特開 2024-68907 車両用電池パック

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024068907

(43)【公開日】2024-05-21

(54)【発明の名称】車両用電池パック

(51)【国際特許分類】

   H01M 10/6568 20140101AFI20240514BHJP

   H01M 10/613 20140101ALI20240514BHJP

   H01M 10/625 20140101ALI20240514BHJP

   H01M 10/6556 20140101ALI20240514BHJP

   H01M 10/6551 20140101ALI20240514BHJP

   H01M 10/663 20140101ALI20240514BHJP

   H01M 10/647 20140101ALI20240514BHJP

【ＦＩ】

H01M10/6568

H01M10/613

H01M10/625

H01M10/6556

H01M10/6551

H01M10/663

H01M10/647

【審査請求】未請求

【請求項の数】5

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022179581

(22)【出願日】2022-11-09

(71)【出願人】

【識別番号】000005348

【氏名又は名称】株式会社ＳＵＢＡＲＵ

(74)【代理人】

【識別番号】110003410

【氏名又は名称】弁理士法人テクノピア国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】成毛 俊昭

【テーマコード（参考）】

5H031

【Ｆターム（参考）】

5H031AA09

5H031KK01

5H031KK08

(57)【要約】

【課題】電池パックを効率よく冷却することができる構成を提案する。
【解決手段】本発明に係る車両用電池パックは、複数の電池セルを有する電池モジュールと、前記電池モジュールが内部空間に配置され、前記内部空間と外部空間を連通する呼吸弁が設けられたケースと、流体を用いて前記電池モジュールを冷却する冷却器と、熱交換によって前記流体から熱を奪うチラーと、を備え、前記チラーは、前記電池モジュールに対して前記呼吸弁が配置された側に設けられたものとした。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

複数の電池セルを有する電池モジュールと、
前記電池モジュールが内部空間に配置され、前記内部空間と外部空間を連通する呼吸弁が設けられたケースと、
流体を用いて前記電池モジュールを冷却する冷却器と、
熱交換によって前記流体から熱を奪うチラーと、を備え、
前記チラーは、前記電池モジュールに対して前記呼吸弁が配置された側に設けられた
車両用電池パック。

【請求項2】

前記内部空間を前記電池モジュールが配置された第１空間と前記呼吸弁が設けられた第２空間とに仕切る仕切り板が設けられ、
前記仕切り板は、前記第１空間と前記第２空間の間の空気の移動が不可とされ前記ケースの床面に接して配置される非連通部を有し、
前記非連通部の上方空間は前記第１空間と前記第２空間の間の空気の移動が可能とされた連通部として形成され、
前記チラーは前記仕切り板よりも前記呼吸弁側に位置する
請求項１に記載の車両用電池パック。

【請求項3】

前記チラーは、前記内部空間の天井を形成する前記ケースの天板部の上面に下面が隣接されて配置され、
前記天板部の下面に下方に突出するフィンが設けられた
請求項１に記載の車両用電池パック。

【請求項4】

前記ケースの内部における前記チラーの下方に吸水材が設置された
請求項１から請求項３の何れかに記載の車両用電池パック。

【請求項5】

前記吸水材は、前記ケースに対して下方から着脱可能な蓋部の上に配置された
請求項４に記載の車両用電池パック。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、車両に搭載される電池パックの技術分野に関する。

【背景技術】

【0002】

例えば、ハイブリッド車や電気自動車等、電動発動機の動力により車輪の駆動が可能に構成された電動車においては、電動発動機への給電を行うための電池（二次電池）が搭載されている。
一般的に電池の放電特性は温度によって変化するものであり、電池の温度が高温である場合には、該電池を冷却する必要がある。

【0003】

電池の冷却方式としては冷却水などの冷却流体を循環させる水冷方式がある。水冷方式においては、例えば下記特許文献１に記載されているように、冷却流体を冷やすためのチラーを備えているものがある。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２０２２－０８０５４６号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

チラーは、再度電池の冷却に冷却流体を繰り返し用いることができるように熱交換によって冷却流体を冷やすものであるが、この熱交換にエアコン用冷媒ガスを用いるものが知られている。

【0006】

エアコン用冷媒ガスは、車室の空気を冷やすために用いられるものであり、一般的にはエンジン房内に配置されるエアコンユニット内を循環している。従って、エアコン用冷媒ガスを利用するチラーもエンジン房内に配置されることが多い。
一方、上述した電池が格納された電池パックはフロア下などエンジン房内とは異なる位置に設けられることが一般的である。

【0007】

従って、チラーと電池パック間にはある程度の距離があるため、チラーと電池パックを接続する流路が長くなり、チラーで冷やされた冷却流体が電池パックに到達するまでに温度が上昇し、冷却効率の低下を招来する虞がある。

【0008】

本発明は上記事情に鑑みて為されたものであり、電池パックを効率よく冷却することができる構成を提案することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0009】

本発明に係る車両用電池パックは、複数の電池セルを有する電池モジュールと、前記電池モジュールが内部空間に配置され、前記内部空間と外部空間を連通する呼吸弁が設けられたケースと、流体を用いて前記電池モジュールを冷却する冷却器と、熱交換によって前記流体から熱を奪うチラーと、を備え、前記チラーは、前記電池モジュールに対して前記呼吸弁が配置された側に設けられたものである。
これにより、チラーがケースの近傍やケース内部に配置される。

【発明の効果】

【0010】

本発明によれば、電池パックを効率よく冷却することができる構成を提案することができる。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】車両に搭載される車両用電池パックについての第１の実施の形態における構成を示す図である。

【図2】仕切り板の構成例を示す概略斜視図である。

【図3】車両用電池パックについての第２の実施の形態における構成を示す図である。

【図4】車両用電池パックについての変形例における構成を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0012】

＜１．第１の実施の形態＞
第１の実施の形態における車両用電池パック１の構成について添付図を参照して説明する。

【0013】

車両用電池パック１は、ハイブリッド車や電気自動車等、電動発動機の動力により車輪の駆動が可能に構成された電動車において電動発動機への給電を行うための電池を含んで構成されている。

【0014】

具体的に、車両用電池パック１は、ケース２と、複数の電池セル３を有して構成される１または複数の電池モジュール４と、を備えており、電池モジュール４はケース２の内部空間５に配置されている（図１参照）。

【0015】

電池モジュール４は、複数の電池セル３が並列または直列に接続された組電池とされている。

【0016】

ケース２は、上方に開口された下ケース６と該開口を上方から閉塞する上ケース７から成る。

【0017】

下ケース６と上ケース７は、ケース２が水密構造を備えるように好適な方法で結合されており、接合部における外部から内部空間５への水滴や塵埃等の侵入が防止されている。

【0018】

ケース２の車両前方側には内部空間５の圧力変化により外部空間から内部空間５へ空気を取り入れたり内部空間５から外部空間へ空気を放出したりするための呼吸弁２ａが形成されている。

【0019】

車両用電池パック１は更に、冷却器８と、チラー９と、吸水材１０と、仕切り板１１とを備えている。

【0020】

冷却器８は、扁平な角形とされ、電池モジュール４の下面に当接して配置されている。冷却器８は、内部を水などの冷却用の流体（以降「冷却流体」と記載）が循環することにより電池モジュール４を下方から冷却する。

【0021】

チラー９は電池モジュール４よりも車両前方側且つ呼吸弁２ａより車両後方側に配置され、車両前方のエンジン房内から供給されるエアコン用冷媒（以降「ＡＣ冷媒」と記載）と上述した冷却流体が循環される。

【0022】

具体的に、ＡＣ冷媒がチラー９に流入する流入ダクト１２とＡＣ冷媒がチラー９から流出する流出ダクト１３がチラー９に接続されている。

【0023】

また、冷却器８とチラー９は、チラー９から冷却器８に冷却流体を送出するための送出ダクト１４と冷却器８からチラー９に冷却流体を還流させるための還流ダクト１５がそれぞれ接続されている。

【0024】

チラー９においては、冷却器８から高温となって還流ダクト１５を介して還流した冷却流体と流入ダクト１２から供給された低温のＡＣ冷媒との間で熱交換が行われることにより、冷却流体が冷やされる。これにより、低温となった冷却流体が送出ダクト１４を介して再び冷却器８に供給される。

【0025】

チラー９の下方には吸水材１０が設けられている。吸水材１０は、例えば、高吸水性ポリマー（ＳＡＰ：Super Absorbent Polymer）とされている。但し、吸水材１０は水分を吸収できる機能を有していればよく、これに限定されない。

【0026】

チラー９は、低温のＡＣ冷媒によってそれ自体が冷やされる。呼吸弁２ａを介してケース２の内部空間５に流入する外部空間の空気は、チラー９付近を通過した際に冷やされて電池モジュール４の近傍へと到達する。

【0027】

外部空間の空気は湿気を帯びていることがあり、そのような空気が呼吸弁２ａを介して内部空間５に流入するとチラー９付近で結露が発生する。
吸水材１０はこのような結露によって生じる水滴を電池モジュール４付近へと移動させないように設けられるものであり、チラー９の表面に付着した後に重力で下方に滴下した水滴を好適に吸収できるようにチラー９の下方に設けられている。

【0028】

ケース２の下ケース６における床面１６にはチラー９が配置された部分に孔部２ｂが形成されており、下ケース６の下方には孔部２ｂを下方から閉塞する蓋部１７が取り付けられている。蓋部１７はケース２に対して着脱可能に取り付けられている。

【0029】

吸水材１０は蓋部１７の上部に配置されており、蓋部１７をケース２から取り外すことで限界まで水を含んだ状態の吸水材１０の交換が可能とされている。

【0030】

仕切り板１１は、車両用電池パック１の内部空間５を二つの空間に仕切るように設けられている。仕切り板１１によって仕切られた車両後方側の空間であって電池モジュール４が配置される空間を第１空間１８とし、第１空間１８よりも車両前方側の空間であってチラー９が配置される空間を第２空間１９とする。

【0031】

仕切り板１１の構成について図２に示す。
仕切り板１１は、下部が空気を透さない非連通部２０として形成され、非連通部２０の上部が空気の移動が可能とされた連通部２１として形成されている。

【0032】

仕切り板１１の非連通部２０は、吸水材１０によって吸水しきれなかった水分が第２空間１９から第１空間１８へ移動しないように設けられているものである。

【0033】

また、仕切り板１１の連通部２１は、第１空間１８の圧力変化に応じて第２空間１９からの空気の流入や第２空間１９への空気の流出が可能となるように設けられているものである。

【0034】

連通部２１は空気が通過可能に構成されていればどのような形状であってもよい。図２においては連通部２１が格子状に形成されているが、空気を通過させる円形の空気通過孔が形成されているような構成であってもよい。

【0035】

なお、非連通部２０には、送出ダクト１４や還流ダクト１５を通すためのダクト孔２０ａが形成されている。但し、非連通部２０にダクト孔２０ａを形成せずに連通部２１の一部の領域を通るように送出ダクト１４や還流ダクト１５が配置されてもよい。この場合には、非連通部２０にダクト孔２０ａを形成するための工程が不要となり、部品の簡素化やコスト削減を図ることができる。

【0036】

また、仕切り板１１が非連通部２０のみを有して構成されていてもよい。このとき、仕切り板１１の高さは内部空間５における仕切り板１１が配置される部分の高さよりも低くされることにより、仕切り板１１の上方空間が空気の移動が可能とされた連通部２１とされる。これにより、第１空間１８と第２空間１９との間で空気の移動が可能とされる。

【0037】

なお、図１に示す仕切り板１１は、蓋部１７よりも高い位置に配置されている。これにより、蓋部１７に配置された吸水材１０よりも高い位置に配置されるため、吸水材１０に吸収された水分が第１空間１８側により移動し難くされている。
また、蓋部１７は例えばお椀状に形成され床面１６よりも下方に位置することにより、吸水材１０に吸収された水分が蓋部１７の外部に漏れにくくされている。これにより、第１空間１８への水滴の移動が更にし難くされている。

【0038】

車両用電池パック１は上述した以外にも図示しない電池ＥＣＵ（Electronic Control Unit）や温度センサやポンプなどの各部を備えている。

【0039】

＜２．第２の実施の形態＞
第２の実施の形態における車両用電池パック１Ａの構成について図３を参照して説明する。第２の実施の形態における車両用電池パック１Ａはチラー９が外部空間に配置されている点が第１の実施の形態における車両用電池パック１と異なる。

【0040】

なお、第１の実施の形態と同様の構成については説明を適宜省略する。

【0041】

車両用電池パック１Ａは、下ケース６と上ケース７から成るケース２と、複数の電池セル３を有する１または複数の電池モジュール４と、電池モジュール４を冷却する冷却器８と、冷却器８内を循環する冷却媒体を冷やすチラー９と、チラー９の下方に配置される吸水材１０と、第１空間１８と第２空間１９を仕切る仕切り板１１と、下ケース６の床面１６に形成された孔部２ｂを下方から閉塞し吸水材１０が配置される蓋部１７とを有している。

【0042】

チラー９は、第２空間１９における上ケース７の天板部２２の上部に下面９ａを接した状態で配置されている。
具体的には、第２空間１９の上方に位置する天板部２２はチラー９を配置するための配置凹部２ｃとして設けられている。配置凹部２ｃにチラー９が配置されることにより、チラー９の配置状態の安定化を図ることができる。

【0043】

天板部２２の下面側には複数のフィン２３が下方に突出されて設けられている。

【0044】

フィン２３は、金属の板状に形成されており、天板部２２を介してチラー９によって冷却される。

【0045】

フィン２３は、例えば、車両前方側から見て互い違いに配置されており、呼吸弁２ａを介して外部空間から流入した空気が複数のフィン２３の近傍を通過するようにされている。これにより流入した空気が蛇行するように複数のフィン２３の間を通過し効率よく冷やされると共に除湿される。

【0046】

なお、除湿によって析出した水分はフィン２３の表面に付着した後、重力によって下方に滴下する。吸水材１０はフィン２３の下方に設けられており、フィン２３から滴下した水分を効率よく吸収することができる。

【0047】

ケース２の上ケース７には、チラー９と冷却器８を接続する送出ダクト１４と還流ダクト１５が通されるダクト孔２ｄがそれぞれ形成されている。

【0048】

このように、チラー９がケース２の外部に設けられることで、チラー９の交換等がしやすくされている。

【0049】

＜３．変形例＞
上述した例では冷却器８をケース２の内部空間５に配置する例を示したが、図４に示すように冷却器８を外部空間に配置してもよい。

【0050】

冷却器８がケース２の外部空間に配置されることで、冷却器８が破損し内部を循環する冷却流体が冷却器８の外部に流出したとしても、該冷却流体がケース２の内部に侵入し難くされ、電池モジュール４に冷却流体が付着してしまうことを防止することができる。これにより、電池モジュール４における漏電等の発生を抑制することができる。

【0051】

なお、図３に示す第２の実施の形態としての車両用電池パック１Ａに対して図４に示す冷却器８の配置態様を適用することにより、冷却器８とチラー９の双方をケース２の外部空間に配置してもよい。
冷却器８とチラー９の双方がケース２の外部に配置されることにより、冷却流体の流出による漏電の発生等をより効果的に防止することができる。

【0052】

なお、図４においては、第１空間１８を形成する下ケース６の床面の下面が上方に凸とされた凹部として形成されている。該凹部は冷却器８が配置される凹部とされる。これにより、冷却器８の配置状態の安定化を図ることができる。

【0053】

また、上述した各例においてはチラー９の下方に吸水材１０を設ける例を示したが、吸水材１０を設ける代わりにチラー９の下方に滴下した水分をケース２外、例えば、車両外部に排出するための機構を車両用電池パック１（１Ａ）が有していてもよい。

【0054】

上述した各例においては、ケース２に呼吸弁２ａを形成する例を示した。ここで、呼吸弁２ａとしては、開閉する弁機構を想定しているが、これに限らずケース２に形成された単なる孔であってもよい。また、当該孔に空気を通過させ水滴を通過させないフィルタ等がはめ込まれていてもよい。

【0055】

＜４．まとめ＞
上述した各例で説明したように、車両用電池パック１（１Ａ）は、複数の電池セル３を有する電池モジュール４と、電池モジュール４が内部空間５に配置され、内部空間５と外部空間を連通する呼吸弁２ａが設けられたケース２と、流体（冷却流体）を用いて電池モジュール４を冷却する冷却器８と、熱交換によって流体から熱を奪うチラー９と、を備えたものである。また、チラー９は、電池モジュール４に対して呼吸弁２ａが配置された側に設けられている。
これにより、チラー９がケース２の近傍やケース２の内部に配置される。
従って、チラー９から冷却器８までの冷却用流体の経路が短くされ、該経路の流動中における流体の温度上昇を抑えることができ、冷却効率を向上させることができる。
また、呼吸弁２ａを介してケース２の内部空間５に流入する空気がチラー９の近傍を通過してから電池モジュール４の付近へ到達するように構成することができる。
従って、流入した空気は冷たいチラー９によって冷やされ除湿された後に電池モジュール４付近に到達するため、冷却器８と流入した空気の双方を用いて電池モジュール４を冷すことができると共に電池モジュール４において結露が発生して水滴が付着してしまうことを防止することができる。即ち、電池モジュール４における漏電等の不具合を防止することができる。
なお、チラー９が電池モジュール４よりも車両前方側に配置されることにより、車両前方のエンジン房内に配置されるエアコンユニットとの距離が可能な限り近くされる。これにより、ＡＣ冷媒をチラー９に送るための配管の長さを短くすることができる。

【0056】

また、車両用電池パック１（１Ａ）においては、内部空間５を電池モジュール４が配置された第１空間１８と呼吸弁２ａが設けられた第２空間１９とに仕切る仕切り板１１が設けられ、仕切り板１１は、第１空間１８と第２空間１９の間の空気の移動が不可とされケース２の床面１６に接して配置される非連通部２０を有し、非連通部２０の上方空間は第１空間１８と第２空間１９の間の空気の移動が可能とされた連通部２１として形成され、チラー９は仕切り板１１よりも呼吸弁２ａ側に位置していてもよい。
仕切り板１１が設けられることにより、チラー９の近傍に位置する第２空間１９において結露により発生した水滴が第１空間１８に流入してしまうことが防止され、電池モジュール４における漏電等を防止することができる。

【0057】

更に、車両用電池パック１Ａにおいては、内部空間５の天井を形成するケース２の天板部２２の上面にチラー９の下面が隣接（当接）されて配置され、天板部２２の下面に下方に突出するフィン２３が設けられていてもよい。
即ち、チラー９は、ケース２の外部空間においてケース２の上面に隣接して配置される。これにより、ケース２の第２空間１９における天板部２２がチラー９によって冷やされる。そして、天板部２２から下方に突出して設けられたフィン２３も同時に冷やされる。
天板部２２の表面積よりもフィン２３の表面積の方が大きくされるため、呼吸弁２ａを介して内部空間５（第２空間１９）に流入してきた空気を効率的に冷やすことが可能となり、流入した空気の除湿効率を高めることができる。

【0058】

また、車両用電池パック１（１Ａ）においては、ケース２の内部におけるチラー９の下方に吸水材１０が設置されてもよい。
これにより、第２空間１９において結露により発生した水滴が吸水材１０に吸収され、第１空間１８への水滴の侵入を防止することができる。

【0059】

更に、車両用電池パック１（１Ａ）において、吸水材１０は、ケース２に対して下方から着脱可能な蓋部１７の上に配置されてもよい。
ケース２から蓋部１７を外すことにより吸水材１０をケース２の外部へ取り出すことができる。従って、吸水材１０の交換がしやすくされ、吸水材１０が水分を吸収できる状態を維持することが容易とされる。

【0060】

なお、上述した各種の例は、適宜組み合わせることが可能である。

【符号の説明】

【0061】

１、１Ａ 車両用電池パック
２ ケース
２ａ 呼吸弁
３ 電池セル
４ 電池モジュール
５ 内部空間
８ 冷却器
９ チラー
９ａ 下面
１０ 吸水材
１１ 仕切り板
１６ 床面
１７ 蓋部
１８ 第１空間
１９ 第２空間
２０ 非連通部
２１ 連通部
２２ 天板部
２３ フィン

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】