JP4742515B2 - 電池パックおよびその筐体 - Google Patents

Description

本発明は、電池パックの筐体構造に関し、特に、電池パックの内部に冷却風を効率よく流す筐体の構造に関する。

従来より、モータからの駆動力により走行するハイブリッド車、燃料電池車、電気自動車が知られている。このような車両には、モータに供給する電力を蓄えるため、電池パックが搭載されている。電池パックは、複数の電池モジュールが積層されて構成される。

たとえば、特開平１１−１２６５８５号公報（特許文献１）には、電池の重量エネルギ密度の減少を抑え、冷却効率を向上した組電池が開示される。この組電池は、正極、負極、電解液、電池容器、電池蓋を備えた角型形状の非水電解質二次電池を複数個配置し、かつ、直列または／および並列に電気的に接続される。組電池は、電池の電池蓋の上方に制御回路基板を設置し、かつ、両末端の２個の単電池の側面に当接した支持板と絶縁部品とで一体に連結されている。

特許文献１において開示され組電池によると、角型非水電解質２次電池を用いた組電池はコンパクトであり、放熱性に優れている。

また、上述のような電池パックは、内部の電池モジュールの保護を目的として、電池パックの筐体であるカバーを含む。電池パックのカバーには、カバーの剛性を向上させるために溝形状のビード等の補強構造が設けられる。
特開平１１−１２６５８５号公報

しかしながら、電池パックの小型化とビードの形成により、カバーと電池パックとの間隙が小さいという問題がある。電池パックには、内部の電池モジュールを冷却するために、冷却風を冷却ファン等により供給する冷却装置が設けられる。カバーと電池パックとの間隙が小さいと、冷却風が通過する通路断面積が小さい。そのため、冷却風が流れる通路における圧力損失が大きい。圧力損失が大きいと、冷却風を供給する冷却ファンの負荷が高くなるばかりでなく、電池パックの冷却効率が低下するという問題がある。

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、冷却風の通路の圧力損失の増加を抑制して冷却効率の高い電池パックの筐体構造を提供することである。

第１の発明に係る電池パックの筐体構造は、電池パックの筐体の構造である。電池パックは、複数の電池モジュールが積層して形成される。筐体には、複数の電池モジュールの積層方向と垂直な方向に、その底面が電池モジュールの間に対向するように設けられる溝が形成される。

第１の発明によると、電池パックは、複数の電池モジュールが積層して形成される。電池パックの筐体には、複数の電池モジュールの積層方向と垂直な方向に、予め定められた間隔の底面に対向するように形成された補強部を有する。補強部は、筐体の内側に向けて突設された溝である。これにより、溝が電池モジュールの間に対向するように設けられるため、電池モジュールと筐体との間の通路断面積をより大きく確保することができる。また、冷却風が流れる通路上において、溝による通路断面積の変化が少ない。そのため、冷却風の通路における圧力損失の増加を抑制して、効率のよく電池モジュールに対して冷却風を送風することができる。すなわち、電池モジュールの冷却を効率よく行なうことができる。したがって、冷却風の通路の圧力損失の増加を抑制して冷却効率の高い電池パックの筐体構造を提供することができる。

第２の発明に係る電池パックの筐体構造においては、第１の発明の構成に加えて、筐体内には、複数の電池モジュールの積層方向と垂直な方向に冷却風が供給される。

第２の発明によると、筐体内には、たとえば、冷却ファン等により、複数の電池モジュールの積層方向と垂直な方向に冷却風が供給される。電池パックの筐体に設けられる溝は、電池モジュールの積層方向と垂直な方向に設けられる。したがって、冷却風は溝が設けられる方向に供給されるため、冷却風の通路上において、溝による通路断面積の変化が少ない。そのため、通路における圧力損失の増加を抑制して、冷却ファンに高負荷がかかることなく、効率よく電池モジュールに対して冷却風を送風することができる。すなわち、電池モジュールの冷却を効率よく行なうことができる。また、冷却風が流れる通路上において、通路断面積の減少等の変化が少ないため、たとえば、通路の断面積が小さい箇所で生じるような冷却風の風切り音等による騒音を低減させることができる。

第３の発明に係る電池パックの筐体構造においては、第１または２の発明の構成に加えて、電池モジュールは、金属製電池モジュールである。複数の電池モジュール間にはそれぞれ絶縁部材が設けられる。筐体には、絶縁部材に対向するように溝が形成される。

第３の発明によると、電池モジュールは、金属製電池モジュールである。複数の電池モジュール間にはそれぞれ絶縁部材が設けられる。筐体には、絶縁部材に対向するように溝が形成される。これにより、冷却風が流れる通路上において、通路断面積の減少を抑制しつつ、電池パックの筐体の剛性を向上させることができる。そのため、冷却風の通路形状の最適化と電池パックの筐体の剛性の向上との両立が図れる。

第４の発明に係る電池パックの筐体構造においては、第１〜３のいずれかの発明の構成に加えて、筐体は、車両に搭載される。筐体には、車両のホイールハウスの端部を基準に、車両の前後方向に溝が設けられる。

第４の発明によると、筐体は、車両に搭載される。車両に搭載される電池パックの筐体に要求される剛性は、衝突等の要件により筐体の部位によって異なる場合がある。たとえば、ホイールハウスの端部を基準に車両の後ろ方向の部分に、側面からの衝突による衝撃力に対応する剛性が要求される場合において、ホイールハウスの端部を基準に、車両の前後方向に溝を設ける。すなわち、筐体に要求される剛性に応じて、必要な部分に溝を形成することにより、冷却風の通路上の圧力損失の増加を抑制しつつ、筐体の剛性を要求に応じて確保することができる。

第５の発明に係る電池パックの筐体構造においては、第４の発明の構成に加えて、溝の長さは、少なくともホイールハウスの端部からタイヤまでの間の車両の前後方向の長さを有する。

第５の発明によると、電池パックの筐体に設けられる溝の長さは、少なくともホイールハウスの端部からタイヤまでの間の車両の前後方向の長さを有する。たとえば、電池パックがホイールハウスの間に設けられる場合、ホイールハウス内には、タイヤが設けられる。そのため、側面からの衝突よる衝撃力は、タイヤにより吸収される。しかしながら、ホイールハウスの端部からタイヤまでの間における衝突による衝撃力は、筐体に伝達する可能性がある。そのため、少なくとも、ホイールハウスの端部からタイヤまでの間の車両の前後方向の長さの溝を筐体に設ける。すなわち、筐体に要求される剛性に応じて、必要な部分に溝を形成することにより、冷却風の通路上の圧力損失の増加を抑制しつつ、筐体の剛性を要求に応じて確保することができる。

第６の発明に係る電池パックの筐体構造においては、第４または５の発明の構成に加えて、筐体は、車両の座席の下に搭載される。

第６の発明によると、電池パックは、車両の座席の下に搭載される。これにより、筐体内に供給される冷却風の通路形状の最適化と、筐体の剛性の向上との両立が図れる電池パックの筐体構造を、車両の座席の下に搭載される電池パックの筐体に適用することができる。

以下、図面を参照しつつ、本発明の実施の形態に係る電池パックの筐体構造について説明する。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り返さない。なお、本実施の形態に係る電池パックの筐体構造は、ハイブリッド車に適用する場合について説明するがこれに限定されない。たとえば、電気自動車に適用してもよいし、燃料電池車に適用してもよい。

図１に示すように、車両に搭載される電池パック１００は、車両の後方側であって、リアのタイヤ２００，２０２のホイールハウス３０２，３０６の間に設けられる。本実施の形態において、電池パック１００は、車両の後部座席の下側に設けられるが、特に限定されるものではない。たとえば、車両中央部に配置されてもよいし、乗員室の前側の座席下に配置されてもよい。

電池パック１００の筐体である電池ケース１０２には、車両前方側の乗員室に接続される吸気口（図示せず）が設けられる。電池ケース１０２の内部には、冷却ファン１０４が設けられる。

冷却ファン１０４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、この回転軸に接続されたモータ（図示せず）とから構成される。このモータが電力の供給を受けて回転することにより回転軸が回転し、電池ケース１０２の内部の空気を電池ケース１０２の外部に排出する。そして、電池ケース１０２の内部に負圧が生じることにより、乗員室の室内から吸気口を介して電池ケース１０２の内部に冷却風が供給される。吸気口から供給された冷却風は、電池ケース１０２の内部に収納する電池モジュールの集合体１０１に接触して冷却した後、冷却ファン１０４に設けられる排出口から電池ケース１０２の外部に排出される。電池ケース１０２から排出された冷却風は、排気通路（図示せず）を介して、車外に排出される。

電池ケース１０２には、電池ケース１０２の剛性を向上させる補強部として、電池ケースの内側に向けて突設された溝形状のビード部１０６が複数設けられる。ビード部１０６は、車両の前後方向に設けられる。本実施の形態に係る電池ケース１０２において、ビード部１０６は、ボディ３００とホイールハウス３０２との境界となるホイールハウス端部３０４を基準に、車両の後方側に形成される。

図２に示すように、電池パック１００は、アッパーケース１１３およびロワーケース１１４と、電池モジュール１１０と、冷却ファン１０４とから構成される。アッパーケース１１３において、車両の前方向には、吸気口１１６が設けられる。また、ロワ−ケース１１４は、アッパーケース１１３と同様に、ロワーケース１１４の剛性を向上させる補強部として溝形状のビード部１１２が複数設けられる。ビード部１１２も、ビード１０６と同様に、ホイールハウス端部３０４を基準に、車両の後方側であって、溝が車両の前後方向に沿うように設けられる。

冷却ファン１０４の下側には、排気ダクト１０８が接続される。排気ダクト１０８は、電池モジュールの集合体１０１が収納される空間の下部に設けられる開口部を介して接続される。電池パック１００は、予め定められた個数の電池モジュール１１０が予め定められた間隔を空けて積層されて形成されている。電池モジュール間には、電池モジュール間を絶縁状態にする絶縁プレート１１８が設けられる。ここで、「予め定められた間隔」とは、特に限定されるものではないが、たとえば、絶縁プレート１１８の厚さであってもよいし、絶縁プレート１１８の厚さと、電池モジュールの集合体１０１の電池モジュール間に有する上下方向に冷却風が通る間隙とを含む間隔であってもよい。

図３に示すように、電池モジュールの集合体１０１は、エンドプレート１２０と、絶縁プレート１１８と、電池モジュール１１０とから構成される。電池モジュールの集合体１０１は、電池モジュール１１０を車両の幅方向に予め定められた個数を積層して構成される。

電池モジュール１１０としては、特に限定されるものではないが、たとえば、ニッケル−水素電池、リチウムイオン電池などの二次電池を用いることができる。電池モジュール１１０は、いわゆる角型平板状の外形を有している。

電池モジュール１１０は、複数の電池セルから構成される。具体的には、電池モジュール１１０は、モジュール外装部材である一体ケースと、こ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つの電池セルとを含む。一体ケースは、特に限定されるものではないが、本実施の形態においては、たとえば、金属製である。電池モジュール１１０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１１０全体の定格電圧は７．２Ｖとなる。

なお、本実施の形態では電池モジュール１１０には６つのセルを含むものとしているが、セル数は適宜設定してよく、たとえば、８セルタイプ（本実施の形態と同様のセルを用いれば９．６Ｖの定格電圧）などであってもよい。また、モジュール外装部材としての一体ケースは、金属製に限らず樹脂製などを適宜用いてもよい。

また、各電池モジュール１１０間には、互いを絶縁状態にするための絶縁プレートが設けられる。絶縁プレート１１８には、アッパーケース１１３およびロワーケース１１４に当接するように複数の突出部が設けられる。各電池モジュール１１０間は、側面にバスバー等が設けられることにより、電気的に直列接続されている。

電池モジュールの集合体１０１の積層方向における両端部は、電池パック１００をロワーケース１１４に固定するためのエンドプレート１２０が設けられる。本実施の形態において、たとえば、両端部のエンドプレート１２０間をパイプ等（図示せず）により接続し、かつ、両端部のエンドプレート１２０をロワーケース１１４に固定する。このように、絶縁プレート１１８により各電池モジュール１１０の位置が制限され、さらに、エンドプレート１２０により電池パック１００をロワーケース１１４に固定できる。

本実施の形態に係るアッパーケース１１３およびロワ−ケース１１４に設けられるビード部１０６，１１２は、電池モジュール１１０の積層方向と垂直な方向に設けられる。ビード部１０６，１１２は、電池モジュール１１０間の予め定められた間隔の底面に対向するように形成される。そのため、電池モジュールの集合体１０１の上下方向において、アッパーケース１１３およびロワーケース１１４のそれぞれとの間隙１２２，１２４は、車両の前後方向において、ビード部１０６，１１２による通路断面積の減少等の変化が抑制された形状となる。

以上のような構造に基づく、本実施の形態に係る電池パック１００の筐体構造の作用について図４を参照して、説明する。

冷却ファン１０４が駆動すると、冷却ファン１０４は、電池ケース１０２の内部の空気を吸い出して電池ケース１０２の外部に排出する。電池ケース１０２の内部に負圧が生じるため、乗員室内に接続された吸気口を介して、アッパーケース１１３内に冷却風が供給される。供給された冷却風は、電池ケース１０２の内部に設けられる仕切り板に沿って、電池モジュールの集合体１０１の上部に送風される。すなわち、アッパーケース１１３と電池モジュールの集合体１０１との間に形成される冷却風通路としての間隙１２２に冷却風が供給される。このとき、冷却風は、電池モジュールの集合体１０１の積層方向と垂直な方向に供給される。

間隙１２２に供給された冷却風は、電池モジュールの集合体１０１を構成する電池モジュール１１０の間に形成される間隙を通って電池モジュールの集合体１０１の上側の間隙１２２から下側のロワーケース１１４との間隙１２４へと流通する。

このとき、間隙１２２，１２４においては、ビード部１０６，１１２による通路断面積の減少等の変化が小さい。したがって、間隙１２２，１２４においては、通路断面積の変化による圧力損失の増加が抑制される。

冷却風は、電池モジュールの集合体１０１の熱を除去した後、電池モジュールの集合体１０１を収納する空間の下方に設けられる開口部から排気ダクト１０８に到達する。冷却風は、冷却ファン１０４を介して外部へと排出される。

また、本実施の形態において、車両に搭載される電池パック１００の電池ケース１０２に要求される剛性は、衝突等の要件により電池ケース１０２の部位によって異なる場合がある。

すなわち、本実施の形態において、電池パック１００は、タイヤ２００，２０２から車両の前後方向にオフセットした位置に搭載する。このときに、図５に示すように、タイヤ２００側の側面からの衝突により車両に衝撃力が入力される場合を想定する。このとき、ホイールハウス３０２およびタイヤ２００のある部分においては、ホイールハウス３０２、タイヤ２００およびタイヤ２００から車両の下部に設けられ、サスペンションを介して接続されるクロスメンバにより衝撃力を分散させることができる。そのため、電池ケース１０２にビード部１０６，１１２を設けても、電池ケース１０２の剛性により、電池ケース１０２に入力される衝撃力を吸収することができる。

一方、ホイールハウス３０２およびタイヤ２００のない部分においては、側突による衝撃力は、ボディ３００および電池ケース１０２に入力される。そのため、電池ケース１０２の衝撃力が入力される部位において、ビード部を設けて、剛性を高めすぎると、側突による衝撃力は、電池ケース１０２で分散されず、電池パック１００の内部が大きな衝撃力を受ける可能性がある。そこで、本実施の形態においては、ホイールハウス端部３０４を基準に、車両の後方向にビード部１０６，１１２を設ける。

また、電池パック１００の電池ケース１０２に設けられるビード部１０６，１１２の長さは、好ましくは、少なくともホイールハウス端部３０４からタイヤ２００までの間の車両の前後方向の長さを有するのが望ましい。

たとえば、電池パック１００がホイールハウス３０２の間に設けられる場合、ホイールハウス３０２内には、タイヤ２００が設けられる。そのため、側面からの衝突よる衝撃力は、タイヤ２００により吸収される。しかしながら、ホイールハウス端部３０４からタイヤ２００までの間における衝突による衝撃力は、電池ケース１０２に入力される可能性がある。そのため、少なくとも、ホイールハウス端部３０４からタイヤ２００までの間の車両の前後方向の長さのビード部１０６，１１２を電池ケース１０２に設ける。

このように、電池ケース１０２に要求される剛性に応じて、必要な部分にビード部１０６，１１２を形成することにより、冷却風の通路上の圧力損失の増加を抑制しつつ、電池ケースの剛性を要求に応じて確保することができる。

以上のようにして、本実施の形態に係る電池パックの筐体構造によると、電池パックの電池ケースには、複数の電池モジュールの積層方向と垂直な方向に、予め定められた間隔の底面に対向するように形成されたビード部を有する。ビード部は、筐体の内側に向けて突設された溝である。これにより、溝が電池モジュールの間に対向するように設けられるため、電池モジュールと電池ケースとの間の通路断面積をより大きく確保することができる。また、冷却風が流れる通路上において、溝による通路断面積の変化が少ない。そのため、冷却風の通路における圧力損失の増加を抑制して、効率のよく電池モジュールに対して冷却風を送風することができる。すなわち、冷却ファンにかかる負荷を増加させることなく、電池モジュールの冷却を効率よく行なうことができる。したがって、冷却風の通路の圧力損失の増加を抑制して冷却効率の高い電池パックの筐体構造を提供することができる。また、冷却風が流れる通路上において、通路断面積の減少等の変化が少ないため、冷却風の風切り音等による騒音を低減させることができる。

なお、ビード部は、好ましくは、絶縁プレート毎に設けられることが望ましい。このようにすると、圧力損失の増加を抑制しつつ、電池ケースの剛性をさらに向上させることができる。

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。

本実施の形態に係る電池パックが搭載される車両の概観を示す図である。 図１の２−２断面を示す図である。 図２の３−３断面を示す図である。 本実施の形態に係る電池ケース内における冷却風の流れを示す図である。 側面から衝撃力を受ける車両の概観を示す図である。

符号の説明

１００ 電池パック、１０２ 電池ケース、１０４ 冷却ファン、１０６，１１２ ビード部、１０８ 排気ダクト、１１０ 電池モジュール、１１３ アッパーケース、１１４ ロワーケース、１１６ 吸気口、１１８ 絶縁プレート、１２０ エンドプレート、１２２，１２４ 間隙、２００，２０２ タイヤ、３００ ボディ、３０２，３０６ ホイールハウス、３０４ ホイールハウス端部。

Claims (7)

1. 電池パックの筐体であって、前記電池パックは、複数の電池モジュールが予め定められた間隔を空けて積層されて形成され、
   前記筐体には、前記複数の電池モジュールの積層方向に垂直な方向に、前記間隔部分に対向するように形成された補強部を有し、
   前記補強部は、前記筐体の内側に向けて突設された溝である、電池パックの筐体。
2. 前記筐体内には、前記複数の電池モジュールの積層方向と垂直な方向に冷却風が供給される、請求項１に記載の電池パックの筐体。
3. 前記電池モジュールは、金属製電池モジュールであって、
   前記複数の電池モジュール間にはそれぞれ絶縁部材が設けられ、
   前記筐体には、前記絶縁部材に対向するように前記溝が形成される、請求項１または２に記載の電池パックの筐体。
4. 前記筐体は、車両に搭載され、
   前記筐体には、前記車両の後輪のホイールハウスの両端部のうちの前記車両の前方側の端部を基準に、車両の前後方向に前記溝が設けられる、請求項１〜３のいずれかに記載の電池パックの筐体。
5. 前記溝の長さは、少なくとも前記ホイールハウスの前記端部からタイヤまでの間の前記車両の前後方向の長さを有する、請求項４に記載の電池パックの筐体。
6. 前記筐体は、前記車両の座席の下に搭載される、請求項４または５に記載の電池パックの筐体。
7. 請求項１〜６のいずれかに記載の筐体を用いた電池パック。

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