JP4070543B2 - 車両用の電源装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、モーターに電力を供給して電動機器を駆動する電源装置に関し、とくに、ハイブリッドカーや電気自動車等の自動車のように、大電流で駆動されるモーターの電源用に使用される大電流用の電源装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
自動車走行用のモーターを駆動する電源に使用される大電流、大出力用の車両用の電源装置は、複数の電池を直列に連結した電池モジュールをさらに直列に接続して出力電圧を高くしている。駆動モーターの出力を大きくするためである。この種の用途に使用される電源装置は、極めて大きな電流が流れる。たとえば、ハイブリッド自動車等では、スタートするときや加速するときに、電池の出力で自動車を加速するので、100A以上と極めて大きな電流が流れる。さらに、短時間で急速に充電するときにも大きな電流が流れる。
【0003】
大電流を流して使用される電源装置は、電池の温度が上昇したときに、強制的に冷却する必要がある。とくに、多数の電池モジュールを、縦横に並べて電池ケースに入れている電源装置は、各々の電池モジュールを均等に冷却することが大切である。冷却される電池の温度にむらができると、温度が高くなる電池の性能が低下するからである。この傾向は、多数の電池モジュールを備える電源装置において極めて大きな弊害である。それは、なんらかの原因で特定の電池モジュールが劣化すると、この電池モジュールの劣化がさらに加速されるからである。劣化した電池モジュールは充電容量が小さくなる。充電容量が減少した電池モジュールは、過充電され、あるいは過放電される傾向が強くなり、この状態が劣化を加速する。車両用の電源装置は、多数の電池モジュールを備えると共に、大電流で放電されるので、全ての電池モジュールを均一に冷却するのは極めて難しい。にもかかわらず、この種の電源装置は、長い寿命特性が要求されることから、全ての電池モジュールを均一温度に冷却して、特定の電池モジュールの劣化を確実に阻止することが特に大切である。多数の電池モジュールを備える電源装置は、製造コストが高額で簡単には交換できない。また、いずれかの電池モジュールが劣化すると、これを交換するのにも相当な手間がかかる。電源装置のメンテナンスを簡単にしかも経済的にすることから、多数の電池モジュールは全てを均一に冷却することが特に大切である。
【0004】
電池ケースに複数の電池モジュールを収納して、各々の電池モジュールを均等に冷却する構造は、たとえば以下の公報に記載される。
(1) 特開平10−270095号
(2) 特開平11−180168号
(3) 特開2001−167806
(4) 特開2002−50412
これ等の公報に記載される電源装置は、多数の電池モジュールを収納している電池ケースを外装ケースに入れて、外装ケースと電池ケースとの間に空気ダクトを設けている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
(1)〜(3)の公報に記載される電源装置は、電池ケースに収納している特定の電池モジュールが効率よく冷却されて、全体の電池モジュールを均一に連結するのが極めて難しい。それは、電池ケースに連結している供給ダクトと排気ダクトとが、電池ケースの全体に均一に冷却空気を供給して排気するのが難しいからである。(4)の公報に記載される電源装置は、多段に積層して配設している電池モジュールを均一に冷却するのが難しい。冷却空気を、1段目に積層している電池モジュールを通過した空気を、2段目に積層している電池モジュールの表面に通過させるからである。このため、電池モジュールを多段に積層して、いいかえると平面積の小さい電池ケースに、多数の電池モジュールを多段に積層する状態で収納すると、全ての電池モジュールを均一に冷却するのが難しくなる。
【0006】
本発明は、このような欠点を解消することを目的に開発されたものである。本発明の重要な目的は、電池ケースに多数の電池モジュールを複数段に収納して、しかも電池ケースに収納している全ての電池モジュールを均一に冷却できる車両用の電源装置を提供することにある。
【0007】
【課題を解決するための手段】
本発明の車両用の電源装置は、前述の目的を達成するために以下の構成を備える。電源装置は、複数の電池モジュール1を収納すると共に、一端面に冷却空気の供給口2を設けて、他の端面には冷却空気の排気口3を設けている電池ケース4と、この電池ケース4の供給口2に連結されて電池ケース4に冷却空気を供給するケース外供給ダクト5と、電池ケース4の排気口3に連結されて電池ケース4内の空気を排気するケース外排気ダクト6と、ケース外供給ダクト5に強制的に冷却空気を供給し、あるいはケース外排気ダクト6から強制的に空気を排気する強制送風器7とを備える。電池ケース4は、複数の電池モジュール1を平行な姿勢で複数段に積層して、各段に配設している電池モジュール1の間に、電池モジュール1の積層方向に電池間供給ダクト8と電池間排気ダクト9とを交互に設けており、さらに上下に隣接する電池間供給ダクト8と電池間排気ダクト9に連結して、電池モジュール1の表面に冷却空気を流す冷却ダクト10を設けて、電池間供給ダクト8から冷却ダクト10を通過して電池間排気ダクト9に冷却空気を流して電池モジュール1を冷却するようにしている。電池ケース4に開口している供給口2は、電池間供給ダクト8と平行な方向に伸びるように開口されると共に、ケース外供給ダクト5を電池間供給ダクト8に連結している。電池ケース4の排気口3は、電池間排気ダクト9と平行な方向に伸びるように開口されると共に、ケース外排気ダクト6を電池間排気ダクト9に連結している。ケース外供給ダクト5は、供給口2を設けている電池ケース4の端面に沿って伸びる細長い形状であり、ケース外排気ダクト6は排気口3を設けている電池ケース4の端面に沿って伸びる細長い形状である。ケース外供給ダクト5とケース外排気ダクト6は、互いに反対側の端部を開口部とすると共に、空気の通過方向に向かってほぼ同じ形状に成形している。ケース外供給ダクト5に開口部から供給される冷却空気は、ケース外供給ダクト5から供給口2を通過して電池ケース4内の電池間供給ダクト8に流入し、電池間供給ダクト8の空気は冷却ダクト10を通過して各々の電池モジュール1を冷却し、冷却した空気は電池間排気ダクト9と排気口3とケース外排気ダクト6とを通過して外部に排気される。
【0008】
本発明の車両用の電源装置は、電池間供給ダクト8を供給側から排気側に向かって幅が次第に狭く形成し、電池間排気ダクト9を供給側から排気側に向かって幅を次第に広くすることができる。さらに、本発明の車両用の電源装置は、電池ケース4を四角形として、互いに対向する面に供給口2と排気口3を設けることができる。
【0009】
また、本発明の車両用の電源装置は、電池ケース4の一端面に電池間供給ダクト8の方向に伸びるスリット状の供給口2を開口して、電池ケース4の他端面にも電池間排気ダクト9の方向に伸びるスリット状の排気口3を開口することができる。また、本発明の電源装置は、ケース外供給ダクト5とケース外排気ダクト6を、空気の送風方向に向かって断面積をほぼ一定とすることができる。
【0010】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。ただし、以下に示す実施例は、本発明の技術思想を具体化するための電源装置を例示するものであって、本発明は電源装置を以下のものに特定しない。
【0011】
さらに、この明細書は、特許請求の範囲を理解しやすいように、実施例に示される部材に対応する番号を、「特許請求の範囲の欄」、および「課題を解決するための手段の欄」に示される部材に付記している。ただ、特許請求の範囲に示される部材を、実施例の部材に特定するものでは決してない。
【0012】
図1の平面図と図2の断面図に示す車両用の電源装置は、複数の電池モジュール1を収納すると共に、一端面に冷却空気の供給口2を設けて、他の端面には冷却空気の排気口3を設けている電池ケース4と、この電池ケース4の供給口2に連結されて、供給口2を通過させて電池ケース4に冷却空気を供給するケース外供給ダクト5と、電池ケース4の排気口3に連結されて、電池ケース4内の空気を排気口3に通過させて排気するケース外排気ダクト6と、このケース外供給ダクト5に強制的に冷却空気を供給する強制送風器7とを備える。図の電源装置は、ケース外供給ダクト5に強制送風器7を設けているが、強制送風器7は、図の鎖線で示すように、ケース外排気ダクト6に設けてケース外排気ダクト6から強制的に空気を排気することもできる。
【0013】
電池ケース4は、複数の電池モジュール1を平行な姿勢で複数段に積層して、各段に配設している電池モジュール1の間に、電池モジュール1の積層方向に電池間供給ダクト8と電池間排気ダクト9とを交互に設けている。図の電池ケース4は、複数の電池モジュール1を4段に積層して収納している。電池間排気ダクト9は、1段目と2段目の電池モジュール1の間と、3段目と4段目の電池モジュール1の間とに設けている。電池間排気ダクト9は、供給側から排気側に向かって間隔を次第に広くしている。電池間排気ダクト9は、上下に配設している電池モジュール1の間に配設される。したがって、上下の電池モジュール1の間隔を狭くして、電池間排気ダクト9の幅を狭くしている。電池間供給ダクト8は、2段目と3段目の電池モジュール1の間に設けている。さらに、電池間供給ダクト8は、1段目の電池モジュール1とケース内面との間、さらに4段目の電池モジュール1とケース内面との間にも設けている。電池間供給ダクト8は、供給側から排気側に向かって幅を次第に狭くしている。
【0014】
電池ケース4には、上下に隣接する電池間供給ダクト8と電池間排気ダクト9に連結して、電池モジュール1の表面に冷却空気を流す冷却ダクト10を設けている。電池ケース4は、電池モジュール1を収納するインナーケース11を内蔵して、このインナーケース11で冷却ダクト10を設けている。インナーケース11はプラスチックを成形したもので、複数の収納筒12を同一平面に平行に連結している。各々の収納筒12は内部に電池モジュール1を収納している。収納筒12の内形は電池モジュール1の外形よりも大きく、ここに電池モジュール1を収納して、電池モジュール1の表面と収納筒12の内面との間に冷却ダクト10を設けている。図の電池モジュール1は円柱状で、収納筒12を円筒状に成形している。電池モジュールは、細長い角柱状とすることができる。この電池モジュールを収納する収納筒は、角筒状に成形される。電池モジュール1は、Oリング等のリング状のスペーサー(図示せず)を介して収納筒12に配設される。スペーサーはゴム状弾性体をリング状に成形したものである。複数のリング状のスペーサーは所定の間隔でひとつの電池モジュール1に装着される。リング状のスペーサーは、電池モジュール1を収納筒12に配設すると共に、電池モジュール1の全周と収納筒12の内面との間に等間隔の冷却ダクト10を設ける。インナーケース11は、図において電池モジュール1の中心で上下に分割されている。上下のインナーケース11でOリング等のスペーサーを入れた電池モジュール1を挟着して、電池モジュール1を定位置に保持する。このとき、Oリング等のスペーサーは多少変形する程度に押し潰されて、収納筒12の内面に密着し、電池モジュール1を遊びのない状態でしっかりと保持する。
【0015】
インナーケース11の収納筒12は、上下に貫通孔13を設けている。貫通孔13は、電池モジュール1の縦方向に伸びて開口されている。貫通孔13は、冷却ダクト10を電池間排気ダクト9又は電池間供給ダクト8に連結する。この電池ケース4は、図2と図3に示すように、電池間供給ダクト8に供給される空気を、一方の貫通孔13から冷却ダクト10に供給し、冷却ダクト10を通過するときに電池モジュール1の表面に沿って流して電池モジュール1を強制冷却し、その後、他方の貫通孔13から電池間排気ダクト9に排出する。電池ケース4の供給口2から電池間供給ダクト8に供給される冷却空気は、複数の冷却ダクト10に分岐して流れて、同一平面に並べている電池モジュール1を冷却し、その後、電池間排気ダクト9に集合されて排気口3から電池ケース4の外部に排気される。すなわち、冷却空気は、
ケース外供給ダクト5→供給口2→電池間供給ダクト8→貫通孔13→冷却ダクト10→貫通孔13→電池間排気ダクト9→排気口3→ケース外排気ダクト6を流れて電池モジュール1を冷却する。
【0016】
電池ケース4の供給口2は、電池間供給ダクト8に沿って開口されて、ケース外供給ダクト5を電池間供給ダクト8に連結している。図の電池ケース4は、複数段に積層している1段目の電池モジュール1の下と、4段目の電池モジュール1の上と、2段目と3段目の電池モジュール1の間に電池間供給ダクト8を設けているので、電池ケース4には、最下段と最上段と中間とに供給口2を開口している。供給口2は、電池間供給ダクト8と平行な方向に伸びるように開口されて、ケース外供給ダクト5から供給される冷却空気を、電池間供給ダクト8の全体に均一に供給する。
【0017】
電池ケース4の排気口3は、電池間排気ダクト9に沿って開口されて、ケース外排気ダクト6を電池間排気ダクト9に連結している。図の電池ケース4は、複数段に積層している1段目と2段目の電池モジュール1の間と、3段目と4段目の電池モジュール1の間に電池間排気ダクト9を設けているので、電池ケース4には、1段目と2段目の電池モジュール1の間と、3段目と4段目の電池モジュール1の間に排気口3を開口している。排気口3は、電池間排気ダクト9と平行な方向に伸びるように開口されて、電池間排気ダクト9の空気をむらなくケース外排気ダクト6に排気する。
【0018】
図1に示す電池ケース4は四角形で、互いに対向する面に供給口2と排気口3を設けている。図において電池ケース4は、右側の面に供給口2を開口して、左側の面に排気口3を開口している。図4は、供給口2と排気口3の位置をわかりやすくするために、電池モジュール1を除いた電池ケース4とケース外供給ダクト5とケース外排気ダクト6とを示している。この電池ケース4は、電池ケース4の一端面(図において右上面)に電池間供給ダクト8の方向に伸びるスリット状の供給口2を開口して、電池ケース4の他端面(図において左下面)には電池間排気ダクト9の方向に伸びるスリット状の排気口3を開口している。
【0019】
図1と図4に示すように、ケース外供給ダクト5は、供給口2を設けている電池ケース4の端面に沿って伸びる細長い形状であり、ケース外排気ダクト6は、排気口3を設けている電池ケース4の端面に沿って伸びる細長い形状である。ケース外供給ダクト5とケース外排気ダクト6は、複数の電池間供給ダクト8及び電池間排気ダクト9に冷却空気を均一に送風できるように、互いに反対側の端部を開口部とすると共に、空気の通過方向に向かってほぼ同じ形状に成形している。さらに、図1と図4のケース外供給ダクト5とケース外排気ダクト6は、空気の送風方向に向かって断面積をほぼ一定としている。ただし、図示しないが、ケース外供給ダクトとケース外排気ダクトは、空気の送風方向にむかって次第に断面積を小さくすることもできる。
【0020】
図1の電源装置は、ケース外供給ダクト5の上端を開口して、ケース外排気ダクト6の下端を開口し、ケース外供給ダクト5とケース外排気ダクト6は互いに反対側を開口している。ほぼ同じ形状で互いに反対側を開口しているケース外供給ダクト5とケース外排気ダクト6は、図1のA、B、Cで示すような異なる送風部分において均一に冷却空気を送風できる。それは、A、B、Cの送風部分において、両端の圧力差が等しくなるからである。たとえば、図1に示すように、ケース外供給ダクト5に強制送風器7を連結して冷却空気を圧送する場合、ケース外供給ダクト5の内部の圧力は、A、B、Cの部分で順番に高くなる。それは、ケース外供給ダクト5の内部に送風される空気に送風抵抗があるからである。またケース外排気ダクト6内の圧力もA、B、Cの順番に高くなる。ケース外排気ダクト6内に送風される空気も送風抵抗があるからである。電池ケース4内をA、B、Cの経路で通過する空気は、各々流入側と排気側がA、B、Cの順番で圧力が高くなるので、A、B、Cの経路において流入側と排出側の圧力差はほぼ等しくなり、A、B、Cに均等に冷却空気が送風される。この状態は、ケース外供給ダクト5を、供給口2を設けている電池ケース4の端面に沿って伸びる細長い形状とし、ケース外排気ダクト6を排気口3を設けている電池ケース4の端面に沿って伸びる細長い形状とし、さらに、ケース外供給ダクト5とケース外排気ダクト6の開口部を、互いに反対側の端部に開口し、さらに、空気の通過方向に向かってほぼ同じ形状に成形することによって実現される。
【0021】
ところで、本明細書においてケース外供給ダクトとケース外排気ダクトとをほぼ同じ形状に成形するとは、完全に一致する形状に限定することなく、ケース外供給ダクトとケース外排気ダクトが、実質的に同じように空気を送風できる形状を意味するものとする。したがって、たとえば、ケース外供給ダクトとケース外排気ダクトを横に切断した断面積の差が10%以下である場合には、ケース外供給ダクトとケース外排気ダクトはほぼ同じ形状であるとする。
【0022】
【発明の効果】
本発明の車両用の電源装置は、電池ケースに多数の電池モジュールを収納して、全ての電池モジュールを冷却空気で均一に冷却できる特長がある。それは、本発明の電源装置が、複数の電池を収納している電池ケースの反対側に供給口と排気口を設けて、供給口をケース外供給ダクトに、排気口をケース外排気ダクトに連結しており、電池ケースには電池モジュールを複数段に積層するように収納して多段に積層している電池モジュールの間に電池間供給ダクトと電池間排気ダクトを交互に設けており、さらに電池間供給ダクトと電池間排気ダクトに連結して、電池モジュールの表面に冷却空気を流す冷却ダクトを設け、さらにまた、電池ケースの供給口を電池間供給ダクトと平行な方向に開口すると共に、排気口を電池間排気ダクトと平行な方向に開口し、また、ケース外供給ダクトは、供給口を設けている電池ケースの端面に沿って伸びる細長い形状で、ケース外排気ダクトは排気口を設けている電池ケースの端面に沿って伸びる細長い形状とし、かつ、ケース外供給ダクトとケース外排気ダクトは、互いに反対側の端部を開口部とすると共に、空気の通過方向に向かってほぼ同じ形状に成形しているからである。この構造の電源装置は、ケース外供給ダクトとケース外排気ダクトでもって、電池ケースの内部にむらなく冷却空気を送風できると共に、電池ケースには多段に電池モジュールを収納しているが、全ての電池モジュールを新鮮な冷却空気で冷却して、電池モジュールを通過した空気が再び別の電池モジュールを冷却することはない。このため、電池ケースに多段に収納している全ての電池モジュールを均一に斑なく冷却できる優れた特徴が実現される。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例にかかる電源装置の平面図
【図2】図1に示す電源装置の断面斜視図
【図3】図1に示す電源装置の冷却空気が送風される状態を示す概略断面図
【図4】図1に示す電源装置のケース外供給ダクトとケース外排気ダクトと電池ケースを示す斜視図
【符号の説明】
1…電池モジュール
2…供給口
3…排気口
4…電池ケース
5…ケース外供給ダクト
6…ケース外排気ダクト
7…強制送風器
8…電池間供給ダクト
9…電池間排気ダクト
10…冷却ダクト
11…インナーケース
12…収納筒
13…貫通孔
Claims (5)
- 複数の電池モジュール(1)を収納すると共に、一端面に冷却空気の供給口(2)を設けて、他の端面には冷却空気の排気口(3)を設けている電池ケース(4)と、この電池ケース(4)の供給口(2)に連結されて電池ケース(4)に冷却空気を供給するケース外供給ダクト(5)と、電池ケース(4)の排気口(3)に連結されて電池ケース(4)内の空気を排気するケース外排気ダクト(6)と、ケース外供給ダクト(5)に強制的に冷却空気を供給し、あるいはケース外排気ダクト(6)から強制的に空気を排気する強制送風器(7)とを備えており、
電池ケース(4)は、複数の電池モジュール(1)を平行な姿勢で複数段に積層して、各段に配設している電池モジュール(1)の間に、電池モジュール(1)の積層方向に電池間供給ダクト(8)と電池間排気ダクト(9)とを交互に設けており、さらに上下に隣接する電池間供給ダクト(8)と電池間排気ダクト(9)に連結して、電池モジュール(1)の表面に冷却空気を流す冷却ダクト(10)を設けて、電池間供給ダクト(8)から冷却ダクト(10)を通過して電池間排気ダクト(9)に冷却空気を流して電池モジュール(1)を冷却するようにしており、
電池ケース(4)に開口している供給口(2)は、電池間供給ダクト(8)と平行な方向に伸びるように開口されると共に、ケース外供給ダクト(5)を電池間供給ダクト(8)に連結しており、電池ケース(4)の排気口(3)は、電池間排気ダクト(9)と平行な方向に伸びるように開口されると共に、ケース外排気ダクト(6)を電池間排気ダクト(9)に連結しており、
ケース外供給ダクト(5)は、供給口(2)を設けている電池ケース(4)の端面に沿って伸びる細長い形状であり、ケース外排気ダクト(6)は排気口(3)を設けている電池ケース(4)の端面に沿って伸びる細長い形状であり、さらに、ケース外供給ダクト(5)とケース外排気ダクト(6)は、互いに反対側の端部を開口部とすると共に、空気の通過方向に向かってほぼ同じ形状に成形され、
ケース外供給ダクト(5)に開口部から供給される冷却空気が、ケース外供給ダクト(5)から供給口(2)を通過して電池ケース(4)内の電池間供給ダクト(8)に流入し、電池間供給ダクト(8)の空気が冷却ダクト(10)を通過して各々の電池モジュール(1)を冷却し、冷却した空気が電池間排気ダクト(9)と排気口(3)とケース外排気ダクト(6)とを通過して外部に排気されるようにしてなる車両用の電源装置。 - 電池間供給ダクト(8)が供給側から排気側に向かって幅が次第に狭くなっており、電池間排気ダクト(9)は供給側から排気側に向かって幅が次第に広くなっている請求項1に記載される車両用の電源装置。
- 電池ケース(4)が四角形で、互いに対向する面に供給口(2)と排気口(3)を設けている請求項1に記載される車両用の電源装置。
- 電池ケース(4)の一端面に電池間供給ダクト(8)の方向に伸びるスリット状の供給口(2)を開口して、電池ケース(4)の他端面にも電池間排気ダクト(9)の方向に伸びるスリット状の排気口(3)を開口している請求項1に記載される車両用の電源装置。
- ケース外供給ダクト(5)とケース外排気ダクト(6)が、空気の送風方向に向かって断面積をほぼ一定としている請求項1に記載される車両用の電源装置。
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