(57)【要約】【課題】空気流入口が一つ、空気排出口が二つ設けられた電池パックにおいて、単電池間の温度バラツキを効果的に抑制することを目的とする。【解決手段】複数の単電池が積層され、積層方向に隣接する前記単電池の間に空気を導通させるための導通経路が形成された電池モジュールと、前記電池モジュールを収容するケースと、を有する電池パックにおいて、前記ケースの内部には、流入経路と排出経路とが前記積層方向に延びて形成されており、前記流入経路における空気流入口は、前記流入経路の一端部のみに形成されており、前記排出経路における空気排出口は、前記排出経路の両端部のみに形成されており、前記空気流入口の開口面積は、前記空気排出口の開口面積よりも大きいことを特徴とする電池パック。【選択図】図３
2014127262.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の単電池が積層され、積層方向に隣接する前記単電池の間に空気を導通させるための導通経路が形成された電池モジュールと、
前記電池モジュールを収容するケースと、を有する電池パックにおいて、
前記ケースの内部には、前記導通経路に空気を流入させるための流入経路が前記積層方向に延びて形成されており、
前記ケースの内部には、前記導通経路から流出する空気を前記ケースの外部に排出するための排出経路が前記積層方向に延びて形成されており、
前記流入経路における空気流入口は、前記流入経路の一端部のみに形成されており、
前記排出経路における空気排出口は、前記排出経路の両端部のみに形成されており、
前記空気流入口の開口面積は、前記空気排出口の開口面積よりも大きいことを特徴とする電池パック。
【請求項２】
二つの前記空気排出口は、互いに開口面積が同じであることを特徴とする請求項１に記載の電池パック。
【請求項３】
前記空気流入口の開口面積をＡ、前記空気排出口の開口面積をＢとしたときに、下記（１）式を満足することを特徴とする請求項１又は２に記載の電池パック。
３１／２９≦Ａ／Ｂ≦３４／２６・・・・・・・・・（１）
【請求項４】
請求項１乃至３のうちいずれか一つに記載の電池パックと、
前記電池パックに蓄電された電力によって動作する車両走行用モータと、
を有する車両。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電池パックの内部に配置される単電池間の温度バラツキを抑制する技術に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ハイブリッド自動車、電気自動車などには、車両用走行用モータに供給される作動電力を蓄電する蓄電装置が搭載されている。この種の蓄電装置として、組電池と、組電池を収容するケースと、ケースの内外において冷却用空気を導通させる導通経路とを有する電池パックが知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
また、特許文献２は、複数の単位モジュールと、前記複数の単位モジュールを収容するケースとを有する電池モジュールにおいて、前記ケースの内壁面と前記単位モジュールの成形体との隙間からなり、前記流体供給口と前記流体排出口とを連通する流路を有し、かつ前記流体供給口側における前記流路の断面積が、前記流体排出口側における前記流路の断面積よりも大きい電池モジュールを開示する。
【０００４】
また、電池パックの別の構成として、流入口が一つ、排出口が二つ設けられた電池パックが考えられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平０５−３４３１０５号公報
【特許文献２】特開２０１２−１５６０５７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、電池パックの冷却構造を検討する際に、単位モジュール間の温度バラツキを考慮する必要がある。単位モジュール間の温度バラツキが大きくなると、より温度の高い単位モジュールが早期に劣化して、電池パックの寿命が短くなる。
【０００７】
上記したように、電池パックには種々の冷却構造が考えられ、冷却構造が変われば冷却風の挙動も変化する。そのため、単位モジュール間の温度バラツキを抑制するためには、各々の冷却構造に応じた適切な構成を考える必要がある。
【０００８】
そこで、本願発明は、流入口が一つ、排出口が二つ設けられた電池パックにおいて、単電池間の温度バラツキを抑制することを第１の目的とする。また、本願発明は、単電池間を流れる空気の圧力損失を抑制することを第２の目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記第１の目的を達成するために、本願発明に係る電池パックは、（１）複数の単電池が積層され、積層方向に隣接する前記単電池の間に空気を導通させるための導通経路が形成された電池モジュールと、前記電池モジュールを収容するケースと、を有する電池パックにおいて、前記ケースの内部には、前記導通経路に空気を流入させるための流入経路が前記積層方向に延びて形成されており、前記ケースの内部には、前記導通経路から流出する空気を前記ケースの外部に排出するための排出経路が前記積層方向に延びて形成されており、前記流入経路における空気流入口は、前記流入経路の一端部のみに形成されており、前記排出経路における空気排出口は、前記排出経路の両端部のみに形成されており、前記空気流入口の開口面積は、前記空気排出口の開口面積よりも大きいことを特徴とする。
【００１０】
（２）上記第１の構成において、二つの前記空気排出口の開口面積を互いに同じに設定することができる。（２）の構成によれば、流路設計を簡素化することができる。
【００１１】
（３）上記（１）又は（２）の構成において、前記空気流入口の開口面積をＡ、前記空気排出口の開口面積をＢとしたときに、下記（１）式を満足させるとよい。
３１／２９≦Ａ／Ｂ≦３４／２６・・・・・・・・・（１）
【００１２】
（３）の構成によれば、単電池間の温度バラツキの抑制と、熱交換媒体として導入される空気の圧力損失の抑制とを両立することができる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、空気流入口が一つ、空気排出口が二つ設けられた電池パックにおいて、単電池間の温度バラツキを効果的に抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】電池パックの分解斜視図である。
【図２】電池パックを単電池の積層方向に対して直交する方向に切断した概略断面図である。
【図３】電池パックをＸ−Ｚ面で切断した概略断面図である。
【図４】図３に対応する図であり、参考例２に係る電池パックの概略断面図である。
【図５】図３に対応する図であり、変形例２に係る電池パックの概略断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
図面を参照しながら、本発明の実施形態に係る電池パックについて説明する。図１は電池パックの分解斜視図である。図２は、電池パックを単電池の積層方向に対して直交する方向に切断した概略断面図である。図３は、電池パックをＸ−Ｚ面で切断した概略断面図である。Ｘ軸、Ｙ軸及びＺ軸は互いに異なる直交する三軸である。以下の説明において、Ｘ軸方向を＋Ｘ軸方向、Ｘ軸方向に対する反対方向を−Ｘ軸方向、Ｙ軸方向を＋Ｙ軸方向、Ｙ軸方向に対する反対方向を−Ｙ軸方向、Ｚ軸方向を＋Ｚ軸方向、Ｚ軸方向に対する反対方向を−Ｚ軸方向と定義する。ただし、＋Ｘ軸方向及び−Ｘ軸方向を特に区別する必要がない場合には、これらを纏めてＸ軸方向と表記する。＋Ｙ軸方向及び−Ｙ軸方向を特に区別する必要がない場合には、これらを纏めてＹ軸方向と表記する。＋Ｚ軸方向及び−Ｚ軸方向を特に区別する必要がない場合には、これらを纏めてＺ軸方向と表記する。
【００１６】
図１乃至図３を参照して、電池パック１は、電池モジュール１０、アッパーケース２０、ロアケース３０、機器カバーケース４０、吸気ダクト５０、第１の排気ダクト６０、第２の排気ダクト７０、ブロワ８０を含む。電池パック１は、車両走行用モータに供給される電力を蓄電する蓄電装置に用いることができる。電池モジュール１０は、Ｘ軸方向に積層された複数の単電池１１と、これらの単電池１１を挟む位置に配置されるエンドプレート１２と、これらのエンドプレート１２を繋ぐ拘束ロッド１３とを含む。単電池１１は、リチウムイオン電池、ニッケル水素電池などの二次電池、或いはキャパシタであってもよい。
【００１７】
単電池１１の＋Ｚ軸方向の端部には、電解液を単電池１１の内部に注液するための注液口１１ａが形成されている。図２に図示するように、単電池１１の＋Ｙ軸方向の端部には、凸状の正極部１１ｂ（又は負極部１１ｃ）が形成されており、単電池１１の−Ｙ軸方向の端部には、凸状の負極部１１ｃ（又は正極部１１ｂ）が形成されている。
【００１８】
Ｘ軸方向に隣接する一方の単電池１１の正極部１１ｂと他方の単電池１１の負極部１１ｃとは、図示しないバスバーにより直列に接続されている。これにより、エネルギ出力の高い電池パック１が得られる。ただし、隣接する単電池１１は並列に接続されていてもよい。この場合、電池パック１の蓄電容量が高められる。
【００１９】
単電池１１のＸ軸方向の端面には、複数の凸状のリブが形成されており、これらのリブはＺ軸方向に延びている。電池パック１の組み立て状態において、これらのリブが隣接する単電池１１の外面に接触することにより、空気を導通させるための導通経路１４（図３参照）が形成される。ここで、導通経路１４に空気を流すことにより、各単電池１１を冷却したり、或いは加熱することができる。各単電池１１が冷却されることにより、各単電池１１の劣化を抑制することができる。各単電池１１が加熱されることにより、極低温状態にある各単電池１１の入出力特性を改善することができる。なお、導通経路１４は、隣接する単電池１１の間にリブ付きのスペーサ部材を介在させることにより、形成してもよい。
【００２０】
拘束ロッド１３は、一対のエンドプレート１２に対して締結固定されている。これにより、一対のエンドプレート１２が互いに接近する方向に引っ張られ、複数の単電池１１を拘束することができる。その結果、単電池１１の位置ずれを抑制したり、単電池１１の性能低下を抑制することができる。
【００２１】
図２を参照して、アッパーケース２０は、頂面部２１と、アッパー段差形状部２２と、アッパーフランジ部２３とを有する。頂面部２１は、単電池１１から＋Ｚ軸方向に離隔した位置に設けられている。アッパー段差形状部２２は頂面部２１のＹ軸方向両端部に形成されており、その曲げ部は単電池１１の上面（＋Ｚ軸方向の端面）に対してシール部材を介して接触している。これら頂面部２１、アッパー段差形状部２２及び単電池１１の上面によって囲まれた空間により、空気を導通経路１４に導入するための吸気チャンバ（流入経路に相当する）２４が形成される。
【００２２】
ロアケース３０は、底面部３１と、ロア段差形状部３２と、ロアフランジ３３とを有する。底面部３１は、単電池１１から−Ｚ軸方向に離隔した位置に設けられている。ロア段差形状部３２は底面部３１のＹ軸方向両端部に形成されており、その曲げ部は電池モジュール１０の下面（−Ｚ軸方向の端面）に対してボルト締結されている。これらの底面部３１、ロア段差形状部３２及び単電池１１の下面によって囲まれた空間により、導通経路１４から流出する空気をロアケース３０の外部に排出するための排気チャンバ（排出経路に相当する）３４が形成される。
【００２３】
再び図１を参照して、機器カバーケース４０は、アッパーケース２０の−Ｘ軸方向の端部に取り付けられている。取り付け方法は、締結手段、溶接手段であってもよい。アッパーケース２０とエンドプレート１２との間には閉塞板４０ａ（図３参照）が設けられており、この閉塞板４０ａによって吸気チャンバ２４の一端が塞がれる。したがって、吸気チャンバ２４に導入された空気は、閉塞板４０ａによって流路が塞がれ、各導通経路１４の内部に流入する。
【００２４】
吸気ダクト５０は、吸気チャンバ２４の＋Ｘ軸方向の端部に接続されている。この吸気ダクト５０側の吸気チャンバ２４の開口部（図３に図示する空気流入口２４ａ）を−Ｘ軸方向から視た時の開口面積が、特許請求の範囲に記載の「空気流入口の開口面積Ａ」に相当する。ブロワ８０は、吸気ダクト５０の＋Ｘ軸方向の端部に形成されたダクト接続口５２に対して接続されている。ブロワ８０が作動することにより、空気が吸気され、この吸気された空気が吸気チャンバ２４の内部に取り込まれる。なお、ブロワ８０はファンを内蔵しており、ファンはシロッコ式、プロペラ式、或いはクロスフロー式のファンであってもよい。
【００２５】
第１の排気ダクト６０は、排気チャンバ３４の−Ｘ軸方向の端部に接続されている。この第１の排気ダクト６０側の排気チャンバ３４の開口部（図３に図示する第１の空気排出口３４ａ）を＋Ｘ軸方向から視た時の開口面積が、特許請求の範囲に記載の「空気排出口の開口面積Ｂ」に相当する。第２の排気ダクト７０は、排気チャンバ３４の＋Ｘ軸方向の端部に接続されている。この第２の排気ダクト７０側の排気チャンバ３４の開口部（図３に図示する第２の空気排出口３４ｂ）を−Ｘ軸方向から視た時の開口面積が、特許請求の範囲に記載の「空気排出口の開口面積Ｂ」に相当する。このように、本実施形態のバッテリパック１には、空気流入口が一つ、空気排出口が二つ設けられている。第１の空気排出口３４ａ及び第２の空気排出口３４ｂの開口面積は、好ましくは同じである。第１の空気排出口３４ａ及び第２の空気排出口３４ｂの開口面積を同じにすることにより、温度バラツキの抑制及び圧力損失の抑制を考慮した設計が容易となる。
【００２６】
図４は、図３に対応しており、参考例１に係る電池パックの断面図である。上記実施形態と同一の機能を有する要素には同一符号を付している。参考例１に係る電池パック１００は、第１の空気排出口３４ａが閉塞されている点で、上記実施形態１の構成と相違する。つまり、電池パック１００は、空気流入口及び空気排出口がそれぞれ一つずつ設けられており、冷却経路がいわゆるＵ字状に形成されている。ここで、本参考例１の空気流入口２４ａの開口面積をＡ´、空気排出口３４ｂの開口面積をＢ´としたときに、冷却風の偏り抑制と圧力損失の低減（つまり、風量確保）とを効果的に実現し得る開口面積比Ａ´／Ｂ´は２８／３２であった。
【００２７】
一方、本実施形態１の空気流入口２４ａの開口面積をＡ、第１の空気排出口３４ａの開口面積をＢ、第２の空気排出口３４ｂの開口面積をＢとしたときに、上記参考例１と開口面積比を同じ、つまり、開口面積比Ａ／Ｂを２８／３２に設定して（以下、この開口面積比で構成された電池パックを参考例２という）、電池パック１における冷却風の偏り及び圧力損失を計測したところ、これらの計測値が参考例の計測値よりも増大した。
【００２８】
下記表１は、参考例１及び参考例２の流量バラツキを示しており、縦軸が流量バラツキ、横軸が導通経路１４の番号を示している。
【表１】
2014127262.tif 000003
【００２９】
表１を参照して、参考例１では流量バラツキのマイナス側の最大値が僅か−７．２％であったのに対して、参考例２では流量バラツキのマイナス側の最大値が−１８．８％に拡大した。
【００３０】
表２は、導通経路１４毎に静圧値を測定した静圧分布データであり、参考例１のような片側排気の構成と、参考例２のような両側排気の構成との静圧分布を比較している。
【表２】
2014127262.tif 000004
【００３１】
表２を参照して、両側排気の構成は、片側排気の構成よりも、排気チャンバ内の静圧
分布の偏りが緩和され、奥側（流路番号の大きい側、−Ｘ軸方向側）により多くの空気
を供給できることがわかった。
【００３２】
本発明者等は、両側排気の上記課題を鋭意検討し、Ａ及びＢの開口面積比をＡ＞Ｂに設定することにより、冷却風の偏りを小さくできることを知見した。また、本発明者等は、Ａ及びＢの開口面積比を３１／２９≦Ａ／Ｂ≦３４／２６に設定することにより、冷却風の偏り抑制と圧力損失の抑制とを両立できることを知見した。
【００３３】
Ａ及びＢの開口面積比を上記所定範囲に制限した理由について、実施例を示して詳細に説明する。下記の表３は、ＣＦＤ（computational fluid dynamics：計算流体力学）解析によるシミュレーション結果であり、横軸がＡ及びＢの開口面積比であり、左側縦軸が風量バラツキであり、右側縦軸が圧力損失である。表４は、シミュレーションの評価結果を示している。ブロワ８０の風量は８０ｍ３／ｈに設定した。なお、空気流入口２４ａの開口面積は、吸気チャンバ２４のＺ軸方向の高さを変えることにより、調節することができる。また、第１の空気排出口３４ａ及び第２の空気排出口３４ｂの開口面積は、排気チャンバ３４のＺ軸方向の高さを変えることにより、調節することができる。
【００３４】
風量バラツキについては、１１％以上を×、１１％未満〜１０％超を○、１０％以下を◎と評価した。圧力損失については、６８Ｐａ以下を○、６８Ｐａ超を△と評価した。本願発明は、風量バラツキの抑制を第１の目的としている。そのため、風量バラツキの評価が◎又は○で、圧力損失の評価が○である場合には総合評価を◎とし、風量バラツキの評価が◎又は○で、圧力損失の評価が△である場合には総合評価を○とし、風量バラツキの評価が×である場合には圧力損失の評価に拘わらず総合評価を×とした。
【表３】
2014127262.tif 000005
【表４】
2014127262.tif 000006
【００３５】
表３を参照して、Ａ及びＢの開口面積比をＡ＞Ｂに設定することにより、風量バラツキが１１％未満に抑制され、風量バラツキの評価が○又は◎になった。Ａ及びＢの開口面積比を３１／２９≦Ａ／Ｂ≦３４／２６に設定することにより、風量バラツキが１０％以下に抑制され、風量バラツキの評価が◎になるとともに、圧力損失が６８Ｐａ以下に抑制され、圧力損失の評価が○になった。
【００３６】
以上説明したように、Ａ及びＢの開口面積比をＡ＞Ｂに設定することにより、冷却風の偏りが緩和され、単電池１１間の温度バラツキが効果的に抑制できることがわかった。また、Ａ及びＢの面積比を３１／２９≦Ａ／Ｂ≦３４／２６に設定することにより、冷却風のバラツキの抑制と圧力損失の抑制とを両立できることがわかった。
【００３７】
（変形例１）
上述の実施形態では、第１の空気排出口３４ａ及び第２の空気排出口３４ｂの開口面積が同じであるが、本発明はこれに限られるものではなく、これらの開口面積を互いに異ならせてもよい。この構成であっても、第１の空気排出口３４ａ及び第２の空気排出口３４ｂそれぞれの開口面積を空気流入口２４ａの開口面積よりも小さくすることにより、冷却風のバラツキを抑制することができる。
【００３８】
（変形例２）
上述の実施形態では、吸気チャンバ２４を上側、排気チャンバ３４を下側に形成したが、本発明はこれに限るものではなく、図５に図示するように、吸気チャンバ２４を下側、排気チャンバ３４を上側に形成してもよい。
【符号の説明】
【００３９】
１…電池パック      １０…電池モジュール      １１…単電池      １４…導通経路
２０…アッパーケース      ２４…吸気チャンバ      ２４ａ…空気流入口
３０…ロアケース      ３４…排気チャンバ      ３４ａ…第１の空気排出口
３４ｂ…第２の空気排出口    ６０…第１の排気ダクト６０      
７０…第２の排気ダクト      ８０…ブロワ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
2014127262.tif 000010
【図５】
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