JP4121323B2

JP4121323B2 - 電源装置

Info

Publication number: JP4121323B2
Application number: JP2002205655A
Authority: JP
Inventors: 健藤田; 正一遠矢
Original assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Current assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Priority date: 2002-07-15
Filing date: 2002-07-15
Publication date: 2008-07-23
Anticipated expiration: 2022-07-15
Also published as: JP2004047361A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、モーターに電力を供給して電動機器を駆動する電源装置に関し、とくに、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の電源用として使用される大電流用の電源装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
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、極めて大きな電流が流れる。たとえば、ハイブリッドカー等では、スタートするときや加速するときに、電池の出力で自動車を加速するので、１００Ａ以上と極めて大きな電流が流れる。さらに、急制動するときにも大きな充電電流が流れる。
【０００３】
大電流を流して使用される電源装置は、電源モジュールの温度が上昇する。また、自動車に搭載される電源装置は、夏期の暑いときに電源モジュールの温度が高くなる。電源モジュールは、温度が上昇すると電気的な特性が低下するばかりでなく、寿命も短くなる。このため、電源モジュールの温度が設定温度よりも高くならないように冷却することが大切である。このとき、多数の電源モジュールを、均一に冷却することが極めて大切である。温度差が電源モジュールを劣化させる原因となって、特定の電源モジュールの寿命を著しく短くするからである。出力を大きくするために、多数の電池を直列に接続している電源装置は、直列に接続している電池を同じ電流で充放電するが、残容量は等しくならない。電池温度が充電効率と放電効率を変化させるからである。電池の温度が異常に高くなった電池は充電効率が低くなって残容量が小さくなる。残容量の小さくなった電池は過放電される傾向が強くなる。電池の過放電は、電池性能を相当に低下させて寿命を短くする。また、電池が劣化すると最大充電容量も小さくなる。最大充電容量が小さくなると、過充電される傾向も強くなる。このため、同じ電流で充電しても、残容量が大きくなって過充電される傾向も強くなる。この状態になると、ますます過充電や過放電を起こす確率が高くなるので、劣化した電池は加速度的に性能が低下して寿命が短くなってしまう。このため、多数の電池を直列に接続している電源装置は、全ての電池をできるかぎり均一な温度として、アンバランスな劣化を極力少なくすることが大切である。さらに、多数の電池を直列に接続している電源装置は、全体のコストも極めて高価になるので、極めて長い寿命が要求される。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
従来の電源装置は、ホルダーケースの下部に強制的に冷却空気を供給し、供給された冷却空気を内部に送風して電源モジュールを冷却する構造、あるいは、ホルダーケース内の空気を強制的に排気して、ホルダーケース内に冷却空気を送風する構造等が採用されるが、ホルダーケースに多段に電源モジュールを収納して、均一な温度にするのが極めて難しい。とくに、電源装置は、常に強制的に空気を送風して冷却されるとは限らない。強制冷却を停止する状態では、全ての電源モジュールの温度差を少なく制御できなくなる。たとえば、自動車に搭載される電源装置は、自動車を停止しているときには、ほとんど強制的には冷却されない。強制冷却には電力を消費するので、電池が過放電となるからである。冷却されない電源装置は、種々の原因で電源モジュールに温度差ができる。とくに、ホルダーケースに多数の電源モジュールを多段に配設すると、上部の電源モジュールの温度が高くなる。加熱された空気は軽くなって上昇するからである。
【０００５】
図１は、図２の断面図に示すように、ホルダーケース２に４段に電源モジュール１を収納して、電池温度が上昇する特性を示している。この図は、ホルダーケース２に４段６列に収納される電源モジュール１の表面温度を示している。電源モジュール１は、定格容量を６Ａｈとする６個の電池を直列に接続したものである。２０Ａで２時間にわたって充放電を繰り返して、電源モジュールの表面温度を測定すると、図１に示す状態となる。この図から明らかなように、上段の電源モジュールは下段の電源モジュールに比較して約５℃も温度が高くなる。２時間の充放電を停止してからファンで電源モジュールを強制的に冷却しても、電源モジュールの温度差は１時間経過後においても相当な温度差となる。このため、ホルダーケースに収納している電源モジュールは、いかにして温度差を発生させないかが大切となる。温度差ができると、これを均一にするのに極めて長い時間がかかるからである。
【０００６】
このことから、自動車を停止するときに電源モジュールに温度差が発生していると、自動車をスタートさせて強制的に冷却するにしても、その温度差が少なくなるのに相当な時間がかかる。とくに、強制的に冷却する機構は、いかにして電源モジュールを均一に冷却できるかを基本思想として設計されるので、温度差が発生すると、これを均等にするのに極めて時間がかかる。このため、電源モジュールに温度差がある状態で自動車がスタートされると、各々の電源モジュールは、充電効率と放電効率が異なる状態で、長い時間にわたって放電され、あるいは充電される。したがって、電源モジュールの残容量に差が発生して、これが前述の理由で特定の電池を劣化させる原因となってしまう。
【０００７】
さらに、複数の電池を直線状に連結している電源モジュールを多数に並列に並べてホルダーケースに収納すると、電源モジュールの中央部分の温度が両端部分よりも高くなる。中央部分が両端よりも冷却され難くなるからである。
【０００８】
本発明は、このような従来の電源装置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、極めて簡単な構造で、ホルダーケースに収納される複数の電源モジュールの温度差を少なくして、温度差に起因する電池性能の低下を有効に防止する電源装置を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明の電源装置は、複数の電源モジュール１を上下に多段に積層する配列でホルダーケース２に収納している。ホルダーケース２は、複数のケースユニット２Ａを多段に積層してなる複数のケースユニット２Ａの積層構造である。各々のケースユニット２Ａは、成形材で成形している。さらに、ホルダーケース２は、上段に積層している上段ケースユニット２Ａを成形している成形材の熱伝導率を、この上段ケースユニット２Ａよりも下段に積層している下段ケースユニット２Ａの成形材よりも大きくして、上段ケースユニット２Ａの熱伝導をその下段ケースユニット２Ａの熱伝導よりも大きくしてより効率よく冷却するようにしている。
【００１０】
ケースユニット２Ａは、プラスチックで成形することができる。このケースユニット２Ａは、上段ケースユニット２Ａを成形するプラスチックに熱伝導材を充填して、下段ケースユニット２Ａを熱伝導材の充填されないプラスチックで成形して、上段ケースユニット２Ａの熱伝導率を下段ケースユニット２Ａよりも大きくすることができる。さらに、ケースユニット２Ａは、上段ケースユニット２Ａを成形するプラスチックに、下段ケースユニット２Ａよりも多量の熱伝導率を充填して、上段ケースユニット２Ａの熱伝導率を下段ケースユニット２Ａよりも大きくすることができる。
【００１１】
熱伝導材は、繊維とすることができる。熱伝導材は、ガラス繊維とすることができる。熱伝導材は、無機質材とすることもできる。
【００１４】
ケースユニット２Ａは、内部に収納している電源モジュール１を定位置に配置する位置決嵌着部６を設けて、この位置決嵌着部６に電源モジュール１を嵌着して、ケースユニット２Ａを電源モジュール１に接触させることができる。
【００１５】
さらに、本発明の電源装置は、ケースユニット２Ａの内部に、冷却空気を送風して電源モジュール１を冷却する冷却空気路９を設けて、この冷却空気路９を、上段に配設している電源モジュール１に、下段の電源モジュール１よりも多量の冷却空気を送風する構造とすることができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
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。
【００１７】
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、「特許請求の範囲の欄」、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。
【００１８】
図３の斜視図に示す電源装置は、図４の概略断面図に示すように、複数の電源モジュール１を上下に多段に積層する配列でホルダーケース２に収納している。図のホルダーケース２は、上下４段に電源モジュール１を収納している。各段には、６本の電源モジュール１を平行に並べて収納している。
【００１９】
電源モジュール１は、二次電池、あるいは静電容量の大きなスーパーキャバシタを複数個、直線状に接続したものである。図の電源モジュール１は円筒型の二次電池を直線状に連結している。ただし、角型の二次電池を直線状に連結して電源モジュールとすることもできる。電源モジュール１は、たとえば、５〜６本の二次電池を、直線状に直列に連結している。スーパーキャバシタを使用する電源モジュールは、複数のスーパーキャバシタを並列または直列に接続している。ただし、電源モジュールは、１本の二次電池やスーパーキャバシタで構成することもできる。
【００２０】
図５の電源モジュール１は、表面に複数のＯリング５を入れている。電源モジュール１は、所定の間隔でＯリング５を挿入している。Ｏリング５は、電源モジュール１の中間部分の複数部分に設けられる。Ｏリング５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５は、図６と図７の断面図に示すように、電源モジュール１とホルダーケース２の位置決嵌着部６との間に挟着されて、電源モジュール１を位置決嵌着部６に装着する。Ｏリング５は、その内径を電源モジュール１の外径よりもわずかに小さく、あるいは等しくして、電源モジュール１の表面に隙間なく密着される。Ｏリング５は緩衝作用がある。このため、電源モジュール１とホルダーケース２との間に挟着されるＯリング５は、自動車等の車両に固定されるホルダーケース２の振動を吸収して、電源モジュール１の振動を少なくできる。また、電源モジュール１をホルダーケース２に隙間なくしっかりと固定する。
【００２１】
Ｏリング５のある電源モジュール１は、簡単な構造でホルダーケース２にしっかりと保持できる状態で装着される。それは、図６と図７の断面図に示すように、ホルダーケース２に位置決嵌着部６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。現在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５のある電源モジュール１は、位置決嵌着部６を簡単な構造の溝状に成形して、Ｏリング５を介して電源モジュール１をしっかりと振動しないように保持して固定できる。
【００２２】
図３と図４に示すホルダーケース２は、複数のケースユニット２Ａを多段に積層している。ケースユニット２Ａは、プラスチックやセラミック等の成形材の成形体である。各々のケースユニット２Ａは、内部に複数の電源モジュール１を平行に収納している。図のホルダーケース２は、４段のケースユニット２Ａを積層している。各々のケースユニット２Ａには同一平面に、すなわち１段に電源モジュール１を収納している。したがって、ケースユニット２Ａを積層する段数を変更して、ホルダーケース２に収納する電源モジュール１の段数を調整できる。図のホルダーケース２は、４段のケースユニット２Ａを積層して、電源モジュール１を４段に積層している。このホルダーケース２は、ケースユニット２Ａを積層する段数で、ホルダーケース２に内蔵する電源モジュール１の数を変更できる。このため、ケースユニット２Ａの積層段数で、電源装置の出力電圧を最適電圧にできる。たとえば、６本のニッケル−水素電池を直列に接続して電源モジュール１とし、この電源モジュール１を６列に並べて収納するケースユニット２Ａは、電池の定格電圧を１．２Ｖとすれば、その出力電圧は４３．２Ｖとなる。したがって、このケースユニット２Ａを４段に積層する電源装置は、出力電圧が約１７０Ｖとなり、６段に積層する電源装置では約２６０Ｖとなる。
【００２３】
図のケースユニット２Ａは、電源モジュール１を同一平面に並べて１段に収納しているが、ケースユニットは、複数段（ｎ段）に電源モジュールを収納することもできる。複数段に電源モジュールを収納するケースユニットも多段に積層して、ホルダーケースに、多段（ｎの積層段数倍）に電源モジュールを収納することもできる。
【００２４】
図３と図４に示すケースユニット２Ａは、図８の分解斜視図に示すように、電源モジュール１を上下で挟着して位置決嵌着部６に保持する上ケース２ａと下ケース２ｂとを備える。上ケース２ａと下ケース２ｂは、図４の断面斜視図に示すように、互いに対向する位置に電源モジュール１を嵌着して定位置に保持する位置決嵌着部６を設けている。図に示す上ケース２ａと下ケース２ｂは、位置決嵌着部６を、電源モジュール１を嵌着する嵌着溝としている。嵌着溝は、上ケース２ａと下ケース２ｂの対向する位置に設けられる。電源モジュール１は円筒型であるから、位置決嵌着部６の嵌着溝は、横断面が半円形となる溝状に成形している。電源モジュール１は互いに平行に配列されるので、複数の嵌着溝が平行に設けられる。図のケースユニット２Ａは、６本の電源モジュール１を収納するので、上ケース２ａと下ケース２ｂは６列の嵌着溝を備える。電源モジュール１は、図５の平面図に示すように、嵌着溝に入れられて定位置に保持される。前述したように、電源モジュール１は、所定の間隔でＯリング５を入れているので、Ｏリング５を介して嵌着溝に嵌着される。
【００２５】
電源モジュール１は、上ケース２ａと下ケース２ｂに挟着されて位置決嵌着部６である嵌着溝に配設される。嵌着溝に電源モジュール１を入れた下ケース２ｂに上ケース２ａが連結されて、電源モジュール１はケースユニット２Ａの定位置に配置される。上ケース２ａと下ケース２ｂが連結されると、図５の断面図に示すように、電源モジュール１はＯリング５を介して上ケース２ａと下ケース２ｂに挟着されて、定位置に保持される。図のケースユニット２Ａは、上ケース２ａと下ケース２ｂの嵌着溝に、Ｏリング５を案内するＯリング溝７を設けている。Ｏリング５は、Ｏリング溝７に入れられて、電源モジュール１の軸方向のずれが阻止される。Ｏリング５を電源モジュール１の表面に接着して、位置ずれを阻止することもできる。
【００２６】
Ｏリング溝７は、図６と図７の断面図に示すように、Ｏリング５を支持する複数の支持凸部８を設けている。複数の支持凸部８は、Ｏリング５を傷つけないように、その表面をバランスよく押圧して、電源モジュール１を位置決嵌着部６の嵌着溝に保持する。図の支持凸部８は、Ｏリング５との接触面を湾曲面として、Ｏリング５表面の傷つきを防止して押圧する。支持凸部８を尖鋭な先端とすると、Ｏリング５が損傷を受けるおそれがある。したがって、支持凸部８の先端は尖鋭でない形状、たとえば、図に示す湾曲面、あるいは、所定の長さでＯリング５の表面に沿う形状として、損傷を防止できる。この支持凸部８に押圧されるＯリング５は、弾性的に変形して、電源モジュール１を位置決嵌着部６の定位置に保持する。図６の支持凸部８は、先端をＯリング溝７の内部に位置させている。このＯリング溝７は、Ｏリング５の位置ずれをもっとも効果的に阻止できる。ただし、支持凸部は、その先端を、Ｏリング溝から外部に突出させる高さとすることもできる。支持凸部がＯリング溝から突出しても、Ｏリングの支持凸部に押圧されない部分がＯリング溝にあって位置ずれが阻止されるからである。この構造は、Ｏリング５を局部的に押圧することにより、最適な状態で電源モジュール１を締め付けして保持できる。また、Ｏリング５の軸方向のずれが、Ｏリング溝７で阻止できる。さらに、支持凸部８の表面を尖鋭でない湾曲面やＯリング５に沿う形状として、Ｏリング５の損傷を防止できる。
【００２７】
Ｏリング５を介して電源モジュール１をケースユニット２Ａに装着する構造は、以上の優れた特長があるが、本発明の電源装置は、Ｏリングを使用しない構造であって、現在の電源装置に採用される構造、あるいはこれから開発される構造でもって、電源モジュールをケースユニットに装着できるのは言うまでもない。
【００２８】
Ｏリング５は、電源モジュール１を位置決嵌着部６である嵌着溝に配設することに加えて、電源モジュール１の周囲に冷却用の空気を通過させる冷却空気路９を設ける。この冷却空気路９に冷却空気を流すために、上ケース２ａと下ケース２ｂは、図４と図９に示すように、嵌着溝に連結する空気穴１０を貫通して設けている。空気穴１０は電源モジュール１の縦方向の細長いスリット状としている。空気穴１０は、冷却空気を冷却空気路９に供給する流入穴１０Ａと、冷却空気路９の空気を排気する排出穴１０Ｂとからなる。流入穴１０Ａは、上ケース２ａと下ケース２ｂの一方に設けられ、流入穴１０Ａを設けない上ケース２ａ又は下ケース２ｂに排出穴１０Ｂを設ける。図９の電源装置は、最下段にある１段目のケースユニット２Ａと３段目のケースユニット２Ａは、下ケース２ｂに流入穴１０Ａを設けて上ケース２ａに排出穴１０Ｂを設けている。そして、２段目と４段目のケースユニット２Ａは、上ケース２ａに流入穴１０Ａを設けて下ケース２ｂに排出穴１０Ｂを設けている。
【００２９】
この構造のホルダーケース２は、互いに積層しているケースユニット２Ａの間を、下から順番に供給ダクト１１と排気ダクト１２を設けて、全てのケースユニット２Ａに冷却空気を送風して冷却できる。図の電源装置は、１段目と２段目の間と、３段目と４段目の間に排気ダクト１２を設けている。そして、１段目の下と、２段目と３段目の間と、４段目の上に供給ダクト１１を設けている。ホルダーケース２は、図に示す状態と反対の方向に冷却空気を通過させて電源モジュールを冷却できるのは言うまでもない。
【００３０】
図のホルダーケース２は、ケースユニット２Ａの上下に外蓋１３を設けて、ケースユニット２Ａの上下に冷却空気を通過させるダクト２５を設けている。外蓋１３は金属製のプレートで、多段に積層しているケースユニット２Ａを上下で挟着して、ケースユニット２Ａを補強してケース全体の強度を大きくしている。そして、金属プレートであるの外蓋１３は、上下に冷却空気のダクト２５を形成する。金属プレートである外蓋１３は、プラスチック製のケースユニット２Ａに比較して熱伝導率が相当に大きく、内部の熱を有効に放熱する。したがって、冷却空気を強制的に送風して電源モジュール１を冷却する冷却ファン２６の運転を停止する状態で、電源モジュール１の発生熱を有効に放熱できる特長がある。
【００３１】
図のケースユニット２Ａは、電源モジュール１の表面に沿う形状に成形している保持プレート１４を上ケース２ａと下ケース２ｂに設けて、位置決嵌着部６である嵌着溝を設けている。保持プレート１４を貫通するように空気穴１０が設けられて、冷却空気路９に送風される。図の保持プレート１４は、下段と上段のケースユニット２Ａで空気穴１０の開口位置が異なる。下段のケースユニット２Ａは、嵌着溝の底部に近い部分に空気穴１０を開口している。上段のケースユニット２Ａは、底部よりも冷却空気の上流側に流入穴１０Ａを、下流側に排出穴１０Ｂを開口して空気穴１０としている。底部よりも上流側に開口される空気穴１０は、底部に開口される空気穴１０よりも効率よく冷却空気が流入される。それは、ダクトを流れる空気が空気穴１０に衝突して強制的に流入されるからである。図に示すように、上段のケースユニット２Ａに開口している空気穴１０を上流側に設けているホルダーケース２は、上段の電源モジュール１をより効率よく冷却して、上下の電源モジュール１をより均一に冷却できる。それは、多段に積層される電源モジュール１は、上段で温度が高くなる傾向があるからである。
【００３２】
図９のホルダーケース２は、上段と下段のケースユニット２Ａに開口する空気穴１０の位置を変更して、多段に積層する電源モジュール１を均一に冷却する。ただ、上段と下段のケースユニットに開口する空気穴の大きさを変更して、多段に積層する電源モジュールを均一に冷却することもできる。このホルダーケースは、上段のケースユニットの空気穴を下段のケースユニットの空気穴よりも大きく開口する。大きな空気穴は多量の空気を冷却空気路に流入させる。このため、上段に積層している電源モジュールが下段の電源モジュールよりも効率よく冷却される。
【００３３】
電源装置は、つねに強制送風して電源モジュール１を冷却するのではない。車両に搭載される電源装置は、できる限り電力消費を少なくするために、停車中はできるかぎり強制送風しないように設計される。強制送風されない状態で、上段の電源モジュール１は下段の電源モジュール１よりも高温に加温される。さらに、強制送風される状態にあっても、電源モジュール１は上段のものが下段よりも高温になる傾向がある。この傾向は、電源モジュール１を積層する段数が多くなると甚だしくなる。車両に搭載される電源装置は、搭載位置が特定され、搭載位置から形状が特定される。搭載する平面積が小さい場合、電源モジュール１を多段に積層して必要な出力電圧とする。
【００３４】
多段に積層して上段の電源モジュール１を効率よく冷却するために、上段ケースユニット２Ａを下段ケースユニット２Ａよりも熱伝導率の大きい成形材で成形する。熱伝導率の大きい成形材は、電源モジュール１の熱をより有効に放熱できる。とくに、図に示すように、電源モジュール１の表面に沿う形状に保持プレート１４を成形して、電源モジュール１のほぼ全周を、これに接近する保持プレート１４で囲む構造は、ケースユニット２Ａの熱伝導率が冷却効率に大きな影響を与える。熱伝導の優れた保持プレート１４は、電源モジュール１の輻射熱を内面で吸収し、吸収した熱を外側表面に伝導して効率よく放熱できるからである。
【００３５】
プラスチックの熱伝導率は、プラスチックよりも大きな熱伝導率の熱伝導材を充填して大きくできる。セラミック製のケースユニット２Ａは、たとえば、熱伝導率の大きなアルミナ等の混合率を高くして熱伝導率を大きくすることができる。熱伝導材は、形状からすれば繊維と粉末があり、材質からすれば無機質材と有機材とがある。セラミック製のケースユニット２Ａは、焼結して製造されるので、熱伝導材として無機質材のみが使用される。熱伝導材として無機質材を充填するプラスチック製のケースユニット２Ａは、熱伝導材の無機質材で耐熱性と難撚特性を向上できる。このことは車両用の電源装置として極めて大切である。それは車両火災を有効に防止できるからである。また、繊維の熱伝導材を充填するケースユニット２Ａは、熱伝導材が補強繊維の作用をして強靭にできる特長がある。
【００３６】
無機質材である繊維の熱伝導材として、ガラス繊維、ロックウール、金属結晶繊維、カーボン繊維等が使用される。また、粉末状の熱伝導材としてシリカ、アルミナ、炭酸マグネシウム、硫酸マグネシウム、石材、金属粉末等が使用される。
【００３７】
プラスチック製のケースユニット２Ａは、ガラス繊維を熱伝導材として添加して、熱伝導率を調整するのがよい。ＰＡ６６ナイロン製のケースユニットは、たとえば熱伝導材を添加しない状態での熱伝導率が０．２Ｋ（Ｗ／ｍＫ）であるが、３５重量％のガラス繊維を添加すると熱伝導率は０．３Ｋ（Ｗ／ｍＫ）となり、さらに４５重量％のガラス繊維を添加すると熱伝導率は０．４Ｋ（Ｗ／ｍＫ）と次第に大きくなる。
【００３８】
図に示すように、４段のケースユニット２Ａを積層するホルダーケース２は、最下段にある１段目のケースユニット２Ａを１５重量％のガラス繊維を添加するプラスチック製とし、２段目のケースユニット２Ａを２５重量％のガラス繊維を添加するプラスチック製とし、３段目のケースユニット２Ａを３５重量％のガラス繊維を添加するプラスチック製とし、４段目のケースユニット２Ａを４５重量％のガラス繊維を添加するプラスチック製として、上段のケースユニット２Ａの熱伝導率を大きくすることができる。
【００３９】
以上のホルダーケース２は、多段に積層しているケースユニット２Ａを、上段になるにしたがって次第に熱伝導率を大きくする。このホルダーケース２は、上段の電源モジュール１を次第に効率よく冷却できる。ただ、本発明のホルダーケース２は、４段のケースユニット２Ａを積層する構造において、最上段のケースユニット２Ａのみを下３段のケースユニット２Ａよりも熱伝導率を大きくし、あるいは上２段のケースユニット２Ａの熱伝導率を、下２段のケースユニット２Ａよりも熱伝導率を大きくすることもできる。このように、必ずしも上段になるにしたがって、次第に熱伝導率が大きくなる構造とする必要はない。
【００４０】
さらに、以上のように、全てのケースユニット２Ａをガラス繊維を添加するプラスチックで成形し、上段に多量のガラス繊維を添加する構造は、全てのケースユニット２Ａをガラス繊維で補強して強靭な構造にできる。ただし、下段のケースユニット２Ａにはガラス繊維等の補強繊維を添加せず、上段のケースユニット２Ａにのみ補強繊維を添加して、ホルダーケース２の上部を強靭な構造とすることもできる。車両に搭載される電源装置、とくに電源モジュール１を多段に積層している電源装置は、たとえば椅子の下等に搭載されるので、上面を強靭な構造とすることが特に大切である。上面の衝撃から電源装置を有効に保護する必要があるからである。
【００４１】
さらに、ケースユニット２Ａは、保持プレート１４の厚さを上段と下段で変更して、上段の電源モジュール１を効率よく冷却することもできる。たとえば、上段のケースユニット２Ａは、保持プレート１４を下段の保持プレート１４よりも薄く成形する。薄い保持プレート１４は、内面で吸収した熱を有効に外側に熱伝する。このため、電源モジュール１の輻射熱を内面で吸収して、その外側から効率よく放熱する。
【００４２】
さらに、ケースユニット２Ａは、図１０に示すように、表面に放熱フィン３４を一体的に成形して設けている。放熱フィン３４は、電源モジュール１と交差する姿勢で設けている。放熱フィン３４は、上ケース２ａの上面と、下ケース２ｂの下面に設けている。図１０は上ケース２ａの放熱フィン３４を示している。この放熱フィン３４は、電源モジュール１と直交する方向、すなわち嵌着溝に直交して設けている。この放熱フィン３４は、放熱面積を大きくして効率よく冷却することに加えて、上ケース２ａと下ケース２ｂを補強する補強リブの作用もする。とくに、上ケース２ａと下ケース２ｂは、平行な嵌着溝を設けるために、保持プレート１４を複数列の溝形に成形しているので、この嵌着溝と直交する方向に補強リブを設けて、縦横の強度を向上できる。
【００４３】
上ケース２ａと下ケース２ｂは、表面に複数列の放熱フィン３４を設けて放熱面積を大きくしている。さらに、放熱フィン３４は、電源モジュール１の中央部分に、両端部分よりも多量の放熱フィン３４を設けて、電源モジュール１の中央部分を両端よりも効率よく冷却する構造としている。すなわち、電源モジュール１の中央部分では狭い間隔で多数の放熱フィン３４を設け、両端部分では広い間隔で少ない放熱フィン３４を設けている。図１０は上ケース２ａを示しているが、下ケース２ｂも同じように下面に放熱フィン３４を設けている。
【００４４】
以上の構造の電源装置は、以下の工程で組み立てられる。
(1) 各々のケースユニット２Ａの上ケース２ａと下ケース２ｂとが分離される状態で、下ケース２ｂの位置決嵌着部６である嵌着溝に電源モジュール１を収納する。収納された電源モジュール１は、両端の電極端子１５を、下ケース２ｂに設けているナット部（図示せず）にネジ止して、収納している電源モジュール１を直列に接続する。
(2) 電源モジュール１を固定している下ケース２ｂに、上ケース２ａを載せて、下ケース２ｂと上ケース２ａとで電源モジュール１を挟着して定位置に保持する。この状態で、下ケース２ｂと上ケース２ａとを連結することもできるが、この工程では連結しないで、全てのケースユニット２Ａを積層する状態で、全体を連結することもできる。
(3) 内部に電源モジュール１を収納しているケースユニット２Ａを、多段に積層する。図は４段のケースユニット２Ａを積層している。このとき、最下段のケースユニット２Ａの下に外蓋１３を敷いて、外蓋１３の上に最下段のケースユニット２Ａを載せる。
(4) 積層したケースユニット２Ａの上に外蓋１３を載せる。
(5) 上下の外蓋１３を連結ネジ（図示せず）で連結して、全体を一体的に連結する。
【００４５】
以上の電源装置は、図９の鎖線の矢印で示すように、片側から空気を強制的に排気して、収納している電源モジュール１を冷却する。
【００４６】
【発明の効果】
本発明の電源装置は、極めて簡単な構造で、多段に収納している電源モジュールをより均一に冷却して、温度差に起因する電池性能の低下を有効に防止できる特長がある。とくに、強制冷却を停止する状態においても、上段と下段の電源モジュールの温度差を少なくして、電池性能の低下を有効に防止できる優れた特長がある。それは、本発明の電源装置が、複数の電源モジュールを上下に多段に積層しているホルダーケースを、複数のケースユニットを多段に積層している複数段のケースユニットの積層構造とすると共に、上段に積層している上段ケースユニットの熱伝導率を、この上段ケースユニットよりも下段に積層している下段ケースユニットの成形材よりも大きくして、上段ケースユニットの熱伝導をその下段ケースユニットの熱伝導よりも大きくしてより効率よく冷却されるようにしているからである。
【図面の簡単な説明】
【図１】ホルダーケースに多段に収納した電源モジュールの電池温度が上昇する特性を示すグラフ
【図２】ホルダーケースに多段に複数列の電源モジュールを収納する電源装置の一例を示す断面図
【図３】本発明の一実施例にかかる電源装置の斜視図
【図４】図３に示す電源装置のホルダーケースの一部断面斜視図
【図５】図３に示す電源装置のユニットケースの平面図
【図６】図５に示すケースユニットの垂直断面図
【図７】図５に示すケースユニットの水平断面図
【図８】図３に示す電源装置のホルダーケースの分解斜視図
【図９】図３に示す電源装置に冷却空気を流す状態を示す断面図
【図１０】ケースユニットの上ケースを示す斜視図
【符号の説明】
１…電源モジュール
２…ホルダーケース２Ａ…ケースユニット
２ａ…上ケース２ｂ…下ケース
５…Ｏリング
６…位置決嵌着部
７…Ｏリング溝
８…支持凸部
９…冷却空気路
１０…空気穴１０Ａ…流入穴１０Ｂ…排出穴
１１…供給ダクト
１２…排気ダクト
１３…外蓋
１４…保持プレート
１５…電極端子
２５…ダクト
２６…冷却ファン
３４…放熱フィン

Claims

複数の電源モジュール(1)を上下に多段に積層する配列でホルダーケース(2)に収納している電源装置であって、
ホルダーケース(2)は、複数のケースユニット(2A)を多段に積層してなる複数のケースユニット(2A)の積層構造であって、各々のケースユニット(2A)は成形材で成形されており、
上段に積層している上段ケースユニット(2A)を成形している成形材の熱伝導率を、この上段ケースユニット(2A)よりも下段に積層している下段ケースユニット(2A)の成形材よりも大きくして、上段ケースユニット(2A)の熱伝導をその下段ケースユニット(2A)の熱伝導よりも大きくしてより効率よく冷却されるようにしてなる電源装置。
ケースユニット(2A)がプラスチックで成形されており、上段ケースユニット(2A)を成形するプラスチックに熱伝導材を充填して、下段ケースユニット(2A)を熱伝導材の充填されないプラスチックで成形して、上段ケースユニット(2A)の熱伝導率を下段ケースユニット(2A)よりも大きくしている請求項１に記載される電源装置。
ケースユニット(2A)がプラスチックで成形されており、上段ケースユニット(2A)を成形するプラスチックに、下段ケースユニット(2A)よりも多量の熱伝導率を充填して、上段ケースユニット(2A)の熱伝導率を下段ケースユニット(2A)よりも大きくしている請求項１に記載される電源装置。
熱伝導材が繊維である請求項２または３に記載される電源装置。
熱伝導材がガラス繊維である請求項４に記載される電源装置。
熱伝導材が無機質材である請求項２または３に記載される電源装置。
ケースユニット(2A)が、内部に収納している電源モジュール(1)を定位置に配置する位置決嵌着部(6)を有し、この位置決嵌着部(6)に電源モジュール(1)を嵌着して、ケースユニット(2A)を電源モジュール(1)に接触させている請求項１に記載される電源装置。
ケースユニット(2A)の内部に、冷却空気を送風して電源モジュール(1)を冷却する冷却空気路(9)を設けており、この冷却空気路(9)が、上段に配設している電源モジュール(1)に、下段の電源モジュール(1)よりも多量の冷却空気を送風する構造としている請求項１に記載される電源装置。