JP6623965B2

JP6623965B2 - 車載電池パックの冷却装置

Info

Publication number: JP6623965B2
Application number: JP2016149239A
Authority: JP
Inventors: 琢朗中山
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2016-07-29
Filing date: 2016-07-29
Publication date: 2019-12-25
Anticipated expiration: 2036-07-29
Also published as: JP2018018738A

Description

本発明は、車載電池パックの冷却装置に関する。

電気自動車やハイブリッド車両等、回転電機を駆動源とする車両には、電池モジュール（バッテリーモジュール）及びその冷却機構が収容された、電池パックが搭載されている。

空冷により電池モジュールを冷却する場合、特許文献１のように冷却機構はブロワやファン等の送風機を備える。加えて、冷却機構は送風機からの冷却空気を電池モジュールに送る冷却風通路を備える。

冷却風通路は電池モジュール及び送風機のレイアウトに応じて設計される。例えば電池モジュール及び送風機を電池パックのケーシングに並べて（横並びに）配置する場合、電池モジュールを均等に冷却させるために、送風機から吐き出された冷却風を一旦電池モジュールの頂面または底面に回り込ませた後に吹き降ろすまたは吹き上げるように冷却風通路が形成される。

例えば電池モジュールの底面に冷却風を回り込ませる場合、電池モジュール及び送風機の底面側、つまり、電池モジュール及び送風機の底面とケーシングの底板内面との間に空間を設けてこれを冷却風通路とする。送風機は例えば電池パック頂面から冷却空気を取り込んで底面側に冷却風を吹き降ろす。吹き降ろされた冷却風は、ケーシングの底板内面を這うようにして電池モジュールの底面に回り込む。電池モジュールは電池セル（単電池）と電池セル間に挟まれたスペーサを含んで構成され、スペーサに設けられたスリットを冷却風が通過する（吹き上がる）ことで電池モジュールが冷却される。

特開２０１５−５６３５４号公報

ところで、送風機の回転により、冷却風は旋回流となって送風機から吐き出される。仮に、吐き出された旋回流を整流させずにそのまま冷却風通路に供給すると、冷却風は図５のように側面１００とは非平行に流れ、その結果、冷却風通路内で冷却風流量が不均一となる。例えば図５の例では側面１００Ａ側の流量が側面１００Ｂ側の流量よりも多くなる。その結果、電池モジュールの側面１００Ａ側と側面１００Ｂ側とで冷却性能にばらつきが生じる。

一方、送風機から吐き出された旋回流を均一化した流れ（側面１００に平行な流れ）とするために、ダンパや静翼等の整流部材を設けると、電池パックの体格増に繋がるおそれがある。

そこで本発明は、整流部材に代わって冷却風の流量の偏りを是正することの可能な、車載電池パックの冷却装置を提供することを目的とする。

本発明は、車載電池パックの冷却装置に関する。当該冷却装置は、ケーシング、第１送風機、及び、第２送風機を備える。ケーシングは、直方体形状の筐体であって、第１の短手側面側に設けられた電池モジュール収容スペースと、前記第１の短手側面に対向する第２の短手側面側に設けられた、送風機収容スペースと、前記電池モジュール収容スペース及び送風機収容スペースの底面側に設けられた、冷却風通路スペースと、を備える。第１送風機は、前記送風機収容スペースのうち、前記第２の短手側面とこれに接続される第１の長手側面とによって形成される第１の隅部に配置され、回転軸が前記ケーシングの高さ方向に設けられ取り込まれた冷却空気が前記冷却風通路スペースに吹き降ろされる。第２送風機は、前記送風機収容スペースのうち、前記第２の短手側面と、前記第２の短手側面に接続され前記第１の長手側面と対向する第２の長手側面とによって形成される第２の隅部に配置され、回転軸が前記ケーシングの高さ方向に設けられ取り込んだ冷却空気が前記冷却風通路スペースに吹き降ろされる。前記第１送風機は、前記第１の長手側面及び第２の長手側面の間の中央領域から前記第１の長手側面に向かう外回りに回転される。また、前記第２送風機は、前記第１送風機とは反対方向であって前記中央領域から前記第２の長手側面に向かう外回りに回転される。このような構成において、前記第１送風機から吐き出される旋回流のうち前記中央領域に向かう冷却風と、前記第２送風機から吐き出される旋回流のうち前記中央領域に向かう冷却風とが合流して前記冷却風通路スペースに流される。

本発明によれば、第１送風機から吐き出される旋回流のうち中央領域に向かう、相対的に小流量の冷却風と、第２送風機から吐き出される旋回流のうち中央領域に向かう、相対的に小流量の冷却風とが合流して冷却風通路スペースに流される。その結果、中央領域の流量低下を抑制可能となり、冷却風の流量の偏りを是正できる。

本実施形態に係る電池パックを例示する斜視図である。本実施形態に係る電池パックを例示する側面断面図（Ａ−Ａ断面）である。ケーシングを例示する部分断面斜視図である。本実施形態に係る電池パックにおける、冷却風の流れを説明する模式図である。従来技術に係る電池パックにおける、冷却風の流れを説明する模式図である。

図１には、本実施形態に係る電池パック１０が例示されている。なお、図１〜図４では、電池パック１０の高さ方向（鉛直方向）をＺ軸で示し、長さ方向（厚さ方向）をＸ軸で示し、幅方向をＹ軸で示す。

電池パック１０は、電池モジュール１２、第１送風機１４Ａ、第２送風機１４Ｂ、ジャンクションブロック１８、及びケーシング２０を備える。電池パック１０は、電気自動車やハイブリッド車両等に搭載され、駆動源である回転電機等の電源として機能する。

電池モジュール１２は、電池セル２２（単電池）、スペーサ２４、エンドプレート２６Ａ，２６Ｂを含んで構成される。電池セル２２は、充放電可能な二次電池、例えば、ニッケル水素電池やリチウムイオン電池等で、正面視略長方形の角型形状を有している。

複数の電池セル２２は、厚み方向（Ｘ軸方向）に積層される。このとき、複数の電池セル２２は、正極端子と負極端子が積層方向に交互に並ぶように、その向きを交互に替えて配される。隣り合う電池セル２２の正極端子と負極端子とを図示しないバスバーで接続することで、複数の電池セル２２は直列に接続される。

スペーサ２４は、電池セル２２と電池セル２２との間に挟まれるように配置される。スペーサ２４は絶縁性材料からなり、電池セル２２と対向する面には、厚さ方向（Ｘ軸方向）に張り出し高さ方向（Ｚ軸方向）に延びるリブが、幅方向（Ｙ軸方向）に沿って複数本設けられ、隣り合うリブの間には図２に示すようにスリット２８が形成される。後述するように、このスリット２８に冷却風が通過することで、電池セル２２が冷却される。

エンドプレート２６Ａ，２６Ｂは、複数の電池セル２２及びスペーサ２４の積層方向の両端に設けられた板部材であり、拘束バンド３０により連結される。つまり、エンドプレート２６Ａ，２６Ｂ及び拘束バンド３０により複数の電池セル２２及びスペーサ２４が挟持される。

ケーシング２０は、電池モジュール１２、第１送風機１４Ａ、第２送風機１４Ｂ、及びジャンクションブロック１８を収容する直方体形状の筐体である。図１及び図３に示す例では、ケーシング２０は、頂面側が開放された身箱（受け箱）形状に形成されている。なお、電池モジュール１２及びジャンクションブロック１８を覆う蓋板をケーシング２０に被せてもよい。

図１及び図３に示されているように、ケーシング２０の内部は、電池モジュール１２、第１送風機１４Ａ、第２送風機１４Ｂ、及びジャンクションブロック１８を収容するスペースが割り当てられている。具体的には、ケーシング２０の短手側面３２（第１の短手側面）側は、電池モジュール１２が収容される電池収容スペース３４（電池モジュール収容スペース）となっている。

図３に示すように、電池収容スペース３４の長手両側面の底部には、高さ方向（Ｚ軸方向）に張り出して電池モジュール１２を支持する突条部３６が長手方向（Ｘ軸方向）に沿って形成される。つまり、電池モジュール１２の底面は、突条部３６の高さ分、ケーシング２０の底板内面５２から底上げされることとなり、この電池モジュール１２の底面とケーシング２０の底板内面５２との間には空間が生まれる。この空間が図２に示す冷却風通路スペース３８となる。

ケーシング２０の、第１の短手側面３２に対向する第２の短手側面４０側には、第１送風機１４Ａ、第２送風機１４Ｂ及びジャンクションブロック１８が収容される。具体的には、図１及び図３に示すように、第２の短手側面４０の両端部に送風機収容スペース４２Ａ，４２Ｂが形成され、その間にジャンクションブロック１８が配置される。

送風機収容スペース４２Ａ（第１の隅部）は、第２の短手側面４０とこれに接続される第１の長手側面４４とによって形成され、ここに第１送風機１４Ａが収容される。送風機収容スペース４２Ｂ（第２の隅部）は、第２の短手側面４０とこれに接続され、第１の長手側面４４と対向する第２の長手側面４６とによって形成され、ここに第２送風機１４Ｂが収容される。

図２に示すように、送風機収容スペース４２Ａ，４２Ｂ（第１及び第２の隅部）は、第１送風機１４Ａ及び第２送風機１４Ｂより底面側に空間が設けられており、これが冷却風通路スペース４８となっている。

また、図２、図３に示されているように、送風機収容スペース４２Ａ，４２Ｂ（第１及び第２の隅部）は、ともに収容壁５０に囲まれる。送風機収容スペース４２Ａの収容壁５０は、第２の短手側面４０と第１の長手側面４４から延設されたＬ字形状となっている。送風機収容スペース４２Ｂの収容壁５０も同様にして、第２の短手側面４０と第２の長手側面４６から延設されたＬ字形状となっている。

図３に示すように、この収容壁５０の高さ（Ｚ軸方向長さ）Ｈ１は、ケーシング２０の側面高さ（箱の深さ）Ｈ０未満となっており、収容壁５０の底面全周とケーシング２０の底板内面５２との間には隙間５３が設けられる。後述するように、この隙間５３を介して送風機１４Ａ，１４Ｂ下の冷却風通路スペース４８と電池モジュール１２下の冷却風通路スペース３８とが連通される。

第１送風機１４Ａ及び第２送風機１４Ｂは、例えばブロワやファン等から構成され、より詳細には、シロッコファンや遠心ターボファンから構成される。例えば第１送風機１４Ａ及び第２送風機１４Ｂは、同一の機種から構成される。第１送風機１４Ａ及び第２送風機１４Ｂは、例えばＰＩＤ制御等による回転数制御が可能であってよく、電池モジュール１２に取り付けられる温度センサ（図示せず）の検出温度に応じて、回転数を制御するようにしてもよい。

図２に示すように、第１送風機１４Ａ及び第２送風機１４Ｂは、それぞれ、ハウジング５４、インペラ５６、シャフト５８、及びモータ６０を含んで構成される。第１送風機１４Ａ及び第２送風機１４Ｂの回転軸、つまりシャフト５８は、ケーシング２０の高さ方向、すなわち図２のＺ軸方向に平行に設けられる。さらに第１送風機１４Ａ及び第２送風機１４Ｂの吸い込み口６２はケーシング２０の頂面側に配置され、吐き出し口６４はケーシング２０の底板内面５２側に配置される。このような配置において、ケーシング２０の頂面側から第１送風機１４Ａ及び第２送風機１４Ｂに取り込まれた冷却空気は、第１及び第２の送風機１４Ａ，１４Ｂ直下の冷却風通路スペース４８に吹き降ろされる。さらに冷却風は収容壁５０の隙間５３から電池モジュール１２下の冷却風通路スペース３８に流れ込む（吹き降ろされる）。

図４には、冷却風通路スペース３８，４８を流れる冷却風を模式的に表した平面図が示されている。第１送風機１４Ａのインペラ５６は、第１の長手側面４４及び第２の長手側面４６との間の中央領域６６から第１の長手側面４４に回る外回りに回転する。また、第２送風機１４Ｂのインペラ５６は、第１送風機１４Ａのインペラ５６とは逆回転（反対方向）であり、中央領域６６から第２の長手側面４６に回る外回りに回転する。

このとき、図４に示すように、第１送風機１４Ａのインペラ５６により図示反時計回りの旋回流となった冷却風は、第１の長手側面４４側に偏りながら第１の短手側面３２に向かって流れる。また、第２送風機１４Ｂのインペラ５６により図示時計回りの旋回流となった冷却風は、第２の長手側面４６側に偏りながら第１の短手側面３２に向かって流れる。

ここで、それぞれの送風機１４Ａ，１４Ｂから吐き出された冷却風のうち、中央領域６６に流れ込む、相対的に流量の少ない冷却風は、図４の一点鎖線円で示されるように合流した流れとなる。このように、第１送風機１４Ａ及び第２送風機１４Ｂから吐き出され中央領域６６に向かう、相対的に小流量の流れが合流することで、中央領域６６を流れる冷却風の流量を稼ぐ、言い換えると流量の低下を抑制可能となる。

＜他の実施形態＞
なお、図１〜図４で示した実施形態では、電池モジュール１２の底面側に冷却風を回り込ませる構造であったが、この形態に限らない。例えば底面から冷却空気を取り込んで天井側に冷却風を回り込ませるようにしてもよい。

具体的には、電池パック１０の天井面全面を蓋板で覆うとともに、ケーシング２０の送風機収容スペース４２Ａ，４２Ｂの底板を貫通させて（抜いて）開口させる。さらに第１送風機１４Ａ及び第２送風機１４Ｂを天地逆転させて、吸い込み口６２を底板の開口に向け、吐き出し口６４を蓋板内面に向ける。第１送風機１４Ａ、第２送風機１４Ｂ、及び電池モジュール１２と蓋板内面との間の空間が冷却風通路スペースとなり、電池モジュール１２の頂面上に冷却風が回り込む。

この形態においても、第１送風機１４Ａ及び第２送風機１４Ｂの回転方向を外回りとする。それぞれの送風機１４Ａ，１４Ｂから吐き出され旋回流となった冷却風は、第１の長手側面４４側及び第２の長手側面４６に偏る流れとなる一方で、中央領域６６に向かう、相対的に小流量の流れが合流する。その結果、中央領域６６を流れる冷却風の流量の低下を抑制可能となる。

１０電池パック、１２電池モジュール、１４Ａ，１４Ｂ第１及び第２送風機、１８ジャンクションブロック、２０ケーシング、３２第１の短手側面、３４電池収容スペース、３８電池モジュール下の冷却風通路スペース、４０第２の短手側面、４２Ａ，４２Ｂ送風機収容スペース（第１及び第２の隅部）、４４第１の長手側面、４６第２の長手側面、４８送風機下の冷却風通路スペース、５４ハウジング、５６インペラ、５８シャフト、６０モータ、６２吸い込み口、６４吐き出し口、６６中央領域。

Claims

直方体形状の筐体であって、第１の短手側面側に設けられた電池モジュール収容スペースと、前記第１の短手側面に対向する第２の短手側面側に設けられた、送風機収容スペースと、前記電池モジュール収容スペース及び送風機収容スペースの底面側に設けられた、冷却風通路スペースと、を備えるケーシングと、
前記送風機収容スペースのうち、前記第２の短手側面とこれに接続される第１の長手側面とによって形成される第１の隅部に配置され、回転軸が前記ケーシングの高さ方向に設けられ取り込まれた冷却空気が前記冷却風通路スペースに吹き降ろされる、第１送風機と、
前記送風機収容スペースのうち、前記第２の短手側面と、前記第２の短手側面に接続され前記第１の長手側面と対向する第２の長手側面とによって形成される第２の隅部に配置され、回転軸が前記ケーシングの高さ方向に設けられ取り込んだ冷却空気が前記冷却風通路スペースに吹き降ろされる、第２送風機と、
を備え、
前記第１送風機は、前記第１の長手側面及び第２の長手側面の間の中央領域から前記第１の長手側面に向かう外回りに回転され、
前記第２送風機は、前記第１送風機とは反対方向であって前記中央領域から前記第２の長手側面に向かう外回りに回転され、
前記第１送風機から吐き出される旋回流のうち前記中央領域に向かう冷却風と、前記第２送風機から吐き出される旋回流のうち前記中央領域に向かう冷却風とが合流して前記冷却風通路スペースに流される、
ことを特徴とする、車載電池パックの冷却装置。