JP2015018619A - 車両用バッテリパックおよび車両 - Google Patents

Abstract

【課題】車両用バッテリパックにおいて、複数の電池セルを簡易な構成で効率よく冷却する。
【解決手段】車両用バッテリパック１９は、複数の電池セル３１と、複数の電池セル３１を収容し、吸気口６５および排気口６７を有するハウジング３３と、回転することにより複数の電池セル３１を冷却するブロワファン３２と、を有する。複数の電池セル３１は、ハウジング３３内で互いに離間して円周状に配列される。ブロワファン３２は、ハウジング３３内において円周状に配列された複数の電池セル３１の中央に配置される。
【選択図】 図２

Description

本発明は、車両用バッテリパックおよび車両に関する。

近年、自動車などの車両では、ハイブリット化または電動化の研究が盛んである。
車両をハイブリット化または電動化する場合、車両には複数の電池セルを搭載する必要がある。複数の電池セルをバッテリパック化するなどして、車両における複数の電池セルの積載方法および積載場所を工夫する必要がある（特許文献１）。

特開２００３−３４６９２４号公報

ところで、電池セルは、使用中の化学反応により発熱する。電池セルは冷却する必要がある。
車両に搭載する複数の電池セルを冷却するためには、たとえば特許文献１にあるように、車両用バッテリパックとラジエタとをダクトで接続し、冷媒を循環させる必要がある。また、複数の電池セルの一部が加熱しないように、複数の電池セルの間に冷却管を通し、複数の電池セルを均一に冷却する必要がある。
その結果、冷却機構を含めた車両用バッテリパックの全体の構造は、複雑化する。また、重量も嵩む。車両の重量増加は、たとえば航続距離、燃費に影響を与える。

このように車両に搭載するバッテリパックには、複数の電池セルを、簡易な構成で効率よく冷却することが望まれる。

本発明に係る車両用バッテリパックは、複数の電池セルと、前記複数の電池セルを収容し、吸気口および排気口を有するハウジングと、回転することにより前記複数の電池セルを冷却するブロワファンと、を有し、前記複数の電池セルは、前記ハウジング内で互いに離間して円周状に配列され、前記ブロワファンは、前記ハウジング内において円周状に配列された前記複数の電池セルの中央に配置される。

好適には、前記ハウジングは、上面部、下面部および側面部による中空の箱形状を有し、中空の箱形状の前記ハウジングの内部に、前記複数の電池セルが円周状に載置されるとともに前記ブロワファンがその中央に載置される中敷き部が、前記下面部から離して設けられ、前記ブロワファンの上方に前記吸気口が形成され、前記下面部に前記排気口が形成され、前記中敷き部は、前記側面部との間に隙間が形成され、てよい。

好適には、前記ハウジングは、前記側面部が円筒形状に形成され、車両のスペアタイヤの積載スペース内または前記積載スペースに搭載されたスペアタイヤ内に設置できる、とよい。

好適には、前記複数の電池セルの各々は、薄板形状の外形を有し、前記複数の電池セルは、前記ブロワファンの回転の半径方向に沿って延在する向きで、前記ブロワファンの周囲に立てて配列される、とよい。

本発明に係る車両は、複数の電池セルを有する車両であって、前記複数の電池セルを収容し、吸気口および排気口を有するハウジングと、回転することにより前記複数の電池セルを冷却するブロワファンと、を有し、前記複数の電池セルは、前記ハウジング内で互いに離間して円周状に配列され、前記ブロワファンは、前記ハウジング内において円周状に配列された前記複数の電池セルの中央に配置される。

本発明では、複数の電池セルが互いに離間して円周状に配列され、ブロワファンが円周状に配列された複数の電池セルの中央に配置される。ブロワファンが回転することにより、複数の電池セルの間に空気を流すことができる。複数の電池セルは、均一に冷却され得る。
しかも、ブロワファンは、複数の電池セルを配置するハウジング内に配置できる。ブロワファン専用のハウジングが不要である。ブロワファンは、ハウジング内において、ファンカバーなどを設けることなく、むき出しのまま配置できる。冷却機構を含めた車両用バッテリパックの構造は簡易である。
また、ブロワファンの回転による冷却風は、ダクトなどを経由することになく直接に、複数の電池セルの間に流れる。ダクトなどを用いて、別体のブロワファンから複数の電池セルまで冷却風を送る必要がない。ダクトによる圧力損失が無い。複数の電池セルを効率よく効果的に冷却できる。

図１は、本発明の実施形態に係る乗用自動車を示す模式的な説明図である。 図２は、図１のバッテリパックを示す模式的な部分斜視図である。 図３は、図２の電池セルの模式的な正面図である。 図４は、図２のブロワファンの模式的な正面図である。 図５は、複数の電池セルおよびブロワファンの配置の説明図である。 図６は、図２のバッテリパックの気流の説明図である。

以下、本発明の実施形態を、図面を参照して説明する。

図１は、本発明の実施形態に係る乗用自動車１を示す模式的な説明図である。乗用自動車１は、車両の一種である。
図１の乗用自動車１は、車体２を有する。車体２の前後にはタイヤ３が配置される。車体２の内部である乗車空間４には、運転手または同乗者が着座するシート５が前後二列で配置される。後列のシート５の後には、ラッゲージスペース６が設けられる。ラッゲージスペース６の床フレーム７には、スペアタイヤを収容可能な凹部８が形成される。この凹部８は、車両のスペアタイヤの積載スペースとして利用可能である。

図１の乗用自動車１は、ハイブリット式の駆動機構を有する。
ハイブリット式の駆動機構は、エンジン１１、モータ内蔵トランスミッション１２、フロントセンタデフ１３、フロント車軸１４、ドライブシャフト１５、リアセンタデフ１６、リア車軸１７、ＥＣＵ（Engine Control Unit）１８、バッテリパック１９、インバータ２０、を有する。

エンジン１１は、複数のピストンが左右方向に移動する水平対向エンジンである。エンジン１１は、ガソリンと空気との混合気を燃焼することにより、駆動力を発揮する。駆動力は、図示外の出力軸から出力される。

モータ内蔵トランスミッション１２は、エンジン１１とドライブシャフト１５との間に配置される。エンジン１１とモータ内蔵トランスミッション１２との間に、図示外のクラッチ機構を設けてよい。
モータ内蔵トランスミッション１２は、エンジン１１の出力軸とクラッチ機構と介して連結される入力軸と、一対の無段変速プーリを介して入力軸に従って回転する減速軸と、減速軸の回転に従って回転するフロント出力軸と、ドライブシャフト１５に連結されて減速軸の回転に従って回転するリア出力軸と、減速軸を回転子に用いるモータ２１と、を有する。

そして、フロント出力軸は、フロントセンタデフ１３に接続される。フロントセンタデフ１３には、フロント車軸１４が接続される。フロント車軸１４の両端に一対の前側のタイヤ３が取り付けられる。
また、リア出力軸は、ドライブシャフト１５に接続される。ドライブシャフト１５は、リアセンタデフ１６に接続される。リアセンタデフ１６には、リア車軸１７が接続される。リア車軸１７の両端に一対の後側のタイヤ３が取り付けられる。

ＥＣＵ１８は、エンジン１１およびモータ２１の動作を制御する制御部である。ＥＣＵ１８は、マイクロコンピュータ、メモリなどを有するコンピュータ装置の一例である。
ＥＣＵ１８は、乗車空間４に設置される図示外のアクセルペダル、ブレーキペダルの操作に応じて、エンジン１１の回転数およびモータ２１の回転または停止を制御する。
エンジン１１が動作し、またはモータ２１が動作することにより、モータ内蔵トランスミッション１２の減速軸が回転する。減速軸の回転にしたがってフロント出力軸およびフロント車軸１４が回転し、一対の前側のタイヤ３が回転駆動される。また、減速軸の回転にしたがってリア出力軸、ドライブシャフト１５およびリア車軸１７が回転し、一対の後側のタイヤ３が回転駆動される。図１の乗用自動車１は、４輪駆動車である。

バッテリパック１９は、電力を蓄積して供給する直流電源である。バッテリパック１９は、スペアタイヤと略同じサイズの円柱形状に形成され、スペアタイヤを収容可能な凹部８に設置される。
なお、バッテリパック１９は、スペアタイヤの内径より一回り小さい円柱形状に形成されてよい。この場合、バッテリパック１９は、スペアタイヤを収容可能な凹部８に、スペアタイヤとともに設置できる。

インバータ２０は、バッテリパック１９とモータ内蔵トランスミッション１２のモータ２１とを接続する。インバータ２０には、ＥＣＵ１８が接続される。インバータ２０は、ＥＣＵ１８からの制御信号に基づいて、バッテリパック１９の蓄電電力を、モータ内蔵トランスミッション１２のモータ２１へ供給する。インバータ２０は、バッテリパック１９の直流電圧を、スイッチング動作によりたとえばパルス幅変調し、モータ２１へ出力する。モータ２１は、単位時間当たりにパルスにより与えられる電力に応じた回転数で減速軸を回転駆動する。

エンジン１１が動作している状態でモータ２１が減速軸を回転駆動することにより、減速軸は、エンジン１１による駆動力による回転数より高い回転数で回転する。モータ２１は、パワーアシストとして機能する。なお、モータ２１は、エンジン１１が停止している状態で、減速軸を回転駆動してよい。この場合、乗用自動車１は、バッテリパック１９の蓄電電力のみで動作する。電気自動車として機能する。

図２は、図１のバッテリパック１９を示す模式的な部分斜視図である。
バッテリパック１９は、電力を蓄積して供給する直流電源である。
図２のバッテリパック１９は、複数の電池セル３１、ブロワファン３２、ハウジング３３、を有する。

図３は、図２の電池セル３１の模式的な正面図である。
電池セル３１は、電力を蓄電する蓄電池である。電池セル３１は、矩形の薄板形状の外形を有する。電池セル３１は、たとえば、ラミネートフィルムからなる包装袋内に電池要素が電解液と共に収容されたフィルム外装電池である。また、電池セル３１は、複数のフィルム外装電池を積層したものでもよい。
図３の電池セル３１は、矩形薄板形状のセル本体４１、プラス側の電極片４２、マイナス側の電極片４３、を有する。電池セル３１のプラス側の電極片４２とマイナス側の電極片４３とが、矩形薄板形状のセル本体４１の一辺から突出している。一対の電極片４２，４３がセル本体４１の一辺に並んで突出する電池セル３１を用いることにより、後述するようにブロワファン３２の周囲に電池セル３１を立てて並べた場合に、たとえば複数の電池セル３１の電極を外向きに揃えることができる。複数の電池セル３１の結線が、回転駆動されるブロワファン３２の周囲に配置されないようにできる。
この他にもたとえば、電池セル３１は、プラス側の電極片４２と、マイナス側の電極片４３とが、矩形薄板形状のセル本体４１の反対側の辺から逆向きに突出してよい。

図４は、図２のブロワファン３２の模式的な正面図である。
ブロワファン３２は、回転することにより空気の流れを生成する。ブロワファン３２は、この空気の流れで、複数の電池セル３１を冷却する。ブロワファン３２は、たとえば所謂シロッコファンまたはターボファンと呼ばれるファンでよい。
図４のブロワファン３２は、円板部５１に複数の羽部５２が立設されたものである。図４では、羽部５２は、紙面に垂直な方向に立設されている。複数の羽部５２についての立設方向の他端は、たとえば図示外のリング状の板により互いに連結されてよい。
図４に示すように、複数の羽部５２は、円板部５１の半径方向に対して傾いて立設される。図４の場合、ブロワファン３２の円板部５１がたとえば図示外のファン用モータにより反時計回りに回転駆動されることにより、半径方向外向きの空気流を発生する。ブロワファン３２は、その全周において外向きの空気流を発生できる。ファン用モータは、複数の電池セル３１の電力で動作してよい。
なお、図４のブロワファン３２は、時計回りに回転駆動してよい。この場合、ブロワファン３２は、その全周において内向きの空気流を発生できる。また、ブロワファン３２の回転の半径方向に対する羽部５２の傾きを逆にすることにより、時計回りの回転において外向きの空気流を発生できる。

ハウジング３３は、複数の電池セル３１とブロワファン３２とを収容する容器である。
図２のハウジング３３は、上面部６１、下面部６２、側面部６３、および中敷板６４を有する。ハウジング３３は、たとえば金属または樹脂を成型して形成される。
側面部６３は、タイヤ３の外周と略同サイズの円筒形状を有する。
上面部６１は、円筒形状の側面部６３と同径の円板形状を有する。上面部６１は、円筒形状の側面部６３の一方側に設けられる。円板形状の上面部６１の中央には、吸気口６５が形成される。図２では、吸気口６５には、短い吸気ノズル６６が接続される。
下面部６２は、円筒形状の側面部６３と同径の円板形状を有する。下面部６２は、円筒形状の側面部６３の他方側に設けられる。円板形状の下面部６２の中央には、排気口６７が形成される。図２では、排気口６７には、短い排気ノズル６８が接続される。
これら側面部６３、上面部６１および下面部６２により、ハウジング３３は、円柱形状の外形に形成される。円柱形状のハウジング３３は、中空である。
中敷板６４は、円筒形状の側面部６３より一回り小さい円板形状を有する。中敷板６４は、中空のハウジング３３の内部に配置される。中敷板６４は、前記下面部６２から離して設けられる。中敷板６４の外周と、円筒形状の側面部６３の内面との間には、それらの全周にわたって隙間が形成される。

図５は、複数の電池セル３１およびブロワファン３２の配置の説明図である。
図５に示すように、複数の電池セル３１およびブロワファン３２は、円板形状の中敷板６４に載置される。
複数の電池セル３１は、円板形状の中敷板６４上で、互いに離間して円周方向に配列される。複数の電池セル３１は、円周状に配列される。
電池セル３１は、円板形状の中敷板６４上に立設される。

ブロワファン３２は、円板形状の中敷板６４上で円周状に配列された複数の電池セル３１の中央に配置される。ブロワファン３２の外周に沿って、複数の電池セル３１は円周状に配列される。

これにより、複数の薄板形状の電池セル３１は、ブロワファン３２の周囲に立てて、円周状に配列される。複数の電池セル３１は、ブロワファン３２の回転の半径方向に沿って延在する向きで、ブロワファン３２の周囲に立てて配列される。また、複数の電池セル３１の間には、空気が流動可能な隙間が形成される。

図６は、図２のバッテリパック１９の気流の説明図である。
図２のバッテリパック１９では、図６に示すように、ブロワファン３２の上方に吸気口６５が形成される。中敷板６４と側面部６３との間に、隙間が形成される。下面部６２に排気口６７が形成される。
乗用自動車１が動作する場合、ブロワファン３２は、たとえばＥＣＵ１８からの制御信号などに基づいて、回転する。
ブロワファン３２は、吸気ノズル６６および吸気口６５から外気を吸い込み、ブロワファン３２の周囲へ吸い込んだ外気を送出する。外気は、ブロワファン３２の周囲に配列された複数の電池セル３１の間を通過し、円筒形状の側面部６３に当たる。この際、外気は、複数の電池セル３１を冷却する。その後、複数の電池セル３１により暖められた外気は、下方へ移動し、中敷板６４の下側を流、排気口６７および排気ノズル６８を通じて、ハウシング外へ排出される。

以上のように、本実施形態では、複数の電池セル３１が互いに離間して円周状に配列され、ブロワファン３２が円周状に配列された複数の電池セル３１の中央に配置される。ブロワファン３２が回転することにより、複数の電池セル３１の間に空気を流すことができる。複数の電池セル３１は、均一に冷却される。
しかも、本実施形態では、ブロワファン３２は、複数の電池セル３１を配置するハウジング３３内に配置される。ブロワファン３２専用のハウジング３３が不要である。ブロワファン３２は、ファンカバーなどを設けることなく、ハウジング３３内にむき出しのまま配置できる。冷却機構を含めた車両用バッテリパックの構造は簡易である。
また、本実施形態では、ブロワファン３２の回転による冷却風は、ダクトなどを経由することになく直接に、複数の電池セル３１の間に流れる。冷却風をブロワファン３２から複数の電池セル３１まで送るダクトが不要である。ダクトによる圧力損失が無い。複数の電池セル３１を効率よく効果的に冷却できる。
その結果、本実施形態のバッテリパック１９は、その冷却機構を含めた全体構造が簡易であり、軽量である。バッテリパック１９が軽量化されることにより、乗用自動車１の航続距離を伸ばし、燃費を向上できる。

また、本実施形態では、ハウジング３３の上面部６１からハウジング３３に入った外気は、ブロワファン３２により上面部６１と中敷板６４との間を流れ、中敷板６４と下面部６２との間を流れ、その後、下面部６２の排気口６７から排気される。
しかも、ブロワファン３２は、ハウジング３３内に複数の電池セル３１を配置するための中敷板６４に載置される。ブロワファン３２専用の構造部材が不要である。バッテリパック１９の構造は極めて簡易である。ブロワファン３２などの冷却機構を含めたバッテリパック１９の全体の部品点数および総重量を削減できる。

また、本実施形態では、ハウジング３３がタイヤ３と同サイズの円柱形状の外形に形成される。また、複数の電池セル３１は、空冷により均一且つ効果的に冷却できる。
よって、本実施形態のバッテリパック１９は、車両のスペアタイヤの積載スペース（凹部８）に収容できる。バッテリパック１９を車両に配置するために、旧来の車両のフレーム構造を変更する必要が無い。また、スペアタイヤの積載スペースを、スペアタイヤと兼用できる。
特に、ハウジング３３の上面部６１から吸気し、下面部６２から排気するため、バッテリパック１９内の熱で暖められた空気が、スペアタイヤの積載スペースから乗車空間４へ入り難くなる。スペアタイヤの積載スペースに、車両用のバッテリパック１９を配置しても、乗車環境に影響を与え難くできる。

また、本実施形態では、ブロワファン３２の周囲に、複数の電池セル３１を薄板形状とし、かつ、立てて配列する。よって、ブロワファン３２の周囲に、複数の電池セル３１を密に配列できる。多くの電池セル３１を、ブロワファン３２で冷却できる。
これに対し、仮にたとえば電池セル３１が円柱形状などの外形を有する場合、各電池セル３１には厚さまたは幅がある。この場合、電池セル３１の厚さまたは幅により、ブロワファン３２の周囲に配列できる電池セル３１の個数が制限される。ブロワファン３２で均一に冷却できる電池セル３１の個数は少ない。

以上の実施形態は、本発明の好適な実施形態の例であるが、本発明は、これに限定されるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の変形または変更が可能である。

たとえば上記実施形態のバッテリパック１９では、複数の電池セル３１は、ブロワファン３２の周囲に１巻（一列）で配列されている。
この他にもたとえば、複数の電池セル３１は、ブロワファン３２の周囲において半径方向に複数個ずつ並べた複数巻（複数列）で配列されてよい。この場合、半径方向に並ぶ複数の電池セル３１は、半径方向に一列に並べてもよいが、均一な冷却効率を考慮した場合、若干円周方向にずらして配列するとよい。
また、複数の電池セル３１は、上下方向において複数段で重ねて配列されてよい。

上記実施形態では、各電池セル３１は、ブロワファン３２の回転の半径方向に延在する向きで配置される。
この他にもたとえば、電池セル３１は、該半径方向に対して若干斜めとなる向きで配置されてよい。

上記実施形態では、複数の電池セル３１とブロワファン３２とは、共通の中敷板６４の上に配置される。
この他にもたとえば、複数の電池セル３１とブロワファン３２とは、別々の中敷板６４の上に配置されてよい。また、ブロワファン３２は、上面部６１に配置されてよい。また、複数の電池セル３１は、下面部６２に配置されてよい。そして、たとえば複数の電池セル３１を下面部６２に配置する場合、排気口６７は、側面部６３に形成されてよい。

上記実施形態において、中敷板６４は、一枚板である。そして、中敷板６４の外周と側面部６３との間に空気を通すための隙間が形成されている。
この他にもたとえば、中敷板６４の外周部をメッシュ構造とし、このメッシュ構造に空気を通すようにしてよい。また、中敷板６４の全体がメッシュ構造でもよい。

上記実施形態において、バッテリバックのハウジング３３は、円柱形状の外形に形成されている。
この他にもたとえば、ハウジング３３は、六角柱などの多角形形状の外形に形成されてよい。ハウジング３３は、立方体形状の外形に形成されてよい。

上記実施形態では、吸気口６５に吸気ノズル６６が取り付けられ、排気口６７に排気ノズル６８が取り付けられている。
この他にもたとえば、車両のスペアタイヤの積載スペースとしての凹部８が狭い場合、吸気ノズル６６および排気ノズル６８は無くてもよい。

上記実施形態は、本発明のバッテリパック１９を、ハッチバック式の乗用自動車１に適用した例である。
この他にもたとえば、本発明のバッテリパック１９は、たとえばバン、セダン、２ボックス、トラック、バスなどの車両に適用してよい。これらの車両でも、スペアタイヤの設置スペースを有する。このスペアタイヤの設置スペースなどに、本発明のバッテリパック１９は配置できる。

１ 乗用自動車（車両）、８ 凹部（車両のスペアタイヤの積載スペース）、１９ バッテリパック（車両用バッテリパック）、３１ 電池セル、３２ ブロワファン、３３ ハウジング、６１ 上面部、６２ 下面部、６３ 側面部、６４ 中敷板、６５ 吸気口、６７ 排気口

Claims (5)

1. 複数の電池セルと、
   前記複数の電池セルを収容し、吸気口および排気口を有するハウジングと、
   回転することにより前記複数の電池セルを冷却するブロワファンと、
   を有し、
   前記複数の電池セルは、前記ハウジング内で互いに離間して円周状に配列され、
   前記ブロワファンは、前記ハウジング内において円周状に配列された前記複数の電池セルの中央に配置される、
   車両用バッテリパック。
2. 前記ハウジングは、上面部、下面部および側面部による中空の箱形状を有し、
   中空の箱形状の前記ハウジングの内部に、前記複数の電池セルが円周状に載置されるとともに前記ブロワファンがその中央に載置される中敷き部が、前記下面部から離して設けられ、
   前記ブロワファンの上方に前記吸気口が形成され、
   前記下面部に前記排気口が形成され、
   前記中敷き部は、前記側面部との間に隙間が形成される、
   請求項１記載の車両用バッテリパック。
3. 前記ハウジングは、
   前記側面部が円筒形状に形成され、車両のスペアタイヤの積載スペース内または前記積載スペースに搭載されたスペアタイヤ内に設置できる、
   請求項２記載の車両用バッテリパック。
4. 前記複数の電池セルの各々は、薄板形状の外形を有し、
   前記複数の電池セルは、前記ブロワファンの回転の半径方向に沿って延在する向きで、前記ブロワファンの周囲に立てて配列される、
   請求項２または３記載の車両用バッテリパック。
5. 複数の電池セルを有する車両であって、
   前記複数の電池セルを収容し、吸気口および排気口を有するハウジングと、
   回転することにより前記複数の電池セルを冷却するブロワファンと、
   を有し、
   前記複数の電池セルは、前記ハウジング内で互いに離間して円周状に配列され、
   前記ブロワファンは、前記ハウジング内において円周状に配列された前記複数の電池セルの中央に配置される、
   車両。

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