JP4955995B2

JP4955995B2 - 電池パック

Info

Publication number: JP4955995B2
Application number: JP2005366902A
Authority: JP
Inventors: 修平丸川; 豊彦江藤; 正宏翠
Original assignee: Primearth EV Energy Co Ltd
Current assignee: Primearth EV Energy Co Ltd
Priority date: 2005-12-20
Filing date: 2005-12-20
Publication date: 2012-06-20
Anticipated expiration: 2025-12-20
Also published as: US20070141455A1; JP2007172939A; US8338016B2

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吸気口構造に関する。

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６に、従来の電池パック１００の外観斜視図を示す。電池パック１００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を有する。電池スタックは第１モジュール部１００ａに内蔵され、各種機器は第２モジュール部１００ｂに内蔵される。電池パック１００の側面には吸気口１０２が設けられ、吸気口１０２は冷却エアのダクトに接続される。吸気口１０２から取り込まれた冷却エアは電池スタックを下から上、あるいは上から下に通って電池スタックを冷却し、排気口から排出される。通常、吸気口１０２には異物の混入を防止するためにフィルタやルーバー等が設けられる。図７に、電池パック１００の吸気口１０２近傍の一部拡大図を示す。吸気口１０２の前面に格子状のルーバー１０４を設けた例である。

また、下記の特許文献１には、電磁調理器に関するものであるが、吸気口と冷却ファンとの間に、下部に排水部を形成した遮蔽板を配設することで異物混入と水侵入とを防止する構成が開示されている。

特開平９−４５４７１号公報

ルーバー等は異物混入防止に有効であるが、同時にルーバーにより遮られる部分が必然的に生じるため、冷却エアの圧力損失や流量低下が生じる問題がある。また、ルーバーを通過する部分は断面積が減少するので冷却エアの流速が増大し、異音が生じる問題がある。

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、ルーバー等の異物混入防止部材が存在していても、冷却エアの流量を確保できる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、その投影底面が略長方形であって長辺が車両の車幅方向に沿うように搭載されるものであり、電池スタックと、前記電池スタックに冷却エアを供給するための、前記電池パックの長さ方向端部に内蔵された冷却ファンとを有し、前記電池パックの前記冷却ファンが内蔵された前記端部の隅部にテーパ面が形成され、前記冷却ファンに対向する前記電池パック短辺側の直近平面及び前記テーパ面に前記冷却ファンで吸引される冷却エアの吸気口が設けられ、前記吸気口の開口長は前記電池パックの短辺より長いことを特徴とする。

本発明の１つの実施形態では、さらに、前記吸気口の前面にルーバーが配設されることを特徴とする。

本発明によれば、電池パックの短辺側の１辺側に設けられた吸気口の開口長を短辺の長さよりも長く設定し、あるいは電池パックの隅部に形成されたテーパ面にも吸気口を設けることで、ルーバー等の異物混入部材が配設されても冷却エアの供給量を確保することができる。なお、電池パックの隅部のテーパ面は、電池パックの外形寸法を縮小化するので、電池パックを車両に搭載した場合のスペースユーティリティをも確保することができる。

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の近傍面に吸気口１６が設けられる。より正確には、電池パック１０はその投影底面は略長方形をなし、その短辺側の１辺側に吸気口１６が設けられる。吸気口１６の前面あるいは開口部には異物混入防止用の格子状のルーバー１０４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。吸気口１６の構成についてはさらに詳述する。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、乗員室内のエアがルーバー１０４を介して吸気口１６から取り込まれる。取り込まれた冷却エアは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、電池モジュール間に設けられた冷却通路を介して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。

なお、本発明でいう投影底面とは、上記Ｘ軸方向に電池パックを投影した場合の形状であり、これが略長方形とは前記形状が概略長方形であることを意味する。よって、本発明の要旨の通りその角部の一部が欠けることや、長辺側の中央部に突起部が設けられる等の形状の変化は略長方形の範囲に含まれる。

本実施形態において、電池パック１０の吸気口１６は１つの面ではなく、３つの面に形成される。すなわち、電池パック１０の側面のうち、冷却ファンに対向する直近の側面と、電池パック１０の両角部を切り落とす、あるいは短辺の両端を面取りすることで形成される２つの面に形成される。３つの面の前面にはいずれもルーバー１０４が設けられ、ルーバー１０４を介して３つの面に形成された吸気口１６から冷却エアが取り込まれる。したがって、本実施形態の吸気口１６の開口長は、電池パック１０の短辺よりも長くなる。電池パック１０の隅部を斜めにカットして形成される面はテーパ面であり、テーパ面に吸気口１６が形成されるということもできる。

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。冷却ファン１５の前面には格子状のルーバー１０４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、電池モジュール間に設けられた冷却通路を介して電池スタック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。

そして、冷却エアを取り込む吸気口１６は３つの面から構成される。第１に、電池パック１０の側面のうち冷却ファン１５の近傍に位置する側面（近傍側面）を構成する平面１６ｂであり、第２に、電池パック１０の一方の角部を斜めに切り取って構成される平面（テーパ面）１６ａであり、第３に、電池パック１０の他方の角部を切り取って構成される平面（テーパ面）１６ｃである。電池パック１０の角部を切り取る意義あるいは短辺の両端を面取りする意義は以下のとおりである。すなわち、電池パック１０は、車両に搭載される場合、長手方向が車両の車幅方向と一致するように配置され、例えばリアタイヤの左右のホイールハウス３０、３２の間に設けられた車両後部座席の座面下に配置される。この場合、後部座席の乗員の足下に電池パック１０が配置されることとなるため、後部座席の乗員は乗降時に角部が邪魔になるおそれがあり、あるいは後部座席乗車中においても足下のスペースが狭くなる。そこで、後部座席の乗員の乗降を容易化し乗車中の足下スペースを確保するために、電池パック１０の角部を切り取ってテーパ面を形成するのが望ましい。平面（テーパ面）１６ａ及び平面（テーパ面）１６ｃは、このような必要性から生じる面である。本実施形態の吸気口１６は、車両に搭載した場合のスペースユーティリティを考慮して角部を切り取る、あるいは面取りすることで生じるテーパ面をも吸気口１６として積極的に利用することで吸気口１６の開口長を増大し、ルーバー１０４により生じる流路断面積の減少を補償して、供給エアの流量を確保するものである。

なお、本実施形態の電池パック１０は、冷却ファン１５が内蔵されており、冷却エアを電池パック１０内に引き込むように作用する。すなわち、冷却エアは、冷却ファン１５を中心として放射状に吸い込まれる。このため、平面１６ｂのみならず平面１６ａ及び平面１６ｃからも冷却エアを吸い込むことができる。

図３に、本実施形態の吸気口１６の平面図を模式的に示す。冷却ファン１５を囲む３つの平面１６ａ、平面１６ｂ、平面１６ｃのいずれにも吸気口１６が設けられ、これらの吸気口１６から冷却エアが取り込まれる。平面１６ａ、１６ｂ、１６ｃの前面にはいずれもルーバー１０４が設けられる。平面１６ｂのみに吸気口１６を設ける場合に比べ、吸気口１６の開口長が短辺の長さよりも増大して冷却エアの流量は著しく増大する。図中破線部分は電池パック１０の除去された角部を示す。もちろん、実際に電池パックを製造する場合に、角部を切り取る作業は必要ではなく、最初から電池パック１０の隅部にテーパ面を形成すればよい。「角部を切り取る」とは、テーパ面を説明するための便法あるいは思考操作であることは当業者には容易に理解されよう。図１と従来の角型電池パック１００を示す図６とを対比すると、本実施形態の電池パック１０の隅部（コーナー部）は従来の電池パック１００の角部を斜めに切り落とした、あるいは短辺の両端を面取りした外観を呈する。

図４に、他の実施形態の吸気口１６の平面図を模式的に示す。図１乃至図３では電池パック１０の隅部に平面（テーパ面）１６ａ及び平面（テーパ面）１６ｃを形成しているが、電池パック１０の一方側の角部、具体的には後部座席の乗員の足下側に位置する角部、つまり車両前部側の角部のみを除去することで平面（テーパ面）１６ａのみを形成した場合である。この場合においても、平面１６ｂのみならず平面１６ａにも吸気口１６を形成してルーバー１０４による流路断面積の減少を補償することができる。

図５に、さらに他の実施形態の吸気口１６の平面図を模式的に示す。図４では電池パック１０の角部を直線的に除去して平面（テーパ面）１６ａを形成しているが、電池パック１０の角部を除去して曲面１６ｄを形成した場合である。このように曲面１６ｄを形成した場合においても、平面１６ｂに加えて曲面１６ｄにも吸気口１６を形成すればよい。

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、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。

また、平面（テーパ面）１６ａは車載時のスペースユーティリティを考慮して形成されるものであるが、その思想の範囲内で任意の形状としてもよく、スペースユーティリティを確保できる限り、内蔵の冷却ファン１５による冷却エアの吸入が最も効率的に行われるような曲面、例えば冷却エアがほぼ垂直に吸入されるような曲面としてもよい。

また、本実施形態では、平面１６ａ、１６ｂ、１６ｃあるいは曲面１６ｄの前面に格子状のルーバー１０４を配設しているが、ルーバー１０４の格子密度は同一である必要はなく平面あるいは曲面毎に異なっていてもよい。ルーバー１０４は異物混入防止のための一つの例示的な部材であって、フィルタなど他の遮蔽部材を配設することもできる。

また、本実施形態では、電池スタック２０のｘ方向の一端に冷却ファン１５が配置され、その近傍である電池パック１０の短辺側に吸気口１６が設けられている。しかし、吸気口１６とは反対側で、電池スタック２０のｘ方向の他端に冷却ファン１５を設ける構成でもよい。

さらに、本実施形態では、電池パック１０内に冷却ファン１５を内蔵しているが、吸気口１６に対して風下側であれば電池パック１０の外部に冷却ファン１５を設けてもよい。ダクトで電池パック１０と冷却ファン１５とを連結することにより、本実施形態と同様にルーバー１０４による流路断面積の減少を補償することができる。

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。電池パックの吸気口の模式的平面図である。電池パックの吸気口の他の模式的平面図である。電池パックの吸気口のさらに他の模式的平面図である。従来の電池パックの構成図である。図６における吸気口の拡大図である。

符号の説明

１０電池パック、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、１０４ルーバー。

Claims

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、その投影底面が略長方形であって長辺が車両の車幅方向に沿うように搭載されるものであり、
電池スタックと、
前記電池スタックに冷却エアを供給するための、前記電池パックの長さ方向端部に内蔵された冷却ファンと、
を有し、
前記電池パックの前記冷却ファンが内蔵された前記端部の隅部にテーパ面が形成され、
前記冷却ファンに対向する前記電池パック短辺側の直近平面及び前記テーパ面に前記冷却ファンで吸引される冷却エアの吸気口が設けられ、前記吸気口の開口長は前記電池パックの短辺より長いことを特徴とする電池パック。
請求項１記載の電池パックにおいて、さらに、
前記吸気口の前面にルーバーが配設されることを特徴とする電池パック。
請求項１，２のいずれかに記載の電池パックにおいて、
前記電池パックは該電池パックが搭載される車両の座席の座面下に配置されることを特徴とする電池パック。