JP2013196840A - バッテリパックの冷却構造 - Google Patents

Abstract

【課題】バッテリパックの小型化及び高い冷却効率を実現する。
【解決手段】バッテリパック（１０）のジャンクションボックス（１６０）内には、バッテリマイナス端子（２２０）、第１リレー（４１０）、第２リレー（４２０）、制限抵抗（５００）、バッテリプラス端子（２１０）、第３リレー（４３０）、バッテリ制御ユニットプラス端子（３１０）及びバッテリ制御ユニットマイナス端子（３２０）の順で各部材が配置されている。バッテリマイナス端子と第１リレーとの間、第１リレーとバッテリ制御ユニットマイナス端子との間、第２リレーと第３リレーとバッテリ制御ユニットプラス端子との間、第２リレーと制限抵抗との間、制限抵抗とバッテリプラス端子と第３リレーとの間は、部分的に冷却通路（１３０）に露出されたバスバ（６１０，６２０，６３０，６４０，６５０）により電気的に接続されている。
【選択図】図３

Description

本発明は、例えば車両に搭載されるバッテリパックの冷却構造の技術分野に関する。

この種のバッテリパックは、例えば電気自動車、ハイブリッド自動車、燃料電池自動車等に、駆動用の電力を蓄える手段として搭載される。バッテリパックは、例えばニッケル水素電池やリチウムイオン電池等の二次電池に加え、システムメインリレーや制御ユニット等を備えて構成される。

バッテリパックは、その動作時に発熱し高温となる場合があるため、冷却ファン等を用いて冷却される。例えば特許文献１では、単一のファンによって、バッテリモジュール、ＤＣ／ＤＣコンバータ、システムメインリレーを冷却するという技術が開示されている。また特許文献２では、バッテリ冷却用ファンによってバッテリモジュール間に冷却風を供給し、ＤＣ／ＤＣコンバータ用ファンによってバッテリモジュール間のジャンクションボックスを冷却するという技術が開示されている。

特開２００４−３０６７２６号公報 特開２００６−０２４５１０号公報

バッテリパックは、搭載される車両の空間を有効に利用するためにも小型であることが好ましい。しかしながら、上述した冷却ファン等を用いた冷却構造は、バッテリパックの体格を大きくする原因となってしまうおそれがある。具体的には、例えば冷却ファンや冷却風を供給する通路を配置する容積を確保することが求められるため、バッテリモジュールに付属する各部材を効率よく実装できなければ、その分だけバッテリパックが大型化してしまうという技術的問題点が生ずる。

また、バッテリパックには、小型化を実現しつつ十分な冷却効率を実現することも求められる。特に、バッテリモジュールだけでなく、バッテリパックに含まれるジャンクションボックス等についても、効率的に冷却可能であることが好ましい。しかしながら、上記先行技術文献においては、ジャンクションボックス内の冷却効率については何ら議論されていない。即ち、上記先行技術文献を含む従来の技術は、バッテリパックにおいて十分な冷却効率を実現できないおそれがあるという技術的問題点を有している。

本発明は、例えば上述した問題点に鑑みなされたものであり、バッテリパックの小型化及び高い冷却効率を実現することが可能なバッテリパックの冷却構造を提供することを課題とする。

本発明のバッテリパックの冷却構造は上記課題を解決するために、一対のバッテリモジュールと、前記一対のバッテリモジュール間に配置された冷却通路と、前記冷却通路上に設けられたジャンクションボックスとを備えるバッテリパックの冷却構造であって、前記ジャンクションボックス内には、前記冷却通路の長手方向に、バッテリマイナス端子、第１リレー、第２リレー、制限抵抗、バッテリプラス端子、第３リレー、バッテリ制御ユニットプラス端子及びバッテリ制御ユニットマイナス端子の順で各部材が配置されており、前記バッテリマイナス端子と前記第１リレーとの間、前記第１リレーと前記バッテリ制御ユニットマイナス端子との間、前記第２リレーと前記第３リレーと前記バッテリ制御ユニットプラス端子との間、前記第２リレーと前記制限抵抗との間、前記制限抵抗と前記バッテリプラス端子と前記第３リレーとの間は、それぞれ単一のバスバにより電気的に接続されており、前記バスバは、少なくとも部分的に前記冷却通路に露出されている。

本発明に係るバッテリパックは、例えば電気自動車、ハイブリッド自動車、燃料電池自動車等に、駆動用の電力を蓄える手段として搭載されるものであり、ニッケル水素電池やリチウムイオン電池等の二次電池を含む一対のバッテリモジュールを備えている。なお、ここでの「一対の」とは、バッテリモジュールを少なくとも２つ備える態様を意味しており、バッテリパックは３つ以上のバッテリモジュールを備えていても構わない。

本発明に係るバッテリパックは、例えばＰＣＵ（Power Control Unit）として構成されるバッテリ制御ユニットによって、その動作が制御される。バッテリ制御ユニットは、例えばバッテリモジュールから取り出した直流電力を交流電力に変換して出力する。また、モータジェネレータ等から供給された交流電力を直流電力に変換してバッテリモジュールに供給する。即ち、バッテリ制御ユニットは、バッテリモジュールと外部の他の部材との相互間の電力の入出力を制御可能に構成された電力制御ユニットとして構成される。

また本発明に係るバッテリパックには、一対のバッテリモジュール間に、バッテリパックを冷却するための冷却通路が配置されている。冷却通路は、例えば冷却ファンから供給される冷却風を供給するための通路として構成されており、一対のバッテリモジュール間の間隙に沿うように配置されている。バッテリパックの動作時には、この冷却通路を介してバッテリモジュールに冷却風が供給され、バッテリモジュールの温度を適温に保つことができる。

本発明では特に、上述した冷却通路上には、バッテリパックに含まれる各部材の電気的接続を実現するためのジャンクションボックスが配置される。なお、ここでの「冷却通路上」とは、単に上方を意味するだけではなく、ジャンクションボックスが冷却通路に接するように（より具体的には、後述するバスバの冷却通路への露出を実現できるように近接して）配置された状態を包含する広い概念である。バッテリモジュール間にジャンクションボックスを配置することで、バッテリパックにおける各部材の電気的な接続をコンパクト化できる。よって、バッテリパック全体で見た場合にも小型化を実現することができる。

ジャンクションボックス内には、冷却通路の長手方向に、バッテリマイナス端子、第１リレー、第２リレー、制限抵抗、バッテリプラス端子、第３リレー、バッテリ制御ユニットプラス端子及びバッテリ制御ユニットマイナス端子の順で各部材が配置されている。なお、ここでの「バッテリプラス端子」及び「バッテリマイナス端子」は、バッテリモジュールの入出力端子である。また、「バッテリ制御ユニットプラス端子」及び「バッテリ制御ユニットマイナス端子」は、上述したバッテリ制御ユニットの入出力端子である。「第１リレー」、「第２リレー」及び「第３リレー」は、例えばシステムメインリレーとして構成される素子であり、ジャンクションボックスにおける各部材の電気的な接続を制御信号に応じて切り替え可能とされている。

ちなみに、ジャンクションボックス内の各部材のうち、バッテリ制御ユニットプラス端子及びバッテリ制御ユニットマイナス端子は、他の部材とは異なり冷却通路の長手方向に交わる方向に互いに並列して配置される。このため、バッテリ制御ユニットプラス端子及びバッテリ制御ユニットマイナス端子の冷却通路の長手方向で見た場合の位置は互いに概ね同じであり、他の部材のように互いの配置順は特に限定されない。

上述したジャンクションボックス内に配置された各部材は、バスバによって電気的に接続されている。具体的には、バッテリマイナス端子と第１リレーとの間、第１リレーとバッテリ制御ユニットマイナス端子との間、第２リレーと第３リレーとバッテリ制御ユニットプラス端子との間、第２リレーと制限抵抗との間、制限抵抗とバッテリプラス端子と第３リレーとの間が、それぞれ単一のバスバにより電気的に接続されている。

そして本発明では特に、ジャンクションボックス内の各部材を接続するバスバは、少なくとも部分的に冷却通路に露出されている。このため、バスバは少なくとも部分的に冷却通路によって供給される冷媒に曝される状態となり、結果としてジャンクションボックス内の各部材を効率的に冷却することが可能となる。即ち、バッテリモジュールだけでなく、ジャンクションボックスについても効果的な冷却を行える。よって、例えばジャンクションボックス内の第１リレー、第２リレー及び第３リレーの温度が上昇し劣化が進行してしまうことを好適に抑制できる。

なお、バスバは比較的表面積が大きいため、通常の配線と比べて高い冷却効果を得ることができる。バスバは、冷却効果を高めるためにも、熱伝導率の高い材料（例えば、アルミや銅等）を含んで構成されることが好ましい。なお、バスバの露出部分が多いほど冷却効果を高めることができるが、一部のバスバが露出されるだけであっても相応に冷却効果を高めることができる。また、露出部分が少ない場合であっても、高温となり易い部分を優先的に露出させるようにすれば、効率的に冷却効果を高めることができる。

本発明では更に、ジャンクションボックス内の各部材を冷却するために、専用の冷却通路を設けずに済む。即ち、上述したようにジャンクションボックスがバッテリモジュールに冷却風を供給する冷却通路上に配置されるため、バスバを冷却通路上に露出させるだけで、ジャンクションボックスの冷却効果を高めることができる。よって、バッテリパックの大型化を防止しつつ、冷却効果を高めることができる。

以上説明したように、本発明に係るバッテリパックの冷却構造によれば、バッテリパックにおける電気的な接続が冷却通路上に配置されたジャンクションボックスによって実現されると共に、ジャンクションボックス内の部材を電気的に接続するバスバが冷却通路に露出されている。従って、バッテリパックの小型化及び高い冷却効率を実現することが可能である。

本発明の作用及び他の利得は次に説明する発明を実施するための形態から明らかにされる。

バッテリパックの全体構成を示す上面図である。 ジャンクションボックス内のレイアウトを示す上面図である。 図２のＡ−Ａ’線断面図である。 図２のＢ−Ｂ’線断面図である。 バスバの接続構成を示す平面図である。 第１の変形例に係るジャンクションボックスの側面図（その１）である。 第１の変形例に係るジャンクションボックスの側面図（その２）である。 第２の変形例に係るジャンクションボックスの下面図である。

以下では、本発明の実施形態について図を参照しつつ説明する。

先ず、本実施形態に係るバッテリパックの全体構成について、図１を参照して説明する。ここに図１は、バッテリパックの全体構成を示す上面図である。

図１において、本実施形態に係るバッテリパック１０は、例えばニッケル水素バッテリやリチウムイオンバッテリ等の各種バッテリ等として構成されており、本発明の「一対のバッテリモジュール」の一例である第１バッテリモジュール１１０及び第２バッテリモジュール１２０を備えている。バッテリパック１０は、例えばハイブリッド車両等に搭載される充電可能な蓄電手段であり、その動作時には図示せぬＰＣＵ等の制御ユニットによって制御される。

より具体的には、バッテリパック１０は、然るべき発電手段により生成される電力又は外部電源から供給される電力を所定の充電経路を介して蓄積する（即ち、蓄電する）ことが可能に構成され、車両における各種の用途（例えばエアコン、照明装置、パワーステアリング等の電装補機類の駆動、例えばＡＢＳ（Antilock Braking System）、ＶＳＣ（Vehicle Stability Control）又はＰＣＳ（Pre Crush Safety system）等の各種挙動制御装置の駆動、例えばセルモータの駆動、或いは例えば動力源としてのモータの駆動等）に応じた電力の供給源として機能する手段である。

例えば、バッテリパック１０は、主として車両の補機類を駆動する所謂車載用バッテリ（例えば、１２Ｖ）であってもよいし、車両がハイブリッド車両であれば、大出力モータを駆動する例えば出力数百Ｖの所謂ハイブリッドバッテリであってもよく、その適用範囲は何ら限定されない。

バッテリパック１０は、その温度によって大なり小なり出力特性（例えば、電圧や電流の立ち上がり特性や最大値、或いは放電特性等）が変化することが知られており、少なくとも実践上不足無い電力供給が可能となる温度範囲として定められる動作適温範囲が、例えばバッテリパック１０の物理的構成、機械的構成、電気的構成又は化学的構成等に応じて適宜に定まり得る。従って、バッテリパック１０から少なくとも実践上不足ない電力供給を受けるためには、望ましくはバッテリパック１０の温度が係る動作適温範囲内にある必要があり（但し、好適には、この種の動作適温範囲外にある場合であっても幾らかなりの電力供給は可能である）、バッテリパック１０の温度が動作適温範囲以上であれば、迅速に動作適温範囲に相当する温度まで冷却する必要が生じ得る。

このため、本実施形態に係るバッテリパック１０には、動作時の温度を適切な範囲に保つための冷却構造が設けられる。具体的には、第１バッテリモジュール１１０と第２バッテリモジュール１２０との間に、冷却風を供給するための吸気ダクト１３０が配置される。吸気ダクト１３０は、第１バッテリモジュール１１０及び第２バッテリモジュール１２０間の間隙に沿うように設けられている。吸気ダクト１３０は、本発明の「冷却通路」の一例であり、インターロックユニット１４０によってロックされた状態で配置されている。

吸気ダクト１３０には、ブロア１５０によって圧縮された空気が供給される。吸気ダクト１３０に供給された空気は、図中の矢印が示す方向へと流れる。即ち、冷却風は、ブロア１５０から吸気ダクトを介して第１バッテリモジュール１１０及び第２バッテリモジュール１２０側にそれぞれ供給され、その後、第１バッテリモジュール１１０及び第２バッテリモジュール１２０側の他面側から外部へと放出される。

以上のように、本発明に係るバッテリパック１０の冷却構造によれば、吸気ダクト１３０を介して供給される冷却風によって、第１バッテリモジュール１１０及び第２バッテリモジュール１２０を好適に冷却することが可能である。なお、冷却風を供給する手段としては、上述したブロア１５０以外にも、例えば通常の冷却ファンなど様々な手段を用いることができる。また、冷却風に代えて、空気以外の冷媒が供給されるように構成されてもよい。

ここで、本実施形態に係るバッテリパック１０は特に、上述した吸気ダクト１３０上に、第１バッテリモジュール１１０及び第２バッテリモジュール１２０の電気的な接続を実現するためのジャンクションボックス１６０が設けられている。

以下では、ジャンクションボックス１６０内の各部材のレイアウトについて、図２を参照して説明する。ここに図２は、ジャンクションボックス内のレイアウトを示す上面図である。

図２において、本実施形態に係るジャンクションボックス１６０内には、バッテリプラス端子２１０、バッテリマイナス端子２２０、ＰＣＵプラス端子３１０、ＰＣＵマイナス端子３２０、ＳＭＲ（システムメインリレー）−Ｇ４１０、ＳＭＲ−Ｐ４２０、ＳＭＲ−Ｂ４３０、及び制限抵抗５００が配置されている。

バッテリプラス端子２１０及びバッテリマイナス端子２２０は、第１バッテリモジュール１１０及び第２バッテリモジュール１２０の入出力端子として構成されている。また、ＰＣＵプラス端子３１０及びＰＣＵマイナス端子３２０は、本発明の「バッテリ制御ユニットプラス端子」及び「バッテリ制御ユニットマイナス端子」の一例であり、バッテリパック１０の動作を制御するＰＣＵの入出力端子として構成されている。

ＳＭＲ−Ｇ４１０、ＳＭＲ−Ｐ４２０及びＳＭＲ−Ｂ４３０は、それぞれ制御信号に応じて電気的な接続及び遮断が可能な機構である。なお、ＳＭＲ−Ｇ４１０は本発明の「第１リレー」の一例であり、ＳＭＲ−Ｐ４２０は本発明の「第２リレー」の一例であり、ＳＭＲ−Ｂ４３０は本発明の「第３リレー」の一例である。

制限抵抗５００は、上述したＳＭＲ−Ｐ４２０及びＳＭＲ−Ｂ４３０間に流れる電流を制限するための抵抗素子である。

次に、上述したジャンクションボックス内に配置される各部材の接続構成について、図３から図５を参照して説明する。ここに図３は、図２のＡ−Ａ’線断面図であり、図４は、図２のＢ−Ｂ’線断面図である。また図５は、バスバの接続構成を示す平面図である。なお、図５では、説明の便宜上、ジャンクションボックス内に配置される各部材を透過的に図示している。

図３及び図５において、バッテリマイナス端子２２０とＳＭＲ−Ｇ４１０とは、バスバ６１０によって電気的に接続されている。ＳＭＲ−Ｇ４１０とＰＣＵマイナス端子３２０とは、バスバ６２０によって電気的に接続されている。

図４及び図５において、ＳＭＲ−Ｐ４２０とＳＭＲ−Ｂ４３０とＰＣＵプラス端子３１０とは、バスバ６３０によって電気的に接続されている。ＳＭＲ−Ｐ４２０と制限抵抗５００とは、バスバ６４０によって電気的に接続されている。制限抵抗５００とＳＭＲ−Ｂ４３０とは、バスバ６５０によって電気的に接続されている。

ここで特に、バスバ６１０における領域Ｒ１に配置される部分、及びバスバ６３０における領域Ｒ２に配置される部分は、ジャンクションボックス１６０内から、吸気ダクト１３０に露出するように構成されている。このため、バスバ６１０及びバスバ６３０は、少なくとも部分的に吸気ダクト１３０を流れる冷却風に曝される状態となり、冷却効果が高められる。

ジャンクションボックス１６０内に配置されたＳＭＲ−Ｇ４１０、ＳＭＲ−Ｐ４２０及びＳＭＲ−Ｂ４３０は、例えばその動作時に発熱し高温となることで、劣化が進行してしまうおそれがある。これに対し、本実施形態に係るバスバを部分的に吸気ダクト１３０に露出させる構成によれば、バスバ６１０における領域Ｒ１に配置される部分、及びバスバ６３０における領域Ｒ２に配置される部分が効率的に冷却される。このため、バスバを介してジャンクションボックス１６０内の各部材を効果的に冷却することができ、上述したような発熱による不具合を抑制することができる。

また、バスバは通常の配線と比べて表面積が大きいため、より高い冷却効果を得ることができる。バスバは、冷却効果を高めるためにも、ジャンクションボックス１６０の筐体よりも熱伝導率の高い材料（例えば、アルミや銅等）を含んで構成されることが好ましい。なお、バスバの露出部分が多いほど冷却効果を高めることができるが、一部のバスバが露出されるだけであっても相応に冷却効果を高めることができる。また、露出部分が少ない場合であっても、高温となり易い部分を優先的に露出させるようにすれば、効率的に冷却効果を高めることができる。

なお、吸気ダクト１３０では、風上側（即ち、図３及び図４の左側）の方が風下側（即ち、図３及び図４の右側）よりも流速が大きい。よって、風上側で露出されているバスバの方が、風下側で露出されているバスバよりも冷却効果が高くなり、複数箇所でバスバが露出される場合には、露出箇所によって冷却性能に差が生じる。このため、バスバの冷却性能のばらつきを抑制したい場合には、風上側の露出面積を風下側よりも小さくすればよい。

上述した本実施形態に係る構成では更に、ジャンクションボックス１６０内の部材を冷却するために、専用の冷却通路を設けずに済む。即ち、上述したようにジャンクションボックス１６０が第１バッテリモジュール１１０及び第２バッテリモジュール１２０に冷却風を供給する吸気ダクト１３０上に配置されるため、バスバを吸気ダクト１３０上に露出させるだけで、ジャンクションボックス１６０の冷却効果を高めることができる。よって、バッテリパック１０の大型化を防止しつつ冷却効果を高めることができる。

次に、上述した本実施形態に係るバッテリパックの変形例について、図６から図８を参照して説明する。ここに図６は、第１の変形例に係るジャンクションボックスの側面図（その１）であり、図７は、第１の変形例に係るジャンクションボックスの側面図（その２）である。また図８は、第２の変形例に係るジャンクションボックスの下面図である。

図６及び図７において、第１の変形例に係るバッテリパック１０では、ジャンクションボックス１６０の下面側に、仕切り７００が設けられている。仕切り７００は、バスバ６１０における露出部分とバスバ６３０における露出部分とを仕切るように配置されている。

ここで、例えば吸気ダクト１３０に埃等の異物が混入した場合、吸気ダクト１３０に露出されたバスバに異物が付着することで、電気的に接続されるべきでないバスバ同士が短絡し発火するおそれがある。即ち本実施形態では、バスバを吸気ダクト１３０に露出させるが故に、露出部分の短絡という新たな不都合が生じ得る。

これに対し第１の変形例では、上述したように、仕切り７００によってバスバ６１０における露出部分とバスバ６３０における露出部分とが仕切られている。このため、吸気ダクト１３０に異物が混入したとしても、露出されたバスバ同士が短絡してしまうことがない。従って、露出されたバスバ同士の短絡による発火等の不都合を好適に回避することができる。

図８において、第２の変形例に係るバッテリバック１０では、ジャンクションボックス１６０の下面側に、上述した仕切り７００に加え、ボルテックスジェネレータ８１０及び８２０が設けられている。ボルテックスジェネレータ８１０は、バスバ６１０における露出部分及びその周辺に設けられている。また、ボルテックスジェネレータ８２０は、バスバ６３０における露出部分及びその周辺に設けられている。

ボルテックスジェネレータ８１０及び８２０によれば、バスバ６１０における露出部分及びバスバ６３０における露出部分の周辺に乱流を作り出すことができる。言い換えれば、部分的に冷却風の流速を速くすることができる。よって、露出されたバスバ周辺の流速が遅い場合であっても、高い冷却効率を実現する思ができる。

以上説明したように、本実施形態に係るバッテリパックの冷却構造によれば、バッテリパック１０における電気的な接続が吸気ダクト１３０上に配置されたジャンクションボックス１６０によって実現されると共に、ジャンクションボックス１６０内の部材を電気的に接続するバスバが吸気ダクト１３０に露出されている。従って、バッテリパック１０の小型化及び高い冷却効率を実現することが可能である。

本発明は、上述した実施形態に限られるものではなく、特許請求の範囲及び明細書全体から読み取れる発明の要旨或いは思想に反しない範囲で適宜変更可能であり、そのような変更を伴うバッテリパックの冷却構造もまた本発明の技術的範囲に含まれるものである。

１０…バッテリパック、１１０…第１バッテリモジュール、１２０…第２バッテリモジュール、１３０…吸気ダクト、１４０…インターロックユニット、１５０…ブロア、１６０…ジャンクションボックス、２１０…バッテリプラス端子、２２０…バッテリマイナス端子、３１０…ＰＣＵプラス端子、３２０…ＰＣＵマイナス端子、４１０…ＳＭＲ−Ｇ、４２０…ＳＭＲ−Ｐ、４３０…ＳＭＲ−Ｂ、５００…制限抵抗、６１０，６２０，６３０，６４０，６５０…バスバ、７００…仕切り、８１０，８２０…ボルテックスジェネレータ。

Claims (1)

1. 一対のバッテリモジュールと、
   前記一対のバッテリモジュール間に配置された冷却通路と、
   前記冷却通路上に設けられたジャンクションボックスと
   を備えるバッテリパックの冷却構造であって、
   前記ジャンクションボックス内には、前記冷却通路の長手方向に、バッテリマイナス端子、第１リレー、第２リレー、制限抵抗、バッテリプラス端子、第３リレー、バッテリ制御ユニットプラス端子及びバッテリ制御ユニットマイナス端子の順で各部材が配置されており、
   前記バッテリマイナス端子と前記第１リレーとの間、前記第１リレーと前記バッテリ制御ユニットマイナス端子との間、前記第２リレーと前記第３リレーと前記バッテリ制御ユニットプラス端子との間、前記第２リレーと前記制限抵抗との間、前記制限抵抗と前記バッテリプラス端子と前記第３リレーとの間は、それぞれ単一のバスバにより電気的に接続されており、
   前記バスバは、少なくとも部分的に前記冷却通路に露出されている
   ことを特徴とするバッテリパックの冷却構造。

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