JP5046516B2

JP5046516B2 - 電池パック

Info

Publication number: JP5046516B2
Application number: JP2005366900A
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: 2012-10-10
Anticipated expiration: 2025-12-20
Also published as: US20070141451A1; JP2007172937A

Description

本発明は電池パックの筐体構造に関し、特に車両に搭載される電池パックの筐体構造に関する。

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（車両用電源装置）が搭載されている。電池パックは、内部の電池スタックを保護するためのアッパーケース及びロワーケースを有し、アッパーケースには溝形状のビードを形成する等の補強構造が設けられる。

下記の特許文献には、電池パックを車両の後方側であってリアのタイヤのホイールハウスの間に搭載することが記載されており、電池パックの筐体に、車両のホイールハウスの端部を基準に車両の前後方向の後方側に溝を形成することで筐体の剛性を向上させることが記載されている。

図５に、従来の電池パックの筐体構造を示す。電池パック１００は、リアのタイヤ２００、２０２のホイールハウス３０２、３０６の間、すなわち車両の後部座席の下側に配置される。電池パック１００の筐体である電池ケース１０２はアッパーケース及びロワーケースから構成され、吸気口が設けられるとともに電池ケース１０２の内部に冷却ファン１０４が設けられる。吸気口は車両前方側の乗員室に接続される。冷却ファンを回転させることで電池ケース１０２の内部に負圧が生じ、乗員室の室内から吸気口を介して電池ケース１０２の内部に冷却エアが供給される。電池ケース１０２には、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が設けられる。ビード部１０６は、車両の前後方向に設けられる。

特開２００５−３０２５９０号公報

電池パックには、上記の如く電池スタックを冷却するための冷却エアが供給される。冷却エアにより電池スタックを効果的に冷却するためには、電池スタックの上部及び下部にチャンバスペースを形成し、電池スタックの上部から下部へ、あるいは電池スタックの下部から上部へ冷却エアを流すことで電池スタックを冷却することが望ましく、アッパーケースとロワーケースを板金で構成し、アッパーケースと電池スタックとの間、及びロワーケースと電池スタックとの間にチャンバスペースを確保することが望ましい。

しかしながら、電池パックを車両のラゲッジスペース下に搭載する場合、あるいは車両の後部座席の下であっても当該後部座席が可倒式であってその上に荷物が搭載可能な構成である場合、アッパーケース上に荷物等の荷重が印加され、該荷重によりアッパーケースが撓んでチャンバスペースが縮小、あるいは潰れるおそれがあり、ひいては電池スタックの冷却効率の低下を招く問題がある。

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、ラゲッジスペース下や可倒式の座席下等、荷物等が搭載され荷重が印加されるような箇所に配置された場合においても十分な耐荷重特性を備え、これにより内部の電池スタックに対する冷却効率を維持することが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、筐体と、前記筐体に内蔵される電池スタックを有し、前記筐体は、内蔵する前記電池スタックの上部をカバーするアッパーケースを有し、前記電池スタックは、１又は複数の単セルからなる複数の電池モジュールが積層されてなり、前記アッパーケースの少なくとも一部に、上方に向けて突出するように曲面が形成され、前記アッパーケースは前記電池スタックの上部にチャンバ空間を形成し、前記チャンバ空間に前記電池スタックの温度を調整する媒体が供給され、前記アッパーケースの前記曲面は、前記電池スタックの前記積層された方向に垂直な方向の中央部において前記チャンバ空間が拡大し、前記電池スタックの前記積層された方向に垂直な方向の端部において前記チャンバ空間が縮小するように形成されることを特徴とする。

また、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、筐体と、前記筐体に内蔵される電池スタックを有し、前記筐体は、内蔵する前記電池スタックの上部をカバーするアッパーケースと、前記電池スタックの下部をカバーするロワーケースとを有し、前記電池スタックは、１又は複数の単セルからなる複数の電池モジュールが積層されてなり、前記アッパーケースと前記電池スタックの上部との間に第１チャンバ空間を形成し、前記ロワーケースと前記電池スタックの下部との間に第２チャンバ空間を形成し、前記電池スタックの温度を調整するための媒体は前記第１チャンバ空間あるいは前記第２チャンバ空間のいずれか一方から他方に流れるように供給され、前記アッパーケースは、前記電池スタックの前記積層された方向に垂直な方向の中央部において前記媒体の供給量が相対的に増大し前記電池スタックの前記積層された方向に垂直な方向の端部において前記媒体の供給量が相対的に減少するように曲面で構成されることを特徴とする。

また、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、筐体と、前記筐体に内蔵される電池スタックを有し、前記筐体は、内蔵する前記電池スタックの上部をカバーするアッパーケースと、前記電池スタックの下部をカバーするロワーケースとを有し、前記電池スタックは、１又は複数の単セルからなる複数の電池モジュールが積層されてなり、前記アッパーケースは、少なくとも一部に、上方に向けて突出するように曲面が形成され、前記電池スタックの上部にチャンバ空間を形成し、前記チャンバ空間に前記電池スタックの温度を調整する媒体が供給され、前記アッパーケースの前記曲面は、前記電池スタックの前記積層された方向に垂直な方向の中央部において前記チャンバ空間が拡大し、前記電池スタックの前記積層された方向に垂直な方向の端部において前記チャンバ空間が縮小するように形成され、前記曲面は、前記電池パックの上方からの荷重を支持する荷重支持手段と、前記電池スタックに供給される媒体の供給量分布を調整する調整手段とを兼用するものであることを特徴とする。

本発明によれば、アッパーケースを平面ではなく曲面で構成することで上方からの耐荷重特性が向上する。また、アッパーケースと電池スタックとの間に温度調整用媒体のためのチャンバ空間を形成する場合、耐荷重特性の向上によりチャンバ空間の変形やつぶれが効果的に防止され、温度調整用媒体による電池スタックの温度特性の劣化が防止される。さらに、アッパーケースを曲面で構成することにより、チャンバ空間を調整して電池スタックの温度特性を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（車両用電源装置）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、電池パック１０の縦断面図（ｙ−ｚ平面断面図）を示す。内蔵の電池スタック２０とアッパーケース１２との間にチャンバスペース（第１チャンバスペース）２２が形成され、電池スタック２０とロワーケース１４との間にチャンバスペース（第２チャンバスペース）２４が形成される。冷却エアは上記の如く下部のチャンバスペース２４から上部のチャンバスペース２２に向けて、すなわち図中下から上に流れて電池スタック２０を冷却する。アッパーケース１２は曲面あるいは凸面で構成されているため、チャンバスペース２２の中央部、すなわち電池スタック２０のｙ方向の中央部における高さサイズＬｃは、端部、すなわち電池スタック２０のｙ方向の両端部における高さサイズＬｅよりも大きい。

本実施形態では、アッパーケース１２を曲面あるいは凸面で構成することで、上方から荷重が印加されてもアッパーケース１２の撓みあるいはつぶれを防止できるが、同時に、電池スタック２０の冷却特性を向上することが可能である。すなわち、電池スタック２０の両端は熱を放出し易く、中央部に比べて冷却され易い特性がある。したがって、アッパーケース１２を平面で構成してＬｃ＝Ｌｅとした場合、冷却エアの導通抵抗は中央部と端部とでほぼ等しくなるため、中央部に比べて端部の方がより冷却されることとなり、冷却特性の不均一、言い換えれば中央部の冷却不足が生じることになる。一方、本実施形態の電池パック１０のアッパーケース１２は曲面で構成されており、Ｌｃ＞Ｌｅなる関係にあるから、冷却エアの導通抵抗は中央部の方が端部よりも低くなり、あるいは冷却エアの供給量は中央部の方が端部よりも多くなり、端部における冷却を抑制する、あるいは中央部における冷却を増大させることができ、冷却特性の均一化、あるいは中央部における冷却不足の防止を図ることができる。すなわち、本実施形態のアッパーケース１２は、上方からの耐荷重特性の向上と、電池スタック２０の冷却特性の向上とを同時に達成することができる。アッパーケース１２の曲面は、上方から印加される荷重を支持する支持手段と、電池スタック２０に供給される冷却エアの供給量分布を調整する調整手段を兼用するものということもできる。アッパーケース１２の曲率あるいは曲率半径は任意であり、例えば１ｍ程度の曲率半径とすることができる。アッパーケース１２の曲率は、一般に電池パック１０が搭載される車両のスペースユーティリティに応じて制限されることになる。電池パック１０を車両の後部座席の下に搭載する場合、後部座席の下面と電池パック１０との間に形成される空間サイズに応じてアッパーケース１２の曲率が設定される。アッパーケース１２の曲率は電池スタック２０の冷却特性に影響を与えることから、電池スタック２０の中央部と端部とで冷却が均一化する程度の曲率を設定するのが望ましい。

図３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ユニット１７が配置される。コントロールユニット１７は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ユニット１７の真上では平面で構成されていてもよい。

図４に、電池パック１０の車両搭載状態を示す。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、本実施形態ではアッパーケース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に示すように電池スタック２０及び冷却ファン１５を電池パック１０に内蔵しているが、電池スタック２０と冷却ファン１５との位置関係は任意であり、また、冷却ファン１５を電池パック１０の外部に設けてもよい。

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、アッパーケース１２の曲率は一定としているが、位置に応じて曲率を変化させてもよい。要は、アッパーケース１２に曲面を形成し、該曲面で耐荷重特性を向上させるとともに供給エアの供給量分布を所望の特性に調整すればよい。

実施形態における電池パックの斜視図である。図１におけるｙーｚ平面断面図である。電池パックの内部状態説明図である。電池パックの車両搭載説明図である。従来の電池パックの構成図である。

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コントロールユニット、１８排気口、２０電池スタック、２２，２４チャンバスペース。

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、筐体と、前記筐体に内蔵される電池スタックを有し、
前記筐体は、内蔵する前記電池スタックの上部をカバーするアッパーケースを有し、
前記電池スタックは、１又は複数の単セルからなる複数の電池モジュールが積層されてなり、
前記アッパーケースの少なくとも一部に、上方に向けて突出するように曲面が形成され、
前記アッパーケースは前記電池スタックの上部にチャンバ空間を形成し、前記チャンバ空間に前記電池スタックの温度を調整する媒体が供給され、
前記アッパーケースの前記曲面は、前記電池スタックの前記積層された方向に垂直な方向の中央部において前記チャンバ空間が拡大し、前記電池スタックの前記積層された方向に垂直な方向の端部において前記チャンバ空間が縮小するように形成されることを特徴とする電池パック。
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、筐体と、前記筐体に内蔵される電池スタックを有し、
前記筐体は、内蔵する前記電池スタックの上部をカバーするアッパーケースと、前記電池スタックの下部をカバーするロワーケースとを有し、
前記電池スタックは、１又は複数の単セルからなる複数の電池モジュールが積層されてなり、
前記アッパーケースと前記電池スタックの上部との間に第１チャンバ空間を形成し、
前記ロワーケースと前記電池スタックの下部との間に第２チャンバ空間を形成し、
前記電池スタックの温度を調整するための媒体は前記第１チャンバ空間あるいは前記第２チャンバ空間のいずれか一方から他方に流れるように供給され、
前記アッパーケースは、前記電池スタックの前記積層された方向に垂直な方向の中央部において前記媒体の供給量が相対的に増大し前記電池スタックの前記積層された方向に垂直な方向の端部において前記媒体の供給量が相対的に減少するように曲面で構成されることを特徴とする電池パック。
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、筐体と、前記筐体に内蔵される電池スタックを有し、
前記筐体は、内蔵する前記電池スタックの上部をカバーするアッパーケースと、前記電池スタックの下部をカバーするロワーケースとを有し、
前記電池スタックは、１又は複数の単セルからなる複数の電池モジュールが積層されてなり、
前記アッパーケースは、少なくとも一部に、上方に向けて突出するように曲面が形成され、前記電池スタックの上部にチャンバ空間を形成し、前記チャンバ空間に前記電池スタックの温度を調整する媒体が供給され、
前記アッパーケースの前記曲面は、前記電池スタックの前記積層された方向に垂直な方向の中央部において前記チャンバ空間が拡大し、前記電池スタックの前記積層された方向に垂直な方向の端部において前記チャンバ空間が縮小するように形成され、
前記曲面は、
前記電池パックの上方からの荷重を支持する荷重支持手段と、
前記電池スタックに供給される媒体の供給量分布を調整する調整手段と、
を兼用するものであることを特徴とする電池パック。