JP6167933B2 - 電池パック - Google Patents

Description

本発明は、ケース内部に収容した複数個の電池セルを暖機可能な電池パックに関する。

特許文献１に記載の装置は、複数の単電池を収容するパックケースの両端面に、吸気ダクトと排気ダクトを設け、ケースの内部に空気を供給し、熱交換後の空気をケースの外部に排出する。つまり、一旦、外部に排出された熱交換後の空気は、再度ケースの内部に戻ることはなく、ケースの内部には、電池冷却のために新たな空気が取り込まれることになる。

特開２０１２−１０９１２６号公報

しかしながら、特許文献１の装置によれば、パックケースの内部の送風機等の駆動音が吸気の取入口や排気の吹出口から外部にもれることがあり、騒音発生の要因になりうる。また、パックケースの内部に対して、空気が出入りするため、低温環境時でのケース内部の保温性が損なわれやすい。そして、低温環境時に電池セルの出力性能、回生性能等を早期に得るためには電池セルを早期に温度上昇させることが必要である。このための装置を搭載することによって、電池パックが大型化することは、好ましくない。

したがって、本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであり、装置の大型化を抑制し、かつ電池を暖機できる電池パックを提供することを目的とする。

本発明は上記目的を達成するために、下記の技術的手段を採用する。すなわち、開示する電池パックに係る発明のひとつは、通電可能に接続される複数の電池セル（２）と、複数の電池セルを収容する筐体（３）と、複数の電池セルを加熱または冷却する流体を筐体の内部に循環させる流体駆動手段（６）と、筐体の内部に形成される流体の循環通路であって、流体駆動手段から流出された流体が複数の電池セルと熱交換した後、流体駆動手段に吸入されて形成される一連の主流経路をなす循環通路（７）と、筐体の内部において、循環通路（７）から外れた場所であって電池セルよりも筐体を形成する壁寄りに設置されて、筐体の内部に存在する流体に接触して放熱する特定の発熱部品（５０）と、
を備え、
流体駆動手段は、流体を吸入する吸込み部（６１）と、吸込み部に流体を吸入する方向に対して遠心方向に流体を吹き出す遠心側吹出し部（７５）と、を有し、
特定の発熱部品は、吸込み部よりも、電池セルおよび吸込み部とは反対側である流体駆動手段の背面側に対向する筐体の側壁（３４）寄りに設けられており、
特定の発熱部品は、複数の電池セルに対する電流を制御可能な部品である、メインリレー（５００、５０１）、プリチャージリレー（５０２）、プリチャージ抵抗（５０３）、これらの各部品に接続されるバスバーまたはケーブル（５００ａ、５０１ａ、５０２ａ、５０３ａ）、ＰＴＣヒータ（５０５）のうち、少なくとも一つであることを特徴とする。

この発明によれば、オン時、通電時等に発熱する特定の発熱部品を、流体循環の主流経路をなす循環通路から外れた場所であって電池セルよりも筐体の壁寄りに設置し、特定の発熱部品は、筐体の内部に存在する流体に接触して放熱する。特定の発熱部品は循環通路から外れた場所に設置されているが、筐体の内部の流体に接触して放熱するため、この吸熱した流体が、主流を形成する循環通路に引き込まれることによって、筐体の内部を循環して、電池セルを暖めることができる。したがって、本発明は、特定の発熱部品の発熱を受け取った流体が、結果的に筐体の内部で循環するため、特定の発熱部品からの発熱量を効率的に電池セルに与えることができ、筐体外部への放熱損失を抑えた暖機運転を提供できる。

さらに、特定の発熱部品は、循環通路から外れた場所で、かつ電池セルよりも筐体の壁寄りに設置されるので、筐体の内部にできるデッドスペースを発熱部品の設置場所として活用でき、電池パックの小型化にも貢献できる。したがって、本発明によれば、装置の大型化を抑制し、かつ電池を暖機できる電池パックを提供できる。

電池パックに係るひとつの発明では、特定の発熱部品は、メインリレー、プリチャージリレー、プリチャージ抵抗、これらの各部品に接続されるバスバーまたはケーブルのうち、少なくとも一つであることが好ましい。これによれば、複数の電池セルの充放電を制御する際に用いられる各種リレー、配線類、抵抗等のうちの少なくとも一つで構成されるため、新たに電池加熱用の装置を必要としないで電池セルを暖機可能な電池パックを提供できる。

なお、特許請求の範囲及び上記各手段に記載の括弧内の符号ないし説明は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を分かり易く示す一例であり、発明の内容を限定するものではない。

本発明を適用する電池パックに関する結線図である。 第１実施形態の電池パックに含まれる部品を説明するための斜視図である。 第１実施形態の電池パックについて、その構成とパックケース内における流体流れとを説明するために天壁側から電池パックの内部を示した概要図である。 第１実施形態の電池パックについて、その構成とパックケース内における流体流れとを説明するために一方の側壁側から電池パックの内部を示した概要図である。 第１実施形態の電池パックについて、その構成とパックケース内における流体流れとを説明するために他方の側壁側から電池パックの内部を示した概要図である。 第１実施形態の電池パックについて、プリチャージリレーの作動及びモータ電圧と電池温度との関係を説明するための動作説明図である。 第２実施形態の電池パックについて、その構成を説明するために一方の側壁側から電池パックの内部を示した概要図である。 第３実施形態の電池パックについて、その構成を説明するために一方の側壁側から電池パックの内部を示した概要図である。 第４実施形態の電池パックについて、その構成を説明するために一方の側壁側から電池パックの内部を示した概要図である。 第５実施形態の電池パックについて、その構成を説明するために一方の側壁側から電池パックの内部を示した概要図である。 第６実施形態のダクト接続部材の構成を説明するための概要図である。

以下に、図面を参照しながら本発明を実施するための複数の形態を説明する。各形態において先行する形態で説明した事項に対応する部分には同一の参照符号を付して重複する説明を省略する場合がある。各形態において構成の一部のみを説明している場合は、構成の他の部分については先行して説明した他の形態を適用することができる。各実施形態で具体的に組合せが可能であることを明示している部分同士の組合せばかりではなく、特に組合せに支障が生じなければ、明示していなくても実施形態同士を部分的に組合せることも可能である。

（第１実施形態）
第１実施形態の電池パック１について図１〜図６を参照しながら説明する。電池パック１は、例えば、内燃機関と電池に充電された電力によって駆動されるモータとを組み合わせて走行駆動源とするハイブリッド自動車、モータを走行駆動源とする電気自動車等に用いられる。電池パック１に含まれる複数の電池セル２は、例えば、ニッケル水素二次電池、リチウムイオン二次電池、有機ラジカル電池である。

電池パック１は、通電可能に接続される複数の電池セル２からなる組電池２０と、密閉空間を形成するパックケース３と、パックケース３内で流体を循環させる流体駆動手段と、特定の発熱部品５０と、を備える。パックケース３は、複数の電池セル２、特定の発熱部品５０及び流体駆動手段の一例である送風機６を収容する筐体である。パックケース３の内部には、２つの送風機６Ａ、６Ｂが並んで搭載されている。２つの送風機６Ａ、６Ｂは、総称して送風機６として記載することもある。

電池セル２は、外装ケースから外部に突出する正極端子及び負極端子を備える。外装ケースから露出する電極端子であって、隣り合う電池セル２における異極の端子間は、バスバー等の導電部材によって電気的に接続される。バスバーと電極端子との接続は、例えばネジ締めや、溶接等により行われる。したがって、バスバー等によって電気的に接続された複数の電池セル２の両端に配された総端子部は、外部から電力が供給されたり、他の電気機器へ向けて放電したりする。

特定の発熱部品５０は、電池セル２と電気的に接続されて電流制御に関わる電子部品を含み、例えば、ジャンクションボックス５と称するユニットに含まれる一部品を構成する。また、特定の発熱部品５０は、ＰＴＣヒータ（Positive Temperature Coefficient Heaterの略）５０５を含む。

ＰＴＣは、正温度係数のことである。ＰＴＣヒータ５０５は、温度が上がるにつれ、電気抵抗値が正の係数をもって変化する性質（ＰＴＣ特性）を持ったヒータである。ＰＴＣヒータ５０５は、制御装置によって運転が開始され、電流が流れて温度が上がると次第に電気が流れにくくなる特性を持つ。すなわち、ＰＴＣヒータ５０５は、一度温まると無駄な電力を消費しにくい発熱体である。ＰＴＣヒータ５０５は、温度が上限に達して安定すると、消費電力量を一定に抑えることができる。

ＰＴＣヒータ５０５は、例えば、半導体粒子と、電気をよく伝える導体の一つであるカーボン粒子等を配合して構成することができる。ＰＴＣヒータ５０５では、温度が上昇すると半導体粒子が膨張する。ＰＴＣヒータ５０５においては、膨張した半導体粒子に押されることによって、カーボン粒子の連鎖が断ち切られるため、ＰＴＣヒータ５０５電気が流れにくくなる。一方、温度が下がると、再び半導体粒子が収縮してカーボン粒子が連なるため、電気が流れやすい状態に戻る。このようにして、ＰＴＣヒータ５０５は、ＰＴＣ特性を利用した発熱を可能とする。

ＰＴＣヒータ５０５は、パックケース３の内部に設置されて、パックケース３の内部の流体を加熱することができる。ＰＴＣヒータ５０５は、例えば、ジャンクションボックス５に含まれるようにパックケース３の内部に設置するように構成してもよい。

パックケース３の内部には、他の部品とともにジャンクションボックス５に含まれる発熱部品５０が収容される。発熱部品５０の一つであって図１の結線図に図示する、正極側のメインリレー５００、負極側のメインリレー５０１、プリチャージリレー５０２、プリチャージ抵抗５０３等の各装置は、電流を制御可能であり、通電時に発熱し、外部に熱を放出する。

複数の電池セル２に電気的に繋がる機器は、メインリレー５００、メインリレー５０１、プリチャージリレー５０２、プリチャージ抵抗５０３、電流センサ５０４である。さらに複数の電池セル２には、正極側の出力端子５１０、入力端子５１２、負極側の出力端子５１１、入力端子５１３が電気的に接続される。

図１に示すように、出力端子５１０は、複数の電池セル２からなる組電池２０の正極側に位置し、インバータに接続される。出力端子５１１は、組電池２０の負極側に位置し、インバータに接続される。入力端子５１２は、組電池２０の正極側とジャンクションボックス５とを接続する接続端子である。入力端子５１３は、組電池２０の負極側とジャンクションボックス５とを接続する接続端子である。

メインリレー５０１は、組電池２０における負極側の総端子にバスバーを介して接続されるとともに、反対側で出力端子５１１にバスバーを介して接続されている。プリチャージリレー５０２とプリチャージ抵抗５０３は、配線類を介して直列に接続されている。プリチャージリレー５０２及びプリチャージ抵抗５０３は、配線類５０２ａ、５０３ａによってメインリレー５００と並列に接続されている。

メインリレー５００及びプリチャージリレー５０２の共通結線部分は、組電池２０における正極側の総端子にバスバーやケーブルを介して接続されている。メインリレー５００及びプリチャージ抵抗５０３の共通結線部分は、バスバーやケーブルを介して接続されている。このように、各種の発熱部品５０は、配線類によって他の部品と電気的に接続されている。これらのメインリレーは、オンしたときに組電池２０全体が通電状態になり、オフしたときに組電池２０全体が非通電状態になる。メインリレー５００、メインリレー５０１、プリチャージリレー５０２、プリチャージ抵抗５０３等は、通電されて発熱し、これらに接続される配線類も熱伝導や自身の発熱によって放熱する。

電池管理ユニット４（Battery Management Unit）は、少なくとも電池セル２の蓄電量を管理する機器であり、電池セル２に係る制御を行う電池制御ユニットの一例である。また、電池管理ユニット４は、電池セル２に関する電流、電圧、温度を監視するとともに、電池セル２の異常状態、漏電等を管理する機器であってもよい。また、電池管理ユニット４には、電流センサ５０４によって検出された電流値に係る信号が入力される。電池管理ユニット４は、車両ＥＣＵと同様に入力回路、マイクロコンピュータ、及び出力回路を備えている。マイクロコンピュータが有する記憶手段には、電池情報がデータとして随時蓄積されている。蓄積される電池情報のデータは、例えば、電池パック１における電池電圧、充電電流、放電電流及び電池温度等である。

電池管理ユニット４は、ＰＴＣヒータ５０５の作動を制御する機器として機能することができる。したがって、電池管理ユニット４は、ＰＴＣヒータ５０５に対して、通電、非通電を切り替え、温度に応じたＰＴＣヒータ５０５の発熱量を制御することができる。

電池管理ユニット４は、メインリレー５００、５０１、及びプリチャージリレー５０２の作動を制御する機器として機能することができる。すなわち、電池管理ユニット４は、メインリレー５００、５０１、及びプリチャージリレー５０２のそれぞれについて、オン状態、オフ状態を切り替えることができる。メインリレー５００、５０１は、組電池２０の電気出力をオンさせるリレー装置である。これらの各リレーは、オン状態において通電されて、リレー装置自身が発熱する。特にプリチャージリレー５０２は、メインリレー５００、５０１への突入電流を下げる機能を果たるリレーであり、内部に抵抗を内蔵するため、通電されることで外部に放熱する発熱部品となる。

また、電池管理ユニット４は、送風機６のモータ６０の作動を制御する機器として機能することができる。電池管理ユニット４は、車両に搭載された各種の電子制御装置と通信可能に構成されている。

パックケース３の内部には、送風機６Ａ、６Ｂによって強制的に流れる流体の循環経路をなす循環通路７が形成されている。循環通路７は、パックケース３の内部に形成され、流体が循環する通路である。循環通路７は、送風機６Ａ、６Ｂにより送風された流体（例えば空気）が各電池セル２と熱交換した後、送風機６Ａ、６Ｂに吸い込まれる一連の流体の主流経路をなす。

すなわち、パックケース３の内部において、流体が各送風機６Ａ、６Ｂから流出する箇所は一箇所ずつであり、流体が各送風機６Ａ、６Ｂに流入する箇所も一箇所ずつである。したがって、パックケース３の内部の流体は、必ず送風機６を経由して循環通路７を循環することになる。しかしながら、パックケース３の内部には、流体の主流が形成されない場所、すなわち、循環通路７から外れた場所が存在する。循環通路７から外れた場所は、循環通路７と連通している場所であるものの、送風機６による流体吸引力が作用しにくい場所、つまり、流体の流れが遅く、少しずつ流体が移動している場所である。

例えば、循環通路７から外れた場所は、パックケース３を形成する各壁（例えば、側壁３１、３２、３５、天壁３０、底壁３３）際や、電池セル２よりも各壁に近い壁寄りに相当する。また、循環通路７から外れた場所は、パックケース３内部における、各部品と壁との間に形成されるスペース、例えば、デッドスペースに相当する場所でもある。

パックケース３は、内部の空間を包囲する複数の壁面からなる箱形を呈し、アルミニウム板または鉄板の成型品で形成される。パックケース３は、例えば少なくとも６面（例えば、側壁３１、３２、３４、３５、天壁３０、底壁３３）を有するケースである。側壁３１と側壁３２は互いに向かい合う位置関係にある壁であり、側壁３４と側壁３５は、互いに向かい合う位置関係にあって、側壁３１及び側壁３２に直交する壁である。

また、パックケース３は、複数のケース体を接合して組み立てることにより、内部に箱体状の空間を形成して作製することができる。また、パックケース３の複数の壁のうち、所定の壁の表面には、放熱面積を大きくするために複数の凸部または凹部を形成するようにしてもよい。

図３〜図５に図示するように、循環通路７は、流入通路７４、吹出し通路７５、天壁側通路７０、電池通路７６及び集合通路７３を結ぶ一連の流通経路によって構成される。

パックケース３内に収容される複数の電池セル２は、ケースの内部空間において複数のセル積層体を構成する。複数のセル積層体を構成する複数の電池セル２は、ケースの内部空間において所定の間隔をあけて設置され、隣り合う電池セル２間には、流体が流通可能な隙間である電池通路７６が形成される。電池通路７６は、セル間に設けられたスペーサ部材によって形成される。このスペーサ部材は、セル間に挟まれて支持されることにより、セル間に流体が上下方向に流れる通路を形成する。すなわち、各電池通路７６は、セル間において、側壁３１側及び側壁３２側が閉じられて天壁３０側が天壁側通路７０に向けて開放し、底壁３３側が集合ダクト８３に接続されて、集合通路７３に通じる。これにより、各電池通路７６は、天壁３０側で流体の入口部を備え、底壁３３側で集合通路７３に集まる流体の出口部を備える。

集合ダクト８３は、各電池セル２の下流側端部（下端部）と、吸入用ダクト８２内の流入通路７４とを繋ぐダクトである。集合ダクト８３は、各電池通路７６を流出した流体が底壁３３に熱的に接続しうる集合通路７３を形成する。換言すれば、集合通路７３を流通する流体の熱は、底壁３３へ移動しうる。

集合通路７３は、各電池通路７６の出口部から、流入通路７４までにわたって底壁３３に平行に延びる通路であり、吸入用ダクト８２及びダクト接続部材８０を介して、送風機６Ａ及び送風機６Ｂのそれぞれの吸込み部６１に連通している。

天壁側通路７０は、天壁３０と複数の電池セル２との間に形成される天壁３０に平行に延びる通路である。側壁側通路７１は、天壁３０及び底壁３３の両方に直交する側壁３１に平行に延び、複数の電池セル２と側壁３１との間に形成される通路である。側壁側通路７２は、天壁３０及び底壁３３の両方に直交し、側壁３１に対向する側壁３２に平行に延び、複数の電池セル２と側壁３２との間に形成される通路である。

送風機６Ａ、６Ｂは、パックケース３内の流体を循環通路７に循環させる流体駆動手段の一例である。循環通路７に循環させる流体としては、例えば、空気、各種のガス、水、冷媒を用いることができる。各送風機６Ａ、６Ｂは、モータ６０と、モータ６０により回転されるシロッコファンと、シロッコファンを内蔵するファンケーシングとを備える。このファンケーシングは、内部にシロッコファンの吸込み口に通じる吸込み部６１を形成する。吸込み部６１と吸入用ダクト８２内の流入通路７４とは、ダクト接続部材８０によって接続されて連通する。ダクト接続部材８０は、ファンケーシングと吸入用ダクト８２とを連結するアタッチメントである。ダクト接続部材８０は、直方体状のチャンバを内部に有しているため、循環流体の流通抵抗を低減することにも寄与している。

各送風機６Ａ、６Ｂは、ファンの回転軸を天壁３０や底壁３３に沿う方向に配して、回転軸に沿う方向に流体を吸入し、遠心方向に吹き出すように設置されている。各送風機６Ａ、６Ｂは、パックケース３の側壁３４にモータ６０側、すなわち、吸込み部６１とは反対側である背面側（モータ６０側）を向けて設置されている。

各送風機６Ａ、６Ｂと側壁３４との間は、パックケース３内のデッドスペースに相当し、このスペースには、特定の発熱部品５０が設置されている。換言すれば、このスペースには、ジャンクションボックス５、ＰＴＣヒータ５０５が設置されている。したがって、各送風機６Ａ、６Ｂと側壁３４との間は、循環通路７と連通しているが、送風機６Ａ、６Ｂによる流体吸引力が作用しにくく、流体の流れが遅く、少しずつ流体が移動する場所である。また、このデッドスペースには、電池管理ユニット４を設置してもよい。

ファンケーシングの吹出し部には、循環通路７の一部である吹出し通路７５を形成する吹出し用ダクト８１が接続されている。図４に図示するように、送風機６Ａの吹出し通路７５は、ファンの遠心方向であって、天壁３０及び側壁３１寄りでこの両方の壁に沿うように延びている。したがって、送風機６Ａによって吹出し通路７５を通じて吹き出される流体は、天壁３０及び側壁３１に沿うように側壁側通路７１の上部を側壁３５に向けて進み、さらに側壁側通路７１の上部の全域から天壁側通路７０を中央部に向けて流れる。そして、流体は、送風機６Ａの流体吸引力によって、各電池通路７６に流入して下方に流れ、各電池通路７６の下端部から集合通路７３に流入するようになり、さらに流体は流入通路７４、吸込み部６１を経て、各送風機６Ａに必ず戻ってくる。

さらに、送風機６Ａの吹出し用ダクト８１には、その先端で開口する吹出し開口部に至るまでの途中の部位の側面に、開口部７７が設けられている。開口部７７は、送風機６Ａの背面側に循環流体の一部を供給するための吹出し口である。すなわち、開口部７７から漏れた一部の流体は、側壁３４側に回り込み、特定の発熱部品５０に接触するようになる。例えば、吹出し通路７５から流出する流体量は、開口部７７から流出する流体量の９倍に設定される。

特定の発熱部品５０に接触した流体は、特定の発熱部品５０の熱を吸収して温度上昇する。このように発熱部品５０によって暖められた流体は、送風機６の流体吸引力によって徐々に電池セル２側に引き寄せられて、ついには電池通路７６に流入するようになる。このようにして循環通路７に戻った流体は、電池セル２を暖める流体として機能し、電池セル２を暖める。

図５に図示するように、送風機６Ｂの吹出し通路７５は、ファンの遠心方向であって、底壁３３及び側壁３２寄りでこの両方の壁に沿うように延びている。したがって、送風機６Ｂによって吹出し通路７５を通じて吹き出される流体は、底壁３３及び側壁３２に沿うように側壁側通路７２の下部または中央部を側壁３５に向けて進み、さらに側壁側通路７２の全域から中央部に向けて流れる。そして、流体は、送風機６Ｂの流体吸引力によって、各電池通路７６に流入して下方に流れ、各電池通路７６の下端部から集合通路７３に流入するようになり、さらに流体は流入通路７４、吸込み部６１を経て、送風機６Ｂに必ず戻ってくる。

さらに、送風機６Ｂの吹出し用ダクト８１には、その先端で開口する吹出し開口部に至るまでの途中の部位の側面に、開口部７７が設けられている。開口部７７は、送風機６Ｂの背面側に循環流体の一部を供給するための吹出し口である。すなわち、開口部７７から漏れた一部の流体は、側壁３４側に回り込み、特定の発熱部品５０に接触するようになる。例えば、吹出し通路７５から流出する流体量は、開口部７７から流出する流体量の９倍に設定される。

特定の発熱部品５０に接触した流体は、特定の発熱部品５０の熱を吸収して温度上昇する。このように暖められ流体は、送風機６による流体吸引力によって徐々に電池セル２側に引き寄せられて、ついには電池通路７６に流入する。このようにして循環通路７に戻った流体は、電池セル２を暖める流体として機能し、電池セル２を暖める。

以上のように、循環通路７を流れる流体は、各電池通路７６を流れるときに、各電池セル２から吸熱したり、各電池セル２を加熱したりする。各電池セル２を冷却したり加熱したりした流体は、それぞれ、集合通路７３に集められ、流入通路７４、吸込み部６１を通して送風機６Ａ、６Ｂのそれぞれに吸入される。また、流体は、パックケース３内を循環する際に、正極端子、負極端子からなる電池セル２の電極端子や、異極端子間を電気的に接続するバスバーにも接触するため、電極端子やバスバーも伝熱手段の一つを構成しうる。

電池セル２は、電流が取り出される出力時及び充電される入力時に自己発熱する。電池管理ユニット４は、電池パック１内の電池セル２の温度を常時モニターし、電池セル２の温度に基づいて送風機６Ａ、６Ｂの運転を制御する。電池管理ユニット４は、送風機６Ａ、６Ｂの各モータ６０に、最大電圧に対して０％〜１００％に含まれる任意の値のデューティ比に制御した電圧を印加して、各ファンの回転数を可変させる。電池パック１では、このデューティ制御によってファンの回転数を変化させることにより、各送風機６Ａ、６Ｂによる風量を、多段階または無段階的に調節することができる。

次に、電池パック１において実施される、プリチャージリレー５０２の熱を活用した電池暖機運転について、図６を参照して説明する。図６は、プリチャージリレー５０２の作動及びモータ６０への印加電圧と電池温度との関係を示した図である。

電池パック１の制御装置の一例である電池管理ユニット４は、図６に示すように、電池セル２の温度が所定温度以下である場合に、プリチャージリレー５０２をオン状態に制御する。電池管理ユニット４は、プリチャージリレー５０２のオン状態において、最大電圧の３６％程度のデューティ比である印加電圧で送風機６Ａ、６Ｂを運転する。

この制御により、プリチャージリレー５０２からの発熱が流体に吸熱され、この加温された流体が送風機６Ａ、６Ｂの吸引力によって循環通路７を循環し、電池セル２の温度が上昇する。なお、この状態でメインリレー５００、５０１もオン状態であるときは、メインリレー５００、５０１の発熱も循環流体に回収でき、暖機効果を高めることができる。加温流体が循環通路７を循環し続けることで、複数の電池セル２の温度が均一に近づき、各電池セル２の温度差がなくなる。これによって、低い出力しか出ない電池セル２がなくなり、組電池２０全体としての出力を確保できる。すなわち、電池セル２の温度が所定温度以下のとき、予め設定された電池暖機運転条件を満たして、プリチャージリレー５０２の発熱量を利用した電池加熱運転を実施する。

そして、電池セル２の温度が電池暖機運転条件を満たさない温度、すなわち所定温度を超えると、電池暖機運転を終了すべく、プリチャージリレー５０２をオフ状態に制御し、送風機６Ａ、６Ｂの運転を停止する。この電池暖機運転終了後、しばらく、送風機６Ａ、６Ｂを停止し続け、パックケース３内を保温する。そして、電池セル２の温度が上昇していくと、段階的に印加電圧のデューティ比を増加させていく。このため、循環流体の風量が増加し、電池セル２を冷却することで適切な電池温度に調節することができる。

また、電池パック１では、ＰＴＣヒータ５０５の熱を活用した電池暖機運転を行うことができる。電池管理ユニット４は、図６を参照して説明したプリチャージリレー５０２の作動制御と同様に、電池セル２の温度が所定温度以下である場合に、ＰＴＣヒータ５０５を通電オン状態に制御する。

この制御により、ＰＴＣヒータ５０５からの発熱が流体に吸熱され、この加温された流体が送風機６Ａ、６Ｂの吸引力によって循環通路７を循環し、電池セル２の温度が上昇する。このように加温された流体が循環通路７を循環し続けることで、複数の電池セル２の温度が均一に近づき、各電池セル２の温度差がなくなる。これによって、低い出力しか出ない電池セル２がなくなり、組電池２０全体としての出力を確保できる。すなわち、電池セル２の温度が所定温度以下のとき、予め設定された電池暖機運転条件を満たして、ＰＴＣヒータ５０５の発熱量を利用した電池加熱運転を実施する。

そして、電池セル２の温度が電池暖機運転条件を満たさない温度、すなわち所定温度を超えると、電池暖機運転を終了すべく、ＰＴＣヒータ５０５を非通電状態に制御し、送風機６Ａ、６Ｂの運転を停止する。この電池暖機運転終了後、しばらく、送風機６Ａ、６Ｂを停止し続け、パックケース３内を保温する。そして、電池セル２の温度が上昇していくと、送風機６Ａ、６Ｂの出力を増加させていく。このため、循環流体の風量が増加し、電池セル２を冷却することで適切な電池温度に調節することができる。

また、循環通路７を循環する過程で流体は、側壁３１、側壁３２、天壁３０、底壁３３等に接触する。循環流体は、側壁側通路７１、７２を流れる際に、電池セル２との熱交換の前に、側壁３１、側壁３２を通してパックケース３の外部に放熱する。また、循環流体は、天壁側通路７０を流れる際に、電池セル２との熱交換の直前に、天壁３０を通してパックケース３の外部に放熱する。側壁３１、側壁３２、天壁３０等を通して放出された熱は、自然対流によってパックケース３の外部に放熱される。したがって、天壁３０の全体、側壁３１、３２の全体が、パックケース３内の電池セル２の熱を外部に放出する際の放熱面として機能することになる。

電池パック１は、車両の車室内に設けられる前部座席の下方や後部座席の下方に設置することができる。電池パック１は、底壁３３や集合通路７３を下側にした姿勢で、前部座席や後部座席の下方に設置される。また、電池パック１は、流体が流通するダクトを備えないため、パックケース３を座席の下方に設置するのに適したパックである。

また、電池パック１は、トランクルームに設置してもよい。また、電池パック１は、スペアタイヤ、工具等を収納可能で、トランクルームより下方に設けられたトランクルーム下エリアに設置するようにしてもよい。

次に、電池パック１がもたらす作用効果について説明する。電池パック１は、パックケース３の内部に、循環通路７と、特定の発熱部品５０と、を備える。循環通路７は、パックケース３の内部に形成される通路であって、送風機６Ａ、６Ｂから流出された流体が複数の電池セル２と熱交換した後、送風機６Ａ、６Ｂに吸入されて形成される一連の主流経路をなす。特定の発熱部品５０は、パックケース３の内部において、循環通路７から外れた場所であって電池セル２よりもパックケース３の壁寄りに設置されて、パックケース３の内部に存在する流体に接触して放熱する。特定の発熱部品５０は、メインリレー５００、５０１、プリチャージリレー５０２、プリチャージ抵抗５０３、これらに接続される配線類５００ａ、５０１ａ、５０２ａ、５０３ａ、ＰＴＣヒータ５０５等である。

この電池パック１によれば、オン時、通電時等に発熱する特定の発熱部品５０を、流体循環の主流経路をなす循環通路７から外れた場所であって電池セル２よりもパックケース３の壁寄りに設置する。そして、特定の発熱部品５０は、パックケース３の内部に存在する流体に接触して放熱する。特定の発熱部品５０は循環通路７から外れた場所に設置されている。しかしながら、特定の発熱部品５０は、パックケース３の内部の流体に接触して放熱するため、この吸熱した流体が、主流を形成する循環通路７に引き込まれることによって、パックケース３の内部を循環して、電池セル２を暖めることができる。したがって、特定の発熱部品５０の発熱を受け取った流体は、結果的にパックケース３の内部で循環するため、特定の発熱部品５０からの発熱量を効率的に電池セル２に与えることができ、パックケース３の外部への放熱損失を抑えた暖機運転を提供できる。

さらに、特定の発熱部品５０は、循環通路７から外れた場所で、かつ電池セル２よりもパックケース３の壁寄りに設置されるので、パックケース３の内部にできるデッドスペースを発熱部品の設置場所として活用でき、電池パック１の小型化にも貢献できる。

また、特定の発熱部品５０は、組電池２０の充放電を制御する際に用いられる各種リレー、配線類、抵抗等のうちの少なくとも一つで構成することができる。これによれば、電池パック１は、新たに電池加熱用の装置を必要としないで電池セル２を暖機できる。したがって、電池パック１は、電池加熱のための専用の装置を必要としないにもかかわらず、電池を確実に加熱して、電池の出力を早期に実施できる。

また、電池パック１の内部には、電池の暖機時に流体が循環する。これによれば、流体の排出に伴う外部への音の伝搬がない。したがって、送風機６等の流体駆動手段のケースの内部から発生する騒音がパック外部へ伝搬することを抑制できる。また、電池パック１の内部を循環し続ける循環流体によって、電池の温度調節を実施するため、電池パック１に接続する冷却用ダクトが不要である。すなわち、ダクトに関する部品費用、部品管理等が不要で、ダクトの接続する工程も要しない。したがって、電池パック１の部品点数を削減できるので、製造にかかるコスト及び電池パック１の体格を抑制でき、また電池パック１を搭載する際の自由度を向上することができる。

また、パックケース３内に循環流を形成することにより、電池セル２を冷却する際にはパックケース３の各壁を放熱媒質として活用できるので、パックケース３の内部の熱を外部へ放出することを促進できる。これにより、電池セル２の発熱を効果的にパックケース３の外部に排熱する効率的な放熱経路を構築できる。また、電池の温度調節の際、流体の出入りがなく、パック内部には埃が侵入しにくく、結露も生じにくい。さらに、パック内部に形成される循環流によって、パック内部の流体を十分にかき混ぜることができるため、電池セル２に対する冷却効果及び加温効果を高めることにも貢献できる。

また、特定の発熱部品５０は、プリチャージリレー５０２、プリチャージリレー５０２に接続されるバスバーまたはケーブルのうちの、少なくとも一つであることが好ましい。プリチャージリレー５０２やプリチャージリレー５０２に接続される配線類を、電池セル２に放熱する発熱部品５０として備えることにより、電池から出力する際に、初期に起動するプリチャージリレー５０２から発生する熱を流体に吸熱させる。したがって、電池出力の初期に主に発生する発熱量を有効活用した、電池暖機を確実に実施できるため、出力性能を早期立ち上げに貢献できる。

さらに、電池パック１が備える制御装置は、電池セル２の温度が所定の電池暖機運転条件を満たす温度である場合に、プリチャージリレー５０２をオン状態に制御する。制御装置は、送風機６を運転して流体を循環し、電池セル２の温度が電池暖機運転条件を満たさない温度になると、プリチャージリレー５０２をオフ状態に制御する。

これによれば、電池セル２が暖機を必要する温度になると、プリチャージリレー５０２の起動時に発生する熱を流体に吸熱させ、送風機６の吸引力によって、吸熱した流体を循環し、電池セル２に対して確実に放熱させることができる。したがって、プリチャージリレー５０２のオン状態と循環流の形成を組み合わせた有用な暖機運転を提供できる。

また、パックケース３の内部に設けられた循環通路７は、パックケース３を形成する複数の壁面に囲まれている。このように、循環通路７を取り囲むパックケース３の複数の壁面を放熱媒質として活用することができるので、外部への放熱面積を大きくでき、パックケース３の外部へ放熱を促進することができる。これにより、電池セル２の発熱を効果的にパックケース３の外部に排熱する熱経路を構築するこができる。すなわち、パックケース３の壁面を広く放熱面積として活用する効果的な電池冷却を実現できる。

また、循環通路７は、循環する流体が、パックケース３を形成する複数の壁面のうち、少なくとも一つの壁面（例えば、側壁３１、３２、天壁３０、底壁３３）に接触しながら流れる通路部分を含んでいる。当該通路部分は、例えば、側壁側通路７１、７２、天壁側通路７０、集合通路７３である。この構成によれば、循環流体が天壁側通路７０や集合通路７３を流れる際に、天壁３０や底壁３３を通じてパックケース３の外部に放熱させることができる。このようにパックケース３の少なくとも一つの壁面を放熱媒質として活用することができるので、外部への放熱面積を確保でき、電池セル２の発熱を効果的にパックケース３の外部に排熱する熱経路を構築できる。

また、集合通路７３は、各電池セル２から吸熱した後の流体を確実に集合させて各送風機６Ａ、６Ｂに吸入させる流れを形成でき、さらに送風機６Ａ、６Ｂに向かって同一方向に流れる円滑な流れ、すなわち抵抗の少ない流れを形成できる。

また、複数の電池セル２は、電極端子を上にした姿勢で設けられる。送風機６Ａ、６Ｂから流出した流体は、電極端子の周囲を通過した後、各電池通路７６に流入する。この構成によれば、各電池セル２の発熱が集まりやすい電極端子を冷却した後、各電池セル２の外装ケースを冷却することができる。したがって、効率的な電池冷却を実施できる。

（第２実施形態）
第２実施形態では、発熱部品５０の設置場所に係る他の形態について図７を参照して説明する。図７において、第１実施形態と同様の構成であるものは同一の符号を付し、同様の作用、効果を奏するものである。第２実施形態で特に説明しない構成、作用、効果については、第１実施形態と同様である。以下、第１実施形態と異なる点についてのみ説明する。また、第２実施形態において第１実施形態と同様の構成を有するものは、第１実施形態で説明した同様の作用、効果を奏するものとする。

図７に示すように、特定の発熱部品５０は、循環通路７から外れた場所の一つである、側壁３５の壁際、あるいは電池セル２よりも側壁３５に近い壁寄りに設置されている。送風機６から最も離れた位置にあり、組電池２０の端部に位置する電池セル２と、側壁３５との間は、パックケース３内のデッドスペースに相当する。第２実施形態の電池パック１は、このスペースに、特定の発熱部品５０を含むジャンクションボックス５が設置されている。さらに、側壁３５の壁際であって、組電池２０の端部の電池セル２と側壁３５との間は、循環通路７と連通しているが、送風機６Ａ、６Ｂによる流体吸引力が作用しにくく、流体の流れが遅く、少しずつ流体が移動する場所である。発熱部品５０の放熱を受熱した流体は、送風機６Ａ、６Ｂの流体吸引力によって、近傍の電池セル２間に設けられた電池通路７６に次第に引き込まれ、循環通路７の循環流体に混入するようになる。また、このデッドスペースには、電池管理ユニット４を設置してもよい。

第２実施形態によれば、発熱部品５０は循環通路７から外れた場所で、かつ電池セル２よりもパックケース３の壁寄りに設置されるので、パックケース３内のデッドスペースを発熱部品の設置場所として活用でき、電池パック１の小型化にも貢献できる。さらに、特定の発熱部品５０は、例えば、組電池２０の充放電を制御する際に用いられる各種リレー、配線類、抵抗等のうちの少なくとも一つで構成されるため、電池パック１は、新たに電池加熱用の装置を必要としないで電池セル２を暖機することができる。したがって、電池パック１は、電池加熱のための専用の装置を必要としないにもかかわらず、電池を確実に加熱して、電池の出力を早期に実施できる。

（第３実施形態）
第３実施形態では、発熱部品５０の設置場所に係る他の形態について図８を参照して説明する。図８において、第２実施形態と同様の構成であるものは同一の符号を付し、同様の作用、効果を奏するものである。第３実施形態で特に説明しない構成、作用、効果については、第１実施形態及び第２実施形態と同様である。以下、第１実施形態と異なる点についてのみ説明する。また、第３実施形態において第１実施形態及び第２実施形態と同様の構成を有するものは、上記の実施形態で説明した同様の作用、効果を奏するものとする。

図８に示すように、特定の発熱部品５０は、天壁側通路７０に設置される。特定の発熱部品５０またはジャンクションボックスは、天壁３０に直接または間接的に固定して設置することができる。したがって、発熱部品５０は、天壁３０と電池セル２との間に設置されるため、循環通路７を循環する流体に対して放熱する。

第３実施形態の電池パック１によれば、特定の発熱部品５０は、天壁側通路７０、すなわち、天壁３０と電池セル２との間に設置されて、循環する流体に対して放熱する。この電池パック１によれば、オン時、通電時等に発熱する特定の発熱部品５０を、循環通路７の一部に存在するように設置する。そして、特定の発熱部品５０は、循環通路７を循環する流体に接触して放熱する。したがって、特定の発熱部品５０の発熱を受け取った流体は、循環通路７を循環する過程で電池セル２に対して放熱する。特に、流体は、発熱部品５０の発熱を回収した後すぐに電池通路７６を流れるため、他の部材に対して放熱する量を少なくして、受熱した熱量の多くを電池セル２を加温させるために活用することができる。したがって、循環流体は、特定の発熱部品５０からの発熱量を効率的に電池セル２に与えることができ、パックケース３の外部への放熱損失を抑えた暖機運転を提供できる。

（第４実施形態）
第４実施形態では、発熱部品５０の設置場所に係る他の形態について図９を参照して説明する。図９において、上記の実施形態と同様の構成であるものは同一の符号を付し、同様の作用、効果を奏するものである。第４実施形態で特に説明しない構成、作用、効果については、上記の実施形態と同様である。以下、上記の実施形態と異なる点についてのみ説明する。また、第４実施形態において上記の実施形態と同様の構成を有するものは、上記の実施形態で説明した同様の作用、効果を奏するものとする。

図９に示すように、特定の発熱部品５０は、集合通路７３に設置される。発熱部品５０またはジャンクションボックスは、集合ダクト８３に直接または間接的に固定して設置することができる。したがって、発熱部品５０は、天壁３０と電池セル２との間に設置されるため、循環通路７を循環する流体に対して放熱する。

第４実施形態の電池パック１によれば、特定の発熱部品５０は、集合通路７３、すなわち、底壁３３と電池セル２の下端（電池通路７６の出口部）との間に設置されて、循環する流体に対して放熱する。この電池パック１によれば、オン時、通電時等に発熱する特定の発熱部品５０を、循環通路７の一部に存在するように設置する。そして、この発熱部品５０は、循環通路７を循環する流体に接触して放熱する。したがって、発熱部品５０の発熱を受け取った流体は、循環通路７を循環する過程で電池セル２に対して放熱する。循環流体が集まる集合通路７３は、循環通路７において、安定した風速である部位であり、強い負圧が形成される部位である。流体は、このような部位で発熱部品５０からの熱を受熱するため、高い効率の熱回収を実施できる。したがって、循環流体は、特定の発熱部品５０からの発熱量を効率的に電池セル２に与えることができ、パックケース３の外部への放熱損失を抑えた暖機運転を提供できる。

（第５実施形態）
第５実施形態では、発熱部品５０の設置場所に係る他の形態について図１０を参照して説明する。図１０において、上記の実施形態と同様の構成であるものは同一の符号を付し、同様の作用、効果を奏するものである。第５実施形態で特に説明しない構成、作用、効果については、上記の実施形態と同様である。以下、上記の実施形態と異なる点についてのみ説明する。また、第５実施形態において上記の実施形態と同様の構成を有するものは、上記の実施形態で説明した同様の作用、効果を奏するものとする。

図１０に示すように、特定の発熱部品５０は、側壁側通路７１に設置される。発熱部品５０またはジャンクションボックスは、側壁３１に直接または間接的に固定して設置することができる。したがって、発熱部品５０は、側壁３１と電池セル２との間に設置されるため、循環通路７を循環する流体に対して放熱する。

第５実施形態の電池パック１によれば、特定の発熱部品５０は、側壁側通路７１、すなわち、側壁３１と電池セル２のとの間に設置されて、循環する流体に対して放熱する。この電池パック１によれば、オン時、通電時等に発熱する特定の発熱部品５０を、循環通路７の一部に存在するように設置する。そして、この発熱部品５０は、循環通路７を循環する流体に接触して放熱する。したがって、発熱部品５０の発熱を受け取った流体は、循環通路７を循環する過程で電池セル２に対して放熱する。このように循環流体は、特定の発熱部品５０からの発熱量を効率的に電池セル２に与えることができ、パックケース３の外部への放熱損失を抑えた暖機運転を提供できる。

また、上記のように、特定の発熱部品５０は、側壁側通路７２に設置するようにしてもよい。この場合も、側壁側通路７１に設置した場合と同様の上記作用効果を奏する。

（第６実施形態）
第６実施形態では、ダクト接続部材の他の形態について図１１を参照して説明する。図１１において、第１実施形態と同様の構成であるものは同一の符号を付し、同様の作用、効果を奏するものである。第６実施形態で特に説明しない構成、作用、効果については、上記の実施形態と同様である。以下、上記の実施形態と異なる点についてのみ説明する。また、第５実施形態において上記の実施形態と同様の構成を有するものは、上記の実施形態で説明した同様の作用、効果を奏するものとする。

図１１に示すように、ダクト接続部材１８０は、吸込み部６１と吸入用ダクト８２内の流入通路７４とを接続して連通させるアタッチメントである。ダクト接続部材１８０は、吸込み部６１と連通する吸込み用通路１８０ａと、ファンの吹出し部と接続される吹出し通路１８０ｂと、を内部に独立した通路として備える。ダクト接続部材１８０は、ファンケーシングと吸入用ダクト８２とを連結することによって、吸込み部６１と流入通路７４とを連通させ、ファンの吹出し部とパックケース３の内部空間とを連通させる。したがって、ダクト接続部材１８０は、各送風機６Ａ、６Ｂに関して、吸い込み通路と吹き出し通路の両方を備える機能を有する。

（他の実施形態）
上述の実施形態では、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は上述した実施形態に何ら制限されることなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲において種々変形して実施することが可能である。上記実施形態の構造は、あくまで例示であって、本発明の範囲はこれらの記載の範囲に限定されるものではない。本発明の範囲は、特許請求の範囲の記載によって示され、さらに特許請求の範囲の記載と均等の意味及び範囲内での全ての変更を含むものである。

上記実施形態で説明したメインリレー５００、５０１、プリチャージリレー５０２、及びＰＴＣヒータ５０５の作動は、電池管理ユニット４以外の他の電子制御装置によって制御されるように構成してもよい。

上記実施形態において、集合通路７３は集合ダクト８３によって形成されているが、集合通路７３は、例えば、ダクトではなく、底壁３３、側壁３１及び側壁３２によって囲まれる通路として構成してもよい。

上記実施形態の電池パック１は、パックケース３の内部を密閉空間とするものであるが、内部空間を完全に密閉する構造でないパックケースを有するものとしてもよい。例えば、電池パック１は、所定値以上の圧力が作用したときに開放して、一時的にケースの内外を連通させる圧力弁を備えてもよい。この場合には、パックケースの内部が所定の圧力以上になったときにパックケースの外部への空気の排出が行われる。これにより、不必要な空気の排出を防止でき、騒音抑制効果を奏する。

この圧力弁は、パックケースの内部空間と外部とを連通する開放通路を形成する。開放通路は、なんらかの原因によりパックケースの内部圧力が高まった場合、圧力弁が作動することにより、循環通路からあふれた空気が外部に排出されるときに通る通路となる。開放される通路は、パックケースを貫通する小径の穴によって形成され、さらにこの穴の周囲には、他の部分よりも薄肉の円環部が形成されている。例えば、この小径の穴は、外部の空気がパックケースの内部に取り込まれず、パックケース３の内部の空気が循環通路を循環し続ける状況では、空気が外部に排出されない大きさに設定されている。したがって、パックケースの内部空間は、この開放される通路を除き、密閉された空間を形成する。

また、電池パック１は、複数個の送風機を用いて、循環通路７を主流経路とする循環流を形成するが、１個の送風機による吸入、吹出しによって、循環流を形成することもできる。

また、パックケース３の内部に設けられる送風機６が内蔵するファンには、シロッコファンの他、軸流ファン、ターボファン等を用いることができる。

２…電池セル
３…パックケース（筐体）
４…電池管理ユニット（制御装置）
６、６Ａ、６Ｂ…送風機（流体駆動手段）
７…循環通路
５０…発熱部品
５００、５０１…メインリレー（発熱部品）
５０２…プリチャージリレー（発熱部品）
５０３…プリチャージ抵抗（発熱部品）
５００ａ、５０１ａ、５０２ａ、５０３ａ…配線類（バスバー、ケーブル、発熱部品）
５０５…ＰＴＣヒータ（発熱部品）

Claims (5)

1. 通電可能に接続される複数の電池セル（２）と、
   複数の前記電池セルを収容する筐体（３）と、
   複数の前記電池セルを加熱または冷却する流体を前記筐体の内部に循環させる流体駆動手段（６）と、
   前記筐体の内部に形成される前記流体の循環通路であって、前記流体駆動手段から流出された流体が複数の前記電池セルと熱交換した後、前記流体駆動手段に吸入されて形成される一連の主流経路をなす循環通路（７）と、
   前記筐体の内部において、前記循環通路（７）から外れた場所であって前記電池セルよりも前記筐体を形成する壁寄りに設置されて、前記筐体の内部に存在する流体に接触して放熱する特定の発熱部品（５０）と、
   を備え、
   前記流体駆動手段は、前記流体を吸入する吸込み部（６１）と、前記吸込み部に前記流体を吸入する方向に対して遠心方向に前記流体を吹き出す遠心側吹出し部（７５）と、を有し、
   前記特定の発熱部品は、前記吸込み部よりも、前記電池セルおよび前記吸込み部とは反対側である前記流体駆動手段の背面側に対向する前記筐体の側壁（３４）寄りに設けられており、
   前記特定の発熱部品は、複数の前記電池セルに対する電流を制御可能な部品である、メインリレー（５００、５０１）、プリチャージリレー（５０２）、プリチャージ抵抗（５０３）、これらの各部品に接続されるバスバー、ケーブル（５００ａ、５０１ａ、５０２ａ、５０３ａ）、ＰＴＣヒータ（５０５）のうち、少なくとも一つであることを特徴とする電池パック。
2. 前記流体駆動手段は、前記遠心側吹出し部から吹き出される前記流体の一部を前記側壁側に吹き出す背面側吹出し部（７７）をさらに有することを特徴とする請求項１に記載の電池パック。
3. 前記特定の発熱部品は、前記メインリレー、前記プリチャージリレー、前記プリチャージ抵抗、前記バスバー、前記ケーブルのうち、少なくとも一つであることを特徴とする請求項１または請求項２に電池パック。
4. 前記特定の発熱部品は、前記プリチャージリレー、前記プリチャージリレーに接続される前記バスバーまたは前記ケーブルのうちの、少なくとも一つであることを特徴とする請求項３に記載の電池パック。
5. 前記流体駆動手段の作動を制御し、前記プリチャージリレーのオン、オフを制御する制御装置（４）を備え、
   前記制御装置は、前記電池セルの温度が所定の電池暖機運転条件を満たす温度である場合に、前記プリチャージリレーをオン状態に制御するとともに前記流体駆動手段を運転して前記流体を循環し、前記電池セルの温度が前記電池暖機運転条件を満たさなくなると、前記プリチャージリレーをオフ状態に制御することを特徴とする請求項４に記載の電池パック。

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