JP2006324041A - 電池パックおよび車両 - Google Patents

Abstract

【課題】 剛性の向上を図りつつ、排出される冷却風の温度を十分に低減させる電池パックおよびその電池パックを搭載した車両を提供する。
【解決手段】 ハイブリッド自動車に搭載される電池パック１０は、積層された複数の電池モジュール２４からなる組電池２１と、組電池２１と略水平方向に隣接して設けられ、複数の電池モジュール２４の間を流れて組電池２１を冷却した冷却風を排気口に向けて流す排気ダクト３１とを備える。排気ダクト３１の少なくとも一部は、アルミニウムから形成されている。
【選択図】 図１

Description

この発明は、一般的には、電池パックおよび車両に関し、より特定的には、リチウムイオン電池を収容する電池パックおよびその電池パックを搭載した車両に関する。

従来の電池パックに関して、たとえば、特開２００４−４７４２６号公報には、組電池の高さを抑制しつつ、個々の２次電池を効率的にかつ均一に冷却することを目的とした組電池の冷却装置が開示されている（特許文献１）。特許文献１に開示された冷却装置は、車両内から取り入れた冷却風を、組電池を構成する複数の２次電池間に送給する冷却媒体送給手段を備える。その冷却媒体送給手段は、組電池の左右両側に形成された一対の冷却媒体導入ダクトと、これらの冷却媒体導入ダクトに対して冷却風を送給する送風ファンとから構成されている。

また、特開２００３−３４６７５９号公報には、安全性の向上を目的とした電池システムが開示されている（特許文献２）。特許文献２に開示された電池システムでは、メインバッテリケーブルおよびハーネスと向い合うように、モジュール集合体の両側面に緩衝部が設けられている。緩衝部は、プラスチックを発砲成形することによって形成されている。また、特開２００４−１１１３０９号公報には、組み付け工数の低減、設置スペースのコンパクト化およびコストの低減等を目的とした組電池が開示されている（特許文献３）。
特開２００４−４７４２６号公報 特開２００３−３４６７５９号公報 特開２００４−１１１３０９号公報

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自動車が実用化されている。このような電気自動車などでは、電動機に電気エネルギを供給するために、ニッケル水素電池やリチウムイオン電池などからなる２次電池が用いられている。しかし、２次電池を収容した電池パックを車両に搭載する場合、後突や側突等の衝突によって生じた衝撃が電池パックに加わる事態が想定される。したがって、車両に搭載される電池パックには、このような事態に対応するため高い剛性が要求される。

また、電池出力や充放電効率等の電池性能を十分に発揮させ、また電池寿命が低下することを防ぐために、電池パックには冷却風が供給される。この冷却風が２次電池の冷却によって温度上昇した後、車両室内に戻される場合、室内に流れ込む冷却風の温度によっては、搭乗者が違和感を覚える可能性がある。

そこでこの発明の目的は、上記の課題を解決することであり、剛性の向上を図りつつ、排出される冷却風の温度を十分に低減させる電池パックおよびその電池パックを搭載した車両を提供することである。

この発明に従った電池パックは、車両に搭載される電池パックである。電池パックは、積層された複数の電池モジュールからなる２次電池と、２次電池と略水平方向に隣接して設けられ、複数の電池モジュール間を流れて２次電池を冷却した冷却風を排気口に向けて流す排気ダクトとを備える。排気ダクトの少なくとも一部は、金属から形成されている。

このように構成された電池パックによれば、電池パックを搭載した車両への衝突が発生した場合であっても、そのとき生じる衝撃を、少なくとも一部が金属から形成された排気ダクトで受けることができる。これにより、２次電池を衝撃から適切に保護し、２次電池が損傷することを防止できる。本発明では、電池パックの剛性を向上させる部材として、冷却風を排気口に向けて流す排気ダクトを利用しているため、電池パックの大型化を抑制できる。また、排気ダクトを形成する金属は、一般的に熱伝導率が高く、放熱性に優れている。このため、排気ダクトで、冷却風の熱を積極的に奪うことができ、排気口から排出される冷却風の温度を低減させることができる。

また好ましくは、排気ダクトには、冷却風から受けた熱を放出する放熱部が設けられている。このように構成された電池パックによれば、排気口から排出される冷却風の温度を、さらに効果的に低減させることができる。

また好ましくは、放熱部は、排気ダクト内に形成されたリブ状部材である。このように構成された電池パックによれば、冷却風の温度を効果的に低減させると同時に、電池パックの剛性をさらに向上させることができる。

また、排気口は、車両室内に開口している。このように構成された電池パックによれば、排気口から車両室内に排出される冷却風の温度を低減させることにより、搭乗者が違和感（もやつき感）を覚えることを防止できる。

この発明の１つの局面に従った車両は、上述のいずれかに記載の電池パックを搭載した車両である。電池パックは、車両のリヤシートよりも、車両進行方向の後方に設けられている。排気ダクトは、２次電池に対して、車両進行方向の後方または側方に配置されている。このように構成された車両によれば、車両が後突されたり、リヤシートよりも後方で側突されたりした場合に、排気ダクトによって２次電池を適切に保護することができる。

この発明の別の局面に従った車両は、上述のいずれかに記載の電池パックを搭載した車両である。電池パックは、車両のフロント助手席シートの下に設けられている。排気ダクトは、２次電池と、フロント助手席シートに隣接する助手席ドアとの間に配置されている。このように構成された車両によれば、車両が側突された場合に、排気ダクトによって２次電池を適切に保護することができる。

以上説明したように、この発明に従えば、剛性の向上を図りつつ、排出される冷却風の温度を十分に低減させる電池パックおよびその電池パックを搭載した車両を提供することができる。

この発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。なお、以下で参照する図面では、同一またはそれに相当する部材には、同じ番号が付されている。

（実施の形態１）
図１は、この発明の実施の形態１における電池パックを示す分解組み立て図である。図中に示す電池パックは、ガソリンエンジンやディーゼルエンジン等の内燃機関と、充放電可能な２次電池とを動力源とするハイブリッド自動車に搭載されている。

図１を参照して、電池パック１０は、ロアケース１１と、ロアケース１１に取り付けられたアッパケース１２とによって覆われた筐体形状を有し、ケース内に、リチウムイオン電池である組電池２１と、組電池２１の両側に配置された吸気ダクト４１および排気ダクト３１とを収容している。組電池２１は、矢印１０２に示す一方向に積層され、互いに電気的に直列に接続された複数の電池モジュール２４によって構成されている。複数の電池モジュール２４は、図示しない電池保持枠によって一体に保持されている。

電池モジュール２４は、電池モジュール２４の積層方向に直交する矢印１０１に示す一方向に積層され、互いに電気的に直列に接続された複数の電池セル２２から構成されている。電池セル２２は、セパレータを介して積層された正極シートおよび負極シートと、正極シートおよび負極シートを巻回した状態で収容するラミネート外装体とを備える。

正極シートおよび負極シートの表面には、それぞれ、正極活物質および負極活物質を含むペーストが塗布されている。正極活物質としては、ＬｉＭｎ₂Ｏ₄、ＬｉＣｏＯ₂、ＬｉＮｉＯ₃等、リチウムイオン電池に用いられる正極活物質の１種もしくは２種以上を特に限定することなく使用できる。負極活物質としては、アモルファスカーボン、グラファイトカーボン等、リチウムイオン電池に用いられる負極活物質の１種もしくは２種以上を特に限定することなく使用できる。正極シートおよび負極シートには、リチウム塩を有機溶媒に溶かした有機電解質が含浸させられている。

ラミネート外装体は、たとえば、アルミニウム等の金属からなる基材にポリエチレンテレフタラート樹脂（ＰＥＴ：poly ethylene terephthalate）等の樹脂材料が被膜されて形成されている。ラミネート外装体の厚みは、たとえば、１ｍｍ以下である。このように構成されたラミネート型の電池セル２２は、金属製のケース体によって覆われた角型と比較して、セル単体での強度が劣る。

電池モジュール２４は、略直方体形状を有し、その外形をなす側面のうち最も広い面積を有する側面２４ｂが、隣り合う電池モジュール２４間で向い合うように積層されている。隣り合う電池モジュール２４間には、表面に溝やドット状に凸部が形成された図示しないスペーサが配置されており、このスペーサによって冷却風通路２５が形成されている。冷却風通路２５は、電池セル２２の積層方向に沿って、組電池２１の一方端から他方端まで延びている。

吸気ダクト４１および排気ダクト３１は、組電池２１に略水平方向に隣り合って設けられている。吸気ダクト４１および排気ダクト３１は、電池セル２２の積層方向に沿った組電池２１の両端にそれぞれ配置されている。吸気ダクト４１および排気ダクト３１は、アルミニウム、鉄、銅、タングステンまたはモリブデンなどの金属やこれらの金属を主成分とする合金から形成されている。本実施の形態では、吸気ダクト４１および排気ダクト３１は、アルミニウムから形成されている。アルミニウムを用いることによって、車両重量の増大を抑制することができる。

排気ダクト３１は、電池モジュール２４の積層方向に筒状に延びており、その内部に、冷却風通路３５を形成している。排気ダクト３１には、電池モジュール２４の積層方向の両端に位置して開口３３および３４が形成されている。排気ダクト３１は、組電池２１に向い合って面する側面３１ｂを有する。側面３１ｂには、冷却風通路２５と冷却風通路３５との間を連通させる孔３２が複数、形成されている。なお、孔３２に替えて、側面３１ｂの全面に開口を形成しても良い。

本実施の形態では、排気ダクト３１は、アルミニウムの押し出し成形により一体に形成されている。排気ダクト３１は、電池モジュール２４の積層方向に直交する平面で切断された場合に、電池モジュール２４の積層方向に沿って一定の断面形状を有する。アルミニウムは優れた伸展性を有するため、押し出し成形により所望の形状を容易に得ることができる。なお、排気ダクト３１は、押し出し成形以外の加工方法によって形成されても良く、たとえば、排気ダクト３１が鉄から形成されている場合には、折り曲げ加工によって形成されても良い。

排気ダクト３１には、開口３３を塞ぐようにプレート３６が取り付けられている。排気ダクト３１には、さらに、開口３４に接続され、その開口３４に接続された位置から図示しない排気口まで筒状に延びる排気ダクト１３が取り付けられている。排気ダクト１３およびプレート３６は、ポリプロピレン（polypropylene）等の樹脂材料から形成されていても良く、また金属から形成されていても良い。

吸気ダクト４１は、排気ダクト３１とほぼ同様の形状を有する。吸気ダクト４１には、排気ダクト３１の開口３３、開口３４および冷却風通路３５に対応して、開口４３、開口４４および冷却風通路４５が形成されている。吸気ダクト４１には、排気ダクト３１に取り付けられたプレート３６および排気ダクト１３に対応して、プレート４６および吸気ダクト１４が取り付けられている。吸気ダクト１４は、開口４４に接続された位置から図示しない吸気口まで筒状に延びており、その経路上には電動ファンが配置されている。吸気ダクト４１には、冷却風通路２５と冷却風通路４５との間を連通させる孔４２が複数、形成されている。

図２は、図１中の電池パックを搭載したハイブリッド自動車を模式的に表わす側面図である。図２を参照して、ハイブリッド自動車の車両室内には、フロントシート５１およびリヤシート５２が、車両進行方向の前後に並んで設けられている。リヤシート５２の後方には、ラゲージスペース５４が形成されている。

電池パック１０は、ラゲージスペース５４の床下に配置されている。電池パック１０は、吸気ダクト４１、組電池２１および排気ダクト３１が、車両進行方向の前方から後方に順に並ぶように配置されている。電池パック１０は、リヤバンパーと組電池２１との間に排気ダクト３１が位置するように配置されている。なお、電池パック１０は、リヤシート５２の下に配置されていても良いし、それ以外の位置に配置されていても良い。

このような構成により、ハイブリッド自動車が後突された場合に、ボディが変形したり衝突車がラゲージスペース５４内に侵入するような事態が生じても、そのとき生じた衝撃をまず排気ダクト３１で受けることができる。この際、アルミニウムから形成された排気ダクト３１は高い剛性を備えるため、衝撃のエネルギを排気ダクト３１によって効果的に吸収することができる。これにより、組電池２１へのダメージを軽減することができる。

図３は、図１中の電池パックに供給される冷却風流れを示す平面図である。図４は、図３中の矢印ＩＶ−ＩＶ線上に沿った電池パックの断面図である。図２から図４を参照して、複数の電池モジュール２４は、電池保持枠１５によって一体に保持されている。吸気ダクト１４の吸気口は、たとえば、リヤシート５２の足元に開口しており、排気ダクト３１の排気口は、たとえば、ラゲージスペース５４内に開口している。

冷却風として車両室内から吸気ダクト１４に取り込まれた空気は、冷却風通路４５から孔４２を通じて冷却風通路２５に流れ込む。冷却風は、冷却風通路２５を流れる間、側面２４ｂと接触しながら電池モジュール２４と熱交換を行ない、組電池２１を冷却する。組電池２１を冷却した後の冷却風の温度は、４０℃から５０℃ほどの温度になる。その後、冷却風は、孔３２を通じて冷却風通路３５に流れ込み、さらに、排気ダクト１３を通ってラゲージスペース５４内に排出される。

本実施の形態では、排気ダクト３１が、樹脂材料等と比較して、熱伝導率の高いアルミニウムから形成されている。このため、冷却風が冷却風通路３５を流れる間、冷却風の熱を、排気ダクト３１を介してより積極的に外部に放出することができる。これにより、ラゲージスペース５４内に排出される冷却風の温度を下げることができる。

なお、組電池２１と排気ダクト３１との間には、断熱部材が配置されていても良い。この場合、断熱部材は、排気ダクト３１よりも熱伝導率が低い材料、たとえば樹脂から形成される。断熱部材には、冷却風通路２５と冷却風通路３５との間の冷却風流れを妨げないように、適当な位置に孔が形成される。断熱部材を配置することによって、排気ダクト３１の熱が組電池２１に伝わって電池モジュール２４が温度上昇することを防止できる。また、組電池２１の熱が排気ダクト３１に伝わって排気ダクト３１を介した冷却風の放熱が妨げられることを防止できる。

この発明の実施の形態１における電池パック１０は、車両としてのハイブリッド自動車に搭載される。電池パック１０は、積層された複数の電池モジュール２４からなる２次電池としての組電池２１と、組電池２１と略水平方向に隣接して設けられ、複数の電池モジュール２４の間を流れて組電池２１を冷却した冷却風を排気口に向けて流す排気ダクト３１とを備える。排気ダクト３１の少なくとも一部は、金属としてのアルミニウムから形成されている。

排気ダクト３１は、組電池２１と、車両の外周に配置されるボディとしてのリヤバンパーとの間に位置決めされる。車両の外周に配置されるボディとは、車両のフロント、サイドもしくはリヤに配置されるボディを意味する。

このように構成された、この発明の実施の形態１における電池パック１０によれば、ハイブリッド自動車が後突された場合に、排気ダクト３１によって組電池２１へのダメージを軽減することができる。

リチウムイオン電池が強い衝撃を受けた場合、内部短絡や外部短絡が発生するおそれがある。また、セダンなど車高が低い車種では、電池パックの配置位置の自由度が低い。このため、燃料タンクの容量の確保等を考慮して電池パックの配置を決定すると、本実施の形態のように、電池パックがリヤシート後方に配置されるレイアウトが多くなる。この場合、後突時の衝撃が電池パック１０に達する可能性が高くなる。また、米国等、諸外国の法規は、衝突に対してより厳しい条件を課す傾向にある。これらに対して、本実施の形態における電池パック１０によれば、組電池２１を適切に保護し、後突に対する安全性を十分に確保することができる。

また、本実施の形態では、水や異物の浸入を防止する観点から、排気ダクト１３の排気口が、車外に連通する位置ではなくラゲージスペース５４内に開口している。ラゲージスペース５４内に排出された冷却風は車両室内に流入するため、この場合、搭乗者が、生暖かい空気の流れに不快感や違和感を覚えるおそれがある。しかしながら、本実施の形態によれば、排気ダクト３１により、ラゲージスペース５４内に排出される冷却風の温度を効果的に低減させることができる。このため、搭乗者に快適な室内空間を提供することができる。

なお、本実施の形態では、吸気ダクト４１および排気ダクト３１の双方をアルミニウムから形成する構成としたが、排気ダクト３１をアルミニウムから形成し、吸気ダクト４１を樹脂材料から形成しても良い。このような構成では、電池パック１０は、組電池２１に対して排気ダクト３１の反対側に設けられ、複数の電池モジュール２４間に向けて冷却風を供給する吸気ダクト４１をさらに備える。排気ダクト３１は、組電池２１と、車両の外周に配置されるリヤボディとしてのリヤバンパーとの間に位置決めされる。吸気ダクト４１は、樹脂から形成されている。このような構成により、車両重量の増大を抑えることができる。

また、本実施の形態では、組電池２１がリチウムイオン電池である場合について説明したが、組電池２１は、これ以外の２次電池、たとえばニッケル水素電池であっても良い。

また、本実施の形態では、本発明における電池パックを、内燃機関と２次電池とを動力源とするハイブリッド自動車に適用したが、これに限定されず、たとえば、燃料電池と２次電池とを動力源とする燃料電池ハイブリッド自動車（ＦＣＨＶ：fuel cell hybrid vehicle）に適用しても良い。本実施の形態におけるハイブリッド自動車では、燃費最適動作点で内燃機関を駆動するのに対して、燃料電池ハイブリッド自動車では、発電効率最適動作点で燃料電池を駆動する。また、２次電池の使用に関しては、両方のハイブリッド自動車で基本的に変わらない。

（実施の形態２）
図５は、この発明の実施の形態２における電池パックを搭載したハイブリッド自動車を模式的に表わす平面図である。図５を参照して、電池パック１０は、実施の形態１における電池パック１０と同様の構造を有し、吸気ダクト４１および排気ダクト３１ともアルミニウムから形成されている。

本実施の形態では、電池パック１０が、フロントシート５６、１列目リヤシート５７および２列目リヤシート５８が車両進行方向の前方から後方に並んで設けられたハイブリッド自動車に搭載されている。電池パック１０は、第１列目リヤシート５７の下に配置されている。電池パック１０は、車両幅方向に吸気ダクト４１、組電池２１および排気ダクト３１が並ぶように配置されている。電池パック１０は、組電池２１の車両幅方向に沿った両側に吸気ダクト４１および排気ダクト３１がそれぞれ位置決めされるように配置されている。電池パック１０は、第２列目リヤシート５８の下に配置されていても良い。

また、電池パック１０は、フロントシート５６の助手席５６ｓの下に配置されていても良い。この際、排気ダクト３１のみがアルミニウムから形成されている場合には、電池パック１０は、排気ダクト３１が、フロントシート５６の助手席ドア５６ｔと組電池２１との間に位置決めされるように配置される。

この発明の実施の形態２における電池パックは、組電池２１に対して排気ダクト３１の反対側に設けられ、複数の電池モジュール２４間に向けて冷却風を供給する吸気ダクト４１をさらに備える。排気ダクト３１および吸気ダクト４１は、組電池２１と、車両の外周に配置されるサイドボディとの間に位置決めされる。吸気ダクト４１は、金属としてのアルミニウムから形成されている。

このように構成された、この発明の実施の形態２における電池パックによれば、ハイブリッド自動車が側突を受けた場合に、実施の形態１に記載の効果と同様の効果を得ることができる。

（実施の形態３）
図６は、この発明の実施の形態３における電池パックを示す断面図である。本実施の形態における電池パックは、実施の形態１における電池パック１０と比較して、基本的には同様の構造を備える。以下、重複する構造については説明を繰り返さない。

図６を参照して、本実施の形態では、排気ダクト３１は、側面３１ｂの反対側に位置する側面３１ａを有する。排気ダクト３１には、側面３１ａから突出し、電池モジュール２４の積層方向に延びるフィン形状のヒートシンク６１が形成されている。ヒートシンク６１は、押し出し成形による排気ダクト３１の一体成形時に、同時に形成される。図１中のアッパケース１２に、ヒートシンク６１をケース外に露出させる開口が形成されていても良い。

このように構成された、この発明の実施の形態３における電池パックによれば、実施の形態１に記載の効果と同様の効果を得ることができる。加えて、ヒートシンク６１により、排気ダクト３１の表面積を増大させることができる。これにより、排気ダクト３１からの放熱を促進させ、ラゲージスペース５４内に排出される冷却風の温度をさらに効果的に低減させることができる。また、ヒートシンク６１により、排気ダクト３１の曲げ剛性を向上させることができる。

図７は、図６中の電池パックの変形例を示す断面図である。図７を参照して、本変形例では、排気ダクト３１にリブ６６が形成されている。リブ６６は、冷却風通路３５内を複数の空間に分割するように、排気ダクト３１の内壁３１ｃから突出して形成されている。リブ６６は、冷却風通路３５を挟んで互いに向い合う内壁３１ｃ間で、略水平方向に延びて形成されている。このような構成によれば、リブ６６によって、排気ダクト３１と冷却風との接触面積を増大させることができる。これにより、冷却風から排気ダクト３１への熱伝達を促進させ、ラゲージスペース５４内に排出される冷却風の温度をさらに効果的に低減させることができる。また同時に、リブ６６によって、排気ダクト３１の剛性をさらに大きく向上させることができる。

なお、以上の実施の形態１から３で説明した電池パックの構造やハイブリッド自動車への電池パックの搭載位置を、適宜組み合わせても良い。

今回開示された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と考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、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とが意図される。

この発明の実施の形態１における電池パックを示す分解組み立て図である。 図１中の電池パックを搭載したハイブリッド自動車を模式的に表わす側面図である。 図１中の電池パックに供給される冷却風流れを示す平面図である。 図３中の矢印ＩＶ−ＩＶ線上に沿った電池パックの断面図である。 この発明の実施の形態２における電池パックを搭載したハイブリッド自動車を模式的に表わす平面図である。 この発明の実施の形態３における電池パックを示す断面図である。 図６中の電池パックの変形例を示す断面図である。

符号の説明

１０ 電池パック、２１ 組電池、２４ 電池モジュール、３１ 排気ダクト、５２ リヤシート、５４ ラゲージスペース、６１ ヒートシンク、６６ リブ。

Claims (6)

1. 車両に搭載される電池パックであって、
   積層された複数の電池モジュールからなる２次電池と、
   前記２次電池と略水平方向に隣接して設けられ、前記複数の電池モジュール間を流れて前記２次電池を冷却した冷却風を排気口に向けて流す排気ダクトとを備え、
   前記排気ダクトの少なくとも一部は、金属から形成されている、電池パック。
2. 前記排気ダクトには、冷却風から受けた熱を放出する放熱部が設けられている、請求項１に記載の電池パック。
3. 前記放熱部は、前記排気ダクト内に形成されたリブ状部材である、請求項２に記載の電池パック。
4. 前記排気口は、車両室内に開口している、請求項１から３のいずれか１項に記載の電池パック。
5. 請求項１から４のいずれか１項に記載の電池パックを搭載した車両であって、
   前記電池パックは、車両のリヤシートよりも、車両進行方向の後方に設けられており、
   前記排気ダクトは、前記２次電池に対して、車両進行方向の後方または側方に配置されている、車両。
6. 請求項１から４のいずれか１項に記載の電池パックを搭載した車両であって、
   前記電池パックは、車両のフロント助手席シートの下に設けられており、
   前記排気ダクトは、前記２次電池と、前記フロント助手席シートに隣接する助手席ドアとの間に配置されている、車両。

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