(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数個の柱状のバッテリセルを横置きに配設したバッテリケースの上，下壁にそれぞれ複数個の通気口が形成され、バッテリフレーム内に密閉格納されて該バッテリフレーム内に導入される冷却空気を前記上，下壁の下側通気口から上側通気口へ向けて上下方向に流通させて内部のバッテリセルを冷却するようにしたバッテリであって、かつ、前記バッテリケースの上壁には、ユニットケースの下側ベースを熱の良導体からなる放熱板として形成したバッテリセルコントロールユニットを、前記上壁の通気口から流出する冷却空気が吹き当る位置に該上壁から適宜の間隔をおいて離間状態に固設配置したことを特徴とする電気自動車のバッテリ構造。
【請求項２】
ユニットケースの下側ベースの下面には、バッテリフレーム内をバッテリ上側に沿って一方向に流れる冷却空気の流通方向に沿って、複数条の放熱フィンを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構造。
【請求項３】
ユニットケースの下側ベース面上には、配線基板を該下側ベース面から適宜の間隔を置いて離間状態に固設すると共に、発熱性の制御素子をこの配線基板の下面に離間状態に設けて前記下側ベース面に直接当接して固設したことを特徴とする請求項１，２記載の電気自動車のバッテリ構造。
【請求項４】
バッテリセルコントロールユニットを、バッテリケース内の複数個のバッテリセルとそれぞれ電気接続するハーネスの配索長さを均等にできるバッテリケース上壁の中央位置に設けたことを特徴とする請求項１〜３の何れかに記載の電気自動車のバッテリ構造。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は電気自動車のバッテリ構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電気自動車のバッテリとしては、例えば特開平７−４７８９２号公報に示されているように、リチウムイオン等を構成主材料として熱伝導性の良いケーシングで被覆し、円柱状に形成して耐圧性を高めた高性能バッテリセルを用いたものが知られている。
【０００３】
このバッテリは嵩高とならないように前述の円柱状のバッテリセルの複数個をバッテリケース内に横置きに配設して構成され、このバッテリの複数個を例えば車体のフロア下側に固定されるバッテリフレーム内に密閉格納して用いられる。
【０００４】
このように複数個のバッテリセルをバッテリケース内に収納して構成されたバッテリはバッテリフレーム内に密閉格納されるため、前記バッテリケースの上，下壁にはそれぞれ複数個の通気口を形成する一方、バッテリフレーム内には前後方向に冷却空気を流通させ、該バッテリフレーム内に導入される冷却空気をバッテリケースの上，下壁の下側通気口から上側通気口へ向けて流通させて該バッテリケース内のバッテリセルを冷却するようにしている。
【０００５】
また、前述のバッテリの個々にはバッテリケース内の複数個のバッテリセルの充放電管理や電圧検知および均等充電等を行うためのバッテリセルコントロールユニットが付設されるが、このバッテリセルコントロールユニットは内蔵した制御素子や配線を保護するため密閉構造にされている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
前述のようにバッテリに付設するバッテリセルコントロールユニットは密閉構造とするが、該バッテリセルコントロールユニット内に配設されるバイパス抵抗やパワートランジスタ等の制御素子は発熱性があるため、バッテリセルコントロールユニット全体の発熱を抑制するためには、大きなユニットケーシングを用いてバッテリコントロールユニットの内部空間を拡大する必要があり、従ってバッテリセルコントロールユニットが大型化してその配設レイアウトに支障を来してしまう。
【０００７】
そこで、本発明はバッテリセルコントロールユニットの冷却効果が得られ、該バッテリセルコントロールユニットを小型、薄板状化することができて、バッテリケース上面に装着した場合にバッテリの嵩高さを可及的に小さく抑えることができて、バッテリ搭載レイアウトを容易にすることができる電気自動車のバッテリ構造を提供するものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
請求項１にあっては、複数個の柱状のバッテリセルを横置きに配設したバッテリケースの上，下壁にそれぞれ複数個の通気口が形成され、バッテリフレーム内に密閉格納されて該バッテリフレーム内に導入される冷却空気を前記上，下壁の下側通気口から上側通気口へ向けて上下方向に流通させて内部のバッテリセルを冷却するようにしたバッテリであって、かつ、前記バッテリケースの上壁には、ユニットケースの下側ベースを熱の良導体からなる放熱板として形成したバッテリセルコントロールユニットを、前記上壁の通気口から流出する冷却空気が吹き当る位置に該上壁から適宜の間隔をおいて離間状態に固設配置したことを特徴としている。
【０００９】
請求項２にあっては、請求項１に記載のユニットケースの下側ベースの下面には、バッテリフレーム内をバッテリ上側に沿って一方向に流れる冷却空気の流通方向に沿って、複数条の放熱フィンを設けたことを特徴としている。
【００１０】
請求項３にあっては、請求項１，２に記載のユニットケースの下側ベース面上には、配線基板を該下側ベース面から適宜の間隔をおいて離間状態に固設すると共に、発熱性の制御素子をこの配線基板の下面に離間状態に設けて前記下側ベース面に直接当接して固設したことを特徴としている。
【００１１】
請求項４にあっては、請求項１〜３に記載のバッテリコントロールユニットを、バッテリケース内の複数個のバッテリセルとそれぞれ電気接続するハーネスの配索長さを均等にできるバッテリケース上壁の中央位置に設けたことを特徴としている。
【００１２】
【発明の効果】
請求項１によれば、バッテリケースの上壁には通気口から流出する冷却空気が吹き当る部位に、バッテリセルコントロールユニットを離間状態に固設配置してあるため、該通気口から流出する冷却空気によってバッテリセルコントロールユニットを積極的に冷却することができる。
【００１３】
しかも、この通気口から流出する冷却空気が吹き当るバッテリセルコントロールユニットのユニットケースの下側ベースは熱の良導体からなる放熱板として形成してあるから、バッテリセルコントロールユニット内の熱交換を活発に行わせることができて冷却効果を著しく高めることができる。
【００１４】
この結果、バッテリセルコントロールユニットは発熱を抑えるためにユニットケースを大きくして内部空間を拡大する必要がなく、該バッテリセルコントロールユニットを小型、薄板状化することができ、従って、バッテリの嵩高さを可及的に小さく抑えることができてバッテリの搭載レイアウトを容易にすることができる。
【００１５】
請求項２によれば、請求項１の効果に加えて、ユニットケースの下側ベースの下面には複数条の放熱フィンを設けてあるため、下側ベースの放熱面積を拡大できてバッテリセルコントロールユニットの冷却効果をより一層高めることができる。
【００１６】
しかも、この放熱フィンはバッテリを密閉格納したバッテリフレーム内を、該バッテリ上側に沿って一方向に流れる冷却空気の流通方向に沿って形成してあるため、このバッテリ上側に沿う冷却空気の流通損失を回避することができて、バッテリケース上壁の通気口からの冷却空気の流出をスムーズに行わせることができ、従って、バッテリセルの冷却性能を些かも損なうことがない。
【００１７】
請求項３によれば、請求項１，２の効果に加えて、発熱性の制御素子は配線基板の下面に離間状態に設けて、該配線基板を下側ベース面上に該下側ベース面から適宜の間隔をおいて離間状態に固設してあるため、配線基板が発熱性の制御素子からの熱影響を全く受けることはなく、従って、該配線基板の電気的性能を些かも損なうことはない。
【００１８】
しかも、発熱性の制御素子は放熱板である下側ベース面に直接当接して固定してあるので、該制御素子を積極的に冷却することができて、ユニットケース内の昇温を可及的に小さく抑えることができる。
【００１９】
請求項４によれば、請求項１〜３の効果に加えて、バッテリセルコントロールユニットとバッテリセル内の複数個のバッテリセルとをそれぞれ電気接続するハーネスの配索長さを均等にできるため、該ハーネスによる電圧降下のバラツキを減少することができる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態を図面と共に詳述する。
【００２１】
図３〜５において、１はフロアパネル１４の下面のフロア骨格部材１４ａに固設されるバッテリフレームを示し、該バッテリフレーム１は前，後フレーム２，３と左右の側部フレーム４，４および底板５を備えている。
【００２２】
底板５上にはその中央部分に前，後フレーム２，３に亘って高さの低いセンターメンバ６を接合配置してある一方、側部フレーム４，４の内周部には該センターメンバ６と同じ高さで棚部４ａを形成してあり、これらセンターメンバ６および棚部４ａ，４ａ上に複数本のロアビーム７，７を左右方向に接合配置してある。
【００２３】
また、後部フレーム３の内周部には前記ロアビーム７と同じ高さで図外の棚部を形成してあり、これらロアビーム７，７間および該後部フレーム３の棚部上に後述する複数個のバッテリ１５を前後方向および左右方向に当接させて搭載支持し、各隣接するバッテリ１５，１５の隅部間でボルト・ナット９により前記センターメンバ６および側部フレーム４の棚部４ａと後部フレーム３の棚部に締結固定し、これらバッテリ１５と底板５との間に通風路８を形成するようにしている。
【００２４】
前記フレーム２の略下半部にはその略全幅寸法に亘って上向きに開口したエアインレット１０を接続してあり、該エアインレット１０から冷却空気としての外気を取り入れて、該冷却空気を通風路８に前方より導入するようにしてある。
【００２５】
また、この前部フレーム２の内周部にロアビーム７と同じ高さで棚部２ａを形成してあり、この棚部２ａと最前部のロアビーム７とに跨ってジャンクションボックス１１を最前列のバッテリ１５と当接させた状態で配置して、前述と同様にボルト・ナット９により締結固定してある。
【００２６】
１２はバッテリフレーム１の上縁部にクリップ，ボルト・ナット等の止着部材１３によって固定されて、バッテリ１５およびジャンクションボックス１１を密閉格納するアッパカバーで、その後側部には図外のファンを備えた空気排出口を形成してあって、後述するように通風路８に導入された冷却空気を各バッテリ１５に上下方向に流通させてバッテリフレーム１とアッパカバー１２とで密閉された上部空間に導出させ、該空気排出口から外部へ排出するようにしてある。
【００２７】
１５は平面方形状に形成したバッテリを示し、図１，２に示すようにリチウムイオン等を構成主材料として熱伝導性の良いケーシングで被覆し、円柱状に形成して耐圧性を高めた高性能バッテリセル１６と、このバッテリセル１６の複数個を横置きにして上下方向に多段状に収納したバッテリケース１７とからなっている。
【００２８】
バッテリケース１７の上，下壁にはそれぞれ複数個の通気口１８を形成してあり、前述のようにバッテリフレーム１の下側の通風路８に前方より導入された冷却空気を、下側の通気口１８から上側の通気口１８へ向けて上下方向に流通させ、内部のバッテリセル１６を積極的に冷却し得るようにしてある。
【００２９】
バッテリ１５はその上面の左右方向の一側端部に一対の外側端子１９を突出配置してあり、これらバッテリ１５，１５は例えばこの一対の外側端子１９が側部フレーム４側となるように各一側に揃えて搭載し、隣接するバッテリ１５，１５の外側端子１９，１９を強電ブスバー２０で直列に電気接続すると共に、最前列のバッテリ１５，１５と前記ジャンクションボックス１１とを同様に強電ブスバー２０で直列に電気接続してある。
【００３０】
２１はバッテリケース１７内の複数個のバッテリセル１６の充放電管理や電圧検知および均等充電等を行うため各バッテリ１５に付設した平面方形状のバッテリセルコントロールユニットで、該バッテリセルコントロールユニット２１はバッテリケース１７の上壁の通気口１８から流出する冷却空気が吹き当る部位、例えば本実施形態にあっては上壁の中央部位に該上壁から適宜の間隔をおいて離間状態に固設配置してある。
【００３１】
このバッテリセルコントロールユニット２１は図６，７に示すようにユニットケース２２で保護されていて、該ユニットケース２２は配線基板２５を取付ける下側ベース２３と、該下側ベース２３に嵌合して周縁フランジ２３ａ，２４ａ同志を密接させて締結固定し、前記配線基板２５を密封するアッパケース２４とを備えている。
【００３２】
下側ベース２３は熱の良導体、例えばアルミ材で形成してあり、バッテリセルコントロールユニット２１はこの下側ベース２３とアッパケース２４の周縁フランジ２３ａ，２４ａの前後側部の中央部分をボルト３１により締結固定してサブッセンブリしてあって、前記重合密接した周縁フランジ２３ａ，２４ａの左右側部の複数ヶ所でバッテリケース１７の上壁面に突設した複数個のボス部３０上にボルト３２によって締結固定してある。
【００３３】
配線基板２５には各種制御素子のうち、バイパス抵抗やパワートランジスタ等の発熱性の制御素子２６をそれらの端子２６ａを介して該配線基板２５の下面に離間状態にろう付け固定してある。
【００３４】
この配線基板２５はその周縁部の複数ヶ所で下側ベース２３面上にスペーサ２７を介して該下側ベース２３面から適宜の間隔をおいてビス２８により締結固定してあって、前記発熱性の制御素子２６は下側ベース２３面に直接当接して、配線基板２５に設けた作業孔２５ａを通して該下側ベース２３面にビス２９により締結固定してある。
【００３５】
また、前記下側ベース２３の下面には複数条の放熱フィン３３を設けてある。
【００３６】
この放熱フィン３３はバッテリケース１７の上壁の通気口１８から流出して、バッテリフレーム１内の上部空間をバッテリ１５の上側に沿って前方から後側の空気排出口に向けて流れる冷却空気の流通方向に沿うように下側ベース２３の下面に前後方向に形成してある。
【００３７】
バッテリセルコントロールユニット２１の左右側部の中央部には電圧検知用のユニット側のハーネス３４を引出してあると共に、それらの端部のコネクタ３４ａをバッテリケース１７の上壁に突設したボス部３５上にボルト３６により固定したコネクタブラケット３７に固定してある。
【００３８】
バッテリセル１６は本実施形態ではバッテリケース１７内に上下２段に各４本づつ計８本収納配置してあり、前側２列の４本のバッテリセル１６と、後側２列の４本のバッテリセル１６とを各１組の制御単位として、それらの各一端の正極側端子および他端の負極側端子にそれぞれ接続した電圧検知用のセル側のハーネス３８を、バッテリケース１７の上壁の左右両側部中央位置に設けた引出口３９から引出して、それらの端部のコネクタ３８ａを前記ユニット側のハーネス３４のコネクタ３４ａに接続して、ハーネス３４，３４の配索長さ、およびハーネス３８，３８の配索長さをそれぞれ均等にしてある。
【００３９】
以上の実施形態の構造によれば、バッテリフレーム１内の下側の通風路８に前方から導入される冷却空気は、各バッテリ１５のバッテリケース１７の上，下壁に設けた下側通気口１８から上側通気口１８へ向けて流通し、バッテリケース１７内の各バッテリセル１６を積極的に冷却することができる。
【００４０】
各バッテリ１５内を上下方向に流通した冷却空気はバッテリフレーム１内の上部空間に抜けて、前方から後方へ向かう流れとなって後側の図外の空気排出口から外部へ排出される。
【００４１】
ここで、各バッテリ１５のバッテリセルコントロールユニット２１は、バッテリケース１７の上壁の通気口１８から流出する冷却空気が吹き当る位置に、該上壁から離間状態に固設配置してあり、しかも、この冷却空気が吹き当るユニットケース２２の下側ベース２３はアルミ材等の熱の良導体で形成して放熱板として形成してあるため、バッテリセルコントロールユニット２１を積極的に冷却することができ、該バッテリセルコントロールユニット２１内の熱交換を放熱板としての下側ベース２３により活発に行わせて冷却効果を著しく高めることができる。
【００４２】
この結果、バッテリセルコントロールユニット２１は発熱を抑えるためにユニットケース２２を大きくして内部空間を拡大する必要がなく、該バッテリセルコントロールユニット２１を小型、薄板状化することができる。
【００４３】
従って、バッテリセルコントロールユニット２１をバッテリ１５の上面に付設しても、バッテリ１５の嵩高さを可及的に小さく抑えることができてバッテリ１５の搭載レイアウトを容易にすることができ、例えば前述のようにバッテリ１５の複数個をバッテリフレーム１に密閉格納してフロア下側に搭載する場合に、フロア地上高が大きくなるのを回避できて乗降性および居住性を損なうことがない。
【００４４】
また、本実施形態にあっては前述のバッテリセルコントロールユニット２１の下側ベース２３の下面には、複数条の放熱フィン３３を設けてあるため、下側ベース２３の放熱面積を拡大できてバッテリセルコントロールユニット２１の冷却効果をより一層高めることができる。
【００４５】
しかも、この放熱フィン３３は前述のようにバッテリケース１７の上壁の通気口１８から流出して、バッテリフレーム１内の上部空間を各バッテリ１５の上側に沿って前方から後側の空気排出口に向けて流れる冷却空気の流通方向に沿うように下側ベース２３の下面に前後方向に形成してあるから、このバッテリ１５の上側に沿う冷却空気の流通損失を回避することができて、バッテリケース１７の上壁の通気口１８からの冷却空気の流出をスムーズに行なわせることができ、従って、バッテリセル１６の冷却性能を些かも損なうことがない。
【００４６】
また、バッテリセルコントロールユニット２１の発熱性の制御素子２６は配線基板２５の下面に離間状態に配設して、該配線基板２５をスペーサ２７により下側ベース２３面上に適宜の間隔をおいて離間状態に固設してあるため、配線基板２５が発熱性の制御素子２６からの熱影響を全く受けることがなく、従って、該配線基板２５の電気的性能を些かも損なうことはない。
【００４７】
そして、特に本実施形態では前記発熱性の制御素子２６は、ユニットケース２２の放熱板である下側ベース２３面に直接当接して固定してあるので、該制御素子２６を積極的に冷却することができて、ユニットケース２２内の昇温を可及的に小さく抑えることができる。
【００４８】
一方、このようなバッテリセルコントロールユニット２１の冷却効果とは別に、該バッテリセルコントロールユニット２１はバッテリケース１７内の複数個のバッテリセル１６とそれぞれ電気接続するハーネス３４と３４、およびハーネス３８と３８の配索長さを均等にできるバッテリケース１７の上壁の中央位置に配設してあるから、これらハーネス３４，３４およびハーネス３８，３８の配索長さの均等化によってこれらハーネス３４，３８による電圧降下のバラツキをなくして、バッテリセル１６の電気的な制御精度を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態を示す斜視図。
【図２】同実施形態の平面図。
【図３】同実施形態のバッテリを搭載したバッテリフレームの平面図。
【図４】図３のＡ−Ａ線に沿う断面図。
【図５】図３のＢ−Ｂ線に沿う断面図。
【図６】バッテリセルコントロールユニットの分解斜視図。
【図７】図６のＣ−Ｃ線に沿う断面図。
【符号の説明】
１  バッテリフレーム
１５  バッテリ
１６  バッテリセル
１７  バッテリケース
１８  通気口
２１  バッテリセルコントロールユニット
２２  ユニットケース
２３  下側ベース
２５  配線基板
２６  制御素子
３３  放熱フィン
３４，３８  ハーネス
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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