JP2007123147A - 電源装置 - Google Patents

Abstract

【課題】流入ダクトにおける空気の乱れを防止し、複数の流入口に均一に、しかもスムーズに空気を流入させて電池ケース内の電池を均一に効率よく冷却する。空気流動に起因する騒音レベルを低くする。
【解決手段】 電源装置は、複数の電池１を収納している電池ケース２と、この電池ケース２の流入口８に空気を供給する流入ダクト１３と、この流入ダクト１３から流入口８を通過して電池ケース２に向かって空気を強制送風する送風ファン１９とを備える。電池ケース２は、流入ダクト１３の空気の流動方向に離して複数の流入口８を開口して、流入ダクト１３の空気を分流して複数の流入口８から電池ケース２に流入している。さらに、電源装置は、流入ダクト１３の終端に、電池ケース２の壁面から突出する空気室１７を設けており、この空気室１７で空気流動の乱れを防止しながら、流入ダクト１３の空気を電池ケース２に流入して電池１を冷却している。
【選択図】図１

Description

本発明は、複数の電池を電池ケースに収納している電源装置に関し、とくに、車両を走行させるモーターを駆動する電源装置やロボットの電源に最適な電源装置に関する。

電気自動車やハイブリッドカー等の電動車両、あるいはロボット等の電源に使用される電源装置は、出力を大きくするために、電池ケースに多数の電池を収納している。たとえば、現在市販されているハイブリッドカーに搭載される組電池は、数百個の電池を直列に接続して、出力電圧を数百Ｖと高くしている。

この種の用途に使用される電源装置は、車両を急加速するときに大電流で放電され、また、車両を減速するときや坂道を下るときの回生ブレーキで大電流で充電され、さらに、大電流で急速充電する状態で使用される。このため、電池ケースに収納している電池が高温になることがある。また、夏期の暑い環境でも使用されるので、電池温度はさらに高温になる。したがって、多数の電池を電池ケースに収納する電源装置は、内蔵している各々の電池を効率よく冷却することが大切である。電池の温度上昇が電池を劣化させる原因となるからである。

電池ケース内の電池を効率よく均一に冷却するために、種々の構造の電源装置が開発されている。（特許文献１及び２参照）
特開２００１−３１３０９０号公報 特開２００２−５０４１２号公報

特許文献１と２の電源装置は、本出願人が先に開発したものである。この電源装置は、複数の電池を収納する電池ケースに沿って流入ダクトを設けている。流入ダクトは、空気の流れる方向に離して複数の流入口を設けている。流入ダクトの空気は、各々の流入口に分流されて、電池ケース内に流入されて電池を冷却する。この構造の電源装置は、流入ダクトの終端で空気の乱れが発生する。空気の乱れは、流入ダクトの終端に、流動する空気が衝突し、これが反射して発生する。すなわち、流入ダクトを流動する空気の波と、流入ダクトの終端で反射される空気の波とが互いに干渉し合って起こる振動によって、この空気の乱れが生じる。空気室の流入ダクト終端における空気の乱れは、流入ダクトから流入口にスムーズに空気を流入させるのを阻害する。このため、全ての流入口にスムーズに、しかも均一に空気を流入できなくなって、電池を効率よく均一に冷却できなくなる。この弊害を防止するために、流入ダクトに強制送風する空気の流速を速くして、電池の冷却効果を高くしている。ただ、空気の流速を速くすると、強制送風するファンの消費電力が増加することに加えて、ファンや空気の通過により発生する騒音が大きくなる欠点がある。また、空気の流速を速くしても、全ての流入口に均一にスムーズに空気を流入できないために、電池ケースに収納している全ての電池を均一に冷却するのは難しく、電池の温度差ができる。

本発明は、さらにこの欠点を解決することを目的に開発されたものである。本発明の重要な目的は、流入ダクトにおける空気の乱れを防止し、複数の流入口に均一に、しかもスムーズに空気を流入させて電池ケース内の電池を均一に効率よく冷却し、さらに空気流動に起因する騒音レベルを低くして、電池を効率よく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、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１、２１を収納すると共に、収納している電池１、２１に強制送風する空気の流入口８、２８を開口している電池ケース２、２８と、この電池ケース２、２８に連結されて、流入口８、２８に空気を供給する流入ダクト１３、２１３と、この流入ダクト１３、２１３から流入口８、２８を通過して電池ケース２、２２に向かって空気を強制送風する送風ファン１９、２１９とを備える。電池ケース２、２２は、流入ダクト１３、２１３の空気の流動方向に離して複数の流入口８、２８を開口して、流入ダクト１３、２１３の空気を分流して複数の流入口８、２８から電池ケース２、２２に流入し、流入された空気で電池１、２１を強制冷却している。さらに、電源装置は、流入ダクト１３、２１３の終端に、電池ケース２、２２の壁面から突出する空気室１７、２１７を設けており、この空気室１７、２１７で空気流動の乱れを防止しながら、流入ダクト１３、２１３の空気を電池ケース２、２２に流入して電池１、２１を冷却している。

本発明の電源装置は、空気室５１７を電池ケース５２の壁面に沿って設けて、流入ダクト５１３と空気室５１７とをＬ字状に連結することができる。さらに、本発明の電源装置は、流入ダクト６１３に連結している空気室６１７の終端を傾斜面６１７Ａとすることができ、あるいは、流入ダクト７１３に連結している空気室７１７の終端を湾曲面７１７Ｂとすることができる。さらにまた、本発明の電源装置は、流入ダクト８１３に連結している空気室８１７に多孔質材８１８を収納することができる。

本発明の電源装置は、流入ダクトにおける空気の乱れを防止して、複数の流入口に均一に、しかもスムーズに空気を流入させて電池ケース内の電池を均一に効率よく冷却できる特長がある。それは、本発明の電源装置が、流入ダクトの終端に、電池ケースの壁面から突出する空気室を設けており、この空気室で空気流動の乱れを防止しながら、流入ダクトの空気を電池ケースに流入させるからである。このように、流入ダクトの終端に、壁面から突出する空気室を備える電源装置は、流動する空気の反射で生じる空気の乱れを空気室の内部で減衰できるので、流入ダクトから流入口にスムーズに空気を流入できなくなる問題点を有効に解消できる。このため、流入ダクトに供給される空気を、複数の流入口から均一に、しかもスムーズに電池ケースに流入させて電池ケース内の電池を均一に効率よく冷却できる。

さらに、本発明の電源装置は、流入ダクトにおける空気の乱れを防止して、流入口からスムーズに空気を流入させて、電池ケース内の電池を効率よく均一に冷却できるので、強制送風するファンの消費電力を大きくすることなく省電力で電池を冷却できると共に、ファンや空気の通過により発生する騒音を低減できる特長もある。

さらに、本発明の請求項２の電源装置は、電池ケースの壁面に沿って空気室を設けて、流入ダクトと空気室をＬ字状に連結しているので、壁面からの突出量を少なくしながら、長い空気室を設けることができる。長い空気室は、流動する空気の反射によって生じる空気の乱れをより効果的に解消できる。したがって、この電源装置は、省スペースに長い空気室を設けながら、流入ダクトの空気を極めてスムーズに流入口から電池ケースに流入させて、電池ケース内の電池を均一に効率よく冷却できる。

さらに、本発明の請求項３の電源装置は、流入ダクトに連結している空気室の終端を傾斜面または湾曲面としているので、流動する空気が反射する向きを、これらの面で変化させて、反射による空気の乱れを低減できる特長がある。傾斜面や湾曲面で反射の向きが変えられる空気の波は、流入ダクトを流動する空気と互いに正面から衝突するのが阻止されて、干渉によって生じる振動が低減される。したがって、流動する空気の反射によって生じる空気の乱れを有効に解消して、流入ダクトの空気をスムーズに流入口から電池ケースに流入できる。とくに、傾斜面や湾曲面で空気の乱れを有効に解消できる空気室は、壁面からの突出量を小さくできる特長がある。

さらに、本発明の請求項４の電源装置は、流入ダクトに連結している空気室に多孔質材を収納しているので、流動する空気を多孔質材に衝突させて吸収させることにより、流動する空気の反射を低減し、反射による空気の乱れを有効に防止できる。

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１に示す電源装置は、複数の電池１を収納する電池ケース２を複数のホルダーケース２Ａに分割している。電池ケース２は、複数のホルダーケース２Ａを直線状に連結している。電池ケース２は、収納している電池１に強制送風して冷却する空気の流入口８を開口している。図の電池ケース２は、各々のホルダーケース２Ａに流入口８を開口して、電池ケース２に複数の流入口８を開口している。ホルダーケース２Ａは、電池１を電池モジュールとして収納している。電池モジュールは、複数の素電池を直列に接続して直線状に連結したものである。各々のホルダーケース２Ａに収納している複数の電池モジュールは、互いに直列に接続される。ただ、ホルダーケースの電池モジュールは、直列と並列に接続することもできる。

図の電源装置は、外ケース３とホルダーケース２Ａとの間に、ホルダーケース２Ａに冷却風を供給する流入ダクト１３と、ホルダーケース２Ａ内の冷却風を排気する排出ダクト１４を設けている。さらに、電源装置は、流入ダクト１３から電池ケース２に向かって空気を強制送風する送風ファン１９を備えている。図１の電源装置は、排出ダクト１４の排出側に送風ファン１９を連結しており、送風ファン１９で排出ダクト１４内の空気を強制的に排気して、外部から流入ダクト１３に供給される空気を流入口８から電池ケース２内に送風している。ただ、電源装置は、図２に示すように、流入ダクト２１３の供給側に送風ファン２１９を連結して、送風ファン２１９から強制的に供給される空気を、流入ダクト２１３から流入口２８を通過させて電池ケース２２内に送風することもできる。これらの図の電源装置は、流入ダクト１３、２１３の供給側と排出ダクト１４、２１４の排出側とを、電池ケース２、２２の同じ側（図において右側）としている。ただ、電源装置は、流入ダクトの供給側と排出ダクトの排出側とを、互いに対向する側に配置することもできる。図１と図２の電源装置は、送風される冷却風を、流入ダクト１３、２１３→ホルダーケース２Ａ、２２Ａ内→排出ダクト１４、２１４に流して、ホルダーケース２Ａ、２２Ａの内部を通過するときに電池１、２１を冷却する。

図１の電源装置は、ホルダーケース２Ａの上方に流入ダクト１３を設け、ホルダーケース２Ａの下方に排出ダクト１４を設けている。電源装置は、図１の状態から上下を反転して配置することもできる。上下反転して配置する電源装置は、下から上に冷却風を送風して、ホルダーケース内の電池モジュールを冷却する。下から上に冷却風を送風するホルダーケースは、スムーズに冷却風を流すことができる。

図１に示すように、複数のホルダーケース２Ａを並べて外ケース３に収納する電源装置は、収納するホルダーケース２Ａの個数を変更して、出力電圧を調整できる。外ケース３に収納するホルダーケース２Ａの個数を多くして、直列に接続する電池数を多くして出力電圧を高くできるからである。ただ、本発明の電源装置は、必ずしも複数のホルダーケースを連結して外ケースに収納する必要はなく、たとえば図２に示すように、ひとつのホルダーケース２２Ａを隔壁２１５で複数の閉鎖室２７に区画して、各々の閉鎖室２７に複数の電池２１を収納することもできる。

図１と図２の電源装置の外ケース３、２３は、下ケース３Ａ、２３Ａと上ケース３Ｂ、２３Ｂからなる。下ケース３Ａ、２３Ａは、複数のホルダーケース２Ａを並べて固定し、あるいはひとつのホルダーケース２２Ａを固定している。上ケース３Ｂ、２３Ｂは、ホルダーケース２Ａ、２２Ａの上面に固定している。

下ケース３Ａ、２３Ａは、ホルダーケース２Ａ、２２Ａを固定するフレームである。この下ケース３Ａ、２３Ａは、両側に沿って凸条（図示せず）を設けて、凸条にホルダーケース２Ａ、２２Ａの両端部を載せて固定して、ホルダーケース２Ａ、２２Ａとの間に排出ダクト１４、２１４を設けている。この下ケース３Ａ、２３Ａは、凸条の高さで排出ダクト１４、２１４の上下幅を調整する。図示しないが、ホルダーケースと下ケースとの間に排出ダクトを設ける電源装置は、凸条の高さを、冷却風の流れる方向に向かって次第に高くして、冷却風が流れる方向に排出ダクトを広くすることができる。

上ケース３Ｂ、２３Ｂは、ホルダーケース２Ａ、２２Ａの上面を覆うカバーで、ホルダーケース２Ａ、２２Ａとの間に流入ダクト１３、２１３を設けている。この電源装置は、図示しないが、上ケースとホルダーケースとの間隔を、冷却風の流れる方向に向かって次第に狭くして、冷却風が流れる方向に送風ダクトを狭くすることができる。

図示しないが、電池モジュールの両端面に位置するエンドプレートを、ホルダーケースに固定する。エンドプレートは、プラスチック等の絶縁材で成形されて、電池モジュールの両端に設けている電極端子に固定されるバスバーを定位置に連結している。バスバーは隣接する電池モジュールを直列に接続する金属板である。エンドプレートは、バスバーをネジ止して電池モジュールに固定されて、ホルダーケースの定位置に固定される。

図１と図２に示すホルダーケース２Ａ、２２Ａは、電池モジュールを平行な姿勢で、冷却風の送風方向（図において上下方向）に複数段に並べて収納している。図３の断面図は、図１に示す電源装置のホルダーケース２Ａを示しており、図４は、図２に示す電源装置のホルダーケース２２Ａを示している。

電池モジュールは、複数の素電池を直列に直線状に連結している。電池モジュールは、たとえば５〜６個の素電池を直線状に連結している。ただ、電池モジュールは、４個以下、あるいは７個以上の素電池を連結することもできる。素電池はニッケル水素電池である。ただ、素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等の他の二次電池とすることもできる。図の電池モジュールは、円筒型電池を直線状に連結して円柱状としている。

図３と図４に示すホルダーケース２Ａ、２２Ａは、一対の対向壁４、２４の内側に複数段（図において３段）に電池モジュールを収納している。また、一対の対向壁４、２４の流入側と排出側を、流入壁５、２５と排出壁６、２６で閉塞して、一対の対向壁４、２４と流入壁５、２５及び排出壁６、２６でもって閉鎖室７、２７を形成して、閉鎖室７、２７に電池モジュールを収納している。

これ等の図に示すホルダーケース２Ａ、２２Ａは、収納している電池モジュールに冷却風を送風するための流入口８、２８と排出口９、２９とを開口している。流入口８、２８からホルダーケース２Ａ、２２Ａに流入される冷却風は、電池モジュールを冷却して排出口９、２９から排出される。

図のホルダーケース２Ａ、２２Ａは、流入口８、２８を流入壁５、２５に開口して、排出口９、２９を排出壁６、２６に開口している。流入口８、２８は、流入壁５、２５の両側に開口されて、内部に流入させる冷却風を、流入壁側の電池モジュールと対向壁４、２４との間に送風する。図の流入壁５、２５は、対向壁４、２４の内面の真上に流入口８、２８を開口している。この流入口８、２８は、対向壁４、２４の内面に沿って冷却風を送風して、対向壁４、２４と電池モジュールとの間に冷却風を通過させる。

流入口８、２８は、流入壁５、２５の両側に開口されるが、必ずしも図に示すように対向壁４、２４の内面の真上には特定しない。たとえば、対向壁の内面の真上から中央にずれて位置するように開口することもできる。流入壁側の電池モジュールは、その両側部分にあって、対向壁４、２４に接近する送風隙間１１、２１１での熱交換量を大きくするが、他の部分での熱交換量を大きくしない。流入壁側の電池モジュールを冷却する冷却風は、他の電池モジュールを冷却する冷却風よりも温度が低く、狭い送風隙間で効率よく電池モジュールを冷却する。

流入口が流入壁の中央に開口されると、流入口からホルダーケース内に流入した冷却風は、図において電池モジュールの上半分の表面に沿って流動して、電池モジュールを冷却する。図の電源装置は、流入壁側の電池モジュールの上面を冷却風で冷却することなく、両側にできる対向壁４、２４との送風隙間１１、２１１でのみ冷却して、他の電池モジュールの冷却バランスを均一にする。

図１の電源装置は、直線状に並べている各々のホルダーケース２Ａに流入口８を開口しており、また、図２の電源装置は、ホルダーケース２２Ａに複数の流入口２８を開口しており、電池ケース２、２２には、流入ダクト１３、２１３の空気の流動方向に離して複数の流入口８、２８を開口している。流入ダクト１３、２１３の空気を分流して複数の流入口８、２８から、電池ケース２、２２を構成するホルダーケース２Ａ、２２Ａに流入し、流入された空気でホルダーケース２Ａ、２２Ａ内の電池１、２１を強制冷却する。

さらに、図１と図２の電源装置は、流入ダクト１３、２１３の終端に、電池ケース２、２２の壁面から突出する空気室１７、２１７を設けている。壁面から突出する空気室１７、２１７は、流入ダクト１３、２１３を流動する空気と、空気室１７、２１７の終端で反射する空気とが干渉して生じる振動による空気の乱れを、空気室１７、２１７の内部で減衰させる。このため、空気室１７、２１７は、終端で発生する空気の乱れが流入ダクト１３、２１３を流動する空気流を乱して、流入口８、２８からスムーズに電池ケース２、２２内に空気を流入できなくなるのを有効に防止する。したがって、これらの電源装置は、流入ダクト１３、２１３に供給される空気を、スムーズにホルダーケース２Ａ、２２Ａに流入させて、電池１、２１を効率よく冷却する。図の電源装置は、ホルダーケース２Ａ、２２Ａの対向壁４、２４から突出するように空気室１７、２１７を設けている。ホルダーケース２Ａ、２２Ａで電池ケース２、２２を構成して、ホルダーケース２Ａ、２２Ａの対向壁４、２４を電池ケース２、２２の壁面としているからである。

図５の電源装置は、電池ケース５２を、互いに平行な姿勢に配置している流入壁５５及び排出壁５６と、この流入壁５５と排出壁５６の両側縁を連結している側壁５１６とで四角形の箱形として、電池ケース５２の上面に流入ダクト５１３を、側面に空気室５１７を設けている。すなわち、この電源装置は、電池ケース５２の壁面である側壁５１６に沿って空気室５１７を設けている。図の電源装置は、流入ダクト５１３と空気室５１７とをＬ字状に連結している。電池ケース５２の側壁５１６はホルダーケース５２Ａの対向壁５４となるので、この電源装置は、ホルダーケース５２Ａの対向壁５４の外側に空気室５１７を設けている。

この電池ケース５２は、流入ダクト５１３との境界に配設している流入壁５５に、空気の流れる方向に離して複数の流入口５８が開口される。電池ケース５２の側壁５１６となるホルダーケース５２Ａの対向壁５４の外側に、流入ダクト５１３に連結する空気室５１７を設けている。この構造の電源装置は、電池ケース５２の側壁５１６に沿って空気室５１７を設けるので、電池ケース５２の側壁５１６からの突出量を少なくして、長い空気室５１７を設けることができる。長い空気室５１７は、流入ダクト５１３の終端における空気の乱れを効果的に防止して、流入ダクト５１３の空気を極めてスムーズに流入口５８からホルダーケース５２Ａに流入させる。とくに、図５の電源装置は、空気室５１７をＵ字状としてさらに長くしているので、空気の振動を効果的に吸収して乱れを極めて少なくできる。

図５の電源装置は、流入ダクト５１３の供給側と排出ダクト５１４の排出側とを、互いに対向する側に配置している。すなわち、図において、右側から供給される冷却風を左側から排出するようにしている。

さらに、図６に示す電源装置は、流入ダクト６１３に連結している空気室６１７の終端を傾斜面６１７Ａとし、図７の電源装置は、空気室７１７の終端を湾曲面７１７Ｂとしている。これ等の電源装置は、空気室６１７、７１７の終端である傾斜面６１７Ａや湾曲面７１７Ｂにおいて、空気の反射の向きが変化する。このため、流入ダクト６１３、７１３を流動する空気と、終端で反射される空気とが互いに正面から衝突するのが阻止されて、これらの波の干渉によって生じる振動が低減される。したがって、これらの電源装置は、流動する空気の反射によって生じる空気の乱れを有効に解消して、流入ダクト６１３、７１３の空気をスムーズに流入口６１８、７１８から電池ケース６２、７２に流入できる。

また、図８の電源装置は、流入ダクト８１３に連結している空気室８１７に多孔質材８１８を収納している。多孔質材８１８は、繊維を多数の空隙ができるように立体的に集合している不織布、合成樹脂を連続気泡ができるように発泡しているプラスチックフォーム等である。この電源装置は、流動する空気を空気室８１７の多孔質材８１８に衝突させて吸収させることにより、流動する空気の反射を低減し、流入ダクト８１３の終端に発生する振動による空気の乱れを有効に防止できる。多孔質材８１８は、空隙率をコントロールして、空気の乱れが最も少なくなるように調整できる。

なお、図５ないし図８に示す実施例において、前述の図１及び図２の実施例と同じ構成要素については、上一桁を除く下桁に、図１の実施例と同符号を付し、また、図２の実施例の上一桁を除く下桁と同符号を付して、その詳細な説明は省略している。

本発明の一実施例にかかる電源装置の断面斜視図である。 本発明の他の実施例にかかる電源装置の断面斜視図である。 図１に示す電源装置の電池ケースの拡大端面図である。 図２に示す電源装置の電池ケースの拡大端面図である。 本発明の他の実施例にかかる電源装置の断面斜視図である。 本発明の他の実施例にかかる電源装置の拡大断面斜視図である。 本発明の他の実施例にかかる電源装置の拡大断面斜視図である。 本発明の他の実施例にかかる電源装置の拡大断面斜視図である。

符号の説明

１、２１、５１、６１、７１、８１…電池
２、２２、５２、６２、７２、８２…電池ケース
２Ａ、２２Ａ、５２Ａ、６２Ａ、７２Ａ、８２Ａ…ホルダーケース
３、２３、５３…外ケース
３Ａ、２３Ａ、５３Ａ…下ケース
３Ｂ、２３Ｂ、５３Ｂ…上ケース
４、２４、５４、６４、７４、８４…対向壁
５、２５、５５、６５、７５、８５…流入壁
６、２６、５６、６６、７６、８６…排出壁
７、２７、５７、６７、７７、８７…閉鎖室
８、２８、５８、６８、７８、８８…流入口
９、２９、５９、６９、７９、８９…排出口
１１、２１１…送風隙間
１３、２１３、５１３、６１３、７１３、８１３…流入ダクト
１４、２１４、５１４、６１４、７１４、８１４…排出ダクト
２１５、５１５…隔壁
１６、２１６、５１６、６１６、７１６、８１６…側壁
１７、２１７、５１７、６１７、７１７、８１７…空気室
６１７Ａ…傾斜面
７１７Ｂ…湾曲面
８１８…多孔質材
１９、２１９、５１９…送風ファン

Claims (4)

1. 複数の電池を収納すると共に、収納している電池に強制送風する空気の流入口を開口している電池ケースと、この電池ケースに連結されて、流入口に空気を供給する流入ダクトと、この流入ダクトから流入口を通過して電池ケースに向かって空気を強制送風する送風ファンとを備え、
   電池ケースが流入ダクトの空気の流動方向に離して複数の流入口を開口して、流入ダクトの空気を分流して複数の流入口から電池ケースに流入し、流入された空気で電池を強制冷却するようにしてなる電源装置であって、
   流入ダクトの終端に、電池ケースの壁面から突出する空気室を設けており、この空気室で空気流動の乱れを防止しながら、流入ダクトの空気を電池ケースに流入して電池を冷却するようにしてなる電源装置。
2. 空気室を電池ケースの壁面に沿って設けて、流入ダクトと空気室をＬ字状に連結している請求項１に記載される電源装置。
3. 流入ダクトに連結している空気室の終端を傾斜面または湾曲面としている請求項１に記載される電源装置。
4. 流入ダクトに連結している空気室に多孔質材を収納している請求項１に記載される電源装置。
   

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