JP5089954B2 - 排気装置、および電池パック - Google Patents

Description

本発明は、空気等の気体を排気する排気ダクトに形成される水抜き穴の構造に関する。

従来より、電気自動車やハイブリッド電気自動車、あるいは燃料電池自動車には、駆動モータに供給される電力を蓄積するための電池パックが搭載されている。電池パックは、複数の電池モジュールを組み合わせて構成された電池スタックを冷却するために、吸気口を介して取り込まれた空気を排気する排気ダクトを備える。

図７は、従来の電池パックの筐体構造を示す。電池パック１００の筐体である電池ケースは、電池スタックの上部をカバーするアッパーケース１２及び下部をカバーするロワーケース１４を有する。電池パック１００内には、ニッケル水素電池、リチウムイオン電池などの１つの単電池または複数の単電池からなる電池モジュールを、それらの間に冷却通路を空けて並列配置し、その両端に配置した端部材間を拘束して組み立て、かつ、電池モジュールを相互に電気的に直接接続した電池スタックが内蔵されている。さらに、電池パック１００内には電池パック１００の長手方向（ｘ方向）の一端に冷却ファンが設けられている。電池パック１００の一側面には吸気口１６が設けられ、冷却ファン近傍の電池パック１００の他の側面には排気口１８が設けられる。冷却ファンを回転駆動すると、乗員室内の空気が吸気口１６から取り込まれる。取り込まれた冷却空気は電池スタックとロワーケース１４との間に形成されたチャンバスペースに供給され、電池モジュール間に設けられた冷却通路を介して電池スタックの下部から上部に流れ、電池スタックとアッパーケース１２との間に形成されたチャンバスペースを通って、さらに冷却ファンを介して排気ダクト１５０に達して排気口１８から外部に排気される。

ところで、冷却空気は、冷却ファンで圧縮されることで冷却空気中に含まれる水蒸気が液化する。つまり、冷却ファンから排出される冷却空気には水分が含まれる。この水分など排気ダクト１５０内に溜まった液体を電池パック１００の外へ排出するために、排気ダクト１５０の底面及びロワーケース１４には水抜き穴が形成される。

図８は、従来の排気ダクト１５０の外観斜視図を示す。また、図９は、図７のＡ−Ａ線に沿って鉛直方向に切断した時の矢印方向から見た電池パック１００の一部の断面図を示す。図９に示す通り、従来、排気ダクト１５０の水抜き穴２００ａの直下にロワーケース１４の水抜き穴２００ｂが形成され、排気ダクト１５０内に溜まった液体は、水抜き穴２００ａ及び水抜き穴２００ｂを介して電池パック１００外へ排出される。

ところが、水抜き穴２００ａ及び水抜き穴２００ｂを介して液体の他に冷却空気の一部が漏れ出すことで冷却空気が乱流を起こし、水抜き穴近傍においてノイズが発生することがある。

特に、車両に搭載された電池パックの場合、電池パックで発生したノイズが乗員室内まで達することがある。しかし、近年、車両の高級化に伴い乗員室内の静穏化に対する要望が高く、車両に搭載される電池パックにおいて発生するノイズの低減に対する要望も高い。

特許文献１や２には、水を外部へ排出するための穴が形成されたダクトが開示されている。

特開昭６１−６４５２３号公報 特開２００４−２４３８５５号公報

本発明は、排気ダクトに形成された水抜き穴から一部の空気が漏れることにより発生するノイズを低減することを目的とする。

本発明に係る排気装置は、気体を排気する排気ダクトと、前記排気ダクトを収容する筐体と、を備え、前記排気ダクトの底面には、前記排気ダクト内に溜まった液体を前記排気ダクト外へ排出する第１水抜き穴が形成され、前記筐体の底面には、前記第１水抜き穴から排出された液体を前記筐体外へ排出する第２水抜き穴が形成され、前記第２水抜き穴は、前記第１水抜き穴から漏れ出す気体の流出方向の延長線上とは異なる位置に形成されることを特徴とする。

本発明に係る電池パックは、電池スタックと、前記電池スタックを冷却した後の冷却空気を排気する排気ダクトと、前記電池スタック及び前記排気ダクトを収容する筐体と、を備え、前記排気ダクトの底面には、前記排気ダクト内に溜まった液体を前記排気ダクト外へ排出する第１水抜き穴が形成され、前記筐体の底面には、前記第１水抜き穴から排出された液体を前記筐体外へ排出する第２水抜き穴が形成され、前記第２水抜き穴は、前記第１水抜き穴から漏れ出す冷却空気の流出方向の延長線上とは異なる位置に形成されることを特徴とする。

本発明に係る電池パックの１つの態様では、前記第２水抜き穴は、前記第１水抜き穴を前記筐体の底面に投影した位置から前記筐体の底面に沿って、前記排気ダクト内の前記第１水抜き穴上における前記冷却空気の流路方向と垂直な方向へずれた位置に形成されることを特徴とする。

本発明に係る電池パックの１つの態様では、前記第２水抜き穴は、前記第１水抜き穴を前記筐体の底面に投影した位置から前記筐体の底面に沿って、前記排気ダクト内の前記第１水抜き穴上における前記冷却空気の流路方向と逆方向へずれた位置に形成されることを特徴とする。

本発明に係る電池パックの１つの態様では、前記排気ダクトは、前記排気ダクト内の冷却空気の流路方向と水平な面において湾曲する湾曲部を含み、前記第１水抜き穴は、前記排気ダクトの湾曲部の内側の底面に形成されることを特徴とする。

本発明によれば、筐体の第２水抜き穴が排気ダクトの第１水抜き穴から液体と共に漏れ出す冷却空気の流出方向の延長線上とは異なる位置に形成されることにより、第１水抜き穴及び第２水抜き穴を介して排出される冷却空気の流速抵抗が増加するため、冷却空気の流速が遅くなり、第１水抜き穴及び第２水抜き穴近傍において発生するノイズを低減することができる。

本発明を実施するための最良の形態（以下、実施形態とする）について、以下図面を用いて説明する。

図１は、アッパーケース１２を取り外した状態の電池パック１０の内部構成を示す。なお、電池パック１０を構成する各部材のうち、上記において説明した図７に示した電池パック１００を構成する各部材と同一部分については、同一符号を付して説明を省略する。

図２−４は、本実施形態における基本構成について説明するための図である。ここで、まず、本実施形態における基本構成について、図２−４を参照して説明する。以下、説明を簡略化するために、排気ダクト１５に相当するダクトをダクトＤ、ロワーケース１６に相当するケースをケースＣとし、ケースＣからダクトＤ内を流れる空気（気体）中に含まれる水分などの液体をケースＣ外へ排出する場合を例に説明する。

図２は、ケースＣ及びケースＣに収容されたダクトＤの斜視図を示す。図３は、図２に示すケースＣに収容されたダクトＤをダクトＤ内を通過する空気の流路方向ｆに沿って鉛直方向に切った場合の（図２中のＡ−Ａ線に沿って矢印方向から見た）断面図を示す。図３に示す通り、ダクトＤの底面Ｂには、水抜き穴Ｈ１が形成されている。ダクトＤ内を流路方向ｆに沿って水分を含む空気が流れると、水抜き穴Ｈ１を通って、その水分などの液体と共に空気の一部が漏れ出す。ここで、流出方向ｇは、水抜き穴Ｈ１から漏れ出す空気の流出方向を示す。この時、流出方向ｇの延長線上にケースＣの水抜き穴Ｈ２を形成すると、水抜き穴Ｈ１及び水抜き穴Ｈ２を通って漏れ出す空気の流速抵抗は比較的少なく、漏れ出す空気の流速は弱まることなくケースＣの外部へ排出される。そのため、水抜き穴Ｈ１及び水抜き穴Ｈ２近傍において空気の乱流が起こりやすくノイズが増大しやすい。逆に、流出方向ｇの延長線上を避けて、延長線上とは異なる位置にケースＣの水抜き穴Ｈ２を形成すれば、水抜き穴Ｈ１を通って漏れ出す空気の流速抵抗が増大し、水抜き穴Ｈ１を通って漏れ出す空気の流速が水抜き穴Ｈ２に達するまでの間に減速する。よって、水抜き穴Ｈ１及び水抜き穴Ｈ２近傍において発生する空気の乱流が抑制され、ノイズを低減することができる。

そこで、上記を考慮して、水抜き穴Ｈ１及び水抜き穴Ｈ２近傍においてノイズを低減することが可能な水抜き穴Ｈ１と水抜き穴Ｈ２との位置関係についてさらに説明する。

図４Ａ及び図４Ｂは、ケースＣの底面を上方から見た場合の水抜き穴Ｈ１と水抜き穴Ｈ２との位置関係の一例を示す。図４Ａ、図４Ｂにおいて、一点破線円Ｈ１’はダクトＤに形成された水抜き穴Ｈ１をケースＣの底面に垂直に投影した位置を示し、破線円Ｈ２’は、流出方向ｇの延長線上に水抜き穴Ｈ２を形成した場合の位置を示す。図４Ａに示す通り、例えば、水抜き穴Ｈ２は、一点破線円Ｈ１’から、ダクトＤ内の空気の流路方向ｆに垂直な方向にずらして形成する。また、図４Ｂに示す通り、例えば、水抜き穴Ｈ２は、破線円Ｈ２’より流路方向ｆに沿って後方（もしくは前方）にずらして形成する。なお、流路方向ｆに沿って後方に水抜き穴Ｈ２を形成すると、水抜き穴Ｈ２から漏れ出す空気は、流路方向ｆに対して逆向きになり、前方に形成するよりも漏れ出す空気の流速抵抗が大きくなるため、よりノイズを低減することができる。

以上のように、ダクトＤに形成される水抜き穴Ｈ１から漏れ出す空気の流出方向ｇの延長線上とは異なるケースＣの底面に水抜き穴Ｈ２を形成することで、水抜き穴Ｈ１及び水抜き穴Ｈ２を介して排出される空気の流速抵抗が増加するため、排出される空気の流速が遅くなり、水抜き穴Ｈ１及び水抜き穴Ｈ２近傍において発生するノイズを低減することができる。

続いて、本実施形態に係る電池パック１０について図１を用いて説明する。なお、本実施形態に係る電池パック１０では、ロワーケース１４の底面に形成される第２水抜き穴２０ｂを、排出ダクト１５の底面に形成される第１水抜き穴２０ａから、排気ダクト１５内を流れる冷却空気の流路方向にほぼ垂直な方向にずらして形成している。しかし、第１水抜き穴２０ａから漏れ出す空気の流出方向ｇの延長線上とは異なるロワーケース１４の底面に第２水抜き穴２０ｂが形成されていれば、ロワーケース１４の他の底面に第２水抜き穴２０ｂを形成してもよい。

図１において、電池パック１０の長手方向（ｘ方向）に電池モジュールを複数積層して電池スタック２０が構成されている。本実施形態では、電池モジュールはモジュール外装部材である一体ケースと、この一体ケースの内部に配置され、隔壁により仕切られた６つの単電池とを含む。一体ケースは特に限定されるものではないが、例えば樹脂製である。電池モジュールに含まれる６つの単電池は、一体ケース内で電気的に直列に接続される。電池スタック２０のｘ方向の一端に冷却空気を供給する冷却ファン３０および排気ダクト１５が配置される。さらに電池スタック２０のｘ方向の他端に電池スタック２０の充放電を制御するコントロールモジュール１７が配置される。コントロールモジュール１７はマイクロプロセッサを有し、車両に搭載されるコンピュータとデータ通信を行い、車両コンピュータに対して電池スタック２０の状態データを送信するとともに、車両コンピュータからの指令に応じて電池スタック２０を制御する。

図５は、図１のＡ−Ａ線に沿って鉛直方向に切断した時の矢印方向から見た電池パック１０の一部の断面図を示す。ここで、排気ダクト１５内から第１水抜き穴２０ａを介して漏れ出す冷却空気の流出方向をｇとする場合、第２水抜き穴２０ｂは流出方向ｇの延長線上を避けて形成される。本実施形態では、ロワーケース１４の底面に形成される第２水抜き穴２０ｂを、排気ダクト１５の底面に形成される第１水抜き穴２０ａから、排気ダクト１５内を流れる冷却空気の流路方向ｆに垂直な方向にずらして形成している。このような位置に第２水抜き穴２０ｂを形成することで、第１水抜き穴２０ａから漏れ出す冷却空気は、一旦ロワーケース１４の底面に衝突した後、第２水抜き穴２０ｂを介して電池パック１０の外へ排出される。よって、第２水抜き穴２０ｂを流出方向ｇの延長線上に形成する場合に比べて、第１水抜き穴２０ａから漏れ出す冷却空気の流速は弱まるため、第１水抜き穴２０ａもしくは第２水抜き穴２０ｂ近傍で発生する冷却空気の乱流によるノイズを低減することができる。

なお、第１水抜き穴２０ａを介して排気ダクト１５の外へ排出された液体を電池パック１０の外へ効率的に排出するためには、第２水抜き穴２０ｂは第１水抜き穴２０ａから漏れ出す気体の流出方向の延長線上とは異なる位置で、かつ第１水抜き穴２０ａの近傍が好ましい。

図６は、排気ダクト１５の外観斜視図である。排気ダクト１５の冷却空気の取り込み口となる一端面Ｓ１は、冷却ファン３０に設けられた冷却空気の排出口に接続され、排気ダクト１５の冷却空気の排出口となる他端面Ｓ２は、電池パック１０の一側面に設けられた排気口１８に接続され、排気ダクト１５の他端Ｓ２から、排気口１８を含む平面に対して鉛直方向（ｙ方向）に向けて、冷却ファン３０からの冷却空気が排出される。図６に示すように、排気ダクト１５は、冷却ファン３０の排出口および電池パック１０に設けられた排気口１８に接続する都合上、排気ダクト１５内を流れる冷却空気の流路方向ｆに水平な面において湾曲した湾曲部を含む。このように排気ダクト１５が湾曲形状の場合、湾曲部の内側１５ａのほうが湾曲部の外側１５ｂよりも冷却空気の流速が遅い。つまり、湾曲部の外側１５ｂに第１水抜き穴２０ａを形成するよりも湾曲部の内側に第１水抜き穴２０ａを形成するほうが、第１水抜き穴２０ａから漏れ出す空気の乱流により発生するノイズをより低減することができる。そこで、図６に示すように、第１水抜き穴２０ａは、排気ダクト１５の湾曲部の内側１５ａの底面に形成することが望ましい。

以上の通り、本実施形態では、排気ダクト１５の底面に形成される第１水抜き穴２０ａから漏れ出す冷却空気の流出方向ｇの延長線上とは異なるロワーケース１４の底面に第２水抜き穴２０ｂを形成する。これにより、排気ダクト１５内に溜まった液体を排出することが可能で、かつ、第１水抜き穴２０ａ及び第２水抜き２０ｂを通過する冷却空気の流速が弱まり、第１水抜き穴２０ａ及び第２水抜き２０ｂを介して排出される冷却空気が乱流を起こすことで発生するノイズを低減することができる。

また、本実施形態では、排気ダクト１５の湾曲部の内側１５ａの底面に第１水抜き穴２０ａを形成する。これにより、湾曲部の外側１５ｂに第１水抜き穴２０ａを形成するよりも、第１水抜き穴２０ａから漏れ出す空気の乱流により発生するノイズを低減することができる。

なお、第１水抜き穴２０ａの形状と第２水抜き穴２０ｂの形状とは、同一形状であってもよいし、異なる形状であってもよい。また、第１水抜き穴２０ａおよび第２水抜き穴２０ｂの大きさは同一であっても異なってもよい。

また、排気ダクト１５の底面に形成される第１水抜き穴２０ａから漏れ出す冷却空気の流出方向ｇの延長線上に、ロワーケース１４の第２水抜き穴２０ｂを形成する場合でも、排気ダクト１５の湾曲部の内側１５ａの底面に第１水抜き穴２０ａを形成することで、第１水抜き穴２０ａから漏れ出す空気の乱流により発生するノイズをある程度低減することができる。

さらに、第１水抜き穴２０ａを介して排気ダクト１５の外へ排出された液体を、第２水抜き穴２０ｂを介して電池パック１０の外へ効率的に排出するために、ロワーケース１４の底面を、第２水抜き穴２０ｂの位置がロワーケース１４の他の底面の位置より低くなるように傾斜させた形状にしてもよい。

アッパーケースを取り外した状態の本実施形態における電池パックの内部構成を示す図である。 本実施形態における基本構成について説明するための図である。 本実施形態における基本構成について説明するための図である。 本実施形態における基本構成について説明するための図である。 本実施形態における基本構成について説明するための図である。 図１のＡ−Ａ線に沿って矢印方向から見た電池パックの一部の断面を示す図である。 本実施形態に係る排気ダクトの外観斜視図である。 従来の電池パックの筐体構造を示す図である。 従来の排気ダクトの外観斜視図である。 図７のＡ−Ａ線に沿って矢印方向から見た従来の電池パックの一部の断面を示す図である。

符号の説明

１０ 電池パック、１２ アッパーケース、１４ ロワーケース、１５ 排気ダクト
１６ 吸気口、１７ コントロールモジュール、１８ 排気口、２０ 電池スタック、３０ 冷却ファン。

Claims (5)

1. 気体を排気する排気ダクトと、
   前記排気ダクトを収容する筐体と、
   を備え、
   前記排気ダクトの底面には、前記排気ダクト内に溜まった液体を前記排気ダクト外へ排出する第１水抜き穴が形成され、
   前記筐体の底面には、前記第１水抜き穴から排出された液体を前記筐体外へ排出する第２水抜き穴が形成され、
   前記第２水抜き穴は、前記第１水抜き穴から漏れ出す気体の流出方向の延長線上とは異なる位置に形成されることを特徴とする排気装置。
2. 電池スタックと、
   前記電池スタックを冷却した後の冷却空気を排気する排気ダクトと、
   前記電池スタック及び前記排気ダクトを収容する筐体と、
   を備え、
   前記排気ダクトの底面には、前記排気ダクト内に溜まった液体を前記排気ダクト外へ排出する第１水抜き穴が形成され、
   前記筐体の底面には、前記第１水抜き穴から排出された液体を前記筐体外へ排出する第２水抜き穴が形成され、
   前記第２水抜き穴は、前記第１水抜き穴から漏れ出す冷却空気の流出方向の延長線上とは異なる位置に形成されることを特徴とする電池パック。
3. 請求項２に記載の電池パックにおいて、
   前記第２水抜き穴は、前記第１水抜き穴を前記筐体の底面に投影した位置から前記筐体の底面に沿って、前記排気ダクト内の前記第１水抜き穴上における前記冷却空気の流路方向と垂直な方向へずれた位置に形成されることを特徴とする電池パック。
4. 請求項２に記載の電池パックにおいて、
   前記第２水抜き穴は、前記第１水抜き穴を前記筐体の底面に投影した位置から前記筐体の底面に沿って、前記排気ダクト内の前記第１水抜き穴上における前記冷却空気の流路方向と逆方向へずれた位置に形成されることを特徴とする電池パック。
5. 請求項２乃至４のいずれか１つに記載の電池パックにおいて、
   前記排気ダクトは、前記排気ダクト内の冷却空気の流路方向と水平な面において湾曲する湾曲部を含み、
   前記第１水抜き穴は、前記排気ダクトの湾曲部の内側の底面に形成されることを特徴とする電池パック。

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