JP4565950B2

JP4565950B2 - 電源装置

Info

Publication number: JP4565950B2
Application number: JP2004285943A
Authority: JP
Inventors: 秀男志水; 崇村田
Original assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Current assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Priority date: 2004-09-30
Filing date: 2004-09-30
Publication date: 2010-10-20
Anticipated expiration: 2024-09-30
Also published as: JP2006100156A

Description

本発明は、主として自動車を走行させるのに使用される電源装置に関し、特にホルダーケースに収納している多数の電池を均一に冷却できる電源装置に関する。

電気自動車や、内燃機関と電池電源とのハイブリッド自動車等の電動車両は、その駆動用電源として、電池を多数個接続した電源装置が用いられる。

従来の電動車両に用いられる電源装置は、例えば、図１に示されるように、ホルダーケース２０に複数本の電池２０を収納している。ホルダーケース２０は、上下方向に三分割された上ケース２１、中間ケース２２、下ケース２３、さらに、これら各ケースの両端を閉塞するエンドプレート２４によって構成されている。

一方、電池２７は、ニッケル−水素電池やニッケル−カドミウム電池、またはリチウムイオン電池のような二次電池を、６本直列に接続して棒状にした電池モジュール２８を構成している。この電池モジュール２８は、上下二段にして各段に８本ずつ並べて配置されている。従って、電池２７の総本数は９６本となり、この９６本の電池２７が全て直列に接続されて、高出力が得られるようになっている。

また、三分割した各ケースの側面には切り欠きが形成されており、各ケースが組み合わされた時に通風口２５が形成されるようになっている。各電池モジュール２８は、前記中間ケース２２を介して上下二段に配置されており、各段間の隙間が十分に確保されているから、前記通風口２５から取り入れられる冷却風が電池モジュール２８間の隙間を流れて電池２７を冷却するようになっている。

自動車の電源に使用されるの電源装置は、自動車を加速するときに大電流放電してモーターで加速し、また、減速するときや坂道を下るときは回生ブレーキによって大電流で充電される。このため、電池モジュールが相当に高温になることがある。図の電源装置は、ホルダーケースに内蔵している電池モジュールを冷却するために、電池モジュールの間に隙間を設けて送風冷却隙間とし、さらに、ホルダーケースにも通風口を開口して、内部に強制的に送風する構造としている。しかしながら、この構造では内部に収納している全ての電池モジュールを均一に冷却するのが難しい。

とくに、ホルダーケースの中央部分に収納している電池モジュールを効率よく冷却するのが難しい。図の電源装置は、中央部分に配設している電池モジュール２８を効率よく冷却するために、図においてホルダーケース２０の上面に３列にスリット状の通風口２６を開口している。スリット状の通風口２６は、ホルダーケース２０の中央部分に冷却空気を供給して、中央部分の電池モジュール２８を効率よく冷却する。この構造は、各々の電池モジュールを均一に冷却することに効果はあるが、１本の電池モジュールの温度分布が均一になるようには冷却できない。細長い電池モジュールは、両端部分に比較すると中央部分の冷却が難しく、中央部分の温度が高くなる傾向がある。電池モジュールの両端部分は、電池モジュールを接続するためのパスバー等の金属板を連結しているので、この金属板が放熱板となって有効に冷却されるが、中央部分は両端に温度が高くなった電池があって、効率よく冷却されない環境となる。このため、１本の電池モジュールに温度むらができ、中央部分の電池が温度障害によって劣化しやすくなる欠点がある。

この欠点を解消する電源装置は開発されている（特許文献１参照）。
特開２００２−１４１１１４号公報

この公報に記載される電源装置を図２に示す。この電源装置は、複数本の電池を棒状に接続した電池モジュールと、複数本の電池モジュールを平行に並べて収納しているホルダーケース３０とを備える。ホルダーケース３０は、収納している複数の電池モジュールを冷却するために複数の通風口３６を開口している。通風口３６は、電池モジュールと平行な方向に延長して開口されると共に、電池モジュールの端部で小さく中央部で大きく開口されている。

この構造の電源装置は、スリット状に設けた通風口の幅で電池モジュールの各部に送風する空気量をコントロールする。冷却されやすい電池モジュールの端部は、通風口の幅を狭くして送風する空気量を少なくする。ただ、この構造は、電池モジュールを均一に冷却するように、通風口の幅を特定するのが難しい。それは、通風口の幅を狭くすると、通過する空気量は少なくなるが、送風される空気の流速が速くなって、電池モジュールの冷却効率が高くなるからである。空気が電池モジュールを冷却する冷却熱量は、電池モジュールに送風される空気量に比例し、かつ流速の平方根に比例する。このため、送風する空気量を少なくして電池モジュールを冷却する効果は低下するが、流速も冷却熱量に影響を与える。このため、電池モジュールを均一に冷却するための通風口の幅調整が難しい。

また、車両に搭載される電源装置は、ホルダーケースにダクトを連結している。ダクトは、一端を車内又は車外に、他端をホルダーケースに連結して、車内又は車外の空気をホルダーケースに強制的に送風する。ホルダーケースに連結されるダクトは、ホルダーケースの搭載位置と、吸入あるいは排気する位置とで種々の形状に湾曲している。湾曲するダクトは、均一な状態で内部に空気を送風できない。たとえば、図３に示すように、湾曲空気路４９を有するダクト４３は、矢印の長さの差で示すように、湾曲する凸部側（外周側）に多量の空気が送風される。吸入された空気が慣性で直線状に送風されるからである。このため、図の電源装置は、電池モジュール４０の全体を均一に冷却できなくなる。

この欠点は、前述したように、ホルダーケースにスリット状に開口する通風口の幅でコントロールできる。しかしながら、スリット状の通風口は、幅を狭く絞って通過する空気量を制限するので、前述の通風口の幅調整が難しい欠点に加えて、狭い通風口では空気の通過抵抗が大きくなる欠点もある。通過抵抗が大きくなると、ダクトに強制送風するファンモーターの消費電力を大きくする必要がある。さらに、通過抵抗が大きくなると、空気が通過する騒音と、ファンモーターの騒音の両方が大きくなる欠点もある。

本発明は、従来のこのように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、空気の通過抵抗を増加することなく、電池を均一に冷却できる電源装置を提供することにある。
また、本発明の他の大切な目的は、騒音レベルを小さくしながら電池を効率よく冷却でき、さらに電池を均一に冷却するための設計が簡単である電源装置を提供することにある。

本発明の請求項１における電源装置は、複数の電池２を収納しているホルダーケース１と、このホルダーケース１に連結されて、ホルダーケース１に電池２を冷却する空気を送風するダクト３とを備える。電源装置は、ダクト３内にホルダーケース１の複数の冷却領域１６に単位時間に送風する空気量の比率を調整する風量調整壁７を設けて、ダクト３内に複数の分割空気路８を設けている。ダクト３は、各々の分割空気路８をホルダーケース１の各々の冷却領域１６に連結して、各々の分割空気路８からホルダーケース１の各々の冷却領域１６に送風している。電源装置は、ダクト３に設けた複数の分割空気路８からホルダーケース１に設けた複数の冷却領域１６に送風して、ホルダーケース１に収納している電池２を冷却している。
さらに、ホルダーケース１が、電池２を保持する保持部１５を冷却領域１６の間に設けており、ダクト３の風量調整壁７がホルダーケース１の保持部１５に位置するように、ダクト３をホルダーケース１に連結して、分割空気路８の空気を保持部１５の間の冷却領域１６に送風するようにしている。

本発明の請求項２における電源装置は、ダクト３に風量調整壁７を設けて、複数の分割空気路８を設けることができる。

本発明の請求項３における電源装置は、湾曲空気路９を有するダクト３の内部に、湾曲空気路９よりも風上側まで伸びて風量調整壁７を設けることができる。

本発明の請求項４における電源装置は、電池２を、複数の素電池を直線状に連結してなる電池モジュール１０の状態でホルダーケース１に収納して、ホルダーケース１の保持部１５で素電池の連結部を保持することができる。

本発明の電源装置は、空気の通過抵抗を増加することなく、電池を均一に冷却できる特長がある。それは、本発明の電源装置が、ホルダーケースに空気を送風するダクト内に風量調整壁を設けて、ダクト内に複数の分割空気路を設けており、複数の分割空気路から複数の冷却領域に送風して、ホルダーケースに収納している電池を冷却しているからである。この構造の電源装置は、ダクト内に設けた風量調整壁で、ホルダーケースの複数の冷却領域に単位時間に送風する空気量の比率を調整している。このため、従来の電源装置のように、ダクトの形状や連結位置に左右されることなく、ホルダーケースの複数の冷却領域に所定量の空気を送風してホルダーケースに収納される電池を均一に冷却できる。さらに、この構造の電源装置は、従来の電源装置のように、ホルダーケースに設ける通風口の幅で空気の通過量を調整するのではなく、ホルダーケースに空気を送風するダクトに設けた風量調整壁で空気の送風量を調整するので、空気の通過抵抗を増加させることなく理想的に送風できると共に、電池を均一に冷却するための設計を簡単にできる。このように、空気の通過抵抗を増加させることなく電池を均一に冷却できる本発明の電源装置は、空気の通過による騒音を低減できると共に、ダクトに強制送風するファンモーターの消費電力を小さくして、ファンモーターの騒音を低減でき、騒音レベルを小さくしながら電池を効率よく冷却できる特長もある。

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４ないし図１１に示す電源装置は、複数の電池２を収納しているホルダーケース１と、このホルダーケース１に連結されてホルダーケース１に電池２を冷却する空気を送風するダクト３とを備える。さらに、電源装置は、図５の鎖線で示すように、ホルダーケース１に強制送風するファン４をダクト３に連結している。この図の電源装置は、排出ダクト３Ｂにファン４を連結している。ファン４は排出ダクト３Ｂの空気を吸入して強制的に外部に排気して、ホルダーケース１に強制送風する。ファンは、吸入ダクトに連結することもできる。吸入ダクトに連結しているファンは、空気をホルダーケースに供給して電池を強制冷却する。

ファン４の運転は制御回路５でコントロールされる。制御回路５は、電池２の温度を検出して、ファン４の運転をコントロールする。制御回路５は、電池２の温度を検出するために、電池２の表面に配設している温度センサー６を備える。制御回路５は、電池２の温度が設定温度よりも高くなるとファン４を運転して電池２を冷却し、電池２の温度が設定温度よりも低くなると、ファン４の運転を停止して、電池２を設定温度範囲にコントロールする。また、制御回路５は、電池２の温度が高くなるにしたがってファン４の回転数を速くし、電池２の温度が低くなるにしたがってファン４の回転数を低くコントロールして、電池２の温度を設定温度範囲にコントロールすることもできる。この電源装置は、ファン４の運転をコントロールして電池温度を制御するが、電源装置は必ずしもファンを備える必要はない。それは、車両が走行してホルダーケース１に空気を供給することもできるからである。この電源装置は、ホルダーケース１に供給する空気量をダクト３に設けた空気調整弁でコントロールする。

ホルダーケース１は、複数の電池２を収納している。電池２は、複数の素電池を直列接続して直線状に連結している電池モジュールの状態でホルダーケース１に収納される。複数の電池モジュール１０は、平行に並べられてホルダーケース１に収納される。ホルダーケース１は、軸方向に長い複数本の電池モジュール１０を互いに平行の姿勢で水平に並べて収納している。電池モジュール１０は、ダクト３から強制送風される空気の送風方向、図５の矢印で示す上下方向に直交する姿勢で、送風方向の上下に離して配設される。この図のホルダーケース１は、５個の素電池を直線状に直列接続して電池モジュール１０とし、８列の電池モジュール１０を送風方向に並べて収納している。さらに、図６のホルダーケース１は、８列の電池モジュール１０を２段に収納している。

電池モジュール１０を構成する素電池は、ニッケル−水素電池である。ただし、素電池は、リチウムイオン二次電池やニッケル−カドミウム電池とすることもできる。電池モジュール１０は、好ましくは５又は６本の素電池を直線状に連結している。ただし、電池モジュールは、４本以下の素電池を、あるいは７本以上の素電池を連結することもできる。

ホルダーケース１は、電池モジュール１０に直交する方向に空気を送風して、全ての電池モジュール１０を冷却する。ホルダーケース１に空気を送風する状態を図１２ないし図１４に示す。図１２のホルダーケース１は、上下面に沿って空気の流入路１１を設け、中間に空気の排出路１２を設けている。図１３のホルダーケース１は、中間に流入路１１を設けて上下の両面に沿って排出路１２を設けている。図１４のホルダーケース１は、上面に沿って流入路１１を設けて下面に沿って排出路１２を設けている。流入路１１は吸入ダクト３Ａに連結される。ホルダーケース１は、電池モジュール１０の表面とホルダーケース１内面との間に、電池２を冷却する空気を通過させる冷却隙間を設けている。この冷却隙間が流入路１１と排出路１２に連結されて、流入路１１に供給される空気を冷却隙間から排出路１２に排出して、電池モジュール１０を冷却する。このホルダーケース１は、流入路１１の空気を冷却隙間から排出路１２に流して電池２を冷却する。

ホルダーケース１は、空気を流入させる流入口１３を流入路１１に連結して設けている。また、空気を排出する排出口１４を排出路１２に連結して開口している。流入口１３は吸入ダクト３Ａに連結され、排出路１２は排出ダクト３Ｂに連結される。図のホルダーケース１は、流入口１３と排出口１４とを互いに反対側に設けている。ただ、ホルダーケースは、必ずしも流入口と排出口とを反対側に設ける必要はなく、たとえば同じ側に設けることもできる。

流入口１３は細長い形状に開口されている。この流入口１３は、複数の冷却領域１６からなり、複数の冷却領域１６は、細長い流入口１３の縦方向に並ぶようにしている。図のホルダーケース１は、電池モジュール１０の縦方向に並ぶように複数の冷却領域１６を設けている。図のホルダーケース１は、各々の冷却領域１６に、ひとつの電池モジュール１０の素電池を配設している。図５の電源装置は、５個の素電池を直列に接続する電池モジュール１０をホルダーケース１に収納するので、ホルダーケース１の流入口１３を５つの冷却領域１６に分割して、各々の冷却領域１６に供給される空気で、各々の素電池を冷却する。このように、各々の冷却領域１６に、ひとつの電池モジュール１０の素電池を配設する構造は、電池モジュール１０を構成する各々の素電池を理想的な環境で冷却できる。

ただし、ホルダーケースの流入口は、必ずしも電池モジュールの素電池を基準として複数の冷却領域に分割する必要はない。図８ないし図１１のホルダーケース１は、電池モジュール１０の両端部と中間部とからなる３領域に冷却領域１６を分割している。このホルダーケース１は、両端部と中間部の冷却領域１６に理想的な状態で空気を供給して、電池モジュール１０を冷却する。

吸入ダクト３Ａは、複数の冷却領域１６に単位時間に送風する空気量の比率を調整する風量調整壁７を内部に設けている。風量調整壁７は、ダクト３内を複数の分割空気路８に区分けする。各々の分割空気路８は、ホルダーケース１の各々の冷却領域１６に連結されて、各々の分割空気路８からホルダーケース１の各々の冷却領域１６に送風される。このように、ダクト３の分割空気路８から流入口１３の冷却領域１６に送風して、ホルダーケース１に収納している電池２は均一に冷却される。

分割空気路８は、冷却領域１６に供給する空気量をコントロールする。図３に示すように、風量調整壁のないダクト４３に湾曲空気路４９を設けると、湾曲空気路４９の外側を空気が流れやすくなる。この弊害を防止するために、図５の吸入ダクト３Ａは、湾曲空気路９の外側にある分割空気路８を、湾曲空気路９の内側にある分割空気路８より狭くしている。分割空気路８は、狭くすると空気の通過抵抗が大きくなり、広くすると空気の通過抵抗が小さくなる。したがって、図に示すように、外側の分割空気路８を狭くして、外側の分割空気路８に多量の空気が送風されるのを防止し、内側と外側の分割空気路８に均一に送風できる。図の吸入ダクト３Ａは、分割空気路８の途中を狭く、あるいは広くして、空気の通過抵抗で各々の分割空気路８に送風する空気量をコントロールする。

ただし、ダクト３は、図１５に示すように、吸入側の開口面積を変更して、分割空気路８に送風する空気量をコントロールすることもできる。このダクト３は、開口面積を小さくして分割空気路８に送風する空気量を少なくし、反対に開口面積を大きくして分割空気路８に送風する空気量を多くできる。したがって、この構造のダクト３は、空気量が多くなる湾曲空気路９の外側の分割空気路８の開口面積を小さく、内側の分割空気路８の開口面積を大きくして、各々の分割空気路８に送風する空気量の比率を均等に調整できる。

図５と図６に示す電源装置は、吸入ダクト３Ａの風量調整壁７の延長線上に、ホルダーケース１の保持部１５を配置している。いいかえると、ホルダーケース１の保持部１５の延長線上に風量調整壁７を設けて、保持部１５の位置に風量調整壁７を設けている。この構造により、吸入ダクト３Ａの分割空気路８は、流入口１３の冷却領域１６に連結される。すなわち、吸入ダクト３Ａの各々の分割空気路８は、流入口１３の各々の冷却領域１６に連結される。ホルダーケース１は、冷却領域１６の間に電池モジュール１０を保持する保持部１５を配設している。保持部１５は、電池モジュール１０を挟着して定位置に保持する部分である。このホルダーケース１は、素電池の連結部に保持部１５を設けて、保持部１５が素電池の連結部を保持している。

この構造の電源装置は、風量調整壁７に保持部１５を設けているので、分割空気路８を通過する空気を効率よく素電池に送風して、吸入ダクト３Ａを通過する空気で効率よく素電池を冷却できる。いいかえると、風量調整壁７と保持部１５が素電池の冷却を阻害するのを最小限にできる。図の電源装置は、保持部１５に風量調整壁７を設けているが、ホルダーケースを連結する連結部に風量調整壁を設けることもできる。この電源装置は、空気をスムーズに送風するのが難しい連結部を避けて、電池モジュールに効率よく空気を送風して効果的に冷却できる。

図５と図６の電源装置は、吸入ダクト３Ａの全体に風量調整壁７を設けている。この吸入ダクト３Ａは、内部に設ける風量調整壁７が補強リブとなる。このため、風量調整壁７で吸入ダクト３Ａを強靭な構造に補強できる特徴がある。とくに、図７に示すように、広い面積となる両面を風量調整壁７で連結して、両面を補強できる特徴がある。

ただし、ダクトは、必ずしも、一端から他端まで伸びるように風量調整壁を設ける必要はない。図８と図１０のダクト３は、内部の途中に風量調整壁７に設けている。この吸入ダクト３Ａは、湾曲空気路９よりも風上側まで伸びるように風量調整壁７を設けている。湾曲空気路９に送風される空気量を風量調整壁７でコントロールするためである。

図８と図９に示す吸入ダクト３Ａは、中央に設ける分割空気路８の幅を広く、両側部に設けている分割空気路８の幅を狭くしている。この吸入ダクト３Ａは、両側部の分割空気路８の幅を狭くしているので、ここを通過する空気量を少なくして、電池モジュール１０の両端部分の冷却を少なくしている。この電源装置は、冷却され難い電池モジュール１０の中央部分を両端部よりも効果的に冷却して、電池モジュール１０全体を均一に冷却する。

さらに、図１０と図１１の吸入ダクト３Ａは、両側に設ける分割空気路８の幅が広くなるように、中間に２列の風量調整壁７を設けている。さらに、この吸入ダクト３Ａは、湾曲空気路９の外側の分割空気路８の開口部を、湾曲空気路９の内側の分割空気路８の開口部よりも狭くして、湾曲空気路９の外側の分割空気路８に多量の空気が送風されるのを防止して、電池モジュール１０の全体を均一に冷却する。

従来の電源装置の分解斜視図である。従来の他の電源装置の斜視図である。従来の電源装置の湾曲空気路を有するダクトの一例を示す水平断面図である。本発明の一実施例にかかる電源装置の斜視図である。図４に示す電源装置の水平断面図である。図４に示す電源装置の内部構造を示す斜視図である。図４に示す電源装置のダクトを側面側から見た斜視図である。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８に示す電源装置の内部構造を示す斜視図である。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１０に示す電源装置の内部構造を示す斜視図である。ホルダーケースに空気を送風する一例を示す概略断面図である。ホルダーケースに空気を送風する他の一例を示す概略断面図である。ホルダーケースに空気を送風する他の一例を示す概略断面図である。ダクトの他の一例を示す水平断面図である。

符号の説明

１…ホルダーケース
２…電池
３…ダクト３Ａ…吸入ダクト３Ｂ…排出ダクト
４…ファン
５…制御回路
６…温度センサー
７…風量調整壁
８…分割空気路
９…湾曲空気路
１０…電池モジュール
１１…流入路
１２…排出路
１３…流入口
１４…排出口
１５…保持部
１６…冷却領域
２０…ホルダーケース
２１…上ケース
２２…中間ケース
２３…下ケース
２４…エンドプレート
２５…通風口
２６…通風口
２７…電池
２８…電池モジュール
３０…ホルダーケース
３１…通風口
４０…電池モジュール
４３…ダクト
４９…湾曲空気路

Claims

複数の電池(2)を収納しているホルダーケース(1)と、このホルダーケース(1)に連結されて、ホルダーケース(1)に電池(2)を冷却する空気を送風するダクト(3)とを備える電源装置であって、
ダクト(3)内に、ホルダーケース(1)の複数の冷却領域(16)に単位時間に送風する空気量の比率を調整する風量調整壁(7)を設けて、ダクト(3)内に複数の分割空気路(8)を設けており、
各々の分割空気路(8)をホルダーケース(1)の各々の冷却領域(16)に連結して、各々の分割空気路(8)からホルダーケース(1)の各々の冷却領域(16)に送風し、
ダクト(3)に設けた複数の分割空気路(8)からホルダーケース(1)に設けた複数の冷却領域(16)に送風して、ホルダーケース(1)に収納している電池(2)を冷却するようにしてなり、
ホルダーケース(1)が、電池(2)を保持する保持部(15)を冷却領域(16)の間に設けており、ダクト(3)の風量調整壁(7)がホルダーケース(1)の保持部(15)に位置するように、ダクト(3)をホルダーケース(1)に連結して、分割空気路(8)の空気を保持部(15)の間の冷却領域(16)に送風するようにしてなる電源装置。
ダクト(3)に風量調整壁(7)を設けて、複数の分割空気路(8)を設けている請求項１に記載される電源装置。
ダクト(3)が湾曲空気路(9)を有し、かつダクト(3)の内部には、湾曲空気路(9)よりも風上側まで伸びて風量調整壁(7)を設けている請求項２に記載される電源装置。
電池(2)が、複数の素電池を直線状に連結してなる電池モジュール(10)の状態でホルダーケース(1)に収納され、ホルダーケース(1)の保持部(15)が素電池の連結部を保持するようにしてなる請求項１に記載される電源装置。