JP4374925B2

JP4374925B2 - Battery pack cooling structure

Info

Publication number: JP4374925B2
Application number: JP2003183085A
Authority: JP
Inventors: 信昭木谷; 広志有澤; 哲益田
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2003-06-26
Filing date: 2003-06-26
Publication date: 2009-12-02
Anticipated expiration: 2023-06-26
Also published as: JP2005019231A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、車両に搭載される電気機器に関し、特に、電気自動車（ＥＶ）やハイブリッド車（ＨＶ）等に用いられる二次電池に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電動機により車両の駆動力を得る、電気自動車、ハイブリッド自動車、燃料電池車は、二次電池を搭載している。電気自動車は、この二次電池に蓄えられた電力を用いて電動機を駆動して車両を駆動する。ハイブリッド自動車は、この二次電池に蓄えられた電力を用いて電動機を駆動して車両を駆動したり、電動機によりエンジンをアシストして車両を駆動したりする。燃料電池車は、燃料電池による電力を用いて電動機を駆動して車両を駆動したり、この燃料電池による電力に加えて二次電池に蓄えられた電力を用いて電動機を駆動して車両を駆動したりする。
【０００３】
これらの二次電池は、高電圧高出力を必要とするため、現状では、１．２Ｖ程度の単電池（電池セル）を６個程度直列に接続した電池モジュールを、３０個程度直列に接続して電池パックを形成している。電気自動車、ハイブリッド自動車などにおいては、内燃機関のみを車両の駆動源としていた従来の車両に搭載されていなかったこのよう二次電池を搭載しなければならない。車両においては、車室空間および荷室空間の有効的利用、衝突事故時の安全性確保の点などから、車両に搭載される電気機器の中では容積が大きい二次電池の搭載位置を検討する必要がある。この検討においては、この二次電池の大きさ（高さ、車両の幅方向の長さ、車両の前後方向の長さ）を考慮する必要があったり、二次電池の冷却を考慮する必要があったりする。以下においては、この二次電池をバッテリと記載する場合がある。
【０００４】
特開２００２−３１３４４０号公報（特許文献１）は、バッテリケース内のバッテリセルの冷却効率の向上を図る電気自動車のバッテリ冷却装置を開示する。このバッテリ冷却装置は、複数個のバッテリセルを収容するバッテリケース内を隔壁によって、最上流部に空気取入口を備えて複数個のバッテリセルを収容した上流側バッテリセル室と、最下流部に空気排出口を備えて複数個のバッテリセルを収容した下流側バッテリセル室と、に並列に隣接して隔成するとともに、上流側バッテリセル室の最下流部に、空気取入口から流入した空気流を縮流する縮流部を設け、上流側バッテリセル室と下流側バッテリセル室との間には、縮流部に連設配置した冷却ファンを備えて、冷却ファン後流の冷却風の速度成分を静圧に変換する容積の大きな静圧チャンバを設けるとともに、静圧チャンバと下流側バッテリセル室とを連通して静圧チャンバ内から下流側バッテリセル室に冷却風を供給する連通口を設ける。
【０００５】
特許文献１に開示されたバッテリ冷却装置によれば、冷却ファンによって空気取入口から上流側バッテリセル室に空気が流入すると、上流側バッテリセル室の最下流部に設けた縮流部により冷却ファンの直前で空気流が縮流されて、冷却風の流速低下を縮流部のオリフィス効果によって低減することができ、上流側バッテリセル室内で冷却風が滞留するのを防止して上流側バッテリセル室に収容したバッテリセルの個々に冷却風を行き渡らせることができる。静圧チャンバでは冷却ファンのアウトレット直後で急激に管路面積が拡大しているため、静圧チャンバで冷却ファンにより送風される冷却風の速度成分が静圧に変換されて、静圧チャンバ内から連通口を介して下流側バッテリセル室に冷却風が供給され、下流側バッテリセル室ではその最上流側の連通口部分と最下流側の空気排出口部分との圧力差が略一定に確保されて、下流側バッテリセル室に収容したバッテリセルの個々に均等な冷却風量、風速の冷却風を供給することができる。その結果、バッテリケース内の全てのバッテリセルを均等に冷却することができて、バッテリセルの冷却効率を一段と高めることができる。
【０００６】
また、図２０に、実用化されているＨＶ小型車における二次電池の冷却構造を示す。図２０に示すように、多数のバッテリセルから構成される二次電池パックは、吸気ダクト、ブロアおよび中間ダクトを介して冷却風が供給され、中間ダクトに接続されたケース内に収納された多数のバッテリセルを冷却して、排気ダクトから車室内外へ排出される。
【０００７】
【特許文献１】
特開２００２−３１３４４０号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特許文献１に開示された冷却装置では、バッテリケース内にそれぞれ３０個程度のバッテリセルから構成される上流側バッテリセル室および下流側バッテリセル室とを設け、上流側バッテリセル室に設けられた空気取入口から冷却空気を冷却ファンにて吸込み、吸込んだ冷却空気は上流側バッテリセル室に収納されたバッテリセルを冷却した後、下流側バッテリセル室に収納されたバッテリセルを冷却して、下流側バッテリセル室に設けられた空気排出口から排出される。このため、下流側のバッテリセル室には、上流側のバッテリセル室に収納されたバッテリセルを冷却した後の冷却空気が供給されるため、上流側のバッテリセル室と下流側のバッテリセル室とで供給される冷却空気の温度が異なる（上流側で熱交換されている分だけ下流側の方が温度が高い）。そのため、バッテリセルに温度分布が発生する。
【０００９】
また、必要な電池の容量に応じて、図２０に示す冷却構造が複数個併設される。このような場合、以下のような問題点が生じる。
【００１０】
複数個併設された二次電池パック間において風量が不均一になり、バッテリパック間およびバッテリセル間において温度の不均一が発生する。これは、複数個併設されるバッテリパックのそれぞれにおいては、車両の搭載位置と冷却風の吸気位置および排気位置とから、吸気ダクトおよび排気ダクトの長さも形状も異なるものとなる。そのため、それぞれのバッテリパックの吸気ダクトおよび排気ダクトの圧力損失が異なり、風量が不均一になる。
【００１１】
さらに、図２０に示す冷却構造を車両に実際に搭載する場合には、吸気ダクトも排気ダクトも、それぞれのバッテリパックごとに、その断面積が急拡大および急縮小させたり、急激に曲げたりして、車両の限られた空間に配置される。このため、バッテリパック毎に異なる、断面積の急拡大および急縮小、急激な曲がりは、バッテリパック毎に異なる大きさの圧力損失を生じさせるので、バッテリパック毎に圧力損失が異なり、風量が不均一になる。特に局所的に冷却風の風量が極端に少なくなると、異常な温度上昇を招き、バッテリパック全体の寿命を短くしかねない。さらに、このような断面積の急拡大および急縮小、急激な曲がりは、流れの乱れを生じさせて、騒音を発生させることになる。
【００１２】
このような問題を解決するために、バッテリパック毎に冷却用のブロアを設けてそれぞれの圧力損失に対応させてブロアを制御するのは困難である。また、複数のバッテリパックを全て同じような直管の吸気ダクトおよび排気ダクトで構成して、ブロアを同じ条件で運転するとなると、同じ容積のユニットが複数個必要となるので、車載空間の限られた車両においてはその実現が困難である。
【００１３】
本発明は、上述の課題を解決するためになされたものであって、その目的は、複数のバッテリパックのそれぞれに対応するブロアを用いて、バッテリパックを均一にかつ効率的に冷却することができる、バッテリパックの冷却構造を提供することである。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
第１の発明に係るバッテリパックの冷却構造は、複数のバッテリパックと、バッテリパックと同じ数の複数のブロアと、複数のバッテリパックおよび複数のブロアを収納するケースとを含む。複数のブロアの各々は、複数のバッテリパックのそれぞれに対応付けられて、対応するバッテリパックに冷却媒体を導入する。このケースには、冷却媒体の吸気口と排気口とが設けられ、ケース内には冷却媒体が吸気口から導入され、バッテリパックとの間で熱交換された冷却媒体が排気口からケース外に導出されるものである。バッテリパックとは、バッテリを構成する最小の単電池（電池セル）であっても、この単電池を６個程度直列に接続した電池群であっても、この電池群をさらに多数直列に接続したものであってもよい。すなわち、本発明においては、最小単位である１個の単電池（電池セル）も、この単電池を複数接続した電池群をも含んで、この冷却構造の適用が可能であることを示すものである。
【００１５】
第１の発明によると、ケース内に、複数のバッテリパックと、各バッテリパックに対応して、そのバッテリパックに冷却媒体を導入するための導入手段であるブロアが収納される。すなわち、同じ数のバッテリパックとブロアとが対応付けされて収納される。ケースには、冷却媒体の吸気口と排気口とが設けられる。ブロアは、吸気口から導入された冷却媒体が満たされている。ブロアには、吸気ダクトが設けられていない。ブロアは、ケース内の冷却媒体を吸込んで、バッテリパックに送込む。このため、ブロアによる冷却媒体の吸込み時において、冷却媒体が吸気ダクトを流れる際の管路抵抗に伴う圧力損失を生じない。バッテリパックとの間で熱交換された冷却媒体は、ケース内に排出される。ケース内に排出された冷却媒体は排気口からケース外に導出される。ケースには、排気ダクトが設けられていない。このため、ブロアによる熱交換された冷却媒体の送出し時において、冷却媒体が吸気ダクトを流れる際の管路抵抗に伴う圧力損失を生じない。また、たとえば１台のブロアで吸気ダクトを分岐させて４個のバッテリパックを冷却すると、管路抵抗の差により圧力損失の差が発生し流量の差を生じて冷却が不均一になる。第１の発明においては、各バッテリパックに対応するようにブロアが設置されるので、そのような不均一な冷却になることもない。その結果、複数のバッテリパックのそれぞれに対応するブロアを用いて、バッテリパックを均一にかつ効率的に冷却することができる、バッテリパックの冷却構造を提供することができる。
【００１６】
第２の発明に係るバッテリパックの冷却構造においては、第１の発明の構成に加えて、ケースに、吸気口から導入された冷却媒体と、バッテリパックとの間で熱交換された冷却媒体とを仕切る仕切り板がさらに設けられたものである。
【００１７】
第２の発明によると、仕切り板により吸気口から導入された冷却媒体と、バッテリパックとの間で熱交換された冷却媒体とを区別して、吸気口から導入された冷却媒体をブロアを用いてバッテリパックに流すことができ、熱交換された後の冷却媒体がバッテリパックに流されることがない。
【００１８】
第３の発明に係るバッテリパックの冷却構造においては、第２の発明の構成に加えて、仕切板により仕切られたケースの中で、吸気口のある側のケースにより吸気チャンバが形成され、排気口がある側のケースにより排気チャンバが形成されるものである。
【００１９】
第３の発明によると、ブロアが冷却媒体を吸引してバッテリパックに送込む際に、吸気チャンバがあるので閉塞状態にならず、十分な流量の冷却媒体をバッテリパックに供給できる。また、排気チャンバがあるので、バッテリパックからの熱交換された後の冷却媒体の送出しが閉塞状態にならず、十分な流量の冷却媒体をバッテリパックに供給できる。
【００２０】
第４の発明に係るバッテリパックの冷却構造は、複数のバッテリパックと、バッテリパックと同じ数の複数のブロアと、複数のバッテリパックを収納する第１のケースと、複数のブロアを収納する第２のケースと、第１のケースと第２のケースとを連通させる連通手段とを含む。複数のブロアの各々は、複数のバッテリパックのそれぞれに対応付けられて、対応するバッテリパックに冷却媒体を導入する。この第１のケースには、冷却媒体の吸気口が、この第２のケースには排気口がそれぞれ設けられる。冷却媒体が吸気口から第１のケース内に導入され、バッテリパックとの間で熱交換された冷却媒体が排気口から第２のケース外に導出されるものである。
【００２１】
第４の発明によると、第１のケース内に複数のバッテリパックが、第２のケース内に各バッテリパックに対応して冷却媒体を導入するための導入手段であるブロアが収納される。すなわち、同じ数のバッテリパックとブロアとが対応付けされて、それぞれのケースに収納される。第１のケースには冷却媒体の吸気口が、第２のケースにはバッテリパックとの間で熱交換された後の冷却媒体の排気口がそれぞれ設けられる。連通手段により、第１のケースに収納されたブロアから第２のケースに収納されたバッテリパックに冷却媒体を流通させることができる。ブロアが収納された第１のケースには、吸気口から導入された冷却媒体が満たされている。ブロアには、吸気ダクトが設けられていない。ブロアは、第１のケース内の冷却媒体を吸込んで、連通手段を介して、第２のケースに収納されたバッテリパックに送込む。このため、第１のケースにおいて、ブロアによる冷却媒体の吸込み時に、冷却媒体が吸気ダクトを流れる際の管路抵抗に伴う圧力損失を生じない。バッテリパックとの間で熱交換された冷却媒体は、第２のケース内に排出される。第２のケース内に排出された冷却媒体は排気口からケース外に導出される。第２のケースには、排気ダクトが設けられていない。このため、ブロアによる熱交換された冷却媒体の送出し時において、冷却媒体が吸気ダクトを流れる際の管路抵抗に伴う圧力損失を生じない。各バッテリパックに対応するようにブロアが設置されるので、バッテリパックごとに不均一な冷却になることもない。その結果、複数のバッテリパックのそれぞれに対応するブロアを用いて、バッテリパックを均一にかつ効率的に冷却することができる、バッテリパックの冷却構造を提供することができる。
【００２２】
第５の発明に係るバッテリパックの冷却構造においては、第４の発明の構成に加えて、第１のケースにより吸気チャンバが形成され、第２のケースにより排気チャンバが形成されるものである。
【００２３】
第５の発明によると、ブロアが冷却媒体を吸引してバッテリパックに送込む際に、第１のケースにより形成される吸気チャンバがあるので閉塞状態にならず、十分な流量の冷却媒体をバッテリパックに供給できる。また、第２のケースにより形成される排気チャンバがあるので、バッテリパックからの熱交換された後の冷却媒体の送出しが閉塞状態にならず、十分な流量の冷却媒体をバッテリパックに供給できる。
【００２４】
第６の発明に係るバッテリパックの冷却構造においては、第１〜５のいずれかの発明の構成に加えて、バッテリパックは、導入された冷却媒体をケース内に排出する排出部を有するものである。
【００２５】
第６の発明によると、バッテリパックに設けられた排出部からケースまたは第２のケースに、バッテリパックとの間で熱交換された後の冷却媒体が排出され、排気口からケース外に導出される。
【００２６】
第７の発明に係るバッテリパックの冷却構造においては、第１〜６のいずれかの発明の構成に加えて、冷却媒体は空気であるものである。
【００２７】
第７の発明によると、均一かつ効率的に冷却できる、空冷のバッテリパックを実現できる。
【００３４】
第１１の発明に係るバッテリパックの冷却構造は、第１〜１０のいずれかの発明の構成に加えて、ＨＶ車両、ＥＶ車両およびＦＣＥＶ車両のいずれかに搭載されることを特徴とするものである。
【００３５】
第１１の発明によると、ＨＶ車両（ハイブリッド自動車）、ＥＶ車両（電気自動車）およびＦＣＥＶ車両（燃料電池車）に好適な、冷却構造を提供できる。
【００３６】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明する。以下の説明では、同一の部品には同一の符号を付してある。それらの名称および機能も同じである。したがってそれらについての詳細な説明は繰返さない。
【００３７】
図１および図２を参照して、本発明の実施の形態に係るバッテリパックの冷却構造が車両に搭載される状態について説明する。なお、以下に示す実施の形態では、バスなどの大型車両であってＦＣＥＶに本実施の形態に係るバッテリパックの冷却構造を適用した場合について説明するが、本発明はこのような適用に限定されるものではない。
【００３８】
図１および図２に示すように、本実施の形態においては、車両１００の後部に、燃料電池モジュール１０００とバッテリモジュール２０００とが搭載されている。バッテリモジュール２０００は、所定の容量のバッテリパックがバッテリパックケースに収納されたバッテリユニット２１００と、そのバッテリユニット２１００に冷却媒体である空気を送込む冷却ユニット２５００とから構成される。詳細については後述するが、冷却ユニット２５００は、上方から冷却空気を吸込んで、側方に配置されたバッテリモジュール２０００に送込み、バッテリモジュール２０００の車両の前方側に設けられた排気口から、冷却空気が排出される。
【００３９】
図３および図４を参照して、バッテリモジュール２０００の内部構造について説明する。図３に、バッテリモジュール２０００の斜視図であって、その内部構造を表わした図を、図４に、バッテリモジュール２０００の斜視図であって、その部品に展開した図を示す。
【００４０】
図３および図４に示すように、このバッテリモジュール２０００は、バッテリユニット２１００と冷却ユニット２５００とが車両の幅方向に併設される。図３は車両の前方側から見た図であって、図４は車両の後方側から見た図である。
【００４１】
バッテリユニット２１００は、バッテリユニットケース２１１４内に４個のバッテリパック２２００（車両前方下側のバッテリパック２２０１、車両後方下側のバッテリパック２２０２、車両前方上側のバッテリパック２２０３、車両後方上側のバッテリパック２２０４）が収納されている。
【００４２】
車両前方下側のバッテリパック２２０１および車両後方下側のバッテリパック２２０２は、下段ラック２３０１に収納され、車両前方上側のバッテリパック２２０３および車両後方上側のバッテリパック２２０４は、上段ラック２３０２に収納され、上段ラック２３０２にバッテリパックケース天板２３０３が設けられている。
【００４３】
また、バッテリユニット２１００の、冷却ユニット２５００の反対側の側面には、バッテリパックケース側板２３０４が、冷却ユニット２５００の側の側面には、バッテリパックケース側板２３０５が設けられている。バッテリパックケース側板２３０５には、バッテリパック側中間ダクト２４１０（バッテリパック２２０１に対応するバッテリパック側第１中間ダクト２４１１、バッテリパック２２０２に対応するバッテリパック側第２中間ダクト２４１２、バッテリパック２２０３に対応するバッテリパック側第３中間ダクト２４１３、バッテリパック２２０４に対応するバッテリパック側第４中間ダクト２４１４）を貫通させるための４つの穴が設けられている。
【００４４】
バッテリユニットケース２１１４は、車両前方側の側面の上側に、第１排気口２１０２、第２排気口２１０４および第３排気口２１０６が設けられている。第１バッテリパック２２０１、第２バッテリパック２２０２、第３バッテリパック２２０３および第４バッテリパック２２０４にて、熱交換が行なわれた冷却空気がこの第１排気口２１０２、第２排気口２１０４および第３排気口２１０６からバッテリユニット２１００の外部に排出される。
【００４５】
冷却ユニット２５００は、冷却ユニットケース２５１４内に４個のバッテリパックに対応する４個のブロア２６００（第１バッテリパック２２０１に対応する第１ブロア２６０１、第２バッテリパック２２０２に対応する第２ブロア２６０２、第３バッテリパック２２０３に対応する第３ブロア２６０３、第４バッテリパック２２０４に対応する第４ブロア２６０４）が収納されている。
【００４６】
４個のブロア２６００のそれぞれには、４個のバッテリパック２２００それぞれに対応して、ブロア側中間ダクト２６１０（第１ブロア２６０１にはブロア側第１中間ダクト２６１１、第２ブロア２６０２にはブロア側第２中間ダクト２６１２、第３ブロア２６０３にはブロア側第３中間ダクト２６１３、第４ブロア２６０４にはブロア側第４中間ダクト２６１４）が接続されている。
【００４７】
また、冷却ユニット２５００の、バッテリユニット２１００の側の側面には、冷却ユニットケース側板２５１６が設けられている。冷却ユニットケース側板２５１６には、ブロア側中間ダクト２６１０（バッテリパック２２０１に対応するブロア側第１中間ダクト２６１１、バッテリパック２２０２に対応するブロア側第２中間ダクト２６１２、バッテリパック２２０３に対応するブロア側第３中間ダクト２６１３、バッテリパック２２０４に対応するブロア側第４中間ダクト２６１４）を貫通させるための４つの穴が設けられている。
【００４８】
バッテリユニット２１００と冷却ユニット２５００とが車両の幅方向に併設して配置され、バッテリパックケース側板２３０５と冷却ユニットケース側板２５１６とが隣接する。このとき、バッテリパック側中間ダクト２４１０とブロア側中間ダクト２６１０とがそれぞれ対応して接続される。すなわち、第１バッテリパック２２０１に対応する、バッテリパック側第１中間ダクト２４１１とブロア側第１中間ダクト２６１１とが、第２バッテリパック２２０２に対応する、バッテリパック側第２中間ダクト２４１２とブロア側第２中間ダクト２６１２とが、第３バッテリパック２２０３に対応する、バッテリパック側第３中間ダクト２４１３とブロア側第３中間ダクト２６１３とが、第４バッテリパック２２０４に対応する、バッテリパック側第４中間ダクト２４１４とブロア側第４中間ダクト２６１４とが、それぞれ接続される。
【００４９】
冷却ユニットケース天板２５１５には、冷却空気を冷却ユニットケース２５００内に導入するための、第１吸気口２５１０、第２吸気口２５１２が設けられている。第１吸気口２５１０、第２吸気口２５１２に取りつけられたダクトはその直径が大きく、長さが短く、管路抵抗は非常に小さいものである。
【００５０】
冷却ユニット２５００の容積は、４個のブロア２６００を収め、かつ、残りの容積で十分な吸気側チャンバの機能を発現するような大きさに設計されている。この容積に余裕がないと、吸気側チャンバの機能を発現しないで、ブロア２６００により冷却空気を十分に吸込めない。
【００５１】
バッテリユニット２１００の容積は、４個のバッテリパック２２００を収め、かつ、残りの容積で十分な排気側チャンバの機能を発現するような大きさに設計されている。この容積に余裕がないと、排気側チャンバの機能を発現しないで、ブロア２６００により冷却空気を十分に送込めない。
【００５２】
なお、上述した説明では、バッテリユニット２１００と冷却ユニット２５００とをそれぞれ別々のケースで実現したが、１つのケースで実現して、バッテリパックケース側板２３０５および冷却ユニットケース側板２５１６の代わりに、仕切り板を設けるようにして、ブロア２６００がバッテリパック２２００と熱交換した後の冷却空気を吸込まないようにしてもよい。
【００５３】
図５に、第１バッテリパック２２０１および第２バッテリパック２２０２を、下段ラック２３０１に収納した状態を示す。バッテリユニットケース２１１４の車両前方側の上側に、第１排気口２１０２、第２排気口２１０４および第３排気口２１０６が設けられている。
【００５４】
図６に、第１バッテリパック２２０１およびバッテリパック２２０２に加えて、第３バッテリパック２２０３および第４バッテリパック２２０４を、上段ラック２３０２に収納した状態を示す。冷却ユニット２５００側に、４個のバッテリユニット側中間ダクト２４１０（バッテリパック２２０１に対応するバッテリパック側第１中間ダクト２４１１、バッテリパック２２０２に対応するバッテリパック側第２中間ダクト２４１２、バッテリパック２２０３に対応するバッテリパック側第３中間ダクト２４１３、バッテリパック２２０４に対応するバッテリパック側第４中間ダクト２４１４）が設けられている。
【００５５】
図７に、上段ラック２３０２にバッテリパックケース天板２３０３を設けた、バッテリユニット２１００を示す。図７に示すように、バッテリユニット２１００は、直方体の形状を有し、冷却ユニット２５００側の側面に４個のバッテリユニット側中間ダクト２４１０が突出して設けらてれいる。
【００５６】
図８に、図７とは別の角度から見たバッテリユニット２１００を示す。図８に示すように、バッテリユニット２１００の車両前方側の側面には、第１排気口２１０２、第２排気口２１０４および第３排気口２１０６が開口している。これら第１排気口２１０２、第２排気口２１０４および第３排気口２１０６には、特にダクト等の管路抵抗になるような部材は取り付けられない。
【００５７】
図９に、冷却ユニット２５００の冷却ユニットケース天板２５１５を取り付ける前の状態を示す。上段の第３ブロア２６０３と第４ブロア２６０４とが見えている。図１０に、図９の拡大図を示す。図９に示すように、第１ブロア２６０１にはブロア側第１中間ダクト２６１１が、第２ブロア２６０２にはブロア側第２中間ダクト２６１２が、第３ブロア２６０３にはブロア側第３中間ダクト２６１３が、第４ブロア２６０４にはブロア側第４中間ダクト２６１４がそれぞれ接続されている。図９に示すように、第１ブロア２６０１、第２ブロア２６０２、第３ブロア２６０３および第４ブロア２６０４のいずれの吸込み口にも吸気ダクトが設けられていない。
【００５８】
以上のような構造を有する、本実施の形態に係るバッテリパックの冷却構造におけるバッテリパックの冷却状態について説明する。主として図３を参照して説明する。
【００５９】
大型のバス等の車両１００の後部に設けられたバッテリモジュール２０００においては、冷却ユニット２５００からバッテリユニット２１００に冷却空気が送込まれる。送込まれた冷却空気は、バッテリユニット２１００内に収納されたバッテリパックとの間で熱交換して、車両前方側に設けられた排気口から、熱交換された冷却空気が排気される。さらに、これを詳しく説明する。
【００６０】
図３に示すように、冷却ユニット２１００は、その冷却ユニットケース２５１４内に４個のバッテリパックに対応する４個のブロア２６００が収納される。また、冷却ユニット２１００は、管路抵抗にならない程度の第１吸気口２５１０および第２吸気口２５１２を有する。さらに、冷却ユニット２１００は、吸気チャンバとしての容積を有する。
【００６１】
一方、バッテリユニット２１００は、そのバッテリユニットケース２１１４内に４個のバッテリパック２２００が収納される。第１バッテリパック２２０１には、第１ブロア２６０１により冷却空気が送り込まれ、第２バッテリパック２２０２には、第２ブロア２６０２により冷却空気が送り込まれ、第３バッテリパック２２０３には、第３ブロア２６０３により冷却空気が送り込まれ、第４バッテリパック２２０４には、第４ブロア２６０４により冷却空気が送り込まれる。送込まれた冷却空気によりバッテリパック２２００が冷却される。
【００６２】
第１ブロア２５１１は、管路抵抗の影響を受けることなく（第１ブロア２６０１の吸込口にダクトがない）、吸気チャンバとして機能する冷却ユニットケース２５１４内の冷却空気を吸込んで、ブロア側第１中間ダクト２６１１およびバッテリパック側第１中間ダクト２４１１を介して、第１バッテリパック２２０１に冷却空気を送込む。第１バッテリパック２２０１に送込まれた冷却空気により第１バッテリパック２２０１が冷却される。
【００６３】
この第１ブロアによる第１バッテリパック２２０１の冷却とは独立して、第２ブロア２５１２は、管路抵抗の影響を受けることなく（第２ブロア２６０２の吸込口にダクトがない）、吸気チャンバとして機能する冷却ユニットケース２５１４内の冷却空気を吸込んで、ブロア側第２中間ダクト２６１２およびバッテリパック側第２中間ダクト２４１２を介して、第２バッテリパック２２０２に冷却空気を送込む。第２バッテリパック２２０２に送込まれた冷却空気により第２バッテリパック２２０２が冷却される。
【００６４】
これらの第１ブロアによる第１バッテリパック２２０１の冷却および第２ブロアによる第２バッテリパック２２０２の冷却とは独立して、第３ブロア２５１３は、管路抵抗の影響を受けることなく（第３ブロア２６０３の吸込口にダクトがない）、吸気チャンバとして機能する冷却ユニットケース２５１４内の冷却空気を吸込んで、ブロア側第３中間ダクト２６１３およびバッテリパック側第３中間ダクト２４１３を介して、第３バッテリパック２２０３に冷却空気を送込む。第３バッテリパック２２０３に送込まれた冷却空気により第３バッテリパック２２０３が冷却される。
【００６５】
これらの第１ブロアによる第１バッテリパック２２０１の冷却、第２ブロアによる第２バッテリパック２２０２の冷却および第３ブロアによる第３バッテリパック２２０３の冷却とは独立して、第４ブロア２５１４は、管路抵抗の影響を受けることなく（第４ブロア２６０４の吸込口にダクトがない）、吸気チャンバとして機能する冷却ユニットケース２５１４内の冷却空気を吸込んで、ブロア側第４中間ダクト２６１４およびバッテリパック側第４中間ダクト２４１４を介して、第４バッテリパック２２０４に冷却空気を送込む。第４バッテリパック２２０４に送込まれた冷却空気により第４バッテリパック２２０４が冷却される。
【００６６】
このように４台のブロア２６００が作動しても、冷却ユニットケース２５１４の容積が大きく、吸気チャンバとして機能するため、互いが干渉しあうこともない。
【００６７】
以下、このチャンバの機能についてさらに詳しく説明する。
［１：複数個のバッテリパックへの冷却空気流量の不均一解消］
図１１および図１２に従来の冷却構造を示す。これは、４個のバッテリパックを４個のブロアで冷却するものである。条件として、ダクトの直径は同じで、吸排気位置は１ヶ所ずつとして、ダクトの曲部における圧力損失の影響は無視する、ただし、バッテリパックの数は４個であって、ブロアの数も４個であるが、吸気口は１ヶ所であるので、それぞれのバッテリパックへつながる吸気ダクトの経路長が異なる。４個のバッテリパックの中の２個のバッテリパックの間の冷却流量の不均一について考察する。
【００６８】
ダクト（管路）における圧力損失は一般的に以下の式（１）で表わされる。
【００６９】
【数１】

【００７０】
ここで、ΔＰは圧力損失、λが管摩擦係数、ｌが管路長さ、ｄeqが管内等価直径、ρが冷却空気の比重、ｖが流速である。
【００７１】
管路長がｌ₁の管路の圧力損失ΔＰ₁は、式（２）で、管路長がｌ₂の管路の圧力損失ΔＰ₂は、式（３）で、それぞれ表わされる。
【００７２】
【数２】

【００７３】
【数３】

【００７４】
一般に、圧力損失と流量との間には、Ｒを管路抵抗、Ｑを流量として、式（４）で表わされる関係が成立する。
【００７５】
【数４】

【００７６】
式（１）を式（４）に変形すると、ｖ＝Ｑ／断面積であるので、式（５）が導かれる。
【００７７】
【数５】

【００７８】
図１１を図１３のように簡略化する。管路要素が並列に並んだ場合には、各要素部分毎の圧力損失は、各部を流れる流量Ｑｉについて、Ｒｉを管路抵抗として、式（６）で表わされる。
【００７９】
【数６】

【００８０】
管路要素が並んだ場合には、各部分の入口と出口との圧力損失が同じになる。すなわち、各部分での圧力損失が同じになる（式（７）、式（８））。
【００８１】
【数７】

【００８２】
【数８】

【００８３】
なお、各部分の流量の総和が全流量である（式９）。
【００８４】
【数９】

【００８５】
ここで、ダクトの直径は同じで、吸排気口は１ヶ所ずつで、ダクトの曲部における圧力損失の影響を無視して、ダクトの冷却経路長さが異なる（ｌ₁の管路とｌ₂の管路とであって、ｌ₂＝αｌ₁：α＞１）として、式（５）、式（７）および式（８）に基づいて、
【００８６】
【数１０】

【００８７】
【数１１】

【００８８】
式（１０）と式（１１）とから、
【００８９】
【数１２】

【００９０】
このように、経路１（ｌ₁の管路）と経路２（ｌ₂の管路）とで、冷却空気の流量に差が発生することがわかる。この冷却空気の流量の差によりバッテリパックの冷却むらが発生していた。
【００９１】
これに対して、図１４に示す本実施の形態に係る冷却構造においては、従来構造のような吸排気ダクトをなくして、ブロア２６００を、冷却ユニットケース２５１４に収納し、バッテリパック２２００をバッテリユニットケース２１１４に収納した。これらの冷却ユニットケース２５１４およびバッテリユニットケース２１１４は、それぞれ吸気チャンバおよび排気チャンバとして機能する。
【００９２】
すなわち、ブロア２６００の吸気口においては開放系からの吸込みと同じか類似する状態に、バッテリパックの排気口において開放系への排気と同じか類似する状態にできる。このため、大幅な圧力損失の低減と、その低減に伴う冷却空気の流量の増大化、圧力損失の差がなくなり、それに伴う冷却空気の流量の均一化やブロアの寿命の均一化および長寿命化が可能になる。
【００９３】
式（１）において、図１４の場合には、管内等価直径ｄeqが極端に大きくなったものとして考えることができるので、図１３におけるＰinとＰoutとの差である圧力損失が吸排気ダクトがない分だけ小さくなる。すなわち式（７）より、式（１３）、式（１４）のようになる。
【００９４】
【数１３】

【００９５】
【数１４】

【００９６】
ここで、ΔＰ_BBは、ブロアとバッテリパックとの圧力損失、ΔＰ₃は、図１３の吸気ダクト経路１に相当する部分の圧力損失、ΔＰ₅は、図１３の排気ダクト経路１に相当する部分の圧力損失、ΔＰ₄は、図１３の吸気ダクト経路２に相当する部分の圧力損失、ΔＰ₆は、図１３の排気ダクト経路２に相当する部分の圧力損失である。図１３における管内等価直径ｄeq＜＜図１４における管内等価直径ｄeqであるので、式（１３）において
【００９７】
【数１５】

【００９８】
【数１６】

【００９９】
式（１４）において
【０１００】
【数１７】

【０１０１】
【数１８】

【０１０２】
式（１５）〜式（１８）における左辺は図１４における圧力損失、右辺は図１３における圧力損失である。式（１５）〜式（１８）は、ｌ₃〜ｌ₆に差があっても、図１３における管内等価直径ｄeq＜＜図１４における管内等価直径ｄeqであるので、式（１９）のようになると考えてよい。
【０１０３】
【数１９】

【０１０４】
つまり図１４における経路３、経路４（図１３における経路１、経路２に相当）の吸排気ダクト部分の圧力損失はほとんど無視できると考えてよい。よって、図１４の圧力損失は、
【０１０５】
【数２０】

【０１０６】
【数２１】

【０１０７】
式（２０）および式（２１）より、Ｑ₃を図１４の経路３の流量として、Ｑ₄を図１４の経路４の流量として、
【０１０８】
【数２２】

【０１０９】
となる。
以上のように、ブロア２６００とバッテリパック２２００とを、ともにそれぞれのケース（チャンバ）に収納することにより、大幅な圧力損失の低減と、圧力損失の均一化が図られ、その結果、流量の均一化を実現できる。
【０１１０】
［２：冷却風の騒音の低減化］
図１５に示すように、吸排気ダクトを用いると、１）ダクトの曲部は乱流が発生しやすく騒音の原因の１つとなる、２）管路の長さによっては、ブロアの羽根回転風切り音が、ダクト内を伝播して吸気口周辺に騒音が広がる。吸排気ダクトが付いていると、上記［１］で説明したように、その分の圧力損失が上昇する。ここで、Ｐtを全圧、ΔＰを静圧（圧力損失）、Ｐdを動圧、ζを損失係数とすると、式（２３）になる。
【０１１１】
【数２３】

【０１１２】
【数２４】

【０１１３】
ブロアの理論動力Ｌadは、式（２５）で表わされる。
【０１１４】
【数２５】

【０１１５】
ダクトが付いている従来の構造では式（２６）に、チャンバとした本実施の形態の構造では式（２７）になる。
【０１１６】
【数２６】

【０１１７】
【数２７】

【０１１８】
式（２４）より式（２６）および式（２７）は、式（２８）になる。
【０１１９】
【数２８】

【０１２０】
よって、必要量の流量を確保するためには、Ｌadダクト≒Ｌadチャンバでなくてはならないので、ブロアモータの回転数を上昇させる必要がある。回転数が上昇すると、ブロア羽根の風切り音が増大し、騒音が発生する。
【０１２１】
なお、式（２４）に関して、以下の式（２９）において流量Ｑが変化しないのであれば、流速ｖが変化しないので、動圧（Ｐt−Ｐs）は変化しない。
【０１２２】
【数２９】

【０１２３】
ここで、Ｃはピトー係数、Ｐtは排気口全圧、Ｐsは排気口静圧、ｖは流速である。この場合において、ダクトにより静圧Ｐsは大きくなるので、全圧Ｐtはそれに伴い大きくなってしまう。
【０１２４】
図１６に、本実施の形態に係る冷却構造を示す。１）直接ブロア吸込み口に向かって指向性のないかつ速度分布がない均一な流れとなり、周囲の空気をまんべんなく吸込むことができる。２）これにより、吸込む面積が広がっていくので、吸気口から離れたところでは流速が急に小さくなる。以上により乱流が生じにくい流れになり局部的な圧力差を生じなくなるので、気流による騒音が低減される。また、冷却ユニットケースに収納されている各ブロアは、圧力損失の低い環境で使用されるので、低回転で運転できるため、低騒音とすることができる。
【０１２５】
［３：周辺部品の配置制約の緩和もしくはダクト断面積の減少］
図１７（Ａ）〜（Ｃ）に従来の冷却構造を、図１７（Ｄ）に本実施の形態に係る冷却構造を示す。図１７（Ｂ）に示すようにダクトに干渉する部品を配置しなければならない場合、その部品がダクトに干渉しないような場所に移すように設計するか、または図１７（Ｃ）に示すようにダクトの断面積を削減して、部品を配置することになる。図１７（Ｃ）に示すようにダクトの断面積を削減すると、圧力損失が大きくなる。
【０１２６】
図１７（Ｄ）に示すように、部品を冷却ユニットケース２５１４やバッテリユニットケース２１１４内にであるチャンバ内に収めて配置することができる。この場合であっても、冷却空気はこの部品の影響を受けることが少ない。
【０１２７】
［４：ブロア寿命の低下防止と寿命の均一化］
従来の冷却構造のブロアでは、式（２９）により回転数が高い場合の頻度が多くなるので、ブラシ摩耗等による劣化が促進される。このため、ブロアの寿命が本実施の形態における冷却構造のブロアの場合よりも短くなる。
【０１２８】
また、従来の冷却構造のブロアでは、式（１２）、式（２３）、式（２５）により、経路１のブロアと経路２のブロアとでは運転状態に差が出る。一方、本実施の形態に係る冷却構造のブロアでは、式（２２）、式（２３）、式（２５）により、経路３のブロアと経路４のブロアとでは運転状態がほとんど同じになるので、各ブロアの寿命が均一化される。
【０１２９】
このように、本実施の形態に係る冷却構造のブロアでは、長寿命化と寿命の均一化が図れる。
【０１３０】
［５：車両内のバッテリモジュールの配置］
本実施の形態に係る冷却構造によると、バッテリパックからの冷却空気の排出口が地上から高い位置にあるので、塵埃や水の侵入を防ぐことができる。塵埃が侵入するとバッテリパックのバッテリセル間の冷却通路を塞いでしまう。水の侵入は、ブロアの電気回路における漏電の可能性が出てくる。
【０１３１】
また、本実施の形態に係る冷却構造によると、バッテリモジュールを車両の後方に配置するので、車両のフロアパネル下にバッテリモジュールを配置する場合に比べて、車両の低床化を実現しやすい。
【０１３２】
＜その他の実施の形態＞
図１８および図１９にその他の実施の形態に係る冷却構造を示す。図１８は、バッテリモジュールを側方から見た図であって、図１９は、図１８のＡ視である。
【０１３３】
バッテリパックのアッパーケースをなくして、そのようなバッテリパックを４個併設した。ブロアとしてクロスフローファンを用い、樹脂化したロアケースを用いた。このため、アッパーケースがないので、さらに圧力損失が低減できて、クロスフローファンを用いたので、バッテリパックの温度のばらつきが低減して、ロアケースの樹脂化により軽量化が実現できた。なお、樹脂化しても、電磁シールドは筐体全体で確保することとした。なお、ブロアは、クロスフローファンに限定されるものではない。ただし、クロスフローファンであると、一度に広範囲に送風が可能であるので、バッテリセルの温度のばらつきを低減しやすくなる点で、クロスフローファンが好ましい。
【０１３４】
以上のようにして、本実施の形態に係るバッテリパックの冷却構造によると、バッテリパックケース内に４個のバッテリパックが、冷却ユニットケース内に４台のブロアが収納される。冷却ユニットケースには冷却空気の吸気口が、バッテリパックケースにはバッテリパックとの間で熱交換された後の冷却空気の排気口がそれぞれ設けられる。ブロアが収納された冷却ユニットケースには、吸気口から導入された冷却空気が満たされている。ブロアには、吸気ダクトが設けられていない。ブロアは、冷却ユニットケース内の冷却空気を吸込んで、冷却空気をバッテリパックに送込む。冷却ユニットケースにおいて、ブロアによる冷却空気の吸込み時に、冷却空気が吸気ダクトを流れる際の管路抵抗に伴う圧力損失を生じない。バッテリパックとの間で熱交換された冷却空気は、バッテリパックケース内に排出される。このバッテリパックケースには、排気ダクトが設けられていない。このため、ブロアによる熱交換された冷却空気の送出し時において、冷却空気が吸気ダクトを流れる際の管路抵抗に伴う圧力損失を生じない。各バッテリパックに対応するようにブロアが設置されるので、バッテリパックごとに不均一な冷却になることもない。その結果、複数のバッテリパックのそれぞれに対応するブロアを用いて、バッテリパックを均一にかつ効率的に冷却することができる、バッテリパックの冷却構造を提供することができる。
【０１３５】
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説明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。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係るバッテリパックの冷却構造の大型バスへの適用例を示す図である。
【図２】図１の部分拡大図である。
【図３】本発明の実施の形態に係るバッテリパックの冷却構造の全体斜視図である。
【図４】本発明の実施の形態に係るバッテリパックの冷却構造の部品構成を示す斜視図である。
【図５】下段バッテリパック装填後のバッテリユニットの斜視図である。
【図６】上下段バッテリパック装填後のバッテリユニットの斜視図である。
【図７】組立後のバッテリユニットの斜視図（その１）である。
【図８】組立後のバッテリユニットの斜視図（その２）である。
【図９】冷却ユニットの斜視図である。
【図１０】図９の部分拡大図である。
【図１１】本実施の形態に係る冷却構造との比較されるべき従来の冷却構造を示す図（その１）である。
【図１２】図１１の分岐配管を示す図である。
【図１３】図１１を簡略化した図である。
【図１４】図１１と比較されるべき本実施の形態に係る冷却構造を示す図である。
【図１５】本実施の形態に係る冷却構造との比較されるべき従来の冷却構造を示す図（その２）である。
【図１６】図１５と比較されるべき本実施の形態に係る冷却構造を示す図である。
【図１７】本実施の形態に係る冷却構造における周辺部品の配置を示す図である。
【図１８】本発明の他の実施の形態に係る冷却構造を示す図である。
【図１９】図１８の部分拡大図である。
【図２０】従来の冷却構造を示す図である。
【符号の説明】
１００車両、１０００燃料電池モジュール、２０００バッテリモジュール、２１００バッテリユニット、２１０２第１排気口、２１０４第２排気口、２１０６第３排気口、２１１４バッテリユニットケース、２２００バッテリパック、２２０１第１バッテリパック、２２０２第２バッテリパック、２２０３第３バッテリパック、２２０４第４バッテリパック、２３０１下段ラック、２３０２上段ラック、２３０３バッテリパックケース天板、２３０４，２３０５バッテリパックケース側板、２４１０バッテリパック側中間ダクト、２４０１バッテリパック側第１中間ダクト、２４０２バッテリパック側第２中間ダクト、２４０３バッテリパック側第３中間ダクト、２４０４バッテリパック側第４中間ダクト、２５００冷却ユニット、２５１０第１吸気口、２５１２第２吸気口、２５１４冷却ユニットケース、２５１５冷却ユニットケース天板、２５１６冷却ユニットケース側板、２６００ブロア、２６０１第１ブロア、２６０２第２ブロア、２６０３第３ブロア、２６０４第４ブロア、２６１０ブロア側中間ダクト、２６１１ブロア側第１中間ダクト、２６１２ブロア側第２中間ダクト、２６１３ブロア側第３中間ダクト、２６１４ブロア側第４中間ダクト。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an electric device mounted on a vehicle, and more particularly to a secondary battery used in an electric vehicle (EV), a hybrid vehicle (HV), and the like.
[0002]
[Prior art]
Electric vehicles, hybrid vehicles, and fuel cell vehicles that obtain the driving force of a vehicle with an electric motor are equipped with secondary batteries. An electric vehicle drives a motor by driving an electric motor using electric power stored in the secondary battery. A hybrid vehicle drives an electric motor using the electric power stored in the secondary battery to drive the vehicle, or assists an engine with the electric motor to drive the vehicle. A fuel cell vehicle drives a vehicle by driving an electric motor using electric power from the fuel cell, or drives an electric motor using electric power stored in a secondary battery in addition to electric power from the fuel cell. To do.
[0003]
Since these secondary batteries require high voltage and high output, at present, about 30 battery modules in which about six 1.2V single cells (battery cells) are connected in series are connected in series. The battery pack is formed. In an electric vehicle, a hybrid vehicle, or the like, such a secondary battery that is not mounted in a conventional vehicle that uses only an internal combustion engine as a driving source of the vehicle must be mounted. In vehicles, consider the mounting position of secondary batteries with a large volume among the electrical equipment mounted on the vehicle, from the viewpoint of effective use of the cabin space and cargo space, and ensuring safety in the event of a collision. There is a need. In this examination, it is necessary to consider the size of the secondary battery (height, length in the width direction of the vehicle, length in the front-rear direction of the vehicle) or cooling of the secondary battery. There is. Hereinafter, the secondary battery may be referred to as a battery.
[0004]
Japanese Patent Laying-Open No. 2002-313440 (Patent Document 1) discloses a battery cooling device for an electric vehicle that improves cooling efficiency of battery cells in a battery case. This battery cooling device includes an upstream battery cell chamber that houses a plurality of battery cells with a partition wall in the battery case that houses a plurality of battery cells, an air intake port at the most upstream portion, and a downstream portion. The downstream battery cell chamber having an air discharge port and containing a plurality of battery cells is adjacent to and separated from the downstream battery cell chamber, and the air that flows into the most downstream portion of the upstream battery cell chamber from the air intake port A constricting section for constricting the flow is provided, and a cooling fan is provided between the upstream battery cell chamber and the downstream battery cell chamber so as to be connected to the constricting section. A communication port for providing a cooling air to the downstream battery cell chamber from the inside of the static pressure chamber by providing the static pressure chamber having a large volume for converting the velocity component to the static pressure and communicating the static pressure chamber and the downstream battery cell chamber. Set up That.
[0005]
According to the battery cooling device disclosed in Patent Document 1, when air flows into the upstream battery cell chamber from the air intake port by the cooling fan, the cooling fan is provided by the contracted portion provided in the most downstream portion of the upstream battery cell chamber. The air flow is contracted immediately before the cooling air flow, and the decrease in the flow velocity of the cooling air can be reduced by the orifice effect of the contracted portion, and the cooling air is prevented from staying in the upstream battery cell chamber to prevent the upstream battery cell Cooling air can be distributed to each battery cell accommodated in the chamber. In the static pressure chamber, the pipe area suddenly expands immediately after the outlet of the cooling fan, so the velocity component of the cooling air blown by the cooling fan in the static pressure chamber is converted into static pressure, and from the inside of the static pressure chamber. Cooling air is supplied to the downstream battery cell chamber via the communication port, and in the downstream battery cell chamber, the pressure difference between the communication port portion on the most upstream side and the air discharge port portion on the most downstream side is substantially constant. Thus, it is possible to supply the cooling air with the same cooling air amount and air speed to each battery cell accommodated in the downstream battery cell chamber. As a result, all the battery cells in the battery case can be uniformly cooled, and the cooling efficiency of the battery cells can be further increased.
[0006]
FIG. 20 shows a cooling structure for a secondary battery in an HV compact car that has been put into practical use. As shown in FIG. 20, the secondary battery pack composed of a large number of battery cells is supplied with cooling air through the intake duct, the blower and the intermediate duct, and is stored in a case connected to the intermediate duct. The battery cell is cooled and discharged from the exhaust duct to the outside of the passenger compartment.
[0007]
[Patent Document 1]
JP 2002-31440 A
[0008]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the cooling device disclosed in Patent Document 1, an upstream battery cell chamber and a downstream battery cell chamber each composed of about 30 battery cells are provided in the battery case, and the upstream battery cell chamber is provided. The cooling air is sucked in by the cooling fan from the air intake, and the sucked cooling air cools the battery cells stored in the upstream battery cell chamber and then cools the battery cells stored in the downstream battery cell chamber. And is discharged from an air discharge port provided in the downstream battery cell chamber. For this reason, since the cooling air after cooling the battery cell accommodated in the upstream battery cell chamber is supplied to the downstream battery cell chamber, the upstream battery cell chamber and the downstream battery cell chamber And the temperature of the cooling air supplied is different (the temperature on the downstream side is higher by the amount of heat exchange on the upstream side). Therefore, temperature distribution occurs in the battery cell.
[0009]
Further, a plurality of cooling structures shown in FIG. 20 are provided in accordance with the required battery capacity. In such a case, the following problems arise.
[0010]
The air volume is nonuniform between the secondary battery packs provided in parallel, and the temperature is nonuniform between the battery packs and between the battery cells. In each of a plurality of battery packs provided side by side, the length and shape of the intake duct and the exhaust duct are different from the mounting position of the vehicle and the intake position and exhaust position of the cooling air. Therefore, the pressure loss of the intake duct and the exhaust duct of each battery pack is different, and the air volume becomes non-uniform.
[0011]
Further, when the cooling structure shown in FIG. 20 is actually mounted on a vehicle, the cross-sectional area of each of the intake duct and the exhaust duct is suddenly expanded and contracted or bent sharply for each battery pack. In a limited space of the vehicle. For this reason, sudden expansion and contraction of the cross-sectional area, and sudden bending, which differ from battery pack to battery pack, cause pressure loss of different magnitudes from battery pack to battery pack. It becomes uniform. In particular, when the amount of cooling air is extremely reduced locally, an abnormal temperature rise is caused and the life of the entire battery pack may be shortened. Furthermore, such sudden expansion and contraction of the cross-sectional area and rapid bending cause a flow disturbance and generate noise.
[0012]
In order to solve such a problem, it is difficult to provide a cooling blower for each battery pack and control the blower corresponding to each pressure loss. In addition, if a plurality of battery packs are configured with similar straight pipe intake ducts and exhaust ducts and the blower is operated under the same conditions, a plurality of units having the same volume are required. This is difficult to realize in a vehicle.
[0013]
The present invention has been made to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to uniformly and efficiently cool a battery pack using a blower corresponding to each of the plurality of battery packs. It is possible to provide a cooling structure for a battery pack.
[0014]
[Means for Solving the Problems]
The cooling structure of the battery pack according to the first invention includes a plurality of battery packs. , Ba Battery pack The same number of multiple blowers And multiple battery packs and multiple Blower And a case for storing the case. Each of the plurality of blowers is associated with each of the plurality of battery packs, and introduces a cooling medium into the corresponding battery pack. The case is provided with an inlet and an exhaust port for the cooling medium, the cooling medium is introduced into the case from the intake port, and the cooling medium heat-exchanged with the battery pack is exposed from the exhaust port to the outside of the case. Is derived. A battery pack is the smallest unit cell (battery cell) that constitutes a battery, or a battery group in which about six unit cells are connected in series. It may be a thing. That is, in the present invention, one unit cell (battery cell) as a minimum unit includes a battery group in which a plurality of unit cells are connected, and this cooling structure is applicable. is there.
[0015]
According to the first invention, a plurality of battery packs and a blower as introduction means for introducing a cooling medium into the battery packs are accommodated in the case in correspondence with the battery packs. That is, the same number of battery packs and blowers are stored in association with each other. The case is provided with an intake port and an exhaust port for the cooling medium. The blower is filled with a cooling medium introduced from the air inlet. The blower is not provided with an intake duct. The blower sucks the cooling medium in the case and sends it to the battery pack. For this reason, at the time of suction of the cooling medium by the blower, there is no pressure loss due to the pipe resistance when the cooling medium flows through the intake duct. The cooling medium exchanged with the battery pack is discharged into the case. The cooling medium discharged into the case is led out of the case through the exhaust port. The case is not provided with an exhaust duct. For this reason, at the time of sending the heat exchanged heat medium by the blower, there is no pressure loss due to the pipe resistance when the cooling medium flows through the intake duct. Further, for example, when four battery packs are cooled by branching the intake duct with one blower, a difference in pressure loss occurs due to a difference in pipe resistance, resulting in a difference in flow rate and uneven cooling. In the first invention, since the blower is installed so as to correspond to each battery pack, such uneven cooling does not occur. As a result, it is possible to provide a battery pack cooling structure capable of uniformly and efficiently cooling the battery pack using the blower corresponding to each of the plurality of battery packs.
[0016]
In the battery pack cooling structure according to the second invention, in addition to the configuration of the first invention, a cooling medium introduced from the air inlet into the case, and a cooling medium heat-exchanged between the battery pack and the case A partition plate for partitioning is further provided.
[0017]
According to the second invention, the cooling medium introduced from the intake port by the partition plate and the cooling medium exchanged heat with the battery pack are distinguished, and the cooling medium introduced from the intake port is used by using the blower. The cooling medium after being heat-exchanged can be flowed to the battery pack and is not flowed to the battery pack.
[0018]
In the battery pack cooling structure according to the third aspect of the invention, in addition to the configuration of the second aspect of the invention, an intake chamber is formed by the case on the side having the intake port among the cases partitioned by the partition plate, An exhaust chamber is formed by the case on the side where the mouth is located.
[0019]
According to the third aspect of the invention, when the blower sucks the cooling medium and sends it to the battery pack, there is an intake chamber so that the blower is not closed, and a cooling medium with a sufficient flow rate can be supplied to the battery pack. In addition, since the exhaust chamber is provided, the cooling medium delivery after the heat exchange from the battery pack is not blocked, and a sufficient flow rate of the cooling medium can be supplied to the battery pack.
[0020]
A battery pack cooling structure according to a fourth invention comprises a plurality of battery packs. , Ba Battery pack The same number of multiple blowers A first case that houses a plurality of battery packs, and a plurality of Blower And a communication means for communicating between the first case and the second case. Each of the plurality of blowers is associated with each of the plurality of battery packs, and introduces a cooling medium into the corresponding battery pack. The first case is provided with an intake port for the cooling medium, and the second case is provided with an exhaust port. The cooling medium is introduced into the first case from the intake port, and the cooling medium heat-exchanged with the battery pack is led out of the second case from the exhaust port.
[0021]
According to the fourth invention, a plurality of battery packs are accommodated in the first case, and a blower which is an introduction means for introducing the cooling medium corresponding to each battery pack is accommodated in the second case. That is, the same number of battery packs and blowers are associated with each other and stored in each case. The first case is provided with an inlet for the cooling medium, and the second case is provided with an outlet for the cooling medium after heat exchange with the battery pack. With the communication means, the cooling medium can be circulated from the blower stored in the first case to the battery pack stored in the second case. The first case in which the blower is accommodated is filled with the cooling medium introduced from the intake port. The blower is not provided with an intake duct. The blower sucks the cooling medium in the first case and sends it to the battery pack housed in the second case via the communication means. For this reason, in the first case, when the cooling medium is sucked by the blower, there is no pressure loss due to the pipe resistance when the cooling medium flows through the intake duct. The cooling medium that has exchanged heat with the battery pack is discharged into the second case. The cooling medium discharged into the second case is led out of the case through the exhaust port. The second case is not provided with an exhaust duct. For this reason, at the time of sending the heat exchanged heat medium by the blower, there is no pressure loss due to the pipe resistance when the cooling medium flows through the intake duct. Since the blower is installed so as to correspond to each battery pack, there is no uneven cooling for each battery pack. As a result, it is possible to provide a battery pack cooling structure capable of uniformly and efficiently cooling the battery pack using the blower corresponding to each of the plurality of battery packs.
[0022]
In the battery pack cooling structure according to the fifth aspect of the invention, in addition to the configuration of the fourth aspect of the invention, an intake chamber is formed by the first case, and an exhaust chamber is formed by the second case.
[0023]
According to the fifth aspect of the invention, when the blower sucks the cooling medium and sends it to the battery pack, there is an intake chamber formed by the first case. Can be supplied to the pack. In addition, since there is an exhaust chamber formed by the second case, the cooling medium delivery after the heat exchange from the battery pack is not blocked, and a sufficient amount of cooling medium can be supplied to the battery pack. .
[0024]
In the battery pack cooling structure according to the sixth invention, in addition to the configuration of any one of the first to fifth inventions, the battery pack has a discharge portion for discharging the introduced cooling medium into the case. is there.
[0025]
According to the sixth invention, the cooling medium after heat exchange with the battery pack is discharged from the discharge portion provided in the battery pack to the case or the second case, and is led out of the case from the exhaust port. The
[0026]
In the battery pack cooling structure according to the seventh invention, in addition to the structure of any one of the first to sixth inventions, the cooling medium is air. In Is.
[0027]
According to the seventh invention, an air-cooled battery pack that can be uniformly and efficiently cooled can be realized.
[0034]
A battery pack cooling structure according to an eleventh aspect of the invention is characterized in that it is mounted on any one of an HV vehicle, an EV vehicle, and an FCEV vehicle in addition to the configuration of any one of the first to tenth aspects of the invention. is there.
[0035]
According to the eleventh aspect, a cooling structure suitable for HV vehicles (hybrid vehicles), EV vehicles (electric vehicles) and FCEV vehicles (fuel cell vehicles) can be provided.
[0036]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the following description, the same parts are denoted by the same reference numerals. Their names and functions are also the same. Therefore, detailed description thereof will not be repeated.
[0037]
With reference to FIG. 1 and FIG. 2, the state in which the cooling structure for the battery pack according to the embodiment of the present invention is mounted on a vehicle will be described. In the embodiment described below, a case where the battery pack cooling structure according to the present embodiment is applied to an FCEV and is a large vehicle such as a bus will be described. However, the present invention is limited to such an application. It is not something.
[0038]
As shown in FIGS. 1 and 2, in the present embodiment, a fuel cell module 1000 and a battery module 2000 are mounted at the rear of the vehicle 100. The battery module 2000 includes a battery unit 2100 in which a battery pack having a predetermined capacity is housed in a battery pack case, and a cooling unit 2500 that sends air as a cooling medium to the battery unit 2100. Although details will be described later, the cooling unit 2500 sucks cooling air from above and sends it to the battery module 2000 disposed on the side, and cools it from an exhaust port provided on the front side of the battery module 2000 in the vehicle. Air is exhausted.
[0039]
The internal structure of the battery module 2000 will be described with reference to FIGS. FIG. 3 is a perspective view of the battery module 2000 and shows the internal structure thereof, and FIG. 4 is a perspective view of the battery module 2000 and developed in its components.
[0040]
As shown in FIGS. 3 and 4, the battery module 2000 includes a battery unit 2100 and a cooling unit 2500 that are provided in the vehicle width direction. FIG. 3 is a view seen from the front side of the vehicle, and FIG. 4 is a view seen from the rear side of the vehicle.
[0041]
The battery unit 2100 includes four battery packs 2200 (a battery pack 2201 on the vehicle front lower side, a battery pack 2202 on the vehicle rear lower side, a battery pack 2203 on the vehicle front upper side, and a battery pack on the vehicle rear upper side. 2204) is housed.
[0042]
The battery pack 2201 on the lower front side of the vehicle and the battery pack 2202 on the lower rear side of the vehicle are stored in the lower rack 2301, and the battery pack 2203 on the upper front side of the vehicle and the battery pack 2204 on the upper rear side of the vehicle are stored in the upper rack 2302. A battery pack case top plate 2303 is provided on the upper rack 2302.
[0043]
Further, a battery pack case side plate 2304 is provided on the side surface of the battery unit 2100 opposite to the cooling unit 2500, and a battery pack case side plate 2305 is provided on the side surface on the cooling unit 2500 side. Battery pack case side plate 2305 corresponds to battery pack side intermediate duct 2410 (battery pack side first intermediate duct 2411 corresponding to battery pack 2201, battery pack side second intermediate duct 2412 corresponding to battery pack 2202, and battery pack 2203. The battery pack side third intermediate duct 2413 and the battery pack side fourth intermediate duct 2414) corresponding to the battery pack 2204 are provided with four holes.
[0044]
The battery unit case 2114 is provided with a first exhaust port 2102, a second exhaust port 2104, and a third exhaust port 2106 above the side surface on the vehicle front side. In the first battery pack 2201, the second battery pack 2202, the third battery pack 2203, and the fourth battery pack 2204, the cooling air subjected to heat exchange is the first exhaust port 2102, the second exhaust port 2104, and the third It is discharged from the exhaust port 2106 to the outside of the battery unit 2100.
[0045]
The cooling unit 2500 includes four blowers 2600 corresponding to four battery packs in the cooling unit case 2514 (a first blower 2601 corresponding to the first battery pack 2201 and a second blower 2602 corresponding to the second battery pack 2202. The third blower 2603 corresponding to the third battery pack 2203 and the fourth blower 2604 corresponding to the fourth battery pack 2204) are housed.
[0046]
Each of the four blowers 2600 corresponds to each of the four battery packs 2200, and has a blower side intermediate duct 2610 (the first blower 2601 has a blower side first intermediate duct 2611 and the second blower 2602 has a blower side. A blower-side third intermediate duct 2613 is connected to the second intermediate duct 2612 and the third blower 2603, and a blower-side fourth intermediate duct 2614) is connected to the fourth blower 2604.
[0047]
A cooling unit case side plate 2516 is provided on the side surface of the cooling unit 2500 on the battery unit 2100 side. The cooling unit case side plate 2516 includes a blower side intermediate duct 2610 (a blower side first intermediate duct 2611 corresponding to the battery pack 2201, a blower side second intermediate duct 2612 corresponding to the battery pack 2202, and a blower side corresponding to the battery pack 2203. Four holes for penetrating the third intermediate duct 2613 and the blower-side fourth intermediate duct 2614 corresponding to the battery pack 2204 are provided.
[0048]
Battery unit 2100 and cooling unit 2500 are arranged side by side in the width direction of the vehicle, and battery pack case side plate 2305 and cooling unit case side plate 2516 are adjacent to each other. At this time, the battery pack side intermediate duct 2410 and the blower side intermediate duct 2610 are connected to each other. That is, the battery pack side first intermediate duct 2411 and the blower side first intermediate duct 2611 corresponding to the first battery pack 2201 are the battery pack side second intermediate duct 2412 and the blower side corresponding to the second battery pack 2202. The second intermediate duct 2612 corresponds to the third battery pack 2203. The battery pack side third intermediate duct 2413 and the blower side third intermediate duct 2613 correspond to the fourth battery pack 2204. The intermediate duct 2414 and the blower side fourth intermediate duct 2614 are connected to each other.
[0049]
The cooling unit case top plate 2515 is provided with a first intake port 2510 and a second intake port 2512 for introducing cooling air into the cooling unit case 2500. The ducts attached to the first intake port 2510 and the second intake port 2512 have a large diameter, a short length, and a very small pipe resistance.
[0050]
The volume of the cooling unit 2500 is designed to accommodate four blowers 2600 and to have a sufficient intake-side chamber function with the remaining volume. If there is no room for this volume, the function of the intake side chamber is not exhibited, and the cooling air cannot be sufficiently sucked by the blower 2600.
[0051]
The volume of the battery unit 2100 is designed to accommodate four battery packs 2200 and to have a sufficient exhaust side chamber function with the remaining volume. If this volume is not sufficient, the function of the exhaust side chamber is not exhibited, and the cooling air cannot be sufficiently fed by the blower 2600.
[0052]
In the above description, the battery unit 2100 and the cooling unit 2500 are realized in separate cases. However, instead of the battery pack case side plate 2305 and the cooling unit case side plate 2516, they are realized in one case. The blower 2600 may not suck the cooling air after heat exchange with the battery pack 2200.
[0053]
FIG. 5 shows a state where the first battery pack 2201 and the second battery pack 2202 are stored in the lower rack 2301. A first exhaust port 2102, a second exhaust port 2104, and a third exhaust port 2106 are provided on the upper side of the battery unit case 2114 on the front side of the vehicle.
[0054]
FIG. 6 shows a state in which the third battery pack 2203 and the fourth battery pack 2204 are stored in the upper rack 2302 in addition to the first battery pack 2201 and the battery pack 2202. On the cooling unit 2500 side, there are four battery unit side intermediate ducts 2410 (a battery pack side first intermediate duct 2411 corresponding to the battery pack 2201, a battery pack side second intermediate duct 2412 corresponding to the battery pack 2202, and a battery pack 2203). A corresponding battery pack side third intermediate duct 2413 and a battery pack side fourth intermediate duct 2414 corresponding to the battery pack 2204 are provided.
[0055]
FIG. 7 shows a battery unit 2100 in which a battery pack case top plate 2303 is provided on the upper rack 2302. As shown in FIG. 7, the battery unit 2100 has a rectangular parallelepiped shape, and four battery unit side intermediate ducts 2410 protrude from the side surface on the cooling unit 2500 side.
[0056]
FIG. 8 shows the battery unit 2100 viewed from an angle different from that in FIG. As shown in FIG. 8, a first exhaust port 2102, a second exhaust port 2104, and a third exhaust port 2106 are opened on the side surface of the battery unit 2100 on the front side of the vehicle. These first exhaust port 2102, second exhaust port 2104, and third exhaust port 2106 are not particularly attached with a member such as a duct that causes pipe resistance.
[0057]
FIG. 9 shows a state before the cooling unit case top plate 2515 of the cooling unit 2500 is attached. An upper third blower 2603 and a fourth blower 2604 are visible. FIG. 10 shows an enlarged view of FIG. As shown in FIG. 9, the first blower 2601 has a blower-side first intermediate duct 2611, the second blower 2602 has a blower-side second intermediate duct 2612, and the third blower 2603 has a blower-side third intermediate duct 2613. However, a blower-side fourth intermediate duct 2614 is connected to the fourth blower 2604, respectively. As shown in FIG. 9, no intake duct is provided at any of the suction ports of the first blower 2601, the second blower 2602, the third blower 2603, and the fourth blower 2604.
[0058]
The cooling state of the battery pack in the battery pack cooling structure according to the present embodiment having the above-described structure will be described. A description will be given mainly with reference to FIG.
[0059]
In battery module 2000 provided at the rear of vehicle 100 such as a large bus, cooling air is sent from cooling unit 2500 to battery unit 2100. The sent cooling air exchanges heat with the battery pack housed in the battery unit 2100, and the heat exchanged cooling air is exhausted from an exhaust port provided on the front side of the vehicle. Further, this will be described in detail.
[0060]
As shown in FIG. 3, the cooling unit 2100 stores four blowers 2600 corresponding to four battery packs in the cooling unit case 2514. In addition, the cooling unit 2100 has a first intake port 2510 and a second intake port 2512 that do not cause pipe resistance. Further, the cooling unit 2100 has a volume as an intake chamber.
[0061]
On the other hand, in the battery unit 2100, four battery packs 2200 are accommodated in the battery unit case 2114. Cooling air is sent to the first battery pack 2201 by the first blower 2601, cooling air is sent to the second battery pack 2202 by the second blower 2602, and a third blower 2603 is sent to the third battery pack 2203. Then, the cooling air is sent to the fourth battery pack 2204 by the fourth blower 2604. The battery pack 2200 is cooled by the supplied cooling air.
[0062]
The first blower 2511 sucks the cooling air in the cooling unit case 2514 functioning as an intake chamber without being affected by the pipe resistance (there is no duct at the suction port of the first blower 2601). Cooling air is sent to the first battery pack 2201 through the intermediate duct 2611 and the first intermediate duct 2411 on the battery pack side. The first battery pack 2201 is cooled by the cooling air sent to the first battery pack 2201.
[0063]
Independent of the cooling of the first battery pack 2201 by the first blower, the second blower 2512 is not affected by the pipe resistance (there is no duct at the suction port of the second blower 2602), and serves as an intake chamber. The cooling air in the functioning cooling unit case 2514 is sucked into the second battery pack 2202 through the blower-side second intermediate duct 2612 and the battery pack-side second intermediate duct 2412. The second battery pack 2202 is cooled by the cooling air sent to the second battery pack 2202.
[0064]
Independently of the cooling of the first battery pack 2201 by the first blower and the cooling of the second battery pack 2202 by the second blower, the third blower 2513 is not affected by the pipe resistance (the third blower 2603 has no duct), the cooling air in the cooling unit case 2514 functioning as an intake chamber is sucked into the third battery via the blower-side third intermediate duct 2613 and the battery pack-side third intermediate duct 2413. Cooling air is fed into the pack 2203. The third battery pack 2203 is cooled by the cooling air sent to the third battery pack 2203.
[0065]
Independently of the cooling of the first battery pack 2201 by the first blower, the cooling of the second battery pack 2202 by the second blower, and the cooling of the third battery pack 2203 by the third blower, the fourth blower 2514 Without being affected by road resistance (there is no duct at the suction port of the fourth blower 2604), the cooling air in the cooling unit case 2514 functioning as an intake chamber is sucked into the blower-side fourth intermediate duct 2614 and the battery pack side. Cooling air is sent into the fourth battery pack 2204 via the fourth intermediate duct 2414. The fourth battery pack 2204 is cooled by the cooling air sent to the fourth battery pack 2204.
[0066]
Thus, even if the four blowers 2600 are operated, the volume of the cooling unit case 2514 is large and functions as an intake chamber, so that they do not interfere with each other.
[0067]
Hereinafter, the function of this chamber will be described in more detail.
[1: Resolving uneven cooling air flow to multiple battery packs]
11 and 12 show a conventional cooling structure. In this case, four battery packs are cooled by four blowers. As a condition, the duct diameter is the same, the intake / exhaust positions are one by one, and the influence of pressure loss at the curved portion of the duct is ignored. However, the number of battery packs is four and the number of blowers is four. However, since there is one intake port, the path lengths of the intake ducts connected to the respective battery packs are different. Consider a non-uniform cooling flow rate between two of the four battery packs.
[0068]
The pressure loss in the duct (pipe) is generally expressed by the following formula (1).
[0069]
[Expression 1]

[0070]
Here, ΔP is the pressure loss, λ is the pipe friction coefficient, l is the pipe length, deq is the pipe equivalent diameter, ρ is the specific gravity of the cooling air, and v is the flow velocity.
[0071]
Pipe length is l ₁ Pressure loss ΔP ₁ Is the equation (2) and the pipe length is l ₂ Pressure loss ΔP ₂ Are each represented by Formula (3).
[0072]
[Expression 2]

[0073]
[Equation 3]

[0074]
In general, the relationship represented by the equation (4) is established between the pressure loss and the flow rate, where R is the pipe resistance and Q is the flow rate.
[0075]
[Expression 4]

[0076]
When formula (1) is transformed into formula (4), since v = Q / cross-sectional area, formula (5) is derived.
[0077]
[Equation 5]

[0078]
FIG. 11 is simplified as shown in FIG. When the pipe line elements are arranged in parallel, the pressure loss for each element part is expressed by Expression (6) with Ri being the pipe line resistance for the flow rate Qi flowing through each part.
[0079]
[Formula 6]

[0080]
When line elements are arranged, the pressure loss at the inlet and outlet of each part is the same. That is, the pressure loss in each part is the same (formula (7), formula (8)).
[0081]
[Expression 7]

[0082]
[Equation 8]

[0083]
In addition, the sum total of the flow volume of each part is a total flow volume (Formula 9).
[0084]
[Equation 9]

[0085]
Here, the diameter of the duct is the same, the intake and exhaust ports are provided one by one, and the cooling path length of the duct is different by ignoring the effect of pressure loss at the curved portion of the duct (l ₁ Pipe line and l ₂ And the pipe line ₂ = Αl ₁ : Α> 1), based on formula (5), formula (7) and formula (8),
[0086]
[Expression 10]

[0087]
[Expression 11]

[0088]
From Equation (10) and Equation (11),
[0089]
[Expression 12]

[0090]
Thus, path 1 (l ₁ ) And route 2 (l ₂ It can be seen that there is a difference in the flow rate of the cooling air. Due to the difference in the flow rate of the cooling air, uneven cooling of the battery pack occurred.
[0091]
On the other hand, in the cooling structure according to the present embodiment shown in FIG. 14, the blower 2600 is housed in the cooling unit case 2514 without the intake / exhaust duct as in the conventional structure, and the battery pack 2200 is placed in the battery unit. Stored in case 2114. These cooling unit case 2514 and battery unit case 2114 function as an intake chamber and an exhaust chamber, respectively.
[0092]
In other words, the intake port of the blower 2600 can be in the same or similar state as the suction from the open system, and the exhaust port of the battery pack can be in the same or similar state as the exhaust to the open system. For this reason, a significant reduction in pressure loss, an increase in the flow rate of cooling air accompanying the reduction, and a difference in pressure loss are eliminated, resulting in a uniform flow rate of cooling air and a uniform and long life of the blower. Is possible.
[0093]
In equation (1), in the case of FIG. 14, it can be considered that the in-pipe equivalent diameter deq has become extremely large. Therefore, the pressure loss, which is the difference between Pin and Pout in FIG. It gets smaller by the minute. That is, from Equation (7), Equation (13) and Equation (14) are obtained.
[0094]
[Formula 13]

[0095]
[Expression 14]

[0096]
Where ΔP _BB Is the pressure loss between the blower and the battery pack, ΔP _Three Is the pressure loss in the portion corresponding to the intake duct path 1 in FIG. _Five Is the pressure loss in the portion corresponding to the exhaust duct path 1 in FIG. _Four Is the pressure loss in the portion corresponding to the intake duct path 2 in FIG. ₆ Is a pressure loss in a portion corresponding to the exhaust duct path 2 of FIG. In-pipe equivalent diameter deq in FIG. 13 << in-pipe equivalent diameter deq in FIG.
[0097]
[Expression 15]

[0098]
[Expression 16]

[0099]
In equation (14)
[0100]
[Expression 17]

[0101]
[Formula 18]

[0102]
The left side in the equations (15) to (18) is the pressure loss in FIG. 14, and the right side is the pressure loss in FIG. Expressions (15) to (18) are _Three ~ L ₆ Even if there is a difference, the equivalent diameter in the pipe deq in FIG. 13 << the equivalent diameter in the pipe deq in FIG.
[0103]
[Equation 19]

[0104]
That is, it may be considered that the pressure loss in the intake and exhaust duct portions of the route 3 and the route 4 in FIG. 14 (corresponding to the route 1 and the route 2 in FIG. 13) can be almost ignored. Therefore, the pressure loss in FIG.
[0105]
[Expression 20]

[0106]
[Expression 21]

[0107]
From Equation (20) and Equation (21), Q _Three Is the flow rate of path 3 in FIG. _Four As the flow rate of the path 4 in FIG.
[0108]
[Expression 22]

[0109]
It becomes.
As described above, by storing both the blower 2600 and the battery pack 2200 in their respective cases (chambers), a significant reduction in pressure loss and a uniform pressure loss can be achieved. As a result, a uniform flow rate is achieved. Can be realized.
[0110]
[2: Reducing cooling noise]
As shown in FIG. 15, when an intake / exhaust duct is used, 1) the curved portion of the duct is likely to cause turbulent flow and is one of the causes of noise. Sound propagates through the duct and spreads around the inlet. If the intake / exhaust duct is provided, as described in [1] above, the pressure loss increases accordingly. Here, when Pt is the total pressure, ΔP is the static pressure (pressure loss), Pd is the dynamic pressure, and ζ is the loss coefficient, Equation (23) is obtained.
[0111]
[Expression 23]

[0112]
[Expression 24]

[0113]
The theoretical power Lad of the blower is expressed by equation (25).
[0114]
[Expression 25]

[0115]
In the conventional structure with a duct, Expression (26) is obtained, and in the structure of the present embodiment in which the chamber is used, Expression (27) is obtained.
[0116]
[Equation 26]

[0117]
[Expression 27]

[0118]
From Expression (24), Expression (26) and Expression (27) become Expression (28).
[0119]
[Expression 28]

[0120]
Therefore, in order to ensure the required amount of flow, the Lad duct should be approximately equal to the Lad chamber. Therefore, it is necessary to increase the rotational speed of the blower motor. When the rotational speed increases, wind noise from the blower blades increases and noise is generated.
[0121]
In addition, regarding the equation (24), if the flow rate Q does not change in the following equation (29), the flow velocity v does not change, so the dynamic pressure (Pt−Ps) does not change.
[0122]
[Expression 29]

[0123]
Here, C is the Pitot coefficient, Pt is the exhaust port total pressure, Ps is the exhaust port static pressure, and v is the flow velocity. In this case, since the static pressure Ps is increased by the duct, the total pressure Pt is increased accordingly.
[0124]
FIG. 16 shows a cooling structure according to the present embodiment. 1) A direct flow with no directivity and no velocity distribution is directed directly toward the blower suction port, and the surrounding air can be sucked in evenly. 2) As a result, the suction area increases, and the flow velocity suddenly decreases away from the intake port. As a result, a turbulent flow is unlikely to occur, and a local pressure difference is not generated, so noise due to the airflow is reduced. Moreover, since each blower accommodated in the cooling unit case is used in an environment with a low pressure loss, it can be operated at a low speed, so that the noise can be reduced.
[0125]
[3: Relaxation of arrangement restrictions of peripheral parts or reduction of duct cross-sectional area]
17A to 17C show a conventional cooling structure, and FIG. 17D shows a cooling structure according to this embodiment. If a part that interferes with the duct has to be placed as shown in FIG. 17B, it is designed to be moved to a location where the part does not interfere with the duct, or as shown in FIG. 17C. Parts are arranged by reducing the cross-sectional area of the duct. When the cross-sectional area of the duct is reduced as shown in FIG.
[0126]
As shown in FIG. 17D, the components can be placed in a chamber which is in the cooling unit case 2514 or the battery unit case 2114. Even in this case, the cooling air is less affected by this component.
[0127]
[4: Prevention of blower life reduction and uniform life]
In the blower having the conventional cooling structure, the frequency when the rotational speed is high is increased according to the equation (29), so that deterioration due to brush wear or the like is promoted. For this reason, the lifetime of a blower becomes shorter than the case of the blower of the cooling structure in this Embodiment.
[0128]
Further, in the blower having the conventional cooling structure, the operational state differs between the blower of the path 1 and the blower of the path 2 according to the expressions (12), (23), and (25). On the other hand, in the blower of the cooling structure according to the present embodiment, the operation state is almost the same between the blower of the path 3 and the blower of the path 4 according to the expressions (22), (23), and (25). The service life of each blower is made uniform.
[0129]
Thus, in the cooling structure blower according to the present embodiment, it is possible to extend the service life and make the service life uniform.
[0130]
[5: Arrangement of battery module in vehicle]
According to the cooling structure according to the present embodiment, since the cooling air discharge port from the battery pack is located at a high position from the ground, intrusion of dust and water can be prevented. When dust enters, the cooling path between the battery cells of the battery pack is blocked. Water intrusion can lead to electrical leakage in the electrical circuit of the blower.
[0131]
Further, according to the cooling structure according to the present embodiment, the battery module is disposed at the rear of the vehicle, and therefore, the floor of the vehicle can be easily reduced as compared with the case where the battery module is disposed below the floor panel of the vehicle.
[0132]
<Other embodiments>
18 and 19 show cooling structures according to other embodiments. 18 is a side view of the battery module, and FIG. 19 is a view A in FIG.
[0133]
The battery pack upper case was eliminated, and four such battery packs were installed. A cross flow fan was used as the blower, and a resinized lower case was used. For this reason, since there was no upper case, the pressure loss could be further reduced and the cross flow fan was used, so the variation in the temperature of the battery pack was reduced and the weight reduction was realized by the resinization of the lower case. In addition, even if it changed to resin, it decided to secure an electromagnetic shield in the whole housing | casing. The blower is not limited to the cross flow fan. However, since the cross flow fan can blow air over a wide range at a time, the cross flow fan is preferable in that it is easy to reduce variations in the temperature of the battery cells.
[0134]
As described above, according to the battery pack cooling structure according to the present embodiment, four battery packs are housed in the battery pack case, and four blowers are housed in the cooling unit case. The cooling unit case is provided with an inlet for cooling air, and the battery pack case is provided with an outlet for cooling air after heat exchange with the battery pack. The cooling unit case in which the blower is stored is filled with cooling air introduced from the air inlet. The blower is not provided with an intake duct. The blower sucks the cooling air in the cooling unit case and sends the cooling air to the battery pack. In the cooling unit case, when the cooling air is sucked by the blower, there is no pressure loss due to the pipe resistance when the cooling air flows through the intake duct. The cooling air exchanged heat with the battery pack is discharged into the battery pack case. The battery pack case is not provided with an exhaust duct. For this reason, at the time of sending out the cooling air heat-exchanged by the blower, there is no pressure loss due to the pipe resistance when the cooling air flows through the intake duct. Since the blower is installed so as to correspond to each battery pack, there is no uneven cooling for each battery pack. As a result, it is possible to provide a battery pack cooling structure capable of uniformly and efficiently cooling the battery pack using the blower corresponding to each of the plurality of battery packs.
[0135]
The embodiment disclosed this time should be considered as illustrative in all points and not restrictive. The scope of the present invention is defined by the terms of the claims, rather than the description above, and is intended to include any modifications within the scope and meaning equivalent to the terms of the claims.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing an application example of a cooling structure for a battery pack according to an embodiment of the present invention to a large bus.
FIG. 2 is a partially enlarged view of FIG.
FIG. 3 is an overall perspective view of a cooling structure for a battery pack according to an embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a perspective view showing a component configuration of a cooling structure for a battery pack according to an embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a perspective view of the battery unit after the lower battery pack is loaded.
FIG. 6 is a perspective view of the battery unit after the upper and lower battery packs are loaded.
FIG. 7 is a perspective view (No. 1) of the battery unit after assembly.
FIG. 8 is a perspective view (No. 2) of the battery unit after assembly.
FIG. 9 is a perspective view of a cooling unit.
FIG. 10 is a partially enlarged view of FIG. 9;
FIG. 11 is a diagram (No. 1) showing a conventional cooling structure to be compared with the cooling structure according to the present embodiment;
12 is a diagram showing the branch pipe of FIG.
FIG. 13 is a simplified diagram of FIG.
14 is a diagram showing a cooling structure according to the present embodiment to be compared with FIG.
FIG. 15 is a diagram (No. 2) showing a conventional cooling structure to be compared with the cooling structure according to the present embodiment;
FIG. 16 is a diagram showing a cooling structure according to the present embodiment to be compared with FIG.
FIG. 17 is a diagram showing an arrangement of peripheral components in the cooling structure according to the present embodiment.
FIG. 18 is a diagram showing a cooling structure according to another embodiment of the present invention.
FIG. 19 is a partially enlarged view of FIG.
FIG. 20 is a view showing a conventional cooling structure.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 100 Vehicle, 1000 Fuel cell module, 2000 Battery module, 2100 Battery unit, 2102 1st exhaust port, 2104 2nd exhaust port, 2106 3rd exhaust port, 2114 Battery unit case, 2200 Battery pack, 2201 1st battery pack, 2202 2nd battery pack, 2203 3rd battery pack, 2204 4th battery pack, 2301 lower rack, 2302 upper rack, 2303 battery pack case top plate, 2304, 2305 battery pack case side plate, 2410 battery pack side intermediate duct, 2401 battery pack Side first intermediate duct, 2402 battery pack side second intermediate duct, 2403 battery pack side third intermediate duct, 2404 battery pack side fourth intermediate duct, 2500 cooling unit 2510 1st air inlet, 2512 2nd air inlet, 2514 Cooling unit case, 2515 Cooling unit case top plate, 2516 Cooling unit case side plate, 2600 Blower, 2601 1st blower, 2602 2nd blower, 2603 3rd blower , 2604 Fourth blower, 2610 Blower side intermediate duct, 2611 Blower side first intermediate duct, 2612 Blower side second intermediate duct, 2613 Blower side third intermediate duct, 2614 Blower side fourth intermediate duct.

Claims

The battery pack cooling structure
Multiple battery packs,
And a plurality of the blower of the same number as the previous Symbol battery pack,
A housing for housing the plurality of battery packs and the plurality of blowers ;
Each of the plurality of blowers is associated with each of the plurality of battery packs to introduce a cooling medium into the corresponding battery pack,
The case is provided with an intake port and an exhaust port for the cooling medium. The cooling medium is introduced into the case from the intake port, and the cooling medium heat-exchanged with the battery pack is provided in the case. A battery pack cooling structure led out of the case from an exhaust port.

In the cooling structure of the battery pack,
2. The battery pack cooling structure according to claim 1, wherein the case is further provided with a partition plate that partitions a cooling medium introduced from the intake port and a cooling medium heat-exchanged between the battery pack and the case. .

3. The battery pack according to claim 2, wherein among the cases partitioned by the partition plate, an intake chamber is formed by a case having an intake port, and an exhaust chamber is formed by a case having an exhaust port. Cooling structure.

The battery pack cooling structure
Multiple battery packs,
And a plurality of the blower of the same number as the previous Symbol battery pack,
A first case storing a plurality of the battery packs;
A second case for storing the plurality of blowers ;
Communication means for communicating the first case and the second case;
Each of the plurality of blowers is associated with each of the plurality of battery packs to introduce a cooling medium into the corresponding battery pack,
The first case is provided with an intake port for the cooling medium, the second case is provided with an exhaust port, and the cooling medium is introduced into the first case from the intake port. A cooling structure for a battery pack, wherein a cooling medium heat-exchanged with the pack is led out of the second case from the exhaust port.

The cooling structure of the battery pack according to claim 4, wherein an intake chamber is formed by the first case and an exhaust chamber is formed by the second case.

The said battery pack is a cooling structure of the battery pack in any one of Claims 1-5 which has the discharge part which discharges the introduce | transduced cooling medium in the said case.

The cooling medium is Ru air der cooling structure of the battery pack according to claim 1.

The cooling structure of the battery pack, HV vehicle, characterized in that it is mounted to one of the EV vehicle and FCEV vehicle, the cooling structure of the battery pack according to any one of claims 1-7.