JP4544192B2

JP4544192B2 - 電池電源の冷却装置

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Publication number: JP4544192B2
Application number: JP2006102008A
Authority: JP
Inventors: 克巳高津; 学垣野; 貴樹小林; 豊彦江藤; 究乾; 邦郎金丸
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 1997-03-24
Filing date: 2006-04-03
Publication date: 2010-09-15
Anticipated expiration: 2017-03-24
Also published as: JPH10270095A; JP2006210359A; JP3829396B2

Description

本発明は電気自動車のモータ駆動電源等として用いられる電池電源装置を空冷によって冷却する冷却装置に関するものである。

複数個の単電池を一列に電気的かつ機械的に直列に接続してなる電池モジュールを多数本、並列配置してホルダケースに保持させて構成される電池電源装置において、ホルダケース内に密集状態に配される電池モジュールからの発熱によって生ずる昇温をいかに抑制するかは重要な課題であった。

又この種電池電源装置の電池として、ニッケル水素二次電池が用いられているが、異常時に電池缶から水素が漏れ出すことがあり、この漏れ出した水素に対する安全対策も重要な課題であった。

更に電気自動車に、１対の電池電源装置を電気的に直列に接続した電池電源集合装置を搭載して、高電圧の電力を供給しうるように構成したものが知られているが、その場合の各電池電源装置の冷却をどのように合理的に行うかは重要な課題であった。

本発明者等は、上記電池電源装置における電池発熱による昇温を抑制するため、ホルダケースに工夫を凝らし、各電池モジュールに沿って適量の冷却用空気を流すようにした空気流ガイドを備えた冷却装置を開発した。

しかしこの先行例によれば、各電池モジュールに対する空気流の分配を適切に行うことが困難であるばかりか、各電池モジュールを構成する直列に接続された単電池間の冷却を均一に行うことが困難であった。すなわち電池モジュールに沿って流れる空気は、上流側から下流側に流れる間に単電池より受ける熱によって昇温し、冷却効果が漸次低下するが、これを補い上流側から下流側の各単電池の冷却を均一に行うための風量制御や風速制御を個々の電池モジュール単位に行うことは非常に困難であった。

本発明は上記先行例の問題点を解消すると共に、漏出水素に対する安全対策、１対の電池電源装置を備えた電池電源集合装置に対する合理的な冷却を可能とした比較的に構造簡単な冷却装置を提供することを主たる目的とする。

本発明は上記課題を解決するため、複数個の単電池を一列に電気的かつ機械的に直列に接続してなる電池モジュールを、多数本並列配置してホルダケースに保持させ、このホルダケースの下方に圧送式ファンを配し、前記ホルダケース内の前記電池モジュールの長手方向の直交する方向に強制的に空気を流動させることにより、ホルダケース内の多数本の電池モジュールを冷却する装置であって、前記空気の流動方向が電池モジュールの長手方向に直交する方向であることを特徴とする。

本発明の電池電源の冷却装置によれば、冷却用空気の流動方向が各電池モジュールの長手方向に直交する方向であるので、各電池モジュールを構成する単電池相互の冷却を均一に行うことが特別の工夫なくして容易に行うことができ、上流側から下流側に流動する間に生ずる空気の昇温による冷却効果の低下に対する対策は、先行例のように電池モジュール単位で行う必要がなく、電池電源装置全体で行えばよく比較的容易に行うことができる。

上記発明において、単電池はニッケル水素二次電池であるように構成し、又電池モジュールは水平に配置され、空気が下方から上方に向け流動するものであるように構成し、又電池モジュールが縦横それぞれ一直線上にマトリックス状に水平配置されてホルダケースに保持されているように構成し、更に強制的に空気を一方向に流動させる手段は、ホルダケースの上流側に配した圧送式ファンであるように構成すると好適である。

特にニッケル水素二次電池を用いた電池電源装置において、上流側に圧送式ファンを配し、ホルダケース内において下方から上方へ向け空気を強制的に流動させることによって電池モジュールを冷却するようにすれば、電池モジュールから万一水素が漏れ出した場合にも圧送ファン側へ水素が送られてくることを確実に防止できる結果、漏出水素に対する安全を確保することができる。

上記本発明の電池電源の冷却装置において、ホルダケース内を流れる空気の流速が、上流側より下流側の方が速くなるように、ホルダケース内に整流手段を配した構成とし、更にホルダケース内の下流側箇所において、ホルダケース内を流れる空気の流速が空気の流れる方向に向け徐々に大となるように、流路面積を漸減させた構成とすることができる。

このように構成することにより、上流側から下流側に流動する空気の流速を漸次増大させることができ、ほぼ流速の平方根に比例して冷却効果を高めることができるので、上流側から下流側に流動する間に生ずる空気の昇温による冷却効果の低下を補い、すべての電池モジュールをほぼ均一に冷却することができる。

上記本発明の電池電源の冷却装置において、ホルダケース内を流れる空気に露出する電池モジュールの面積を、上流側より下流側の方が大となるように、ホルダケース内に遮蔽手段を配した構成とし、更にホルダケース内の上流側箇所のみに遮蔽手段を配し、ホルダケース内を流れる空気に露出する電池モジュールの面積を、空気の流れる方向に向け徐々に大になるように、前記遮蔽手段を構成することができる。

このように構成することにより、上流側の電池モジュールの過冷却を防止して、電池電源装置全体の電池モジュールの冷却に空気流を有効利用することができると共に、上流側よりも下流側の方の電池モジュールにより多くの空気を接触させることができるので、上流側から下流側に流動する間に生ずる空気の昇温による冷却効果の低下を補い、すべての電池モジュールをほぼ均一に冷却することができる。

そして上述の整流手段と遮蔽手段とを組み合わせることによって、電池電源装置全体の電池モジュールの均一冷却を容易に実現することができる。

上記本発明の電池電源の冷却装置において、ホルダケースの両エンドプレートに各電池モジュールの両端部を支持させ、各電池モジュールを遊挿させる挿通孔を備えた冷却調整フィンプレートを、両エンドプレートの中間位置適所にこれらと平行で、かつ着脱可能にホルダケースに組付けてなり、冷却調整フィンプレートに整流手段用のフィン又は／及び遮蔽手段用のフィンを一体に設けた構成とすることができる。

このように構成することにより、上記電池モジュールの均一冷却を実現することができると共に、構造簡単で、冷却調整フィンプレートのホルダケースへの組付性が容易な冷却装置を提供することができる。

本発明は上記課題を解決するため、複数個の単電池を一列に電気的かつ機械的に直列に接続してなる電池モジュールを多数本、水平に並列配置してホルダケースに保持させてなる電池電源装置を左右１対備え、これらホルダケースの下方に夫々空気供給室が形成され、圧送式ファンから左右の空気供給室を通じて、夫々の電池電源装置のホルダケースの下部開口に空気を送り、各ホルダケース内を上昇して上部開口から排出される空気流によって電池モジュールを冷却する装置であって、圧送式ファンは夫々の電池電源装置に、エンドプレートと平行な方向に空気を供給する２つの送風口を有し、これら送風口は各電池電源装置の夫々一方のエンドプレートに近い位置に開口し、各空気供給室の底面には、前記一方のエンドプレート側から他方のエンドプレート側に向け、流路断面積を漸減させるスロープが形成されていることを特徴とする。

上記発明によれば、左右の電池電源装置への送風を１台の圧送式ファンで行うことができると共に、各電池電源装置においても空気供給室からホルダケース内への取込み空気量が、前記スロープを設けることで、一方のエンドプレート側から他方のエンドプレート側に向かう方向上の位置によってバラツクことを防止することができる。

上記本発明の電池電源の冷却装置において、空気供給室の入口部近傍には、一方のエンドプレートに近い位置に開口する送風口から送られてくる空気の流れ方向を、他方のエンドプレート側に向け変更する整流ガイドが設けられている構成とし、又空気供給室の入口部近傍には、送風口から送られてくる空気の流れ方向を上方に導く風向ガイドが設けられている構成とし、更に空気供給室の底面のスロープに空気の流れ方向を上方に導く風向ガイドを設け、ホルダケースの両エンドプレートの中間に位置する箇所へ送られる風量を確保するような構成とすることができる。

このように構成することにより、一方のエンドプレートに近い位置の空気供給室の入口から流入した空気を、整流ガイドによって円滑に他方のエンドプレート側に導くことができ、又空気供給室の入口部近傍に設けられた風向ガイドによって、空気の素通りを防いで、前記入口部近傍箇所からのホルダケース内への送風量を確保でき、更に前記スロープ上に設けられた風向ガイドによって、ホルダケースの両エンドプレートの中間に位置する箇所への送風量を確保できる結果、ホルダケース内への冷却用空気の供給を特定箇所に偏たることなく全域に均等に行うことができる。このため、両電池電源装置内の多数の電池モジュールの空冷を均一かつ効果的に行うことができる。

上記発明の電池電源の冷却装置において、ホルダケース内を流れる空気の流速が、下方側より上方側の方が速くなるように、ホルダケース内に整流手段を配した構成とし、又ホルダケース内の上方部箇所において、ホルダケース内を流れる空気の流速が空気の流れる方向に向け徐々に大となるように、流路面積を漸減させた構成とし、又ホルダケース内を流れる空気に露出する電池モジュールの面積を、下方側より上方側の方が大となるように、ホルダケース内に遮蔽手段を配した構成とし、更にホルダケース内の下方部箇所のみに遮蔽手段を配し、ホルダケース内を流れる空気に露出する電池モジュールの面積を、空気の流れる方向に向け徐々に大になるように、前記遮蔽手段を構成することができる。

このように構成することで、上記整流手段や遮蔽手段の働きにより、各電池電源装置内の多数の電池モジュールの空冷を上下方向においても偏たりなく均一に行える結果、両電池電源装置内のすべての電池モジュールの均一冷却を実現することができる。

本発明によれば、ホルダケースに多数本並列配置された電池モジュールを均等に冷却することができると共に、電池モジュールを構成する単電池相互間の冷却をも均等に行うことができる。

特に本発明によれば、冷却用空気が上流側に対し下流側で昇温して冷却効果が低下するという問題点を解決し、上流側、下流側のいずれにある電池モジュールに対しても均等に冷却することができると共に、上流側の電池モジュールの過冷却を防止して、空気流の有効利用を図ることができる。

又本発明によれば、ニッケル水素二次電池が用いられた電池電源の冷却を、水素に対する安全性を確保しながら、行うことができる。

更に、１対の電池電源装置を備えた電池電源集合装置に対する冷却を、１台の圧送ファンを用いるだけで、すべての電池モジュールに対して均等に行うことができる。

図１は内燃機関と電池駆動モータとを組み合わせて走行駆動源としたハイブリッドタイプの自動車を示している。このハイブリッドタイプの自動車は、内燃機関を最適条件で稼働させ、走行条件によって出力不足が生じるとき、その出力不足を電池駆動モータの出力で補い、又減速時に回生電力吸収を行うことによって、通常の内燃機関単独走行の自動車に比較して、単位燃料当りの走行距離を飛躍的に増大させたものである。

電池駆動モータの電力源としては、ニッケル水素二次電池が用いられ、図１、図２に示す電池パックユニット１に収納されている。この電池パックユニット１は後部座席２と、その後方のトランクルーム３との間の空間に配置されている。

電池パックユニット１は、樹脂成形品からなる外装ケース４、その内部に配置された送風機５、外装ケース４の内部に配置された左右１対の電池電源装置６、６を備えている。各電池電源装置６には、ニッケル水素二次電池の単位電池となる単電池（電池セルと称されることもある。）７を、１２６個電気的に直列に接続したものが備えられて、約１２５Ｖの電圧の電力供給が可能となっている。左右の電池電源装置６、６は同様に構成されると共に、両者は電気的に直列に接続されて電池電源集合装置８を構成し、約２５０Ｖの電圧の電力供給が可能となっている。すなわち、電池駆動モータには約２５０Ｖの電圧の電力が供給される。

図３は左右１対の電池電源装置６、６から構成される電池電源集合装置８を示す。

各電池電源装置６は、６個の単電池７を一列に電気的かつ機械的に直列に接続してなる電池モジュール９を、横３列、縦７列の計２１本並列配置してホルダケース１０に保持させた構造を備えている。

電池モジュール９は、図４、図５、図６に示すように、各単電池７間を金属製の接続リング５０を介してスポット溶接Ｓを用いて直列に接続している。又電池モジュール９のプラス電極端に座部１１ａを備えた四角形ナット１１が前記接続リング５０を介してスポット溶接を用いてプラス電極端の単電池７に接続されている。更に電池モジュール９のマイナス電極端に座部１２ａを備えた六角形ナット１２が前記接続リング５０を介してスポット溶接を用いてマイナス電極端の単電池７に接続されている。前記四角形ナット１１の対向辺間寸法と、前記六角形ナット１２の対向辺間寸法とは同一となっていて、後記四角形状保持凹部３０ａ、六角形状保持凹部３０ｂにこれらナット１１、１２が誤って嵌合されることのないようにしている。前記接続部には、同一単電池におけるプラス電極とマイナス電極との短絡を阻止するための樹脂製の絶縁リング１３ａ、１３ｂが介装されている。この絶縁リング１３ａ、１３ｂには、外径の異なる２種類のものがあり、計６個の絶縁リング１３ａ、１３ｂの内、１３ｂで示す２つのものが外径が大となっている。

各単電池７の側周面にはＰＴＣ（ＰｏｓｉｔｉｖｅＴｅｍｐｅｒａｔｕｒｅＣｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ）センサ１４が接着されている。このＰＴＣセンサは単電池７が内部の異常によって昇温したとき、電気抵抗が急激に増大してその異常を検知する温度センサであり、例えば８０℃に達したときに電気抵抗が急激に増大するものを用いている。ＰＴＣセンサはポリセンサとも称されている。又この種温度センサ１４としては、ＰＴＣセンサ以外のものを用いることも可能であることは云うまでもない。６個のＰＴＣセンサ１４は接続線１５によって直列に接続され、その両端に折曲げ可能な金属板からなる端子片１６が取付けられている。両端子片１６、１６は電池モジュール９の両端から突出するように配設されている。

電池モジュール９は、塩化ビニール等の電気絶縁性及び熱シュリンク性を有する樹脂製の外装チューブ１７によって、その外周面を被覆されている。ＰＴＣセンサ１４及びその接続線１５は、単電池７と共に外装チューブ１７によって保護され、前記プラス電極となる四角形ナット１１、前記マイナス電極となる六角形ナット１２及び前記両端子片１６、１６が外装チューブ１７に対し露出している。

前記ホルダーケース１０は、図３、図７、図８に示すように、ケース本体１８、第１エンドプレート１９、第２エンドプレート２０、３枚の冷却フィンプレート２１、２１、２１及び２枚の防振ゴムシート２２、２２で主構成されている。

ケース本体１８は、上下面が開放された直方体ボックス形状に形成された樹脂一体成形品である。４枚の鉛直壁を構成する両端壁２３、２３及び両側壁２４、２４の内部に形成される空間２６は、両端壁２３、２３に平行な２枚の隔壁２５、２５によって３つの空間２６ａ、２６ｂ、２６ｃにほぼ等しく区画されている。第２エンドプレート２０側の第１区画空間２６ａ、中央の第２区画空間２６ｂ、第１エンドプレート１９側の第３区画空間２６ｃの夫々には、その中央部に位置し、かつ両端壁２３、２３に平行になるよう、冷却フィンプレート２１が上方より挿入され、ケース本体１８に固定される。

端壁２３、２３、隔壁２５、２５及び冷却フィンプレート２１、２１、２１には、同一対応位置に電池モジュール９を挿通するための挿通孔２３ａ、２５ａ、２１ａが、横（水平方向）３列、縦（鉛直方向）７列の計２１個設けられている。横３列、縦７列の挿通孔２３ａ、２５ａ、２１ａは、縦横等ピッチで設けられ、かつ電池モジュール９の外径より大の径を有するように形成されている。

ケース本体１８の一端部には第１エンドプレート１９が４隅のビス孔７０を利用して端壁２３にビス止め固定されている。２７はケース本体１８の端壁２３の周囲に形成した額縁部であって、第１エンドプレート１９を嵌合状態で収容するためのものである。ケース本体１８の他端部には第２エンドプレート２０が端壁２３に離接可能に保持されている。すなわち第２エンドプレート２０がケース本体１８の他端部に形成された額縁部２７に移動可能な状態で嵌合保持されている。

第１エンドプレート１９は、図７〜図１２に示すように、樹脂板で構成されると共に、パスバー２８がインサート成形によって樹脂板に埋設固定され、樹脂板の内面２９に、電池モジュール９のプラス電極端となる四角形ナット１１を嵌合保持する四角形状の保持凹部３０ａ及び電池モジュール９のマイナス電極端となる六角形ナット１２を嵌合保持する六角形状の保持凹部３０ｂが設けられているものである。これら保持凹部３０ａ、３０ｂは、前記挿通孔２３ａ、２５ａ、２１ａに対応する位置に設けられ、全体として横３列、縦７列の計２１個設けられている。そして図１０に示すように、隣り合うもの同士の一方はプラス側の四角形状の保持凹部３０ａ、他方はマイナス側の六角形状の保持凹部３０ｂとなる関係で、２種類の保持凹部３０ａ、３０ｂが交互に設けられている。各保持凹部３０ａ、３０ｂは、前記電池モジュール９の電極端のナット１１、１２に嵌合する形状に形成されているので、四角形ナット１１は四角形の保持凹部３０ａにのみ保持され、誤って四角形の保持凹部３０ａに保持されることを未然に防止することができる。

第１エンドプレート１９の外面３１には、前記保持凹部３０ａ、３０ｂに対応する位置に計２１個の締結用凹部３２ａ、３２ｂが形成されている。この締結用凹部３２ａ、３２ｂの形状は四角形のものと六角形のものとの２種類があり、四角形状の締結用凹部３２ａは前記四角形状の保持凹部３０ａと全く同一形状であり、六角形状の締結用凹部３２ｂは前記六角形状の保持凹部３０ｂと全く同一形状である。そして図１０に示すように、四角形状の保持凹部３０ａの背面に六角形状の締結用凹部３２ｂが、六角形状の保持凹部３０ｂの背面に四角形状の締結用凹部３２ａが夫々設けられている。このような構成としたのは、図３に示す電池電源集合装置８を構成する左右１対の電池電源装置６、６の夫々の第１エンドプレート１９、１９として同一のものを共通使用しうるためである。左側の電池電源装置６に使用する場合の第１エンドプレート１９は、上記に説明したような状態でケース本体１８に組付けられるが、右側の電池電源装置６に使用する場合の第１エンドプレート１９は、内外面を逆にして用い前記締結用凹部３２ａ、３２ｂに相当するものを、保持凹部３０ａ、３０ｂとして用いるようにしてケース本体１８に組付けられる。

電池モジュール９の端子間を電気的に接続する金属製のパスバー２８は、第１エンドプレート１９の樹脂板の厚さ方向の中央に位置するようにインサート成形によって埋設固定されている。そして前記保持凹部３０ａ、３０ｂ及び締結用凹部３２ａ、３２ｂで囲まれる部分においてパスバー２８は外部に露呈している。この露呈する部分の中心に貫通孔３３が設けられている。

電池モジュール９の端部のナット１１、１２は、前記保持凹部３０ａ、３０ｂに嵌合保持された状態で、締結用凹部３２ａ、３２ｂ側から前記貫通孔３３を通して挿し込まれたボルト３４に螺合し、ボルト３４を締結することにより、前記ナット１１、１２はパスバー２８に電気的かつ機械的に結合される。電池モジュール９のプラス電極となる四角形ナット１１は、プラス側の四角形状の保持凹部３０ａに間違いなく嵌合保持されるので、電池モジュール９のプラス電極は確実にパスバー２８のプラス側部分に接続されることになる。同様に電池モジュール９のマイナス電極となる六角形ナット１２は、マイナス側の六角形状の保持凹部３０ｂに間違いなく嵌合保持されるので、電池モジュール９のプラス電極は確実にパスバー２８のマイナス側部分に接続されることになる。又前記ナット１１、１２は保持凹部３０ａ、３０ｂによって、回転を阻止されるため、ボルト３４による締結作業をスムースに進めることができる。

第２エンドプレート２０は、図８、図１３、図１４に示すように第１エンドプレート１９と同様、樹脂板で構成されると共に、パスバー２８がインサート成形によって樹脂板に埋設固定され、その内面２９に保持凹部３０ａ、３０ｂ、その外面３１に締結用凹部３２ａ、３２ｂを備えている。そして第１エンドプレート１９の場合と同様に各電池モジュール９の端部のナット１１、１２は、ボルト３４によってパスバー２８に電気的かつ機械的に結合されている。なお、第１エンドプレート１９の四角形状の保持凹部３０ａに対向する部位に、第２エンドプレート２０の六角形状の保持凹部３０ｂが配置され、第１エンドプレート１９の六角形状の保持凹部３０ｂに対向する部位に、第２エンドプレート２０の四角形状の保持凹部３０ａが配置されていることは、云うまでもない。

電池電源装置６に並列配置された２１本の電池モジュール９は、前記第１エンドプレート１９のパスバー２８及び第２エンドプレート２０のパスバー２８によって、電気的に直列に接続されている。第１エンドプレート１９に埋設固定されるパスバー２８は、図１０に（１）、（３）、（５）、（７）、（９）、（１１）、（１３）、（１５）、（１７）、（１９）、（２１）で示す１１枚あり、第２エンドプレート２０に埋設固定されるパスバー２８は、図１３に（２）、（４）、（６）、（８）、（１０）、（１２）、（１４）、（１６）、（１８）、（２０）、（２２）で示す１１枚あるが、これらと各電池モジュール９との接続関係を図１５に示している。

（１）と（２２）で示すパスバーは、厳密にはパスバーと云うよりは、前者はマイナス端子バー、後者はプラス端子バーと称する方が適切であり、本発明のパスバーの概念に含まれないものであるが、本実施の形態の説明の便宜上パスバーと称し、以下説明する。

（２）〜（２１）で示すパスバーは、電気的直列における隣接する電池モジュール９のプラス電極との接点及びマイナス電極との接点を有し、前記隣接する電池モジュール９を電気的に直列に接続している。例えば図１５に示すように、（２）で示すパスバーは、プラス電極接点２ａとマイナス電極接点２ｂを備え、（２１）で示すパスバーは、プラス電極接点２１ａとマイナス電極接点２１ｂを備えている。図１５において１ａｂで示す接点は電池電源集合装置８の全体におけるマイナス端子となっており、ここに電池駆動モータに接続される動力ケーブル３５の接続端リング３５ａ（図７参照）が接続されている。又図１５において２２ａｂで示す接点は一方の電池電源装置６のプラス端子となっており、ここに他方の電池電源装置６のマイナス端子に接続される接続ケーブル３６（図３参照）の接続端部が接続されている。前記両接点１ａｂ、２２ａｂ間の電圧は約１２５Ｖとなっている。なお、前記接続ケーブル３６は可撓性を有し、電池モジュール９の熱伸縮に伴う第２エンドプレート２０の移動が生じた場合にも、両電池電源装置６、６間の電気的接続を確実に行えるようにしている。

第１エンドプレート１９は、図７、図１０、図１２、図１５に示すように、２本の電池モジュール９、９単位の端子間電圧を測定するためのリード線３７をインサート成形により樹脂板内に埋設している。図１５に一点鎖線で示すように、前記（１）、（３）、（５）、（７）、（９）、（１１）、（１３）、（１５）、（１７）、（１９）、（２１）で示すパスバー２８のそれぞれにリード線３７が接続され、例えば（１）と（３）のパスバー間の電圧Ｖ_1-3や、（１９）と（２１）のパスバー間の電圧Ｖ_19-21を測定しうるように構成されている。前記電圧Ｖ_1-3は、（１）のパスバーと（３）のパスバー間に電気的に直列に接続される２本の電池モジュール９、９、換言すれば１２個の単電池７間の電圧を示し、図１５に示す電圧Ｖ_3-5、Ｖ_5-7、・・・、Ｖ_19-21も同様の２本の電池モジュール９、９間の電圧を示している。これらの電圧を測定し、その異常を検知したときには、対応する２本の電池モジュール９、９に属する１２個の単電池７の内の少なくとも１個に何らかの異常が発生したことになるので、その対応は比較的狭い範囲に限定して行うことができる。

各リード線３７は第１エンドプレート１９の樹脂板内において、図１０に示すように配線され、かつ第１エンドプレート１９の一側辺の所定箇所に集められ、まとめて外部に取出されている。そして図７に示すように、テープ状樹脂シート３８に各リード線３７は固定されて電圧測定部に導かれる。

各リード線３７とパスバー２８との接続部には、図１０、図１１に示すように、ヒューズ３９が取付けられ、リード線３７に過剰電流が流れるのを防止している。このヒューズ３９は、パスバー２８に一体に設けたリード線接続用の延長片（ヒューズ取付片）４０に後付けによって取付けられる。前記延長片４０の中央部表裏面は、開口部４１、４２によって外部に露呈しているが、この延長片４０の一部を後加工により打抜いて断絶状態とした後、断絶部（断絶部を図１１（ｂ）に仮想線で示す。）の両側を導通するようにヒューズ３９を取付けた構成としている。前記開口部４１、４２はその後樹脂モールド３９ａされる。

前記リード線３７の配線は第１エンドプレート１９にのみ設けられ、第２エンドプレート２０には全く設けられていない。

第１エンドプレート１９には、図７、図１０、図１２に示すように、前記ＰＴＣセンサ１４を６個直列に接続した接続線１５の端子片１６を接続するための保持片４３が、インサート成形により樹脂板に固定されている。

保持片４３は第１エンドプレート１９に設けた貫通開口部４４に露出する部分にネジ孔４５を備えている。そして前記端子片１６を前記貫通開口部４４に挿入した後折曲げ、次いでビス４６を用いて、図１２に示すように、端子片１６を保持片４３に電気的かつ機械的に接続している。

保持片４３は２つのネジ孔４５、４５を両端部に備え、前記接続線１５の隣合うもの同士の端子片１６、１６を電気的に接続するパスバーとしての作用を有している。ただし、図１０、図１６にＰで示す保持片は、単独のネジ孔４５のみを有し、マイナス端子としての役割のみを果たしている。

第２エンドプレート２０にも、図１３に示すように、上記同様の保持片４３が、インサート成形により樹脂板に固定されている。この第２エンドプレート２０の保持片４３も、２つのネジ孔４５、４５を両端部に備え、パスバーとしての作用を有している。ただし、図１３、図１６にＱで示す保持片は、単独のネジ孔４５のみを有し、プラス端子としての役割のみを果たしている。

図１６は、電池電源装置６に配置された１２６個すべての単電池７に接着されたＰＴＣセンサ１４が、第１エンドプレート１９及び第２エンドプレート２０の保持片４３によって、電気的に直列に接続された状態を示している。図１５に示す電池モジュール９をパスバー２８を利用して電気的に直列に接続する場合と同様であるので、詳細な説明は省略する。

Ｐで示すマイナス端子としての保持片４３と、Ｑで示すプラス端子としての保持片４３には夫々外部取出し線４７、４８が接続され（図３参照）、抵抗測定装置４９に結線される。前記１２６個の単電池７の内１個でも異常昇温したときには、その単電池７に接着したＰＴＣセンサ１４の抵抗値が飛躍的に増大する結果、抵抗測定装置４９にその異常が検出される。従って、外部取出し線４７、４８の数を最小の２本にとどめるという簡素な構造によって、電池電源装置６のすべての単電池７の昇温異常を検知することができる。なお、電池電源集合装置８を構成する他方の電池電源装置６にも、同様のものが備えられている。

電池電源装置６のホルダケース１０には、図３、図７、図８、図９に示すように、２１本の電池モジュール９がその両端を第１エンドプレート１９及び第２エンドプレート２０に固定されて支持されている。又各電池モジュール９は、その長手方向の両端より夫々約１／３の長さ位置２箇所において、防振リング５１、５１を介して前記隔壁２５、２５の挿通孔２５ａに支持されている。この防振リング５１は前記防振ゴムシート２２にその表面から突出するようにして一体に成形されている。２１個の防振リング５１を備えた防振ゴムシート２２は、隔壁２５の挿通孔２５ａにすべての防振リング５１を圧入することにより隔壁２５の一面に沿って取付けられる。

すでに述べたように、ホルダケース１０は２枚の隔壁２５、２５によって３つの空間、すなわち第２エンドプレート２０から第１エンドプレート１９に向けて順に、第１区画空間２６ａ、第２区画空間２６ｂ、第３区画空間２６ｃに区間されているが、夫々の区画空間２６ａ、２６ｂ、２６ｃの中央部には冷却調整フィンプレート２１が上方より挿入されて、ケース本体１８に固定されている。図８、図１７は、冷却調整フィンプレート２１に形成された冷却調整フィン５２（第１段フィン５２ａ、第２段フィン５２ｂ、第３段フィン５２ｃ、第４段フィン５２ｄ、第５段フィン５２ｅ、第６段フィン５２ｆ、第７段フィン５２ｇ、第８段フィン５２ｈを含む。）と、冷却調整フィンプレート２１の挿通孔２１ａに遊挿された各電池モジュール９との関係を示している。周知のように電池電源装置６には、電池発熱による異常昇温を防止するため、電池を冷却するための手段が必要である。本実施の形態では、ホルダケース１０の下方開口部を空気導入部５３とし、上方開口部を空気導出部５４として、下方（上流側）より上方（下流側）に流れる空気流によって、縦７列、横３列に水平に配された各電池モジュール９の冷却を行っている。

中央に位置するよう区間された第２区画空間２６ｂを例にとって、電池モジュール９の空冷構造を説明すると、冷却調整フィンプレート２１のプレート本体部２１から両方向に突出する各冷却調整フィン５２は、図７、図８に示すように、隔壁２５、２５に近接する位置まで延び、前記空気流の流れ方向及び流速を調整しうるように構成されている。図１７に示すように、最下段（第１段と称する場合もある。）の３個の挿通孔２１ａ（第１段から第７段の挿通孔を図１７で丸付き数字１〜７で示し、明細書では※１〜※７で示す（以下同様)。）※１の夫々の下辺まわりには断面円弧状の第１段フィン５２ａが設けられ、第１段の電池モジュール９に直接空気が当たる割合いを極力抑えている。

第１段の３個の挿通孔※１とその上の第２段の３個の挿通孔※２、第２段の３個の挿通孔※２とその上の第３段の３個の挿通孔※３、第３段の３個の挿通孔※３とその上の第４段の３個の挿通孔※４の夫々における対応する挿通孔間の上下中間位置には、断面形状が断絶部を有する扁平のＨ字状となる第２段フィン５２ｂ、第３段フィン５２ｃ、第４段フィン５２ｄが設けられている。第２段フィン５２ｂは、断面Ｈ字状部の両側に断絶部ｔ、ｔが形成され、第３段フィン５２ｃは、断面Ｈ字状部の中央に断絶部ｔ₁が形成され、第４段フィン５２ｄは、断面Ｈ字状部の中央に幅の広い断絶部ｔ₂が形成され、第１段の電池モジュール９よりも第２段の電池モジュール９に直接空気が当たる割合いを増大させ、第２段の電池モジュール９よりも第３段の電池モジュール９に直接空気が当たる割合いを増大させ、第３段の電池モジュール９よりも第４段の電池モジュール９に直接空気が当たる割合いを増大させている。

第４段の３個の挿通孔※４とその上の第５段の３個の挿通孔※５との間には、２つの断面縦長楕円形状（図１７に示すものは軽量化のため断面形状が中空のものとなっているが、中空部を有しないものであってもよい。）のフィンと２つの断面縦長半楕円形状（中空のものでも、中空部を有しないものであってもよい。）のフィンとの横並びの４つのフィンからなる第５段フィン５２ｅが設けられている。中央側に位置する２つの断面縦長楕円形状のフィンは夫々その周囲の左右上下４つの挿通孔※４、※４、※５、※５の中央点に位置し、両端側に位置する２つの断面縦長半楕円形状のフィンは対応する上下の挿通孔※４、※５の上下中間で外側方に位置すると共に前記プレート本体部２１ｂの側辺に接している。第５段の３個の挿通孔※５とその上の第６段の３個の挿通孔※６との間、並びに第６段の３個の挿通孔※６とその上の第７段の３個の挿通孔※７との間にも、第５段フィン５２ｅとほぼ同様の形状で、同一関係位置にある４つのフィンからなる第６段フィン５２ｆ並びに第７段フィン５２ｇが設けられている。さらに最上段（第７段と称する場合もある。）の３個の挿通孔※７の上方位置には、第７段フィン５２ｇの各フィンの上半分を欠落した形状のフィンで、第７段フィン５２ｇと同一関係位置にある４つのフィンからなる第８段フィン５２ｈが設けられている。そして第５段フィン５２ｅの各フィンの断面積よりも、第６段フィン５２ｆの各フィンの断面積を大とし、第６段フィン５２ｆの各フィンの断面積よりも、第７段フィン５２ｇの各フィンの断面積を大としている。このように上側にいくほど冷却調整フィン５２ｅ、５２ｆ、５２ｇの断面積を大とすることにより、電池モジュール９と冷却調整フィン５２との間に形成される空気流の流路を、上側にいくほど絞り、第４段の電池モジュール９の周囲を流れる空気の流速よりも、第５段の電池モジュール９の周囲を流れる空気の流速を大とし、第５段の電池モジュール９の周囲を流れる空気の流速よりも、第６段の電池モジュール９の周囲を流れる空気の流速を大とし、第６段の電池モジュール９の周囲を流れる空気の流速よりも、第７段の電池モジュールの周囲を流れる空気の流速を大としている。これは空気流の流速を増大させると、その平方根に比例して冷却効果が増大することを利用したものである。

第２区画空間２６ｂを例にとって電池モジュール９の空冷構造を上記に説明したが、他の第１区画空間２６ａ、第３区画空間２６ｃにおける空冷構造も同様に構成される。そしていずれにおいても、下方より上方に流れる空気流に直交する方向に多段に並列配置された多数の電池モジュール９の内、下段側のグループに属する電池モジュール９（図１７に示す場合は第１段から第４段に配置されているもの）に対して、電池モジュール９に直接当たる空気量を調整する遮蔽型のフィン５２ａ〜５２ｄにより電池モジュール９の下辺を覆い、かつ最下段（第１段）より上段（第２段、第３段、第４段）に向かうに従って、電池モジュール９に当たる空気量を徐々に大になるようにしている。これにより最下段の電池モジュール９の過冷却を防ぐと共に、上段に向かうに従って電池発熱により徐々に昇温する空気の冷却効果低下を補うように、電池モジュール９に当たる空気量を増大させることで、各段（第１段〜第４段）の電池モジュール９の冷却をほぼ均等に行えるようにしている。

下段側のグループに属する電池モジュール９を冷却する空気は、図１７に示すように、その過半が左右の電池モジュール９間に形成される通路５５、５５及び電池モジュール９と側壁２４との間に形成される通路５６、５６を上昇し、一部が電池モジュール９側に取込まれた後、前記通路５５、５６に再び合流して、第５段の電池モジュール９の下方に達する。次いで前記空気流は、上段側のグループに属する電池モジュール９（図１７に示す場合は第５段から第７段に配置されているもの）を冷却するために用いられるが、下段側のグループに属する４段の電池モジュール９を冷却したため、空気温度が相当高くなって、冷却効果が低下している。これを補うため、上段側のグループに属する電池モジュール９の冷却には空気流を絞って、電池モジュール９の周囲の空気流の流速を上げている。前記各通路５５、５５、５６、５６の上方には、第５段、第６段、第７段の各電池モジュール９の斜下、及び第７段の電池モジュール９の斜上に位置するように、電池モジュール９との間の間隔を狭めて空気流の流速を上げるための流路絞り型のフィン５２ｅ〜５２ｈを配し、かつ上段（第５段、第６段、第７段）に向かうに従って前記間隔を順次狭くして、上昇により徐々に昇温する空気の冷却効果低下を補うように、電池モジュール９の周囲の空気流の流速を上げて、各段（第５段〜第７段）の電池モジュール９の冷却をほぼ均等に行えるようにしている。

このようにして、最下段から最上段に至るすべての電池モジュール９をほぼ均一に冷却するように構成している。なお本実施形態では、下側の４段の電池モジュール９を遮蔽型のフィン５２ａ〜５２ｄを用い、上側の３段の電池モジュール９を流路絞り型のフィン５２ｅ〜５２ｈを用いて、すべての電池モジュール９の冷却をほぼ均一に行えるように構成しているが、例えば下側の３段の電池モジュール９を遮蔽型のフィンを用い、中間の第４段の電池モジュール９に対応するフィンは設けず、上側の３段の電池モジュール９を流路絞り型のフィンを用いて、空気流を調整する等のことが、可能であることは云うまでもない。

本実施形態で用いられる電池は、ニッケル水素二次電池であるので、異常時に電池缶より漏れる水素に対する安全を図る必要がある。前記空気は、シロッコファンを備えた送風機５の圧送によって、電池電源装置６内に送られてくるものであるが、前記送風機５及びこれを駆動するモータ５７の内部やその近辺に前記水素が送られることのないように配慮することが特に重要である。そこで本実施形態においては、図８、図１７、図１８に示すように、送風機５、モータ５７を前記ホルダケース１０の側方下部に配し、その送風口５８をホルダケース１０の下方に位置させ、送風機５から圧送された空気は、前記外装ケース４の下部に形成した空気供給室５９を通じて、ホルダケース１０の下端の空気導入部５３に達した後、ホルダケース１０内を下から上に流れて電池モジュール９を冷却し、次いでホルダケース１０の空気導出部５４を出た後、前記外装ケース４の上方に形成した空気排出室６０を通過して、前記外装ケース４の上部側端に形成した排出口６１より、外装ケース４の外部に排出されるように構成されている。このような構成を採用することにより、ホルダケース１０内の電池モジュール９から万一水素が漏れ出した場合にも、送風機５側へ水素が送られてくることを防止できる。

図１８は、１台の送風機５で、左右の電池電源装置６、６に冷却用空気を圧送する構造を示している。前記送風機５は左右１対のシロッコファン及び送風口５８、５８を有し、空気取入口６２より車室内の空気を取入れ、１対の送風口５８、５８より、左右の空気供給室５９、５９に均等に空気を送り出している。

各空気供給室５９は、前記外装ケース４の底板部４ａと、底板部４ａの図１８における前側位置に起立する前面壁４ｂと、ホルダケース１０の下面とによって囲まれた空間で構成され、前記送風口５８に対向する入口６３には、送風口５８からの空気を奥側かつ側方に導く、複数本の彎曲状の整流ガイド６４ａ、６４ｂ、６４ｃが前記底板部４ａに立設されている。前記入口６３は外装ケース４の幅方向の中央側に設けられ、ホルダケース１０の第１区画空間２６ａの下方に位置するように配されている。前記底板部４ａは、空気供給室５９内において、外側方側、すなわち第２区画空間２６ｂ、第３区画空間２６ｃ側に向け徐々に高位置となるスロープ６５を有すると共に、奥側に向け徐々に高位置となるスロープ６６を有するように形成されている。又スロープ６５の第２区画空間２６ｂと第３区画空間２６ｃの境界部下方位置に、空気を上方に導く背の低い風向ガイド６７を設けている（図８参照）。

前記入口６３から取入れられた空気は、３枚の整流ガイド６４ａ、６４ｂ、６４ｃの各中間に形成される２つの空気通路を通り、奥側かつ第２、第３区画空間２６ｂ、２６ｃ側に導かれると共に、その一部は第１区画空間２６ａ内に導かれる。この際空気流が前記空気通路を素通りして、第１区画空間２６ａ内に導かれる空気量が不足しないようにするため、第２エンドプレート２０側の空気通路の入口部付近に空気を上方に導く風向ガイド６８を設けている。前記２つの空気通路を出た空気は、その一部が第２区画空間２６ｂ内に導かれ、残部は第３区画空間２６ｃの下方に導かれる。その際、第２区画空間２６ｂ内に導かれる空気量が不足しないように、前記風向ガイド６７が設けられているのである。第３区画空間２６ｃの下方に導かれた空気は、第３区画空間２６ｃ内に導かれる。

上記のように整流ガイド６４ａ、６４ｂ、６４ｃ、風向ガイド６７、６８、スロープ６５、６６を設けることによって、各区画空間２６ａ、２６ｂ、２６ｃに取込まれる空気量をほぼ均一にすると共に、各区画空間における手前側と奥側での取込まれる空気量が不均一となるのを防いでいる。なお、第２区画空間２６ｂ内に配置される２つの単電池７は、電池モジュール９の中央位置にあり、第１、第３区画空間２６ａ、２６ｃに配置される単電池７の発熱の影響を受けやすいため、これらの単電池７に比較し、空気流による冷却をより多く必要としている。

このため、第２区画空間２６ｂ内に導かれる空気量が他の区画空間２６ａ、２６ｃに導かれる空気量より若干大になるように、前記風向ガイド６７を設計することが好ましい。

前記外装ケース４は、図１８、図８に示すように、その底板部４ａにホルダケース取付座部７１を備え、ここに左右のホルダケース１０、１０がその脚部７２において、ボルト・ナット７３により取付け、固定される。又外装ケース４の周縁部には自動車本体に取付けられるフランジ部７４を有している。

上記実施形態においては、図１５に示すように、電池電源装置６内のすべての電池モジュール９が常時電気的に直列に接続されているが、補修作業時等における安全を図るために、一時的に前記直列接続をカットするための、安全プラグ７５を設けると好適である。このため、図１５に仮想線で示すように、例えば（１７）のパスバー２８を、第１エンドプレート１９に設けた開口部に露出させて、後加工でＮで示す箇所を切断し、１７ａ、１７ｂで示す箇所と、開閉可能な安全プラグ７５とを導線７６、７７で接続したバイパスを設ければよい。

自動車と電池パックユニットとの関係を示す概略側面図。電池パックユニットの概略を示す斜視図。電池電源集合装置を示す斜視図。（ａ）は電池モジュールを示す正面図、（ｂ）はその左側面図、（ｃ）はその右側面図。外装チューブを仮想線で示した電池モジュールの斜視図。電池モジュールの要部を示す一部切欠断面図。電池電源装置を分解して示す斜視図。電池電源装置を示す断面図。電池電源装置の要部を示す拡大断面図。第１エンドプレートを内面側からみた正面図。（ａ）は図１０のＡ−Ａ線拡大断面図、（ｂ）はその正面図。図１０のＢ−Ｂ線拡大断面図。第２エンドプレートを外面側からみた正面図。図１３のＣ−Ｃ線拡大断面図。電池モジュールの接続状態を示す原理図。ＰＴＣセンサの接続状態を示す原理図。電池パックユニットの断面図。電池パックユニットの分解斜視図。

符号の説明

４外装ケース
４ａ底面部（底面）
５送風機（圧送式ファン）
６電池電源装置
７単電池
９電池モジュール
１０ホルダケース
１９第１エンドプレート
２０第２エンドプレート
２１冷却調整フィンプレート
２１ａ挿通孔
５２冷却調整フィン（整流手段、遮蔽手段）
５３空気導入部（下部開口）
５４空気導出部（上部開口）
５８送風口
５９空気供給室
６３入口
６４ａ、６４ｂ、６４ｃ整流ガイド
６５スロープ
６７風向ガイド
６８風向ガイド

Claims

複数個の単電池を一列に電気的かつ機械的に直列に接続してなる電池モジュールを、多数本並列配置してホルダケースに保持させ、このホルダケース内に一方向に空気を強制的に流動させることにより、ホルダケース内の多数本の電池モジュールを冷却する装置であって、
前記単電池はニッケル水素二次電池であり、
前記ホルダケースは、前記電池モジュールを縦横それぞれ一直線上にマトリックス状に水平配置して保持し、
前記ホルダケースの下方には圧送式ファンを配し、前記ホルダケース内の前記電池モジュールの長手方向の直交する方向に強制的に空気を流動させることを特徴とする電池電源の冷却装置。
前記ホルダケースは前記各電池モジュールの両端部を支持させる一対のエンドプレートと、
前記各電池モジュールを遊挿させる挿通孔と冷却調整フィンを一体に設けた冷却調整フィンプレートを有し、
前記冷却調整フィンプレートは、前記一対のエンドプレートの中間位置適所にこれらと平行で、かつ着脱可能にホルダケースに組付けられた請求項１に記載の電池電源冷却装置。
前記冷却調整フィンは、下段に配置された冷却調整フィンの断面積より上段に配置された冷却調整フィンの断面積の方が大きい請求項２に記載された電池電源冷却装置。
前記圧送式ファンは前記ホルダケースの一方のエンドプレートに近い位置にエンドプレートと平行な方向に送風口を向けて設置され、
前記ホルダケースの下方には前記圧送式ファンからの空気を前記ホルダケースの下部開口に送る空気供給室が形成され、
前記空気供給室は、前記圧送式ファンの送風口から空気を取り入れる入口（６３）と、
前記ホルダケースの下部開口に向かった開口を有する空間であり、前記空気供給室の底面には、前記一方のエンドプレート側から他方のエンドプレート側に向け、流路断面積を漸減させるスロープが形成されている請求項１から３のいずれか１の請求項に記載された電池電源冷却装置。
空気供給室の入口部近傍には、一方のエンドプレートに近い位置に開口する送風口から送られてくる空気の流れ方向を、他方のエンドプレート側に向け変更する整流ガイドが設けられている請求項４に記載の電池電源の冷却装置。
空気供給室の入口部近傍には、送風口から送られてくる空気の流れ方向を上方に導く風向ガイドが設けられている請求項４または５のいずれかの請求項に記載の電池電源の冷却装置。
空気供給室の底面のスロープに空気の流れ方向を上方に導く風向ガイドを設け、ホルダケースの両エンドプレートの中間に位置する箇所へ送られる風量を確保するように構成した請求項４から６のいずれか１の請求項に記載の電池電源の冷却装置。