JP5477571B2

JP5477571B2 - 電池パックの冷却構造

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Publication number: JP5477571B2
Application number: JP2009293521A
Authority: JP
Inventors: 亨鎌田; 洋治中森
Original assignee: Mitsubishi Motors Corp
Current assignee: Mitsubishi Motors Corp
Priority date: 2009-12-24
Filing date: 2009-12-24
Publication date: 2014-04-23
Anticipated expiration: 2029-12-24
Also published as: JP2011134615A; JP2014078517A; JP5668952B2

Description

本発明は、バッテリが収容された電池パックの冷却構造に関し、特に、電気自動車やハイブリッド自動車等の電動車両に搭載される電池パックの冷却構造に関する。

例えば、電気自動車などの電動車両に搭載される電池パックは、複数のバッテリセルを備えたバッテリと、このバッテリが収容されるバッテリケースとで構成されている。電動車両は、バッテリから供給される電力によって駆動モータが駆動されることで走行するように構成されている。

例えば、電気自動車の走行等により電力が消費されると、バッテリの温度が上昇する。このため、電池パックには、通常は、バッテリを冷却するための冷却構造が必要となる。電池パックの冷却構造は、従来から様々なものが提案されている。例えば、バッテリケース内を仕切り部材であるホルダによって左右の領域に区画してバッテリケース内に往路と復路とからなる冷却風流路を形成したものがある（例えば、特許文献１参照）。

特開２００６−３１８８２０号公報

しかしながら、このようにバッテリケースを区画して冷却風流路を形成した構造では、冷却風流路を流れる冷却風の温度が、徐々に上昇してしまい、冷却風流路の上流側と下流側とで、冷却風の温度差が生じてしまう。これに伴い、冷却風流路の上流側に位置するバッテリと下流側に位置するバッテリとの温度差が生じてしまうという問題がある。

なお特許文献１には、この問題を解決するために、冷却風流路の往路と復路とをつなぐバイパス孔を設けた構造が開示されている。これにより、バッテリの温度ばらつきを抑制することはできるが、各バッテリの温度のさらなる均一化が望まれている。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、バッテリケースに収容されている各バッテリの温度の均一化を図ることができる電池パックの冷却構造を提供することを目的とする。

上記課題を解決する本発明の第１の態様は、バッテリと、バッテリトレイとバッテリカバーとで構成されて前記バッテリが収容されるバッテリケースと、該バッテリケースの長手方向一端側に設けられて当該バッテリケース内に冷却風を供給する冷却ユニットと、を備えた電池パックの冷却構造であって、前記バッテリケースの短手方向中央部に当該バッテリケースの長手方向に沿って設けられて一端側が前記冷却ユニットに接続されるメイン送風路を有する送風路を備え、前記バッテリケース内には、当該バッテリケースの長手方向に沿って複数の前記バッテリが並設され、前記冷却ユニットから前記送風路に供給された冷却風が、前記メイン送風路の他端部から下方に流れ出して前記バッテリケース内を当該バッテリケースの長手方向他端側から一端側に流れて前記冷却ユニットに戻るようになっており、且つ前記送風路が、前記メイン送風路とは交差する方向に沿って設けられて前記メイン送風路に所定間隔で接続される複数のサブ送風路を含み、前記メイン送風路の他端部と共に、各サブ送風路からも冷却風が下方に流れ出すようになっており、前記各サブ送風路から流れ出した冷却風が、前記バッテリケースの長手方向他端側から一端側に流れる冷却風と合流し、前記送風路が、一端側に前記冷却ユニットが接続された送風ダクトで形成され、前記送風ダクトの前記サブ送風路に対応する部分には、前記冷却風を下方に向かって流す噴射口が設けられ、前記噴射口の大きさが、前記冷却風の流れの下流側ほど大きいことを特徴とする電池パックの冷却構造にある。

かかる第１の態様では、冷却風がバッテリケース内を一方向に流れる際にバッテリが冷却されるため、冷却風の温度上昇が抑えられ、各バッテリが効果的且つ略均一に冷却される。さらに、サブ送風路から冷却風が流れ出すようになっていることで、各バッテリをより効果的且つ均一に冷却することができる。

本発明の第２の態様は、前記各サブ送風路が、前記バッテリケースの長手方向に沿って並設される複数の前記バッテリの間に設けられ、前記各サブ送風路から流れ出した冷却風が、前記バッテリケースの長手方向他端側から一端側に流れる冷却風と前記バッテリの間で合流することを特徴とする第１の態様の電池パックの冷却構造にある。

かかる第２の態様では、サブ送風路から各バッテリ間に冷却風を確実に流し込むことができ、各バッテリをさらに効果的に冷却することができる。

本発明の第３の態様は、各バッテリは、前記バッテリケースの短手方向に沿って並設された複数のバッテリセルを備え、前記メイン送風路の他端部から流れ出した冷却風が、前記バッテリセルの間に流れ込むことにより前記バッテリケースの長手方向他端側から一端側に流れることを特徴とする請求項１又は２に記載の電池パックの冷却構造にある。
かかる第３の態様では、バッテリセル間にも冷却風が確実に流れ込むため、各バッテリがさらに良好に冷却される。
本発明の第４の態様は、前記送風ダクトの前記メイン送風路を構成する部分が、前記バッテリカバーを上方に突出させた突出部内に配されていることを特徴とする第１から３の何れか一つの態様の電池パックの冷却構造にある。

かかる第４の態様では、送風路が送風ダクトで形成されていることで、冷却風をバッテリケース内の長手方向一端側から他端側までさらに良好に流すことができる。またバッテリケースの突出部以外の部分の厚さが比較的薄くなるため、突出部を車両のバックボーン下に配置することで車室空間を広くすることができる。

かかる本発明の電池パックの冷却構造によれば、バッテリケース内に収容されている複数の各バッテリを略均一に冷却することができる。つまり各バッテリ間で温度差が生じることを抑制することができる。

本発明の一実施形態に係る電池パックの分解斜視図である。本発明の一実施形態に係る電池パックの平面図である。本発明の一実施形態にかかる電池パックのＡ−Ａ′断面図である。本発明の一実施形態にかかる電池パックのＢ−Ｂ′断面図である。電池パックにおける冷却風の流れの一例を説明する図である。

以下、図面に基づいて本発明の一実施形態について詳細に説明する。

図１は、本実施形態に係る電池パックの分解斜視図であり、図２は、その平面図である。図３は、図２のＡ−Ａ′断面図であり、図４は、図２のＢ−Ｂ′断面図である。

本発明の電池パックは、例えば、電気自動車に搭載され、電気自動車の走行用モータに電力を供給するものであり、図示しないが、車体に固定されている。図１〜４に示すように、電池パック１０は、複数のバッテリ２０と、バッテリトレイ３０とバッテリカバー４０とで構成され内部にバッテリ２０が収容されるバッテリケース５０と、バッテリケース５０内に冷却風を供給する冷却ユニット６０とを備えている。

各バッテリ２０は、並設された複数のバッテリセル２１で構成されている。例えば、本実施形態では、８個のバッテリセル２１で構成される第１のバッテリ２０Ａと、４個のバッテリセル２１で構成される第２のバッテリ２０Ｂとの２種類のバッテリ２０が、バッテリケース５０内に収容されている。なお、これら複数のバッテリセル２１は、図示しないがバッテリホルダによって一体化されてバッテリ２０を構成している。勿論、これらのバッテリセル２１は、必ずしもバッテリホルダで一体化されていなくてもよい。

バッテリケース５０は、これら複数のバッテリ２０を収容する容器であり、バッテリトレイ３０がバッテリケース５０の下部を構成し、バッテリカバー４０がバッテリケース５０の上部を構成している。つまり複数のバッテリ２０は、バッテリトレイ３０とバッテリカバー４０とで形成される空間内に収容されている。

本実施形態では、バッテリケース５０の短手方向（図２中上下方向）において、第１のバッテリ２０Ａと第２のバッテリ２０Ｂとが一つずつ並設され、バッテリケース５０の長手方向（図２中左右方向）においては、第１のバッテリ２０Ａ及び第２のバッテリ２０Ｂがそれぞれ７個ずつ並設されている。また図３に示すように、本実施形態では、バッテリケース５０の前方側（図中左側）の５つのバッテリ２０は、端子部２２が上方となるようにバッテリトレイ３０に載置され、バッテリケース５０の後方側の２つのバッテリ２０は、端子部２２がバッテリトレイ３０の前方を向くように載置されている。このため、バッテリカバー４０は、バッテリケース５０の後方側の２つのバッテリ２０に対応する部分の高さ（深さ）が他の部分よりも高くなっている。

なおバッテリトレイ３０内には、各バッテリ２０間に対応する部分にリブ３１が立設されている。このリブ３１は、各バッテリ２０が収容される領域を区画すると共に、バッテリトレイ３０の剛性を高める役割を果たしている。また図示しないがバッテリトレイ３０とバッテリカバー４０との間にはシール部材が設けられており、このシール部材によってバッテリケース５０内に水などの液体が侵入しないように構成されていている。

バッテリトレイ３０の長手方向一端側（前方側）にはバッテリ２０が配置されていないスペースＳが設けられており、このスペースＳ内に冷却ユニット６０が収容されている。冷却ユニット６０は、エバポレータ（蒸発器）６１を備え、エバポレータ６１には、蒸発する前の冷却用の冷媒を供給する導入路部６２と、エバポレータ６１内で蒸発された冷媒を排出する排出路部６３とが接続されている。なお、これら導入路部６２及び排出路部６３は、図示しないが外部の圧縮機などに連結されている。さらに冷却ユニット６０には、エバポレータ６１に対向する部分に開口部６４が設けられている。

そして、本発明の電池パック１０を構成するバッテリケース５０には、冷却ユニット６０から供給される冷却風によって各バッテリ２０を略均一に冷却可能な冷却構造が設けられている。以下、この冷却構造について説明する。

まず冷却ユニット６０には、ファンダクト７０を介してファン装置８０が接続されている。ファン装置８０及びファンダクト７０は、バッテリカバー４０のスペースＳに対向する位置に固定されている。バッテリカバー４０には、さらに、ファン装置８０から供給される冷却風が通過する送風路１００が形成されている。

ここで、送風路１００は、本実施形態では、メイン送風路１０１と、サブ送風路１０２と、分配路１０３とを含む。メイン送風路１０１は、バッテリケース５０の短手方向（以下、左右方向ともいう）の中央部にバッテリケース５０の長手方向（以下、前後方向ともいう）に沿って設けられている。換言すれば、メイン送風路１０１は、各バッテリ２０を構成するバッテリセル２１の並設方向とは直交する方向に延設されている。

サブ送風路１０２は、メイン送風路１０１に所定間隔で接続され、バッテリケース５０の短手方向に沿って延設される。本実施形態では、サブ送風路１０２は、各バッテリ２０に設けられるリブ３１に対向する領域に延設されている。

分配路１０３は、メイン送風路１０１のファン装置８０とは反対側の端部に接続され、メイン送風路１０１とは交差する方向に冷却風を分配する。本実施形態では、分配路１０３は、バッテリケース５０の後方側の２つのバッテリ２０に対向する領域に設けられ、メイン送風路１０１よりも広い幅で形成されている。また分配路１０３は、基本的にはバッテリケース５０の長手方向に沿って設けられているが、その端部に、メイン送風路１０１とは交差する方向（例えば、直交する方向）に延設された延設部１０４を備えている。

このような送風路１００は、本実施形態ではメインダクト４２ａと複数のサブダクト４２ｂとで構成される送風ダクト４２によって構成されている。具体的には、バッテリカバー４０には、その一部を上方に突出させた突出部４１が形成されており、この突出部４１内にメイン送風路１０１及び分配路１０３を構成するメインダクト４２ａが配されている。

メインダクト４２ａの一端側はファン装置８０に接続されている。すなわち、送風ダクト４２の一端側はファン装置８０及びファンダクト７０を介して冷却ユニット６０に接続されている。したがって、ファン装置８０を作動させることで、冷却ユニット６０によって冷却された冷却風が送風路１００に供給されることになる。

各サブダクト４２ｂは、メインダクト４２ａとは直交する方向に延設されてサブ送風路１０２を構成する。これらのサブダクト４２ｂは、バッテリケース５０の前後方向において並設されている各バッテリ２０間のリブ３１に対向する領域にそれぞれ配されている。各サブダクト４２ｂには、冷却風が吹き出される複数の噴射口４３が設けられている。なお、噴射口４３は、冷却風が下流に向かうようにサブダクト４２ｂの下部に設けられていることが好ましいが、この噴射口４３の形成位置は特に限定されるものではない。

またメインダクト４２ａの分配路１０３を構成する部分には、冷却風を下方に向かって流す下方開口部４４が設けられている。本実施形態では、図２及び図３に示すように、メインダクト４２ａの分配路１０３を構成する部分に、複数の下方開口部４４が２列に形成されている。また、これら下方開口部４４の各列の両サイドには、バッテリケース５０の左右方向外側に向かって開口する左右開口部４５がそれぞれ設けられている。例えば、本実施形態では、延設部１０４の先端部にも左右開口部４５が形成されている。

さらに本実施形態では、メインダクト４２ａに設けられている下方開口部４４よりも内側の部分には、下方開口部４４から流れ出る冷却風を下方に誘導する誘導部材４６が設けられている。この誘導部材４６は、例えば、メインダクト４２ａに固定された板状の部材であり、リブ３１に対向する部分にバッテリケース５０の左右方向に亘って設けられている。なお誘導部材４６とリブ３１との間には、冷却風が流れるだけの十分なスペースが確保されている。

以下、このような電池パック１０の冷却構造における冷却風の流れについて説明する。

上述した構成の電池パック１０においてバッテリ２０の冷却を開始すると、ファン装置８０が駆動することで開口部６４から冷却ユニット６０内に空気が引き込まれて冷却される。つまり空気がエバポレータ６１を通過すると、空気とエバポレータ６１との間で熱交換が行われて冷却されて冷却風となる。

冷却ユニット６０で冷却された冷却風ＣＡは、図５中に矢印で示すように、ファンダクト７０を介してファン装置８０に一旦吸い込まれた後、送風路１００（送風ダクト４２）に供給される。冷却風ＣＡは、メイン送風路１０１を通って分配路１０３に導かれると共に、サブ送風路１０２にも流れ込む。

分配路１０３に導かれた冷却風ＣＡは、図５（ａ）（ｂ）に示すように、分配路１０３でその流れが広げられる。そして冷却風ＣＡは、メインダクト４２ａに形成されている各下方開口部４４及び左右開口部４５からバッテリケース５０の下方側に流れ込む。つまり、分配路１０３に導かれた冷却風ＣＡは、バッテリケース５０の左右方向に分配されながら、各下方開口部４４及び左右開口部４５からバッテリケース５０の下方側に流れ込む。このとき、冷却風ＣＡは、誘導部材４６によって誘導されるためバッテリケース５０の下方側に確実に流れ込む。その後、冷却風ＣＡは、誘導部材４６とリブ３１との間のスペースを抜けて各バッテリ２０の周囲、さらには各バッテリ２０を構成するバッテリセル２１間に流れ込む。これにより各バッテリ２０が冷却風ＣＡによって良好に冷却される。バッテリ２０を冷却することで温度が上昇した冷却風（空気）は、再び開口部６４から冷却ユニット６０内に戻って冷却されることになる。

一方、メイン送風路１０１を通ってサブ送風路１０２に流れ込んだ冷却風ＣＡは、バッテリケース５０の左右方向に分配されて各噴射口４３から各バッテリ２０間に吹き出される（図５（ｃ）参照）。そしてバッテリケース５０の後方側からの冷却風ＣＡの流れと合流してバッテリケース５０の前方に送られる（図５（ｂ）参照）。

このように本発明の電池パック１０の冷却構造では、冷却ユニット６０から送風路１００に供給された冷却風ＣＡが、バッテリケース５０内を上下方向に循環しながら各バッテリ２０を冷却して開口部６４から冷却ユニット６０内に戻るようになっている。

これにより、バッテリケース５０内の各バッテリ２０が冷却風によって効果的に冷却され且つ全てのバッテリ２０が略均一に冷却される。具体的には、本発明の構成では、冷却風が送風路１００を介してバッテリケース５０内を上下方向に循環するようになっている。このため、各バッテリ２０は、バッテリケース５０内を一方向（後方から前方）に流れる冷却風ＣＡによって冷却されることになる。したがって、従来の冷却構造に比べて冷却風の温度上昇が抑えられ、各バッテリ２０を効果的に冷却することができる。

特に、本発明では、隣接するバッテリ２０の間にサブ送風路１０２が延設され、このサブ送風路１０２を介してバッテリ２０間に冷却風が流れ込むため、各バッテリ２０の温度バラツキをより確実に抑えることができる。

なおサブ送風路１０２を構成するサブダクト４２ｂに形成される噴射口４３は、冷却風ＣＡの流れの下流側ほど大きくなっていることが好ましい。例えば、本実施形態においては、バッテリケース５０の長手方向一端側（先端側）ほど、噴射口４３が大きく形成されていることが好ましい。なお噴射口４３を大きくするとは、各噴射口４３の径を大きくするだけでなく、各サブダクト４２ｂに形成する噴射口４３の数を増やすことも含まれる。

また本発明の構成では、分配路１０３並びに下方開口部４４及び左右開口部４５によって、冷却風がバッテリケース５０の左右方向において略均等に分配されてバッテリケース５０の下方側に流れ込むようになっている。このため、各バッテリ２０の周囲に均等に冷却風ＣＡが流れ込む。したがって、バッテリケース５０内の全てのバッテリ２０を略均一な温度に冷却することができ、各バッテリ２０の温度差を小さく抑えることができる。

さらに本実施形態では、送風路１００を構成するメイン送風路１０１が、バッテリカバー４０の短手方向中央部のみを上方に突出させた突出部４１に形成されている。すなわちこの突出部４１を除くバッテリケース５０の厚さは比較的薄くなっている。したがって、この突出部４１が車両のバックボーン下に配置されるように電池パック１０を車両に搭載することで、車室空間を広くすることができるという効果もある。

以上本発明の一実施形態について説明したが、勿論、本発明は、この実施形態に限定されるものではない。

例えば、上述の実施形態では、冷却ユニット６０にファン装置８０を介してメイン送風路１０１及び分配路１０３を設けるようしたが、これらの配置は特に限定されず、例えば、冷却ユニット６０にメイン送風路１０１を接続し、メイン送風路１０１と分配路１０３との間にファン装置８０を配置するようにしてもよい。

また上述の実施形態では、突出部４１内に送風ダクト４２を設けるようにしたが、例えば、送風ダクト４２を設けずに、突出部４１自体がメイン送風路１０１及び分配路１０３として機能するようにしてもよい。

また分配路１０３は、メイン送風路１０１とは交差する方向に冷却風を送り出すことができる構成であればよく、延設部１０４は必ずしも設けられていなくてもよい。さらには分配路１０３自体が設けられていなくてもよい。

このように本発明は、その主旨を逸脱しない範囲であれば、種々の変更を加えることができる。

１０電池パック
２０バッテリ
２１バッテリセル
２２端子部
３０バッテリトレイ
３１リブ
４０バッテリカバー
４１突出部
４２送風ダクト
４２ａメインダクト
４２ｂサブダクト
４３噴射口
４４下方開口部
４５左右開口部
４６誘導部材
５０バッテリケース
６０冷却ユニット
６１エバポレータ
６２導入路部
６３排出路部
６４開口部
７０ファンダクト
８０ファン装置
１００送風路
１０１メイン送風路
１０２サブ送風路
１０３分配路
１０４延設部

Claims

バッテリと、バッテリトレイとバッテリカバーとで構成されて前記バッテリが収容されるバッテリケースと、該バッテリケースの長手方向一端側に設けられて当該バッテリケース内に冷却風を供給する冷却ユニットと、を備えた電池パックの冷却構造であって、
前記バッテリケースの短手方向中央部に当該バッテリケースの長手方向に沿って設けられて一端側が前記冷却ユニットに接続されるメイン送風路を有する送風路を備え、
前記バッテリケース内には、当該バッテリケースの長手方向に沿って複数の前記バッテリが並設され、
前記冷却ユニットから前記送風路に供給された冷却風が、前記メイン送風路の他端部から下方に流れ出して前記バッテリケース内を当該バッテリケースの長手方向他端側から一端側に流れて前記冷却ユニットに戻るようになっており、
且つ前記送風路が、前記メイン送風路とは交差する方向に沿って設けられて前記メイン送風路に所定間隔で接続される複数のサブ送風路を含み、前記メイン送風路の他端部と共に、各サブ送風路からも冷却風が下方に流れ出すようになっており、
前記各サブ送風路から流れ出した冷却風が、前記バッテリケースの長手方向他端側から一端側に流れる冷却風と合流し、
前記送風路が、一端側に前記冷却ユニットが接続された送風ダクトで形成され、前記送風ダクトの前記サブ送風路に対応する部分には、前記冷却風を下方に向かって流す噴射口が設けられ、前記噴射口の大きさが、前記冷却風の流れの下流側ほど大きいことを特徴とする電池パックの冷却構造。
前記各サブ送風路が、前記バッテリケースの長手方向に沿って並設される複数の前記バッテリの間に設けられ、
前記各サブ送風路から流れ出した冷却風が、前記バッテリケースの長手方向他端側から一端側に流れる冷却風と前記バッテリの間で合流することを特徴とする請求項１に記載の電池パックの冷却構造。
各バッテリは、前記バッテリケースの短手方向に沿って並設された複数のバッテリセルを備え、
前記メイン送風路の他端部から流れ出した冷却風が、前記バッテリセルの間に流れ込むことにより前記バッテリケースの長手方向他端側から一端側に流れることを特徴とする請求項１又は２に記載の電池パックの冷却構造。
前記送風ダクトの前記メイン送風路を構成する部分が、前記バッテリカバーを上方に突出させた突出部内に配されていることを特徴とする請求項１から３の何れか一項に記載の電池パックの冷却構造。