(57)【要約】【課題】より効率的に冷却可能な電池パックを提供する。【解決手段】電池パック１０の筐体の内部には、セル２２を積層した電池モジュール１２、冷媒を電池モジュール１２に導く吸気チャンバ１６、電池モジュール１２から排出された冷媒を筐体外部に導く排気チャンバ１８、電池モジュール１２の駆動に関わる電子部品を収容した機器ボックスなどが収容される。排気チャンバ１８の外側面には、セル２２の上面から突出する端子２４周辺空気および機器ボックス周辺空気の排気チャンバ１８内への流入を許容する通気部として、複数の貫通孔３２が形成されている。【選択図】図３
2008311016.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
筐体内部に、複数のセルを積層した電池モジュールを収容した電池パックであって、
電池モジュールの一側面に沿って配置され、筐体外部から供給される冷媒を電池モジュールに導く吸気チャンバと、
電池モジュールを挟んで吸気ダクトの反対側に配置され、電池モジュールから排出された冷媒を筐体外部に導く排気チャンバと、
を備え、
前記吸気チャンバおよび排気チャンバの少なくとも一方は、少なくとも電池モジュール表面から突出する端子の周辺空気のチャンバ内への流入出を許容する通気部を備えることを特徴とする電池パック。
【請求項２】
請求項１に記載の電池パックであって、
吸気チャンバに連通して設置された吐出型ファンにより、冷媒が吸気チャンバ内に送り込まれる場合、
前記通気部は、吸気チャンバに形成されることを特徴とする電池パック。
【請求項３】
請求項１または２に記載の電池パックであって、
排気チャンバに連通して設置された吸込型ファンにより、冷媒が排気チャンバから筐体外部に吸い出される場合、
前記通気部は、排気チャンバに形成されることを特徴とする電池パック。
【請求項４】
請求項１から３のいずれか１項に記載の電池パックであって、
前記通気部は、チャンバの外側面のうち端子近傍位置に形成された貫通孔を含むことを特徴とする電池パック。
【請求項５】
請求項４に記載の電池パックであって、さらに、
電池モジュールとともに筐体に収容され、電池モジュールの駆動制御に関わる複数の電子部品を備え、
前記通気部は、さらに、チャンバの外側面のうち前記複数の電子部品近傍位置に形成された貫通孔を含むことを特徴とする電池パック。
【請求項６】
請求項１から５のいずれか１項に記載の電池パックであって、
前記通気部は、チャンバと電池モジュール側面との間に形成された間隙を含むことを特徴とする電池パック。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、筐体内部に、複数のセルを積層した電池モジュールを収容した電池パックに係り、特に、筐体に収容された電池モジュールの冷却に関する。
【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、他の駆動源と電動機とを併用するハイブリッド電気自動車が実用化されている。このような車両においては、電動機に電気エネルギーを供給するための電池が搭載されている。搭載される電池としては、例えば、繰り返し放充電が可能なニッケルカドミウム電池、ニッケル水素電池またはリチウムイオン電池等の二次電池が用いられる。
【０００３】
通常、二次電池は、電池セルを積層した電池モジュールとして構成される。そして、この電池モジュールとその他の構成部品（監視ユニットや駆動制御用の電子部品など）を一つの筐体に収容したものを電池パックと呼んでいる。ここで、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。そして、この温度上昇に伴い電池モジュールが高温になると、その発熱効率が低下するため、従来から、電池モジュールを冷却するための構造が多数提案されている。
【０００４】
【特許文献１】特開２００５−９４９２８号公報
【特許文献２】特開２００５−７１６７４号公報
【特許文献３】特開２００６−２９４３３６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
例えば、特許文献１，２には、筐体内部、換言すれば、電池モジュールの周囲に冷媒を送り込むことで、電池モジュールの冷却を図る構造が開示されている。ただし、この特許文献１，２では、電池モジュールの内部には冷媒を送り込んでいないため、電池モジュール内部を効率的に冷却することは困難であった。
【０００６】
一方、特許文献３には、電池モジュールの各セル間の冷媒通路に冷媒を送り込むことで電池モジュールの冷却を図る構造が開示されている。かかる構成によれば、電池モジュールの内部を効率的に冷却することができる。ただし、特許文献３では、電池モジュールから突出する端子や、電池モジュールとともに筐体に収容される構成部品の冷却については考慮されていない。その結果、端子や他の構成部品の周囲に熱気が溜まり、当該熱気が電池モジュールの周囲に回り込むことで電池の雰囲気温度が上昇しやすかった。そして、雰囲気温度の上昇により、電池の冷却効率が低下するという問題があった。つまり、これら従来技術では、電池パックを効率的に冷却することは困難であった。
【０００７】
そこで、本発明では、より効率的な冷却が可能な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】
【０００８】
本発明の電池パックは、筐体内部に、複数のセルを積層した電池モジュールを収容した電池パックであって、電池モジュールの一側面に沿って配置され、筐体外部から供給される冷媒を電池モジュールに導く吸気チャンバと、電池モジュールを挟んで吸気ダクトの反対側に配置され、電池モジュールから排出された冷媒を筐体外部に導く排気チャンバと、を備え、前記吸気チャンバおよび排気チャンバの少なくとも一方は、少なくとも電池モジュール表面から突出する端子の周辺空気のチャンバ内への流入出を許容する通気部を備えることを特徴とする。
【０００９】
上記電池パックにおいて、吸気チャンバの前方に設置された吐出型ファンにより、冷媒が吸気チャンバ内に送り込まれる場合、前記通気部は、吸気チャンバに形成されることが望ましい。また、上記電池パックにおいて、排気チャンバの前方に設置された吸込型ファンにより、冷媒が排気チャンバから筐体外部に吸い出される場合、前記通気部は、排気チャンバに形成されることが望ましい。
【００１０】
他の好適な態様では、前記通気部は、チャンバの外側面のうち端子近傍位置に形成された貫通孔を含む。この場合、さらに、電池パックは、電池モジュールとともに筐体に収容され、電池モジュールの駆動制御に関わる複数の電子部品を備え、前記通気部は、さらに、チャンバの外側面のうち前記複数の電子部品近傍位置に形成された貫通孔を含むことが望ましい。
【００１１】
他の好適な態様では、前記通気部は、チャンバと電池モジュール側面との間に形成された間隙を含む。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、前記吸気チャンバおよび排気チャンバの少なくとも一方は、少なくとも電池モジュール表面から突出する端子の周辺空気のチャンバ内への流入出を許容する通気部を備えるため、端子等の周辺における熱気の滞留が防止される。そして、その結果、電池モジュールの雰囲気温度の上昇が抑えられ、より効率的な冷却が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。図１は、本発明の実施形態である電池パック１０の概略斜視図であり、図２は、電池モジュール１２周辺の分解斜視図である。また、図３は、電池モジュール１２にチャンバ１６，１８を組み付けた際の概略斜視図であり、図４は、電池モジュールの概略断面図である。この図３，４において、太線で示した矢印は、空気の流れを示している。
【００１４】
電池パック１０の筐体１４の内部には、多数のセル２２を積層して構成される電池モジュール１２、当該電池モジュール１２に冷媒を導く吸気チャンバ１６、電池モジュール１２から排出された冷媒を外部に導く排気チャンバ１８、および、電池モジュール１２の駆動制御に関わる各種電子部品を収容した機器ボックス２０が収容される。
【００１５】
電池モジュール１２は、多数のセル２２を積層したものの両端を樹脂からなるエンドプレート２８で挟持して構成される。各セル２２の上面からは端子２４が突出形成されており、この端子２４は導電性材料からなるバスバー（図示せず）で隣接する他の端子２４に電気的に接続される。この電池モジュール１２に燃料ガスおよび酸素ガスが供給されて電気化学反応が生じることで電力が生成される。この電力生成の過程で、各セル２２は熱を発生し、この熱により電池モジュール１２の温度が上昇する。電池モジュール１２の温度が過度に上昇すると、電力生成の効率が低下するという問題がある。この問題を解決するために、各セル２２の間に形成された冷媒路２６に冷媒（車両内の空気など）を供給するようになっている。冷媒路２６は、セル２２の間に形成されており、その入口および出口が、電池モジュール１２の側面に露出している。
【００１６】
電池モジュール１２の両側には、この冷媒路２６に冷媒を導くための吸気チャンバ１６、および、冷媒路２６から排出される冷媒（電池モジュール１２との熱交換により熱を帯びた排気）を外部に導く排気チャンバ１８が配されている。吸気チャンバ１６は、電池モジュール１２の一側面、具体的には、電池モジュール１２のうち冷媒路２６の入口が露出形成された面に沿って配置される略管体である。この吸気チャンバ１６の一方の端部は、筐体１４の外部に露出しており、冷媒として機能する筐体外部の空気を取り込むことができるようになっている。また、吸気チャンバ１６のうち、電池モジュール１２に対向する面には大きな開口３０が形成されており、断面略コ字形状となっている。この吸気チャンバ１６の側面に形成された開口３０を通じて、吸気チャンバ１６に取り込まれた冷媒が、冷媒路２６へと流れ込むようになっている。なお、このとき、冷媒の漏れを防止するために、吸気チャンバ１６は、電池モジュール１２の側面に密着配置される。
【００１７】
排気チャンバ１８は、電池モジュール１２を挟んで吸気チャンバ１６の反対側の側面に密着配置される略管体で、その形状や大きさは、吸気チャンバ１６とほぼ同様である。すなわち、排気チャンバ１８も、その一方の端部が、筐体１４の外部に露出しており、電池モジュールから排出された冷媒（電池モジュールとの間で熱交換された後に排出される排気）を筐体外部に排出できるようになっている。また、排気チャンバ１８のうち、電池モジュール１２に対向する面には大きな開口３０が形成されており、この開口３０を通じて、冷媒路２６の出口から排出された冷媒が排気チャンバ１８に流れ込むようになっている。
【００１８】
排気チャンバ１８の一部である一方の端部には、吸気チャンバ１６から排気チャンバ１８への冷媒の流れを強制的に形成する冷却ファン（図示せず）が設けられている。冷却ファンは、排気チャンバ１８の下流側の端部において排気チャンバ１８に連通して配置されるファンで、排気チャンバ１８から外側に向かう空気流れを強制的に生成する吸込型のファンである。この冷却ファンが駆動されることにより、排気チャンバ１８内の冷媒が強制的に、筐体１４の外部に放出される。そして、この排気動作により排気チャンバ１８の内圧が低下することにより、吸気チャンバ１６から電池モジュール１２へ、電池モジュール１２から排気チャンバ１８への冷媒の流れが生成される。
【００１９】
ところで、図３等から明らかなとおり、本実施形態の排気チャンバ１８は、吸気チャンバ１６と異なり、その外側面には、複数の貫通孔３２が形成されている。この貫通孔３２は、後述するように、端子２４周辺および機器ボックス２０周辺空気の排気チャンバ１８への流入を許容する通気部として機能するが、この通気部の具体的な作用等については後に詳説する。
【００２０】
電池モジュール１２の背後には、機器ボックス２０が配置される。機器ボックス２０は、電池モジュール１２の駆動制御に関わる複数の電子部品、例えば、セル２２の監視ユニットや、リレー、サービスプラグなどを収容した箱状態であり、電池モジュール１２とともに、筐体１４に収容される。
【００２１】
ここで、既述したとおり、電池モジュール１２は、内部での電気化学反応によって発熱する。この発熱による電池モジュール１２の温度上昇を防止するために、従来から、セル２２の間に形成された冷媒路２６に冷媒を供給している。この冷媒供給により、電池モジュール１２内部の温度上昇は防止される。しかし、電池モジュール１２が駆動された場合、電池モジュール１２内部だけでなく、電池モジュール１２の上面から突出する端子２４や、電池モジュール１２の背後に設置された機器ボックス２０からも熱が生じるが、冷媒路２６に供給された冷媒では、この端子２４周辺や、機器ボックス２０周辺を十分に冷却することはできない。そのため、従来の電池パック１０の構造では、端子２４や機器ボックス２０から生じた熱が筐体１４の内部に滞留しがちであった。
【００２２】
端子２４等から生じた熱が筐体１４内部に滞留すると、電池モジュール１２の雰囲気温度が上昇することになり、電池モジュール１２の冷却効率が低下するという問題がある。また、電池パック１０が車両前側に位置するエンジンルーム内に設置されている場合、電池パック１０全体の温度が上昇することで、エンジンルームと繋がっているインパネ内の電子機器部品（例えば、ナビゲーション装置やオーディオ機器など）、および、車室内にも熱が伝達されるという問題もあった。
【００２３】
そこで、本実施形態では、端子２４等の周辺も冷却するべく、排気チャンバ１８の構成を特殊なものとしている。すなわち、本実施形態の排気チャンバ１８は、その外側面（電池モジュール１２によって隠れない面）に、複数の貫通孔３２が形成されている。この複数の貫通孔３２は、端子２４や機器ボックス２０の周辺空気の排気チャンバ１８内への流入出を許容する通気部として機能する。
【００２４】
貫通孔３２は、図３に図示するとおり、排気チャンバ１８の外側面のうち上端近傍、換言すれば、電池モジュール１２の上面から突出する端子２４に近い位置に、複数形成されている。また、排気チャンバ１８の外側面のうち後端近傍、換言すれば、電池モジュール１２の背後に設置された機器ボックス２０に近い位置にも複数の貫通孔３２が形成されている。
【００２５】
かかる貫通孔３２を形成することで、端子２４周辺、および、機器ボックス２０周辺に滞留する熱を帯びた空気が、排気チャンバ１８に流れ込む。すなわち、排気チャンバ１８の前方には、排気チャンバ１８内の空気を吸い込む冷却ファンが設置されており、当該冷却ファンの駆動に伴い、排気チャンバ１８の内圧は低くなる。排気チャンバ１８の内圧が筐体１４の内圧（端子周辺および機器ボックス周辺の内圧）より低くなることで、端子２４および機器ボックス２０の周辺空気が貫通孔３２を通じて、排気チャンバ１８内に吸い込まれることになる。その結果、筐体１４パックの内部の熱気の滞留が防止され、電池モジュール１２の雰囲気温度の上昇や、インパネ等への熱伝達が抑えられる。
【００２６】
ところで、上記説明で明らかなとおり、本実施形態では、排気チャンバ１８にのみ貫通孔３２を形成し、吸気チャンバ１６には貫通孔３２を形成していない。これは、冷却ファンが排気チャンバ１８の後方にのみ設置されているためである。すなわち、冷却ファンが排気チャンバ１８の前方にのみ設置された場合、当該冷却ファンの吸気能力にもよるが、排気チャンバ１８の内外圧力差は大きくなるが、吸気チャンバ１６の内外圧力差は小さくなりがちである。内外圧力差が小さい吸気チャンバ１６に、貫通孔３２を形成すると、内外圧力差がより一層小さくなり、吸気チャンバ１６から電池モジュール１２に流れる空気流れが形成されず、冷媒を電池モジュール１２に十分供給できない場合がある。したがって、本実施形態では、前方に冷却ファンが設置された排気チャンバ１８にのみ貫通孔３２を設けている。これにより、電池モジュール１２への冷媒供給を可能としつつも、電池モジュール１２の雰囲気温度上昇等を抑えられる。
【００２７】
なお、排気チャンバ１８の下流端に冷却ファン（吸込型ファン）を設ける代わりに、吸気チャンバ１６の上流端に冷却ファンを設ける場合もある。この場合における冷却ファンとは、外部空気（冷媒）を吸気チャンバ１６に送り込む吐出型ファンである。かかる吐出型ファンのみが設置されている場合には、吸気チャンバ１６の外側面にのみ貫通孔３２を形成することが望ましい。
【００２８】
図５は、冷却ファンとして吐出型ファンのみが設置されている場合における空気流れを示す概略図である。吸気チャンバ１６の前方にのみ冷却ファン（吐出型ファン）が設置されている場合は、吸気チャンバ１６の内外圧力差が大きくなる。かかる内外圧力差の大きい吸気チャンバ１６の外側面に貫通孔３２を形成することで、当該吸気チャンバ１６に供給された冷媒の一部を電池モジュール１２に導きつつ、当該冷媒の一部を貫通孔３２を通じて、端子２４や機器ボックス２０の周辺に送り出すことができる。そして、この吸気チャンバ１６から送り出された冷媒により、端子２４および機器ボックス２０周辺が冷却され、筐体１４の内部の温度上昇、ひいては、電池モジュール１２の雰囲気温度上昇が抑えられる。その結果、電池モジュール１２の冷却効率を向上させることができる。また、インパネ等への熱伝達も抑えることができる。
【００２９】
以上の説明から明らかな通り、冷却ファンによる空気流れ形成の影響を直接受けるチャンバにのみ貫通孔３２を形成することにより、電池モジュール１２への冷媒の流入出を可能にしつつ、端子２４や機器ボックス２０周辺の冷却を図ることができる。
【００３０】
ただし、当然ながら、吸気能力が十分に高い冷却ファン、すなわち、排気チャンバ１８および吸気チャンバ１６のいずれか一方の前方に配置することで、排気チャンバ１８および吸気チャンバ１６のいずれにおいても、十分な大きさの内外圧力差を形成でき得る冷却ファンを用いるのであれば、排気チャンバ１８および吸気チャンバ１６の両方の外側面に貫通孔３２を形成してもよい。また、排気チャンバ１８の前方に吸込型ファンを、吸気チャンバ１６の前方に吐出型ファンを、それぞれ設けた場合には、排気チャンバ１８および吸気チャンバ１６のいずれにおいても、十分な大きさの内外圧力差を形成できることになる。この場合においても、排気チャンバ１８および吸気チャンバ１６の両方の外側面に貫通孔３２を形成してよい。
【００３１】
また、上述した説明では、いずれも、チャンバの外側面に形成された複数の円形貫通孔３２を通気部としているが、端子等の周辺空気のチャンバ内への流入出を許容するのであれば、当然ながら、貫通孔のサイズや、形状、個数は、適宜、変更可能である。例えば、セル２２の配設方向に長尺な一つの長孔を通気部として用いてもよい。また、チャンバの外側面に形成された孔に限らず、他の構成で、通気部を構成してもよい。例えば、チャンバと電池モジュール１２との間に意図的に間隙を形成し、当該間隙を通気部としてもよい。
【００３２】
図６は、排気チャンバ１８と電池モジュール１２との間に意図的に間隙４０を形成し、当該間隙４０を通気部とした場合における空気の流れを示す図である。図６に図示するように、この場合、排気チャンバ１８を電池モジュール１２の側面に密着させるのではなく、排気チャンバ１８と電池モジュール１２側面との間に僅かな間隙４０が形成されるように配置する。その結果、排気チャンバ１８の側面に形成された開口３０と、端子２４や機器ボックス２０周辺の空間と、が連通されることになる。そして、この連通関係により、端子２４等の周辺空気が、低圧の排気チャンバ１８の内部に引き込まれることになる。その結果、端子２４や機器ボックス２０の周辺に滞留する熱が効率的に筐体１４の外部に放出されることになり、電池モジュール１２の雰囲気温度上昇を抑えることができる。また、インパネ等への熱伝達も低減できる。
【００３３】
なお、当然ながら、冷却ファンの風量や設置位置などに応じて、通気部として機能する間隙の大きさや、形成位置を適宜変更してもよい。例えば、吸気ファンの前方に冷却ファンとして吐出型ファンを設置する場合は、吸気チャンバ１６と電池モジュール１２との間に間隙を形成し、当該間隙を通気部として用いればよい。また、吸気チャンバおよび排気チャンバの両方の前方に冷却ファンを設置する場合などは、両チャンバ１６，１８と電池モジュール１２との間に通気部として機能する間隙を形成してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明の実施形態である電池パックの概略斜視図である。
【図２】電池モジュールおよびチャンバの概略分解斜視図である。
【図３】電池モジュールにチャンバを組み付けた際の概略斜視図である。
【図４】電池モジュール周辺の概略横断面図である。
【図５】他の例の電池モジュールの概略斜視図である。
【図６】他の例の電池モジュールの概略横断面図である。
【符号の説明】
【００３５】
１０  電池パック、１２  電池モジュール、１４  筐体、１６  吸気チャンバ、１８  排気チャンバ、２０  機器ボックス、２２  セル、２４  端子、２６  冷媒路、２８  エンドプレート、３０  開口、３２  貫通孔、４０  間隙。
【図１】
2008311016.tif 000003
【図２】
2008311016.tif 000004
【図３】
2008311016.tif 000005
【図４】
2008311016.tif 000006
【図５】
2008311016.tif 000007
【図６】
2008311016.tif 000008