| 【発明の名称】 |
電気自動車のバッテリ冷却構造および冷却方法 |
| 【発明者】 |
【氏名】安ヶ平 雅彦
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| 【要約】 |
【課題】外気吸入口から外気排出口に沿ってケース内に配列される複数のバッテリ相互の温度差を抑制する。
【解決手段】車体２５のフロア下面２５ａに装着されたケース２３内には、車体前後方向に向けて複数のバッテリセルが配列して収容される。バッテリセルは、ケース２３の車体前方側の端部の外気吸入口３１ａ，３３ａから外気が導入されて冷却され、同後方側の端部の外気排出口３３ｂ，３３ｂから外気が排出される。ケース２３の車体前後方向ほぼ中央部の上下両面には、バッテリセルを冷却するための外気を導入する外気導入ダクト４１が設けられている。 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】 バッテリが車体前後方向に沿って複数配列して収容されるケースの車体前方側の端部に、前記バッテリを冷却するための外気を吸入する外気吸入口を、同後方側の端部に前記吸入した外気を排出する外気排出口をそれぞれ設け、前記外気吸入口と外気排出口とを連通する前記ケース内の外気通路の途中に、外気導入口を設けたことを特徴とする電気自動車のバッテリ冷却構造。
【請求項２】 外気導入口は、車体前方側端部での外気通路内温度と外気導入口の上流側に近接した位置での外気通路内温度との差と、外気導入口の下流側に近接した位置での外気通路内温度と車体後方側端部での外気通路内温度との差とが、ほぼ等しくなるような位置に設けられていることを特徴とする請求項１記載の電気自動車のバッテリ冷却構造。
【請求項３】 バッテリは、ケース内に形成されたバッテリ収容空間の内面に密着した状態で収容され、外気通路は、前記バッテリ収容空間の外面側に、バッテリ収容空間とは隔離された状態で形成されていることを特徴とする請求項１記載の電気自動車のバッテリ冷却構造。
【請求項４】 外気通路内の外気を強制的に外部に排出する排気用ファンをケースの車体後方側端部付近に設けるとともに、前記排気用ファンの作動停止時に、車両走行時に外気通路内に流入した外気によって開放するワンウェイバルブをケースの車体後方側端部付近に設けたことを特徴とする請求項１記載の電気自動車のバッテリ冷却構造。
【請求項５】 排気用ファンは、外気通路の延長上から外れた位置に配置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冷却構造。
【請求項６】 外気導入口は、車体前方側に向けて開口する外気取入口を有する外気導入ダクトを備えていることを特徴とする請求項１記載の電気自動車のバッテリ冷却構造。
【請求項７】 バッテリを収容するケースの車体前方側の端部の外気吸入口から吸入した外気を、車体後方側の端部の外気排出口から排出させて、前記バッテリを冷却する電気自動車のバッテリ冷却方法において、前記外気吸入口と外気排出口とを連通する前記ケース内の外気通路の途中から外気を導入することを特徴とする電気自動車のバッテリ冷却方法。
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【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、バッテリを駆動源とする電気自動車のバッテリ冷却構造およびバッテリ冷却方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】バッテリを走行駆動源とする電気自動車は、例えば特開平７−８１４３２号公報に記載されているように、複数のバッテリを搭載したバッテリフレームを車体のフロア下面に取り付けることで、バッテリの搭載を行っている。このような複数のバッテリは、電力消費によって発熱し、高温化することで、性能低下や寿命低下を引き起こすので、バッテリの冷却が必要となる。
【０００３】電気自動車におけるバッテリの冷却構造として、例えば図１１に示すようなものがある。車体１のフロア下面には、６個のバッテリモジュール３を車体前後方向に配列して収容したバッテリフレーム５が装着されている。バッテリフレーム５の車体前方側におけるバッテリモジュール３の下部側空間には吸気ダクト７が接続されている。吸気ダクト７の外気吸入口７ａは、バッテリによって駆動する車両走行用モータ９が収容されるモータルーム１１内に開口している。一方、車両後方側におけるバッテリモジュール３の上部側空間には、冷却ファン１３を備えた排気ダクト１５が接続されている。
【０００４】バッテリモジュール３は、８本の円筒形のバッテリセル１７が一定の間隔をおいてセルケース１９内に収容されており、セルケース１９の上下両面には、多数の通気孔１９ａが設けられている。
【０００５】上記したバッテリの冷却構造では、吸気ダクト７から吸入された外気は、バッテリフレーム５内に導入され、セルケース１９の通気孔１９ａを通過することでバッテリセル１７が冷却される。冷却後の空気は、冷却ファン１３により排気ダクト１５を経て強制的に外部に排出される。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このような従来のバッテリ冷却構造では、吸気ダクト７から吸入される外気は、車両後方側程バッテリセル１７の熱を受けて高温化し、このため、バッテリフレーム５内に配置されたバッテリセル１７の温度は、車両後方側が前方側に比べて高く、この後方側のバッテリセル１７の寿命が前方側のものに比べて短くなる傾向にある。
【０００７】そこで、この発明は、外気吸入口から外気排出口に沿って配列される複数のバッテリの温度差を抑制することを目的としている。
【０００８】
【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、バッテリが車体前後方向に沿って複数配列して収容されるケースの車体前方側の端部に、前記バッテリを冷却するための外気を吸入する外気吸入口を、同後方側の端部に前記吸入した外気を排出する外気排出口をそれぞれ設け、前記外気吸入口と外気排出口とを連通する前記ケース内の外気通路の途中に、外気導入口を設けた構成としてある。
【０００９】このような構成の電気自動車のバッテリ冷却構造によれば、外気吸入口からケース内に吸入された外気は、外気通路を通過する際に、ケース内に収容されているバッテリを冷却し、外気排出口から外部へ排出される。この冷却過程で、外気通路の途中に設けた外気導入口から外気が新たにケース内に導入されることで、この導入部より後方側の外気通路内の温度が低下し、これにより高温化しがちな車体後方側のバッテリは、温度上昇が抑えられて車体前方側のバッテリとの温度差が抑制される。
【００１０】請求項２の発明は、請求項１の発明の構成において、外気導入口は、車体前方側端部での外気通路内温度と外気導入口の上流側に近接した位置での外気通路内温度との差と、外気導入口の下流側に近接した位置での外気通路内温度と車体後方側端部での外気通路内温度との差とが、ほぼ等しくなるような位置に設けられている。
【００１１】上記構成によれば、外気導入口から外気がケース内の外気通路に導入されることで、外気通路内の温度は、車体前方側端部から同後方側端部にかけてより均一化され、これに伴ってケース内に複数設けたバッテリの温度がより均一化される。
【００１２】請求項３の発明は、請求項１の発明の構成において、バッテリは、ケース内に形成されたバッテリ収容空間の内面に密着した状態で収容され、外気通路は、前記バッテリ収容空間の外面側に、バッテリ収容空間とは隔離された状態で形成されている。
【００１３】上記構成によれば、バッテリ収容空間とは隔離された外気通路の途中に外気が新たに導入されることで、外気導入口より下流側の外気通路内の外気温度が低下し、これに伴い、バッテリ収容空間に収容されているバッテリも、外気導入口より車体後方側ものが温度低下する。
【００１４】請求項４の発明は、請求項１の発明の構成において、外気通路内の外気を強制的に外部に排出する排気用ファンをケースの車体後方側端部付近に設けるとともに、前記排気用ファンの作動停止時に、車両走行時に外気通路内に流入した外気によって開放するワンウェイバルブをケースの車体後方側端部付近に設けた。
【００１５】上記構成によれば、例えば車両の停止時に排気用ファンが作動することで、外気は外気吸入口から吸入されて外気通路を通過し、外気排出口から排出される。排気用ファンが停止する、例えば車両走行時には、走行風による外気が、外気吸入口から吸入されて外気通路を通過した後外気排出口に至り、ワンウェイバルブを開放させて外部に排出される。
【００１６】請求項５の発明は、請求項４の発明の構成において、排気用ファンは、外気通路の延長上から外れた位置に配置されている。
【００１７】上記構成によれば、排気用ファンの停止時に、外気吸入口から吸入された外気が、外気通路を経て外気排出口に達すると、この外気は、停止中の排気用ファンによって通気抵抗が増大することなくワンウェイバルブを開放して外部に排出される。
【００１８】請求項６の発明は、請求項１の発明の構成において、外気導入口は、車体前方側に向けて開口する外気取入口を有する外気導入ダクトを備えている。
【００１９】上記構成によれば、外気は、車体前方側に向けて開口している外気取入口から外気導入ダクトに取り入れられた後、外気導入口からケース内に導入される。
【００２０】請求項７の発明は、バッテリを収容するケースの車体前方側の端部の外気吸入口から吸入した外気を、車体後方側の端部の外気排出口から排出させて、前記バッテリを冷却する電気自動車のバッテリ冷却方法において、前記外気吸入口と外気排出口とを連通する前記ケース内の外気通路の途中から外気を導入する冷却方法としてある。
【００２１】上記冷却方法によれば、外気通路の途中に設けた外気導入口から外気が新たにケース内に導入されるので、この導入部より後方側の外気通路内の温度が低下し、これにより高温化しがちな車体後方側のバッテリは、温度上昇が抑えられて車体前方側のバッテリとの温度差が抑制される。
【００２２】
【発明の効果】請求項１の発明によれば、外気が、外気吸入口からケース内の外気通路を通過することでバッテリを冷却しつつ外気排出口から外部へ排出され、この冷却過程で、外気通路の途中に設けた外気導入口から外気が新たにケース内に導入されるので、この導入部より後方側の外気通路内の温度が低下し、これにより高温化しがちな車体後方側のバッテリは、温度上昇が抑えられて車体前方側のバッテリとの温度差が抑制され、全体としてケース内の複数のバッテリの温度を均一化させることができる。
【００２３】請求項２の発明によれば、外気導入口から外気がケース内の外気通路に導入されることで、外気通路内の温度は、車体前方側端部から同後方側端部にかけてより均一化され、これに伴ってケース内に複数設けたバッテリの温度をより均一化させることができる。
【００２４】請求項３の発明によれば、バッテリ収容空間とは隔離された外気通路の途中に外気が新たに導入されることで、外気通路内の外気温度が低下し、これに伴い、バッテリ収容空間に収容されているバッテリも、外気導入口より車体後方側のものが温度低下するので、全体としてケース内の複数のバッテリの温度を均一化させることができる。
【００２５】請求項４の発明によれば、排気用ファンが停止した状態で、外気吸入口から吸入された外気によって開放するワンウェイバルブを設けたため、停止状態の排気用ファンを外気が通過することによる通気抵抗の増大を防止でき、冷却性能を向上させることができる。
【００２６】請求項５の発明によれば、排気用ファンの停止時に、外気吸入口から吸入されて外気通路を経て外気排出口に達する外気が、排気用ファンを通過せずにワンウェイバルブを開放して外部に排出されるので、通気抵抗を低減できて、冷却性能の向上を図ることができる。
【００２７】請求項６の発明によれば、外気導入口は、車体前方側に向けて開口する外気取入口を有する外気導入ダクトを備えているので、外気の導入を効率よく行うことができる。
【００２８】請求項７の発明によれば、外気通路の途中に設けた外気導入口から外気が新たにケース内に導入されるので、この導入部より車体後方側の外気通路内の温度が低下し、これにより高温化しがちな車体後方側のバッテリは、温度上昇が抑えられて車体前方側のバッテリとの温度差が抑制され、全体としてケース内の複数のバッテリの温度を均一化させることができる。
【００２９】
【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。
【００３０】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冷却構造を備えた車両の側面図であり、図２は、上記バッテリ冷却構造の分解斜視図である。バッテリを構成する円筒状のバッテリセル２１を収容するケース２３は、車体前後方向に延長されたものが車幅方向に２個並列に配置された状態で、車体２５のフロア下面２５ａに、ブラケット２７を介して装着されている。
【００３１】上記ケース２３は、アルミニウム製の押し出し材で構成され、図２において車体前方側から見た正面図である図３に示すように、バッテリセル２１が収容されるバッテリ収容空間２９が上下２段に４個ずつ全部で８個形成されている。これら各バッテリ収容空間２９は、車両前後方向に貫通している。
【００３２】これらの各バッテリ収容空間２９には、バッテリセル２１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２９を備えた１個のケース２３には、２４個のバッテリセル２１が収容されることになり、ここではケース２３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２１を使用することになる。バッテリセル２１は、バッテリ収容空間２９の内面にほぼ密着した状態で収容される。
【００３３】ケース２３におけるバッテリ収容空間２９の上部側および同下部側には、車体前後方向に貫通する外気通路としての上部側冷却風導入空間３１および下部側冷却風導入空間３３がそれぞれ形成されている。この各冷却風導入空間３１，３３の、車体前方側端部の開口部が外気吸入口３１ａ，３３ａであり、同車体後方側端部の開口部が外気排出口３１ｂ，３３ｂである。さらに、互いに隣接する４個のバッテリ収容空間２９相互間にも、車体前後方向に貫通する冷却風導入空間３５が形成されている。
【００３４】ケース２３の車体前後方向両端には、バッテリ収容空間２９の開口部を密閉状に閉塞する端子カバー３７が、ボルトなどによって固定装着されている。端子カバー３７には、装着状態でケース２３の冷却風導入空間３５に整合する冷却風導入孔３７ａが形成され、このとき、端子カバー３７はケース２３の上部側および下部側の各冷却風導入空間３１，３３を閉塞せず、開放状態としている。
【００３５】上記端子カバー３７の内面には、バッテリセル２１の端子に押し付けられた状態で接触する図示しない端子板が設けられている。この端子板は、１個のケース２３内に設けられた２４個のバッテリセル２１相互を電気的に直列に接続するような形状に形成され、直列接続された両最端部のものからは、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。
【００３６】ケース２３の車体前後方向ほぼ中央の上面および下面には、上部側冷却風導入空間３１および下部側冷却風導入空間３３にそれぞれ連通する外気導入口としての連通孔３９が形成されている。この連通孔３９を覆うように、ケース２３の上下両面には、外気導入ダクト４１が装着される。外気導入ダクト４１は、ケース２３に装着された状態で車体前方側に向けて開口する外気取入口４３を有するとともに、車体後方側には外気取入口４３から取り入れられた外気が連通孔３９にスムーズに入り込むように傾斜面４１ａが形成されている。外気導入ダクト４１の周囲には取付用フランジ部４２が形成され、この取付用フランジ部４２を利用してボルトによりケース２３に固定される。
【００３７】上記連通孔３９が形成される車体前後方向位置は、車体前方側端部での上部側，下部側の各冷却風導入空間３１，３３内温度と連通孔３９の上流側に近接した位置での上部側，下部側の各冷却風導入空間３１，３３内温度との差と、連通孔３９の下流側に近接した位置での上部側，下部側の各冷却風導入空間３１，３３内温度と車体後方側端部での上部側，下部側の各冷却風導入空間３１，３３内温度との差とが、ほぼ等しくなるような位置としてある。
【００３８】並列配置された２個のケース２３の車体前後方向後端部側には、排気ダクト４５が装着される。排気ダクト４５は、車体前方側の開口部にケース２３の端部が挿入された状態で、上下両面から図示しないボルトによりケース２３に固定される。図４はケース２３に排気ダクト４５が装着された状態の平面図、図５は同側面図、図６は同背面図である。
【００３９】排気ダクト４５の上面の車幅方向中央部には、上方に突出する膨出部４７が形成され、この膨出部４７の内面の凹部には排気用ファン４９が取り付けられている。排気用ファン４９が設けられた位置の排気ダクト４５の後面にはファン用開口部５１が形成され、このファン用開口部５１から外気が排出される。排気用ファン４９は、凹部に入り込んだ状態で設けられているので、特に下部側冷却風導入空間３３および冷却風導入空間３５の延長上から外れた位置に配置されることになる。
【００４０】また、排気ダクト４５の後面の、２個のケース２３の後方側に対向する位置には、図６に示すように、二つの矩形状のフラップ用開口部５３が相互に隣接して形成され、このフラップ用開口部５３に、ワンウェイバルブとしてのフラップ５５が上下方向に沿って複数設けられている。このフラップ５５は、排気用ファン４９の停止時に、車両走行時に外気通路内に流入する外気となる走行風により開放状態となる。
【００４１】フラップ５５は、図７にフラップ用開口部５３から取り外した状態の斜視図として示すように、全体として左右に長い板状を呈し、その左右両端の上部に支持突起５７が形成されている。この支持突起５７は、フラップ用開口部５３の左右両側面に形成された支持穴５９に回動可能に挿入され、これによりフラップ５５は前後両面が自重によって鉛直状態となるよう吊り下げ支持されて、フラップ用開口部５３に取り付けられることになる。
【００４２】フラップ５５の上面および下面は、図６のＡ−Ａ断面図である図８（ａ）に示すように、右下がりの傾斜面６１および６３に形成されるとともに、フラップ用開口部５３の上下両面も、同様に右下がりの傾斜面６５，６７となっており、各フラップ５５相互は上下に近接した状態で配置されている。また、フラップ用開口部５３の左右両側部には、フラップ５５の左右両端の内面部分を支持する支持板６９が形成されている。
【００４３】このような構成の電気自動車のバッテリ冷却構造によれば、車両停止時には、排気用ファン４９が作動することで、ケース２３の車体前方側端部の冷却風導入空間３１，３３，３５から外気がケース２３内に導入されるとともに、外気導入ダクト４１からも外気がケース２３内に導入され、この導入された外気により、バッテリ収容空間２９の内面に密着している発熱したバッテリセル２１は直接外気に触れることなく、冷却される。バッテリセル２１を冷却した後の外気は、排気用ファン４９を介してファン用開口部５１から外部に排出される。
【００４４】ケース２３の車体前後方向の途中に設けた外気導入ダクト４１により、新たに外気をケース２３内に導入しているので、高温化しがちな車体後方側のバッテリセル２１の温度上昇が抑制され、車体前後方向に配列して設けた複数のバッテリセル２１の温度差が小さくなり、バッテリ全体として均一な温度が得られるものとなる。
【００４５】図９は、図中で左側を外気吸入側、同右側を外気排出側としてバッテリセル２１の車体前後方向位置に対するバッテリセル２１の温度および外気通路内の外気温度を示したものであり、位置Ｓが外気導入ダクト４１による外気導入位置（連通孔３９を設けた位置）を示す。なお、ここではバッテリセル２１に対して冷却しない場合でのバッテリセルの温度を、一点鎖線ｐで示すように、７０℃とした場合を想定している。
【００４６】また、二点鎖線ｑは、外気導入用の連通孔３９が設けられていない場合の外気通路内温度で、外気導入ダクト４１から外気を導入することによって、外気導入位置Ｓより後方側の外気温度が破線ｒで示すように低下するものとなる。
【００４７】このように、外気通路内温度が外気導入ダクト４１から外気を導入することによって、途中で低下するので、バッテリセル２１は、実線ｔで示すように、外気導入位置Ｓ付近にあるものがその直前のものに対して温度低下し、さらにその下流側に位置するバッテリセル２１の温度上昇も抑制されたものとなり、複数あるバッテリセル２１全体として温度が均一化されることになる。
【００４８】外気導入用の連通孔３９が設けられていない場合には、外気吸入側から位置Ｓを結ぶ直線ｔの延長線上の破線ｕのように、外気吸入側端部のバッテリセル温度が５０℃であったものが、外気排出側端部の同温度が６０℃と、１０℃もの温度差が発生しているが、外気導入ダクト４１から外気を導入することで、排出側端部のバッテリセル２１の温度は５３℃程度と低く抑えられている。
【００４９】外気導入ダクト４１による外気導入位置Ｓ、すなわち連通孔３９が形成される車体前後方向位置は、車体前方側端部での上部側，下部側の各冷却風導入空間３１，３３内温度と連通孔３９の上流側に近接した位置での上部側，下部側の各冷却風導入空間３１，３３内温度との差と、連通孔３９の下流側に近接した位置での上部側，下部側の各冷却風導入空間３１，３３内温度と車体後方側端部での上部側，下部側の各冷却風導入空間３１，３３内温度との差とが、ほぼ等しくなるような位置としてあるので、複数あるバッテリセル２１の温度のより均一化が可能となる。
【００５０】一方、車両走行時には、排気用ファン４９は停止し、外気となる走行風が、ケース２３の車体前方側端部の冷却風導入空間３１，３３，３５からケース２３内に導入されるとともに、外気導入ダクト４１からもケース２３内に導入され、この導入された外気により、排気用ファン４９の作動時と同様に、バッテリセル２１が冷却される。
【００５１】そして、この場合の冷却後の外気は、図８（ｂ）に示すように、排気ダクト４５の後端に位置するフラップ５５を開放させてフラップ用開口部５３から外部に排出される。このため外気は、排気用ファン４９がケース２３の上部に配置されることもあって、排気用ファン４９を通過することはなく、通気抵抗が低減されて冷却効果が向上する。
【００５２】図１０は、前記図２の構成に加え、ケース２３の車体後方側の外側面に、側部外気導入ダクト７１を設けた例である。側部外気導入ダクト７１は車体前方側の端部に外気取入口７３が設けられ、外気取入口７３から取り入れた外気は、ケース２３の側面に冷却風導入空間３１，３３に連通するよう形成された図示しない外気導入口となる連通孔を通して冷却風導入空間３１，３３に導入される。この例では、車体後方側のバッテリセル２１の温度低下が充分でない場合に、特に有効である。
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| 【出願人】 |
【識別番号】０００００３９９７
【氏名又は名称】日産自動車株式会社
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| 【出願日】 |
平成９年（１９９７）１２月１０日 |
| 【代理人】 |
【弁理士】
【氏名又は名称】三好 秀和 （外８名）
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| 【公開番号】 |
特開平１１−１７８１１５ |
| 【公開日】 |
平成１１年（１９９９）７月２日 |
| 【出願番号】 |
特願平９−３４０３７１ |
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