JP5648509B2

JP5648509B2 - 電池モジュール及び電池装置ケース

Info

Publication number: JP5648509B2
Application number: JP2011022797A
Authority: JP
Inventors: 吉田　知弘; 知弘吉田
Original assignee: Toyota Boshoku Corp
Current assignee: Toyota Boshoku Corp
Priority date: 2011-02-04
Filing date: 2011-02-04
Publication date: 2015-01-07
Anticipated expiration: 2031-02-04
Also published as: JP2012164473A

Description

この発明は、例えば電気自動車に用いられるリチウムイオン電池やニッケル水素電池等の複数の電池セルを収容した電池モジュール、及びその電池モジュールを備えた電池装置ケースに関するものである。

ハイブリッド車や電気自動車に用いられるリチウムイオン電池等の二次電池では、電池の温度が高くなると、電池としての機能が低下するおそれがある。よって、これらの電池においては、電池セルに冷却エアを供給して、電池の過度の温度上昇を抑制する必要があった。

このような要求に対応するため、例えば特許文献１に開示されるような構成の電池装置が従来から提案されている。この従来構成においては、複数の電池セルが電池ホルダにより積層配置されている。電池セル間に冷却エアを供給するための一対の給気ダクトと電池セル間から冷却エアを排出するための排気ダクトとが配置されている。そして、排気ダクトに接続されたブロワの作動により、電池セル間に冷却エアが流れて、各電池セルが冷却される。

特開２００８−２６９９８５号公報

ところで、この従来構成の電池装置では、電池装置が車室内に配置されるとともに、給気ダクトの先端が車室内に開口され、車室内から冷却エアが吸引されるようになっている。このため、吸引されるエアに多量のダストが含まれることは少ない。よって、冷却エアに含まれるダストの捕捉構成が設けられていなくても、電池セル等に大量のダストが堆積するおそれは少ない。

しかしながら、電気自動車に搭載して使用される電池装置では、車両の駆動に用いる電力量が大量に必要であるため、電池装置全体が大型になって、車室内に電池装置を配置するスペースを確保することが困難であるケースが多い。このため、電気自動車においては、電池のメンテナンスの簡易化等に対応する必要もあって、電池装置を車室外である車両の床下に配置する傾向がある。このように、電池装置を車室外に配置すると、大量のダストを含む外気が冷却エアとして電池装置内に取り込まれることになる。よって、前述した従来構成のように、ダストの捕捉構成が設けられていない電池装置では、冷却エア中のダストが電池セルの表面、あるいはリレーやコネクタ部品等の電気制御機器に大量に堆積して、絶縁不良を発生するおそれがあった。

このような不具合に対応するため、給気ダクトの先端にフィルタを設けて、そのフィルタによりエアに含まれるダストを捕捉することも考えられる。ところが、このように給気ダクトにフィルタを設けた場合には、このフィルタによって通気抵抗が上昇する。それとともに、ダストの捕捉にともなうフィルタの目詰まりを考慮し、大容量のブロワを設けて強力に送気されるように構成する必要がある。従って、このような場合には、電池装置に蓄えられた電力を車両走行以外の用途に浪費するもので、走行可能距離の短縮化を招くものであった。

この発明は、このような従来の技術に存在する問題点に着目してなされたものである。その目的は、冷却エアに含まれるダストを効果的に捕捉することができて、電池セルに大量のダストが堆積するおそれを防止することができる電池モジュール及び電池装置ケースを提供することにある。

上記の目的を達成するために、電池モジュールに係る発明は、複数の電池セルを列設して収納するとともに、電池セルを冷却するためのエア通路を形成した電池モジュールであって、前記エア通路は、隣接する電池セル間に設けられた細隙と、該細隙に連通されて前記複数の電池セルの列設方向に延びるように形成された排出路を備え、前記細隙の通路断面積は、前記排出路の通路断面積より小さく形成され、前記細隙から前記排出路へのエア通路の方向変換位置には、エア流と対面するようにダスト捕集面を設けたことを特徴としている。

従って、この発明の電池モジュールにおいては、電池セルの使用時に、エア通路を流れるエアにより電池セルが冷却されて、その電池セルの過度の温度上昇を抑制することができる。また、エア通路の方向変換位置において冷却エアの流動方向が転換されるとき、そのエアに含まれるダストがダスト捕集面に慣性衝突することにより、エア中から分離される。よって、エアに含まれるダストが電池セルに大量に堆積するおそれを防止することができる。しかも、ダストのエア中からの分離を、フィルタ目を通る濾過方式によることなく、慣性衝突を利用しているため、低負荷で分離させることができる。

前記構成において、前記隣接する電池セル間には、隔壁が形成され、前記エア通路は、前記隔壁に形成するようにするとよい。
前記構成において、前記ダスト捕集面を多孔質材によって形成するとよい。

前記構成において、前記ダスト捕集面を繊維集合体によって形成するとよい。
また、電池装置ケースに係る発明は、前記のような構成の電池モジュールと、電気制御機器とを内装した電池装置ケースであって、前記電気制御機器を電池モジュールから排出されたエア通路に配置したことを特徴としている。

従って、モジュールから排出されたエアによって電機制御機器を冷却できるが、このエアは多くのダストが除去されているため、電機制御機器に大量のダストが堆積することを防止できる。

以上のように、この発明によれば、簡単な構成で、冷却エアに含まれるダストを低負荷で効率よく捕捉することができ、電池セルに大量のダストが堆積するおそれを防止することができるという効果を発揮する。

一実施形態の電池モジュールを備えた電池装置ケースを示す平断面図。図１の電池装置ケースの側断面図。同電池装置ケースの電池モジュールを拡大して示す平断面図。図３の４−４線において電池セルの支持構成を拡大して示す部分断面図。

以下に、この発明を具体化した一実施形態を図面に従って説明する。
図１及び図２に示すように、電池装置ケース１１内には複数の電池モジュール１２が並設されている。電池装置ケース１１の一側壁には、ケース１１の内部に冷却用のエアを取り込むための給気口１３が形成されている。電池装置ケース１１の他側壁には、ケース１１の内部から冷却に供されたエアを排出するための排気口１４が形成されている。前記給気口１３には、ブロワ２７が管接続され、給気口１３を介して電池装置ケース１１内に冷却のための外気が導入される。ブロワ２７の一次側にはストレーナ２８が設けられている。このストレーナ２８は、比較的大きなゴミや虫の侵入を防止する程度の大きさの目を有している。従って、このストレーナ２８の通気抵抗は、きわめて小さく、電力消費上ほとんど問題ない。

前記電池装置ケース１１の内部は区画壁２９によって２つに区画され、一方の区画室には前記電池モジュール１２が収容され、他方の区画室の頂壁内面には、リレーやコネクタ部品等の電気制御機器１５を実装した基板１６が配設されている。

図２及び図３に示すように、前記各電池モジュール１２のモジュールケース１２ａ内には、複数の電池セル１７が電池ホルダ１８に支持された状態で列設配置されている。電池ホルダ１８には隣接する電池セル１７間に介装される隔壁１８ａが形成され、その隔壁１８ａには横方向に延びる複数の細隙溝状の凹部１８ｂが形成されている。そして、これらの凹部１８ｂと電池セル１７の側壁面とによって、横方向に延びる複数の細隙１９が形成されている。

図３に示すように、前記各モジュールケース１２ａの一側壁の中央部には、内部に冷却用のエアを取り込むための吸気口２０が形成されている。この各吸気口２０は、電池装置ケース１１内の一方の区画室内の空間を介して前記電池装置ケース１１の給気口１３に接続されている。モジュールケース１２ａの他側壁の両側部には、ケース１２ａ内部からエアを排出するための排気口２２が形成されている。図２に示すように、これらの排気口２２は、電池装置ケース１１の区画壁２９を貫通して他方の区画室の内部に開放されている。

図３に示すように、前記各モジュールケース１２ａ内において吸気口２０側の区画室の側壁内部には、冷却用エアの供給路２３が電池セル１７の列設方向に延びるように形成されている。各モジュールケース１２ａ内における排気口２２側の区画室の側壁内部には、冷却用エアの排出路２４が電池セル１７の列設方向に延びるように形成されている。そして、図３及び図４に示すように、前記電池セル１７間の各細隙１９の両端開口が供給路２３及び排出路２４に連通されて、その供給路２３、各細隙１９及び排出路２４により、電池セル１７を冷却するためのエア通路Ｐ1が構成され、そのエア通路Ｐ１を流れるエアによって各電池セル１７が冷却される。各細隙１９は、それらを合計しても供給路２３及び排出路２４の通路断面積よりはるかに小さな通路断面積を有しているため、エア流はこの細隙１９内において増速される。また、図２に示すように、前記電気制御機器１５は、各モジュールケース１２ａの排気口２２から排出されるエア通路Ｐ２に配置されて、その通路Ｐ２を流れるエアにより冷却される。

図３に示すように、前記エア通路Ｐ1の各細隙１９から排出路２４への方向変換位置において、各細隙１９から流れてくるエア流と対面するように、電池モジュール１２の側壁内面には第１ダスト捕集面を構成する第１ダスト捕集材２５が設けられている。エア通路Ｐ1の排出路２４から各排気口２２への方向変換位置において、排出路２４から流れてくるエア流と対面するように、電池モジュール１２の側壁内面には第２ダスト捕集面を構成する第２ダスト捕集材２６が設けられている。第１ダスト捕集材２５及び両第２ダスト捕集材２６は、連泡性の発泡体よりなる多孔質材や不織布等の繊維集合体によって形成されている。そして、エア通路の方向変換位置においてエアの流動方向が転換されるとき、そのエアに含まれるダストがダスト捕集材２５，２６に慣性によって衝突することにより、ダストがダスト捕集材２５，２６に捕捉されて、エア中から分離される。

次に、前記のように構成された電池装置の作用を説明する。
電池装置の使用時には、電池装置ケース１１の給気口１３に接続されたブロワ２７が作動される。すると、エアが電池装置ケース１１の給気口１３を介して、各電池モジュール１２の吸気口２０から電池モジュール１２内に取り込まれる。なお、このとき、ブロワ２７の一次側に設けられたストレーナ２８によって、エアに含まれる大きなゴミや虫が濾過される。そして、取り込まれたエアがエア通路Ｐ１の供給路２３、電池セル１７間の各細隙１９及び排出路２４に流れて、排気口２２から電池装置ケース１１の内部に排出され、そのエア通路Ｐ１のエア流によって各電池セル１７の表面が冷却される。

この場合、エアがエア通路Ｐ１の各細隙１９から排出路２４への方向変換位置に差し掛かったとき、そのエアに含まれるダストが第１ダスト捕集材２５に慣性衝突することによって、エア中から分離される。このとき、エアは通路断面積の小さな細隙１９を通過するため、増速される。従って、そのエア中のダストは高速で飛ぶために、慣性が大きくなり、第１ダスト捕集材２５によって効率よく捕捉されるとともに、電池セル１７やそのホルダ１８に付着したり、堆積したりすることはほとんどない。また、エアがエア通路Ｐ１の排出路２４から各排気口２２への方向変換位置に差し掛かったとき、そのエアに含まれるダストが第２ダスト捕集材２６に慣性衝突することによって、エア中から分離される。よって、エアに含まれるダストが電池セル１７に堆積するおそれはほとんどない。

さらに、前記各電池モジュール１２の排気口２２から電池装置ケース１１の内部に排出されたエアは、電池装置ケース１１内のエア通路Ｐ２を通って、電池装置ケース１１の排気口１４から外部に排出される。そして、このエア通路Ｐ２を流れるエアによって、電池装置ケース１１内に設けられた電気制御機器１５が冷却される。この場合、エアに含まれるダストはその大部分が各電池モジュール１２内において既に捕捉されているため、電気制御機器１５にダストが堆積するおそれはほとんどない。

従って、この実施形態によれば、以下のような効果を得ることができる。
（１）この電池モジュールにおいては、電池セル１７を冷却するためのエア通路Ｐ１が形成されている。そして、前記エア通路Ｐ１の方向変換位置には、流れてくるエア流と対面するようにダスト捕集材２５，２６が設けられている。

このため、エア通路Ｐ１を流れるエアにより電池セル１７を冷却することができて、その電池セル１７の過度の温度上昇を抑制することができる。また、冷却エアがエア通路Ｐ１の方向変換位置において方向転換されるとき、そのエアに含まれるダストをダスト捕集材２５，２６に対する慣性衝突により、エア中から分離することができる。よって、エアに含まれるダストが電池セル１７に堆積することを抑制することができて、電池セル１７に対するダストの堆積により絶縁不良を発生するおそれを防止することができる。しかも、ダストのエア中からの分離を、フィルタ目を通る濾過方式によることなく、慣性衝突を利用しているため、低負荷で効率よく分離させることができる。このため、ダスト分離のための駆動電力の消費量を少なくすることができて、電気自動車の電池の冷却を兼ねた濾過装置として好適である。加えて、電池モジュールのエア通路Ｐ１のエア流の方向転換位置に多孔質材等よりなるダスト捕集材２５，２６を設けただけであるから、構成は簡単である。

（２）この電池モジュールにおいては、前記エア通路Ｐ１が電池セル１７間に形成されている。よって、電池セル１７間のエア通路Ｐ１を流れるエアにより、電池セル１７の表面を効果的に冷却することができる。しかも、このエア通路Ｐ１の細隙１９の通路断面積が狭いため、エア流がこの細隙１９内で増速されて、電池セル１７やホルダ１８へのダストの付着が抑制されるとともに、ダストが第１ダスト捕集材２５に対して効率よく捕捉される。

（３）この電池モジュールにおいては、前記ダスト捕集材２５，２６が多孔質材あるいは繊維集合体によって形成されている。よって、エアに含まれるダクトをダスト捕集材２５，２６において有効に吸着して捕捉することができるとともに、再飛散を防止できる。

（４）この電池装置ケースにおいては、電池装置ケース１１内に、前記のような構成の電池モジュール１２と電気制御機器１５とが内装されている。そして、電気制御機器１５が電池モジュール１２から排出されたエア通路Ｐ２に配置されている。このため、電池モジュール１２内で電池セル１７を冷却した後に、その電池モジュール１２から排出されるエアにより、電気制御機器１５を冷却することができる。また、電池モジュール１２内においてエア中からダストが捕捉されているため、電気制御機器１５にダストが堆積することを抑制することができて、電気制御機器１５に対するダストの堆積により絶縁不良を発生するおそれを防止することができる。

（変更例）
なお、この実施形態は、次のように変更して具体化することも可能である。
・ダスト捕集材２５，２６として、粘着作用によってダストを捕捉する機能有するものを使用すること。

・ダストをプラスまたはマイナスに帯電させ、ダスト捕集材２５，２６をその逆の電位に帯電させ、その電位差を利用して、ダスト捕集材２５，２６にダストを捕捉させること。

１１…電池装置ケース、１２…電池モジュール、１５…電気制御機器、１７…電池セル、１９…細隙、２０…吸気口、２２…排気口、２３…供給路、２４…排出路、２５…第１ダスト捕集面を構成する第１ダスト捕集材、２６…第２ダスト捕集面を構成する第２ダスト捕集材、Ｐ１…エア通路、Ｐ２…エア通路。

Claims

複数の電池セルを列設して収納するとともに、電池セルを冷却するためのエア通路を形成した電池モジュールであって、
前記エア通路は、隣接する電池セル間に設けられた細隙と、該細隙に連通されて前記複数の電池セルの列設方向に延びるように形成された排出路を備え、
前記細隙の通路断面積は、前記排出路の通路断面積より小さく形成され、
前記細隙から前記排出路へのエア通路の方向変換位置には、エア流と対面するようにダスト捕集面を設けたことを特徴とする電池モジュール。
前記隣接する電池セル間には隔壁が形成され、前記エア通路は、前記隔壁に形成したことを特徴とする請求項１に記載の電池モジュール。
前記ダスト捕集面を多孔質材によって形成したことを特徴とする請求項１または２に記載の電池モジュール。
前記ダスト捕集面を繊維集合体によって形成したことを特徴とする請求項１または２に記載の電池モジュール。
請求項１〜４のうちのいずれか一項の記載の電池モジュールと、電気制御機器とを内装した電池装置ケースであって、
前記電気制御機器を電池モジュールから排出されたエア通路内に配置したことを特徴とする電池装置ケース。