(57)【要約】【課題】冷却効果の均一性に優れた自動車用電池冷却装置を提供する。【解決手段】冷却風が吸気口１０２から電池ケース１０１の中央領域に向かって斜めに導入される第１の冷却風路１１７と、電池ケースの中央領域で偏向して排気口１０３に向かって斜めに導出される第２の冷却風路１１８とを有し、第１の冷却風路１１７において当該第１の冷却風路を流れる冷却風が各電池１０４の主面に略平行に流れる方向に複数の電池を並行に傾斜させて収容するとともに、第２の冷却風路１１８において当該第２の冷却風路を流れる冷却風が各電池１０４の主面に略平行に流れる方向に複数の電池を並行に傾斜させて収容する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の角形電池を収容するとともに吸気口と排気口とが実質的に同じ天井面に形成された直方体状電池ケースと、前記電池ケース内に形成され前記吸気口を介して供給された冷却風を電池ケース内で偏向させて前記排気口に導く冷却風路と、前記冷却風路に冷却風を供給して排気するファンと、を有する自動車用電池冷却装置であって、
前記冷却風路は、前記冷却風が前記吸気口から電池ケースの中央領域に向かって斜めに導入される第１の冷却風路と、当該電池ケースの中央領域で偏向して前記排気口に向かって斜めに導出される第２の冷却風路とを有し、
前記電池ケースは、前記第１の冷却風路において当該第１の冷却風路を流れる冷却風が各電池の主面に略平行に流れる方向に前記複数の電池を並行に傾斜させて収容するとともに、前記第２の冷却風路において当該第２の冷却風路を流れる冷却風が各電池の主面に略平行に流れる方向に前記複数の電池を並行に傾斜させて収容する自動車用電池冷却装置。
【請求項２】
前記電池ケースの中央領域の天井面近傍に、前記電池の制御装置が配置される空間を有する請求項１記載の自動車用電池冷却装置。
【請求項３】
前記吸気口に、前記第１の冷却風路への冷却風の導入方向に沿ったダクトを有する請求項１または２記載の自動車用電池冷却装置。
【請求項４】
前記排気口に、前記第２の冷却風路からの冷却風の導出方向に沿ったダクトを有する請求項１〜３の何れかに記載の自動車用電池冷却装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【技術分野】
本発明は、自動車などの移動体に搭載される電池冷却装置に関し、特に冷却効果の均一性に優れた自動車用電池冷却装置に関する。
【０００２】
【背景技術】
電気自動車などに搭載される二次電池は、電気化学反応により内部発熱し、温度上昇するが、高温になると発電効率が低下するため、所定の温度に冷却するための冷却装置が設けられる。従来の自動車用電池冷却装置としては、ファンを用いて電池を収容するケースに冷却風を供給し、この冷却風により電池を冷却するものが知られている。
【０００３】
ところで、自動車に電池モジュールを搭載する場合、スペースや性能等の関係上その搭載位置が限られるので、電池冷却装置の吸気口及び排気口の設定位置も限定されることが少なくない。たとえば、電池モジュールは車体の床面に搭載されることが多いが、この場合、吸気口や排気口を床裏に向けて設定すると、室外から塵埃が浸入するおそれがある。したがって、吸気口や排気口は電池収納ケースの上面に設定されることがある。
【０００４】
図７は電池収容ケース１０１の上面に冷却風の吸気口１０２と排気口１０３とを設けた検討例を示す断面図であるが、この構造には以下の問題があった。
【０００５】
すなわち、吸気ファン１０７により吸引された冷却風は、矢印にて示すように吸気口１０２から電池ケース１０１内に入り、当該電池ケース１０１内に立設された複数の電池１０４の隙間及び支持フレーム１０５と電池ケース底面との間を通過しながら排気口１０３に至るが、電池ケース１０１内の部位によっては、電池１０４間の隙間を冷却風が円滑に流れる部分と、冷却風が円滑に流れずに渦流Ｗになる部分とが生じ、電池の冷却効果が不均一となって電池間の温度が不均一となる。
【０００６】
このため、冷却効果が低い部分に配置された電池は、冷却効果が高い部分に配置された電池に比べて相対的に寿命が短くなり、その結果、電池モジュール全体としても寿命が短くなるといった問題があった。
【０００７】
【発明の開示】
本発明は、冷却効果の均一性に優れた自動車用電池冷却装置を提供することを目的とする。
【０００８】
上記目的を達成するために、本発明によれば、複数の角形電池を収容するとともに吸気口と排気口とが実質的に同じ天井面に形成された直方体状電池ケースと、前記電池ケース内に形成され前記吸気口を介して供給された冷却風を電池ケース内で偏向させて前記排気口に導く冷却風路と、前記冷却風路に冷却風を供給して排気するファンと、を有する自動車用電池冷却装置であって、
前記冷却風路は、前記冷却風が前記吸気口から電池ケースの中央領域に向かって斜めに導入される第１の冷却風路と、当該電池ケースの中央領域で偏向して前記排気口に向かって斜めに導出される第２の冷却風路とを有し、
前記電池ケースは、前記第１の冷却風路において当該第１の冷却風路を流れる冷却風が各電池の主面に略平行に流れる方向に前記複数の電池を並行に傾斜させて収容するとともに、前記第２の冷却風路において当該第２の冷却風路を流れる冷却風が各電池の主面に略平行に流れる方向に前記複数の電池を並行に傾斜させて収容する自動車用電池冷却装置が提供される。
【０００９】
本発明では、吸気口から電池ケースの中央領域に向かう傾斜した第１の冷却風路と、電池ケースの中央領域から排気口に向かう傾斜した第２の冷却風路を設け、ここに電池を平行に傾斜して設けたので、電池ケースを通過する冷却風の経路長が短くなり、冷却風が電池間をスムーズに流れることになる。また、電池自体も第１及び第２の冷却風路に並行に配置されているので電池間で冷却風の滞留が発生せず、電池の冷却効果が均一になる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
図１は本発明の実施形態に係る電池冷却装置を示す断面図、図２は図１に示す電池冷却装置の電池ケース本体を示す斜視図、図３は図１に示す電池冷却装置の蓋体を示す斜視図、図４は図３に示す蓋体の裏面を示す斜視図、図５は図１に示す電池冷却装置の搭載位置を示す自動車の側面図、図６は本発明に係る電池を示す斜視図である。
【００１１】
本実施形態の電池冷却装置１０は、たとえば図５に示すように自動車車体のフロアＦＬに搭載され、これに接続された吸気ダクト４０１はフロアＦＬから車両前方に延在してフロントグリル部にて開口している。また、電池冷却装置１０に接続された排気ダクト４０３は、フロアＦＬから車両後方に延在してリヤパネル部にて開口している。こうした吸気ダクト４０１及び排気ダクト４０２のレイアウトでは、これらのダクトを接続する吸気口と排気口とを電池ケースの上面に設けることが行われる。
【００１２】
本実施形態の電池冷却装置１０は、図１〜図３に示すように、上面が開口した直方体形状の電池ケース本体１０１と、この電池ケース本体１０１の上面開口に装着される蓋体１０６とを備えている。
【００１３】
本実施形態の電池１０４としては、たとえば図６（Ａ）に示す直方体状の電池１０４や同図（Ｂ）に示す薄型電池１０４など、平面を有する角形電池を用いることができる。同図（Ａ）に示す直方体状電池１０４は、内部に正極、電解質、セパレータ及び負極を収納するケース１０４ａと、正極端子１０４ｂと、負極端子１０４ｃとを有し、ケース１０４ａの外面が主として平面で構成されている。同図（Ｂ）に示す薄型電池１０４は、内部に正極、電解質、セパレータ及び負極を収納するシート状の外装１０４Ａと、正極端子１０４Ｂと、負極端子１０４Ｃとを有し、外装１０４Ａの外面が主として平面で構成されている。このように、電池１０４のケース１０４ａ，１０４Ａの外面が、主として平面で構成された電池が本実施形態で適用して好ましいものである。ただし、厳密な意味での平面でなくとも、後述するように冷却風の流れをスムーズにさせる作用を奏する面であればよい。
【００１４】
図１に示すように、電池ケース本体１０１の底面には支持フレーム１０５が底面から僅かな隙間Ｓ１をもって固定されており、この支持フレーム１０５の上に、図２に示すように長手方向の真ん中Ｃを中心にして上開き状（全体的にはＶ字状）に複数の電池１０４が傾斜して配置される。なお、最も外側に配置された電池１０４と電池ケース１０１との間には断面三角形状のスペースＳ２が生じるが、ここに電池１０４と平行に平板１１２が設けられている。この平板１１２は、後述する冷却風の流れをより円滑にするためのものであり、電池ケース１０１の隅に発生する渦流を抑制する。
【００１５】
電池ケース本体１０１の真ん中Ｃを中心にして、図１中、左側の領域を第１の冷却風路１１７、右側の領域を第２の冷却風路１１８と称する。ここで、第１の冷却風路１１７とは、吸気ダクト４０１を介して導入された冷却風が、吸気口１０２から電池ケース本体１０１の中央領域に向かって斜めに導入される風路をいい、これに対して、第２の冷却風路１１８とは、電池ケース本体１０１の中央領域で偏向した冷却風が排気口１０３に向かって斜めに導出される風路をいう。詳細は後述する。
【００１６】
電池ケース本体１０１の上面開口に装着される蓋体１０６は、図３及び図４に示すように、両端に吸気口１０２及び排気口１０３が形成され、この吸気口１０２及び排気口１０３のそれぞれにダクト１１５，１１６が設けられている。
【００１７】
本例のダクト１１５は、上述した吸気ダクト４０１に接続されて冷却風を電池ケース１０１内に供給するための接続部材であり、図１及び図３に示すように、電池ケース１０１内に配置された電池１０４の傾斜角度とほぼ同じ傾斜角度に形成されている。これにより、吸気ダクト４０１を介して導入された冷却風は、このダクト１１５によって電池１０４の並列方向に偏向され、その結果、吸気口１０２から電池ケース本体１０１の第１の冷却風路１１７に導入された冷却風は、各電池１０４に沿ってスムーズに流れることとなり、吸気口１０２の近傍で冷却風が滞留することが防止される。
【００１８】
同様に、本例のダクト１１６は、上述した排気ダクト４０３に接続されて冷却風を電池ケース本体１０１内から排気するための接続部材であり、図１及び図３に示すように、電池ケース本体１０１内に配置された電池１０４の傾斜角度とほぼ同じ傾斜角度に形成されている。これにより、第２の冷却風路１１８に沿って導出される冷却風は、このダクト１１６によってスムーズに排気ダクト４０３に導かれることになり、排気口１０３の近傍で冷却風が滞留することが防止される。
【００１９】
電池ケース本体１０１内に、図１及び図２に示すように真ん中Ｃを中心にして、上開き状に複数の電池１０４を傾斜して配置すると、中央領域の上部に断面逆三角形のスペースＳ３が形成される。本実施形態では、この断面逆三角形のスペースＳ３に電池モジュールの制御装置１１９を設けている。具体的には、図４に示すように、蓋体１の裏面にブラケット１２０を用いて制御装置１１９を取り付け、断面逆三角形のスペースＳ３に応じた形状のカバー１２２を制御装置１１９に被せることで当該制御装置１１９を塵埃などの浸入から保護する。なお、各電池１０４との間の信号線１１１は図１に示すように断面逆三角形のスペースＳ３を利用してここに集約し、また外部コントローラとの間の信号線１２３は蓋体１０６に開設した通孔１２３を挿通させることで外部に出すことができる。
【００２０】
本実施形態では、電池モジュールの制御装置１１９を電池ケース本体１０１内に内蔵できるので、電池１０４と制御装置１１９とをつなぐ信号線１１１の取り廻しスペースが不要となり、特に狭小な自動車用として有利となる。
【００２１】
なお、図１において１０７は吸気ダクト４０１に設けられた吸気ファン、１０８は排気ダクト４０３に設けられた排気ファンである。
【００２２】
次に作用を説明する。
吸気ファン１０７及び排気ファン１０８を作動して吸気ダクト４０１から冷却風を吸引すると、この冷却風は吸気口１０２のダクト１１５によって偏向される。この偏向方向は、第１の冷却風路１１７に配置された電池１０４の傾斜方向となり、これにより吸気口１０２から冷却風が円滑に第１の冷却風路１１７に導入され、この近傍での冷却風の滞留が防止される。
【００２３】
第１の冷却風路１１７に導入された冷却風は、図１に矢印で示すように、各電池１０４の間を電池１０４の表面に沿って流れ、このとき電池１０４から熱を奪うことで電池を冷却する。この第１の冷却風路１１７においては、電池１０４が並行して傾斜して設けられているので、各電池間の冷却風の滞留が防止され、これにより電池１０４の冷却効果が均一となる。その結果、それぞれの電池温度のばらつきが小さくなって電池寿命も均一となり、電池モジュールとして延命することになる。
【００２４】
また、電池ケース本体１０１の隅に平板１１２を設けているので、ここでも冷却風の滞留が防止でき、最外側の電池の冷却効果もその他の電池と均一になる。
【００２５】
第１の冷却風路１１７を流下した冷却風は支持フレーム１０５と電池ケース本体の底面との間のスペースＳ１に至り、ここで排気口１０３方向へ偏向する。本例では排気ダクト４０３に排気ファン１０８を設けているので（いわゆるプッシュ・プル方式）、電池ケース本体１０１の中央領域での偏向も円滑に行われる。また、電池モジュールの制御装置１１９を保護するためのカバー１２２もこの偏向作用に寄与することになる。
【００２６】
電池ケース本体１０１の中央領域で偏向した冷却風は、第２の冷却風路１１８へ導入され、同図に矢印で示すように各電池１０４の間を電池１０４の表面に沿って流れ、このとき電池１０４から熱を奪うことで電池を冷却する。この第２の冷却風路１１８においても、第１の冷却風路１１７と同様、電池１０４が並行して傾斜して設けられているので、各電池間の冷却風の滞留が防止され、これにより電池１０４の冷却効果が均一となる。その結果、それぞれの電池温度のばらつきが小さくなって電池寿命も均一となり、電池モジュールとして延命することになる。
【００２７】
また、電池ケース本体１０１の隅に平板１１２を設けているので、ここでも冷却風の滞留が防止でき、最外側の電池の冷却効果もその他の電池と均一になる。さらに、排気口１０３にはダクト１１６が設けられているので、第２の冷却風路１１８に沿って導出される冷却風は、このダクト１１６によってスムーズに排気ダクト４０３に導かれることになり、排気口１０３の近傍で冷却風が滞留することが防止される。
【００２８】
このように、本実施形態の電池冷却装置１０によれば、第１の冷却風路１１７及び第２の冷却風路１１８のそれぞれにおいて冷却風による電池の冷却効果が均一となり、しかも、第１の冷却風路１１７と第２の冷却風路１１８との間においても冷却風の風量がほぼ均一であることから、全ての電池１０４の冷却効果が均一となる。
【００２９】
また、電池ケース本体１０１内に電池１０４を傾斜して配置しているので、電池冷却装置１０としての高さｈ１が、図７に示す例の高さｈ２に比べて低くなる。したがって、特に自動車のフロアに搭載する場合に搭載しやすくなる。
【００３０】
なお、以上説明した実施形態は、本発明の理解を容易にするために記載されたものであって、本発明を限定するために記載されたものではない。したがって、上記の実施形態に開示された各要素は、本発明の技術的範囲に属する全ての設計変更や均等物をも含む趣旨である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に係る電池冷却装置を示す断面図である。
【図２】図１に示す電池冷却装置の電池ケース本体を示す斜視図である。
【図３】図１に示す電池冷却装置の蓋体を示す斜視図である。
【図４】図３に示す蓋体の裏面を示す斜視図である。
【図５】図１に示す電池冷却装置の搭載位置を示す自動車の側面図である。
【図６】本発明に係る電池を示す斜視図である。
【図７】本発明の問題点を説明するための参考断面図である。
【符号の説明】
１０…電池冷却装置
１０１…電池ケース本体
１０２…吸気口
１０３…排気口
１０４…電池
１０５…支持フレーム
１０６…蓋体
１０７…吸気ファン
１０８…排気ファン
１１５，１１６…ダクト
１１７…第１の冷却風路
１１８…第２の冷却風路
１１９…制御装置
【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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