JP2013206728A - 車両用電池パックの冷却構造 - Google Patents

Abstract

【課題】電池収容ケース内への塵や虫の侵入を防止でき、かつ、送風ファンによる送風能力を変更することなく、電池収容ケースを通過する冷却風の風量を変更することができる、車両用電池パックの冷却構造を提供する。
【解決手段】電池収容ケース７の前面には、吸気ダクト８が接続されている。吸気ダクト８内には、送風ファン１１が配置されている。電池収容ケース７の後上部には、電池収容ケース７内の空気を排出するための排気口２１が構成されている。２５℃以下の温度環境下では、開閉弁１９の先端部がフィルタ１８に接触し、排気筒部１５とフィルタ１８との間が開閉弁１９によって閉塞されている。２５℃を超える温度環境下では、開閉弁１９の先端部がフィルタ１８から下方に離れるように、開閉弁１９が反り、フィルタ１８と開閉弁１９の先端部との間に隙間が生じる。
【選択図】図４

Description

本発明は、車両に搭載された車両用電池パックを冷却する構造に関する。

電気自動車（ＥＶ：Electric Vehicle）やハイブリッドカー（ＨＶ：Hybrid Vehicle）などの車両には、走行用モータに供給される電力を蓄えておくための高圧バッテリが搭載されている。高圧バッテリとしては、複数の二次電池を接続して構成される組電池が広く用いられている。

組電池は、充放電に伴う発熱により、その温度が上昇する。組電池が高温になると、出力の低下や組電池（二次電池）の劣化を招く。そのため、組電池に付属して、組電池を冷却する機構を設ける必要がある。

冷却機構の一例では、組電池を収容する電池収容ケースの一側面に吸気口が形成され、その反対側の側面に排気口が形成されている。排気口には、ファンを備える送風機が接続されている。ファンが駆動されると、吸気口から電池収容ケース内に冷却風が取り込まれる。冷却風は、電池収容ケース内を通過し、排気口から吸い出される。これにより、組電池を冷却風によって冷却することができる。

この構成では、吸気口が開放されている。そのため、吸気口から電池収容ケース内に塵や虫が侵入する。電池収容ケース内に塵や虫が侵入すると、組電池がショートするおそれがある。

冷却機構の他の例では、電池収容ケースの吸気口および排気口に、それぞれ開閉弁が設けられている。ファンが停止されているときには、両方の開閉弁が閉じた状態となり、吸気口および排気口が閉塞されている。そのため、ファンの停止中に、電池収容ケース内に塵や虫が侵入することができる。そして、この冷却機構では、ファンが駆動されると、ファンが発生する負圧により、両方の開閉弁が開き、電池収容ケース内を冷却風が吸気口から排気口に向けて通過する。

特開平９−２８９７０１号公報 特開２００１−１６７８０３号公報

しかしながら、後者の冷却機構では、開閉弁を開くためには、ファンにより、少なくとも開閉弁を開成可能な大きさの負圧を発生させなければならないので、ファンの電力消費が大きい。また、電池収容ケース内に微風を取り込むことができず、細やかな冷却制御が不可能である。

さらに、前述のいずれの冷却機構も、冷却風の風量は、ファンの送風能力（送風量）の制御のみでしか調整することができない。

本発明の目的は、電池収容ケース内への塵や虫の侵入を防止でき、かつ、送風ファンによる送風能力を変更することなく、電池収容ケースを通過する冷却風の風量を変更することができる、車両用電池パックの冷却構造を提供することである。

前記の目的を達成するため、本発明に係る車両用電池パックの冷却構造は、車両の走行用モータに供給される電力を蓄積する組電池および前記組電池を収容する電池収容ケースを備える電池パックを冷却する構造である。前記電池収容ケースには、前記基板収容ケース内に送風を吸い込むための吸気口および前記基板収容ケース内から送風を排出するための排気口が形成されている。前記排気口は、少なくとも前記基板収容ケースの上部に形成されている。前記冷却構造は、前記基板収容ケース内に前記吸気口から前記排気口に向かう送風を生成する送風ファンと、前記排気口の一部を閉塞するように設けられたフィルタと、バイメタルからなり、所定温度以下のときには、前記排気口における前記フィルタで閉塞されていない部分を閉塞し、前記所定温度を超えるときには、前記フィルタとの間に隙間が生じるように設けられた開閉弁とを含む。

蓄電池を収容する電池収容ケースには、吸気口および排気口が形成されている。排気口には、フィルタおよび開閉弁が設けられている。フィルタは、排気口の一部を閉塞するように設けられている。開閉弁は、バイメタルからなる。

開閉弁の温度が所定温度以下であるときには、開閉弁の変形がなく、排気口におけるフィルタで閉塞されていない部分が開閉弁によって閉塞される。このとき、基板収容ケース内の空気は、フィルタを通して排出される。開閉弁の温度が所定温度を超えると、開閉弁が変形し、開閉弁とフィルタとの間に隙間が生じる。開閉弁がバイメタルからなるので、開閉弁とフィルタとの間の隙間は、開閉弁の温度が高くなるほど大きくなる。このとき、基板収容ケース内の空気は、フィルタおよびフィルタと開閉弁との間の隙間を通して排出される。

そのため、送風ファンが一定の送風能力（送風量）で駆動されていても、排気口付近の雰囲気温度が高いほど、基板収容ケース内から排気口を通して排出される風量が増大する。その結果、送風ファンの送風能力を変更することなく、電池収容ケースを通過する冷却風の風量を変更することができる。

また、送風ファンを停止していても、基板収容ケース内の空気をフィルタを通して排出可能である。よって、送風ファンを停止している状態であっても、基板収容ケース内の空気を自然換気することができる。

さらに、送風ファンが停止されるような温度環境下（排気口付近の雰囲気温度が所定温度未満である状況下）では、排気口におけるフィルタで閉塞されていない部分が開閉弁によって閉塞されるので、排気口から塵や虫が侵入することを防止できる。

さらにまた、排気口が基板収容ケースの上部に形成されていれば、排気口から水が入ることを防止できる。また、基板収容ケース内の温度は、その上部が下部よりも高くなりやすいので、排気口が基板収容ケースの上部に形成されていることにより、基板収容ケース内の上部の熱を排気口から良好に放出することができる。

組電池（組電池を構成する電池モジュール）には、内部圧力が所定圧力よりも高くなると開弁する安全弁が形成されている。その開弁方向を考慮して、電池収容ケースにおける安全弁と対向する側面に排気口が形成されていてもよい。

組電池の一部が異常高温状態となり、安全弁が開弁するときには、その安全弁と対向する排気口の開閉弁とフィルタとの間に隙間が生じている。そのため、安全弁が開弁した部分を優先的に冷却することができ、その近傍の他の安全弁が連鎖して開弁することを防止できる。

本発明によれば、電池収容ケース内への塵や虫の侵入を防止でき、かつ、送風ファンによる送風能力を変更することなく、電池収容ケースを通過する冷却風の風量を変更することができる。

図１は、本発明の一実施形態に係る電池パックの冷却構造が適用された車両の図解的な側面図である。 図２は、図１に示された車両の図解的な平面図である。 図３は、排気口の構成を示す断面図であり、２５℃以下の温度環境下における状態を示す。 図４は、排気口の構成を示す断面図であり、２５℃を超える温度環境下における状態を示す。

以下では、本発明の実施の形態について、添付図面を参照しつつ詳細に説明する。

図１は、本発明の一実施形態に係る電池パックの冷却構造が適用された車両の図解的な側面図である。図２は、図１に示された車両の図解的な平面図である。

車両１は、走行用モータ２を駆動源とする自動車（電気自動車、ハイブリッドカー）である。車両１には、走行用モータ２に供給される電力を蓄えるための電池パック３が搭載されている。

電池パック３は、前後のホイールベース間のフロア４上に配置されている。電池パック３は、複数の電池モジュール５を相互に電気的に接続して構成された組電池６と、組電池６が収容された電池収容ケース７とを備えている。

各電池モジュール５は、扁平な直方体形状をなしている。複数の電池モジュール５は、車両１の前後方向および左右方向に並べられるとともに、上下方向に積層されている。各電池モジュール５間には、隙間が空けられている。

電池収容ケース７は、略直方体形状をなしている。

電池収容ケース７の前面には、吸気ダクト８が接続されている。吸気ダクト８は、たとえば、電池収容ケース７の前面の上下方向の中央部と対向し、電池収容ケース７の前面の左端部から右方に、電池収容ケース７の前面の右端部を越えて延びている。吸気ダクト８内は、電池収容ケース７の前面に形成された多数の吸気口９を介して、電池収容ケース７内と連通している。吸気ダクト８の右端部は、後方に屈曲して延びている。そして、その屈曲した部分には、吸気ダクト８内への塵や虫の侵入を防止するためのフィルタ１０が設けられている。また、吸気ダクト８内には、フィルタ１０よりも電池収容ケース７側の位置に、送風ファン１１が配置されている。

電池収容ケース７内の後部には、スペース１２が設けられている。そして、電池収容ケース７の上面の後端部には、スペース１２と連通する複数の正方形状の開口１３が形成されている。複数の開口１３は、左右方向に等間隔で配置されている。各開口１３の上方には、排気口カバー１４が開口１３に覆い被さるように設けられている。

図３，４は、排気口の構成を示す断面図である。

電池収容ケース７の上面には、開口１３の周縁から上方に延びる四角筒状の排気筒部１５が形成されている。

排気口カバー１４は、平面視正方形状をなし、その中心が開口１３の中心と一致するように配置されている。排気口カバー１４は、排気筒部１５の上方に間隔を空けて配置されるカバー本体部１６と、カバー本体部１６の周縁部から下方に延びる周側部１７とを一体的に有している。

この実施形態では、開口１３および排気筒部１５内の空間ならびに排気口カバー１４と排気筒部１５との間の空間により、電池収容ケース７内の空気を排出するための排気口２１が構成されている。

排気口カバー１４の内側には、カバー本体部１６と周側部１７との角部に、フィルタ１８がその角部の全周にわたって設けられている。

そして、排気筒部１５の上端部には、四角枠状の開閉弁１９が排気筒部１５からその周囲に鍔状に張り出すように設けられている。開閉弁１９は、バイメタルからなる。バイメタルとしては、たとえば、汎用品の低抵抗トリメタルを用いることができる。

２５℃以下の温度環境下では、図３に示されるように、開閉弁１９の先端部がフィルタ１８に接触し、排気筒部１５とフィルタ１８との間が開閉弁１９によって閉塞されている。２５℃を超える温度環境下では、図４に示されるように、開閉弁１９の先端部がフィルタ１８から下方に離れるように、開閉弁１９が反り、フィルタ１８と開閉弁１９の先端部との間に隙間が生じる。開閉弁１９は、たとえば、５０℃の温度環境下で、その先端部が図３に示される状態から２ｍｍ下がる。

送風ファン１１が駆動されると、外気がフィルタ１０を通して吸気ダクト８内に取り込まれ、吸気ダクト８内に電池収容ケース７に向かう送風（冷却風）が生じる。吸気ダクト８内に生じた送風は、電池収容ケース７の前面に形成された吸気口９を通して、電池収容ケース７内に送り込まれる。基板収容ケース７内に送り込まれた送風は、各電池モジュール５間の隙間を後方に流通する。これにより、各電池モジュール５が送風によって冷却される。基板収容ケース７の後部に達した送風は、開口１３および排気筒部１５を通して、基板収容ケース７内から排出される。

２５℃以下の温度環境下においては、図３に示されるように、排気筒部１５とフィルタ１８との間が開閉弁１９で閉塞されている。そのため、排気筒部１５から排出される送風は、フィルタ１８を通過して、排気口カバー１４の外部に放出される。

２５℃を超える温度環境下においては、開閉弁１９が反り変形し、フィルタ１８と開閉弁１９との間に隙間が生じる。フィルタ１８と開閉弁１９との間の隙間は、温度が高くなるほど大きくなる。このとき、排気筒部１５から排出される送風は、主にフィルタ１８と開閉弁１９との間を通過して、排気口カバー１４の外部に放出される。

そのため、送風ファン１１が一定の送風能力（送風量）で駆動されていても、排気口２１付近の雰囲気温度が高いほど、基板収容ケース７内から排気口２１を通して排出される風量が増大する。その結果、送風ファン１１の送風能力を変更することなく、電池収容ケース７を通過する冷却風の風量を変更することができる。

また、送風ファン１１を停止していても、基板収容ケース７内の空気をフィルタ１８を通して排出可能である。よって、送風ファン１１を停止している状態であっても、基板収容ケース内の空気を自然換気することができる。

さらに、送風ファン１１が停止されるような温度環境下（排気口２１付近の雰囲気温度が所定温度未満である状況下）では、排気口２１におけるフィルタ１８で閉塞されていない部分が開閉弁１９によって閉塞されるので、排気口２１から塵や虫が侵入することを防止できる。

さらにまた、排気口２１が基板収容ケース７の上部に形成されていれば、排気口２１から水が入ることを防止できる。また、基板収容ケース７内の温度は、その上部が下部よりも高くなりやすいので、排気口２１が基板収容ケース７の上部に形成されていることにより、基板収容ケース７内の上部の熱を排気口２１から良好に放出することができる。

以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は、他の形態で実施することもできる。

電池モジュール５には、内部圧力が所定圧力よりも高くなると開弁する安全弁（図示せず）が形成されている。たとえば、基板収容ケース７内において、各電池モジュール５が安全弁を左側に向けて配置されている場合、その電池モジュール５の開弁方向を考慮して、図１に破線で示すように、基板収容ケース７の右側面に排気口２１が形成されて、その排気口２１にフィルタ１８および開閉弁１９が設けられてもよい。

一部の電池モジュール１５が異常高温状態となり、安全弁が開弁するときには、その安全弁と対向する排気口２１のフィルタ１８と開閉弁１９との間に隙間が生じている。そのため、安全弁が開弁した部分を優先的に冷却することができ、その近傍の他の安全弁が連鎖して開弁することを防止できる。

その他、前述の構成には、特許請求の範囲に記載された事項の範囲で種々の設計変更を施すことが可能である。

１ 車両
２ 走行用モータ
３ 電池パック
６ 組電池
７ 電池収容ケース
９ 吸気口
１１ 送風ファン
１８ フィルタ
１９ 開閉弁
２１ 排気口

Claims (2)

1. 車両の走行用モータに供給される電力を蓄積する組電池および前記組電池を収容する電池収容ケースを備える電池パックを冷却する構造であって、
   前記電池収容ケースには、前記基板収容ケース内に送風を吸い込むための吸気口および前記基板収容ケース内から送風を排出するための排気口が形成されており、
   前記排気口は、少なくとも前記基板収容ケースの上部に形成されており、
   前記基板収容ケース内に前記吸気口から前記排気口に向かう送風を生成する送風ファンと、
   前記排気口の一部を閉塞するように設けられたフィルタと、
   バイメタルからなり、所定温度以下のときには、前記排気口における前記フィルタで閉塞されていない部分を閉塞し、前記所定温度を超えるときには、前記フィルタとの間に隙間が生じるように設けられた開閉弁とを含む、電池パックの冷却構造。
2. 前記組電池には、内部圧力が所定圧力よりも高くなると開弁する安全弁が形成されており、
   前記電池収容ケースにおける前記安全弁と対向する側面に、前記排気口が形成されている、請求項１に記載の電池パックの冷却構造。

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