(57)【要約】【課題】上下に配した各電池の劣化のばらつきを抑制することができる車載バッテリの冷却構造を提供する。【解決手段】ケース３０には第１の空気通路Ｐ１、第２の空気通路Ｐ２および第３の空気通路Ｐ３が形成されている。第１の空気通路Ｐ１は、左右方向（Ｘ方向）に隣接する電池４０の間を延びている。第２の空気通路Ｐ２は、第１の空気通路Ｐ１の一端に連通し電池４０とバッテリ収納部２０の内壁面２０ａとの間に区画され上下方向に延びている。第３の空気通路Ｐ３は、第１の空気通路Ｐ１の他端に連通し電池４０とバッテリ収納部２０の内壁面２０ｂとの間に区画され上下方向に延びている。車体のバッテリ収納部２０に形成された吸気口２７から外気が第２の空気通路Ｐ２に吸い込まれるとともに、吸気口２７から吸い込んだ空気が第２の空気通路Ｐ２、第１の空気通路Ｐ１および第３の空気通路Ｐ３を経て、ケース３０に形成した排気口２８から外気に排出される。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
車体のバッテリ収納部に収納され、ケース内に、複数本の電池が並列にかつ段積みされている車載バッテリにおいて、
前記ケースには、並列または段積みにおいて隣接する前記電池の間を延びる第１の空気通路、前記第１の空気通路の一端に連通し前記電池とバッテリ収納部の内壁面またはケース内壁面との間に区画され上下方向に延びる第２の空気通路、および、前記第１の空気通路の他端に連通し前記電池とバッテリ収納部の内壁面またはケース内壁面との間に区画され上下方向に延びる第３の空気通路が形成され、
前記車体のバッテリ収納部には、前記第２の空気通路に連通し、外気を前記第２の空気通路に吸い込むための吸気口が形成されるとともに、前記吸気口から吸い込んだ空気を前記第２の空気通路、第１の空気通路および第３の空気通路を経て外気に排出するための排気口が形成されていることを特徴とする車載バッテリの冷却構造。
【請求項２】
前記第２の空気通路は、前記電池の軸方向の一端側における前記電池とバッテリ収納部の内壁面またはケース内壁面との間に区画され、
前記第３の空気通路は、前記電池の軸方向の他端側における前記電池とバッテリ収納部の内壁面またはケース内壁面との間に区画されていることを特徴とする請求項１に記載の車載バッテリの冷却構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車載バッテリの冷却構造に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
図１１に示すように、電動フォークリフトの車体に電池（組電池）１００が横置きで搭載されている。各電池１００はバッテリケース１０１に収納され、バッテリケース１０１も車体のバッテリ収納部１０２へ格納される。充放電時において、電池（組電池）１００は発熱し、従来の収納方法では冷却されにくく、電池寿命に大きなダメージを与えてしまう。特に、バッテリケース１０１の中央よりの電池１００ほど冷却性が悪く、各電池間での冷却性能差がある。
【０００３】
そこで、各種の冷却構造が用いられている（特許文献１等）。その一例として、図１２，１３に示すように、バッテリケース１０１に加工を加え、電池間に冷却用の隙間Ｇ１を空ける。フォークリフト車体のバッテリ収納部１０２の下面の中央には外気との通気ができる穴（貫通孔）１０３が設けてあり、バッテリケース１０１の上部は外気へ開放することができる。よって、電池１００によって熱せられた外気は上部からバッテリケース外へ排気され、下部から新しい外気を取り込むことができる。これにより、バッテリケース１０１の中央よりの電池１００も冷却されるようになる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平１１−３２９５１５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところが、図１３において併記する温度分布図から明らかなように、流路上流側である下部に配置されている電池１００（１００ａ）は外気温に近い状態の空気で冷やされるため、良く冷却される。しかし、流路下流側である上部に配置されている電池１００（１００ｂ）は下部の電池１００（１００ａ）によって温度が上昇した空気に触れるため冷却性が悪くなる。これにより、下部の電池１００（１００ａ）と上部の電池１００（１００ｂ）では冷却性能にばらつきが生じる。
【０００６】
本発明の目的は、上下に配した各電池の劣化のばらつきを抑制することができる車載バッテリの冷却構造を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
請求項１に記載の発明では、車体のバッテリ収納部に収納され、ケース内に、複数本の電池が並列にかつ段積みされている車載バッテリにおいて、前記ケースには、並列または段積みにおいて隣接する前記電池の間を延びる第１の空気通路、前記第１の空気通路の一端に連通し前記電池とバッテリ収納部の内壁面またはケース内壁面との間に区画され上下方向に延びる第２の空気通路、および、前記第１の空気通路の他端に連通し前記電池とバッテリ収納部の内壁面またはケース内壁面との間に区画され上下方向に延びる第３の空気通路が形成され、前記車体のバッテリ収納部には、前記第２の空気通路に連通し、外気を前記第２の空気通路に吸い込むための吸気口が形成されるとともに、前記吸気口から吸い込んだ空気を前記第２の空気通路、第１の空気通路および第３の空気通路を経て外気に排出するための排気口が形成されていることを要旨とする。
【０００８】
請求項１に記載の発明によれば、ケースには第１の空気通路、第２の空気通路および第３の空気通路が形成されている。第１の空気通路は、並列または段積みにおいて隣接する電池の間を延びている。第２の空気通路は、第１の空気通路の一端に連通し電池とバッテリ収納部の内壁面またはケース内壁面との間に区画され上下方向に延びている。第３の空気通路は、第１の空気通路の他端に連通し電池とバッテリ収納部の内壁面またはケース内壁面との間に区画され上下方向に延びている。そして、車体のバッテリ収納部に形成された吸気口から外気が第２の空気通路に吸い込まれるとともに、吸気口から吸い込んだ空気が第２の空気通路、第１の空気通路および第３の空気通路を経て、車体のバッテリ収納部に形成した排気口から外気に排出される。
【０００９】
よって、上下に配置した各電池の温度ばらつきを抑えることができ、上下に配した各電池の劣化のばらつきを抑制することができる。
請求項２に記載のように、請求項１に記載の車載バッテリの冷却構造において、前記第２の空気通路は、前記電池の軸方向の一端側における前記電池とバッテリ収納部の内壁面またはケース内壁面との間に区画され、前記第３の空気通路は、前記電池の軸方向の他端側における前記電池とバッテリ収納部の内壁面またはケース内壁面との間に区画されている構成とすることができる。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、上下に配した各電池の劣化のばらつきを抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本実施形態におけるバッテリフォークリフトの側面図。
【図２】（ａ）はバッテリ搭載部の平面図、（ｂ）はバッテリ搭載部の正面図、（ｃ）はバッテリ搭載部の下面図。
【図３】バッテリ搭載部の分解斜視図。
【図４】バッテリの背面側を示す斜視図。
【図５】図２（ｂ）のＡ−Ａ線での縦断面図および温度分布を示す図。
【図６】実施形態のバッテリ構造における電池の自然冷却構造についての説明図。
【図７】別例のバッテリの背面側を示す斜視図。
【図８】別例のバッテリを示す斜視図。
【図９】別例のバッテリ搭載部の分解斜視図。
【図１０】別例のバッテリ搭載部の斜視図。
【図１１】バッテリ搭載部の斜視図。
【図１２】バッテリ搭載部の分解斜視図。
【図１３】バッテリ搭載部の縦断面図および温度分布を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明をバッテリフォークリフトに具体化した一実施形態を図面に従って説明する。
図１に示すように、車両としてのバッテリフォークリフト１０は、その下部に駆動輪１１を駆動する走行モータ１２と車載バッテリ１３とが搭載されている。車載バッテリ１３として、制御弁式（シール式）鉛蓄電池を用いている。
【００１３】
走行モータ１２には、ＡＣモータが使用されている。また、バッテリフォークリフト１０には、その前側収容部１４に荷役モータ１５が搭載されている。荷役モータ１５は、ティルトシリンダ１６およびリフトシリンダ１７の油圧制御を行う油圧回路の一構成である図示しない油圧ポンプを駆動する駆動源として用いられており、ＡＣモータが使用されている。走行モータ１２により車両を走行制御することができる。また、荷役モータ１５により油圧ポンプを駆動してフォークを上下動する等の荷役動作を行わせることができる。
【００１４】
次に、車載バッテリ（組電池）１３の冷却構造について図２〜図６を用いて説明する。
なお、図面において、水平面を、直交するＸ，Ｙ方向で規定するとともに、上下方向をＺ方向で規定している。Ｘ方向は、明細書では左右方向である。また、Ｙ方向は、明細書では前後方向であり、左右方向に直交する方向である。さらに、Ｚ方向は、請求項、明細書ともに上下方向である。
【００１５】
図３に示すように、バッテリフォークリフト１０の車体には、箱型のバッテリ収納部２０が備えられている。車体のバッテリ収納部２０には車載バッテリ（組電池）１３が収納される。車載バッテリ１３は、ケース３０内に複数の電池４０を備えている。電池４０は四角柱状をなし、一方の端面に正極４１と負極４２が設けられている。
【００１６】
ここで、電池４０における正極４１と負極４２が配置される側を前側とし、電池４０における正極４１と負極４２が配置される側とは反対側を後ろ側とする。即ち、電池４０はＹ方向に延び、Ｙ方向における正極４１および負極４２の配置側が前側、その反対側が後ろ側である。
【００１７】
車体のバッテリ収納部２０に収納された車載バッテリ１３は、ケース３０内に、横置きの複数本の筒状の電池４０が左右方向（Ｘ方向）に並列に、かつ、上下方向（Ｚ方向）に段積みされている。本実施形態では、４つの電池４０が上下方向（Ｚ方向に）に積み重ねられるとともに、これが左右方向（Ｘ方向）に３列配置されている。
【００１８】
横置きとは、電池４０の軸を水平にした状態で配置することであり、並列とは、電池４０の軸方向を揃えた状態で並べることであり、段積みとは、複数の電池４０を上下に並べて配置することである。
【００１９】
箱型のバッテリ収納部２０は、底板２１と前板２２と背板２３と左側板２４と右側板２５を有している。車体のバッテリ収納部２０の上面は開口しており、この上面開口部２６における後端側が空気の排気口２８となる。
【００２０】
図５に示すように、ケース３０には、前後方向（Ｙ方向）に延びる第１の空気通路Ｐ１、上下方向（Ｚ方向）に延びる第２の空気通路Ｐ２、および、上下方向（Ｚ方向）に延びる第３の空気通路Ｐ３が形成されている。また、電池前面側には空気の吸気用の開口部（吸気口２７）が、また、電池背面側（後ろ側）には空気の排気用の開口部（排気口２８）が設けられている。そして、外気がバッテリ収納部２０の底板２１に形成した吸気口（貫通孔）２７から第２の空気通路Ｐ２に吸い込まれ、第１の空気通路Ｐ１を通って第３の空気通路Ｐ３に至り、車体のバッテリ収納部２０の上面開口部２６の後端側の排気口２８から排出されるようになっている。
【００２１】
以下、詳しく説明する。
図３に示すように、ケース３０内において横置きの複数本の筒状の電池４０が左右方向（Ｘ方向）に並列にかつ段積みされているが、左右方向（Ｘ方向）に隣接する電池４０の間には前後方向（Ｙ方向）に延びる第１の空気通路（隙間）Ｐ１が形成されている。第１の空気通路Ｐ１は水平方向に、かつ、電池４０の前後方向（Ｙ方向）に延びている。
【００２２】
箱型のバッテリ収納部２０における内部での底板２１には前後にバッテリ載置部２９ａ，２９ｂが突設され、このバッテリ載置部２９ａ，２９ｂの上に車載バッテリ１３が載置される。また、箱型のバッテリ収納部２０における底板２１には、吸気口２７となる貫通孔が形成されている。この吸気口２７となる貫通孔は左右方向（Ｘ方向）に延びるとともに、底板２１における電池４０の前部に形成されている。
【００２３】
図３，５に示すように、ケース３０における電池４０の前面は開口しているとともに電池前面上部は塞がされている。また、ケース３０の底板３１における電池４０の前側は切り欠かれており、この切欠部３２からケース３０内に空気が導入される。つまり、車体のバッテリ収納部２０に車載バッテリ１３を収納した状態において、電池４０の前面とバッテリ収納部２０の前板２２との間には第２の空気通路（隙間）Ｐ２が形成されている。第２の空気通路Ｐ２は、車体のバッテリ収納部２０の底板２１に形成した吸気口（貫通孔）２７を介して外気と連通している。したがって、電池４０における正極４１と負極４２が配置される側に第２の空気通路Ｐ２が形成されている。このように、電池４０における電極側が第２の空気通路Ｐ２側であり、これにより、電極側の方がより発熱するが当該部分により冷たい空気を当てることができる。
【００２４】
図４に示すように、ケース３０における電池４０の背面は開放されており、電池４０の背面部が露出している。図５に示すように、車体のバッテリ収納部２０に車載バッテリ１３を収納した状態において、電池４０の背面とバッテリ収納部２０の背板２３との間には第３の空気通路（隙間）Ｐ３が形成されている。第３の空気通路（隙間）Ｐ３の上端、つまり、車体のバッテリ収納部２０の上面開口部２６における後端側が排気口２８となる。
【００２５】
第１の空気通路Ｐ１の一端である前端は、電池４０の前面とバッテリ収納部２０の前板２２との間に形成された第２の空気通路Ｐ２と連通している。また、第１の空気通路（隙間）Ｐ１の他端である後端は、電池４０の背面とバッテリ収納部２０の背板２３との間の第３の空気通路（隙間）Ｐ３に連通している。
【００２６】
このようにして、バッテリのケース３０においては電池４０の前面と背面に空気が流れるスペースを確保し、貫通孔である吸気口（第１の開口部）２７から、電池４０の前面下部に、外気（空気）を吸い込むことができるとともに、電池４０の背面側に、吸い込んだ空気を外気に排出する排気口（第２の開口部）２８を設けている。
【００２７】
次に、このように構成した車載バッテリ１３の作用を説明する。
貫通孔である吸気口２７から吸い込んだ空気は、第２の空気通路Ｐ２に入る。そして、第２の空気通路Ｐ２から第１の空気通路Ｐ１を流れる。このとき、電池４０の周辺部を通り、その過程で電池４０からの熱量を得る。さらに、第１の空気通路Ｐ１から第３の空気通路Ｐ３を経て、バッテリ収納部２０の上面開口部２６における後端側の排気口２８から排出される。つまり、電池４０との熱交換により熱を得た空気（加熱された空気）は上昇していく。そのため、車体のバッテリ収納部２０の上面開口部２６の後端側の排気口２８から外気へと排出される。
【００２８】
車載バッテリ１３から排出した空気と、車載バッテリ１３に吸い込んだ空気とは、温度に差が生じており、空気の密度に差が生じている。この排出される前の空気と外気との密度差は圧力差を生じさせ、より空気を吸い込む現象を引き起こす。
【００２９】
これにより、空気の流れを作ることができ、冷却性が向上する。
図６を用いて本実施形態のバッテリ構造における電池４０の自然冷却構造の原理について簡略した例を用いて詳しく説明する。
【００３０】
例として排気筒、吸気筒を用いて説明する。鉛直方向に延びる排気筒５０の下端に吸気筒５１が連結されている。排気筒５０における延設方向に垂直な方向での断面積はＳである。吸気筒５１は大気開放され、空気温度がＴ、空気密度がρである。排気筒５０の上端は高さがｈの位置において開口しており、排気筒５０の内部の気体の温度がＴ’、気体密度がρ’である。重力加速度をｇで表す。排気筒５０の内部の気体の上向きにかかる力Ｆは、
Ｆ＝ρｈＳｇ・・・（１）
となる。
【００３１】
また、排気筒５０の内部にかかる下向きの力Ｗは、
Ｗ＝ρ’ｈＳｇ・・・（２）
となる。
【００３２】
よって、排気筒５０の内部の気体にかかる外力の和Ｆ−Ｗは、
Ｆ−Ｗ＝（ρ−ρ’）ｈＳｇ・・・（３）
となる。
【００３３】
排気筒５０の上端での排気口にかかる単位面積当たりの力（Ｆ−Ｗ）／Ｓは、
（Ｆ−Ｗ）／Ｓ＝（ρ−ρ’）ｈｇ・・・（４）
となる。
【００３４】
この力により排気筒５０の内部の空気は上部に排気される。
この力は式（４）から分かるように、密度差によって生じ、密度差が大きいほど大きな力となる。また、密度差は、気体の温度差によって生じるものである。
【００３５】
このことから、バッテリのケース３０内で加熱された空気は、外気（大気中）との温度差を生じさせ、それにより密度差を生じさせる。したがって、式（４）による力によりケース内の空気は排気口を介して外気へと放出されることになる。
【００３６】
一方、吸気筒５１における吸気口Ａと排気口Ｂとの間で気体が吸気口Ａから排気口Ｂに向かって流れ、安定した状態を考える。
安定した状態では、吸気口Ａと排気口Ｂでの気体がもつエネルギーは等しいと考えることができるので、吸気口Ａと排気口Ｂとの間においてベルヌーイの式を解くと、次のように、
Ｐ／ρ＋Ｖ２／２＝Ｐ’／ρ’＋Ｖ２／２・・・（５）
となる。これを変形すると、
Ｐ／ρ＝Ｐ’／ρ’・・・（６）
となる。
【００３７】
そして、ρ＞ρ’のとき、Ｐ＞Ｐ’であるから、この圧力差Ｐ−Ｐ’により吸気口Ａから排気口Ｂに向かって気体が流れる。
そして、この圧力差が高いほど、気体の流れは強く（速く）なる。また、密度差は気体の温度差によって生じるもので、吸気口Ａと排気口Ｂの気体の温度差が大きいほど気体の流れが速くなる。
【００３８】
このことから、発熱量の多い電池４０ほどその付近の空気が受け取る熱量も多くなり、その部分の空気は、他の部分の空気と比較して温度差を生じることになる。したがって、式（６）から発熱量の多い電池４０の付近ほど圧力差を生じ強い流れ（速い流れ）となる。この電池４０付近の強い流れは、電池４０の冷却性を向上させることになる。その結果、電池４０の温度のばらつきが抑えられる。
【００３９】
上記実施形態によれば、以下のような効果を得ることができる。
ケース３０には、第１の空気通路Ｐ１、第２の空気通路Ｐ２および第３の空気通路Ｐ３が形成されている。第１の空気通路Ｐ１は、左右方向（Ｘ方向）に隣接する電池４０の間を延びている。第２の空気通路Ｐ２は、第１の空気通路Ｐ１の一端に連通し電池４０とバッテリ収納部２０の内壁面２０ａ（図５参照）との間に区画され上下方向（Ｚ方向）に延びている。第３の空気通路Ｐ３は、第１の空気通路Ｐ１の他端に連通し電池４０とバッテリ収納部２０の内壁面２０ｂ（図５参照）との間に区画され上下方向（Ｚ方向）に延びている。そして、車体のバッテリ収納部２０に形成された吸気口２７から外気が第２の空気通路Ｐ２に吸い込まれるとともに、吸気口２７から吸い込んだ空気が第２の空気通路Ｐ２、第１の空気通路Ｐ１および第３の空気通路Ｐ３を経て、車体のバッテリ収納部２０に形成した排気口２８から外気に排出される。
【００４０】
詳しくは、第２の空気通路Ｐ２は、電池４０の軸方向の一端側における電池４０とバッテリ収納部２０の内壁面２０ａとの間に区画され、第３の空気通路Ｐ３は、電池４０の軸方向の他端側における電池４０とバッテリ収納部２０の内壁面２０ｂとの間に区画されている。
【００４１】
よって、図５と図１３との対比において、図１３の場合には、流路上流側である下部に配置されている電池１００（１００ａ）は外気温に近い状態の空気で冷やされるため、良く冷却されるが、流路下流側である上部に配置されている電池１００（１００ｂ）は下部の電池１００（１００ａ）によって温度が上昇した空気に触れるため冷却性が悪くなる。これにより、下部の電池１００（１００ａ）と上部の電池１００（１００ｂ）では冷却性能にばらつきが生じる。
【００４２】
これに対し、本実施形態では図５に示すように、下部に配置されている電池４０（４０ａ）も上部に配置されている電池４０（４０ｂ）も、外気温に近い状態の空気で冷やされるため、良く冷却される。これにより、下部の電池４０（４０ａ）と上部の電池４０（４０ｂ）では冷却性能にばらつきが生じない。
【００４３】
このように、上下に配置した各電池４０の温度ばらつきを抑えることができ、上下に配した各電池４０の温度による劣化のばらつきを抑制することができる。
このようにして、各電池４０それぞれに対して外気を流入させることができる構造にしている。その結果、電池４０の熱量に応じた空気の流れ（空気の温度が高いほど強い流れとなる）がそれぞれの電池間で発生するので、個々の電池温度のばらつきを少なくすることができる。また、バッテリケース３０という密閉空間に近い環境でも外気との空気の循環を作り出すことができる。
【００４４】
実施形態は前記に限定されるものではなく、例えば、次のように具体化してもよい。
・上記実施形態では、電池４０の前面側から背面側に空気を流す構成としたが、電池４０の背面側から前面側に空気を流す構成としてもよい。つまり、ケース３０において電池４０の前面と背面に空気が流れるスペースを確保し、電池４０の背面下部から外気を取り入れ、車体のバッテリ収納部２０の上面開口部における前端側の排気口から排出してもよい。
【００４５】
・第１の空気通路Ｐ１は、並列した電池４０に隣接する電池４０の間を延びるように形成されていたが、これに代わり、第１の空気通路Ｐ１は、上下方向（Ｚ方向）に段積みされた電池４０の電池４０の間を延びるように形成されてもよい。
【００４６】
・第２の空気通路Ｐ２は、電池４０とバッテリ収納部２０の内壁面２０ａとの間に区画されていたが、第２の空気通路Ｐ２は、電池４０とケース内壁面との間に区画されていてもよい。
【００４７】
・第３の空気通路Ｐ３は、電池４０とバッテリ収納部２０の内壁面２０ｂとの間に区画されていたが、第３の空気通路Ｐ３は、電池４０とケース内壁面との間に区画されていてもよい。
【００４８】
・図７に示すように、バッテリのケース背面にスリット６０を設け、スリット６０を通して排気させるようにしてもよい。
・図８，９，１０に示すように、バッテリのケース自体に通気孔７０をもたせ、電池４０とケース３０の熱伝達を利用して冷却してもよい。通気孔７０はスリット７１と連通している。
【００４９】
・上記実施形態ではフォークリフトに具体化したが、これに限ることなく他の車両に具体化してもよい。例えば、ハイブリッド車や電気自動車に適用してもよい。
【符号の説明】
【００５０】
１３…車載バッテリ、２０…車体のバッテリ収納部、２７…吸気口、２８…排気口、３０…ケース、４０…電池、Ｐ１…第１の空気通路、Ｐ２…第２の空気通路、Ｐ３…第３の空気通路。
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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