JP4376162B2

JP4376162B2 - 電源装置

Info

Publication number: JP4376162B2
Application number: JP2004289107A
Authority: JP
Inventors: 崇村田
Original assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Current assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Priority date: 2004-09-30
Filing date: 2004-09-30
Publication date: 2009-12-02
Anticipated expiration: 2024-09-30
Also published as: JP2006107774A

Description

本発明は、主として、ハイブリッド自動車や電気自動車、あるいは燃料電池車等の自動車を駆動す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。

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。

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、縦横の行と列に並べてホルダー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。

電池モジュールを２段に収納するホルダーケースに空気を送風して冷却する電源装置は開発されている（特許文献１参照）。
特開２００２−０５０４１２号公報

特許文献１の電源装置は、図１に示すように、上下２段に収納している電池モジュール２１の区画室２４を直列に連結し、上段の区画室２４Ａから下段の区画室２４Ｂに空気を送風して電池モジュール２１を冷却する。この構造の電源装置は、ホルダーケース２２の上下の厚さを低くできる。しかしながら、上段の区画室２４Ａを通過した空気を下段の区画室２４Ｂに送風するので、上下の電池モジュール２１を均一な温度に冷却するのが難しい。下段の電池モジュール２１は、上段の電池モジュール２１で加温された空気で冷却されるからである。

上下の電池モジュールを均一に冷却できない欠点は、図２に示すように、上段の区画室３４Ａと下段の区画室３４Ｂとの間にダクト３３を設けて解消できる。この電源装置は、中間のダクト３３に空気を排気できるので、上段の区画室３４Ａと下段の区画室３４Ｂを並列に連結できる。このため、上段の区画室３４Ａを通過した空気を下段の区画室３４Ｂに送風する必要がない。上段と下段の区画室３４に独立して空気を送風できる。このため、上段と下段の区画室３４に収納する電池モジュール３１を均一に冷却できる。しかしながら、この構造の電源装置は、中間にダクト３３を設けるので、ホルダーケース３２の上下の厚さが高くなって外形が大きくなる欠点がある。

したがって、従来の電源装置は、ホルダーケースを低くして小さくすると電池モジュールを均一に冷却できず、また電池モジュールを均一に冷却しようとするとホルダーケースが大きくなり、小さいホルダーケースで電池モジュールを均一に冷却できない欠点があった。

本発明は、この欠点を解決することを目的に開発されたもので、本発明の重要な目的は、小さいホルダーケースとしながら、電池モジュールを均一に冷却できる電源装置を提供することにある。

本発明の電源装置は、複数の電池モジュール１を同一面内に平行な姿勢で配設している第１段の電池群１１と、複数の電池モジュール１を同一面内に平行な姿勢で配設している第２段の電池群１２と、第１段の電池群１１と第２段の電池群１２とを積層する状態で収納しているホルダーケース２と、ホルダーケース２の内部に空気を送風して電池モジュール１を冷却する冷却機構３とを備える。ホルダーケース２は、第１段の電池群１１と第２段の電池群１２の電池モジュール１を収納する区画室４を備え、この区画室４に、電池モジュール１表面に冷却隙間５を設けて電池モジュール１を収納している。さらに、ホルダーケース２は、第１段の電池群１１の電池モジュール１の間に、第２段の電池群１２の電池モジュール１が位置するように区画室４を配置して、各々の区画室４に第１段の電池群１１と第２段の電池群１２の電池モジュール１を収納している。さらにまた、ホルダーケース２は、第１段の電池群１１の区画室４の間に、第２段の電池群１２の区画室４の冷却隙間５をホルダーケース２の外部に連結する第１のスリット６Ａを設け、第２段の電池群１２の区画室４の間には、第１段の電池群１１の区画室４の冷却隙間５をホルダーケース２の外部に連結する第２のスリット６Ｂを配設している。電源装置は、冷却機構３で送風される空気を、区画室４の冷却隙間５とスリット６に送風して、区画室４に収納している電池モジュール１を冷却する。

本発明の電源装置は、区画室４を円柱状として、第１段の電池群１１の各々の区画室４の中心軸を含む第１の面Ｐと、第２段の電池群１２の各々の区画室４の中心軸を含む第２の面Ｑとの間隔を、区画室４の直径に等しく、あるいは直径よりも小さくする。

本発明の電源装置は、ホルダーケース２が、スリット６の開口位置の対向位置に外部開口７を設けることができる。

本発明の電源装置は、ホルダーケース２の第１段の電池群１１側の表面に流入路８を、第２段の電池群１２側の表面に排出路９を設けることができる。この電源装置は、第１段の電池群１１の区画室４を、外部開口７を介して流入路８に、第２のスリット６Ｂを介して排出路９に連結すると共に、第２段の電池群１２の区画室４を、第１のスリット６Ａを介して流入路８に、外部開口７を介して排出路９に連結することができる。

本発明の電源装置は、ホルダーケースを小さくしながら、各々の電池モジュールを均一に冷却できる特徴がある。それは、第１段の電池群の電池モジュールの間に第２段の電池群の電池モジュールを配設して、第１段の電池群と第２段の電池群の電池モジュールを千鳥に配設すると共に、各々の電池モジュールを収納する区画室に連結して、区画室の間にスリットを設けているからである。この構造のホルダーケースは、スリットを介して区画室に送風して、第１段の電池群と第２段の電池群の区画室を並列に連結して送風できる。このため、第１段の電池群の電池モジュールを冷却した空気を第２段の電池群の電池モジュールに送風することなく、第１段の電池群と第２段の電池群の電池モジュールに加温されない空気を供給して、全ての電池モジュールを均等に冷却できる。また、第１段の電池群と第２段の電池群の電池モジュールにスリットを介して送風するので、従来のホルダーケースのように、第１段の電池群と第２段の電池群の間に送風のためのダクトを設ける必要がなく、上下の幅、すなわちホルダーケースの厚さを薄くできる特徴も実現できる。したがって、本発明の電源装置は、ホルダーケースを薄くコンパクトにしながら、全ての電池モジュールを均一に冷却できるという、正に理想的な特徴を実現する。

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。

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」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。

図３ないし図７に示す電源装置は、複数本の電池モジュール１と、この電池モジュール１を内蔵しているホルダーケース２と、ホルダーケース２の電池モジュール１を冷却する冷却機構３とを備える。ホルダーケース２は、電池モジュール１を内部に２段に並べて収納しており、内部を通過する空気で電池モジュール１を冷却する。

電池モジュール１は、複数の二次電池１０を直線状に接続している。電池モジュール１は、たとえば、５又は６本の二次電池１０を、直線状に直列に連結している。ただし、電池モジュールは、４本以下の、あるいは７本以上の二次電池を直列に設定した構成とすることもできる。図の電池モジュール１は、円筒型電池の二次電池１０を直線状に連結して全体の形状を円柱状としている。ただし、本発明の電源装置は、電池モジュールを必ずしも円柱状としない。角型の二次電池からなる電池モジュールは四角柱状となる。電池モジュール１は、両端に、正極端子と負極端子からなる電極端子１３を連結している。

電池モジュール１の二次電池１０は、ニッケル−水素電池である。ただ、電池モジュールの二次電池は、リチウムイオン二次電池やニッケル−カドミウム電池とすることもできる。

電池モジュールは、図示しないが、各二次電池の表面に温度センサーを固定している。温度センサーは、電池温度を検出できる素子である。この温度センサーには、好ましくは、電池温度で電気抵抗が変化するＰＴＣが使用される。各二次電池の表面に固定される温度センサーは、センサーリードを介して直列に、直線状に連結されて、電池モジュールの表面に軸方向に延長して固定される。温度センサーとセンサーリードは、表面を被覆する熱収縮チューブ等で二次電池の表面に固定される。

ホルダーケース２は、第１段の電池群１１と第２段の電池群１２とを積層する状態で収納している。第１段の電池群１１は、複数の電池モジュール１を同一面内に平行な姿勢で配設している。第２段の電池群１２も、複数の電池モジュール１を同一面内に平行な姿勢で配設している。図に示すホルダーケース２は、第１段の電池群１１に８本の電池モジュール１を、第２段の電池群１２に８本の電池モジュール１を同一面に並べている。第１段の電池群と第２段の電池群は、７本以下、あるいは９本以上の電池モジュールを同一面に並べることができる。ホルダーケース２は、第１段の電池群１１と第２段の電池群１２の電池モジュール１を収納するための区画室４を備える。各々の電池モジュール１は、各々の区画室４に配設される。すなわち、ひとつの区画室４にはひとつの電池モジュール１を収納している。

区画室４は、図５の拡大断面図に示すように、電池モジュール１表面に冷却隙間５を設ける状態で電池モジュール１を収納する。この区画室４は、内形を電池モジュール１の外形よりも大きくして、区画室４の内面と電池モジュール１表面との間に冷却隙間５を設けている。図のホルダーケース２は、電池モジュール１と区画室４を円柱状とし、区画室４の内径を電池モジュール１の外径よりも大きくして、区画室４の内面と電池モジュール１表面との間に冷却隙間５を設けている。円柱状の電池モジュール１と区画室４は、電池モジュール１と区画室４の中心線が一致するように、すなわち電池モジュール１を区画室４の中心に配設して、電池モジュール１の全周に同じ隙間の冷却隙間５を設けることができる。ただ、電池モジュールは、必ずしも区画室の中心に配設する必要はなく、たとえば、電池モジュールの中心軸を区画室の中心軸に対して風下側にずらせて偏心して配置することもできる。ホルダーケース２は、冷却隙間５の風速を、風上側で遅く、風下側で速くして、電池モジュール１の全周を均一に冷却できる。風下側は風上側よりも空気温度が高くなるが、風速が風上側よりも速くなって冷却効果が高くなるからである。

ホルダーケース２は、電池モジュール１の両端を支持し、かつ中間の複数カ所を支持して、区画室４に配設する。図６と図７のホルダーケース２は、電池モジュール１の両端を支持する嵌着凹部１４を設けている。電池モジュール１は、嵌着凹部１４に両端を案内して、ホルダーケース２の定位置に配置される。さらに、図示しないが、ホルダーケースは、区画室の内面に支持リブを突出して設け、あるいは電池モジュールの二次電池連結部をリング状に突出させて、この突出リングを区画室の内面に当接させて、電池モジュールの中間を区画室で支持する。支持リブのあるホルダーケースは、電池モジュールの二次電池連結部に支持リブを接触させて、長い電池モジュールを区画室内の定位置に配置する。支持リブや突出リングは、区画室に送風される空気の流れを阻害しないように、空気の流動方向、すなわち、電池モジュールの中心軸に直交する方向に伸びて設けられる。また、二次電池の連結部を支持リブや突出リングで支持する構造は、発熱の少ない部分を支持するので、電池モジュールの発熱を有効に放熱しながら、区画室の定位置にしっかりと支持できる。

ホルダーケース２は、図３と図５の断面図に示すように、第１段の電池群１１の電池モジュール１の間に、第２段の電池群１２の電池モジュール１が位置するように区画室４を配置して、各々の区画室４に第１段の電池群１１と第２段の電池群１２の電池モジュール１を収納する。図３と図５の電源装置は、第１段の電池群１１と第２段の電池群１２の電池モジュール１を千鳥に配設して、第１段の電池群１１の電池モジュール１の間に第２段の電池群１２の電池モジュール１を配設している。図の電源装置は、第１段の電池群１１の電池モジュール１の中央に、第２段の電池群１２の電池モジュール１を配設している。この電源装置は、第１段の電池群１１と第２段の電池群１２の電池モジュール１を理想的な状態で均一に冷却できる。とくに、図において、電池モジュール１の左右を均一に冷却できる。ただし、本発明の電源装置は、第１段の電池群と第２段の電池群の電池モジュールを互いにその中間に配設するが、必ずしも正確に中央に配設する必要はない。

また、ホルダーケース２は、第１段の電池群１１の区画室４の間に、第２段の電池群１２の区画室４の冷却隙間５をホルダーケース２の外部に連結する第１のスリット６Ａを設けて、第２段の電池群１２の区画室４の間には、第１段の電池群１１の区画室４の冷却隙間５をホルダーケース２の外部に連結する第２のスリット６Ｂを設けている。スリット６は、ここに送風する空気を、冷却隙間５に送風させる。したがって、スリット６は冷却隙間５と同じ隙間とし、あるいは冷却隙間５よりも広く形成する。スリットの幅を冷却隙間の間隔の２倍とするホルダーケースは、スリットと冷却隙間に同じ流速で空気を送風できる。スリットに送風される空気が、冷却隙間で電池モジュールの両側に２分岐して送風されるからである。スリット６と冷却隙間５とを同じ隙間とするホルダーケース２は、スリット６の流速が冷却隙間５の２倍となる。また、スリットの幅を、冷却隙間の２倍以上として、スリットの流速を遅く、いいかえると、スリットを通過する空気の圧力損失を少なくできる。

スリット６は、円柱状の区画室４の半径方向を向くように連結される。図に示すホルダーケース２は、第１段の電池群１１の電池モジュール１と第２段の電池群１２の電池モジュール１を互いに中央に配置し、さらに、横に隣接する電池モジュール１の間に、円柱状区画室４の接線方向に平行なスリット６を設けている。このホルダーケース２は、スリット６を区画室４に半径方向に連結する。このホルダーケース２は、スリット６から冷却隙間５に流入される空気を、電池モジュール１の両側に均等に２分岐して送風できる。また、電池モジュール１の両側に分岐して送風される空気を、同じように集合して送風できる。ただ、本発明のホルダーケースは、スリットを必ずしも区画室に半径方向に連結する必要はなく、半径方向から傾斜する姿勢で連結することもできる。

図のホルダーケース２は、円柱状の電池モジュール１を円柱状の区画室４に収納している。このホルダーケース２は、第１段の電池群１１の電池モジュール１の谷間に第２段の電池群１２の電池モジュール１を配設して、第１段の電池群１１の各々の区画室４の中心軸を含む第１の面Ｐと、第２段の電池群１２の各々の区画室４の中心軸を含む第２の面Ｑとの間隔（Ｗ）を区画室４の直径（Ｄ）に等しくしている。この構造のホルダーケース２は、図において上下方向の厚さを特に薄くできる。さらに、図示しないが、ホルダーケースは、第１段の電池群の電池モジュールの谷間に侵入するように第２段の電池群の電池モジュールを配設することもできる。このホルダーケースは、第１の面と第２の面との間隔を区画室の直径よりも小さくして、さらに薄くすることができる。ただし、ホルダーケースは、第１の面と第２の面との間隔を区画室の直径よりも大きくすることもできる。

ホルダーケース２は、区画室４に空気を送風するために、スリット６と外部開口７を設けている。外部開口７は、電池モジュール１の軸方向に伸びて開口している。外部開口７は、スリット６の開口位置の対向位置に設けている。スリット６と外部開口７を対向位置に配置している冷却隙間５は、ここに送風される空気を、電池モジュール１の両側に均等に分配して送風できる。ただ、スリットと外部開口とは必ずしも対向位置に配置する必要はない。それは、スリットと外部開口とを対向位置からずらせて配置しても、スリットや外部開口を冷却隙間に連結する方向を変更して、電池モジュールを均一に冷却するように送風できるからである。

図３のホルダーケース２は、鎖線で示すように、図において上段に配置される第１段の電池群１１側の表面に流入路８を、第２段の電池群１２側の表面に排出路９を設けている。上段に配置される第１段の電池群１１の区画室４は、外部開口７を介して流入路８に、第２のスリット６Ｂを介して排出路９に連結している。下段に配置される第２段の電池群１２の区画室４は、第１のスリット６Ａを介して流入路８に、外部開口７を介して排出路９に連結している。流入路８に供給される空気は、外部開口７を介して第１段の電池群１１の区画室４に流入され、第１のスリット６Ａを介して第２段の電池群１２の区画室４に流入される。区画室４に流入された空気は、区画室４の冷却隙間５を通過して排出路９に排気されるが、第１段の電池群１１の区画室４の空気は第２のスリット６Ｂを介して排出路９に、第２段の電池群１２の区画室４の空気は外部開口７を介して排出路９に排出される。すなわち、第１段の電池群１１の区画室４と第２段の電池群１２の区画室４に送風される空気は、外部開口７とスリット６を通過するタイミングは逆になるが、外部開口７と冷却隙間５とスリット６の３カ所を通過して流入路８から排出路９に排出される。このため、スリット６と外部開口７と冷却隙間５とを同じ条件として、区画室４に収納する電池モジュール１を等しく冷却できる。

図６のホルダーケース２は、上下の蓋ケース２Ａと、蓋ケース２Ａの間に配設される中間ケース２Ｂとを備える。蓋ケース２Ａと中間ケース２Ｂは、プラスチック等の絶縁材を成形して製作される。

中間ケース２Ｂは、両面に区画室４の半分を設けている。中間ケース２Ｂの上下に設けている区画室４の半分は、互いに千鳥の区画室４を配設するように、上の区画室４の下半分の間に下の区画室４の上半分を、下の区画室４の上半分の間に上の区画室４の下半分を設けている。さらに、中間ケース２Ｂは、両面に設けている区画室４の間にスリット６を設けている。スリット６は、上の区画室４の下半分の間と、下の区画室４の上半分の間に設けている。下の区画室４の間に設けているスリット６は、上の区画室４の底に連結している。上の区画室４の間に設けているスリット６は、下の区画室４の頂上部分に連結している。さらに、中間ケース２Ｂは、電池モジュール１の端部を入れて、電池モジュール１を定位置に配置する嵌着凹部１４を側壁の上下に設けている。

上下の蓋ケース２Ａは、内側面に区画室４の半分を成形して設けている。上の蓋ケース２Ａは下面に、下の蓋ケース２Ａは上面に区画室４の半分を設けている。さらに、上の蓋ケース２Ａは区画室４の頂上部分に沿って軸方向に伸びる外部開口７を開口している。下の蓋ケース２Ａは、区画室４の底に沿って軸方向に伸びる外部開口７を設けている。また、上下の蓋ケース２Ａは、区画室４の間に谷間を設けて、谷底に連結して、区画室４の間にスリット６を設けている。さらに、上下の蓋ケース２Ａは、電池モジュール１の端部を入れて、電池モジュール１を定位置に配置する嵌着凹部１４を側壁の内面に設けている。

中間ケース２Ｂの両面に上下の蓋ケース２Ａを連結すると、中間ケース２Ｂと蓋ケース２Ａに設けている半分の区画室４は互いに一致して閉鎖構造の区画室４となる。この区画室４に、電池モジュール１が収納される。また、中間ケース２Ｂと蓋ケース２Ａのスリット６も一致して、区画室４を外部に連結する。さらに、中間ケース２Ｂと蓋ケース２Ａの嵌着凹部１４は、ここに電池モジュール１の端部を入れて、電池モジュール１をホルダーケース２の定位置に収納する。

図３の電源装置は、排出路９に冷却機構３であるファン３Ａを連結している。このファン３Ａは排出路９の空気を吸入して強制的に外部に排気して、ホルダーケース２に強制送風する。ただ、ファンは、吸入路に連結することもできる。吸入路に連結されるファンは、空気をホルダーケースに供給して強制冷却する。さらに、図の電源装置は、上方に流入路８を設けて下方に排出路９を設けているが、車両に搭載される状態では、上下を逆にすることもできる。また、垂直に立てる姿勢で搭載することもできる。

従来の電源装置の一例を示す断面斜視図である。従来の電源装置の他の一例を示す概略断面図である。本発明の一実施例にかかる電源装置の概略断面図である。図３に示す電源装置の平面図である。図３に示す電源装置の拡大断面図である。本発明の一実施例にかかる電源装置の分解斜視図である。電源装置の上の蓋ケースを外した斜視図である。

１…電池モジュール
２…ホルダーケース２Ａ…蓋ケース２Ｂ…中間ケース
３…冷却機構３Ａ…ファン
４…区画室
５…冷却隙間
６…スリット６Ａ…第１のスリット６Ｂ…第２のスリット
７…外部開口
８…流入路
９…排出路
１０…二次電池
１１…第１段の電池群
１２…第２段の電池群
１３…電極端子
１４…嵌着凹部
２１…電池モジュール
２２…ホルダーケース
２４…区画室２４Ａ…上段の区画室２４Ｂ…下段の区画室
３１…電池モジュール
３２…ホルダーケース
３３…ダクト
３４…区画室３４Ａ…上段の区画室３４Ｂ…下段の区画室
Ｐ…第１の面
Ｑ…第２の面

Claims

複数の電池モジュール(1)を同一面内に平行な姿勢で配設している第１段の電池群(11)と、複数の電池モジュール(1)を同一面内に平行な姿勢で配設している第２段の電池群(12)と、第１段の電池群(11)と第２段の電池群(12)とを積層する状態で収納しているホルダーケース(2)と、ホルダーケース(2)の内部に空気を送風して電池モジュール(1)を冷却する冷却機構(3)とを備える電源装置であって、
ホルダーケース(2)は、第１段の電池群(11)と第２段の電池群(12)の電池モジュール(1)を収納する区画室(4)を備え、この区画室(4)に、電池モジュール(1)表面に冷却隙間(5)を設けて電池モジュール(1)を収納しており、
さらにホルダーケース(2)は、第１段の電池群(11)の電池モジュール(1)の間に、第２段の電池群(12)の電池モジュール(1)が位置するように区画室(4)を配置して、各々の区画室(4)に第１段の電池群(11)と第２段の電池群(12)の電池モジュール(1)を収納しており、
さらにまた、ホルダーケース(2)は、第１段の電池群(11)の区画室(4)の間に、第２段の電池群(12)の区画室(4)の冷却隙間(5)をホルダーケース(2)の外部に連結する第１のスリット(6A)を設け、第２段の電池群(12)の区画室(4)の間には、第１段の電池群(11)の区画室(4)の冷却隙間(5)をホルダーケース(2)の外部に連結する第２のスリット(6B)を配設しており、
前記区画室(4)が円柱状で、第１段の電池群(11)の各々の区画室(4)の中心軸を含む第１の面(P)と、第２段の電池群(12)の各々の区画室(4)の中心軸を含む第２の面(Q)との間隔(W)が、区画室(4)の直径(D)に等しく、あるいは直径(D)よりも小さくしており、
冷却機構(3)で送風される空気を、区画室(4)の冷却隙間(5)とスリット(6)に送風して、区画室(4)に収納している電池モジュール(1)を冷却するようにしてなる電源装置。
ホルダーケース(2)が、スリット(6)の開口位置の対向位置に外部開口(7)を設けている請求項１に記載される電源装置。
ホルダーケース(2)の第１段の電池群(11)側の表面に流入路(8)を、第２段の電池群(12)側の表面に排出路(9)を設けており、
第１段の電池群(11)の区画室(4)は外部開口(7)を介して流入路(8)に、第２のスリット(6B)を介して排出路(9)に連結しており、
第２段の電池群(12)の区画室(4)は、第１のスリット(6A)を介して流入路(8)に、外部開口(7)を介して排出路(9)に連結している請求項１に記載される電源装置。