JP2004281298A - 電池パック - Google Patents
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Abstract
【解決手段】複数の二次電池2をそれらの間に冷却媒体を通す冷却媒体通路3をあけて並列配置した組電池5と、各冷却媒体通路3に対して冷却媒体を送給又は排出するように組電池の一側面に隣接して形成された分配空間10に臨ませかつ回転軸芯を二次電池2の並列方向に沿わせて配設したクロスフロー型のファン11とを備え、ファン11の軸芯位置を、分配空間10の二次電池2並列方向とは垂直な方向の中心線に対してファン11の吸込チャンバ17側の羽根車13の移動方向に偏芯させた。
【選択図】 図1
Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、電池パックに関し、特に複数の二次電池から成る組電池と二次電池間の冷却媒体通路に冷却媒体を送給して各二次電池を均等に冷却するファンとを備えた電池パックに関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来から、複数の二次電池から成る組電池において、充放電に伴う発熱で二次電池温度が上昇し、電池出力や充放電効率や電池寿命が低下するのを防止するため、複数の二次電池をそれらの間に冷却媒体を通す冷却媒体通路を介して並列配置した組電池の上下に送給空間と排出空間を設けて、送給空間の一端から冷却媒体を送給する冷却媒体送給手段を設けたものは知られている(例えば、特許文献1参照。)。
【0003】
また、複数の二次電池を直方体状に一体化した組電池を、収容ケース内に上下に傾斜させて配置し、組電池の下方側の端部の側部にファンを配設して冷却風を組電池の上方の送給空間に送給し、組電池の二次電池間の通路を通過させて下方の排出空間を経て外部に排出するようにし、各二次電池間の通路に均一に冷却風を通過させて各二次電池を均一に冷却するようにしたものも知られている(例えば、特許文献2参照。)。
【0004】
また、ケーシングの内部に複数の二次電池を収容配置し、ケーシングの一側に、その長手方向の略全長にわたる軸方向長さの羽根車を有するファンを配設し、ファンにて各二次電池に対して強制的に冷却風を送給するようにしたものも知られている(例えば、特許文献3参照。)。
【0005】
また、図6に示すように、複数の二次電池22をそれらの間に冷却媒体を通す冷却媒体通路23を介して並列配置した組電池21の下部に冷却媒体の流入通路24を設け、組電池21の上部に比較的大きな容積の排出空間25を設け、その排出空間25の上面の略中央部にシロッコファンなどの排風装置26を設けたものも考えられている。
【0006】
【特許文献1】
特開2001−167803号公報
【0007】
【特許文献2】
特開2001−167806号公報
【0008】
【特許文献3】
特開平8−96858号公報
【0009】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、特許文献1に開示されたような構成では、二次電池間の各冷却媒体通路が送給空間のどの位置に連通しているかによって冷却媒体の流通量に差を生じ、二次電池間で温度ばらつきが発生するという問題がある。
【0010】
一方、特許文献2に開示された構成は、このような問題を解消できる構成となっているが、そのために組電池を傾斜して配置する必要があり、配設構造が複雑になるという問題があり、また組電池の長手方向の一端の側方にファンを配設しているので、全長が長くなり、コンパクトに構成できないという問題がある。
【0011】
また、図6に示したような構成では、排出空間26の高さ寸法、即ち組電池21の上端から排風装置26までの距離Hを十分に大きくとらないと、各二次電池22、22間の冷却媒体通路23を通る冷却媒体の流量を均一にすることができず、上下方向にコンパクトに構成できないという問題がある。
【0012】
そこで、特許文献3に開示された技術手段を参考にして、図7に示すように、組電池31の上部に形成した排出空間34に臨ませて、二次電池32の並列方向に回転軸芯を沿わせてクロスフローファン35を配設した構成が考えられた。しかし、上下方向にコンパクトな構成とするため、組電池31の上端とクロスフローファン35の軸芯との間の距離Hをできるだけ小さくすると、各二次電池32、32間の冷却媒体通路33における冷却媒体の流量にばらつきが発生するという問題がある。すなわち、排出空間34における冷却媒体の流速分布が、図7に矢印の長さで示すように、クロスフローファン35の羽根車36の移動方向上手側、すなわちスタビライザ37に近い側の流速は大きいが遠くなると流速が低下し、その結果、各二次電池32の冷却性能がその部位によって異なり、温度ばらつきを生じ、二次電池32に複数の単電池が並列して構成されている場合に各単電池間で電池温度がばらつき、SOCのばらつきを生じ、二次電池32の寿命低下を来すという問題がある。
【0013】
本発明は、上記従来の問題点に鑑み、組電池の各二次電池をコンパクトな構成にて均等に冷却できる電池パックを提供することを目的とする。
【0014】
【課題を解決するための手段】
本発明の電池パックは、複数の二次電池をそれらの間に冷却媒体を通す冷却媒体通路をあけて並列配置した組電池と、各冷却媒体通路に対して冷却媒体を送給又は排出するように組電池の一側面に隣接して形成された分配空間に吸込チャンバを臨ませかつ回転軸芯を二次電池の並列方向に沿わせて配設したクロスフロー型のファンとを備え、ファンの軸芯位置を、分配空間の二次電池並列方向とは垂直な方向の中心線に対してファンの分配空間側の羽根車の移動方向に偏芯させたものであり、ファンを組電池の一側面に近づけて配設して電池パックをコンパクトに構成しても、クロスフロー型のファンをその軸芯を二次電池の並列方向に沿わせて配設したことで二次電池間の各冷却媒体通路に対して均一に冷却媒体を流通させることができるとともに、ファンの軸芯位置を分配空間側の羽根車の移動方向に偏芯させたことで各冷却媒体通路内での冷却媒体の流速分布を均一にでき、組電池の各二次電池をコンパクトな構成にて均等に冷却でき、二次電池のSOCのばらつきを抑制して電池寿命を向上することができる。
【0015】
また、本発明の電池パックは、上記ファンのスタビライザの長さを、スタビライザの先端と羽根車外周との間の間隙の1.5〜5倍の長さとし、吸込チャンバ壁と排風路壁を共用若しくは近接させたものであり、ファンを組電池の一側面に近づけて配設して電池パックをコンパクトに構成しても、ファンの吸込チャンバのスタビライザ側の容積を大きくとれ、そのため二次電池間の各冷却媒体通路内におけるスタビライザ側の端部の流速低下を抑制できて流速分布のばらつき低減できるとともに圧損をより低減でき、冷却性能を高くかつそのばらつきを低減できる。なお、スタビライザの長さを1.5倍未満にするとスタビライザとしての作用が十分に得られないが、1.5倍以上にすることで短くても十分にその効果が得られて十分に高い送風効率が確保される一方、5倍以上になると吸込チャンバのスタビライザ側の容積を十分に大きくできず、上記効果を得ることができなくなる。
【0016】
また、以上の構成を併用することで、ファンの軸芯位置を分配空間側の羽根車の移動方向により大きく偏芯させて、各冷却媒体通路内での冷却媒体の流速分布を一層均一にしながら、スタビライザ側の端部の流速低下を抑制して流速分布のばらつきさらに低減できるとともに圧損をより低減でき、さらに冷却性能を高くかつそのばらつきを小さくできる。
【0017】
また、上記電池パックにおいて、偏芯量xは、ファンの羽根車径をDとし、0<x<1.0D、好適には0.2D<x<0.5Dとすることで、冷却媒体の流速分布のばらつきを抑制できるとともに、冷却媒体の流量低下を防止して高い冷却性能を確保することができる。
【0018】
また、組電池の二次電池並列方向の長さをL、ファンの羽根車の軸芯方向の長さをFとして、F≧L/2とすることで、ファンを組電池の一側面に近づけて配設して電池パックをコンパクトに構成しても、二次電池間の各冷却媒体通路に対して確実に均一に冷却媒体を流通させることができる。
【0019】
また、ファンを、その軸芯が冷却媒体通路に対して垂直になるように配設することで、圧損を低減できて流量を大きくでき、冷却性能を向上できる。
【0020】
また、ファンを、組電池の二次電池並列方向の中心に対するファンの羽根車の軸芯方向の中心の変位量をy、組電池の二次電池並列方向の長さをL、二次電池の数をnとして、y<L/nとなるように配設すると、ファンを二次電池配列方向の中心に略一致させることにより、二次電池間の各冷却媒体通路に対して確実に均一に冷却媒体を流通させることができる。
【0021】
また、ファンを、羽根車における羽根の軸芯方向の継目位置が、冷却媒体通路に対向する位置から外れるように配設することで、羽根の継目の影響を受けずに全ての冷却媒体通路の流速を均一にすることができる。
【0022】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の電池パックの一実施形態について、図1〜図5を参照して説明する。
【0023】
図1〜図4において、1は、ハイブリッド車を含む電気自動車用の駆動電源としての電池パックで、10〜30個の扁平な角形の二次電池2を、その長側面間に冷却媒体通路3をあけて並列配置し、並列方向の両端に配設した一対の端板4で挟持し、拘束部材(図示せず)にて一体的に固定して構成された組電池5を内蔵している。各二次電池2は、長側面の長手方向に複数(図示例では6つ)の単電池2aを並列配置するとともに単電池2a同士を内部で直列接続し、両端に外部との接続端子2bが突設された電池モジュールとして構成され、組電池5はこれらの二次電池2の両端の接続端子2bをバス・バー(図示せず)にて順次直列に接続することで所定の出力電圧を得ている。
【0024】
組電池5は、各二次電池2の長手方向両端部が支持フレーム6にて支持され、支持フレーム6、6間の下部には下部ケース7が配設され、この下部ケース7にて組電池5の下面に隣接して各冷却媒体通路3に冷却媒体を均等に分配送給する流入側分配空間8が形成されている。また、支持フレーム6、6間の上部は、上部ケース9にて組電池5が覆われるとともに、この上部ケース9に組電池5の上面に隣接して各冷却媒体通路3から流出した冷却媒体を集合して排出する流出側分配空間10が突出形成され、その上面に冷却媒体を吸引する吸引開口10aが形成されている。
【0025】
上部ケース9上には、クロスフロー型のファン11がその軸芯を組電池5の二次電池2並列方向に沿わせて配設され、その吸込口11aが上部ケース9の吸引開口10aに接合されている。ファン11は、ファンケース12内に直径Dの略円筒状の羽根車13を回転自在に配設するとともに、その軸芯方向一端に連結したモータ14にて回転駆動可能に構成されている。また、羽根車13の外周の一側にスタビライザ15が配設され、かつスタビライザ15の先端から上部の排風路16と下部の吸込チャンバ17を区画形成する排風路壁兼吸込チャンバ壁18が斜め下方に延出されて上部ケース9の吸引開口10aの周縁部に接合されている。19は排風ダクトで、その一端開口がファンケース12の吐出開口12aと排風路壁兼吸込チャンバ壁18の外側縁部に接合されている。吸込チャンバ17は、ファンケース12の羽根車13より下方部分と排風路壁兼吸込チャンバ壁18にて区画形成され、その下端開口がファン11の吸込口11aを構成している。
【0026】
このファン11の軸芯Oの位置を、流出側分配空間10の二次電池並列方向とは垂直な方向の中心線Cに対して、ファン11の吸入チャンバ17側における羽根車13の移動方向にxだけ偏芯させている。その偏芯量xは、ファン11の羽根車径Dに対して、0<x<1.0Dとしている。好適には、0.2D<x<0.5Dとされ、具体実施例ではD=60mmであり、xは好適には12mm〜30mmの間に設定される。また、スタビライザ15の長さsは、スタビライザ15の先端と羽根車13の外周との間の間隙をdとして、1.5d〜5dの長さとしている。
【0027】
また、図2に示すように、組電池5の二次電池2並列方向の長さをL、ファン11の羽根車13の軸芯方向の長さをFとして、F≧L/2としている。また、ファン11は、その軸芯が冷却媒体通路3に対して垂直になるように配設している。また、ファン11の羽根車13の軸芯方向の中心を、組電池5の二次電池並列方向の中心に対してほぼ一致させている。具体的には、組電池5の中心に対する羽根車の中心の変位量yを、組電池5における二次電池2の数をnとして、y<L/nとなるように、すなわち変位量yを1つの二次電池2の厚さ寸法より大きく変位しないようにしている。
【0028】
また、図3に示すように、ファン11を、その羽根車13における羽根13aの軸芯方向の継目13bの位置が、二次電池2、2間の冷却媒体通路3に対向する位置から外れるように配設している。
【0029】
以上の構成によれば、組電池5の上部にファン11を配設することで二次電池2並列方向のコンパクト化を図った電池パック1において、電池パック1を上下方向にもコンパクトに構成するため、ファン11を組電池5の上面に近づけて配設しても、クロスフロー型のファン11をその軸芯を二次電池2並列方向に沿わせて配設したことで、二次電池2、2間の各冷却媒体通路3に対して均一に冷却媒体を流通させることができ、かつファン11の軸芯位置を吸込チャンバ17側における羽根車13の移動方向にxだけ偏芯させたことにより、冷却媒体流量をあまり減少させることなく、各冷却媒体通路3内での冷却媒体の流量分布を均一にできる。
【0030】
すなわち、図4に示すように、偏芯量xが0mm以下では、流量が急激に低下するとともに流量ばらつきが急激に大きくなり、また図4から外れているが60mm以上になっても急激に流量が低下するとともに流量ばらつきが大きくなるのに対して、10mm以上、30mm以下では流量ばらつきが6%以下の極小範囲に納まり、流量がほぼ100%に維持されている。したがって、偏芯量xを0<x<1.0D、好適には0.2D<x<0.5Dとすることで、流量を減少させることなく流量分布を均一にできる。
【0031】
また、ファン11のスタビライザ15の長さsを、スタビライザ15の先端と羽根車13外周との間の間隙dの1.5〜5倍の長さにし、スタビライザ15の先端から排風路壁兼吸込チャンバ壁18を延出したので、ファン11のスタビライザ15側の吸込チャンバ17の容積を図1に仮想線の斜線で示した領域分大きくとれ、そのため上記のようにファン11の軸芯をスタビライザ15とは反対側に偏芯させても各冷却媒体通路3内におけるスタビライザ15側の端部の流速低下を抑制できて流速分布のばらつき低減できるとともに圧損をより低減でき、冷却性能を高くかつそのばらつきを低減できる。
【0032】
また、ファン11の羽根車13の軸芯方向の長さFを、組電池5の二次電池2並列方向の長さLに対して、F≧L/2としているので、図5に示すように、二次電池2、2間の各冷却媒体通路3の流量ばらつきが増加せず、各冷却媒体通路3に対して確実に均一に冷却媒体を流通させることができる。
【0033】
また、ファン11を、その軸芯が冷却媒体通路3に対して垂直になるように配設しているので、圧損を低減できて流量を大きくでき、冷却性能を向上できる。また、ファン11を、組電池5の二次電池並列方向の中心に対するファン11の羽根車13の軸芯方向の中心の変位量をy、組電池の二次電池並列方向の長さをL、二次電池の数をnとして、y<L/nとなるように配設しているので、組電池5の各冷却媒体通路3に対して確実に均一に冷却媒体を流通させることができる。
【0034】
また、ファン11を、羽根車11における羽根3aの軸芯方向の継目3b位置が、冷却媒体通路3に対向する位置から外れるように配設しているので、羽根3aの継目3bの影響を受けずに全ての冷却媒体通路3の流速を均一にすることができる。
【0035】
従って、本実施形態によれば、組電池5の一側に近接してクロスフロー型のファン11を配設することでコンパクトに構成しながら、組電池5の各二次電池2を均等に冷却できることで、二次電池2のSOCのばらつきを抑制して電池寿命を向上することができる。
【0036】
【発明の効果】
本発明の電池パックによれば、ファンを組電池の一側面に近づけて配設しても、クロスフロー型のファンをその軸芯を二次電池の並列方向に沿わせて配設したことで二次電池間の各冷却媒体通路に対して均一に冷却媒体を流通させることができるとともに、ファンの軸芯位置を組電池の一側面側の羽根車の移動方向に偏芯させたことで各冷却媒体通路内での冷却媒体の流速分布を均一にでき、コンパクトな構成にて組電池の各二次電池を均等に冷却でき、二次電池のSOCのばらつきを抑制して電池寿命を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の電池パックの一実施形態の縦断側面図である。
【図2】同実施形態におけるファンの位置と冷却媒体通路内の流速ばらつき及び冷却媒体流量の関係を示す特性図である。
【図3】同実施形態における組電池とファンの配設位置関係を示す平面図である。
【図4】同実施形態におけるファンの長さと冷却媒体通路間の流量ばらつきの関係を示す特性図である。
【図5】同実施形態におけるファンの配設状態を示す部分縦断正面図である。
【図6】従来例の電池パックを示し、(a)は組電池とファンの平面配置図、(b)は概略構成を示す縦断正面図である。
【図7】本発明の電池パックを開発する前段階に考えられた電池パックの縦断側面図である。
【符号の説明】
1 電池パック
2 二次電池
3 冷却媒体通路
5 組電池
10 流出側の分配空間
11 クロスフロー型のファン
13 羽根車
13a 羽根
13b 継目
15 スタビライザ
17 吸込チャンバ
18 排風路壁兼吸込チャンバ壁
Claims (8)
- 複数の二次電池をそれらの間に冷却媒体を通す冷却媒体通路をあけて並列配置した組電池と、各冷却媒体通路に対して冷却媒体を送給又は排出するように組電池の一側面に隣接して形成された分配空間に吸込チャンバを臨ませかつ回転軸芯を二次電池の並列方向に沿わせて配設したクロスフロー型のファンとを備え、ファンの軸芯位置を、分配空間の二次電池並列方向とは垂直な方向の中心線に対してファンの分配空間側の羽根車の移動方向に偏芯させたことを特徴とする電池パック。
- 複数の二次電池をそれらの間に冷却媒体を通す冷却媒体通路をあけて並列配置した組電池と、各冷却媒体通路に対して冷却媒体を送給又は排出するように組電池の一側面に隣接して形成された分配空間に吸込チャンバを臨ませかつ回転軸芯を二次電池の並列方向に沿わせて配設したクロスフロー型のファンとを備え、ファンのスタビライザの長さを、スタビライザの先端と羽根車外周との間の間隙の1.5〜5倍の長さとし、吸込チャンバ壁と排風路壁を共用若しくは近接させたことを特徴とする電池パック。
- 複数の二次電池をそれらの間に冷却媒体を通す冷却媒体通路をあけて並列配置した組電池と、各冷却媒体通路に対して冷却媒体を送給又は排出するように組電池の一側面に隣接して形成された分配空間に吸込チャンバを臨ませかつ回転軸芯を二次電池の並列方向に沿わせて配設したクロスフロー型のファンとを備え、ファンの軸芯位置を、分配空間の二次電池並列方向とは垂直な方向の中心線に対してファンの分配空間側の羽根車の移動方向に偏芯させ、ファンのスタビライザの長さを、スタビライザの先端と羽根車外周との間の間隙の1.5〜5倍の長さとし、吸込チャンバ壁と排風路壁を共用若しくは近接させたことを特徴とする電池パック。
- 偏芯量xを、ファンの羽根車径をDとし、0<x<1.0D、好適には0.2D<x<0.5Dとしたことを特徴とする請求項1又は3記載の電池パック。
- 組電池の二次電池並列方向の長さをL、ファンの羽根車の軸芯方向の長さをFとして、F≧L/2としたことを特徴とする請求項1〜4の何れかに記載の電池パック。
- ファンを、その軸芯が冷却媒体通路に対して垂直になるように配設したことを特徴とする請求項1〜5の何れかに記載の電池パック。
- ファンを、組電池の二次電池並列方向の中心に対するファンの羽根車の軸芯方向の中心の変位量をy、組電池の二次電池並列方向の長さをL、二次電池の数をnとして、y<L/nとなるように配設したことを特徴とする請求項1〜6の何れかに記載の電池パック。
- ファンを、羽根車における羽根の軸芯方向の継目位置が、冷却媒体通路に対向する位置から外れるように配設したことを特徴とする請求項1〜7の何れかに記載の電池パック。
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