JP6743576B2 - 電池パック構造 - Google Patents

Description

本発明は、複数の電池セルを含む電池モジュールと、電池モジュールを収容するパックケースとを備える電池パック構造に関する。

電気自動車またはハイブリッド車両のように車両の駆動用の電動モータが搭載される車両では、電動モータに電力を供給するための電池パックも搭載される。電池パックは、電池モジュールを含み、電池モジュールは、複数の電池セルが電気的に接続されることにより形成される。電池モジュールは、電池パックケースとしてのパックケースの内側に配置され、パックケースには、外側に配置された冷却ダクトが接続される。冷却ダクトからパックケース内に車室内などの空気が送られることによって、電池モジュールが冷却される。

特許文献１には、電池パックの上端部に形成した吸気通路に送られた空気を、電池セルである単電池の間を上から下へ通って下端部の排気通路に移動させる構成が記載されている。

特開２０１４−５４８６４号公報

特許文献１に記載された構成では、電池モジュールの配列方向に対する横方向の側面には空気が流れない。これにより、電池セルの横方向側面付近の温度を効率よく低下させることができず、電池セルの温度上昇を効率よく抑制する面から改良の余地がある。

本発明の目的は、電池パック構造において、電池セルの温度上昇を効率よく抑制することである。

本発明に係る電池パック構造は、配列方向に並んで配置された複数の電池セルを含む電池モジュールと、前記電池モジュールを内部に収容するパックケースと、前記パックケースの内側において前記電池モジュールの上側または下側に形成され、前記電池モジュール内の電池セルの間への空気流路となる吸気チャンバと、前記パックケースの内側において前記電池モジュールを挟んで前記吸気チャンバと反対側に形成され、前記電池モジュール内の電池セルの間からの空気流路となる排気チャンバと、前記パックケースの内側において前記電池モジュールの前記配列方向に対する横方向両側に形成され、前記配列方向に伸びる２つの横方向チャンバとを備え、前記２つの横方向チャンバのそれぞれは、前記排気チャンバに流れた後の空気が流れるように構成される。

本発明に係る電池パック構造によれば、電池セルの上下方向両端部及び配列方向側面だけでなく、横方向側面付近にも空気を流すことができるので、電池セルの温度上昇を効率よく抑制できる。

本発明に係る実施形態の電池パック構造の斜視図である。 図１において案内ダクトを省略して、電池パック構造における空気の流れ方向を示す図である。 図１のＡ−Ａ断面図である。

以下に、本発明に係る電池パック構造の実施形態である電池パックについて詳細に説明する。以下で説明する形状、数量、材質などは説明のための例示であって、電池パックの仕様により変更が可能である。以下では、電池パックが車両に搭載される場合を説明するが、電池パックはこのような用途に用いられる構成に限定するものではなく、家庭用または工場用などの他の用途に用いられてもよい。以下では同様の構成には同一の符号を付して説明する。

図１は、実施形態の電池パック１０の斜視図である。図２は、図１において案内ダクト３４（図１）を省略して、電池パック１０における空気の流れ方向を示す図である。図３は、図１のＡ−Ａ断面図である。

電池パック１０は、電池パック１０のケースとしてのパックケース１２、電池モジュール２０、吸気チャンバ２６、排気チャンバ２８、２つの横方向チャンバ３０，３２、及び案内ダクト３４を備える。

電池パック１０は、ハイブリッド車両、または電気自動車等の車両に搭載され、車両の動力源である走行用モータ（図示せず）に電力を供給し、走行用モータを駆動するために用いられる。ハイブリッド車両は、走行用モータ及びエンジンの一方または両方を動力源として走行する車両である。電気自動車は、車両の動力源として走行用モータのみを備える。走行用モータは、電動機及び発電機の両方の機能を有するモータジェネレータとすることができる。電池パック１０は、車両の例えば後側に固定される。

図３に示すように、パックケース１２は、上側ケース要素１３と、下側ケース要素１４とを含む。図１から図３では、互いに直交する３軸方向として、上下方向Ｈ、配列方向Ｌ、横方向Ｗを示している。配列方向Ｌは、後述するように電池セル２１が並んで配置される場合の配列方向であり、電池セル２１の厚み方向と一致する。横方向Ｗは、配列方向Ｌに対する横方向である。具体的には、横方向Ｗは、電池セル２１を配列方向Ｌ一方側（図１から図３の紙面の表側）から見た場合における左右方向である。

上側ケース要素１３は、配列方向Ｌに長い長尺なカバー状であり、天板部１３ａと、天板部１３ａの横方向Ｗ両端において、段部１３ｂを介して連結された２つの側壁部１３ｃとを有する。天板部１３ａは段部１３ｂの下端より上方に配置される。各側壁部１３ｃの下端には、上側ケース要素１３の横方向Ｗ外側に延出され、配列方向Ｌに伸びる上側フランジ１３ｄが形成される。

下側ケース要素１４は、上側ケース要素１３の下側に結合固定される。具体的には、下側ケース要素１４は、底板部１４ａと、底板部１４ａの横方向Ｗ両端において、段部１４ｂを介して連結された２つの下側フランジ１４ｃとを有する。下側フランジ１４ｃは底板部１４ａの下端より上方に配置され、下側ケース要素１４の横方向Ｗ外側に延出され、配列方向Ｌに伸びるように形成される。上側ケース要素１３及び下側ケース要素１４は、例えば金属板に曲げ加工を行うことにより形成される。

そして、上側ケース要素１３の上側フランジ１３ｄと下側ケース要素１４の下側フランジ１４ｃの横方向Ｗ外側端部とは、上下に重ね合わされた状態で、図示しないボルト及びナット等の締結手段により結合固定される。これにより、パックケース１２が形成される。パックケース１２は筒状であり、内側に電池モジュール２０を配置するための空間が形成される。

電池モジュール２０は、複数の電池セル２１を有し、複数の電池セル２１は配列方向Ｌに並んで配置される。図２に示すように、各電池セル２１は、横方向Ｗ両端面の上端部からそれぞれ突出する正極端子２２及び負極端子２３を有する。複数の電池セル２１において、正極端子２２及び負極端子２３が配置される側は、配列方向Ｌに隣り合う電池セル２１で逆になっている。複数の電池セル２１の横方向Ｗ両側の上端部には、配列方向に伸びるバスバーモジュール２４が配置される。各バスバーモジュール２４は、複数のバスバー（図示せず）を有し、各バスバーは、隣り合う電池セル２１の正極端子及び負極端子に接続される。これにより、複数の電池セル２１が、バスバーモジュール２４のバスバーを介して、電気的に直列に接続される。電池モジュール２０において、配列方向一端（図２の紙面の表側端）の電池セル２１の正極端子２２と、配列方向他端（図２の紙面の裏側端）の電池セルの負極端子とが、外部に電力を取り出すための正極及び負極として用いられる。図３では、正極端子、負極端子、及びバスバーモジュールの図を省略している。

なお、電池モジュールは、電気的に並列に接続された複数の電池セルからなる複数の並列接続群を、電気的に直列に接続することにより形成されてもよい。

電池セル２１は、それぞれリチウムイオン二次電池、またはニッケル水素二次電池などの角型二次電池であり、配列方向Ｌに対し直交する平面を有する配列方向外側面と、横方向Ｗに対し直交する平面を有する横方向外側面とを有する。

複数の電池セル２１の配列方向Ｌの両端には２つのエンドプレート（図示せず）が配置されてもよい。このとき、複数の電池セル２１の上側及び下側において、電池セル２１の配列方向Ｌに跨るように拘束部材が配置され、各拘束部材の両端がエンドプレートに締結されることで、複数の電池セル２１が２つのエンドプレートで挟まれた構成としてもよい。

また、隣り合って配置された２つの電池セル２１の間にはスペーサ（図示せず）が配置されてもよい。スペーサは、電池モジュール２０内の電池セル２１の間の空気流路を形成するために用いられる。スペーサは、例えば樹脂等の絶縁材料製である。

上記の電池モジュール２０は、パックケース１２の内部に収容される。具体的には、電池モジュール２０は、上側ケース要素１３と下側ケース要素１４とで上下方向に挟んだ状態で、パックケース１２の内側に配置される。このとき、上側ケース要素１３の各段部１３ｂの下側面において横方向Ｗ中央寄り端部には、各電池セル２１の上端面の横方向Ｗ端部が押し付けられる。

また、下側ケース要素１４の各下側フランジ１４ｃの上側面において横方向Ｗ中央寄り端部には、各電池セル２１の下端面の横方向Ｗ端部が押し付けられる。このとき、パックケース１２の内側において電池モジュール２０の上側には、吸気チャンバ２６が形成される。吸気チャンバ２６は、上側ケース要素１３の天板部１３ａと電池モジュール２０の上端面とで挟まれた空間によって形成される。吸気チャンバ２６は、配列方向Ｌについて隣り合う電池セル２１の間への空気流路となる。

また、パックケース１２の内側において、電池モジュール２０の下側には、排気チャンバ２８が形成される。排気チャンバ２８は、下側ケース要素１４の底板部１４ａと電池モジュール２０の下端面とで挟まれた空間によって形成される。排気チャンバ２８は、電池モジュール２０内の電池セル２１の間からの空気流路となる。これにより、排気チャンバ２８は、パックケース１２の内側において、電池モジュール２０を挟んで吸気チャンバ２６と反対側に形成される。

さらに、パックケース１２の内側において、電池モジュール２０の配列方向Ｌに対する横方向Ｗの両側には、配列方向Ｌに伸びる２つの横方向チャンバ３０，３２が形成される。横方向チャンバ３０，３２は、上側ケース要素１３及び下側ケース要素１４の横方向Ｗ端部と電池モジュール２０の横方向Ｗ側面とで囲まれた空間によって形成される。各横方向チャンバ３０，３２は、排気チャンバ２８に流れた後の空気が配列方向Ｌに流れるように構成される。このために各横方向チャンバ３０，３２の出口端である配列方向一端（図１、図２の紙面の表側端）と、排気チャンバ２８の入口端である配列方向一端（図２の紙面の表側端）とが、案内ダクト３４（図１）により接続される。

案内ダクト３４は、パックケース１２の配列方向Ｌ一端の下端部において、排気チャンバ２８付近から横方向Ｗ両側に２つに分かれるように、パックケース１２において配列方向Ｌの外側に配置される。案内ダクト３４は、それぞれ略Ｌ字形の一方側ダクト要素３５と他方側ダクト要素３６とを含む。一方側ダクト要素３５は、排気チャンバ２８の配列方向Ｌ一端の横方向Ｗ一方側（図１から図３の左側）に上流端開口が接続され、横方向Ｗ一方側の横方向チャンバ３０の配列方向一端（図２の紙面の表側端）に下流端開口が接続される。他方側ダクト要素３６は、排気チャンバ２８の配列方向Ｌ一端の横方向Ｗ他方側（図１から図３の右側）に上流端開口が接続され、横方向Ｗ他方側の横方向チャンバ３２の配列方向一端（図２の紙面の表側端）に下流端開口が接続される。

なお、案内ダクトはこのような形状に限定するものではない。案内ダクトは、横方向Ｗ両側で分かれず、１つの上流端開口が排気チャンバ２８の配列方向一端に接続され、横方向両端に形成された２つの下流端開口が２つの横方向チャンバ３０，３２の配列方向一端に接続された構成でもよい。

この状態で、吸気チャンバ２６の上流端である配列方向Ｌ一端（図２の紙面の表側端）には吸気ダクト（図示せず）が接続される。また、パックケース１２の配列方向一端には、電池モジュール２０の配列方向一端を外部から塞ぐように第１カバー（図示せず）が結合される。また、パックケース１２の配列方向Ｌ他端には、電池モジュール２０、吸気チャンバ２６、及び排気チャンバ２８の配列方向他端（図２の紙面の裏側端）を外部から塞ぐように第２カバー（図示せず）が結合される。さらに、２つの横方向チャンバ３０，３２の配列方向Ｌ他端には、それぞれ排気ダクト（図示せず）が接続される。

吸気ダクトまたは排気ダクトにはブロアダクト（図示せず）が接続される。ブロアダクトにはブロアモータが配置される。ブロアモータの駆動により車室内の空気が吸気ダクトから取り入れられ、排気ダクトから車室内または車室外に排出される。これにより、電池モジュール２０の端部付近と、内部の電池セル２１の間とに空気が流れて電池モジュール２０の各電池セル２１を冷却できる。

具体的には、図２に示すように冷却用の空気が流れる。まず吸気ダクトから実線矢印Ａ１で示すように吸気チャンバ２６に空気が送られる。この空気は、太線矢印Ａ２で示すように、吸気チャンバ２６を配列方向Ｌについて他方側に流れ、複数位置で分岐して隣り合う電池セル２１の間を上下方向に流れる。そして、空気は、排気チャンバ２８を配列方向Ｌについて一方側に流れて、案内ダクト３４に送られる。この空気は案内ダクト３４内を太線矢印Ａ３で示すように流れて、横方向Ｗ両側の２つの横方向チャンバ３０，３２に送られる。各横方向チャンバ３０，３２内では、一点鎖線矢印Ａ４で示すように空気が配列方向Ｌの他方側に流れて排気ダクトを通じて外部に排出される。

上記の電池パック１０によれば、電池セル２１の上下方向Ｈ両端部及び配列方向Ｌ側面付近だけでなく、横方向Ｗ側面付近にも空気が流れる。これにより、各電池セル２１が発熱する場合に、電池セル２１の上下方向Ｈ両端部及び配列方向Ｌ側面付近の温度上昇だけでなく、横方向Ｗ側面付近の温度上昇も抑制できる。このため、電池セル２１の温度上昇を全体的に効率よく抑制することができるので、電池パック１０の冷却性を向上できる。

このように実施形態では、排気チャンバ２８から排出される排気風としての空気を電池モジュール２０の横方向Ｗ両側の空間に供給することで、冷却風として再利用できる。さらに、横方向チャンバ３０，３２内に空気が流れることで、横方向チャンバ３０，３２内に配置されたバスバーの発熱による温度上昇も抑制できる。また、横方向チャンバ３０，３２内にワイヤーハーネスが配置される場合において、その通電による発熱の温度上昇も抑制できる。実施形態の構成は、特に、電池モジュール２０の横方向両側にバスバーモジュール２４またはバスバー及び端子が配置される場合に、熱のこもりを防止して、冷却性能を高くできる面から有効である。

比較例として、電池モジュールの横方向両側にバスバーモジュール及び端子を配置し、バスバーモジュール及び端子の配置空間であるバスバー空間をケースによって外部から遮断した構成が考えられる。この比較例では、電池セル２１の横方向側面付近の温度が上昇し、かつ、バスバー空間内に熱がこもるので、電池セル２１の横方向側面付近での温度上昇が大きくなる。これにより、比較例では、電池温度の不均一が大きくなるので、冷却性能が低下する原因となる。実施形態ではこのような不都合を防止できる。

なお、実施形態において、ブロアダクトは、吸気チャンバ２６の上流端または各横方向チャンバ３０，３２の下流端に、別のダクトを介さずに直接に接続されてもよい。

また、上記の実施形態では、吸気チャンバ２６が上側で、排気チャンバ２８が下側に配置される場合を説明したが、吸気チャンバが電池モジュールの下側に配置され、排気チャンバが電池モジュールの上側に配置されてもよい。この場合も排気チャンバに流れた後の空気が横方向チャンバに流れるように構成する。

１０ 電池パック、１２ パックケース、１３ 上側ケース要素、１３ａ 天板部、１３ｂ 段部、１３ｃ 側壁部、１３ｄ 上側フランジ、１４ 下側ケース要素、１４ａ 底板部、１４ｂ 段部、１４ｃ 下側フランジ、２０ 電池モジュール、２１ 電池セル、２２ 正極端子、２３ 負極端子、２４ バスバーモジュール、２６ 吸気チャンバ、２８ 排気チャンバ、３０，３２ 横方向チャンバ、３４ 案内ダクト、３５ 一方側ダクト要素、３６ 他方側ダクト要素。

Claims (1)

1. 配列方向に並んで配置された複数の電池セルを含む電池モジュールと、
   前記電池モジュールを内部に収容するパックケースと、
   前記パックケースの内側において前記電池モジュールの上側または下側に形成され、前記電池モジュール内の電池セルの間への空気流路となる吸気チャンバと、
   前記パックケースの内側において前記電池モジュールを挟んで前記吸気チャンバと反対側に形成され、前記電池モジュール内の電池セルの間からの空気流路となる排気チャンバと、
   前記パックケースの内側において前記電池モジュールの前記配列方向に対する横方向両側に形成され、前記配列方向に伸びる２つの横方向チャンバとを備え、
   前記２つの横方向チャンバのそれぞれは、前記排気チャンバに流れた後の空気が流れるように構成される、電池パック構造。

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