JP5433427B2

JP5433427B2 - 電池パック

Info

Publication number: JP5433427B2
Application number: JP2010000108A
Authority: JP
Inventors: 俊道妻木; 史博赤羽
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 2010-01-04
Filing date: 2010-01-04
Publication date: 2014-03-05
Anticipated expiration: 2030-01-04
Also published as: JP2011138730A; DE112010005078T5; WO2011080960A1; US8703317B2; US20120189886A1

Description

本発明は、複数の電池を収容し、車両などに搭載される電池パックに関する。

一般に、電池セルを直列、並列などの組電池にし、周辺機器などと共に収容した電池パックには、発熱した電池セルを冷却する冷却機構が必要とされている。この冷却機構は、電池パックの筐体に取り付けられたファンなどで、電池パックの筐体内部に外部の空気を取り込んで電池セル間に通過させることで発熱した電池セルを冷却している。

例えば、特許文献１によれば、組電池が電池収容ケース内に収容され、電池収容ケースに設けられた開口部を通って電池ケース内に流入する冷却風によって、組電池の各電池モジュールが冷却される電池パックが開示されている。電池モジュールは、複数の電池セルから構成されている。この電池収容ケースに設けられた開口部には開閉弁が設けられており、この開閉弁は、電池収容ケース内に冷却風を供給する場合には開放され、冷却風を供給しない場合には閉鎖されるようになっている。
電池収容ケース内には吸気チャンバーと排気チャンバーとが設けられていて、吸気チャンバーと排気チャンバーとの間に組電池が配設されている。そして、吸気チャンバーの内に吸引された空気（冷却風）が組電池の各電池モジュールの間を通って排気されることで各電池モジュールが冷却されている。

特開２００１−１６７８０３号公報

しかしながら、従来の電池パックでは、ファンから流入した冷却風は電池セルとの熱交換によって徐々に温度が上昇するため、ファンと近い位置にある電池セルに比べてファンと遠い位置にある電池セルでは冷却効果が低下し、電池セルの温度に偏りが生じていた。
また、特許文献１による電池パックでは、入口（吸気チャンバー部）から入った空気に流れ（流速）があり、それが流入した室内で徐々に低下し、奥に突き当たって止まるので、位置によって上方に上がって電池セルを冷却する風量に偏りが生じる。例えば、空気が突き当たって止まる奥の部分は行き場がなくなった空気で圧が高まり、上方へ上がる冷却風量は多くなることが考えられる。
そして、電池セルの温度に偏りが生じることにより、電池セルの性能劣化具合や寿命にバラツキが生じ、電池パックの性能が安定しないという問題があった。

本発明は、上述する問題に鑑みてなされたもので、電池セルを均一に冷却することができる電池パックを提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明に係る電池パックは、複数の電池セルを収容する電池室と、前記電池室の下方に設けられた冷却空気室と、前記冷却空気室へ大気圧以上の静圧で冷却空気を供給するファンとから構成され、前記電池室の底部には、前記電池セルを相互に水平方向に間隔をおいて支持する支持部が設けられると共に、前記電池セル間の間隔に対応する位置に上方へ冷却空気を導く空気導入孔が設けられていて、前記冷却空気室には、前記冷却空気室内の静圧を均一化させて、前記空気導入孔へ均一な静圧を加えるための整流板が設けられ、前記整流板は、平面視形状が前記ファンの平面視の外形よりも大きく形成され、前記ファンの上方に前記ファンと間隔をあけて設けられていることを特徴とする。
本発明では、冷却空気室へ大気圧以上の流れがない静圧で冷却空気を供給するファンが設けられていることにより、冷却空気室の冷却空気が電池室の底部の各空気導入孔から電池室へ流入して電池セルを冷却することができる。そして、冷却空気室へ大気圧以上の流れがない静圧で冷却空気が供給されることにより同径の各空気導入孔から電池室へ流入する冷却空気の風量が等しくなり、電池セルを均一に冷却することができる。
更に、冷却空気室には、空気導入孔へ流れがない均一な静圧を与えるための整流板が設けられていることにより、冷却空気室に供給された冷却空気は各空気導入孔から均一な風量で電池室へ流入し、電池セルをより均一に冷却することができる。

また、本発明に係る電池パックでは、前記冷却空気室には、前記電池室から流入したドレンを排出する排出口が設けられていることを特徴とする。
本発明では、冷却空気室には、電池室から流入したドレン（水）を排出する排出口が設けられていることにより、電池室内の空気が結露して生じたドレンが空気導入孔から冷却空気室に流入した際に、排出口からドレンを排出することができ冷却空気室内にドレンが溜まることを防ぐことができる。
結露でのドレン（水）の発生は毎時わずかなので、排出口の径は冷却空気室の空気圧を多く逃がし、その気圧を低下させるほどでない小径である。また、車載用を前提とすれば、排水口は片隅に１つ設けておけば、電池パックを載せた車体の前後左右の傾き、加速でドレン（水）は適宜流れ、排水される。

また、本発明に係る電池パックでは、前記電池セル内の電極板の面方向に並んでいる前記空気導入孔間の間隔が前記電極板の厚さ方向に並んでいる前記空気導入孔間の間隔よりも大きいことを特徴とする。
本発明では、電池セル内の電極板の面方向に並んでいる空気導入孔間の間隔が電極板の厚さ方向に並んでいる空気導入孔間の間隔よりも大きいことにより、電池セルの電極板の厚さ側に電極板の面側よりも冷却空気の多く供給することができる。そして、電極板は一般的には、厚さ方向よりも面方向への放熱量が多いため、電池セルの電極板の厚さ側を面側よりも多く冷やすことで、電池セルを効率的に冷却することができる。

本発明によれば、冷却空気室へ大気圧以上の静圧で冷却空気を供給するファンが設けられていることにより、各空気導入孔から電池室へ流入する冷却空気の風量が等しくなり、電池セルを均一に冷却することができるので、電池セルの温度の偏りによる劣化のバラツキを押さえて電池パックの性能を安定させることができる。

（ａ）は本発明の第一の実施の形態による電池パックの一例を示す図で（ｂ）のＡ−Ａ線断面図、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ線断面図である。（ａ）は本発明の第二の実施の形態による電池パックの一例を示す図で（ｂ）のＣ−Ｃ線断面図、（ｂ）は（ａ）のＤ−Ｄ線断面図である。

（第一の実施の形態）
以下、本発明の第一の実施の形態による電池パックについて、図１（ａ）および（ｂ）に基づいて説明する。
図１（ａ）、（ｂ）に示すように、本実施の形態による電池パック１ａは、複数の電池セル２を収容する電池室３と、電池室３の底部３ａに設けられた冷却空気室４と、冷却空気室４へ大気圧以上の静圧で冷却空気Ａを供給するファン５とから概略構成されている。電池パック１ａは、フォークリフトなどの車両に搭載されている。

電池セル２は、直方体の形状をしており、内部には複数の電極板２ａが収容されている。
電池室３は、その底部３ａに電池セル２を相互に水平方向に間隔をおいて支持する支持部６と、電池セル２間の間隔に対応する位置に冷却空気室４の冷却空気Ａを上方へ導く複数の空気導入孔７とが設けられている。
空気導入孔７は、例えば、電池室３の底部３ａの電池セル２間の間隔に対応する位置にパンチングメタル取り付け、このパンチングメタルの孔としてもよい。
電池室３は、上部に電池室３内の空気を外部に排出するための排気口８が設けられている。

冷却空気室４には、冷却空気Ａの運動エネルギーを減少させて空気室４内の静圧を均一にするための整流板９が設けられている。整流板９は、ファン５の上方にファン５と間隔をあけて設けられており、その平面視形状はファン５の平面視の外形よりも大きく形成されている。また、整流板９は、空気導入孔７との間に所定の間隔が設けられている。
そしてこの構成により、冷却空気室４の静圧が均一化され、各空気導入孔７から電池室３へ均一に冷却空気Ａを供給することができる。
冷却空気室４は、底部にドレンを排出する排水口１０が設けられている。

次に、電池セル２の冷却方法について図面を用いて説明する。
まず、ファン５の駆動により冷却空気室４に大気圧以上の静圧で電池パック１ａの外部の冷却空気Ａが供給される。
冷却空気室４内の冷却空気Ａは静圧により空気導入孔７から電池室３へ導入されて上向きに噴出し、電池室３内に上向きの気流を生成する。そして、冷却空気Ａは電池セル２間の間隔を通過して、発熱した電池セル２を冷却する。
冷却空気室４から電池室３内へ冷却空気Ａが流入するので、電池室３内上方の空気は排気口８から外部に排出される。

このとき、電池パック１ａが寒冷地、高湿地で使用されることもあるため、冷却空気室４内の冷却空気Ａは電池室３に流入した後に冷却空気Ａ中の水分が結露しドレンが生じることがある。特に、電池パック１ａを搭載したフォークリフト等の車両が冷蔵倉庫などで使用されて、低温環境と常温環境との間を行き来して使用される場合、冷却空気Ａ中の水蒸気が結露してドレンを生じることがある。
電池室３でドレンが生じると、電池室３底部の空気導入孔７から冷却空気室４へ流入し、冷却空気室４に排水口１０が設けられているので、ドレンを外部へ排出することができる。排出口１０の径は冷却空気室４の空気圧を多く逃がし、その気圧を低下させるほどでない小径である。また、排水口１０にはドレントラップなどを設置してもよい。

次に、上述した電池パック１ａの作用について図面を用いて説明する。
本実施の形態による電池パック１ａでは、冷却空気室４へ大気圧以上の流れがない静圧で冷却空気Ａを供給するファン５が設けられていることにより、各空気導入孔７から電池室３へ流入する冷却空気Ａの風量が等しくなり、各電池セル２周りの空気導入孔７を等しく配置すれば、電池セル２を均一に冷却することができる。

上述した第一の実施の形態による電池パック１ａは、電池セル２を均一に冷却することができるので、電池セル２の劣化のバラツキを押さえ安定した性能とすることができる。

次に、他の実施の形態について、添付図面に基づいて説明するが、上述の第一の実施の形態と同一又は同様な部材、部分には同一の符号を用いて説明を省略し、第一の実施の形態と異なる構成について説明する。

（第二の実施の形態）
図２（ａ）、（ｂ）に示すように、第二の実施の形態による電池パック１ｂでは、電池セル２内の電極板２ａの面方向に並んでいる空気導入孔２７間の間隔が、電極板２ａの厚さ方向に並んでいる空気導入孔２７間の間隔よりも大きい構成をしている。電池セル２の電極板２ａの厚さ側に電極板２ａの面側よりも冷却空気Ａの多く供給することができる。
そして、電極板２ａは、その厚さ方向よりも面方向への放熱量が多いので、電池セル２の電極板２ａの厚さ側２ｃを面側２ｄよりも多く冷やすことで、電池セル２を効率的に冷却することができる。

第二の実施の形態による電池パック１ｂでは、第一の実施の形態と同様の効果を奏すると共に、電池セル２の方向による放熱量の違いにあわせて空気導入孔２７の配置を調整し冷却空気Ａの供給量を調整することができるので、電池セル２を効率的に冷却することができる。

以上、本発明による電池パックの実施の形態について説明したが、本発明は上記の実施の形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。
例えば、上述した実施の形態では、冷却空気室４はドレンの排水口１０を備えているが、排水口１０を備えない構成としてもよく、また、冷却空気室４内にドレンを収容する容器などを備えてもよい。

１ａ、１ｂ電池パック
２電池セル
２ａ電極板
３電池室
４冷却空気室
５ファン
６、支持部
７、２７空気導入孔
９整流板
１０排水口
Ａ冷却空気

Claims

複数の電池セルを収容する電池室と、
前記電池室の下方に設けられた冷却空気室と、
前記冷却空気室へ大気圧以上の静圧で冷却空気を供給するファンとから構成され、
前記電池室の底部には、前記電池セルを相互に水平方向に間隔をおいて支持する支持部が設けられると共に、前記電池セル間の間隔に対応する位置に上方へ冷却空気を導く空気導入孔が設けられていて、
前記冷却空気室には、前記冷却空気室内の静圧を均一化させて、前記空気導入孔へ均一な静圧を加えるための整流板が設けられ、
前記整流板は、平面視形状が前記ファンの平面視の外形よりも大きく形成され、前記ファンの上方に前記ファンと間隔をあけて設けられていることを特徴とする電池パック。
前記冷却空気室には、前記電池室から流入したドレンを排出する排出口が設けられていることを特徴とする請求項１に記載の電池パック。
前記電池セル内の電極板の面方向に並んでいる前記空気導入孔間の間隔が前記電極板の厚さ方向に並んでいる前記空気導入孔間の間隔よりも大きいことを特徴とする請求項１または２に記載の電池パック。