JP2006216504A - 電池パックの断熱構造 - Google Patents

Abstract

【課題】 電池パックを車両の運転席側と助手席側との間に配設する場合であっても、電池パックから車両室内に与える影響を低減し、また、電池パックの床下の外気温からの影響を受け難くすることが可能な電池パックの断熱構造を提供する。
【解決手段】 車両のインパネ５００の内部に設けられたエアコンユニットからエアコンダクトとしてのリアフェースダクト１５０および２本のリアヒータダクト１６０，１７０が運転席側と助手席側との間において前後方向に沿って配設されており、リアフェースダクト１５０は、電池ケース１１０の上面に沿って配設され、２本のリアヒータダクト１６０，１７０は、それぞれ電池ケース１１０の側面に沿って配設されている。
【選択図】 図１

Description

本発明は、電気自動車等に搭載される電池パックの断熱構造に関する。

近年、電動機を駆動源として用いる電気自動車や、駆動源としての電動機とその他の駆動源とを組み合わせた、いわゆるハイブリッド電気自動車が実用化されてきている。このような車両においては、電動機にエネルギーである電気を供給するための電池が搭載される。この電池としては、たとえば、繰り返し充放電が可能なニッケル−カドミウム電池やニッケル−水素電池、リチウムイオン電池などに代表される二次電池が用いられる。

二次電池は、電池セルを積層した電池モジュールにより構成されており、この電池モジュールが電池ケースの内部に収容された状態で自動車に搭載される。この電池ケースと、電池ケースの内部に収容された電池モジュールおよびその他の内部構成部品とを含めたものを電池パックと称する。

各電池セルまたは電池モジュールは、内部での電気化学反応によって発熱し、その温度が上昇する。電池セルまたは電池モジュールは、高温になると発電効率が低下するため、たとえば電池ケース内部に電池ケース外部から冷却風等の冷媒を導入して電池モジュールを冷却することが行なわれる。

この冷却風を用いた電池パックの冷却構造を図７に示す。この電池パック２００においては、電池ケース２１０の内部に電池モジュール２１１が配置されている。電池ケース２１０の内部空間は、電池ケース２１０の内部に配置された電池モジュール２１１によって区画され、電池モジュール２１１の上面と電池ケース２１０との間には、上部空間が形成され、この上部空間により上部冷媒流路２１０ｂが規定されている。また、電池モジュール２１１の下面と電池ケース２１０との間には、下部空間が形成され、この下部区間により下部冷媒流路２１０ａが規定されている。

電池モジュール２１１は、図８に示すように、複数の電池セル２１２を積層することによって構成されている。電池セル２１２としては、たとえばニッケル−カドミウム電池や、ニッケル−水素電池、リチウムイオン電池などの二次電池を用いることができる。電池セル２１２はいわゆる角型平板状の外形を有している。

個々の電池セル２１２の側面には突出部２１１ａが設けられており、この突出部２１１ａは、積層後において電池モジュール２１０の側面に延在する突条部を構成する。電池モジュール２１０の積層方向における両端には、電池モジュール２１０の積層状態を維持するためのエンドプレート２１５が配置されており、これら一対のエンドプレート２１５は、上述の電池モジュール２１０の側面に形成された突条部に係合するブラケット２１４によって連結されている。

また、電池モジュール２１１の一方の側部には、下部冷媒流路２１０ａに連通する開口部２１２ｂを有する吸気チャンバ２１２が配設されている。また、他方の側部には、上部冷媒流路２１０ｂに連通する２１３ｂを有する排気チャンバ２１３が配設されている。

図７を参照して、電池モジュール２１１の長手方向の一端側には、機器ボックス２１４が配置され、この機器ボックス２１４の両側部において、吸気チャンバ２１２の連結口２１２ａに吸気ダクト２２０が連結され、排気チャンバ２１３の連結口２１３ａに排気ダクト２３０が連結されている。また、排気ダクト２３０には、冷媒流れを起こさせるためのブロア２４１が連結されている。以上により、いわゆるアップフロー型の断熱構造を構成している。

個々の電池セル２１２の主表面には凸部が設けられており、この凸部によって積層された電池セル２１２の間に冷媒である冷却風を流通させるための通風路の一部が形成される。また、電池モジュール２１１は、電池ケース２１０の底面に対して所定の角度をもって傾斜して配置される。これは、吸気チャンバ２１２の開口部２１０ｂから吐出される冷却風が、電池セル２１２の下面側において、均一に流れるようにするためである。電池パック２００の吸気チャンバ２１２の連結口２１２ａおよび排気チャンバ２１３の連結口２１３ａには、機器ボックス２１４の両側部に形成される空き空間において、吸気ダクト２２０および排気ダクト２３０がそれぞれ連結させている。排気ダクト２３０は、主排気ダクト２３１と、分岐排気ダクト２３２とから構成され、分岐排気ダクト２３２には、ブロア２４１が連結されている。

図９は、図７に示した電池パック２００を含む電池システムを用いた自動車３００のブロック図である。この電池パック２００を含む電池システムを適用した自動車３００は、制御部３０１と、この電池パック２００を含む電池部３０２と、駆動部３０３とを備える。制御部３０１は、電池パック２００の内部に配置された機器ボックス２１４内に設置されており、電池部３０２および駆動部３０３を制御する。駆動部３０３は、電池部３０２から供給される電流によって駆動するモータなどの電動機以外に、ガソリンエンジンやディーゼルエンジンなどの内燃機関を含んでいてもよい。すなわち、自動車３００には、電池部３０２から供給される電流によって駆動するモータなどの電動機のみを駆動源とする電気自動車のみでなく、駆動源としてガソリンエンジンなどの電動機以外の駆動手段を備えた、いわゆるハイブリッドカーも含まれる。

ここで、上記電池パック２００を、車両の運転席側と助手席側との間に設けられるセンターコンソールボックスと車両フロアとの間に配設すると、電池パック２００は、内部に収容する電池モジュールから熱が放出されることから、上述した冷却構造を有しているものの、使用により車両室内温度よりも高い温度になり、センターコンソールボックスを暖めることとなる。その結果、夏場等の走行時にセンターコンソールボックスが暖かいことが、車両の搭乗者に対して不快感を与えるおそれがある。また、夏場のフロア温度は、フロア下に配置されている排気管や路面からの日射の照り返しにより高温となる可能性がある。この時、フロアの熱が電池モジュールの温度を上昇させてしまう。

一方、冬場（特に寒冷地）の車両が冷え切った状態においては、電池モジュールを構成する電池セルも冷えた状態であるため、電池セルの性能は低下した状態となる。特に、車両フロア面は床下の外気温の影響を受けやすく、車両フロア面に設置した電池パック内の電池セルも、車両フロア面を介して床下の外気温の影響を受けやすい。

したがって、電池パックを車両の運転席側と助手席側との間に設けられるセンターコンソールボックスと車両フロアとの間に配設する場合には、車両室内に与える影響、床下の外気温からの影響を考慮する必要がある。ここで、下記特許文献１には、運転席側と助手席側との間にバッテリを配置する構造が開示され、下記特許文献２には、座席と車両フロアとの間にバッテリを配置する構造が開示され、下記特許文献３には、車両室内空調用のエアコンからのエアーを直接バッテリパック内に導入可能な構造が開示され、下記特許文献４には、センタコンソール内に、空冷のインバータを搭載する構造が開示されている。しかし、いずれの文献にもバッテリの車両室内に与える影響、床下の外気温からの影響に関しては何ら開示されていない。
特開２００１−１０５８９３号公報 特開２００４−２３７８０３号公報 特開平０８−０４００８８号公報 特開２００４−２６８７７９号公報

本願発明の課題は、電池パックを車両の運転席側と助手席側との間に設けられるセンターコンソールボックスと車両フロアとの間に配設する場合に、電池パックから車両室内に与える影響、電池パックが床下の外気温から受ける影響を考慮する必要がある点にある。したがって、本発明の目的は、上述の問題点を解決するためになされたものであり、電池パックを車両の運転席側と助手席側との間に配設する場合であっても、電池パックから車両室内に与える影響を低減し、また、電池パックの床下の外気温からの影響を受け難くすることが可能な電池パックの断熱構造を提供することにある。

この発明に基づいた電池パックの断熱構造においては、車両室内空調用のエアコンダクトが運転席側と助手席側との間において前後方向に沿って配設される車両に搭載される電池パックの断熱構造であって、上記電池パックは、上記運転席側と上記助手席側との間の車両フロアに設置され、上記エアコンダクトを上記電池ケースの外周面に沿って配設したことを特徴としている。

この発明に基づいた電池パックの断熱構造によれば、エアコンダクトを電池ケースの外周面に沿って配設したことにより、エアコンダクト内の空気層を断熱層として用いることができる。その結果、電池パックから車両室内に与える影響（熱の伝達）を低減し、また、電池パックの床下の外気温からの影響（床下への熱の放熱）を受け難くすることが可能となる。

たとえば、電池パック内の電池モジュールの温度が上昇した場合であっても、エアコンダクトにより車両室内への熱の伝達を遮断することが可能となる。また、エアコンダクトにエアコンからの冷気を通過させることで、より効果的に車両室内への熱の伝達を遮断するとともに、電池パックへの冷却効果を期待することも可能となる。

また、エアコンダクトを電池ケースの側面や、電池ケースと車両フロアとの間に沿って配設することで、エアコンダクトの断熱効果により、電池パックの床下の外気温からの影響を受け難くすることが可能となる。さらに、このエアコンダクトにエアコンからの暖気を通過させることで、電池パックを余熱することが可能となり、電池パックの性能を早急に上昇させることが可能となる。

以下、本発明に基づいた電池パックの断熱構造の各実施の形態について、図を参照しながら説明する。なお、以下の実施の形態において採用される電池モジュールの構造およびその制御方法は、図８および図９を用いて説明した背景技術と同じであるため、以下の説明においては、同一の参照番号を付して、重複する説明は繰り返さないこととする。

（実施の形態１）
以下、実施の形態１における電池パックの断熱構造について、図１から図４を参照して説明する。なお、図１は、本実施の形態における電池パックの断熱構造を示す全体斜視図であり、図２は、本実施の形態における電池パックの断熱構造を示す車両の部分断面図であり、図３は、図１中ＩＩＩ−ＩＩＩ線矢視断面模式図であり、図４は、図２中ＩＶ−ＩＶ線矢視断面図である。なお、図１および図３においては、説明の便宜上、センタコンソールの図示は省略している。

まず、図１および図２を参照して、本実施の形態における電池パックの設置について説明する。本実施の形態における電池パック１００は、車両の運転席と助手席との間において、インパネ５００の中央部下方から、車両の後方に向かって延びるようにセンターコンソールボックス３００（図２参照）の下方に配設されている。この電池パック１００は、電池ケース１１０を有し、この電池ケース１１０内にアップフロー型の断熱構造を構成するように電池モジュール２１１が配設されている。

電池ケース１１０の内部空間は、図３に示すように、電池ケース１１０の内部に配置された電池モジュール２１１によって区画され、電池モジュール２１１の上面と電池ケース１１０との間には、上部空間が形成され、この上部空間により上部冷媒流路１１０ｂが規定されている。また、電池モジュール２１１の下面と電池ケース１１０との間には、下部空間が形成され、この下部区間により下部冷媒流路１１０ａが規定されている。

下部冷媒流路１１０ａの電池ケース１１０の下部近傍領域には、電池セルの積層方向（図中Ｘ方向）に沿って延びる下部冷媒開口領域１２２ａが形成されている。また、この下部冷媒開口領域１２２ａには、下部冷媒開口領域１２２ａを介して下部冷媒流路１１０ａに冷媒を送り込むための第１チャンバ１２０が取り付けられている。この第１チャンバ１２０は、下部冷媒開口領域１２２ａに連通し、電池ケース１１０の側面側において電池ケース１１０の上方に延びる側面チャンバ１２２と、この側面チャンバ１２２に連通し、電池ケース１１０の上面において、電池セルの積層方向（図中Ｘ方向）に沿って配置される吸気チャンバ１２１とを有している。

一方、上部冷媒流路１１０ｂの電池ケース１１０の上部近傍領域には、電池セルの積層方向（図中Ｘ方向）に沿って延びる上部冷媒開口領域１２２ｂが形成されている。また、この上部冷媒開口領域１２２ｂには、下部冷媒開口領域１２２ａを介して、電池モジュール２１１内を通過した冷媒を外部に排出するための第２チャンバ１３０が取り付けられている。この第２チャンバ１３０は、上部冷媒開口領域１２２ｂに連通し、電池ケース１１０の上面において、電池セルの積層方向（図中Ｘ方向）に沿って配置される排気チャンバ１３１と、この排気チャンバ１３０から枝分かれする２本の分岐排気チャンバ１３２，１３３を有している。また、分岐排気チャンバ１３２，１３３のそれぞれには、電池ケース１１０内に冷媒流れを生じさせるための排気ブロア１４１，１４２がそれぞれ取り付けられている。

上記構成からなる電池パック１００においては、第１チャンバ１２０の吸気チャンバ１２１に冷媒が取り入れられた後、側面チャンバ１２２および下部冷媒開口領域１２２ａを冷媒が通過して、下部冷媒流路１１０ａに冷媒が送り込まれる。下方から上方に向けて電池モジュール２１１の間を通過した冷媒は、上部冷媒流路１１０ｂから、上部冷媒開口領域１２２ｂおよび排気チャンバ１３１を介して、分岐排気チャンバ１３２，１３３から外部に排気される冷媒流路を構成する。

さらに、本実施の形態における電池パックにおいては、電池パックの断熱構造として、車両室内空調用のエアコンダクトが電池ケース１１０の外周面に沿って配設されている。具体的には、図１および図２に示すように、車両１のインパネ５００の内部に設けられたエアコンユニット４００からエアコンダクトとしてのリアフェースダクト１５０および２本のリアヒータダクト１６０，１７０が運転席側と助手席側との間において前後方向に沿って配設されており、リアフェースダクト１５０は、電池ケース１１０の上面に沿って配設され、２本のリアヒータダクト１６０，１７０は、それぞれ電池ケース１１０の側面に沿って配設されている。

また、図１、図３および図４に示すように、電池ケース１１０の上面に位置するリアフェースダクト１５０は、運転席側と助手席側との間（具体的には、運転座席用レール６００Ｄと助手座席用レール６００Ｐとの間）に設けられたセンターコンソールボックス３００の下方において、電池ケース１１０の上面に配設された排気チャンバ１３１と吸気チャンバ１２１との間に形成される空間に配設され、電池ケース１１０の上面空間を有効に利用している。

このように、上記構成からなる電池パックの断熱構造によれば、エアコンダクトを構成するリアフェースダクト１５０および２本のリアヒータダクト１６０，１７０を電池ケース１１０の外周面に沿って配設したことにより、エアコンダクト内の空気層を断熱層として用いることができる。その結果、電池パック１００内の電池モジュール２１１の温度が上昇した場合であっても、リアフェースダクト１５０および２本のリアヒータダクト１６０，１７０により車両室内への熱の伝達を遮断することが可能となる。また、リアフェースダクト１５０にエアコンユニット４００からの冷気を通過させることで、より効果的に車両室内への熱の伝達を遮断するとともに、電池パック１００への冷却効果を期待することも可能となる。

また、２本のリアヒータダクト１６０，１７０を電池ケース１００の側面に沿って配設することで、リアヒータダクト１６０，１７０の断熱効果により、電池パック１００の床下の外気温からの影響を受け難くすることが可能となる。さらに、リアヒータダクト１６０，１７０にエアコンユニット４００からの暖気を通過させることで、電池パック１００を余熱することが可能となり、電池パック１００の性能を早急に上昇させることが可能となる。

（実施の形態２）
以下、実施の形態２における電池パックの断熱構造について、図５を参照して説明する。なお、図５は、本実施の形態における電池パックの断熱構造を示す断面模式図であり、図１中のＩＩＩ−ＩＩＩ線矢視断面に相当するものである。なお、図５においては、説明の便宜上、センタコンソールの図示は省略している。

本実施の形態における電池パックの断熱構造の特徴は、上記実施の形態１の場合と比較した場合、リアヒータダクト１６０，１７０の配設位置が異なる点にある。本実施の形態においては、リアヒータダクト１６０，１７０を電池ケース１１０と車両フロアとの間に沿って配設している。その他の構成は、上記実施の形態１の場合と同様である。

このように、上記構成からなる電池パックの断熱構造によっても、上記実施の形態１の場合と同様の作用効果得ることができる。また、リアヒータダクト１６０，１７０を電池ケース１１０と車両フロアとの間に沿って配設することにより、リアヒータダクト１６０，１７０の断熱効果により、電池パック１００の床の真下の外気温からの影響を受け難くすることが可能となる。さらに、上記実施の形態１の場合と同様に、リアヒータダクト１６０，１７０にエアコンユニット４００からの暖気を通過させることで、電池パック１００を余熱することが可能となり、電池パック１００の性能を早急に上昇させることが可能となる。

（実施の形態３）
以下、実施の形態３における電池パックの断熱構造について、図６を参照して説明する。なお、図６は、本実施の形態における電池パックの断熱構造を示す断面図であり、図２中のＩＶ−ＩＶ線矢視断面に相当するものである。

本実施の形態における電池パックの断熱構造の特徴は、リアヒータダクト１６０，１７０を、電池ケース１１０の側面および電池ケース１１０と車両フロアとの間の両方に配設可能なように、リアヒータダクト１６０，１７０の断面形状を、「く」の字型に形成したものである。

このような構成からなる電池パックの断熱構造によっても、上記実施の形態１の場合と同様の作用効果得ることができる。さらに、上述したリアヒータダクト１６０，１７０の構造を採用することで、リアヒータダクト１６０，１７０の断熱効果を十分に得ることができる結果、より効果的に電池パック１００から車両室内に与える影響（熱の伝達）を低減し、また、電池パック１００の車両床下の外気温からの影響（床下への熱の放熱）を受け難くすることが可能となる。

なお、排気チャンバ１３１から分岐する分岐排気チャンバを２つ設ける場合について説明したが、設置スペースに応じて、１つ、または、３以上の分岐排気チャンバを設けることが可能である。

また、上記各実施の形態に示す電池パック１００にあっては、冷媒として車両室内の空気を利用した場合を例示して説明を行なったが、他の冷媒を利用することも当然に可能である。また、冷媒は必ずしも気体に限られるものではなく、場合によっては液体を利用することも可能である。

また、アップフロー型冷却構造を備える電池パックにおいて、電池モジュール２１１が、電池ケース１１０の底面に対して所定の角度をもって傾斜して配置される構成を示しているが、この冷却構造の電池パックに限定されるものでなく、ダウンフロー型冷却構造、電池モジュールを電池ケースの底面に対して平行に配置する構造にし、冷却風が電池モジュールを水平に流れるサイドフロー型冷却構造を有する電池パックに対して、本発明の断熱構造を適用することも可能である。

したがって、今回開示した上記各実施の形態はすべての点で例示であって、制限的なものではない。本発明の技術的範囲は特許請求の範囲によって画定され、また特許請求の範囲の記載と均等の意味および範囲内でのすべての変更を含むものである。

この発明に基づいた実施の形態１における電池パックの断熱構造を示す全体斜視図である。 この発明に基づいた実施の形態１における電池パックの断熱構造を示す車両の部分断面図である。 図１中ＩＩＩ−ＩＩＩ線矢視断面模式図である。 図２中ＩＶ−ＩＶ線矢視断面図である。 この発明に基づいた実施の形態２における電池パックの断熱構造を示す断面模式図である。 この発明に基づいた実施の形態３における電池パックの断熱構造を示す断面図である。 背景技術における電池パックの断熱構造を示す全体斜視図である。 電池パック内の構造を示す、部分分解斜視図である。 電池パックを含む電池システムを用いた自動車のブロック図である。

符号の説明

１００ 電池パック、１１０ 電池ケース、１１０ａ 下部冷媒流路、１１０ｂ 上部冷媒流路、１２０ 第１チャンバ、１２１ 吸気チャンバ、１２２ 側面チャンバ、１２２ａ 下部冷媒開口領域、１２２ｂ 上部冷媒開口領域、１３０ 第２チャンバ、１３１ 排気チャンバ、１３２，１３３ 分岐排気チャンバ、１４１，１４２ 排気ブロア、１５０ リアフェースダクト、１６０，１７０ リアヒータダクト、２１１ 電池モジュール、３００ センターコンソールボックス、４００ エアコンユニット、５００ インパネ、６００Ｄ 運転座席用レール、６００Ｐ 助手座席用レール。

Claims (5)

1. 車両室内空調用のエアコンダクトが運転席側と助手席側との間において前後方向に沿って配設される車両に搭載される電池パックの断熱構造であって、
   前記電池パックは、前記運転席側と前記助手席側との間の車両フロアに設置され、
   前記エアコンダクトを前記電池ケースの外周面に沿って配設したことを特徴とする、電池パックの断熱構造。
2. 前記エアコンダクトは、リアフェースダクトであり、
   前記リアフェースダクトを、前記電池ケースの上面に沿って配設したことを特徴とする、請求項１に記載の電池パックの断熱構造。
3. 前記エアコンダクトは、リアヒータダクトであり、
   前記リアヒータダクトを、前記電池ケースと車両フロアとの間に沿って配設したことを特徴とする、請求項１または２に記載の電池パックの断熱構造。
4. 前記エアコンダクトは、リアヒータダクトであり、
   前記リアヒータダクトを、前記電池ケースの側面に沿って配設したことを特徴とする、請求項１から３のいずれかに記載の電池パックの断熱構造。
5. 前記電池パックおよび前記エアコンダクトは、センタコンソールと前記車両フロアとの間に設けられる、請求項１から４のいずれかに記載の電池パックの断熱構造。

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