(57)【要約】【課題】組電池の各二次電池をコンパクトな構成にて均等に冷却できる電池パックを提供する。【解決手段】複数の二次電池２をそれらの間に冷却媒体を通す冷却媒体通路３をあけて並列配置した組電池５と、各冷却媒体通路３に対して冷却媒体を送給又は排出するように組電池の一側面に隣接して形成された分配空間１０に臨ませかつ回転軸芯を二次電池２の並列方向に沿わせて配設したクロスフロー型のファン１１とを備え、ファン１１の軸芯位置を、分配空間１０の二次電池２並列方向とは垂直な方向の中心線に対してファン１１の吸込チャンバ１７側の羽根車１３の移動方向に偏芯させた。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の二次電池をそれらの間に冷却媒体を通す冷却媒体通路をあけて並列配置した組電池と、各冷却媒体通路に対して冷却媒体を送給又は排出するように組電池の一側面に隣接して形成された分配空間に吸込チャンバを臨ませかつ回転軸芯を二次電池の並列方向に沿わせて配設したクロスフロー型のファンとを備え、ファンの軸芯位置を、分配空間の二次電池並列方向とは垂直な方向の中心線に対してファンの分配空間側の羽根車の移動方向に偏芯させたことを特徴とする電池パック。
【請求項２】
複数の二次電池をそれらの間に冷却媒体を通す冷却媒体通路をあけて並列配置した組電池と、各冷却媒体通路に対して冷却媒体を送給又は排出するように組電池の一側面に隣接して形成された分配空間に吸込チャンバを臨ませかつ回転軸芯を二次電池の並列方向に沿わせて配設したクロスフロー型のファンとを備え、ファンのスタビライザの長さを、スタビライザの先端と羽根車外周との間の間隙の１．５〜５倍の長さとし、吸込チャンバ壁と排風路壁を共用若しくは近接させたことを特徴とする電池パック。
【請求項３】
複数の二次電池をそれらの間に冷却媒体を通す冷却媒体通路をあけて並列配置した組電池と、各冷却媒体通路に対して冷却媒体を送給又は排出するように組電池の一側面に隣接して形成された分配空間に吸込チャンバを臨ませかつ回転軸芯を二次電池の並列方向に沿わせて配設したクロスフロー型のファンとを備え、ファンの軸芯位置を、分配空間の二次電池並列方向とは垂直な方向の中心線に対してファンの分配空間側の羽根車の移動方向に偏芯させ、ファンのスタビライザの長さを、スタビライザの先端と羽根車外周との間の間隙の１．５〜５倍の長さとし、吸込チャンバ壁と排風路壁を共用若しくは近接させたことを特徴とする電池パック。
【請求項４】
偏芯量ｘを、ファンの羽根車径をＤとし、０＜ｘ＜１．０Ｄ、好適には０．２Ｄ＜ｘ＜０．５Ｄとしたことを特徴とする請求項１又は３記載の電池パック。
【請求項５】
組電池の二次電池並列方向の長さをＬ、ファンの羽根車の軸芯方向の長さをＦとして、Ｆ≧Ｌ／２としたことを特徴とする請求項１〜４の何れかに記載の電池パック。
【請求項６】
ファンを、その軸芯が冷却媒体通路に対して垂直になるように配設したことを特徴とする請求項１〜５の何れかに記載の電池パック。
【請求項７】
ファンを、組電池の二次電池並列方向の中心に対するファンの羽根車の軸芯方向の中心の変位量をｙ、組電池の二次電池並列方向の長さをＬ、二次電池の数をｎとして、ｙ＜Ｌ／ｎとなるように配設したことを特徴とする請求項１〜６の何れかに記載の電池パック。
【請求項８】
ファンを、羽根車における羽根の軸芯方向の継目位置が、冷却媒体通路に対向する位置から外れるように配設したことを特徴とする請求項１〜７の何れかに記載の電池パック。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電池パックに関し、特に複数の二次電池から成る組電池と二次電池間の冷却媒体通路に冷却媒体を送給して各二次電池を均等に冷却するファンとを備えた電池パックに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、複数の二次電池から成る組電池において、充放電に伴う発熱で二次電池温度が上昇し、電池出力や充放電効率や電池寿命が低下するのを防止するため、複数の二次電池をそれらの間に冷却媒体を通す冷却媒体通路を介して並列配置した組電池の上下に送給空間と排出空間を設けて、送給空間の一端から冷却媒体を送給する冷却媒体送給手段を設けたものは知られている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
また、複数の二次電池を直方体状に一体化した組電池を、収容ケース内に上下に傾斜させて配置し、組電池の下方側の端部の側部にファンを配設して冷却風を組電池の上方の送給空間に送給し、組電池の二次電池間の通路を通過させて下方の排出空間を経て外部に排出するようにし、各二次電池間の通路に均一に冷却風を通過させて各二次電池を均一に冷却するようにしたものも知られている（例えば、特許文献２参照。）。
【０００４】
また、ケーシングの内部に複数の二次電池を収容配置し、ケーシングの一側に、その長手方向の略全長にわたる軸方向長さの羽根車を有するファンを配設し、ファンにて各二次電池に対して強制的に冷却風を送給するようにしたものも知られている（例えば、特許文献３参照。）。
【０００５】
また、図６に示すように、複数の二次電池２２をそれらの間に冷却媒体を通す冷却媒体通路２３を介して並列配置した組電池２１の下部に冷却媒体の流入通路２４を設け、組電池２１の上部に比較的大きな容積の排出空間２５を設け、その排出空間２５の上面の略中央部にシロッコファンなどの排風装置２６を設けたものも考えられている。
【０００６】
【特許文献１】
特開２００１−１６７８０３号公報
【０００７】
【特許文献２】
特開２００１−１６７８０６号公報
【０００８】
【特許文献３】
特開平８−９６８５８号公報
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、特許文献１に開示されたような構成では、二次電池間の各冷却媒体通路が送給空間のどの位置に連通しているかによって冷却媒体の流通量に差を生じ、二次電池間で温度ばらつきが発生するという問題がある。
【００１０】
一方、特許文献２に開示された構成は、このような問題を解消できる構成となっているが、そのために組電池を傾斜して配置する必要があり、配設構造が複雑になるという問題があり、また組電池の長手方向の一端の側方にファンを配設しているので、全長が長くなり、コンパクトに構成できないという問題がある。
【００１１】
また、図６に示したような構成では、排出空間２６の高さ寸法、即ち組電池２１の上端から排風装置２６までの距離Ｈを十分に大きくとらないと、各二次電池２２、２２間の冷却媒体通路２３を通る冷却媒体の流量を均一にすることができず、上下方向にコンパクトに構成できないという問題がある。
【００１２】
そこで、特許文献３に開示された技術手段を参考にして、図７に示すように、組電池３１の上部に形成した排出空間３４に臨ませて、二次電池３２の並列方向に回転軸芯を沿わせてクロスフローファン３５を配設した構成が考えられた。しかし、上下方向にコンパクトな構成とするため、組電池３１の上端とクロスフローファン３５の軸芯との間の距離Ｈをできるだけ小さくすると、各二次電池３２、３２間の冷却媒体通路３３における冷却媒体の流量にばらつきが発生するという問題がある。すなわち、排出空間３４における冷却媒体の流速分布が、図７に矢印の長さで示すように、クロスフローファン３５の羽根車３６の移動方向上手側、すなわちスタビライザ３７に近い側の流速は大きいが遠くなると流速が低下し、その結果、各二次電池３２の冷却性能がその部位によって異なり、温度ばらつきを生じ、二次電池３２に複数の単電池が並列して構成されている場合に各単電池間で電池温度がばらつき、ＳＯＣのばらつきを生じ、二次電池３２の寿命低下を来すという問題がある。
【００１３】
本発明は、上記従来の問題点に鑑み、組電池の各二次電池をコンパクトな構成にて均等に冷却できる電池パックを提供することを目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
本発明の電池パックは、複数の二次電池をそれらの間に冷却媒体を通す冷却媒体通路をあけて並列配置した組電池と、各冷却媒体通路に対して冷却媒体を送給又は排出するように組電池の一側面に隣接して形成された分配空間に吸込チャンバを臨ませかつ回転軸芯を二次電池の並列方向に沿わせて配設したクロスフロー型のファンとを備え、ファンの軸芯位置を、分配空間の二次電池並列方向とは垂直な方向の中心線に対してファンの分配空間側の羽根車の移動方向に偏芯させたものであり、ファンを組電池の一側面に近づけて配設して電池パックをコンパクトに構成しても、クロスフロー型のファンをその軸芯を二次電池の並列方向に沿わせて配設したことで二次電池間の各冷却媒体通路に対して均一に冷却媒体を流通させることができるとともに、ファンの軸芯位置を分配空間側の羽根車の移動方向に偏芯させたことで各冷却媒体通路内での冷却媒体の流速分布を均一にでき、組電池の各二次電池をコンパクトな構成にて均等に冷却でき、二次電池のＳＯＣのばらつきを抑制して電池寿命を向上することができる。
【００１５】
また、本発明の電池パックは、上記ファンのスタビライザの長さを、スタビライザの先端と羽根車外周との間の間隙の１．５〜５倍の長さとし、吸込チャンバ壁と排風路壁を共用若しくは近接させたものであり、ファンを組電池の一側面に近づけて配設して電池パックをコンパクトに構成しても、ファンの吸込チャンバのスタビライザ側の容積を大きくとれ、そのため二次電池間の各冷却媒体通路内におけるスタビライザ側の端部の流速低下を抑制できて流速分布のばらつき低減できるとともに圧損をより低減でき、冷却性能を高くかつそのばらつきを低減できる。なお、スタビライザの長さを１．５倍未満にするとスタビライザとしての作用が十分に得られないが、１．５倍以上にすることで短くても十分にその効果が得られて十分に高い送風効率が確保される一方、５倍以上になると吸込チャンバのスタビライザ側の容積を十分に大きくできず、上記効果を得ることができなくなる。
【００１６】
また、以上の構成を併用することで、ファンの軸芯位置を分配空間側の羽根車の移動方向により大きく偏芯させて、各冷却媒体通路内での冷却媒体の流速分布を一層均一にしながら、スタビライザ側の端部の流速低下を抑制して流速分布のばらつきさらに低減できるとともに圧損をより低減でき、さらに冷却性能を高くかつそのばらつきを小さくできる。
【００１７】
また、上記電池パックにおいて、偏芯量ｘは、ファンの羽根車径をＤとし、０＜ｘ＜１．０Ｄ、好適には０．２Ｄ＜ｘ＜０．５Ｄとすることで、冷却媒体の流速分布のばらつきを抑制できるとともに、冷却媒体の流量低下を防止して高い冷却性能を確保することができる。
【００１８】
また、組電池の二次電池並列方向の長さをＬ、ファンの羽根車の軸芯方向の長さをＦとして、Ｆ≧Ｌ／２とすることで、ファンを組電池の一側面に近づけて配設して電池パックをコンパクトに構成しても、二次電池間の各冷却媒体通路に対して確実に均一に冷却媒体を流通させることができる。
【００１９】
また、ファンを、その軸芯が冷却媒体通路に対して垂直になるように配設することで、圧損を低減できて流量を大きくでき、冷却性能を向上できる。
【００２０】
また、ファンを、組電池の二次電池並列方向の中心に対するファンの羽根車の軸芯方向の中心の変位量をｙ、組電池の二次電池並列方向の長さをＬ、二次電池の数をｎとして、ｙ＜Ｌ／ｎとなるように配設すると、ファンを二次電池配列方向の中心に略一致させることにより、二次電池間の各冷却媒体通路に対して確実に均一に冷却媒体を流通させることができる。
【００２１】
また、ファンを、羽根車における羽根の軸芯方向の継目位置が、冷却媒体通路に対向する位置から外れるように配設することで、羽根の継目の影響を受けずに全ての冷却媒体通路の流速を均一にすることができる。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の電池パックの一実施形態について、図１〜図５を参照して説明する。
【００２３】
図１〜図４において、１は、ハイブリッド車を含む電気自動車用の駆動電源としての電池パックで、１０〜３０個の扁平な角形の二次電池２を、その長側面間に冷却媒体通路３をあけて並列配置し、並列方向の両端に配設した一対の端板４で挟持し、拘束部材（図示せず）にて一体的に固定して構成された組電池５を内蔵している。各二次電池２は、長側面の長手方向に複数（図示例では６つ）の単電池２ａを並列配置するとともに単電池２ａ同士を内部で直列接続し、両端に外部との接続端子２ｂが突設された電池モジュールとして構成され、組電池５はこれらの二次電池２の両端の接続端子２ｂをバス・バー（図示せず）にて順次直列に接続することで所定の出力電圧を得ている。
【００２４】
組電池５は、各二次電池２の長手方向両端部が支持フレーム６にて支持され、支持フレーム６、６間の下部には下部ケース７が配設され、この下部ケース７にて組電池５の下面に隣接して各冷却媒体通路３に冷却媒体を均等に分配送給する流入側分配空間８が形成されている。また、支持フレーム６、６間の上部は、上部ケース９にて組電池５が覆われるとともに、この上部ケース９に組電池５の上面に隣接して各冷却媒体通路３から流出した冷却媒体を集合して排出する流出側分配空間１０が突出形成され、その上面に冷却媒体を吸引する吸引開口１０ａが形成されている。
【００２５】
上部ケース９上には、クロスフロー型のファン１１がその軸芯を組電池５の二次電池２並列方向に沿わせて配設され、その吸込口１１ａが上部ケース９の吸引開口１０ａに接合されている。ファン１１は、ファンケース１２内に直径Ｄの略円筒状の羽根車１３を回転自在に配設するとともに、その軸芯方向一端に連結したモータ１４にて回転駆動可能に構成されている。また、羽根車１３の外周の一側にスタビライザ１５が配設され、かつスタビライザ１５の先端から上部の排風路１６と下部の吸込チャンバ１７を区画形成する排風路壁兼吸込チャンバ壁１８が斜め下方に延出されて上部ケース９の吸引開口１０ａの周縁部に接合されている。１９は排風ダクトで、その一端開口がファンケース１２の吐出開口１２ａと排風路壁兼吸込チャンバ壁１８の外側縁部に接合されている。吸込チャンバ１７は、ファンケース１２の羽根車１３より下方部分と排風路壁兼吸込チャンバ壁１８にて区画形成され、その下端開口がファン１１の吸込口１１ａを構成している。
【００２６】
このファン１１の軸芯Ｏの位置を、流出側分配空間１０の二次電池並列方向とは垂直な方向の中心線Ｃに対して、ファン１１の吸入チャンバ１７側における羽根車１３の移動方向にｘだけ偏芯させている。その偏芯量ｘは、ファン１１の羽根車径Ｄに対して、０＜ｘ＜１．０Ｄとしている。好適には、０．２Ｄ＜ｘ＜０．５Ｄとされ、具体実施例ではＤ＝６０ｍｍであり、ｘは好適には１２ｍｍ〜３０ｍｍの間に設定される。また、スタビライザ１５の長さｓは、スタビライザ１５の先端と羽根車１３の外周との間の間隙をｄとして、１．５ｄ〜５ｄの長さとしている。
【００２７】
また、図２に示すように、組電池５の二次電池２並列方向の長さをＬ、ファン１１の羽根車１３の軸芯方向の長さをＦとして、Ｆ≧Ｌ／２としている。また、ファン１１は、その軸芯が冷却媒体通路３に対して垂直になるように配設している。また、ファン１１の羽根車１３の軸芯方向の中心を、組電池５の二次電池並列方向の中心に対してほぼ一致させている。具体的には、組電池５の中心に対する羽根車の中心の変位量ｙを、組電池５における二次電池２の数をｎとして、ｙ＜Ｌ／ｎとなるように、すなわち変位量ｙを１つの二次電池２の厚さ寸法より大きく変位しないようにしている。
【００２８】
また、図３に示すように、ファン１１を、その羽根車１３における羽根１３ａの軸芯方向の継目１３ｂの位置が、二次電池２、２間の冷却媒体通路３に対向する位置から外れるように配設している。
【００２９】
以上の構成によれば、組電池５の上部にファン１１を配設することで二次電池２並列方向のコンパクト化を図った電池パック１において、電池パック１を上下方向にもコンパクトに構成するため、ファン１１を組電池５の上面に近づけて配設しても、クロスフロー型のファン１１をその軸芯を二次電池２並列方向に沿わせて配設したことで、二次電池２、２間の各冷却媒体通路３に対して均一に冷却媒体を流通させることができ、かつファン１１の軸芯位置を吸込チャンバ１７側における羽根車１３の移動方向にｘだけ偏芯させたことにより、冷却媒体流量をあまり減少させることなく、各冷却媒体通路３内での冷却媒体の流量分布を均一にできる。
【００３０】
すなわち、図４に示すように、偏芯量ｘが０ｍｍ以下では、流量が急激に低下するとともに流量ばらつきが急激に大きくなり、また図４から外れているが６０ｍｍ以上になっても急激に流量が低下するとともに流量ばらつきが大きくなるのに対して、１０ｍｍ以上、３０ｍｍ以下では流量ばらつきが６％以下の極小範囲に納まり、流量がほぼ１００％に維持されている。したがって、偏芯量ｘを０＜ｘ＜１．０Ｄ、好適には０．２Ｄ＜ｘ＜０．５Ｄとすることで、流量を減少させることなく流量分布を均一にできる。
【００３１】
また、ファン１１のスタビライザ１５の長さｓを、スタビライザ１５の先端と羽根車１３外周との間の間隙ｄの１．５〜５倍の長さにし、スタビライザ１５の先端から排風路壁兼吸込チャンバ壁１８を延出したので、ファン１１のスタビライザ１５側の吸込チャンバ１７の容積を図１に仮想線の斜線で示した領域分大きくとれ、そのため上記のようにファン１１の軸芯をスタビライザ１５とは反対側に偏芯させても各冷却媒体通路３内におけるスタビライザ１５側の端部の流速低下を抑制できて流速分布のばらつき低減できるとともに圧損をより低減でき、冷却性能を高くかつそのばらつきを低減できる。
【００３２】
また、ファン１１の羽根車１３の軸芯方向の長さＦを、組電池５の二次電池２並列方向の長さＬに対して、Ｆ≧Ｌ／２としているので、図５に示すように、二次電池２、２間の各冷却媒体通路３の流量ばらつきが増加せず、各冷却媒体通路３に対して確実に均一に冷却媒体を流通させることができる。
【００３３】
また、ファン１１を、その軸芯が冷却媒体通路３に対して垂直になるように配設しているので、圧損を低減できて流量を大きくでき、冷却性能を向上できる。また、ファン１１を、組電池５の二次電池並列方向の中心に対するファン１１の羽根車１３の軸芯方向の中心の変位量をｙ、組電池の二次電池並列方向の長さをＬ、二次電池の数をｎとして、ｙ＜Ｌ／ｎとなるように配設しているので、組電池５の各冷却媒体通路３に対して確実に均一に冷却媒体を流通させることができる。
【００３４】
また、ファン１１を、羽根車１１における羽根３ａの軸芯方向の継目３ｂ位置が、冷却媒体通路３に対向する位置から外れるように配設しているので、羽根３ａの継目３ｂの影響を受けずに全ての冷却媒体通路３の流速を均一にすることができる。
【００３５】
従って、本実施形態によれば、組電池５の一側に近接してクロスフロー型のファン１１を配設することでコンパクトに構成しながら、組電池５の各二次電池２を均等に冷却できることで、二次電池２のＳＯＣのばらつきを抑制して電池寿命を向上することができる。
【００３６】
【発明の効果】
本発明の電池パックによれば、ファンを組電池の一側面に近づけて配設しても、クロスフロー型のファンをその軸芯を二次電池の並列方向に沿わせて配設したことで二次電池間の各冷却媒体通路に対して均一に冷却媒体を流通させることができるとともに、ファンの軸芯位置を組電池の一側面側の羽根車の移動方向に偏芯させたことで各冷却媒体通路内での冷却媒体の流速分布を均一にでき、コンパクトな構成にて組電池の各二次電池を均等に冷却でき、二次電池のＳＯＣのばらつきを抑制して電池寿命を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の電池パックの一実施形態の縦断側面図である。
【図２】同実施形態におけるファンの位置と冷却媒体通路内の流速ばらつき及び冷却媒体流量の関係を示す特性図である。
【図３】同実施形態における組電池とファンの配設位置関係を示す平面図である。
【図４】同実施形態におけるファンの長さと冷却媒体通路間の流量ばらつきの関係を示す特性図である。
【図５】同実施形態におけるファンの配設状態を示す部分縦断正面図である。
【図６】従来例の電池パックを示し、（ａ）は組電池とファンの平面配置図、（ｂ）は概略構成を示す縦断正面図である。
【図７】本発明の電池パックを開発する前段階に考えられた電池パックの縦断側面図である。
【符号の説明】
１  電池パック
２  二次電池
３  冷却媒体通路
５  組電池
１０  流出側の分配空間
１１  クロスフロー型のファン
１３  羽根車
１３ａ  羽根
１３ｂ  継目
１５  スタビライザ
１７  吸込チャンバ
１８  排風路壁兼吸込チャンバ壁
【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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