JP2008016188A - 電源装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】ホルダーケースに多段に電池を収納しながら、電池の温度差を少なくして均一に冷却する。
【解決手段】電源装置は、複数の電池１を電池ケース３に３段以上に積層して収納している。電池ケース３は、第１のホルダーケース２Ａと第２のホルダーケース２Ｂに分割しており、第１のホルダーケース２Ａに第２のホルダーケース２Ｂよりも多段に電池１を収納している。電池ケース３は、第１のホルダーケース２Ａと第２のホルダーケース２Ｂの間に中間ダクト４を設けると共に、第１のホルダーケース２Ａの外側に第１の外側ダクト５Ａを、第２のホルダーケース２Ｂの外側に第２の外側ダクト５Ｂを設けている。電池ケース３は、中間ダクト４からホルダーケース２に冷却風を通過させて外側ダクト５に排気して、ホルダーケース２内の電池１を冷却している。さらに、第２の外側ダクト５Ｂは、第１の外側ダクト５Ａよりも圧力損失を大きくしている。
【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、主として自動車を走行させるモーターに電力を供給するのに使用される電源装置に関する。
電気自動車や、内燃機関とモーターの両方で走行されるハイブリッドカー等の電動車両は、走行用モーターに電力を供給する電源として、電池を多数個接続した電源装置を使用する。
この種の用途に使用される電源装置は、大出力のモーターに電力を供給するために出力電圧を高くしている。このため、多数の電池を直列に接続してこれをホルダーケースに収納している。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電源装置は、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。この電源装置は、５〜６個の電池を直列に接続して電池モジュールとし、さらに多数の電池モジュールをホルダーケースに収納して直列に接続している。
ハイブリッドカー等の電動車両に搭載される電源装置は、自動車を急加速するときに大電流放電してモーターを加速し、また、減速するときや坂道を下るときには回生ブレーキによって大電流で充電される。このため、電池が相当に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、多数の電池をホルダー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、しかも均一に冷却することが大切である。冷却する電池に温度差ができると種々の弊害が発生する。たとえば、温度が高くなった電池は劣化して満充電できる実質充電容量が小さくなる。実質充電容量の低下した電池が直列接続されて同じ電流で充放電されると、過充電となり、あるいは過放電になりやすくなる。満充電できる容量と完全に放電できる容量が小さくなっているからである。電池は、過充電と過放電によって著しく特性が低下する。このため、実質充電容量の小さくなった電池は加速度的に劣化する。とくに、この電池の温度が高温になれば、電池の劣化はさらに大きくなる。このことから、多数の電池をホルダーケースに収納する電源装置は、全ての電池を温度むらが発生しないように均一に冷却することが大切である。
このことを実現するために、種々の構造が開発されている。（特許文献１ないし３参照）
特開２００１−３１３０９０号公報 特開２００２−５０４１２号公報 特開平１１−３２９５１８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、複数本の電池を直線状に接続した電池モジュールを平行な姿勢としてホルダーケースに収納する。ホルダーケースの内部には、電池モジュールに交差するように冷却風を強制送風して、電池モジュールを冷却する。電池モジュールは、冷却風の送風方向に２段に配設している。さらに、この電源装置は、複数のホルダーケースを並べて外ケースに収納している。この電源装置は、外ケースに収納するホルダーケースの数で、出力電圧を調整できる。さらにまた、各々のホルダーケースは、収納する電池モジュールとの間に送風隙間を設けている。送風隙間は冷却風を送風して、電池モジュールが冷却される。また、各々の電池モジュールを均一に冷却するために、送風方向に並べて収納する電池モジュールの間には、冷却風の流れをコントロールする部材を配設している。
この構造の電源装置は、ホルダーケースに収納する２段の電池モジュールを均一に冷却できる。しかしながら、全体の設置面積を小さくするために、ホルダーケースに３段以上に電池モジュールを収納すると、各々の電池モジュールを均一に冷却できなくなる。
特許文献３は、ホルダーケースに３段以上に電池モジュールを収納する電源装置を記載する。この電源装置は、複数の電池モジュールを平行な姿勢として、冷却風の送風方向に離して、ホルダーケースに多段に収納している。この電源装置は、電池モジュールの間に冷却風を強制送風して、電池モジュールを冷却している。この冷却構造は、下流側の電池モジュールの冷却効率が上流側よりも低くなって高温になる。この欠点を解消するために、ホルダーケースの最上流位置に、ダミーの電池ユニット等の乱流促進体を設けて、ホルダーケース内に導入する冷却風の流れを乱すことで上流位置における電池モジュールを効率よく冷却している。また、ホルダーケースに、冷却風通流路の途中に冷却風を取り込む補助冷却風の取り入れ口を設けて、下流側での電池の冷却効率を高める構造としている。
この電源装置は、乱流により、あるいは途中に流入させる冷却風で下流側の電池モジュールの冷却効果を向上できる。しかしながら、この構造によっては、全ての電池モジュールを均一な温度に冷却することができない。
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、ホルダーケースに多段に電池を収納しながら、電池の温度差を少なくして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、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を電池ケース３に３段以上に積層して収納している。電池ケース３は、電池１の積層方向の中間で、第１のホルダーケース２Ａと第２のホルダーケース２Ｂに分割しており、第１のホルダーケース２Ａは第２のホルダーケース２Ｂよりも多段に電池１を収納している。さらに、電池ケース３は、分割された第１のホルダーケース２Ａと第２のホルダーケース２Ｂの間であるホルダーケース２の内側に、冷却風を送風する中間ダクト４を設けると共に、第１のホルダーケース２Ａの外側には第１の外側ダクト５Ａを、第２のホルダーケース２Ｂの外側には第２の外側ダクト５Ｂを設けている。電池ケース３は、第１の外側ダクト５Ａと第２の外側ダクト５Ｂとの間に、分割された第１のホルダーケース２Ａと第２のホルダーケース２Ｂを配設すると共に、第１のホルダーケース２Ａと第２のホルダーケース２Ｂの間に中間ダクト４を配設している。電池ケース３は、中間ダクト４からホルダーケース２に冷却風を通過させて外側ダクト５に排気し、あるいは外側ダクト５からホルダーケース２に冷却風を通過させて中間ダクト４に排気して、ホルダーケース２内の電池１を冷却する構造としている。さらに、第２の外側ダクト５Ｂは第１の外側ダクト５Ａよりも圧力損失を大きくして、中間ダクト４と外側ダクト５とに冷却風を送風してホルダーケース２内の電池１を冷却する。
本発明の電源装置は、第１のホルダーケース２Ａを下段に、第２のホルダーケース２Ｂを上段に配設して、第１のホルダーケース２Ａの下方に第１の外側ダクト５Ａを、第１のホルダーケース２Ａと第２のホルダーケース２Ｂの中間に中間ダクト４を、第２のホルダーケース２Ｂの上方に第２の外側ダクト５Ｂを設けることができる。
本発明の電源装置は、第２の外側ダクト５Ｂの内幅（Ｗ２）を、第１の外側ダクト５Ａの内幅（Ｗ１）よりも狭くして、第２の外側ダクト５Ｂの圧力損失を第１の外側ダクト５Ａの圧力損失よりも大きくすることができる。
本発明の電源装置は、第１のホルダーケース２Ａにｍ段に電池１を収納し、第２のホルダーケース２Ｂにｎ段に電池１を収納すると共に、第１の外側ダクト５Ａの内幅（Ｗ１）と、第２の外側ダクト５Ｂの内幅（Ｗ２）の比率をｍ：ｎとすることができる。
本発明の電源装置は、第２の外側ダクト５Ｂ内に多孔質材を配設して、第２の外側ダクト５Ｂの圧力損失を第１の外側ダクト５Ａの圧力損失よりも大きくすることができる。
本発明の電源装置は、各々のホルダーケース２が、一対の対向壁１１、２１の内側に複数段に電池１を収納すると共に、一対の対向壁１１、２１の流入側と排出側を、流入壁１２と排出壁１３、２３で閉塞して、一対の対向壁１１、２１と流入壁１２、２２及び排出壁１３、２３でもって閉鎖室１４、２４を形成して、閉鎖室１４、２４に電池１を収納することができる。流入壁１２、２２は、冷却風を内部に送風する流入口１５、２５を両側に開口して、流入口１５、２５から内部に流入する冷却風を電池１と対向壁１１、２１との間に送風し、排出壁１３、２３は、内部の冷却風を外部に排出する排出口１６、２６を中央部に開口して、電池１の表面に沿って送風される冷却風を中央部から外部に送風することができる。さらに、対向壁１１、２１は、隣接して配設している電池１間に突出する凸条１７、２７を有すると共に、凸条１７、２７の内面への突出高さを風上よりも風下で高くすることができる。
本発明の電源装置は、第１のホルダーケース２Ａが、閉鎖室１４に、送風方向に向かって、第１の電池１Ａと第２の電池１Ｂと第３の電池１Ｃを３段に並べて収納すると共に、対向壁１１が、第１の電池１Ａと第２の電池１Ｂとの間に第１の凸条１７Ａを設けて、第２の電池１Ｂと第３の電池１Ｃとの間に第２の凸条１７Ｂを設けて、第２の凸条１７Ｂを第１の凸条１７Ａよりも高くすることができる。
本発明の電源装置は、対向壁１１が、第２の凸条１７Ｂの両側面を、対向する電池１の表面に沿う湾曲面とすることができる。
本発明の電源装置は、排出壁１３と対向壁１１との境界部分の内側内面を電池１の表面に沿う湾曲形状として、電池１との間に送風隙間１８を設けることができる。
本発明の電源装置は、ホルダーケースに多段に電池を収納しながら、全ての電池の温度差を少なくしながら均一に冷却できる特徴がある。それは、本発明の電源装置が、複数の電池を電池ケースに３段以上に収納すると共に、この電池ケースを中間で分割して電池の積層段数が異なる第１のホルダーケースと第２のホルダーケースとし、さらに分割された第１と第２のホルダーケースの中間に中間ダクトを設け、また、各々のホルダーケースの外側には外側ダクトを設けて、中間ダクトからホルダーケースに冷却風を送風して外側ダクトに排気し、あるいは外側ダクトからホルダーケースに冷却風を送風して中間ダクトに排気してホルダーケース内の電池を冷却する構造とし、さらにまた、電池の積層段数の少ない第２のホルダーケースの外側に配置する外側ダクトは、電池の積層段数の多い第１のホルダーケースの外側に設けている第１の外側ダクトよりも圧力損失を大きくしているからである。とくに、本発明の電源装置は、電池ケースに多段に収納している電池を、積層段数が異なる第１のホルダーケースと第２のホルダーケースに分割すると共に、積層段数が異なるホルダーケースの外側に設けている外側ダクトの圧力損失を調整して、各々の電池を均一に冷却する構造としている。この構造の電源装置は、第１と第２のホルダーケースに同じ段数に電池を収納しないことから、電池ケースに収納する電池の積層段数が偶数段に制約されない。たとえば、電池を５段に収納する電源装置にあっては、３段と２段のホルダーケースに分割し、また電池を６段に収納する電源装置にあっては、２段と４段のホルダーケースに分割し、また電池を７段に収納する電源装置にあっては、４段と３段のホルダーケースに分割して、電池を冷却できる。さらに、このことに加えて、従来の電源装置では、積層段数が異なるホルダーケース内の電池の均一な冷却が難しく、温度差が大きくなるのに対し、本発明の電源装置では、ホルダーケースの外側に配設している外側ダクトの圧力損失を調整して、各々のホルダーケースの電池を均一に冷却できる。このため、電池ケースを積層段数が異なるホルダーケースに分割しながら、各々のホルダーケースに収納する電池を温度差を少なくして均一に冷却できる。
ちなみに、本発明の実施例に記載する、第１のホルダーケースに３段、第２のホルダーケースに２段の電池を収納する本発明の電源装置は、第１の外側ダクトと第２の外側ダクトの内幅を３：２として、第２の外側ダクトの内幅を狭くして圧力損失を大きくする独特の構造によって、外側ダクトの圧力損失を等しくする電源装置に比較して、電池の最大温度偏差を４０％も改善でき、全ての電池の温度差を少なくして均一に冷却することに成功した。また、電池ケースを中間で分割して中間ダクトを設け、この中間ダクトから上下のホルダーケースに分流して冷却風を送風するので、分割しないで電池を５段に積層する電源装置に比較して、全ての電池を効率よく冷却して、電池温度を相当に低くできる特徴も実現した。
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１の断面図と、図２の斜視図に示す車両用の電源装置は、複数の電池１を電池ケース３に５段に積層して収納している。図の電源装置は、電池１を５段に収納するが、本発明の電源装置は、電池を７段以上に収納することもできる。電池ケース３は、電池１の積層方向、図において上下の中間で、第１のホルダーケース２Ａと第２のホルダーケース２Ｂに分割している。図の電池ケース３は、第１のホルダーケース２Ａを下段に、第２のホルダーケース２Ｂを上段に配設している。分割された第１のホルダーケース２Ａは、第２のホルダーケース２Ｂよりも多段に電池１を収納している。図の電池ケース３は、第１のホルダーケース２Ａには３段に、第２のホルダーケース２Ｂには２段に電池１を収納している。このように、下段に配設する第１のホルダーケース２Ａが、上段に配設する第２のホルダーケース２Ｂよりも多段に電池１を収納する電源装置は、重心を下方に位置させて、安定して支持できる特長がある。また、第１のホルダーケース２Ａと第２のホルダーケース２Ｂは、横に６列に電池１を並べて収納している。ホルダーケース２は、全ての電池１を平行な姿勢として、多段、多列に並べて収納している。ただ、ホルダーケースは、７列以上に、あるいは５列以下に電池を並べて収納することもできる。
電池ケース３は、分割された第１のホルダーケース２Ａと第２のホルダーケース２Ｂの間となるホルダーケース２の内側に、冷却風を送風するための中間ダクト４を設けている。また、第１のホルダーケース２Ａの外側である下方には、第１の外側ダクト５Ａを設け、第２のホルダーケース２Ｂの外側である上方には、第２の外側ダクト５Ｂを設けている。以上の構造によって、電池ケース３は、第１の外側ダクト５Ａと第２の外側ダクト５Ｂとの間に、分割された第１のホルダーケース２Ａと第２のホルダーケース２Ｂを配設し、さらに、第１のホルダーケース２Ａと第２のホルダーケース２Ｂの間に中間ダクト４を配設している。ホルダーケース２は、中間ダクト４と外側ダクト５に冷却風を送風できるように、中間ダクト４に連結して、また外側ダクト５に連結して、冷却風の流入口６と排出口７を開口している。
図１の電源装置は、中間ダクト４からホルダーケース２に冷却風を通過させて、外側ダクト５から排気して、ホルダーケース２内の電池１を冷却する。この電源装置は、中間ダクト４に連結する流入口６と、外側ダクト５に連結する排出口７をホルダーケース２に設けている。さらに、図の電源装置は、中間ダクト４に冷却風を強制送風する冷却ファン８を、ホルダーケース２の流入口６に連結している。図の電源装置は、冷却ファン８から強制送風される冷却風を流入口６から中間ダクト４に供給し、中間ダクト４からホルダーケース２に通過させて、外側ダクト５から排気して排出口７から排出する。ただし、本発明の電源装置は、外側ダクトからホルダーケースに冷却風を通過させて中間ダクトから排気して、ホルダーケース内の電池を冷却する構造とすることもできる。
第１のホルダーケース２Ａと第２のホルダーケース２Ｂの電池１を均一に冷却して、温度差を少なくするために、第２の外側ダクト５Ｂは第１の外側ダクト５Ａよりも圧力損失を大きくしている。図１の電源装置は、第２の外側ダクト５Ｂの内幅（Ｗ２）を、第１の外側ダクト５Ａの内幅（Ｗ１）よりも狭くして、第２の外側ダクト５Ｂの圧力損失を第１の外側ダクト５Ａの圧力損失よりも大きくしている。とくに、図１の電源装置は、第１のホルダーケース２Ａに３段、第２のホルダーケース２Ｂに２段に電池１を収納して、第１の外側ダクト５Ａの内幅（Ｗ１）と、第２の外側ダクト５Ｂの内幅（Ｗ２）との比率を３：２としている。この電源装置は、第２の外側ダクト５Ｂの内幅（Ｗ２）を狭くして冷却風の循環量を少なくし、第１の外側ダクト５Ａの内幅（Ｗ１）を広くして冷却風の循環量を多くして、３段に収納される電池１を冷却風で効果的に冷却して、全ての電池１の温度差を少なくしている。
さらに、図示しないが、電源装置は、第１のホルダーケースにｍ段、第２のホルダーケースにｎ段に電池１を収納して（ただし、ｍ＞ｎ）、第１の外側ダクトの内幅と、第２の外側ダクトの内幅の比率をｍ：ｎとすることもできる。この電源装置も、第１の外側ダクトの内幅を広くして冷却風の循環量を多くし、第２の外側ダクトの内幅を狭くして冷却風の循環量を少なくして、多段に収納される第１のホルダーケースの電池を冷却風で効果的に冷却して、全ての電池の温度差を少なくできる。
図の電源装置は、第１の外側ダクト５Ａと第２の外側ダクト５Ｂの内幅で圧力損失をコントロールしているが、本発明の電源装置は、図３に示すように、第２の外側ダクト３５Ｂ内に、多孔質材３０を配設して、第２の外側ダクト３５Ｂの圧力損失を第１の外側ダクト３５Ａの圧力損失よりも大きくすることもできる。多孔質材３０は、繊維を立体的に方向を揃えないで繊維の間に隙間ができるように集合している不織布、あるいは合成樹脂を連続気泡によって微細な空隙ができるように発泡成型してなる合成樹脂発泡体などが使用できる。多孔質材３０は、外側ダクト３５の排出端部にあって、外側ダクト３５から外部に排気される冷却風を多孔質材３０の微細な空隙に通過させる。外側ダクト３５は、多孔質材３０の微細な空隙に冷却風を透過させて圧力損失を大きくする。したがって、外側ダクト３５に充填される多孔質材３０は、空隙率を小さくし、あるいは空隙を小さくして圧力損失を大きくできる。また、外側ダクト３５に充填される多孔質材３０を冷却風の透過方向に長くして、圧力損失を大きくすることもできる。この電源装置は、第１のホルダーケース２Ａと第２のホルダーケース２Ｂに収納される全ての電池１が均一に冷却されるように、第２の外側ダクト５Ｂに多孔質材３０を配設する。たとえば、第１のホルダーケースにｍ段、第２のホルダーケースにｎ段（ただし、ｍ＞ｎ）に電池を収納する電源装置においては、第１の外側ダクトに送風される風量と、第２の外側ダクトに送風される風量がおよそｍ：ｎとなるように、第２の外側ダクトに多孔質材を配設して、ホルダーケースに収納される全ての電池を均一に冷却できる。さらに、電源装置は、図示しないが、第１の外側ダクトと第２の外側ダクトの両方に多孔質材を配設して、第１の外側ダクトと第２の外側ダクトに送風される風量を調整することもできる。
さらに、図１に示す電源装置は、中間ダクト４の内部を上下に区画している。図に示す中間ダクト４は、上下の中間に隔壁９を設けて、内部を第１の中間ダクト４Ａと第２の中間ダクト４Ｂに区画している。図の中間ダクト４は、隔壁９の下側を第１の中間ダクト４Ａとして第１のホルダーケース２Ａに連結し、隔壁９の上側を第２の中間ダクト４Ｂとして第２のホルダーケース２Ｂに連結している。このように、中間ダクト４の内部を区画して第１のホルダーケース２Ａと第２のホルダーケース２Ｂに連結する構造は、中間ダクト４の上下に配設される第１のホルダーケース２Ａと第２のホルダーケース２Ｂに、区画された第１の中間ダクト４Ａと第２の中間ダクト４Ｂから分流して冷却風を送風するので、冷却風をスムーズに送風できる特徴がある。ただ、中間ダクトは、必ずしも内部を第１の中間ダクトと第２の中間ダクトに区画する必要はなく、区画されない中間ダクトから第１のホルダーケースと第２のホルダーケースに分流して冷却風を強制送風することもできる。
さらに、図に示す中間ダクト４は、第１の中間ダクト４Ｂの内幅を第２の中間ダクト４Ｂの内幅よりも広くして、第１のホルダーケース２Ａに強制送風する冷却風の風量を第２のホルダーケース２Ｂに強制送風する風量よりも多くしている。このように、中間ダクト４は、第１の中間ダクト４Ｂの内幅と第２の中間ダクト４Ｂの内幅を調整することにより、第１のホルダーケース２Ａと第２のホルダーケース２Ｂに強制送風する冷却風の風量を理想的に調整できる。ただ、中間ダクトは、第１の中間ダクトの内幅と第２の中間ダクトの内幅を等しくすることもできる。それは、第１の外側ダクトと第２の外側ダクトの内幅や構造で圧力損失をコントロールして、第１のホルダーケースと第２のホルダーケースに強制送風する冷却風の風量を調整できるからである。
電池１は、複数の素電池を直列に直線状に連結した電池モジュールの状態で、ホルダーケース２に収納される。電池モジュールは、たとえば４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、３個以下、あるいは５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。
電池１である電池モジュールは、ホルダーケース２に収納されて、バスバー（図示せず）で直列に接続される。バスバーは、ホルダーケース２のエンドプレート（図示せず）に固定される。エンドプレートは、電池モジュールの両端面に位置してホルダーケース２に固定される。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２の定位置に固定される。
ホルダーケース２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。第１のホルダーケース２Ａは３段、第２のホルダーケース２Ｂは２段に電池モジュールを並べて収納している。ここで、図４と図５は、図２に示す電源装置のホルダーケース２の拡大断面図であり、図４は第１のホルダーケース２Ａを、図５は第２のホルダーケース２Ｂを示している。
第１のホルダーケース２Ａと第２のホルダーケース２Ｂは、内部を複数の閉鎖室１４、２４に区画して、各々の閉鎖室１４、２４に複数段に電池１を収納している。第１のホルダーケース２Ａと第２のホルダーケース２Ｂは、一対の対向壁１１、２１の内側に複数段に電池１を収納すると共に、一対の対向壁１１、２１の流入側と排出側を、流入壁１２、２２と排出壁１３、２３で閉塞して、一対の対向壁１１、２１と流入壁１２、２２及び排出壁１３、２３でもって閉鎖室１４、２４を形成して、閉鎖室１４、２４に電池１を収納している。
図４に示す第１のホルダーケース２Ａは、一対の対向壁１１の間に１列３段に電池１を収納する。この第１のホルダーケース２Ａは、送風方向に向かって（図において上から下に向かって）、第１の電池１Ａと、第２の電池１Ｂと、第３の電池１Ｃを３段に並べて収納している。図５に示す第２のホルダーケース２Ｂは、一対の対向壁２１の間に１列２段に電池１を収納する。この第２のホルダーケース２Ｂは、送風方向に向かって（図において下から上に向かって）、第４の電池１Ｄと、第５の電池１Ｅを２段に並べて収納している。第１のホルダーケース２Ａと第２のホルダーケース２Ｂは、収納している電池１に冷却風を送風するための流入口１５、２５と排出口１６、２６とを開口している。流入口１５、２５からホルダーケース２に流入される冷却風は、電池１を冷却して排出口１６、２６から排出される。
第１のホルダーケース２Ａと第２のホルダーケース２Ｂは、流入口１５、２５を流入壁１２、２２に開口して、排出口１６、２６を排出壁１３、２３に開口している。流入口１５は、流入壁１２の両側に開口されて、内部に流入させる冷却風を、第１の電池１Ａと対向壁１１との間に送風する。図の流入壁１２は、対向壁１１の内面の真上に流入口１５を開口している。この流入口１５は、対向壁１１の内面に沿って冷却風を送風して、対向壁１１と第１の電池１Ａとの間に冷却風を通過させる。流入口２５は、流入壁２２の両側に開口されて、内部に流入させる冷却風を、第４の電池１Ｄと対向壁２１との間に送風する。図の流入壁２２は、対向壁２１の内面の真下に流入口２５を開口している。この流入口２５は、対向壁２１の内面に沿って冷却風を送風して、対向壁２１と第４の電池１Ｄとの間に冷却風を通過させる。
流入口１５、２５は、流入壁１２、２２の両側に開口されるが、必ずしも図に示すように対向壁１１、２１の内面の真上や真下には特定しない。たとえば、対向壁の内面の真上や真下から多少は中央に位置するように開口することもできる。ただ、流入口が流入壁の中央に開口されると、冷却風が第１の電池または第４の電池を他の電池よりも過冷却する弊害が発生する。第１の電池１Ａや第４の電池１Ｄは、その両側部分にあって、対向壁１１、２１に接近する第１の送風隙間１８Ａ、２８Ａ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。第１の電池１Ａまたは第４の電池１Ｄを冷却する冷却風は、他の電池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を冷却する。
仮に、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、電池の流入壁側の半分の表面に沿って流動して、電池を冷却する。第１の電池と第４の電池は、流入壁側の外面を冷却風で冷却することなく、両側にできる対向壁との送風隙間でのみ冷却して、他の電池の冷却バランスを均一にする。このことを実現するために、流入口１５、２５は流入壁１２、２２の中央には開口されず、対向壁１１、２１の真上や真下から中央に偏在して開口するとしても、流入口１５、２５の位置は、対向壁１１、２１の内面の真上や真下と、流入壁１２、２２の中央の中間よりも外側に開口される。
流入口１５、２５に対して、排出口１６、２６は、排出壁１３、２３の中央に沿って開口される。図４の第１のホルダーケース２Ａにおいては、閉鎖室１４から排出される冷却風を、第３の電池１Ｃの下部に沿って送風させて、第３の電池１Ｃを効率よく冷却するためであり、図５の第２のホルダーケース２Ｂにおいては、閉鎖室２４から排出される冷却風を、第５の電池１Ｅの上部に沿って送風させて、第５の電池１Ｅを効率よく冷却するためである。図４において、排出壁１３の中央に開口される排出口１６は、電池の両側に分流された冷却風を、第３の電池１Ｃの下半分に沿って送風し、排出壁１３の中央部に集めて排出する。また、図５において、排出壁２３の中央に開口される排出口２６は、電池１の両側に分流された冷却風を、第５の電池１Ｅの上半分に沿って送風し、排出壁２３の中央部に集めて排出する。図のホルダーケース２は、排出壁１３、２３と対向壁１１、２１との境界部分の内側内面を電池１の表面に沿う湾曲形状としている。このように、排出側の内側内面を電池１の表面に沿う湾曲形状とするホルダーケース２は、電池１の表面に沿って冷却風を送風し、排出口１６、２６に集合させて外部に排気できる。このため、排出側の電池を効率よく冷却して、冷却風の温度上昇による熱交換量の減少を補正して、電池１の温度差を少なくできる。
さらに、図のホルダーケース２は、各段の電池１と対向壁１１、２１との間の送風隙間１８、２８の送風状態をコントロールするために、対向壁１１、２１の内面に凸条１７、２７を突出して設けている。凸条１７、２７は、隣接して配設している電池１間に突出して設けられる。
冷却風が電池モジュールを冷却する熱交換量は、冷却風と電池モジュールの温度差と、冷却風の流速と、送風される冷却風との接触面積で変化する。熱交換量は、冷却風と電池モジュールの温度差が少なくなると小さくなる。したがって、冷却風の温度が高くなって、電池モジュールの温度差が小さくなると、熱交換量は小さくなる。冷却風の温度は、風下になると電池モジュールの熱を奪って上昇する。したがって、風下の電池モジュールは、冷却風の温度が高くなって熱交換量が減少する。
冷却風の流速を速くして、送風される冷却風との接触面積を大きくして、熱交換量を大きくできる。凸条１７、２７の突出高さは、電池１の表面に送風される冷却風の流速と接触面積を特定する。凸条の突出高さが高くなると、凸条が電池の表面に接近して、電池との間にできる送風隙間を狭くする。また、突出高さの高い凸条は、電池との間にできる送風隙間の面積も広くする。したがって、冷却風の温度が次第に高くなって、温度に起因する熱交換量の低下を、凸条１７、２７で補正して、全体の電池１を均一に冷却する。
図４に示す第１のホルダーケース２Ａは、凸条１７の内面への突出高さを、風上よりも風下で高くして、風下の電池１の送風隙間１８の領域、すなわち電池１との接触面積を広くし、あるいは、送風隙間１８の間隔を狭くしている。図４の第１のホルダーケース２の対向壁１１は、第１の電池１Ａと第２の電池１Ｂとの間に第１の凸条１７Ａを設け、第２の電池１Ｂと第３の電池１Ｃとの間に第２の凸条１７Ｂを設けている。第２の凸条１７Ｂは第１の凸条１７Ａよりも高く、第１の凸条１７Ａよりも電池１の表面に接近している。
さらに、図４の対向壁１１は、第２の凸条１７Ｂの両側面を、対向する電池１の表面に沿う湾曲面としている。この凸条１７は、電池１との間に均一な送風隙間１８を設けて、スムーズに冷却風を送風できる。また、図の第１のホルダーケース２Ａは、排出壁１３と対向壁１１との境界部分の内側内面を第３の電池１Ｃの表面に沿う湾曲形状としている。このように、排出側の内側内面を第３の電池１Ｃの表面に沿う湾曲形状とする第１のホルダーケース２Ａは、電池１の表面に沿って冷却風を送風し、排出口１６に集合させて外部に排気できる。このため、第３の電池１Ｃを効率よく冷却して、冷却風の温度上昇による熱交換量の減少を補正して、電池１の温度差を少なくできる。
以上の第１のホルダーケース２Ａは、第１の電池１Ａには、両側部分にのみ第１の送風隙間１８Ａを設け、第２の電池１Ｂには、風下側の半分の部分に第２の送風隙間１８Ｂを設け、第３の電池１Ｃには、風上側と風下側の両方の表面に第３の送風隙間１８Ｃを設けて、第１の送風隙間１８Ａから第３の送風隙間１８Ｃに向かって、冷却風が電池１の表面に沿って送風される送風隙間１８の面積を広くしている。
さらに、図４に示す第１のホルダーケース２においては、第２の凸条１７Ｂを第１の凸条１７Ａよりも高くすることで、第３の送風隙間１８Ｃの間隔を第２の送風隙間１８Ｂの間隔よりも狭くして、第３の電池１Ｃの表面に沿って送風される冷却風の流速を、第２の電池１Ｂの表面を流れる冷却風の流速よりも速くしている。
３段に電池１を収納する第１のホルダーケース２Ａは、図示しないが、第１の電池と第２の電池との間に設ける第１の凸条を必ずしも設ける必要はない。それは、第２の電池の風下側の半分に、第２の凸条で送風隙間を設けて冷却できるからである。ここに設ける第２の送風隙間は、電池の両側に設ける第１の送風隙間よりも幅を広くして冷却風との接触面積を広くし、あるいは間隔を狭くし、また、第３の送風隙間よりも幅を狭くして冷却風との接触面積を狭くし、あるいは間隔を広くして、第１の電池モジューと第２の電池と第３の電池を均一に冷却できるからである。
図５の対向壁２１は、凸条２７の両側面を、対向する電池１の表面に沿う湾曲面としている。この凸条２７は、電池１との間に均一な送風隙間２８を設けて、スムーズに冷却風を送風できる。図の第２のホルダーケース２Ｂは、第４の電池１Ｄには、風下側の半分の部分に第１の送風隙間２８Ａを設け、第５の電池１Ｅには、風上側と風下側の両方の表面に第２の送風隙間２８Ｂを設けて、第１の送風隙間２８Ａから第２の送風隙間２８Ｂに向かって、冷却風が電池１の表面に沿って送風される送風隙間１８の面積を広くしている。
以上のホルダーケース２は、第１のホルダーケース２Ａを、電池を３段に収納する構造とし、第２のホルダーケース２Ｂを、電池を２段に収納できる構造としている。ただ、第１のホルダーケースは４段以上に、第２のホルダーケースは３段以上に電池を収納できる構造とすることもできる。これらのホルダーケースは、図示しないが、対向壁に設ける複数の凸条の高さや形状を変更して送風隙間の間隔を調整し、多段に収納される電池を均一に冷却できる構造とする。
本発明の一実施例にかかる電源装置の断面図である。 本発明の一実施例にかかる電源装置の斜視図である。 本発明の他の実施例にかかる電源装置の断面図である。 図１に示す電源装置の第１のホルダーケースの拡大断面図である。 図１に示す電源装置の第２のホルダーケースの拡大断面図である。
符号の説明
１…電池 １Ａ…第１の電池
１Ｂ…第２の電池
１Ｃ…第３の電池
１Ｄ…第４の電池
１Ｅ…第５の電池
２…ホルダーケース ２Ａ…第１のホルダーケース
２Ｂ…第２のホルダーケース
３…電池ケース
４…中間ダクト ４Ａ…第１の中間ダクト
４Ｂ…第２の中間ダクト
５…外側ダクト ５Ａ…第１の外側ダクト
５Ｂ…第２の外側ダクト
６…流入口
７…排出口
８…冷却ファン
９…隔壁
１１…対向壁
１２…流入壁
１３…排出壁
１４…閉鎖室
１５…流入口
１６…排出口
１７…凸条 １７Ａ…第１の凸条
１７Ｂ…第２の凸条
１８…送風隙間 １８Ａ…第１の送風隙間
１８Ｂ…第２の送風隙間
１８Ｃ…第３の送風隙間
２１…対向壁
２２…流入壁
２３…排出壁
２４…閉鎖室
２５…流入口
２６…排出口
２７…凸条
２８…送風隙間 ２８Ａ…第１の送風隙間
２８Ｂ…第２の送風隙間
３０…多孔質材
３５…外側ダクト ３５Ａ…第１の外側ダクト
３５Ｂ…第２の外側ダクト

Claims (9)

  1. 複数の電池(1)を電池ケース(3)に３段以上に積層して収納している電源装置であって、前記電池ケース(3)が、電池(1)の積層方向の中間で、第１のホルダーケース(2A)と第２のホルダーケース(2B)に分割されると共に、前記第１のホルダーケース(2A)は前記第２のホルダーケース(2B)よりも多段に電池(1)を収納しており、
    さらに、前記電池ケース(3)は、分割された前記第１のホルダーケース(2A)と前記第２のホルダーケース(2B)の間であるホルダーケース(2)の内側に、冷却風を送風する中間ダクト(4)を設けると共に、前記第１のホルダーケース(2A)の外側には第１の外側ダクト(5A)を、前記第２のホルダーケース(2B)の外側には第２の外側ダクト(5B)を設けて、前記第１の外側ダクト(5A)と前記第２の外側ダクト(5B)との間に、分割された前記第１のホルダーケース(2A)と前記第２のホルダーケース(2B)を配設すると共に、前記第１のホルダーケース(2A)と前記第２のホルダーケース(2B)の間に前記中間ダクト(4)を配設して、前記中間ダクト(4)から前記ホルダーケース(2)に冷却風を通過させて前記外側ダクト(5)に排気し、あるいは前記外側ダクト(5)から前記ホルダーケース(2)に冷却風を通過させて前記中間ダクト(4)に排気して、前記ホルダーケース(2)内の電池(1)を冷却する構造としており、前記第２の外側ダクト(5B)は前記第１の外側ダクト(5A)よりも圧力損失を大きくして、前記中間ダクト(4)と前記外側ダクト(5)とに冷却風を送風して前記ホルダーケース(2)内の電池(1)を冷却するようにしてなる電源装置。
  2. 第１のホルダーケース(2A)を下段に、第２のホルダーケース(2B)を上段に配設して、第１のホルダーケース(2A)の下方に第１の外側ダクト(5A)を、第１のホルダーケース(2A)と第２のホルダーケース(2B)の中間に中間ダクト(4)を、第２のホルダーケース(2B)の上方に第２の外側ダクト(5B)を設けている請求項１に記載される電源装置。
  3. 第２の外側ダクト(5B)の内幅（Ｗ２）を、第１の外側ダクト(5A)の内幅（Ｗ１）よりも狭くして、第２の外側ダクト(5B)の圧力損失を第１の外側ダクト(5A)の圧力損失よりも大きくしている請求項１に記載される電源装置。
  4. 第１のホルダーケース(2A)にｍ段に電池(1)を収納し、第２のホルダーケース(2B)にｎ段に電池(1)を収納すると共に、第１の外側ダクト(5A)の内幅（Ｗ１）と、第２の外側ダクト(5B)の内幅（Ｗ２）の比率をｍ：ｎとしている請求項３に記載される電源装置。
  5. 第２の外側ダクト(35B)内に多孔質材(30)を配設して、第２の外側ダクト(35B)の圧力損失を第１の外側ダクト(35A)の圧力損失よりも大きくしている請求項１に記載される電源装置。
  6. 各々のホルダーケース(2)が、一対の対向壁(11)、(21)の内側に複数段に電池(1)を収納すると共に、一対の対向壁(11)、(21)の流入側と排出側を、流入壁(12)、(22)と排出壁(13)、(23)で閉塞して、一対の対向壁(11)、(21)と流入壁(12)、(22)及び排出壁(13)、(23)でもって閉鎖室(14)、(24)を形成して、閉鎖室(14)、(24)に電池(1)を収納しており、
    流入壁(12)、(22)は、冷却風を内部に送風する流入口(15)、(25)を両側に開口して、流入口(15)、(25)から内部に流入する冷却風を電池(1)と対向壁(11)、(21)との間に送風し、
    排出壁(13)、(23)は、内部の冷却風を外部に排出する排出口(16)、(26)を中央部に開口して、電池(1)の表面に沿って送風される冷却風を中央部から外部に送風し、
    さらに、対向壁(11)、(21)は、隣接して配設している電池(1)間に突出する凸条(17)、(27)を有すると共に、凸条(17)、(27)の内面への突出高さを風上よりも風下で高くしてなる請求項１に記載される電源装置。
  7. 第１のホルダーケース(2A)が、閉鎖室(14)に、送風方向に向かって、第１の電池(1A)と第２の電池(1B)と第３の電池(1C)を３段に並べて収納しており、
    対向壁(11)は、第１の電池(1A)と第２の電池(1B)との間に第１の凸条(17A)を設けて、第２の電池(1B)と第３の電池(1C)との間に第２の凸条(17B)を設けて、第２の凸条(17B)を第１の凸条(17A)よりも高くしている請求項６に記載される電源装置。
  8. 対向壁(11)が、第２の凸条(17B)の両側面を、対向する電池(1)の表面に沿う湾曲面としている請求項７に記載される電源装置。
  9. 排出壁(13)と対向壁(11)との境界部分の内側内面を電池(1)の表面に沿う湾曲形状として、電池(1)との間に送風隙間(18)を設けている請求項６に記載される電源装置。
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