JP5181549B2 - カバー部材及び該カバー部材を備えた電源装置 - Google Patents

Description

本発明は、車両内に配設される電源装置に適用されるカバー部材及び該カバー部材を備えた電源装置に関する。

従来、電気モータからの駆動力により走行するハイブリッド自動車、燃料電池車および電気自動車などがあり、電気モータに供給される電力を蓄える二次電池又はキャパシタ（コンデンサ）、燃料電池等の電源装置が用いられている（特許文献１等）。

これらの電源装置は、例えば、車両の室内における座席の下などに配置され、充電／放電の際に発熱する内部の電源体からの熱（排熱）をそのまま車内に排出したり、排気ダクトを介して車外に排出してりしている。特許文献２には、バッテリーモジュールを収容したバッテリーボックス内の冷却空気を車両の室外に強制的に排出する電源装置が開示されている。

特開平１０−１９９４９７号公報 特開平０７−３２０７９４号公報（図１、図２等）

しかしながら、上記特許文献２のように、車外に冷却空気を排出する場合、排出ダクトの設置など、装置が大掛かりとなり、特に、車両の室内に配置する場合、電源装置自体の配置スペースに加え、排出ダクトの配置スペースを確保しなければならず、配置スペースの効率化が図れない。さらには、排気ダクトや車外への排気口などを要するため、コスト面でも問題がある。このため、通常、座席の下など車内に電源装置を配置する場合、ケース内に電源体を収容した電源装置を、そのまま配置している。

このように、座席の下など車両の室内にそのまま電源装置を配置する場合、例えば、乗員が直接電源装置（ケース）に触れることができるため、電源体からの熱により温められたケースに直接触れてしまう機会が生じ、好ましくない。

また、電源体からの排熱を室内に排出するので、電源体からの排熱が座席に下に滞留しやすく、電源装置の冷却効率が低下するとともに、座席下方からの排熱が直接乗員に当たり、乗員の下半身を中心に不快感を与えることになり、好ましくない。

そこで、本発明の主な目的は、車室内に配設された電源装置への接触を防止しつつ、電源体からの熱を好適に排出することができるカバー部材及び該カバー部材を備えた電源装置を提供することにある。

本願第１の発明は、複数の電源素子から構成される電源ユニットと、電源ユニットを冷却液に浸漬された状態で収容するケースとを備える電源装置に設けられ、ケースの外周を覆うカバー部材である。カバー部材は、カバー部材に設けられた流入口から流入し、ケースとの間の熱交換によって温められた空気をカバー部材の外に導くための複数の開口を有している。そして、少なくとも１つ以上の開口が、カバー部材における電源装置の各側面に対応した位置にそれぞれ設けられるとともに、複数の開口のうち第１の開口が、流入口が設けられるカバー部材の第１面に対向する第２面に設けられ、第２の開口が、第２面に隣接する第３面及び第４面それぞれに設けられ、第２の開口は、第１の開口が設けられる第２面に近接して設けられていることを特徴とする。

本願第２の発明は、複数の電源素子から構成される電源ユニットと、電源ユニットを冷却液に浸漬された状態で収容するケースとを備える電源装置に設けられ、ケースの外周を覆うカバー部材である。カバー部材は、カバー部材に設けられた流入口から流入し、ケースとの間の熱交換によって温められた空気をカバー部材の外に導くための複数の開口を有している。そして、少なくとも１つ以上の開口が、カバー部材における電源装置の各側面に対応した位置にそれぞれ設けられるとともに、流入口が設けられるカバー部材の第１面に対向する第２面に隣接する第３面に少なくとも２つ以上の前記開口が設けられ、第３の面における流入口から第１距離に位置する第１開口の開口面積が、第１距離よりも流入口からの距離が長い第２距離に位置する第２開口の開口面積よりも小さいことを特徴とする。

また、流入口には、冷却風が流通する冷却ダクトを接続することもできる。

また、上記カバー部材を、断熱材で形成することもでき、上記カバー部材を、所定の厚みを有した内部が中空の部材で形成することもできる。

本発明によれば、電源体を収容したケースからの熱を複数の開口から分散させて車両内に排出することができる。

すなわち、カバー部材により、電源装置のケースに直接接触することを防止することができるとともに、電源装置により温められた空気が、複数の開口から分散されて車内に排気されることから、着座する乗員に対して不快感を与えることなく、車内に好適に排気することが可能となる。

以下、本発明の実施例について説明する。
（実施例１）

図１は、本発明の実施例１におけるカバー部材を備えた電源装置を示す斜視図であり、車両の室内の座席の下に配設された状態を示している。図２は、本実施例の電源装置にカバー部材が取り付けられる際の構成を示した斜視図である。

図１及び図２に示すように、本実施例の電源装置１は、ボディフロアＦに固定されるとともに、電源装置１を構成するケース２に覆い被さるカバー部材１０が当該電源装置１に配置される。

本実施例の電源装置１は、図１に示すように、カバー部材１０とともに車両内の座席の下のボディフロア（車両本体）Ｆに形成されたマウントＭ１及びＭ２の間に配置され、ボディフロアＦに対して固定されている。このマウントＭ１及びＭ２は、座席のスライド機構を構成するボディフロアＦ側に設置されるスライドレールＲ１、Ｒ２であり、マウントＭ１及びＭ２は、このスライドレールＲ１、Ｒ２の設置部として形成されている。したがって、本実施例の電源装置１は、座席の下のスライド機構のスライドレールＲ１、Ｒ２の間に配置されている。

電源装置１は、ケース２と、このケース２内に収容される電池ユニット（不図示）から構成され、複数の単電池からなる組電池（電源体）と、組電池を両端側から狭持するための狭持部材（エンドプレート）とを有している。組電池を構成する単電池は、バスバーによって電気的に直列又は並列に接続されている。なお、組電池には、正極用及び負極用の配線（不図示）が接続されており、これらの配線は、ケース２を貫通して外部に配置された電子機器（例えば、モータ）に接続されている。

なお、単電池としては、円筒型の二次電池を用いることができ、二次電池としては、ニッケル−水素電池やリチウムイオン電池等がある。なお、単電池の形状は、円筒型に限るものではなく、角型等の他の形状であってもよい。また、電気二重層キャパシタ（コンデンサ）や燃料電池であってもよい。

また、ケース２には、冷却液が充填され、電池ユニットが冷却液４に浸漬した状態でケース２内に収容される。充電／放電の際に電池ユニット２で発熱した熱は、冷却液に伝達され、さらに冷却液からケース２に熱が伝達されて、ケース２外部に放熱されることになる。冷却液は、電池ユニット及びケース２との熱交換を行いながら、ケース２内を自然対流して、電池ユニット２の熱を外部に伝達しながら、当該電池ユニットを冷却する役割を担っている。

ここで、ケース２は、熱伝達性や耐食性等に優れた材料、例えば、冷却液の熱伝達率と同等又はこれよりも高い熱伝達率を有する材料で形成することができる。具体的には、これらケースを金属（銅や鉄、アルミニウム金属等）で形成することができる。また、冷却液としては、絶縁性の油や不活性液体を用いることができる。絶縁性の油としては、シリコンオイルが用いられる。また、不活性液体としては、フッ素系不活性液体である、フロリナート、Ｎｏｖｅｃ ＨＦＥ(hydrofluoroether)、Ｎｏｖｅｃ１２３０（スリーエム社製）を用いることができる。

また、ケース２の外周面には、当該外周面から突出した放熱フィン３が複数設けられている。

本実施例のカバー部材１０は、電源装置１のケース２と同様の形状に形成され、本実施例では、電源装置１が矩形状であるので、電源装置１に取り付けた際に、該電源装置１を内部に収容可能な矩形状の内部空間Ｓが形成された断面視コ字状のカバー部材として構成されている。内部空間Ｓは、その内面が電源装置１と接触しない大きさに形成され、このカバー部材１０が電源装置１に取り付けられた状態では、電源装置１とカバー部材１０の内面とが当接等をせずに、電源装置１とカバー部材１０との間に、所定の空間が形成されるように構成されている（図３、図４参照）。

また、カバー部材１０の側面１３ｂ、１３ｃ、及び１３ｄには、複数の開口１１が形成され、本実施例では、カバー部材１０における電源装置１の上面及び下面以外の各側面に対応した位置にこられ複数の開口１１が形成されている。

より具体的には、各開口１１を電源装置１の上面であって、かつその開口面が座席の下部と対向するように配置すると、電源装置１からの排熱が、座席の下に滞留することになる。このため、本実施例の開口１１は、その開口面が電源装置１の側面方向（水平方向）に向くように形成される。例えば、カバー部材１０の上面と側面との間に位置する境界部に開口１１を形成することも可能であり、実質的に、電源装置１の上下方向（垂直方向）と開口面が略垂直とならないように、当該開口１１の開口面に対する垂線が、少なくとも側面方向（水平方向）の成分を有するように形成することが好ましい。

そして、カバー部材１０に形成された複数の開口１１は、電源装置１（電源体）からの熱を電源装置１の外部（カバー部材１０の外部）に排出する排熱口としての役割を担う。

なお、カバー部材１０は、当該カバー部材１０の各側面１３ａ、１３ｂ、及び１３ｃに、少なくとも１つ以上の開口を有するように構成し、本実施例では、各カバー部材１０の各側面１３ｂ、１３ｃ及び１３ｄにそれぞれ３つの開口１１を設けている。なお、開口１１の数は、任意に設けることが可能であり、その開口の形状も任意である。

また、カバー部材１０の側面１３ａには、排熱口としての開口１１に対して、カバー部材１０内に車両の室内の空気を流入させるための吸気口１２（流入口）が形成されている。したがって、吸気口１２から流入した空気は、カバー部材１０と電源装置１のケース２の外周面との間の空間を流通し、電源装置１との熱交換を行いながら、各開口１１から排気されることになる。また、吸気口１２から流入した空気は、上述のケース２の外周面に設けられた複数の放熱フィン２ａ間の空間を流通して、各開口１１から排気される。

このように構成された本実施例のカバー部材１０は、上述のように、電源装置１に対して覆い被さるように配置され、複数の開口１１から排熱を行うとともに、電源装置１への直接的な接触を防止するための保護カバーとしての役割も担う。また、電池装置１への直接的な接触を防止する観点から、開口１１の大きさは、乗員の指が入らない大きさに形成することが好ましく、また、開口１１に侵入防止用に保護柵を設けて、電源装置１への直接的な接触を防止するように構成することもできる。

すなわち、電源装置１は、充電／放電の際に発熱する電源体を収容しているので、電源装置１は、環境温度にもよるが、駆動時に６０℃以上の比較的高温の状態となる。このため、カバー部材１０により、高温状態の電源装置１と乗員との接触を回避することが可能となる。なお、本実施例のカバー部材１０は、高温状態の電源装置１と乗員との接触を回避する観点から、それ自体が過熱されない材料で形成されることが好ましい。例えば、断熱性の高い発泡スチロールやフェノール樹脂などの断熱材で形成することができる。また、カバー部材１０を、内部に中空の空間が形成された所定の厚みを有した中空部材で構成することも可能であり、この場合、中空の空間が断熱層としての機能し、カバー部材１０の断熱性能を材質に依存することなく確保することができる。

次に、図３及び図４を用いて、本実施例におけるカバー部材１０を備えた電源装置１の放熱（排熱）について詳細に説明する。図３は、本実施例の電源装置１からの熱をカバー部材１０の開口１１を介して排熱する様子を示した模式図であり、図４は、カバー部材１０を備える電源装置１のカバー部材１０内における空気の流動を説明するための図である。また、本実施例では、吸入口１２から自然対流によってカバー部材１０内部に流入する場合を一例に説明している。

図３に示すように、吸入口１２からカバー部材１０内部に流入した空気は、電源装置１のケース２（又は放熱フィン３）と接触しながら熱交換を行いつつ、複数の開口１１から排気される。本実施例では、側面１３ｂ、１３ｃ及び１３ｄの各側面に形成された各々３つの開口１１から排熱される。

より詳細には、図４に示すように、吸入口１２から流入した室内の空気は、カバー部材１０とケース２との間の空間（複数の放熱フィン３間の空間を含む）を流通し、例えば、側面１３ｄの、吸入口１２から距離が一番近い開口１１ａ、２番目に距離が近い開口１１ｂ、吸入口１２から一番距離が遠い開口１１ｃの各々から排出され、また、吸入口１２が設けられた側面１３ａと対向する側面１３ｃに形成された開口１１ｄ（各側面において、吸入口１２から一番遠い距離に位置する開口）から、排出される。

なお、本実施例では、吸入口１２をボディフロアＦに近いカバー部材１０の下方に、複数の開口１１を電源装置１の上部に対応するカバー部材１０の上方に設けている。これは、自然対流により吸入口１２からカバー部材１０内に室内の空気を流入させるためであり、温められた空気が上に移動することに起因する。また、本実施例の吸入口１２は、カバー部材１０に対して、１つしか設けられていないが、これに限らず、例えば、各側面１３ｂ、１３ｃ、１３ｄの下方に吸入口を設けてもよい。

このように、本実施例のカバー部材１０は、複数の開口１１を有するため、電源装置１（電源体）からの排熱が、座席の下方に滞留することなく、複数の方向に分散されて排出される。このため、カバー部材１０により、乗員が電源装置１のケース２に直接接触することを防止することができるとともに、下方に電源装置が配置された座席に着座する乗員に対して不快感を与えることなく、車室内に好適に排気することが可能となる。

また、電源装置１の冷却効率の観点から、図５及び図６に示ように、カバー部材１０に複数の開口１１を配置することができる（第１及び第２変形例）。

すなわち、吸入口１２からカバー部材１０内に流入した空気がカバー部材１０内で流通する長さが短い場合、例えば、図４の開口１１ａ、１１ｂから流入した多くの空気が排出される場合、吸入口１２から距離が長い開口１１ｃ付近の電源装置１との熱交換が十分に行われず、電源装置１全体での放熱分布にバラツキが生じるおそれがある。

そこで、本実施例の第１変形例として、図５に示すように、吸入口１２からカバー部材１０内に流入した空気が、電源装置１全体を流通して開口１１から排出されるように、吸入口１２が設けられるカバー部材１０の側面１３ａに対抗する側面１３ｃに開口１１ａ（第１の開口）のみを設け、この側面１３ｃに隣接する側面１３ｂ、１３ｄの各々における開口１１ａに近い位置に、開口１１ｂ、１１ｃのみを設ける。これら３つの開口１１ａ、１１ｂ、及び１１ｃは、各側面１３ｂ、１３ｃ、及び１３ｄにおいて吸入口１２から最も遠い位置（吸入口１２からの距離が最も長い位置）に形成されているため、吸入口１２から流入した空気が、電源装置１全体を流通してカバー部材１０から排出されることになる。

したがって、電源装置１との熱交換が十分に行うことができるので、電源装置１全体での放熱分布（温度分布）のバラツキを抑制することができる。

また、図６は、図５に対し、開口１１の開口面積を変化させ、電源装置１との熱交換が十分に行われずに電源装置１全体での放熱分布にバラツキが生じることを防止する変形例を示す図である。

すなわち、第２変形例として、図６に示すように、開口１１の開口面積を吸入口１２からの距離に応じて変化させ、カバー部材１０内に流入した空気の開口１１からの排出量を、調整している。この第２変形例では、吸入口１２からの距離が短い側面１３ｂの開口１１ａの開口面積を、吸入口１２からの距離が長い各開口１１ｃよりも小さく形成し、また、開口１１ａと開口１１ｃとの間に位置し、吸入口１２からの距離が開口１１ａより長く、開口１１ｃより短い開口１１ｂの開口面積を、開口１１ａよりも大きくかつ開口１１ｃよりも小さく形成し、開口１１ａ、１１ｂ、１１ｃと吸入口１２からの距離の長さに比例して大きくしている。側面１３ｄの開口１１ｄ、１１ｅ、１１ｆも同様である。

このように、第２変形例では、吸入口１２から短い距離（第１距離）に位置する開口の開口面積を、吸入口１２から長い距離（第２距離）に位置する開口の開口面積よりも、小さくし、吸入口１２から短い距離（第１距離）に位置する開口からの空気の排出量を少なくして、カバー部材１０内の空気の流通する長さを長くすることが可能となる。

このため、上記第１変形例と同様に、電源装置１との熱交換が十分に行うことができるので、電源装置１全体での放熱分布のバラツキを抑制することができる。

（実施例２）
図７及び図８は、本発明の実施例２のカバー部材及び該カバー部材を備えた電源装置を示す図である。本実施例は、上記実施例１の吸入口１２に、冷却風等の空気が流通するダクト２０を接続している。その他の構成は、上記実施例１と同様であるので、同構成については、同符号を付して説明を省略する。

図８に示すように、本実施例のカバー部材１０の吸入口１２は、車両に設けられた室内空調設備としてのエアコンからの冷却風が流通する冷却ダクト２０が接続され、カバー部材１０内に冷却風を流入させている。

したがって、例えば、環境温度が上昇し、車内の温度が高く、電源装置１の冷却効率が低下する場合に、冷却ダクト２０のエアコンからの冷却風を取り込むことで電源装置１の冷却効率を好適に維持することが可能となる。また、電源装置１の連続駆動や高出力時の電源装置１の高温状態に対しても、好適な冷却を行うことが可能となる。

なお、冷却ダクト内に送風ファンを設け、強制的に吸入口１２に空気を送り込むように構成することも可能であり、また、冷却ダクト２０をエアコンからの冷却風が流通する第１ダクト及び室内の空気が流通する第２ダクトで構成し、電源装置１の温度に応じてこれら流通する空気を切り替えて、吸入口１２に空気を送り込むように構成することも可能である。

また、上記実施例１のように、カバー部材１０の吸入口１２に冷却ダクト２０を接続した場合でも、送風ファン等を使用せず、自然対流によって吸入口１２から空気を取り込むように構成することも可能である。

また、上記実施例１及び実施例２において、カバー部材１０と電源装置１との間は、所定の空間が形成されるように、当接していないが、カバー部材１０と電源装置１との間があまり、大きくならないように、カバー部材１０を構成することが好ましい。

すなわち、図４に示すように、吸入口１２からカバー部材１０内に流入した空気は、カバー部材１０の内壁面及び電源装置１の外周面（放熱フィン３を含む）に沿って、当該カバー部材１０を流通するが、カバー部材１０の内壁面と電源装置１の外周面との間隙が大きくなると、カバー部材１０の内部を流通する空気の主流が、カバー部材１０の内壁面に沿って流通し、電源装置１の外周面側の空気の流動性が低下する可能性がある。このため、電源装置１の冷却効率（放熱効率）が低下する。

したがって、本発明のカバー部材１０は、電源装置１の外周面に沿ってカバー部材１０内部の空気が流動するように、カバー部材１０と電源装置１との間の空間が所定の大きさとなるように、構成することが好ましい。

また、上記実施例１及び実施例２では、電源装置１が座席の下に配置されている場合について説明しているが、例えば、トランクルームなどの座席以外の車内に電源装置１を配置した場合でも、本発明のカバー部材１０を適用することができる。すなわち、上記実施例１及び実施例２における車室内とは、乗員が乗車する空間のみ限定されず、荷物やその他車両に搭載される機器等が配置される空間を含めた車内空間であり、本発明のカバー部材１０は、車内に配置された電源装置１に対して適用され、電源装置１のケースに直接接触することを防止することができるとともに、電源装置１により温められた空気が、複数の開口から分散され、車内に好適に排気することが可能となる。

本発明の実施例１におけるカバー部材を備えた電源装置を示す構成斜視図である。 本発明の実施例１におけるカバー部材と電源装置の斜視図である。 本発明の実施例１におけるカバー部材からの排熱を説明するための模式図である。 本発明の実施例１におけるカバー部材を備える電源装置のカバー部材内における空気の流動を説明するための図である。 本発明の実施例１におけるカバー部材の複数の開口についての第１変形例を説明するための図である。 本発明の実施例１におけるカバー部材の複数の開口についての第２変形例を説明するための図である。 本発明の実施例２におけるカバー部材を備えた電源装置を示す構成斜視図である。 本発明の実施例２におけるカバー部材と電源装置の斜視図である。

符号の説明

１ 電源装置
２ ケース
１０ カバー部材
１１ 開口（排熱口）
１２ 吸入口（流入口）
２０ 冷却ダクト

Claims (6)

1. 複数の電源素子から構成される電源ユニットと、前記電源ユニットを冷却液に浸漬された状態で収容するケースとを備える電源装置に設けられ、前記ケースの外周を覆うカバー部材であって、
   前記カバー部材は、前記カバー部材に設けられた流入口から流入し、前記ケースとの間の熱交換によって温められた空気を前記カバー部材の外に導くための複数の開口を有しており、
   少なくとも１つ以上の前記開口が、前記カバー部材における前記電源装置の各側面に対応した位置にそれぞれ設けられるとともに、
   前記複数の開口のうち第１の開口が、前記流入口が設けられる前記カバー部材の第１面に対向する第２面に設けられ、第２の開口が、前記第２面に隣接する第３面及び第４面それぞれに設けられ、前記第２の開口は、前記第１の開口が設けられる前記第２面に近接して設けられていることを特徴とするカバー部材。
2. 複数の電源素子から構成される電源ユニットと、前記電源ユニットを冷却液に浸漬された状態で収容するケースとを備える電源装置に設けられ、前記ケースの外周を覆うカバー部材であって、
   前記カバー部材は、前記カバー部材に設けられた流入口から流入し、前記ケースとの間の熱交換によって温められた空気を前記カバー部材の外に導くための複数の開口を有しており、
   少なくとも１つ以上の前記開口が、前記カバー部材における前記電源装置の各側面に対応した位置にそれぞれ設けられるとともに、前記流入口が設けられる前記カバー部材の第１面に対向する第２面に隣接する第３面に少なくとも２つ以上の前記開口が設けられ、
   前記第３の面における前記流入口から第１距離に位置する第１開口の開口面積が、前記第１距離よりも前記流入口からの距離が長い第２距離に位置する第２開口の開口面積よりも小さいことを特徴とするカバー部材。
3. 前記流入口には、冷却風が流通する冷却ダクトが接続されることを特徴とする請求項１又は２に記載のカバー部材。
4. 前記カバー部材は、断熱材で形成されていることを特徴とする請求項１から３のいずれか１つに記載のカバー部材。
5. 前記カバー部材は、中空部材で形成されていることを特徴とする請求項１から４のいずれか１つに記載のカバー部材。
6. 請求項１から５のいずれか１つに記載のカバー部材を備えたことを特徴とする電源装置。
   

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