JP2010198937A - 蓄電装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 蓄電モジュールと隣り合うスペースに配置される温度調節機構を簡素な構成とする。
【解決手段】 蓄電モジュール（１０，２０）に対する吸気および排気を行わせて、蓄電モジュールの温度を調節するための温度調節機構を有する。温度調節機構は、蓄電モジュールの側面と隣り合うスペースにおいて、蓄電モジュールの充放電に用いられる機器（５０）の上方に位置している。そして、蓄電モジュールに対して温度調節用の空気を供給するためのファン（７１，７２）と、蓄電モジュールに対して位置決めされ、ファンを支持するためのブラケット（６２，６３）と、を備えている。ブラケット（６２）の一部（６２ｃ）が、蓄電モジュールに対する吸気通路および排気通路のうち少なくとも一方の通路の一部を構成している。
【選択図】 図１

Description

本発明は、蓄電モジュールに対して温度調節用の空気を供給するための温度調節機構を備えた蓄電装置に関するものである。

電池モジュールは充放電等によって発熱することがあるため、ファンを駆動することにより、冷却用の空気を電池モジュールに供給して、電池モジュールを冷却するようにしているものがある（例えば、特許文献１参照）。この冷却機構では、冷却用の空気を電池モジュールに供給するための吸気ダクトと、ファンと、冷却後の空気を電池モジュールから排出させるための排気ダクトとを用いている。

特開２００２−２１９９４９号公報（図２）

上述した従来の冷却機構において、電池モジュールと隣り合うスペースに、吸気ダクト、排気ダクトおよびファンを配置しようとすると、冷却機構の構成が複雑になってしまうことがある。

そこで、本発明の目的は、蓄電モジュールの温度を調節するための温度調節機構を、簡素な構成で、蓄電モジュールと隣り合うスペースに配置することができる蓄電装置を提供することにある。

本発明である蓄電装置は、複数の蓄電素子が電気的に接続された蓄電モジュールと、蓄電モジュールに対する吸気および排気を行わせて、蓄電モジュールの温度を調節するための温度調節機構と、を有している。ここで、温度調節機構は、蓄電モジュールの側面と隣り合うスペースにおいて、蓄電モジュールの充放電に用いられる機器の上方に位置している。

そして、蓄電モジュールに対して温度調節用の空気を供給するためのファンと、蓄電モジュールに対して位置決めされ、ファンを支持するためのブラケットと、を備えている。また、ブラケットの一部が、蓄電モジュールに対する吸気通路および排気通路のうち少なくとも一方の通路の一部を構成している。

ここで、蓄電モジュールは、温度調節機構と同一面内（水平面内）に位置する第１の蓄電モジュールと、上述した機器と同一面内（水平面内）に位置する第２の蓄電モジュールとで構成することができる。この場合において、各蓄電モジュールに対して空気を供給するために、２つのファンを用いることができる。また、第１の蓄電モジュールに対する吸気ダクトと、第２の蓄電モジュールに対する吸気ダクトとの間に、排気ダクトを位置させた構成において、ブラケットの一部を用いて、排気ダクトの一部を構成することができる。

本発明によれば、ファンを支持するためのブラケットを用いて、吸気通路および排気通路のうち少なくとも一方の通路の一部を構成しているため、部品点数を減らして、簡素な構成とすることができる。

本発明の実施例１である電池パックにおける温度調節機構を示す分解図である。 実施例１において、温度調節機構の取り付け方法を示す図である。 実施例１である電池パックのうち、温度調節機構を含む一部の側面図である。

以下、本発明の実施例について説明する。

本発明の実施例１である電池パック（蓄電装置）について、図１から図３を用いて説明する。ここで、図１は、電池パックに設けられた温度調節機構の構成を示す分解斜視図であり、図２は、電池パックにおいて空気の流れる方向を示す図であり、図３は、電池パックの一部分における側面図である。これらの図において、Ｘ軸、Ｙ軸およびＺ軸は、互いに直交する軸であり、本実施例では、Ｚ軸を鉛直方向に相当する軸としている。また、図２および図３において、点線又は実線示す矢印は、空気の移動方向を示している。

本実施例の電池パック１は、車両に搭載されており、この車両としては、ハイブリッド自動車や電気自動車がある。ハイブリッド自動車とは、車両を走行させるための動力源として、電池パック１の他に、内燃機関や燃料電池を備えた車両である。また、電気自動車は、車両の動力源として、電池パック１だけを用いた車両である。

電池パック１は、第１の電池モジュール（蓄電モジュール）１０および第２の電池モジュール（蓄電モジュール）２０を有している。第１の電池モジュール１０は、Ｙ方向に並んで配置された複数の単電池（蓄電素子）を有しており、これらの単電池は、バスバーモジュール１１を介して電気的に直列に接続されている。バスバーモジュール１１は、第１の電池モジュール１０における２つの側面に配置されており、図１では、一方のバスバーモジュール１１を示している。

第２の電池モジュール２０は、Ｙ方向に並んで配置された複数の単電池を有しており、これらの単電池は、バスバーモジュール２１を介して電気的に直列に接続されている。バスバーモジュール２１は、第２の電池モジュール２０における２つの側面に配置されており、図１では、一方のバスバーモジュール２１を示している。なお、各電池モジュール１０，２０において、単電池の配列方向をＸ方向とすることもでき、この場合であっても、バスバーモジュールを用いて複数の単電池を電気的に直列に接続しておけばよい。

各電池モジュール１０，２０を構成する単電池としては、ニッケル水素電池やリチウムイオン電池といった二次電池を用いることができる。また、二次電池の代わりに、電気二重層キャパシタを用いることもできる。

第１および第２の電池モジュール１０，２０は、Ｚ方向で並んで配置されており、配線（不図示）を介して電気的に直列に接続されている。ここで、第２の電池モジュール２０を構成する単電池の数は、第１の電池モジュール１０を構成する単電池の数よりも多くなっている。このため、第２の電池モジュール２０の上方には、第１の電池モジュール１０および第１の機器ボックス４０が並んで配置されている。第１の機器ボックス４０内には、ＤＣ／ＤＣコンバータ（不図示）が配置されている。第１および第２の電池モジュール１０，２０は、総プラス端子および総マイナス端子を有しており、これらの端子は高圧ケーブル（総プラスケーブルおよび総マイナスケーブル）を介してＤＣ／ＤＣコンバータに接続されている。

ＤＣ／ＤＣコンバータは、第１および第２の電池モジュール１０，２０からの出力を昇圧してインバータ（不図示）に供給したり、インバータからの電力を降圧して第１および第２の電池モジュール１０，２０に供給したりする。インバータは、モータ・ジェネレータ（不図示）に接続されており、モータ・ジェネレータは、インバータからの交流電力を受けて車両の走行に用いられる運動エネルギを生成したり、車両の制動時に、交流電力を発生させてインバータに供給したりする。

第１および第２の電池モジュール１０，２０や第１の機器ボックス４０は、パックケース３０に固定された状態で収容されている。第１および第２の電池モジュール１０，２０を収容するためのスペースは、パックケース３０の一部によって仕切られている。そして、各電池モジュール１０，２０の収容スペースには、後述するように、空気を取り込むための吸気口Ｓ１，Ｓ２が形成されている。

第２の電池モジュール２０とＸ方向で隣り合う位置には、パックケース３０に固定された第２の機器ボックス５０が配置されている。第２の機器ボックス５０内には、第１および第２の電池モジュール１０，２０の充放電を制御するために用いられる機器が配置されている。この機器としては、例えば、各電池モジュール１０，２０における電流を検知するための電流センサ、各電池モジュール１０，２０の温度や電圧を監視するための監視ユニット、電池モジュール１０，２０の充放電を許容したり、禁止したりするシステムリレー、ワイヤハーネスがある。

次に、第１および第２の電池モジュール１０，２０の温度を調節するための機構（温度調節機構）について、説明する。

第１の吸気ダクト６１の吸気口６１ａは、車室内に面しており、車室内の空気を取り込むことができるようになっている。ここで、車室とは、乗員の乗車するスペースをいう。また、第１の吸気ダクト６１には、２つの接続口６１ｂが形成されている。第１の吸気ダクト６１のうち、一方の接続口６１ｂが形成された面は、第１のブラケット６２の支持板６２ａに対して、締結部材によって固定される。これにより、Ｙ方向から見たときに、接続口６１ｂが、支持板６２ａに形成された開口部６２ｂと重なるようになる。

また、第１の吸気ダクト６１のうち、他方の接続口６１ｂが形成された面は、第２のブラケット６３の支持板６３ａに対して、締結部材によって固定される。これにより、Ｙ方向から見たときに、接続口６１ｂは、支持板６３ａに形成された開口部６３ｂと重なるようになる。第２のブラケット６３は、第１のブラケット６２に対して、締結部材によって固定される。

第１のブラケット６２の支持板６２ａのうち、第１の吸気ダクト６１が固定された面とは反対側の面には、第１のファン７１が締結部材によって固定される。第１のファン７１は、第１の電池モジュール１０に空気を供給するための動力源となる。また、第２のブラケット６３の支持板６３ａのうち、第１の吸気ダクト６１が固定された面とは反対側の面には、第２のファン７２が締結部材によって固定される。第２のファン７２は、第２の電池モジュール２０に空気を供給するための動力源となる。第２のファン７２は、第１のファン７１とＹ方向で隣り合って配置されており、第１および第２のファン７１，７２は、同一面（Ｘ−Ｙ平面）内に位置している。

各ファン７１，７２が固定された各ブラケット６２，６３は、図２に示すように、締結部材によってカバー８０に固定される。カバー８０には、開口部８０ａが形成されており、開口部８０ａからは第１の吸気ダクト６１の一部が突出している。カバー８０は、締結部材によって、パックケース３０に固定される。

第１のファン７１の接続口７１ａには、第２の吸気ダクト６５の一端に設けられた接続口６５ａが接続され、第２の吸気ダクト６５の他端に設けられた接続口６５ｂは、第１の電池モジュール１０の上方に形成された吸気口Ｓ１に接続される。また、第２のファン７２の接続口７２ａには、第３の吸気ダクト６６の一端に設けられた接続口６６ａが接続され、第３の吸気ダクト６６の他端に設けられた接続口６６ｂは、第２の電池モジュール２０の上方に形成された吸気口Ｓ２に接続される。

排気ダクト６４の一端に設けられた接続口６４ａは、第１の機器ボックス４０の上面に形成された排気口Ｓ３に接続される。ここで、排気ダクト６４は、樹脂で形成されており、第１の電池モジュール１０におけるバスバーモジュール１１に沿って配置される。また、排気ダクト６４は、図２に示すように、Ｚ方向に関して、第２の吸気ダクト６５および第３の吸気ダクト６６の間に位置するように配置される。

排気ダクト６４は、後述するように、各電池モジュール１０，２０やＤＣ／ＤＣコンバータと熱交換された後の空気を、電池パック１の外部に排出させるために用いられる。排気ダクト６４には、他の排気ダクト（不図示）が接続されており、排気口Ｓ３からの空気を車外に排出できるようになっている。

排気ダクト６４には、切り欠き部６４ｂが形成されており、切り欠き部６４ｂは、第１のブラケット６２に形成されたダクト部６２ｃと接触する。ここで、ダクト部６２ｃは、第１の電池モジュール１０の側面に設けられた４つのピン１２に対して固定される。これにより、ダクト部６２ｃは、排気通路の一部を構成する。

第１のファン７１を駆動すると、車室内の空気が第１の吸気ダクト６１に取り込まれて、第１のファン７１に向かう。そして、第１のファン７１からの空気は、第２の吸気ダクト６５を通過して、吸気口Ｓ１から第１の電池モジュール１０の収容スペースに移動する。この空気は、第１の電池モジュール１０を構成する複数の単電池と接触することにより、単電池の温度を調節する。具体的には、第１の電池モジュール１０の収容スペースに供給された空気は、隣り合う単電池の間に形成されたスペースに移動することにより、単電池との間で熱交換を行う。

例えば、単電池が充放電等によって発熱している場合には、単電池の熱を空気に伝達させることにより、単電池の温度上昇を抑制することができる。また、単電池が過度に冷えている場合には、空気の熱を単電池に与えることにより、単電池の温度低下を抑制することができる。

単電池との間で熱交換された空気は、図３に示すように、第１の電池モジュール１０の下方に形成されたスペースに移動する。そして、この空気は、図２に示すように、第１の電池モジュール１０の収容スペースから第１の機器ボックス４０内に移動するようになっている。具体的には、パックケース３０内には、第１の電池モジュール１０の収容スペースから第１の機器ボックス４０に空気を移動させるための通路が形成されている。

第１の機器ボックス４０内には、ＤＣ／ＤＣコンバータが配置されているため、第１の電池モジュール１０からの空気は、ＤＣ／ＤＣコンバータと接触した後、排気口Ｓ３から排出される。ここで、ＤＣ／ＤＣコンバータに空気を接触させることにより、ＤＣ／ＤＣコンバータの温度を調節することができる。具体的には、第１の電池モジュール１０からの空気を用いて、ＤＣ／ＤＣコンバータを冷却することができる。

排気口Ｓ３から排出された空気は、排気ダクト６４に沿って移動して、車外に排出される。

一方、第２のファン７２を駆動すると、車室内の空気が第１の吸気ダクト６１に取り込まれて、第２のファン７２に向かう。そして、第２のファン７２からの空気は、第３の吸気ダクト６６を通過して、吸気口Ｓ２から第２の電池モジュール２０の収容スペースに移動する。この空気は、第２の電池モジュール２０を構成する複数の単電池と接触することにより、単電池の温度を調節する。具体的には、第１の電池モジュール１０の場合と同様に、隣り合う単電池の間に形成されたスペースに空気が移動することにより、単電池との間で熱交換が行われる。

単電池との間で熱交換された空気は、図３に示すように、第２の電池モジュール２０の下方に形成されたスペースに移動する。そして、この空気は、図２に示すように、第２の電池モジュール２０の収容スペースから第１の機器ボックス４０内に移動するようになっている。具体的には、パックケース３０内には、第２の電池モジュール２０の収容スペースから第１の機器ボックス４０に空気を移動させるための通路が形成されている。

ここで、第１の電池モジュール１０からの空気と、第２の電池モジュール２０からの空気は、合流して第１の機器ボックス４０に導かれるようになっている。第２の電池モジュール２０からの空気が、第１の機器ボックス４０内に移動すると、上述した場合と同様に、ＤＣ／ＤＣコンバータとの間で熱交換が行われた後、排気口Ｓ３から排出される。

上述した各ファン７１，７２の制御は、車両に搭載されたコントローラによって行うことができる。具体的には、各電池モジュール１０，２０に対して温度センサを配置しておき、各温度センサによる検出結果に基づいて、各ファン７１，７２の駆動を制御することができる。本実施例では、２つのファン７１，７２を備えているため、２つのファン７１，７２を同時に駆動する場合もあるし、一方のファン７１，７２だけを駆動する場合もある。

本実施例では、第１のファン７１が固定される第１のブラケット６２の一部であるダクト部６２ｃが、排気口Ｓ３からの空気を車外に排出させるための排気通路の一部を構成している。言い換えれば、第１のブラケット６２は、第１のファン７１を支持するための機能と、排気通路の一部を構成する機能とを有している。このように、１つの部材である第１のブラケット６２に対して、２つの機能を持たせることにより、部品点数を低減でき、コストダウンを図ることができる。

また、本実施例では、図２に示すように、各ファン７１，７２が固定された各ブラケット６２，６３を、カバー８０に固定することにより、１つのユニット（サブＡＳＳＹ）を構成している。これにより、上述した１つのユニットをパックケース３０に固定するだけで、電池モジュール１０と隣り合うスペースであって、第２の機器ボックス５０の上方に位置するスペースに、本実施例の温度調節機構を容易に配置することができる。そして、排気ダクト６４や各ファン７１，７２を配置する位置を本実施例のように設定することにより、排気ダクト６４や各ファン７１，７２をコンパクトにまとめて配置することができる。

なお、本実施例では、第１のファン７１が固定される第１のブラケット６２と、第２のファン７２が固定される第２のブラケット６３とを別々の部材で構成しているが、１つの部材として構成することもできる。また、本実施例では、２つのファン７１，７２を用いて、２つの電池モジュール１０，２０に空気を供給しているが、これに限るものではない。例えば、１つのファンを用いて、２つの電池モジュール１０，２０に空気を供給することができる。この場合には、ファンからの空気が２つの電池モジュール１０，２０に導かれるように、吸気ダクトを分岐させればよい。

さらに、本実施例では、２つの電池モジュール１０，２０をＺ方向で並べて配置しているが、これに限るものではなく、同一面内（Ｘ−Ｙ面内）に１つの電池モジュールを配置するだけでもよい。また、２つの電池モジュール１０，２０は、電気的に直列に接続されているが、これに限るものではなく、電気的に並列に接続されていてもよい。この場合には、各電池モジュールの出力を用いて、車両を走行させることができる。

また、本実施例では、第１のブラケット６２の一部であるダクト部６２ｃを用いて、排気通路の一部を構成しているが、これに限るものではない。例えば、ファンが固定されるブラケットの一部を用いて、吸気通路の一部を構成したり、排気通路および吸気通路の一部を構成したりすることもできる。すなわち、ファンを支持するためのブラケットを用いて、空気の移動通路の一部を構成できればよい。

さらに、各ファン７１，７２は、各電池モジュール１０，２０に対して空気を供給する吸気通路に設けられているが、電池モジュール１０，２０からの空気を排出させる排気通路に設けることもできる。このような構成であっても、ファンを駆動することにより、電池モジュール１０，２０に対して空気を供給することができる。

１：電池パック（蓄電装置） １０：第１の電池モジュール（蓄電モジュール）
１１，２１：バスバーモジュール ２０：第２の電池モジュール（蓄電モジュール）
３０：パックケース ４０：第１の機器ボックス
５０：第２の機器ボックス ６１：第１の吸気ダクト
６２：第１のブラケット ６２ａ：支持板
６２ｂ：開口部 ６２ｃ：ダクト部
６３：第２のブラケット ６３ａ：支持板
６３ｂ：開口部 ６４：排気ダクト
６５：第２の吸気ダクト ６６：第３の吸気ダクト
７１：第１のファン ７２：第２のファン
８０：カバー

Claims (1)

1. 複数の蓄電素子が電気的に接続された蓄電モジュールと、
   前記蓄電モジュールに対する吸気および排気を行わせて、前記蓄電モジュールの温度を調節するための温度調節機構と、を有し、
   前記温度調節機構は、
   前記蓄電モジュールの側面と隣り合うスペースにおいて、前記蓄電モジュールの充放電に用いられる機器の上方に位置し、
   前記蓄電モジュールに対して温度調節用の空気を供給するためのファンと、
   前記蓄電モジュールに対して位置決めされ、前記ファンを支持するためのブラケットと、を備えており、
   前記ブラケットの一部が、前記蓄電モジュールに対する吸気通路および排気通路のうち少なくとも一方の通路の一部を構成していることを特徴とする蓄電装置。
   

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