(57)【要約】【課題】電力を消費しないで電池の冷却を可能とする電源装置を搭載する電動車両を提供する。【解決手段】電動車両は、ケース２に電池を収納している電源装置１と、この電源装置１に駆動されて車両を走行させるモーターとを備える。電源装置１のケース２は、電池を冷却する空気を吸入する吸気口６と、電池を冷却した空気を排気する排気口７とに連結している。この電動車両は、排気口７を車両のフロアパネル１２の底面１６に開口して、車両が走行して底面１６と路面１７との間に流れる空気流で排気口７の開口部を減圧して、排気口７からケース２内の空気を強制的に排気して電池を冷却する。【選択図】図１
2006103365.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ケース(2)に電池を収納している電源装置(1)と、この電源装置(1)に駆動されて車両を走行させるモーターとを備える電動車両であって、
電源装置(1)のケース(2)は、電池を冷却する空気を吸入する吸気口(6)と、電池を冷却した空気を排気する排気口(7)とに連結しており、
排気口(7)を車両のフロアパネル(12)の底面(16)に開口して、車両が走行して底面(16)と路面(17)との間に流れる空気流で排気口(7)の開口部を減圧して、排気口(7)からケース(2)内の空気を強制的に排気して電池を冷却するようにしてなる電動車両。
【請求項２】
電源装置(1)のケース(2)の吸気口(6)をタイヤハウス(14)内に開口している請求項１に記載される電動車両。
【請求項３】
電源装置(1)のケース(2)を車両の床に搭載している請求項１に記載される電動車両。
【請求項４】
電源装置(1)が、電池の温度を検出する温度センサー(10)と、この温度センサー(10)で検出する電池温度でケース(2)内を通過して電池を冷却する空気量をコントロールする空気制御器(11)とを備えている請求項１に記載される電動車両。
【請求項５】
電源装置(1)が、ケース(2)内に強制送風するファン(8)と、電池の温度を検出してファン(8)の運転を制御する制御回路(9)とを備えている請求項１に記載される電動車両。
【請求項６】
電源装置(1)のケース(2)に排気ダクト(5)を連結して、排気ダクト(5)の下端を排気口(7)としており、この排気ダクト(5)は下端の排気口(7)に向かって、車両の後方に傾斜している請求項１に記載される電動車両。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、モーターで車両を走行させる、ハイブリッド車、電気自動車、燃料電池車等の電動車両に関する。
【背景技術】
【０００２】
電動車両は、多数の電池を直列に連結して出力電圧を高くしている電源装置と、この電源装置から電力を供給して車両を走行させるモーターを搭載している。電動車両に搭載される電源装置は、電池を大電流で充放電すると電池温度が高くなる。電池の温度上昇は、電池の性能を低下させるばかりでなく、寿命を短くする。このため、電池温度が高くなると、ファンで電池に強制的に冷却空気を送風して、電池を冷却する車両用の電源装置が開発されている（特許文献１参照）。
【特許文献１】特開平１０−２７０００６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
以上の公報に記載される車両用の電源装置は、電池の温度が高くなると電動ファンを運転して室内空気を電源装置に強制送風して電池を冷却する。このため、電池を冷却するために常に電力を消費する。とくに、電池を強制冷却する電動ファンは、相当な風量で冷却空気を電池に強制送風する必要がある。１００本以上と多数の大容量電池を冷却するからである。このため、ファンの消費電力が大きくなって電動車両のエネルギー効率を悪くする欠点がある。
【０００４】
本発明は、この欠点を解決することを目的に開発されたものである。本発明の重要な目的は、車両が走行して高速流動される空気の圧力が低下するのを利用して、電力を消費しないで電池の冷却を可能とする電源装置を搭載する電動車両を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の電動車両は、ケース２に電池を収納している電源装置１と、この電源装置１に駆動されて車両を走行させるモーターとを備える。電源装置１のケース２は、電池を冷却する空気を吸入する吸気口６と、電池を冷却した空気を排気する排気口７とに連結している。この電動車両は、排気口７を車両のフロアパネル１２の底面１６に開口して、車両が走行して底面１６と路面１７との間に流れる空気流で排気口７の開口部を減圧して、排気口７からケース２内の空気を強制的に排気して電池を冷却する。
【０００６】
本発明の電動車両は、電源装置１のケース２の吸気口６をタイヤハウス１４内に開口することができる。本発明の電動車両は、電源装置１のケース２を車両の床に搭載することができる。
【０００７】
本発明の電動車両は、電源装置１が、電池の温度を検出する温度センサー１０と、この温度センサー１０で検出する電池温度でケース２内を通過して電池を冷却する空気量をコントロールする空気制御器１１とを備えることができる。
【０００８】
本発明の電動車両は、電源装置１が、ケース２内に強制送風するファン８と、電池の温度を検出してファン８の運転を制御する制御回路９とを備えることができる。
【０００９】
本発明の電動車両は、電源装置１のケース２に排気ダクト５を連結して、排気ダクト５の下端を排気口７とし、この排気ダクト５を下端の排気口７に向かって、車両の後方に傾斜することができる。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の電動車両は、電力を消費しないで電源装置の電池を冷却できる特長がある。それは、本発明の電動車両が、電源装置の電池を冷却した空気を排気する排気口を車両のフロアパネルの底面に開口しており、車両が走行して底面と路面との間に流れる空気流で排気口の開口部を減圧して、排気口からケース内の空気を強制的に排気して電池を冷却するからである。この構造の電動車両は、走行して高速流動される空気によって、車両のフロアパネルの底面の圧力が低下するのを利用して、排気口からケース内の空気を強制的に排気するので、電力を消費することなく、電源装置の電池を理想的に冷却できる。
【００１１】
さらに、本発明の請求項６の電動車両はケースの空気をよりスムーズに排気できる特長がある。それは、この電動車両が、電源装置のケースに連結した排気ダクトを、下端の排気口に向かって、車両の後方に傾斜させているからである。この構造の電動車両は、走行する状態において、排気ダクトから排気される空気が傾斜方向に流動するので、車体の下面を通過する空気の流れを著しく乱すことがない。このため、車体下面を通過する空気流によって、排気口の圧力を理想的に低下させて排気口からスムーズに空気を排気できる。さらに、後方の下方に向かって傾斜する排気ダクトは、走行時に異物や水が排気ダクトに侵入するのを有効に防止できる特長もある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。ただし、以下に示す実施例は、本発明の技術思想を具体化するための電動車両を例示するものであって、本発明は電動車両を以下のものに特定しない。
【００１３】
さらに、この明細書は、特許請求の範囲を理解しやすいように、実施例に示される部材に対応する番号を、「特許請求の範囲」および「課題を解決するための手段の欄」に示される部材に付記している。ただ、特許請求の範囲に示される部材を、実施例の部材に特定するものでは決してない。
【００１４】
図１に示す電動車両は、電池とモーターで走行するハイブリッド自動車、電池で駆動されるモーターのみで走行する電気自動車、あるいは燃料電池と二次電池とでモーターを駆動して走行する燃料電池車等の車両である。この図の電動車両は、ケース２に複数の電池を収納している電源装置１と、この電源装置１に駆動されて車両を走行させるモーター（図示せず）とを備える。
【００１５】
電源装置１は、プラスチック等の絶縁材で製作しているケース２に、互いに直列に接続している複数の電池モジュール３を収納している。ケース２は、内部の電池に強制送風できるように閉鎖構造として、吸気ダクト４と排気ダクト５を連結している。図の電動車両は、電源装置１を車両の床に搭載している。この構造の電動車両は、重心を低くして、排気ダクト５を短くできる。短い排気ダクト５は、空気の通過抵抗が少なく、ケース２内の空気を効率よく外部に排気する。とくに、図のケース２は、多数の電池を水平面内に並べて全体を薄くして、高さを平面形状における縦横の寸法より小さくしている。この形状の電源装置１は、フロアパネル１２に搭載するのに好都合である。
【００１６】
ケース２は、複数本の電池モジュール３を平行に並べて収納している。電池モジュール３は、５又は６本の電池を直列接続して直線状に連結したものである。ただし、電池モジュールは、４〜８本の二次電池を、直列接続して直線状に連結したものも使用できる。さらに、ケースには、１本の二次電池からなる電池モジュールを収納することもできる。電池モジュール３は、円筒型あるいは角型の二次電池を、金属板の接続体を介して、あるいは接続体を介することなく電池端面を直接に直列接続して直線状に連結している。電池モジュール３の両端には、正極端子と負極端子からなる電極端子を連結している。電極端子は、金属板のバスバー（図示せず）をネジ止して、隣接する電池モジュール３を直列に、あるいは並列に連結する。電池モジュール３の二次電池は、ニッケル−水素電池である。ただ、電池モジュールの二次電池は、ニッケル−カドミウム電池やリチウムイオン二次電池等とすることもできる。
【００１７】
ケース２は、吸気ダクト４を介して吸気口６に連結し、排気ダクト５を介して排気口７に連結している。ただし、ケースは、図示しないが、吸気ダクトを介することなく吸気口に連結し、また、排気ダクトを介することなく排気口に連結することもできる。ケース２は、吸気口６から吸入される空気を内部に通過させて電池を冷却する。電池を冷却した空気は、排気口７から排気される。排気口７は、車両のフロアパネル１２の底面１６に開口される。ここに開口される排気口７は、車両が走行して底面１６と路面１７との間に流れる空気流で減圧される。減圧される排気口７の圧力は、以下のベルヌーイの定理で計算される。
ｐ＋１／２ρｖ２＋ρｇｈ＝一定
この式において、ｐは圧力、ρは空気の密度、ｖは流速、ｇは重力加速度、ｈは高さである。
この式からρｇｈを一定とすれば、
ｐ＋１／２ρｖ２＝一定（ｃ）
となり、さらにこの式から、
ｐ＝ｃ−１／２ρｖ２
となる。すなわち、圧力は速度の二乗で低下する。したがって、車両の速度が速くなると、排気口７の圧力は急激に低下する。排気口７の圧力が低下すると、ケース２内の空気は強制的に吸い出される。
【００１８】
排気口７は、排気ダクト５を介してケース２に連結している。排気ダクト５は、一端をケース２に連結して、他端を車両の底面１６に開口している。この排気ダクト５は、下端の排気口７に向かって、車両の後方に傾斜する姿勢としている。この排気ダクト５は、車両が走行する状態で、路面１７の水や異物が侵入するのを有効に防止できる。それは、車両の進行方向に対して反対方向である後方の下向きに排気ダクト５を傾斜させており、車が走行するときに跳ね上げられる水や埃等は後方に移動して、排気ダクト５に侵入しなくなるからである。また、この形状の排気ダクト５は、ケース２の空気をよりスムーズに排気できる特徴もある。それは、車両が走行する状態で、排気口７からスムーズに空気が排気されるからである。下端の排気口７に向かって後方に傾斜する排気ダクト５は、排気口７から排気される空気の流れが、車体下面を通過する空気の流れを乱すのを防止できる。したがって、車の走行時において、車体下面を通過する空気流によって、排気口近傍の圧力を十分に低下でき、排気ダクト５の空気を排気口７からスムーズに吸引してケース２内の空気を効率よく排気できる。排気ダクト５は、たとえば、図２に示すように、ダクトの中心線が水平面となす傾斜角αを、１０〜８０度、好ましくは３０〜７０度とする。
【００１９】
車両が走行して排気口７から排気される空気量は、排気口７の表面を流れる空気の流速に影響を受け、流速が速くなると排気空気量は多くなる。言いかえると、排気口７を流れる空気の流速を速くして、ケース２からより多量の空気を効率よく排気できる。図２の拡大断面図に示す車両は、車両の底面１６に整流板１３を固定している。整流板１３は、下面に突出する山形として、その頂上部分に排気口７を開口している。この形状の整流板１３は、排気口７を流れる空気の流速を速くして、より効率よく空気を排気できる。それは、下面に突出する整流板１３によって、路面１７との間隔が狭くなり、狭い隙間を空気が高速で流動するからである。
【００２０】
車両は、前後の両側にタイヤハウス１４を設けて、ここに車輪１５を配置している。タイヤハウス１４は凹部であるから、車両の底面１６を流れる空気をスムーズに整流状態では流動できない。このため、排気口７は前後のタイヤハウス１４の間、好ましくは前後のタイヤハウス１４の中間部分に配置される。ここに排気口７を開口する電動車両は、車両の底面１６の整流状態で空気が流れる領域に排気口７を開口して、ケース２内の空気を効率よく排気できる。ただ、左右のタイヤハウスの間に排気口を設けることもできる。左右のタイヤハウスの間も、空気を整流状態で流動できるので、ここに開口される排気口は空気を効率よく排気する。
【００２１】
吸気口６は、ケース２に空気を流入させる。図の電源装置１は、吸気口６をタイヤハウス１４に開口して、タイヤハウス１４の空気をケース２に流入させている。吸気ダクト４は一端をケース２に連結して、他端をタイヤハウス１４に開口している。この電源装置１は、車外の空気をケース２に吸入して電池を冷却し、その後、車外に排気する。このため、電池を冷却するために、車内の空気を排気することがなく、また、電池が車内の空気が加温されることもない。この車両は、電池を冷却するかどうかを考慮しないで、車内温度をエアコンでコントロールできる。ただし、図示しないが、電源装置は、吸気口を車内に開口して、車内の空気をケースに吸入させる構造とすることもできる。
【００２２】
さらに、図の電源装置１は、吸気ダクト４にファン８を設けている。ファン８は、ケース２内に空気を強制送風して電池を冷却する。図の電源装置１は、吸入側にファン８を設けているが、排出側に設けることもできる。ファン８は、車両が停止して排気口７から空気が効率よく排気されない状態で、あるいは車両の走行速度が遅くて、排気口７から十分に空気を排気できない状態で、電池の温度が高くなると、ケース２に空気を強制送風する。ファン８の運転は、制御回路９でコントロールされる。
【００２３】
制御回路９は、電池の温度を検出する温度センサー１０を備える。温度センサー１０で検出する電池温度が設定温度よりも高くなると、制御回路９はファン８を運転して電池を冷却する。ただし、制御回路９は、電池温度が設定温度よりも高くなっても、必ずしもファン８を運転しない。車両が走行して、排気口７から十分に空気が排気される状態では、ファン８を運転しないで、電池を冷却できるからである。
【００２４】
図１の電源装置１は、ケース２内を通過して電池を冷却する空気量をコントロールする空気制御器１１を備える。図の電源装置１は、排気ダクト５に空気制御器１１を設けている。ただし、空気制御器１１は、図の鎖線で示すように、吸気側に設けることもできる。空気制御器１１は、ダクトの開口面積を調整して、ダクトを通過する空気量をコントロールする。空気制御器１１は、ダクトの開口面積を大きくして通過する空気量を多くし、開口面積を小さくして通過する空気量を少なくする。ただし、空気制御器は、ダクトを開閉して、空気を通過させる状態と通過させない状態とすることもできる。空気制御器１１は、ダクトを開閉する開閉弁、あるいは開度を調整する調整弁である。
【００２５】
開閉弁である空気制御器１１は、電池温度が最高温度よりも高くなると開弁されて電池を冷却する状態とし、電池温度が最低温度よりも低くなると閉弁して、電池を冷却しない状態とする。開度を調整できる空気制御器１１は、電池の温度が高くなるにしたがって開口面積を大きくし、反対に電池温度が低くなるにしたがって開口面積を小さくして、電池温度を一定の温度範囲にコントロールする。空気制御器１１は、電池温度を温度センサー１０で検出する制御回路９でコントロールされる。
【００２６】
さらに、制御回路９は、電池を空気で強制冷却する状態で、排気口７から排出される空気で冷却できるか、あるいはファン８を運転して冷却するかを判定する。この判定は、制御回路９が車両の車速を検出し、あるいは空気制御器１１を開いてファン８を停止する状態て排気口７から排出される空気の流速を流量計で検出し、あるいは電池温度の変化を検出して判定する。
【００２７】
車速を検出する制御回路は、車速が設定速度よりも速いと、排気口から空気が排気されると判定して、ファンを運転することなく、空気制御器を開いて電池を冷却し、車速が設定速度よりも遅いと、排気口から十分に空気が排気されないと判定して、ファンを運転して電池を冷却する。空気の流速を検出する制御回路は、ダクトの流速を検出する流量計を備えている。この流量計で空気の流速を検出し、空気の流速が設定速度よりも速いと、排気口から排気される空気で電池を冷却できるとしてファンを運転せず、流速が遅いとファンを運転して電池を冷却する。電池温度を検出する制御回路は、空気制御器を開く状態で電池温度が上昇するとファンを運転して電池を強制冷却し、空気制御器を開く状態で電池温度が上昇しないと排気口から排気される空気で電池を冷却できるとしてファンを運転しない。
【００２８】
図の電動車両は、電源装置１を車両のフロアパネル１２に搭載している。ただ、電源装置の搭載位置は、車両のフロアパネルには特定されない。この電源装置１は、車輪１５を駆動するモーターに電力を供給して車両を走行させる。電源装置１からモーターに供給される電力は、車両に搭載される制御回路９でコントロールされる。また、電源装置１の充電も制御回路９でコントロールされる。電気自動車の電源装置は、ブレーキをするときに回生制動で充電される。ハイブリッド自動車の電源装置は、回生制動と、搭載される発電機の両方で充電される。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明の一実施例にかかる電動車両の概略構成図である。
【図２】車両の底面の一例を示す拡大断面図である。
【符号の説明】
【００３０】
１…電源装置
２…ケース
３…電池モジュール
４…吸気ダクト
５…排気ダクト
６…吸気口
７…排気口
８…ファン
９…制御回路
１０…温度センサー
１１…空気制御器
１２…フロアパネル
１３…整流板
１４…タイヤハウス
１５…車輪
１６…底面
１７…路面
【図１】
2006103365.tif 000003
【図２】
2006103365.tif 000004