JP2010198971A - バッテリパック - Google Patents

Abstract

【課題】バッテリの均一な冷却を可能とするバッテリパック、を提供する。
【解決手段】バッテリパックは、上下２段に配置される下部バッテリモジュール２１および上部バッテリモジュール２６と、冷却風が供給される供給流路６１と、供給流路６１から分岐し、下部バッテリモジュール２１に接続される上流側分岐流路６２と、上流側分岐流路６２よりも、供給流路６１における冷却風流れの下流側で供給流路６１から分岐し、上部バッテリモジュール２６に接続される下流側分岐流路６３とを形成する吸気ダクト４３および吸気チャンバ４４とを有する。上流側分岐流路６２の流路断面積Ｓ１，Ｓ３は、下流側分岐流路６３の断面積Ｓ２，Ｓ３よりも小さい。
【選択図】図３

Description

この発明は、一般的には、バッテリパックに関し、より特定的には、走行用の電源として車両に搭載されるバッテリパックに関する。

従来のバッテリパックに関して、たとえば、特開平１１−４１７１０号公報には、コンパクトでかつ効率よく、高所作業車等の作業車に搭載されたニッケル水素バッテリの冷却を行なうことを目的とした作業者用バッテリ装置が開示されている（特許文献１）。

特許文献１に開示された作業者用バッテリ装置は、複数のバッテリセルから構成された２個のバッテリユニットと、これらのバッテリユニットを上下２段に収納可能に構成されたバッテリケースとからなる。バッテリケースの前面には、上部バッテリユニットの保持空間に開口する上吸気口と、下部バッテリユニットの保持空間に開口する下吸気口とが形成されている。バッテリケースには、冷却用エアダクトが接続されており、冷却用エアダクトに流れる冷却風は、上吸気口および下吸気口に分かれてバッテリケース内に流入する。

また、特開２００６−７３２５６号公報には、水分による腐食、漏電、絶縁抵抗の低下等の弊害を有効に防止することを目的とした車両用の電源装置が開示されている（特許文献２）。特許文献２に開示された電源装置は、電池ケースに連結され、車外の外気を吸入する吸気ダクトを有する。この吸気ダクトは、吸入される外気を上方に流動させる立ち上がり部を有する。

また、特開２００７−９９１５０号公報には、２次電池を一例とする蓄電機構および電気機器を的確に冷却することを目的とした車両搭載機器の冷却装置が開示されている（特許文献３）。特許文献３に開示された冷却装置は、車両室内の空気を、吸込口からダクトを介して吸引することにより、バッテリおよびＤＣ／ＤＣコンバータを冷却する。ダクトは、吸入口の下流側で、バッテリが配置されるバッテリ側ダクトと、ＤＣ／ＤＣコンバータが配置されるＤＣ／ＤＣコンバータ側ダクトとに分岐される。バッテリ側ダクトとＤＣ／ＤＣコンバータ側ダクトとの分岐位置に、ＤＣ／ＤＣコンバータ側ダクトの管路の断面積を調節する制御弁が設けられる。

特開平１１−４１７１０号公報 特開２００６−７３２５６号公報 特開２００７−９９１５０号公報

上述の特許文献１に開示された作業者用バッテリ装置においては、冷却用エアダクトからの冷却風が、上下２段に積層されたバッテリユニットに分岐して供給されている。しかしながら、各バッテリユニットに供給される冷却風の流量や温度に差が生じると、バッテリセルの温度にばらつきが発生する。結果として、バッテリセルの温度が局所的に高くなり、バッテリの出力を制限するおそれがある。

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、バッテリの均一な冷却を可能とするバッテリパックを提供することである。

この発明に従ったバッテリパックは、並んで配置される第１バッテリモジュールおよび第２バッテリモジュールと、流路形成部材とを備える。流路形成部材は、冷媒が供給される供給流路と、供給流路から分岐し、第１バッテリモジュールに接続される第１分岐流路と、第１分岐流路よりも、供給流路における冷媒流れの下流側で供給流路から分岐し、第２バッテリモジュールに接続される第２分岐流路とを形成する。第１分岐流路の流路断面積は、第２分岐流路の流路断面積よりも小さい。

このように構成されたバッテリパックによれば、第２分岐流路は、第１分岐流路よりも、供給流路における冷媒流れの下流側で供給流路から分岐するため、第２分岐通路を通じて冷媒が供給される第２バッテリモジュールよりも、第１分岐流路を通じて冷媒が供給される第１バッテリモジュールの方が冷却され易い傾向が生じる。これに対して、第１分岐流路の流路断面積を第２分岐流路の断面積よりも小さくすることにより、冷媒が、第１分岐流路を通じて第１バッテリモジュールに供給され難くなる。これにより、第１バッテリモジュールおよび第２バッテリモジュール間でバッテリの均一な冷却を行なうことができる。

以上に説明したように、この発明に従えば、バッテリの均一な冷却を可能とするバッテリパックを提供することができる。

ハイブリッド自動車の車両室内の構造を示す斜視図である。 図１中のバッテリモジュールの内部構造と、冷却風の流通経路とを模式的に表わす斜視図である。 図１中のＩＩＩ−ＩＩＩ線上に沿った吸気ダクトおよび吸気チャンバを示す断面図である。

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。

図１は、ハイブリッド自動車の車両室内の構造を示す斜視図である。図１を参照して、本実施の形態におけるバッテリパック１０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、充放電可能なバッテリから電力供給されるモータ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。

バッテリパック１０は、下部バッテリモジュール２１および上部バッテリモジュール２６を有する。

下部バッテリモジュール２１は、ハイブリッド自動車のフロアパネル１１上に設けられている。上部バッテリモジュール２６は、下部バッテリモジュール２１の上に積み重ねられた状態で設けられている。すなわち、バッテリパック１０は、上下２段に並設された下部バッテリモジュール２１および上部バッテリモジュール２６を有する。

フロアパネル１１上には、前部座席としての、図示しない運転席および助手席が車両幅方向に並んで設けられている。運転席と助手席との間には、図示しないセンターコンソールボックスが設けられている。センターコンソールボックスは、樹脂製であり、たとえば、車両室内のインテリア性を向上させる目的や、飲料容器を載置するためのカップホルダや、小物類を載置するための凹部を設けるために設置されている。下部バッテリモジュール２１および上部バッテリモジュール２６は、そのセンターコンソールボックス内に配置されている。

本実施の形態では、下部バッテリモジュール２１および上部バッテリモジュール２６を上下２段に積み重ねることにより、バッテリのセンターコンソールボックス内への配置を可能としている。これにより、バッテリの配置が車両室内でのシートアレンジや荷室空間に影響を与えるということがなくなる。

図２は、図１中のバッテリモジュールの内部構造と、冷却風の流通経路とを模式的に表わす斜視図である。

図１および図２を参照して、下部バッテリモジュール２１は、複数のバッテリセル３１と、バッテリケース２２とを有する。上部バッテリモジュール２６は、複数のバッテリセル３１と、バッテリケース２７とを有する。

バッテリケース２２およびバッテリケース２７は、略直方体形状を有し、上下２段に積み重ねられている。バッテリケース２２は、車両右側方に面する右側面２２ａと、右側面２２ａの裏側に配置され、車両左側方に面する左側面２２ｂと、車両後方に面する後側面２２ｃとを有する。バッテリケース２７は、車両右側方に面する右側面２７ａと、右側面２７ａの裏側に配置され、車両左側方に面する左側面２７ｂと、車両後方に面する後側面２７ｃとを有する。

バッテリケース２２およびバッテリケース２７には、それぞれ、下部バッテリモジュール２１および上部バッテリモジュール２６を構成する複数のバッテリセル３１が収容されている。各バッテリセル３１は、リチウムイオン電池から構成されている。バッテリセル３１は、充放電可能なバッテリであれば特に限定されず、たとえば、ニッケル水素電池であってもよい。複数のバッテリセル３１は、図示しないバスバーよって互いに電気的に直列に接続されている。

複数のバッテリセル３１は、バッテリケース２２，２７の内部で略水平方向に積層されており、本実施の形態では、車両前後方向に積層されている。互いに隣り合うバッテリセル３１間には、図示しないスペーサが配置されている。そのスペーサにより、互いに隣り合うバッテリセル３１間に冷却風通路３２が形成されている。冷却風通路３２は、バッテリセル３１の積層方向に直交する方向、本実施の形態では車両幅方向に延びるように形成されている。

バッテリパック１０は、冷却ブロア４１をさらに有する。冷却ブロア４１は、運転席の下に配置されている。冷却ブロア４１は、回転ファンの中央部から回転軸方向に吸気して、回転軸の半径方向に空気を排出する電動のシロッコファンから構成されている。冷却ブロア４１は、下部バッテリモジュール２１および上部バッテリモジュール２６に冷却風を供給する押し込み型のブロアである。

なお、冷却ブロア４１は、助手席の下に配置されてもよい。冷却ブロア４１は、下部バッテリモジュール２１および上部バッテリモジュール２６から冷却風を吸引する引き込み型のブロアであってもよい。

バッテリパック１０は、吸気ダクト４３と、排気・排煙ダクト４６と、吸気チャンバ４４ｍ，４４ｎ（以下、特に区別しない場合は、吸気チャンバ４４という）と、排気チャンバ（図示されず）とをさらに有する。

吸気ダクト４３の一方端は、冷却ブロア４１に接続され、その他方端は、吸気チャンバ４４に接続されている。吸気チャンバ４４ｍおよび吸気チャンバ４４ｎは、それぞれ、バッテリケース２２の右側面２２ａおよびバッテリケース２７の右側面２７ａに設けられている。排気チャンバは、バッテリケース２２の左側面２２ｂおよびバッテリケース２７の左側面２７ｂに、図１中の吸気チャンバ４４と同様の形態で設けられている。排気・排煙ダクト４６の一方端は、排気チャンバを介して、下部バッテリモジュール２１および上部バッテリモジュール２６に接続されている。

冷却ブロア４１の吸入口４２から取り込まれた車両室内の空気は、吸気ダクト４３および吸気チャンバ４４を通じて、冷却風として下部バッテリモジュール２１および上部バッテリモジュール２６に供給される。下部バッテリモジュール２１および上部バッテリモジュール２６に供給された冷却風は、冷却風通路３２を流通し、その間、バッテリセル３１を冷却する。バッテリセル３１との熱交換により温度上昇した空気は、排気チャンバから排気・排煙ダクト４６へと排出される。

続いて、下部バッテリモジュール２１および上部バッテリモジュール２６に冷却風を供給するための吸気ダクト４３および吸気チャンバ４４の構造についてより詳細に説明する。

図３は、図１中のＩＩＩ−ＩＩＩ線上に沿った吸気ダクトおよび吸気チャンバを示す断面図である。図１から図３を参照して、吸気ダクト４３は、冷却ブロア４１から、運転席および下部バッテリモジュール２１の下を順に通り、下部バッテリモジュール２１および上部バッテリモジュール２６の車両後方側の空間に達するように設けられている。

吸気ダクト４３を冷却風の流れ方向において複数の区間に分割した場合に、吸気ダクト４３は、立ち上がり部４７と、接続部４８ｎおよび接続部４８ｍとを有する。

立ち上がり部４７は、下部バッテリモジュール２１の下から、後側面２２ｃおよび後側面２７ｃ上の空間を通って上方へと延びる。接続部４８ｍは、立ち上がり部４７から、後側面２２ｃに対向する位置で車両前方へと分岐し、その先で吸気チャンバ４４ｍに接続される。接続部４８ｎは、立ち上がり部４７から、後側面２７ｃに対向する位置で車両前方へと分岐し、その先で吸気チャンバ４４ｎに接続される。吸気チャンバ４４ｍおよび吸気チャンバ４４ｎは、それぞれ、右側面２２ａおよび右側面２７ａに沿って車両後方から前方へと直線状に延びる。

本実施の形態では、冷却ブロア４１を運転席の下に配置し、吸気ダクト４３に上方へとかけ上がる立ち上がり部４７を設けることにより、万が一、冷却ブロア４１の吸入口４２から液体が侵入することがあっても、バッテリセル３１が液体に浸るということがない。

上記構造を有する吸気ダクト４３および吸気チャンバ４４によって、供給流路６１、上流側分岐流路６２および下流側分岐流路６３が形成されている。

供給流路６１は、吸気ダクト４３の立ち上がり部４７によって形成されており、冷却ブロア４１から圧送された冷却風が流通する。

上流側分岐流路６２は、吸気ダクト４３の接続部４８ｍおよび吸気チャンバ４４ｍによって形成されており、供給流路６１から下部バッテリモジュール２１へと向かう冷却風が流通する。上流側分岐流路６２は、後側面２２ｃに対向する位置で供給流路６１から分岐している。下流側分岐流路６３は、吸気ダクト４３の接続部４８ｎおよび吸気チャンバ４４ｎによって形成されており、供給流路６１から上部バッテリモジュール２６へと向かう冷却風が流通する。下流側分岐流路６３は、後側面２７ｃに対向する位置で供給流路６１から分岐している。下流側分岐流路６３は、上流側分岐流路６２よりも、供給流路６１における冷却風流れの下流側で供給流路６１から分岐している。

上流側分岐流路６２および下流側分岐流路６３は、その経路上において、それぞれ、下部バッテリモジュール２１および上部バッテリモジュール２６に形成された冷却風通路３２に連通している。

接続部４８ｍおよび吸気チャンバ４４ｍにおける上流側分岐流路６２の流路断面積をそれぞれＳ１およびＳ３とし、接続部４８ｎおよび吸気チャンバ４４ｎにおける下流側分岐流路６３の流路断面積をそれぞれＳ２およびＳ４とした場合に、上流側分岐流路６２の流路断面積Ｓ１が、下流側分岐流路６３の断面積Ｓ２よりも小さくなり、上流側分岐流路６２の流路断面積Ｓ３が、下流側分岐流路６３の断面積Ｓ４よりも小さくなる。すなわち、上流側分岐流路６２は、下流側分岐流路６３よりも冷却風流れの圧力損失が大きくなるように形成されている。

本実施の形態におけるバッテリパック１０においては、下流側分岐流路６３は、上流側分岐流路６２よりも、供給流路６１における冷却風流れの下流側で供給流路６１から分岐するため、下流側分岐流路６３を通じて冷却風が供給される上部バッテリモジュール２６よりも、上流側分岐流路６２を通じて冷却風が供給される下部バッテリモジュール２１の方が冷却され易い傾向が生じる。これに対して、冷却風流れの圧力損失の調整を通じて、上流側分岐流路６２を意図的に冷却風が流れ難い構造とすることにより、上部バッテリモジュール２６および下部バッテリモジュール２１間でバッテリセル３１の冷却効率に差が生じることを抑制できる。

以上に説明した、本実施の形態におけるバッテリパック１０の基本的な構造についてまとめて説明すると、バッテリパック１０は、並んで配置される第１バッテリモジュールとしての下部バッテリモジュール２１および第２バッテリモジュールとしての上部バッテリモジュール２６と、冷媒としての冷却風が供給される供給流路６１と、供給流路６１から分岐し、下部バッテリモジュール２１に接続される第１分岐流路としての上流側分岐流路６２と、上流側分岐流路６２よりも、供給流路６１における冷却風流れの下流側で供給流路６１から分岐し、上部バッテリモジュール２６に接続される第２分岐流路としての下流側分岐流路６３とを形成する流路形成部材としての吸気ダクト４３および吸気チャンバ４４とを有する。上流側分岐流路６２の流路断面積Ｓ１，Ｓ３は、下流側分岐流路６３の断面積Ｓ２，Ｓ３よりも小さい。

このように構成された、この発明の実施の形態におけるバッテリパック１０によれば、上部バッテリモジュール２６および下部バッテリモジュール２１間のバッテリ冷却の均一化により、バッテリモジュール全体において各バッテリセル３１を効率的に冷却することができる。これにより、バッテリの性能を十分に引き出し、ハイブリッド自動車の動力性能および燃費を向上させることができる。

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。

この発明は、主に、バッテリから電力供給されるモータを動力源として備える車両に利用される。

１０ バッテリパック、１１ フロアパネル、２１ 下部バッテリモジュール、２２，２７ バッテリケース、２２ａ，２７ａ 右側面、２２ｂ，２７ｂ 左側面、２２ｃ，２７ｃ 後側面、２６ 上部バッテリモジュール、３１ バッテリセル、３２ 冷却風通路、４１ 冷却ブロア、４２ 吸入口、４３ 吸気ダクト、４４，４４ｍ，４４ｎ 吸気チャンバ、４６ 排気・排煙ダクト、４７ 立ち上がり部、４８ｍ，４８ｎ 接続部、６１ 供給流路、６２ 上流側分岐流路、６３ 下流側分岐流路。

Claims (1)

1. 並んで配置される第１バッテリモジュールおよび第２バッテリモジュールと、
   冷媒が供給される供給流路と、前記供給流路から分岐し、前記第１バッテリモジュールに接続される第１分岐流路と、前記第１分岐流路よりも、前記供給流路における冷媒流れの下流側で前記供給流路から分岐し、前記第２バッテリモジュールに接続される第２分岐流路とを形成する流路形成部材とを備え、
   前記第１分岐流路の流路断面積は、前記第２分岐流路の流路断面積よりも小さい、バッテリパック。

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