JP2014235900A - 電池冷却装置 - Google Patents

Abstract

【課題】冷凍サイクル等の大掛かりな装置を必要とせず、電池セルの効果的な空冷を実現できる電池冷却装置を提供する。【解決手段】電池冷却装置１は、複数の電池セル３と、複数の電池セル３を冷却する空気を送風する送風機４と、少なくとも複数の電池セル３を収容するケース２と、排出通路６２０と、排気誘導通路６４０とを備える。排出通路６２０は、ケース２の内部と外部とを連通する通路であり、送風機４によって送風された空気が電池セル３と熱交換した後に、ケース２の外部へ向けて流出する通路である。排気誘導通路６４０は、排出通路６２０から延びてケース２の外部に設けられる通路であって、排出通路６２０から流出した空気をケース２の天板２０に吹き出すように誘導する。【選択図】図１

Description

本発明は、ケース内部に収容した電池セルを冷却する電池冷却装置に関する。

従来、電池を冷却するための電池冷却装置として、例えば、特許文献１、２に記載の装置が知られている。

特許文献１の装置は、複数個の電池セルの集合体である電池ブロックに接触する冷却プレートを有する。冷却プレートの中空部には、冷却液を充填し、熱交換器を設置している。熱交換器には、冷媒が供給される冷媒通路が接続されている。熱交換器は、供給された冷媒の気化熱によって冷却される。熱交換器は冷却液を冷却して、冷却プレートは電池セルを冷却する。

特許文献２の装置は、単電池間に熱媒体を通す熱媒体通路を設けて形成された電池組立体と、熱媒体を送給する送給手段と、熱媒体通路に対して熱媒体を供給、排出する送給通路及び排出通路と、を備える。電池組立体、送給手段、送給通路及び排出通路は、ケースの内部に設けられる。送給手段によって送給された熱媒体は、送給通路、熱媒体通路、排出通路を順に流れ、送給手段に戻ってくる。したがって、熱媒体は、閉じられた通路を流れて、上記のように各部を循環しながら、電池組立体を構成する複数個の単電池を冷却する。

特開２０１０−５００００号公報 特開２００４−２８８５２７号公報

特許文献１に記載の技術によると、冷凍サイクルによる冷媒の気化熱を利用して電池を冷却する方式であるため、電池冷却装置全体のコストが高くなるという問題がある。また、電池を収容するケース内部に冷凍サイクルを設置する場合には、冷媒が流通する配管をケース内部に通す必要があり、このための構造も必要なため、製品コストの増加になる。

特許文献２に記載の技術によると、熱媒体を閉サイクルで循環させて電池の温度調整を行うため、ケース内部の密閉空間に電池を設置している。このような密閉空間に設置した電池を熱媒体の循環流のみで冷却する方式の場合、ケース内部から外部への放熱が、例えば自然対流等の放熱効果の低い手段しか行われず、十分な電池冷却効果が得られない。

本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、冷凍サイクル等の大掛かりな装置を必要とせず、電池セルの効果的な空冷を実現できる電池冷却装置を提供することを目的とする。

本発明は上記目的を達成するために、下記の技術的手段を採用する。すなわち、開示する電池冷却装置に係る発明のひとつは、複数の電池セル（３）と、複数の電池セルを冷却する空気を送風する送風手段（４；１０４）と、少なくとも複数の電池セルを収容するケース（２；１０２）と、ケースの内部と外部とを連通する通路であって、送風手段によって送風された空気が電池セルと熱交換した後に、ケースの外部へ向けて流出する排出通路（６２０；１６２０）と、排出通路から延びてケースの外部に設けられる通路であって、排出通路から流出した空気をケースの外表面（２０；１２０）に吹き出すように誘導する排気誘導通路（６４０；１６４０）と、を備えることを特徴とする。

ケースに収容した電池の発熱は、ケース内部を流通する空気に移動し、この吸熱した空気から、放熱面であるケースの壁面を通してケース外部に放出される。この排熱経路によるケース外部への放熱は、ケースの壁面を介した輻射伝熱や自然対流放熱に相当するが、この放熱方式では、電池の発熱をケース外部に放出する放熱量が十分ではない。そこで、この発明によれば、ケース内部の電池セルと熱交換した後に、排出通路からケース外部に流出する空気を排気誘導通路を通じてケースの外表面に吹き出すように誘導する。

この構成によれば、放熱面として機能するケースの外表面に対して付近の空気に強制対流を形成するため、ケース壁面を介した自然対流放熱を上回る強制対流放熱を起こすことができる。これにより、ケース外部への放熱効果を増大し、ケース外部への放熱を促進することができる。このように、電池の発熱を効果的にケース外部に排熱する排熱経路を構築できる。以上より、この発明によれば、冷凍サイクル等の大掛かりな装置を必要とせず、電池セルの効果的な空冷を実施する電池冷却装置を提供することができる。

なお、特許請求の範囲および上記各手段に記載の括弧内の符号ないし説明は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を分かり易く示す一例であり、発明の内容を限定するものではない。

第１実施形態の電池冷却装置について、電池冷却のための空気の流れを説明するための概要図である。 第２実施形態の電池冷却装置について、電池冷却のための空気の流れを説明するための概要図である。 第３実施形態に係る放熱促進手段を説明するための概要図である。

以下に、図面を参照しながら本発明を実施するための複数の形態を説明する。各形態において先行する形態で説明した事項に対応する部分には同一の参照符号を付して重複する説明を省略する場合がある。各形態において構成の一部のみを説明している場合は、構成の他の部分については先行して説明した他の形態を適用することができる。各実施形態で具体的に組合せが可能であることを明示している部分同士の組合せばかりではなく、特に組合せに支障が生じなければ、明示していなくても実施形態同士を部分的に組合せることも可能である。

（第１実施形態）
第１実施形態の電池冷却装置１について図１を参照しながら説明する。図１は、電池冷却装置１における電池冷却のための空気流れを示し、ケース２の内部の構成を示す概要図である。電池冷却装置１は、例えば内燃機関と電池に充電された電力によって駆動されるモータとを組み合わせて走行駆動源とするハイブリッド自動車、モータを走行駆動源とする電気自動車等に用いられる。電池冷却装置１に含まれる複数の電池セル３は、例えばニッケル水素二次電池、リチウムイオン二次電池、有機ラジカル電池である。

ケース２の内部には、複数の電池セル３及び送風機４が収容されている。ケース２は、電気的に直列接続し、かつ積層設置された複数の電池セル３を収容する。ケース２の内部には、送風機４によって強制的に流れる空気の循環経路をなす循環通路５が形成されている。循環通路５は、ケース２の内部に形成される空気が循環する通路である。循環通路５は、送風機４により送風された空気が電池セル３と熱交換した後、送風機４に吸い込まれる一連の空気の流通経路をなす。図１に図示するように、循環通路５は、第１の流入通路５４、吹出し通路５０、天板側通路５１、電池通路５２及び集合通路５３を結ぶ一連の通路で構成される。

複数の電池セル３は、充電及び放電または温度調節に用いられる電子部品（図示せず）によって制御される。当該電子部品は、例えば、ＤＣ／ＤＣコンバータ、送風部材を駆動するモータ、インバータによって制御される電子部品、各種の電子式制御装置等であり、ケース２の内部に収容するようにしてもよい。また、当該電子部品は、ケース２の内部において循環通路５に設置されることにより、空気の循環によって電池セル３とともに冷却することができる。また、ケース２の内部に、電池セル３の少なくとも電圧と温度とを監視するセル監視ユニット、ジャンクションボックス、サービスプラグ等を内蔵するようにしてもよい。

ケース２は、内部の空間を包囲する複数の壁面からなる箱形を呈し、アルミニウム板または鉄板の成型品で形成されている。ケース２は、例えば少なくとも６面を有する箱体である。ケース２は、複数のケース体を接合して組み立てることにより、内部に箱体状の空間を形成して作製することができる。また、ケース２の複数の壁面のうち、所定の壁面には、放熱面積を大きくするために凸部または凹部を形成するようにしてもよい。

複数の電池セル３は、ケース２の内部空間において複数のセル積層体を構成する。セル積層体は、図１に図示するように、ケース２の内部空間において所定の間隔をあけて設置され、それぞれ電池ケース６０に周囲を囲まれるように収容されている。各電池ケース６０は、ケース２の天板２０側がケース２の内部空間に向けて開口し、ケース２の底板２２側が集合ダクト６１に接続されている。これにより、循環通路５の一部であり、各セル積層体が設置される電池ケース６０内の通路は、天板２０側でそれぞれ独立した空気の入口部を備え、底板２２側で一つの集合通路５３に集まる空気の出口部を備える。集合通路５３は、所定の間隔をあけて並ぶすべてのセル集合体の下方部からケーシング４３の吸込み口までにわたって底板２２に沿って延び、第１の流入通路５４に繋がっている。第１の流入通路５４は、循環通路５の一部であり、ケース２の内部に設けられ、電池セル３と熱交換した後の空気が吸い込まれる通路である。

したがって、送風機４に送風されて天板側通路５１に達した空気は、電池ケース６０上部の入口部から電池通路５２に流入する。電池通路５２は、隣り合う電池セルの間に形成したセル間通路とすることもできる。天板側通路５１は、天板２０と複数の電池セル３との間に形成される通路である。そして、空気は、電池通路５２を流れるときに、各電池セル３の外表面から吸熱して各電池セル３を冷却する。各電池セル３を冷却した空気は、それぞれ、電池ケース６０下部の出口部から集合ダクト６１内の集合通路５３に集められ、第１の流入通路５４を通して送風機４に吸入される。この場合、電池セル３の放熱手段の一つは、セルの外装ケース面である。

また、空気は、正極端子、負極端子からなる電池セル３の電極端子３０や、異極端子間を電気的に接続するバスバーにも接触するため、電極端子３０やバスバーも放熱手段の一つを構成しうる。電極端子３０やバスバーは、電池ケース６０内において、上部側、空気流れの上流側に位置している。

送風機４は、複数の電池セル３を冷却する空気を循環通路５に循環させる送風手段の一例である。送風機４は、モータ４１と、モータ４１により回転されるシロッコファン４０と、シロッコファン４０を内蔵するケーシング４３とを備える。また、ケーシング４３は、循環通路５の一部である第１の流入通路５４を形成する。複数の電池セル３は、充電及び放電または温度調節に用いられる電子部品（図示せず）によって制御される。

送風機４は、セル監視ユニット内に内蔵された制御装置によって制御される。電池セル３は、電流が取り出される出力時及び充電される入力時に自己発熱する。セル監視ユニットは、電池セル３の温度を常時モニターし、電池セル３の温度に基づいて送風機４の運転を制御する。

第１の流入通路５４は、ケーシング４３の吸込み口を含み、シロッコファン４０の回転軸方向に延びる通路で、シロッコファン４０によって吸い込まれる空気が通る。シロッコファン４０は、図１に図示するように、ケース２の内部空間の下部であってケース２の側板２１に近接するように設置されている。モータ４１は、側板２１とシロッコファン４０との間に設置されている。シロッコファン４０の回転軸は、ケース２の天板２０に平行となる姿勢で設置される。第１の流入通路５４は、電池セル３側に位置する通路であり、後述する集合通路５３に接続される。すなわち、ケーシング４３の吸込み口は、集合通路５３を形成する集合ダクト６１に接続される。

さらにケーシング４３は、循環通路５の一部である吹出し通路５０を形成する。吹出し通路５０は、シロッコファン４０の回転軸に直交するファンの遠心方向に延びる通路である。吹出し通路５０は、第１の流入通路５４に直交する方向に延びる通路である。したがって、吹出し通路５０は、ケース２の内部空間において上方に延びる。ケーシング４３の吹出し部は、上方に延びる送風ダクト４４に接続される。送風ダクト４４は、ケース２の天板２０近くの部位で開口する。この構成により、吹出し通路５０は、ケース２の内部空間において天板２０近くの部位まで連通する。

循環通路５は、送風ダクト４４、電池ケース６０、集合ダクト６１及びケーシング４３によって形成された通路ではケース２の壁面に露出せず、天板側通路５１においてケース２の壁面に対して露出する通路を構成する。循環通路５は、送風機４の運転によってケース２内を循環する循環空気が、ケース２を形成する複数の壁面のうち、少なくとも一つの壁面に接触しながら流れる通路部分を含む。この空気循環の過程で空気が接触する壁面の一つが天板２０であり、天板２０に接触しながら空気が流れる通路部分の一つが天板側通路５１である。送風機４の運転によって吹出し通路５０を通って天板２０近くに至った空気は、電池セル３に接触等して熱交換した後、天板側通路５１を流れる空気である。この循環空気は、天板側通路５１を流れ、さらに各電池ケース６０の入口部から電池通路５２に流入し、再び電池セル３と熱交換することになる。

循環空気は天板側通路５１を流れる際に、電池セル３との熱交換時に吸熱した熱を天板２０を通してケース２の外部に放熱する。天板２０を通して放出された熱は、自然対流によってケース２の外部に放熱される。したがって、天板２０の全体が、ケース２内に収容された電池セル３の熱を外部に放出する際の放熱面として機能することになる。また、循環通路５を循環する空気が天板側通路５１を流れる際に接触する天板２０は、ケース２を形成する複数の壁面のうち、最も大きい表面積を有する壁面であることが好ましい。放熱面である天板２０がケース２の壁面において表面積の最も大きい壁面であることにより、外部への放熱効果を大きくでき、電池の効果的な冷却を実施できるからである。例えば、ケース２が直方体である場合など、最も大きい表面積を有する壁面が複数ある場合には、その一つが天板２０に相当する。

送風機４に吸い込まれる空気の流入通路には、第１の流入通路５４及び第２の流入通路６３０の少なくとも二つが含まれる。すなわち、当該空気の流入通路は、第１の流入通路５４の他に、少なくとも一つ設けられている。第２の流入通路６３０は、ケース２の外部と送風機４とを連通させる通路である。第２の流入通路６３０は、第１の流入通路５４よりも通路横断面積が小さい通路である。第２の流入通路６３０は、ケーシング４３の吸込み口とは反対側の背面側部分に接続された給気用ダクト６３の内部通路である。

給気用ダクト６３は、ケース２の側板２１を貫通してケーシング４３の背面側部分とケース２の外部とを接続する。第２の流入通路６３０は、循環通路５を循環する空気が天板側通路５１を流れる際に接触する天板２０を除く他の壁面に開口する通路である。

給気用ダクト６３は、ケース２の外部で側板２１に沿って上方に延びる。したがって、給気用ダクト６３の空気流入の端部は、例えば、天板２０と同程度の高さに位置する。当該部位から給気用ダクト６３内に吸い込まれた空気は、第２の流入通路６３０を通して循環経路５に導入され、ケース２の内部空間に取り込まれる。

電池冷却装置１は、ケース２内で循環する空気の一部がケース２の外部に漏れ出る排出通路６２０を有する。排出通路６２０は、ケース２の内部と外部とを連通する通路である。ケース２の外部の空気は、送風機４の吸引力に伴って第２の流入通路６３０を介して循環通路５に吸い込まれる。

図１に示すように、排気誘導通路６４０は、排出通路６２０から延びてケース２の外部に設けられ、排気誘導ダクト６４によって形成される通路である。排気誘導ダクト６４は、底板２２の下方で排出通路６２０に接続され、底板２２に沿うように側板２３まで延び、そこから屈曲して側板２３に沿うように天板２０の高さまで延設される。排気誘導ダクト６４の出口開口部は、天板２０のわずかの上方で天板２０に沿うように延びている。

この排気誘導ダクト６４の構成により、排気誘導通路６４０は、排出通路６２０から流出した空気をケースの外表面の一つである天板２０に吹き出すように誘導する。すなわち、電池セル３を冷却した後の空気は、排出通路６２０からケース２の外部に流出し、さらに排気誘導通路６４０に誘導されて天板２０に吹き出されるのである。このように、排気誘導通路６４０は、排出通路６２０から流出したケース２内の空気を、ケース２を形成する複数の壁面のうち最も上方に位置する天板２０に対して吹き出すように誘導する。天板２０を複数の壁面のうち最も大きい表面積を有する壁面とした場合には、排気誘導通路６４０は、ケース２を形成する壁面のうち最大表面積を有する壁面の一つである天板２０に対して空気を吹き出すように誘導する。

さらに、排気誘導通路６４０は、排出通路６２０から流出した空気から吸熱して外部への放熱を他の部位よりも促進する放熱促進手段を有する。すなわち、放熱促進手段は、排出通路６２０から流出した空気を、ケース２の外表面に沿うように吹き出す前に冷却する手段である。放熱促進手段は、その一例として、排気誘導ダクト６４の外表面から突出する複数個の板状のフィン６５で構成することができる。フィン６５は、排気誘導ダクト６４の表面積を拡大させるための部材である。また、フィン６５と排気誘導ダクト６４におけるフィン設置部分は、熱伝導性の高い材質で構成され、例えば、アルミニウム、銅、またはそれぞれの合金で形成されている。

排気誘導通路６４０を流れる空気の熱は、排気誘導ダクト６４に熱伝達し、さらに排気誘導ダクト６４からフィン６５を熱伝導することで吸熱され、フィン６５に接触する外部の空気に放熱される。排出通路６２０から流出した空気は、この熱経路によって、排気誘導通路６４０の途中で放熱促進されるのである。

この放熱促進手段は、放熱促進手段で吸熱された後の空気が吹き出されるケース２の外表面を除く他の外表面から離間して設けられる。図１に示す例では、放熱促進手段は、天板２０を除く他の外表面の一つである側板２３から離間して設けられる。すなわち、放熱促進手段をなすフィン６５と側板２３とは、所定の距離、離して設けられ、両者の間には空気が介在する。

排出通路６２０は、循環する空気が天板側通路５１を流れる際に接触する天板２０を除く他の壁面に開口する通路である。排出通路６２０は、集合ダクト６１の下方に位置する底板２２を貫通してケース２の内部と外部とを連通する。排出通路６２０は、ケース２を貫通する小径の穴によって形成され、さらにこの穴の周囲には、他の部分よりも薄肉の円環部が形成されている。この小径の穴は、外部の空気がケース２の内部に取り込まれず、ケース２の内部空気が循環通路５を循環し続ける状況では、排出通路６２０を通して空気が外部に排出されない大きさに設定されている。

排出通路６２０は、圧力弁６２によって構成される。第２の流入通路６３０を通してケース２の内部空間に空気が流入すると、ケース２の内部圧力が高まり、圧力弁６２が作動し、循環通路５からあふれた空気がケース２の外部に排出される。外部の空気がケース２の内部に取り込まれることにより、底板２２付近の空気が押し出されて、排出通路６２０を通して排気誘導通路６４０に漏れ出る。

排出通路６２０は、循環通路５のうち、送風機４から送風された空気が電池セル３と熱交換するときに通る電池通路５２よりも下流に位置し、かつ第１の流入通路５４よりも上流に位置する。したがって、排出通路６２０は、循環通路５を循環する空気が電池セル３と熱交換した後に、その一部が循環通路５からあふれて漏れ出る通路である。排出通路６２０から排気誘導通路６４０に漏れ出る空気の量は、第２の流入通路６３０を通してケース２の外部から取り入れられた空気量と同量である。したがって、ケース２の内部空間は、排出通路６２０及び第２の流入通路６３０を除き、密閉された空間を形成する。

第１実施形態の電池冷却装置１は、複数の電池セル３と、複数の電池セル３を冷却する空気を送風する送風機４と、少なくとも複数の電池セル３を収容するケース２と、排出通路６２０と、排気誘導通路６４０とを備える。排出通路６２０は、ケース２の内部と外部とを連通する通路であり、送風機４によって送風された空気が電池セル３と熱交換した後に、ケース２の外部へ向けて流出する通路である。排気誘導通路６４０は、排出通路６２０から延びてケース２の外部に設けられる通路であって、排出通路６２０から流出した空気をケース２の外表面（例えば天板２０）に吹き出すように誘導する。

この電池冷却装置１によれば、ケース２の内部の電池セル３と熱交換した後に、排出通路６２０からケース２の外部に流出する空気を排気誘導通路６４０を通じてケース２の外表面に吹き出すように誘導する。

従来の装置においては、ケースに収容した電池の発熱は、ケースの内部を流通する空気に移動し、吸熱した空気から放熱面であるケースの壁面を通してケースの外部に放出される。この排熱経路によるケースの外部への放熱は、ケースの壁面を介した輻射伝熱や自然対流放熱に相当するが、この放熱方式では、電池の発熱をケース外部に放出する放熱量が十分ではないという問題がある。

そこで、電池冷却装置１によれば、放熱面として機能するケース２の外表面に対して付近の空気に強制対流を形成するため、ケース２の壁面を介した自然対流放熱を上回る強制対流放熱を発生させることができる。これにより、ケース２の外部への放熱効果を増大し、ケース２の外部への放熱を促進できる。このように、電池の発熱を効果的にケース２の外部に排熱する排熱経路を構築できる。

また、排気誘導通路６４０は、排出通路６２０から流出した空気から吸熱して外部への放熱を他の部位よりも促進する放熱促進手段を有する。放熱促進手段で吸熱された後の空気は、排気誘導通路６４０に誘導されてケース２の外表面に沿うように吹き出される。この構成によれば、放熱面をなすケース２の外表面に沿うように吹き出す空気を、排出通路６２０を流出したときよりも温度低下させることができる。これにより、ケース２の外表面を介した強制対流を伴う放熱効果をさらに大きくすることができる。

さらに放熱促進手段は、放熱促進手段で吸熱された後の空気が吹き出されるケース２の外表面を除く他の外表面から離間して設けられる。この構成によれば、排出通路６２０を流出した空気から吸熱した熱が当該他の外表面に伝熱してしまうことを抑制できる。したがって、当該他の外表面を介した外部への放熱効果が低下してしまうことを抑制することができる。

また、ケース２の内部には、送風機４により送風された空気が電池セル３と熱交換した後、送風機４に吸い込まれる一連の空気の流通経路をなす循環通路５が形成される。排出通路６２０は、ケース２の内外を連通する通路であり、循環通路５を循環する空気が電池セル３と熱交換した後に、当該空気の一部がケース２の外部に漏れ出る通路である。送風機４によってケース２の内部に吸い込まれる空気の流入通路には、第１の流入通路５４及び第２の流入通路６３０の少なくとも二つが含まれる。第１の流入通路５４は、循環通路５の一部であり、ケース２の内部に設けられ、電池セル３と熱交換した後の空気が吸い込まれる通路である。第２の流入通路６３０は、ケース２の外部と送風機４とを連通させる通路である。ケース２の外部の空気は、送風機４の吸引力により第２の流入通路６３０を介して循環通路５に吸い込まれる。

この構成によれば、ケース２の内部に空気の循環流を形成できる程度に新鮮な空気を取り入れ、さらに循環通路５に空気を循環させることによって、継続的に複数の電池セル３を冷却する。この冷却方式により、従来の冷却用の空気を大量に外部から取り入れ、電池を冷却した後、排気する方式に比べ、ケースに大きな流入口及び流出口がなく、また空気の排出に伴って外部へ音が伝搬することがない。したがって、送風機４等から発生する騒音がケース２の外部へ伝搬することを抑制することができる。さらに電池セル３の熱を十分に吸熱するための空気の循環流量を確保することも可能である、また、循環流によって、ケース２の内部を十分にかき混ぜることができるため、電池セル３に対する吸熱効果を高めることが可能である。

さらに、ケース２の内部に設けられた循環通路５は、ケース２を形成する複数の壁面に囲まれている。このように、循環通路５を取り囲むケース２の複数の壁面を放熱媒質として活用することができるので、外部への放熱面積を大きくでき、ケース２の外部へ放熱を促進することができる。これにより、電池の発熱を効果的にケース２の外部に排熱する熱経路を構築するこができる。すなわち、ケース２の壁面全体を放熱面積として活用する効果的な電池冷却を実現できるのである。

さらに、ケース２の外部の新鮮な空気を第２の流入通路６３０から循環通路５に吸引し、吸引流量に対応した空気量を排出通路６２０から排出する。これにより、空気循環の継続に伴う継続的な吸熱作用によって空気に蓄積した熱を確実に放出しつつ、新たに吸熱機能を発揮し得る新鮮な空気を獲得することができる。したがって、この電池冷却装置１によれば、従来技術のように冷凍サイクル等の大掛かりな装置を必要とすることなく、騒音の抑制と電池セル３の効果的な空冷とを両立することができる。

また、排出通路６２０は、循環通路５のうち、送風機４から送風された空気が電池セル３と熱交換するときに通る通路（電池通路５２）よりも下流に位置し、かつ第１の流入通路５４よりも上流に位置する。この構成によれば、電池セルから吸熱した後の温度上昇した空気を確実に排出通路６２０から外部に排出することができる。これにより、空気循環の継続に伴う継続的な吸熱作用によって空気に蓄積した熱を確実に放出することができる。

また、循環通路５は、循環する空気が、ケース２を形成する複数の壁面のうち、少なくとも一つの壁面（例えば、天板２０）に接触しながら流れる通路部分（例えば、天板側通路５１）を含んでいる。この構成によれば、例えば、天板側通路５１が循環通路５の一部を構成するため、循環空気が天板側通路５１を流れる際に、天板２０を通じてケース２の外部に放熱させることができる。このようにケース２の少なくとも一つの壁面を放熱媒質として活用することができるので、外部への放熱面積を確保でき、電池の発熱を効果的にケース２の外部に排熱する熱経路を構築するこができる。

また、第２の流入通路６３０は、循環する空気が上記通路部分（例えば、天板側通路５１）を流れる際に接触する壁面を除く他の壁面（例えば、側板２１）に開口する通路であることが好ましい。

この構成によれば、ケース２の放熱面である天板２０においては外部への放熱を実施し，他の壁面においては、第２の流入通路６３０から新鮮な空気を導入する。これにより、放熱を促進させる壁面と給気を行う壁面とを区別し、ケース２における給気場所と放熱場所とをケース２の周囲環境に適合させることができる。また、放熱面に第２の流入通路６３０を設けた場合には、排熱された周辺の空気を給気することになり、電池セルから吸収した熱が再び循環通路５に戻ってしまうことになりかねない。このような状況となることを回避でき、効果的な給気、放熱を実施できる電池冷却装置１を提供できる。

また、循環する空気が上記通路部分（例えば、天板側通路５１）を流れる際に接触する壁面（例えば、天板２０）は、ケース２を形成する複数の壁面のうち、最も大きい表面積を有する壁面であることが好ましい。この構成によれば、放熱面を構成する壁面がケース２の壁面において表面積の最も大きい壁面であることにより、外部への放熱効果を大きくでき、電池冷却の効果を大きくできる。このケース２には、最も大きい表面積を有する壁面が複数ある場合も含まれる。

また、循環する空気が上記通路部分（例えば、天板側通路５１）を流れる際に接触する壁面は、ケース２を形成する複数の壁面のうち、ケース２の上部に位置し側板２１に対して直交する面をなす上壁面（例えば、天板２０）であることが好ましい。

発明者の検証によれば、電池の熱がケース２の外部に放出される一つの放熱態様として、循環通路５を流通する空気と当該空気が接触するケース２の壁面とを介した輻射伝熱によるものであることがわかっている。さらに、この輻射伝熱については、ケース２を形成する複数の面のうち、上部に位置する上壁面を介した放熱量が顕著であることがわかっている。そこで、上記構成によれば、循環通路５を循環する空気をケース２の上壁面（例えば、天板２０）に接触させることにより、輻射伝熱を促進して、効果的なケース外部への放熱を実施することができる。

また、第２の流入通路６３０は、車室内と送風機４とを連通させる通路であることが好ましい。すなわち、第２の流入通路６３０は、送風機４から車室内まで延びる通路である。この構成によれば、車室内の空気が第２の流入通路６３０を通して循環通路５へ導入される。これにより、空調されている車室内の空気を利用して電池セル３を冷却することができる。例えば、ケース２が、その周囲温度が車室内温度よりも高い環境に設置されている場合であっても、上記構成によれば、周囲温度よりも低温である空調空気を導入することにより、電池セル３から吸熱する効果を高めることができる。

また、排出通路６２０は、所定の圧力が作用したときに開放する通路で構成されることにより、所定の圧力条件を満たした場合にケース２内部に対する空気の流入、流出が行われる。これにより、不必要な空気の流入、排出を防止でき、騒音抑制効果を確実に得ることができる。また、ケース２の内部の温度を低下させたくない場合には、不要な温度低下を抑制して、電池セル３の温度を適温に維持することに寄与できる。

（第２実施形態）
第２実施形態では、第１実施形態の他の形態である電池冷却装置１０１について図２を参照して説明する。図２において、第１実施形態と同様の構成であるものは同一の符号を付し、同様の作用、効果を奏するものである。第２実施形態で特に説明しない構成、作用、効果については、第１実施形態と同様である。以下、第１実施形態と異なる点についてのみ説明する。また、第２実施形態において第１実施形態と同様の構成を有するものは、第１実施形態で説明した同様の作用、効果を奏するものとする。

電池冷却装置１０１は、ケース１０２の内部に、セル積層体１０３を構成する複数の電池セル３及び送風機１０４を収容する。セル積層体１０３は、ケース１０２の内部において、下部に設置される。セル積層体１０３の側方及び上方には、循環通路１０５の一部をなす天板側通路１５３が設けられている。

ケース２の内部には、送風機１０４によって強制的に流れる空気の循環経路をなす循環通路１０５が形成されている。循環通路１０５は、送風機１０４により送風された空気が電池セル３と熱交換した後、送風機１０４に吸い込まれる一連の空気の流通経路をなす。図２に図示するように、循環通路１０５は、第１の流入通路１５４、吹出し通路１５０、電池通路１５２、及び天板側通路１５３を結ぶ一連の通路で構成される。天板側通路１５３は、セル積層体１０３の空気出口から側板１２２に沿って上方に向かう通路部分と、天板１２０とセル集合体１０３との間の通路部分と、天板１２０から下方へ第１の流入通路１５４に向かう通路部分と、を結ぶ通路である。

セル積層体１０３は、隣り合う電池セルの間に形成したセル間通路を有し、このセル間通路は電池通路１５２を構成する。電池通路１５２は、電池ケース１６０によって囲まれ、天板側通路１５３と区画されている。

送風機１０４は、例えば、プロペラファンを有する軸流ファンで構成される。送風機１０４は、吸込み口を形成するオリフィス部と吹出しためのダクト部とを構成する送風ガイド部１４４を有する。送風ガイド部１４４は、吸い込み側に、循環通路５の一部である第１の流入通路１５４を形成する。送風ガイド部１４４は、吹出し側に、循環通路５の一部である吹出し通路１５０を形成する。セル監視ユニットは、電池セル３の温度を常時モニターし、電池セル３の温度に基づいて送風機１０４の運転を制御する。

第１の流入通路１５４は、ケース１０２の内部に設けられ、電池セル３と熱交換した後の空気が送風機１０４に吸い込むための通路である。送風機１０４によって吹出し通路１５０へ送風された空気は、電池通路１５２に流入する。この空気は、電池通路１５２を流れるときに、各電池セル３の外表面から吸熱して各電池セル３を冷却する。この場合、電池セル３の放熱手段の一つは、セルの外装ケース面である。各電池セル３を冷却した空気は、天板側通路１５３を流通する際に、電池セル３との熱交換時に吸熱した熱を天板１２０を通してケース１０２の外部に放熱する。天板１２０を通して放出された熱は、自然対流によってケース１０２の外部に放熱される。

したがって、天板１２０の全体が、ケース１０２内に収容された電池セル３の熱を外部に放出する際の放熱面として機能することになる。また、循環通路１０５を循環する空気が天板側通路１５３を流れる際に接触する天板１２０は、ケース１０２を形成する複数の壁面のうち、最も大きい表面積を有する壁面であることが好ましい。放熱面である天板１２０がケース１０２の壁面において表面積の最も大きい壁面であることにより、外部への放熱効果を大きくでき、電池の効果的な冷却を実施できるからである。

循環通路１０５は、送風ガイド部１４４は及び電池ケース１６０によって囲まれた通路ではケース１０２の壁面に露出せず、それ以外の通路ではケース１０２の壁面に対して露出する通路を構成する。循環通路１０５は、送風機１０４の運転によってケース１０２内を循環する循環空気が、ケース１０２を形成する複数の壁面のうち、少なくとも一つの壁面に接触しながら流れる通路部分を含む。この空気循環の過程で空気が接触する壁面の一つが天板１２０、側板１２１、側板１２２であり、天板１２０、側板１２１及び側板１２２に接触しながら空気が流れる通路部分の一つが天板側通路１５３である。天板側通路１５３を流れる空気は、電池セル３に接触等して熱交換した後の空気である。この循環空気は、天板側通路１５３を流れた後、さらに第１の流入通路１５４、吹出し通路１５０、電池通路５２を流れて再び電池セル３と熱交換することになる。

送風機１０４に吸い込まれる空気の流入通路には、第１の流入通路１５４及び第２の流入通路１６３０の少なくとも二つが含まれる。すなわち、当該空気の流入通路は、第１の流入通路１５４の他に、少なくとも一つ設けられている。第２の流入通路１６３０は、ケース１０２の外部と送風機１０４とを連通させる通路である。第２の流入通路１６３０は、第１の流入通路１５４よりも通路横断面積が小さい通路である。第２の流入通路１６３０は、吹出し通路１５０とは反対側に位置する側板１２１を貫通する給気用ダクト１６３の内部通路である。給気用ダクト１６３は、第１の流入通路１５４とケース２の外部とを接続する。ケース１０２の外部の空気は、送風機１０４の吸引力に伴って第２の流入通路１６３０を介して循環通路１０５に吸い込まれる。

電池冷却装置１０１は、ケース１０２内で循環する空気の一部がケース１０２の外部に漏れ出る排出通路１６２０を有する。排出通路１６２０は、ケース１０２の内部と外部とを連通する通路である。

図２に示すように、排気誘導通路１６４０は、排出通路１６２０から延びてケース１０２の外部に設けられ、排気誘導ダクト１６４によって形成される通路である。排気誘導ダクト１６４は、側板１２２の側方で排出通路１６２０に接続され、側板１２２に沿うように天板１２０の高さまで延設される。排気誘導ダクト１６４の出口開口部は、天板１２０のわずかの上方で天板１２０に沿うように延びている。

この排気誘導ダクト１６４の構成により、排気誘導通路１６４０は、排出通路１６２０から流出した空気をケースの外表面の一つである天板１２０に吹き出すように誘導する。すなわち、電池セル３を冷却した後の空気は、排出通路１６２０からケース１０２の外部に流出し、さらに排気誘導通路１６４０に誘導されて天板１２０に吹き出されるのである。このように、排気誘導通路１６４０は、排出通路１６２０から流出したケース１０２内の空気を、ケース１０２を形成する複数の壁面のうち最も上方に位置する天板１２０に対して吹き出すように誘導する。天板１２０を複数の壁面のうち最も大きい表面積を有する壁面とした場合には、排気誘導通路１６４０は、ケース１０２を形成する壁面のうち最大表面積を有する壁面の一つである天板１２０に対して空気を吹き出すように誘導する。

さらに、排気誘導通路１６４０は、排出通路１６２０から流出した空気から吸熱して外部への放熱を他の部位よりも促進する放熱促進手段を有する。この放熱促進手段は、前述した第１実施形態と同様の構成を有し、同様の作用、効果を奏する。

排出通路１６２０は、側板１２２を貫通してケース１０２の内部と外部とを連通する。排出通路１６２０は、ケース１０２を貫通する小径の穴によって形成され、さらにこの穴の周囲には、他の部分よりも薄肉の円環部が形成されている。この小径の穴は、外部の空気がケース１０２の内部に取り込まれず、ケース１０２の内部空気が循環通路１０５を循環し続ける状況では、排出通路１６２０を通して空気が外部に排出されない大きさに設定されている。

排出通路１６２０は、圧力弁１６２によって構成される。第２の流入通路１６３０を通してケース１０２の内部空間に空気が流入すると、ケース１０２の内部圧力が高まり、圧力弁１６２が作動し、循環通路１０５からあふれた空気がケース１０２の外部に排出される。外部の空気がケース１０２の内部に取り込まれることにより、側板１２２付近の空気が押し出されて、排出通路１６２０を通して排気誘導通路１６４０に漏れ出る。

排出通路１６２０は、循環通路１０５のうち、送風機１０４から送風された空気が電池セル３と熱交換するときに通る電池通路１５２よりも下流に位置し、かつ第１の流入通路１５４よりも上流に位置する。したがって、排出通路１６２０は、循環通路１０５を循環する空気が電池セル３と熱交換した後に、その一部が循環通路１０５からあふれて漏れ出る通路である。排出通路１６２０からケース１０２の外部に漏れ出る空気の量は、第２の流入通路１６３０を通してケース１０２の外部から取り入れられた空気量と同量である。したがって、ケース１０２の内部空間は、排出通路１６２０及び第２の流入通路１６３０を除き、密閉された空間を形成する。

電池冷却装置１０１は以下の特有な構成を有し、これに伴う効果を奏する。循環通路１０５を循環する空気が接触する壁面は、上下方向の面をなすケース１０２の側面（例えば、側板１２１，１２２）及び側板１２１に対して直交する面をなす上壁面（例えば、天板１２０）の少なくとも一つを含むことが好ましい。

発明者の検証によれば、電池の熱がケース１０２の外部に放出される一つの放熱態様として、循環通路１０５を流通する空気と当該空気が接触するケース１０２の壁面とを介した輻射伝熱によるものと、自然対流放熱によるものであることがわかっている。さらに、この輻射伝熱については第１実施形態に記載のとおりであり、ケース１０２の上壁面を介した放熱量が顕著であることがわかっている。自然対流放熱については上下方向の面をなす側板１２１，１２２を介した放熱量が顕著であることがわかっている。

そこで、上記構成によれば、循環通路１０５を循環する空気を天板１２０に接触させた場合には輻射伝熱を促進することができ、循環通路１０５を循環する空気を側板１２１，１２２に接触させた場合には自然対流放熱を促進することができる。また、図２に図示するように、循環通路１０５を循環する空気を天板１２０、及び側板１２１，１２２に接触させた場合には、輻射伝熱及び自然対流放熱を促進することができる。したがって、上記構成によれば、輻射伝熱及び自然対流放熱の少なくとも一つによる放熱作用を活用することにより、効果的なケース外部への放熱を実施することができる。

（第３実施形態）
第３実施形態では、第１実施形態の他の形態である電池冷却装置２０１について図３を参照して説明する。図３において、第１実施形態と同様の構成であるものは同一の符号を付し、同様の作用、効果を奏するものである。第３実施形態で特に説明しない構成、作用、効果については、第１実施形態と同様である。以下、第１実施形態と異なる点についてのみ説明する。また、第３実施形態において第１実施形態と同様の構成を有するものは、第１実施形態で説明した同様の作用、効果を奏するものとする。

電池冷却装置２０１は、電池冷却装置１に対して、放熱促進手段の具体的形態が相違する。図３に示すように、電池冷却装置２０１の放熱促進手段は、水、冷媒等との熱交換によって排気誘導ダクト６４内の排気を冷却する熱交換装置２６５で構成される。熱交換装置２６５は、冷却用流体が流通する熱交換用ダクト７０と、熱交換用ダクト７０と接触して一体に設けられる排気誘導ダクト６４の所定部分とを備える。排気誘導ダクト６４の当該所定部分及び熱交換用ダクト７０の接触部分は、熱伝導性の高い材質で構成され、例えば、アルミニウム、銅、またはそれぞれの合金で形成される。また、排気誘導ダクト６４と熱交換用ダクト７０との接触部には、熱伝導性の高いシート、軟質材を介在させて、両者の密着性を高めるようにしてもよい。

この放熱促進手段によれば、電池セル３から吸熱した後、排出通路６２０から流出した空気を、排気誘導通路６４０を流通する途中で上記の冷却用流体との熱交換によって冷却してから、天板２０に向けて吹き出すことができる。この冷却用流体の流速や温度を制御することにより、天板２０に向けて吹き出す空気を適切な温度制御可能である。したがって、天板２０からの放熱量を大きくすることもでき、電池セル３の冷却能力を高めた電池冷却装置２０１を提供することができる。

（他の実施形態）
上述の実施形態では、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は上述した実施形態に何ら制限されることなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲において種々変形して実施することが可能である。上記実施形態の構造は、あくまで例示であって、本発明の範囲はこれらの記載の範囲に限定されるものではない。本発明の範囲は、特許請求の範囲の記載によって示され、さらに特許請求の範囲の記載と均等の意味および範囲内での全ての変更を含むものである。

上記実施形態において、複数の電池セル３を冷却するためにケース２，１０２の内部を流れる空気は、ケース２，１０２の内部を循環する循環流を形成するが、開示する発明に含まれる冷却のための空気流れは、このような空気流れに限定されない。開示する発明に含まれる冷却のための空気流れは、ケース２，１０２の内部を循環する流れを形成しない形態であってもよい。例えば、ケース２，１０２の外部から内部に取り込まれた空気が電池セルと熱交換して冷却した後、ケース２，１０２の外部に排出される形態、すなわち、電池セル３に対してワンパスとなる形態であってもよい。

上記の各実施形態で説明する図１及び図２において、送風機４，１０４に吸い込まれる空気の流入通路は、第１の流入通路５４，１５４の他に、一つの第２の流入通路で構成されているが、一つに限定されず、二つ以上であってもよい。

上記実施形態において、ケース２，１０２において、最も表面積の大きい壁面は、各ケースの天面であるが、当該壁面は、天面に限定されず、側面、底面であってもよい。

開示する発明に含まれる放熱促進手段は、上記実施形態に記載したフィン６５，１６５、水、冷媒等との熱交換による熱交換装置２６５に限定されない。放熱促進手段は、例えば、排気誘導ダクト６４，１６４に対する強制風によって排気を冷却する装置であってもよい。

上記の各実施形態において開示する放熱促進手段は、放熱促進手段で吸熱された後の空気が吹き出されるケースの外表面を除く他の外表面から離間して設けられる形態であるが、これに限定されない。例えば、放熱促進手段は、ケースの外表面に断熱部材等介して接触するように設けられるものであってもよい。

１，１０１，２０１…電池冷却装置
２，１０２…ケース
３…電池セル
４，１０４…送風機（送風手段）
２０，１２０…天板（ケースの外表面）
６２０，１６２０…排出通路
６４０，１６４０…排気誘導通路

Claims (7)

1. 複数の電池セル（３）と、
   前記複数の電池セルを冷却する空気を送風する送風手段（４；１０４）と、
   少なくとも前記複数の電池セルを収容するケース（２；１０２）と、
   前記ケースの内部と外部とを連通する通路であって、前記送風手段によって送風された空気が前記電池セルと熱交換した後に、前記ケースの外部へ向けて流出する排出通路（６２０；１６２０）と、
   前記排出通路から延びて前記ケースの外部に設けられる通路であって、前記排出通路から流出した前記空気を前記ケースの外表面（２０；１２０）に吹き出すように誘導する排気誘導通路（６４０；１６４０）と、
   を備えることを特徴とする電池冷却装置。
2. 前記排気誘導通路（６４０；１６４０）は、前記排出通路から流出した前記空気から吸熱して外部への放熱を他の部位よりも促進する放熱促進手段（６５；１６５）を有し、
   前記放熱促進手段で吸熱された後の空気は、前記排気誘導通路に誘導されて前記ケースの外表面に沿うように吹き出されることを特徴とする請求項１に記載の電池冷却装置。
3. 前記放熱促進手段は、前記放熱促進手段で吸熱された後の空気が吹き出される前記ケースの外表面（２０；１２０）を除く他の外表面（２３；１２２）から離間して設けられることを特徴とする請求項２に記載の電池冷却装置。
4. 前記排気誘導通路（６４０；１６４０）は、前記排出通路から流出した前記ケース内の空気を、前記ケースを形成する前記複数の壁面のうち最も上方に位置する壁面に対して吹き出すように誘導することを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか一項に記載の電池冷却装置。
5. 前記排気誘導通路（６４０；１６４０）は、前記排出通路から流出した前記ケース内の空気を、前記ケースを形成する前記複数の壁面のうち最も大きい表面積を有する壁面に対して吹き出すように誘導することを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか一項に記載の電池冷却装置。
6. さらに、前記ケースの内部に形成される空気の循環通路であって、前記ケースの内部に設けられる前記送風手段によって送風された空気が前記電池セルと熱交換した後、前記送風手段に吸い込まれる一連の空気の流通経路をなす循環通路（５；１０５）と、
   前記送風手段に吸い込まれる第１の流入通路（５４；１５４）及び第２の流入通路（６３０；１６３０）と、を備え、
   前記第１の流入通路は、前記循環通路の一部であり、前記ケースの内部に設けられ、前記電池セルと熱交換した後の空気が吸い込まれる通路であり、
   前記第２の流入通路は、前記ケースの外部と前記送風手段とを連通させる通路であり、
   前記ケースの外部の空気は、前記送風手段の吸引力により前記第２の流入通路を介して前記循環通路に吸い込まれることを特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれか一項に記載の電池冷却装置。
7. 前記排出通路（６２０；１６２０）は、前記循環通路のうち前記送風手段から送風された空気が前記電池セルと熱交換するときに通る通路（５２；１５２）よりも下流に位置し、かつ前記第１の流入通路（５４；１５４）よりも上流に位置することを特徴とする請求項６に記載の電池冷却装置。

Images