JP2017091658A - 車両用電池パック - Google Patents

Abstract

【課題】車両用電池パックにおいて、小型化を図り、さらに、複数の冷却ファンを用いても特別な制御を用いることなく、唸り音を抑制することである。【解決手段】車両用電池パック２０は、複数の電池を含む電池スタック２４と、電池スタック２４に冷却風を供給する冷却経路６６と、冷却経路６６の吸気口にそれぞれ吹出口が接続される２台の冷却ファン２６，２８とを含み、２台の冷却ファン２６，２８は、それぞれ互いに異なる動翼数を有する。２台の冷却ファン２６，２８と電池スタック２４とを収容するパックケース２２において、ケース本体部３０にケースカバー３２を組付して冷却経路６６が形成される。【選択図】図２

Description

本発明は、車両用電池パックに係り、特に、冷却ファンを用いて電池を冷却する車両用電池パックに関する。

二次電池は、動作時の発熱によって温度が上昇すると電池特性が変化するので、冷却が行われる。

特許文献１には、２つのバッテリパックを有する電源装置において、バッテリパックのそれぞれに冷却ファンユニットが配置され、冷却ファンユニットのそれぞれに排気ダクトが接続される構成が述べられている。

特許文献２には、車両用のバッテリパックとして、規格が同一である複数の冷却ファンを用いて電池に冷却空気を送風する構成では、複数の冷却ファンがほぼ同じ回転数で回転し、ほぼ同じピーク周波数で振動し、約１Ｈｚの唸り音が生じることが指摘されている。

そこで、回転数制御回路を設け、それぞれの冷却ファンの回転数について互いに約１０％異ならせる制御を行うことが開示されている。これにより、周波数分析では約９Ｈｚの唸り現象が生じているが、唸り音としてはほとんど聞こえなくなると述べている。

特開２００７−２２３５２３号公報 特開２００５−２７６５９１号公報

複数の電池を含む電池パックを車両に搭載するときは、搭載が可能な空間が限られるので、電池パックの省スペース化が望まれる。電池パックに冷却ファンを内蔵すれば外付けのダクト等の省略が可能になって全体の小型化が図れるが、内蔵の冷却ファンは小型となるので、複数台の冷却ファンを用いる必要がある。同じ冷却ファンを同時に運転すると、特許文献２で指摘されるように、唸り音が生じやすい。唸り音を抑制するために回転数を変えるには、回転数制御回路等が必要となる。そこで、特別な制御を用いることなく、複数の冷却ファンを用いても唸り音を抑制できる小型の車両用電池パックが望まれる。

本発明の１つの形態に係る車両用電池パックは、複数の電池を含む電池スタックと、電池スタックに冷却風を供給する冷却経路と、冷却経路の吸気口にそれぞれ吹出口が接続される複数の冷却ファンと、を含み、複数の冷却ファンは、それぞれ互いに異なる動翼数を有することを特徴とする。

本発明の１つの形態に係る車両用電池パックによれば、複数の冷却ファンを内蔵するので、外付けのダクト等を省略でき、全体として小型化を図れる。

また、複数の冷却ファンは、それぞれ互いに異なる動翼数を有する。動翼数とは、冷却ファンの回転体に取り付けられる羽根、すなわち動翼の数である。冷却ファンの騒音の基本周波数は、回転体の回転数と動翼数との積で定まる。動翼数を異ならせることで、各冷却ファンの騒音の基本周波数を異ならせることができ、回転体の回転数を変更することと同等の効果となり、回転制御系を共通にしても、各冷却ファンの騒音の間で生じ得る唸り音を抑制できる。

本発明に係る車両用電池パックによれば、特別な制御を用いることなく、複数の冷却ファンを用いても唸り音を抑制でき、小型化を図れる。

本発明に係る実施の形態の車両用電池パックの車両内の配置図である。 本発明に係る実施の形態の車両用電池パックにおいて、ケースカバーを外し内部に収容される電池スタックを見える状態として示す斜視図である。 本発明に係る実施の形態の車両用電池パックにおいて、ケースカバーを組付して一体化した状態を示す図である。図３（ａ）は平面図であり、（ｂ）は排気口側から見た側面図である。 本発明に係る実施の形態の車両用電池パックにおいて、ケースカバーを組付して一体化した状態を示す斜視図である。ここでは、車両用電池パックにおける冷却風の流れが示される。 本発明に係る実施の形態の車両用電池パックについて、冷却経路の冷却風の流し方の他の例を示す図である。図５（ａ）は、冷却経路の両端側から中央側に向けて冷却風を流す例を示す図で、（ｂ）は、冷却経路の底部側から上方側に向けて冷却風を流す例を示す図である。

以下に図面を用いて本発明に係る実施の形態につき、詳細に説明する。以下では、車室の後部座席の下側に電池パックが配置されるものとしたが、これは例示であって、車両の仕様等によって適宜変更が可能である。以下では、電池パックに内蔵される冷却ファンを２台としたが、これも例示であって、電池パックに要求される冷却性能に応じ、３台以上とすることもできる。

以下で述べる形状等は、説明のための例示であって、車両用電池パックの仕様に合わせ、適宜変更が可能である。以下では、全ての図面において同様の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。

図１は、車両１０において車両用電池パック２０が配置される位置を示す図である。以下では、車両用電池パック２０を、特に断らない限り電池パック２０と呼ぶ。車両１０の内部の空間の広さは限られているので、図１の例では、後部座席１２の下側に電池パック２０が配置される。電池パック２０は、パックケース２２の内部に、電池スタック２４と、２台の冷却ファン２６，２８と、を含んで構成される。

図２は、電池パック２０の斜視図である。図３は、電池パック２０の平面図と側面図である。図２、図３に、直交する３方向として、長手方向と幅方向と高さ方向とを示す。

パックケース２２は、ケース本体部３０と、ケース本体部３０を覆うケースカバー３２で構成される。図２では、ケースカバー３２をケース本体部３０から分離して電池スタック２４が見える状態を示し、図３では、ケース本体部３０とケースカバー３２とを一体化した電池パック２０の状態を示す。なお、図２、図３では、電池パック２０に設けられる電極配線、電池電圧センサ、電池温度センサ等の他の部材の図示を省略した。

パックケース２２の内部に収容される電池スタック２４は、複数の単電池を直列及び並列に接続して、車両搭載の電気機器に必要な高電圧、大電流を出力可能とした組電池である。単電池としては、リチウムイオン電池、ニッケル水素電池等を用いることができる。

冷却ファン２６，２８は、電池パック２０に内蔵される冷却用の送風機である。内蔵が可能な冷却用の送風機は小型となるので、複数台の冷却用の送風機を用いる必要がある。図２の例では、２台の冷却ファン２６，２８を用いる。冷却ファン２６，２８は、軸方向に吸気して径方向に吐出して吹き出すシロッコファンを用いる。冷却ファン２６，２８は同じ外形仕様であるが、回転体に取り付けられる羽根である動翼の数が互いに異なる。

冷却ファン２６，２８の動翼数を互いに異ならせる理由を以下に述べる。冷却ファン２６，２８の送風騒音は周波数特性を有し、特定の周波数で送風騒音のレベルが最大となる。この送風騒音が最大となる騒音のピーク周波数を騒音の基本周波数と呼ぶと、冷却ファン２６，２８のそれぞれについての騒音の基本周波数が近接すると、唸り音が生じる。騒音の基本周波数は、回転体の回転数と動翼数の積で定まる。そこで、冷却ファン２６，２８の動翼数を互いに異ならせることで、冷却ファン２６，２８の騒音の基本周波数を異ならせることができる。例えば、冷却ファン２６，２８の間で動翼数を約１０％異ならせると、動翼数が同じで回転体の回転数を約１０％異ならせるのと同等に唸り音を抑制する効果を生じる。これにより、２台の冷却ファン２６，２８の間で回転数を互いに変更する等の特別な制御を行うことなく、唸り音を抑制することができる。

パックケース２２は、電池パック２０の外形を形づくり、車体に接続して固定するための複数の接続部３４ａ，３４ｂ，３４ｃ，３４ｄ（図３参照）を有するケース体である。

ケース本体部３０は、２台の冷却ファン２６，２８を配置して収容するファン収容部４０と、電池スタック２４を収容する電池収容部４２とで構成される。ファン収容部４０と電池収容部４２とは、ケース本体部３０の長手方向に沿って配置される。

電池収容部４２は、上方側に開口を有し、底部４４と、底部４４から立ち上がる側壁部４６，４８と、電池収容部４２との間の境界壁を形成する一方壁部５０と、一方壁部５０に向かい合う他方壁部５２とを有する。一方壁部５０には、２つの開口部６０，６２が設けられる。開口部６０は、冷却ファン２６の吹出口５９に接続され、開口部６２は、冷却ファン２８の吹出口６１に接続される。

電池収容部４２において、底部４４の底面を基準とすると、他方壁部５２の高さＨ５２は一方壁部５０の高さＨ５０よりも低い。側壁部４６，４８の高さＨ４６は、他方壁部５２の高さＨ５２よりもさらに低く設定される。すなわち、Ｈ５０＞Ｈ５２＞Ｈ４６の関係を有する。

ケースカバー３２は、天井部５４と、天井部５４の両側から立ち下がる側壁部５６，５８とを有し、天井部５４に向かい合う側と長手方向の両端側とには壁部を有さないトンネル形状の部材である。ケースカバー３２の長手方向に沿った長さは、ケース本体部３０の一方壁部５０と他方壁部５２が互いに向かい合う長手方向の間隔と同じかやや小さめに設定される。天井部５４の下面を基準としたケースカバー３２の側壁部５６，５８の高さＨ５６は、Ｈ５６＝（Ｈ５０−Ｈ４６）に設定される。換言すると、（Ｈ５６＋Ｈ４６）＝Ｈ５０である。

ケース本体部３０の一方壁部５０と他方壁部５２とが互いに向かい合う長手方向の間隔のところに、ケースカバー３２を嵌め込むと、ケースカバー３２の側壁部５６，５８の下面は、ケース本体部３０の側壁部４６，４８の上面に載る。これにより、ケースカバー３２はケース本体部３０の電池収容部４２の上方側の開口を覆う。ケースカバー３２が電池収容部４２を覆う状態に組付されると、図示しない適当な固定部材によってケースカバー３２とケース本体部３０とが固定される。

かかるケース本体部３０とケースカバー３２とは、適当な強度と電気絶縁性を有する材料を用いて所定の形状に成形したものが用いられる。材料としては、電気絶縁性の表面処理を施したアルミニウム合金等の金属や、プラスチックを用いることができる。

図４は、ケースカバー３２がケース本体部３０に組付された状態を示す斜視図である。ケースカバー３２がケース本体部３０に組付されると、ケース本体部３０の一方壁部５０の上面の高さと、ケースカバー３２の一方端の上面の高さとが揃う。一方、ケース本体部３０の他方壁部５２の上面の高さ位置は、ケースカバー３２の天井部５４の下面の高さ位置よりも低いので、ケースカバー３２の天井部５４の下面とケース本体部３０の他方壁部５２の上面との間に隙間６４が生じる。これは、ケースカバー３２がケース本体部３０に組付された状態において、ケース本体部３０の底部４４の底面を基準としたケースカバー３２の天井部５４の下面の高さ位置は、（Ｈ５６＋Ｈ４６）＝Ｈ５０であり、Ｈ５０はＨ５２よりも高いためである。

図４を参照して、ケースカバー３２がケース本体部３０に組付された状態において、ケースカバー３２、電池収容部４２の底部４４、側壁部４６，４８、一方壁部５０、他方壁部５２とで囲まれた空間６６が形成される。空間６６には、冷却対象である電池スタック２４が配置され、電池スタック２４を冷却するための冷却風が流れるので、以下では空間６６を、冷却経路６６と呼ぶ。

冷却経路６６の長手方向に沿った一方端である一方壁部５０には、冷却ファン２６，２８の吹出口５９，６１にそれぞれ接続される２つの開口部６０，６２が設けられる。２つの開口部６０，６２は、冷却経路６６における吸気口に対応する。冷却経路６６の長手方向に沿った他方端においては、他方壁部５２とケースカバー３２との間に隙間６４が形成される。隙間６４は、冷却経路６６における排気口に対応する。

図４において、冷却ファン２６，２８の吸気口から吸いこまれる車室内の空気を供給空気７０ａ，７０ｂとして、その流れを白抜矢印で示す。電池スタック２４の動作中の温度は車室内の空気の温度よりも高いので、供給空気７０ａ，７０ｂは、電池スタック２４を冷却する冷媒として用いることができる。冷却ファン２６，２８を動作させることで、冷却経路６６における吸気口である開口部６０，６２から供給空気７０ａ，７０ｂが所定の流速と所定の流量で冷却経路６６内に吹きだす。冷却経路６６において、電池スタック２４を冷却しながら流れる空気の流れを冷却風７２ａ，７２ｂとして、破線の白抜矢印で示す。冷却風７２ａ，７２ｂは、冷却経路６６の排気口である隙間６４から車室内または車両１０の外部に排出される。排出される冷却風７２ａ，７２ｂを、排気７４ａ，７４ｂとして、白抜矢印で示す。

冷却経路６６は、吸気口である開口部６０，６２と排気口である隙間６４とを有し、冷却対象である電池スタック２４に冷却風７２ａ，７２ｂを供給する。冷却経路６６の吸気口である開口部６０，６２には、電池パック２０に内蔵される２台の冷却ファン２６，２８のそれぞれの吹出口５９，６１が接続される。この構成の電池パック２０によれば、外部に冷却ファンもダクトも設ける必要がなく、小型化が図れる。小型化に伴い、２台の冷却ファン２６，２８を用いるが、２台の冷却ファン２６，２８の動翼数を互いに異ならせるので、２台の冷却ファン２６，２８を同時に並列に同じ回転数で運転しても、唸り音を抑制できる。

上記では、冷却経路６６の断面の全面に渡って冷却風７２ａ，７２ｂを流すものとした。図５は、冷却経路６６の冷却風の流し方の他の例を示す図である。

図５（ａ）の電池パック８０では、冷却ファン２６，２８として、図２から図４で述べたシロッコファンを用い、電池パック８０の上方側から供給空気７０ａ，７０ｂを吸い込み、冷却ファン２６，２８の径方向に向けて吹き出させる。冷却経路６６の吸気口である２つの開口部８１，８２は、冷却経路６６の幅方向の両端側にそれぞれ設けられる。冷却経路６６内では、冷却経路６６の両端側から中央側に向けて冷却風８４が流れる。排気口８６は、冷却経路６６の中央側に設けられる。

図５（ｂ）の電池パック９０では、冷却ファン２７，２９として、シロッコファンでなくプロペラファンを用い、電池パック９０の上方側から供給空気７０ａ，７０ｂを吸い込み、電池パック９０の底部側に向かって吹き出させる。冷却経路６６の吸気口である開口部９２は、冷却経路６６の底部側に設けられる。冷却経路６６内では、冷却経路６６の底部側から上方側に向けて冷却風９４が流れる。排気口９６は、冷却経路６６の上方側に設けられる。

図５（ａ）、図５（ｂ）の例においても、図２から図４で述べた構成と同様の作用と効果を奏する。

１０ 車両、１２ 後部座席、２０，８０，９０ （車両用）電池パック、２２ パックケース、２４ 電池スタック、２６，２７，２８，２９ 冷却ファン、３０ ケース本体部、３２ ケースカバー、３４ａ，３４ｂ，３４ｃ，３４ｄ 接続部、３６ 天井部、４０ ファン収容部、４２ 電池収容部、４４ 底部、４６，４８，５６，５８ 側壁部、５０ 一方壁部、５２ 他方壁部、５４ 天井部、５９，６１ 吹出口、６０，６２，８１，８２，９２、開口部（吸気口）、６４，８６，９６ 隙間（排気口）、６６ 冷却経路（空間）、７０ａ，７０ｂ 供給空気、７２ａ，７２ｂ，８４，９４ 冷却風、７４ａ，７４ｂ 排気。

Claims (1)

1. 複数の電池を含む電池スタックと、
   前記電池スタックに冷却風を供給する冷却経路と、
   前記冷却経路の吸気口にそれぞれ吹出口が接続される複数の冷却ファンと、
   を含み、
   前記複数の冷却ファンは、それぞれ互いに異なる動翼数を有することを特徴とする車両用電池パック。

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