬化反応が促進する。
【００１９】
請求項１０の発明は、請求項８または９の発明の構成において、硬化したシリコーンゴムは、アスカーＣ硬度が３０以下である。
【００２０】
上記構成によれば、アスカーＣ硬度が３０以下のシリコーンゴムは、柔軟性に優れ、バッテリとケースとの間の環状空間に隙間なく対応し、硬化後の膨張によるバッテリへの応力も緩和されるとともに、衝撃吸収性も向上する。
【００２５】
請求項１１の発明は、両端に端子を備えた円柱形状のバッテリを、円筒形状のケース内のバッテリ収容空間に収容し、前記バッテリとケース内面との間に設けた環状空間に、液状の絶縁材を充填後、硬化させる電気自動車のバッテリ格納方法であって、酸化アルミニウム、窒化ホウ素、窒化アルミニウム、炭化ケイ素、水酸化アルミニウムのいずれかで構成されている熱伝導性充填剤を含有するシリコーンゴムからなる前記絶縁材を、前記環状空間に充填後、硬化させるバッテリ格納方法としてある。
【００２６】
上記バッテリ格納方法によれば、環状空間内の空気層が確実に排除され、バッテリから発生する熱は、隙間なく充填された絶縁材を介してケースから外部に効率よく放出される。
また、電気絶縁材としては、一般に電気絶縁性が１０ 12 Ω・ｃｍ以上であることが望ましく、シリコーンゴムは、電気絶縁性が１０ 12 〜１０ 16 Ω・ｃｍであり、かつ耐熱性および耐寒性に優れているので、好適である。
さらに、酸化アルミニウム、窒化ホウ素、窒化アルミニウム、炭化ケイ素、水酸化アルミニウムのいずれかで構成した熱伝導性充填剤の電気絶縁性および熱伝導性が向上する。
請求項１２の発明は、両端に端子を備えた円柱形状のバッテリを、円筒形状のケース内のバッテリ収容空間に収容し、前記バッテリとケース内面との間に設けた環状空間に、液状の絶縁材を充填後、硬化させる電気自動車のバッテリ格納方法であって、液状付加硬化型オルガノポリシロキサン組成物からなるシリコーンゴムの熱伝導性充填剤の含有量が、オルガノポリシロキサン１００重量部に対し、１００ないし１０００重量部である前記シリコーンゴムからなる絶縁材を、前記環状空間に充填後、硬化させるバッテリ格納方法としてある。
オルガノポリシロキサン１００重量部に対し、熱伝導性充填剤の含有量が１００重量部より少ないと、熱伝導率が不充分となり、同１０００重量部より多くなると、オルガノポリシロキサンに対する充填性が劣り、粘度が上昇して取り扱いが不便となる。
【００２７】
【発明の効果】
請求項１の発明によれば、バッテリとケース内面との間に形成した空間に、液状の絶縁材を充填するようにしたので、空間内の空気層を確実に排除でき、バッテリから発生する熱は、隙間なく充填された絶縁材を介してケースから外部に効率よく放出できてバッテリの冷却性能が向上し、寿命も向上する。
また、絶縁材は、熱伝導性充填剤を含有するシリコーンゴムとしたので、電気絶縁性を充分確保しつつ、バッテリの熱をケース外部へ効率よく放出できる。
さらに、シリコーンゴムに充填される熱伝導性充填剤は、酸化アルミニウム、窒化ホウ素、窒化アルミニウム、炭化ケイ素、水酸化アルミニウムのいずれかで構成されているので、電気絶縁性および熱伝導性を向上させることができる。
請求項２または３の発明によれば、熱伝導性充填剤は、含有量が、オルガノポリシロキサン１００重量部に対し、１００〜１０００重量部としたので、熱伝導率が充分得られると同時に、オルガノポリシロキサンに対する充填性が優れ、粘度が上昇することなく取り扱いも容易となる。
【００２８】
請求項４の発明によれば、バッテリの熱は、バッテリとケースとの間の環状空間に隙間なく充填された絶縁材を介して外部に効率よく放出することができる。
【００２９】
請求項５の発明によれば、環状空間に充填された液状の絶縁材は、シールリングによって密封されているので、外部への漏れを防止することができる。
【００３０】
請求項６の発明によれば、環状のスペーサによってバッテリとケースとの間に環状空間が形成され、この環状空間をシールリングによって密封することができる。
【００３１】
請求項７の発明によれば、ケースの注入口から液状の絶縁材を注入することで、空気排出口から環状空間内の空気がケース外部に排出され、これにより環状空間内の空気層を確実に排除することができる。
【００３３】
請求項８の発明によれば、液状のシリコーンゴムは、充填後硬化した状態で、バッテリから発生した熱をケース外部に放出し、バッテリを冷却することができる。
【００３４】
請求項９の発明によれば、液状のシリコーンゴムは、加熱により、硬化反応が促進し、短時間で硬化させることができる。
【００３５】
請求項１０の発明によれば、加熱により硬化したシリコーンゴムは、アスカーＣ硬度が３０以下としたので、柔軟性に優れ、バッテリとケースとの間の空間に隙間なく対応し、硬化後の膨張によるバッテリへの応力も緩和されるとともに、衝撃吸収性も向上する。
【００３８】
請求項１１の発明によれば、環状空間内の空気層が確実に排除され、バッテリから発生する熱は、隙間なく充填された絶縁材を介してケースから外部に効率よく放出されてバッテリの冷却性能が向上し、寿命も向上する。
また、絶縁材は、熱伝導性充填剤を含有するシリコーンゴムとしたので、電気絶縁性を充分確保しつつ、バッテリの熱をケース外部へ効率よく放出できる。
さらに、シリコーンゴムに充填される熱伝導性充填剤は、酸化アルミニウム、窒化ホウ素、窒化アルミニウム、炭化ケイ素、水酸化アルミニウムのいずれかで構成されているので、電気絶縁性および熱伝導性を向上させることができる。
請求項１２の発明によれば、熱伝導性充填剤は、含有量が、オルガノポリシロキサン１００重量部に対し、１００〜１０００重量部としたので、熱伝導率が充分得られると同時に、オルガノポリシロキサンに対する充填性が優れ、粘度が上昇することなく取り扱いも容易となる。
【００３９】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施の形態を図面に基づき説明する。
【００４０】
図１は、この発明の実施の一形態を示す電気自動車のバッテリ格納構造を備えたバッテリユニットの分解斜視図であり、図２は、上記したバッテリユニットを搭載した電気自動車の側面図である。バッテリを構成するバッテリセル１は、円柱形状を呈して両端に端子１ａを備えたものが複数使用される。このバッテリセル１を収容するケース３は、アルミニウム製の押し出し材で構成されて車幅方向に２個並列に配置され、内部には、車体前方側あるいは車体後方側からの拡大された正面図である図３に示すように、車体前後方向に貫通するバッテリ収容空間５ａを有する円筒形状部５が上下２段にそれぞれ４個ずつ全部で８個形成されている。
【００４１】
これらの各バッテリ収容空間５ａには、バッテリセル１が３個直列に接続された状態で収容される。このため、８個のバッテリ収容空間５ａを備えた１個のケース３には、２４個のバッテリセル１が収容されることになり、ここではケース３を２個を使用しているので、車両全体では４８個のバッテリセル１を使用することになる。
【００４２】
ケース３は、図３に示すように、上段側および下段側のそれぞれの４個のバッテリ収容空間５ａを有する２個のケース単体７から構成され、これら各ケース単体７相互が２カ所の結合部９にて結合固定されている。結合部９は、１個のケース単体７における４個のバッテリ収容空間５ａの中央２個の、相手側のケース単体７に対向する位置に設けられている。上記した２個のケース単体７は、上下を逆に配置して使用しているだけで、互いに同一形状である。
【００４３】
上記２個のケース単体７相互間には、外気を車両前方から導入して同後方に排出する冷却風導入空間１１が形成されている。上部側のケース単体７の上部には天板１３が、下部側のケース単体７の下部には底板１５がそれぞれボルトにより固定され、天板１３および底板１５とケース単体７との間には、冷却風導入空間１７および１９がそれぞれ形成されている。
【００４４】
各ケース単体７の周囲適宜位置には、図１に示されている端子カバー２１を、ケース３の車体前後方向両端に固定するためのねじ孔２３が形成されている。端子カバー２１は、ケース３の車体前後方向両端に、８個のバッテリ収容空間５ａを密閉状に閉塞して装着するもので、この装着状態でケース３側の冷却風導入空間１１に整合する冷却風導入孔２１ａが形成されている。
【００４５】
端子カバー２１は、ケース３に、バッテリセル１が収容されるとともに、端子カバー２１が装着された状態での図３の拡大されたＡ−Ａ断面図に相当する図４に示すように、バッテリ収容空間５ａの内周面に近接あるいは密着した状態で入り込む環状の嵌入部２１ｂが形成されている。この嵌入部２１ｂとバッテリセル１との間および、バッテリセル１相互間には、バッテリセル１を位置決めするための円筒形状のスペーサ２５および２７がそれぞれ介装されている。各スペーサ２５，２７とケース３の円筒形状部５の内周面との間には、僅かな隙間が形成されており、各スペーサ２５，２７の外周面に嵌め込まれたシールリング２９によって上記隙間がシールされる。また、各スペーサ２５，２７とバッテリセル１の端面との間にも、シールリング３１が介装されている。
【００４６】
各スペーサ２５，２７は、バッテリセル１の端部外周面に密着する環状の突起部２５ａ，２７ａを備えている。この突起部２５ａ，２７ａに支持されたバッテリセル１とケース３の内周面との間には、環状空間３３が形成され、この環状空間３３には、熱伝導性の高い絶縁材３５が充填されている。すなわち、この絶縁材３５により、バッテリセル１とケース３との間の電気的絶縁を図ると同時に、バッテリセル１から発生する熱をケース３およびその外部に放出する。
【００４７】
絶縁材３５は、熱伝導性充填剤を含有するシリコーンゴム（例えば、液状付加硬化型オルガノポリシロキサン組成物）であり、充填時には液状であり、充填後ゲル状に硬化させるものとする。硬化した絶縁材３５により、バッテリセル１の固定補助も可能となる。硬化させる際には、加熱することで硬化反応が促進し、短時間で硬化し、生産性が向上する。電気絶縁材としては、一般に電気絶縁性が１０12Ω・ｃｍ以上であることが望ましく、その点シリコーンゴムは電気絶縁性が１０12〜１０16Ω・ｃｍであり、かつ耐熱性および耐寒性に優れているので、好適である。
【００４８】
液状のシリコーンゴムを注入するために、ケース３の円筒形状部５には、１つの注入口３７と２つの空気排出口３９とが設けられている。注入口３７は、図４中で左右方向のほぼ中央部に位置し、空気排出口３９は、注入口３７と相対する反対側の左右方向両端付近に位置している。上記中央に位置する注入口３７から液状のシリコーンゴムを注入することで、環状空間３３内の空気が両端の空気排出口３９から追い出されて外部に排出され、これにより環状空間３３は、シリコーンゴムが隙間なく充填されることとなる。
【００４９】
なお、シリコーンゴムの注入作業においては、２つのケース単体７相互を結合しない単体のまま行う方が作業性がよく、注入後硬化するまで注入口３７および空気排出口３９は適宜の栓を用いて塞いでおくものとする。
【００５０】
上記シリコーンゴムに充填する熱伝導性充填剤としては、電気絶縁性に優れ、かつ熱伝導性がよい酸化アルミニウム、窒化ホウ素、窒化アルミニウム、炭化ケイ素、水酸化アルミニウムなどから選ばれる少なくとも１種の球状、粉状、繊維状、針状、鱗片状などのものを使用する。シリコーンゴムに対する熱伝導性充填剤の含有量としては、熱伝導性充填剤およびオルガノポリシロキサンの種類によっても異なるが、オルガノポリシロキサン１００重量部に対し、１００〜１０００重量部が望ましい。熱伝導性充填剤の含有量が１００重量部より少ないと、熱伝導率が不充分となり、同１０００重量部より多くなると、オルガノポリシロキサンに対する充填性が劣り、粘度が上昇して取り扱いが不便となる。
【００５１】
なお、熱伝導性充填剤の表面を公知のカップリング剤で処理することにより、分散性を向上させることが可能である。また、シリコーンゴム層の熱伝導率は、１×１０-3ｃａｌ／ｃｍ・ｓ・℃以上が好ましい。
【００５２】
絶縁材３５のベース材となるシリコーンゴム層は、前述したオルガノポリシロキサンを硬化させることによって得られる。硬化方法については、特に限定されるものではなく、例えば、ビニル基を含むオルガノポリシロキサンと、ケイ素原子にハイドロジエン基を含むオルガノポリシロキサンと、白金系触媒とからなる付加反応タイプや、有機過酸化物によるラジカル反応タイプ、縮合反応タイプ、紫外線や電子線による硬化タイプなどが挙げられる。これらのうちで、熱伝導性充填剤を充填しやすい液状のオルガノポリシロキサンによる付加反応タイプを用いることが望ましい。
【００５３】
また、公知の補強用のシリカや難燃剤、着色剤、耐熱向上剤、接着助剤、粘着剤などを適宜配合することもできる。
【００５４】
上記シリコーンゴム層は、硬化後の硬度は特定するものではないが、アスカーＣ硬度で３０以下の場合が柔軟性に優れたものとなる。これにより、バッテリセル１とケース３との間の隙間（環状空間３３）に対応しやすく、密着性に優れて空気層の発生を確実に防ぐことができ、バッテリセル１がより均一に冷却される。また、硬化後の膨張によるバッテリセル１への応力も緩和されるとともに、衝撃吸収性も向上する。シリコーンゴム層の厚さは、用途によって決定されるが、通常は０．２ｍｍ〜２０ｍｍの範囲が実用的である。
【００５５】
端子カバー２１の嵌入部２１ｂの外周側部分において、端子カバー２１とケース３の端面との間には、シール材４１が介装されている。すなわち、このシール材４１は、それぞれのバッテリ収容空間５ａの周囲を囲むように環状に形成された８個のものが、一体化されている。
【００５６】
さらに、上記端子カバー２１の内面には、隣接する（図４では上下に隣接する）バッテリセル１相互を電気的に導通させるためのバスバー４３が設けられている。図４に示すバスバー４３のバッテリセル１に対向する位置には雄端子具４５が設けられ、一方バッテリセル１の端子１ａには、雄端子部４５が挿入される雌端子具４７が設けられている。
【００５７】
バッテリセル１の上記雌端子具４７と反対側の端子１ａには、雄端子具４９が設けられ、この雄端子具４９は、他のバッテリセル１の雌端子具４７に挿入される。車体後方側（図４中で右側）の他の端子カバー２１のバッテリセル１に対向する位置には、バッテリセル１の雌端子具４７と同様な雌端子具が設けられ、この雌端子具には、バッテリセル１の雄端子具４９が挿入される。
【００５８】
これにより、３個直列に配置されたバッテリセル１は、両端の端子カバー２１のバスバー４３相互間で電気的に接続されることになるとともに、バスバー４３によって上下あるいは左右に隣接するバッテリセル１相互が導通接続された状態となり、このようなバスバー４３および雄雌各端子具により、１個のケース３内に設けられた２４個のバッテリセル１相互が電気的に直列に接続されるようになっている。直列接続された両最端部のバッテリセル１の端子１ａからは、図示していないが、リード線などによって外部に引き出される。
【００５９】
並列配置された２個のケース３それぞれの車体後方側の端部には、排気ダクト５１が装着される。排気ダクト５１は、車体前方側に開口部が形成され、この開口部に、天板１３および底板１５を装着した状態のケース３の端部が挿入された状態で、天板１３および底板１５を固定するためのボルトにより、天板１３および底板１５と共締めによりケース３に固定される。
【００６０】
排気ダクト５１の後面の開口部が形成された部位には排気用ファン５３が装着される。排気用ファン５３は、車両停止時に作動して外気を強制的に冷却風導入空間１１に導入する一方、車両走行時に停止して、冷却風導入空間１１に走行風が導入されるものとするが、走行時であっても必要とあれば作動するような構成としてもよい。
【００６１】
上記した天板１３、底板１５、端子カバー２１、排気ダクト５１および排気用ファン５３が装着されたケース３は、図１に示すように、２本の支持ブラケット５５を用い、図２に示すように、車体５７のフロア下面５７ａにボルトにより固定装着される。
【００６２】
上記したような電気自動車のバッテリ格納構造によれば、バッテリセル１とケース３との間の環状空間３３に、熱伝導性充填剤を含有する液状のシリコーンゴムを注入後、硬化させて絶縁材３５としてある。液状のシリコーンゴムを注入するため、環状空間３３は、空気層が発生しにくく、隙間なく絶縁材３５で満たされることとなり、この結果バッテリセル１を均一に冷却でき、バッテリセル１の寿命が向上する。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の一形態を示す電気自動車のバッテリ格納構造を備えたバッテリユニットの分解斜視図である。
【図２】図１のバッテリユニットを搭載した電気自動車の側面図である。
【図３】図１のバッテリユニットにおけるバッテリセルを収容するケースの正面図である。
【図４】図３における、バッテリセルを収容した状態でのＡ−Ａ断面図である。
【符号の説明】
１ バッテリセル
１ａ 端子
３ ケース
２５，２７ スペーサ
２９ シールリング
３３ 環状空間
３５ 絶縁材
３７ 注入口
３９ 空気排出口
Claims (12)
- バッテリの外周面と、このバッテリが収容されるケース内面との間に設けた空間に、熱伝導性を有する絶縁材を充填し、この絶縁材は、少なくとも充填作業時には液状で、かつ熱伝導性充填剤を含有するシリコーンゴムであり、前記熱伝導性充填剤は、酸化アルミニウム、窒化ホウ素、窒化アルミニウム、炭化ケイ素、水酸化アルミニウムのいずれかで構成されていることを特徴とする電気自動車のバッテリ格納構造。
- バッテリの外周面と、このバッテリが収容されるケース内面との間に設けた空間に、熱伝導性を有する絶縁材を充填し、この絶縁材は、少なくとも充填作業時には液状で、かつ熱伝導性充填剤を含有するシリコーンゴムであり、このシリコーンゴムは、液状付加硬化型オルガノポリシロキサン組成物からなり、前記熱伝導性充填剤の含有量は、オルガノポリシロキサン１００重量部に対し、１００ないし１０００重量部であることを特徴とする電気自動車のバッテリ格納構造。
- シリコーンゴムは、液状付加硬化型オルガノポリシロキサン組成物からなり、熱伝導性充填剤の含有量は、オルガノポリシロキサン１００重量部に対し、１００ないし１０００重量部であることを特徴とする請求項１に記載の電気自動車のバッテリ格納構造。
- バッテリは、両端に端子を備えた円柱形状を呈し、ケースは前記バッテリに対応した円筒形状部を有し、前記バッテリとケース内面との間に設けた環状空間に絶縁材が充填されていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載の電気自動車のバッテリ格納構造。
- 環状空間は、バッテリの両端付近に設けたシールリングによって密封されていることを特徴とする請求項４記載の電気自動車のバッテリ格納構造。
- シールリングは、バッテリの両端付近の外周部に設けた環状のスペーサと、ケースとの間に介装されていることを特徴とする請求項５記載の電気自動車のバッテリ格納構造。
- 環状空間に対応するケースには、絶縁材の注入口と、空気排出口とがそれぞれ設けられていることを特徴とする請求項４ないし６のいずれか１項に記載の電気自動車のバッテリ格納構造。
- 液状にて充填されるシリコーンゴムは、充填後硬化するものであることを特徴とする請求項１ないし７のいずれか１項に記載の電気自動車のバッテリ格納構造。
- シリコーンゴムは、加熱により硬化するものであることを特徴とする請求項８記載の電気自動車のバッテリ格納構造。
- 硬化したシリコーンゴムは、アスカーＣ硬度が３０以下であることを特徴とする請求項８または９記載の電気自動車のバッテリ格納構造。
- 両端に端子を備えた円柱形状のバッテリを、円筒形状のケース内のバッテリ収容空間に収容し、前記バッテリとケース内面との間に設けた環状空間に、液状の絶縁材を充填後、硬化させる電気自動車のバッテリ格納方法であって、酸化アルミニウム、窒化ホウ素、窒化アルミニウム、炭化ケイ素、水酸化アルミニウムのいずれかで構成されている熱伝導性充填剤を含有するシリコーンゴムからなる前記絶縁材を、前記環状空間に充填後、硬化させることを特徴とする電気自動車のバッテリ格納方法。
- 両端に端子を備えた円柱形状のバッテリを、円筒形状のケース内のバッテリ収容空間に収容し、前記バッテリとケース内面との間に設けた環状空間に、液状の絶縁材を充填後、硬化させる電気自動車のバッテリ格納方法であって、液状付加硬化型オルガノポリシロキサン組成物からなるシリコーンゴムの熱伝導性充填剤の含有量が、オルガノポリシロキサン１００重量部に対し、１００ないし１０００重量部である前記シリコーンゴムからなる絶縁材を、前記環状空間に充填後、硬化させることを特徴とする電気自動車のバッテリ格納方法。
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