JP2012043591A - 電池冷却構造 - Google Patents

Abstract

【課題】 複数列に配置された組電池を均一な温度に冷却する。
【解決手段】
組電池の上流に設けられる流れ制御板１３を、電池長さ方向に延在する単位整流板１３１を連設して構成すると共に、流れ制御板には第１および第２の貫通穴１３２が設けられ、前記単位整流板１３１は、最上流列の電池モジュール２のそれぞれに対して、電池モジュール２の上流側表面覆うような樋状の形状に設けられると共に、単位整流板１３１には、それぞれの最上流列電池モジュールに冷却風を導入するための第1の貫通穴１３２ａが設けられ、連設される単位整流板の端部が互いに隣接する部分は、第２の貫通穴１３２ｂとされて、第２の貫通穴は、互いに隣接する最上流側電池モジュールの間の空間に設けられると共に、第２の貫通穴から導入される冷却風が最上段の電池モジュールにあたらないように構成する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、電池（特に組電池）の冷却構造に関する。特に電池を冷却風によって冷却する空冷式の電池冷却構造に関する。

電気自動車やハイブリッド自動車などには、動力源として二次電池を集合させた組電池が用いられている。充電や放電の過程において、電池が過熱したり電池間の温度差が大きくなったりすると、電池の性能が低下したり、電池が損傷することが起こるため、通常、これら組電池を電池ケースに収納して、冷却風を電池ケース内に送り込んで組電池を冷却することが行われる。

冷却にあたっては、組電池を構成する複数の電池の温度を極力均一化し、かつ、効率的に電池を冷却することが必要であり、そのために、さまざまな電池冷却構造が提案されるに至っている。
例えば、特許文献１には、電池ケースの冷却風導入口側に、複数の導風板を設けて、導風板の間を通過した冷却風が、電池モジュールの間に向かうようにした冷却構造が開示されている。また、特許文献２には、電池モジュールのそれぞれに対して、吸気部および排気部を画成し、電子モジュール間の冷却風の流れを誘導する誘導部材を備えさせ、誘導部材は、それぞれの電池モジュールに対し新規な冷却風を供給するように構成された電池冷却構造が開示されている。

特開２００４−７１３９４号公報 特開２００８−１３０３３０号公報

これら電池冷却構造においては、電池モジュールが上流側から下流側に向けて複数列をなして配列されることが多いが、この場合、冷却風が上流側の電池モジュールを冷却することで温まってしまい、下流側の電池モジュールの冷却が不十分となって、電池温度の均一化が不十分となりやすい。
上記文献に開示された従来の技術もまた、こうした電池温度均一化の課題を解決することを意図する発明とも位置づけられるが、発明者の検討により、以下のような課題があることが判明した。

即ち、特許文献１に記載したような電池冷却構造では、導風板の間を通過した流れが上流側電池モジュールの間を通過するように構成したにも関わらず、中段以降の電池モジュールの冷却が不十分となりやすいことが判明した。その原因を調査・検討したところ、こうした電池冷却構造においては、導風板の間を通過した流れが電池モジュールの間を通過する間に、流れの勢いが失われやすく、流れの勢いが失われると、中段以降の電池モジュールに冷却風をうまく当てることが困難になるほか、上流側電池を冷却して温められた冷却風と、新規な冷却風とが混合してしまいやすくなってしまうという課題を有することが判明した。

また、特許文献２に記載したような電池冷却構造では、それぞれの電池モジュールに新規な冷却風が供給されるので、電池の冷却条件を均一化し、電池モジュールの温度を均一にすることができるものの、複雑形状の導風板を電池モジュールの周囲に設ける必要があり、コストや製造効率の観点から、より簡単な構造の電池冷却構造が求められていた。

即ち、本発明の目的は、簡単な構造で、第２列以降の電池モジュールに的確に冷却風を供給して、組電池を構成するそれぞれの電池モジュールの温度をより均一に冷却できるような電池冷却構造を提供することにある。

特許文献１に開示されたような電池冷却構造において、電池温度の均一化が不十分となる原因を、本発明の発明者が調査したところ、図１２に示すように、電池モジュール２，２の間に冷却風が向かうように導風板ＰにスリットＳ，Ｓが設けられていても、スリットＳを通過した冷却風は、導風板と上流側電池モジュールとの間の空間で拡散して、急速にその勢いを失ってしまい、上流側電池モジュールを冷却し暖まった冷却風と新鮮な冷却風が混じりあった状態で、中流もしくは下流側の電池モジュールの周辺に供給されてしまったり、流れが蛇行したりするなど、それら中流以降の電池モジュール周辺には新鮮な冷却風が供給されにくいことを発見した。そしてスリットＳや上流側電池モジュールの間を通過する空気が勢いを失って拡散してしまうことが、中流および下流側の電池モジュールにうまく冷却風を当てることができず、冷却性を悪化させる要因となっていることを突きとめた。

さらに、本発明の発明者は、鋭意検討の結果、組電池の上流に設ける流れ制御板を特定の形態として、最上流列電池モジュールに供給される冷却風と中流以降の電池モジュールに供給される冷却風とが仕切られるようにすると共に、最上流列電池モジュールの間の空間において、これら２つの冷却風流れを合流させて、中流以降の電池モジュールを冷却する冷却風を最上流列電池モジュールを冷却した冷却風で挟み込むようにすると、驚くべきことに、中流以降の電池モジュールを冷却する冷却風を、その流れの勢いを失わないまま、中流以降の電池モジュールに届けることができ、それら電池モジュールを効果的に冷却できて、ひいては組電池を構成する電池の温度をより均一化できることを知見し、本発明を完成させた。

本発明は、複数本の電池モジュールが複数列に配列されてなる組電池を電池ケース内に収蔵し、電池ケースに設けられた冷却風導入口から電池ケース内に冷却風を導入し、電池モジュールを冷却風により冷却し、電池ケースに設けられた冷却風導出口から電池ケース外に冷却風を排出する電池冷却構造であって、電池ケース内部には、最上流列の電池モジュールよりも上流となる領域に、電池ケース内部を下流側と上流側に区画する流れ制御板が設けられており、流れ制御板は電池長さ方向に延在する単位整流板が連設されて構成されると共に、流れ制御板には流れ上流側と下流側とを互いに連通する貫通穴が設けられ、前記単位整流板は、最上流列の電池モジュールのそれぞれに対して、電池モジュールの上流側表面の一部を所定間隔を隔てて覆うような樋状の形状に設けられると共に、単位整流板には、それぞれの最上流列電池モジュールに冷却風を導入するための第1の貫通穴が設けられ、連設される単位整流板の端部が互いに隣接する部分は、第２の貫通穴とされて、第２の貫通穴は、互いに隣接する最上流列電池モジュールの間の空間に設けられると共に、第２の貫通穴から導入される冷却風が最上段の電池モジュールにあたらないようにされたことを特徴とする電池冷却構造である。

本発明においては、第２の貫通穴が、最上流列電池モジュールの互いに隣接する側部の間に向けて開口するようにされることが好ましい（第２発明）。

さらに、本発明においては、電池モジュールが円柱状であり、単位整流板が断面円弧状に形成されることが好ましい（第３発明）。また、本発明においては、第２貫通穴から導入された冷却風が、第２列の電池モジュールに向かって送られるように構成されることが好ましい（第４発明）。また、本発明においては、電池モジュールが千鳥状に配置されることが好ましい（第５発明）。

本発明によれば、第１の貫通穴から導入されて最上段電池モジュールを冷却した流れｆａと、第２の貫通穴から導入される新規な冷却風流れｆｂとが、第２貫通穴の下流側で合流し、流れｆａにより、流れｆｂが挟み込まれたような層状の流れ構造が実現される。このような層状の流れ構造により、第２の貫通穴から導入される新規な冷却風流れｆｂは、最上段電池モジュールを冷却することなく、新規な冷却風として下流側の電池モジュールに届けられるようになり、その結果、中流、あるいは下流側に配置される電池モジュールを効果的に冷却でき、組電池を構成する電池の温度を、より効果的に均一化できるという効果が得られる。

また、本発明において、第２発明のように、最上流列電池モジュールの互いに隣接する側部の間に向けて、第２の貫通穴が開口するようにした場合には、第２の貫通穴から導入される新規な冷却風が最上段電池モジュールに吹付けられてしまうことがより確実に防止されて、電池温度の均一化がより効果的に行われる。

さらに、本発明において、第３発明のように、電池モジュールを円柱状として、単位整流板を断面円弧状に形成した場合には、第１貫通穴からの流れｆａと第２貫通穴からの流れｆｂとを、より効果的に層状に整流することができて、この流れを第２列以降の電池モジュールにより確実に届けることが可能となり、より確実に上記効果を発揮することができる。

さらに、本発明において、第４発明のように、第２貫通穴から導入された冷却風が、第２列の電池モジュールに向かって送られるように構成した場合には、第２列の電池モジュールを効果的に冷却することができ、より確実に上記効果を発揮することができる。

さらに、本発明において、第５発明のように、電池モジュールを千鳥状に配置すれば、第２貫通穴から導入された冷却風が、確実に第２列の電池モジュールに向かって送られるようにできて、さらに確実に上記効果を発揮することができる。

本発明の第１実施形態の電池冷却構造を示す断面図である。 本発明の第１実施形態の流れ制御板付近を拡大して示す断面図である。 本発明第１実施形態における流れ制御板下流の流れを示す模式図である。 本発明の第１実施形態における冷却風流れのシミュレーション結果を示す図である。 従来の電池冷却構造での冷却風流れのシミュレーション結果を示す図である。 従来の電池冷却構造の例を示す図である。 電池モジュールの表面温度のシミュレーション結果のグラフである。 本発明の第２実施形態の電池冷却構造を示す断面図である。 第２実施形態における冷却風流れのシミュレーション結果を示す図である。 第２実施形態での電池モジュールの表面温度のシミュレーション結果のグラフである。 本発明のさらに他の実施形態における流れ制御板付近を拡大して示す断面図である。 従来の電池冷却構造における冷却風流れを示す模式図である。

以下図面に基づいて、本発明の電池冷却構造の実施形態について、ハイブリッド自動車用の組電池を収蔵する電池ケースを例にして説明する。図１は本発明の電池冷却構造の実施形態の冷却風の流れ方向に沿った断面図である。また、図２は本実施形態の電池冷却構造の流れ制御板付近を拡大して示す断面図である。

箱状の電池ケース１の内部空間には、棒状の電池モジュール２，２が所定の間隔で平行に配置されている。電池モジュール２，２は直列あるいは並列に電気的に接続されて組電池を構成する。本実施形態においては、電池モジュールを構成する電池はニッケル水素バッテリーであり、電池を直列に接続した電池モジュール２は円柱状の棒状の形状となっている。

図１では、図の紙面奥行き方向に電池モジュール２、２が延在するように配置されており、１５本の電池モジュール（もしくはダミーモジュール）が３列×５本の複数段に配置されている。本実施形態においては、下流側の電池モジュールが上流側の電池モジュールの間に位置するような千鳥状に電池モジュールが配置されている。各電池モジュール２，２は、電池ケース１の内面や隣接する電池モジュールとの間に所定の間隔（隙間）を有し、その隙間に冷却風が流れるように、スペーサや支持部材によって、箱状の電池ケース内部に収容、支持されている。本実施形態においては、全体として図の上側から下側に向かって冷却風が流れるようにされており、その意味で、以下の説明において、千鳥状に配列された３列の電池モジュールを、以下、上流側（最上流列、あるいは上段）電池モジュール、中流側（第２列、あるいは中段）電池モジュール、下流側（第３列あるいは下段）電池モジュールと呼ぶことがある。

電池ケース１は金属や合成樹脂により成形された中空の箱状の部材であり、電池ケース１には冷却風導入口１１と冷却風導出口１２が設けられて、電池ケース１の内部空間が冷却風通路となる。そして電池ケース１は、冷却風導入口１１や冷却風導出口１２がダクトや送風ファンなどの周辺部材と接続されて一連の冷却風通路となって、組電池の冷却に使用される。

本実施形態では、冷却風導出口１２の下流側に送風ファン（図示せず）が設けられて、図の上側の冷却風導入口１１の上流側に接続される冷却風ダクト（図示せず）から、冷却風が電池ケース１の内部に流れ込み、電池モジュール２，２と電池ケース１との間の隙間を通りながら電池を冷却して、冷却風導出口１２から図の下側へと暖められた冷却風が流れ出ていく。

本発明においては、電池ケース１の内部に、電池ケースの内部空間を冷却風導入口側と冷却風導出口側とに仕切り、冷却風の流れをさえぎるように、流れ制御板１３が設けられている。そして、流れ制御板１３は、最上流列（上段）の電池モジュール２よりも上流側となる領域（位置）に、即ち全ての電池モジュール（組電池）よりも上流側となる領域（位置）に、電池ケース１に対して一体に取り付けられている。

流れ制御板１３は、図２にその詳細な断面形状を示すように、電池モジュールの長さ方向に沿って延在する樋状の単位整流板１３１，１３１が全体として波板状をなすように連設されて構成される。そして、単位整流板１３１，１３１は最上流列の電池モジュール２ｕ、２ｕのそれぞれに対応して設けられる。流れ制御板１３には、複数の貫通穴（開口穴）１３２ａ、１３２ｂが、電池モジュールの長さ方向に沿って（図２では紙面奥行き方向に）設けられている。
流れ制御板１３によって上流側と下流側に分け隔てられた電池ケース１の内部空間は、これら貫通穴１３２ａ，１３２ｂを介して上流側と下流側が連通するようにされており、下流側に設けられた組電池（電池モジュール２、２）は、これら貫通穴から導入される冷却風により冷却される。

本実施形態における流れ制御板１３の構造をより詳細に説明する。
単位整流板１３１は、最上流列の電池モジュール２ｕの流れ上流側の表面の少なくとも一部（本実施形態においては電池モジュールの周長の２／５程度）を覆うように、電池モジュールと所定の間隔を隔てる樋状の形状に設けられている。本実施形態においては、円柱状の電池モジュールに対し、一定の間隔を隔てた円弧状断面を有する樋状の形状に単位整流板１３１は形成されている。そして、互いに隣接する単位整流板１３１，１３１の端部（端縁)１３１ａ，１３１ａは、互いに所定間隔を隔てるように配置されて、その間がスリット状の貫通穴（１３２ｂ）として機能するようにされている。

単位整流板１３１、１３１の最上流部、すなわち、最上流列電池モジュールの中心から見て流れ上流方向に位置する単位整流板の部分（直上部）には、第１の貫通穴１３２ａ、１３２ａが設けられている。貫通穴１３２ａから導入された冷却風はその直下にある最上流の電池モジュール２ｕに吹付けられて、最上流の電池モジュール２ｕを冷却しながら単位整流板１３１と最上流電池モジュール２ｕとの間の隙間を通じて流れていく。

一方、互いに所定間隔を隔てて配置される単位整流板端縁１３１ａ，１３１ａの間は、第２の貫通穴１３２ｂ、１３２ｂとされている。貫通穴１３２ｂ、１３２ｂは、最上流の電池モジュール２ｕ、２ｕの間の空間、すなわち、図２において破線で囲った空間Ｃに位置するように設けられ、特に、本実施形態においては、最上流電池モジュールが互いに近接する部分（即ち最上流列電池モジュールの側部）の近傍で、電池モジュールの中間となる位置に設けられている。流れ制御板１３の形状を簡素化する観点からは、貫通穴１３２ｂは、最上流列電池モジュールの中心を結ぶ線ｍよりも上流側に設けられることが好ましい。

そして、第２の貫通穴１３２ｂ、１３２ｂから導入される冷却風は、単位整流板１３１，１３１の形状および第２の貫通穴１３２ｂの位置によって、直接は最上流電池モジュール表面に吹付けない（即ち冷却風が最上流列電池モジュールにあたらない）ようにされている。すなわち、第２貫通穴を通過する冷却風は主として中段以降の電池モジュールを冷却する。より具体的には、本実施形態においては、貫通穴１３２ｂは最上流電池モジュールの中間に位置すると共に、円弧状の単位整流板１３１，１３１が左右対称に設けられて、互いに隣接する最上流列電池モジュールの側部の間に向かって貫通穴１３２ｂが開口するように構成されており、貫通穴１３２ｂを通過する冷却風は、最上段電池モジュールに向かうことなく、下流方向（即ち図の真下の方向）にまっすぐ吹き出すようにされている。

そして、本実施形態においては、電池モジュールが千鳥状に配置されているため、第２の貫通穴１３２ｂを通じて下流側に向かった冷却風流れは、そのまま、第２列の電池モジュールに向かって送られることになる。

ここで、これら第１および第２の貫通穴は、電池モジュールの長さ方向に沿って延在するような長穴もしくはスリット状となるように形成されている。これら貫通穴は、それぞれの電池モジュールの全長にわたって設けられる。

本実施形態における電池モジュールの配列や流れ制御板１３の主要な具体的寸法は以下のとおりである。電池モジュール２，２は３列×５本の千鳥状に配列され、電池モジュール２の直径は３２ｍｍであり、電池モジュールの中心間の左右の間隔は４１ｍｍとなるように配置されている。

流れ制御板１３は、最上流（上段）の電池モジュール表面から上流側に３ｍｍ隔てた位置に円弧断面を有する樋状の単位整流板１３１が位置するように設けられている。単位整流板の最上流部に設けられる第１の貫通穴１３２ａの幅（図２で左右方向）は４ｍｍで設けられている。そして、単位整流板１３１は、厚さ２ｍｍで設けられて、最上段電池モジュールの中心を結ぶ線ｍに対し流れ上流側に６ｍｍ隔たった位置にその端縁部１３１ａが位置するように設けられる。第２の貫通穴１３２ｂの幅は３ｍｍとされている。

上記電池冷却構造を構成する電池ケースの製造方法は、公知の製造方法により行うことができ、例えば、電池ケース１は開口状の箱と蓋に分けたケース部材を合成樹脂（例えばポリプロピレン樹脂）の射出成形により形成することができる。流れ制御板１３も合成樹脂（例えばポリプロピレン樹脂）の射出成形により形成することができ、可能であれば、電池ケース１のケース部材と一体成形してもよい。もちろん、流れ制御板１３を金属板や合成樹脂の射出成形などによりケースとは別体に作成して、電池ケース組み立て時に所定位置に取り付けるようにしてもよい。

電池ケース１内の所定位置に電池モジュールを並べて、電池モジュール間の配線を確立し、流れ制御板を組み込んだ状態で電池ケースの蓋を閉じて、上記実施形態の組電池が収蔵された電池ケースおよび電池冷却構造が完成される。

本発明の電池冷却構造による作用と効果を説明する。
本発明の電池冷却構造においては、流れ制御板１３に設けられた貫通穴１３２ａ，１３２ｂと単位整流板１３１の相互作用によって、第２の貫通穴１３２ｂを通過した冷却風の流れ（ｆｂ）が、第１の貫通穴を通過し最上流電池モジュール２ｕと単位整流板との間を流れてきた冷却風流れ（ｆａ）によって挟み込まれるような流れとなる

上記実施形態に基づいて説明すると、図３において、図の上側から流れ込んでくる冷却風は、貫通穴１３２ａ，１３２ｂを通過して、電池モジュール２，２が収容された空間に流れ込む。ここで、第１の貫通穴１３２ａを通過した冷却風は、最上流列の電池モジュール２ｕに吹付けられて、電池モジュール２ｕと樋状の単位整流板１３１との間の空間に沿って流れる（流れｆａ）。

一方、第２貫通穴１３２ｂを通過した流れｆｂは、単位整流板１３１の端部形状および、第２貫通穴１３２ｂが配置された位置のために、最上流列の電池モジュール２ｕ、２ｕの互いに隣接する側部の間に向かって流れることになる。

そして、本実施形態においては、上述した第１貫通穴からの流れｆａと第２貫通穴からの流れｆｂとが、単位整流板１３１の端部１３１ａの下流側（即ち第２貫通穴１３２ｂの下流側）で、ほぼ平行に合流して流れるようになり、その結果、第１貫通穴からの流れｆａ、ｆａによって第２貫通穴からの流れｆｂが挟み込まれるようになり、これら流れが層状に整流された状態で下流側に流れていくことになる。

そして本発明では、このように最上段の電池モジュールの間から流れ出る冷却風を、新規な冷却風ｆｂが流れｆａによりサンドイッチ状に挟み込まれたような層状に整流された流れとすることができるため、この流れは、その層状の流れ構造や勢いが維持されやすくなっており、新規な冷却風の流れｆｂが、最上流列電池モジュール２ｕと中流側電池モジュール２ｍの間の拡張空間で拡散したり失速してしまうことが防止あるいは抑制される。

すると、第２貫通穴からの新規な冷却風ｆｂは、その勢いを失うことなく、中段の電池モジュール表面２ｍまで到達し、分岐して中段電池モジュール表面に沿って流れることになる。

このようにして、本発明の本実施形態によれば、第２貫通穴１３２ｂから供給される新規な冷却風流れｆｂを、その勢いを失わせることなく、中段電池モジュール２ｍの周辺に届けることができ、中段電池モジュールを効果的に冷却することができる。

また、本実施形態においては、最上流列電池モジュールの互いに隣接する側部の間に向かって、第２貫通穴１３２ｂが開口するようにされている。そのため、第２貫通穴を通過した冷却風流れが、最上流列の電池モジュールに吹付けられたりあたったりすることが確実に防止されて、上記層状の流れ構造によって、新規な冷却風として、下流側電池モジュールに届けられるという利点を有している。

この流れ場の様子を、数値流体シミュレーションにより求めた流線図として、図４に示す。図４は、図１に示した第１実施形態の電池冷却構造で行った数値シミュレーションの結果の、図１に破線で囲って示した領域の流線図である。図中、色の薄い流線が第１の貫通穴１３２ａを通過する冷却風の流れｆａを示す流線であり、色の濃い流線が第２の貫通穴１３２ｂを通過する冷却風の流れｆｂを示す流線である。

シミュレーション結果に示すように、第１貫通穴１３２ａを通過した冷却風流れｆａと、第２貫通穴１３２ｂを通過した冷却風流れｆｂとは、単位整流板の端部１３１ａ即ち第２貫通穴１３２ｂが設けられた位置の直下部分で、ほぼ平行な流れとなって合流し、流れｆａおよび流れｆｂがサンドイッチ状の層状の流れとなって、第２列の電池モジュールに向かって流れていく。そして、最上流列の電池モジュールと第２列の電池モジュールの間の空間においては、その層状の冷却風流れの構造が維持され、流れの勢いも失われずに、その中央部に新鮮な冷却風の流れｆｂが維持された状態で、第２列の電池モジュールに流れがぶつかって、第２列電池モジュールの表面には、第２貫通穴を通過した新規な冷却風流れｆｂの空気が供給される様子が観察される。

一方、従来構造の電池冷却構造におけるシミュレーション結果では、新規な冷却風をうまく第２列電池モジュールの表面に届けることは困難であった。例として、最上流列電池モジュールの間に対応する位置と最上流列電池モジュールの直上位置とに貫通穴Ｓを有する略平板状の流れ制御板Ｐが設けられた電池冷却構造で同様の数値流体シミュレーションを行った（比較例、図５、図６）。なお、比較例のシミュレーションにおいては、特許文献１に開示された電池冷却構造と、電池モジュールが格子状に配列される点や、冷却風導入口や冷却風排出口の位置や向きにおいて共通する、図６に示すような形式の電池冷却構造について計算を行っている。なお、後述する第２実施形態と本比較例との対比で明らかとなるように、電池モジュールが格子状配置である点や冷却風導入口の配置や向きで異なる点があっても、上段電池モジュールの間から中段以降の電池モジュールへ向かう冷却風流れを的確にコントロールするという本願発明の課題に関しては、顕著な差異が現れるものではない。

図５に比較例のシミュレーション結果を示すが、図５においては、流れ制御板の貫通穴を通過して最上流列の電池モジュール付近を流れた冷却風を、色の薄い流線で、最上段の電池モジュール付近には流れずにより下流側の電池モジュールに流れていく冷却風を、色の濃い流線で示している。比較例においては、電池モジュールの間の空間、特に、電池モジュールの間で拡張して設けられた空間で、流れが蛇行し、その勢いが失われてしまう様子が観察される。そして、流れの勢いが失われる結果、中段以降の電池モジュールに向かう流れのコントロールが難しくなって、図中の中段右側の電池モジュールや中段左側の電池モジュールのように、新規な冷却風（色の濃い流線）が届けられる電池モジュールがある一方、図中中段中央の電池モジュールのように、上段電池モジュールを冷却して温められた冷却風（色の薄い流線）しか供給されない電池モジュールがあるなど、中段電池モジュールのそれぞれに対し新規な冷却風が的確に届けられない様子が観察される。このような冷却風流れとなると、電池の冷却にばらつきが生じて、電池モジュールの温度の均一性が損なわれやすくなる。

以上説明したように、本発明の上記実施形態によれば、上段電池モジュールの間から後続する電池モジュールに向かって流れる冷却風の流れ構造を、最上段電池モジュールにあたらなかった新規な冷却風を最上段電池モジュールを冷却した空気でサンドイッチしたような層状に整流された流れ構造とすることができ、新規な冷却風流れを後続する電池モジュールまで的確に届けることができるようになる。そして、それら後続する電池モジュールを効率的に冷却できるようになる。

従って、本発明によれば、最上流列電池モジュールの上流に設けられる簡単な構造の流れ制御板によって、中段以下の電池モジュール周りに新規な冷却風流れを効果的に導くことができるようになり、組電池を構成する電池モジュール間の温度差を少なくして、電池温度を効果的に均一化することができる。

電池温度の均一化の効果の確認を行うために、上記数値流体シミュレーションにおいて、さらに、各電池モジュールに所定の発熱量を設定して、各電池モジュールの冷却温度シミュレーションを実施した。冷却温度シミュレーションにおいては、最上流の電池モジュールと中流および最下流の電池モジュールの表面温度を評価し、同じ冷却風風量・諸元（電池直径・配置、発熱量など）で、電池冷却構造の仕様差で比較した。電池表面温度の評価は、図１や図６に示す電池モジュールのそれぞれに上段の電池モジュールには上１、上２、上３、上４、上５（番号は左側から順に）、中段の電池モジュールには中１、中２、中３、中４、中５（番号は左側から順に）、下段の電池モジュールには下１、下２、下３、下４、下５（番号は左側から順に）という識別番号を付け、それぞれの電池モジュールの表面における電池表面温度の平均を計算した。

冷却温度シミュレーションの結果を図７のグラフに示す。図７では横軸がそれぞれ識別された電池モジュールを示しており、縦軸には電池表面温度を示し、縦軸のスケールは１目盛りが１℃である。シミュレーションの結果によれば、上記図５に示した比較例の結果においては、上段電池モジュールと中段電池モジュールの間で４℃強の温度差が生じていたところ、上記図４に示した第１実施例（実施例１）の結果においては、特に中段の電池モジュールの温度が効果的に下がって、上段電池モジュールと中段電池モジュールの間の温度差が１℃弱まで低減できている。即ち、本発明実施形態のシミュレーション結果では、特に上段電池モジュールと中段電池モジュールにおいて、電池モジュールの表面温度が効果的に均一化されていることが確認できた。

本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、種々の改変をして実施することができる。以下に本発明の他の実施形態について説明するが、以下の説明においては、上記実施形態と異なる部分を中心に説明し、同様である部分についてはその説明を省略する。

電池冷却構造の全体構成における変更例を、図８に示す（第２実施形態）。本実施形態においては、上記した比較例（図６）と同じく、電池ケース３には、その左上側に冷却風導入口３１が設けられて、冷却風は導入口３１から図の右側に向けて導入されると共に、組電池を冷却した冷却風は、電池ケースの右下側に設けられた冷却風排出口３２から、右側に向けて排出されるように、全体の冷却風通路が構成されている。そして、組電池を構成する各電池モジュール２，２は、本実施形態においては、格子状に整列配置されている。そして、組電池よりも上流の領域には、電池ケース３の内部空間を上流側と下流側に仕切るような流れ制御板１３が配置されている。流れ制御板１３は、第１実施形態の流れ制御板と同様に構成されている。また、第１実施形態の流れ制御板と同様に、組電池の下流側領域に、特に下流側電池モジュール周りの冷却風流れを制御できるような第２の流れ制御板３４も設けてられている。

第２実施形態における数値流体シミュレーションの結果を図９に示す。本実施形態においても、第２貫通穴を通過した新規な冷却風流れｆｂ（濃い色の流線で示す流れ）が、第１貫通穴を通過し最上流列電池モジュールを冷却した流れｆａ（薄い色の流線で示す流れ）に挟まれた状態で、層状に整流された流れとなって上段電池モジュールの間を通過し、流れｆｂがその勢いを維持した状態で中段の電池モジュール表面に到達して、中段電池モジュールを効果的に冷却できている。

図１０に第２実施形態の電池表面温度のシミュレーション結果を示すが、本実施形態においても、上段電池モジュールと中段電池モジュールの温度差は、１℃強の範囲内に納まっており、電池温度が均一に維持されている。

このように、電池モジュールの配置が格子状であっても良いし、流れ制御板１３の上流領域の流れの方向（例えば、第１実施形態においては図中上から下に向かう流れ方向、第２実施形態においては図中左から右に向かう流れ方向）も、特に制限されることはない。

電池配置が千鳥状であれば、上段電池モジュールの間を通過した冷却風が、中段電池モジュールにまっすぐにぶつかるような流れ場を構成しやすくなり、本発明を実施するうえで特に好ましい。

電池モジュールが格子状に配置されている場合には、上段電池モジュールの間を通過した冷却風流れが、中段もしくはより下流側の電池モジュールに吹付けられるように、すなわち、図９に示したように、流れが電池モジュールの格子状配置に対して偏向して流れるようにすればよい。流れを変更させる技術手段には、多様な手段が採用できる。例えば、図８の第２実施形態のように、冷却風導入口からは右向きの冷却風を導入し、電池モジュール周りでは下向きの流れ場とし、冷却風排出口からは右向きに冷却風を排出するように、全体を構成すれば、電池モジュール周りの流れは、やや右に偏向した流れとなる。あるいは、電池モジュールの上流や下流に設けられる流れ制御板（１３，３４）において、個々の貫通穴の大きさを調整することでも（例えば、上流側流れ制御板において左側に行くほど貫通穴が大きくなり、下流側流れ制御板において右側に行くほど貫通穴が大きくなるように構成する）、あるいは貫通穴の配置を調整することでも、電池モジュール周りの流れを偏向させることができる。もちろん、上流側流れ制御板の形状により、流れを所定方向に偏向させることもできるし、電池モジュール周囲に別の流れ制御板を配置して流れを偏向させることも可能である。

図１１には、第２実施形態に対して、さらに、流れ制御板の具体的形状を変更した第３実施形態について、流れ制御板付近を拡大して示す。本実施形態における流れ制御板３３および流れ制御板を構成する単位整流板３３１の形状について説明する。本実施形態においては、略平板状に設けられた中央部材の両端部に、斜めに端縁部材が立設されて、全体として、開いたコの字状の断面を有する樋状に、単位整流板３３１は形成されている。

そして、単位整流板３３１の中央部材には、それぞれ２個の第１貫通穴３３２ａが設けられ、第１貫通穴を通過する冷却風が最上流列の電池モジュールを冷却する。そして、単位整流板３３１の互いに隣接する端部の間は、第１実施形態と同じく、第２の貫通穴３３２ｂとされて、第２の貫通穴３３２ｂを通過する冷却風が第２列以降の電池モジュールの冷却に活用される。

本実施形態においても、第１の貫通穴を通過して、最上流列電池モジュールを冷却しながら単位整流板と電池モジュールの間を流れていく冷却風流れｆａと、第２の貫通穴を通過して最上流列電池モジュールの間を流れていく冷却風流れｆｂとが、略平行に合流して、流れｆａによって流れｆｂがサンドイッチされたような、層状の流れ構造となり、第２貫通穴に由来する新規な冷却風流れｆｂの勢いが維持されて、層状の流れ構造が維持された状態で中段以降の電池モジュールに到達するようになる。

このように、本発明における単位整流板は、最上流電池モジュールの上流側部分の少なくとも一部を覆うように設けられる樋状の部材であれば特にその詳細形状を限定されるものではない。
即ち、本発明における流れ制御板を構成する単位整流板は、第１実施形態や第２実施形態のような円弧状断面を有する整流板に限定されず、第３実施形態のような角を有する形状など、多様な形態の樋状の単位制御板とすることができる。なお、電池モジュールとして円柱状のものを採用する場合には、特に、単位整流板を断面円弧状のものとすることにより、電池モジュールと単位整流板の間の空気の流れが滑らかなものとなり、その結果、第２貫通穴を通過した流れを挟み込んで流れる際の整流効果が高められ、より効果的に新規な冷却風の流れｆｂの失速を予防して、中段以降の電池モジュールに新規な冷却風を届けられるようになって好ましい。

また、単位整流板の端部が互いに対向する部分即ち第２の貫通穴の周辺においては、単位整流板の端部が、いわゆるファンネル状（例えば第１実施形態、図２）あるいは漏斗状(例えば第３実施形態、図１１)の形状となるようにされていることが好ましく、このようにされていると、第２の貫通穴を通過する冷却風の勢いが増して、中段以降の電池モジュールに届きやすくなる。

また、単位整流板の端部と最上流列電池モジュールの間の隙間は、流れの方向に沿って一定にされているか、もしくは、第３実施形態に示したように、隙間が徐々に小さくなるようにされていることが好ましく、このようにされていると、新規な冷却風ｆｂを挟み込む冷却風流れｆａの勢いが増して、新規な冷却風を中段以降の電池モジュールに届きやすくすることができる。

また、上記実施形態の説明においては、上段電池モジュールの間を通過した冷却風が中段電池モジュールに吹付けるようにした実施形態を中心に説明したが、下段電池モジュールもしくは３段目以降の電池モジュールに吹付けるように、本発明の電池冷却構造を構成することも可能である。そのような場合には、例えば、３段構成の組電池あれば、上段と中段を格子状に配置すると共に、中段と下段が千鳥状に配置されるように構成するのも、下段電池モジュールの冷却効率を高める上で好ましい実施形態例である。

本発明においては、第１貫通穴からの流れｆａによって、第２貫通穴からの新規な冷却風の流れｆｂを挟み込んで、第２列以降の電池モジュールに新規な冷却風を届ける点に特徴があるが、この流れを中段（即ち第２列目の）電池モジュールに送るようにすれば、層状の流れ構造や勢いを維持しやすく、流れも安定しやすいので、特に中段電池モジュールが効果的に冷却できる。従って、本発明の実施においては、中段（第２列）電池モジュールに向けて、第２貫通穴から導入された冷却風が送られるように構成することが特に好ましい。

また、上記実施形態の説明においては、中空箱状の電池ケース１に組電池が収蔵される形態について説明したが、電池ケースの実施形態は、ケース専用に成形された中空箱状のものに限定されるものではなく、電池ケースは、パネル部材やブロック部材などの複数の部材を組み合わせて構成されるものであってもよい。例えば、車体のフロアパネル上に組電池を配置して、組電池を取り囲むように、断熱パネルや電極パネルを設けて、フロアパネルや断熱パネル、電極パネルの間を冷却風通路とした電池ケースを構成するようにすることもできる。このように、本発明における電池ケースには、専用の構成部材で構成された電池ケースのほか、組電池の周辺に配置される部材を利用・兼用して構成される電池ケースを含む。

組電池を構成する電池の種類には、一次電池、二次電池（リチウムイオンバッテリー、ニッケル水素電池、ニッケルカドミウム電池など）、二重電気キャパシタなどが例示できる。電池モジュールは、上記実施形態においては、棒状で特に円柱状のものについて説明したが、円柱状に限定さるものではなく、角柱状のものであっても良い。

また、組電池の電池モジュールが配列される形態は、上記実施形態においては電池モジュール周りの流れの上流から下流にかけて３段の格子状もしくは千鳥状に電池モジュールが配置される例について説明したが、電池モジュールの配列は３段に限定されるものではなく、流れ方向に沿って２段もしくは４段以上の段数にわたるものであっても良い。上述したように本発明は、特に２段目や３段目の電池モジュールの冷却効率を効果的に高める上で効果的である。
また、本発明の電池冷却構造には、上記構成に加え、例えば、組電池の下流側の流れ制御板（３４）といった、他の流れ制御部材や構造を併用することもできる。特に下流側の電池モジュールの冷却効率を高めるためには、こうした他の冷却構造を併用することが好ましい。

組電池が使用される目的・用途も、自動車用に限定されるものではなく、例えば、風力発電装置や太陽電池発電装置などにおいて発電電力を平準化する目的で二次電池が使用される用途など、広い用途に使用される組電池の冷却に本発明は活用できる。

本発明は、電気自動車やハイブリッド自動車、発電装置などに使用される大容量組電池の冷却に使用することができ、それら組電池を構成する電池を均一に冷却して、電池の性能を効果的に発揮させることができ、産業上の利用価値が高い。

１ 電池ケース
１１ 冷却風導入口
１２ 冷却風導出口
１３ 流れ制御板
１３１ 単位整流板
１３２ａ 第１貫通穴
１３２ｂ 第２貫通穴
２ 電池モジュール
３３ 流れ制御板
３３１ 単位整流板
３３２ａ 第１貫通穴
３３２ｂ 第２貫通穴
３４ 下流側流れ制御板

Claims (5)

1. 複数本の電池モジュールが複数列に配列されてなる組電池を電池ケース内に収蔵し、
   電池ケースに設けられた冷却風導入口から電池ケース内に冷却風を導入し、電池モジュールを冷却風により冷却し、電池ケースに設けられた冷却風導出口から電池ケース外に冷却風を排出する電池冷却構造であって、
   電池ケース内部には、最上流列の電池モジュールよりも上流となる領域に、電池ケース内部を下流側と上流側に区画する流れ制御板が設けられており、
   流れ制御板は電池長さ方向に延在する単位整流板が連設されて構成されると共に、流れ制御板には流れ上流側と下流側とを互いに連通する貫通穴が設けられ、
   前記単位整流板は、最上流列の電池モジュールのそれぞれに対して、電池モジュールの上流側表面の一部を所定間隔を隔てて覆うような樋状の形状に設けられると共に、
   単位整流板には、それぞれの最上流列電池モジュールに冷却風を導入するための第1の貫通穴が設けられ、
   連設される単位整流板の端部が互いに隣接する部分は、第２の貫通穴とされて、
   第２の貫通穴は、互いに隣接する最上流側電池モジュールの間の空間に設けられると共に、第２の貫通穴から導入される冷却風が最上段の電池モジュールにあたらないようにされたことを特徴とする電池冷却構造。
2. 第２の貫通穴が、最上流列電池モジュールの互いに隣接する側部の間に向けて開口するようにされたことを特徴とする請求項１に記載の電池冷却構造。
3. 電池モジュールが円柱状であり、単位整流板が断面円弧状に形成されたことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の電池冷却構造。
4. 第２貫通穴から導入された冷却風が、第２列の電池モジュールに向かって送られることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の電池冷却構造。
5. 電池モジュールが千鳥状に配置されたことを特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれかに記載の電池冷却構造。