JP5943457B2 - Battery unit - Google Patents
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Description
本発明は、電池と回路基板とを備える電池ユニットに関する。 The present invention relates to a battery unit including a battery and a circuit board.
例えばブレードサーバのバックアップ電源として用いられる電池ユニットは、複数の電池を組み合わせて高電圧・大電流放電を実現する電池パックと、その電池の充放電制御回路等を実装した回路基板とを備える。このような用途の電池ユニットは、省スペースのために小型化を実現する上で、複数の電池を直列又は並列に組加工した電池パックが回路基板とともに、ほとんど隙間がない状態で筐体の限られた空間に実装される場合が多い(例えば特許文献1を参照)。このような電池ユニットにおいては、電池パック及び回路基板が筐体の中に高密度で実装されているため、電池パックの各電池から発せられる熱による温度上昇が問題となることがある。 For example, a battery unit used as a backup power source of a blade server includes a battery pack that combines a plurality of batteries to realize high voltage and large current discharge, and a circuit board on which a charge / discharge control circuit for the battery is mounted. In order to reduce the size of the battery unit in order to save space, the battery pack formed by assembling a plurality of batteries in series or in parallel with the circuit board together with the circuit board has almost no gap. In many cases, it is mounted in a specified space (see, for example, Patent Document 1). In such a battery unit, since the battery pack and the circuit board are mounted in the casing at a high density, a temperature rise due to heat generated from each battery of the battery pack may be a problem.
上記の問題を解決する方法としては、大別すると二通りのアプローチが考えられる。一つは、電池ユニットの筐体の内部空間の熱を外部へ効率的に放熱することによって電池ユニットの温度上昇を抑制することである。そのような従来技術としては、筐体内部の空気を強制的に外部へ排出する冷却ファンを設けた電池ユニットが公知である(例えば特許文献1を参照)。 Broadly speaking, there are two approaches for solving the above problems. One is to suppress the temperature rise of the battery unit by efficiently radiating the heat of the internal space of the battery unit housing to the outside. As such a conventional technique, a battery unit provided with a cooling fan for forcibly discharging the air inside the housing to the outside is known (see, for example, Patent Document 1).
もう一つは、電池の放熱性を高めることによって電池ユニットの温度上昇を抑制することである。電池の放熱性を高める従来技術としては、例えば、シリコーン系フィルムや熱導電性粒子を配合したゴムシートで電池ケースを被覆した二次電池が公知である(例えば特許文献2を参照)。また例えば、ガラス質の材料を主成分とし、結晶質の材料を副成分とするセラミックス層を外表面に形成した二次電池が公知である(例えば特許文献3を参照)。また例えば、セラミックやグラファイト等を材料とする熱放射層、銅やアルミを材料とする熱伝導層を含む多層構造のシートで表面を被覆した電池セルが公知である(例えば特許文献4を参照)。 The other is to suppress the temperature rise of the battery unit by increasing the heat dissipation of the battery. As a conventional technique for improving the heat dissipation of a battery, for example, a secondary battery in which a battery case is covered with a rubber sheet blended with a silicone film or thermally conductive particles is known (see, for example, Patent Document 2). Further, for example, a secondary battery is known in which a ceramic layer having a glassy material as a main component and a crystalline material as a subcomponent is formed on the outer surface (see, for example, Patent Document 3). Further, for example, a battery cell whose surface is covered with a sheet having a multilayer structure including a heat radiation layer made of ceramic, graphite, or the like, and a heat conductive layer made of copper or aluminum is known (see, for example, Patent Document 4). .
しかしながら電池自身の放熱性を向上させても、その電池から放熱された熱を筐体の内部から外部へ効率的に放熱することができなければ、電池ユニットの温度上昇を充分に抑制できない可能性がある。特に筐体の内壁面と回路基板との間の空間は、その構造上、冷却ファンによる空気の流れが回路基板に遮られてしまうことが多く、空気が滞留して熱がこもりやすいため、電池ユニットの放熱効率を高める上でネックとなる。また例えば大型で強力な冷却ファンを設ければ、電池ユニットの冷却効率を高めることが可能である。しかし省スペースのために電池ユニットの小型化を実現する上では、大型で強力な冷却ファンを設けることが困難な場合も少なくない。 However, even if the heat dissipation of the battery itself is improved, if the heat dissipated from the battery cannot be efficiently dissipated from the inside of the housing to the outside, the temperature rise of the battery unit may not be sufficiently suppressed There is. In particular, the space between the inner wall surface of the housing and the circuit board is often blocked by the circuit board due to the structure of the air flow due to the cooling fan. It becomes a bottleneck in improving the heat dissipation efficiency of the unit. For example, if a large and powerful cooling fan is provided, the cooling efficiency of the battery unit can be increased. However, in order to reduce the size of the battery unit in order to save space, it is often difficult to provide a large and powerful cooling fan.
このような状況に鑑み本発明はなされたものであり、その目的は、より放熱効率の高い電池ユニットを提供することにある。 The present invention has been made in view of such circumstances, and an object thereof is to provide a battery unit with higher heat dissipation efficiency.
<本発明の第1の態様>
本発明の第1の態様は、吸入口及び排出口が設けられた筐体と、前記吸入口から前記排出口への空気の流れを前記筐体の内部に形成する送風装置と、前記筐体の内部に設けられた電池と、前記吸入口から前記排出口への空気の流れに沿うように前記筐体の内部に設けられ、一面側が前記電池と対面し他面側が前記筐体の内壁面と対面する回路基板と、を備え、前記回路基板は、前記送風装置により前記回路基板の一面側に流れる空気の一部を前記回路基板の他面側へ導く分流路が形成されている、ことを特徴とする電池ユニットである。
<First Aspect of the Present Invention>
According to a first aspect of the present invention, there is provided a housing provided with a suction port and a discharge port, a blower that forms an air flow from the suction port to the discharge port in the housing, and the housing A battery provided inside the housing, and provided in the housing so as to follow the flow of air from the suction port to the discharge port, with one surface facing the battery and the other surface on the inner wall surface of the housing A circuit board that faces the circuit board, wherein the circuit board is formed with a diversion channel that guides a part of the air flowing to one surface side of the circuit board to the other surface side of the circuit board by the blower. It is a battery unit characterized by these.
このような特徴によれば、従来は空気が滞留して熱がこもりやすかった回路基板の他面側と筐体の内壁面との間の空間に、送風装置による空気の流れを形成することができる。それによって回路基板の他面側と筐体の内壁面との間の空間に熱がこもる虞を低減することができるので、筐体の内部空間の冷却効率を高めることができる。 According to such a feature, it is possible to form an air flow by the blower in the space between the other side of the circuit board and the inner wall surface of the housing, where air has stayed and heat has been easily trapped. it can. This can reduce the possibility of heat being accumulated in the space between the other surface side of the circuit board and the inner wall surface of the housing, so that the cooling efficiency of the internal space of the housing can be increased.
これにより本発明の第1の態様によれば、より放熱効率の高い電池ユニットを提供することができるという作用効果が得られる。 Thereby, according to the 1st aspect of this invention, the effect that a battery unit with higher heat dissipation efficiency can be provided is acquired.
<本発明の第2の態様>
本発明の第2の態様は、前述した本発明の第1の態様において、前記回路基板は、前記吸入口から前記排出口への空気の流れの上流側の端部に前記分流路が形成されている、ことを特徴とする電池ユニットである。
<Second Aspect of the Present Invention>
According to a second aspect of the present invention, in the first aspect of the present invention described above, the circuit board has the branch channel formed at an upstream end of an air flow from the suction port to the discharge port. It is the battery unit characterized by the above.
このような特徴によれば、回路基板の他面側と筐体の内壁面との間の空間には、少なくとも回路基板の上流側端部から送風装置による空気の流れが形成される。それによって回路基板の他面側と筐体の内壁面との間の空間に熱がこもる虞をさらに低減することができるので、筐体の内部空間の冷却効率をさらに高めることができる。 According to such a feature, in the space between the other surface side of the circuit board and the inner wall surface of the housing, an air flow by the blower is formed at least from the upstream end of the circuit board. This can further reduce the possibility of heat being accumulated in the space between the other surface side of the circuit board and the inner wall surface of the housing, so that the cooling efficiency of the internal space of the housing can be further increased.
<本発明の第3の態様>
本発明の第3の態様は、前述した本発明の第1の態様又は第2の態様において、前記回路基板は、前記回路基板の他面側に流れる空気を前記回路基板の一面側へ導く合流路が形成されている、ことを特徴とする電池ユニットである。
<Third Aspect of the Present Invention>
According to a third aspect of the present invention, in the first aspect or the second aspect of the present invention described above, the circuit board joins air flowing on the other surface side of the circuit board to one surface side of the circuit board. The battery unit is characterized in that a path is formed.
このような特徴によれば、回路基板の他面側に流れる空気が合流路を通じて回路基板の一面側へ導かれ、排出口から外部へ排出されることになる。つまり回路基板の他面側から筐体の排出口への空気の流路を形成することによって、回路基板の他面側に空気を流れやすくすることができる。それによって回路基板の他面側と筐体の内壁面との間の空間に熱がこもる虞をさらに低減することができるので、筐体の内部空間の冷却効率をさらに高めることができる。 According to such a feature, the air flowing to the other surface side of the circuit board is guided to one surface side of the circuit board through the combined flow path and is discharged to the outside from the discharge port. That is, by forming a flow path of air from the other surface side of the circuit board to the discharge port of the housing, it is possible to make air easily flow to the other surface side of the circuit board. This can further reduce the possibility of heat being accumulated in the space between the other surface side of the circuit board and the inner wall surface of the housing, so that the cooling efficiency of the internal space of the housing can be further increased.
<本発明の第4の態様>
本発明の第4の態様は、前述した本発明の第3の態様において、前記回路基板は、前記吸入口から前記排出口への空気の流れの下流側の端部に前記合流路が形成されている、ことを特徴とする電池ユニットである。
<Fourth aspect of the present invention>
According to a fourth aspect of the present invention, in the third aspect of the present invention described above, the circuit board has the joint channel formed at the downstream end of the air flow from the suction port to the discharge port. It is the battery unit characterized by the above.
このような特徴によれば、回路基板の他面側と筐体の内壁面との間の空間には、少なくとも回路基板の下流側端部まで送風装置による空気の流れが形成される。それによって回路基板の他面側と筐体の内壁面との間の空間に熱がこもる虞をさらに低減することができるので、筐体の内部空間の冷却効率をさらに高めることができる。 According to such a feature, in the space between the other surface side of the circuit board and the inner wall surface of the housing, an air flow by the blower is formed at least to the downstream end of the circuit board. This can further reduce the possibility of heat being accumulated in the space between the other surface side of the circuit board and the inner wall surface of the housing, so that the cooling efficiency of the internal space of the housing can be further increased.
本発明によれば、より放熱効率の高い電池ユニットを提供することができるという作用効果が得られる。 According to the present invention, it is possible to provide an effect that a battery unit with higher heat dissipation efficiency can be provided.
以下、本発明の実施の形態について、図1〜図5を参照しながら説明する。
図1は、本発明に係る電池ユニット10の外観斜視図である。図2は、本発明に係る電池ユニット10の分解斜視図である。図3は、回路基板4の平面図である。図4は、本発明に係る電池ユニット10の断面図であり、図1のI−I断面を図示したものである。図5は、本発明に係る電池ユニット10の断面図であり、図1のII−II断面を図示したものである。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to FIGS.
FIG. 1 is an external perspective view of a
電池ユニット10は、いわゆるサーバー装置(ネットワークにおいてクライアント装置に機能やデーター等を提供するコンピューター)の非常用電源であり、筐体カバー1、筐体本体2、電池3、回路基板4、基板ホルダー5、冷却ファン6〜8及びDC−DCコンバーター9を備える。
The
「筐体」としての筐体カバー1は、略コ字形状の断面を有する長尺な金属部材である。筐体カバー1の長手端の一方には、段差を有するように曲げ加工をして形成された段差部17が設けられており、その段差部17には、四つの円形貫通孔11が形成されている。また筐体カバー1の短手端の一方には、段差を有するように曲げ加工をして形成された段差部18が設けられており、その段差部18には雌ネジ孔12が形成されている。さらに筐体カバー1には、二つの円形貫通孔13、四つの円形貫通孔14が各々所定位置に形成されている。
The
「筐体」としての筐体本体2は、筐体カバー1が装着される部分が開口している略箱形状の金属部材である。筐体本体2の側端部27には、筐体カバー1に形成された四つの円形貫通孔11に対応する位置に四つの円形貫通孔21が形成されている。また筐体本体2には、筐体カバー1の二つの円形貫通孔13に対応する位置に二つの雌ネジ孔23が形成されている。さらに筐体本体2には、筐体カバー1の四つの円形貫通孔14に対応する位置に四つの雌ネジ孔24が形成されている。さらに筐体本体2には、内部を空冷する空気の流れの入口となる吸入口28、及びその出口となる二つの排出口29、30が形成されている。
The
複数の電池3は、いわゆるニッケル−水素二次電池であり、筐体本体2の内部に設けられている。単体の電池3は、φ18mm×L67mmの大きさであり、その出力電圧は約1.2Vである。電池ユニット10は、3×3×6=54個の電池3が内部に設けられており、幅方向へ3個×長さ方向へ6個=18個の電池3が直列接続された電池ブロックが三つ構成され、それらが並列接続されている。したがって54個の電池3の総出力電圧は、1.2V×18個=約21.6Vということになる。
尚、本発明において、電池3の種類、大きさ、個数等が特に上記に限定されないのは言うまでもないことである。
The plurality of
In the present invention, it goes without saying that the type, size, number, etc. of the
回路基板4は、電池3の充放電制御回路等が実装されており、複数の電池3からなる電池群の上面側に隣接する位置に配設されている。より具体的には回路基板4は、吸入口28から2つの排出口29、30への空気の流れ方向(符号Aで示した方向)に沿うように筐体本体2の内部に設けられ、一面側が電池3と対面し他面側が筐体カバー1の内壁面と対面している。回路基板4の長手端42には、略矩形の同一形状の切り欠き41が四つずつ間隔をもってそれぞれ形成されている。また回路基板4は、吸入口28から2つの排出口29、30への空気の流れの上流側(以下、単に「上流側」という。)の短手端43に略矩形形状の2つの切り欠き45が形成されている。また回路基板4は、吸入口28から2つの排出口29、30への空気の流れの下流側(以下、単に「下流側」という。)の短手端44に略矩形形状の切り欠き46が形成されている。
The
4つの基板ホルダー5は、回路基板4を支持する部材であり、回路基板4に形成された切り欠き41に対応する位置に各々配設され、切り欠き41に係合した状態で回路基板4の長手端42の両端を支持する。
The four
「送風装置」としての冷却ファン6〜8は、筐体本体2の吸入口28から排出口29、30への空気の流れを筐体本体2の内部に形成して、筐体本体2に設けられた電池3、回路基板4、DC−DCコンバーター9等を冷却する。より具体的には冷却ファン6は、筐体本体2の吸入口28の内側に設けられており、吸入口28を通じて外部から筐体本体2の内部へ空気を送る。冷却ファン6により吸入口28から筐体本体2の内部へ送られた空気は、一部が筐体本体2の排出口29から外部へ排出され、一部が冷却ファン7へ送られる。冷却ファン7は、筐体本体2の電池3及び回路基板4の下流側に設けられており、冷却ファン6により筐体本体2の内部へ送られた空気の一部を下流側のDC−DCコンバーター9へ送る。冷却ファン8は、筐体本体2の排出口30の内側に設けられており、冷却ファン7によりDC−DCコンバーター9へ送られた空気を筐体本体2の排出口30から外部へ排出する。
The cooling
DC−DCコンバーター9は、複数の電池3の出力電圧を定格電圧に降圧する。より具体的にはDC−DCコンバーター9は、54個の電池3の総出力電圧(約21.6V)を定格電圧12Vに降圧して出力する。
The DC-
電池ユニット10の組み立て構造の概略について説明する。
An outline of the assembly structure of the
まず冷却ファン6〜8、DC−DCコンバーター9をそれぞれ所定の位置に取り付けた後、電池3を筐体本体2に実装する。より具体的には、まず18個の電池3を幅方向へ3個、長さ方向へ6個、隣接して並べた状態で直列接続し、金属板からなる一枚のリード板(図示せず)に溶接した電池ブロックを三つ構成する。そして、その三つの電池ブロックを筐体本体2に積層して実装する。このとき必要に応じて、粘着テープ等で三つの電池ブロックを一体に連結してもよい。つづいて四つの基板ホルダー5を取り付けた状態の回路基板4を最上位にある電池ブロックの上面側に隣接する位置に載置する(図2)。つづいて各電池ブロックのリード板(図示せず)の側部両端に形成された凸部(図示せず)を回路基板4に半田付けして固定する。
First, the cooling
つづいて筐体カバー1の段差部17に筐体本体2の側端部27が突き当たった状態で、筐体カバー1を筐体本体2に組み付け(図1)、四つの雄ネジ25で回路基板4を筐体本体2にネジ止め固定する。より具体的には、筐体カバー1の四つの円形貫通孔11及び筐体本体2の四つの円形貫通孔21の各々に雄ネジ25を挿通する。そして、基板ホルダー5に埋設された金属ネジブッシュ(図示せず)の雌ネジ孔に、その雄ネジ25を螺合させ、筐体カバー1及び筐体本体2を共締めする。それによって回路基板4は、四つの基板ホルダー5を介して筐体本体2に固定された状態となる。
Subsequently, the
つづいて二つの雄ネジ15、四つの雄ネジ16及び一つの雄ネジ26を用いて、筐体カバー1を筐体本体2にネジ止め固定する。より具体的には、筐体本体2の円形貫通孔22に雄ネジ26を挿通し、その雄ネジ26を筐体カバー1の雌ネジ孔12に螺合させる。筐体カバー1の二つの円形貫通孔13の各々に雄ネジ15を挿通し、その雄ネジ15を筐体本体2の雌ネジ孔23に螺合させる。筐体カバー1の四つの円形貫通孔14の各々に雄ネジ16を挿通し、その雄ネジ16を筐体本体2の雌ネジ孔24に螺合させる。
Subsequently, the
冷却ファン6〜8により筐体本体2の内部に構成される空気の流れについて説明する。
The flow of air configured inside the
回路基板4に形成された「分流路」としての2つの切り欠き45は、冷却ファン6により回路基板4の一面側(電池3と対面する側)に流れる空気の一部を回路基板4の他面側(筐体カバー1の内壁面と対面する側)へ導く空気流路である。冷却ファン6により外部から筐体本体2の内部へ送られる空気は、図4の符号A1、A3〜A5、図5の符号A7で図示したように、回路基板4の一面側及び電池3の周囲に流れ、排出口29、30から外部へ排出される。そして2つの切り欠き45を回路基板4に設けることによって、冷却ファン6により外部から筐体本体2の内部へ送られる空気は、図4の符号A2、A6、図5の符号A8で図示したように、その一部が切り欠き45を通じて回路基板4の他面側に流れ、排出口29、30から外部へ排出される。
The two
つまり2つの切り欠き45を回路基板4に設けることによって、従来は空気が滞留して熱がこもりやすかった回路基板4の他面側と筐体カバー1の内壁面との間の空間に、冷却ファン6〜8による空気の流れを形成することができる。それによって回路基板4の他面側と筐体カバー1の内壁面との間の空間に熱がこもる虞を低減することができるので、筐体本体2の内部空間の冷却効率を高めることができる。
In other words, by providing the two
このようにして本発明によれば、より放熱効率の高い電池ユニット10を提供することができる。
Thus, according to this invention, the
回路基板4の切り欠き45(分流路)は、上記説明した実施例のように、回路基板4の上流側の端部(短手端43)に形成されているのが好ましい。それによって回路基板4の他面側と筐体カバー1の内壁面との間の空間には、少なくとも回路基板4の上流側端部から冷却ファン6〜8による空気の流れが形成される。回路基板4の他面側と筐体カバー1の内壁面との間の空間に熱がこもる虞をさらに低減することができるので、筐体本体2の内部空間の冷却効率をさらに高めることができる。
The notch 45 (dividing flow path) of the
回路基板4の切り欠き45は、特に矩形形状に限定されるものではなく、その形状はどのような形状でもよい。また回路基板4の一面側に流れる空気の一部を回路基板4の他面側へ導く空気流路は、特に回路基板4に形成した切り欠き45に限定されるものではなく、例えば回路基板4に貫通孔を設けて形成してもよい。
The
また回路基板4に形成された「合流路」としての切り欠き46は、回路基板4の他面側に流れる空気を回路基板4の一面側へ導く空気流路である。これは本発明に必須の構成要素ではないが、このような切り欠き46を設けることによって、回路基板4の他面側に流れる空気が切り欠き46を通じて回路基板4の一面側へ導かれ、排出口29、30から外部へ排出されることになる。つまり回路基板4の他面側から排出口29、30への空気の流路を形成することによって、回路基板4の他面側に空気を流れやすくすることができる。それによって回路基板4の他面側と筐体カバー1の内壁面との間の空間に熱がこもる虞をさらに低減することができるので、筐体本体2の内部空間の冷却効率をさらに高めることができる。
A
回路基板4の切り欠き46(合流路)は、上記説明した実施例のように、回路基板4の下流側の端部(短手端44)に形成されているのが好ましい。それによって回路基板4の他面側と筐体カバー1の内壁面との間の空間には、少なくとも回路基板4の下流側端部まで冷却ファン6〜8による空気の流れが形成される。回路基板4の他面側と筐体カバー1の内壁面との間の空間に熱がこもる虞をさらに低減することができるので、筐体本体2の内部空間の冷却効率をさらに高めることができる。
The notch 46 (joint flow path) of the
回路基板4の切り欠き46は、特に矩形形状に限定されるものではなく、その形状はどのような形状でもよい。また回路基板4の他面側に流れる空気を回路基板4の一面側へ導く空気流路は、特に回路基板4に形成した切り欠き46に限定されるものではなく、例えば回路基板4に貫通孔を設けて形成してもよい。
The
尚、本発明は、上記説明した実施例に特に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された発明の範囲内で種々の変形が可能であること言うまでもない。 Note that the present invention is not particularly limited to the above-described embodiments, and it goes without saying that various modifications are possible within the scope of the invention described in the claims.
1 筐体カバー
2 筐体本体
3 電池
4 回路基板
5 基板ホルダー
6〜8 冷却ファン
9 DC−DCコンバーター
10 電池ユニット
28 吸入口
29、30 排出口
45 回路基板4の切り欠き(分流路)
46 回路基板4の切り欠き(合流路)
DESCRIPTION OF
46 Notch of circuit board 4 (joint flow path)
Claims (4)
前記吸入口から前記排出口への空気の流れを前記筐体の内部に形成する送風装置と、
前記筐体の内部に設けられた電池と、
前記吸入口から前記排出口への空気の流れに沿うように前記筐体の内部に設けられ、一面側が前記電池と対面し他面側が前記筐体の内壁面と対面する回路基板と、を備え、
前記送風装置は、前記電池の周囲及び前記回路基板の一面側に空気の流れを形成するように配設されており、
前記回路基板は、前記送風装置により前記回路基板の一面側に流れる空気の一部を前記回路基板の他面側へ導く分流路が形成されている、ことを特徴とする電池ユニット。 A housing provided with a suction port and a discharge port;
A blower that forms an air flow from the suction port to the discharge port in the housing;
A battery provided inside the housing;
A circuit board provided inside the casing so as to follow an air flow from the suction port to the discharge port, and having one surface facing the battery and the other surface facing the inner wall surface of the housing. ,
The blower is disposed so as to form an air flow around the battery and on one side of the circuit board,
The battery unit, wherein the circuit board is formed with a diversion channel that guides a part of the air flowing to one side of the circuit board to the other side of the circuit board by the blower.
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