(57)【要約】【課題】  圧力損失や風量ばらつきが増大することなく、電池パックの幅方向の大型化を解消することが可能な構成を有する電池パックの冷却構造を提供する。【解決手段】  下部冷媒流路１１０ａの電池ケース１１０の下部近傍領域には、電池セルの積層方向に沿って延びる下部冷媒開口領域１２２ａが形成されている。また、この下部冷媒開口領域１２２ａには、下部冷媒開口領域１２２ａを介して下部冷媒流路１１０ａに冷媒を送り込むための第１チャンバ１２０が取り付けられている。この第１チャンバ１２０は、下部冷媒開口領域１２２ａに連通し、電池ケース１１０の側面において電池ケース１１０の上方に延びる側面チャンバ１２２と、この側面チャンバ１２２に連通し、電池ケース１１０の上面において、電池セルの積層方向に沿って配置される吸気チャンバ１２１とを有している。【選択図】        図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の電池セルが積層された電池モジュールを電池ケース内に収容し、前記電池ケースには、冷媒を通過させるための流路が設けられる電池パックの冷却構造であって、
前記電池セルの間に冷媒を通過させるため、前記電池モジュールの上部空間および下部空間のそれぞれによって規定される、上部冷媒流路および下部冷媒流路と、
前記電池ケースの上方または下方のいずれか一方において、前記電池セルの積層方向に沿って配置されるとともに前記下部冷媒流路に連通する第１チャンバと、
前記電池ケースの上方または下方のいずれか一方において、前記電池セルの積層方向に沿って配置されるとともに前記上部冷媒流路に連通する第２チャンバと、
を備える、電池パックの冷却構造。
【請求項２】
前記下部冷媒流路は、前記電池セルの積層方向に沿って延びる下部冷媒開口領域を前記電池ケースの下部近傍領域に有し、
前記第１チャンバは、
前記下部冷媒開口領域に連通し、前記電池ケースの側面において前記電池ケースの上方に延びる側面チャンバと、
前記側面チャンバに連通し、前記電池ケースの上面において、前記電池セルの積層方向に沿って配置される吸気チャンバと、を有し、
前記上部冷媒流路は、前記電池セルの積層方向に沿って延びる上部冷媒開口領域を前記電池ケースの上部近傍領域に有し、
前記第２チャンバは、
前記上部冷媒開口領域に連通し、前記電池ケースの上面において、前記電池セルの積層方向に沿って配置される排気チャンバを有する、
請求項１に記載の電池パックの冷却構造。
【請求項３】
前記排気チャンバは、外部に設置された排気装置にそれぞれ連結される２以上の分岐排気流路を有する、請求項２に記載の電池パックの冷却構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電気自動車等に搭載される電池パックの冷却構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、電動機を駆動源として用いる電気自動車や、駆動源としての電動機とその他の駆動源とを組み合わせた、いわゆるハイブリッド電気自動車が実用化されてきている。このような車両においては、電動機にエネルギーである電気を供給するための電池が搭載される。この電池としては、たとえば、繰り返し充放電が可能なニッケル−カドミウム電池やニッケル−水素電池、リチウムイオン電池などに代表される二次電池が用いられる。
【０００３】
二次電池は、電池セルを積層した電池モジュールにより構成されており、この電池モジュールが電池ケースの内部に収容された状態で自動車に搭載される。この電池ケースと、電池ケースの内部に収容された電池モジュールおよびその他の内部構成部品とを含めたものを電池パックと称する。
【０００４】
各電池セルまたは電池モジュールは、内部での電気化学反応によって発熱し、その温度が上昇する。電池セルまたは電池モジュールは、高温になると発電効率が低下するため、たとえば電池ケース内部に電池ケース外部から冷却風等の冷媒を導入して電池モジュールを冷却することが行なわれる。
【０００５】
この冷却風を用いた電池パックの冷却構造としては、種々の構造のものが提案されており、たとえば、下記特許文献１においては、電池パックの高さ寸法を小さくする（以下、低背化と称する。）ために、吸気チャンバおよび排気チャンバを電池パックの側面側に配置させる構造が開示されている。また、この構造に吸気ダクトおよび排気ダクトを連結した一例が、図３に示す構造である。
【０００６】
この電池パック２００においては、電池ケース２１０の内部に電池モジュール２１１が配置されている。電池ケース２１０の内部空間は、電池ケース２１０の内部に配置された電池モジュール２１１によって区画され、電池モジュール２１１の上面と電池ケース２１０との間には、上部空間が形成され、この上部空間により上部冷媒流路２１０ｂが規定されている。また、電池モジュール２１１の下面と電池ケース２１０との間には、下部空間が形成され、この下部区間により下部冷媒流路２１０ａが規定されている。
【０００７】
電池モジュール２１１は、図４に示すように複数の電池セル２１１ａを積層することによって構成されている。電池セル２１１ａとしては、たとえばニッケル−カドミウム電池や、ニッケル−水素電池、リチウムイオン電池などの二次電池を用いることができる。電池セル２１１ａはいわゆる角型平板状の外形を有している。
【０００８】
個々の電池セル２１１ａの側面には突出部２１１ｂが設けられており、この突出部２１２ａは、積層後において電池モジュール２１１の側面に延在する突条部を構成する。電池モジュール２１１の積層方向における両端には、電池モジュール２１１の積層状態を維持するためのエンドプレート２１５が配置されており、これら一対のエンドプレート２１５は、上述の電池モジュール２１１の側面に形成された突条部に係合するブラケット２１４によって連結されている。
【０００９】
また、図３および図４を参照して、電池モジュール２１１の一方の側部には、下部冷媒流路２１０ａに連通する開口部２１２ｂを有する吸気チャンバ２１２が配設されている。また、他方の側部には、上部冷媒流路２１０ｂに連通する２１３ｂを有する排気チャンバ２１３が配設されている。
【００１０】
電池モジュール２１１の長手方向の一端側には、機器ボックス２１４が配置され、この機器ボックス２１４の両側部において、吸気チャンバ２１２の連結口２１２ａに吸気ダクト２２０が連結され、排気チャンバ２１３の連結口２１３ａに排気ダクト２３０が連結されている。また、排気ダクト２３０には、冷媒流れを起こさせるためのブロア２４１が連結されている。以上により、いわゆるアップフロー型の冷却構造を構成している。
【００１１】
個々の電池セル２１１ａの主表面には凸部が設けられており、この凸部によって積層された電池セル２１１ａの間に冷媒である冷却風を流通させるための通風路の一部が形成される。また、電池モジュール２１１は、電池ケース２１０の底面に対して所定の角度をもって傾斜して配置される。これは、吸気チャンバ２１２の開口部２１２ｂから吐出される冷却風が、電池セル２１１ａの下面側において、均一に流れるようにするためである。
【００１２】
図５は、図３に示した電池パック２００を含む電池システムを用いた自動車３００のブロック図である。この電池パック２００を含む電池システムを適用した自動車３００は、制御部３０１と、この電池パック２００を含む電池部３０２と、駆動部３０３とを備える。制御部３０１は、電池パック２００の内部に配置された機器ボックス２１４内に設置されており、電池部３０２および駆動部３０３を制御する。駆動部３０３は、電池部３０２から供給される電流によって駆動するモータなどの電動機以外に、ガソリンエンジンやディーゼルエンジンなどの内燃機関を含んでいてもよい。すなわち、自動車３００には、電池部３０２から供給される電流によって駆動するモータなどの電動機のみを駆動源とする電気自動車のみでなく、駆動源としてガソリンエンジンなどの電動機以外の駆動手段を備えた、いわゆるハイブリッドカーも含まれる。
【００１３】
このような構成からなる電池パック２００を、たとえば車両の運転席と助手席との間でコンソールの下方等の狭小な場所に配置しようとした場合、吸気チャンバ２１２および排気チャンバ２１３が、電池モジュール２１１の両側に配置されるため、吸気チャンバ２１２および排気チャンバ２１３を含めた電池パック自体の幅が大きくなり、コンソールの下方等の狭小な場所への配置は困難になってしまう。この問題に対しては、吸気チャンバ２１２または排気チャンバ２１３の幅を単純に狭めることで対応しようとすると、冷媒である冷却風が流れにくくなり、排気ブロアの負荷が増大する。さらに、電池セル２１１ａの積層方向の手前側と奥側とで、電池セル２１１ａの間に流れる冷却風量のばらつきが大きくなり、結果として電池セル温度がばらついてしまうという問題も発生する。
【００１４】
次に、吸気ダクト２２０および排気ダクト２３０の問題について説明する。上記構成からなる電池パック２００を車両の運転席と助手席との間で、コンソールの下方等に配置しようとした場合、電池パック２００からの冷却風を吸気する場所としては、後席の下側辺りが好ましい。これは、吸気経路が短く、かつ、吸気温度が安定して低く保たれやすい場所だからである。一方、冷却風を排除する場所としては、運転席あるいは助手席の外側辺りが好ましい。これは、排気経路が短く、かつ、排気風が乗員へ与える影響の小さい場所だからである。しかし、上記構成からなる電池パック２００に、前述の排気場所および吸気場所をつなぐように吸気ダクト２２０および排気ダクト２３０を配置しようとすると、設置スペースの関係上、吸気チャンバ２１２および排気チャンバ２１３に対して、吸気ダクト２２０および排気ダクト２３０をストレートに連結することはできず、図３に示すように、機器ボックス２１４の両側部に形成される空き空間において、大きく吸気ダクト２２０および排気ダクト２３０を屈曲（領域Ｒ１、Ｒ２）させて、吸気チャンバ２１２および排気チャンバ２１３に吸気ダクト２２０および排気ダクト２３０をそれぞれ連結することとなる。しかし、このような連結構造の場合には、吸気ダクト２２０および排気ダクト２３０がそれぞれ電池パック２００外側のさらに両側部に配置されることとなり、狭小な場所での配置は、さらに困難なものになる。さらに、吸気経路および排気経路が長くなり冷却風が流れにくくなり、排気ブロアの負荷が増大する。
【特許文献１】特開２００４−４７４２６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
本願発明の課題は、低背化を図った電池パックの冷却構造にすると、電池パックの幅方向が大型化し、吸排気ダクトと合わせて配置が困難になる点と、単にそれを吸排気チャンバの幅縮小で対応しようとすると、圧力損失増大と風量ばらつき増大につながる点にある。したがって本発明の目的は、上述の問題点を解決するためになされたものであり、圧力損失や風量ばらつきが増大することなく、電池パックの幅方向の大型化を解消することが可能な構成を有する電池パックの冷却構造を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
この発明に基づいた電池パックの冷却構造においては、複数の電池セルが積層された電池モジュールを電池ケース内に収容し、上記電池ケースには、冷媒を通過させるための流路が設けられる電池パックの冷却構造であって、上記電池セルの間に冷媒を通過させるため、上記電池モジュールの上部空間および下部空間のそれぞれによって規定される、上部冷媒流路および下部冷媒流路と、上記電池ケースの上方または下方のいずれか一方において、上記電池セルの積層方向に沿って配置されるとともに上記下部冷媒流路に連通する第１チャンバと、上記電池ケースの上方または下方のいずれか一方において、上記電池セルの積層方向に沿って配置されるとともに上記上部冷媒流路に連通する第２チャンバとを備えている。
【００１７】
また、上記電池パックの冷却構造においは、上記下部冷媒流路は、上記電池セルの積層方向に沿って延びる下部冷媒開口領域を上記電池ケースの下部近傍領域に有し、上記第１チャンバは、上記下部冷媒開口領域に連通し、上記電池ケースの側面において上記電池ケースの上方に延びる側面チャンバと、上記側面チャンバに連通し、上記電池ケースの上面において、上記電池セルの積層方向に沿って配置される吸気チャンバとを有し、上記上部冷媒流路は、上記電池セルの積層方向に沿って延びる上部冷媒開口領域を上記電池ケースの上部近傍領域に有し、上記第２チャンバは、上記上部冷媒開口領域に連通し、上記電池ケースの上面において、上記電池セルの積層方向に沿って配置される排気チャンバを有している。
【発明の効果】
【００１８】
この発明に基づいた電池パックの冷却構造によれば、第１チャンバおよび第２チャンバのそれぞれを、上記電池ケースの上方または下方に配置することで、電池パックの横方向の幅を小さくすることが可能となる。その結果、たとえば、車両の運転席と助手席との間等の狭小な場所であっても、コンソールボックスの下方に、本願発明に基づいた冷却構造を採用した電池パックを配設することが可能となる。また、圧力損失や風量ばらつきを増加させることもない。
【００１９】
また、下部冷媒流路は、電池セルの積層方向に沿って延びる下部冷媒開口領域を有し、この下部冷媒開口領域に連通する側面チャンバおよび吸気チャンバを有することで、吸気チャンバから送り込まれる冷媒は、側面チャンバおよび下部冷媒開口領域を介して、電池セルの積層方向に対して交差する方向から略全面にわたって、冷媒を下部冷媒流路に送り込むことを可能としている。その結果、電池パック内での冷媒流れの均一化を図るとともに、また、圧力損失や風量ばらつきを増加させることもない。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、本発明に基づいた電池パックの冷却構造の一実施の形態について、図１および図２を参照して詳細に説明する。なお、図１は、本実施の形態における電池パックの冷却構造を示す全体斜視図であり、図２は、図１中ＩＩ−ＩＩ線矢視断面図である。なお、本実施の形態において採用される電池モジュールの構造およびその制御方法は、図４および図５を用いて説明した背景技術と同じであるため、以下の説明においては、同一の参照番号を付して、重複説明は繰り返さないこととする。
【００２１】
両図を参照して、本実施の形態における電池パック１００は、車両の運転席と助手席との間において、インパネ５００の中央部下方から、車両の後方に向かって延びるようにコンソールボックス（図示省略）の下方に配設されている。この電池パック１００は、電池ケース１１０を有し、この電池ケース１１０内にアップフロー型の冷却構造を構成するように電池モジュール２１１が配設され、電池モジュール２１１の長手方向のインパネ５００側には、機器ボックス１２４が配置されている。
【００２２】
電池ケース１１０の内部空間は、この電池ケース１１０の内部に配置された電池モジュール２１１によって区画され、電池モジュール２１１の上面と電池ケース１１０との間には、上部空間が形成され、この上部空間により上部冷媒流路１１０ｂが規定されている。また、電池モジュール２１１の下面と電池ケース１１０との間には、下部空間が形成され、この下部区間により下部冷媒流路１１０ａが規定されている。
【００２３】
下部冷媒流路１１０ａの電池ケース１１０の下部近傍領域には、電池セルの積層方向（図中Ｘ方向）に沿って延びる下部冷媒開口領域１２２ａが形成されている。また、この下部冷媒開口領域１２２ａには、下部冷媒開口領域１２２ａを介して下部冷媒流路１１０ａに冷媒を送り込むための第１チャンバ１２０が取り付けられている。この第１チャンバ１２０は、下部冷媒開口領域１２２ａに連通し、電池ケース１１０の側面において電池ケース１１０の上方に延びる側面チャンバ１２２と、この側面チャンバ１２２に連通し、電池ケース１１０の上面において、電池セルの積層方向（図中Ｘ方向）に沿って配置される吸気チャンバ１２１とを有している。
【００２４】
一方、上部冷媒流路１１０ｂの電池ケース１１０の上部近傍領域には、電池セルの積層方向（図中Ｘ方向）に沿って延びる上部冷媒開口領域１２２ｂが形成されている。また、この上部冷媒開口領域１２２ｂには、下部冷媒開口領域１２２ａを介して、電池モジュール２１１内を通過した冷媒を外部に排出するための第２チャンバ１３０が取り付けられている。この第２チャンバ１３０は、上部冷媒開口領域１２２ｂに連通し、電池ケース１１０の上面において、電池セルの積層方向（図中Ｘ方向）に沿って配置される排気チャンバ１３１と、この排気チャンバ１３１から枝分かれする２本の分岐排気チャンバ１３２，１３３を有している。また、分岐排気チャンバ１３２，１３３のそれぞれには、電池ケース１１０内に冷媒流れを生じさせるための排気ブロア１４１，１４２がそれぞれ取り付られている。
【００２５】
上記構成からなる電池パック１００においては、第１チャンバ１２０の吸気チャンバ１２１に冷媒が取り入れられた後、側面チャンバ１２２および下部冷媒開口領域１２２ａを冷媒が通過して、下部冷媒流路１１０ａに冷媒が送り込まれる。下方から上方に向けて電池モジュール２１１の間を通過した冷媒は、上部冷媒流路１１０ｂから、上部冷媒開口領域１２２ｂおよび排気チャンバ１３１を介して、分岐排気チャンバ１３２，１３３から外部に排気される冷媒流路を構成する。
【００２６】
以上、本実施の形態における電池パックの冷却構造によれば、第１チャンバ１２０および第２チャンバ１３０のそれぞれを、電池ケース１１０の上面に配置することで、電池パック１００の横方向の幅を小さくすることが可能となる。その結果、図１に示すような、車両の運転席と助手席との間の狭小な場所であっても、コンソールボックス（図示省略）の下方に、本電池パック１００を配設することができる。
【００２７】
また、下部冷媒流路１００ｂは、電池セル２１１ａの積層方向（Ｘ方向）に沿って延びる下部冷媒開口領域１２２ａを有し、この下部冷媒開口領域１２２ａに連通する吸気チャンバ１２１および側面チャンバ１２２を有することで、吸気チャンバ１２１から送り込まれる冷媒は、側面チャンバ１２２および下部冷媒開口領域１２２ａを介して、電池セル２１１ａの積層方向に対して交差する方向（Ｙ方向）、つまり電池セル２１１ａの側面側から電池セル２１１ａの略全面にわたって、冷媒を下部冷媒流路１１０ａに送り込むことができる。その結果、電池パック１００内での冷媒流れの均一化を図ることができる。また、圧力損失や風量ばらつきを増加させることもない。
【００２８】
さらに、冷媒の排気においても、下部冷媒流路１１０ａに設けられ、電池セルの積層方向（図中Ｘ方向）に沿って延びる上部冷媒開口領域１２２ｂおよび排気チャンバ１３１、さらに、２つの分岐排気チャンバ１３２，１３３から、冷媒流れ方向に沿って冷媒が排出されるため、冷媒の排出側での背圧が大きくなることはなく、スムーズに冷媒を電池パック１００内から排出させることが可能となる。
【００２９】
また、排気チャンバ１３１から分岐する分岐排気チャンバを２つ設ける場合について説明したが、設置スペースに応じて、１つ、または、３以上の分岐排気チャンバを設けることが可能である。
【００３０】
また、車両の運転席と助手席との間のコンソールボックスの下方に、本電池パック１００を配設する場合について説明したが、配設位置がこの領域に限定されるものではなく、同等の狭小な場所に設置する場合に、本電池パックの冷却構造を適用することが可能である。
【００３１】
また、電池ケース１１０の上面に吸気チャンバを構成する第１チャンバ１２０および排気チャンバを構成する第２チャンバ１３０を配置する場合について説明したが、吸気チャンバを構成する第１チャンバ１２０を電池ケース１１０の下面に配置する構成の採用も可能である。この場合には、側面チャンバ１２２は不要となる。また、排気チャンバを構成する第２チャンバ１３０を、電池ケース１１０の下面に配置する構成の採用も可能である。この場合には、側面チャンバが必要となる。このように、第１チャンバ１２０および第２チャンバ１３０は、電池ケース１１０の上方または下方のいずれかに設けられれば良い。
【００３２】
また、上記実施の形態に示す電池パック１００にあっては、冷媒として車両室内の空気を利用した場合を例示して説明を行なったが、他の冷媒を利用することも当然に可能である。また、冷媒は必ずしも気体に限られるものではなく、場合によっては液体を利用することも可能である。
【００３３】
また、アップフロー型の冷却構造において、電池モジュール２１１が、電池ケース１１０の底面に対して所定の角度をもって傾斜して配置される構成を示しているが、この構造に限定されるものでなく、ダウンフロー型の冷却構造、電池モジュール２１１を電池ケース１１０の底面に対して並行に配置する構造に対して、本発明の構造を適用することも可能である。
【００３４】
したがって、今回開示した上記各実施の形態はすべての点で例示であって、制限的なものではない。本発明の技術的範囲は特許請求の範囲によって画定され、また特許請求の範囲の記載と均等の意味および範囲内でのすべての変更を含むものである。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】この発明に基づいた実施の形態における電池パックの冷却構造を示す全体斜視図である。
【図２】図１中ＩＩ−ＩＩ線矢視断面図である。
【図３】背景技術における電池パックの冷却構造を示す全体斜視図である。
【図４】電池パック内の構造を示す、部分分解斜視図である。
【図５】電池パックを含む電池システムを用いた自動車のブロック図である。
【符号の説明】
【００３６】
１００  電池パック、１１０  電池ケース、１１０ａ  下部冷媒流路、１１０ｂ  上部冷媒流路、１２０  第１チャンバ、１２１  吸気チャンバ、１２２  側面チャンバ、１２２ａ  下部冷媒開口領域、１２２ｂ  上部冷媒開口領域、１２４  機器ボックス、１３０  第２チャンバ、１３１  排気チャンバ、１３２，１３３  分岐排気チャンバ、１４１，１４２  排気ブロア、２１１  電池モジュール、２１１ａ  電池セル、５００  インパネ。
【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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