JP2014007019A

JP2014007019A - 電池パックの冷却構造

Info

Publication number: JP2014007019A
Application number: JP2012140730A
Authority: JP
Inventors: Shigeyuki Inoue; 重行井上
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2012-06-22
Filing date: 2012-06-22
Publication date: 2014-01-16
Anticipated expiration: 2032-06-22
Also published as: JP5733274B2

Abstract

【課題】電池冷却性能の低下を抑制することを目的とする。
【解決手段】電池パックの冷却構造であって、電池を収容する電池パックと、前記電池を温度調節する媒体の流路を形成するダクトと、吸音部材と、を有し、前記電池パックには、パック開口部が形成されており、前記ダクトには、前記パック開口部と向き合う位置にダクト開口部が形成されており、前記吸音部材は、前記パック開口部と、前記ダクト開口部との間に設けられていることを特徴とする電池パックの冷却構造。
【選択図】図２

Description

本発明は、電池パックの冷却構造に関し、特に、車両を走行させるモータに電力を供給する電池パックの冷却構造に関する。

車両を走行させるモータに供給される電力を蓄電する電池パックを搭載した車両が知られている。この種の電池パックには、車室内などの空気を、吸気ダクトを介して取り込み、電池を冷却する冷却構造が設けられている。特許文献１は、電池部を冷却する冷却空気を、車室内の吸引口とブロアファンとに接続され、第１の湾曲部及び第２の湾曲部を有する吸気管路と、第１の湾曲部及び第２の湾曲部に設けられ、湾曲部においてブロアファンで発生した音を吸音する吸音材とを含む電池冷却構造を開示する。吸音材は、湾曲部に形成された開口部に取り付けられる。

特開２００５−０７１７５９号公報特開２００４−３２７１４２号公報

しかしながら、上述の方法では、ブロアファンの作動時に吸音材からの微小な吸込みがあるため、電池パック付近が電池排熱、日射等により高温である場合には、熱風が吸気されて、電池冷却性能が低下するおそれがある。

そこで、本発明は、電池冷却性能の低下を抑制することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明に係る電池パックの冷却構造は、電池パックの冷却構造であって、電池を収容する電池パックと、前記電池を温度調節する媒体の流路を形成するダクトと、吸音部材と、を有し、前記電池パックには、パック開口部が形成されており、前記ダクトには、前記パック開口部と向き合う位置にダクト開口部が形成されており、前記吸音部材は、前記パック開口部と、前記ダクト開口部との間に設けられていることを特徴とする。

本発明によれば、吸音部材付近の温度の高い空気が吸音部材を介して電池パックの内部に流入することを抑制できる。

電池パックの冷却構造の外観斜視図である。電池パックの冷却構造をＡ−Ａ断面で切断した断面図である。実施形態２の第１の吸気ダクトの部分斜視図である。実施形態２の第１の吸気ダクトをＡ−Ａ断面で切断した断面図である。実施形態２の第１の吸気ダクトをＢ−Ｂ断面で切断した断面図である。実施形態３の第１の吸気ダクトの部分斜視図である。実施形態３の第１の吸気ダクトをＡ−Ａ断面で切断した断面図である。

（第１実施形態）
図１を参照しながら、電池パックの冷却構造について説明する。Ｘ軸、Ｙ軸及びＺ軸は互いに直交する三軸である。電池パックの冷却構造は、車両に搭載される。車両は、電池パックで得られた電力を用いて車両走行用のモータを駆動する電気自動車、ハイブリッド自動車であってもよい。

電池パックの冷却構造Ａは、第１の吸気ダクト１０と、第２の吸気ダクト２０と、ブロアファン３０と、電池パック４０とを含む。第１の吸気ダクト１０の両端部には、二つの吸気口１１が形成されている。第１の吸気ダクト１０は、電池パック４０の上面に沿って延びるパック近傍吸気ダクト部１０ａを有している。第１の吸気ダクト１０の排気側の端部は、ブロアファン３０に接続されている。第２の吸気ダクト２０の吸気口はブロアファン３０に接続されており、排気口は電池パック４０に接続されている。

図２は、図１の電池パックの冷却構造ＡをＡ−Ａ断面で切断した一部における断面図である。図２を参照して、電池パック４０は、吸気チャンバ４１、電池４２及び図示しない排気チャンバを有する。吸気チャンバ４１の始端部は第２の吸気ダクト２０の排出口に接続されており、ブロアファン３０により吸気された空気が吸気チャンバ４１の内部に流入する構成となっている。吸気チャンバ４１の直下には、電池４２が位置する。電池４２は、単電池４３をＹ軸方向に配列することにより構成されている。これらの電池４２は、図示しないバスバーを介して、直列又は並列に接続されている。隣接する単電池４３の間には、冷媒通路を形成するための図示しないスペーサ部材が配置されている。単電池４３は、リチウムイオン電池、ニッケル水素電池などの二次電池であってもよい。単電池４３は、キャパシタであってもよい。

吸気チャンバ４１に流入した空気は、Ｙ軸方向、つまり吸気チャンバ４１の長手方向に沿って流れながら、各冷却通路に流入する。各冷却通路に流入した空気は、上方から下方に向かって矢印方向に進み、各単電池４３を冷却する。各単電池４３が冷却されることにより、電池４２の劣化が抑制される。

吸気チャンバ４１には、第１のチャンバ開口部（パック開口部に相当する）４１ａが形成されている。パック近傍吸気ダクト部１０ａには、第１のダクト開口部（ダクト開口部に相当する）１０１ａが形成されている。第１のチャンバ開口部４１ａ及び第１のダクト開口部１０１ａはＺ軸方向において向き合っている。第１のチャンバ開口部４１ａ及び第１のダクト開口部１０１ａとの間には、第１の吸音部材５１が配置されている。第１の吸音部材５１の外面には、突出部５１ａが形成されている。この突出部５１ａは、Ｚ軸方向においてパック近傍吸気ダクト部１０ａ及び電池パック４０に挟まれている。突出部５１ａがパック近傍吸気ダクト部１０ａ及び電池パック４０に挟まれることにより、第１の吸音部材５１は固定される。第１の吸音部材５１には、例えば、通気性を有する多孔質材を用いることができる。

再び図１を参照して、パック近傍吸気ダクト部１０ａには、第２のダクト開口部（ダクト開口部に相当する）１０２ａが形成されている。第２のダクト開口部１０２ａは、第１のダクト開口部１０１ａとＹ軸方向において並ぶ位置に形成されている。第２の吸音部材５２は、第１の吸音部材５１と同様、互いに向き合う第２のダクト開口部１０２ａ及び吸気チャンバ４１の図示しない開口部との間に配置されている。第２の吸音部材５２の取り付け方法などは、第１の吸音部材５１と同様であるため、説明を省略する。

第３の吸音部材５３は、第２の吸気ダクト２０の直上に設けられている。ここで、第３の吸音部材５３は、第１の吸気ダクト４０の下面に形成された第３のダクト開口部１０３ａを塞ぐ位置に配置されている。ただし、第３のダクト開口部１０３ａに対向する第２の吸気ダクト５２の対向領域に開口部を設けるとともに、これらの開口部を塞ぐように第３の吸音部材５３を配置してもよい。

第２の吸音部材５２及び第３の吸音部材５３には、第１の吸音部材５１と同様に、通気性を有する多孔質材料を用いることができる。

次に、電池パックの冷却構造Ａの動作について説明する。電池４２が所定温度以上になるとブロアファン３０が作動する。ブロアファン３０が作動すると、吸気口１１から空気が取り込まれる。ブロアファン３０が作動することにより騒音が発生し、この騒音は音波として第１の吸気ダクト１０の内部を伝搬する。このとき、第１の吸気ダクト１０には、第１の吸音部材５１及び第２の吸音部材５２が設けられている。このため、音波の一部は、第１の吸音部材５１、第２の吸音部材５２を通過する際に吸音され、通過した音波は吸気チャンバ４１の内部に向かう。これにより、ブロアファン３０の作動音が騒音となって車室内に向かうことを抑制できる。

また、第１の吸気ダクト１０には、第３の吸音部材５３が設けられている。第３の吸音部材５３が、第３のダクト開口部１０３ａ及び第２の吸気ダクト２０のダクト開口部を塞ぐ位置に設置されている場合、音波の一部は、第３の吸音部材５３を通過する際に吸音され、吸音されなかった音波は、第２の吸気ダクト２０を介して吸気チャンバ４１の内部に向かう。これにより、ブロアファン３０の作動音が騒音となって車室内に向かうことを抑制できる。

また、第１の吸気ダクト１０の内部と吸気チャンバ４１の内部（つまり、電池パック４０の内部）との温度差は小さいため、第１の吸音部材５１、第２の吸音部材５２及び第３の吸音部材５３を介して、熱風が吸気チャンバ４１の内部に流入して、冷却性能が低下することを抑制できる。すなわち、電池パック４０の周囲が電池排熱や日射の影響によって高温雰囲気となっていても、この高温空気が電池パック４０の内部に流入することが抑制される。これにより、電池パック４０の冷却効率が高められる。

また、第１の吸音部材５１及び第２の吸音部材５２は、第１の吸気ダクト１０と電池パック４０のケース（吸気チャンバ４１の外壁）とに挟まれているため、緩衝材として作用させることができる。これにより、車両振動時などにおいて、電池パック４０と第１の吸気ダクト１０とが互いに衝突することによる打音を抑制できる。

（第２実施形態）
図３乃至図５を参照しながら、電池パック冷却構造の第２実施形態について説明する。図３は、図１の第１の吸気ダクト１０に対応する第１の吸気ダクト１０´の部分斜視図であり、吸音部材を透視して図示する。図４は、図３の第１の吸気ダクト１０´をＡ−Ａ断面で切断した断面図である。図５は、図３の第１の吸気ダクト１０´をＢ−Ｂ断面で切断した断面図である。

第１の吸気ダクト１０´の上面には、ダクト開口部１０１´、ダクト開口部１０２´が形成されている。これらのダクト開口部１０１´、１０２´はＹ軸方向に並んで形成されており、バイパスダクト７０を介して接続されている。ダクト開口部１０１´には吸音部材５４が配置されている。ダクト開口部１０２´には吸音部材５５が配置されている。吸音部材５４、５５には通気性を有する多孔質材料を用いることができる。

吸音部材５４の外面には、突出部５４ａが形成されており、これらの突出部５４ａは第１の吸気ダクト１０´の端部上面に設置されている。吸音部材５５は、吸音部材５４と同様の構造であるため説明を省略する。電池パックの冷却構造のその他の構造は、実施形態１と同様であるため説明を省略する。

ブロアファン３０が作動すると、吸気口１１から空気が取り込まれる。ブロアファン３０が作動することにより騒音が発生し、この騒音は音波として第１の吸気ダクト１０´の内部を伝搬する。このとき、第１の吸気ダクト１０´には、吸音部材５４、５５が設けられている。このため、音波の一部は吸音部材５４、５５を通過する際に吸音される。これにより、ブロアファン３０の作動音が騒音となって車室内等に向かうことを抑制できる。また、吸音部材５４、５５のうち一方の吸音部材を透過した音波は、バイパスダクト７０を通って、他方の吸音部材に入り込む。これにより、吸音効果が約２倍に高められる。

ここで、電池パックの冷却構造がバイパスダクト７０を有しない場合、ブロアファン３０の作動時に、電池パック４０周辺の高温空気が吸音部材５４、５５を通って、第１の吸気ダクト１０´の中に引き込まれてしまう。本実施形態では、吸音部材５４、５５が配置されるダクト開口部１０１´、１０２´がバイパスダクト７０を介して接続されているため、熱風の回り込みが抑制される。すなわち、ダクト開口部１０１´、１０２´を繋ぐバイパス経路は、バイパスダクト７０によって電池パック４０の外部と区画されているため、外部空間の暖かい空気がダクト開口部１０１´、１０２´を介して、第１の吸気ダクト１０´に引き込まれることを抑制できる。

ここで、比較例として、バイパスダクト７０を省略するとともに、蓋部材を用いて吸音部材５４、５５の上からダクト開口部１０１´、１０２´を閉塞することによって、熱風の回り込みを防止する方法が考えられる。しかし、この比較例の方法では、吸音部材５４、５５の透過特性が悪化し、騒音を減衰する効果が低下する。本実施形態の構成によれば、このような問題を少なくすることができる。

本実施形態の変形例として、図５に図示するように、バイパスダクト７０の経路の途中に吸音部材５６を配置してもよい。これにより、騒音を減衰する効果がさらに高まる。吸音部材５６は、バイパスダクト７０のＹ軸方向における中央に配置することができる。

（第３実施形態）
図６及び図７を参照しながら、電池パックの冷却構造の第３実施形態について説明する。図６は、図３に対応した第１の吸気ダクト１０´の部分斜視図である。ただし、本実施形態の吸音部材は、個数が一つである。図７は、図６の第１の吸気ダクト１０´をＡ−Ａ断面で切断した断面図である。

これらの図を参照して、第１の吸気ダクト１０´の上面には、ダクト開口部２０１が形成されており、このダクト開口部２０１には吸音部材５７が配置されている。ダクト開口部２０１は、ヘルムホルツ型レゾネータ８０により閉じられている。ヘルムホルツ型レゾネータ８０は、共鳴管部８１と共鳴室８２とを有し、共鳴により吸気音を低減する。ここで、共鳴室８２の容積をＶ、共鳴管部８１の長さをＬ、共鳴管部８１の流路断面積をＳ、音速をｃとしたときに、これらの関係から導かれる下記（１）式に示すヘルムホルツの関係式により、共鳴周波数ｆがチューニングされ、その消音特性を設定することができる。
ｆ＝（ｃ／π）｛Ｓ／（Ｌ・Ｖ）｝^１／２・・・・・・・（１）

上述の構成によれば、吸音部材５７による騒音減衰効果に加えて、ヘルムホルツ型レゾネータ８０による騒音減衰効果を得ることができる。また、ダクト開口部２０１は、ヘルムホルツ型レゾネータ８０により閉じられている。これにより、上述と同様に、熱風の回り込みを抑制することができる。

１０第１の吸気ダクト２０第２の吸気ダクト３０ブロアファン
４０電池パック４１ａ第１のチャンバ開口部５１第１の吸音部材
１０１ａ第１のダクト開口部

Claims

電池パックの冷却構造であって、
電池を収容する電池パックと、
前記電池を温度調節する媒体の流路を形成するダクトと、
吸音部材と、を有し、
前記電池パックには、パック開口部が形成されており、
前記ダクトには、前記パック開口部と向き合う位置にダクト開口部が形成されており、
前記吸音部材は、前記パック開口部と、前記ダクト開口部との間に設けられていることを特徴とする電池パックの冷却構造。