(57)【要約】【課題】複数の電池を収容する筐体内部の温度バラツキを低減することができる車両用電池パックを提供する。【解決手段】車両用電池パック１は、筐体２と、筐体２の内部空間２ａにおいて鉛直方向と直交する水平方向に離間して配列される複数の電池３と、熱伝導性を有し、筐体２の内部空間２ａに貯留する流動性部材４と、鉛直方向に沿って形成される筒状部材５とを備える。筒状部材５は、内部空間２ａにおいて隣り合う電池３間に１以上配置される。流動性部材４は、電池３および筒状部材５の鉛直方向の上端が浸かるように内部空間２ａを満たしている。筒状部材５は、鉛直方向の両端に設けられた一対の開口部（５ａ，５ｂ）と、一対の開口部（５ａ，５ｂ）を連通し、かつ流動性部材４が流通する流路５ｃとを有する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
筐体と、
前記筐体の内部空間において鉛直方向と直交する水平方向に離間して配列される複数の電池と、
熱伝導性を有し、前記筐体の内部空間に貯留する流動性部材と、
鉛直方向に沿って延在する筒状部材と、
を備え、
前記筒状部材は、
前記内部空間において隣り合う前記電池間に１以上配置され、
前記流動性部材は、
前記電池および前記筒状部材の鉛直方向の上端が浸かるように前記内部空間を満たしており、
前記筒状部材は、
鉛直方向の両端に設けられた一対の開口部と、
一対の前記開口部を連通し、かつ前記流動性部材が流通する流路と、
を有する
ことを特徴とする車両用電池パック。
【請求項２】
前記筒状部材は、
鉛直方向から視た前記内部空間における少なくとも中央部に配置される
請求項１に記載の車両用電池パック。
【請求項３】
複数の前記電池は、
前記筐体の内部上面および内部底面から鉛直方向に離間して配置され、
一対の前記開口部のうち、鉛直方向の下方側の下方側開口部は、
前記筒状部材が前記内部空間に配置された配置状態において、前記電池の底面と前記筐体の内部底面との間に位置する
請求項１または２に記載の車両用電池パック。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車両用電池パックに関する。
【背景技術】
【０００２】
電気車両（ＥＶ）、ハイブリッド車両（ＨＥＶ）、プラグインハイブリッド車両（ＰＨＥＶ）等の車両は、駆動源であるモータを駆動する電力を供給する電源として、例えば電池パックが搭載されている。電池パックは、複数の電池（二次電池）が収容されており、各電池が直列および／または並列に電気的に接続されている。各電池は、充放電の際に温度が変化し、車両の走行時間に応じて温度が上昇するため、使用可能温度が定められている。従って、各電池に短時間で高い負荷がかかることで使用可能温度を超えた場合には各電池の保存劣化やサイクル劣化が早まることから、使用可能温度内に抑制することを目的として冷却機能を電池パックに持たせる場合がある。
【０００３】
例えば、熱伝導性を有する筐体と、筐体の内部空間において鉛直方向と直交する方向に配列される複数の電池と、熱伝導性および蓄熱性を有する流動性部材とを備え、流動性部材が、筐体の内部空間を残して収容され、かつ各電池の少なくとも一部を覆う車両用電池パックが開示されている（特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１８−３７１５９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、上記従来技術では、閉鎖空間に電池を密集させた状態で、電池が発熱すると電池周囲の流動性部材が自然対流により上向きに流れる。しかしながら、密閉された空間では、上向きに流れる流動性部材が行き場を失うため、電池の上部に滞留する流動性部材の圧力が高くなり、流動性部材が電池群の周囲にある比較的広い空間を通って、圧力の低い電池の下部へと押し出される。その際、電池群の中央部の流動性部材の流れは遅く、外側の流動性部材流れは速くなってしまうため、中央部と周囲部では対流速度が異なり、熱伝達率に差がでてしまい、冷却量が変わってしまう。これにより、中央部と周囲部の電池では、温度差が生じる。また、中央上部の圧力が高くなると、中央部の流れ自体が阻害されてしまい、温度差がさらに大きくなることから改善の余地がある。
【０００６】
本発明は、複数の電池を収容する筐体内部の温度バラツキを低減することができる車両用電池パックを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するために、本発明に係る車両用電池パックは、筐体と、前記筐体の内部空間において鉛直方向と直交する水平方向に離間して配列される複数の電池と、熱伝導性を有し、前記筐体の内部空間に貯留する流動性部材と、鉛直方向に沿って延在する筒状部材と、を備え、前記筒状部材は、前記内部空間において隣り合う前記電池間に１以上配置され、前記流動性部材は、前記電池および前記筒状部材の鉛直方向の上端が浸かるように前記内部空間を満たしており、前記筒状部材は、鉛直方向の両端に設けられた一対の開口部と、一対の前記開口部を連通し、かつ前記流動性部材が流通する流路と、を有することを特徴とする。
【０００８】
上記車両用電池パックにおいて、前記筒状部材は、鉛直方向から視た前記内部空間における少なくとも中央部に配置されるものである。
【０００９】
上記車両用電池パックにおいて、複数の前記電池は、前記筐体の内部上面および内部底面から鉛直方向に離間して配置され、一対の前記開口部のうち、鉛直方向の下方側の下方側開口部は、前記筒状部材が前記内部空間に配置された配置状態において、前記電池の底面と前記筐体の内部底面との間に位置するものである。
【発明の効果】
【００１０】
本発明に係る車両用電池パックによれば、複数の電池を収容する筐体内部の温度バラツキを低減することができる、という効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】図１は、実施形態に係る車両用電池パックの概略構成を示す斜視図である。
【図２】図２は、実施形態に係る車両用電池パックの概略構成を示す模式図である。
【図３】図３は、実施形態における筒状部材の概略構成を示す斜視図である。
【図４】図４は、実施形態に係る車両用電池パックの筒状部材の配置例を示す平面図である。
【図５】図５は、実施形態の変形例における筒状部材の概略構成を示す斜視図である。
【図６】図６は、実施形態の変形例における筒状部材の概略構成を示す斜視図である。
【図７】図７は、実施形態の変形例における筒状部材の概略構成を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下に、本発明の実施形態に係る車両用電池パックについて図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、下記の実施形態により本発明が限定されるものではない。また、下記の実施形態における構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、あるいは実質的に同一のものが含まれる。また、以下に記載した構成は適宜組み合わせることが可能である。
【００１３】
［実施形態］
本発明の実施形態に係る車両用電池パックについて図１〜図４を参照して説明する。図１は、実施形態に係る車両用電池パックの概略構成を示す斜視図である。図２は、実施形態に係る車両用電池パックの概略構成を示す模式図である。図３は、実施形態における筒状部材の概略構成を示す斜視図である。図４は、実施形態に係る車両用電池パックの筒状部材の配置例を示す平面図である。なお、図１（図４も同様）は、電池パックの筐体の蓋（不図示）を取り外して、筐体内部を外部に露出させた状態を表している。図２は、電池パックの筐体内部の流動性部材の流れを表している。
【００１４】
ここで、以下の説明において、図示のＸ方向は、本実施形態における車両用電池パックの幅方向である。Ｙ方向は、本実施形態における車両用電池パックの奥行き方向であり、幅方向と直交する方向である。Ｚ方向は、本実施形態における車両用電池パックの鉛直方向であり、幅方向および奥行き方向と直交する方向である。
【００１５】
本実施形態に係る車両用電池パック１は、例えば、電気自動車（ＥＶ）、ハイブリッド自動車（ＨＥＶ）、プラグインハイブリッド自動車（ＰＨＥＶ）等の車両（不図示）に搭載され、当該車両の走行用の駆動源（不図示）に電力を供給する二次電池である。車両用電池パック１は、図１および図２に示すように、筐体２と、複数の電池３と、流動性部材４と、筒状部材５とを含んで構成される。
【００１６】
筐体２は、複数の電池３、流動性部材４、および筒状部材５を収容するものである。筐体２は、車両において、例えば、当該筐体２の外表面が車両外から取り込まれた外気等と接触可能な場所に設けられている。筐体２は、箱状に形成され、内部に内部空間２ａを有する。内部空間２ａは、複数の電池３および筒状部材５が配置され、流動性部材４で満たされている。筐体２は、少なくとも熱伝導性を有するものであり、例えば、鉄、銅、アルミニウム等により構成されている。なお、筐体２は、図示しない蓋により、内部空間２ａを閉塞する。車両用電池パック１に防水性が要求される場合は、筐体２と蓋との間に防水構造を形成し、内部空間２ａを密閉する。
【００１７】
複数の電池３は、筐体２の内部空間２ａにおいて鉛直方向と直交する水平方向に離間して配列される。複数の電池３は、例えば、内部空間２ａにおいて鉛直方向と直交する水平方向に間隔をあけて千鳥格子状または正方格子状に配列される。複数の電池３は、筐体２内に配置される保持部材（不図示）等により保持されており、筐体２の内部底面２ｂおよび内部上面２ｄから鉛直方向に離間して配置される。複数の電池３のうち、筐体２の内部側面２ｃと隣り合う電池群は、保持部材等により筐体２の内部側面２ｃと離間して配置される。各電池３は、鉛直方向に沿って延在する円筒状の二次電池である。各電池３は、例えば、リチウムイオン電池で構成される。なお、上記保持部材は、電池３を筐体２の内部上面２ｄおよび内部底面２ｂから鉛直方向に離間して配置できるものであれば、どのような構造、構成であってもよい。
【００１８】
流動性部材４は、熱伝導性を有し、筐体２の内部空間２ａに貯留するものである。流動性部材４は、図２に示すように、電池３および筒状部材５の鉛直方向の上端が浸かるように内部空間２ａを満たしている。流動性部材４は、例えば、水、パラフィン、脂肪酸、糖アルコール、無機塩水和物、二酸化バナジウム等からなる。本実施形態の流動性部材４は、筐体２の内部空間２ａ全体を満たすように貯留しているが、これに限定されるものではない。例えば、流動性部材４が、電池３および筒状部材５の鉛直方向の上端が浸かるように内部空間２ａを満たしていればよく、筐体２の内部上面２ｄ下に少しだけ気体がある気液混合状態であってもよい。
【００１９】
筒状部材５は、筒状に形成され、鉛直方向に沿って延在するものである。筒状部材５は、鉛直方向の内径を一定にして形成されている。筒状部材５は、例えば、ステンレスや鉄合金等の金属材料により形成される。筒状部材５は、図１、図２および図４に示すように、内部空間２ａにおいて隣り合う電池３間に１以上配置される。筒状部材５は、鉛直方向から視た内部空間２ａにおいて、筐体２の内部側面２ｃと、当該内部側面２ｃに最も近い位置にある電池３との間の周辺部には配置されていない。言い換えると、筒状部材５は、鉛直方向から視た内部空間２ａにおける中央部に配置される。ここでいう中央部は、周辺部以外の部分を意味する。
【００２０】
筒状部材５は、鉛直方向の両端に設けられた一対の開口部（５ａ，５ｂ）と、一対の開口部を連通し、かつ流動性部材４が流通する流路５ｃとを有する。一対の開口部のうち、鉛直方向の上方側の上方側開口部５ａは、筒状部材５が内部空間２ａに配置された配置状態において、電池３の上面３ａと筐体２の内部上面２ｄとの間に位置する。一方、一対の開口部のうち、鉛直方向の下方側の下方側開口部５ｂは、筒状部材５が内部空間２ａに配置された配置状態において、電池３の底面３ｂと筐体２の内部底面２ｂとの間に位置する。上方側開口部５ａは、図３に示すように、例えば、円形に形成され、筒状部材５の鉛直方向に向けて開口している。下方側開口部５ｂは、例えば、四角形に形成され、筒状部材５の外周面に複数設けられている。なお、上方側開口部５ａおよび下方側開口部５ｂは、筒状部材５の鉛直方向に向けて開口してもよいし、筒状部材５の外周面に開口していてもよい。筒状部材５は、流動性部材４が流動する内径を有することが好ましいが、内径が複数の電池３の水平方向の間隔に応じて変更されてもよい。
【００２１】
次に、本実施形態の車両用電池パック１の筐体２における流動性部材４の流れについて図２を参照して説明する。流動性部材４は、温度が高くなると流体分子が熱膨張して比重が軽くなり、浮力が生まれる。この浮力は、重力と反対方向に働くため、温められた流体分子が鉛直方向の上方側に向かう。この結果、複数の電池３の上方側に滞留する流動性部材４は、上方側に向かう流体分子の流れにより圧力が高い状態になる。筒状部材５では、流路５ｃ内の流動性部材４が温められることがないので、上方側に向かう流れが発生しない。つまり、筒状部材５内の流動性部材４の圧力は、複数の電池３の上方側における流動性部材４の圧力よりも低くなる。液体は、一般的に、圧力が高いところから低いところへ流れようとする。そのため、圧力が高い状態になった流動性部材４は、圧力が低い筒状部材５の流路５ｃを通って、電池３の下方側へ流れていく。一方、筒状部材５がない場合、電池３の外側面に沿って上方側に向かう流動性部材４の流れのうち、比較的流速が遅い部分（比較的圧力が低い部分）を無理やり下方側に流す形になるため、下方側に向かう流動性部材４の流れが阻害される。この結果、電池３の上方側の流動性部材４と、下方側の流動性部材４との温度差が生じて、筐体２内の流動性部材４の温度バラツキが大きくなり、電池３を効率よく冷却できないおそれがある。
【００２２】
以上説明したように、本実施形態に係る車両用電池パック１は、筐体２と、筐体２の内部空間２ａにおいて鉛直方向と直交する水平方向に離間して配列される複数の電池３と、熱伝導性を有し、筐体２の内部空間２ａに貯留する流動性部材４と、鉛直方向に沿って形成される筒状部材５とを備える。筒状部材５は、内部空間２ａにおいて隣り合う電池３間に１以上配置される。流動性部材４は、電池３および筒状部材５の鉛直方向の上端が浸かるように内部空間２ａを満たしている。筒状部材５は、鉛直方向の両端に設けられた一対の開口部（５ａ，５ｂ）と、一対の開口部（５ａ，５ｂ）を連通し、かつ流動性部材４が流通する流路５ｃとを有する。
【００２３】
上記構成により、複数の電池３を収容する筐体２内部の温度バラツキを低減することができる。また、内部空間２ａにおいて隣り合う電池３間に筒状部材５を配置することで、筐体２内の流動性部材４の対流をスムーズにすることで複数の電池３の熱伝達率を向上させることができる。具体的には、電池３の発熱により温度上昇し圧力が高くなった電池３の上方側の流動性部材４が、より低温で低圧な筒状部材５の流路５ｃを下降し、電池３の下方側に押し出される。その結果、複数の電池３が密集している中央部の流動性部材４の自然対流を確保することができる。また、流動性部材４の温度上昇により生じた複数の電池３の上方側の圧力を抜くことができるので、電池３周囲の流動性部材４の流速を抑えることができ、筐体２内部の温度差を少なくすることができる。
【００２４】
また、本実施形態に係る車両用電池パック１は、筒状部材５が、鉛直方向から視た内部空間２ａにおける少なくとも中央部に配置される。これにより、複数の電池３の中央上部に滞留し、圧力が高くなった流動性部材４を、筒状部材５内を通して電池３の下方側に押し出すことで可能となる。
【００２５】
また、本実施形態に係る車両用電池パック１は、複数の電池３が、筐体２の内部上面２ｄおよび内部底面２ｂから鉛直方向に離間して配置される。これにより、流動性部材４が複数の電池３の上方側および下方側をそれぞれ流動することが可能となり、流動性部材４の自然対流を促進することができる。
【００２６】
また、本実施形態に係る車両用電池パック１は、一対の開口部のうち、鉛直方向の下方側の下方側開口部５ｂは、筒状部材５が内部空間２ａに配置された配置状態において、電池３の底面３ｂと筐体２の内部底面２ｂとの間に位置する。これにより、筒状部材５内を通って下方側開口部５ｂから押し出される流動性部材４を複数の電池３の下方側に効率よく拡散させることができる。
【００２７】
また、本実施形態に係る車両用電池パック１は、一対の開口部のうち、鉛直方向の上方側の上方側開口部５ａは、筒状部材５が内部空間２ａに配置された配置状態において、電池３の上面３ａと筐体２の内部上面２ｄとの間に位置する。これにより、複数の電池３の上方側に滞留する流動性部材４が、筒状部材５の上方側開口部５ａを介して流路５ｃを流動するように案内することができる。
【００２８】
また、本実施形態に係る車両用電池パック１は、筒状部材５が筐体２の内部底面２ｂに接触している。これにより、電池３の周囲の熱を筒状部材５を介して内部底面２ｂに伝達して放熱を促進することができ、かつ筒状部材５内を流動性部材４が移動することより流動性部材４の冷却も行うことができる。
【００２９】
上記実施形態では、筒状部材５は、四角形に形成され、筒状部材５の外周面に複数設けられた下方側開口部５ｂを有するが、これに限定されるものではない。図５は、実施形態の変形例における筒状部材の概略構成を示す斜視図である。図６は、実施形態の変形例における筒状部材の概略構成を示す斜視図である。図７は、実施形態の変形例における筒状部材の概略構成を示す模式図である。
【００３０】
図５に示す筒状部材５Ａは、上方側開口部５ａが円形の開口形状を有し、下方側開口部５ｂが、網目（メッシュ）構造を有する。下方側開口部５ｂの網目構造は、流動性部材４が通過することが可能であれば、網目のサイズや形状については問わない。また、図示例では、網目構造は、筒状部材５の外周面全周に設けられているが、一部であってもよい。また、網目構造は、筒状部材５の鉛直方向の下端に設けられていてもよい。また、筒状部材５は、断面形状が円形であり、かつ上方側開口部５ａおよび下方側開口部５ｂが円形であってもよい。また、筒状部材５は、断面形状が円形以外の形状であり、上方側開口部５ａおよび下方側開口部５ｂが円形以外の形状であってもよい。
【００３１】
図６および図７に示す筒状部材５Ｂは、電池３の保持部材１０と一体的に構成されている。保持部材１０は、２つの電池３を鉛直方向から挟み込んで保持すると共に、筒状部材５Ｂを鉛直方向に貫通させて保持するものである。２つの電池３は、鉛直方向の各端部がそれぞれ保持部材１０に設けられた凹部に挿入される。筒状部材５Ｂは、上方側開口部５ａおよび下方側開口部５ｂが、それぞれ円形に形成され、筒状部材５Ｂの鉛直方向に向けて開口している。
【００３２】
なお、上記実施形態では、筒状部材５Ａ，５Ｂ，５Ｃは、鉛直方向から視た内部空間２ａにおける中央部に配置されるが、これに限定されるものではない。例えば、筒状部材５Ａ，５Ｂ，５Ｃは、鉛直方向から視た内部空間２ａにおける中央部および周辺部に配置されていてもよい。
【００３３】
また、上記実施形態では、筒状部材５Ａ，５Ｂ，５Ｃ（保持部材１０を除く筒状部）は、金属材料で構成されているが、これに限定されず、合成樹脂等で構成されていてもよい。
【００３４】
また、上記実施形態では、筒状部材５Ａ〜５Ｃは、鉛直方向の内径を一定にして形成されているが、これに限定されるものではない。例えば、鉛直方向の上方側の内径が下方側の内径よりも小さくなるように形成されていてもよいし、その逆であってもよい。
【００３５】
また、上記実施形態では、流動性部材４は、流動性を有する液体としているが、気体であってもよい。
【符号の説明】
【００３６】
１  車両用電池パック
２  筐体
２ａ  内部空間
２ｂ  内部底面
２ｃ  内部側面
２ｄ  内部上面
３  電池
３ａ  上面
３ｂ  底面
４  流動性部材
５，５Ａ，５Ｂ，５Ｃ  筒状部材
５ａ  上方側開口部
５ｂ  下方側開口部
５ｃ  流路
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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