JP2008112715A

JP2008112715A - 電池パック

Info

Publication number: JP2008112715A
Application number: JP2007154342A
Authority: JP
Inventors: Shuhei Marukawa; 修平丸川; Hisanori Fukusako; 尚紀福迫; Masahiro Midori; 正宏翠; Shogo Yoneda; 省吾米田; Toyohiko Eto; 豊彦江藤
Original assignee: Panasonic EV Energy Co Ltd
Current assignee: Primearth EV Energy Co Ltd
Priority date: 2006-10-06
Filing date: 2007-06-11
Publication date: 2008-05-15
Anticipated expiration: 2027-06-11
Also published as: US8173286B2; JP5090070B2; US20080213653A1

Abstract

【課題】電池スタックを収容する筐体内にファンが収容される電池パックにおいて、ファンのファン開口と電池スタックとの間で給排気される媒体の乱流により発生するノイズを低減する。
【解決手段】電池パック１０は、電池スタック２０と、電池スタック２０に隣接して設置され、電池スタック２０を冷却した後の冷却空気を取り込むためのファン開口３２が上面に形成された冷却ファン３０と、電池スタック２０及び冷却ファン３０の上部をカバーするアッパーケースと、ファン開口３２へ電池スタック２０を冷却した後の冷却空気を導く中継ダクトとを備える。中継ダクトは、ファン開口３２と対向する位置に開口が形成されたダクト下部ユニット４０、及びダクト下部ユニット４０の周縁部と下端部で当接するアッパーケースの一壁部により構成される。
【選択図】図２

Description

本発明は、電池スタックと電池スタックの媒体を給排気するファンとを備える電池パックに関し、電池スタックの媒体をファンに吸排気するダクトの構造に関する。

従来より、電気自動車やハイブリッド電気自動車、あるいは燃料電池自動車には、駆動モータに供給される電力を蓄積するための電池パックが搭載されている。

電池パックは、複数の電池モジュールを組み合わせて構成された電池スタックを冷却するための冷却空気を外部から取り込む冷却ファンを備える。

電池パックは、電池スタックの上部をカバーするアッパーケース及び下部をカバーするロワーケースとを有する。さらに、電池パック内には、ニッケル水素電池、リチウムイオン電池などの１つの単電池または複数の単電池からなる電池モジュールを、それらの間に冷却通路を空けて並列配置し、その両端に配置した端部材間を拘束して組み立て、かつ、電池モジュールを相互に電気的に直接接続した電池スタックが内蔵されている。

図５は、アッパーケースを取り外した状態の従来の電池パック１００の内部構成を示す。電池パック１００内には電池パック１００の長手方向（ｘ方向）の一端に冷却ファン３０が並設される。また、冷却ファン３０の上面に形成されるファン開口３２の上部には、電池スタックの上部とアッパーケースとの間に形成されたチャンバスペースからの冷却空気を効率的に冷却ファン３０に取り込むために、例えばブロー形成された樹脂製の中継ダクト２００が設けられる。

図６Ａは、中継ダクト２００の外観斜視図である。また、図６Ｂは、中継ダクト２００を図６ＡのＡ−Ａ線に沿って矢印方向から見た断面図を示し、図６Ｃは、中継ダクト２００を図６ＡのＢ−Ｂ線に沿って矢印方向から見た断面図を示す。図６Ｂ、図６Ｃに示す通り、中継ダクト２００の内部には、中継ダクト２００の変形を防ぐ補強部として、例えば２つの柱部２０２ａ，２０２ｂが形成される。

また、特許文献１の図４や図１３には、冷却空気を取り込むための送風ファンが、電池セルを収容する電池ケースの外側に設けられる電池パックが開示されている。

さらに、特許文献２の図３にも、冷却空気を取り込むための送風ファンが、電池セルを収容する電池ケースの外側に設けられる電池パックが開示されている。また、特許文献２では、排気ダクトの一部がアッパーケースの一壁部を構成することが開示されている。

特開２００１−３５４０３９号公報特開２００２−２１９９４９号公報

ところで、上記のように、冷却ファン３０のファン開口３２の上部に中継ダクト２００を設ける場合、冷却ファン３０のファン開口３２と中継ダクト２００とは隣接するため、冷却ファン３０が回転駆動することで発生する冷却空気の渦からの乱流が、中継ダクト２００の内部に設けられる柱部２０２ａ，２０２ｂまで達し、柱部２０２ａ，２０２ｂを振動させると共に、中継ダクト全体を振動させてノイズを発生させることがある。また、冷却ファン３０へ取り込まれる冷却空気の流路上に柱部２０２ａ，２０２ｂが存在するため、冷却空気の流路の妨げとなり、柱部２０２ａ，２０２ｂにおいて冷却空気が乱流を起こし、柱部２０２ａ，２０２ｂを振動させると共に、中継ダクト全体を振動させてノイズを発生させることがある。

本発明は、電池スタックを収容する筐体内にファンが収容される電池パックにおいて、ファンの開口に給排気される媒体の乱流により発生するノイズを低減することを目的とする。

本発明に係る電池パックは、電池スタックと、前記電池スタックに隣接して設置され、前記電池スタックの媒体を給排気するためのファン開口が上面に形成されたファンと、前記電池スタック及び前記ファンの上部をカバーするアッパーケースと、前記ファン開口と前記電池スタックとの間で媒体の給排を導く中継ダクトと、を備え、前記中継ダクトは、前記ファンの上面に設けられ前記ファン開口と対向する位置にダクト開口が形成されたダクト下部ユニット、及び前記ダクト下部ユニットの周縁部と下端部で当接する前記アッパーケースの一壁部により構成されることを特徴とする。

本発明に係る電池パックの１つの態様では、さらに、前記電池スタック内部で発生するガスを外部へ排気する排気配管を備え、前記ダクト下部ユニットと、前記排気配管の少なくとも一部とは一体的に構成されることを特徴とする。

本発明の１つの態様によれば、前記ダクト下部ユニットの裏面には、複数のリブが形成されていることを特徴とする。

本発明では、ファンの上面に設けられたファン開口へ電池スタックからの媒体の給排を導く中継ダクトの上部がアッパーケースにより構成される。よって、例えば従来のブロー形成された中継ダクトのように、ファンのファン開口の近傍に柱部等の補強部材を設ける必要がなくなり、ファンのファン開口へ給排気される媒体の乱流により発生するノイズを低減することができる。

本発明を実施するための最良の形態（以下、実施形態とする）について、以下図面を用いて説明する。

図１は、本実施形態における電池パック１０の外観斜視図を示す。図１において、電池パック１０の筐体である電池ケースは、電池スタックの上部をカバーするアッパーケース１２及び下部をカバーするロワーケース１４を有する。電池パック１０内には、ニッケル水素電池、リチウムイオン電池などの１つの単電池または複数の単電池からなる電池モジュールを、それらの間に冷却通路を空けて並列配置し、その両端に配置した端部材間を拘束して組み立て、かつ、電池モジュールを相互に電気的に直列接続した電池スタックが内蔵されている。さらに、電池パック１０内には電池パック１０の長手方向（ｘ方向）の一端に冷却ファンが設けられている。電池パック１０の一側面には吸気口１６が設けられ、冷却ファン近傍の電池パック１０の他の側面には排気口１８が設けられる。冷却ファンを回転駆動すると、乗員室内の空気が吸気口１６から取り込まれる。取り込まれた冷却空気は電池スタックの下部とロワーケース１４との間に形成されたチャンバスペースに供給され、電池モジュール間に設けられた冷却通路を介して電池スタックの下部から上部に流れ、電池スタックの上部とアッパーケース１２との間に形成されたチャンバスペースを通り、さらに冷却ファンを介して排気ダクトに達して排気口１８から外部に排気される。加えて、電池パック１０は、電池スタックが充電あるいは放電する際に発生する反応ガスを外部へ排気するための排気配管１３を備える。

電池パック１０のアッパーケース１２は、例えば鋼鉄板等の金属板から構成され、平面ではなく上方に向けて、あるいは電池パック１０の外側に向けて突出するように所定の曲率を有し、アーチ形状あるいは凸面をなす。さらに、アッパーケース１２には、電池パックの内側に向けて突設された溝形状のビート部１２ａが設けられる。図示のように電池パック１０の長手方向をｘ方向、ｘ方向に垂直な幅方向をｙ方向、高さ方向をｚ方向とすると、アッパーケース１２の曲率はｙ−ｚ平面内で設けられ、ビート部１２ａもｙ−ｚ平面に沿って設けられる。電池パック１０の長手方向が車両の幅方向に一致するように車両に搭載する場合、ｘ方向は車幅方向、ｙ方向は車両の前後方向、ｚ方向は車両の高さ方向に一致し、アッパーケース１２の曲率は車両の前後方向に設けられることになる。電池モジュールの積層方向は長手方向、すなわちｘ方向であり、アッパーケース１２の曲率は積層方向とは垂直方向に設けられると云うことができる。アーチ形状とビート部１２ａとで、上方からの荷重に対する電池パック１０の剛性を向上させることができる。

図２は、アッパーケース１２を取り外した状態の電池パック１０の内部構成を示す。電池パック１０内には、電池パック１０の長手方向（ｘ方向）に電池モジュールを複数配列して、その両端に配置した端板間を拘束ロッド１５で拘束して、構成した電池スタック２０が配置されている。また、拘束ロッド１５の外側には、枝配管１３ｂ、１３ｃが配置され、枝配管１３ｂ，１３ｃは主配管１３ａに接続される。主配管１３ａおよび枝配管１３ｂ，１３ｃにより排気配管１３が構成され、各電池モジュールから発生したガスは、枝配管１３ｂ，１３ｃ、および主配管１３ａを介して外部へ排出される。電池スタック２０のｘ方向の一端に冷却空気を供給する冷却ファン３０が配置され、他端に電池スタックの充放電を制御するコントロールモジュール１７が配置される。コントロールモジュール１７はマイクロプロセッサを有し、車両に搭載されるコンピュータとデータ通信を行い、車両コンピュータからの指令に応じて電池スタック２０を制御する。冷却ファン３０の上面に形成されたファン開口３２の上部にはダクト下部ユニット４０が設けられる。ダクト下部ユニット４０は、例えばプレス形成された樹脂製の部材であり、アッパーケース１２とともに、電池スタック２０を冷却した後の冷却空気を効率的にファン開口３２内に取り込む中継ダクトを構成する。

図３Ａは、本実施形態に係るダクト下部ユニット４０の外観斜視図である。図３Ａに示す通り、ダクト下部ユニット４０は略平面形状であり、電池パック１０の隅部の形状に即して、周縁部が斜めにカットされた形状である。ダクト下部ユニット４０の略中心部には、ファン開口３２に即した形状のダクト開口部４２が形成される。ダクト開口部４２は下方に向けて延長して嵌合部４４を形成する。嵌合部４４の内周面はファン開口３２の外周面と当接し、嵌合部４４とファン開口３２とが嵌合する。また、ダクト下部ユニット４０は、従来の中継ダクト２００に比べて長手方向および幅方向に延在して周縁部４０ａを形成し、周縁部４０ａはアッパーケース１２の下端部に当接する。

図４Ａは、電池パック１０を図２のＡ−Ａ線に沿って矢印方向から見た電池パック１０の断面概略図を示し、図４Ｂは、電池パック１０を図２のＢ−Ｂ線に沿って矢印方向から見た電池パック１０の断面概略図を示す。図４Ａ、４Ｂに示すように、ダクト下部ユニット４０の周縁部４０ａは、アッパーケース１２の下端部１２ｂに接し、ダクト下部ユニット４０とアッパーケース１２との間にダクトスペース２６が形成される。

このように構成された電池パック１０において、冷却ファン３０を駆動することで乗員室内からの冷却空気が取り込まれ、冷却空気は吸気ダクトを介して電池スタック２０の下部とロワーケース１４との間に形成されたチャンバスペース２４に供給され、電池モジュール間に設けられた冷却通路を介して電池スタック２０を下から上に流れ（ｚ方向）、電池スタック２０の上部とアッパーケース１２との間に形成されたチャンバスペース２２に達することで電池スタック２０を所望の冷却特性で冷却する。電池スタック２０を冷却した後の冷却空気は、ダクト下部ユニット４０とアッパーケース１２との間に形成されたダクトスペース２６を介してファン開口３２から冷却ファン３０内に取り込まれ、冷却ファン３０から排出された冷却空気は、排気ダクトを介して排気口１８から排気される。

本実施形態では、ファン開口３２へ効率的に冷却空気を取り込むための中継ダクトの一部がアッパーケース１２から形成されている。つまり、図６に示す従来の中継ダクト２００では、中継ダクト２００のみでダクトスペース２６が形成されるが、本実施形態では、ダクト下部ユニット４０の他に、アッパーケース１２の内壁の一部を利用してダクトスペース２６が形成される。アッパーケース１２は中継ダクトの上部を構成し、中継ダクトの剛性は、アッパーケース１２により確保されている。よって、中継ダクトの剛性を向上させる補強部として、従来ファン開口３２近傍に設けられていた柱部２０２ａ，２０２ｂが不要となる。そのため、本実施形態によれば、柱部２０２ａ，２０２ｂが存在することにより発生していたノイズを低減することができる。また、アッパーケース１２の内壁でダクトスペース２６を形成することにより、従来の中継ダクト２００に比べて、ダクトスペースの容積を大きく確保することができ、より効率的に冷却空気を冷却ファン３０へ取り込むことができる。

なお、上記では、アッパーケース１２は、電池スタック２０の上方に位置する部位と、冷却ファン３０の上方に位置する部位とが略同一形状の場合について説明した。しかし、アッパーケース１２は、電池スタック２０の上方に位置する部位と、冷却ファン３０の上方に位置する部位とで異なる形状としてもよい。よって、上記では、従来の中継ダクト２００に比べて、ダクトスペースの容積を大きく確保することができると説明したが、例えば、アッパーケース１２の冷却ファン３０の上方に位置する部位を、電池スタック２０の上方に位置する部位よりも低い形状とし、ダクトスペース２６の容積を従来の中継ダクト２００のダクトスペースの容積以下としてもよい。これにより、電池パック１０全体の容積を小さくすることができる。

また、ダクト下部ユニット４０の剛性を向上させるために、図３Ｂに示すように、ダクト下部ユニット４０の裏面には、複数のリブ４６を形成してもよい。また、冷却ファン３０もしくはダクト下部ユニット４０が振動し互いに衝突してノイズが発生することを防ぐために、ダクト下部ユニット４０の裏面のうち冷却ファン３０と接触する部位４８には、ウレタン等の衝撃吸収部材を設けてもよい。

さらに、本実施形態では、電池スタック２０を冷却した後の冷却空気が中継ダクト２００を介してファン開口３２から冷却ファン３０内に取り込まれる場合を説明したが、冷却ファンのファン開口３２から排出された冷却空気が中継ダクト２００を介して電池スタック２０に送り出されるように構成してもよい。

ところで、電池モジュールの上壁面には、充電あるいは放電することで発生した余分な反応ガス（例えば電池モジュールがニッケル水素電池であれば充電時に発生する水素ガス）を外部へ排気するための排気孔が形成されている。この排気孔から排出される反応ガスは排気配管１３を介して外部へ排出される。

排気配管１３は、図４Ａに示す通り、電池パック１０の外部へと延びる主配管１３ａと、主配管１３ａの電池パック内部側の一端部１３ｄから２つに分岐して形成された枝配管１３ｂおよび枝配管１３ｃから構成される。枝配管１３ｂは、ｘ方向に配列された電池モジュールのうち、冷却ファン３０側から数えて偶数番目の各電池モジュールの排気孔と接続される。一方、枝配管１３ｃは、冷却ファン３０側から数えて奇数番目の各電池モジュールの排気孔と接続される。つまり、各電池モジュールの各排気孔は、いずれか一方の枝配管に接続され、枝配管１３ｂ，１３ｃは分岐点１３ｄにおいて合流して主配管１３ａに接続される。このように排気配管１３を構成することで、各排気孔から排出された反応ガスは、枝配管１３ｂあるいは枝配管１３ｃ、および主配管１３ａを介して外部へ排出される。

さて、上記では、排気配管１３は、他の部材とは独立して構成する例について説明した。しかし、ダクト下部ユニット４０と排気配管１３とを一体的に構成してもよい。より具体的には、例えば、図４Ｃ、４Ｄに示すように、枝配管１３ｂ、１３ｃの分岐点１３ｄ側の一部と、ダクト下部ユニット４０とを一体的に構成してもよい。すなわち、ダクト下部ユニット４０の電池スタック２０側の周縁部であって、枝配管１３ｂおよび枝配管１３ｃに対応する位置に、それぞれ上方に向けて突起する突起部４０ｂ，４０ｃを形成する。各突起部４０ｂ、４０ｃには、ｘ方向の電池スタック２０側に向けて開口した孔を形成し、各孔がそれぞれダクト下部ユニット４０の裏面に形成された各孔と連通して貫通孔１３１ｂ，１３１ｃを形成する。これら各貫通孔１３１ｂ，１３１ｃを枝配管１３ｂ、１３ｃの一部として構成してもよい。

上記の通り、ダクト下部ユニット４０と排気配管１３とを一体的に構成することで、ダクト下部ユニット４０と排気配管１３との隙間がなくなり、ダクト下部ユニット４０とアッパーケース１２との間に形成されたダクトスペース２６のシール性が向上する。よって、ダクト下部ユニット４０と排気配管１３とを個別に構成するよりも効率的に、電池スタック２０を冷却した後の冷却空気をダクトスペース２６を介してファン開口３２へ送ることができる。また、ダクト下部ユニット４０と排気配管１３とを一体的に構成することで、ダクト下部ユニット４０が排気配管１３の一部を構成する主配管１３ａを介して、アッパーケース１２の一側面に固定されるため、ダクト下部ユニット４０の振動をより低減することができる。さらに、ダクト下部ユニット４０と排気配管１３とを一体的に構成することで、部品点数を削減することができ、電池パックを組み立てる際の工数を削減することができる。加えて、ダクト下部ユニット４０と排気配管１３とを独立して構成するよりも、ダクトスペースの容積を大きく確保することができる。あるいは、例えば、アッパーケース１２の冷却ファン３０の上方に位置する部位を、電池スタック２０の上方に位置する部位よりも低い形状とすることで、ダクト下部ユニット４０と排気配管１３とを独立して構成するよりもダクトスペース２６の容積を小さくしてもよい。これにより、電池パック１０全体の容積をさらに小さくすることができる。

なお、ダクト下部ユニット４０と排気配管１３の少なくとも一部とは、例えば、真空成形、圧空成形、プレス成形などの一般的な樹脂成形により一体的に構成すればよい。

本実施形態における電池パックの外観斜視図を示す図である。アッパーケースを取り外した状態の電池パックの内部構成を示す図である。ダクト下部ユニットの表面の外観斜視図である。ダクト下部ユニットの裏面の外観斜視図である。電池パックを図２のＡ−Ａ線に沿って矢印方向から見た電池パックの断面概略図である。電池パックを図２のＢ−Ｂ線に沿って矢印方向から見た電池パックの断面概略図である。ダクト下部ユニットと排気配管とを一体的に構成した場合において、電池パックを図２のＡ−Ａ線に沿って矢印方向から見た電池パックの断面概略図である。ダクト下部ユニットと排気配管とを一体的に構成した場合において、電池パックを図２のＢ−Ｂ線に沿って矢印方向から見た電池パックの断面概略図である。アッパーケースを取り外した状態の従来の電池パックの内部構成を示す図である。従来の中継ダクトの外観斜視図である。図６Ａに示す中継ダクトを図６ＡのＡ−Ａ線に沿って矢印方向から見た断面図である。図６Ａに示す中継ダクトを図６ＡのＢ−Ｂ線に沿って矢印方向から見た断面図である。

符号の説明

１０電池パック、１２アッパーケース、１２ａビート部、１２ｂ下端部、１３排気配管、１４ロワーケース、１６吸気口、１７コントロールモジュール、１８排気口、２０電池スタック、２２，２４チャンバスペース、２６ダクトスペース、３０冷却ファン、３２ファン開口、４０ダクト下部ユニット、４２ダクト開口部、２００中継ダクト、２０２柱部。

Claims

電池スタックと、
前記電池スタックに隣接して設置され、前記電池スタックの媒体を給排気するためのファン開口が上面に形成されたファンと、
前記電池スタック及び前記ファンの上部をカバーするアッパーケースと、
前記ファン開口と前記電池スタックとの間で前記媒体の給排を導く中継ダクトと、
を備え、
前記中継ダクトは、前記ファンの上面に設けられ前記ファン開口と対向する位置にダクト開口が形成されたダクト下部ユニット、及び前記ダクト下部ユニットの周縁部と下端部で当接する前記アッパーケースの一壁部により構成されることを特徴とする電池パック。
請求項１に記載の電池パックは、さらに、
前記電池スタック内部で発生するガスを外部へ排気する排気配管を備え、
前記ダクト下部ユニットと、前記排気配管の少なくとも一部とは一体的に構成される、
ことを特徴とする電池パック。
請求項１または２に記載の電池パックにおいて、
前記ダクト下部ユニットの裏面には、複数のリブが形成されていることを特徴とする電池パック。