JP7020370B2

JP7020370B2 - 電池パック

Info

Publication number: JP7020370B2
Application number: JP2018204079A
Authority: JP
Inventors: 敏夫内山; 重行井上; 雄太郎後藤
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2018-10-30
Filing date: 2018-10-30
Publication date: 2022-02-16
Anticipated expiration: 2038-10-30
Also published as: JP2020071952A

Description

本開示は、電池モジュールおよび当該電池モジュールを収容するパックケースを含む電池パックに関する。

従来、複数の電池セルを含む電池モジュールと、電池モジュールに接続される電気機器と、電池モジュールおよび電気機器を内部に収容するパックケースとを含むものが知られている（例えば、特許文献１参照）。この電池パックにおいて、パックケースの内部の横方向における一方側には、電池モジュールが配置される活電部密集エリアが形成され、他方側には、電気機器が配置される高温エリアが形成されている。更に、パックケースには、高温エリアに連通する呼吸穴が形成されており、呼吸穴は、水蒸気および乾燥空気を透過させる一方、水滴を透過させない特性をもった呼吸膜で覆われている。これにより、電気機器の通電により高温エリア内の空気が昇温した際、高温エリアとパックケースの外部との温度差に起因した圧力差により高温エリア内の昇温した空気が呼吸穴および呼吸膜を介してパックケース外に排出される。この結果、水蒸気を含む空気も呼吸膜を介してパックケース外に排出されることから、パックケース内で冷却風を循環させる送風機（ブロワ）を用いることなく、結露水が電池モジュールに侵入することを抑制することができる。

特開２０１８－０４１６１４号公報

しかしながら、特許文献１に記載された電池パックのように、パックケース内で冷却風を循環させる送風機が省略された場合、電池モジュールの出力の制限や、電池モジュールの劣化等を招いてしまうおそれもある。一方、送風機を含む電池パックでは、パックケース内で冷却風を循環させて電池モジュールを冷却することができるものの、パックケース内の温度が全体に均一化されることから、パックケース内に温度差が形成されることを前提とした特許文献１に記載の構造を採用しても、パックケース内の水蒸気を減らしたり、結露の発生を抑制したりすることが困難となる。

そこで、本開示は、パックケース内で冷却風を循環させる電池パックにおいて、パックケース内での水蒸気の増加や結露の発生を抑制することを主目的とする。

本開示の電池パックは、電池モジュールと、前記電池モジュールを収容するパックケースと、前記電池モジュールを含む電気回路を遮断するためのサービスプラグと、前記パックケース内で冷却風を循環させる送風機とを含む電池パックにおいて、前記サービスプラグを外部に露出させる前記パックケースの開口部と該サービスプラグとを覆うように該パックケースに着脱自在に取り付けられるサービスプラグカバーと、前記サービスプラグカバーに設けられた呼吸膜と、前記サービスプラグカバー内の気体が前記パックケース内に流入するのを規制する気体流通規制部とを含むものである。

本開示の電池パックでは、パックケース内の圧力が外部の圧力よりも低い場合に、水蒸気を含む空気が外部から呼吸膜を介してサービスプラグカバー内に流入しても、サービスプラグカバー内に流入した水蒸気を含む空気がパックケース内に流入するのを気体流通規制部により規制することが可能となる。また、サービスプラグカバー内の湿度が外部の湿度よりも低い場合にも、水蒸気を含む空気が外部から呼吸膜を介してサービスプラグカバー内に流入するが、サービスプラグカバー内の気体がパックケース内に流入するのを気体流通規制部により規制することで、サービスプラグカバー内の湿度を速やかに高めて当該サービスプラグカバー内への水蒸気を含む空気の更なる流入を抑制することができる。この結果、送風機によりパックケース内で冷却風を循環させることで当該パックケース内に温度差が形成され難くなる電池パックにおいて、パックケース内での水蒸気の増加や結露の発生を良好に抑制することが可能となる。更に、本開示の電池パックでは、パックケース内を循環する空気がサービスプラグカバー内に流入するのを気体流通規制部により規制することもできるので、送風機の損失を減らして効率を向上させることが可能となる。加えて、本開示の電池パックでは、サービスプラグを着脱するためにサービスプラグカバーがパックケースから取り外されている際に、開口部を介してパックケース内に異物が入り込むのを気体流通規制部により規制することもできる。

また、前記開口部は、前記パックケースの上部に形成されてもよく、前記サービスプラグカバーは、前記パックケースの上面から上方に突出するように該パックケースに取り付けられてもよく、前記呼吸膜は、前記サービスプラグカバーの上部に設けられてもよく、前記パックケースの天井面と前記電池モジュールとの間には、前記電池モジュールを通過して前記送風機に戻る気体の通路が形成されてもよい。

更に、前記気体流通規制部は、前記開口部の周縁と隙間を介して対向するように前記パックケース内に配置されてもよい。これにより、呼吸膜を介したパックケース内と外部との連通を許容して当該パックケース内の圧力調整を可能にしつつ、サービスプラグカバー内の気体が前記パックケース内に流入するのを適正に規制することが可能となる。

また、前記サービスプラグは、ハウジングと、前記ハウジングに着脱自在に装着されるグリップであって、前記ハウジングから取り外された際に前記電気回路を遮断すると共に、該ハウジングに装着された際に前記サービスプラグによる前記電気回路の遮断を解除するグリップとを含むものであってもよく、前記気体流通規制部は、前記ハウジングと一体化されてもよい。これにより、電池パックの部品点数を削減することが可能となる。

本開示の電池パックを搭載した車両を例示する概略構成図である。本開示の電池パックを示す概略構成図である。本開示の電池パックの内部構造を示す部分断面図である。本開示の電池パックの要部を示す断面図である。

次に、図面を参照しながら本開示の発明を実施するための形態について説明する。

図１は、本開示の電池パック１０を搭載した車両１を示す概略構成図である。同図に示す車両１は、電池パック１０に加えて、インバータ等を含む電力制御装置（図示省略）を介して電池パック１０に接続されると共に走行用の動力や回生制動力を出力可能なモータジェネレータ（三相交流電動機）ＭＧを含む電気自動車あるいはハイブリッド車両である。本実施形態において、電池パック１０は、後部座席付近の車両１の床下すなわち車体（モノコック）のフロアパネル２の下方に固定される。

電池パック１０は、図２に示すように、例えば直列に接続される複数の電池モジュール（電池スタック）１１と、当該複数の電池モジュール１１を収容するパックケース１２とを含む。各電池モジュール１１は、直列または並列に接続された図示しない複数の電池セルを含むものである。各電池セルは、例えば、リチウムイオン二次電池あるいはニッケル水素二次電池等である。また、パックケース１２は、金属または樹脂により形成された下側ケース１３および上側ケース１４を含む。下側ケース１３および上側ケース１４は、図示しないシール部材を介して液密に結合させられる。本実施形態において、複数の電池モジュール１１は、それぞれパックケース１２の幅方向（車幅方向）に延在するようにパックケース１２内に配列される。

更に、電池パック１０は、図３に示すように、パックケース１２内の車両前側（図２および図３における左側）に配置された２つの電動式のブロワ（送風機）１５と、パックケース１２内に配置された１対のメインダクト１６とを含む。１対のメインダクト１６は、それぞれ対応するブロワ１５の送風口に接続されると共に、パックケース１２内で当該パックケース１２の側壁に沿って延在する。また、各メインダクト１６内には、ブロワ１５の送風口に近接するように冷却器（熱交換）１７が配置されている。各冷却器１７は、例えば車両１の車室内の空気調和を行う空気調和装置と冷媒を共用するものであり、それぞれ対応するブロワ１５から送り出される空気（冷却風）を冷却可能である。各ブロワ１５および各冷却器１７への冷媒の供給は、電池モジュール１１の温度等に応じて図示しない制御装置により制御される。

各メインダクト１６には、各電池モジュール１１の各電池セルにブロワ１５からの冷却風を供給するためのサブダクト１８が接続されている。本実施形態では、１対のメインダクト１６の一方（図３における上側のメインダクト１６）に、前側（図中左側）から数えて奇数番面の電池モジュール１１に対応したサブダクト１８が接続されており、他方（図３における下側のメインダクト１６）に前側から数えて偶数番面の電池モジュール１１に対応したサブダクト１８が接続されている。また、パックケース１２すなわち上側ケース１４の天井面と複数の電池モジュール１１との間には、各電池モジュール１１を通過した冷却風を各ブロワ１５に戻すための空気通路１９が形成されている。すなわち、各電池モジュール１１を通過した冷却風は、隣り合う電池モジュール１１との隙間を介して空気通路１９に流入し、各ブロワ１５により吸引される。これにより、各ブロワ１５を作動させることで、パックケース１２内で冷却風を循環させることが可能となる。

加えて、電池パック１０は、主にパックケース１２内の前側に配置されて複数の電池モジュール１１と共に電気回路を構成する図示しない電気機器や、当該電気回路に組み込まれたサービスプラグ２０を含む。パックケース１２内に配置される電気機器には、バスバーモジュール１１０（図４参照）を介して複数の電池モジュール１１に接続されるシステムメインリレーや制限抵抗等が含まれる。サービスプラグ２０は、車両１の点検整備等に際して、複数の電池モジュール１１を含む電気回路を手動で遮断するために用いられる。

図４に示すように、サービスプラグ２０は、樹脂製のサービスプラグハウジング２１と、当該サービスプラグハウジング２１に着脱自在に装着されるサービスプラググリップ２２とを含む。複数の電池モジュール１１を含む電気回路は、サービスプラググリップ２２がサービスプラグハウジング２１から取り外された際に遮断され、サービスプラググリップ２２がサービスプラグハウジング２１に装着されると、サービスプラグ２０による当該電気回路の遮断が解除される。図４に示すように、パックケース１２には、細幅長尺の中央ブラケット２３が当該パックケース１２の前後方向に延在するように固定されており、サービスプラグハウジング２１は、複数の電池モジュール１１の前後方向における中央部付近の上方に位置するように、ハウジングブラケット２４を介して中央ブラケット２３に固定される。

そして、パックケース１２の上部、すなわち上側ケース１４には、サービスプラグ２０を外部に露出させる開口部１４Ｈが形成されており、サービスプラググリップ２２およびサービスプラグハウジング２１の一部は、開口部１４Ｈを介して外部に突出する。また、サービスプラグ２０のサービスプラグハウジング２１には、パックケース１２内で開口部１４Ｈの周縁と隙間を介して対向するようにフランジ状（鍔状）の気体流通規制部２１０が一体に形成されている。本実施形態において、気体流通規制部２１０の外周は、上方（図４中上側）からみて開口部１４Ｈの周縁部よりも外側に位置する。

パックケース１２の上側ケース１４には、開口部１４Ｈとサービスプラグ２０とを覆うように、樹脂または金属により有底筒状に形成されたサービスプラグカバー２５が着脱自在に取り付けられる。サービスプラグカバー２５は、上側ケース１４の上面から上方に突出するように当該上側ケース１４に取り付けられ、上側ケース１４とサービスプラグカバー２５との間には、シール部材２６が配置される。また、サービスプラグカバー２５には、呼吸膜３００を保持した呼吸プラグ３０が取り付けられる。呼吸プラグ３０は、呼吸膜３００がサービスプラグカバー２５内外の空気と接触可能となるようにサービスプラグカバー２５の上部に取り付けられる。呼吸膜３００は、例えばポリテトラフルオロエチレン製不織布等の透湿防水シートであり、乾燥機および水蒸気を通過させる一方で、水滴を透過させない特性を有するものである。また、呼吸膜３００は、サービスプラグカバー２５内外間に絶対湿度差が生じている場合、湿度の高い方向から低い方への水蒸気の移動を許容する。

図４に示すように、電池パック１０が車両１のフロアパネル２の下方に固定された際、パックケース１２に取り付けられたサービスプラグカバー２５は、当該フロアパネル２に形成された開口部２Ｈを介して車両１の車室側に突出する。また、フロアパネル２には、開口部２Ｈと呼吸プラグ３０を含むサービスプラグカバー２５とを覆うように、金属または樹脂により有底筒状に形成された車室内カバー３がシール部材を介して着脱自在に取り付けられる。これにより、車室内カバー３およびサービスプラグカバー２５を順番に取り外すことで、電池パック１０のサービスプラググリップ２２をサービスプラグハウジング２１に対して着脱することが可能となる。この結果、サービスプラグ２０に対する車両１の車室側からのアクセス性を良好に確保することができる。

上述のように構成される電池パック１０では、各ブロワ１５や各冷却器１７を作動させることにより各電池モジュール１１の昇温を抑制し、それにより各電池モジュール１１の出力の制限や劣化を抑制することが可能となる。また、サービスプラグカバー２５の外部とパックケース１２の内部とは、呼吸プラグ３０の呼吸膜３００、サービスプラグカバー２５の内部、上側ケース１４の開口部１４Ｈ、および上側ケース１４と気体流通規制部２１０との隙間を介して連通させられる。これにより、呼吸膜３００を介した空気の流通により、パックケース１２内の圧力を調整することが可能となる。

更に、電池パック１０では、パックケース１２内の圧力が外部の圧力よりも低い場合に、水蒸気を含む空気が外部から呼吸膜３００を介してサービスプラグカバー２５内に流入しても、サービスプラグカバー２５内に流入した水蒸気を含む空気がパックケース１２内に流入するのをサービスプラグ２０のサービスプラグハウジング２１に一体化された気体流通規制部２１０により規制することが可能となる。また、サービスプラグカバー２５内の湿度が外部の湿度よりも低い場合にも、水蒸気を含む空気が外部から呼吸膜３００を介してサービスプラグカバー２５内に流入するが、サービスプラグカバー２５内の気体がパックケース１２内に流入するのを上記気体流通規制部２１０により規制することで、サービスプラグカバー２５内の湿度を速やかに高めて当該サービスプラグカバー２５内への水蒸気を含む空気の更なる流入を抑制することができる。

この結果、ブロワ１５によりパックケース１２内で冷却風を循環させることで当該パックケース１２内に温度差が形成され難くなる電池パック１０において、パックケース１２内での水蒸気の増加や、パックケース１２内、特に各冷却器１７や各メインダクト１６等の周辺での結露の発生を良好に抑制することが可能となる。更に、電池パック１０では、パックケース１２内を循環する空気、すなわち空気通路１９を流通する空気がサービスプラグカバー２５内に流入するのを気体流通規制部２１０により規制することもできる。これにより、各ブロワ１５の吸気損失を減らして効率を向上させ、各ブロワ１５の消費電力を低減化したり、各ブロワ１５としてより送風容量の低いものを採用したりすることが可能となる。加えて、本開示の電池パック１０では、サービスプラグ２０を着脱するためにサービスプラグカバー２５がパックケース１２から取り外されている際に、上側ケース１４の開口部１４Ｈを介して異物がパックケース１２内に入り込むのを気体流通規制部２１０により規制することもできる。

また、上記電池パック１０において、気体流通規制部２１０は、上側ケース１４の開口部１４Ｈの周縁と隙間を介して対向するようにパックケース１２内に配置される。これにより、呼吸膜３００を介したパックケース１２内と外部との連通を許容して当該パックケース１２内の圧力調整を可能にしつつ、サービスプラグカバー２５内の気体がパックケース１２内に流入するのを適正に規制することが可能となる。

更に、サービスプラグ２０は、サービスプラグハウジング２１と、当該サービスプラグハウジング２１から取り外された際に複数の電池モジュール１１を含む電気回路を遮断すると共に、サービスプラグハウジング２１に装着された際にサービスプラグ２０による当該電気回路の遮断を解除するサービスプラググリップ２２とを含む。そして、気体流通規制部２１０は、サービスプラグハウジング２１と一体化されている。これにより、電池パック１０の部品点数を削減することが可能となる。ただし、気体流通規制部２１０は、樹脂あるいは金属等によりサービスプラグハウジング２１と別体に形成されて当該サービスプラグハウジング２１に固定されるものであってもよい。

以上説明したように、本開示の電池パック１０は、複数の電池モジュール１１と、当該複数の電池モジュール１１を収容するパックケース１２と、複数の電池モジュール１１を含む電気回路を遮断するためのサービスプラグ２０と、パックケース１２内で冷却風を循環させるブロワ１５と、サービスプラグ２０を外部に露出させるパックケース１２（上側ケース１４）の開口部１４Ｈと当該サービスプラグ２０とを覆うようにパックケース１２に着脱自在に取り付けられるサービスプラグカバー２５と、サービスプラグカバー２５に設けられた呼吸膜３００と、サービスプラグカバー２５内の気体がパックケース１２内に流入するのを規制する気体流通規制部２１０とを含む。これにより、ブロワ１５によりパックケース１２内で冷却風を循環させることで当該パックケース１２内に温度差が形成され難くなる電池パック１０において、パックケース１２内での水蒸気の増加や結露の発生を良好に抑制することが可能となる。

また、本開示の発明は上記実施形態に何ら限定されるものではなく、本開示の外延の範囲内において様々な変更をなし得ることはいうまでもない。更に、上記発明を実施するための形態は、あくまで課題を解決するための手段の欄に記載された発明の具体的な一形態に過ぎず、課題を解決するための手段の欄に記載された発明の要素を限定するものではない。

本開示の発明は、電池パックの製造産業等において利用可能である。

１車両、２フロアパネル、２Ｈ開口部、３車室内カバー、１０電池パック、１１電池モジュール、１１０バスバーモジュール、１２パックケース、１３下側ケース、１４上側ケース、１４Ｈ開口部、１５ブロワ、１６メインダクト、１７冷却器、１８サブダクト、１９空気通路、２０サービスプラグ、２１サービスプラグハウジング、２１０気体流通規制部、２２サービスプラググリップ、２３中央ブラケット、２４ハウジングブラケット、２５サービスプラグカバー、２６シール部材、３０呼吸プラグ、３００呼吸膜、ＭＧモータジェネレータ。

Claims

電池モジュールと、前記電池モジュールを収容するパックケースと、前記電池モジュールを含む電気回路を遮断するためのサービスプラグと、前記パックケース内で冷却風を循環させる送風機とを含む電池パックにおいて、
前記サービスプラグを外部に露出させる前記パックケースの開口部と該サービスプラグとを覆うように該パックケースに着脱自在に取り付けられるサービスプラグカバーと、
前記サービスプラグカバーに設けられた呼吸膜と、
前記サービスプラグカバー内の気体が前記パックケース内に流入するのを規制する気体流通規制部と、
を備える電池パック。