JP5583920B2 - バッテリスタックの冷却構造 - Google Patents

Description

この発明は、一般的には、バッテリスタックの冷却構造に関し、より特定的には、走行用の電源として車両に搭載されるバッテリスタックの冷却構造に関する。

従来のバッテリスタックの冷却構造に関して、たとえば、特開平７−２１５０７０号公報には、バッテリボックス周りの部品点数の削減を図るとともに、良好な美観を保つことを目的とした電気自動車のバッテリ装置が開示されている（特許文献１）。特許文献１に開示された電気自動車のバッテリ装置においては、多数のバッテリを収納するバッテリボックスが、左右のサイドフレーム間に配置されている。サイドフレームは、中空筒形状を有し、その内部に外気を流すための通路が形成されている。

また、特開２００６−２３６８２６号公報には、ボルト等による組み付け工程を少なくすることにより、締結作業効率を向上させることを目的とした電池パックが開示されている（特許文献２）。特許文献２に開示された電池パックにおいては、電池集合体の両側に、側方に向けて張り出す電池モジュールフランジ部が設けられている。この電池モジュールフランジ部は、アッパケースフランジ部とロアケースフランジ部との間に挟み込まれ、ボルトにより同時締結されている。

特開平７−２１５０７０号公報 特開２００６−２３６８２６号公報

上述の特許文献に開示されるように、走行用の電源として、車両にバッテリスタックが搭載される構造が知られている。バッテリスタックは、その充放電に伴い発熱するため、バッテリスタックを強制冷却するための構造を設ける必要がある。このような構造として、バッテリスタックに対して冷却風を吸排気するためのダクトを設ける方法が考えられるが、このダクトを別途設けた場合、バッテリ周りの部品点数が増大する原因となる。

そこでこの発明の目的は、上記の課題を解決することであり、簡易な構成により実現されるバッテリスタックの冷却構造を提供することである。

この発明の１つの局面に従ったバッテリスタックの冷却構造は、車両に搭載されるバッテリスタックの冷却構造である。バッテリスタックの冷却構造は、一方向に積層された複数のバッテリセルから構成されるバッテリスタックと、互いに一体に連結される上枠体および下枠体と、上枠体とバッテリスタックとの間に設けられ、バッテリスタックを下枠体に向けて押し付ける固定用フレームとを有し、バッテリスタックの周囲を取り囲むように設けられるケースフレームとを備える。複数のバッテリスタックが、バッテリセルの積層方向に直交する方向に並ぶ。下枠体は、隣接するバッテリスタック間の直下に配置され、バッテリセルの積層方向に延び、バッテリスタックが載置される梁部を含む。ケースフレームは、通路形成部を有する。通路形成部は、バッテリスタックに隣り合う位置に中空構造を設けることによって、冷却風を流通させるための通路を形成する。通路形成部は、梁部から、隣接するバッテリスタック間を通って直線状に延伸し、その先で固定用フレームに締結されるヒレ状部である。ヒレ状部とバッテリスタックとの間に中空構造が設けられることにより、複数のバッテリスタックの各々の両側には、積層されたバッテリセル間の隙間に供給する冷却風が流通する吸気通路と、積層されたバッテリセル間の隙間から排出された冷却風が流通する排気通路とが形成される。

このように構成されたバッテリスタックの冷却構造によれば、ケースフレームに通路形成部を設けることによって、ケースフレームに、冷却風を流通させるためのダクト機能を持たせることができる。これにより、ケースフレームを利用して、バッテリスタックの冷却構造を簡易な構成により実現することができる。

この発明の別の局面に従ったバッテリスタックの冷却構造は、車両に搭載されるバッテリスタックの冷却構造である。バッテリスタックの冷却構造は、側部を有するバッテリスタックと、互いに組み合わされるアッパケースおよびロアケースを有し、バッテリスタックを収容するバッテリケースとを備える。アッパケースとロアケースとは、側部に対向する位置で互いに締結される。側部、アッパケースおよびロアケースに囲まれた位置には、冷却風を流通させるための通路を形成する中空構造が設けられる。

このように構成されたバッテリスタックの冷却構造によれば、アッパケースとロアケースとを側部に対向する位置で締結し、側部との間に中空構造を設けることによって、バッテリケースに、冷却風を流通させるためのダクト機能を持たせることができる。これにより、バッテリケースを利用して、バッテリスタックの冷却構造を簡易な構成により実現することができる。

以上に説明したように、この発明に従えば、簡易な構成により実現されるバッテリスタックの冷却構造を提供することができる。

この発明の実施の形態１におけるバッテリスタックの冷却構造が適用されるバッテリパックを模式的に表わす斜視図である。 図１中の矢印ＩＩに示す方向から見たバッテリパックを示す側面図である。 図１中のＩＩＩ−ＩＩＩ線上に沿ったバッテリパックを示す断面図である。 この発明の実施の形態２におけるバッテリスタックの冷却構造を示す斜視図である。 図４中のＶ−Ｖ線上に沿ったバッテリスタックを示す断面図である。

この発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。なお、以下で参照する図面では、同一またはそれに相当する部材には、同じ番号が付されている。

（実施の形態１）
図１は、この発明の実施の形態１におけるバッテリスタックの冷却構造が適用されるバッテリパックを模式的に表わす斜視図である。図２は、図１中の矢印ＩＩに示す方向から見たバッテリパックを示す側面図である。

図１および図２を参照して、バッテリパック１０は、ガソリンエンジンやディーゼルエンジン等の内燃機関と、充放電可能なバッテリ（２次電池）から電力供給されるモータとを動力源とするハイブリッド自動車に搭載されている。

まず、バッテリパック１０の全体構成について説明すると、バッテリパック１０は、複数のバッテリスタック２１Ａ，２１Ｂ，２１Ｃ（以下、特に区別しない場合は、バッテリスタック２１という）を有する。各バッテリスタック２１は、矢印１０１に示す一方向（以下、バッテリセル２２の積層方向という）に積層された複数のバッテリセル２２から構成されている。

バッテリセル２２は、略直方体形状の薄板形状を有する。複数のバッテリセル２２は、その外観をなす側面のうちで最も大きい面積を有する側面が隣り合うバッテリセル２２間で互いに向かい合わせとなるように、積層されている。複数のバッテリセル２２は、その積層方向に延び、両端で固定支持された拘束部材（金属製のベルトやバーなど）により、一体に拘束されている。複数のバッテリセル２２は、互いに電気的に直列に接続されている。

なお、バッテリセル２２は、充放電可能な２次電池であれば特に限定されず、たとえば、ニッケル水素電池であってもよいし、リチウムイオン電池であってもよい。

バッテリスタック２１Ａ、バッテリスタック２１Ｂおよびバッテリスタック２１Ｃは、バッテリセル２２の積層方向に直交する方向に、挙げた順に並ぶように配置されている。バッテリスタック２１は、略直方体の外観を有する。

図３は、図１中のＩＩＩ−ＩＩＩ線上に沿ったバッテリパックを示す断面図である。
図１から図３を参照して、バッテリセル２２は、互いに隣り合うバッテリセル２２間に隙間２４を形成するように、樹脂製のバッテリホルダ２３によって覆われている。

バッテリパック１０は、ケースフレーム３１をさらに有する。ケースフレーム３１は、バッテリスタック２１の周囲を取り囲む枠体（フレーム）構造を有する。その枠体構造は、略直方体の外形を有するように形成されている。

ケースフレーム３１の形状についてより具体的に説明すると、ケースフレーム３１は、互いに組み合わされることによって枠体を構成する上フレーム３２、下フレーム３３および側方フレーム３４を有する。上フレーム３２は、バッテリスタック２１の上方に配置され、下フレーム３３は、バッテリスタック２１の下方に配置されている。上フレーム３２と下フレーム３３とは、バッテリスタック２１を挟んで互いに上下方向に対向するように配置されている。側方フレーム３４は、上フレーム３２と下フレーム３３との間で、バッテリスタック２１の側面に沿って延びるように形成されている。上フレーム３２と下フレーム３３とは、側方フレーム３４によって互いに一体に連結されている。

バッテリスタック２１は、その充放電に伴って発熱するため、バッテリスタック２１に対して冷却風を吸排気する構造をバッテリパック１０に設ける必要がある。続いて、バッテリスタック２１の冷却構造について説明する。

バッテリスタック２１は、側部２７および側部２８を有する。側部２７および側部２８は、複数のバッテリスタック２１の並び方向におけるバッテリスタック２１の両端にそれぞれ配置されている。側部２７および側部２８は、隣接するバッテリスタック２１間（すなわち、バッテリスタック２１Ａとバッテリスタック２１Ｂとの間、およびバッテリスタック２１Ｂとバッテリスタック２１Ｃとの間）で側部２７と側部２８とが向い合うように設けられている。

下フレーム３３は、その構成部位として、梁部３６を有する。梁部３６は、隣接するバッテリスタック２１間の直下に配置されている。梁部３６は、バッテリセル２２の積層方向に延びている。バッテリスタック２１は、梁部３６上に載置されている。

ケースフレーム３１は、ヒレ状部３７およびフランジ部３８をさらに有する。ヒレ状部３７およびフランジ部３８は、梁部３６と一体に形成されている。ヒレ状部３７は、梁部３６から、隣接するバッテリスタック２１間を通り、直線状に延伸する断面形状を有する。ヒレ状部３７は、ヒレ状部３７と側部２７および側部２８との間にそれぞれ中空構造を設けるように形成されている。フランジ部３８は、その直線状に延伸するヒレ状部３７の先端に形成されている。ヒレ状部３７およびフランジ部３８は、一体となって、略Ｔ字状の断面形状を有し、バッテリセル２２の積層方向に連続して延びている。

本実施の形態においては、ケースフレーム３１の一部をなすヒレ状部３７によって、吸気通路４６および排気通路４７が形成されている。

バッテリスタック２１Ｂについて見ると、吸気通路４６は、ヒレ状部３７と側部２７との間の中空構造により形成されている。排気通路４７は、ヒレ状部３７と側部２８との間の中空構造により形成されている。吸気通路４６および排気通路４７は、バッテリセル２２の積層方向に延びて形成されている。吸気通路４６および排気通路４７は、バッテリセル２２間に形成された隙間２４を介して互いに連通している。

ここではバッテリスタック２１Ｂについてのみ説明したが、バッテリスタック２１Ａおよびバッテリスタック２１Ｃの各バッテリスタック２１の両側にも、それぞれ吸気通路４６および排気通路４７が形成されている。隣り合うバッテリセル２１間において吸気，排気通路４６，４７は、ヒレ状部３７によって区画されている。

図示しない送風ファンを駆動させることによって、車両室内の空気を冷却風としてバッテリパック１０に取り込み、バッテリセル２２を冷却する。この際、冷却風は、バッテリパック１０内において、まず吸気通路４６に導入され、バッテリセル２２の積層方向に沿って吸気通路４６内を流通する。吸気通路４６を流れる冷却風は、順次、隙間２４に流入し、隙間２４を流れる間、その両側に配置されるバッテリセル２２を冷却する。バッテリセル２２との熱交換により温度上昇した冷却風は、隙間２４から排気通路４７に流出し、排気通路４７を通じてバッテリパック１０の外部に排出される。

このように、本実施の形態におけるバッテリスタック２１の冷却構造においては、バッテリスタック２１間にヒレ状部３７を配置することによって、ケースフレーム３１に、冷却風を流通させるためのチャンバ機能を持たせている。

さらに、本実施の形態においては、ケースフレーム３１の一部を利用してバッテリスタック２１を固定している。続いて、このバッテリスタック２１の固定構造について説明する。

図２を参照して、バッテリパック１０は、支持ブラケット５６をさらに有する。支持ブラケット５６は、バッテリセル２２の積層方向におけるバッテリスタック２１の両端にそれぞれ設けられている。バッテリスタック２１は、支持ブラケット５６によってケースフレーム３１に対して固定されている。

図１から図３を参照して、ケースフレーム３１は、固定用フレーム４１をさらに有する。固定用フレーム４１は、バッテリスタック２１と上フレーム３２との間に配置されている。固定用フレーム４１は、隣接するバッテリスタック２１間の直上に配置されている。固定用フレーム４１と梁部３６とは、互いに対向し、平行に延びている。固定用フレーム４１は、バッテリセル２２の積層方向における上フレーム３２および下フレーム３３と同程度の長さを有する棒状部材である。

バッテリスタック２１は、頂部２６を有する。頂部２６は、ケースフレーム３１の内側で、上フレーム３２に対向する位置に配置されている。

本実施の形態では、支持ブラケット５６による固定に加えて、固定用フレーム４１がバッテリスタック２１の頂部２６を下フレーム３３に向けて押し付ける力を利用することにより、バッテリスタック２１がケースフレーム３１に対して固定されている。

より具体的に説明すると、固定用フレーム４１は、バッテリスタック２１の頂部２６上に設けられている。フランジ部３８には、固定用フレーム４１に向けて延びるスタッドボルト５１が溶接固定されている。固定用フレーム４１は、スタッドボルト５１と、スタッドボルト５１に螺合されるナット５２とを用いて、下フレーム３３に対して締結されている。この際、固定用フレーム４１を梁部３６に向けて引っ張る力が生じ、このスタッドボルト５１およびナット５２による締結力によって、固定用フレーム４１は、バッテリスタック２１の頂部２６を梁部３６に向けて押し付けている。

このように、本実施の形態においては、固定用フレーム４１をバッテリスタック２１の頂部２６に当接する位置に配置し、その固定用フレーム４１にスタッドボルト５１による締結力を作用させる。これにより、バッテリスタック２１は、固定用フレーム４１と梁部３６との間に支持されることとなる。結果、支持ブラケット５６による固定と相まって、バッテリスタック２１をケースフレーム３１に対して強固に固定することができる。

以上に説明した、この発明の実施の形態１におけるバッテリスタックの冷却構造の構成についてまとめて説明すると、バッテリスタックの冷却構造は、バッテリスタック２１と、互いに一体に連結される上枠体としての上フレーム３２および下枠体としての下フレーム３３を有し、バッテリスタック２１の周囲を取り囲むように設けられるケースフレーム３１とを備える。ケースフレーム３１は、バッテリスタック２１に隣り合う位置に中空構造を設け、冷却風を流通させるための通路としての吸気通路４６および排気通路４７を形成する通路形成部としてのヒレ状部３７を有する。

このように構成された、この発明の実施の形態１におけるバッテリスタックの冷却構造によれば、ケースフレーム３１に、冷却風を流通させるためのチャンバ機能と、バッテリスタック２１を固定するための固定機能とを持たせる。これにより、バッテリスタック２１の冷却および固定を、簡易な構成により実現することができる。

（実施の形態２）
図４は、この発明の実施の形態２におけるバッテリスタックの冷却構造を示す斜視図である。図５は、図４中のＶ−Ｖ線上に沿ったバッテリスタックを示す断面図である。本実施の形態におけるバッテリスタックの冷却構造は、実施の形態１におけるバッテリスタックの冷却構造と比較して、基本的には同様の構造を備える。以下、重複する構造についてはその説明を繰り返さない。

図４および図５を参照して、本実施の形態におけるバッテリパック６０は、実施の形態１におけるケースフレーム３１に替えて、バッテリケース６１を有する。バッテリケース６１は、複数のバッテリスタック２１（バッテリスタック２１Ａ，バッテリスタック２１Ｂ，バッテリスタック２１Ｃ）を収容する筐体形状を有する。

バッテリケース６１は、アッパケース６２およびロアケース６３が組み合わさって構成されている。アッパケース６２は、バッテリスタック２１の上方に配置され、ロアケース６３は、バッテリスタック２１の下方に配置されている。

アッパケース６２は、その構成部位として、頂部６６および凹部６７を有する。ロアケース６３は、その構成部位として、底部６８および凹部６９を有する。

頂部６６は、バッテリスタック２１の直上に配置されている。凹部６７は、頂部６６から、隣接するバッテリスタック２１間の空間に凹むように形成されている。凹部６７は、同一断面形状を有しながら、バッテリセル２２の積層方向（図４中の矢印１０１に示す方向）に延びている。底部６８は、バッテリスタック２１の直下に配置されている。言い換えれば、バッテリスタック２１は、底部６８に載置されている。凹部６９は、底部６８から、隣接するバッテリスタック２１間の空間に凹むように形成されている。凹部６９は、同一断面形状を有しながら、バッテリセル２２の積層方向（図４中の矢印１０１に示す方向）に延びている。

凹部６７と凹部６９とは、隣接するバッテリスタック２１間の空間で互いに突き合されている。バッテリパック６０は、ウェルドボルト７１およびナット７２をさらに有する。本実施の形態では、ウェルドボルト７１が、凹部６９に溶接固定されている。凹部６７と凹部６９とは、隣接するバッテリスタック２１間の空間、すなわちバッテリスタック２１の側部２７に対向する位置において、ウェルドボルト７１と、ウェルドボルト７１に螺合されるナット７２とによって互いに締結されている。

本実施の形態においては、凹部６７および凹部６９を隣接するバッテリスタック２１間の空間で突き合わせる構造により、吸気通路４６および排気通路４７が形成されている。

バッテリスタック２１Ｂについて見ると、吸気通路４６は、側部２７、アッパケース６２の凹部６７およびロアケース６３の凹部６９に囲まれた位置の中空構造により形成されている。排気通路４７は、側部２８、アッパケース６２の凹部６７およびロアケース６３の凹部６９に囲まれた位置の中空構造により形成されている。

ここではバッテリスタック２１Ｂについてのみ説明したが、バッテリスタック２１Ａおよびバッテリスタック２１Ｃの各バッテリスタック２１の両側にも、それぞれ吸気通路４６および排気通路４７が形成されている。隣り合うバッテリセル２１間において吸気，排気通路４６，４７は、凹部６７および凹部６９が突き合された位置を境に区画されている。

さらに本実施の形態においては、ウェルドボルト７１およびナット７２による締結力がバッテリスタック２１に作用することによって、バッテリスタック２１は、アッパケース６２およびロアケース６３によって挟持された状態で支持されている。

以上に説明した、この発明の実施の形態２におけるバッテリスタックの冷却構造の構成についてまとめて説明すると、バッテリスタックの固定構造は、側部２７，２８を有するバッテリスタック２１と、互いに組み合わされるアッパケース６２およびロアケース６３を有し、バッテリスタック２１を収容するバッテリケース６１とを備える。アッパケース６２とロアケース６３とは、側部２７，２８に対向する位置で互いに締結されている。側部２７，２８、アッパケース６２およびロアケース６３に囲まれた位置に、冷却風を流通させるための通路としての吸気通路４６および排気通路４７を形成する中空構造が設けられる。

このように構成された、この発明の実施の形態２におけるバッテリスタックの冷却構造によれば、実施の形態１に記載の効果を同様に得ることができる。

今回開示された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と考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

この発明は、主に、バッテリから電力供給されるモータを動力源として備える車両に利用される。

１０ バッテリパック、２１，２１Ａ，２１Ｂ，２１Ｃ バッテリスタック、２２ バッテリセル、２３ バッテリホルダ、２４ 隙間、２６ 頂部、２７，２８ 側部、３１ ケースフレーム、３２ 上フレーム、３３ 下フレーム、３４ 側方フレーム、３６ 梁部、３７ ヒレ状部、３８ フランジ部、４１ 固定用フレーム、４６ 吸気通路、４７ 排気通路、５１ スタッドボルト、５２ ナット、５６ 支持ブラケット、６０ バッテリパック、６１ バッテリケース、６２ アッパケース、６３ ロアケース、６６ 頂部、６７，６９ 凹部、６８ 底部、７１ ウェルドボルト、７２ ナット。

Claims (2)

1. 車両に搭載されるバッテリスタックの冷却構造であって、
   一方向に積層された複数のバッテリセルから構成されるバッテリスタックと、
   互いに一体に連結される上枠体および下枠体と、前記上枠体と前記バッテリスタックとの間に設けられ、前記バッテリスタックを前記下枠体に向けて押し付ける固定用フレームとを有し、前記バッテリスタックの周囲を取り囲むように設けられるケースフレームとを備え、
   複数の前記バッテリスタックが、前記バッテリセルの積層方向に直交する方向に並び、
   前記下枠体は、隣接する前記バッテリスタック間の直下に配置され、前記バッテリセルの積層方向に延び、前記バッテリスタックが載置される梁部を含み、
   前記ケースフレームは、前記バッテリスタックに隣り合う位置に中空構造を設け、冷却風を流通させるための通路を形成する通路形成部を有し、
   前記通路形成部は、前記梁部から、隣接する前記バッテリスタック間を通って直線状に延伸し、その先で前記固定用フレームに締結されるヒレ状部であり、
   前記ヒレ状部と前記バッテリスタックとの間に前記中空構造が設けられることにより、複数の前記バッテリスタックの各々の両側には、積層された前記バッテリセル間の隙間に供給する冷却風が流通する吸気通路と、積層された前記バッテリセル間の隙間から排出された冷却風が流通する排気通路とが形成される、バッテリスタックの冷却構造。
2. 車両に搭載されるバッテリスタックの冷却構造であって、
   側部を有するバッテリスタックと、
   互いに組み合わされるアッパケースおよびロアケースを有し、前記バッテリスタックを収容するバッテリケースとを備え、
   前記アッパケースと前記ロアケースとは、前記側部に対向する位置で互いに締結され、
   前記側部、前記アッパケースおよび前記ロアケースに囲まれた位置に、冷却風を流通させるための通路を形成する中空構造が設けられる、バッテリスタックの冷却構造。

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