JP4321006B2

JP4321006B2 - Battery system and cooling structure

Info

Publication number: JP4321006B2
Application number: JP2002117882A
Authority: JP
Inventors: 省吾米田
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2002-04-19
Filing date: 2002-04-19
Publication date: 2009-08-26
Anticipated expiration: 2022-04-19
Also published as: JP2003317813A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、冷却構造および電池システムに関し、より特定的には、電気自動車などの電動機を駆動源とする車両に搭載される電池群を冷却するための冷却構造および電池システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、電動機を駆動源とした電気自動車や、電動機とガソリンエンジンなど複数種類の駆動源を有する、いわゆるハイブリッドカーが実用化されてきている。このような電気自動車などには、電動機などにエネルギーである電気を供給するための電池が搭載されている。この電池としては、繰返し充放電が可能なニッカド電池（Ｎｉ−Ｃｄ電池）やニッケル−水素電池などの二次電池が用いられる。
【０００３】
上記のような二次電池では、電池において充放電が行われる際に、電池の構成要素である電池セルから熱が発生する。電池セルの性能劣化を防止するため、この熱を適切に除去する必要がある。
【０００４】
このように電池を冷却するための手法の１つとして、従来、自動車の車内から空気を取り込み、その空気を送風ファンなどにより冷却風として電池に供給するという手法が知られている。図８は、送風ファンを用いて冷却風を電池パックに供給することにより電池の冷却を行なう電池システムを示す平面模式図である。図８を参照して、従来の電池システムを説明する。
【０００５】
図８に示すように、電池システムは自動車などに搭載される電池システムであって、筐体の内部に電池としてのモジュール集合体１１１が保持された電池パック１０５と、この電池パックの筐体に形成され、筐体とモジュール集合体１１１の上面との間に形成された冷媒導入空間に面する開口部に接続された送風ダクト１２０と、この送風ダクト１２０に接続された送風ファン１２１とを備える。送風ファン１２１は、冷媒導入空間のほぼ中央と開口部のほぼ中央とを通る中心軸１２６と重なる位置に配置されている。モジュール集合体１１１は、電池モジュール１１７が中心軸１２６に沿った方向に積層されることにより構成されている。電池モジュール１１７は複数の電池セルを含む。隣接する電池モジュール１１７の間には、図示していないが冷却風を流通させるための間隙が形成されている。また、電池パック１０５の筐体には、図示していないが電池パック１０５の内部から冷却風を排出するための排気口が形成されている。
【０００６】
図８に示した電池システムでは、以下のようにモジュール集合体１１１が冷却される。すなわち、図８に示した電池システムでは、自動車の車内などから冷却風として利用する空気を図示していない吸気ダクトなどから送風ファン１２１に供給する。そして、その空気は、送風ファン１２１により矢印で示すように送風ダクト１２０を介して電池パック１０５の内部に冷却風として供給される
電池パック１０５に供給された冷却風は、モジュール集合体１１１の上部側に位置する冷媒導入空間に供給される。そして、冷却風は電池モジュール１１７の間の間隙を流通することにより、モジュール集合体１１１の下側へと流れる。このとき、冷却風によりモジュール集合体１１１を構成する電池モジュール１１７が冷却される。そして、モジュール集合体１１１の下側に流れた冷却風は、図示しない排気口から電池パック１０５の外部に排出される。このようにして、電池システムを構成するモジュール集合体１１１は冷却される。
【０００７】
また、図８に示したように、モジュール集合体１１１の中心軸と平行に延びる中心軸１２６上に重なるように送風ファン１２１が配置されているので、送風ファン１２１からモジュール集合体１１１に向けて供給される冷却風は、中心軸１２６を中心としてほぼ対称に、冷媒導入空間を介してモジュール集合体１１１の全体に満遍なく供給されることになる。このため、図８に示したように送風ファン１２１を配置する場合、比較的容易にモジュール集合体１１１の全体を偏り無く冷却することができる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、自動車に電池システムを搭載する場合、電池システムを搭載する部分の容積、あるいは自動車の他の構成部材の形状や配置などの制約から、図８に示したように中心軸１２６上に送風ファン１２１を配置できない場合がある。そのような場合、図８において点線で示したように、中心軸１２６から矢印１４０に示すようにずれた位置に送風ファン１２１ａ、１２１ｂを配置する必要がある。また、それぞれの送風ファン１２１ａ、１２１ｂと電池パック１０５とは、それぞれ屈曲した形状を有する送風ダクト１２０ａ、１２０ｂにより接続される。なお、このとき送風ファン１２１ａ、１２１ｂの送風方向を示す送出方向軸１２７は、送風ファン１２１の送風方向と同様であって、中心軸１２６とほぼ平行になっている。
【０００９】
このように、中心軸１２６からずれた位置に送風ファン１２１ａ、１２１ｂを配置する場合、以下のような問題があった。たとえば、中心軸１２６からずれた位置に送風ファン１２１ｂが配置された場合を考える。この場合、送風ファン１２１ｂから送出方向軸１２７に沿って送出された冷却風は、点線で示した送風ダクト１２０ｂの壁面に衝突した後、矢印１４２に示すように電池パック１０５の筐体内部に流入する。このとき、送風ダクト１２０ｂの壁面は冷却風の流れを妨げる抵抗として作用するため、電池パック１０５に供給される冷却風の流速はある程度低下するとともに、冷却風の流速分布もばらつくことになる。さらに、冷却風が送風ダクト１２０ｂの壁面に衝突するため、衝突後の冷却風はその大部分が矢印１４２に示した方向に流れる。そのため、領域１４１として示した部分には、充分な冷却風が供給されない場合があった。この結果、モジュール集合体１１１の全体を均一に冷却する困難になっていた。このように、モジュール集合体１１１の全体を均一に冷却できない場合、モジュール集合体１１１の温度が局所的にばらつくことになる。この結果、モジュール集合体１１１を構成する電池セルの特性が劣化する、あるいは電池セル出力が所定レベル以下に制限される、または電池の寿命が短くなるといった問題が起きる場合があった。
【００１０】
この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、この発明の目的は、電池の短寿命化や特性の劣化などを抑制することが可能な電池システムおよび電池群を冷却するための冷却構造を提供することである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
この発明に従った電池システムは、単電池および電池モジュールのいずれかを複数個含む箱状の電池群と冷却媒体送出部材とカバー部材とを備える。冷却媒体送出部材は、電池群に冷却媒体を供給するものである。カバー部材は電池群を取り囲む。電池群の一の外周側面とカバー部材の壁面との間には、冷却媒体送出部材から一の外周側面に沿う方向に冷却媒体が供給される冷媒導入空間が形成されている。電池群における一の外周側面とは異なる他の外周側面上には、冷媒導入空間から電池群を構成する複数の単電池および電池モジュールのいずれかの間に形成された間隙を介して冷却媒体が流入するとともに、他の外周側面に沿った方向に冷却媒体を排出するための冷媒排出空間が形成されている。カバー部材には、矩形状の開口部と、排出口とが形成される。矩形状の開口部は、冷媒導入空間に面し、冷却媒体送出部材から供給された冷却媒体が流入する。排出口は、冷媒排出空間に面し、電池群に供給された冷却媒体を排出するためのものである。上記電池システムは、さらに、開口部に一方端部が接続され、冷却媒体送出部材に他方端部が接続された送風ダクトを備える。冷却媒体送出部材は、冷媒導入空間における冷却媒体の供給方向と平行であって冷媒導入空間の冷却媒体の供給方向に対して垂直な断面における幅方向の中央と開口部の中央とを通る中心軸から、一の外周側面に沿った方向においてずれた位置に配置され、かつ、冷却媒体送出部材における冷却媒体を送出するための冷媒供給口の面する方向および冷媒供給口から冷媒導入空間に到る冷却媒体の流れ方向は、一の外周側面に沿った方向において電池群の中心側へ指向するように配置されている。送風ダクトは、冷媒供給口から冷媒導入空間の両端部に向かって広がるような形状を有している。
【００１２】
また、この発明に従った電池群を冷却するための冷却構造は、単電池および電池モジュールのいずれかを複数個含む箱状の電池群を冷却するための冷却構造であって、カバー部材と冷却媒体送出部材とを備える。カバー部材は電池群を内部に収納する。冷却媒体送出部材は、電池群に冷却媒体を供給するためのものである。電池群の一の外周側面とカバー部材の壁面との間には、壁面に形成された矩形状の開口部を介して冷却媒体送出部材から一の外周側面に沿う方向に冷却媒体が供給される冷媒導入空間が形成されている。電池群における一の外周側面と対向する他の外周側面とカバー部材の他の壁面との間には、冷媒導入空間から電池群を構成する単電池および電池モジュールのいずれかの間の間隙を介して冷却媒体が流入するとともに、他の外周側面に沿った方向に冷却媒体を排出するための冷媒排出空間が形成されている。冷却媒体送出部材は冷却媒体を送出する冷媒供給口を有する。上記電池群を冷却するための冷却構造は、さらに送風ダクトを備える。送風ダクトは、開口部に一方端部が接続され、冷却媒体送出部材に他方端部が接続されている。送風ダクトは、冷媒供給口から冷媒導入空間の両端部に向かって広がるような形状を有する。開口部は、電池群の一の外周側面に沿った方向での冷媒導入空間における端部に面するカバー部材の壁面に形成される。冷却媒体送出部材は、開口部の中央と冷媒導入空間の中央を通る中心軸からずれた位置に配置されている。また、冷媒供給口が含まれる平面が中心軸に対して垂直な方向から開口部側に傾くように、上記平面は中心軸と斜交している。
【００１３】
このようにすれば、上記中心軸からずれた位置に冷却媒体送出部材を配置していても、冷却媒体送出部材からカバー部材の開口部側に冷却媒体をスムーズに供給することができる。このため、送出方向軸が中心軸とほぼ平行である場合より、開口部へ供給される冷却媒体の流速分布の乱れを小さくできる。そのため、カバー部材の開口部を介して電池の全体へ冷却媒体を満遍なく供給することができる。この結果、電池全体を効果的に冷却できるので、電池における局所的な温度ばらつきの発生を抑制できる。したがって、電池の特性が劣化する、あるいは寿命が短くなるといった問題の発生を抑制できる。なお、送出方向軸とは、冷却媒体送出部材から冷却媒体を送出する送出方向とほぼ平行であって、冷却媒体送出部材において冷却媒体を送出する冷媒供給口のほぼ中央を通る軸を意味する。
【００１４】
また、本発明によれば、電池システムの冷却特性を劣化させる事無く、冷却媒体送出部材を中心軸からずれた任意の位置に配置できるので、冷却媒体送出部材の配置の自由度を大きくできる。たとえば、自動車のラゲージスペースに電池システムを構成する電池を含む電池パックを配置する場合、ラゲージスペースの容積を確保するため、電池パックから離れた位置に送風ファンなどの冷却媒体送出部材を配置することが考えられる。また、このとき、冷却媒体送出部材は、電池パックにおける冷媒導入空間（電池パックに収納された電池の外周側面と電池パックとの間の空間）と電池パックの筐体に形成された開口部とから決定される上記中心軸からずれた位置に配置される場合がある。このような場合、本発明を適用すれば、電池の冷却効率を低下させることなく、冷却媒体送出部材の配置を任意に決定できる。
【００１５】
上記電池システムにおいて、冷却媒体送出部材に形成された冷媒供給口が含まれる平面のうち冷媒供給口が位置する領域が中心軸に対してほぼ垂直な方向から開口部側に傾くように、上記平面は中心軸と斜交していてもよい。
【００１６】
この場合、カバー部材の開口部に向くように冷媒供給口を形成することになるので、冷却媒体送出部材の冷媒供給口から送出される冷却媒体を、確実にカバー部材の開口部に向けて供給できる。つまり、開口部に向けて冷却媒体を直接的に供給できるので、開口部に向けて流れる冷却媒体の流速分布が乱れることを効果的に抑制できる。
【００１７】
上記電池システムでは、カバー部材において、開口部と排出口とは同じ面に配置されていてもよい。
【００１８】
この場合、カバー部材の開口部から供給された冷却媒体は、電池を冷却したあと、開口部と同じ面に形成された排出口に流れる。つまり、冷却媒体は、開口部からカバー部材の内部の電池に供給された後、カバー部材の内部でＵターンして排出口から外部に排出される。このため、電池において開口部に隣接する領域にも、確実に冷却媒体を供給することができる。
【００１９】
たとえば、カバー部材において、開口部が形成された側と反対側に排出口が形成されている場合、開口部の正面に位置する部分（冷却媒体送出部材から見て開口部を介して冷却媒体が直接供給される部分）には、十分な冷却媒体が供給される。しかし、その冷却媒体は流れる方向をほとんど変えることなく、開口部と反対側に形成された排出口に向けて流れる。つまり、電池において開口部の正面からずれた領域であって、開口部に近い領域には、十分な冷却媒体が供給されない場合がある。
【００２０】
一方、本発明によれば、カバー部材の内部において冷却媒体がＵターンするので、電池において開口部の正面からずれた領域であり、かつ開口部に近い領域にも、Ｕターンする冷却媒体が十分に供給される。したがって、電池において局所的に冷却が不充分になることを効果的に抑制できる。
【００２１】
上記電池システムは自動車に搭載されるものであってもよい。
ここで、自動車に搭載される電池システムは、振動や温度などの条件が通常の据置型の電池システムより過酷であり、さらに一時的に高い負荷がかかる場合があるなど、通常より厳しい使用条件で用いられる。このような厳しい使用条件下では、電池システムの安全性および健全性を確保するため、電池システムを構成する電池の温度制御は極めて重要である。したがって、本発明を自動車に搭載する電池システムに適用することは特に効果的である。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、図面に基づいて本発明の実施の形態を説明する。なお、以下の図面において同一または相当する部分には同一の参照番号を付しその説明は繰返さない。
【００２３】
図１は、本発明による電池システムを搭載した自動車の実施の形態１のラゲージスペースを示す透視模式図である。図２は、図１に示した自動車に搭載された電池システムを構成する電池パックとこの電池パックに冷却風を導入する送風ファンおよび送風ダクトの平面模式図である。図３は、図１に示した自動車のブロック図である。図４は、図１に示した自動車に搭載される電池システムの電池パックとこの電池パックに冷却風を導入する送風ファンの展開模式図である。図５は、図２の線分Ｖ−Ｖにおける断面模式図である。図６は、図５の部分拡大模式図である。図１〜図６を参照して、本発明による電池システムを搭載した自動車を説明する。
【００２４】
図１に示すように、本発明による電池システムを搭載した自動車は、電池パック５が車体後部に位置するラゲージスペース１８の床面上に配置されている。電池パック５には、電池パック５の筐体３２（図２参照）に形成された冷却風入口２８（図２参照）に送風ダクト２０の一方端部が接続されている。送風ダクト２０の他方端部には送風ファン２１が接続されている。冷却媒体送出部材としての送風ファン２１には、電池パック５の筐体３２（図２参照）内部に収容されたモジュール集合体１１（図２参照）を冷却するための冷却風を自動車の室内から取込むため、吸気ダクト２２が接続されている。吸気ダクト２２は吸気口２３を有する。吸気ダクト２２の吸気口２３は、ラゲージサイドトリム棚部３５に形成されている。吸気ダクト２２、送風ファン２１および送風ダクト２０から電池の冷却機構としての冷却風導入機構が構成される。なお，冷却風入口２８（図２参照）は、電池パック５の筐体３２とモジュール集合体１１の一の外周側面である上部表面との間に形成された冷媒導入空間に面するように配置されている。
【００２５】
また、図１に示すように、電池パック５には、送風ファン２１から送風ダクト２０を介して電池パック５に供給され、電池パック５の内部でモジュール集合体１１を冷却した冷却風が自動車の外部へと排出されるための排気ダクト２４が接続されている。排気ダクト２４の一方端部は、電池パック５の筐体３２（図５参照）に形成された排出口３６に接続されている。排出口３６は、モジュール集合体１１の他の外周側面である下部表面と電池パック５の筐体３２との間に形成された冷媒排出空間に面するように形成されている。排気ダクト２４の電池パック５と接続された一方端部と反対側に位置する他方端部は、車体の側面に形成された排気口２５へと接続されている。
【００２６】
図２に示すように、本発明による自動車に搭載された電池システムでは、電池パック５の筐体に格納された電池群としてのモジュール集合体１１の上部に形成された冷媒導入空間としての上部冷却風流路２９（図５参照）における冷却風の供給方向とほぼ平行であって冷媒導入空間（上部冷却風流路２９）のほぼ中央を通る中心軸２６（開口部としての冷却風入口２８のほぼ中央と上部冷却風流路２９のほぼ中央を通る中心軸２６）からずれた位置に冷却媒体送出部材としての送風ファン２１が配置されている。送風ファン２１において、中心軸２６に対してほぼ垂直な方向から開口部としての冷却風入口２８側に傾斜した表面３４には、送風ファン２１から冷却風を送出するための冷媒供給口３３が形成されている。送風ファン２１から冷却媒体としての冷却風を送出する送出方向を示す送出方向軸２７は、送風ファン２１から電池パック５側において中心軸２６と交差する。冷媒供給口３３は、筐体３２に形成された冷却風入口２８のほぼ中央部に面している。つまり、送風ファン２１の冷媒供給口としての送出口３３の面する方向および送出口３３から冷媒導入空間に至る冷却風の流れ方向は、モジュール集合体１１のほぼ中心側へ指向するように配置されている。
【００２７】
本発明による電池システムは、自動車の車両に搭載される電池システムであり、図１に示したような電池パック５と、この電池パック５に冷却風を供給するための送風ファン２１、吸気ダクト２２および送風ダクト２０、さらに電池パック５から冷却風を自動車の外部へと排出するための排気ダクト２４などからなる排気機構、電池システムのメンテナンスなどのために用いられる安全装置、さらに電池システムを制御するためのバッテリコンピュータなどを備える。
【００２８】
図１に示した自動車は、図３に示すように、制御部２と、本発明による電池システムを含む電池部３と、駆動部４とを備える自動車１である。図３に示すように、制御部２は電池部３および駆動部４を制御する。駆動部４は、電池部３から供給される電流によって駆動するモータなどの電動機以外に、ガソリンエンジンやディーゼルエンジンなどの内燃機関を備えていてもよい。すなわち、自動車１には、電池部３から供給される電流によって駆動するモータなどの電動機のみを駆動源とする電気自動車だけではなく、駆動源としてガソリンエンジンなど電動機以外の駆動手段を備えたいわゆるハイブリッドカーも含まれる。
【００２９】
図１に示した電池パック５は、たとえば図４に示すように、バッテリカバー６およびロワーケース１２からなる筐体３２（図２参照）の内部にモジュール集合体１１が収容された構造となっていてもよい。電池集合体としてのモジュール集合体１１は、複数の電池モジュール１７を積層して形成されている。なお、積層された電池モジュール１７の間には、冷却風を流通させることができるように、冷却風流路としての間隙が形成されている。電池モジュール１７としては、たとえばニッケル−水素電池などの２次電池を用いることができる。電池モジュール１７はいわゆる角型平板状の外形を有している。
【００３０】
電池モジュール１７は、複数の電池セルを含む。具体的には、電池モジュール１７はモジュール外装部材である一体ケースと、このプラスチック製の一体ケースの内部に配置され、隔壁により仕切られた６つの電池セルとを備える。一体ケースの長軸方向における端面上には、端子１６が形成されている。電池モジュール１７の積層方向に対してほぼ垂直方向に延びる側面上には、隣接する電池モジュール１７の間に冷却風流路としての間隙を形成するための突起部（図示せず）が形成されている。電池モジュール１７を積層したモジュール集合体１１では、電池モジュール１７の上記突起部同士が当接することにより、電池モジュール１７の間に間隙３０（図６参照）が形成される。
【００３１】
電池モジュール１７（図４参照）において、一体ケース内部に収納された６つの電池セル（図示せず）は、それぞれ基本的に同様の構造を備える。電池セルは、たとえばシート状の複数の電極部材をセパレータによって絶縁状態として相互に重ねて構成された積層電極体と、この積層電極体を挟むように配置された１対の集電板とからなる。なお、積層電極体には電解液が含浸あるいは注入されている。
【００３２】
積層電極体においては、正極となる電極部材と、負極となる電極部材とが交互に重なった状態となっている。また、正極となる電極部材の端部は、一括して一方の集電板に接続されている。また、負極となる電極部材の端部は、一括して他方の集電板に接続されている。この結果、正極となるすべての電極部材と一方の集電板とは電気的に接続された状態となる。また、負極となるすべての電極部材と他方の集電板とは電気的に接続された状態となる。
【００３３】
電池モジュール１７に含まれる６つの電池セルは、電気的に直列に接続される。たとえば、電池セルのそれぞれの定格電圧が１．２Ｖである場合、電池モジュール１７全体の定格電圧は７．２Ｖとなる。
【００３４】
なお、電池セルの構成は、上述したような構成に限らず、他の構成であってもよい。また、ここではモジュール集合体１１（図４参照）として、電池モジュール１７（図４参照）を複数積層した構造のものを用いているが、モジュール集合体１１として、電池モジュールに代えて単電池としての電池セルを積層したような構造の電池を用いてもよい。また、図４に示したような角型箱状の電池ではなく、たとえば円筒形状などのような他の形状の電池をバッテリカバー６およびロワーケース１２からなる筐体の内部に収納していてもよい。なお、このような角型箱状以外の形容の電池を電池パック５の筐体３２（図２参照）の内部に格納する場合、図２に示した中心軸２６としては、その電池が配置された領域の中心と、筐体３２（図２参照）に形成された冷却風入口２８（図２参照）の中央とを結ぶ軸を用いることが好ましい。
【００３５】
また、図４に示すように、電池パック５において、モジュール集合体１１の両端部には拘束プレート１０ａ、１０ｂが配置されている。拘束プレート１０ａ、１０ｂは、拘束パイプ８ａ、８ｂにより互いに接続固定されている。なお、拘束プレート１０ａ、１０ｂはロワーケース１２に固定されている。また、個々の電池モジュール１７もロワーケース１２に固定されている。
【００３６】
モジュール集合体１１を構成する電池モジュール１７のそれぞれの側面（端面）上には、既に述べたように電池モジュール１７へと電流の入出力を行なうための端子１６が形成されている。この電池モジュール１７の端子１６を互いに接続するために、モジュール集合体１１の側面上にはバスバーモジュール９ａ、９ｂが配置されている。バスバーモジュール９ａ、９ｂが電池モジュール１７のそれぞれの端子１６に接続されることにより、モジュール集合体１１では、電池モジュール１７が電気的に直列接続されている。
【００３７】
モジュール集合体１１の上部表面上には、電池モジュール１７から排気される水素ガスなどをモジュール集合体１１から排出するための安全弁を内蔵した排気端子１５が形成されている。この排気端子１５上には、排気端子１５と接続され、電池モジュール１７から排出される水素ガスなどを電池パック５の外部へと排出するための排気ホース７が設置されている。また、モジュール集合体１１の上部表面上には、モジュール集合体１１の温度を測定するための温度センサ１３およびハーネスが配置されている。この温度センサ１３の出力に応じて、モジュール集合体１１の温度を所定の範囲に保持するため、モジュール集合体１１へ送風ファン２１（図１参照）により冷却風が供給される。
【００３８】
送風ファン２１（図１参照）は、その内部に配置された回転軸（図示せず）と、この回転軸の外周上に設置された複数の送風フィン（図示せず）と、図示していないがこの回転軸に接続されたモータとを備える。このモータが回転することにより回転軸が回転し、送風ファン２１（図１参照）から送風ダクト２０（図１参照）へと冷却風が供給される。そして、図１の矢印で示すように、冷却風は送風ダクト２０を介して電池パック５の内部へと供給される。
【００３９】
図５および図６からもわかるように、送風ファン２１（図１参照）から供給された冷却風は、送風ダクト２０（図５参照）を介して電池パック５（図５参照）の上部側における筐体３２（図５参照）とモジュール集合体１１（図５参照）との間（すなわち、バッテリカバー６（図４参照）とモジュール集合体１１（図４参照）の上部表面との間）に形成される冷媒導入空間である上部冷却風流路２９（図５参照）へと供給される。そして、この上部冷却風流路２９に供給された冷却風は、モジュール集合体１１（図５参照）を構成する電池モジュール１７（図５参照）の間に形成された間隙３０（図６参照）を上から下へ流通する。そして、冷却風はモジュール集合体１１（図５参照）の熱を除去した後、モジュール集合体１１の下部表面と筐体３２との間に形成される冷媒排出空間である下部冷却風流路３１（図５参照）へと到達する。その後、この下部冷却風流路３１と排出口３６（図５参照）を介して接続された排気ダクト２４（図５参照）へ、冷却風はモジュール集合体１１の下部表面に沿った方向に排出される。そして、冷却風は排気ダクト２４の排気口２５（図１参照）から自動車の外部へと排出される。
【００４０】
本発明による自動車に搭載された電池システムでは、図２に示すように中心軸２６からずれた位置に送風ファン２１を配置していても、送風ファン２１から電池パック５の筐体３２に形成されたの冷却風入口２８側に冷却風をスムーズに供給することができる。これは、送風ファン２１から送出された冷却風の大部分が、送風ダクト２０の壁面に衝突することなく、そのまま冷却風入口２８に到達できるためである。
【００４１】
一方、送出方向軸２７が中心軸２６とほぼ平行である場合、送風ファン２１から送出された冷却風は送風ダクト２０の壁面に衝突するため、その流速分布が乱れることになる。このため、送出方向軸２７が中心軸２６とほぼ平行である場合より、図１および図２に示した本発明による電池システムでは冷却風入口２８へ供給される冷却風の流速分布の乱れを小さくできる。この結果、筐体３２（図２参照）の冷却風入口２８（図２参照）を介して電池としてのモジュール集合体１１（図２参照）の全体へ冷却風を満遍なく供給することができる。そのため、モジュール集合体１１全体を効果的に冷却できるので、モジュール集合体１１における局所的な温度ばらつきの発生を抑制できる。したがって、モジュール集合体１１の電池モジュール１７（図２参照）に含まれる電池セルの特性が劣化する、あるいは寿命が短くなるといった問題の発生を抑制できる。
【００４２】
ここで、本発明の効果を確認するため、図７に示したような比較例としての電池システムと図１および図２に示した電池システムとを対比する。図７は、比較例としての電池システムを示す平面模式図である。図７に示した比較例としての電池システムは、基本的に図１および図２に示した電池システムと同様の構成を備えるが、送風ファン２１における送出方向軸２７の向きおよび送風ダクト２０の形状が図１および図２に示した電池システムとは異なる。
【００４３】
図７に示した比較例としての電池システムでは、送風ファン２１の送出方向軸２７は中心軸２６とほぼ平行になっている。また、送風ファン２１の配置に適合するように、送風ダクト２０において冷却風の流路が蛇行するように、送風ダクト２０の形状も屈曲した形状となっている。
【００４４】
図１および図２に示した本発明による電池システムと図７に示した比較例としての電池システムとを対比する。本発明による電池システムでは、上述のようにモジュール集合体１１の全体に比較的満遍なく冷却風を供給することができる。そのため、領域４２（図２参照）にも、充分な冷却風を供給できる。
【００４５】
一方、比較例としての図７に示した電池システムでは、上述したように送風ファン２１から送出される冷却風は、一旦送風ダクト２０の壁面に衝突した後その流れる向きを変える。したがって、冷却風の流速分布が乱れる。そのため、図１および図２に示した本発明による電池システムに比べて領域４２（図７参照）に供給される冷却風の流量が少なくなる。このため、比較例としての電池システムでは、モジュール集合体１１における領域４２の冷却が不充分となり、モジュール集合体１１の温度が領域４２と他の領域とで異なる（温度が局所的にばらつく）場合がある。
【００４６】
このように、図１および図２に示した本発明による電池システムでは、図７に示した比較例としての電池システムより領域４２（図２参照）やその他の領域に充分な冷却風を供給できるので、モジュール集合体１１における局所的な温度のばらつきを抑制することができる。
【００４７】
なお、図２に示したように、送出方向軸２７が筐体３２に形成された冷却風入口２８と交わるように、送風ファン２１が配置されることが好ましい。また、より好ましくは、冷却風入口２８のほぼ中央部において、中心軸２６と送出方向軸２７とが交わるように、送風ファン２１の配置が決定されていることが好ましい。
【００４８】
また、本発明による電池システムでは、電池システムの冷却特性を劣化させる事無く、送風ファン２１（図２参照）を中心軸２６（図２参照）からずれた任意の位置に配置できるので、送風ファン２１の配置の自由度を大きくできる。
【００４９】
また、図２からも分かるように、本発明による電池システムでは、送風ファン２１の冷媒供給口３３が含まれる平面のうち冷媒供給口３３が位置する領域が中心軸２６に対してほぼ垂直な方向から冷却風入口２８側に傾くように、上記平面は中心軸２６と斜交している。つまり、カバー部材としての筐体３２に形成された冷却風入口２８に向くように冷媒供給口３３が形成されている。このため、送風ファン２１の冷媒供給口３３から送出される冷却風を、確実に冷却風入口２８に供給できる。すなわち、冷却風入口２８に向けて冷却風を直接供給できるので、冷却風入口２８に向けて流れる冷却風の流速分布が乱れることを効果的に抑制できる。
【００５０】
また、図１および図５に示すように、カバー部材としての筐体３２（図５参照）には、開口部としての冷却風入口２８（図５参照）と同じ側に排出口３６（図５参照）が形成されている。そのため、電池パック５（図５参照）内部において、冷却風入口２８から供給された冷却風は、筐体３２の内部でモジュール集合体１１（図５参照）の電池モジュール１７（図５参照）の間に形成された間隙３０（図６参照）を流通した後、排出口３６（図５参照）から電池パック５（図５参照）外部に排出される（電池パック５内部で冷却風がＵターンする）。このため、モジュール集合体１１（図５参照）において冷却風入口２８（図５参照）に隣接する領域にも、確実に冷却風を供給できる。
【００５１】
たとえば、筐体３２（図５参照）において、冷却風入口２８（図５参照）が形成された側と反対側に排出口が形成されている場合を考える。この場合、冷却風入口２８から電池パック５（図５参照）の筐体３２内部に供給された冷却風の流量は、冷却風入口２８の正面に位置する部分では十分なレベルとなる。しかし、冷却風はそのまま冷却風入口２８とは反対側に形成された排出口に向けて流れるため、モジュール集合体１１（図５参照）において最も冷却風入口２８（図５参照）に近い側の下部には十分な冷却風が供給されない場合がある。
【００５２】
しかし、図１および図５に示したように、本発明による電池システムでは、上述のように筐体３２（図５参照）の内部において冷却風がＵターンするので、モジュール集合体１１（図５参照）において最も冷却風入口２８（図５参照）に近い側の下部にも、Ｕターンした冷却風が十分に供給される。したがって、モジュール集合体１１（図５参照）において局所的に冷却が不充分になることを効果的に抑制できる。
【００５３】
また、上述した発明の実施の形態では、モジュール集合体１１（図５参照）の上側に冷却風を供給できるように、電池パック５（図１参照）の筐体３２（図２参照）において、その端部の上側に冷却風入口２８（図１参照）が形成されているが、この冷却風入口２８の配置は適宜変更できる。たとえば、図１において、電池パック５における冷却風入口２８と排出口３６との配置を入れ替えてもよい。この場合、冷却風入口２８からモジュール集合体１１（図５参照）の下側に冷却風を供給できる。なお、この場合、冷却風はモジュール集合体１１（図５参照）の下側から、モジュール集合体１１を構成する電池モジュール１７（図６参照）の間の間隙３０を下から上に流れ、モジュール集合体１１の上部側に到達する。そのあと、冷却風は、モジュール集合体１１の上部側から電池パック５の外部へ排出される。
【００５４】
また、上述した実施の形態では、図２に示すように、モジュール集合体１１における電池モジュール１７の積層方向から、冷却風をモジュール集合体１１に供給する場合を示しているが、冷却風の供給方向は他の方向であってもよい。たとえば、モジュール集合体１１（図２参照）の電池モジュール１７（図２参照）の積層方向とほぼ垂直な方向において、筐体３２（図２参照）に冷却風入口を形成し、その冷却風入口から冷却風をモジュール集合体１１に供給してもよい。
【００５５】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した実施の形態ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【００５６】
【発明の効果】
このように、本発明によれば、電池を冷却するための冷却媒体送出部材が電池の正面に配置されないような場合に、電池全体を効果的に冷却することができるので、電池の特性の劣化や短寿命化を抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による電池システムを搭載した自動車の実施の形態１のラゲージスペースを示す透視模式図である。
【図２】図１に示した自動車に搭載された電池システムを構成する電池パックとこの電池パックに冷却風を導入する送風ファンおよび送風ダクトの平面模式図である。
【図３】図１に示した自動車のブロック図である。
【図４】図１に示した自動車に搭載される電池システムの電池パックとこの電池パックに冷却風を導入する送風ファンの展開模式図である。
【図５】図２の線分Ｖ−Ｖにおける断面模式図である。
【図６】図５の部分拡大模式図である。
【図７】比較例としての電池システムを示す平面模式図である。
【図８】送風ファンを用いて冷却風を電池パックに供給することにより電池の冷却を行なう電池システムを示す平面模式図である。
【符号の説明】
１自動車、２制御部、３電池部、４駆動部、５電池パック、６バッテリカバー、７排気ホース、８ａ，８ｂ拘束パイプ、９ａ，９ｂバスバーモジュール、１０ａ，１０ｂ拘束プレート、１１モジュール集合体、１２ロワーケース、１３温度センサ、１５排気端子、１６端子、１７電池モジュール、１８ラゲージスペース、２０送風ダクト、２１送風ファン、２２吸気ダクト、２３吸気口、２４排気ダクト、２５排気口、２６中心軸、２７送出方向軸、２８冷却風入口、２９上部冷却風流路、３０間隙、３１下部冷却風流路、３２筐体、３３冷媒供給口、３４表面、３５ラゲージサイドトリム棚部、３６排出口、４２領域。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
  The present invention relates to a cooling structure and a battery system, and more specifically, a battery mounted on a vehicle using an electric motor such as an electric vehicle as a drive source.To cool the flockThe present invention relates to a cooling structure and a battery system.
[0002]
[Prior art]
In recent years, an electric vehicle using an electric motor as a drive source and a so-called hybrid car having a plurality of types of drive sources such as an electric motor and a gasoline engine have been put into practical use. Such an electric vehicle or the like is equipped with a battery for supplying electricity as energy to an electric motor or the like. As this battery, a secondary battery such as a nickel-cadmium battery (Ni-Cd battery) or a nickel-hydrogen battery that can be repeatedly charged and discharged is used.
[0003]
In the secondary battery as described above, heat is generated from the battery cells, which are constituent elements of the battery, when the battery is charged and discharged. In order to prevent the performance deterioration of the battery cell, it is necessary to appropriately remove this heat.
[0004]
As one of the methods for cooling the battery in this way, conventionally, a method is known in which air is taken from the inside of the automobile and the air is supplied to the battery as cooling air by a blower fan or the like. FIG. 8 is a schematic plan view showing a battery system that cools a battery by supplying cooling air to the battery pack using a blower fan. A conventional battery system will be described with reference to FIG.
[0005]
As shown in FIG. 8, the battery system is a battery system mounted on an automobile or the like, and includes a battery pack 105 in which a module assembly 111 as a battery is held inside a casing, and a casing of the battery pack. A blower duct 120 formed and connected to the opening facing the refrigerant introduction space formed between the housing and the upper surface of the module assembly 111 and a blower fan 121 connected to the blower duct 120 are provided. . The blower fan 121 is disposed at a position overlapping the central axis 126 that passes through the approximate center of the refrigerant introduction space and the approximate center of the opening. The module assembly 111 is configured by stacking battery modules 117 in a direction along the central axis 126. The battery module 117 includes a plurality of battery cells. Although not shown, a gap for circulating cooling air is formed between adjacent battery modules 117. Further, although not shown, an exhaust port for discharging cooling air from the inside of the battery pack 105 is formed in the casing of the battery pack 105.
[0006]
In the battery system shown in FIG. 8, the module assembly 111 is cooled as follows. That is, in the battery system shown in FIG. 8, air used as cooling air from the inside of an automobile or the like is supplied to the blower fan 121 from an intake duct or the like (not shown). Then, the air is supplied as cooling air to the inside of the battery pack 105 through the air duct 120 as indicated by an arrow by the air blowing fan 121.
The cooling air supplied to the battery pack 105 is supplied to the refrigerant introduction space located on the upper side of the module assembly 111. Then, the cooling air flows through the gaps between the battery modules 117, and thereby flows to the lower side of the module assembly 111. At this time, the battery module 117 constituting the module assembly 111 is cooled by the cooling air. The cooling air that has flowed to the lower side of the module assembly 111 is discharged to the outside of the battery pack 105 through an exhaust port (not shown). In this way, the module assembly 111 constituting the battery system is cooled.
[0007]
Further, as shown in FIG. 8, since the blower fan 121 is disposed so as to overlap the central axis 126 extending in parallel with the central axis of the module assembly 111, the blower fan 121 is directed toward the module assembly 111. The supplied cooling air is uniformly supplied to the entire module assembly 111 through the refrigerant introduction space substantially symmetrically about the central axis 126. For this reason, when arrange | positioning the ventilation fan 121 as shown in FIG. 8, the whole module assembly 111 can be cooled comparatively easily.
[0008]
[Problems to be solved by the invention]
However, when a battery system is mounted on an automobile, the blower fan is placed on the central shaft 126 as shown in FIG. 8 due to restrictions such as the volume of the portion where the battery system is mounted or the shape and arrangement of other components of the automobile. 121 may not be arranged. In such a case, as shown by the dotted line in FIG. 8, it is necessary to dispose the blower fans 121 a and 121 b at positions shifted from the central axis 126 as indicated by the arrow 140. Further, the blower fans 121a and 121b and the battery pack 105 are connected to each other by blower ducts 120a and 120b having bent shapes. At this time, the sending direction axis 127 indicating the blowing direction of the blowing fans 121a and 121b is the same as the blowing direction of the blowing fan 121 and is substantially parallel to the central axis 126.
[0009]
As described above, when the blower fans 121a and 121b are arranged at positions shifted from the central shaft 126, there are the following problems. For example, consider a case where the blower fan 121b is disposed at a position shifted from the central axis 126. In this case, the cooling air sent along the delivery direction axis 127 from the blower fan 121b collides with the wall surface of the blower duct 120b indicated by the dotted line, and then flows into the inside of the battery pack 105 as indicated by an arrow 142. To do. At this time, since the wall surface of the air duct 120b acts as a resistance that hinders the flow of cooling air, the flow rate of the cooling air supplied to the battery pack 105 decreases to some extent, and the flow rate distribution of the cooling air also varies. Furthermore, since the cooling air collides with the wall surface of the air duct 120b, most of the cooling air after the collision flows in the direction indicated by the arrow 142. Therefore, there is a case where sufficient cooling air is not supplied to the portion indicated as the region 141. As a result, it has become difficult to cool the entire module assembly 111 uniformly. Thus, when the whole module assembly 111 cannot be cooled uniformly, the temperature of the module assembly 111 varies locally. As a result, there are cases in which the characteristics of the battery cells constituting the module assembly 111 deteriorate, the battery cell output is limited to a predetermined level or lower, or the battery life is shortened.
[0010]
  The present invention has been made in order to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to provide a battery system and a battery that can suppress the shortening of the battery life, the deterioration of characteristics, and the like.To cool the flockIt is to provide a cooling structure.
[0011]
[Means for Solving the Problems]
  The battery system according to the present invention includes a plurality of either single cells or battery modules.BoxyA battery group and a cooling medium delivery member;Cover member andIs provided. The cooling medium delivery member supplies the cooling medium to the battery group.The cover member surrounds the battery group.One outer side of the battery groupAnd the wall surface of the cover memberA coolant introduction space is formed in which the coolant is supplied from the coolant supply member in a direction along one outer peripheral side surface. On the other outer peripheral side surface different from the one outer peripheral side surface in the battery group, a cooling medium is interposed through a gap formed between any one of the plurality of single cells and the battery module constituting the battery group from the refrigerant introduction space. A refrigerant discharge space for discharging the cooling medium in the direction along the other outer peripheral side surface is formed while flowing in.The cover member is formed with a rectangular opening and a discharge port. The rectangular opening faces the refrigerant introduction space, and the cooling medium supplied from the cooling medium delivery member flows in. The discharge port faces the refrigerant discharge space and discharges the cooling medium supplied to the battery group. The battery system further includes a blower duct having one end connected to the opening and the other end connected to the cooling medium delivery member.The cooling medium delivery member is parallel to the cooling medium supply direction in the refrigerant introduction space and is in the refrigerant introduction space.In the width direction in the cross section perpendicular to the supply direction of the cooling medium.CenterIn the direction along one outer peripheral side surface from the central axis passing through the center of the openingThe direction of the coolant supply port facing the coolant supply port for delivering the coolant in the coolant supply member and the flow direction of the coolant from the coolant supply port to the coolant introduction space are arranged at shifted positions.In a direction along one outer peripheral surfacebatteryIn the groupIt is arranged to be oriented toward the mind side.The air duct has a shape that widens from the refrigerant supply port toward both ends of the refrigerant introduction space.
[0012]
  Also according to this inventionFor cooling the battery groupThe cooling structure includes a plurality of either single cells or battery modules.BoxyA cooling structure for cooling a battery group, comprising a cover member and a cooling medium delivery member. The cover member houses the battery group. The cooling medium delivery member is for supplying a cooling medium to the battery group. Between one outer peripheral side surface of the battery group and the wall surface of the cover member, a wall surface is formed.RectangularA coolant introduction space is formed through which the cooling medium is supplied in a direction along one outer peripheral side surface from the cooling medium delivery member via the opening. One outer peripheral side surface of the battery groupoppositeBetween the other outer peripheral side surface and the other wall surface of the cover member, the cooling medium flows from the refrigerant introduction space through a gap between one of the unit cells and the battery module constituting the battery group. A refrigerant discharge space for discharging the cooling medium is formed in a direction along the outer peripheral side surface. The cooling medium delivery member has a coolant supply port for delivering the cooling medium.The cooling structure for cooling the battery group further includes a blower duct. The air duct has one end connected to the opening and the other end connected to the cooling medium delivery member. The air duct has a shape that widens from the refrigerant supply port toward both ends of the refrigerant introduction space. The opening is formed on the wall surface of the cover member facing the end in the refrigerant introduction space in the direction along one outer peripheral side surface of the battery group.The cooling medium delivery member has an opening.inCenter and refrigerant introduction spaceinIt is arranged at a position shifted from the central axis passing through the center. In addition, the flat surface including the refrigerant supply portFaceWith respect to the central axisHangingThe plane is oblique to the central axis so as to incline from the straight direction toward the opening.
[0013]
In this way, even if the cooling medium delivery member is arranged at a position shifted from the central axis, the cooling medium can be smoothly supplied from the cooling medium delivery member to the opening side of the cover member. For this reason, the disturbance of the flow velocity distribution of the cooling medium supplied to the opening can be made smaller than when the delivery direction axis is substantially parallel to the central axis. Therefore, the cooling medium can be uniformly supplied to the entire battery through the opening of the cover member. As a result, the entire battery can be effectively cooled, so that local temperature variations in the battery can be suppressed. Therefore, it is possible to suppress the occurrence of problems such as deterioration of battery characteristics or shortened life. The delivery direction axis means an axis that is substantially parallel to the delivery direction in which the cooling medium is delivered from the cooling medium delivery member and passes through the substantially center of the coolant supply port that delivers the cooling medium in the cooling medium delivery member.
[0014]
Further, according to the present invention, the cooling medium delivery member can be arranged at an arbitrary position shifted from the central axis without deteriorating the cooling characteristics of the battery system, so that the degree of freedom of arrangement of the cooling medium delivery member can be increased. For example, when a battery pack including a battery constituting a battery system is arranged in a luggage space of an automobile, a cooling medium delivery member such as a blower fan is arranged at a position away from the battery pack in order to secure the volume of the luggage space. Can be considered. Further, at this time, the cooling medium delivery member includes a refrigerant introduction space in the battery pack (a space between the outer peripheral side surface of the battery housed in the battery pack and the battery pack) and an opening formed in the battery pack housing. In some cases, it is arranged at a position deviated from the central axis determined from the above. In such a case, if the present invention is applied, the arrangement of the cooling medium delivery member can be arbitrarily determined without reducing the cooling efficiency of the battery.
[0015]
In the battery system, the flat surface is formed such that a region where the refrigerant supply port is located in a plane including the refrigerant supply port formed in the cooling medium delivery member is inclined from the direction substantially perpendicular to the central axis toward the opening. May be oblique to the central axis.
[0016]
In this case, since the refrigerant supply port is formed so as to face the opening of the cover member, the cooling medium delivered from the refrigerant supply port of the cooling medium delivery member is reliably supplied toward the opening of the cover member. it can. That is, since the cooling medium can be directly supplied toward the opening, it is possible to effectively suppress disturbance of the flow velocity distribution of the cooling medium flowing toward the opening.
[0017]
  Battery system abovesoIs, MosquitoIn the bar member, the opening and outlet are the samesurfaceMay be arranged.
[0018]
  In this case, the cooling medium supplied from the opening of the cover member is the same as the opening after the battery is cooled.surfaceIt flows to the outlet formed in the. That is, the cooling medium is supplied from the opening to the battery inside the cover member, and then U-turns inside the cover member and is discharged from the discharge port to the outside. For this reason, a cooling medium can be reliably supplied also to the area | region adjacent to an opening part in a battery.
[0019]
For example, in the cover member, when the discharge port is formed on the side opposite to the side on which the opening is formed, the portion located in front of the opening (the cooling medium flows through the opening as viewed from the cooling medium delivery member). A sufficient cooling medium is supplied to the directly supplied portion. However, the cooling medium flows toward the discharge port formed on the side opposite to the opening without changing the flow direction. That is, a sufficient cooling medium may not be supplied to a region of the battery that is offset from the front of the opening and close to the opening.
[0020]
On the other hand, according to the present invention, since the cooling medium makes a U-turn inside the cover member, the cooling medium that makes a U-turn is sufficient in a region that is shifted from the front of the opening in the battery and that is close to the opening. To be supplied. Therefore, it is possible to effectively suppress local insufficient cooling in the battery.
[0021]
The battery system may be mounted on an automobile.
Here, battery systems installed in automobiles have conditions that are more severe than usual, such as vibration and temperature are more severe than normal stationary battery systems, and there is a case where a higher load may be applied temporarily. Used. Under such severe use conditions, temperature control of the batteries constituting the battery system is extremely important in order to ensure the safety and soundness of the battery system. Therefore, it is particularly effective to apply the present invention to a battery system mounted on an automobile.
[0022]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the following drawings, the same or corresponding parts are denoted by the same reference numerals, and description thereof will not be repeated.
[0023]
FIG. 1 is a perspective schematic diagram showing a luggage space of a first embodiment of an automobile equipped with a battery system according to the present invention. FIG. 2 is a schematic plan view of a battery pack constituting the battery system mounted on the automobile shown in FIG. 1, a blower fan for introducing cooling air into the battery pack, and a blower duct. FIG. 3 is a block diagram of the automobile shown in FIG. FIG. 4 is a developed schematic view of a battery pack of the battery system mounted on the automobile shown in FIG. 1 and a blower fan for introducing cooling air into the battery pack. FIG. 5 is a schematic cross-sectional view taken along line VV in FIG. FIG. 6 is a partially enlarged schematic view of FIG. A vehicle equipped with a battery system according to the present invention will be described with reference to FIGS.
[0024]
As shown in FIG. 1, in an automobile equipped with a battery system according to the present invention, the battery pack 5 is disposed on the floor surface of a luggage space 18 located at the rear of the vehicle body. In the battery pack 5, one end portion of the air duct 20 is connected to a cooling air inlet 28 (see FIG. 2) formed in a casing 32 (see FIG. 2) of the battery pack 5. A blower fan 21 is connected to the other end of the blower duct 20. Cooling air for cooling the module assembly 11 (see FIG. 2) housed in the housing 32 (see FIG. 2) of the battery pack 5 is supplied to the blower fan 21 as the cooling medium delivery member from the interior of the automobile. An intake duct 22 is connected for intake. The intake duct 22 has an intake port 23. An intake port 23 of the intake duct 22 is formed in the luggage side trim shelf 35. The intake duct 22, the blower fan 21, and the blower duct 20 constitute a cooling air introduction mechanism as a battery cooling mechanism. The cooling air inlet 28 (see FIG. 2) is disposed so as to face the refrigerant introduction space formed between the casing 32 of the battery pack 5 and the upper surface that is one outer peripheral side surface of the module assembly 11. Has been.
[0025]
Further, as shown in FIG. 1, the cooling air supplied to the battery pack 5 from the blower fan 21 through the blower duct 20 to the battery pack 5 and cooling the module assembly 11 inside the battery pack 5 is supplied to the battery pack 5. An exhaust duct 24 for discharging to the outside is connected. One end of the exhaust duct 24 is connected to a discharge port 36 formed in the housing 32 (see FIG. 5) of the battery pack 5. The discharge port 36 is formed so as to face a refrigerant discharge space formed between the lower surface which is the other outer peripheral side surface of the module assembly 11 and the casing 32 of the battery pack 5. The other end of the exhaust duct 24 located opposite to the one end connected to the battery pack 5 is connected to an exhaust port 25 formed on the side surface of the vehicle body.
[0026]
As shown in FIG. 2, in the battery system mounted on the automobile according to the present invention, the upper cooling as the refrigerant introduction space formed in the upper part of the module assembly 11 as the battery group stored in the casing of the battery pack 5. A central axis 26 (substantially the center of the cooling air inlet 28 as an opening) that is substantially parallel to the cooling air supply direction in the air passage 29 (see FIG. 5) and passes through the substantially center of the refrigerant introduction space (upper cooling air passage 29). The blower fan 21 as a cooling medium delivery member is disposed at a position deviated from the central axis 26) passing through substantially the center of the upper cooling air flow path 29. In the blower fan 21, a refrigerant supply port 33 for sending the cooling air from the blower fan 21 is formed on the surface 34 inclined from the direction substantially perpendicular to the central axis 26 to the cooling air inlet 28 side as an opening. Has been. A sending direction axis 27 indicating a sending direction in which cooling air as a cooling medium is sent from the blower fan 21 intersects the central axis 26 on the battery pack 5 side from the blower fan 21. The refrigerant supply port 33 faces substantially the center of the cooling air inlet 28 formed in the housing 32. That is, the direction in which the outlet 33 serving as the refrigerant supply port of the blower fan 21 faces and the flow direction of the cooling air from the outlet 33 to the refrigerant introduction space are arranged so as to be directed substantially toward the center of the module assembly 11. ing.
[0027]
The battery system according to the present invention is a battery system mounted on a vehicle of an automobile, and includes a battery pack 5 as shown in FIG. 1, a blower fan 21 for supplying cooling air to the battery pack 5, and an intake duct 22. And an exhaust mechanism including an exhaust duct 24 for discharging cooling air from the battery pack 5 to the outside of the automobile, a safety device used for maintenance of the battery system, and the battery system. A battery computer is provided.
[0028]
As shown in FIG. 3, the automobile shown in FIG. 1 is an automobile 1 including a control unit 2, a battery unit 3 including a battery system according to the present invention, and a drive unit 4. As shown in FIG. 3, the control unit 2 controls the battery unit 3 and the drive unit 4. The drive unit 4 may include an internal combustion engine such as a gasoline engine or a diesel engine in addition to an electric motor such as a motor driven by a current supplied from the battery unit 3. That is, the vehicle 1 is not only an electric vehicle that uses only an electric motor such as a motor driven by the current supplied from the battery unit 3 as a driving source, but also a so-called hybrid that includes driving means other than the electric motor such as a gasoline engine as a driving source. Cars are also included.
[0029]
The battery pack 5 shown in FIG. 1 has a structure in which the module assembly 11 is accommodated in a housing 32 (see FIG. 2) including the battery cover 6 and the lower case 12 as shown in FIG. May be. The module assembly 11 as a battery assembly is formed by stacking a plurality of battery modules 17. Note that a gap as a cooling air flow path is formed between the stacked battery modules 17 so that the cooling air can be circulated. As the battery module 17, for example, a secondary battery such as a nickel-hydrogen battery can be used. The battery module 17 has a so-called square plate-like outer shape.
[0030]
The battery module 17 includes a plurality of battery cells. Specifically, the battery module 17 includes an integrated case that is a module exterior member, and six battery cells that are arranged inside the plastic integrated case and partitioned by a partition wall. A terminal 16 is formed on the end surface in the major axis direction of the integral case. A protrusion (not shown) for forming a gap as a cooling air flow path between adjacent battery modules 17 is formed on a side surface extending in a direction substantially perpendicular to the stacking direction of the battery modules 17. . In the module assembly 11 in which the battery modules 17 are stacked, a gap 30 (see FIG. 6) is formed between the battery modules 17 when the protrusions of the battery modules 17 come into contact with each other.
[0031]
In the battery module 17 (see FIG. 4), six battery cells (not shown) housed in the integral case have basically the same structure. The battery cell includes, for example, a laminated electrode body formed by stacking a plurality of sheet-like electrode members in an insulated state by a separator, and a pair of current collector plates arranged so as to sandwich the laminated electrode body. . The laminated electrode body is impregnated or injected with an electrolytic solution.
[0032]
In the laminated electrode body, the electrode member serving as the positive electrode and the electrode member serving as the negative electrode are alternately overlapped. Moreover, the edge part of the electrode member used as a positive electrode is collectively connected to one current collector plate. Moreover, the edge part of the electrode member used as a negative electrode is collectively connected to the other current collecting plate. As a result, all the electrode members that are positive electrodes and one of the current collector plates are in an electrically connected state. Moreover, all the electrode members used as a negative electrode and the other collector plate will be in the electrically connected state.
[0033]
The six battery cells included in the battery module 17 are electrically connected in series. For example, when the rated voltage of each battery cell is 1.2V, the rated voltage of the entire battery module 17 is 7.2V.
[0034]
The configuration of the battery cell is not limited to the configuration described above, and may be other configurations. In addition, here, the module assembly 11 (see FIG. 4) has a structure in which a plurality of battery modules 17 (see FIG. 4) are stacked, but the module assembly 11 is a single battery instead of the battery module. A battery having a structure in which the battery cells are stacked may be used. Further, instead of the rectangular box-shaped battery as shown in FIG. 4, for example, a battery having another shape such as a cylindrical shape may be accommodated in the housing formed of the battery cover 6 and the lower case 12. Good. When a battery having such a shape other than the rectangular box shape is stored inside the casing 32 (see FIG. 2) of the battery pack 5, the battery is arranged as the central shaft 26 shown in FIG. It is preferable to use an axis connecting the center of the region and the center of the cooling air inlet 28 (see FIG. 2) formed in the housing 32 (see FIG. 2).
[0035]
As shown in FIG. 4, in the battery pack 5, restraint plates 10 a and 10 b are arranged at both ends of the module assembly 11. The restraint plates 10a and 10b are connected and fixed to each other by restraint pipes 8a and 8b. The restraining plates 10a and 10b are fixed to the lower case 12. Each battery module 17 is also fixed to the lower case 12.
[0036]
On each side surface (end surface) of the battery module 17 constituting the module assembly 11, terminals 16 for inputting / outputting current to / from the battery module 17 are formed as described above. In order to connect the terminals 16 of the battery module 17 to each other, bus bar modules 9 a and 9 b are arranged on the side surface of the module assembly 11. By connecting the bus bar modules 9 a and 9 b to the respective terminals 16 of the battery module 17, the battery modules 17 are electrically connected in series in the module assembly 11.
[0037]
On the upper surface of the module assembly 11, an exhaust terminal 15 having a built-in safety valve for discharging hydrogen gas or the like exhausted from the battery module 17 from the module assembly 11 is formed. On the exhaust terminal 15, an exhaust hose 7 connected to the exhaust terminal 15 and exhausting hydrogen gas discharged from the battery module 17 to the outside of the battery pack 5 is installed. A temperature sensor 13 and a harness for measuring the temperature of the module assembly 11 are disposed on the upper surface of the module assembly 11. In order to keep the temperature of the module assembly 11 within a predetermined range according to the output of the temperature sensor 13, cooling air is supplied to the module assembly 11 by the blower fan 21 (see FIG. 1).
[0038]
The blower fan 21 (see FIG. 1) is not shown with a rotation shaft (not shown) disposed therein, and a plurality of blower fins (not shown) installed on the outer periphery of the rotation shaft. Comprises a motor connected to the rotating shaft. As the motor rotates, the rotating shaft rotates, and cooling air is supplied from the blower fan 21 (see FIG. 1) to the blower duct 20 (see FIG. 1). Then, as indicated by arrows in FIG. 1, the cooling air is supplied to the inside of the battery pack 5 through the air duct 20.
[0039]
As can be seen from FIGS. 5 and 6, the cooling air supplied from the blower fan 21 (see FIG. 1) passes through the blower duct 20 (see FIG. 5) on the upper side of the battery pack 5 (see FIG. 5). Between the housing 32 (see FIG. 5) and the module assembly 11 (see FIG. 5) (that is, between the battery cover 6 (see FIG. 4) and the upper surface of the module assembly 11 (see FIG. 4)). It is supplied to the upper cooling air flow path 29 (see FIG. 5), which is a refrigerant introduction space to be formed. Then, the cooling air supplied to the upper cooling air flow passage 29 passes through a gap 30 (see FIG. 6) formed between the battery modules 17 (see FIG. 5) constituting the module assembly 11 (see FIG. 5). Circulate from top to bottom. After the cooling air removes heat from the module assembly 11 (see FIG. 5), the lower cooling air flow path 31 (which is a refrigerant discharge space formed between the lower surface of the module assembly 11 and the casing 32 ( (See FIG. 5). Thereafter, the cooling air is discharged in a direction along the lower surface of the module assembly 11 to the exhaust duct 24 (see FIG. 5) connected to the lower cooling air flow path 31 and the discharge port 36 (see FIG. 5). The And cooling air is discharged | emitted from the exhaust port 25 (refer FIG. 1) of the exhaust duct 24 to the exterior of a motor vehicle.
[0040]
In the battery system mounted on the automobile according to the present invention, even if the blower fan 21 is disposed at a position shifted from the central shaft 26 as shown in FIG. 2, the blower fan 21 is formed on the casing 32 of the battery pack 5. Cooling air can be smoothly supplied to the cooling air inlet 28 side. This is because most of the cooling air sent from the blower fan 21 can reach the cooling air inlet 28 as it is without colliding with the wall surface of the blower duct 20.
[0041]
On the other hand, when the delivery direction axis 27 is substantially parallel to the central axis 26, the cooling air sent from the blower fan 21 collides with the wall surface of the blower duct 20, so the flow velocity distribution is disturbed. For this reason, in the battery system according to the present invention shown in FIGS. 1 and 2, the disturbance in the flow velocity distribution of the cooling air supplied to the cooling air inlet 28 is smaller than when the delivery direction axis 27 is substantially parallel to the central axis 26. it can. As a result, the cooling air can be uniformly supplied to the entire module assembly 11 (see FIG. 2) as a battery via the cooling air inlet 28 (see FIG. 2) of the housing 32 (see FIG. 2). Therefore, the entire module assembly 11 can be effectively cooled, so that local temperature variations in the module assembly 11 can be suppressed. Therefore, it is possible to suppress the occurrence of the problem that the characteristics of the battery cells included in the battery module 17 (see FIG. 2) of the module assembly 11 are deteriorated or the life is shortened.
[0042]
Here, in order to confirm the effect of the present invention, a battery system as a comparative example as shown in FIG. 7 is compared with the battery system shown in FIGS. FIG. 7 is a schematic plan view showing a battery system as a comparative example. The battery system as the comparative example shown in FIG. 7 basically has the same configuration as the battery system shown in FIGS. 1 and 2, but the direction of the delivery direction shaft 27 in the blower fan 21 and the shape of the blower duct 20. Is different from the battery system shown in FIGS.
[0043]
In the battery system as the comparative example shown in FIG. 7, the delivery direction axis 27 of the blower fan 21 is substantially parallel to the central axis 26. Further, the shape of the air duct 20 is also bent so that the cooling air flow path meanders in the air duct 20 so as to conform to the arrangement of the air blowing fan 21.
[0044]
The battery system according to the present invention shown in FIGS. 1 and 2 is compared with the battery system as a comparative example shown in FIG. In the battery system according to the present invention, the cooling air can be relatively uniformly supplied to the entire module assembly 11 as described above. Therefore, sufficient cooling air can be supplied also to the region 42 (see FIG. 2).
[0045]
On the other hand, in the battery system shown in FIG. 7 as a comparative example, as described above, the cooling air sent from the blower fan 21 once changes the flow direction after colliding with the wall surface of the blower duct 20. Therefore, the flow velocity distribution of the cooling air is disturbed. Therefore, the flow rate of the cooling air supplied to the region 42 (see FIG. 7) is smaller than that of the battery system according to the present invention shown in FIGS. For this reason, in the battery system as a comparative example, the cooling of the region 42 in the module assembly 11 is insufficient, and the temperature of the module assembly 11 is different between the region 42 and other regions (the temperature varies locally). There is.
[0046]
Thus, in the battery system according to the present invention shown in FIGS. 1 and 2, sufficient cooling air can be supplied to the region 42 (see FIG. 2) and other regions than the battery system as the comparative example shown in FIG. Therefore, local temperature variations in the module assembly 11 can be suppressed.
[0047]
As shown in FIG. 2, the blower fan 21 is preferably arranged so that the delivery direction shaft 27 intersects the cooling air inlet 28 formed in the housing 32. More preferably, it is preferable that the arrangement of the blower fan 21 is determined so that the central axis 26 and the delivery direction axis 27 intersect at substantially the center of the cooling air inlet 28.
[0048]
Further, in the battery system according to the present invention, the blower fan 21 (see FIG. 2) can be arranged at an arbitrary position shifted from the central shaft 26 (see FIG. 2) without deteriorating the cooling characteristics of the battery system. The degree of freedom of arrangement of 21 can be increased.
[0049]
As can be seen from FIG. 2, in the battery system according to the present invention, the region in which the refrigerant supply port 33 is located in the plane including the refrigerant supply port 33 of the blower fan 21 is substantially perpendicular to the central axis 26. The plane is oblique to the central axis 26 so as to be inclined toward the cooling air inlet 28. That is, the refrigerant supply port 33 is formed so as to face the cooling air inlet 28 formed in the housing 32 as a cover member. For this reason, the cooling air sent from the refrigerant supply port 33 of the blower fan 21 can be reliably supplied to the cooling air inlet 28. That is, since the cooling air can be directly supplied toward the cooling air inlet 28, it is possible to effectively suppress the disturbance of the flow velocity distribution of the cooling air flowing toward the cooling air inlet 28.
[0050]
Further, as shown in FIGS. 1 and 5, the casing 32 (see FIG. 5) as a cover member has a discharge port 36 (see FIG. 5) on the same side as the cooling air inlet 28 (see FIG. 5) as an opening. Reference) is formed. Therefore, inside the battery pack 5 (see FIG. 5), the cooling air supplied from the cooling air inlet 28 flows into the battery module 17 (see FIG. 5) of the module assembly 11 (see FIG. 5) inside the housing 32. After passing through the gap 30 formed between them (see FIG. 6), it is discharged to the outside of the battery pack 5 (see FIG. 5) through the discharge port 36 (see FIG. 5). To do). For this reason, cooling air can be reliably supplied also to the area | region adjacent to the cooling air inlet 28 (refer FIG. 5) in the module assembly 11 (refer FIG. 5).
[0051]
For example, consider a case where a discharge port is formed on the opposite side of the housing 32 (see FIG. 5) from the side where the cooling air inlet 28 (see FIG. 5) is formed. In this case, the flow rate of the cooling air supplied from the cooling air inlet 28 to the inside of the casing 32 of the battery pack 5 (see FIG. 5) is at a sufficient level in the portion located in front of the cooling air inlet 28. However, since the cooling air flows as it is toward the discharge port formed on the side opposite to the cooling air inlet 28, the module assembly 11 (see FIG. 5) is closest to the cooling air inlet 28 (see FIG. 5). In some cases, sufficient cooling air is not supplied to the lower part.
[0052]
However, as shown in FIGS. 1 and 5, in the battery system according to the present invention, the cooling air makes a U-turn inside the housing 32 (see FIG. 5) as described above, so that the module assembly 11 (FIG. 5). The U-turned cooling air is sufficiently supplied to the lower part closest to the cooling air inlet 28 (see FIG. 5). Therefore, locally insufficient cooling in the module assembly 11 (see FIG. 5) can be effectively suppressed.
[0053]
Moreover, in embodiment of the invention mentioned above, in the housing | casing 32 (refer FIG. 2) of the battery pack 5 (refer FIG. 1) so that a cooling wind can be supplied to the upper side of the module assembly 11 (refer FIG. 5), Although the cooling air inlet 28 (see FIG. 1) is formed above the end portion, the arrangement of the cooling air inlet 28 can be changed as appropriate. For example, in FIG. 1, the arrangement of the cooling air inlet 28 and the outlet 36 in the battery pack 5 may be switched. In this case, the cooling air can be supplied from the cooling air inlet 28 to the lower side of the module assembly 11 (see FIG. 5). In this case, the cooling air flows from the lower side of the module assembly 11 (see FIG. 5) to the gap 30 between the battery modules 17 (see FIG. 6) constituting the module assembly 11 from the lower side to the module assembly 11 It reaches the upper side of the aggregate 11. Thereafter, the cooling air is discharged from the upper side of the module assembly 11 to the outside of the battery pack 5.
[0054]
In the above-described embodiment, as shown in FIG. 2, the cooling air is supplied to the module assembly 11 from the stacking direction of the battery modules 17 in the module assembly 11. The direction may be another direction. For example, a cooling air inlet is formed in the casing 32 (see FIG. 2) in a direction substantially perpendicular to the stacking direction of the battery modules 17 (see FIG. 2) of the module assembly 11 (see FIG. 2). The cooling air may be supplied to the module assembly 11.
[0055]
The embodiment disclosed this time should be considered as illustrative in all points and not restrictive. The scope of the present invention is shown not by the above-described embodiment but by the scope of claims, and is intended to include all modifications within the meaning and scope equivalent to the scope of claims.
[0056]
【The invention's effect】
Thus, according to the present invention, when the cooling medium delivery member for cooling the battery is not disposed on the front surface of the battery, the entire battery can be effectively cooled. And shortening the service life.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic perspective view showing a luggage space of a first embodiment of an automobile equipped with a battery system according to the present invention.
2 is a schematic plan view of a battery pack constituting a battery system mounted on the automobile shown in FIG. 1, a blower fan for introducing cooling air into the battery pack, and a blow duct. FIG.
FIG. 3 is a block diagram of the automobile shown in FIG.
4 is a schematic development view of a battery pack of the battery system mounted on the automobile shown in FIG. 1 and a blower fan for introducing cooling air into the battery pack. FIG.
FIG. 5 is a schematic cross-sectional view taken along line VV in FIG.
6 is a partially enlarged schematic view of FIG. 5. FIG.
FIG. 7 is a schematic plan view showing a battery system as a comparative example.
FIG. 8 is a schematic plan view showing a battery system that cools a battery by supplying cooling air to the battery pack using a blower fan.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Car, 2 Control part, 3 Battery part, 4 Drive part, 5 Battery pack, 6 Battery cover, 7 Exhaust hose, 8a, 8b Restraint pipe, 9a, 9b Bus bar module, 10a, 10b Restraint plate, 11 Module assembly, 12 Lower case, 13 Temperature sensor, 15 Exhaust terminal, 16 Terminal, 17 Battery module, 18 Luggage space, 20 Air duct, 21 Air fan, 22 Air intake duct, 23 Air inlet, 24 Air exhaust duct, 25 Air outlet, 26 Central axis , 27 Delivery direction axis, 28 Cooling air inlet, 29 Upper cooling air channel, 30 Gap, 31 Lower cooling air channel, 32 Housing, 33 Refrigerant supply port, 34 Surface, 35 Luggage side trim shelf, 36 Discharge port, 42 region.

Claims

A box-shaped battery group including a plurality of either single cells or battery modules;
A cooling medium delivery member for supplying a cooling medium to the battery group ;
A cover member surrounding the battery group ,
Between the one outer peripheral side surface of the battery group and the wall surface of the cover member, a refrigerant introduction space is formed in which the cooling medium is supplied from the cooling medium delivery member in a direction along the one outer peripheral side surface.
Between the other outer peripheral side surface facing the one outer peripheral side surface in the battery group and the cover member, between the plurality of single cells and battery modules constituting the battery group from the refrigerant introduction space. A coolant discharge space for discharging the cooling medium in a direction along the other outer peripheral side surface is formed while the cooling medium flows in through the gap formed in
In the cover member,
A rectangular opening facing the refrigerant introduction space, into which the cooling medium supplied from the cooling medium delivery member flows,
Facing the refrigerant discharge space, a discharge port for discharging the cooling medium supplied to the battery group is formed; and
An air duct having one end connected to the opening and the other end connected to the cooling medium delivery member;
From a central axis passing through the center in the width direction and the center of the opening in the cross section perpendicular to the cooling medium supply direction in the refrigerant introduction space in parallel with the cooling medium supply direction in the refrigerant introduction space. The cooling medium delivery member is disposed at a position shifted in the direction along the one outer peripheral side surface, and the direction of the coolant supply port for delivering the cooling medium in the cooling medium delivery member and the refrigerant flow direction of the cooling medium extending from the supply port into the refrigerant introducing space is disposed to direct into center side of the cell group in the direction along the outer peripheral side surface of the one,
The said air duct is a battery system which has a shape which spreads toward the both ends of the said refrigerant | coolant introduction space from the said refrigerant | coolant supply port .

Prior Symbol cover member, are disposed on the same plane and the opening the outlet, cell system according to claim 1.

The battery system according to claim 1 or 2, wherein the battery system is mounted on an automobile.

A cooling structure for cooling a box-shaped battery group including a plurality of unit cells and battery modules,
A cover member for accommodating the battery group therein;
A cooling medium delivery member for supplying a cooling medium to the battery group,
Between the one outer peripheral side surface of the battery group and the wall surface of the cover member, the cooling medium delivery member extends in a direction along the one outer peripheral side surface through a rectangular opening formed in the wall surface. A refrigerant introduction space to which a cooling medium is supplied is formed,
Any one of the unit cell and the battery module constituting the battery group from the refrigerant introduction space between the other outer peripheral side surface of the battery group facing the one outer peripheral side surface and the other wall surface of the cover member. A coolant discharge space for discharging the cooling medium in a direction along the other outer peripheral side surface is formed while the cooling medium flows in through a gap between
The cooling medium delivery member has a refrigerant supply port for delivering the cooling medium , and
An air duct having one end connected to the opening and the other end connected to the cooling medium delivery member;
The air duct has a shape that extends from the refrigerant supply port toward both ends of the refrigerant introduction space,
The opening is formed in the wall surface of the cover member facing an end in the refrigerant introduction space in a direction along one outer peripheral side surface of the battery group,
The cooling medium delivery member, wherein is arranged at a position deviated from a center axis passing through the center of the central and the refrigerant introducing space within the opening, and a flat surface which includes the coolant supply port to said central axis cooling structure for to tilt from vertical direction to the opening side, the plane that is interlinked to the central axis and oblique to cool the battery group Te.