JP4917307B2 - 電池パック - Google Patents

Description

本発明は電池パックに関し、特に車両に搭載される電池パックの構造に関する。

従来より、ハイブリッド車や燃料電池車、あるいは電気自動車には、駆動モータに供給される電力を蓄積するための電池パックが搭載されている。電池パックは、電池スタック、及び電池スタックを制御するための各種機器が組み込まれる機器ボックスを有する。

図７に、従来の電池パック１０の平面図を示す。ニッケル水素電池やリチウムイオン電池等から構成される単セルを複数個積層して電池スタック２０が形成され、電池スタック２０に隣接して機器ボックス４０が配置される。機器ボックス４０内には、メインリレーの他、電池スタック２０の充放電を制御するコントロールモジュールやレジスタが設けられる。

ところが、電池スタック２０の片側に機器ボックス４０を配置する構成では、電池スタック２０の方が機器ボックス４０よりも重量が大きいため、電池パック１０全体の重心が電池スタック２０側に偏ってしまい、車両に搭載した場合に車両の重量バランスを乱す原因になる。

図８に、図７の電池パック１０を車両１に搭載した状態を示す。電池パック１０の長手方向が車幅に一致するように搭載すると、電池パック１０の重心は電池スタック２０側に偏っているため、電池パック１０の重心位置Ｐｇは車両１の前後中心線からずれてしまい、左右の重量バランスが低下する。

そこで、従来より、重量バランスを確保するための方法が提案されている。例えば、下記の特許文献には、駆動モータに電力を供給するバッテリユニットを２分割し、２分割されたバッテリユニットをそれぞれ車両の左右に振り分けて配設することで車両の重量バランスの均一化を図ることが開示されている。

図９に、従来のバッテリの配設状態を示す。バッテリ１００は、バッテリユニット１００ａ、１００ｂに２分割され、バッテリユニット１００ｂはハイブリッド車２５０の最後部座席の下Ｓの後方、すなわち荷物室２７０の一方の車体側壁２１０と一方の内装壁２２０との間のタイヤハウス２６０上に配設され、バッテリユニット１００ａは他方の車体側壁２３０と他方の内装壁２４０との間のタイヤハウス２６０上に配設される。また、低電位バッテリ９０は、いずれか一方のバッテリユニット１００ａ、１００ｂに近接させて配設される。ＤＣ−ＤＣコンバータ１４０は、ハイブリッド車２５０の左右の重量配分を均等化するため、低電位バッテリ９０の設置側と反対側の車体側壁と内装壁との間に設置される。各バッテリユニット１００ａ、１００ｂは、配線ボックスを介してＤＣ−ＤＣコンバータ１４０に直列に接続され、低電位バッテリ９０もＤＣ−ＤＣコンバータに対して直列に接続される。

特開２００４−１０６８０７号公報

しかしながら、上記のようにバッテリユニットを２分割して車両の左右に振り分けて配設するのでは、部品点数が徒に増大するとともに、２つのバッテリユニットを直列接続するための配線ボックスを別途設ける必要が生じ無駄となる。したがって、電池パックとして単一の筐体を維持しつつ、車両に搭載した場合でも車両の重量バランスを損なうことがない構造が強く望まれる。

本発明は、上記の課題に鑑みなされたものであり、その目的は、筐体としての単一性あるいは一体性を維持しつつ、重量バランスに優れた電池パックを提供することにある。

本発明は、車両に搭載される電池パックであって、前記電池パックは、その長手方向が前記車両の車幅方向に一致するように搭載され、前記電池パックは、前記長手方向に沿って、電池スタック、第１機器部位及び第２機器部位からなり、前記第１機器部位及び前記第２機器部位は前記電池スタックの両側にそれぞれ配設され、前記第１機器部位と前記第２機器部位の重量は略等しく、前記電池パックの重心は、前記車両の前後中心線上に位置することを特徴とする。

本発明の１つの実施形態では、前記第１の機器部位は、前記電池スタックに冷媒を供給するための冷却ファンを有し、前記第２の機器部位は、前記電池スタックの充放電を制御するコントロールモジュールを有する。

本発明では、電池スタックに対して機器を一方側のみに配設するのではなく、２つに分けて電池スタックの両側に配設するように構成したので、電池パックとしての一体性を維持しつつ電池パックの重心位置を調整でき、電池パックを車両に搭載した場合に車両の前後中心線上に位置するように調整することができる。

以下、図面に基づき本発明の実施形態について説明する。

図１に、本実施形態における電池パック１０の外観斜視図を示す。電池パック１０の筐体である電池ケースは、電池スタックの上部をカバーするアッパーケース１２及び下部をカバーするロワーケース１４を有する。電池パック１０内には、ニッケル水素電池等の一つまたは複数の単セルからなる複数の電池モジュールを、それらの間に冷却通路をあけて並列配置（積層）し、その両端に配置した端部材間を拘束して組み立て、かつ、電池モジュールを相互に電気的に直列接続した電池組立体（電池スタック）が内蔵されている。さらに、電池パック１０内には冷却ファンが設けられている。電池パック１０の一側面、好適には冷却ファンに対向する面に吸気口１６が設けられ、吸気口１６には異物混入防止用の格子状のルーバーが設けられる。吸気口１６の内側にさらにフィルタを配置してもよい。電池パック１０の他の側面には排気口１８が設けられる。冷却ファンを回転駆動すると、乗員室内のエアが吸気口１６から取り込まれ、電池スタックとロワーケース１４との間に形成されたチャンバスペースに供給され、電池スタックの下部から上部に流れ、電池スタックとアッパーケース１２との間に形成されたチャンバスペースに達して排気口１８から外部に排気される。

電池パック１０のアッパーケース１２は、平面ではなく上方に向けて、あるいは電池パック１０の外側に向けて突出するように所定の曲率を有し、アーチ形状あるいは凸面をなす。さらに、アッパーケース１２には、電池パック１０の内側に向けて突設された溝形状のビード部１２ａが設けられる。図示のように電池パック１０の長手方向をｘ方向、ｘ方向に垂直な幅方向をｙ方向、高さ方向をｚ方向とすると、アッパーケース１２の曲率はｙ−ｚ平面内で設けられ、ビード部１２ａもｙ−ｚ平面に沿って設けられる。電池パック１０の長手方向が車両の幅方向に一致するように車両に搭載する場合、ｘ方向は車幅方向、ｙ方向は車両の前後方向、ｚ方向は車両の高さ方向に一致し、アッパーケース１２の曲率は車両の前後方向に設けられることになる。電池スタックの積層方向は長手方向、すなわちｘ方向であり、アッパーケース１２の曲率は積層方向とは垂直方向に設けられると云うことができる。アーチ形状とビード部１２ａとで、上方からの荷重に対する電池パック１０の剛性を向上させることができる。

図２に、アッパーケース１２を取り外した状態の電池パック１０の内部構成を示す。電池パック１０の長手方向（ｘ方向）に電池モジュールを複数積層として電池スタック２０が構成されている。本実施形態においては、電池モジュール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、例えば樹脂製である。電池モジュールに含まれる６つの電池セルは、一体ケース内で電気的に直列に接続される。電池スタック２０のｘ方向の一端に冷却エアを供給する冷却ファン１５が配置され、他端に電池スタック２０の充放電を制御するコントロールモジュール１７が配置される。コントロールモジュール１７はマイクロプロセッサを有し、車両に搭載されるコンピュータとデータ通信を行い、車両コンピュータに対して電池スタック２０の電圧、電流、温度、ＳＯＣ（ｓｔａｔｅ ｏｆ ｃｈａｒｇｅ：充電状態）等の状態データを送信するとともに、車両コンピュータからの指令に応じて電池スタック２０を制御する。具体的には、冷却ファンの流量をコントロールして電池スタック２０を所定温度範囲内に保持する。さらに、メインリレー（＋）２８、メインリレー（−）２４、プリチャージリレー２９のオンオフを制御する。冷却ファン１５の前面には格子状のルーバーで覆われた吸気口１６が設けられ、冷却ファン１５を駆動することで図中矢印で示すように乗員室内からの冷却エアを取り込む。冷却エアは内部ダクトを介して電池スタック２０の下部とロワーケース１４との間に形成されたチャンバスペース２４に供給され、電池スタック２０を下から上に流れ（紙面の垂直方向）、電池スタック２０の上部とアッパーケース１２との間に形成されたチャンバスペース２２に達することで電池スタック２０を所望の冷却特性で冷却する。図１では、アッパーケース１２に形成される曲面は、電池パック１０の長手方向の全てにわたって形成されているが、電池スタック２０の直上においてのみ形成されていてもよい。すなわち、アッパーケース１２は、電池スタック２０の直上において曲面で構成され、冷却ファン１５あるいはコントロールモジュール１７の真上では平面で構成されていてもよい。

図３に、電池パック１０の機能ブロック図を示す。上記のとおり、電池スタック２０の両側に冷却ファン１５及びコントロールモジュール１７が分けて配置される。冷却ファン１５及びコントロールモジュール１７を電池スタック２０の両側に配設することで、電池パック１０の重量バランスを確保することができる。冷却ファン１５の近傍にはファンリレー２２及びメインリレーの負極側（−）２４が配設され、コントロールモジュール１７の近傍にはレジスタ２６、メインリレーの正極側（＋）２８が配設され、さらにプレチャージ用のリレー２９も配設される。

本実施形態では電池スタック２０を制御するための各種機器が電池スタック２０の両側に分けて配設されるため、電池パック１０は大別して３つの機能部位から構成されることになる。すなわち、電池パック１０の中央部に位置する電池スタック部位１０ｂ、電池スタック部位１０ｂの左側に配設される第１機器部位１０ａ、及び電池スタック部位１０ｂの右側に配設される第２機器部位１０ｃである。冷却ファン１５とコントロールモジュール１７の重量は略等しいものの、正確には（冷却ファンの重量）＞（コントロールモジュールの重量）である。第２機器部位１０ｃにレジスタ２６やプレチャージリレー２９を配設してこれらの重量を付加することで、ほぼ（第１機器部位１０ａの重量）＝（第２機器部位１０ｃの重量）、つまり、実質的に両者の重量が等しいとみなせる程度に設定することができ、電池パック１０の重心を電池パック１０の中心位置近傍に設定することができる。両者の重量が実質的に等しいか否かは、車載時に車両の重量バランスに影響を与えない程度であるか否かにより判定され得る。

図４に、図７に示す従来の電池パック１０に対応する機能ブロック図を示す。図３と図４とを対比することで、本実施形態の優位性が明らかとなろう。機器ボックス４０は電池スタック２０の一方の側に隣接して配設されており、機器ボックス４０内にはコントロールモジュール１７、レジスタ２６、メインリレー（＋）２８、メインリレー（−）２４、プレチャージリレー２９等が配設される。冷却ファンは電池パック１０と別個に設けられ、電池パック１０から離間した位置に配置されているため、機能ブロックとしては存在していない。機器ボックス４０の機能部位を機器部位１０ｄとすると、（電池スタック部位１０ｂの重量）＞＞（機器部位１０ｄの重量）であり、電池パック１０の重心は電池スタック２０側に偏る。本実施形態の電池パック１０は、冷却ファン１５を電池パック１０の外部に配設するのではなく電池パック１０に内蔵し、かつ、冷却ファン１５を含む機器ボックスを２つに分割して電池スタック２０の両側に配設することで重量バランスを確保したものということができる。冷却ファン１５を電池パック１０の外部に配設し、ダクトで電池パック１０の内部まで冷却エアを誘導する構成ではダクトの存在により電池パック１０の冷却エア取り入れ口側に機器ボックスを配設することができず、機器ボックスは電池スタック２０の片側のみに配設せざるを得ない。本実施形態では、冷却ファン１５を電池パック１０に内蔵させてこのような制約を取り除き、電池スタック２０の両側に機器ボックスを配設させることを可能ならしめたものである。もちろん、単に重量バランスを確保するとの観点からは、図４の機能ブロック図において電池スタック２０の右側にウエイトを配設することも考えられるが、徒に電池パック１０のサイズ及び重量を増大させるだけとなり車載用に適用できないことはいうまでもない。

図５に、本実施形態の電池パック１０を車両１に搭載した状態を示す。従来の搭載状態を示す図８に対応するものである。電池パック１０は第１機器部位１０ａ、電池スタック部位１０ｂ、第２機器部位１０ｃの３つの機能部位から構成され、電池パック１０の長手方向が車両１の車幅方向に一致するように搭載する。電池パック１０の重心は電池パック１０の中心近傍に位置するため、図のように電池パック１０の重心は車両１の前後中心線上に位置するようになり、搭載時に車両１の左右重量バランスを乱すことがない。

図６に、電池パック１０の車両搭載状態の斜視図を示す。電池パック１０は、リアタイヤのホイールハウス３０、３２の間に設けられた車両後部座席３４の座面下に配置される。後部座席３４は可倒式であって、倒した状態でラゲッジスペースと一体化してラゲッジスペースを拡張することができる。後部座席３４の上に荷物等を搭載した場合、電池パック１０のアッパーケース１２にも荷重が印加されることになるが、電池パック１０のアッパーケース１２は曲面、あるいは鉛直上方に向けた凸面で構成されているため、上方からの耐荷重特性が向上し、荷重によりチャンバスペース２２が縮小あるいは潰れることがなく、電池スタック２０を保護できる。また、電池スタック２０の所望の冷却特性を維持することができる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、その技術的思想の範囲内で他の態様も可能である。

例えば、本実施形態では、図３に示すように第１機器部位１０ａに冷却ファン１５、ファンリレー２２、メインリレー（−）２４を配設しているが、冷却ファン１５の重量如何によってはメインリレー（−）も第２機器部位１０ｃに配設してもよい。あるいは、第２機器部位１０ｃ内のメインリレー（＋）２８あるいはレジスタ２６を第１機器部位１０ａに配設してもよい。要は、主要な重量源である冷却ファン１５及びコントロールモジュール１７をそれぞれ電池スタック２０の両側に配設し、残りの機器を重量配分を考慮して配設すればよい。

以下に、第１機器部位１０ａ及び第２機器部位１０ｃに配設される機器の組み合わせを例示する。
＜第１パターン＞
第１機器部位１０ａ内：
冷却ファン、冷却ファンリレー
第２機器部位１０ｃ内：
コントロールモジュール、レジスタ、メインリレー（＋）、メインリレー（−）、プレチャージリレー
＜第２パターン＞
第１機器部位１０ａ内：
冷却ファン、冷却ファンリレー、メインリレー（＋）、メインリレー（−）
第２機器部位１０ｃ内：
コントロールモジュール、レジスタ、プレチャージリレー
＜第３パターン＞
第１機器部位１０ａ内：
冷却ファン、ファンリレー、プレチャージリレー
第２機器部位１０ｃ内：
コントロールモジュール、レジスタ、メインリレー（＋）、メインリレー（−）
＜第４パターン＞
第１機器部位１０ａ内：
冷却ファン
第２機器部１０ｃ内：
コントロールモジュール、ファンリレー、メインリレー（＋）、メインリレー（−）、レジスタ、プレチャージリレー

また、本実施形態ではアッパーケース１２にビード部１２ａを形成しているが、ビード部１２ａを形成することなく曲面のみを形成してもよい。

また、本実施形態では、冷却エアは電池スタック２０の下から上に流れるように構成しているが、冷却エアを電池スタック２０の上から下に流れるように構成してもよい。いずれの場合においても、アッパーケース１２は電池スタック２０の上部に冷却エアのためのチャンバスペース２２を形成し、アッパーケース１２の曲面によりチャンバスペース２２に供給される冷却エアの流量分布を調整できる。

さらに、本実施形態では、第１機器部位１０ａと第２機器部位１０ｃとにより電池パック１０の重心位置を電池パック１０の中心位置に調整しているが、第１機器部位１０ａあるいは第２機器部位１０ｃ内の機器を増減することで、電池パック１０の重心位置を任意に調整できることは理解されよう。このことは、車両１に搭載する場合の重心位置を所望の位置に調整できることを意味する。電池パック１０が搭載されるべき車両１の車種に応じて重心位置を任意に調整する等も可能である。

実施形態における電池パックの斜視図である。 電池パックの内部状態説明図である。 電池パックの機能ブロック図である。 従来の電池パックの機能ブロック図である。 電池パックの車両搭載説明図である。 電池パックの車両搭載状態を示す斜視図である。 従来の電池パックの構成図である。 従来の電池パックの車両搭載説明図である。 従来の電池パックの車両搭載状態を示す斜視図である。

符号の説明

１０ 電池パック、１０ａ 第１機器部位、１０ｂ 電池スタック部位、１０ｃ 第２機器部位、１２ アッパーケース、１２ａ ビード部、１４ ロワーケース、１５ 冷却ファン、１６ 吸気口、１７ コントロールモジュール、１８ 排気口、２０ 電池スタック。

Claims (4)

1. 車両に搭載される電池パックであって、
   前記電池パックは、その長手方向が前記車両の車幅方向に一致するように搭載され、
   前記電池パックは、前記長手方向に沿って、電池スタック、第１機器部位及び第２機器部位からなり、前記第１機器部位及び前記第２機器部位は前記電池スタックの両側にそれぞれ配設され、
   前記第１機器部位と前記第２機器部位の重量は略等しく、
   前記電池パックの重心は、前記車両の前後中心線上に位置する
   ことを特徴とする電池パック。
2. 請求項１記載の電池パックにおいて、
   前記第１の機器部位は、前記電池スタックに冷媒を供給するための冷却ファンを有し、
   前記第２の機器部位は、前記電池スタックの充放電を制御するコントロールモジュールを有することを特徴とする電池パック。
3. 請求項２記載の電池パックにおいて、
   前記第１の機器部位は、さらに前記冷却ファンのリレーを有することを特徴とする電池パック。
4. 請求項２記載の装置において、
   前記第１の機器部位は、さらに前記電池スタックの第１の極のリレーを有し、
   前記第２の機器部位は、さらに前記電池スタックの第２の極のリレーを有することを特徴とする電池パック。

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