JP4774783B2 - 駆動用電池パック搭載構造 - Google Patents

Description

本発明は、電気自動車等に搭載される駆動用電池パック搭載構造に関する。

近年、電動機を駆動源として用いる電気自動車や、駆動源としての電動機とその他の駆動源（たとえば、内燃機関、燃料電池等）とを組み合わせた、いわゆるハイブリッド電気自動車が実用化されてきている。このような車両においては、電動機にエネルギーである電気を供給するための電池が搭載される。この電池としては、たとえば、繰り返し充放電が可能なニッケル−カドミウム電池やニッケル−水素電池、リチウムイオン電池などに代表される二次電池が用いられる。

二次電池は、電池セルを積層した電池モジュールにより構成されており、この電池モジュールが電池ケースの内部に収容された状態で自動車に搭載される。この電池ケースと、電池ケースの内部に収容された電池モジュールおよびその他の内部構成部品とを含めたものを電池パックと称している。また、この電池パックには、内部に収容される電池モジュールの温度を管理するため、内部に冷却風を導入するための、ファン、ダクト等の冷却機器が取り付けられている。

ここで、近年、二次電池に要求される容量は大型化している。そのため、二次電池の搭載場所の一例として、大型乗用車の場合には、運転席と助手席との間に配置されるセンターコンソールボックス内に電池パックを配置することが考えられる。ハイブリッド電気自動車等においては、駆動源であるモータは車両の前方にあるエンジンルームに搭載され、このモータに電池パックからパワーケーブルにより電力を供給する必要がある。パワーケーブルは、高電圧大電流が通過するため、長く引き回すことは避けるべきである。センターコンソールボックス位置は、エンジンルームに近い場所に位置することから、パワーケーブル長さを短くすることができる利点がある。また、運転席と助手席との間に電池パックを配置することで、室内空間を広く有効に用いることができる。そこで、上記したように、運転席と助手席との間のセンターコンソールボックス内に電池パックを配置することが考えられている。

しかしながら、運転席と助手席との間のセンターコンソールボックス内は限られた空間であるために、電池パック、冷却機器、その他の周辺機器を、運転席と助手席との間、および、運転席と助手席との周辺に、車両内の居住環境を悪化させることなく配置する必要がある。また、電池パックへの外部からの温度影響を考慮する必要がある。さらに、センターコンソールボックス内への電池パック、冷却機器、その他の周辺機器の組み付け作業性を考慮する必要もある。

下記特許文献１には、シート下に電池パックを配置し、所領の幅方向に電池パックを冷却した後の冷却風を流す構造が開示されている。しかし、容量が大きな電池を車両に搭載しようとした場合には、スペース不足によりシート下には大きな電池パックを搭載することはできない。また、電池パックを冷却するための風量も多くなり、単一の場所（車内）に冷却した後の冷却風を排出したのでは、乗員に不快感を与え、車内環境を悪化させることになる。

また、下記特許文献２（図５参照）には、運転席と助手席との間に電池パックを載置する構造が開示されているが、電池パックを冷却するための冷却機器、その他の周辺機器の具体的な設置構造の開示はない。

また、下記特許文献３（段落００１１）には、２組の電池パックを採用し、各電池パックにそれぞれ冷却ファンが設けられ、各電池パック内の冷媒流量が略同一となるように、各電池パックにおける冷媒流路抵抗が設計されている。しかし、冷却後の冷却風による車内環境の悪化に関する課題は開示されていない。

また、下記特許文献４には、フロントシートの下方において、フロントシートを横断するように電池パックが配置されている。しかし、フロントシートの下方は、車両の床面下に配置される排気管からの熱の影響を受けやすいため、電池パックの出力に悪影響を及ぼす可能性がある。

また、下記特許文献５には、電池パックの下部から冷却風を吸気し、上方に向かって冷却風を流す冷却構造が開示されている。しかし、この電池パックは車両の後部の荷室に搭載され、客室に電池パックを搭載する技術は何ら開示していない。

また、下記特許文献４および特許文献６においては、センターコンソールボックス内にインバータを配置しているが、フロントシートの下方に配置した電池パックとインバータとの間の電気的な接続に用いられるハーネスを通過させるための空間の確保が困難であり、各機器の組み付け作業性に悪影響を及ぼす可能性がある。
特開２００４−２３７８０３号公報 特開２００１−１０５８９３号公報 特開２００４−２９６２１７号公報 特開２００４−２６８７７９号公報 特開２００２−２１９９４９号公報 特開２００４−２５５８９２号公報

本願発明の課題は、駆動用電池パックを運転席と助手席との間のセンターコンソールボックス内に配置した場合に、駆動用電池パックと周辺機器との組み付け作業性が悪化するおそれがある点にある。したがって、本発明の目的は、駆動用電池パックをセンターコンソールボックス内に配置した場合であっても、駆動用電池パックと周辺機器との組み付け作業性が良好な構造を備える駆動用電池パック搭載構造を提供することにある。

この発明に基づいた駆動用電池パック搭載構造においては、運転席および助手席との間に配置されるコンソールボックス内に収容される駆動用電池パックと、上記コンソールボックス内において、上記駆動用電池パックの上に配置されるジャンクションボックスと、上記運転席または上記助手席の下方に配置され、上記ジャンクションボックスとハーネスにより電気的に接続される機器とを備えている。

この発明に基づいた駆動用電池パック搭載構造によれば、車両に用いられる駆動用電池パックを車両室内空間に有効に配置するとともに、コンソールボックス内に収容される駆動用電池パックと、フロントシートの下方に配置されるジャンクションボックスとの間の距離が短いため、駆動用電池パックとジャンクションボックスとの電気的接続に用いられるハーネスの長さを短くし、駆動用電池パックと周辺機器との組み付け作業性を良好なものとする。

以下、本発明に基づいた車両に搭載される駆動用電池パックの実施の形態について、図を参照しながら説明する。なお、各図中において、車両の前方側を「フロント側」、後方側を「リア側」、運転席側を「Ｄ席側」、助手席側を「Ｐ席側」と標記する。まず、図１および図２を参照して、車両室内の概略構成について説明する。なお、図１は、車両室内の外観を示す部分斜視図であり、図２は、フロントシートおよびセンターコンソールボックスを取り外した状態での車両室内の状態を示す部分斜視図である。

（車両室内）
まず、図１を参照して、車両室内１として、車両前方に、ダッシュボード３１を有し、フロントシートとして、運転席１１および助手席１２が配置されている。運転席１１と助手席１２とは、車両床面１０に対してシートレッグ２１０，２２０により固定されている。通常、このシートレッグ２１０，２２０は、図示しないフットカバーにより覆い隠されている。運転席１１と助手席１２との間には、車両の前後方向に延びる形態のセンターコンソールボックス２１が配置されている。センターコンソールボックス２１の車両後方側の下端部領域には、センターコンソールボックス２１の内部に車両室内の空気を冷却風として取り入れるための空気導入スリット２２が設けられている。

次に、図２を参照して、センターコンソールボックス２１の内部には、第１電池パック４０と、この第１電池パック４０の上方に配置される第２電池パック５０とを有する電池パックが設けられている。この第２電池パック５０の上には、ジャンクションボックス６０が載置されている。

第１電池パック４０の車両前方側には、第１冷却ファン７０が取付けられ、この第１冷却ファン７０には、運転席側に延びる第１排出ダクト９０が連結されている。第２電池パック５０の車両前方側には、第２冷却ファン８０が取付けられ、この第２冷却ファン８０には、助手席側に延びる第２排出ダクト１００が連結されている。

運転席１１は、車両の前後方向に延び、上向きに略凸形状のシートレッグ２１０，２１０上に載置され、座席自体が前後方向に移動可能に支持されている。シートレッグ２１０は、横方向に所定の間隔を配置して１対設けられている。各シートレッグ２１０は、１つのガイドレール２１１と２つの半円弧形状脚部２１２とから構成されている。助手席１２も運転席１１と同様に、車両の前後方向に延び、上向きに略凸形状のシートレッグ２２０，２２０上に載置され、座席自体が前後方向に移動可能に支持されている。シートレッグ２２０はシートレッグ２１０と同様、横方向に所定の間隔を配置して１対設けられている。各シートレッグ２２０は、１つのガイドレール２２１と２つの半円弧形状脚部２２２とから構成されている。

上述した第１排出ダクト９０は、シートレッグ２１０と床面１０とによって規定される空間Ａ１を横断するように配設され、第２排出ダクト１００は、シートレッグ２２０と床面１０とによって規定される空間Ａ１を横断するように配設される。運転席１１側に位置する第１排出ダクト９０の上には、被冷却対象機器としてのＤＣＤＣコンバータ１１０が載置され、助手席１２側に位置する第２排出ダクト１００の上には、オーディオ機器１２０が載置されている。

（冷却機器の詳細構造）
上記構成において、第１冷却ファン７０および第１排出ダクト９０が、第１電池パック４０の冷却機器を構成し、また、第２冷却ファン８０および第２排出ダクト１００が、第２電池パック５０の冷却機器を構成する。図３〜図７を参照して、これら冷却機器の詳細構造について説明する。なお、図３は、電池パック、シロッコファン、および、排出ダクトのみを抜き出した斜視図であり、図４は、図３中のＡ方向からの矢視図である。図５は、センターコンソールボックス内の車両前後方向に沿った縦断面図であり、図６は、第１冷却ファン７０の取り付け構造を示す部分拡大断面図である。

図３〜図５に示すように、第１電池パック４０の車両前方下端側に設けられた空気排出口５４に、第１冷却ファン７０の空気取入口７３が連結され、第１冷却ファン７０の空気排出口７４に第１排出ダクト９０が連結されている。第１排出ダクト９０は、運転席１１と助手席１２との間を車両後方側に向かって延びる第１センタ排出ダクト９１と、この第１センタ排出ダクト９１から、運転席１１の下方に延びる第１シート下排出ダクト９２とを有している。第１シート下排出ダクト９２の排気口は、運転席１１の下方位置、または、運転席１１側のドア下方に配置される排気ダクトに連結される。

第２電池パック５０の車両前方下端側に設けられた空気排出口４４には、第２冷却ファン８０の空気取入口８３が連結され、第２冷却ファン８０の空気排出口８４に第２排出ダクト１００が連結されている。第２排出ダクト１００は、床面１０側に向かって下降し、運転席１１と助手席１２との間を車両後方側に向かって延びる第２センタ排出ダクト１０１と、この第２センタ排出ダクト１０１から、助手席１２の下方に延びる第２シート下排出ダクト１０２とを有している。第２シート下排出ダクト１０２の排気口は、助手席１２の下方位置、または、助手席１２側のドア下方に配置される排気ダクトに連結される。このように、電池パックからの排出ダクトが、運転席１１の下および助手席１２の下にそれぞれ配設される。これにより、第１および第２電池パック４０，５０から排出される排出冷却風を２方向に分岐して車両室内に排出させることできる。その結果、第１および第２シート下排出ダクト９２，１０２から排出される足元の風量を低減させて、部分的な風量増加による違和感の発生を回避し、車両室内環境の悪化を防止することが可能となる。

（ファンの取付構造）
第１冷却ファン７０には、チャンバ７２に収容されたシロッコファン７１が採用され、第２冷却ファン８０には、チャンバ８２に収容されたシロッコファン８１が採用されており、第１冷却ファン７０および第２冷却ファン８０は、同じ性能を有している。シロッコファンは、回転ファンの中央部から回転軸方向に吸気し、回転軸に対して交差する方向に排出する送風ファンである。

ここで、下方に位置する第１電池パック４０に設けられる第１冷却ファン７０を、上方に位置する第２冷却ファン８０と同様の取り付けを行なうと、排出ダクトを車両後方に伸ばすためには、高さ方向の距離がないため、極端にＵ字状に折り曲げる必要がある。しかし、排出ダクトをＵ字状に屈曲させることは、空気流れの抵抗、いわゆる圧損が大きくなり好ましいない。そこで、本実施の形態においては、下方に位置する第１冷却ファン７０の空気取入口７３を上側に配置し、空気排出口７４を側に配置するとともに、図６に示すように、第１冷却ファン７０から吐出される排出流れの方向Ｒ１と、第１センタ排出ダクト９１の延びる方向Ｈ１とのなす角度θが、９０度よりも大きい角度で交差するように、第１冷却ファン７０を配置している。

これにより、空気流れに抵抗を与えることなく、第１冷却ファン７０への空気の吸入、および、空気の排出を実現させることが可能となる。なお、第２冷却ファン８０は、第１冷却ファン７０の上方に配置される結果、高さ方向に距離が保てることから、第２センタ排出ダクト１０１に極端な屈曲部が生じることはない。また、第２センタ排出ダクト１０１には、高さ方向に距離が保てることから、図４に示すように、助手席側にダクト経路をずらすことができる。

その結果、第１センタ排出ダクト９１は、第１冷却ファン７０の空気排出口７４から真直ぐに車両後方側に延び、運転席１１と助手席１２との間の運転席側に配設される。一方、第２センタ排出ダクト１０１は、第２冷却ファン８０の空気排出口８４から徐々に助手席側にずれながら床面１０側に向かって下降し、運転席１１と助手席１２との間の助手席側に配設される。

（断熱構造）
上記したように、運転席１１と助手席１２との間の床面１０上に第１センタ排出ダクト９１および第２センタ排出ダクト１０１が配設される結果、第１電池パック７０の最下面と車両の床面１０との間に各排出ダクト９１，１０１が介在することとなる。この各排出ダクト９１，１０１は、内部に冷却風が流れることから断熱層を構成し、床面１０下に配置される排気管２（図７参照）からの熱の第１電池パック７０への伝熱を遮ることが可能となり、第１電池パック７０の電力供給の安定化を図ることが可能となる。

（電池パックの中心位置ずれ）
次に、図７および図８を参照して、駆動用電池パックの中心位置ずれについて、説明する。なお、図７は、センターコンソールボックス内の車両横方向に沿った縦断面図であり、図８は、車両中心位置、駆動用電池パック中心位置、および、運転座席の位置関係を模式的に示す平面図である。

図８に示すように、運転席は、視認性の確保から、車両内側（約１．５度程度）に向けて配置されている。そのため、運転席１１の前後への移動スペースの確保から、電池パック中心Ｄ１の位置は、車両中心Ｃ１に対して助手席側にずれて配置されている。一方、図７の断面図に示すように、床面１０は、運転席１１と助手席１２との間に、第１および第２電池パック４０，５０を載置し、床面１０と第１電池パック４０との間に、第１および第２センタ排出ダクト９１，１０１を配設する観点から、補助ビーム１Ａの間の床面１０Ｂが下方に向けて下げられている。その結果、補助ビーム１Ａは強度部材であるため位置を変更することはできず、助手席側にずれて配置されている第１電池パック４０の下面と床面１０との間において、第２センタ排出ダクト１０１および第２シート下排出ダクト１０２の間に狭小領域（図７中のＢで囲まれる領域）が生じ、この領域において冷却風の流れに圧損を生じさせることとなる。

そこで、本実施の形態においては、第１および第２電池パック４０，５０のずれて配置された方向とは逆の方向に延びる第１排出ダクト９０側に、ＤＣＤＣコンバータ１１０を載置している。これは、上記下理由から、第１排出ダクト９０側の方が流路断面を大きく確保できるからである。図１、３および７に示すように、第１排出ダクト９０側の第１シート下排出ダクト９２に、被冷却対象機器としてのＤＣＤＣコンバータ１１０を載置するとともに、このＤＣＤＣコンバータ１１０に設けられる冷却フィン１１１を、第１シート下排出ダクト９２の管路内に突出するように設ける。これにより、冷却風を十分通過させることができる第１シート下排出ダクト９２において、効率良くＤＣＤＣコンバータ１１０を冷却することを可能とする。また、第１電池パック４０は下方に配置されることから排出ダクトの長さが、第２排出ダクト１００よりも短くなり、これによっても圧損を回避して、十分な冷却風の送風を可能とする。

なお、上記観点から、第１排出ダクト９０および第２排出ダクト１００の連結されるそれぞれの第１冷却ファン７０および第２冷却ファン８０の容量や、運転条件を異ならせ、排出ダクトにおける相対的な圧損を等しくすることも考えられる。しかし、異なる容量の冷却ファンを用いることは、制御を複雑にするとともに、また、両者の回転数を異ならせることは、別途騒音の問題が生じるおそれがあるため、低回転での稼動が望まれている。そこで、本実施の形態においては、第１冷却ファン７０および第２冷却ファン８０には、同一性能の冷却ファンを用いている。

（冷却風の流れ）
上記構成からなる二次電池の冷却構造においては、図５に示すように、第１冷却ファン７０および第２冷却ファン８０を稼動させることで、第１電池パック４０および第２電池パック５０内に負圧が発生する。その結果、センターコンソールボックス２１の後端部に設けられた空気導入スリット２２から室内の空気が冷却風としてセンターコンソールボックス２１に導入される。

その後、第１電池パック４０の後端上部に設けられた空気取入口４３から空気がチャンバ４２内に取り入れられ、第１組電池４１を冷却し、空気排出口４４から第１冷却ファン７０に送り込まれる。同様に、第２電池パック５０の後端上部に設けられた空気取入口５３から冷却風がチャンバ５２内に取り入れられ、第２組電池５１を冷却し、空気排出口４４から第１冷却ファン７０に送り込まれる。なお、第１電池パック４０および第２電池パック５０は、ダウンフロー型の冷却構造を図示しているが、アッパフロー型の冷却構造や、その他の冷却構造を採用することも可能であり、電池パック内を車両の後方側から前方側に流すものであれば構わない。

その後、冷却風は、第１冷却ファン７０および第２冷却ファン８０により、それぞれ第１排出ダクト９０および第２排出ダクト１００に送り込まれ、上述した第１電池パック７０の断熱効果を発揮し、また、第１シート下排出ダクト９２の上に載置されたＤＣＤＣコンバータ１１０を冷却する。冷却風は、第１シート下排出ダクト９２および第２シート下排出ダクト１０２から、それぞれ２方向に分岐して車両室内に排出させることできる。その結果、上述したように、第１および第２シート下排出ダクト９２，１０２から排出される足元の風量を低減させて、部分的な風量増加による違和感の発生を回避し、車両室内環境の悪化を防止することが可能となる。

（ジャンクションボックスとＤＣＤＣコンバータとの連結）
次に、図２を参照して、本実施の形態における駆動用電池パック搭載構造におけるジャンクションボックス６０とＤＣＤＣコンバータ１１０との電気的連結に用いるハーネス１３０の配線について説明する。上記したように、本実施の形態においては、駆動用電池パックとして第１電池パック４０と、この第１電池パック４０の上方に配置される第２電池パック５０とを有し、第１電池パック４０の車両後方端は、第２電池パック５０の車両後方端よりも車両前方側に位置するように、第１電池パック４０および第２電池パック５０が配置されている。これにより、第２電池パック５０の車両後方側下面と床面１０との間の空間Ａ２が形成される。

また、第２電池パック５０の上には、ジャンクションボックス６０が配置され、このジャンクションボックス６０と、第１シート下排出ダクト９２の上に載置されたＤＣＤＣコンバータ１１０とが、ハーネス１３０により電気的に接続されている。ハーネス１３０による配線構造としては、ハーネス１３０の一端が、ジャンクションボックス６０の車両後端側から引き出され、第２電池パック５０の車両後方側を回って下降させ、さらに、第２電池パック５０の車両後方側下面と床面１０との間に形成された空間Ａ２にハーネス１３０を引き回す。その後、シートレッグ２１０と床面１０とによって規定される空間Ａ１を横断させた後に、ハーネス１３０の他端をＤＣＤＣコンバータ１１０に接続する。

なお、ＤＣＤＣコンバータ１１０は、ジャンクションボックス６０に対して、ハーネス１３０により電気的に接続される機器の一例であり、運転席１１または助手席１２の下に載置される機器に対しては、上記ハーネス１３０と同様の配線構造を採用することができる。

以上、この駆動用電池パック搭載構造におけるハーネス１３０の配線においては、車両に用いられる第１および第２電池パック４０，５０を車両室内空間に有効に配置するとともに、センターコンソールボックス２１内に収容される第２電池パック５０と、運転席１１（または助手席１２）の下方に配置されるＤＣＤＣコンバータ１１０との間の距離を短くできることから、第２電池パック５０とＤＣＤＣコンバータ１１０との電気的接続に用いられるハーネスの長さを短くし、駆動用電池パックと周辺機器との組み付け作業性を良好なものとすることができる。

また、ハーネス１３０を鉛直方向に取り回す必要が生じるが、シートレッグ２１０のシートレール２１１が、センターコンソールボックス２１の近傍に位置するため、車両幅方向にハーネス１３０を直接引き出すことはできない。また、ハーネス１３０を第２電池パック５０の前側に引き出すことも考えられるが、車両の前突時にハーネス１３０が損傷を受けるおそれもある。しかし、本実施の形態におけるハーネス１３０の配線においては、ハーネス１３０を、第２電池パック５０の車両後方側を回って下降させる構造を採用していることから、前突時にハーネス１３０が損傷を受けるおそれはない。また、空間Ａ２にハーネス１３０を引き回すことで、組み付け作業を容易にすることを可能としている。

なお、上記実施の形態においては、駆動用電池パックとして、上下２段に配置される電池パック構造を採用しているが、１段構造、または、複数段構造の電池パックであっても、同様の作用効果を得ることができる。

したがって、今回開示した上記各実施の形態はすべての点で例示であって、制限的なものではない。本発明の技術的範囲は特許請求の範囲によって画定され、また特許請求の範囲の記載と均等の意味および範囲内でのすべての変更を含むものである。

この発明に基づいた実施の形態における、車両室内の外観を示す部分斜視図である。 この発明に基づいた実施の形態における、フロントシートおよびセンターコンソールボックスを取り外した状態での車両室内の状態を示す部分斜視図である。 この発明に基づいた実施の形態における、電池パック、シロッコファン、および、排出ダクトのみを抜き出した斜視図である。 図３中のＡ方向からの矢視図である。 この発明に基づいた実施の形態における、センターコンソールボックス内の車両前後方向に沿った縦断面図である。 この発明に基づいた実施の形態における、第１冷却ファンの取付構造を示す部分拡大断面図である。 この発明に基づいた実施の形態における、センターコンソールボックス内の車両横方向に沿った縦断面図である。 この発明に基づいた実施の形態における、車両中心位置、電池パック中心位置、および、運転座席の位置関係を模式的に示す平面図である。

符号の説明

１ 車両室内、１Ａ 補助ビーム、１０ 車両床面、１０Ｂ 床面、１１ 運転席、１２ 助手席、２１ センターコンソールボックス、２２ 空気導入スリット、３１ ダッシュボード、４０ 第１電池パック、５０ 第２電池パック、５４ 空気排出口、６０ ジャンクションボックス、７０ 第１冷却ファン、７１，８１ シロッコファン、７１ａ，８１ａ 回転中心、７２，８２ チャンバ、７３，８３ 空気取入口、７４，８４ 空気排出口、８０ 第２冷却ファン、９０ 第１排出ダクト、９１ 第１センタ排出ダクト、９２ 第１シート下排出ダクト、１００ 第２排出ダクト、１０１ 第２センタ排出ダクト、１０２ 第２シート下排出ダクト、１１０ ＤＣＤＣコンバータ、１２０ オーディオ機器、１３０ ハーネス、２１０，２２０ シートレッグ、２１１，２２１ ガイドレール、２１２，２２２ 半円弧形状脚部、Ａ１ 空間、Ｃ１ 車両中心、Ｄ１ 電池パック中心。

Claims (2)

1. 運転席および助手席との間に配置されるコンソールボックス内に収容される駆動用電池パックと、
   前記コンソールボックス内において、前記駆動用電池パックの上に配置されるジャンクションボックスと、
   前記運転席または前記助手席の下方に配置され、前記ジャンクションボックスにハーネスにより電気的に接続される機器と、
   を備え、
   前記運転席および前記助手席は、車両の前後方向に延び、上向きに略凸形状のシートレッグ上に載置され、
   前記ハーネスは、前記駆動用電池パックの車両後方側を回って下降し、前記シートレッグと床面とによって規定される空間を横断して、前記機器に電気的に接続される、駆動用電池パック搭載構造。
2. 前記駆動用電池パックは、第１組電池を有する第１電池パックと、この第１電池パックの上方に配置され、第２組電池を有する第２電池パックとを有し、
   前記第１電池パックの車両後方端は、前記第２電池パックの車両後方端よりも車両前方側に位置することで、前記第２電池パックの車両後方側下面と床面との間に空間を規定し、
   前記ハーネスを、前記電池パックの車両後方側を回って下降させ、前記空間を通過させ、前記シートレッグと床面とによって規定される空間を横断させる、請求項１に記載の駆動用電池パック搭載構造。

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