(57)【要約】      （修正有）【課題】電気自動車等の電池パックの低背化と小型化を可能にし、電池モジュール全体を均一に冷却することの可能な冷却構造を有する電池パックを提供する。【解決手段】筐体内に、複数のセル１１を積層して構成された電池モジュール１０と、冷媒導入口８ａを介して筐体内に導入された冷媒を、電池モジュールに供給する内部吸気ダクト８と、電池モジュールから導出される冷媒を、冷媒排出口９ａを介して筐体外部へ排出する内部排気ダクト９とを有する。前記冷媒導入口と前記冷媒排出口は、筐体の同じ面側に設置され、前記冷媒導入口は、該冷媒導入口を通る冷媒を第1の方向に誘導し、内部吸気ダクトは、該内部吸気ダクトの導出口から導出される冷媒を、前記第1の方向と実質的に直交する第2の方向に偏向させ、前記内部吸気ダクトの導出口から導出される冷媒の流速を、前記第1の方向に対して均一にするための均一化手段を有する。【選択図】図５
2007172982.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
筐体内に、複数のセルを積層して構成された電池モジュールと、冷媒導入口を介して筐体内に導入された冷媒を、電池モジュールの方向に供給する内部吸気ダクトと、電池モジュールの方向から導出される冷媒を、冷媒排出口を介して筐体外部へ排出する内部排気ダクトと、を有する電池パックであって、
前記冷媒導入口と前記冷媒排出口は、筐体の同じ面側に設置され、前記冷媒導入口は、該冷媒導入口を通る冷媒を第1の方向に誘導し、
内部吸気ダクトは、該内部吸気ダクトの導出口から導出される冷媒を、前記第1の方向と実質的に直交する第2の方向に偏向させ、前記内部吸気ダクトの導出口から導出される冷媒の流速を、前記第1の方向に対して均一にするための流速均一化手段を有することを特徴とする電池パック。
【請求項２】
前記流速均一化手段は、内部吸気ダクトの底面または上面に設置された複数のスリットと、該複数のスリットの一部を覆うバッフル板とで構成され、
前記複数のスリットの各々は、前記内部吸気ダクトの導出口にそれぞれの開口を有し、実質的に前記第2の方向に沿って、内部吸気ダクトの底面または上面を切れ目なく仕切るように設置され、
前記バッフル板は、前記複数のスリットの上端面または下端面と接するように設置され、前記第1の方向においては、実質的に該第1の方向と垂直な内部吸気ダクトの一方の側端面から他方の側端面まで切れ目なく延び、前記第2の方向においては、各スリットの上流側に冷媒が供給されるように、内部吸気ダクトの実質的に前記第2の方向と垂直な側端面のうち、最も上流側の側端面との間に隙間を有することを特徴とする請求項1に記載の電池パック。
【請求項３】
前記バッフル板の前記第2の方向の幅は、同方向の内部吸気ダクトの幅の1／2程度であることを特徴とする請求項2に記載の電池パック。
【請求項４】
前記複数のスリットの前記第1の方向のスリット幅および設置間隔は、一定であることを特徴とする請求項2または3に記載の電池パック。
【請求項５】
前記第1の方向は、実質的にセルの積層方向と平行な方向であることを特徴とする前記請求項のいずれか一つに記載の電池パック。
【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、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る。この電池としては、例えば繰り返し充放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、この電池モジュールが筐体内に収容された状態で車両等に搭載される。この筐体と、筐体内に収容された電池モジュールおよびその他の構成物品を電池パックと称する。
【０００４】
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。電池モジュールは、高温になると発電効率が低下するため、例えば筐体内に外部から冷却風等を導入して、電池モジュールを冷却することが行われる。
【０００５】
この冷却風を用いた電池パックの冷却構造としては、種々のものが提案されている。例えば、電池モジュールの長手方向において均一に冷媒が供給されるように、電池モジュールをその長手方向において傾斜させた状態で筐体内に収容し、電池セルへの冷却風供給路の断面積を上流側から下流側に向かって低下させる方法が提案されている（特許文献1）。
【０００６】
また車両に電池パックを搭載する際の搭載空間の関係から、電池パックには低背化が要求される。従って通常、電池パックの吸気ファンおよび排気ファンは、電池モジュールの長手方向を挟む両側面に突き出すようにして、配置される。
【特許文献１】特開平7-320794号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上述の配置により電池パックの低背化を図った場合、電池モジュールの吸気ファンと排気ファンが電池パックの反対側に配置されるため十分な小型化が図れず、電池パックを車両空間に設置できなくなるという問題がある。
【０００８】
また、この問題の対処方法として、吸気ファンと排気ファンを電池パックの同じ側に設置することができるように、電池パックの冷却流路を構成することが考えられるが、この場合、筐体内で冷却風の流れを偏向させる必要があり、電池モジュールに供給する冷却風の流れを均一に維持することが難しい。そのため、電池モジュールに温度分布が生じて良好な性能が得られなくなるという問題がある。
【０００９】
本発明は、このような問題に鑑みなされたものであり、電池パックの低背化と小型化を可能にするとともに、電池モジュール全体を均一に冷却することの可能な冷却構造を有する電池パックを提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記の課題を解決するため本発明では、筐体内に、複数のセルを積層して構成された電池モジュールと、冷媒導入口を介して筐体内に導入された冷媒を、電池モジュールに供給する内部吸気ダクトと、電池モジュールから導出される冷媒を、冷媒排出口を介して筐体外部へ排出する内部排気ダクトと、を有する電池パックであって、前記冷媒導入口と前記冷媒排出口は、筐体の同じ面側に設置され、前記冷媒導入口は、該冷媒導入口を通る冷媒を第1の方向に誘導し、内部吸気ダクトは、該内部吸気ダクトの導出口から導出される冷媒を、前記第1の方向と実質的に直交する第2の方向に偏向させ、前記内部吸気ダクトの導出口から導出される冷媒の流速を、前記第1の方向に対して均一にするための均一化手段を有することを特徴とする電池パックが提供される。
【００１１】
電池パックの構造をこのように定めることにより、電池パックの低背化および小型化が可能になる。また内部吸気ダクト内に冷媒の流速を均一化する手段を設けたため、内部吸気ダクト内において冷媒の流れを偏向させても乱流等が生じにくく、冷媒を電池モジュールに均一に供給することが可能となる。
【００１２】
ここで、前記均一化手段は、内部吸気ダクトの底面または上面に設置された複数のスリットと、該複数のスリットの一部を覆うバッフル板とで構成され、前記複数のスリットの各々は、前記内部吸気ダクトの導出口にそれぞれの開口を有し、実質的に前記第2の方向に沿って、内部吸気ダクトの底面または上面を切れ目なく仕切るように設置され、前記バッフル板は、前記複数のスリットの上端面または下端面と接するように設置され、前記第1の方向においては、実質的に該第1の方向と垂直な内部吸気ダクトの一方の側端面から他方の側端面まで切れ目なく延び、前記第2の方向においては、各スリットの上流側に冷媒が供給されるように、内部吸気ダクトの実質的に前記第2の方向と垂直な側端面のうち、最も上流側の側端面との間に隙間を有するようにしても良い。
【００１３】
内部吸気ダクト内に設置する均一化手段の形状をこのように構成することで、前述の効果を容易に得ることができる。
【００１４】
また、前記バッフル板の前記第2の方向の幅は、同方向の内部吸気ダクトの幅の1／2程度であることが好ましい。これにより、冷媒のスリットを通る時間が長くなり、内部吸気ダクトの導出口から導出される冷媒の流速ばらつきがさらに抑制される。
【００１５】
また、前記複数のスリットの前記第1の方向のスリット幅および設置間隔は、一定であることが好ましい。これにより設計パラメータをあまり増加させずに、内部吸気ダクトの好適な冷媒供給構造を得ることができる。
【００１６】
さらに、前記第1の方向は、実質的にセルの積層方向と平行な方向であっても良い。これにより、積層された各電池セルをより均一に冷却することが可能となる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明の電池パックは、冷媒の筐体への導入部と排気部が筐体の同じ側面に設置されるため、電池パックの低背化および小型化が可能となる。また内部吸気ダクト内に設けられた流速均一化手段により、冷媒が電池モジュールに均一に供給されるため、電池モジュール全体を均一に冷却することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明に基づいた実施の形態について説明する。
【００１９】
図1は、本実施の形態における電池パックの車両への搭載状態の一例を示したものである。
【００２０】
図1では、電池パック1は、車両の後部座席500の後部側に搭載される。ただし、電池パック1の搭載場所は、特に限られないことに留意する必要がある。電池パック1内に導入される冷媒としては、例えば車両室内の空気による冷却風が用いられる。車両室内の空気を電池パック1に誘導するための外部吸気ダクト80と、電池パック1に導入された冷却風を外部に排気するための外部排気ダクト90とが、電池パック1の同一の側面側に連結されている。
【００２１】
図2は、本発明による電池パックを有する電池システムで車両100を駆動させる場合のブロック図である。車両100は、制御部101と、電池パックを備える電池部102と、駆動部103とを備える。制御部101は、電池パック1の内部に配置された機器ボックス30（図3参照）内に設置され、電池102および駆動部103を制御する。駆動部103は、電池部102から供給される電流によって駆動するモータ等の電動機の他、ガソリンエンジンまたはディーゼルエンジン等の内燃機関を有しても良い。すなわち車両100には、電気自動車の他、ガソリンエンジンのような電動機以外の駆動手段を備えたハイブリッドカーも含まれる。
【００２２】
図3は、本発明の電池パックの斜視図であり、図4は、図3に示す電池パックのIII−III線に沿った断面模式図である。なお本実施例の電池パック1の冷却構造は、冷媒が電池モジュールの内部を下方から上方に向かって流れる、いわゆるアップフロー型となっている。また各図において白抜矢印は、冷媒の流れを示す。以下の説明では、この冷媒が冷却風である場合を例に説明する。ただし本発明において冷媒は、これに限られるものではないことは、当業者に明らかである。
【００２３】
図3および図4に示すように、電池パック1は、上部ケース3および下部ケース4からなる筐体2と、筐体2の内部に配置された電池モジュール10と、内部吸気ダクト8と、内部排気ダクト9と、機器ボックス30とを有する。
【００２４】
筐体2は、上部ケース3と下部ケース4とを組み合わせて端部をボルト33で締結することにより構成され、内部には空間を有する。
【００２５】
電池モジュール10は図5に示すように、複数の電池セル11を積層することにより構成される。電池セルとしては例えば、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を用いることができる。電池セル11は、いわゆる角型平板状の外形を有している。
【００２６】
個々の電池セル11の側面（図4のY方向両端側）には突出部11aが設けられており、この突出部11aは、電池セル11の積層後に、電池モジュール10の側面に延在する突出部を構成する。電池モジュール10の積層方向（X方向）における両端には、電池モジュール10の積層状態を維持するエンドプレート15が配置され（図5参照）、これら一対のエンドプレート15は、上述の電池モジュール10の側面に形成された突出部に係合するブランケット26および拘束ベルト16(図4参照)によって連結される。
【００２７】
個々の電池セル11の主表面（X方向の両端面）には凸部（図示されていない）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11の間に、冷却風を流通させる通路の一部（以下「冷却通路」という）が形成される。なお本実施例においては、電池モジュール10は、下部ケース4の底面に対して所定の角度の傾斜（図4のY方向の傾斜）を有するように設置される。内部吸気ダクト8から排出される冷却風を、電池モジュール10の下面側に均一に供給するためである。
【００２８】
筐体2の内部空間は、電池モジュール10によって区画されている。電池モジュール10の上面と上部ケース3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却流路5が定形される。また電池モジュール10の下面と下部ケース4の間には、下部空間が形成され、この下部空間により下部冷却流路6が定形される。従って、上部冷却流路5、下部冷却流路6および電池モジュール10の設置される空間（上述の凸部によって形成される冷却通路）によって、冷却流路が構成される。セル11の積層（X）方向と平行な電池モジュール10の側端面（Y方向と直交する側端面）の一方と、これに対向する上部ケース3および底部ケース4の側面の間には、第1の側部空間7aが形成される。またセル11の積層（X）方向と平行な電池モジュール10の側端面（Y方向と直交する側端面）の他方と、これに対向する上部ケース3および底部ケース4の側面の間には、第２の側部空間7bが形成される。
【００２９】
上部冷却流路5と、第1の側部空間7aおよび第2の側部空間7bの間には、ガスケット23が設置されており、これらの空間同士の気密性が確保されている。また下部冷却流路6と、第1の側部空間7aおよび第2の側部空間7bの間には、ガスケット23が設置されており、これらの空間同士の機密性が確保されている。このガスケット23には、例えば独立発泡のEPDMゴム等が用いられる。
【００３０】
電池モジュール10の側面側に位置する第1の側部空間7aおよび第2の側部空間7ｂには、それぞれ、内部吸気ダクト8および内部排気ダクト9が設置される。図3のように、内部吸気ダクト8の長手方向（X方向）の向きに冷却風が供給されるように筐体の一面には、吸気口8aが設けられ、内部吸気ダクト8は、この吸気口8aに連通する。また内部排気ダクト9の長手方向（X方向）の向きに冷却風が排出されるように、吸気口8aの設けられた面と同一の筐体面に、排気口9aが設けられ、内部排気ダクト9は、この排気口9aに連通する。内部吸気ダクト8は、冷却風導入口に相当する吸気口8aと冷却流路の一部である下部冷却流路6とを連通する連通部に相当する。同様に内部排気ダクト9は、冷却風導出口に相当する排気口9aと冷却流路の一部である上部冷却流路5とを連通する連通部に相当する。
【００３１】
このように本発明による電池パック1によれば、冷却風の筐体への導入部と排気部が筐体の同じ側面に設置されるため、電池パックの低背化および小型化が可能となる。
【００３２】
ただし本発明の電池パックの冷却構造では、冷却風が内部吸気ダクト8に導入されてから、電池モジュール10（正確には下部冷却流路6）の方向に冷却風を偏向させる必要がある。一般に、冷却風の偏向は乱流や渦流を発生させる原因となる。このような冷却風の乱流や渦流が生じる状況では、内部吸気ダクト8から下部冷却流路6を介して導入される冷却風が、電池モジュール10側に均一に供給されず、電池モジュールに局部的温度上昇が生じる可能性がある。このような電池モジュールの局部的温度上昇は、電池性能を劣化させ、電池の信頼性を損なうおそれがある。これに対して本発明では、このような電池モジュール10側での冷却風の不均一分布を抑制することを目的として、内部吸気ダクト8に流速均一化手段が設けられることに特徴がある。すなわち、内部吸気ダクト8内で冷却風を偏向させても、本発明の流速均一化手段によって、乱流や渦流の発生が効果的に抑制されるのみならず、さらに偏向された冷却風が、内部吸気ダクト8から下部冷却流路6に導入される際の流速を、セル11の積層（X）方向において一定に維持することが可能となる。従って、均一な冷却風を電池モジュール全体に供給することができ、電池モジュールの局部的昇温が抑制できる。
【００３３】
以下、内部吸気ダクト8に設けられるこの流速均一化手段について、具体例を示して説明する。なお本発明の効果を発現させるに際し、内部排気ダクト9の構造は、特に限定されない。従って内部排気ダクト9は、従来の構造としても良い。
【００３４】
図5には、内部吸気ダクト8、内部排気ダクト9および電池モジュール10の位置関係を示す。また図6には、図5のVIで囲まれた部分の拡大斜視図を示す。さらに図7には、図6の内部吸気ダクト8のV−V断面図を示す。内部吸気ダクト8は、Y方向と垂直な3つの面（それぞれY方向に沿った冷却風の進行方向の上流側から順に、第1の面8d1、第2の面8d2、第3の面8d3）を有する。また内部吸気ダクト8は、X方向に垂直な2つの面、8c1、8c2を有する。内部吸気ダクト8の第3の面8d3には、内部吸気ダクト8の内部に設けられた複数のスリット55の各々に対応する開口が一列に設けられている。これらの複数のスリット55は、内部吸気ダクト8の底面において、Y方向に沿って延びており、第3の面8d3から内部吸気ダクト8の第1の面8d1まで、内部吸気ダクト8の底面を仕切るように設置されている。なお図5および6において、スリット55の間隔は、等間隔で示されているが、本発明の態様はこれに限られるものではなく、スリット55の間隔は、吸気口から遠ざかるにつれて、漸次狭まるように設定しても良い。ただし、設計パラメータが多くなることを回避する上では、スリット間隔は等間隔であることが好ましい。
【００３５】
また、各スリット55の直上には、スリット55の上端面と接するようにバッフル板50が設置される。バッフル板50は、X方向においては、内部吸気ダクト8のX方向に垂直な一方の面8c1から他方の面8c2まで切れ目なく延びている。またバッフル板50のY方向の一端は、内部吸気ダクト8の第2の面8d2（または第3の面8d3）と接しているが、Y方向の他端は、第1の面8d1には接していない。従って、内部吸気ダクト8に導入された冷却風は、内部吸気ダクト8内において、バッフル板50と内部吸気ダクト8の第1の面8d1の間に形成された隙間を通り、各スリット55に流入される。
【００３６】
内部吸気ダクト8の内部構造をこのように構成することで、以下の効果が生じる。まず、内部吸気ダクト8の内部にスリット55を設けたため、冷却風の流れを偏向させるときに生じる冷却風の乱れを有意に防止することが可能となる。また、バッフル板50を設けたことにより、スリットを通る冷却風が下部冷却流路6に導入されるまでに、十分な流速安定化距離を確保することが可能となるため、各スリット55から排出される冷却風の流速を一定に維持することが可能となる。
【００３７】
ここで、バッフル板50のY方向の寸法W2は、図7に示すように、内部吸気ダクト8の第1の面8d1から第2の面8d2間での寸法W1の約1／2程度であることが好ましい。バッフル板50の寸法W2が、これより極端に短い場合は、スリットを通る冷却風の十分な安定化距離を確保することができなくなり、各スリット55から排出される冷却風流速にばらつきが生じ易くなるからである。またW2が、W1の1／2よりも著しく長くなると、内部吸気ダクト8内での圧力損失が高くなり、電池モジュール10に十分な冷却風を導入することができなくなる可能性があるからである。
【００３８】
このように本発明の電池パック1では、冷却風の筐体への導入部と排気部を筐体の同一側面に設置した場合も、内部吸気ダクト8内で冷却風を偏向させるときに生じる冷却風の乱れおよび流速の偏りを抑制することができる。また内部吸気ダクト8の導出口から導出される冷却風の、X方向に対する流速の均一化が可能となる。従って内部吸気ダクト8から電池モジュール11全体に、均一に冷却風を供給することができる。これにより、電池パック1の低背化とともに、電池モジュール10の均一冷却が可能となり、局部的な温度上昇を抑制することが可能となる。
【００３９】
なお上記の説明では、内部吸気ダクト8の流速均一化手段として、バッフル板とスリットを設ける場合を例に説明したが、同様の効果が得られれば、本発明の流速均一化手段は、これに限られないことに留意する必要がある。
【００４０】
また上記の各実施例では、電池パック1の冷媒として車両室内の空気を用いる場合を例に説明したが、他の冷媒気体、あるいは液体を用いても良い。またこれらの冷媒は、熱交換器等を介して循環させても良い。
【００４１】
上記の説明は、アップフロー型の冷却構造において電池モジュール10が底部ケース4の底面に対して所定の角度で傾斜して配置される構成を例として示した。しかしながら、本発明はこのような構造の冷却構造に限られるものではなく、流速均一化手段の内部吸気ダクト8に対する位置関係を変更するだけで、例えばダウンフロー型の冷却構造、あるいは電池モジュール10を底部ケース4の底面に平行に配置する構造においても適用することができる（例えば、前述のスリット55を内部吸気ダクト8の上面に設置し、バッフル板をスリットの下端面と接するように設置する等の変更によって、ダウンフロー型の冷却構造の電池パックに対応できる）。さらに本発明は、同様の効果が得られれば、内部吸気ダクト、電池モジュールおよび内部排気ダクトはいかなる配置関係で構成されても良いことに留意する必要がある。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】電池パックの車両への搭載状態を示す図である。
【図２】本発明による電池パックを有する電池システムで車両を駆動させる場合のブロック図である。
【図３】本発明による電池パックの概略斜視図である。
【図４】図3のIII−III線に沿った断面の模式図である。
【図５】本発明による電池パックの内部吸気ダクト、内部排気ダクトおよび電池モジュールの位置関係を示す分解斜視図である。
【図６】図5においてVIで囲まれた部分の拡大図である。
【図７】図6の内部吸気ダクトのV−V 断面図である。
【符号の説明】
【００４３】
１      電池パック
２      筐体
３      上部ケース
４      下部ケース
５      上部冷却流路
６      下部冷却流路
７ａ    第1の側部空間
７ｂ    第2の側部空間
８      内部吸気ダクト
８ａ    吸気口
８ｃ１、８ｃ２  内部吸気ダクトのX方向と垂直な面
８ｄ１  内部吸気ダクトのY方向と垂直な第1の面
８ｄ２  内部吸気ダクトのY方向と垂直な第2の面
８ｄ３  内部吸気ダクトのY方向と垂直な第3の面
９      内部排気ダクト
９ａ    排気口
１０    電池モジュール
１１    セル
１１ａ  突出部
１５    エンドプレート
３０    機器ボックス
３３    ボルト
５０    バッフル板
５５    スリット
８０    外部吸気ダクト
９０    外部排気ダクト
１００  車両
１０１  制御部
１０２  電池部
１０３  駆動部
５００  後部座席。
【図１】
2007172982.tif 000003
【図２】
2007172982.tif 000004
【図３】
2007172982.tif 000005
【図４】
2007172982.tif 000006
【図５】
2007172982.tif 000007
【図６】
2007172982.tif 000008
【図７】
2007172982.tif 000009