JP7252177B2 - 二次電池パック - Google Patents

Description

本発明は、二次電池を収容する二次電池パックに関する。

現在、電力を駆動力として利用するハイブリッド車やプラグインハイブリッド車、電気自動車等の車両では、リチウムイオン電池やニッケル水素電池等の二次電池が搭載されている。二次電池は充放電時に発熱するため、冷却風を利用して二次電池を冷却する種々の技術が提案されている。

このような技術の一例として、特許文献１が開示する車両用バッテリーコンパートメントは、配列された複数のモジュールの間に流路を設け、この流路に冷却風を流すことによって各モジュールを冷却する。

特許第５８７６０５７号公報

しかしながら、特許文献１が開示する車両用バッテリーコンパートメントでは、各モジュールを均等にずらして配置していないため、モジュールの間を流れる冷却風の量を均等にすることができないという問題があった。

本発明は、このような問題を解決するためになされたものであり、二次電池パックに収容されたモジュールの間を流れる冷却風の量を均等にすることが可能な二次電池パックを提供することを目的とする。

本発明の一態様に係る二次電池パックは、電極体を備えた複数のモジュールが収容される。二次電池パックは、階段状に配置された複数のモジュールを含む２つのモジュール列と、２つのモジュール列の間に形成され、冷却風を流すように構成された先細の吸気チャンバとを含む。２つのモジュール列では、各モジュールの間に隙間が設けられ、各モジュールが隣りのモジュールに対して吸気チャンバの短手方向にずらして配置される。モジュールのずらし幅は、均等になるように構成される。

また、本発明の別の態様に係る二次電池パックは、階段状に配置された複数のモジュールを含む２つのモジュール列と、２つのモジュール列の間に形成され、冷却風を流すように構成された先細の吸気チャンバとを含む。吸気チャンバには、冷却風を流入するための湾曲した吸気ダクトが接続される。２つのモジュール列では、各モジュールの間に隙間が設けられ、各モジュールが隣りのモジュールに対して吸気チャンバの短手方向にずらして配置される。吸気ダクトの湾曲部の外円部側に位置する第１のモジュール列のモジュールのずらし幅は、吸気チャンバの入口側から奥側へ大きくなるように構成される。吸気ダクトの湾曲部の内円部側に位置する第２のモジュール列のモジュールのずらし幅は、第１のモジュール列のモジュールのずらし幅以上であり、吸気チャンバの奥側から入口側へ大きくなるように構成される。

さらに、本発明の他の態様に係る二次電池パックは、階段状に配置された複数のモジュールを含む１つのモジュール列と、モジュール列に沿って冷却風を流すように構成された先細の吸気チャンバとを含む。モジュール列では、各モジュールの間に隙間が設けられ、各モジュールが隣りのモジュールに対して吸気チャンバの短手方向にずらして配置される。モジュールのずらし幅は、均等になるように構成される。

さらに、本発明の他の態様に係る二次電池パックは、吸気チャンバに向かって突出し、吸気チャンバから隙間に冷却風を誘導する複数のガイドをさらに含むことができる。各ガイドは、モジュールのずらし幅に従い、隣りのガイドに対して吸気チャンバの短手方向にずらして配置される。

さらに、ガイドは、吸気チャンバから隙間に冷却風を誘導する誘導面と、吸気チャンバの短手方向内側に位置し、吸気チャンバの長手方向に平行な側面とを有することができる。誘導面と側面とのなす角は９０度以下とすることができる。

さらに、本発明の他の態様に係る二次電池パックは、モジュール列を拘束する階段形状のホルダをさらに含むことができる。モジュール列では、複数のモジュールが吸気チャンバの長手方向に配列される。ホルダは、吸気チャンバの長手方向に遊びを有する。

本発明により、二次電池パックに収容されたモジュールの間を流れる冷却風の量を均等にすることが可能な二次電池パックを提供することができる。

本発明の第１の実施形態に係る二次電池パックを示す平面図である。 本発明の第２の実施形態に係る二次電池パックを示す平面図である。 本発明の第２の実施形態に係るガイドの一例を示す拡大図である。 本発明の第３の実施形態に係る二次電池パックを示す平面図である。 本発明の第４の実施形態に係る二次電池パックを示す平面図である。 本発明の第５の実施形態に係る二次電池パックを示す平面図である。 本発明の第６の実施形態に係る二次電池パックを示す平面図である。 本発明の一実施形態に係るモジュール列を拘束するホルダの一例を示す平面図である。 図８に示すｉ－ｉ断面線に沿った断面図である。 本発明の一実施形態に係る二次電池パックの冷却風の圧力のシミュレーション結果を示す図である。 本発明の一実施形態に係る二次電池パックのモジュールの間の隙間を流れる冷却風の平均風速と、従来の二次電池パックのモジュールの間の隙間を流れる冷却風の平均風速を示す図である。 本発明の一実施形態に係るガイド付近の冷却風の圧力のシミュレーション結果を示す図である。

＜第１の実施形態＞
以下、図面を参照して、本発明の第１の実施形態について説明する。図１は、第１の実施形態に係る二次電池パック１０を示す平面図である。なお、図１では、説明の便宜上、二次電池パック１０の上部に設置される蓋が省略されている。

二次電池パック１０は、電極体を備えた複数のモジュール２０が収容される。二次電池パック１０は、吸気チャンバ１１と、複数のモジュール２０を含む２つのモジュール列と、スペーサ３０と、排気チャンバ１２とを備える。

吸気チャンバ１１は、２つのモジュール列の間に形成され、冷却風を流すように構成されたチャンバである。吸気チャンバ１１は、入口側から奥側に向かって先細になっている。吸気チャンバ１１には、二次電池パック１０へ冷却風を流入する吸気ダクト４０が接続される。

２つのモジュール列では、複数のモジュール２０が吸気チャンバ１１の長手方向に配列される。また、２つのモジュール列では、複数のモジュール２０が階段状に配置される。具体的には、各モジュール２０が、隣りのモジュール２０に対して吸気チャンバ１１の短手方向にずらして配置される。本実施形態では、各モジュール２０のずらし幅ａが均等になるように、各モジュール２０が配置される。

スペーサ３０は、各モジュール列においてモジュール２０の間の隙間と、モジュール２０と二次電池パック１０の筐体内壁との間の隙間を形成するための部材である。これらの隙間の大きさは、同一になるように構成される。スペーサ３０は、吸気チャンバ１１の入口側に位置する隣りのモジュール２０の端部よりも、吸気チャンバ１１の短手方向内側にずらして配置される。スペーサ３０のずらし幅は、モジュール２０のずらし幅ａと同じである。

図１に示すように、吸気ダクト４０から吸気チャンバ１１に流入した冷却風は、吸気チャンバ１１の長手方向に沿って流れた後、各モジュール列のモジュール２０の間の隙間に流入する。そして、冷却風は、吸気チャンバ１１の短手方向に平行な各モジュール２０の側面に沿って流れ、排気チャンバ１２を介して二次電池パック１０の外部に排出される。

図１０は、二次電池パック１０内の冷却風の圧力のシミュレーション結果を示す図である。図１０に示すように、二次電池パック１０の吸気チャンバ１１内の冷却風の圧力は、ほぼ均等になることが判明した。

図１１は、二次電池パック１０のモジュール２０の間の隙間を流れる冷却風の平均風速と、モジュールが階段状に配置されていない従来の二次電池パックのモジュールの間の隙間を流れる冷却風の平均風速を示す図である。図１１に示すように、第１の実施形態に係る二次電池パックでは、従来の二次電池パックと比較して、モジュール２０の間を流れる冷却風の平均風速が、吸気チャンバ１１の入口側から奥側まで均等になることが判明した。

モジュールが階段状に配置されていない従来の二次電池パックでは、吸気チャンバ１１内の冷却風の圧力及び速度が不均等になる。具体的には、吸気チャンバ内の冷却風の圧力及び速度は、吸気チャンバの入口側が小さくなり、吸気チャンバの奥側が大きくなる。その結果、従来の二次電池パックでは、冷却風が吸気チャンバの奥側の壁面に反射して逆風が発生する。

第１の実施形態では、二次電池パック１０は、階段状に配置された複数のモジュール２０を含む２つのモジュール列と、２つのモジュール列の間に形成され、冷却風を流すように構成された先細の吸気チャンバ１１とを含む。２つのモジュール列では、各モジュール２０の間に隙間が設けられる。また、各モジュール２０が、隣りのモジュール２０に対して、吸気チャンバ１１の短手方向にずらして配置される。各モジュール２０のずらし幅は、均等になるように構成される。

この構成により、図１０及び図１１に示すように、吸気チャンバ１１内の冷却風の圧力及び速度が均等になる。そのため、吸気チャンバ１１からモジュール２０の間の隙間へ均等の量の冷却風が流入する。その結果、二次電池パック１０内のモジュール２０を均等に冷却することができる。

また、吸気チャンバ１１の入口から奥までの冷却風の圧力及び速度が均等になるため、吸気チャンバ１１内で逆風が発生するのを抑制することができる。

さらに、二次電池パック１０では、同一体積のモジュール２０を階段状に配置することができる。すなわち、モジュール２０を階段状に配置するためにモジュール２０の体積を小さくする必要がない。そのため、二次電池パック１０に収容されたモジュール２０の蓄電量を最大化することができる。

＜第２の実施形態＞
図２は、第２の実施形態に係る二次電池パック１０を示す平面図である。第２の実施形態では、二次電池パック１０は、モジュール２０の間の隙間に冷却風を誘導する複数のガイド３１をさらに含む。以下、第１の実施形態との相違点を中心に説明する。

ガイド３１は、吸気チャンバ１１からモジュール２０の間の隙間に冷却風を誘導するための部材である。ガイド３１は、吸気チャンバ１１の短手方向内側において、スペーサ３０の端部に設けられ、吸気チャンバ１１に向かって突出する。各ガイド３１は、モジュール２０のずらし幅に従い、隣りのガイド３１に対してずらして配置される。本実施形態では、ガイド３１のずらし幅は、モジュール２０のずらし幅ａと同じである。

図３は、ガイド３１の一例を示す拡大図である。図３に示すように、ガイド３１は、吸気チャンバ１１から冷却風を誘導する誘導面３１１と、吸気チャンバ１１の短手方向内側に位置し、吸気チャンバ１１の長手方向に実質的に平行な側面３１２とを有する。誘導面３１１と側面３１２とのなす角θは、９０度以下となるように構成される。

第２の実施形態では、吸気チャンバ１１に向かって突出し、モジュール２０の間の隙間に冷却風を誘導する複数のガイド３１が設けられる。これにより、吸気チャンバ１１からモジュール２０の間の隙間へ冷却風を効率的に流入することができる。

また、各ガイド３１は、モジュール２０のずらし幅ａに従い、隣りのガイド３１に対して吸気チャンバ１１の短手方向に均等にずらして配置される。これにより、吸気チャンバ１１からモジュール２０の間の隙間へ均等の量の冷却風を流入することができる。その結果、各モジュール２０を均等に冷却することができる。

さらに、ガイド３１は、冷却風を誘導する誘導面３１１と、吸気チャンバ１１の長手方向に実質的に平行な側面３１２とを有する。誘導面３１１と側面３１２とのなす角は９０度以下である。図１２は、ガイド３１付近の冷却風の圧力のシミュレーション結果を示す図である。このような形状のガイド３１を設けることにより、図１２に示すように、モジュール２０の隙間の入口付近の静圧力が上昇する。このように必要なところにのみ部分的に静圧力を発生させることで、全体の圧力損失を低減することができる。

＜第３の実施形態＞
図４は、第３の実施形態に係る二次電池パック１０を示す平面図である。第３の実施形態では、湾曲した吸気ダクト４０が吸気チャンバ１１に接続される。以下、第１の実施形態との相違点を中心に説明する。

吸気ダクト４０は、図４に示すように、外円部４１及び内円部４２を含む湾曲部を有する。吸気ダクト４０の湾曲部の外円部４１側に位置する第１のモジュール列のモジュール２０のずらし幅は、吸気チャンバ１１の入口側から奥側へ大きくなるように構成される。図４に示す例では、第１のモジュール列のモジュール２０のずらし幅は、吸気チャンバ１１の入口側がａ－αであり、吸気チャンバ１１の奥側がａである。

一方、吸気ダクト４０の湾曲部の内円部４２側に位置する第２のモジュール列のモジュール２０のずらし幅は、第１のモジュール列のモジュールのずらし幅以上であり、吸気チャンバの奥側から入口側へ大きくなるように構成される。図４に示す例では、第２のモジュール列のモジュール２０のずらし幅は、吸気チャンバ１１の奥側がａであり、吸気チャンバ１１の入口側がａ＋αである。

吸気ダクト４０が湾曲している場合、湾曲部において冷却風の圧力及び速度に偏りが生じる。具体的には、吸気チャンバ１１内の風圧は、湾曲部の外円部４１付近が大きくなり、内円部４２付近が小さくなる。その結果、モジュール２０が階段状に配置されていない構成では、吸気チャンバ１１内の風圧は、内円部４２側における吸気チャンバ１１の入口付近が最小となる。

また、吸気チャンバ１１内の風速は、外円部４１側の吸気チャンバ１１の入口付近が最大となり、吸気チャンバ１１の奥側に向かって徐々に小さくなる。また、内円部４２側の吸気チャンバ１１の風速が最小となる。このため、吸気チャンバ１１の入口付近で冷却風による渦が発生する可能性が高くなる。

第３の実施形態では、吸気ダクト４０の湾曲部の外円部４１側に位置する第１のモジュール列のモジュール２０のずらし幅が、吸気チャンバ１１の入口側から奥側へ大きくなるように構成される。一方、吸気ダクト４０の湾曲部の内円部４２側に位置する第２のモジュール列のモジュール２０のずらし幅は、第１のモジュール列のモジュール２０のずらし幅以上であり、吸気チャンバ１１の奥側から入口側へ大きくなるように構成される。

すなわち、吸気チャンバ１１の入口付近の第１のモジュール列のモジュール２０のずらし幅が最小となる。これにより、吸気チャンバ１１の入口付近の第１のモジュール列のモジュール２０の隙間に冷却風が流入し難くなる。一方、吸気チャンバ１１の入口付近の第２のモジュール列のモジュール２０のずらし幅が最大となる。

この構成により、吸気チャンバ１１の入口側の第２のモジュール列のモジュール２０の隙間に冷却風が流入し易くなる。そのため、吸気チャンバ１１内の冷却風の風圧及び風速を実質的に均等にすることができる。その結果、吸気ダクト４０が湾曲している場合でも、吸気チャンバ１１からモジュール２０の間の隙間へ流入する冷却風の量を均等にでき、モジュール２０の間を流れる冷却風の量を均等にすることができる。また、吸気チャンバ１１の入口付近で冷却風による渦が発生するのを防ぐことができる。

＜第４の実施形態＞
図５は、第４の実施形態に係る二次電池パック１０を示す平面図である。第４の実施形態では、二次電池パック１０は、図２及び図３を参照して説明した複数のガイド３１をさらに含む。以下、第３の実施形態との相違点を中心に説明する。

各ガイド３１は、モジュール２０のずらし幅に従い、隣りのガイド３１に対してずらして配置される。本実施形態では、吸気ダクト４０の湾曲部の外円部４１側に位置するガイド３１のずらし幅は、吸気チャンバ１１の入口側から奥側へ大きくなるように構成される。図５に示す例では、外円部４１側に位置するガイド３１のずらし幅は、第１のモジュール列のモジュール２０のずらし幅と同じであり、吸気チャンバ１１の入口側がａ－αであり、吸気チャンバ１１の奥側がａである。

一方、吸気ダクト４０の湾曲部の内円部４２側に位置するガイド３１のずらし幅は、外円部４１側に位置するガイド３１のずらし幅以上であり、吸気チャンバの奥側から入口側へ大きくなるように構成される。図５に示す例では、内円部４２側に位置するガイド３１のずらし幅は、第２のモジュール列のモジュール２０のずらし幅と同じであり、吸気チャンバ１１の奥側がａであり、吸気チャンバ１１の入口側がａ＋αである。

第４の実施形態では、吸気チャンバ１１に向かって突出し、モジュール２０の間の隙間に冷却風を誘導する複数のガイド３１が設けられる。これにより、吸気チャンバ１１からモジュール２０の間の隙間へ冷却風を効率的に流入することができる。

また、各ガイド３１は、モジュール２０のずらし幅ａに従い、隣りのガイド３１に対して吸気チャンバの短手方向にずらして配置される。上述したように、吸気ダクト４０の湾曲部の外円部４１側に位置するガイド３１のずらし幅を、吸気チャンバ１１の入口側から奥側へ大きくすることにより、吸気チャンバ１１の入口付近の第１のモジュール列のモジュール２０の隙間に冷却風が流入し難くなる。さらに、吸気ダクト４０の湾曲部の内円部４２側に位置するガイド３１のずらし幅を、外円部４１側に位置するガイド３１のずらし幅以上とし、吸気チャンバの奥側から入口側へ大きくすることにより、吸気チャンバ１１の入口側の第２のモジュール列のモジュール２０の隙間に冷却風が流入し易くなる。

そのため、吸気チャンバ１１内の冷却風の風圧及び風速を実質的に均等にすることができる。その結果、吸気ダクト４０が湾曲している場合でも、吸気チャンバ１１からモジュール２０の隙間へ流入する冷却風の量を均等にでき、モジュール２０の間を流れる冷却風の量を均等にすることができる。また、吸気チャンバ１１の入口付近で冷却風による渦が発生するのを防ぐことができる。

＜第５の実施形態＞
図６は、第５の実施形態に係る二次電池パック１０を示す平面図である。第５の実施形態では、二次電池パック１０は、階段状に配置された複数のモジュール２０を含む１つのモジュール列を含む。吸気チャンバ１１は、モジュール列に沿って冷却風を流すように構成される。モジュール列では、各モジュール２０の間に隙間が設けられ、各モジュール２０が隣りのモジュール２０に対して吸気チャンバ１１の短手方向にずらして配置される。モジュール２０のずらし幅は均等になるように構成される。

この構成により、吸気チャンバ１１内の冷却風の圧力及び速度が均等になる。そのため、吸気チャンバ１１からモジュール２０の間の隙間へ均等の量の冷却風が流入する。その結果、二次電池パック１０内のモジュール２０を均等に冷却することができる。また、吸気チャンバ１１の入口から奥までの冷却風の圧力及び速度が均等になるため、吸気チャンバ１１内で逆風が発生するのを抑制することができる。

＜第６の実施形態＞
図７は、第６の実施形態に係る二次電池パック１０を示す平面図である。第６の実施形態では、二次電池パック１０は、図２及び図３を参照して説明した複数のガイド３１をさらに含む。以下、第５の実施形態との相違点を中心に説明する。

複数のガイド３１は、吸気チャンバ１１に向かって突出し、モジュール２０の間の隙間に冷却風を誘導する。これにより、吸気チャンバ１１からモジュール２０の間の隙間へ冷却風を効率的に流入することができる。

各ガイド３１は、モジュール２０のずらし幅に従い、隣りのガイド３１に対して均等にずらして配置される。本実施形態では、隣りのガイド３１は、モジュール２０のずらし幅ａと同じである。これにより、吸気チャンバ１１からモジュール２０の間の隙間へ均等の量の冷却風を流入することができる。その結果、各モジュール２０を均等に冷却することができる。

＜その他の実施形態＞
図８は、モジュール２０を含むモジュール列を拘束するホルダ５０の一例を示す平面図である。図９は、図８に示すｉ－ｉ断面線に沿った断面図である。二次電池パック１０は、階段状に配置されたモジュール列を拘束する階段形状のホルダ５０を含むことができる。ホルダ５０は、吸気チャンバ１１の長手方向に遊びを有する。モジュール列では、モジュール２０が吸気チャンバ１１の長手方向に配列される。そのため、ホルダ５０が長手方向に遊びを有することにより、モジュール２０の寸法にばらつきが有る場合やモジュール２０が膨張した場合でも、そのばらつきや膨張を吸収することができる。

本発明は上述した実施形態に限られたものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。

１０ 二次電池パック
１１ 吸気チャンバ
１２ 排気チャンバ
２０ モジュール
３０ スペーサ
３１ ガイド
３１１ 誘導面
３１２ 側面
４０ 吸気ダクト
５０ ホルダ

Claims (4)

1. 電極体を備えた複数のモジュールが収容された二次電池パックであって、
   階段状に配置された前記複数のモジュールを含む２つのモジュール列と、
   前記２つのモジュール列の間に形成され、冷却風を流すように構成された先細の吸気チャンバとを含み、
   前記吸気チャンバには、前記冷却風を流入するための湾曲した吸気ダクトが接続され、
   前記２つのモジュール列では、各モジュールの間に隙間が設けられ、各モジュールが隣りのモジュールに対して前記吸気チャンバの短手方向にずらして配置されており、
   前記吸気ダクトの湾曲部の外円部側に位置する第１のモジュール列のモジュールのずらし幅は、前記吸気チャンバの入口側から奥側へ大きくなるように構成されており、
   前記吸気ダクトの湾曲部の内円部側に位置する第２のモジュール列のモジュールのずらし幅は、前記第１のモジュール列のモジュールのずらし幅以上であり、前記吸気チャンバの奥側から入口側へ大きくなるように構成された、二次電池パック。
2. 前記吸気チャンバに向かって突出し、前記吸気チャンバから前記隙間に前記冷却風を誘導する複数のガイドをさらに含み、
   各ガイドは、前記モジュールのずらし幅に従い、隣りのガイドに対して前記吸気チャンバの短手方向にずらして配置される、請求項１に記載の二次電池パック。
3. 前記ガイドは、
   前記吸気チャンバから前記隙間に前記冷却風を誘導する誘導面と、
   前記吸気チャンバの短手方向内側に位置し、前記吸気チャンバの長手方向に平行な側面とを有しており、
   前記誘導面と前記側面とのなす角は９０度以下である、請求項２に記載の二次電池パック。
4. 前記モジュール列を拘束する階段形状のホルダをさらに含み、
   前記モジュール列では、前記複数のモジュールが前記吸気チャンバの長手方向に配列されており、
   前記ホルダは、前記吸気チャンバの長手方向に遊びを有する、請求項１～３のいずれか１項に記載の二次電池パック。

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