(57)【要約】【課題】適正量の蓄冷材により、組電池を良好に冷却することができ、ひいては組電池の温度を許容限界温度以下に維持することができる、組電池の冷却構造を提供することである。【解決手段】組電池３１の冷却のために、適正量の蓄冷材３２が組電池３１に接触して設けられている。蓄冷材３２の適正量は、組電池３１から放出可能な最大電流値、組電池３１の内部抵抗および容量ならびに蓄冷材３２の潜熱に基づいて、組電池３１が満充電状態から完全放電状態になるまで、組電池３１から最大電流値の電流が放出され続けても、組電池３１の温度が組電池３１の許容限界温度を超えない量とされている。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
車両の外部に設けられる外部電源から供給される電力によって充電され、前記車両に備えられる走行用モータに電力を供給するための組電池を冷却する構造であって、
前記組電池に接触して設けられ、相変化による潜熱を利用して、前記組電池を冷却する蓄冷材を備え、
前記組電池が満充電状態から完全放電状態になるまで、前記組電池から放出可能な最大電流値の電流が放出され続けても、前記組電池の温度が許容限界温度を超えないように、前記最大電流値、前記組電池の内部抵抗および容量ならびに前記蓄冷材の潜熱に基づいて、前記蓄冷材の量が設定されている、組電池の冷却構造。
【請求項２】
冷却風を送出する冷却ファンが備えられており、
前記組電池は、複数の分割部分に分割されて、各前記分割部分が積層して構成され、
前記蓄冷材は、各前記分割部分に挟持された状態に設けられ、
前記蓄冷材には、前記分割部分の積層方向と直交する方向に貫通して、少なくとも前記組電池の充電中に前記冷却ファンからの冷却風が流通する通風孔が形成されている、請求項１に記載の組電池の冷却構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車両に搭載された組電池を冷却する構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
電気自動車（ＥＶ：Electric Vehicle）やハイブリッドカー（ＨＶ：Hybrid Vehicle）には、走行用モータに供給される電力を蓄えておくための高圧バッテリが搭載されている。高圧バッテリとしては、複数の二次電池を接続して構成される組電池が広く用いられている。
【０００３】
組電池は、充放電に伴う発熱により、その温度が上昇する。組電池が高温になると、組電池の性能（出力）の低下や組電池の劣化を招く。そのため、組電池には、組電池を冷却する構成が必要である。
【０００４】
組電池を冷却（組電池の充放電時の温度変化を抑制）するために、たとえば、潜熱蓄熱材を組電池に接触させて設けることが提案されている。また、冷却材を組電池に接触させて設けた構成において、その冷却材として、温度に応じて水を吸収／放出する保水層および水に溶解することによって吸熱する吸熱層を有するものを採用することが提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００９−１４０７８６号公報
【特許文献２】特開２０１２−４８９０５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、潜熱蓄熱材および冷却材の適正量、つまり車両の走行中の組電池の温度を所定温度以下に維持するために必要十分な潜熱蓄熱材および冷却材の量については、何ら提案されていない。潜熱蓄熱材および冷却材の搭載量が過少であると、組電池の温度を所定温度以下に維持することができない。一方、潜熱蓄熱材および冷却材の搭載量が過剰であると、車両の重量が不必要に重くなり、車両の走行電費（走行燃費）が低下する。
【０００７】
本発明の目的は、適正量の蓄冷材により、組電池を良好に冷却することができ、ひいては、組電池の温度を許容限界温度以下に維持することができる、組電池の冷却構造を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
前記の目的を達成するため、本発明に係る組電池の冷却構造は、車両の外部に設けられる外部電源から供給される電力によって充電され、前記車両に備えられる走行用モータに電力を供給するための組電池を冷却する構造であって、前記組電池に接触して設けられ、相変化による潜熱を利用して、前記組電池を冷却する蓄冷材を備えている。
【０００９】
車両には、走行用モータと、走行用モータに電力を供給するための組電池とが搭載されている。組電池は、車両の外部に設けられた外部電源から供給される電力によって充電される。
【００１０】
組電池の冷却のために、適正量の蓄冷材が組電池に接触して設けられている。蓄冷材の適正量は、組電池から放出可能な最大電流値、組電池の内部抵抗および容量ならびに蓄冷材の潜熱に基づいて、組電池が満充電状態から完全放電状態になるまで、組電池から最大電流値の電流が放出され続けても、組電池の温度が組電池の許容限界温度を超えない量とされている。
【００１１】
これにより、組電池の温度を許容限界温度以下に維持することができる。その結果、組電池の性能の低下および組電池の劣化による寿命の短縮を抑制できる。また、車両の重量の増大による走行電費の低下を防止することができる。
【００１２】
組電池は、複数の分割部分に分割されて、各分割部分が積層して構成されていてもよい。この場合、蓄冷材は、各分割部分に挟持された状態に設けられていることが好ましい。
【００１３】
これにより、組電池の各分割部分からの発熱を蓄冷材に良好に吸収させることができる。
【００１４】
また、蓄冷材には、分割部分の積層方向と直交する方向に貫通する通風孔が形成されていることが好ましい。そして、通風孔には、冷却ファンからの冷却風が通されることが好ましい。
【００１５】
冷却ファンからの冷却風が蓄冷材の通風孔を流通することにより、蓄冷材を効果的に冷却することができる。
【００１６】
この冷却風による蓄冷材の冷却は、少なくとも組電池の充電中に行われることが好ましい。
【００１７】
少なくとも組電池の充電中に蓄冷材が冷却されることにより、組電池の温度が充電に伴って上昇することを抑制できる。また、充電終了時に、蓄冷材の温度が低くなっているので、その後の組電池からの放電時に、組電池からの発熱を蓄冷材に良好に吸収することができる。その結果、組電池の充放電中の温度上昇を抑制することができ、組電池の性能の低下および組電池の劣化による寿命の短縮を一層抑制できる。
【００１８】
冷却ファンは、車両に搭載されていてもよいし、車両の外部に備えられていてもよい。
【００１９】
冷却ファンが車両に搭載される場合、冷却ファンは、組電池の充電中に、外部電源から組電池に供給される電力の一部を使用して駆動されることが好ましい。言い換えれば、組電池の放電中、つまり車両の走行中は、冷却ファンの駆動が停止されていることが好ましい。
【００２０】
これにより、車両の走行中に、冷却ファンの駆動のために組電池に蓄積されている電力が使用されることを防止できる。その結果、車両の走行電費（走行燃費）を向上させることができる。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、適正量の蓄冷材により、組電池を良好に冷却することができ、ひいては、組電池の温度を許容限界温度以下に維持することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】図１は、本発明の一実施形態に係る組電池の冷却構造が適用された車両の要部の構成を示すブロック図である。
【図２】図２は、図１に示された車両の図解的な側面図であり、電池パックの構成および配置を示す。
【図３】図３は、図１に示された車両の図解的な平面図であり、電池パックの構成および配置を示す。
【図４】図４は、電池モジュールの分解斜視図である。
【図５】図５は、冷却制御のフローチャートである。
【図６】図６は、冷却ファンが車両の外部に設置された構成を示す図解的な側面図である。
【図７】図７は、冷却ファンが車両の外部に設置された構成を示す図解的な平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下では、本発明の実施の形態について、添付図面を参照しつつ詳細に説明する。
【００２４】
図１は、本発明の一実施形態に係る組電池の冷却構造が適用された車両の要部の構成を示すブロック図である。
【００２５】
車両１は、走行用モータ２を駆動源とする自動車（電気自動車、ハイブリッドカー）である。
【００２６】
車両１には、走行用モータ２に供給される電力を蓄えるための電池パック３が備えられている。電池パック３は、インバータ４を介して、走行用モータ２と電気的に接続されている。電池パック３とインバータ４とを接続するプラス配線５およびマイナス配線６の途中部には、リレー７が介在されている。
【００２７】
リレー７がオンにされた状態において、走行用モータ２の駆動時には、電池パック３が出力する直流電力がインバータ４に供給される。そして、その直流電力がインバータ４で交流電力に変換され、その変換後の交流電力がインバータ４から走行用モータ２に供給される。
【００２８】
電池パック３は、車両１の外部に設置された充電器８から供給される電力によって充電される。電池パック３の充電のために、車両１には、充電ポート９が設けられている。充電ポート９は、プラス配線５およびマイナス配線６におけるリレー７よりも電池パック３側の部分と電気的に接続されている。充電器８には、充電ケーブル１０が接続されている。充電ケーブル１０の先端には、充電ポート９に接続／接離可能な充電コネクタ１１が設けられている。リレー７のオン／オフにかかわらず、充電コネクタ１１が充電ポート９に接続されることにより、充電器８が電池パック３に電気的に接続され、充電器８から供給される直流電力で電池パック３を充電することができる。
車両１には、冷却風を送出する冷却ファン１２が搭載されている。
【００２９】
また、車両１には、ＣＰＵおよびメモリを含む構成のＥＣＵ１３が備えられている。
【００３０】
ＥＣＵ１３には、インバータ４、リレー７および冷却ファン１２が制御対象として接続されている。また、充電コネクタ１１が充電ポート９に接続されると、ＥＣＵ１３と充電器８とが電気的に接続される（制御信号線を介して接続される）。
【００３１】
ＥＣＵ１３がインバータ４を制御することにより、インバータ４から走行用モータ２に供給される電力が制御される。また、ＥＣＵ１３は、リレー７のオン／オフを制御する。ＥＣＵ１３は、たとえば、車両１のスタートスイッチ（イグニッションキースイッチ）がオンにされると、リレー７をオンにし、スタートスイッチがオフにされると、リレー７をオフにする。
【００３２】
図２は、図１に示された車両の図解的な側面図であり、電池パックの構成および配置を示す。図３は、図１に示された車両の図解的な平面図であり、電池パックの構成および配置を示す。
【００３３】
電池パック３は、車両１の前後のホイールベース間のフロア２１上に配置されている。電池パック３は、電池モジュール２２と、電池モジュール２２が収容された電池収容ケース２３とを備えている。
電池収容ケース２３は、略直方体形状をなしている。
【００３４】
電池収容ケース２３の前面には、吸気ダクト２４が接続されている。吸気ダクト２４は、たとえば、電池収容ケース２３の前面の上下方向の中央部と対向し、電池収容ケース２３の前面の左端部から右方に、電池収容ケース２３の前面の右端部を越えて延びている。吸気ダクト２４内は、電池収容ケース２３の前面に形成された多数の吸気口２５を介して、電池収容ケース２３内と連通している。吸気ダクト２４の右端部は、後方に屈曲して延びている。そして、その屈曲した部分には、吸気ダクト２４内への塵や虫の侵入を防止するためのフィルタ２６が設けられている。
【００３５】
冷却ファン１２は、電池パック３と一体的に設けられている。具体的には、冷却ファン１２は、吸気ダクト２４内におけるフィルタ２６よりも電池収容ケース２３側の位置に配置されている。
【００３６】
電池収容ケース２３内の後部には、スペース２７が設けられている。そして、電池収容ケース２３の上面の後端部には、スペース２７と外部とを連通させる排気口２８が形成されている。
図４は、電池モジュールの分解斜視図である。
電池モジュール２２は、組電池３１および蓄冷材３２を含む。
【００３７】
組電池３１は、複数の分割部分３３に分割されて、各分割部分３３が電気的に並列に接続されることによって構成されている。各分割部分３３は、複数の円柱状の二次電池３４がその中心軸線方向に並べられて電気的に直列に接続され、その二次電池３４の直列構造物が二次電池３４の中心軸線方向と直交する方向に並べられて電気的に並列に接続された同一の構成を有し、全体として筏状をなしている。複数の分割部分３３は、二次電池３４の径方向に積み重ねられている。
【００３８】
蓄冷材３２は、各分割部分３３の間に介在されている。蓄冷材３２には、潜熱蓄熱方式の蓄熱材（潜熱蓄熱材）が使用されている。蓄冷材３２は、分割部分３３の積層方向から見た平面視において、分割部分３３とほぼ同じ形状に形成されている。また、蓄冷材３２は、二次電池３４の中心軸線方向から見たときに、略六角形状をなす六角形部分３５が二次電池３４の直列構造物の並び方向と同一方向にその直列構造物の並び数よりも１少ない数だけ連結された形状に形成されている。各六角形部分３５における分割部分３３と対向する面は、分割部分３３を構成する各二次電池３４の周面とほぼ同じ曲率の円弧面に形成されている。これにより、各六角形部分３５は、４つの二次電池３４の直列構造物に囲まれ、その表面が二次電池３４の周面と密接している。また、各六角形部分３５には、断面円形状の通風孔３６が二次電池３４の中心軸線と平行な方向に貫通して形成されている。
【００３９】
車両１への蓄冷材３２の搭載量Ｍ（ｋｇ）は、組電池３１から放出可能な電流の最大値である最大電流値Ｉｍａｘ（Ａ）と、組電池３１の内部抵抗Ｒ０（ｍΩ）と、組電池３１の容量Ｈ（Ａｈ）と、蓄冷材３２の潜熱Ｌ（ｋＪ／ｋｇ）とに基づいて、組電池３１が満充電状態から完全放電状態になるまで、組電池３１から最大電流値Ｉｍａｘの電流が放出され続けても、組電池３１の温度が組電池３１の許容限界温度を超えない量とされている。
【００４０】
具体的には、車両１に搭載される蓄冷材１２の量Ｍは、組電池３１から最大電流値Ｉｍａｘの電流が放出されるときの単位時間あたりの組電池３１の発熱量Ｗ（Ｊ／ｓｅｃ）とし、組電池３１が満充電状態から完全放電状態になるまでに要する時間Ｔ（ｓｅｃ）とし、組電池３１が満充電状態から完全放電状態になるまでの組電池３１の発熱量Ｑ（ｋＪ）として、以下の式（１）〜（４）に従って算出される。
Ｗ＝Ｉｍａｘ＾２×Ｒ０÷１０００    ・・・（１）
Ｔ＝（Ｈ／Ｉｍａｘ）×３６００    ・・・（２）
Ｑ＝Ｗ×Ｔ÷１０００    ・・・（３）
Ｍ＝Ｑ÷Ｌ＝（Ｗ×Ｔ÷１０００）／Ｌ    ・・・（４）
【００４１】
そして、電池モジュール２２は、電池収容ケース２３内において、通風孔３６の入口が電池収容ケース２３の前面と対向するように、言い換えれば、二次電池３４の中心軸線が前後方向に沿うように配置されている。
図５は、冷却制御のフローチャートである。
【００４２】
電池パック３（組電池３１）の充電と並行して、ＥＣＵ１３により、図５に示される冷却制御が実行される。
【００４３】
電池パック３の充電が開始されると（ステップＳ１のＹＥＳ）、冷却ファン１２の駆動が開始される（ステップＳ２）。冷却ファン１２の動作電力は、充電器８から供給される。冷却ファン１２が駆動されると、冷却ファン１２からの冷却風が吸気ダクト２４を電池収容ケース２３内に向けて流通する。吸気ダクト２４を流通する冷却風は、吸気口２５を介して、電池収容ケース２３内に流入する。そして、冷却風は、蓄冷材３２に形成されている通風孔３６を流通する。これにより、蓄冷材３２が冷却される。
【００４４】
冷却ファン１２が駆動されている間、電池パック３の充電が停止されたか否かが繰り返し判断される（ステップＳ３）。
【００４５】
電池パック３の充電が継続している間（ステップＳ３のＮＯ）、冷却ファン１２の駆動が継続される。
【００４６】
電池パック３の充電が停止されると（ステップＳ３のＹＥＳ）、冷却ファン１２の駆動が停止される（ステップＳ４）。
【００４７】
以上のように、車両１には、走行用モータ２と、走行用モータ２に電力を供給するための組電池３１とが搭載されている。組電池３１は、車両１の外部に設けられた充電器８から供給される電力によって充電される。
【００４８】
組電池３１の冷却のために、適正量Ｍの蓄冷材３２が組電池３１に接触して設けられている。蓄冷材３２の適正量Ｍは、組電池３１から放出可能な最大電流値Ｉｍａｘ、組電池３１の内部抵抗Ｒ０および容量Ｈならびに蓄冷材３２の潜熱Ｌに基づいて、組電池３１が満充電状態から完全放電状態になるまで、組電池３１から最大電流値Ｉｍａｘの電流が放出され続けても、組電池３１の温度が組電池３１の許容限界温度を超えない量とされている。
【００４９】
これにより、組電池３１の温度を許容限界温度以下に維持することができる。その結果、組電池３１の性能の低下および組電池３１の劣化による寿命の短縮を抑制できる。また、車両１の重量の増大による走行電費の低下を防止することができる。
【００５０】
組電池３１は、複数の分割部分３３に分割されて、各分割部分３３が積層して構成されている。そして、蓄冷材３２は、各分割部分３３に挟持された状態に設けられている。
【００５１】
これにより、組電池３１の各分割部分３３からの発熱を蓄冷材３２に良好に吸収させることができる。
【００５２】
また、蓄冷材３２には、分割部分３３の積層方向と直交する方向、具体的には、二次電池３４の中心軸線と平行な方向に貫通する通風孔３６が形成されている。そして、通風孔３６には、冷却ファン１２からの冷却風が通される。
【００５３】
冷却ファン１２からの冷却風が蓄冷材３２の通風孔３６を流通することにより、蓄冷材３２を効果的に冷却することができる。
【００５４】
この冷却風による蓄冷材３２の冷却は、組電池３１の充電中に行われる。
【００５５】
組電池３１の充電中に蓄冷材３２が冷却されることにより、組電池３１の温度が充電に伴って上昇することを抑制できる。また、充電終了時に、蓄冷材３２の温度が低くなっているので、その後の組電池３１からの放電時に、組電池３１からの発熱を蓄冷材３２に良好に吸収することができる。その結果、組電池３１の充放電中の温度上昇を抑制することができ、組電池３１の性能の低下および組電池３１の劣化による寿命の短縮を一層抑制できる。
【００５６】
冷却ファン１２は、車両１に搭載されており、組電池３１の充電中に、充電器８から組電池３１に供給される電力の一部を使用して駆動される。言い換えれば、組電池３１の放電中、つまり車両１の走行中は、冷却ファン１２の駆動が停止されている。
【００５７】
これにより、車両１の走行中に、冷却ファン１２の駆動のために組電池３１に蓄積されている電力が使用されることを防止できる。その結果、車両１の走行電費（走行燃費）を向上させることができる。
【００５８】
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は、他の形態で実施することもできる。
【００５９】
前述の構成では、図２、図３に示されるように、冷却ファン１２が車両１に搭載されている場合の構成を取り上げたが、冷却ファン１２は、車両１の外部に設けられていてもよい。たとえば、図６、図７に示されるように、冷却ファン１２が充電器８に備えられていてもよい。この場合、電池パック３の左側面に冷却ファン１２からの冷却風を取り込むための吸気口４１が形成されて、冷却ファン１２と吸気口４１が対向する位置に車両１が停車されて、電池パック３の充電が行われるとよい。また、通風孔３６の入口が吸気口４１と対向するように、電池モジュール２２が電池収容ケース２３内に配置されていることが好ましい。これにより、吸気口４１から電池収容ケース２３内に取り込まれた冷却風を通風孔３６内にスムーズに注入させることができ、蓄冷材３２を効果的に冷却することができる。
【００６０】
その他、特許請求の範囲に記載された事項の範囲で種々の設計変更を施すことが可能である。
【符号の説明】
【００６１】
１    車両
２    走行用モータ
８    充電器（外部電源）
１２  冷却ファン
３１  組電池
３２  蓄冷材
３３  分割部分
３６  通風孔
【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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