(57)【要約】【課題】電池モジュールの冷却機構を備えるとともに、衝突によって下部が変形した場合でも内蔵された電池モジュールの損傷を防止できる電池パックを提供する。【解決手段】電池パック１は、複数の電池モジュール２とトレイ１１とカバー１２と支持部材１３，１４とファン１６２とを備える。トレイ１１は、電池モジュール２の下方を覆う。カバー１２は、電池モジュール２の上方を覆いトレイに結合される。支持部材１３，１４は、トレイ１１の内壁に固定されて電池モジュール２を支持する。ファン１６２は、電池モジュール２の下面に対面するベースプレート１６２ｂ及びトレイの底壁に向かってベースプレートに立設されるシャフト１６２ｃを有する。ファン１６２は、トレイ及びカバーで覆われた内部の気体Ｇを循環させる。【選択図】図１
2015216071.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の電池モジュールと、
前記電池モジュールの下方を覆うトレイと、
前記電池モジュールの上方を覆い前記トレイに結合されるカバーと、
前記トレイの内壁に固定されて前記電池モジュールを支持する支持部材と、
前記電池モジュールの下面に対面して配置されるベースプレート及び前記トレイの底壁に向かって前記ベースプレートに立設されたシャフトを有し、前記トレイ及び前記カバーで覆われた内部の気体を循環させるファンと、
を備えることを特徴とする電池パック。
【請求項２】
前記ファンによって循環される気体を温調する温調器をさらに備える
ことを特徴とする請求項１に記載された電池パック。
【請求項３】
前記複数の電池モジュールは、上段及び下段の少なくとも二段に重ねて配置され、
前記支持部材は、下段の前記電池モジュールと上段の前記電池モジュールとの間に設置されて上段の前記電池モジュールを支持する上段支持部材と、下段の前記電池モジュールを支持する下段支持部材と、を有し、
上段の前記電池モジュールの上面から下段の前記電池モジュールの下面までの間に設けられて前記トレイ及び前記カバーで覆われた内部を上室と下室とに分ける仕切部材と、
前記仕切部材に形成された貫通孔を介して前記上室側及び前記下室側を連通させるダクトと、をさらに備え、
前記ファンは、前記下室へ延びた前記ダクトに接続され、前記ダクトを介して前記上室と前記下室の気体を循環させる
ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載された電池パック。
【請求項４】
前記上段支持部材は、上段の前記電池モジュールの下面の外周部と前記トレイの内壁との間を封止することで、前記仕切部材を兼ねる
ことを特徴とする請求項３に記載された電池パック。
【請求項５】
前記仕切部材と下段の前記電池モジュールの上部の外周縁との間を塞ぐシール部材を備える
ことを特徴とする請求項４に記載された電池パック。
【請求項６】
前記貫通孔から前記ファンまでの距離は、前記貫通孔から前記トレイの底壁の中心までの距離よりも長い
ことを特徴とする請求項３から請求項５のいずれか１項に記載された電池パック。
【請求項７】
前記仕切部材と上段の前記電池モジュールとの間に前記上室と前記下室とを連通させるバイパス流路を設け、前記貫通孔から当該バイパス流路までの距離は、前記貫通孔から前記トレイの底壁の中心までの距離よりも長い
ことを特徴とする請求項３から請求項５のいずれか１項に記載された電池パック。
【請求項８】
前記下段支持部材は、下段の前記電池モジュールの下面の外周部と前記トレイの内壁との間を封止することで、前記仕切部材を兼ねる
ことを特徴とする請求項３に記載された電池パック。
【請求項９】
前記上段支持部材は、上段の前記電池モジュールの下端の外周を支持する上段フレームを含む
ことを特徴とする請求項３から請求項８のいずれか１項に記載された電池パック。
【請求項１０】
前記下段支持部材は、下段の前記電池モジュールの下端の外周を支持する下段フレームと、前記下段フレームを前記トレイの内壁に固定する下部ブラケットと、を含む
ことを特徴とする請求項３から請求項９のいずれか１項に記載された電池パック。
【請求項１１】
車両に搭載される場合に、
前記ファンは、前記車両の前側に偏って配置され、
前記トレイは、前記車両の後方に向かうにしたがって上がった傾斜部を底壁に有している
ことを特徴とする請求項１から請求項１０のいずれか１項に記載された電池パック。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内蔵した電池モジュールを温調する機構を備える電池パックに関する。
【背景技術】
【０００２】
電気自動車やハイブリッド自動車などは、走行用のモータを駆動させるための電力を供給するために電池パックを搭載している。電池パックは、充電または放電の際に発熱するが、複数の電池モジュールを組み合わせて搭載する電池パックの場合、電池モジュールの内部に熱がこもりやすい。温度が上がりすぎると発電効率／充電効率が低下するため、冷却装置で冷やされる。
【０００３】
特許文献１に記載された組電池（電池パック）は、収納箱に入れられた複数の単電池（電池モジュール）の間に、各単電池の側面に接触した間隔板を介在させている。この間隔板は、上下方向に通じる通気路を有しており、放熱板として機能する。収納箱は、通気路に連通した複数の吸気口を下部外周に有しているとともに、この吸気口に送風機が設置されている。通気路内の空気が暖まって上昇して上部から排出され、送風機によって内部に取り込まれた外気に入れ替わることで、単電池が冷却される。
【０００４】
特許文献２に記載された電池システムに採用された電池パックは、複数の単電池（電池モジュール）とその下方に配置された冷却ファンとを電池収容ケース内に備えている。この電池パックでは、各単電池に設けられたサーミスタによって温度を定期的に計測しており、設定温度以上になった場合に冷却ファンで隣り合う単電池の間に設けられる隙間に冷却風を下から送り上へ排出し、単電池を冷却している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】実開平２−１３８８５６号公報
【特許文献２】特許第４９１８６１１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
電池パックは重量物であるため、車両に搭載される場合は車両の後部にある荷室の下部など低い位置に配置されることが多い。この車両が後方から追突されて車体の後部が大きく変形すると、これに伴い電池パックも変形される。特に、電池パックを後部に搭載する車両に対して、後方から追突してきた車両がその勢いで潜り込むと、電池パックは下方から突き上げられるように変形することになる。
【０００７】
特許文献１や特許文献２に記載された電池パックでは、電池モジュールを冷却するためのファンを電池モジュールの下に内蔵しているので、後方から追突されたことによって電池パックの下部が変形すると、ファンが上方へ押されて電池モジュールに接触するかもしれない。ファンを構成している部材、特に回転軸や駆動モータの鉄心等は、高い剛性を有しているので、電池モジュールに当たると電池モジュールを損傷させるかもしれない。
【０００８】
そこで、本発明は、電池モジュールの温調機構を備えるとともに、衝突によって下部が変形した場合でも内蔵された電池モジュールの損傷を防止できる電池パックを提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明に係る一実施形態の電池パックは、複数の電池モジュールとトレイとカバーと支持部材とファンとを備える。トレイは、電池モジュールの下方を覆う。カバーは、電池モジュールの上方を覆い、トレイに結合される。支持部材は、トレイの内壁に固定されて電池モジュールを支持する。ファンは、電池モジュールの下面に対面して配置されるベースプレートと、トレイの底壁に向かってベースプレートに立設されたシャフトとを有する。このファンは、トレイ及びカバーで覆われた内部の気体を循環させる。
【００１０】
このとき、電池パックは、ファンによって循環される気体を温調する温調器をさらに備えてもよい。また、複数の電池モジュールは、上段及び下段の少なくとも二段に重ねて配置される。支持部材は、下段の電池モジュールと上段の電池モジュールとの間に設置されて上段の電池モジュールを支持する上段支持部材と、下段の電池モジュールを支持する下段支持部材とを有する。この電池パックは、さらに仕切部材とダクトとを備える。仕切部材は、上段の電池モジュールの上面から下段の電池モジュールの下面までの間に設けられ、トレイ及びカバーで覆われた内部を上室と下室に分ける。ダクトは、仕切部材に形成された貫通孔を介して上室側及び下室側を連通させる。そして、ファンは、下室へ延びたダクトに接続されて、ダクトを介して上室及び下室の気体を循環させる。
【００１１】
また、上段支持部材は、上段の電池モジュールの下面の外周部とトレイの内壁との間を封止することで、仕切部材を兼ねてもよい。また、仕切部材と下段の電池モジュールの上部の外周縁との間を塞ぐシール部材を有する。
【００１２】
また、貫通孔からファンまでの距離は、貫通孔からトレイの底壁の中心までの距離よりも長くする。また、仕切部材と上段の電池モジュールとの間に上室と下室とを連通させるバイパス流路を設け、仕切部材に形成されたダクトが貫通する貫通孔からバイパス流路までの距離を、貫通孔からトレイの底壁の中心までの距離よりも長くすることも好ましい。
【００１３】
また、下段支持部材は、下段の電池モジュールの下面の外周部とトレイの内壁との間を封止することで、仕切部材を兼ねてもよい。上段支持部材が上段の電池モジュールの下端の外周を支持する上段フレームを含むこと、また、下段支持部材が下段の電池モジュールの下端の外周を支持する下段フレームとこの下段フレームをトレイの内壁に固定する下部ブラケットとを含むことも好ましい。この電池パックが車両に搭載される場合には、車両の前側に偏ってファンを配置し、車両の後方に向かうにしたがって上がった傾斜部をトレイの底壁に設けることも好ましい。
【発明の効果】
【００１４】
本発明に係る一実施形態の電池パックによれば、電池モジュールは、トレイ及びカバーで覆われた内部を循環する気体によって冷却される。外から湿気などの水分が入らないので、安定した冷却効果を得ることができ、電池モジュールの運転温度を一定に保ちやすい。またこのときファンは、下段の電池モジュールの下面に対面して配置されるベースプレートと、トレイの下壁に向かってベースプレートの下方に立設されたシャフトとを有している。したがって、この電池パックに対して、トレイが内側に向かって変形するような荷重を下方から受けた場合でも、ファンのシャフトはベースプレートに突き当たるので、電池モジュールの損傷を防止できる。
【００１５】
また、ファンによって循環される気体を温調する温調器がダクトの途中に設けられている発明の電池パックによれば、電池パック内の気体はダクトを介して上室と下室を循環されるとともに、ダクトを通過する気体が電池パックの使用に最適な温度に調整される。温調器としてエバポレータを有する場合には、電池パック内の温まった気体を効率よく冷却できるし、温調器として電熱器を有する場合には、適正温度範囲よりも低い温度の電池モジュールを効率よく温められる。
【００１６】
また、本発明に係る他の形態の電池パックによれば、複数の電池モジュールを上段及び下段の少なくとも二段に重ねて配置し、上段の電池モジュールを支持する上段支持部材及び下段の電池モジュールを支持する下段支持部材を支持部材として有している。この電池パックは、上段の電池モジュールの上面から下段の電池モジュールの下面までの間に、トレイ及びカバーで覆われた電池パックの内部を上室と下室とに分ける仕切部材を有している。そして、仕切部材を貫通して上室と下室とを連通させるダクトを備える。ファンは、下室側に延びたこのダクトの端部に設置され、ダクトを通して上室と下室の気体を循環させる。
【００１７】
上段の電池モジュールを支持する上段支持部材が上段の電池モジュールの下面の外周部とトレイの内壁との間を封止することで仕切部材を兼ねる発明の電池パックによれば、電池パックの内部構造が簡素化される。
【００１８】
仕切部材と下段の電池モジュールの上部の外周縁との間を塞ぐシール部材を備える発明の電池パックによれば、内部の気体の循環効率が向上するので、気体による冷却効率が安定する。
【００１９】
貫通孔からファンまでの距離を、貫通孔からトレイの底壁の中心までの距離よりも長くする発明の電池パックによれば、上段の電池モジュール及び下段の電池モジュールを通過する気体がファンから排出されたのち再びファンへ戻るまでの循環経路の長さの差が、ダクトに近い位置と遠い位置との間で少なくなる。したがって、循環する気体の温度差が小さくなり、個々の電池モジュールの温度差も小さくなる。
【００２０】
また、仕切部材と上段の電池モジュールの間に上室と下室とを連通させるバイパス流路を設け、貫通孔からこのバイパス流路までの距離が、貫通孔からトレイの底壁の中心までの距離よりも長い発明の電池パックによれば、ダクト及び温調器を介して下室から上室へファンによって送られる気体を上段の電池モジュールに通さずに下段の電池モジュールへ供給することができる。上段の電池モジュールを通過して温まった気体が供給される場合に比べて温度の低い気体を下段の電池モジュールに供給できるとともに下段の電池モジュールを通過する気体の流速が上がるので、下段の電池モジュールの冷却効率が向上する。上段の電池モジュールと下段の電池モジュールの温度差が小さくなるので、電池パックの性能が向上する。このとき、貫通孔からバイパス流路までの距離が貫通孔からトレイの底壁の中心までの距離よりも長いので、ダクトから上室に放出された温調された気体がダクトから離れたバイパス流路まで導かれることによって、電池パック内における気体の流れの斑が少なくなり、電池モジュールの温度差も少なくなる。
【００２１】
また、下段の電池モジュールを支持する下段支持部材が下段の電池モジュールの下面に対面して配置されてその外周部とトレイの内壁との間を封止することで仕切部材を兼ねる発明の電池パックによれば、電池パックの内部構造が簡素化されるとともに外周壁に外部から入力される衝撃荷重が下段支持部材に沿って反対側へ伝達されるので、トレイ及びカバーが変形することを抑制できるとともに電池モジュールが損傷することを防止できる。
【００２２】
上段の電池モジュールの下端の外周を支持する上段フレームを上段支持部材が含む発明、または、下段の電池モジュールの下端の外周を支持する下段フレームを下段支持部材が含む発明の電池パックによれば、上段の電池モジュール、または、下段の電池モジュールの重量を均等に分散させることができるとともに支えるための構造上の剛性が高まる。
【００２３】
さらにこの電池パックが車両に搭載される場合に、車両の前側に偏ってファンが配置され、車両の後方に向かうにしたがって上がった傾斜部をトレイの底壁に有する発明の電池パックによれば、後方から他の車両が追突しても電池パックが衝撃荷重を傾斜部の外面に沿って受け流し、真っ直ぐに受け止めることを免れることで衝撃を軽減できる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明に係る第１の実施形態の電池パックの分解斜視図。
【図２】図１中のＦ２−Ｆ２線に沿う電池パックの断面図。
【図３】図２の電池パックの内部の気体の流れを示す断面図。
【図４】図２の電池パックのトレイの底壁が変形した状態の断面図。
【図５】本発明に係る第２の実施形態の電池パックの分解斜視図。
【図６】図５中のＦ６−Ｆ６線に沿う電池パックの断面図。
【図７】本発明に係る第３の実施形態の電池パックの分解斜視図。
【図８】図７の電池パックの内部の気体の流れを示す断面図。
【図９】本発明に係る第４の実施形態の電池パックの断面図。
【図１０】本発明に係る第５の実施形態の電池パックの分解斜視図。
【図１１】図１０中のＦ１１−Ｆ１１線に沿う電池パックの断面図。
【図１２】図１０の電池パックに後方から車両が衝突するときに加わる荷重を模式的に示す断面図。
【図１３】本発明に係る第６の実施形態の電池パックの断面図。
【図１４】本発明に係る第７の実施形態の電池パックが車両の後部に搭載された状態を示し、（Ａ）は車両の前後方向の鉛直面に沿う電池パックの断面図、（Ｂ）は車両の後方から見た電池パックの側面図。
【図１５】図１４の電池パックに後方から他の車両が衝突した状態を模式的に示し、（Ａ）は車両の前後方向の鉛直面に沿う電池パックの断面図、（Ｂ）は車両の後方から見た電池パックの側面図。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
本発明に係る第１の実施形態の電池パック１について、図１から図４を参照して説明する。この電池パック１は、電気自動車やハイブリッド車両等の駆動用電力源として車両に搭載される。図１の分解斜視図に示すように電池パック１は、複数の電池モジュール２と、トレイ１１と、カバー１２と、支持部材と、ファン１６２と、を備える。第１の実施形態において電池パック１は、ファン１６２によって循環される気体を温調する温調器となるエバポレータ１６３のほかに、仕切部材１５とダクト１６１とをさらに備えている。エバポレータ１６３は、ダクト１６１の途中に配置される。また、ダクト１６１とファン１６２とエバポレータ１６３とは、冷却装置１６を構成する。図２は図１中のＦ２−Ｆ２線に沿う電池パック１の断面図を示し、図３は図２において冷却装置１６が作動している場合の気体Ｇの流れを矢印で示している。
【００２６】
複数の電池モジュール２は、複数の電池セルを各々内蔵している。各電池モジュール２は、電池セルと電池セルの間にできる隙間に気体Ｇを流通させるための通気穴２１１，２２１を上面２１及び下面２２に有している。複数の電池モジュール２は、上段及び下段の少なくとも二段に重ねて配置される。図１に示すように本実施形態の電池パック１では、上段及び下段にそれぞれ４個ずつ、合計８個の電池モジュール２を内蔵している。また、電池モジュール２は、それぞれ角部に固定用のボルトを鉛直方向に通す貫通孔２３を有している。
【００２７】
トレイ１１は、図１及び図２に示すように下段の電池モジュール２の下方を覆うように配置され、上部外周に下フランジ１１１を有している。また、図２に示すようにトレイ１１は、下フランジ１１１とほぼ同じ高さで外周壁の外側に取り付けられた外部ブラケット１１２、外周壁の内側に取り付けられた下部ブラケット１１３及び中間ブラケット１１４、底壁の内側に取り付けられた底部ブラケット１１６を有している。それぞれのブラケットは、トレイ１１にスポット溶接されるが、確実な他の方法、例えばＴＩＧ溶接、ＭＩＧ溶接、ＭＡＧ溶接、あるいはろう付けや接着剤で接合されていてもよい。
【００２８】
カバー１２は、図１及び図２に示すように上段の電池モジュール２の上方を覆うように配置され、下フランジ１１１に結合される上フランジ１２１を下部外周に有している。上フランジ１２１は、図２に示すように下フランジ１１１にボルトで結合される。
【００２９】
支持部材は、上段及び下段の少なくとも二段に配置される電池モジュール２をそれぞれ支持できるように下段支持部材１３及び上段支持部材１４を有する。下段支持部材１３は、トレイ１１の外周壁の内側に取り付けられた下部ブラケット１１３と、この下部ブラケット１１３に固定される下段フレーム１３１とで構成される。下段支持部材１３は、トレイ１１の内壁に固定され、下段の電池モジュール２を支持する。具体的には、下段フレーム１３１は、下段に配置される電池モジュール２の下端の外周を全体的に囲う四角い枠に形成されており、各電池モジュール２の下端を支持する。
【００３０】
下段フレーム１３１は、鉛直方向に横切る断面においてＬ字形に形成されており、載置された電池モジュール２の貫通孔２３に対応する位置の底辺にボルト穴を有し、その底辺の下面にナットが取り付けられている。ボルト穴にナットを取り付ける代わりに、ネジ孔を直接形成してもよい。下段の電池モジュール２は、貫通孔２３に通されたボルトがナットに締結されることによって、下段フレーム１３１に固定される。
【００３１】
上段支持部材１４は、図１及び図２に示すようにトレイ１１の外周壁の内側に取り付けられた中間ブラケット１１４と、この中間ブラケット１１４に固定される隔壁１４５とで構成される。この上段支持部材１４は、上段の電池モジュール２と下段の電池モジュール２との間に配置されて上段の電池モジュール２を支持する。
【００３２】
隔壁１４５は、上段の電池モジュール２の下面２２に開口した通気穴２２１に対応する範囲が少なくとも開口するように、本実施形態では、上段の電池モジュール２の下端の外周を全体的に囲う範囲よりも内側が一続きの開口部１４６となっている。上段の電池モジュール２の通気穴２１１，２２１を通る気体Ｇの流量が確保される開口面積を有していれば、開口部１４６は、一続きでなくてもよく、例えば、対辺どうしを繋ぐように梁を有していてもよい。
【００３３】
この隔壁１４５は、上段の電池モジュール２の上面２１から下段の電池モジュール２の下面２２までの間、本実施形態では、開口部１４６の縁が上段の電池モジュール２の下面２２の高さに位置しており、上段の電池モジュール２の下面２２の外周部とトレイ１１の外周壁の内側との間を封止することで、トレイ１１及びカバー１２で覆われた内部を上室Ａと下室Ｂに分けている。つまり、隔壁１４５は、仕切部材１５の機能を有しており、したがって、上段支持部材１４は、仕切部材１５を兼ねている。
【００３４】
このとき、仕切部材１５として、上室Ａと下室Ｂとの間の上段支持部材１４による密封性を高めるために、図１及び図２に示すように、第１のシール部材１５１及び第２のシール部材１５２をさらに備える。第１のシール部材１５１は、隔壁１４５の開口部１４６の縁と下段の電池モジュール２の上面２１の外周部の間に挟まれている。第２のシール部材１５２は、トレイ１１の外周壁の内面と隔壁１４５の外周縁との間に設置される。
【００３５】
また、隔壁１４５は、上段の電池モジュール２の貫通孔２３に対応する位置、すなわち開口部１４６の縁にボルト穴を有し、その縁の下面にナットが取り付けられている。ボルト穴にナットを取り付ける代わりに、ネジ孔を直接形成してもよい。上段の電池モジュール２は、貫通孔２３に通されたボルトがナットに締結されることによって、隔壁１４５に固定される。
【００３６】
ダクト１６１は、仕切部材１５として機能する上段支持部材１４の隔壁１４５を貫通して上室Ａ側及び下室Ｂ側を連通させる。本実施形態の場合、図１及び図２に示すように、上段の電池モジュール２及び下段の電池モジュール２が配置された部分とトレイ１１及びカバー１２の外周壁までの間に隔壁１４５に挿入孔１４７が設けられ、ダクト１６１はこの挿入孔１４７に差し込まれる。ダクト１６１と挿入孔１４７との間の隙間は、塞ぎ板やガスケット等で塞がれる。また、下段フレーム１３１は、ダクト１６１に干渉する範囲を切り欠かれ、ダクト１６１を固定するための固定金具などが取り付けられる。
【００３７】
ファン１６２は、図２に示すように、下室Ｂの中央へ延びたダクト１６１の端部に設置され、上段の電池モジュール２及び下段の電池モジュール２とダクト１６１とを通して上室Ａと下室Ｂの気体Ｇを循環させる。この実施形態において、ファン１６２は、トレイ１１の隔壁と下段支持部材１３との間で回転軸Ｓをトレイ１１の底壁に垂直に配置した遠心ファンである。ファン１６２は、吸入口１６２ａを下方へ向けて、トレイ１１の底部ブラケット１１６に固定される。このファン１６２は、下段の電池モジュール２の下面２２に対面するように配置されるベースプレート１６２ｂと、トレイ１１の底壁に向かってベースプレート１６２ｂの下方へ立設されたシャフト１６２ｃとを有する。本実施形態においてベースプレート１６２ｂは下段の電池モジュール２の下面に平行に配置され、シャフト１６２ｃはベースプレート１６２ｂに対して垂直に配置される。
【００３８】
エバポレータ１６３は、図２に示すように、ダクト１６１の途中に配置され、ダクト１６１を流通する気体Ｇを冷却する。このエバポレータ１６３は、電池パック１が搭載される車両の空調機器と冷媒を共有しており、電池パック１の外へ冷媒を循環させる配管が延びている。空調機器の冷媒を流用せずに独立した冷媒サイクルを構成してもよい。
【００３９】
ダクト１６１とファン１６２とエバポレータ１６３とを含む冷却装置１６は、電池パック１のトレイ１１とカバー１２によって囲われた内部の気体Ｇを循環させることによって、電池モジュール２の温度を予め設定された温度以上にならないように制御される。
【００４０】
以上のように構成された電池パック１は、外部ブラケット１１２、下部ブラケット１１３、中間ブラケット１１４、および底部ブラケット１１６が取り付けられたトレイ１１に対して、最下部に設置される冷却装置１６（エバポレータ１６３、ダクト１６１、ファン１６２）から順番に組み込まれる。冷却装置１６を底壁の底部ブラケット１１６に固定した後、下段支持部材１３の下段フレーム１３１を下部ブラケット１１３に固定し、その上に下段の電池モジュール２を乗せてボルトで固定する。下段の電池モジュール２の上面２１に第１のシール部材１５１を装着し、仕切部材１５を兼ねる上段支持部材１４の隔壁１４５をその上から乗せて中間ブラケット１１４に固定する。第２のシール部材１５２を隔壁１４５の外周に装着し、下段の電池モジュール２の上方に上段の電池モジュール２を並べて隔壁１４５にボルトで固定する。最後にカバー１２を被せて上フランジ１２１を下フランジ１１１に結合することで、電池パック１が構成される。
【００４１】
カバー１２を被せる際、電池パック１の内部に封入される気体Ｇとして、空気を封入してもよいし、窒素、二酸化炭素、アルゴンなどを封入してもよい。また、電池パック１の内部に湿気が侵入しないように、一年中を通して大気圧よりも高い内圧を維持できるように加圧気味に気体Ｇを封入してもよい。あるいは、エバポレータ１６３に発生する凝結水を排出するため、電池パック１に排出口とワンウェイバルブを設けて電池パック１内の水分量を下げてもよい。
【００４２】
電池モジュール２は、少なくとも１つの、本実施形態の場合は内蔵する電池セルの一つ一つに対応する数の、温度計測センサを有している。各温度計測センサは、電池パック１を制御するＥＣＵ又は車両のＥＣＵに接続されている。ＥＣＵは、電池パック１が充電されるまたは放電させる間に、電池モジュール２（または電池セル）の温度が所定の温度以上に上昇したことをいずれかの温度計測センサで検知すると、冷却装置１６を起動させて気体Ｇを循環させる、または、冷却装置１６の出力を上げることによって循環される気体Ｇの流量を増加させ、電池モジュール２の温度を設定された値よりも低くなるように管理する。
【００４３】
冷却装置１６のファン１６２が駆動されると、図３に示すように吸入口１６２ａから下室Ｂの気体Ｇを吸い込み、ダクト１６１へ吐出する。ダクト１６１に途中に設けられたエバポレータ１６３を通過するときに、気体Ｇは冷却される。冷却された気体Ｇは、さらにダクト１６１を通って、上室Ａへ送られる。上室Ａに配置されている上段の電池モジュール２の上面２１の通気穴２１１から中に流れ込んで下面２２の通気穴２２１から排出されるように気体Ｇが通り抜けることによって、上段の電池モジュール２が冷却される。上段の電池モジュール２を通り抜けた気体Ｇは、さらに仕切部材１５である隔壁１４５の開口部１４６を通り、下段の電池モジュール２へ供給される。気体Ｇは、上面２１の通気穴２１１から下面２２の通気穴２２１へ下段の電池モジュール２を通り抜けることで、下段の電池モジュール２に内蔵された電池セルを冷却し、下室Ｂへ流れ出る。温まった気体Ｇは、再びファン１６２によって循環される。
【００４４】
この電池パック１によれば、仕切部材１５となる隔壁１４５が上室Ａと下室Ｂとを分けており、下室Ｂに配置されたファン１６２の吐出側に接続されたダクト１６１がこの隔壁１４５を貫通して上室Ａへ気体Ｇを供給する。したがって、気体Ｇは、上段の電池モジュール２及び下段の電池モジュール２を通って上室Ａと下室Ｂとを確実に循環するので、電池パック１を効率よく冷却することができる。
【００４５】
また、この電池パック１は、図２に示すように、遠心ファンであるファン１６２の吸入口１６２ａをトレイ１１の底壁に向けているので、ファン１６２の直上の下段の電池モジュール２から排出される気体Ｇを優先的に吸い込むことなく、下室Ｂに排出された気体Ｇをほぼ均質に吸い込むことで、気体Ｇの循環の斑を少なくすることができる。気体Ｇが斑なく循環されることで、電池モジュール２の温度差が減り、電池パック１の性能が向上する。
【００４６】
さらに、この電池パック１が車両の後部に搭載される場合、後方から他の車両が衝突することも想定されなければならない。特に、車体の前部が低い車両が後方から衝突すると、電池パック１を搭載した車体の後部に衝突してきた車両が潜り込むことも予想される。本実施形態の電池パック１は、ファン１６２の吸入口１６２ａが下方に向けられており、ファン１６２のシャフト１６２ｃに対してベースプレート１６２ｂのほうが上に位置している。つまり、シャフト１６２ｃと下段の電池モジュール２の下面２２との間に、ベースプレート１６２ｂが配置されている。したがって、後方から衝突してきた車両が車体の後部に潜り込み、電池パック１を下方から突き上げるように電池パック１に衝突荷重が加わっても、下段の電池モジュール２はベースプレート１６２ｂによって保護され、ファン１６２のシャフト１６２ｃが電池モジュール２を損傷させることはない。
【００４７】
以下に第２から第７の実施形態の電池パック１について、各々図面を参照して説明する。各実施形態において、第１の実施形態の電池パック１と同じ機能を有する構成は、各実施形態中において同じ符号を付し、詳細な説明は第１の実施形態の対応する記載を参酌することとする。
【００４８】
本発明に係る第２の実施形態の電池パック１について、図５及び図６を参照して説明する。図５は電池パック１の分解斜視図であり、図５は組み立てられた電池パック１の断面図である。本実施形態の電池パック１は、上段支持部材１４として上段フレーム１４１をさらに備えている。上段フレーム１４１は、図５に示すように下段フレーム１３１と同じく、上段に配置される電池モジュール２の下端の外周を全体的に囲う四角い枠に形成されており、各辺が鉛直方向に横切る断面において、Ｌ字形である。
【００４９】
上段フレーム１４１は、図５に示すように隔壁１４５の開口部１４６に接合されることによって、上段支持部材１４の強度を高める。上段フレーム１４１は、上段の電池モジュール２の貫通孔２３に対応する位置の底辺に隔壁１４５の開口部１４６の縁も貫通するボルト穴を有しており、隔壁１４５の開口部１４６の下面にナットが取り付けられる。ナットを取り付ける代わりに、ボルト穴を上段フレーム１４１の底辺及び隔壁１４５の開口部１４６の縁に直接ネジ穴を設けてもよい。第２の実施形態の電池パック１は、上段フレーム１４１を備えることによって、上段支持部材１４の強度と剛性がまし、上段の電池モジュール２をしっかりと固定することができる。上記以外の構成は第１の実施形態と同じである。
【００５０】
本発明に係る第３の実施形態の電池パック１について、図７及び図８を参照して説明する。図７は電池パック１の分解斜視図であり、図８は組み立てられた電池パック１の断面図に気体Ｇの流れを矢印で示している。本実施形態の電池パック１は、仕切部材１５を兼ねる上段支持部材１４の隔壁１４５の開口部１４６の縁の形状が第１及び第２の実施形態の電池パック１と異なっている。
【００５１】
電池パック１の隔壁１４５は、隔壁１４５の開口部１４６の縁にバイパス流路１４８を少なくとも１つ、第３の実施形態では図７に示すように１０か所に有している。各バイパス流路１４８は、仕切部材１５となる上段支持部材１４の隔壁１４５と上段の電池モジュール２との間に設けられ、上室Ａと下室Ｂとを連通させる。つまりバイパス流路１４８は、図８に示すように、上段の電池モジュール２と下段の電池モジュール２の間の空隙に上室Ａを連通させる。また、ダクト１６１が貫通するために仕切部材１５である上段支持部材１４の隔壁１４５に形成された挿入孔１４７からバイパス流路１４８までの距離が、挿入孔１４７からトレイ１１の底壁の中心までの距離よりも長くなるように、少なくとも１つのバイパス流路１４８を配置する。
【００５２】
そして、本実施形態ではバイパス流路１４８が複数設けられているので、少なくとも１つのバイパス流路１４８は、図７に示すようにダクト１６１を貫通させるために仕切部材１５となる隔壁１４５に設けた挿入孔（貫通孔）１４７の位置から遠い位置に多く配置される。具体的には、すなわち、複数のバイパス流路１４８は、開口部１４６の縁に等配に設けられるのではなく、ダクト１６１から遠い位置に偏って配置される。バイパス流路１４８の数を増やす代わりにバイパス流路１４８の開口面積が大きくなるようにしてもよい。上記以外の構成は、第１及び第２の実施形態の電池パック１と同じである。
【００５３】
以上のように構成された第３の実施形態の電池パック１によれば、図８に示すようにバイパス流路１４８を通って上室Ａの気体Ｇの一部が、上段の電池モジュール２を通らずに、上段の電池モジュール２及び下段の電池モジュール２の間の空隙に流入する。下段の電池モジュール２に供給される気体Ｇの一部にバイパス流路１４８を介して上室Ａから直接流入する気体Ｇが混ざることによって、低い温度の気体Ｇを下段の電池モジュール２に提供できる。上段の電池モジュール２を通過して温まった気体Ｇのみが供給される場合に比べて、温度の低い気体Ｇを下段の電池モジュール２に供給できるとともに、下段の電池モジュール２を通過する気体Ｇの流速が上がるので、下段の電池モジュール２の冷却効率が向上する。そして、上段の電池モジュール２と下段の電池モジュール２との温度差が小さくなるので、電池パック１の性能が向上する。また、ダクト１６１が貫通している仕切部材１５となる上段支持部材１４の挿入孔（貫通孔）１４７から少なくとも１つのバイパス流路１４８までの距離が、挿入孔１４７からトレイ１１の底壁の中心までの距離よりも長い、すなわちダクト１６１に対してトレイ１１の底壁の中心よりも遠い位置に少なくとも１つのバイパス流路１４８が偏って配置されているので、電池パック１の内部における温度分布の偏りが小さくなり、電池パック１の性能が安定する。
【００５４】
本発明に係る第４の実施形態の電池パック１について、図９を参照して説明する。図９に示す電池パック１では、仕切部材１５を兼ねる上段支持部材１４の隔壁１４５にダクト１６１を通すために設けられた挿入孔（貫通孔）１４７の位置からファン１６２までの距離が、挿入孔１４７からトレイ１１の底壁の中心までの距離よりも長くなるようにファン１６２が配置されている。したがって、ファン１６２の吸入口１６２ａは、挿入孔１４７に対してトレイ１１の底壁の中心の位置よりも遠い位置に配置される。上段の電池モジュール２及び下段の電池モジュール２を通過する気体Ｇがファン１６２から排出されたのち再びファン１６２へ戻ってくるまでの循環経路の長さにおいて、ダクト１６１に近い位置と遠い位置とで差が少なくなるので、循環する気体Ｇの温度差が小さくなり、個々の電池モジュール２の温度差も小さくなる。
【００５５】
本発明に係る第５の実施形態の電池パック１について、図１０から図１２を参照して説明する。図１０は電池パック１の分解斜視図であり、図１１は組み立てられた電池パック１の断面図である。図１２はこの電池パック１が車両１００の後部に搭載された状態で、後方から他の車両２００に追突された場合の衝撃荷重の伝達を模式的に示す。
【００５６】
電池パック１は、図１０及び図１１に示すように、上段及び下段の電池モジュール２、トレイ１１、カバー１２、支持部材（下段支持部材１３及び上段支持部材１４）、冷却装置１６（ダクト１６１、ファン１６２、エバポレータ１６３）、を備える。第５の実施形態において、上段支持部材１４は、中間ブラケット１１４と隔壁１４５と上段フレーム１４１とで構成される。この上段支持部材１４は、上段の電池モジュール２とトレイ１１の上端部との間を密封するように設けられ、第１の仕切部材１５Ａを兼ねる。また、下段支持部材１３は、荷重伝達隔壁１３５と下段フレーム１３１とを含む。この下段支持部材１３は、下段の電池モジュール２とトレイ１１の外周壁との間を密封するように設けられ、第２の仕切部材１５Ｂを兼ねる。
【００５７】
このように、第５の実施形態の電池パック１では、上段支持部材１４が第１の仕切部材１５Ａとして、下段支持部材１３が第２の仕切部材１５Ｂとして、それぞれ内装されることによって、トレイ１１及びカバー１２で囲われた内部は、上段支持部材１４より上の上室Ａ、下段支持部材１３よりも下の下室Ｂ、及び上段支持部材１４と下段支持部材１３との間の中間室Ｃに区画されることとなる。
【００５８】
また、第５の実施形態ではこの荷重伝達隔壁１３５は、下段の電池モジュール２の下面２２に沿って平坦に配置されており、下段の電池モジュール２を気体Ｇが通過するようにこの電池モジュール２の下面２２に開口した通気穴２２１に対応する範囲が少なくとも開口するように、本実施形態では下段の電池モジュール２の下端の外周を全体的に囲う範囲よりも内側の部分が、一続きの開口部１３６となっている。荷重伝達隔壁１３５は、外周部に上方へ折り曲げられたリム部１３５ａを有しており、このリム部１３５ａは、トレイ１１の外周壁の内面に溶接される。荷重伝達隔壁１３５がトレイ１１に直接固定されるので、下段支持部材１３は下部ブラケット１１３を含まなくてもよい。
【００５９】
下段フレーム１３１は、荷重伝達隔壁１３５の開口部１３６の縁に溶接される。これによって、開口部１３６が補強される。荷重伝達隔壁１３５は、ダクト１６１が貫通する挿入孔１３７を有している。第５の実施形態において、荷重伝達隔壁１３５は、開口部１３６及び挿入孔１３７以外の範囲が塞がっているので、上段の電池モジュール２の上面２１から下段の電池モジュール２の下面２２までの間に設置されてトレイ１１及びカバー１２で覆われた内部において上室Ａと下室Ｂとに分ける（この場合は、上段支持部材１４（第１の仕切部材１５Ａによって上室Ａが区画されるので、中間室Ｃと下室Ｂとに分ける）第２の仕切部材１５Ｂとしての高い密封機能を有する。荷重伝達隔壁１３５が第２の仕切部材１５Ｂとして機能することによって、密封性が担保されるので、第１の仕切部材１５Ａとなる上段支持部材１４に高い密封性を確保しなくてもよくなる。したがって、下段の電池モジュール２と上段支持部材１４の隔壁１４５の間に第１のシール部材１５１を設けなくてもよい。また、隔壁１４５の外周とトレイ１１の外周壁の内面との間に第２のシール部材１５２を設けなくてもよい。また、隔壁１４５の開口部１４６の縁に、第３の実施形態と同様の効果を奏するバイパス流路を設けてもよい。
【００６０】
以上のように構成された第５の実施形態の電池パック１において、トレイ１１に荷重伝達隔壁１３５、中間ブラケット１１４、底部ブラケット１１６及び下段フレーム１３１をスポット溶接などで接合した後、冷却装置１６（エバポレータ１６３、ダクト１６１、ファン１６２）を組み込む。下段フレーム１３１を荷重伝達隔壁１３５にスポット溶接などにより接合した後で荷重伝達隔壁１３５をトレイ１１に溶接してもよいし、荷重伝達隔壁１３５をトレイ１１に溶接した後で、下段フレーム１３１を荷重伝達隔壁１３５に接合してもよい。下段支持部材１３の下段フレーム１３１に下段の電池モジュール２を載置し、貫通孔２３にボルトを通して固定する。上段支持部材１４として上段フレーム１４１が接合された隔壁１４５を中間ブラケット１１４に固定する。上段支持部材１４の上段フレーム１４１に上段の電池モジュール２を乗せて、貫通孔２３にボルトを通して固定する。最後にカバー１２を被せて上フランジ１２１を下フランジ１１１にボルトで締結する。
【００６１】
気体Ｇは、下室Ｂにおいてファン１６２の吸入口１６２ａから吸い込まれると、ダクト１６１を介して上室Ａに供給される。上室Ａの気体Ｇは、上段の電池モジュール２及び下段の電池モジュール２を通過し、下室Ｂへ流出する。そして気体Ｇは、再びファン１６２で回収され、電池パック１の内部を循環される。
【００６２】
第５の実施形態の電池パック１は、第２から第４の実施形態の電池パック１と同様に仕切部材となる上段支持部材１４の隔壁１４５を第１の仕切部材１５Ａとして備えているので、電池パック１の内部の気体Ｇが効率よく循環され、上段の電池モジュール２及び下段の電池モジュール２を効率よく冷却することができる。
【００６３】
さらに本実施形態において、電池パック１は、仕切部材となる下段支持部材１３の荷重伝達隔壁１３５を第２の仕切部材１５Ｂとして備えている。図１２に示すように、この電池パック１が車両１００の後部に搭載されている状態で後方から他の車両２００に追突され、電池パック１に衝撃荷重が加わった場合、衝撃荷重は、荷重伝達隔壁１３５に沿って反対側すなわちトレイ１１の前側の外周壁へ伝達される。後方から入力された衝撃荷重が荷重伝達隔壁１３５に沿って前側へ伝わるので、衝突荷重を受けた部分のトレイ１１が局部的に変形することを防止できる。トレイ１１の変形が抑制されるので、電池パック１に内蔵された電池モジュール２は損傷を免れる。
【００６４】
本発明に係る第６の実施形態の電池パック１について、図１３を参照して説明する。この電池パック１は、第３の実施形態の電池パック１のようにファン１６２によって上室Ａに供給される冷たい気体Ｇの一部を上段の電池モジュール２を介さずに下段の電池モジュール２に直接供給するために、隔壁１４５にバイパス流路１４８を備えている。このバイパス流路１４８は、第１の仕切部材１５Ａである隔壁１４５と第２の仕切部材１５Ｂである荷重伝達隔壁１３５との間に作られる中間室Ｃに上室Ａを連通させる孔であり、ダクト１６１を通すために上段支持部材１４に設けられた挿入孔（貫通孔）１４７の位置からバイパス流路１４８までの距離は、挿入孔１４７の位置からトレイ１１の底壁の中心までの距離よりも長い。つまり、ダクト１６１に対してバイパス流路１４８は、トレイ１１の底部の中心よりも遠い位置、本実施形態では、上段の電池モジュール２を間に挟んで反対側に配置されている。
【００６５】
このバイパス流路１４８は、第３の実施形態と同様に、複数設けられていてもよい。その場合、ダクト１６１から遠い位置に偏って配置されると、上段の電池モジュール２から中間室Ｃに排出される気体Ｇにバイパス流路１４８を介して中間室Ｃに流入する気体Ｇが混合されたときに、温度分布に斑を生じにくい。上段の電池モジュール２を介して供給される気体Ｇよりも低い温度の気体Ｇを下段の電池モジュール２に中間室Ｃを介して供給できるようになるとともに、下段の電池モジュール２に供給される気体Ｇの流量が増すため、下段の電池モジュール２の冷却効率が向上する。その結果、上段の電池モジュール２と下段の電池モジュール２の温度差を小さくすることができ、電池パック１の性能が安定する。
【００６６】
なお、下段の電池モジュール２に冷たい気体Ｇを直接供給するために、バイパス流路１４８を設ける代わりに、荷重伝達隔壁１３５と隔壁１４５の間の中間室Ｃを通過するダクト１６１に分岐孔を設け、中間室Ｃに気体Ｇを供給してもよい。分岐孔の大きさ及び形状は、上段の電池モジュール２へ供給されるべき気体Ｇの流量を考慮される。
【００６７】
本発明に係る第７の実施形態の電池パック１について、図１４及び図１５を参照して説明する。図１４に示す電池パック１は、車両１００の後部に搭載されている。図１４（Ａ）は、電池パック１が搭載された車両１００の後方から他の車両２００が追突によって後部バンパーを越えて侵入し、電池パック１に接触する直前の状態を示している。図１４（Ｂ）は、図１４（Ａ）の電池パック１を後方から見た状態を示す。
【００６８】
第７の実施形態において、図１４（Ａ）に示すように電池パック１が車両１００に搭載された状態で冷却装置１６のファン１６２は、前方に偏って配置されている。また、トレイ１１は、後部に向かうにしたがってファン１６２よりも後方の部分が上がった傾斜部１１７を底壁に有している。この電池パック１は、図１４（Ｂ）のようにトレイ１１の左右の側部に取り付けられた外部ブラケット１１２によって車両１００のサイドメンバ１０１に固定されている。また、電池パック１の上方を車両１００のフロアパン１０２が隙間を有して覆っている。
【００６９】
以上のように構成された電池パック１に対して後方から他の車両２００が追突した状態を図１５に示す。図１５（Ａ）は、図１４（Ａ）の状態から更に後方の車両２００が侵入した状態を示す。図１５（Ｂ）は、図１５（Ａ）の電池パック１を後方から見た状態を示す。図１５（Ａ）に示すように第７の実施形態の電池パック１は、傾斜部１１７を有しているので、後方から侵入してきた他の車両２００を下方へ逸らし、車両２００が直撃することを免れる。このとき、図１５（Ａ）に示すようにトレイ１１の少し変形するものの外部ブラケット１１２が主に変形し、電池パック１は、相対的に上方へ変位する。電池パック１の上方には車両１００のフロアパン１０２があるので、図１５（Ｂ）に示すように電池パック１のカバー１２がフロアパン１０２に接すると、外部ブラケット１１２の変形が減少し、その後止まる。このように電池パック１は、傾斜部１１７を有していることによって、電池パック１に加わる衝撃をいなし、内部の電池モジュール２に損傷を受けることを防止する。
【００７０】
また、第７の実施形態の電池パック１における冷却装置１６は、第１から第６の実施形態の電池パック１の冷却装置１６と同様に、ファン１６２の吸入口１６２ａが下方に向けられた遠心ファンであり、下段の電池モジュール２の下面２２とシャフト１６２ｃとの間にベースプレート１６２ｂを有している。したがって、後方から衝突されてトレイ１１の底壁が上方へ変形しても、ファン１６２のシャフト１６２ｃが下段の電池モジュール２に当たらない。
【００７１】
以上、本発明の電池パック１について第１から第７の実施形態を示したが、例として提示したものであり、これらの実施形態に限定されることを意図していない。これらの実施形態は、発明の趣旨を逸脱しない範囲で変更が可能である。例えば、第１から第７の実施形態の電池パック１の各構成要素を互いに組み替えたり他の実施形態に追加したりして実施することも可能である。これらの実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【００７２】
また、第１から第７の実施形態において、温調器としてエバポレータ１６３を採用しているが、温調器は、エバポレータ１６３の代わりに電熱器であってもよいし、エバポレータ１６３及び電熱器の両方を備えていてもよい。電熱器を備えることで、寒冷地などにおいて電池パック１の温度が適正温度範囲よりも低い場合に加温することができる。また、エバポレータ１６３を備えていない場合でも、電池モジュール２の熱は、電池パック１内部の気体を循環させることによって、トレイ１１及びカバー１２の外表面から外を流れる空気へ熱伝達され、放熱される。
【符号の説明】
【００７３】
１…電池パック、２…電池モジュール、１１…トレイ、１１１…下フランジ、１１３…下部ブラケット（下段支持部材）、１１４…中間ブラケット（上段支持部材）、１１７…傾斜部、１２…カバー、１２１…上フランジ、１３…下段支持部材、１３１…下段フレーム、１３５…荷重伝達隔壁、１４…上段支持部材、１４１…上段フレーム、１４５…隔壁、１４８…バイパス流路、１５…仕切部材、１５１…第１のシール部材、１５２…第２のシール部材、１６１…ダクト、１６２…ファン、１６３…エバポレータ（温調器）、Ａ…上室、Ｂ…下室、Ｇ…気体、Ｓ…回転軸。
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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