JP6308009B2 - 電池パック - Google Patents

Description

本発明は、内蔵した電池モジュールを温調する機構を備える電池パックに関する。

電気自動車やハイブリッド自動車などは、走行用のモータを駆動させるための電力を供給するために電池パックを搭載している。電池パックは、充電または放電の際に発熱するが、複数の電池モジュールを組み合わせて搭載する電池パックの場合、電池モジュールの内部に熱がこもりやすい。温度が上がりすぎると発電効率／充電効率が低下するため、冷却装置で冷やされる。

特許文献１に記載された組電池（電池パック）は、収納箱に入れられた複数の単電池（電池モジュール）の間に、各単電池の側面に接触した間隔板を介在させている。この間隔板は、上下方向に通じる通気路を有しており、放熱板として機能する。収納箱は、通気路に連通した複数の吸気口を下部外周に有しているとともに、この吸気口に送風機が設置されている。通気路内の空気が暖まって上昇して上部から排出され、送風機によって内部に取り込まれた外気に入れ替わることで、単電池が冷却される。

特許文献２に記載された組電池（電池パック）は、複数の電池セルを積層して構成された電池スタック（電池モジュール）を複数個ずつ上下二段に配置した構造である。この組電池は、ブロワ装置、上流チャンバ、下流チャンバ、排出用ダクトを有している。ブロワ装置は、上方から吸い込んだ空気を、上段及び下段のそれぞれ電池スタックの間に配置された上流チャンバから各電池スタックの中の電池セルの側面に沿って流す。電池セルの間を流れた空気は、電池スタックを間に挟んで上流チャンバの反対側に配置された下流チャンバに回収され、排出用ダクトで上方へ排出される。

実開平２−１３８８５６号公報 特開２０１２−１２４０７１号公報

ところで、これらの組電池を電動車両の動力源となる電池パックとして搭載する場合、電池パックは、いかなる走行条件及び天候においても内部に水が入らないように、密封されていることが望ましい。特許文献１や特許文献２に記載された組電池の場合、外気を取り入れて電池モジュールの冷却に使用したあと外部へ排出する構造であるため、外から水が入らないようにする必要がある。

また、特許文献２に記載された組電池の場合、上下二段に電池スタックを配置するので、上段の電池スタックの重量が下段の電池スタックにかからないようにする上段側フレームを有している。そして、各電池スタックに対して斑なく冷却用の空気を供給するために、外部から取り入れた空気を各電池スタックの電池セルに供給する通気路あるいは暖まった空気を排出するための通気路を複雑にしている。その結果、組電池を組み立てるための作業に手間がかかり、製造コストも高くなる。

そこで、本発明は、簡単な構造で内部の気体を循環させて内蔵する複数の電池モジュールを均質に効率よく温調することのできる電池パックを提供する。

本発明に係る一実施形態の電池パックは、複数の電池モジュールとトレイとカバーと下段支持部材と上段支持部材と仕切部材とダクトとファンとを備える。複数の電池モジュールは、上段及び下段の少なくとも二段に重ねて配置される。トレイは、電池モジュールの下方を覆う。カバーは、電池モジュールの上方を覆いトレイに結合される。下段支持部材は、トレイの内壁に固定されて下段の電池モジュールを支持する。上段支持部材は、上段の電池モジュールと下段の電池モジュールとの間に配置されて上段の電池モジュールを支持する。仕切部材は、上段の電池モジュールの上面から下段の電池モジュールの下面までの間に設けられ、トレイ及びカバーで囲われた内部を上室と下室に分ける。ダクトは、仕切部材に形成された貫通孔を介して上室側及び下室側を連通させる。ファンは、下室へ延びたダクトに接続され、上段の電池モジュール及び下段の電池モジュールとダクトとを介して上室と下室の気体を循環させる。

このとき電池パックは、ダクトの途中に配置されて流通する気体を温調する温調器をさらに備えてもよい。上段支持部材は、上段の電池モジュールの下面の外周部とトレイの内壁との間を封止することで、仕切部材を兼ねてもよい。また、電池パックは、仕切部材と下段の電池モジュールの上部の外周縁との間を塞ぐシール部材を備える。

また、貫通孔からファンまでの距離は、貫通孔からトレイの底壁の中心までの距離よりも長くする。また、仕切部材と上段の電池モジュールとの間に上室と下室とを連通するバイパス流路を設け、貫通孔からこのバイパス流路までの距離は、貫通孔からトレイの底壁の中心までの距離よりも長いことも好ましい。または、下段支持部材は、下段の電池モジュールの下面の外周部とトレイの内壁との間を封止することで、仕切部材を兼ねる。

上段の電池モジュールの温度を計測する温度計測センサ及び下段の電池モジュールの温度を計測する温度計測センサをそれぞれ備え、ファンは、トレイの底壁と下段支持部材との間に配置された軸流ファンである。そして、温度計測センサによって計測された上段の電池モジュールの温度が温度計測センサによって計測された下段の電池モジュールの温度よりも高い場合は下室の気体を吸い込みダクトを介して上室へ送り、温度計測センサによって計測された上段の電池モジュールの温度が温度計測センサによって計測された下段の電池モジュールの温度よりも低い場合はダクトを介して上室の気体を吸い込み下室へ排出するように、ファンが制御される。

また、上段支持部材は、上段の電池モジュールの下端の外周を支持する上段フレームを含み、下段支持部材は、下段の電池モジュールの下端の外周を支持する下段フレームを含むことも好ましい。

さらに、この電池パックが車両に搭載される場合、ファンは車両の前側に偏って配置され、トレイは車両の後方に向かうにしたがって上がった傾斜部を底壁に有しているとよい。また、ファンがトレイの底壁と下段支持部材との間で回転軸をトレイの底壁に垂直に配置した遠心ファンである場合、回転軸に沿って気体を吸い込む吸入口を下方に向けて配置していてもよい。

本発明に係る一実施形態の電池パックによれば、上段及び下段の少なくとも二段に重ねて電池モジュールが配置され、上段の電池モジュールの上面から下段の電池モジュールの下面までの間に、トレイ及びカバーで囲われた電池パックの内部を上室と下室に分ける仕切部材を備えている。そして、仕切部材に形成された貫通孔を介して上室側と下室側を連通させるダクトを備え、下室側に延びたこのダクトにファンを接続している。ファンは、上段の電池モジュール及び下段の電池モジュールとダクトを介して上室と下室の気体を循環させる。電池パック内の気体が循環することによって、上段及び下段の電池モジュールの熱は循環する気体によってトレイ及びカバーに熱伝達され、さらにトレイ及びカバーの外表面から外気へ放熱されることで、電池パックは温調される。電池パックの内部に閉じ込められた気体を循環させるので、外から湿気などの水分が入ることがないとともに、安定した温調効率を得ることができるので、電池モジュールの運転温度を一定に保ちやすい。循環される気体として、空気を使用してもよいし、窒素、二酸化炭素、アルゴンなどの気体を使用してもよい。

ダクトの途中に配置されて流通する気体を温調する温調器を備える発明の電池パックによれば、ダクトを流通する気体が電池パックの使用に最適な温度に調整される。温調器としてエバポレータを有する場合には、電池パック内の温まった気体を効率よく冷却できるし、温調器として電熱器を有する場合には、適正温度範囲よりも低い温度の電池モジュールを効率よく温められる。

また、上段の電池モジュールを支持する上段支持部材が上段の電池モジュールの下面の外周部とトレイの内壁との間を封止して仕切部材を兼ねる発明の電池パックによれば、電池パックの内部構造が簡素化される。仕切部材と下段の電池モジュールの上部の外周部との間を塞ぐシール部材を備える発明の電池パックによれば、内部の気体の循環効率が向上するので、気体による温調効率が安定する。

貫通孔からファンまでの距離が貫通孔からトレイの底壁の中心までの距離よりも長い発明の電池パックによれば、上段の電池モジュール及び下段の電池モジュールを通過する気体がファンから排出されたのち再びファンへ戻るまでの循環経路の長さの差が、ダクトに近い位置と遠い位置との間で少なくなる。したがって、電池パックの内部を循環する気体の温度差が小さくなり、個々の電池モジュールの温度差も小さくなる。

また、仕切部材と上段の電池モジュールとの間に上室と下室とを連通させるバイパス流路設け、貫通孔からこのバイパス流路までの距離が、貫通孔からトレイの底壁の中心までの距離よりも長い発明の電池パックによれば、ダクト及び温調器を介して下室から上室へファンによって送られた冷やされた気体を上段の電池モジュールを通さずに下段の電池モジュールへ供給することができる。上段の電池モジュールを通過して温まった気体が供給される場合に比べて温度の低い気体を下段の電池モジュールに供給できるとともに下段の電池モジュールを通過する気体の流速が上がるので、下段の電池モジュールの冷却効率が向上し、上段の電池モジュールと下段の電池モジュールの温度差が小さくなるので、電池パックの性能が向上する。このとき、貫通孔からバイパス流路までの距離は、貫通孔からトレイの底壁の中心までの距離よりも長いので、ダクトから上室に放出された温調された気体がダクトから離れたバイパス流路まで導かれることによって、電池パック内における気体の流れの斑が少なくなり、電池モジュールの温度差も少なくなる。

また、下段の電池モジュールを支持する下段支持部材が下段の電池モジュールの下面の外周部とトレイの内壁との間を封止することで、仕切部材を兼ねる発明の電池パックによれば、電池パックの内部構造が簡素化される。

上段の電池モジュールの温度を計測する温度計測センサ及び下段の電池モジュールの温度を計測する温度計測センサをそれぞれ備え、ファンがトレイの底壁と下段支持部材との間に配置する軸流ファンであり、温度計測センサによって計測された上段の電池モジュールの温度が温度計測センサによって計測された下段の電池モジュールの温度よりも高い場合には下室の気体を吸い込みダクトを介して上室へ送り、温度計測センサによって計測された上段の電池モジュールの温度が温度計測センサによって計測された下段の電池モジュールの温度よりも低い場合にはダクトを介して上室の気体を吸い込み下室へ排出するようにファンが制御される発明の電池パックによれば、上段の電池モジュールと下段の電池モジュールの温度差が生じないようにすることができる。

上段支持部材が上段の電池モジュールの下端の外周を支持する上段フレームを含む発明、または、下段支持部材が下段の電池モジュールの下端の外周を支持する下段フレームを含む発明の電池パックによれば、上段の電池モジュール、または、下段の電池モジュールの重量を支えるための構造が簡素化されるとともに構造上の剛性も高くなる。

さらにこの電池パックが車両に搭載される場合に、ファンが車両の前側に偏って配置され、トレイが車両の後方に向かうにしたがって上がった傾斜部を底壁に有している発明の電池パックによれば、後方から他の車両が追突しても電池パックが衝撃荷重を傾斜面に沿って受け流すことで衝撃を軽減することができる。

そして、トレイの底壁と下段支持部材との間においてファンが回転軸をトレイの底壁に垂直に配置した遠心ファンである場合に回転軸に沿って気体を吸い込む吸入口を下方に向けて配置する発明の電池パックによれば、上段及び下段の電池モジュールを通過して温まった気体のうち、ファンの直上に位置する電池モジュールを通過した気体を優先的に吸い込まず、気体を斑なく循環させることができる。

本発明に係る第１の実施形態の電池パックの分解斜視図。 図１中のＦ２−Ｆ２線に沿う電池パックの断面図。 図２の電池パックの内部の気体の流れを示す断面図。 本発明に係る第２の実施形態の電池パックの分解斜視図。 図４中のＦ５−Ｆ５線に沿う電池パックの断面図。 本発明に係る第３の実施形態の電池パックの分解斜視図。 図６の電池パックの内部の気体の流れを示す断面図。 本発明に係る第４の実施形態の電池パックの断面図。 本発明に係る第５の実施形態の電池パックの断面図。 本発明に係る第６の実施形態の電池パックの断面図。 図１０の電池パックの内部の気体の流れを示す断面図。 本発明に係る第７の実施形態の電池パックの分解斜視図。 図１２中のＦ１３−Ｆ１３線に沿う電池パックの断面図。 図１２の電池パックに後方から車両が衝突するときに加わる荷重を模式的に示す断面図。 本発明に係る第８の実施形態の電池パックが車両の後部に搭載された状態を示し、（Ａ）は車両の前後方向の鉛直面に沿う電池パックの断面図、（Ｂ）は車両の後方から見た電池パックの側面図。 図１５の電池パックに後方から他の車両が衝突した状態を模式的に示し、（Ａ）は車両の前後方向の鉛直面に沿う電池パックの断面図、（Ｂ）は車両の後方から見た電池パックの側面図。

本発明に係る第１の実施形態の電池パック１について、図１から図３を参照して説明する。この電池パック１は、電気自動車やハイブリッド車両等の駆動用電力源として車両に搭載される。図１の分解斜視図に示すように、電池パック１は、複数の電池モジュール２と、トレイ１１と、カバー１２と、下段支持部材１３と、上段支持部材１４と、仕切部材１５と、ダクト１６１と、ファン１６２と、を備える。第１の実施形態の電池パック１において、上段支持部材１４は、仕切部材１５を兼ねている。また、ダクト１６１の途中に、流通する気体を温度調整する温調器として、エバポレータ１６３を備える。ダクト１６１とファン１６２とエバポレータ１６３とは、冷却装置１６を構成する。図２は図１中のＦ２−Ｆ２線に沿う電池パック１の断面図を示し、図３は、図２において冷却装置１６が作動している場合の気体Ｇの流れを矢印で示している。

複数の電池モジュール２は、複数の電池セルを各々ケースに内蔵したものである。各電池モジュール２は、電池セルと電池セルの間にできる隙間に気体Ｇを流通させるための通気穴２１１，２２１をケースの上面２１及び下面２２に有している。複数の電池モジュール２は、上段及び下段の少なくとも二段に重ねて配置される。図１に示すように本実施形態の電池パック１では、上段及び下段にそれぞれ４個ずつ、合計８個の電池モジュール２を内蔵している。また、電池モジュール２は、それぞれケースの角部に固定用のボルトを鉛直方向に通す貫通孔２３を有している。

トレイ１１は、図１及び図２に示すように下段の電池モジュール２の下方を覆うように配置され、上部外周に下フランジ１１１を有している。また、図２に示すようにトレイ１１は、下フランジ１１１とほぼ同じ高さで外周壁の外側に取り付けられた外部ブラケット１１２、外周壁の内側に取り付けられた下部ブラケット１１３及び中間ブラケット１１４、底壁の内側に取り付けられた底部ブラケット１１６を有している。それぞれのブラケットは、トレイ１１にスポット溶接されるが、確実な他の方法、例えばＴＩＧ溶接、ＭＩＧ溶接、ＭＡＧ溶接、あるいは、ろう付けや接着剤で接合されていてもよい。

カバー１２は、図１及び図２に示すように上段の電池モジュール２の上方を覆うように配置され、下フランジ１１１に結合される上フランジ１２１を下部外周に有している。上フランジ１２１は、図２に示すように下フランジ１１１にボルトで結合される。

下段支持部材１３は、トレイ１１の外周壁の内側に取り付けられた下部ブラケット１１３と、この下部ブラケット１１３に固定される下段フレーム１３１とで構成される。下段支持部材１３は、トレイ１１の内壁に固定され、下段の電池モジュール２を支持する。具体的には、下段フレーム１３１は、下段に配置される電池モジュール２の下端の外周を全体的に囲う四角い枠に形成されており、各電池モジュール２の下端を支持する。

下段フレーム１３１は、鉛直方向に横切る断面においてＬ字形に形成されており、載置された電池モジュール２の貫通孔２３に対応する位置の底辺にボルト穴を有し、その底辺の下面にナットが取り付けられている。ボルト穴にナットを取り付ける代わりに、ネジ孔を直接形成してもよい。下段の電池モジュール２は、貫通孔２３に通されたボルトがナットに締結されることによって、下段フレーム１３１に固定される。

上段支持部材１４は、図１及び図２に示すようにトレイ１１の外周壁の内側に取り付けられた中間ブラケット１１４と、この中間ブラケット１１４に固定される隔壁１４５とで構成されている。この上段支持部材１４は、上段の電池モジュール２と下段の電池モジュール２との間に配置されて上段の電池モジュール２を支持する。

隔壁１４５は、上段の電池モジュール２の下面２２に開口した通気穴２２１に対応する範囲が少なくとも開口するように、本実施形態では、上段の電池モジュール２の下端の外周を全体的に囲う範囲よりも内側が一続きの開口部１４６となっている。上段の電池モジュール２の通気穴２１１，２２１を通る気体Ｇの流量が確保される開口面積を有していれば、開口部１４６は、一続きでなくてもよく、例えば、対辺どうしを繋ぐように梁を有していてもよい。

この隔壁１４５は、上段の電池モジュール２の上面２１から下段の電池モジュール２の下面２２までの間、本実施形態では、開口部１４６の縁が上段の電池モジュール２の下面２２の高さに位置しており、上段の電池モジュール２の下面２２の外周部とトレイ１１の外周壁の内側との間を封止することで、トレイ１１及びカバー１２で覆われた内部を上室Ａと下室Ｂに分けている。つまり、隔壁１４５は、上段支持部材１４が仕切部材１５を兼ねるための機能を有している。

このとき、電池パック１は、図１及び図２に示すように上段支持部材１４における仕切部材１５としての密閉性を高めるために、第１のシール部材１５１及び第２のシール部材１５２をさらに備える。第１のシール部材１５１は、隔壁１４５の開口部１４６の縁と下段の電池モジュール２の上面２１の外周縁の間に挟まれている。第２のシール部材１５２は、トレイ１１の外周壁の内面と隔壁１４５の外周縁との間に設置される。

また、隔壁１４５は、上段の電池モジュール２の貫通孔２３に対応する位置、すなわち開口部１４６の縁にボルト穴を有し、その縁の下面にナットが取り付けられている。ボルト穴にナットを取り付ける代わりに、ネジ孔を直接形成してもよい。上段の電池モジュール２は、貫通孔２３に通されたボルトがナットに締結されることによって、隔壁１４５に固定される。

ダクト１６１は、仕切部材１５として機能する上段支持部材１４の隔壁１４５を貫通して上室Ａ側及び下室Ｂ側を連通させる。本実施形態の場合、図１及び図２に示すように、上段の電池モジュール２及び下段の電池モジュール２が配置された部分とトレイ１１及びカバー１２の外周壁までの間の隔壁１４５に挿入孔（貫通孔）１４７が設けられ、ダクト１６１はこの挿入孔１４７に差し込まれる。ダクト１６１と挿入孔１４７との間の隙間は、塞ぎ板やガスケット等で塞がれる。また、下段フレーム１３１は、ダクト１６１に干渉する範囲を切り欠かれ、ダクト１６１を固定するための固定金具などが取り付けられる。

ファン１６２は、図２に示すように、下室Ｂの中央へ延びたダクト１６１の端部に設置され、上段の電池モジュール２及び下段の電池モジュール２とダクト１６１とを通して上室Ａと下室Ｂの気体Ｇを循環させる。この実施形態において、ファン１６２は、トレイ１１の底壁と下段支持部材１３との間で回転軸Ｓをトレイ１１の底壁に垂直に配置した遠心ファンであり、吸入口１６２ａを上方へ向けて配置されている。ファン１６２は、トレイ１１の底部ブラケット１１６に固定される。なお、ファン１６２は、電池パック１の内部の気体を循環させることができればよいので、ダクト１６１の端部に配置されることに限定されない。

エバポレータ１６３は、図２に示すように、ダクト１６１の途中に配置され、ダクト１６１を流通する気体Ｇを冷却する。このエバポレータ１６３は、電池パック１が搭載される車両の空調機器と冷媒を共有しており、電池パック１の外へ冷媒を循環させる配管が延びている。空調機器の冷媒を流用せずに独立した冷媒サイクルを構成していてもよい。

ダクト１６１とファン１６２とエバポレータ１６３を含む冷却装置１６は、電池パック１のトレイ１１とカバー１２によって囲われた内部の気体Ｇを循環させることによって、電池モジュール２の温度を予め設定された温度以上にならないように制御される。

以上のように構成された電池パック１は、外部ブラケット１１２、下部ブラケット１１３、中間ブラケット１１４、および底部ブラケット１１６が取り付けられたトレイ１１に対して、最下部に設置される冷却装置１６（エバポレータ１６３、ダクト１６１、ファン１６２）から順番に組み込まれる。冷却装置１６を底壁に固定した後、下段支持部材１３の下段フレーム１３１を下部ブラケット１１３に固定し、その上に下段の電池モジュール２を乗せてボルトで固定する。下段の電池モジュール２の上面２１に第１のシール部材１５１を装着し、仕切部材１５を兼ねる上段支持部材１４の隔壁１４５をその上から乗せて中間ブラケット１１４に固定する。第２のシール部材１５２を隔壁１４５の外周に装着し、下段の電池モジュール２に重なるように上段の電池モジュール２を並べて隔壁１４５にボルトで固定する。最後に、カバー１２を被せて上フランジ１２１を下フランジ１１１に結合することで、電池パック１が構成される。

カバー１２を被せる際、電池パック１の内部に封入される気体Ｇとして、空気を封入してもよいし、窒素、二酸化炭素、アルゴンなどを封入してもよい。また、電池パック１の内部に湿気が侵入しないように、一年中を通して大気圧よりも高い内圧を維持できるように加圧気味に気体Ｇを封入してもよい。あるいは、エバポレータ１６３に発生する凝結水を排出するため、電池パック１に排出口とワンウェイバルブを設けて電池パック１内の水分量を下げてもよい。

電池モジュール２には、少なくとも１つの、本実施形態の場合は内蔵する電池セルの一つ一つに対応する数の、温度計測センサが取り付けられている。各温度計測センサは、電池パック１を制御するＥＣＵ又は車両のＥＣＵに接続されている。ＥＣＵは、電池パック１が充電されるまたは放電させる間に、電池モジュール２（または電池セル）の温度が所定の温度以上に上昇したことをいずれかの温度計測センサで検知すると、冷却装置１６を起動させて気体Ｇを循環させる、または、冷却装置１６の出力を上げることによって循環される気体Ｇの流量を増加させ、電池モジュール２の温度を設定された値よりも低くなるように管理する。

冷却装置１６のファン１６２が駆動されると、図３に示すように吸入口１６２ａから下室Ｂの気体Ｇを吸い込み、ダクト１６１へ吐出する。ダクト１６１の途中に設けられたエバポレータ１６３を通過するときに、気体Ｇは冷却される。冷却された気体Ｇは、さらにダクト１６１を通って、上室Ａへ送られる。上室Ａに配置されている上段の電池モジュール２の上面２１の通気穴２１１から中に流れ込み、下面２２の通気穴２２１から排出されるように気体Ｇが通り抜けることによって、上段の電池モジュール２が冷却される。上段の電池モジュール２を通り抜けた気体Ｇは、さらに仕切部材１５である隔壁１４５の開口部１４６を通り、下段の電池モジュール２へ供給される。気体Ｇは、下段の電池モジュール２の上面２１の通気穴２１１から下面２２の通気穴２２１へ通り抜けることで下段の電池モジュール２の電池セルを冷却し、下室Ｂへ流れ出る。温まった気体Ｇは、再びファン１６２によって循環される。

この電池パック１によれば、仕切部材１５となる隔壁１４５が上室Ａと下室Ｂとを分けており、下室Ｂに配置されたファン１６２の吐出側に接続されたダクト１６１がこの隔壁１４５を貫通して上室Ａへ気体Ｇを供給する。したがって、気体Ｇは、上段の電池モジュール２及び下段の電池モジュール２を通って上室Ａと下室Ｂとを確実に循環するので、電池パック１を効率よく冷却することができる。

以下に第２から第８の実施形態の電池パック１について、各々図面を参照して説明する。各実施形態において、第１の実施形態の電池パックと同じ機能を有する構成は、各実施形態において同じ符号を付し、詳細な説明は第１の実施形態の対応する記載を参酌する。

本発明に係る第２の実施形態の電池パック１について、図４及び図５を参照して説明する。図４は電池パック１の分解斜視図であり、図５は組み立てられた電池パック１の断面図である。本実施形態の電池パック１は、上段支持部材１４として上段フレーム１４１をさらに備えている。上段フレーム１４１は、図４に示すように下段フレーム１３１と同じく、上段に配置される電池モジュール２の下端の外周を全体的に囲う四角い枠に形成されており、各辺が鉛直方向に横切る断面においてＬ字形である。

上段フレーム１４１は、図５に示すように隔壁１４５の開口部１４６に接合されることによって、上段支持部材１４の強度を高めている。上段フレーム１４１は、上段の電池モジュール２の貫通孔２３に対応する位置の底辺に隔壁１４５の開口部１４６の縁も貫通するボルト穴を有しており、隔壁１４５の開口部１４６の下面にナットが取り付けられる。第２の実施形態の電池パック１は、上段フレーム１４１を備えることによって、上段支持部材１４の強度と剛性が増し、上段の電池モジュール２をしっかりと固定することができる。上記以外の構成は、第１の実施形態と同じである。

本発明に係る第３の実施形態の電池パック１について、図６及び図７を参照して説明する。図６は電池パック１の分解斜視図であり、図７は組み立てられた電池パック１の断面図に気体Ｇの流れを矢印で示している。本実施形態の電池パック１は、仕切部材１５を兼ねる上段支持部材１４の隔壁１４５の開口部１４６の縁の形状が第１及び第２の実施形態の電池パック１と異なっている。

電池パック１の隔壁１４５は、隔壁１４５の開口部１４６の縁にバイパス流路１４８を少なくとも１つ、第３の実施形態では図６に示すように１０か所に有している。各バイパス流路１４８は、図７に示すように、上段の電池モジュール２と下段の電池モジュール２の間の空隙に上室Ａを連通させる。また、このバイパス流路１４８は、図６に示すように仕切部材１５となる隔壁１４５をダクト１６１が貫通する位置に対してトレイ１１の底壁の中心よりも遠い位置に多く配置される。すなわち、挿入孔（貫通孔）１４７からバイパス流路１４８までの距離は、挿入孔１４７からトレイの底壁の中心までの距離よりも大きい。そして、複数のバイパス流路１４８は、開口部１４６の縁に等配に設けられるのではなく、ダクト１６１から遠い位置に偏って配置される。上記以外の構成は、第１及び第２の実施形態の電池パック１と同じである。

以上のように構成された第３の実施形態の電池パック１によれば、図７に示すようにバイパス流路１４８を通って上室Ａの気体Ｇの一部が、上段の電池モジュール２を通らずに、上段の電池モジュール２及び下段の電池モジュール２の間の空隙に流入する。下段の電池モジュール２に供給される気体Ｇの一部にバイパス流路１４８を介して上室Ａから直接流入する気体Ｇが混ざることによって、低い温度の気体Ｇを下段の電池モジュール２に提供できる。上段の電池モジュール２を通過して温まった気体Ｇのみが供給される場合に比べて、温度の低い気体Ｇを下段の電池モジュール２に供給できるとともに、下段の電池モジュール２を通過する気体Ｇの流速が上がるので、下段の電池モジュール２の冷却効率が向上する。そして、上段の電池モジュール２と下段の電池モジュール２との温度差が小さくなるので、電池パック１の性能が向上する。また、ダクト１６１に対して遠い位置にバイパス流路１４８が偏って配置されているので、電池パック１の内部における温度分布の偏りが小さくなり、電池パック１の性能が安定する。

本発明に係る第４の実施形態の電池パック１について、図８を参照して説明する。図８に示す電池パック１は、仕切部材１５を兼ねる上段支持部材１４の隔壁１４５をダクト１６１が貫通する位置から離れた位置にファン１６２を設置している。上段の電池モジュール２及び下段の電池モジュール２を通過する気体Ｇがファン１６２から排出されたのち再びファン１６２へ戻ってくるまでの循環経路の長さにおいて、ダクト１６１に近い位置と遠い位置とで差が少なくなるので、循環する気体Ｇの温度差が小さくなり、個々の電池モジュール２の温度差も小さくなる。

本発明に係る第５の実施形態の電池パック１について、図９を参照して説明する。この実施形態の電池パック１は、第４の実施形態の電池パック１と比べた場合、吸入口１６２ａを下に向けてファン１６２を配置している。吸入口１６２ａをトレイ１１の底壁に向けているので、ファン１６２の直上の下段の電池モジュール２から排出される気体Ｇを優先的に吸い込むことなく、下室Ｂに排出された気体Ｇを均質に吸い込むことで、気体Ｇの循環の斑を少なくすることができる。気体Ｇが斑なく循環されることで、電池モジュール２の温度差が減り、電池パック１の性能が向上する。

本発明に係る第６の実施形態の電池パック１について、図１０及び図１１を参照して説明する。図１０及び図１１に示すように第６の実施形態の電池パック１において、冷却装置１６のファン１６２は、トレイ１１の底壁と下段支持部材１３の下段フレーム１３１との間において、回転軸をトレイ１１の底壁に沿って配置した軸流ファンである。このファン１６２は、直流電力であれば電流の向きを反転させることにより、交流電力であればインバータによって位相反転させることにより、回転方向を逆転させることができる。なお、本実施形態においてファン１６２の回転軸は、トレイ１１の底壁に沿って配置されるように図１０及び図１１に示したが、ファン１６２は、電池パック１の内部の気体を循環できればよいので、底壁に沿って配置されていなくてもよいし、斜めあるいは垂直に配置されていてもよい。

この実施形態の電池パック１は、上段及び下段の電池モジュール２に少なくとも１つの温度計測センサＫをそれぞれ備えており、電池モジュール２の温度を所定の時間間隔で検出している。なお、本実施形態の場合、電池モジュール２は、内包する電池セルごとに温度計測センサを備えており、より精細に温度管理できる。ここでは、説明の便宜上、１つの電池モジュール２に対して１つの温度計測センサＫを有しているものとして説明する。各温度計測センサＫは、電池パック１の充電及び放電を制御するＥＣＵ、又はこの電池パック１を搭載する車両のＥＣＵに接続されている。

本実施形態の場合、温度計測センサＫによって計測された上段の電池モジュール２の温度が温度計測センサＫによって計測された下段の電池モジュール２の温度よりも高い場合、図１０に示すようにファン１６２は、下室Ｂの気体Ｇを吸い込み、ダクト１６１を介して上室Ａへ送るように回転される。ダクト１６１を通過する際に途中に設けられたエバポレータ１６３によって気体Ｇが冷却され、冷えた気体Ｇが上室Ａに供給される。また、温度計測センサＫによって計測された上段の電池モジュール２の温度が温度計測センサＫによって計測された下段の電池モジュール２の温度よりも低い場合、図１１に示すようにファン１６２は、回転方向を反転され、ダクト１６１を介して上室Ａの気体Ｇを吸込み、下室Ｂへ排出する。ダクト１６１を通過する際にエバポレータ１６３によって気体Ｇが冷却され、冷えた気体Ｇが下室Ｂに供給される。

ファンの回転方向は、上段の電池モジュール２に設けられた温度計測センサＫと下段の電池モジュール２に設けられた温度計測センサＫとの温度差が予め設定された温度以上になった場合に、逆転される。このように、温度計測センサＫによって計測された温度を基にファン１６２の回転方向を制御することによって、上段の電池モジュール２と下段の電池モジュール２との温度差は、設定された温度差以内に維持される。上段の電池モジュール２及び下段の電池モジュール２の温度がともに上昇する場合は、第１の実施形態と同様に、エバポレータ１６３による冷却能力を高める、あるいはファン１６２の回転速度を上げて気体Ｇの循環流量を増加させることで冷却能力を高めることで、電池モジュール２の温度を所定の温度範囲内に維持する。

気体Ｇの循環方向が一方向である場合、下流側に位置する電池モジュール２の温度が高くなってしまうのに対して、上述のように温度計測センサＫによって計測される個々の電池モジュール２の温度を基にファン１６２の送風方向を変える（すなわち反転させる）ことで、電池モジュール２の温度差を小さくすることができる。また、ファン１６２の回転方向を逆転させることで、送風方向を変えるので、複雑な構成を要しない。温度計測センサＫによって検出される上段の電池モジュール２と下段の電池モジュール２の温度差は、それぞれ複数ある電池モジュール２の温度の平均値に基づくものであってもよいし、複数ある電池モジュール２の最高温度に基づくものであってもよい。

本発明に係る第７の実施形態の電池パック１について、図１２から図１４を参照して説明する。図１２は電池パック１の分解斜視図であり、図１３は組み立てられた電池パック１の断面図である。図１４はこの電池パック１が車両１００の後部に搭載された状態で、後方から他の車両２００に追突された場合の衝撃荷重の伝達を模式的に示す。

電池パック１は、図１２及び図１３に示すように、トレイ１１、冷却装置１６（ダクト１６１、ファン１６２、エバポレータ１６３）、下段支持部材１３、下段の電池モジュール２、上段支持部材１４、上段の電池モジュール２、及びカバー１２を備える。第７の実施形態において、上段支持部材１４は、中間ブラケット１１４と隔壁１４５と上段フレーム１４１とで構成される。また、下段支持部材１３は、荷重伝達隔壁１３５と下段フレーム１３１とを含む。

この荷重伝達隔壁１３５は、下段の電池モジュール２の下面２２に沿って平坦に配置されており、電池モジュール２の下面２２に開口した通気穴２２１に対応する範囲が少なくとも開口するように、本実施形態では、下段の電池モジュール２の下端の外周を全体的に囲う範囲よりも内側の部分が、一続きの開口部１３６となっている。荷重伝達隔壁１３５は、外周部に上方へ折り曲げられたリム部１３５ａを有しており、このリム部１３５ａは、トレイ１１の外周壁の内面に溶接される。下段支持部材１３は、荷重伝達隔壁１３５がトレイ１１に直接溶接されるので、下部ブラケット１１３を設けなくてもよい。下段フレーム１３１は、荷重伝達隔壁１３５の開口部１３６の縁に溶接される。これによって、開口部１３６が補強される。荷重伝達隔壁１３５は、ダクト１６１が貫通する挿入孔（貫通孔）１３７を有している。

第７の実施形態において、上段支持部材１４の隔壁１４５は、他の実施形態と同様に仕切部材１５となる第１の仕切部材１５Ａを兼ねる。また、荷重伝達隔壁１３５は、開口部１３６及び挿入孔１３７の部分を除いて、下段の電池モジュール２の下面２２の外周縁とトレイ１１の外周壁の内面との間を塞いでいる。したがって、下段の電池モジュール２と上段支持部材１４の隔壁１４５の間に第１のシール部材１５１を設けなくてもよい。また、隔壁１４５の外周とトレイ１１の外周壁の内面との間に第２のシール部材１５２を設けなくてもよい。そのような場合には、下段支持部材１３の荷重伝達隔壁は、上段の電池モジュール２の上面２１から下段の電池モジュール２の下面２２までの間に設置されてトレイ１１及びカバー１２で覆われた内部を上室Ａ及び下室Ｂに分ける仕切部材１５となる第２の仕切部材１５Ｂの機能を有する。

第７の実施形態では、隔壁１４５が第１の仕切部材１５Ａとして、荷重伝達隔壁１３５が第２の仕切部材１５Ｂとして、それぞれ同時に機能しており、したがって、電池パック１の内部は、第１の仕切部材１５Ａ（隔壁１４５）よりも上方の上室Ａと、第２の仕切部材１５Ｂ（荷重伝達隔壁１３５）よりも下方の下室Ｂと、第１の仕切部材１５Ａから第２の仕切部材１５Ｂまでの間の中間室Ｃとの３部屋に区画されている。

以上のように構成された第７の実施形態の電池パック１は、トレイ１１に荷重伝達隔壁１３５、中間ブラケット１１４、底部ブラケット１１６、下段フレーム１３１をスポット溶接などで接合した後、冷却装置１６（エバポレータ１６３、ダクト１６１、ファン１６２）を組み込む。下段支持部材１３の下段フレーム１３１に下段の電池モジュール２を載置し、貫通孔２３にボルトを通して固定する。隔壁１４５に上段フレーム１４１が接合された上段支持部材１４を中間ブラケット１１４に固定する。上段支持部材１４の上段フレーム１４１に上段の電池モジュール２を乗せて、貫通孔２３にボルトを通して固定する。最後にカバー１２を被せて上フランジ１２１を下フランジ１１１にボルトで結合する。

気体Ｇは、ファン１６２によってダクト１６１を介して上室Ａに供給されると、上段の電池モジュール２及び下段の電池モジュール２を通過し、下室Ｂへ流出する。そして再びファン１６２で回収され、循環される。なお、第３の実施形態の電池パック１のように、下段の電池モジュール２に冷たい気体Ｇを直接供給する場合、荷重伝達隔壁１３５と隔壁１４５の間のダクト１６１にバイパス穴を設けそこから上室Ａと下室Ｂの間に作られる中間室Ｃに気体Ｇを供給すればよい。

第７の実施形態の電池パック１は、第１から第６の実施形態の電池パック１と同様に仕切部材１５（第１の仕切部材１５Ａ及び第２の仕切部材１５Ｂ）を備えているので、電池パック１の内部の気体Ｇが効率よく循環され、上段の電池モジュール２及び下段の電池モジュール２を効率よく冷却することができる。

さらに、本実施形態の電池パック１は、荷重伝達隔壁１３５を備えている。図１４に示すように、この電池パック１が車両１００の後部に搭載されている状態で、後方から他の車両２００に追突されて電池パック１に衝撃荷重が加わった場合、荷重伝達隔壁１３５に沿って衝撃荷重が反対側、すなわちトレイ１１の前側の外周壁へ伝達される。後方から入力された衝撃荷重が荷重伝達隔壁１３５に沿って前側へ伝わるので、衝突荷重を受けた部分のトレイ１１が局部的に変形することを防止できる。トレイ１１の変形が抑制されるので、電池パック１の内部の電池モジュール２が損傷を免れる。

本発明に係る第８の実施形態の電池パック１について、図１５及び図１６を参照して説明する。図１５に示す電池パック１は、車両１００の後部に搭載された状態を示す。図１５（Ａ）は、電池パック１が搭載された車両１００の後方から他の車両２００が追突によって侵入し、電池パック１に接触する直前の状態を示している。図１５（Ｂ）は、図１５（Ａ）の電池パック１を後方から見た状態を示す。

第８の実施形態の電池パック１は、図１５（Ａ）に示すように、車両１００に搭載された状態で冷却装置１６のファン１６２を前方に偏って配置している。また、トレイ１１は、ファン１６２よりも後方の部分が後方に向かうにしたがって上がった傾斜部１１７を底壁に有している。この電池パック１は、図１５（Ｂ）のように、左右の側部に設けられた外部ブラケット１１２によって車両１００のサイドメンバ１０１に固定されている。また、電池パック１の上方を車両１００のフロアパン１０２が隙間を有して覆っている。

以上のように構成された電池パック１に対して後方から他の車両２００が追突した状態を図１６に示す。図１６（Ａ）は、図１５（Ａ）の状態から更に後方の車両２００が侵入した状態を示す。図１６（Ｂ）は、図１６（Ａ）の電池パック１を後方から見た状態を示す。図１６（Ａ）に示すように、第８の実施形態の電池パック１は、傾斜部１１７を有しているので、後方から侵入してきた他の車両２００を下方へ逸らし、車両２００が直撃することを免れる。このとき、図１６（Ａ）に示すようにトレイ１１も少し変形するものの外部ブラケット１１２が主に変形し、電池パック１は、相対的に上方へ変位する。電池パック１の上方には車両１００のフロアパン１０２があるので、図１６（Ｂ）に示すように電池パック１のカバー１２がフロアパン１０２に接すると、外部ブラケット１１２の変形が減少し、その後止まる。このように、電池パック１は、傾斜部１１７を有していることによって、電池パック１に加わる衝撃をいなし、内部の電池モジュール２に損傷を受けることを防止することができる。

以上、本発明の電池パック１について第１から第８の実施形態で示したが、例として提示したものであり、これらの実施形態に限定されることを意図していない。これらの実施形態は、発明の趣旨を逸脱しない範囲で、変更が可能である。例えば、第１から第８の実施形態の電池パック１の各構成要素を互いに組み替えたり他の実施形態に追加したりして実施することも可能である。これらの実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

また、第１から第８の実施形態において、温調器としてエバポレータ１６３を採用しているが、温調器は、エバポレータ１６３の代わりに電熱器であってもよいし、エバポレータ１６３及び電熱器の両方を備えていてもよい。電熱器を備えることで、寒冷地などにおいて電池パック１の温度が適正温度範囲よりも低い場合に加温することができる。また、エバポレータ１６３を備えていない場合でも、電池モジュール２の熱は、電池パック１内部の気体を循環させることによって、トレイ１１及びカバー１２の外表面から外を流れる空気へ熱伝達され、放熱される。

さらに、電池パック１の内部を循環する気体を効率よく温調できればよいので、ファン１６２とエバポレータ１６３の配置は、各実施形態において図示した配置に限定されない。例えば、各実施形態ではファン１６２の下流にエバポレータ１６３を配置しているが、ファン１６２の上流にエバポレータ１６３が配置されていてもよい。このとき、エバポレータ１６３は、温調器として電熱器であってもよい。さらに、ファン１６２に対して上流側にエバポレータ１６３又は電熱器、下流側に電熱器またはエバポレータ１６３をそれぞれ配置してもよい。

１…電池パック、２…電池モジュール、１１…トレイ、１１１…下フランジ、１１３…下部ブラケット（下段支持部材）、１１４…中間ブラケット（上段支持部材）、１１７…傾斜部、１２…カバー、１２１…上フランジ、１３…下段支持部材、１３１…下段フレーム、１３５…荷重伝達隔壁、１４…上段支持部材、１４１…上段フレーム、１４５…隔壁、１４８…バイパス流路、１５…仕切部材、１５Ａ…第１の仕切部材、１５Ｂ…第２の仕切部材、１５１…第１のシール部材、１５２…第２のシール部材、１６１…ダクト、１６２…ファン、１６３…エバポレータ（温調器）、Ａ…上室、Ｂ…下室、Ｇ…気体、Ｓ…回転軸、Ｋ…温度計測センサ。

Claims (12)

1. 上段及び下段の少なくとも二段に重ねて配置される複数の電池モジュールと、
   前記電池モジュールの下方を覆うトレイと、
   前記電池モジュールの上方を覆い前記トレイに結合されるカバーと、
   前記トレイの内壁に固定されて下段の前記電池モジュールを支持する下段支持部材と、
   上段の前記電池モジュールと下段の前記電池モジュールの間に配置されて前記上段の前記電池モジュールを支持する上段支持部材と、
   上段の前記電池モジュールの上面から下段の前記電池モジュールの下面までの間に設けられて前記トレイ及び前記カバーで囲われた内部を上室と下室に分ける仕切部材と、
   前記仕切部材に形成された貫通孔を介して前記上室側及び前記下室側を連通させるダクトと、
   前記下室へ延びた前記ダクトに接続され、上段の前記電池モジュール及び下段の前記電池モジュールと前記ダクトとを介して前記上室と前記下室の気体を循環させるファンと、
   を備えることを特徴とする電池パック。
2. 前記ダクトの途中に配置されて流通する気体を温調する温調器をさらに備える
   ことを特徴とする請求項１に記載された電池パック。
3. 前記上段支持部材は、上段の前記電池モジュールの下面の外周部と前記トレイの内壁との間を封止することで、前記仕切部材を兼ねる
   ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載された電池パック。
4. 前記仕切部材と下段の前記電池モジュールの上部の外周縁との間を塞ぐシール部材を備える
   ことを特徴とする請求項３に記載された電池パック。
5. 前記貫通孔から前記ファンまでの距離は、前記貫通孔から前記トレイの底壁の中心までの距離よりも長い
   ことを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載された電池パック。
6. 前記仕切部材と上段の前記電池モジュールの間に前記上室と前記下室とを連通するバイパス流路を設け、前記貫通孔から当該バイパス流路までの距離は、前記貫通孔から前記トレイの底壁の中心までの距離よりも長い
   ことを特徴とする請求項３から請求項５のいずれか１項に記載された電池パック。
7. 前記下段支持部材は、下段の前記電池モジュールの下面の外周部と前記トレイの内壁との間を封止することで、前記仕切部材を兼ねる
   ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載された電池パック。
8. 上段の前記電池モジュールの温度を計測する温度計測センサ及び下段の前記電池モジュールの温度を計測する温度計測センサをそれぞれ備え、
   前記ファンは、前記トレイの底壁と前記下段支持部材との間に配置された軸流ファンであって、前記温度計測センサによって計測された上段の前記電池モジュールの温度が前記温度計測センサによって計測された下段の前記電池モジュールの温度よりも高い場合は前記下室の気体を吸い込み前記ダクトを介して前記上室へ送り、前記温度計測センサによって計測された上段の前記電池モジュールの温度が前記温度計測センサによって計測された下段の前記電池モジュールの温度よりも低い場合は前記ダクトを介して前記上室の気体を吸い込み前記下室へ排出するように制御される
   ことを特徴とする請求項１から請求項７のいずれか１項に記載された電池パック。
9. 前記上段支持部材は、上段の前記電池モジュールの下端の外周を支持する上段フレームを含む
   ことを特徴とする請求項１から請求項８のいずれか１項に記載された電池パック。
10. 前記下段支持部材は、下段の前記電池モジュールの下端の外周を支持する下段フレームを含む
    ことを特徴とする請求項１から請求項９のいずれか１項に記載された電池パック。
11. 車両に搭載される場合に、
    前記ファンは、前記車両の前側に偏って配置され、
    前記トレイは、前記車両の後方に向かうにしたがって上がった傾斜部を底壁に有している
    ことを特徴とする請求項１から請求項１０のいずれか１項に記載された電池パック。
12. 前記ファンは、前記トレイの底壁と前記下段支持部材との間で回転軸を前記トレイの底壁に垂直に配置した遠心ファンであって、前記回転軸に沿って気体を吸い込む吸入口を下方に向けて配置する
    ことを特徴とする請求項１から請求項１１のいずれか１項に記載された電池パック。

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