JP2013084582A - 電池パック - Google Patents

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Abstract

【課題】電池パック本体内に収容される電池及び電気機器を効果的に冷却する。
【解決手段】電池２が収容される電池領域と、電気機器が収容される電気機器領域とを有する電池パック本体１、４に吸気口３６と排気口３７とを形成する。吸気口３６を介して流入させた空気を、電池パック本体１、４内で流動させることにより、電池２と電気機器を冷却した後、排気口３７を介して流出させる。電気機器領域に、少なくとも前記電気機器の一部を覆い、吸気口３６を介して吸入した空気を分岐させる電気機器カバー２７を備える。
【選択図】図４

Description

本発明は、電池パック、特に、その内部に収容される電池及び電気機器の冷却構造に特徴を有する電池パックに関するものである。
従来、電池パックとして、例えば、電池パック外部から吸気された冷却媒体を、上流側に設けられた蓄電機構の内部を貫通して、下流側に設けられた電気機器を収納する区画の外周に沿って冷却媒体を流通させて、電池パック外部に冷却媒体を排出するように形成される通路と、通路に冷却媒体を流通させる冷却ファンとを含み、電気機器を収納する区画に隣接する通路の壁面には、区画内の空間と通路とが連通する開口部が形成されるようにしたものが公知である（例えば、特許文献１参照）。
しかしながら、前記従来の電池パックでは、冷却冷媒によって電気機器を冷却するために、電気機器を収納する区画に隣接する通路の壁面に開口部を形成しただけの構成となっている。このため、収容された各電池を効果的に冷却することは難しい。
特開２００８−２５１３７８号公報
本発明は、電池パック本体内に収容される電池を効果的に冷却することのできる構造を備えた電池パックを提供することを課題とする。
本発明は、前記課題を解決するための手段として、
電池が収容される電池領域と、電気機器が収容される電気機器領域とを有する電池パック本体に吸気口と排気口とを形成した電池パックであって、
前記電気機器領域に、少なくとも前記電気機器の一部を覆い、前記吸気口を介して吸入した空気を分岐させる電気機器カバーを備えたものである。
この構成により、電気機器カバーが、流入した空気を分岐させる。そして、分岐した空気を、電池領域へと流動させることにより、各電池を効果的に冷却することができる。
前記電気機器領域は、制御基板を有するジャンクションボックスで構成され、
前記電気機器カバーは、前記制御基板を覆う基板カバーからなるのが好ましい。
この構成により、ジャンクションボックス内に、制御基板を含む各電気機器を取り付けた後、制御基板を覆う基板カバーによって空気流れを分岐させることができる。このため、この基板カバーの形状を変更するだけで、空気流れの設計を自由に行うことが可能となる。
前記電気機器カバーは、前記吸気口を介して吸入した空気を第１流動方向に流動させる第１面と、第２流動方向に流動させる第２面とを備えるように構成すればよい。
この構成により、第１面と第２面とで吸気口を介して吸入した空気の流れを確実に、第１流動方向と第２流動方向へと方向付けすることができる。
前記電池パック本体は、上面が開口した箱体形状の電池パックケースと、開口を閉鎖する電池パックカバーとからなり、
前記吸気口と前記排気口は、前記電池パックカバーの対角位置にそれぞれ形成され、
前記電気機器カバーは、電池パックケースの一方の辺の一部に沿って配置され、第１面が、吸気口から流入した空気を、前記辺に沿う第１流動方向に流動させるように配置され、第２面が、前記辺に交差して残る他方の長辺側に向かう第２流動方向に流動させるように配置されているのが好ましい。
この構成により、吸気口から流入した空気は、電気機器カバーに沿って第１流動方向と第２流動方向へと流動させることができる。そして、これら各方向へ流動した空気は、吸気口に対して対角位置に配置した排気口に向かって流動する。したがって、各電池への空気の流れを偏りのないスムーズなものとすることができ、各電池を効果的に冷却することが可能となる。
前記電池パック本体は、上面が開口した箱体形状の電池パックケースと、開口を閉鎖する電池パックカバーとからなり、
前記電気機器領域は、電池パックケース内を長手方向に分割し、
前記電気機器カバーは、電池パックケースの一方の辺の一部に沿って配置され、第１面が、吸気口から流入した空気を、前記辺に沿う第１流動方向に流動させるように配置され、第２面が、前記辺に交差して残る他方の長辺側に向かう第２流動方向に流動させるように配置されているのが好ましい。
この構成により、吸気口を介して内部に流入した空気が、電気機器領域によって分割された各電池領域を排気口に向かって流動する。したがって、各電池への空気の流れを偏りのないスムーズなものとすることができ、各電池を効果的に冷却することが可能となる。
前記電気機器カバーは、前記電気機器領域の両側に位置し、電池パックケースの一方の辺に交差する一対の流路を形成するのが好ましい。
この構成により、電気機器カバーと通過する空気との接触面積を増大させることができるので、電気機器領域の冷却を効果的に行うことが可能となる。
前記電池領域には、前記第１流動方向及び前記第２流動方向に沿って複数の電池が並設されるようにすればよい。
この構成により、第１流動方向及び第２流動方向のいずれに流動する空気であっても各電池を効果的に冷却することができる。
前記電気機器カバーは、第１面が、第１流動方向の下流側に位置する電池よりも第２流動方向側に位置するのが好ましい。
この構成により、第１流動方向に流動する空気が、電気機器カバーの第１面を通過した後、部分的に電池の一部に衝突し、第２面に沿った第２流動方向へと流動しやすくすることができる。
前記電気機器カバーは、熱伝導性に優れた金属材料からなるのが好ましい。
この構成により、電気機器領域の冷却をより一層効果的に行うことができる。
本発明によれば、電気機器カバーにより、電気機器領域の冷却と、空気流れの変更とを同時に行うことができるので、構造を複雑化させることなく、電池パック本体内の各部材を効果的に冷却することができる。
本実施形態に係る電池パックの斜視図である。 図１から電池パックカバーと、電池モジュールの一部を取り外した状態を示す斜視図である。 図２からガイド部材及びジャンクションボックス内の各部材を分解した状態を示す斜視図である。 図２の部分拡大図である。 図３の正面図である。 図２の電池モジュールの斜視図である。 図２に電池モジュールを追加した平面図である。
以下、本発明に係る実施形態を添付図面に従って説明する。なお、以下の説明では、必要に応じて特定の方向や位置を示す用語（例えば、「上」、「下」、「側」、「端」を含む用語）を用いるが、それらの用語の使用は図面を参照した発明の理解を容易にするためであって、それらの用語の意味によって本発明の技術的範囲が限定されるものではない。また、以下の説明は、本質的に例示に過ぎず、本発明、その適用物、あるいは、その用途を制限することを意図するものではない。
図１及び図２は、本実施形態に係る電池パックを示す。この電池パックは、電池パックケース１に、複数の電池モジュール２とジャンクションボックス３（Junction Box）とを収容し、電池パックカバー４で閉鎖したものである。
電池パックケース１は、図３に示すように、上面が開口する略箱体形状で、内部空間が所定間隔で配置した２枚の仕切壁５ａ、５ｂと、仕切部６とで、第１電池収容部７と、第２電池収容部８ａ、８ｂとに３分割されている。電池パックケース１の両端内面部、仕切壁５ａ、５ｂ及び仕切部６は、仕切カバー９ａ、９ｂ、９ｃ、９ｄ、９ｅによってそれぞれ覆われている。そして、両仕切壁５ａ、５ｂの間は、ジャンクションボックス３が配置されるジャンクションボックス収容部１０（以下、ＪＢ収容部と記載する）となっている。
電池パックケース１の両側部には、図２及び図７に示すように、側壁と電池モジュール２との間に側方空気流路（第１側方空気流路１１及び第２側方空気流路１２）がそれぞれ形成されている。各空気流路１１、１２は、各電池収容部７、８ａ、８ｂと連通している。以下、各側方空気流路１１、１２で分割された領域を、空気流れの上流側から順に、第１領域１３、第２領域１４及び第３領域１５とする。
電池モジュール２は、図６に示すように、電池モジュールケース１６内に複数の電池セル１７を所定間隔で収容し、電池モジュールカバー１８で覆ったもので、図７に示すように、前記各電池収容部７、８ａ、８ｂに複数個が並設された電池モジュール群１９（第１モジュール群１９ａ、第２モジュール群１９ｂ、第３モジュール群１９ｃ）として収容される。
前記電池セル１７は直列に電気接続されている。各電池セル１７は、リチウムイオン電池等の非水電解質二次電池であり、図示しないが、例えば、電池容器内に発電要素を収容し、蓋体で封止した構成となっている。電池モジュールケース１６には、複数の開口がそれぞれ形成され、各電池セル１７の間に空気を流動させ、各電池セル１７を冷却できるようになっている。
電池モジュール２は、側縁の両端部に正極と負極からなる固定電極部２ａ、２ｂがそれぞれ露出している。ここでは、電池モジュール２を全て同一構造とし、電池パックケース１内に配置する際の方向を異ならせるようにしている。
ジャンクションボックス３は、図３に示すように、上面が開口する箱状のボックス本体２０内に、図示しない制御装置やセンサ、バスバー等を収容したもので、バスバーにはワイヤハーネス（図示せず）が接続されている。制御装置では、バスバーを介して電池セル１７からの電力を電池パックが搭載される車両側へと供給し、ワイヤハーネス（図示せず）を介して電池セル１７の電力残量を検出し、車両側の制御装置と通信することにより管理する。
ボックス本体２０は、上面部の一部を残して、絶縁性に優れた合成樹脂材料からなるジャンクションボックスカバー２１と補助カバー２２によって覆われている。
ジャンクションボックスカバー２１は、ジャンクションボックス３の中央部分に配置される、主要な電気機器である制御装置等を覆うためのもので、両側壁から突出した舌片２１ａを、仕切カバー９ａ、９ｂを介して仕切壁５ａ、５ｂにそれぞれネジ止めされている。
ジャンクションボックスカバー２１の両側には、仕切壁５に沿ってガイドプレート２３ａ、２３ｂがそれぞれ配置されている。空気流れの上流側に位置する一方のガイドプレート２３ａは、他方のガイドプレート２３ｂに比べて一端側に長尺となっており、補助カバー２２の側方へと延びている。また、各ガイドプレート２３ａ、２３ｂの一端部にはガイドブロック２４ａ、２４ｂの一端部がそれぞれ連続し、これらガイドブロック２４ａ、２４ｂの他端部の間には、補助プレート２５が配置されている。
補助カバー２２は、ジャンクションボックス３の一端側、すなわち、漏電センサ、バスバー等が配置される全領域を覆うためのもので、前記ジャンクションボックスカバー２１と同様に、両側壁から突出した舌片２２ａを、仕切カバー９を介して仕切壁５ａ、５ｂにそれぞれネジ止めされている。補助カバー２２の上面には基板２６が設けられ、この基板２６は電気機器カバーの一例である基板カバー２７によって覆われている。
基板カバー２７は、下面が開口する箱状で、上面位置は、電池パックケース１の上面位置とほぼ同じ高さに設計されている。また、図４に示すように、基板カバー２７の４つの側面のうち、電池パックケース１の一方の側壁に対向する第１側面２７ａが、第１側方空気流路１１の一部を構成している。第１側面２７ａに直交する一対の側面（第２側面２７ｂ及び第３側面２７ｃ）は、隣接する各電池モジュール２の端面とで、第１側方空気流路１１に直交する一対の横断空気流路３８ａ、３８ｂをそれぞれ構成している。これら横断空気流路３８ａ、３８ｂにより、第１側方空気流路１１に沿った第１空気流れに直交する第２空気流れを形成することができる。特に、横断空気流路３８ｂでは、第１側面２７ａが、第１側方空気流路１１の下流側に位置する電池モジュール２の側面に対して第２側方空気流路１２側に窪んだ位置に形成されている。このため、この電池モジュール２の端面に衝突した空気が横断空気流路３８ｂへと流動しやすくなっている。なお、基板カバー２７は補助カバー２２から取り外し可能な構成とすることにより、後であっても、他の形態の基板カバー２７を装着し直すことで、空気流れの変更を行うことが可能となる。
電池パックカバー４は、図１に示すように、電池パックケース１の上方開口部を覆う板状体で、対角位置に吸気部３６と排気部３７がそれぞれ形成されている。吸気部３６は、矩形状の開口を有し、車内のエアコンに接続され、冷風が供給されるようになっている。
次に、前記構成からなる電池パックに於ける空気の流動状態について説明する。
吸気部３６から供給された空気は、第１側方空気流路１１の第１領域１３へと流入する。第１領域１３に流入した空気は、一部が第１側方空気流路１１を下流側へと流動し、残りが第１電池収容部７を第２側方空気流路１２側に向かって流動する。これにより、第１電池収容部７に配置された電池モジュール群１９の各電池セル１７が冷却される。
第１側方空気流路１１を下流側へと流動する空気は、基板カバー２７の第１側面２７ａ等によって構成された第１側方空気流路１１の一部では、次のように流動する。
すなわち、補助カバー２２の上面には基板カバー２７が取り付けられ、その第１側面２７ａと、一方の側壁と、ガイドプレート２３とで、第１側方空気流路１１の一部が構成されている。そして、基板カバー２７の両側面（第２側面２７ｂ及び第３側面２７ｃ）、隣接する電池モジュール２の端面、及び、電池パックカバー４とで、第１側方空気流路１１に直交する一対の横断空気流路３８ａ、３８ｂが構成されている。したがって、その一部の空気は、ジャンクションボックス３に沿う一対の横断空気流路３８ａ、３８ｂを第２側方空気流路１２側に向かって流動する。特に、横断空気流路３８ｂでは、第１側面２７ａが第１側方空気流路１１の下流側に位置する電池モジュール２よりも第２側方空気流路１２側へと窪んだ位置にある。このため、第１側方空気流路１１を流動する空気の一部が電池モジュール２の端面に衝突し、横断空気流路３８ｂへと流入しやすくなっている。
このように、冷却効率が低くなる下流側の電池セル１７に対し、効率的に冷却風を供給できるため、電池モジュール２間の温度差を抑制することが可能となる。
このように、ジャンクションボックス３内に収容した各電気機器の一部を覆う補助カバー２２に設けた基板カバー２７によって、第１側方空気流路１１を流動する空気を横断空気流路３８ａ、３８ｂへと分流させることができる。このため、ジャンクションボックス３と、このジャンクションボックスを挟んで両側に位置する各電池収容部７、８ａとに沿った空気流れを得ることができる。したがって、各電池収容部７、８ａに配置した各電池モジュール２の各電池セル１７と、ジャンクションボックス３に収容される各電気機器とを効果的に冷却することができる。
また、第１側方空気流路１１を下流側へと流動する空気の残りは第１側方空気流路１１をそのまま第２領域１４へと流動する。そして、第２領域１４へと至った空気は電池収容部８ａへと流動し、第３領域１５へと至った空気は電池収容部８ｂへと流動する。
各電池収容部７、８ａ、８ｂでは、流動する空気が、各電池モジュール２の各電池セル１７の隙間を流動して冷却する。各電池収容部７、８ａ、８ｂを流動した空気は、第２側方空気流路１２へと流動する。第１領域１３に至った空気は第２領域１４へ流動した後、第２領域１４に至った空気は第３領域１５へと流動した後、排気部３７から流出する。
このように、第１側方空気流路１１を流動して第２領域１４に至った空気を電池収容部８ａへと流動させることができ、第３領域１５に至った空気を電池収容部８ｂへと流動させることができる。したがって、各電池収容部８ａ、８ｂ配置した各電池モジュール２の各電池セル１７を効果的に冷却することができる。
なお、本発明は、前記実施形態に記載された構成に限定されるものではなく、種々の変更が可能である。
例えば、前記実施形態では、ジャンクションボックス３の上面部分をジャンクションボックスカバー２１と補助カバー２２とで覆うようにしたが、一体物の１つのカバーで覆うことも可能である。
また、カバーの一部に開口部や隙間を形成することにより、電池セル１７の冷却に悪影響を与えない範囲で、冷却風の一部をジャンクションボックス３内に取り入れて、電子部品を積極的に冷却することも可能である。
また、横断空気流路３８ａ、３８ｂは、第１側方空気流路１１に対して直交するように形成したが、交差していれば、必ずしも直交させる必要はなく、４５度や６０度等、電池モジュール２のレイアウトの違い等に応じて自由に変更することができる。
また、ジャンクションボックスカバー２１、補助カバー２２及び基板カバー２７は、熱伝導性に優れた材料、例えば、アルミニウム合金等で構成するようにしてもよい。これによれば、ジャンクションボックス３内に収容した電気機器から発生する熱を効果的に周囲に伝達することができる。このため、横断空気流路を通過する空気に発熱させて電気機器の冷却をスムーズに行うことが可能となる。
本発明に係る電池パックには、リチウムイオン電池のほか、鉛蓄電池等、種々の電池を採用することができる。
１…電池パックケース（電池パック本体）
２…電池モジュール（電池）
３…ジャンクションボックス
４…電池パックカバー（電池パック本体）
５ａ、５ｂ…仕切壁
６…仕切部
７…第１電池収容部
８ａ、８ｂ…第２電池収容部
９…仕切カバー
１０…ＪＢ収容部
１１…第１側方空気流路
１２…第２側方空気流路
１３…第１領域
１４…第２領域
１５…第３領域
１６…電池モジュールケース
１７…電池セル
１８…電池モジュールカバー
１９…電池モジュール群
２０…ボックス本体
２１…ジャンクションボックスカバー
２２…補助カバー
２３ａ、２３ｂ…ガイドプレート
２４ａ、２４ｂ…ガイドブロック
２５…補助プレート
２６…基板
２７…基板カバー（電気機器カバー）
２７ａ…第１側面（第１面）
２７ｂ…第２側面（第２面）
２７ｃ…第３側面（第２面）
３６…吸気部
３７…排気部
３８ａ、３８ｂ…横断空気流路

Claims (9)

  1. 電池が収容される電池領域と、電気機器が収容される電気機器領域とを有する電池パック本体に吸気口と排気口とを形成した電池パックであって、
    前記電気機器領域に、少なくとも前記電気機器の一部を覆い、前記吸気口を介して吸入した空気を分岐させる電気機器カバーを備えたことを特徴とする電池パック。
  2. 前記電気機器領域は、制御基板を有するジャンクションボックスで構成され、
    前記電気機器カバーは、前記制御基板を覆う基板カバーからなることを特徴とする請求項１に記載の電池パック。
  3. 前記電気機器カバーは、前記吸気口を介して吸入した空気を第１流動方向に流動させる第１面と、第２流動方向に流動させる第２面とを備えたことを特徴とする請求項１又は２に記載の電池パック。
  4. 前記電池パック本体は、上面が開口した箱体形状の電池パックケースと、開口を閉鎖する電池パックカバーとからなり、
    前記吸気口と前記排気口は、前記電池パックカバーの対角位置にそれぞれ形成され、
    前記電気機器カバーは、電池パックケースの一方の辺の一部に沿って配置され、第１面が、吸気口から流入した空気を、前記辺に沿う第１流動方向に流動させるように配置され、第２面が、前記辺に交差して残る他方の辺側に向かう第２流動方向に流動させるように配置されていることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の電池パック。
  5. 前記電池パック本体は、上面が開口した箱体形状の電池パックケースと、開口を閉鎖する電池パックカバーとからなり、
    前記電気機器領域は、電池パックケース内を長手方向に分割し、
    前記電気機器カバーは、電池パックケースの一方の辺の一部に沿って配置され、第１面が、吸気口から流入した空気を、前記辺に沿う第１流動方向に流動させるように配置され、第２面が、前記辺に交差して残る他方の辺側に向かう第２流動方向に流動させるように配置されていることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の電池パック。
  6. 前記電気機器カバーは、前記電気機器領域の両側に位置し、電池パックケースの一方の辺に交差する一対の流路を形成することを特徴とする請求項４又は５に記載の電池パック。
  7. 前記電池領域には、前記第１流動方向及び前記第２流動方向に沿って複数の電池が並設されていることを特徴とする請求項３から６のいずれか１項に記載の電池パック。
  8. 前記電気機器カバーは、第１面が、第１流動方向の下流側に位置する電池よりも第２流動方向側に位置することを特徴とする請求項３から７のいずれか１項に記載の電池パック。
  9. 前記電気機器カバーは、熱伝導性に優れた金属材料からなることを特徴とする請求項１から８のいずれか１項に記載の電池パック。
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