JP2006294336A - 電池パック - Google Patents

Abstract

【課題】電気自動車等に搭載される電池パックの低背化と小型化を可能にする。また電池モジュール全体を均一に冷却することの可能な冷却構造を有する電池パックを提供する。
【解決手段】電池パックは、筐体内に、冷媒を電池モジュール１０に供給する内部吸気ダクト８と、電池モジュールから導出される冷媒を、内部吸気ダクトに導入されたときの方向と対向する方向で外部に排出する内部排気ダクト９と、を有する。冷却風の筐体への導入部と冷却風の筐体からの排気部が筐体の同じ側面に設置されるため、電池パックの低背化および小型化が可能となる。また内部吸気ダクトは、それに導入された冷媒を電池モジュールの方向に偏向させ、偏向された冷媒を電池モジュールの積層方向に均一に導入させる冷媒整流手段を有する。これにより、冷却風が電池モジュールに均一に供給され、電池モジュール全体が均一に冷却される。
【選択図】図５

Description

本発明は、電気自動車等に搭載される電池パックに関する。

近年、電動機を駆動源として用いる電気自動車や、駆動源として電動機とその他の駆動源とを組み合わせた、いわゆるハイブリッド電気自動車が実用化されている。このような車両においては、電動機に電気エネルギーを供給するための電池が搭載される。この電池としては、例えば繰り返し充放電が可能なニッケルカドミウム電池、ニッケル水素電池またはリチウムイオン電池等の二次電池が用いられる。

通常二次電池は、電池セルを積層した電池モジュールとして構成され、この電池モジュールが筐体内に収容された状態で車両等に搭載される。この筐体と、筐体内に収容された電池モジュールおよびその他の構成物品を電池パックと称する。

電池モジュールは、内部での電気化学反応によって発熱し、その温度が上昇する。電池モジュールは、高温になると発電効率が低下するため、例えば筐体内に外部から冷却風等を導入して、電池モジュールを冷却することが行われる。

この冷却風を用いた電池パックの冷却構造としては、種々のものが提案されている。例えば、電池モジュールの長手方向において均一に冷媒が供給されるように、電池モジュールをその長手方向において傾斜させた状態で筐体内に収容し、電池セルへの冷却風供給路の断面積を上流側から下流側に向かって低下させる方法が提案されている（特許文献1）。

また車両に電池パックを搭載する際の搭載空間の関係から、電池パックには低背化が要求される。従って通常、電池パックへの吸気ファンおよび排気ファンは、電池モジュールの長手方向を挟む両側面に突き出すようにして、配置される。
特開平7-320794号公報

しかしながら、上述の配置により電池パックの低背化を図った場合、電池モジュールの吸気ファンと排気ファンが電池パックの反対側に配置されるため十分な小型化が図れず、電池パックを車両空間に設置できなくなるという問題がある。

また、この問題の対処方法として、吸気ファンと排気ファンを電池パックの同じ側に設置することができるように、電池パックの冷却流路を構成することが考えられるが、この場合、筐体内で冷却風の流れを偏向させる必要があり、電池モジュールに供給する冷却風の流れを均一に維持することが難しい。そのため、電池モジュールに温度分布が生じて良好な性能が得られないという問題がある。

本発明は、このような問題に鑑みなされたものであり、電池パックの低背化と小型化を可能にするとともに、電池モジュール全体を均一に冷却することの可能な冷却構造を有する電池パックを提供することを課題とする。

上記の課題を解決するため本発明では、複数のセルで積層された電池モジュールが収容される筐体内に、前記電池モジュールを冷却する冷媒の流路を備える電池パックであって、
筐体内に、冷媒を電池モジュールに供給する内部吸気ダクトと、電池モジュールから導出される冷媒を、内部吸気ダクトに導入されたときの方向と対向する方向で外部に排出する内部排気ダクトと、を有し、
筐体内の冷媒の流路は、内部吸気ダクト、電池モジュールの下部空間によって定形される下部冷却流路、電池モジュールのセル間の冷却通路、電池モジュールの上部空間によって定形される上部冷却流路、および内部排気ダクトで形成され、
前記内部吸気ダクトは、前記内部吸気ダクトに導入された冷媒を電池モジュールの方向に偏向させ、偏向された冷媒を電池モジュールの積層方向に均一に導入させる冷媒整流手段を有することを特徴とする電池パックが提供される。

電池パックの構造をこのように定めることにより、電池パックの低背化および小型化が可能になる。また内部吸気ダクト内に冷媒整流手段を設けたため、内部吸気ダクト内において冷媒の流れを偏向させても乱流等が生じにくく、冷媒を電池モジュールに均一に供給することができる。

また前記冷媒整流手段は、内部吸気ダクトの底面に設置された複数のスリットであって、該複数のスリットの各々は、セルの積層方向と直交する向きに沿って、内部吸気ダクトの下部冷却流路と対向する側面から該側面の反対側の側面まで、内部吸気ダクトの底面を仕切るように延びるスリットであっても良い。

さらに内部吸気ダクトは、冷媒の流れる上流側から下流側に向かって、流路断面積が漸減する形状としても良い。例えば内部吸気ダクトの高さが、冷媒の流れる上流側から下流側に向かって、漸減する形状とすることができる。

内部吸気ダクトの形状をこのようにすることで、上流側から下流側までの冷媒の流速を一定に維持することが可能となり、電池モジュールに対してより効果的に均一な冷媒供給を行うことが可能となる。

前記複数のスリットの開口幅は、一定であっても良い。あるいは、前記複数のスリットの開口幅は、内部吸気ダクト内の冷媒の流れる上流側から下流側に向かって、漸減するように設置しても良い。スリットの形状をこのようにすることで、より均一な冷媒の供給が可能となり、電池モジュールに対してより均一な冷媒供給を行うことが可能となる。

本発明の電池パックは、冷媒の筐体への導入部と排気部が筐体の同じ側面に設置されるため、電池パックの低背化および小型化が可能となる。また内部吸気ダクト内に設けられた冷媒整流手段により、冷媒が電池モジュールに均一に供給されるため、電池モジュール全体を均一に冷却することが可能となる。

以下、本発明に基づいた実施の形態について説明する。

図1は、本実施の形態における電池パックの車両への搭載状態を示したものである。

図1に示すように、電池パック1は、車両の後部座席500の後部側に搭載される。電池パック1内に導入される冷媒としては、例えば車両室内の空気による冷却風が用いられる。車両室内の空気を電池パック1に誘導するための外部吸気ダクト80と、電池パック1に導入された冷却風を外部に排気するための外部吸気ダクト90とが、電池パック1の同一の側面側に連結されている。

図２は、本発明による電池パックを有する電池システムで車両100を駆動させる場合のブロック図である。車両100は、制御部101と、電池パックを備える電池部102と、駆動部103とを備える。制御部101は、電池パック1の内部に配置された機器ボックス30（図3参照）内に設置され、電池102および駆動部103を制御する。駆動部103は、電池部102から供給される電流によって駆動するモータ等の電動機の他、ガソリンエンジンまたはディーゼルエンジン等の内燃機関を有しても良い。すなわち車両100には、電気自動車の他、ガソリンエンジンのような電動機以外の駆動手段を備えたハイブリッドカーも含まれる。

図３は、本発明の電池パックの斜視図であり、図４は、図３に示す電池パックのIII-III線に沿った断面模式図である。なお本実施例の電池パック1の冷却構造は、冷媒が電池モジュールの内部を下方から上方に向かって流れる、いわゆるアップフロー型となっている。また各図において白抜矢印は、冷媒の流れを示す。以下の説明では、この冷媒が冷却風である場合を例に説明する。ただし本発明において冷媒は、これに限られるものではない。

図３および図４に示すように、電池パック1は、上部ケース3および下部ケース4からなる筐体2と、筐体2の内部に配置された電池モジュール10と、内部吸気ダクト8と、内部排気ダクト9と、機器ボックス30とを有する。

筐体2は、上部ケース3と下部ケース4とを組み合わせて端部でボルト33で締結することにより構成され、内部には空間を有する。

電池モジュール10は図5に示すように、複数の電池セル11を積層することにより構成される。電池セルとしては例えば、ニッケルカドミウム電池、ニッケル水素電池またはリチウムイオン電池等の二次電池を用いることができる。電池セル11は、いわゆる角型平板状の外形を有している。

個々の電池セル11の側面には突出部11aが設けられており、この突出部11aは、電池セル11の積層後に、電池モジュール10の側面に延在する突出部を構成する。電池モジュール10の積層方向における両端には、電池モジュール10の積層状態を維持するエンドプレート15が配置され（図5参照）、これら一対のエンドプレート15は、上述の電池モジュール10の側面に形成された突出部に係合するブランケット26および拘束ベルト16(図４参照)によって連結される。

個々の電池セル11の主表面には凸部(図示されていない)が設けられており、この凸部によって、積層された電池セル11の間に、冷却風を流通させる通路の一部(以下「冷却通路」という)が形成される。なお本実施例においては、電池モジュール10は、下部ケース4の底面に対して所定の角度の傾斜（図4のY方向の傾斜）となるように設置される。内部吸気ダクト8から吐出される冷却風を、電池モジュール10の下面側に均一に供給するためである。

筐体2の内部空間は、電池モジュール10によって区画されている。電池モジュール10の上面と上部ケース3の間には、上部空間が形成され、この上部空間により上部冷却流路5が定形される。また電池モジュール10の下面と下部ケース4の間には、下部空間が形成され、この下部空間により下部冷却流路6が定形される。従って、上部冷却流路5および下部冷却流路6と電池モジュール10の設置される空間（上述の凸部によって形成される冷却通路）によって、冷却流路が構成される。セル11の積層方向と直交する電池モジュール10の側面（Ｙ方向の側面）の一方と、上部ケース3および底部ケース4の側面の間には、第1の側部空間7ａが形成される。またセル11の積層方向と直交する電池モジュール10の側面（Ｙ方向の側面）の他方と、上部ケース3および底部ケース4の側面の間には、第２の側部空間7ｂが形成される。

上部冷却流路5と第1の側部空間7ａおよび第２の側部空間７ｂの間には、ガスケット23が設置されており、これらの空間同士の気密性が確保されている。また下部冷却流路6と第1の側部空間7ａおよび第２の側部空間７ｂの間には、ガスケット23が設置されており、これらの空間同士の機密性が確保されている。このガスケット23には、例えば独立発泡のEPDMゴム等が用いられる。

電池モジュール10の側面側に位置する第1の側部空間7ａおよび第２の側部空間7ｂには、それぞれ、内部吸気ダクト8および内部排気ダクト9が設置される。図３のように、吸気口8aは、内部吸気ダクト8の長手方向（Ｘ方向）の向きに冷却風が供給されるように筐体の一面に設けられ、内部吸気ダクト8は、この吸気口8aに連通する。また排気口9aは、内部排気ダクト9の長手方向（Ｘ方向）の向きに冷却風が排出されるように、吸気口8aの設けられた面と同一の筐体面に設けられ、内部排気ダクト9は、この排気口9aに連通する。吸気ダクト8は、冷却風導入口に相当する吸気口8aと冷却流路の一部である下部冷却流路6とを連通する連通部に相当する。

このように本発明による電池パック1によれば、冷却風の筐体への導入部と排気部が筐体の同じ側面に設置されるため、電池パックの低背化および小型化が可能となる。

ただし本発明の電池パックの冷却構造では、冷却風が内部吸気ダクト8に導入されてから、電池モジュール10（正確には下部冷却流路）の方向に冷却風を偏向させる必要がある。一般に、冷却風の偏向は乱流や渦流を発生させる原因となる。そのため、冷却風が電池モジュール10側に均一に供給されず、電池モジュールに局部的温度上昇の生じるおそれがある。これに対して本発明では、このような冷却風の乱れを抑制するため、内部吸気ダクト8に冷媒整流手段が設けられることに特徴がある。すなわち、内部吸気ダクト8内で冷却風を偏向させても、本発明の冷媒整流手段によって、乱流や渦流の発生が効果的に抑制される。従って、均一な冷却風を電池モジュール全体に供給することができる。

以下、内部吸気ダクト8に設けられるこの冷媒整流手段について、具体例を示して説明する。なお本発明の効果を発現させるに際し、内部排気ダクト9の構造は、特に限定されない。従って、内部排気ダクト9は、以下の内部吸気ダクトと同様の構造としても良く、あるいは従来の構造としても良い。

図５には、内部吸気ダクト8と内部排気ダクト9および電池モジュール10との位置関係を示す。また図６には、図５のVIで囲まれた部分の拡大斜視図を示す。内部吸気ダクト8は、電池セル11の積層方向(X方向)に延びるダクト面8dを有し、その下端部分の下部冷却流路6との連通箇所には、複数のスリット８ｂが一列に設けられている。これらのスリット8ｂは、内部吸気ダクト8の底面において、下部冷却流路6の方向（Ｙ方向）に沿って延びており、ダクト面8dからその反対側の側面まで、内部吸気ダクト8の底面を仕切るように設置される。

内部吸気ダクト8にこのようなスリット８ｂを設けることで、冷却風の流れを偏向させるときに生じる冷却風の乱れを有意に防止することが可能となる。内部吸気ダクト8から吐出されるまでに、冷却風は、各スリット８ｂによって平行な流れとなるように整流化されるからである。なお複数のスリットは、内部吸気ダクト8の底面の一部のみを仕切るように、すなわち、ダクト面8dから反対側の側面までの距離よりも短い、ある一定の深さで設置することも可能である。しかし上述のように、スリット８ｂの奥行きは、ダクト面8dからその反対側の側面まで延長させることがより好ましい。冷却風の整流化をより確実に行えるからである。

なお図5においては各スリット８ｂの間隔は、一定である。しかしながら、内部吸気ダクト8の上流側から下流側に向かって漸減させる等、各スリット８ｂの間隔は変化させても良い。これにより冷却風を下部冷却流路6に、より均一に供給させることができる。

このように本発明の電池パック1では、内部吸気ダクト8内でY方向の流れの均一化が図られ、冷却風を偏向させるときに生じる冷却風の乱れを防止することが可能となる。従って内部吸気ダクト8から電池モジュール11全体に均一に冷却風を供給することができる。これにより電池パック1Aの局部的な温度上昇を抑制することが可能となる。

なお上記の説明では、内部吸気ダクト8の冷媒整流手段としてスリット８ｂを設ける場合を例に説明したが、同様の効果が得られれば、これに限られないことに留意する必要がある。

次に図７を参照して、本発明による電池パックの別の実施形態を説明する。なお、本実施形態と上述の実施形態との相違点は、内部吸気ダクト8の形状にある。従ってここでは、内部吸気ダクト8の構成についてのみ説明する。

図７には、別の実施例による電池パック1に用いられる内部吸気ダクト8を示す。

内部吸気ダクト8は、電池セル11の積層方向において、実質的な高さ（H）が冷却風流れの上流側に対して下流側で小さくなるように構成されている。そのため、内部吸気ダクト8において、冷却風流れの上流側の流路断面積（C１）よりも下流側の流路断面積（Ｃ2）の方が小さくなっている。なお図の例では、内部吸気ダクト8の高さを変化させることで、内部吸気ダクト8の上流側から下流側の流路断面積を低下させているが、その他の形状を採用することによって、流路断面積を低下させても良い。

内部吸気ダクト8の流路断面積をこのように変化させることにより、内部吸気ダクト8内の上流側から下流側まで、冷却風の流速を一定に維持することが可能となる。従って内部吸気ダクト8から下部冷却流路6に向かってより好ましい状態で冷却風を供給することが可能となり、電池モジュール10をより均等に冷却することが可能となる。

なお上記の各実施例では、電池パック1の冷媒として車両室内の空気を用いる場合を例に説明したが、他の冷媒気体、あるいは液体を用いても良い。

また上記の説明は、アップフロー型の冷却構造において電池モジュール10が底部ケース4の底面に対して所定の角度で傾斜して配置される構成を例として示した。しかしながら、本発明はこのような構造の冷却構造に限られるものではなく、例えばダウンフロー型の冷却構造、あるいは電池モジュール10を底部ケース4の底面に平行に配置する構造においても適用することができる。さらに本発明は、同様の効果が得られれば、内部吸気ダクト、電池モジュールおよび内部排気ダクトはいかなる配置関係で構成されても良いことに留意する必要がある。

電池パックの車両への搭載状態を示す図である。 本発明による電池パックを有する電池システムで車両を駆動させる場合のブロック図である。 本発明による電池パックの概略斜視図である。 図3のIII-III線に沿った断面の模式図である。 本発明による電池パックの内部吸気ダクト、内部排気ダクトおよび電池モジュールとの位置関係を示す分解斜視図である。 図5においてIVで囲まれた部分の拡大図である。 本発明による別の電池パックの内部吸気ダクト、内部排気ダクトおよび電池モジュールとの位置関係を示す分解斜視図である。

符号の説明

１ 電池パック
２ 筐体
３ 上部ケース
４ 底部ケース
５ 上部冷却流路
６ 下部冷却流路
７ａ 第1の側部空間
７ｂ 第2の側部空間
８ 内部吸気ダクト
８ａ 吸気口
８ｂ スリット
８ｄ ダクト面
９ 内部排気ダクト
９ａ 排気口
１０ 電池モジュール
１１ セル
１１ａ 突出部
１５ エンドプレート
３０ 端子ボックス
３３ ボルト
８０ 外部吸気ダクト
９０ 外部排気ダクト
１００ 車両
１０１ 制御部
１０２ 電池部
１０３ 駆動部
６００ 後部座席。

Claims (6)

1. 複数のセルで積層された電池モジュールが収容される筐体内に、前記電池モジュールを冷却する冷媒の流路を備える電池パックであって、
   筐体内に、冷媒を電池モジュールに供給する内部吸気ダクトと、電池モジュールから導出される冷媒を、内部吸気ダクトに導入されたときの方向と対向する方向で外部に排出する内部排気ダクトと、を有し、
   筐体内の冷媒の流路は、内部吸気ダクト、電池モジュールの下部空間によって定形される下部冷却流路、電池モジュールのセル間の冷却通路、電池モジュールの上部空間によって定形される上部冷却流路、および内部排気ダクトで形成され、
   前記内部吸気ダクトは、前記内部吸気ダクトに導入された冷媒を電池モジュールの方向に偏向させ、偏向された冷媒を電池モジュールの積層方向に均一に導入させる冷媒整流手段を有することを特徴とする電池パック。
2. 前記冷媒整流手段は、内部吸気ダクトの底面に設置された複数のスリットであって、該複数のスリットの各々は、セルの積層方向と直交する向きに沿って、内部吸気ダクトの下部冷却流路と対向する側面から該側面の反対側の側面まで、内部吸気ダクトの底面を仕切るように延びることを特徴とする請求項1に記載の電池パック。
3. 内部吸気ダクトは、冷媒の流れる上流側から下流側に向かって、流路断面積が漸減する形状となっていることを特徴とする請求項2に記載の電池パック。
4. 内部吸気ダクトは、冷媒の流れる上流側から下流側に向かって、高さが漸減する形状となっていることを特徴とする請求項3に記載の電池パック。
5. 前記複数のスリットの開口幅は、一定であることを特徴とする請求項3または4のいずれか一つに記載の電池パック。
6. 前記複数のスリットの開口幅は、内部吸気ダクト内の冷媒の流れる上流側から下流側に向かって、漸減するように設置されることを特徴とする請求項2、3または4のいずれか一つに記載の電池パック。

Images