JP5088071B2 - 電気自動車用バッテリユニット - Google Patents

Description

本発明は、バッテリを電源とするモータによって走行する電気自動車に搭載されるバッテリユニットに関する。

電気自動車に使用されるバッテリユニットは、バッテリモジュールと、該バッテリモジュールを収納するバッテリケースなどを含んでいる。バッテリケースの一例は、バッテリモジュールを乗せるトレイ部材と、該トレイ部材の上部を覆うカバー部材などを有している。バッテリモジュール内の液（例えば電解液）がバッテリケースの外部に流れ出ないようにするために、例えば下記特許文献１に開示されているように、バッテリケースの下部に液溜部を設け、この液溜部に吸収シートを設けることが提案されている。
特開２００２−１２４８５号公報

前記バッテリユニットを備えた電気自動車において、例えばバッテリケース内の湿度やバッテリケースの温度あるいは気候条件によっては、バッテリケースの内面に結露が生じることが考えられる。この結露が滴り落ちたり、バッテリケースの内面を伝って流れ落ちたりして、例えばバッテリモジュールや電気部品等の水を避けるべき箇所に付着すると、電気的な不具合が生じる原因となる。前記特許文献１に記載されているようにバッテリケースの下部に設けられた液溜部と吸収シートでは、バッテリケースの内面に結露した水がバッテリモジュールや電気部品に付着することを防止できない。

従って本発明の目的は、バッテリケース内の結露がバッテリモジュールや電気部品に付着することを回避できる電気自動車用バッテリユニットを提供することにある。

本発明の電気自動車用バッテリユニットは、車体に取付けられるバッテリケースと、前記バッテリケースに収容されたバッテリモジュールと、前記バッテリケースに収容されかつ前記バッテリモジュールに電気的に接続された電気部品と、吸水性を有する材料からなり、前記バッテリモジュールおよび前記電気部品の少なくとも水の付着を避けるべき箇所の上方に対向して前記バッテリケースの内面に配置された吸水部材とを具備している。

本発明の１つの形態では、前記バッテリケース内の前記バッテリモジュールを冷却するための空気を前記バッテリケースの内部に取り入れる冷却風導入口と、前記冷却風導入口に設けられ前記バッテリモジュールを冷却するための空気を供給するための送風ダクトが接続される接続部材と、前記バッテリケース内の空気をバッテリケースの外部に排出する排気ファンと、前記バッテリケースの内部において前記冷却風導入口と前記排気ファンとの間に形成され、前記バッテリモジュールを冷却するための空気が流れる空気流通部とを有し、前記吸水部材が前記空気流通部に臨んで配置されている。

本発明によれば、バッテリケースの内面に生じた結露がバッテリケース内のバッテリモジュールや電気部品等に滴下することを防止でき、結露による影響がバッテリユニットに及ぶことを回避できる。

以下に本発明の一実施形態について、図１から図７を参照して説明する。
図１は電気自動車１０の一例を示している。この電気自動車１０は、車体１１の後部に配置された走行用のモータ１２および充電装置１３と、車体１１の床下に配置されるバッテリユニット１４などを備えている。車体１１の前部に冷暖房用の熱交換ユニット１５が配置されている。

この自動車１０の前輪２０は、図示しないフロントサスペンションによって車体１１に支持されている。後輪２１は、図示しないリヤサスペンションによって車体１１に支持されている。リヤサスペンションの一例は、トレーリングアーム式リヤサスペンションである。

図２は、前記車体１１の下部の骨格をなすフレーム構体３０と、このフレーム構体３０に取付けられる前記バッテリユニット１４とを示している。
フレーム構体３０は、車体１１の前後方向に延びる左右一対のサイドメンバ３１，３２と、車体１１の幅方向に延びるクロスメンバ３３，３４，３５とを含んでいる。クロスメンバ３３，３４，３５は、サイドメンバ３１，３２の所定位置に溶接によって固定されている。

サイドメンバ３１，３２の後部にサスペンションアームサポートブラケット４０，４１が設けられている。サスペンションアームサポートブラケット４０，４１は、それぞれサイドメンバ３１，３２の所定位置に溶接によって固定されている。サスペンションアームサポートブラケット４０，４１に枢軸部４２が設けられている。これら枢軸部４２に、前記トレーリングアームの前端部が取付けられている。

図３に示すようにバッテリユニット１４はバッテリケース５０を備えている。バッテリケース５０は、下側に位置するトレイ部材５１と、上側に位置するカバー部材５２とを備えている。

トレイ部材５１は、電気絶縁性を有する樹脂によって一体成形され、内部に補強用の金属製インサート部材（図示せず）が埋設されている。トレイ部材５１の材料である樹脂は、例えばポリプロピレンからなる基材を、数ｍｍ〜数ｃｍ程度の長さの短ガラス繊維によって強化したものである。

トレイ部材５１は、前壁５１ａと、後壁５１ｂと、左右一対の側壁５１ｃ，５１ｄと、底壁５１ｅと、仕切り壁５１ｆとを有し、上面側が開放した箱形に成形されている。前壁５１ａは車体１１の前側に位置している。後壁５１ｂは車体１１の後側に位置している。

バッテリケース５０の前半部に、前側バッテリ収納部５５が形成されている。バッテリケース５０の後半部に、後側バッテリ収納部５６が形成されている。前側バッテリ収納部５５と後側バッテリ収納部５６との間に、中央バッテリ収納部５７と、電気回路収納部５８などが形成されている。

前記バッテリ収納部５５，５６，５７に、それぞれ複数のバッテリモジュール６０（図３と図７に一部のみ２点鎖線で示す）が収納されている。バッテリモジュール６０はトレイ部材５１の底壁５１ｅによって支持されている。バッテリモジュール６０の一例は、リチウムイオン電池からなる複数個のセルを直列に接続したものである。

電気回路収納部５８には、バッテリモジュール６０の状態を検出するモニタや制御等をつかさどる電気部品６１（図３と図７に模式的に示す）などが収納される。電気部品６１はバッテリモジュール６０に電気的に接続されている。

図４に示すように、バッテリユニット１４は板金製のフロアパネル７０の下面側に配置されている。フロアパネル７０は車体１１の前後方向と幅方向に延び、車体１１の床部を構成している。フロアパネル７０は、サイドメンバ３１，３２を含むフレーム構体３０の所定位置に溶接によって固定されている。

フロアパネル７０の上方にフロントシート７１（図１に示す）とリヤシート７２が配置されている。フロントシート７１の下方に、バッテリユニット１４の前側バッテリ収納部５５が配置されている。リヤシート７２の下方に、バッテリユニット１４の後側バッテリ収納部５６が配置されている。前側バッテリ収納部５５と後側バッテリ収納部５６との間に形成されたフロアパネル７０の凹部７０ａは、リヤシート７２に着座した乗員の足元スペース付近に位置する。

バッテリケース５０のトレイ部材５１の周縁部に、カバー取付面８０（図３に示す）が形成されている。カバー取付面８０は、トレイ部材５１の全周にわたって連続している。カバー取付面８０に防水用のシール材８１が設けられている。カバー取付面８０の複数箇所に、所定の間隔で埋込みナット８３と埋込みボルト８４とが設けられている。

バッテリケース５０のカバー部材５２は、繊維によって強化された合成樹脂の一体成形品からなる。カバー部材５２の前部に、サービスプラグ用開口部８５と冷却風導入口８６が形成されている。サービスプラグ用開口部８５に、蛇腹状のブーツ部材８７が取付けられている。冷却風導入口８６にも蛇腹状のブーツ部材８８が取付けられている。サービスプラグ用開口部８５は、フロアパネル７０の上からキャップ部材８９（図４に示す）によって塞がれる。

カバー部材５２の上面に、冷却風の一部を流すためのバイパス流路部９０と、冷却ファン収納部９１などが設けられている。冷却ファン収納部９１に例えばシロッコファン等の排気ファン９２が収容されている。排気ファン９２の排気口９３はカバー部材５２の外部に開口している。

カバー部材５２の周縁部にフランジ部９５が形成されている。フランジ部９５はカバー部材５２の全周にわたって連続している。トレイ部材５１とカバー部材５２とを互いに締結する際に、カバー取付面８０とフランジ部９５とを重ねる。そして図３に示すボルト部材９６を埋込みナット８３にねじ込み、かつ、ナット部材９７を埋込みボルト８４にねじ込むことにより、トレイ部材５１とカバー部材５２とが、互いにシール材８１を介して水密に固定される。

トレイ部材５１の下面側に複数本（例えば４本）の桁部材１０１，１０２，１０３，１０４が設けられている。図３と図５に示されるように、桁部材１０１，１０２，１０３，１０４は、それぞれ車体１１の幅方向に延びる桁本体１１１，１１２，１１３，１１４を有している。桁部材１０１，１０２，１０３，１０４は、バッテリユニット１４の荷重を支えるに足る強度を有する金属材料（例えば鋼板）によって構成されている。

前から１番目の桁本体１１１の両端に締結部１２１，１２２が設けられている。前から２番目の桁本体１１２の両端に締結部１２３，１２４が設けられている。前から３番目の桁本体１１３の両端に締結部１２５，１２６が設けられている。前から４番目（最後部）の桁本体１１２の両端に締結部１２７，１２８が設けられている。バッテリユニット１４の前端部には左右一対の前側支持部材１３０，１３１が設けられている。

前から１番目の桁部材１０１の両端に設けられた締結部１２１，１２２のそれぞれに、上下方向に貫通するボルト挿入孔１４３（図２と図３に示す）が形成されている。サイドメンバ３１，３２の水平方向に延びる部分３１ａ，３２ａには、締結部１２１，１２２と対向する位置に、ナット部材を備えたバッテリユニット取付部１４５，１４６が設けられている。締結部１２１，１２２の下側からボルト１４７（図２と図４，図５に示す）をボルト挿入孔１４３に挿入し、このボルト１４７をバッテリユニット取付部１４５，１４６のナット部材に螺合させ締付けることにより、１番目の桁部材１０１の締結部１２１，１２２がサイドメンバ３１，３２に固定される。

前から２番目の桁部材１０２の両端に設けられた締結部１２３，１２４のそれぞれに、上下方向に貫通するボルト挿入孔１５３（図２と図３に示す）が形成されている。サイドメンバ３１，３２の水平方向に延びる部分３１ａ，３２ａには、締結部１２３，１２４と対向する位置に、ナット部材を備えたバッテリユニット取付部１５５，１５６が設けられている。締結部１２３，１２４の下側から、ボルト１５７（図２と図４，図５に示す）をボルト挿入孔１５３に挿入し、このボルト１５７をバッテリユニット取付部１５５，１５６のナット部材に螺合させ締付けることによって、２番目の桁部材１０２の締結部１２３，１２４がサイドメンバ３１，３２に固定される。

前から３番目の桁部材１０３の両端に設けられた締結部１２５，１２６のそれぞれに、上下方向に貫通するボルト挿入孔１６３（図２と図３に示す）が形成されている。図４と図５に示されるように、サイドメンバ３１，３２に荷重伝達部材１７０，１７１がボルト１７２によって固定されている。これら荷重伝達部材１７０，１７１は、前から３番目の桁部材１０３の締結部１２５，１２６の上方に設けられている。一方の荷重伝達部材１７０は、一方のサスペンションアームサポートブラケット４０に溶接されている。他方の荷重伝達部材１７１は、他方のサスペンションアームサポートブラケット４１に溶接されている。

すなわち荷重伝達部材１７０，１７１は、サイドメンバ３１，３２と、サスペンションアームサポートブラケット４０，４１とに結合されている。これら荷重伝達部材１７０，１７１は、フレーム構体３０の一部をなしている。荷重伝達部材１７０，１７１に、ナット部材を備えたバッテリユニット取付部１７５，１７６が設けられている。

締結部１２５，１２６の下側から、ボルト１７７をボルト挿入孔１６３に挿入し、このボルト１７７をバッテリユニット取付部１７５，１７６のナット部材に螺合させ締付けることにより、３番目の桁部材１０３の締結部１２５，１２６が、荷重伝達部材１７０，１７１を介してサイドメンバ３１，３２に固定される。

前から４番目の桁部材１０４の締結部１２７，１２８のそれぞれに、上下方向に貫通するボルト挿入孔１９３（図２と図３に示す）が形成されている。サイドメンバ３１，３２には、締結部１２７，１２８と対向する位置に、延長ブラケット１９４，１９５が設けられている。延長ブラケット１９４，１９５はサイドメンバ３１，３２のキックアップ部３１ｂ，３２ｂの下方に延びている。延長ブラケット１９４，１９５は、フレーム構体３０の一部をなしている。これら延長ブラケット１９４，１９５に、ナット部材を備えたバッテリユニット取付部１９６，１９７が設けられている。

締結部１２７，１２８の下側から、ボルト１９８（図２と図４，図５に示す）をボルト挿入孔１９３に挿入し、このボルト１９８を延長ブラケット１９４，１９５のバッテリユニット取付部１９６，１９７のナット部材に螺合させ締付けることにより、４番目の桁部材１０４の締結部１２７，１２８が延長ブラケット１９４，１９５を介してサイドメンバ３１，３２に固定される。

バッテリユニット１４の前端に位置する前側支持部材１３０，１３１は、前から１番目の桁部材１０１の前方に突出している。前側支持部材１３０，１３１は、この桁部材１０１に結合されている。図２に示すように、前側支持部材１３０，１３１に設けられた締結部２１０，２１１は、ボルト２１２によって、クロスメンバ３３のバッテリユニット取付部２１３，２１４に固定される。

以上説明したように本実施形態の電気自動車１０は、桁部材１０１，１０２，１０３，１０４が左右のサイドメンバ３１，３２間にわたって設けられ、これら桁部材１０１，１０２，１０３，１０４によってサイドメンバ３１，３２どうしが結合されている。このためバッテリユニット１４の桁部材１０１，１０２，１０３，１０４がクロスメンバに相当する剛性部材として機能することができる。

バッテリユニット１４の下方にアンダーカバー２２０が配置されている。アンダーカバー２２０の上面は桁部材１０１，１０２，１０３，１０４の下面と対向している。アンダーカバー２２０の材料の一例は、ガラス繊維によって強化された合成樹脂である。このアンダーカバー２２０は、車体１１の下側から、ボルト（図示せず）によって、フレーム構体３０と桁部材１０１，１０２，１０３，１０４の少なくとも一部に固定される。

図４と図６に示すように、バッテリケース５０の前部に形成された冷却風導入口８６には、接続部材として機能する蛇腹状のゴム製のブーツ部材８８が取付けられている。このブーツ部材８８は、フロアパネル７０に形成された孔２５０（図６に示す）に、車室下側から挿入されている。ブーツ部材８８の先端部８８ａは、車室内側に突出している。このブーツ部材８８の先端部８８ａに、送風ダクト２５５が接続されている。送風ダクト２５５は、空気調和機（いわゆる車載エアコン）の前記熱交換ユニット１５（図１に示す）に連通している。

例えばバッテリモジュール６０の急速充電時などのように、バッテリモジュール６０が高温となるため冷却する必要が生じたときに、熱交換ユニット１５から供給される冷風が送風ダクト２５５に送られ、この冷風が冷却風導入口８６を経てバッテリケース５０の内部に送られる。その際に排気ファン９２が作動することにより、バッテリケース５０の内部の空気が排気口９３から外部に排出される。

このように本実施形態のバッテリユニット１４は、バッテリケース５０の内部に冷風を取り入れるための冷却風導入口８６と、送風ダクト２５５が接続される接続部材としてのブーツ部材８８と、排気ファン９２とを有している。そしてバッテリケース５０の内部には、図７に示されるように、冷却風導入口８６と排気ファン９２との間に、空気が流れる空気流通部２６０が形成されている。

冷却風導入口８６からバッテリケース５０内に導入された冷風Ｑ１は、例えば矢印Ｑ２で示すように前側バッテリ収納部５５付近の空気流通部２６０等を流れ、前側のバッテリモジュール６０が冷却される。冷却風導入口８６からバッテリケース５０内に導入された冷風Ｑ１の一部は、バイパス流路部９０を通って後側バッテリ収納部５６に向かい、例えば矢印Ｑ３で示すように後側バッテリ収納部５６付近の空気流通部２６０等を流れることにより、後側のバッテリモジュール６０が冷却される。そしてバッテリケース５０内の温まった空気が、排気ファン９２によって排気口９３からバッテリケース５０の外部に排出される。

図３と図７に示されるように、バッテリケース５０のカバー部材５２の内面に吸水部材３００が取付けられている。これら吸水部材３００は、カバー部材５２の内面（天井面）のうち、空気流通部２６０を臨む位置、すなわちバッテリケース５０内を流れる空気と接する位置に設けられている。

一例として、前側バッテリ収納部５５に載置されたバッテリモジュール６０の上方に吸水部材３００が設けられている。また後側バッテリ収納部５６に載置されたバッテリモジュール６０の上方に吸水部材３００が設けられている。さらに中央バッテリ収納部５７の上方と、電気回路収納部５８の上方にも吸水部材３００が設けられている。吸水部材３００を設ける位置はこの実施形態に限定されることはなく、要するに、バッテリケース５０内のバッテリモジュール６０や電気部品６１等の少なくとも水の付着を避けるべき箇所の上方に配置されていればよい。

吸水部材３００の一例は、繊維を立体的に集合してなる不織布、あるいは繊維間に吸水可能な微小空隙を有するシート、編組された布、織布、あるいは連続気泡を有するスポンジ状の合成樹脂発泡体などが適用される。吸水部材３００の材料としては、吸水性を有し、望ましくは１００℃前後の高温雰囲気中でも劣化しない耐熱性を有しかつ難燃性の材料が適している。

バッテリユニット１４の周囲温度の変化、あるいはバッテリケース５０の内部の湿度などの条件次第によっては、バッテリケース５０のカバー部材５２の内面に結露が生じる可能性がある。しかるに本実施形態のバッテリユニット１４では、カバー部材５２の内面に生じた結露が吸水部材３００によって吸収され、結露水が保持される。このため、バッテリモジュール６０や電気部品６１等の水を避けるべき箇所に結露が滴下したり、結露が流れ落ちたりすることを防止できる。

吸水部材３００に保持された結露水は、バッテリモジュール６０から発生する熱によって自然乾燥させることができる。さらには、バッテリモジュール６０を冷風によって冷却する際に、空気調和機の熱交換ユニット１５から冷却風導入口８６を経てバッテリケース５０内に供給される比較的乾燥した空気によって、吸水部材３００を短時間に乾燥させることも可能である。

なお前記実施形態では車体後部に走行用モータが搭載された電気自動車について説明したが、本発明は走行用モータが車体前部に配置された電気自動車にも適用することができる。また本発明を実施するに当たって、モータ、バッテリケース、バッテリモジュール、電気部品、吸水部材をはじめとして、発明の構成要素の構造及び配置等を適宜に変更して実施できることは言うまでもない。

本発明の一実施形態に係るバッテリユニットを備えた電気自動車の斜視図。 図１に示された電気自動車のフレーム構体とバッテリユニットの斜視図。 図１に示されたバッテリユニットのバッテリケースの分解斜視図 図１に示された電気自動車のフレーム構体とバッテリユニットの側面図。 図１に示された電気自動車のフレーム構体とバッテリユニットを上方から見た平面図。 図１に示されたバッテリユニットの冷却風導入口とフロアパネルの一部を示す斜視図。 図１に示されたバッテリユニットの前後方向に沿う縦断面図。

符号の説明

１０…電気自動車
１１…車体
１４…バッテリユニット
５０…バッテリケース
５１…トレイ部材
５２…カバー部材
６０…バッテリモジュール
６１…電気部品
８６…冷却風導入口
８８…ブーツ部材（接続部材）
９２…排気ファン
２６０…空気流通部
３００…吸水部材

Claims (2)

1. 車体に取付けられるバッテリケースと、
   前記バッテリケースに収容されたバッテリモジュールと、
   前記バッテリケースに収容されかつ前記バッテリモジュールに電気的に接続された電気部品と、
   吸水性を有する材料からなり、前記バッテリモジュールおよび前記電気部品の少なくとも水の付着を避けるべき箇所の上方に対向して前記バッテリケースの内面に配置された吸水部材と、
   を具備したことを特徴とする電気自動車用バッテリユニット。
2. 前記バッテリケース内の前記バッテリモジュールを冷却するための空気を前記バッテリケースの内部に取り入れる冷却風導入口と、
   前記冷却風導入口に設けられ、前記バッテリモジュールを冷却するための空気を供給するための送風ダクトが接続される接続部材と、
   前記バッテリケース内の空気をバッテリケースの外部に排出する排気ファンと、
   前記バッテリケースの内部において前記冷却風導入口と前記排気ファンとの間に形成され、前記バッテリモジュールを冷却するための空気が流れる空気流通部とを有し、
   前記吸水部材が前記空気流通部に臨んで配置されていることを特徴とする請求項１に記載の電気自動車用バッテリユニット。

Images