JP2006185788A - バッテリ冷却装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 温度差が発生した電池モジュールにあっても、電池モジュールの温度の高い領域と温度の低い領域との温度差を小さくし、電池モジュール全体における温度の均一化を図ることが可能な電池パックに適用されるバッテリ冷却装置を提供する。
【解決手段】 この電池パックにおいては、電池モジュール１１１とロワーケース１１２との間によって規定される冷却風流路の吸気側流路に、風向制御手段１０として、複数の風向変更装置１０Ａ〜１０Ｆが設けら、温度センサから制御部に入力される電池モジュール１１１の温度情報に基づき、電池モジュール１１１に供給される冷却風の流れ方向が制御される。
【選択図】 図１

Description

この発明は、電池パックに関し、より特定的には、電気自動車などの電動機を駆動源として用いる車両に搭載される電池パックに適用されるバッテリ冷却装置に関するものである。

近年、電動機を駆動源とした電気自動車や、電動機とガソリンエンジンなど複数種類の駆動源を有する、いわゆるハイブリッドカーが実用化されてきている。このような電気自動車などには、電動機などにエネルギーである電気を供給する電池が搭載されている。この電池としては、繰返し充放電が可能なニッカド電池（Ｎｉ−Ｃｄ電池）やニッケル−水素電池、リチウムイオン電池などの二次電池が用いられる。このような二次電池を含む電池パックを用いた電池システムの例を、図１１〜図１３を参照して説明する。図１１は、自動車に搭載された電池システムを示す斜視模式図である。図１２は図１１に示した電池パックの展開模式図である。図１３は電池システムを構成する電池パックの断面模式図である。

図１１〜図１３に示すように、自動車の駆動用エネルギー源として利用される電池システムは、自動車の車両の後部タイヤの間に配置され、複数の電池セル１１７を積層した電池モジュール１１１を含む電池パック１０５、この電池パック１０５に電池冷却用の冷却風を送風するブロアファン１３１、電池パック１０５から排気される冷却風を車外に排出する排気ダクト１３０、および、この電池システムを制御するバッテリコンピュータ（図示せず）などを備える。

図１１に示した電池システムの電池パック１０５は、図１２に示すように、電池ケースとして、バッテリカバー１０６およびロワーケース１１２からなる外装部材の内部に電池モジュール１１１が収容された構造となっている。電池モジュール１１１は複数の電池セル１１７を積層して形成されている。なお、積層された電池セル１１７の間には、冷却風を流通させることができるように、冷却風流路としての間隙が形成されている。電池モジュール１１１の両端部には拘束プレート１１０ａ、１１０ｂが配置されている。拘束プレート１１０ａ、１１０ｂは、拘束パイプ１０８ａ、１０８ｂにより互いに接続・固定されている。なお、拘束プレート１１０ａ、１１０ｂはロワーケース１１２に固定されている。また、個々の電池セル１１７もロワーケース１１２に固定されている。

電池モジュール１１１を構成する電池セル１１７のそれぞれの側面には電池モジュールへと電流の入出力を行なうための端子１１６が形成されている。この電池モジュールの端子１１６を互いに接続するため、電池モジュール１１１の側面上にはバスバーモジュール１０９ａ、１０９ｂが配置されている。バスバーモジュール１０９ａ、１０９ｂが電池セル１１７のそれぞれの端子１１６に接続されることにより、電池モジュール１１１では電池セル１１７が電気的に直列接続されている。

電池モジュール１１１の上部表面上には、電池セル１１７から排気される水素ガスなどを電池パック１０５の外部へと排出する排気ホース１０７が設置されている。排気ホース１０７は、電池モジュールの排気端子１１５に接続されている。また、電池モジュール１１１の上部表面上には、電池モジュール１１１の各部温度を測定する温度センサ１１３が配置されている（図１２参照）。この温度センサ１１３から得られる温度情報に応じて、電池モジュール１１１の温度を所定の範囲内に保持するため、電池パック１０５へブロアファン１３１（図１１参照）を用いて冷却風が供給される。冷却風の供給方法としては、図１１に示すように、電池モジュール１１１を挟んで、下部表面側の吸気側流路２１０から上部表面側の排気側流路２２０へと冷却風を流している。なお、電池モジュール１１１においては、上述のように電池セル１１７の間に冷却風流路としての間隙が形成されている。これにより、冷却風は電池モジュール１１１における電池セル１１７の間の間隙を介して電池モジュール１１１の吸気側流路２１０から排気側流路２２０へ流通する。

図１１〜１３に示した電池システムでは、図１１にも示したように電池モジュール１１１の下部表面側から、電池モジュール１１１を構成する電池セル１１７の間の間隙を介して電池モジュール１１１の上部表面側に流れる。したがって、電池モジュール１１１の上部表面側における冷却風の温度は、電池モジュール１１１によりある程度暖められることにより高くなっている。このため、温度センサ１１３にこの冷却風が接触しても、温度センサ１１３における電池モジュール１１１の温度検出精度が低下する程度は小さく、充分な精度で電池モジュール１１１の温度の検出を可能としている。

上述した電池システムにおいては、温度センサ１１３により電池モジュール１１１の温度変化（局所的に平均値よりも温度が高い領域がある場合）を検知し、冷却風の送風量の制御を可能としている。しかし、電池モジュール１１１において温度差が生じた場合に、冷却風の送風量の制御を行なったとしても、電池モジュール１１１に生じた温度差そのものを解消することはできず、電池モジュール１１１の全体における温度の均一化を図るには不十分である。

下記特許文献１には、送風機の内部に、冷却風の風向を変更する仕切り板を設ける構造が開示されている。しかし、この構造においては、電池パックの冷却風の入口部近傍領域における電池モジュールに対する冷却性は確保されるものの、下流側における電池モジュールに対する冷却性は不十分であり、電池モジュールに生じた温度差を解消し、電池モジュールの全体における温度の均一化を図るには未だ不十分である。
特開２００３−３３６６００号公報

この発明が解決しようとする課題は、電池モジュールに生じた温度差を解消し、電池モジュール全体における温度の均一化を図ることができない点にある。したがって、この発明の目的は、温度差が発生した電池モジュールにあっても、温度差を解消し、電池モジュール全体における温度の均一化を図ることが可能な電池パックに適用されるバッテリ冷却装置を提供することにある。

この発明に基づいたバッテリ冷却装置においては、複数の電池セルが集合された電池モジュールを電池ケース内に収容し、上記電池ケース内には、上記電池モジュールの温度を調節するために、温度調節風を通過させるための流路が設けられる電池パックに適用されるバッテリ冷却装置であって、上記電池モジュールの所定の複数箇所の温度を測定する温度測定手段と、上記流路内に設けられ、上記流路内を流れる温度調節風の向きを制御する風向制御手段と、上記温度測定手段から得られた情報に基づき、温度調節風の流れを変更して、上記風向制御手段を制御する制御部とを備えている。

上記構成からなるバッテリ冷却装置によれば、電池モジュールにおいて温度差が生じた場合、たとえば、局所的に温度上昇領域が発生した場合には、温度測定手段からの情報が制御部に入力・解析され、当該領域に温度調節風が集中して流れるように、制御部において風向制御手段を制御することができる。その結果、局所的に発生した温度上昇領域の温度を低下させて、電池モジュールの温度の高い領域と温度の低い領域との温度差を小さくすることができ、電池モジュール全体における温度の均一化を図ることを可能とする。また、局所的に低温領域が発生した場合には、当該領域には温度調節風が流れないように、制御部において風向制御手段を制御することで、電池モジュールの温度の高い領域と温度の低い領域との温度差を小さくすることができ、電池モジュール全体における温度の均一化を図ることを可能とする。

以下、この発明に基づいた実施の形態におけるバッテリ冷却装置について、図１から図６を参照しながら説明する。なお、図１は、この発明に基づいた本実施の形態におけるバッテリ冷却装置に採用される風向変更装置を示す全体斜視図であり、図２は、この発明に基づいた本実施の形態における電池パックの縦断面図であり、図３は、この発明に基づいた本実施の形態における電池システムを適用した自動車の制御ブロック図である。また、図４から図６は、この発明に基づいた本実施の形態における電池パック内での冷却風流れを示す模式図である。なお、図１１から図１３において説明した電池システムと同一又は相当部分については、同一の参照番号を付し、重複する説明は繰り返さないこととし、以下の説明においては、この発明に基づいた本実施の形態の特徴的部分についてのみ説明することとする。

まず、図１および図２を参照して、本実施の形態における電池パックに適用されるバッテリ冷却装置は、電池モジュール１１１とロワーケース１１２との間によって規定される冷却風流路の吸気側流路２１０に、風向制御手段１０が設けられている。この風向制御手段１０は、複数の風向変更装置１０Ａ〜１０Ｆを有し、いずれの風向変更装置１０Ａ〜１０Ｆも、回動可能な弁体としての風向変更ダンパ１１と、この風向変更ダンパ１１の回転角度を制御するサーボモータ１２とを備えている。図示する風向変更装置１０Ａ〜１０Ｆの数量および配置位置は、あくまでも一例であり、電池パックの要求される性能に応じて、適宜変更され得るものである。また、サーボモータ１２を、ロワーケース１１２の外部に取り付ける構造を示しているが、サーボモータ１２を吸気側流路２１０内に収容する構造の採用も可能である。

図３のブロック図に示すように、本実施の形態による電池システムを適用した自動車１は、バッテリ冷却装置の制御部を含む制御部２と、電池システムを含む電池部３と、駆動部４とを備える。制御部２は電池部３および駆動部４を制御する。駆動部４は、電池部３から供給される電流によって駆動するモータなどの電動機以外に、ガソリンエンジンやディーゼルエンジンなどの内燃機関を備えていてもよい。すなわち、自動車１には、電池部３から供給される電流によって駆動するモータなどの電動機のみを駆動源とする電気自動車のみではなく、駆動源としてガソリンエンジンなど電動機以外の駆動手段を備えたいわゆるハイブリッドカーも含まれる。

また、制御部２においては、温度測定手段としての温度センサ１１３から、電池モジュール１１１の所定の複数箇所の温度測定情報が入力され、この入力温度測定情報に基づき、冷却風（温度調節風）の流れを変更するために、上記風向制御手段１０が制御される。

制御部２における制御の具体例としては、まず、制御部２において、温度センサ１１３から得られる情報に基づき、電池モジュール１１１の温度の高い領域と温度の低い領域とが判別される。その後、この判別情報に基づき、電池モジュール１１１の全体の温度が均一となるように、風向変更装置１０Ａ〜１０Ｆの風向変更ダンパ１１の回転角度が制御される。

たとえば、電池モジュール１１１において、局所的に温度の高い領域が発生している場合には、この領域に対して冷却風の供給が他の領域よりも多くなるように、風向変更装置１０Ａ〜１０Ｆを制御することで、電池モジュール１１１の温度の高い領域と温度の低い領域との温度差を小さくして、電池モジュール１１１の全体の温度の均一化を図るようにする。より具体的には、図４から図６を参照して、図４は、電池モジュール１１１を下面側から見上げた状態を示す図であり、風向変更装置１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃ、１０Ｅは、それぞれの風向変更ダンパ１１が、冷却風の流れ方向と並行となるように、サーボモータ１２の回転角度を制御している。また、風向変更装置１０Ｄ、１０Ｆは、それぞれの風向変更ダンパ１１が、冷却風の流れ方向との交差角度が大きくなるように、サーボモータ１２の回転角度を制御し、冷却風の流れ方向を変更させている。

次に、図５は、電池パック１０５の縦断面図であり、冷却風が電池モジュール１１１における電池セル１１７の間の間隙を介して電池モジュール１１１の吸気側流路２１０から排気側流路２２０へ流通する様子を示している。次に、図６は、電池モジュール１１１を上面側から見下げた状態を示す図であり、図４に示すように吸気側流路２１０に位置する風向変更装置１０Ａ〜１０Ｆのそれぞれの風向変更ダンパ１１の角度を制御することで、排気側流路２２０における冷却風においては、電池モジュール１１１の上面において均一に流れるのではなく、局所的に温度の高い領域が発生している箇所に、冷却風の供給が他の領域よりも多くなるように供給することを可能としている。

また、局所的に温度の高い領域に集中的に冷却風を流すだけでなく、電池モジュール１１１の温度の低い領域への冷却風の供給が他の領域よりも少なくなるように風向変更装置１０Ａ〜１０Ｆを制御し、電池モジュール１１１の温度の高い領域と温度の低い領域との温度差を小さくすることで、電池モジュール１１１の全体の温度の均一化を図ることも可能である。

なお、上記風向変更装置１０Ａ〜１０Ｆの一例として、風向変更ダンパ１１とサーボモータ１２との組み合わせについて述べたが、他の装置構成としては、図７に示すように、吸気側流路２１０内において、冷却風の流れ方向に対して、略垂直方向に移動する板状部材としてのじゃま板装置２０を採用することも可能である。このじゃま板装置２０は、じゃま板２１と、このじゃま板２１に設けられたラック２２と、サーボモータ２４によって回転角度（回転量）が制御されるピニオン２３とを有し、ピニオン２３を回転させることで、じゃま板２１の吸気側流路２１０内へ突出量を制御するようにしたものである。じゃま板２１の突出量が多いほど、じゃま板２１により冷却風が上方に向けて流されることとなる。

さらに、他の装置構成としては、図８に示すように、吸気側流路２１０内において、冷却風の流れ方向に対して回転するルーバ装置３０を採用することも可能である。このルーバ装置３０は、吸気側流路２１０内の冷却風の流れ方向に対して交差する方向に延びるルーバ３１と、このルーバ３１に設けられた回転軸３２と、回転軸３２が連結されるサーボモータ３３とを有し、回転軸３２を回転させることで、ルーバ３１の吸気側流路２１０内での回転角度を制御するようにしたものである。ルーバ３１の回転角度（冷却風の流れ方向とルーバ３１の平面との交差角度（θ））が大きいほど、ルーバ３１により、冷却風が上方に向けて流されることとなる。

以上、本実施の形態におけるバッテリ冷却装置によれば、電池モジュールにおいて温度差が生じた場合、たとえば、局所的に温度上昇領域が発生した場合には、温度センサ１１３からの情報が制御部２に入力・解析され、当該領域に冷却風が集中して流れるように、制御部２において風向制御手段１０，２０，３０を制御する。その結果、局所的に発生した温度上昇領域の温度を低下させることができ、電池モジュール１１１の温度の高い領域と温度の低い領域との温度差を小さくして、電池モジュール１１１全体における温度の均一化を図ることができる。また、局所的に低温領域が発生した場合には、当該領域には冷却風が流れないように、制御部２において風向制御手段１０，２０，３０を制御することで、電池モジュール１１１の温度の高い領域と温度の低い領域との温度差が小さくなり、電池モジュール１１１全体における温度の均一化を図ることができる。

また、上記実施の形態における電池パック１０５においては、冷却風流路として、電池モジュール１１１を挟んで、電池モジュール１１１の下面側に吸気側流路２１０、上面側に排気側流路２２０が設けられ、吸気側流路２１０に風向制御手段１０を設け場合を示しているが、たとえば、図９に示すように、電池モジュール１１１の上面側に吸気側流路２１０、下面側に排気側流路２２０が設けられ場合には、上面側の吸気側流路２１０に風向制御手段１０を設けことが可能である。

また、吸気口と排気口とが同一側に設ける場合でなく、図１０に示すように、吸気口と排気口とが相互に反対側の位置となるように設けられる場合においても、図５に示す場合と同様に、吸気側流路２１０に風向制御手段１０を設けることが可能であり、この図１０の構成を、図９に示すように、吸気側流路２１０が電池モジュール１１１の上面側に配置される場合には、上面側の吸気側流路２１０に風向制御手段１０を設けることが可能である。なお、車両内における電池パック１０５の配置位置によっては、排気側流路２２０に風向制御手段１０を設けることも可能である。

また、電池モジュール１１１の温度の均一化を図るため、温度調節風として冷却風（電池モジュール１１１の温度よりも低い温度）を用いる場合について説明したが、寒冷地においては、電池モジュール１１１が局所的に低温状態になる場合も考えられる。このような場合には、温風（電池モジュール１１１の温度よりも高い温度）を用いて、電池モジュール１１１の全体の温度の均一化を図ることも可能である。

なお、今回開示した上記実施の形態はすべての点で例示であって、限定的な解釈の根拠となるものではない。したがって、本発明の技術的範囲は、上記した実施の形態のみによって解釈されるのではなく、特許請求の範囲の記載に基づいて画定される。また、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれる。

この発明に基づいた実施の形態におけるバッテリ冷却装置に採用される風向変更装置を示す全体斜視図である。 この発明に基づいた実施の形態における電池パックの縦断面図である。 この発明に基づいた実施の形態における電池システムを適用した自動車の制御ブロック図である。 この発明に基づいた実施の形態における電池パック内での冷却風流れを示す第１模式図（底面図）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内での冷却風流れを示す第２模式図（断面図）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内での冷却風流れを示す第３模式図（平面図）である。 この発明に基づいた実施の形態における風向制御手段の他の形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風向制御手段のさらに他の形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の冷却風の流れ構造の他の形態を示す断面模式図である。 この発明に基づいた実施の形態における電池パックの冷却風の流れ構造のさらに他の形態を示す断面模式図である。 自動車に搭載された電池システムを示す斜視模式図である。 図１１に示した電池システムを構成するバッテリモジュール部分の展開模式図である。 図１１の線分ＸＩＩＩ−ＸＩＩＩにおける断面模式図である。

符号の説明

１ 自動車、２ 制御部、３ 電池部、４ 駆動部、１０ 風向制御手段、１０Ａ〜１０Ｆ 風向変更装置、１１ 風向変更ダンパ、１２，２４，３３ サーボモータ、２０ じゃま板装置、２１ じゃま板、２２ ラック、２３ ピニオン、３０ ルーバ装置、３１ ルーバ、３２ 回転軸、１０５ 電池パック、１０６ バッテリカバー、１０７ 排気ホース、１０８ａ，１０８ｂ 拘束パイプ、１０９ａ，１０９ｂ バスバーモジュール、１１０ａ，１１０ｂ 拘束プレート、１１１ 電池モジュール、１１２ ロワーケース、１１３ 温度センサ、１１５ 排気端子、１１６ 端子、１１７ 電池セル、１３０ 排気ダクト、１３１ ブロアファン、２１０ 吸気側流路、２２０ 排気側流路。

Claims (7)

1. 複数の電池セルが集合された電池モジュールを電池ケース内に収容し、前記電池ケース内には、前記電池モジュールの温度を調節するために、温度調節風を通過させるための流路が設けられる電池パックに適用されるバッテリ冷却装置であって、
   前記電池モジュールの所定の複数箇所の温度を測定する温度測定手段と、
   前記流路内に設けられ、前記流路内を流れる温度調節風の向きを制御する風向制御手段と、
   前記温度測定手段から得られた情報に基づき、温度調節風の流れを変更し、前記風向制御手段を制御する制御部と、
   を備えるバッテリ冷却装置。
2. 前記制御部は、前記温度測定手段から得られる情報に基づき、前記電池モジュールの温度の高い領域と温度の低い領域とを判別し、この判別情報に基づき、前記電池モジュールの温度の高い領域と温度の低い領域との温度差を小さくするように、前記風向制御手段により、前記流路内を流れる温度調節風の向きを制御する、請求項１に記載のバッテリ冷却装置。
3. 前記温度調節風は冷却風であり、
   前記制御部は、前記電池モジュールの温度の高い領域への冷却風の供給が他の領域よりも多くなるように、前記風向制御手段を制御して、前記電池モジュールの温度の高い領域と温度の低い領域との温度差を小さくすることを特徴とする、請求項２に記載のバッテリ冷却装置。
4. 前記温度調節風は冷却風であり、
   前記制御部は、前記電池モジュールの温度の低い領域への冷却風の供給が他の領域よりも少なくなるように、前記風向制御手段を制御して、前記電池モジュールの温度の高い領域と温度の低い領域との温度差を小さくすることを特徴とする、請求項２に記載のバッテリ冷却装置。
5. 前記流路は、前記電池モジュールを挟んで、吸気側流路と排気側流路とを有し、前記風向制御手段は、前記吸気側流路に設けられる、請求項１から４のいずれかに記載のバッテリ冷却装置。
6. 前記風向制御手段は、回動可能な弁体を含む、請求項１から５のいずれかに記載のバッテリ冷却装置。
7. 前記風向制御手段は、前記温度調節風の流れ方向に対して、略垂直方向に移動する板状部材を含む、請求項１から５のいずれかに記載のバッテリ冷却装置。

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