JP5737126B2 - 車両 - Google Patents

Description

本発明は、発電要素を冷却する冷却風を導通させる冷却経路を備えたバッテリを搭載した車両に関する。

リチウムイオン電池、ニッケル水素電池などのバッテリを動力源として用いたハイブリッド自動車、電気自動車などが知られている。この種のバッテリは、リアシートの車両後方に形成されたラゲージルームの内部に搭載される場合がある。しかしながら、ラゲージルームに搭載されたバッテリによって、積荷を載せるスペースが浸食される。

特許文献１は、車両のラゲージルームに積み込まれ、ホイールを含むスペアタイヤと、前記ホイールの内側に配置されたバッテリパックとを備える、バッテリパックの車両搭載構造を開示する。バッテリパックは、複数のバッテリセルと、複数のバッテリセルに冷却風を供給するファンとを含み、複数のバッテリセルは、ファンの外周上に周方向に間隔を設けて配列され、冷却風はファンから隣接する複数のバッテリセル間を通って放射状に流れる。特許文献１の構成によれば、バッテリパックがホイールの内側に形成されたスペースに配置されるため、ラゲージルームの狭小化が抑制される。

特開２００９−１８４５７７号公報

しかしながら、特許文献１の構成では、バッテリセルを包囲するホイールが遮蔽物となって、冷却風の圧力損失が大きくなる。

そこで、本願発明は、車両のラゲージルームの狭小化を抑制するとともに、冷却風の圧力損失の増大を抑制した車両を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明に係る車両は、（１）車両のラゲージルームの床面を形成するデッキボードと、底部と前記底部から立ち上がる壁面部とを備え、前記壁面部の上端と前記デッキボードとの間に隙間が形成されるように前記デッキボードの下方に形成され、発電要素を冷却する冷却風を導通させる冷却経路を備えたバッテリを収容する収容凹部と、前記収容凹部の外側から前記隙間を通って前記バッテリに接続し、前記バッテリに冷却風を送るダクトと、を有し、前記冷却経路の排出口と前記壁面部のうち前記排出口に対向する領域との間隔を、前記排出口から排出される冷却風の圧力損失が許容レベル以下となるように設定したことを特徴とする。

（２）上記（１）の構成において、前記バッテリは、前記発電要素としての単電池を複数配列した組電池とすることができる。

（３）上記（２）の構成において、前記単電池は、車幅方向に配列されており、前記冷却経路は、前記組電池の上端面側に接続されるとともに、前記ダクトに接続される吸気チャンバと、前記吸気チャンバから供給される冷却風が流入し、車幅方向に隣接する前記単電池の間に形成された電池間冷却経路と、前記組電池の下端面側に接続され、前記電池間冷却経路から排出される冷却風を前記バッテリの外部における前記収容凹部内に排気する排気チャンバと、を有し、前記排出口は、前記排気チャンバの排出口である。

（４）上記（１）〜（３）の構成において、前記許容レベルは、基準圧力損失に対する圧力損失の悪化率を５％に設定することができる。これにより、冷却効率の低下を十分に抑制することができる。

本発明によれば、車両のラゲージルームの狭小化を抑制しながら、冷却風の圧力損失の増大を抑制することができる。

車両の概略図である。 蓄電池の搭載構造を示す概略図である。

図面を参照しながら、本実施形態に係る車両について説明する。図１は、本実施形態の車両１００の概略図である。図２は、本実施形態の車両１００の蓄電池を搭載する搭載構造部分の構造を示した概略図である。

これらの図において、矢印Ｆｒは車両１００の進行方向（車両前進方向）を示しており、矢印Ｒｒは車両１００の進行方向とは反対方向（車両後進方向）を示しており、矢印Ｒｈは車両１００の進行方向（Ｆｒ方向）に向かって右側の方向を示しており、矢印Ｌｈは車両１００の進行方向（Ｆｒ方向）に向かって左側の方向を示しており、矢印Ｕｐは車両１００の上方向を示している。なお、矢印Ｒｈ方向及び矢印Ｌｈ方向を特に区別する必要がない場合には、これらをまとめて車幅方向と称するものとする。

図２を参照して、本実施形態の車両１００に搭載されるバッテリ１について説明する。本実施形態の車両１００は、バッテリ１の電力を用いてモータを駆動する駆動経路と、内燃機関からなる駆動経路とを有するハイブリッド自動車、或いはバッテリ１の電力を用いてモータを駆動する駆動経路のみを有する電気自動車であってもよい。また、ハイブリッド自動車は、車両１００の外部に設けられた商用電源よりバッテリ１を充電可能なプラグインハイブリッド自動車であってもよい。

バッテリ１は、組電池１０と、吸気チャンバ４と、排気チャンバ６とを含む。組電池１０は、車幅方向に配列される複数の単電池２と、隣接する単電池２の間に形成された電池間冷却経路２aとを有する。これらの単電池２は、不図示のバスバーを介して、電気的に直列に接続されている。単電池２は、リチウムイオン電池やニッケル水素電池などの二次電池、或いはキャパシタであってもよい。なお、複数の単電池２は、全部又は一部が電気的に並列に接続されていてもよい。なお、単電池２が発電要素に相当する。

吸気チャンバ４は、組電池１０の上面側、つまり、電池間冷却経路２aの流入口に接続されている。吸気チャンバ４は、ダクト７を介して、ブロワ８に接続されている。ブロワ８から送風される冷却風は、ダクト７及び吸気チャンバ４を介して、電池間冷却経路２aに導入される。図２に示す矢印は、吸気チャンバ４、電池間冷却経路２a及び排気チャンバ６の内部における冷却風の流れる方向を示している。なお、吸気チャンバ４、電池間冷却経路２a及び排気チャンバ６により、バッテリ１の冷却経路が構成される。

排気チャンバ６は、組電池１０の下面側、つまり、電池間冷却経路２aの流出口に接続されている。排気チャンバ６の排出口６aは、収容凹部２２と車幅方向において向き合っている。ここで、収容凹部２２のうち排出口６aに対して車幅方向において向き合う領域を対向壁面部２２aと称するものとする。なお、図２において、対向壁面部２２aの示す領域を、点線の楕円で示している。

本実施形態では、いわゆるＵ字型に冷却経路を形成したが、いわゆるＺ字型に冷却経路を形成してもよい。Ｚ字型の冷却経路とは、吸気チャンバ４及び排気チャンバ６の内部を流れる冷却風の向きが同じ方向となるように設計された冷却経路のことである。また、本実施形態の排出口６ａは、車幅方向において収容凹部２２の壁面と向き合っているが、他の方向（例えば、Ｆｒ方向）において収容凹部２２の壁面と向き合っていてもよい。

バッテリ１は、収容凹部２２の底部に固定された支持部２６に支持されている。支持部２６は、車両のＦｒ方向に延びている。これにより、単電池２は、収容凹部２２の底部から離隔した位置に配置されるため、収容凹部２２の底部に溜った結露水等が単電池２に対して接触することを防止できる。

収容凹部２２は、ラゲージルーム３０の床面を形成するデッキボード２０の下方に形成されている。すなわち、収容凹部２２の上方に形成された開口部は、デッキボード２０によって閉塞されている。デッキボード２０は、鋼板などからなる板材であってもよい。収容凹部２２は、下方に向かって凸の方向に形成されている。収容凹部２２の壁部は車両ボディを形成している。なお、ラゲージルーム３０とは、荷物を載せる荷室のことである。
ここで、収容凹部２２のＵｐ方向の寸法は、バッテリ１のＵｐ方向の寸法よりも大きく設定されている。これにより、バッテリ１の上部、つまり、吸気チャンバ４の上面がデッキボード２０に当接するのを防止できる。

トリム２４は、ラゲージルーム３０の壁面（側面）を形成する内装材である。トリム２４は、車両ボディの内面部分を覆っており、トリム２４と車両ボディとに挟まれた空間には、各種機器や配線などが収められている。この各種機器には、ブロワ８が含まれる。ブロワ８は、シロッコ式のファン、クロスフロー型のファン、プロペラ式のファンであってもよい。

また、トリム２４の一部には、排出口５０、５２が形成されている。排出口５０、５２は、デッキボード２０と収容凹部２２によって形成されるバッテリ１の収容空間と、トリム２４と車両ボディに挟まれた空間とを接続している。従って、バッテリ１の冷却に用いられ、排出口６ａから排出された冷却風は、排出口５０、５２を介して、バッテリ１の収容空間から排気される。なお、車両ボディに車外に通じるベントを設け、トリム２４と車両ボディとに挟まれ空間に排気された冷却風をベントを介して、車外に排気してもよい。また、排出口５０、５２は、デッキボード２０に形成してもよい。この場合、排出口６ａから排気された冷却風は、デッキボード２０に形成された排出口を介して、ラゲージルーム３０に排気される。ラゲージルーム３０に排気された冷却風は、リアシート４０の近傍に設けられる図示しない隙間を介して、乗員室に流入させてもよい。

次に、バッテリ１と収容凹部２２の壁面との位置関係について説明する。排気チャンバ６の排出口６ａは、収容凹部２２の対向壁面部２２aと向き合っているため、排出口６ａから排気された冷却風は対向壁面部２２ａに衝突する。そのため、排出口６ａと対向壁面部２２ａとの距離Ａ（図２の両矢印の長さに相当する）によって、排出口６ａから排気される冷却風の圧力損失が変動する。圧力損失が大きくなると、バッテリ１に対する冷却能力が低下するため、バッテリ１の劣化速度が増速する。そこで、本実施形態では、排気チャンバ６の排出口６ａから排出される冷却風の圧力損失が、許容レベル以下になるように、距離Ａを設定している。

圧力損失を許容レベル以下にするために必要な距離Ａは、ブロワ８からバッテリ１に対して冷却風を流すことにより、実験的に求めることができる。具体的には、ブロワ８からバッテリ１に対して冷却風を供給した場合において、距離Ａを変化させて、冷却風の圧力損失を測定する。そして、測定結果から求められる距離Ａと圧力損失との関係から、例えば、基準となる圧力損失（以下、基準圧力損失とも呼ぶ。）に対する、圧力損失の悪化率が、許容される悪化率以下となるような距離を、排出口６ａと収容凹部２２の対向壁面部２２ａとの距離Ａとして採用すればよい。距離Ａが前記条件を満足するように、バッテリ１を配置することで、排出口６ａから排気される冷却風の圧力損失が許容レベル以下に抑えられ、バッテリ１を効率良く冷却することができる。

表１は、距離Ａを変化させて、ブロワ８から１００ｍ^３／ｈの流量で冷却風を供給した場合の圧力損失を測定した測定結果である。なお、圧力損失としては、ブロワ８の排出口（ブロワ８とダクト７との接続部）と排気チャンバ６の排出口６ａにおける圧力差を測定した。また、圧力損失の悪化率の基準となる基準圧力損失は、距離Ａを無限大とした場合の圧力損失を用いた。距離Ａが無限大とは、排出口６ａの冷却風の排出方向下流側に収容凹部２２の壁面などの障害物が何もない状態を意味する。

この測定結果から、例えば、圧力損失の許容レベルを、圧力損失悪化率５％と設定した場合には、悪化率が５％以下となる距離を距離Ａとして採用し、バッテリ１を配置すればよい。表１に示した測定結果の場合であれば、距離Ａを１５ｍｍとすれば、圧力損失の悪化率は３．５％となるため、圧力損失は許容レベル以下となり、バッテリ１を効率良く冷却することができる。また、許容レベルを悪化率２％と設定した場合には、例えば、距離Ａを２０ｍｍとすることで、悪化率は１.８％となる。従って、距離Ａを、許容レベルの悪化率２％以下となる２０ｍｍとすれば、さらにバッテリ１を効率良く冷却することができる。

なお、距離Ａと圧力損失との関係は、吸気チャンバ４、ダクト７、電池間冷却経路２a及び排気チャンバ６などの車両要素の寸法、形状、ブロワ８の流量などによって変化するため、得られた実測データに基づき、圧力損失が許容レベル以下になるように距離Ａを個別に設定すればよい。

以上の本実施形態によれば、バッテリ１から排出される冷却風の圧力損失が許容レベルよりも小さくなるように、排出口６ａと、収容凹部２２の対向壁面部２２ａとの距離Ａが設定されるため、ラゲージルーム３０の下方に搭載されるバッテリ１を効率良く冷却することができる。

なお、本実施形態では、バッテリ１の収容空間から冷却風を排出する排出口として、収容凹部２２の両側に排出口５０、５２を備える構成としたが、これらの排出口５０、５２のうちいずれか一方であってもよい。

１ 蓄電池 ２ 単電池 ４ 吸気チャンバ ６ 排気チャンバ ７ダクト
８ ブロワ １０ 組電池 ２０ デッキボード ２２ 収容凹部
２２ａ 対向壁面部 ２４ トリム ３０ ラゲージルーム
５０、５２ 排出口 １００ 車両

Claims (4)

1. 車両のラゲージルームの床面を形成するデッキボードと、
   底部と前記底部から立ち上がる壁面部とを備え、前記壁面部の上端と前記デッキボードとの間に隙間が形成されるように前記デッキボードの下方に形成され、発電要素を冷却する冷却風を導通させる冷却経路を備えたバッテリを収容する収容凹部と、
   前記収容凹部の外側から前記隙間を通って前記バッテリに接続し、前記バッテリに冷却風を送るダクトと、を有し、
   前記冷却経路の排出口と前記壁面部のうち前記排出口に対向する領域との間隔を、前記排出口から排出される冷却風の圧力損失が許容レベル以下となるように設定したことを特徴とする車両。
2. 前記バッテリは、前記発電要素としての単電池を複数配列した組電池を有することを特徴とする請求項１に記載の車両。
3. 前記単電池は、車幅方向に配列されており、
   前記冷却経路は、
   前記組電池の上端面側に接続されるとともに、前記ダクトに接続される吸気チャンバと、
   前記吸気チャンバから供給される冷却風が流入し、車幅方向に隣接する前記単電池の間に形成された電池間冷却経路と、
   前記組電池の下端面側に接続され、前記電池間冷却経路から排出される冷却風を前記バッテリの外部における前記収容凹部内に排気する排気チャンバと、を有し、
   前記排出口は、前記排気チャンバの排出口であることを特徴とする請求項２に記載の車両。
4. 前記許容レベルは、基準圧力損失に対する圧力損失の悪化率が５％以下であることを特徴とする請求項１乃至３のうちいずれか一つに記載の車両。