JP2005285455A - 電源装置 - Google Patents

Abstract

【課題】内蔵される各電池セルの冷却力を高めて、高出力でも信頼性、安全性を維持できる電源装置を提供する。
【解決手段】電源装置は、単電池を直線状に接続した電池セルを略平行に複数本並べ、これらの電池セルを直列または並列に接続した電源モジュールをホルダに内蔵する。ホルダは、その内面に電池セルを位置決めした状態で保持するための位置決嵌着部と、位置決嵌着部と略平行に略平行に離間させて冷却媒体を流す冷媒経路を形成している。これによって冷媒を介して電池セルを効果的に冷却でき、従来の空冷方式よりも効率の良い電池冷却を維持できる。特に電池セルと並行して冷媒経路を配置することにより、電池セルの長手方向にわたってほぼ均一に冷却でき、高い冷却力と相俟って電池セルの信頼性を向上させることができる。
【選択図】図１６

Description

本発明は、主として大電流の放電に適している電源装置に関し、特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に電力を供給して車両等の電動機器を駆動する電源装置に関する。

電源装置は、電池又は素電池を直列又は並列に接続した電源モジュールの個数を多くして出力電流を大きくでき、また、直列に接続する直列の個数で出力電圧を高くできる。特に、大出力が要求される用途、例えば自動車等の車両、自転車、工具等に使用される電源装置においては、複数の電池を直列に接続して出力を大きくする構造がとることができる。例えば、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源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、接続する電源モジュールの個数で出力を調整している。大出力が要求される電源装置は、多数の電源モジュールを接続している。現在、ハイブリッドカーに搭載される電源装置は、６個のニッケル−水素電池を直列に接続して電源モジュールを構成している。この電源モジュールをホルダーケースに内蔵して、電源モジュールを直列に接続している。ホルダーケースに２４個の電源モジュールを内蔵する電源装置は、１４４個のニッケル−水素電池を直列に接続して、定格出力電圧が約１７０Ｖとなる。さらに、大出力が要求される電源装置は、直列に接続する電源モジュールの数を多くして出力電圧を高くしている。ハイブリッドカー等の車両に搭載される電源装置は、車両の大きさやモーターの出力により、出力電圧を最適設計する必要がある。このため、電源装置は、用途により内蔵する電源モジュールの個数が変化する。

電池セルを多く使用して出力電流や電圧を高めた電源装置においては、電池セルの発熱量が大きくなる。特に多数の電池セルを使用する電源装置においては、電池セルを効果的に冷却することが重要となる。従来は、電池セルを冷却する冷却空気を電池セルに流入させるための空気ダクトを電源モジュールに隣接させる空冷式が採用されていた。例えば特許文献１に示す電源装置においては、図１８の分解斜視図に示すような電源モジュールを積層し、図１９の垂直断面図に示すように電源モジュール間に空気ダクト５０を配置し、冷却空気を流すことによって電池セルを冷却している。
特開２００４−０３１２４８号公報

しかしながら、空冷式では空気を強制的に送出、排気するためのファンの外径や送風量に冷却性能が依存するため、その冷却能力に自ずと限界があり、電池セルの使用数が増え大電流になる程隅々まで均一に冷却空気を送り込み冷却性能を維持することが困難となる。電池セルの温度上昇が十分に抑制できないと、電池の劣化を早めることとなり電源装置の信頼性が低下する。また空冷式による冷却では、空気の流路を確保するため空気ダクト等の空間が必要となり、装置の小型化の妨げになるという問題もあった。さらに冷却能力を向上させるため大型のファンを使用したりファンの回転数を上げたりすると、ファンの動作音に起因する騒音も大きくなる。加えて複数のファンを使用する場合は、ファン同士の回転が共振してうなり音が発生し不快感を与えることもあった。

本発明は、このような問題点を解決することを目的に開発されたものである。本発明の主な目的は、電源装置に含まれる各電池セルの冷却力を高めて、高出力でも信頼性、安全性を維持できる電源装置を提供することにある。

上記の目的を達成するために、本発明の電源装置は、一以上の単電池を直線状に接続した電池セルを略平行に複数本並べ、かつこれらの電池セルを直列または並列に接続した電源モジュールをホルダに内蔵する。この電源装置では、ホルダは、その内面に電池セルを位置決めした状態で保持するための位置決嵌着部と、位置決嵌着部と略平行に略平行に離間させて冷却媒体を流す冷媒経路を形成している。この構成によって、冷媒を介して電池セルを効果的に冷却でき、従来の空冷方式よりも効率の良い電池冷却を維持できる。特に電池セルと並行して冷媒経路を配置することにより、電池セルの長手方向にわたってほぼ均一に冷却でき、高い冷却力と相俟って電池セルの信頼性を向上させることができる。

また本発明の他の電源装置は、ホルダが、複数のカセットホルダを連結することで構成され、各カセットホルダは他のカセットホルダ同士と連結するためのモジュール連結部材を一面に備えており、さらにモジュール連結部材の表面に、冷媒経路を位置決めして保持する冷媒経路挟着部を備え、モジュール連結部材でカセットホルダ同士が連結される界面において冷媒経路を冷媒経路挟着部で挟着して保持している。この構成によって、カセットホルダ同士を連結して複数の電源モジュールを一体とするホルダを構成すると共に、この連結の界面に冷媒経路を配置させることにより、カセットホルダ同士の連結の際に冷媒経路を位置決めできる。また界面に配置された冷媒経路は、隣接するカセットホルダの電池セルを一の冷媒経路で同時に冷却できる利点が得られる。

さらに本発明の他の電源装置は、モジュール連結部材でカセットホルダ同士を連結した際、この連結の界面に位置する冷媒経路は、界面に面した複数の電池セルから略等しい距離にある。この構成によって、一の冷媒経路の周囲を電池セルが均等な距離で囲むように配置されるので、一の冷媒経路で周囲の電池セルを均等に冷却できる利点が得られる。また、電池セルの断面が碁盤目状となるように配置し、各々の碁盤目の中心に冷媒経路を配置すれば、各電池セルが周囲を冷媒経路で均等に囲むように配置されるため、電池セルの断面方向においても周囲から均等に冷却できるという利点が得られる。

さらに本発明の他の電源装置は、電池セルが円筒形であり、複数の電池セルを略平行状態に隣接させて配置した際に、隣接する４本の電池セルの間に形成される空間に、冷媒経路を配置している。この構成によって、円筒形の電池セルを隣接させた際に生じるデッドスペースに冷媒経路を配置でき、しかも電池セルの周囲を冷媒経路で囲むため断面方向において均等に冷却を行えるという利点があり、円筒形の電池セルを使用する場合のスペース効率および冷却性能の均一性を同時に改善できる。

さらにまた本発明の他の電源装置は、冷媒経路が冷却パイプであり、冷却媒体が冷却パイプを循環する循環水である。この構成によって、水冷式でカセットホルダを介して電池セルを効果的に冷却でき、空冷よりも冷却力を高くして多数の電池セルで大電流を流す電源装置においても、十分な冷却力を発揮して電池性能を維持できる。

さらにまた本発明の他の電源装置は、電源モジュール内の電池セルの並び方向と直交する方向に、複数の電源モジュールを略平行に複数並べて電源モジュールブロックを構成している。この構成によって、電源モジュールを順次連結して所望のサイズ、容量の電源装置を構成でき、一モジュールの追加による体積増分を少なくし、配置スペースや電源出力に応じた電源装置の微調整が可能となる。

さらにまた本発明の他の電源装置は、カセットホルダが絶縁部材で構成されており、この構成によってカセットホルダで電池セルと冷媒経路とを確実に絶縁でき、ショートなどを防止できる。

以上のように、本発明の電源装置によれば、電池セルを内蔵するホルダごと冷却し、ホルダを介して電池セルを冷却する構成を採用すると共に、冷却媒体を使用して冷却能力を高めて確実に電池温度の上昇を防止し、安定して信頼性高く電源装置を使用できる。特に電池セルの長手方向にほぼ並行に冷媒経路を配置することで、電池セルの長手方向にわたって均一に冷却できる。またカセットホルダのモジュール連結部材に冷媒経路挟着部を形成することで、カセットホルダの連結と冷媒経路の保持を同時に行え、また冷媒経路挟着部で位置決めされた冷媒経路が、周囲の電池セルからほぼ等しい距離に離間されることで、各電池セルを均等に冷却できる。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。ただし、以下に示す実施の形態は、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。また特許請求の範囲に示される部材を、実施の形態の部材に特定するものでは決してない。なお、各図面が示す部材の大きさや位置関係等は、説明を明確にするため誇張していることがある。さらに以下の説明において、同一の名称、符号については同一もしくは同質の部材を示しており、詳細説明を適宜省略する。さらに、本発明を構成する各要素は、複数の要素を同一の部材で構成して一の部材で複数の要素を兼用する態様としてもよいし、逆に一の部材の機能を複数の部材で分担して実現することもできる。

本発明の一実施の形態に係る電源装置を構成する電源モジュールの一例を、図１〜図４に示す。図１は電源モジュール１００の斜視図、図２は平面図、図３は側面図、図４は正面図をそれぞれ示している。これらの図に示す電源モジュール１００は、カセットホルダ１０内に計８本の単電池１を保持している。単電池１は、一以上を長手方向に直線状に配置して電池セル２を構成する。単電池１同士の端面で正極、負極を電気接続状態に固定することで、これらの単電池１同士を直列に接続できる。また単電池１同士の接続部分にＯリング３（後述）を設けて保護している。このようにして構成された電池セル２を平行に複数本並べ、互いに電気接続して電源モジュール１００を構成する。図１の例では、単電池２本からなる電池セル２を４本横並びに配列しているが、単電池１や電池セル２の数は一個の電源モジュール１００に要求される出力やサイズなどに応じて適宜設定される。例えば単電池や電池セルを一とすることも可能である。なお本実施の形態ではすべての単電池を直列に接続したが、並列接続や直列、並列接続の組み合わせも可能であることはいうまでもない。
（単電池１）

単電池１は充電可能な二次電池、あるいは静電容量の大きなスーパーキャパシタを使用する。このような二次電池としては、ニッケル−水素電池やリチウムイオン電池、ニッケル−カドミウム電池等が使用できる。リチウムイオン電池は充電容量が大きいので、大電流を必要とする用途の場合でも容量不足を招かずに十分な使用時間を確保できる。またこれらの図においては、単電池１を円筒型電池としている。ただ、単電池には角型電池や薄型電池も使用できる。
（カセットホルダ１０）

カセットホルダ１０は、内部で保持する電池セル２を振動や外力などから保護できるよう、十分な強度とする。例えばプラスチックやセラミック、金属等の成形材で構成され、絶縁性を備えるプラスチックが好適に使用できる。プラスチックを使用する場合は、グラスファイバ入りなどガラス繊維を混入させて強度を増すタイプが好ましい。一方金属製のカセットホルダを使用する場合は、電池セル２のショートなどを防止するための絶縁構造を設ける。金属製のカセットホルダは熱伝導性に優れ、放熱特性を改善できる。
（カセットホルダの嵌合構造）

カセットホルダ１０は、一対のカバー片１２に分割されており、上下のカバー片１２Ａ、１２Ｂを連結することで電池セル２を両面から保持する。このようなカセットホルダ１０の嵌合構造を図５及び図６に示す。図５は上カバー片１２Ａを開放して電池セル２をセットした状態の斜視図、図６はその正面図をそれぞれ示している。上カバー片１２Ａおよび下カバー片１２Ｂは、単電池１を複数直線状に接続した電池セル２を収納できるよう、それぞれ同じ形状に形成されている。具体的には、カセットホルダ１０は内面に、電池セル２を位置決めした状態で保持する位置決嵌着部１４を形成している。位置決嵌着部１４は電池セル２の側面を挟着して保持する。位置決嵌着部１４は、保持する単電池１の形状に応じて、これを確実に保持できる大きさ及び形状に設計される。図の例では円筒形の電池の周囲を保持するように、これとほぼ同じ大きさの円弧状の嵌着溝としている。上カバー片１２Ａおよび下カバー片１２Ｂで電池セル２を上下から保持するよう、嵌着溝は半円状としている。

さらに、隣接する円筒形の電池セル２同士の間には嵌合突起１６を突出させる。嵌合突起１６によって隣接する電池セル２を区画し、これらを絶縁すると共に確実に保持し、外部の衝撃から電池セル２を保護する。

なお位置決嵌着部１４は必ずしも電池セル２の側面と完全に一致させる必要はなく、若干の隙間を設けて電池セル２を冷却する冷却隙間を設けてもよい。本実施の形態では、位置決嵌着部１４の一部を突出させて支持凸部１８とし、支持凸部１８で電池セル２の側面に部分的に押圧するように保持して、非接触の部分を冷却隙間としてカセットホルダ１０内の電池セル２を効果的に冷却できる。支持凸部１８は、好ましくは電池セル２の円周上を４箇所でほぼ均等に保持する。

さらに、上下のカバー片１２Ａ、１２Ｂに分割されたカセットホルダ１０は、カバー片１２の開放及び閉塞を容易に行うための折曲連結部２０及び連結フック２２を設けている。折曲連結部２０は、ほぼ同じ形状に形成された上下のカバー片１２Ａ、１２Ｂの一端辺においてこれらを連結し、ピボット状に開閉させる。折曲連結部２０は、上下のカバー片１２Ａ、１２Ｂをヒンジ等の可動片で予め回動可動に固定する構成や、上下のカバー片１２Ａ、１２Ｂを一体成型して、折曲部分の肉厚を薄く構成して折曲可能とした構成などが利用できる。特にカセットホルダ１０をプラスチックで一体成型する構成では、一の金型で上下のカバー片１２Ａ、１２Ｂおよび折曲連結部２０を成型できるので好ましい。

一方、連結フック２２は折曲連結部２０と反対側の端辺に設けられ、上下のカバー片１２Ａ、１２Ｂを閉塞した状態で固定する。連結フック２２は、好ましくはネジなどの別部材を使用することなく上下のカバー片１２Ａ、１２Ｂを連結できる嵌合構造とする。例えば図５及び図６に示すように、一方のカバー片１２にカギ状に先端に引掛片を設け、他方のカバー片１２にはこの引掛片と対応する位置に引掛片が係止されるよう段差部を設ける。このような引掛片、段差部といった嵌合構造は、カバー片１２に一体成型で構成することが好ましい。

このように、片開き式に上下のカバー片１２Ａ、１２Ｂを予め連結しておくと共に、連結フック２２で容易に固定できる構造のカセットホルダ１０は、組み立て作業を容易に行える利点がある。特にツメによる嵌め込み構造であれば、従来のように上ケースと下ケースに分離された別部材のカセットホルダをネジ止めなどにより固定する構造に比較して、ネジ等の固定部材やネジ止め作業、特別な工具などが不要で、極めて容易に電池セルをカセットホルダに内蔵して固定でき、コスト及び作業性の面で好ましい。ただ、カセットホルダの固定は嵌合構造に限られず、熱溶着や超音波溶着、接着材、ネジの螺合などによる固定方法も採用できる。ネジを使用する方法であっても、上下のカバー片１２Ａ、１２Ｂの片側は既に固定されているため、螺合作業が半分で済む利点が得られる。
（Ｏリング３）

電池セル２の表面には、所定の間隔で複数のＯリング３を装着している。Ｏリング３は、好ましくは電池セル２の中間部分の複数部分に設けられる。Ｏリング３は、弾性変形できるゴム状弾性体で、断面図形状を円形とし、あるいは図示しないが断面形状を楕円形又は多角形としている。Ｏリング３は、図５および図６に示すように、電池セル２とカセットホルダ１０の位置決嵌着部１４との間に挟着されて、電池セル２を位置決嵌着部１４に装着する。Ｏリング３は、その内径を電池セル２の外径よりもわずかに小さく、あるいは等しくして、電池セル２の表面に隙間なく密着される。Ｏリング３は緩衝作用がある。このため、電池セル２とカセットホルダ１０との間に挟着されるＯリング３は、自動車等の車両に固定されるカセットホルダ１０の振動を吸収して、電池セル２の振動を少なくできる。また、電池セル２をカセットホルダ１０に隙間なくしっかりと固定する。

Ｏリング３のある電池セル２は、簡単な構造でカセットホルダ１０にしっかりと保持できる状態で装着される。それは、図５および図６に示すように、カセットホルダ１０に位置決嵌着部１４として設けている嵌着溝に入れて、しっかりと固定できるからである。従来のホルダーケースは、電源モジュールを固定するために、複雑な取り付け構造としている。この取り付け構造は、ホルダーケースの内面に、電源モジュールと直交する方向にリブを設けている。リブは、電源モジュールを嵌着するアーチ状の凹部を設けている。さらに、このアーチ状の凹部に沿って、弾性ゴムを固定する複雑な固定構造としている。これに対して、Ｏリング３のある電池セル２は、位置決嵌着部１４を簡単な構造の溝状に成形して、Ｏリング３を介して電池セル２をしっかりと振動しないように保持して固定できる。
（電源モジュール同士の連結）

以上のようにして構成された電源モジュールを複数連結して、電源モジュールブロックを構成する。図７〜図１２に、電源モジュール１００で構成された電源モジュールブロック１０００を示す。図７はベースフレーム２８上に載置された電源モジュールブロック１０００を示す斜視図、図８はその平面図、図９は、締結バンド４４で電源モジュールブロック１０００を固定した状態を示す斜視図、図１０はその正面図、図１１はその側面図、図１２は締結バンド４４を固定する部分の断面図を、それぞれ示している。これらの図に示す電源モジュールブロック１０００は、カセットホルダ１０をカートリッジ式に複数連結していくことで、電源出力に必要な本数の単電池１や電池セル２を使用した電源装置を構築する。図７の例では、複数の電源モジュール１００を連結した小ブロック１０００ａを複数並べて電源モジュールブロック１０００を構成している。また、ベースフレーム２８の端部及び中央部分を断面凸型の凸条４２に突出させ、この凸条４２同士の上に跨るようにカセットホルダ１０を連結する。図９の例では、ベースフレーム２８上に２列の電源モジュール１００を配置するように、中央部分の凸条４２Ａを左右の電源モジュール１００共通の台座とし、左右の凸条４２Ｂよりも大きく構成している。電源モジュール１００とベースフレーム２８の固定は、カセットホルダ１０毎に設けたカギ状の突起を、突起を係止するためベースフレーム２８に形成されたスリットに挿入するなどの構成が利用できる。
（モジュール連結部材３２）

カセットホルダは同じ構造に形成され、一方の面と他方の面とが連結できるモジュール連結部材３２を備えている。これによって、同一種類のカセットホルダを複数、同じ姿勢で隣接する面同士を連結して一体化したホルダを構成し、図７のように電源装置を構成できる。このようなカセットホルダ同士を連結するモジュール連結部材３２の一例を図１３及び図１４に示す。図１３はモジュール連結部材３２によるカセットホルダ１０Ｃ同士の連結状態を示す斜視図であり、図１４はその側面図をそれぞれ示している。これらの図に示すカセットホルダ１０Ｃは、面積の広い面にモジュール連結部材３２を設け、電池セル２が直立姿勢のまま連結後も、異なる電源モジュールの電池セル２同士が互いに平行状態を維持している。すなわち、電源モジュール内で電池セル２が平行に並ぶ方向と垂直に、電源モジュールを継ぎ足す構成としている。
（嵌着凸部３３、嵌着凹部３４）

図１３及び図１４の例では、電源モジュール３００のカセットホルダ１０Ｃの一面にモジュール連結部材３２として嵌着凸部３３と嵌着凹部３４を設け、これらの嵌着によってカセットホルダ１０Ｃ同士を連結する。図の例ではカセットホルダ１０Ｃの一方の面（図１３において前面、図１４において左面）に嵌着凹部３４を上部、嵌着凸部３３を下部に設け、さらに反対側の面（図１３において背面、図１４において右面）には、上部には嵌着凸部３３、下部には嵌着凹部３４を、前面の嵌着凸部３３、嵌着凹部３４とそれぞれ対応する位置に設けている。図に示す嵌着凸部３３は円筒状に形成された突起であり、これに対応して嵌着凹部３４は円形の穴に形成され、嵌着凸部３３を挿入して保持できる大きさに形成される。これら嵌着凸部３３および嵌着凹部３４は、好適にはカセットホルダ１０Ｃと一体成型により形成される。カセットホルダ１０Ｃをプラスチックなどの弾性部材で構成することにより、弾性変形して嵌着凸部３３が嵌着凹部３４に挿入されて嵌着される。この例では嵌着凹部３４と嵌着凸部３３をそれぞれ上下に分けて配置しているが、左右に分けて配置することもできる。あるいは、カセットホルダの前面に嵌着凸部を、背面に嵌着凹部を形成してもよい。さらに嵌着凸部３３の形状は円形に限られず、正方形や長方形、三角形などの多角形状や十字状などとしてもよく、また先端に鍔やカギ条、フック等を設けて、嵌着凹部に挿入された状態で外れないように構成することもできる。またこの例では、嵌着凸部３３、嵌着凹部３４の配置を上下に対称な位置として、前後を反転させた状態でも連結可能としている。ただ、これらを上下非対称に配置して反転した状態では連結できないように構成することもできる。例えば電源モジュールの電極端子が上下いずれかの面に位置している場合に、カセットホルダの前後を反転させても連結可能とすると、電源モジュールの連結後に電極端子面が片面に揃わなくなるおそれがある。このような場合に前後を反転させるとカセットホルダ同士が連結できないように構成することで、このような逆向きの連結を阻止できる。
（電源モジュールブロック１０００）

以上のようにして、カセットホルダ同士をカードリッジ式に連結していくことで、複数の電源モジュールを連結した電源モジュールブロック１０００が形成される。特に電源モジュールの連結数を加減することで、電源モジュールブロック１０００に含まれる電池セル数（単電池数）を容易に変更できる利点が得られる。また電源モジュールブロック１０００は、ベースフレーム２８上に固定される。ベースフレーム２８は電源モジュールブロック１０００を載置する基台であり、十分な強度を備える金属又はプラスチック製とする。金属製のベースフレーム２８は熱伝導性に優れ、放熱性がよい。一方プラスチック製のベースフレーム２８は絶縁性が高く、電池のショートなどを阻止できる。

また電源モジュール同士の連結をさらに強固にするために、図９〜図１２に示すように電源モジュールブロック１０００に締結バンド４４を締結する。図９は締結バンド４４で電源モジュールブロック１０００を締結した状態の斜視図を、図１０はこの正面図、図１１はこの側面図、さらに図１２は締結バンド４４のずれを防止するバンドガイド４６を設けた部分を示す拡大断面図を、それぞれ示している。これらの図に示す締結バンド４４は、金属製または樹脂製のバンドであり、好適にはチューブバンドが利用できる。また金属製のバンドはネジで締結力を調整可能なタイプが使用できる。この例では締結バンド４４を２つ、上下に離間して電源モジュールブロック１０００を締結している。もちろん、締結バンド４４の位置及び数は適宜調整でき、１あるいは３以上とすることもできる。

さらに、締結バンド４４で電源モジュールブロック１０００を締結後に、ずれたり脱離したりしないよう、これを定位置に保持する保持機構を設ける。この例では、図１２に示すように電源モジュールのカセットホルダ１０に、締結バンド４４を保持するバンドガイド４６を設けている。バンドガイド４６はカセットホルダ１０の表面で締結バンド４４を位置させる部分に形成された段差であり、締結バンド４４の幅とほぼ同じか若干大きい大きさに形成される。バンドガイド４６はカセットホルダ１０の成型時に形成される。また、バンドガイド４６の開口部分に締結バンド４４を挿入し易いよう、開口部の端縁を面取りしたり斜面させてもよい。以上のようにして、電源モジュールブロック１０００は締結バンド４４によって確実に連結状態を維持される。

以上は、電源モジュールをブロック化して連結する構造について説明したが、本発明はこの構成に限られず、電源モジュールブロックを一のホルダで構成して電池セルを収納することもできる。
（冷媒経路７４）

次に、電池セルを冷却する冷媒経路を構成する例を図１５〜図１６に基づいて説明する。図１５は電源モジュールブロックを内蔵するホルダ１００１の水平断面図、図１６はこのホルダ１００１に保持される冷媒経路７４に冷却媒体を流す様子を示す模式図である。これらの図に示すように、電池セル２の周囲を囲むように冷媒経路７４を離間して配置し、ここに冷却媒体Ｃを流すことで電池セル２の長手方向に沿って冷却している。このように、円筒形の電池セル２を並行に配置した際のデッドスペースとなる周囲の四隅に冷媒経路７４を配置することで、デッドスペースを有効活用すると共に電池セル２の周囲から均等に冷却を行えるという利点がある。特に従来の空冷方式では、電池セルの周囲の一面から冷却空気を送り込んで冷却する方式であったため、冷気が直接当たる部位とその反対面とでは冷却効果に差が生じ、電池セルを均等に冷却することが困難であった。これに対して本実施の形態では、上記の配置によって電池セル２の周囲にほぼ等間隔で配置された冷媒経路７４に冷却媒体Ｃを流すことによって、断面においてほぼ均等に冷却を行うことができ、上述のような冷却能力の不均一さが解消できる。さらに本実施の形態においては、冷媒経路７４を電池セル２の長手方向に沿って配置しているため、電池セル２の断面方向のみならず長さ方向においても均一な冷却を得ることができる。このように、冷却能力の不均一による電池特性のばらつきを抑制して、高品質で信頼性の高い電源装置が実現される。
（冷媒経路挟着部７６）

図１３及び図１５に示すホルダ１００１は、カセットホルダのモジュール連結部材に、冷媒経路７４を位置決めして保持する冷媒経路挟着部７６を形成している。冷媒経路挟着部７６は、冷媒経路７４を挟持できるよう冷媒経路７４を２分割した形状に沿うような断面に形成する。ここでは冷媒経路７４に冷却水を流す円筒状の冷却パイプを使用しているため、冷媒経路挟着部７６は断面を半円状に形成する。また冷媒経路挟着部７６は、電池セル２を保持する位置決嵌着部１４とオフセットさせて、位置決嵌着部１４の間に位置するようカセットホルダの両面でモジュール連結部材に面して形成される。これによって、カセットホルダ同士をモジュール連結部材で連結した際、冷媒経路挟着部７６で冷媒経路７４を両面から挟着することができ、冷媒経路７４の位置決めと固定を同時に行える。
（冷却媒体Ｃ）

冷却媒体Ｃとしては、熱交換により温度を低下できる既知の媒体が使用でき、好ましくは冷却水をポンプなどで循環させて使用する。冷却水の冷却媒体Ｃを循環させる冷媒経路７４は、熱伝導の良い金属管が冷却パイプとして好適に利用できる。なお、冷却媒体としては冷水以外に限られずオイルや炭素粉、冷媒ガスなども利用できる。さらに、水冷のみならず空冷等他の方式と併用することも可能である。あるいはヒートパイプやペルチェ素子等の熱電冷却加熱素子を利用することもできる。

図１７に、冷却媒体を循環させる配管状態を示す。この図に示すように、冷却媒体をポンプ７７で循環させ、電源モジュールブロックを内蔵するホルダ１００１を冷却する。冷却媒体の経路はホルダ１００１に導入される前段で多分岐されて冷媒経路７４に接続され、各々の冷却ブロックに冷却媒体を流して熱交換により電池セル２を冷却する。熱交換されて温められた冷却媒体は、経路に設けられた熱交換機７８で再度冷却されて、ポンプ７７で循環されて再度ホルダ１００１に導入される。熱交換機７８には必要に応じて冷却用ファン７９等を配置する。これによって冷却媒体を循環させ、ホルダ１００１内の電池セル２を一定温度に維持できる。

またこのような冷却媒体を使用することで、電源装置の運転停止後の自然冷却にも温度差を生じ難くできる。電源装置の運転を停止した後に放置すると、電池セルの温度は時間の経過と共に低下するが、空冷による場合はその際の電池セルの温度低下にばらつきが生じる。すなわち、電源モジュールブロックの内ホルダの外周側に配置された電池セル程温度が低下しやすく、逆に内側にある電池セルほど冷却が遅くなる傾向にある。このような場合に、水のような熱容量の大きな冷却媒体を使用することで、配管内部の冷却媒体に温度差がつきにくく、その結果ホルダ内部の電池セル間の冷却のばらつきも抑制できるという効果が得られる。

本発明の電源装置は、ハイブリッドカーや電気自動車等の車両用電源装置など、高出力、大電流の電源装置として好適に適用できる。

本発明の一実施の形態に係る電源モジュールを示す斜視図である。 図１の電源モジュールを示す平面図である。 図１の電源モジュールを示す側面図である。 図１の電源モジュールを示す正面図である。 カセットホルダに電池セルを収納する状態を示す斜視図である。 図５のカセットホルダの側面図である。 ベースフレーム上に載置された電源モジュールブロックを示す斜視図である。 図７の電源モジュールブロックの平面図である。 図７の電源モジュールブロックを締結バンドで固定した状態を示す斜視図である。 図９の電源モジュールブロックの正面図である。 図９の電源モジュールブロックの側面図である。 カセットホルダの表面で締結バンドを保持する部分を示す拡大断面図である。 カセットホルダ同士の連結状態の一例を示す斜視図である。 図１３のカセットホルダの連結状態を示す側面図である。 電源モジュールブロックを内蔵するホルダに冷媒経路を配置した状態を示す水平断面図である。 図１５の冷媒経路に冷却媒体を流す状態を示す斜視図である。 冷却媒体を循環させる配管状態を示す経路図である。 出願人が先に開発した電源モジュールを示す分解斜視図である。 図１８の電源モジュールを複数積層した状態を示す垂直断面図である。

符号の説明

１００、３００…電源モジュール
１０００…電源モジュールブロック；１０００ａ…小ブロック；１００１…ホルダ
１…単電池
２…電池セル
３…Ｏリング
１０、１０Ｃ…カセットホルダ
１２…カバー片；１２Ａ…上カバー片；１２Ｂ…下カバー片
１４…位置決嵌着部
１６…嵌合突起
１８…支持凸部
２０…折曲連結部
２２…連結フック
２８…ベースフレーム
３２…モジュール連結部材
３３…嵌着凸部
３４…嵌着凹部
３８…フレーム連結部材
４２、４２Ａ〜Ｂ…凸条
４４…締結バンド
４６…バンドガイド
５０…空気ダクト
７４…冷媒経路
７６…冷媒経路挟着部
７７…ポンプ
７８…熱交換機
７９…冷却用ファン
Ｃ…冷却媒体

Claims (7)

1. 一以上の単電池を直線状に接続した電池セルを略平行に複数本並べ、かつこれらの電池セルを直列または並列に接続した電源モジュールをホルダに内蔵する電源装置であって、
   前記ホルダは、その内面に前記電池セルを位置決めした状態で保持するための位置決嵌着部と、前記位置決嵌着部と略平行に離間させて冷却媒体を流す冷媒経路を形成してなることを特徴とする電源装置。
2. 請求項１に記載の電源装置であって、
   前記ホルダは、複数のカセットホルダを連結することで構成され、各カセットホルダは他のカセットホルダ同士と連結するためのモジュール連結部材を一面に備えており、さらに前記モジュール連結部材の表面に、前記冷媒経路を位置決めして保持する冷媒経路挟着部を備え、前記モジュール連結部材でカセットホルダ同士が連結される界面において冷媒経路を前記冷媒経路挟着部で挟着して保持してなることを特徴とする電源装置。
3. 請求項２に記載の電源装置であって、
   前記モジュール連結部材で前記カセットホルダ同士を連結した際、この連結の界面に位置する冷媒経路は、界面に面した複数の電池セルから略等しい距離にあることを特徴とする電源装置。
4. 請求項３に記載の電源装置であって、
   前記電池セルが円筒形であり、複数の電池セルを略平行状態に隣接させて配置した際に、隣接する４本の電池セルの間に形成される空間に、前記冷媒経路を配置してなることを特徴とする電源装置。
5. 請求項４に記載の電源装置であって、
   前記冷媒経路が冷却パイプであり、前記冷却媒体が冷却パイプを循環する循環水であることを特徴とする電源装置。
6. 請求項５に記載の電源装置であって、
   前記電源モジュール内の電池セルの並び方向と直交する方向に、複数の電源モジュールを略平行に複数並べて電源モジュールブロックを構成してなることを特徴とする電源装置。
7. 請求項１から６のいずれかに記載の電源装置であって、
   前記カセットホルダは絶縁部材で構成されてなることを特徴とする電源装置。

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