(57)【要約】【課題】バッテリモジュールを構成する複数のバッテリセルを均一に冷却できるバッテリ装置を提供する。【解決手段】バッテリ装置１は、密閉された筐体２と、筐体２内に収容され、互いに隙間Ｇを設けて配置された複数のバッテリセル４を有するバッテリモジュール３と、筐体２内で第１室２１、第２室２２、及び、それらに挟まれた第３室２３を区画形成する第１仕切り部５１及び第２仕切り部５２と、第１室２１と第２室２２とを互いに連通させるダクト６と、ダクト６内に空気を送風するファン７とを備える。バッテリモジュール３は、第３室２３に配置されている。第１仕切り部５１及び第２仕切り部５２には、それぞれ、ファン７より送風された空気をバッテリセル４の隙間Ｇを介して第１室２１と第２室２２との間で循環させる循環穴が設けられている。【選択図】図６
2020161216.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
密閉された筐体と、
前記筐体内に収容され、互いに隙間を設けて配置された複数のバッテリセルを有するバッテリモジュールと、
前記筐体内で第１室、第２室、及び、それらに挟まれた第３室を区画形成する第１仕切り部及び第２仕切り部と、
前記第１室と前記第２室とを互いに連通させるダクトと、
前記ダクト内に空気を送風する送風部とを備え、
前記バッテリモジュールが前記第３室に配置され、
前記第１仕切り部及び前記第２仕切り部には、それぞれ、前記送風部より送風された空気を前記バッテリセルの隙間を介して前記第１室と前記第２室との間で循環させる循環穴が設けられているバッテリ装置。
【請求項２】
前記第１仕切り部及び前記第２仕切り部が、それぞれ前記筐体の内部空間を上下に仕切っており、
前記ダクトが、前記筐体内の下部に設けられた前記第１室と、前記筐体内の上部に設けられた前記第２室との間で上下方向に延びている請求項１に記載のバッテリ装置。
【請求項３】
前記ダクトが前記第３室の平面視中央部に設けられており、複数の前記バッテリモジュールが前記ダクトを挟むようにして配置されている請求項１又は２に記載のバッテリ装置。
【請求項４】
前記送風部が前記ダクト内に設置されている請求項１〜３いずれか１項に記載のバッテリ装置。
【請求項５】
前記第３室に周辺回路の設置スペースが設けられている請求項１〜４いずれか１項に記載のバッテリ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、密閉された筐体にバッテリモジュールが収容されたバッテリ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ハイブリット式又は電動式の車両に、複数のバッテリセルにより構成されたバッテリモジュール（バッテリパックと呼ばれることもある）が搭載されている。また、充放電に伴うバッテリセルの温度上昇を抑えるために、冷却ファンなどの冷却装置が設けられている。個々のバッテリセル間に温度のばらつきが生じると、充電量にばらつきが生じたり、温度の高いバッテリセルの劣化が促進されたりするため、バッテリモジュールを構成する複数のバッテリセルを均一に冷却することが求められる。
【０００３】
特許文献１には、筐体内に設置した冷却ファンによってバッテリモジュールを冷却する装置が記載されている。冷却ファンは、複数のバッテリセルが設置された面と対向する面（放熱面）に配置され、且つ、それらが設置されている領域の中央に配置されている。この装置では、バッテリモジュールに対して気流が均一に行き渡らないため、個々のバッテリセル間に温度のばらつきを生じる恐れがあり、バッテリセルを均一に冷却する効果は然程でもないと考えられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１８−２６２３１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、バッテリモジュールを構成する複数のバッテリセルを均一に冷却できるバッテリ装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明に係るバッテリ装置は、密閉された筐体と、前記筐体内に収容され、互いに隙間を設けて配置された複数のバッテリセルを有するバッテリモジュールと、前記筐体内で第１室、第２室、及び、それらに挟まれた第３室を区画形成する第１仕切り部及び第２仕切り部と、前記第１室と前記第２室とを互いに連通させるダクトと、前記ダクト内に空気を送風する送風部とを備え、前記バッテリモジュールが前記第３室に配置され、前記第１仕切り部及び前記第２仕切り部には、それぞれ、前記送風部より送風された空気を前記バッテリセルの隙間を介して前記第１室と前記第２室との間で循環させる循環穴が設けられたものである。
【０００７】
かかる構成によれば、送風部によって送風された空気が、バッテリセルの隙間を介して第１室と第２室との間で循環するため、個々のバッテリセルの隙間が気流の経路となり、個々のバッテリセル間の温度のばらつきが抑えられ、バッテリモジュールを構成する複数のバッテリセルが均一に冷却される。
【０００８】
前記第１仕切り部及び前記第２仕切り部が、それぞれ前記筐体の内部空間を上下に仕切っており、前記ダクトが、前記筐体内の下部に設けられた前記第１室と、前記筐体内の上部に設けられた前記第２室との間で上下方向に延びていることが好ましい。かかる構成によれば、個々のバッテリセルの隙間を通じて、第３室の上下に設けられた第１室と第２室との間を空気が流動することにより、複数のバッテリセルが冷却される。
【０００９】
前記ダクトが前記第３室の平面視中央部に設けられており、複数の前記バッテリモジュールが前記ダクトを挟むようにして配置されていることが好ましい。これにより、個々のバッテリモジュール間の温度のばらつきを抑えるうえで都合が良い。
【００１０】
前記送風部が前記ダクト内に設置されていることが好ましい。これにより、ダクトを通じて空気を確実に送風できる。
【００１１】
前記第３室に周辺回路の設置スペースが設けられていることが好ましい。これにより、バッテリ装置をコンパクトに構成して搭載性を向上できる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明に係るバッテリ装置の一例を示す外観斜視図
【図２】バッテリ装置の縦断面図
【図３】バッテリ装置の横断面図
【図４】バッテリ装置の横断面図
【図５】バッテリモジュールの斜視図
【図６】筐体内での空気の流れを示す模式図
【図７】第１仕切り部（又は第２仕切り部）の斜視図
【発明を実施するための形態】
【００１３】
本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。図１は、本発明に係るバッテリ装置の一例を示す外観斜視図である。図２は、バッテリ装置の縦断面図であり、図１，３及び４のＡ−Ａ矢視断面図に相当する。図３は、バッテリ装置の横断面図であり、図２のＢ−Ｂ矢視断面図に相当する。図４は、バッテリ装置の横断面図であり、図２のＣ−Ｃ矢視断面図に相当する。
【００１４】
図１〜４に示すように、バッテリ装置１は、密閉された筐体２と、その筐体２内に収容されたバッテリモジュール３とを備える。筐体２は、略直方体形状に形成されている。本実施形態において、筐体２は、熱伝導率の高い材料、例えば鉄やステンレス、アルミニウムなどの金属材料で形成されている。本実施形態では、バッテリ装置１に四つのバッテリモジュール３が備えられている。但し、バッテリモジュール３の個数は特に限定されず、少なくとも一つのバッテリモジュール３が備えられていればよい。
【００１５】
図５に示すように、バッテリモジュール３は、互いに隙間Ｇを設けて配置された複数のバッテリセル４（以下、単に「セル４」と呼ぶ）を有する。個々のセル４は、例えばリチウムイオン電池などの二次電池で構成される。セル４は、略直方体形状に形成されており、その長手方向を上下に向けて互いに平行に配置されている。バッテリモジュール３は、隙間Ｇを設けた状態で複数のセル４を保持するモジュールケース３１を備える。モジュールケース３１の上面と下面には、それぞれ複数の開口３２，３２・・・が形成されている。個々のセル４の隙間Ｇは、この開口３２を介して上方と下方に向けて露出している。
【００１６】
密閉された筐体２は、防塵性や防水性に優れるため、比較的過酷な環境で用いられる建設機械などの作業車両に搭載するうえで有用である。その反面、バッテリモジュール３から発生した熱が籠りやすいが、本実施形態のバッテリ装置１によれば、後述する冷却機構により、バッテリモジュール３を構成する複数のセル４を効率良く冷却しつつ、個々のセル４間の温度のばらつきを抑えて均一に冷却することができる。
【００１７】
バッテリ装置１は、更に、第１仕切り部５１及び第２仕切り部５２と、ダクト６と、送風部であるファン７とを備える。第１仕切り部５１及び第２仕切り部５２は、筐体２内で第１室２１、第２室２２、及び、それらに挟まれた第３室２３を区画形成する。本実施形態では、第１室２１と第３室２３とが第１仕切り部５１で仕切られ、第２室２２と第３室２３とが第２仕切り部５２で仕切られている。ダクト６は、第１室２１と第２室２２とを互いに連通させる。ファン７は、ダクト６内に空気を送風する。本実施形態では、ファン７が軸流ファンで構成されているが、これに限られず、例えばシロッコファンでもよい。バッテリモジュール３は第３室２３に配置されている。第１仕切り部５１及び第２仕切り部５２には、それぞれ、ファン７より送風された空気をバッテリセル４の隙間Ｇを介して第１室２１と第２室２２との間で循環させる循環穴５４が設けられている。
【００１８】
本実施形態のバッテリ装置１は、ファン７によってダクト６内で空気を下方へ向けて送風するように構成されている。図６は、筐体２内の気流を模式的に示しており、空気が流れる方向を矢印で表している。図６に示すように、ファン７によって送り出された空気は、ダクト６を通って第１室２１に流れ込み、そこからセル４の隙間Ｇを通って第２室２２に流れ込んで、再びダクト６内に送り込まれる。このように、バッテリセル４の隙間Ｇを介して第１室２１と第２室２２との間で空気が筐体２内を循環する。このため、個々のセル４の隙間Ｇが気流の経路となり、個々のセル４間の温度のばらつきが抑えられ、バッテリモジュール３を構成する複数のセル４が均一に冷却される。
【００１９】
筐体２内には、ダクト６から第１室２１、セル４間の隙間Ｇ及び第２室２２を経てダクト６に至る、空気の循環経路が形成されている。この循環経路の一部は、個々のセル４の隙間Ｇによって構成されている。ファン７の作用により、空気が押し込まれる第１室２１と、空気が吸い込まれる第２室２２との間には圧力差が生じるため、その圧力差を利用して個々のセル４間の隙間Ｇに空気を均等に流すことができる。これにより、セル４間の隙間Ｇの各々を流れる空気の温度や流量が略等しくなり、バッテリモジュール３を構成する複数のセル４を均一に冷却できる。また、複数のバッテリモジュール３に対して満遍なく空気が行き渡り、温度のばらつきが生じにくい。
【００２０】
セル４から熱を奪った空気は、筐体２との接触により熱交換を行いながら循環し、セル４で発生した熱が筐体２の外部に放出される。本実施形態では採用していないが、筐体２の内面にフィン（吸熱フィン）を設けて、循環する空気から筐体２への熱伝導を促してもよい。これに代えて又は加えて、筐体２の外面にフィン（放熱フィン）を設けて、筐体２から外部への放熱を促すことも可能である。また、水冷チラーやペルチェ素子などを利用した別の冷却機構によって筐体２を外部から冷却してもよい。筐体２の外部に遮熱板を設置し、直射日光やエンジンなどからの輻射熱の影響を防ぐことも有効である。
【００２１】
本実施形態において、第１仕切り部５１及び第２仕切り部５２は、それぞれ筐体２の内部空間を上下に仕切っている。ダクト６は、筐体２内の下部に設けられた第１室２１と、筐体２内の上部に設けられた第２室２２との間で上下方向に延びている。第３室２３は、第１室２１と第２室２２との間に介在し、上下方向における筐体２の中央部に配置されている。筐体２の底部２ｂ及び天井部２ｃは、それぞれ第１室２１及び第２室２２に面しており、空気との接触が活発であることから、これらのうち少なくとも一方が熱伝導率の高い材料で形成されていることが望ましい。
【００２２】
本実施形態では、ファン７によって空気を下方へ向けて送風する例を示したが、ファン７を逆回転させて、空気を上方へ向けて送風してもよい。この場合、ファン７によって送り出された空気は、第２室２２からセル４間の隙間Ｇを下向きに通過して個々のセル４を冷却する。ファン７による強制対流に加えて自然対流を利用するうえでは、図６のようにファン７によって空気を下方へ向けて送風することが好ましい。
【００２３】
図４に示すように、ダクト６は第３室２３の平面視中央部に設けられており、そのダクト６を挟むようにして複数のバッテリモジュール３が配置されている。これにより、個々のバッテリモジュール３間の温度のばらつきを抑えるうえで都合が良い。本実施形態では、四つのバッテリモジュール３がダクト６を囲むように配置されている。個々のバッテリモジュール３からダクト６までの距離は互いに同等に設定されている。尚、中央部からずれた位置にダクト６が配置されていても構わない。
【００２４】
第１仕切り部５１は、図７に示すような板状部材で形成されており、第２仕切り部５２もこれと同様である。バッテリモジュール３は、第１仕切り部５１に載置されている。第１仕切り部５１及び第２仕切り部５２は、それぞれ、底部２ｂから上方へ向けて延びたステー（図示せず）で支持されているとともに、ボルトなどの固定具（図示せず）を用いて筐体２に対して着脱自在に固定されている。
【００２５】
第１仕切り部５１及び第２仕切り部５２には、それぞれ挿通穴５３と循環穴５４とが設けられている。ダクト６は、挿通穴５３に挿通される。個々のセル４の隙間Ｇは、第１仕切り部５１に設けられた循環穴５４を介して第１室２１に通じ、第２仕切り部５２に設けられた循環穴５４を介して第２室２２に通ずる。ダクト６は、第１仕切り部５１に設けられた挿通穴５３と、第２仕切り部５２に設けられた挿通穴５３との間に設けられ、そのダクト６内にファン７が設置される。取り付けの利便性に照らし、ファン７はダクト６の上端部又は下端部に配置されることが好ましい。
【００２６】
コントローラやセンサなどのバッテリ装置１に必要な周辺回路（図示せず）は、第１室２１や第２室２２に設置しても構わないが、バッテリモジュール３が配置される第３室２３に設置することで配線などを行いやすい。そのため、本実施形態では、図４に示すように第３室２３に周辺回路の設置スペース８，８が設けられている。これにより、バッテリ装置１をコンパクトに構成して搭載性を向上できる。複数のバッテリモジュール３は、ダクト６と、そのダクト６を挟んで位置する両側の設置スペース８，８を挟むようにして対称的に配置されている。
【００２７】
本実施形態では、ダクト６とセル４間の隙間Ｇとを介してのみ、第１室２１と第２室２２との間で空気が流れるように構成されている。但し、これに限られず、例えば、冷却を必要とする周辺回路が第３室２３に設置されている場合において、その周辺回路の隙間を第１室２１及び第２室２２に連通させて空気が流れるようにしてもよい。その場合、第１仕切り部５１及び第２仕切り部５２の各々には、循環穴５４と同様に、その周辺回路の隙間を露出させるための開口が設けられる。
【００２８】
本発明は、上述した実施形態に何ら限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内で種々の改良変更が可能である。
【符号の説明】
【００２９】
１    バッテリ装置
２    筐体
３    バッテリモジュール
４    バッテリセル
６    ダクト
７    ファン（送風部）
８    設置スペース
２１  第１室
２２  第２室
２３  第３室
５１  第１仕切り部
５２  第２仕切り部
５３  挿通穴
５４  循環穴
【図１】
2020161216.tif 000003
【図２】
2020161216.tif 000004
【図３】
2020161216.tif 000005
【図４】
2020161216.tif 000006
【図５】
2020161216.tif 000007
【図６】
2020161216.tif 000008
【図７】
2020161216.tif 000009