JP2009266584A - 電源装置 - Google Patents

Abstract

【課題】電池ケースに収納している電池を均一な温度に冷却できると共に製作された電池ケースを簡単に調整して、電池の温度差をより均一化できる電源装置を提供する。
【解決手段】電源装置は、充電できる複数の電池１を収納して、電池表面との間に冷却隙間１８を設けてなる収納室１４を有する電池ケース２Ａと、この電池ケース２Ａの冷却隙間１８に空気を送風する送風機構とを備える。電池ケース２Ａは、隣接するふたつ以上の冷却隙間１８を互いに連結して、風上の冷却隙間１８を通過した空気を風下の冷却隙間１８に送風して電池１を冷却する構造としている。さらに、電池ケース２Ａは、風下の冷却隙間１８に露出する風下収納室１４Ｂの内面を凹凸面１９として、この凹凸面１９である風下収納室１４Ｂの内面の面粗度を、風上の冷却隙間１８に露出する風上収納室１４Ａの内面よりも粗くしている。
【選択図】図３

Description

本発明は、複数の電池を多段に配置して、電池表面に空気を送風して冷却する電源装置に関し、とくに車両を走行させるモーターに電力を供給する電源装置に最適な電源装置に関する。

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搭載している。

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、多数の電池を直列に接続して、出力電圧を２００Ｖ以上と高くしている。

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、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、多数の電池を電池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電池ケースに収納する。この電源装置は、電池モジュールの表面に沿うように空気を強制的に送風して、電池モジュールを冷却する。電池ケースは、電池モジュールを収納する収納室を、風上収納室と風下収納室に設けて、電池モジュールを２段に収納して、風上収納室に送風する空気を、風下収納室に送風して、電池モジュールを冷却している。さらに、電池ケースは、収納室に電池モジュールを配置して、電池モジュールと収納室の内面との間に冷却隙間を設けている。冷却隙間に空気が送風されて、電池モジュールを冷却している。また、各々の電池モジュールを均一に冷却するために、送風方向に並べて配置している電池モジュールの間には、冷却用の空気の流れをコントロールする部材を配設している。

さらに、特許文献３は、電池ケースに多段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、空気の送風方向に離して、電池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空気を強制送風して、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、電池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、電池ケース内に導入する空気の流れを乱すことで電池モジュールを均一に冷却している。また、電池ケースに、空気通流路の途中に空気を取り込む補助空気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。

以上の電源装置は、電池ケースを特別な構造とし、あるいは乱流などのコントロールして、多段に配置する電池を均一に冷却するものであるが、全体の電池を均一に冷却するように最適な設計とするのが極めて難しい。また、電池ケースは、プラスチックなどの絶縁材で設計されるが、均一に冷却することを目的として製作された電池ケースの設計変更が難しい。このため、製作後に形状を変更して、各々の電池を均一に冷却するように調整するのが極めて難しく、また変更に極めてコストがかかる欠点がある。

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、電池ケースに収納している電池を均一な温度に冷却できると共に、製作された電池ケースを簡単に、しかも安価に調整して、電池ケースに収納する電池の温度差をより均一化できる電源装置を提供することにある。

課題を解決するための手段及び発明の効果

本発明の請求項１の電源装置は、充電できる複数の電池１と、各々の電池１を定位置に配置すると共に、電池表面との間に冷却隙間１８、２８、４８を設けてなる収納室１４、２４、４４を有する電池ケース２、３２と、この電池ケース２、３２の冷却隙間１８、２８、４８に空気を送風して、収納室１４、２４、４４の電池１を冷却する送風機構８とを備える。電池ケース２、３２は、隣接するふたつ以上の冷却隙間１８、２８、４８を互いに連結して、風上の冷却隙間１８、２８、４８を通過した空気を風下の冷却隙間１８、２８、４８に送風して電池１を冷却する構造としている。さらに、電池ケース２、３２は、風下の冷却隙間１８、２８、４８に露出する風下収納室１４Ｂ、２４Ｂ、４４Ｂの内面を凹凸面１９、２９、４９として、この凹凸面１９、２９、４９である風下収納室１４Ｂ、２４Ｂ、４４Ｂの内面の面粗度を、風上の冷却隙間１８、２８、４８に露出する風上収納室１４Ａ、２４Ａ、４４Ａの内面よりも粗くしている。

本発明の請求項２の電源装置は、充電できる複数の電池１、５１、７１と、各々の電池１、５１、７１を定位置に配置すると共に、電池表面との間に冷却隙間６８を設けてなる収納室６４を有する電池ケース５２と、この電池ケース５２の冷却隙間６８に空気を送風して、収納室６４の電池１、５１、７１を冷却する送風機構８とを備える。電池ケース５２は、隣接するふたつ以上の冷却隙間６８を互いに連結して、風上の冷却隙間６８を通過した空気を風下の冷却隙間６８に送風して電池５１、７１を冷却する構造としている。さらに、電源装置は、風下の収納室６４に配置される電池５１、７１の表面を凹凸面６９、７９とすると共に、凹凸面６９、７９である風下の収納室６４に配置される電池表面の面粗度を、風上の収納室６４に配置している電池表面の面粗度よりも粗くしている。

以上の請求項１と請求項２に記載する電源装置は、電池ケースに収納している電池を均一な温度に冷却できることに加えて、最適設計するように製作された電池ケースを、簡単に、しかも安価に調整して、電池ケースに収納する電池の温度差をより均一化できる特徴も実現する。

ちなみに、図５に示すように、風上収納室４４Ａと風下収納室４４Ｂに円筒形電池１を収納して、電池１と収納室４４の内面との間の冷却隙間４８の幅（ｈ）を１ｍｍとする電池ケース３２は、風下収納室４４Ｂの内面を、図の一部拡大図に示す凹凸面４９とし、風上収納室４４Ａの内面を平滑面としている。具体的には、風下収納室４４Ｂの内面は、図に示すように、断面形状を三角形とする凸条４９ａと溝４９ｂとが交互に配置される形状であって、三角形の一辺を０．２ｍｍとする凹凸面４９としている。この電池ケース３２においては、風上収納室と風下収納室の内面を平滑面とする電池ケースと比べ、電池１の温度差を約５０％も改善できる。

凹凸面によって風下収納室に配置する電池の温度が低下して温度差が少なくなるのは、凹凸面によって電池の表面に沿って流れる空気流が撹拌され、すなわち、空気が撹拌されながら送風されることで効果的に冷却される。

本発明の請求項３と請求項４に記載する電源装置は、請求項１又は２の構成に加えて、最も風下にある収納室内面１４Ｂ、２４Ｂ、４４Ｂの面粗度、又は最も風下にある収納室６４に配置される電池５１、７１の表面の面粗度を、電池ケース２、３２、５２の冷却隙間１８、２８、４８、６８の２％ないし４０％としている。これらの電源装置は、収納室内面、または電池表面の面粗度を、冷却隙間に対してこの範囲とすることで、冷却隙間を送風する空気を効果的に撹拌して電池を効率よく冷却できる。
なお、本明細書において、収納室内面の面粗度、及び収納室に配置される電池表面の面粗度とは、中心線平均粗さ（Ｒａ）を意味するものとする。したがって、収納室内面の面粗度、または収納室に配置される電池表面の面粗度を、電池ケースの冷却隙間の２％ないし４０％とするとは、凹凸面の中心線平均粗さ（Ｒａ）が冷却隙間の幅（ｈ）の２％ないし４０％の範囲にあることを意味している。

本発明の請求項５の電源装置は、請求項１又は２の構成に加えて、電池１、５１、７１を円筒形電池とし、電池ケース２、３２、５２の収納室１４、２４、４４、６４を、円筒形電池１、５１、７１の表面に沿う円柱状としている。
この電源装置は、電池と収納室内面との間に、電池表面の円弧に沿う冷却隙間を設けて、空気をスムーズに流して、電池表面を広い面積で効率よく冷却できる。

本発明の請求項６の電源装置は、請求項１又は２の構成に加えて、電池ケース２、３２、５２を、風上収納室２４Ａ、４４Ａ、６４Ａと風下収納室２４Ａ、４４Ａ、６４Ａとの２段に配置している。

さらに、本発明の請求項７の電源装置は、請求項１の構成に加えて、風上収納室１４Ａ、２４Ａ、４４Ａと風下収納室１４Ｂ、２４Ｂ、４４Ｂとを電池ケース２、３２に２段に配置して、風下収納室１４Ｂ、２４Ｂ、４４Ｂの内面を凹凸面１９、２９、４９として、風上収納室１４Ａ、２４Ａ、４４Ａの内面を平滑面としている。この構造の電源装置は、風上収納室の電池を冷却して温度が高くなった空気でもって、風下収納室に配置している電池を効率よく冷却して、風上収納室と風下収納室に配置している電池の温度差を少なくできる。とくに、複数の電池を２段に配置して、１段の配置に比較して同じ設置面積で２倍の電池を収納しながら、風上収納室と風下収納室の電池の温度差を少なくできる。

さらに、本発明の請求項８の電源装置は、請求項２の構成に加えて、風上収納室６４Ａと風下収納室６４Ｂとを電池ケース５２に２段に配置して、風下収納室６４Ｂに配置している電池５１、７１の表面を凹凸面６９、７９として、風上収納室６４Ａに配置している電池１の表面を平滑面としている。この電源装置も、風上収納室の電池を冷却して温度が高くなった空気でもって、風下収納室に配置している電池を効率よく冷却して、風上収納室と風下収納室に配置している電池の温度差を少なくできる。とくに、複数の電池を２段に配置して、１段の配置に比較して同じ設置面積で２倍の電池を収納しながら、風上収納室と風下収納室の電池の温度差を少なくできる。

さらに、本発明の請求項９の電源装置は、請求項１又は２の構成に加えて、電池ケース２の構造を、風上収納室１４Ａと風下収納室１４Ｂとの間に中間収納室１４Ｃを配置して、３段に電池１を収納する構造とする。この構造の電源装置は、電池を１段に配置する構造に比較して、同じ設置面積に３倍の電池を収納しながら、風下側の収納室の面粗度を粗くして、各段の電池の温度差を少なくできる。

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の断面図と図２の斜視図に示す車両用の電源装置は、充電できる複数の電池１と、各々の電池１を定位置に配置すると共に、電池表面との間に冷却隙間１８、２８を設けてなる収納室１４、２４を有する電池ケース２と、この電池ケース２の冷却隙間１８、２８に空気を送風して、収納室１４、２４の電池１を冷却する送風機構８とを備える。

図１と図２の電源装置は、複数の電池１を２段に収納する電池ケース２と、３段に収納する電池ケース２とを積層して、全体で５段に収納している。図の電源装置は、電池１を２段と３段に収納するが、本発明の電源装置は、電池ケースに４段以上に電池を収納することもできる。図１と図２の電源装置は、図において下段に配置される第１の電池ケース２Ａと、上段に配置している第２の電池ケース２Ｂとを備える。この電源装置は、複数の電池ケース２を積層するように配置しているが、本発明の電源装置は、電池ケースを積層することなく１段の電池ケースとすることもできる。図の電源装置は、第１の電池ケース２Ａには、第２の電池ケース２Ｂよりも多段に電池１を収納している。図の電源装置は、第１の電池ケース２Ａには３段に、第２の電池ケース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の電池ケース２Ａが、上段に配設する第２の電池ケース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の電池ケース２Ａと第２の電池ケース２Ｂは、横に複数列に、図にあっては６列に電池１を並べて収納している。電池ケース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、電池ケースは、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。

電源装置は、第１の電池ケース２Ａと第２の電池ケース２Ｂの間に、冷却する空気を送風するための中間ダクト４を設けている。また、第１の電池ケース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の電池ケース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、電源装置は、第１の外側ダクト５Ａと第２の外側ダクト５Ｂとの間に、第１の電池ケース２Ａと第２の電池ケース２Ｂを配設し、さらに、第１の電池ケース２Ａと第２の電池ケース２Ｂの間に中間ダクト４を配設している。電源装置は、中間ダクト４と外側ダクト５に冷却する空気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、空気の流入口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から上下の電池ケース２に空気を通過させて、外側ダクト５から排気して、電池ケース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を電池ケース２に設けている。さらに、図の電源装置は、中間ダクト４に空気を強制送風する送風機構８である冷却ファンを、電池ケース２の流入口６に連結している。図の電源装置は、冷却ファンから強制送風される空気を流入口６から中間ダクト４に供給し、中間ダクト４から電池ケース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、外側ダクトから電池ケースに空気を通過させて中間ダクトから排気して、電池ケース内の電池を冷却する構造とすることもできる。

図の電源装置は、第１の電池ケース２Ａと第２の電池ケース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の電池ケース２Ａに３段、第２の電池ケース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）を狭くして空気の循環量を少なくし、第１の外側ダクト５Ａの内幅（Ｗ１）を広くして空気の循環量を多くして、３段に収納される電池１を空気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の電池ケースにｍ段、第２の電池ケースにｎ段に電池１を収納して、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。この電源装置は、第１の電池ケースと第２の電池ケースに電池を多段に収納し、しかも収納する電池の段数を異なる段数とし、あるいは同じ段数として、多段に収納される第１の電池ケースの電池と、第２の電池ケースの電池を冷却風で均一な温度に冷却できる。

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、空気の送風方向と平行となるように、上下の中間に仕切板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、仕切板９の下側を第１の中間ダクト４Ａとして第１の電池ケース２Ａに連結し、仕切板９の上側を第２の中間ダクト４Ｂとして第２の電池ケース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の電池ケース２Ａと第２の電池ケース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の電池ケース２Ａと第２の電池ケース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の電池ケースと第２の電池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（ｄ１）を第２の中間ダクト４Ｂの内幅（ｄ２）よりも広くして、第１の電池ケース２Ａに強制送風する冷却風の風量を第２の電池ケース２Ｂに強制送風する風量よりも多くしている。とくに、図１の電源装置は、第１の電池ケース２Ａに３段、第２の電池ケース２Ｂに２段に電池１を収納して、第１の中間ダクト４Ａの内幅（ｄ１）と、第２の中間ダクト４Ｂの内幅（ｄ２）との比率を３：２としている。この電源装置は、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の電池ケースにｍ段、第２の電池ケースにｎ段に電池１を収納して、第１の中間ダクトの内幅（ｄ１）と、第２の中間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の電池ケースと第２の電池ケースに電池を多段に収納し、しかも収納する電池の段数を異なる段数とし、あるいは同じ段数として、多段に収納される第１の電池ケースの電池と、第２の電池ケースの電池を冷却風で均一な温度に冷却できる。

ただ、電源装置は、図示しないが、第１の外側ダクトの内幅（Ｗ１）と、第２の外側ダクトの内幅（Ｗ２）の比率を同じ幅、すなわち、Ｗ１：Ｗ２を１：１とすると共に、仕切板で区画された第１の中間ダクトの内幅（ｄ１）と第２の中間ダクトの内幅（ｄ２）を調整して、第１の電池ケースと第２の電池ケースに強制送風する冷却風の風量を調整し、第１の電池ケースと第２の電池ケースの電池を均一に冷却することもできる。また、電源装置は、第１の内側ダクトの内幅（ｄ１）と、第２の内側ダクトの内幅（ｄ２）の比率を同じ幅、すなわち、ｄ１：ｄ２を１：１とすると共に、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の電池ケースと第２の電池ケースに強制送風する冷却風の風量を調整して、第１の電池ケースと第２の電池ケースの電池を均一に冷却することもできる。

以上のように、電源装置は、第１の外側ダクトの内幅（Ｗ１）と第２の外側ダクトの内幅（Ｗ２）を調整し、また、第１の中間ダクトの内幅（ｄ１）と第２の中間ダクトの内幅（ｄ２）とを調整することにより、第１の電池ケースと第２の電池ケースに強制送風する冷却風の風量を理想的に調整できる。

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、電池ケース２の収納室１４、２４に配置される。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、電池ケース２の収納室１４、２４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、電池ケース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電池ケース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、電池ケース２の定位置に固定される。

電池ケース２は、電池モジュールである電池１を平行な姿勢で、空気の送風方向（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の電池ケース２Ａは３段、第２の電池ケース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３と図４は、図１に示す電源装置の電池ケース２の拡大断面図であり、図３は第１の電池ケース２Ａを、図４は第２の電池ケース２Ｂを示している。

電池ケース２は、内部を複数の収納室１４、２４に区画して、各々の収納室１４、２４に電池１を収納している。第１の電池ケース２Ａは、風上収納室１４Ａと風下収納室１４Ｂとの間に中間収納室１４Ｃを配置して、複数の電池１を３段に収納する構造としている。第２の電池ケース２Ｂは、風上収納室２４Ａと風下収納室２４Ｂとを２段に配置して、複数の電池１を２段に収納している。さらに、電池ケース２は、収納室１４、２４に収納される電池１の表面と、収納室１４、２４の内面との間に、電池１を冷却する冷却風を送風する冷却隙間１８、２８を設けている。電源装置は、この冷却隙間１８、２８に冷却風を強制送風して、収納室１４、２４に収納される電池１を冷却している。電池ケース２は、複数段に電池１を収納するので、隣接するふたつ以上の冷却隙間１８、２８を互いに連結して、風上の冷却隙間１８、２８を通過した空気を風下の冷却隙間１８、２８に送風して電池１を冷却している。

さらに、図３と図４の電池ケース２は、風下収納室１４Ｂ、２４Ｂに収納される電池１を効率よく冷却するために、風下の冷却隙間１８、２８に露出する風下収納室１４Ｂ、２４Ｂの内面を凹凸面１９、２９としている。電池ケース２は、収納室１４、２４の内面に無数の凸部または凹部を設けて凹凸面としている。図に示す凹凸面１９、２９は、断面形状を三角形とする凸条１９ａ、２９ａと溝１９ｂ、２９ｂとを交互に配置する形状としている。ただ、凹凸面は、断面形状を半円状や半楕円状、多角形状とする凸部や凸条、あるいは、凹部や溝を無数に設けて成形することもできる。収納室１４、２４の内面に設ける無数の凸部や凸条１９ａ、２９ａ、凹部や溝１９ｂ、２９ｂは、プラスチック等の絶縁材で成形される電池ケース２の収納室１４、２４の内面に、シボ加工、切削加工、ローレット加工、あるいはショットピーング等により設けられる。凹凸面となる無数の凸部や凸条、凹部や溝は、規則正しく設けることも、不規則に設けることもできる。シボ加工は、収納室の内面に無数の凸部を設けて凹凸面とする。切削加工やローレット加工は、収納室の内面に無数の溝または凹部を設けて凹凸面とする。ショットピーングは、収納室の内面に無数の凹部を設けて凹凸面とする。これらの加工は、電池ケースを製作後に、収納室の内面を表面加工して凹凸面とすることができるので、均一に冷却することを目的として製作された電池ケースを、製作後に形状変更して、各々の電池を均一に冷却するように調整できる特徴がある。

電池ケース２が、風下収納室１４Ｂ、２４Ｂの内面を凹凸面１９、２９とすることで、風下収納室１４Ｂ、２４Ｂに配置する電池１を効率よく冷却できるのは、電池１の表面に沿って流れる空気流が凹凸面１９、２９によって撹拌されるからである。空気が電池を冷却する熱交換量は、空気と電池の温度差と、送風される空気との接触量で変化する。熱交換量は、空気と電池の温度差が少なくなると小さくなる。したがって、空気の温度が高くなって、電池の温度差が小さくなると、熱交換量は小さくなる。空気の温度は、風下になると電池の熱を奪って上昇する。したがって、風下の電池は、空気の温度が高くなって熱交換量が減少する。図の電池ケース２は、風下収納室１４Ｂ、２４Ｂの内面に凹凸面１９、２９を設けて空気流を撹拌することにより、送風される空気と電池１の接触量を多くして、熱交換量を大きくできる。このように、電池表面に沿って撹拌されながら送風される空気流は、電池１を効果的に冷却する。

さらに、電池ケース２は、風下収納室１４Ｂ、２４Ｂに収納される電池１を効率よく冷却して、風上収納室１４Ａ、２４Ａに収納される電池１との温度差を少なくするために、風下収納室１４Ｂ、２４Ｂの内面の面粗度を、風上の冷却隙間１８、２８に露出する風上収納室１４Ａ、２４Ａの内面よりも粗くしている。ここで、凹凸面１９、２９の面粗度とは、中心線平均粗さ（Ｒａ）のことである。電池ケース２は、たとえば、最も風下にある収納室１４、２４の内面の面粗度を、冷却隙間１８、２８の２％ないし４０％、好ましくは、３％ないし２０％とすることができる。すなわち、電池ケース２は、最も風下にある収納室１４、２４の内面に設ける凹凸面１９、２９の中心線平均粗さ（Ｒａ）を、冷却隙間１８、２８の幅（ｈ）の２％ないし４０％、好ましくは、３％ないし２０％の範囲とすることができる。

図３の第１の電池ケース２Ａは、風上収納室１４Ａの内面を平滑面とし、中間収納室１４Ｃと風下収納室１４Ｂの内面を凹凸面１９とすると共に、風下収納室１４Ｂの内面の面粗度を、中間収納室１４Ｃの内面よりも粗くしている。この電池ケース２は、電池１と収納室１４の内面との間にできる冷却隙間１８の幅（ｈ）を１ｍｍとしている。さらに、中間収納室１４Ｃの内面には、断面形状を三角形とする凸条１９ａと溝１９ｂとを交互に配置する形状であって、三角形の一辺を０．２ｍｍとする凹凸面１９を設けている。この凹凸面１９は、面粗度である中心線平均粗さ（Ｒａ）が、約４３μｍとなり、冷却隙間１８の幅（ｈ）に対して約４．３％となる。また、風下収納室１４Ｂの内面には、断面形状を三角形とする凸条１９ａと溝１９ｂとを交互に配置する形状であって、三角形の一辺を０．５ｍｍとする凹凸面１９を設けている。この凹凸面１９は、面粗度である中心線平均粗さ（Ｒａ）が、約１０８μｍとなり、冷却隙間１８の幅（ｈ）に対して約１０．８％となる。この構造の電池ケース２は、風上収納室１４Ａの電池１を冷却して温度が高くなった空気流が、中間収納室１４Ｃの凹凸面１９で撹拌されながら、中間収納室１４Ｃに配置している電池１を冷却し、さらに、中間収納室１４Ｃの電池１を冷却して温度が高くなった空気流が、風下収納室１４Ｂの凹凸面１９で撹拌されながら風下収納室１４Ｂに配置している電池１を効率よく冷却する。とくに、中間収納室１４Ｃと風下収納室１４Ｂの内面に設けた凹凸面１９は、風下収納室１４Ｂの内面の面粗度を、中間収納室１４Ｃの内面よりも粗くしているので、風下収納室１４Ｂの冷却隙間１８を通過する空気流が、中間収納室１４Ｃの冷却隙間１８を通過する空気流よりもより撹拌されて、電池１を効果的に冷却する。このため、風上収納室１４Ａと中間収納室１４Ｃと風下収納室１４Ｂに配置している電池１の温度差を少なくできる。

また、図４の電池ケース２Ｂは、風下収納室２４Ｂの内面を凹凸面２９として、風上収納室２４Ａの内面を平滑面としている。この電池ケース２も、電池１と収納室２４の内面との間にできる冷却隙間２８の幅（ｈ）を１ｍｍとし、風下収納室２４Ｂの内面には、断面形状を三角形とする凸条２９ａと溝２９ｂとを交互に配置する形状であって、三角形の一辺を０．２ｍｍとする凹凸面２９を設けている。この凹凸面２９は、面粗度である中心線平均粗さ（Ｒａ）が、約４３μｍとなり、冷却隙間２８の幅（ｈ）に対して約４．３％となる。この電池ケース２は、風上収納室２４Ａの電池１を冷却して温度が高くなった空気流が、風下収納室２４Ｂの凹凸面２９で撹拌されて風下収納室２４Ｂに配置している電池１を効率よく冷却するので、風上収納室２４Ａと風下収納室２４Ｂに配置している電池１の温度差を少なくできる。

このように、風下側における凹凸面１９、２９の面粗度を粗くすることで、電池表面に沿って送風される空気流の撹拌量を大きくして、より効果的に電池を冷却できる。さらに、図示しないが、凹凸面の面粗度は、同一の収納室内においても、変化させることができる。たとえば、収納室の内面に設けられる凹凸面は、風下側の面粗度を風上側よりも粗くして、風下側における空気流の撹拌を大きくして風下側を効果的に冷却し、この収納室に収納される電池の風上側と風下側の温度差を小さくできる。

図３と図４に示す第１の電池ケース２Ａと第２の電池ケース２Ｂは、内部を複数の収納室１４、２４に区画して、各々の収納室１４、２４に電池１を収納している。第１の電池ケース２Ａと第２の電池ケース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でもって収納室１４、２４を形成して、収納室１４、２４に電池１を収納している。

図に示す第１の電池ケース２Ａと第２の電池ケース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、２５は、流入壁１２、２２の両側に開口されて、内部に流入させる空気を、風上収納室１４Ａ、２４Ａの電池１と対向壁１１、２１との間に送風する。図の流入壁１２、２２は、対向壁１１、２１の内面と対向する位置に流入口１５、２５を開口している。この流入口１５、２５は、対向壁１１、２１の内面に沿って空気を送風して、対向壁１１、２１と風上収納室１４Ａ、２４Ａの電池１との間に空気を通過させる。この電池ケース２は、風上収納室１４Ａ、２４Ａの電池１を、流入壁側の外面で冷却することなく、電池１の両側にできる対向壁１１との冷却隙間１８でのみ冷却して、他の電池の冷却バランスを均一にする。

排出口１６、２６は、排出壁１３、２３の中央に沿って開口している。風下収納室１４Ｂ、２４Ｂから排出される空気を、風下収納室１４Ｂ、２４Ｂの電池１に沿って送風させて効率よく冷却するためである。図に示すように、排出壁１３、２３の中央に開口される排出口１６、２６は、電池１の両側に分流された空気を、電池１の下面に沿って送風し、排出壁１３、２３の中央部に集めて排出する。図の電池ケース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電池ケース２は、電池１の表面に沿って空気を送風し、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、空気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、図の電池ケース２は、各段の電池１と対向壁１１、２１との間の冷却隙間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。図に示す電池ケースは、風下収納室１４Ｂ、２４Ｂの風上側に設けている凸条１７、２７を電池１の表面に沿う形状として、風下収納室１４Ｂ、２４Ｂを円筒形電池１の表面に沿う円柱状としている。さらに、風下収納室１４Ｂ、２４Ｂの風上側に設けている収納室１４、２４の風下側に設けている凸条１７、２７を電池１の表面に沿う形状として、この収納室１４、２４の風下側を円筒形電池１の表面に沿う形状としている。さらに、図３に示す第１の電池ケース２Ａは、風上収納室１４Ａと中間収納室１４Ｃの間にも凸条１７を設けている。この凸条１７は、風下収納室１４Ｂの風上側に設ける凸条１７よりも低くしている。

以上の電池ケース２は、流入口１５、２５を、流入壁１２、２２の両側に開口しているが、本発明の電源装置は、必ずしも流入口を、流入壁の両側に開口する構造に特定しない。電池ケースは、たとえば、流入壁の両側から中央部に離れた位置に開口することもできる。図５に示す電池ケース３２は、流入口４５を流入壁４２の中央に開口している。この電池ケース３２は、風上収納室４４Ａと風下収納室４４Ｂを２段に配置して、複数の電池１を２段に収納している。図の電池ケース３２は、一対の対向壁４１の間に２段に電池１を収納しており、流入口４５を流入壁４２の中央部に、排出口４６を排出壁４３の中央部に設けて、風上収納室４４Ａと風下収納室４４Ｂを、円筒形電池１の表面に沿う円柱状としている。この電池ケース３２は、風上収納室４４Ａに収納される電池１が冷却風で冷却されやすくなる。したがって、風下収納室４４Ｂの内面に凹凸面４９を設けて、風下収納室４４Ｂに収納される電池を効果的に冷却して、電池の温度差を小さくしている。

図５に示す電池ケース３２は、風上収納室４４Ａと風下収納室４４Ｂに円筒形電池１を収納して、電池１と収納室４４の内面との間に冷却隙間４８を設けている。この電池ケース３２は、風下収納室４４Ｂの内面を、図の一部拡大図に示す凹凸面４９とし、風上収納室４４Ａの内面を平滑面としている。風下収納室４４Ｂの内面は、図に示すように、断面形状を三角形とする凸条４９ａと溝４９ｂとが交互に配置される形状の凹凸面４９としている。この電池ケース２も、電池１と収納室２４の内面との間にできる冷却隙間２８の幅（ｈ）を１ｍｍとし、凹凸面４９を形成する三角形の凸条４９ａと溝４９ｂの一辺を０．２ｍｍとしている。この凹凸面４９は、面粗度である中心線平均粗さ（Ｒａ）が約４３μｍとなり、冷却隙間４８の幅（ｈ）に対して約４．３％となる。なお、この図において、４７は凸条を示している。

以上の実施例の電源装置は、風下側の収納室の内面に凹凸面を設けて、この冷却隙間を通過する冷却風を凹凸面で撹拌させることにより、風下側の収納室に収納される電池を効果的に冷却して、風上側と風下側に収納される電池の温度差を小さくしている。さらに、本発明の電源装置は、図６ないし図９に示すように、風下の収納室６４に配置される電池５１、７１の表面を凹凸面６９、７９として、冷却隙間６８を通過する冷却風を凹凸面６９、７９で撹拌させることにより、風下側の収納室６４に収納される電池５１、７１を効果的に冷却して、風上側と風下側に収納される電池の温度差を小さくすることもできる。

図６と図８に示す電池ケース５２は、風上収納室６４Ａと風下収納室６４Ｂを２段に配置して、複数の電池１、５１、７１を２段に収納している。図の電源装置は、風下収納室６４Ｂに配置している電池５１、７１の表面を凹凸面６９、７９として、風上収納室６４Ａに配置している電池１の表面を平滑面としている。電池ケース５２は、収納室６４に収納される電池１、５１、７１の表面と、収納室６４の内面との間に、電池１、５１、７１を冷却する冷却風を送風する冷却隙間６８を設けて、この冷却隙間６８に冷却風を強制送風して、収納室６４に収納される電池１、５１、７１を冷却している。電池ケース５２は、２段に電池１、５１、７１を収納するので、隣接するふたつの冷却隙間６８を互いに連結して、風上の冷却隙間６８を通過した空気を風下の冷却隙間６８に送風して電池５１、７１を冷却している。なお、これらの図において、６１は対向壁を、６２は流入壁を、６３は排出壁を、６５は流入口を、６６は排出口を、６７は凸条をそれぞれ示している。

これらの電源装置は、風下の収納室６４に収納される電池５１、７１を効率よく冷却して、風上の収納室６４に収納される電池１との温度差を少なくするために、風下の収納室６４に配置する電池５１、７１の表面を凹凸面６９、７９としている。さらに、風上収納室６４Ａに配置している電池１の表面を平滑面として、風下の収納室６４に配置される電池表面の面粗度を、風上の収納室６４に配置している電池表面の面粗度よりも粗くしている。ここで、電池表面の面粗度とは、中心線平均粗さ（Ｒａ）のことである。電源装置は、たとえば、最も風下にある収納室１４、２４に配置される電池５１、７１の面粗度を、冷却隙間６８の２％ないし４０％、好ましくは、３％ないし２０％とすることができる。すなわち、最も風下にある収納室６４に配置される電池５１、７１は、凹凸面６９、７９の中心線平均粗さ（Ｒａ）を、冷却隙間６８の幅（ｈ）の２％ないし４０％、好ましくは、３％ないし２０％の範囲とすることができる。これらの電源装置も、風上収納室６４Ａの電池１を冷却して温度が高くなった空気流が、風下収納室６４Ｂの冷却隙間６８を通過する時に凹凸面６９、７９で撹拌されて風下収納室６４Ｂに配置している電池５１、７１を効率よく冷却する。したがって、風上収納室６４Ａに配置している電池１と風下収納室６４Ｂに配置している電池５１、７１の温度差を少なくできる。

図６の電源装置の風下の収納室６４に配置している電池５１は、図７に示すように、電池表面を凹凸面６９としている。この電池５１は、電池表面に無数の凹部６９ａを設けて凹凸面６９としている。図に示す電池５１は、外装缶の表面に、ショットピーニングやエッチング等によりディンプル加工を施して、すなわち、無数の凹部６９ａを設けて、表面を凹凸面６９としている。図の電池５１は、凹凸面６９を形成する無数の凹部６９ａを電池５１の表面全体に、等間隔で規則正しく設けている。ただ、これらの凹部は、電池の表面に部分的に設けることもできる。また、無数の凹部は、不規則に設けることもできる。この電池５１は、外装缶の表面に直接に凹凸面６９を設けているので、収納室６４に配置する状態で、冷却隙間６８を通過する冷却風で直接に電池表面を冷却して効果的に冷却できる。

さらに、図８の電源装置の風下の収納室６４に配置している電池７１は、外装缶の表面を加工することなく、図９に示すように、電池１の表面に薄膜のチューブ７０を被覆し、このチューブ７０の表面に凹凸面７９を設けている。このチューブ７０には、熱伝導性の高いプラスチックフィルムが使用できる。プラスチックフィルムからなるチューブ７０は、電池１に装着して電池１の表面を被覆する状態で、電池表面に突出する凸部や凸条、あるいは、溝や凹部を無数に設けて製作される。このチューブ７０は、シボ加工やエッチング等により表面に無数の凹凸を設けて凹凸面７９とすることができる。図の電池７１は、チューブ７０の表面に、凹凸面７９を形成する無数の凸部７９ａを設けて凹凸面７９としている。図のチューブ７０は、電池７１の表面全体に、等間隔で規則正しく凸部７９ａを設けている。ただ、これらの凸部は、電池の表面に部分的に設けることもできる。また、無数の凸部は、不規則に設けることもできる。プラスチックフィルムからなるチューブ７０は、たとえば、伸縮性のチューブ、あるいは、熱収縮チューブとして電池１の表面に簡単かつ容易に装着できる。

以上の構造は、電池を製作後に、外装缶の表面を加工して、あるいは、電池表面にチューブを被覆して、電池表面に凹凸面を設けることができる。このため、電池の製作後に、各収納室に収納される電池を均一に冷却するように調整できる特徴がある。また、この電源装置は、電池表面に設けた凹凸面で電池を均一に冷却するので、電池ケースを特別な構造とすることなく、多段に配置する電池を均一に冷却する構造にできる。

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。 図１に示す電源装置の第１の電池ケースの拡大断面図である。 図１に示す電源装置の第２の電池ケースの拡大断面図である。 本発明の他の実施例にかかる電源装置の一部拡大断面図である。 本発明の他の実施例にかかる電源装置の一部拡大断面図である。 図６に示す電源装置の風下収納室に収納される電池の斜視図である。 本発明の他の実施例にかかる電源装置の一部拡大断面図である。 図８に示す電源装置の風下収納室に収納される電池の斜視図である。

符号の説明

１…電池
２…電池ケース ２Ａ…第１の電池ケース
２Ｂ…第２の電池ケース
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…送風機構
９…仕切板
１１…対向壁
１２…流入壁
１３…排出壁
１４…収納室 １４Ａ…風上収納室
１４Ｂ…風下収納室
１４Ｃ…中間収納室
１５…流入口
１６…排出口
１７…凸条
１８…冷却隙間
１９…凹凸面 １９ａ…凸条
１９ｂ…溝
２１…対向壁
２２…流入壁
２３…排出壁
２４…収納室 ２４Ａ…風上収納室
２４Ｂ…風下収納室
２５…流入口
２６…排出口
２７…凸条
２８…冷却隙間
２９…凹凸面 ２９ａ…凸条
２９ｂ…溝
３２…電池ケース
４１…対向壁
４２…流入壁
４３…排出壁
４４…収納室 ４４Ａ…風上収納室
４４Ｂ…風下収納室
４５…流入口
４６…排出口
４７…凸条
４８…冷却隙間
４９…凹凸面 ４９ａ…凸条
４９ｂ…溝
５１…電池
５２…電池ケース
６１…対向壁
６２…流入壁
６３…排出壁
６４…収納室 ６４Ａ…風上収納室
６４Ｂ…風下収納室
６５…流入口
６６…排出口
６７…凸条
６８…冷却隙間
６９…凹凸面 ６９ａ…凹部
７０…チューブ
７１…電池
７９…凹凸面 ７９ａ…凸部

Claims (9)

1. 充電できる複数の電池と、各々の電池を定位置に配置すると共に、電池表面との間に冷却隙間を設けてなる収納室を有する電池ケースと、この電池ケースの冷却隙間に空気を送風して、収納室の電池を冷却する送風機構とを備える電源装置であって、
   前記電池ケースは、隣接するふたつ以上の冷却隙間を互いに連結して、風上の冷却隙間を通過した空気を風下の冷却隙間に送風して電池を冷却する構造としており、かつ、風下の冷却隙間に露出する風下収納室の内面を凹凸面とすると共に、凹凸面である風下収納室の内面の面粗度を、風上の冷却隙間に露出する風上収納室の内面よりも粗くしてなることを特徴とする電源装置。
2. 充電できる複数の電池と、各々の電池を定位置に配置すると共に、電池表面との間に冷却隙間を設けてなる収納室を有する電池ケースと、この電池ケースの冷却隙間に空気を送風して、収納室の電池を冷却する送風機構とを備える電源装置であって、
   前記電池ケースは、隣接するふたつ以上の冷却隙間を互いに連結して、風上の冷却隙間を通過した空気を風下の冷却隙間に送風して電池を冷却する構造としており、かつ、風下の収納室に配置される電池の表面を凹凸面とすると共に、凹凸面である風下の収納室に配置される電池表面の面粗度を、風上の収納室に配置している電池表面の面粗度よりも粗くしてなることを特徴とする電源装置。
3. 最も風下にある収納室内面の面粗度が、電池ケースの冷却隙間の２％ないし４０％である請求項１に記載される電源装置。
4. 最も風下にある収納室内に配置される電池表面の面粗度が、電池ケースの冷却隙間の２％ないし４０％である請求項２に記載される電源装置。
5. 電池が円筒形電池で、電池ケースの収納室が円筒形電池の表面に沿う円柱状である請求項１又は２に記載される電源装置。
6. 前記電池ケースが、風上収納室と風下収納室とを２段に配置している請求項１又は２に記載される電源装置。
7. 前記電池ケースが、風上収納室と風下収納室とを２段に配置して、風下収納室の内面を凹凸面として、風上収納室の内面を平滑面としている請求項１に記載される電源装置。
8. 前記電池ケースが、風上収納室と風下収納室とを２段に配置して、風下収納室に配置してなる電池の表面が凹凸面で、風上収納室に配置してなる電池の表面が平滑面である請求項２に記載される電源装置。
9. 前記電池ケースが、風上収納室と風下収納室との間に中間収納室を配置して、３段に電池を収納する構造としてなる請求項１又は２に記載される電源装置。

Images