JP4788674B2 - 電源装置 - Google Patents

Description

本発明は、電源装置に関し、特に、電源装置の冷却制御に関する。

電源装置内の電池セルやキャパシタなどの電源体（蓄電体）は、充電／放電する際に熱を発生する。このため、電源装置に設けられた冷却装置（冷却機構）により電源体を冷却して電源装置全体の温度制御を行い、電源体の安定化、高寿命化、及び供給電力の安定化を図っている。

電源装置（電源体）を冷却する方法としては、気体冷却と液体冷却とがあり、気体又は液体の冷却媒体に伝達された蓄電体からの熱が電源装置を構成するケースに伝達され、電源装置外部に排熱される。気体冷却は、液体冷却に比べて冷却媒体としての取り扱いが容易である反面、液体冷却よりも熱伝達率が低い。一方、液体冷却は、冷却液を電源装置から漏らさないための封止機構が必要になるなど、冷却媒体として取り扱いが難しい反面、気体よりも熱伝達率が高いため、冷却効率に優れている。

近年、二次電池や電気二重層キャパシタ（コンデンサ）といった電源装置は、ハイブリッド自動車や電気自動車のバッテリとして用いられ、省スペース化のために複数の電源体を密集させて配置し、高出力化を図っている。このため、密集した複数の電源体内側の熱を外周部から効率よく排熱するために、熱伝導率の高い液体冷却を採用するケースが多い。

液体冷却による電源装置は、電源装置を構成するロアーケース内に冷却液を満たし、冷却液が満たされたロアーケース内に複数の電源体を配置して、冷却液と複数の電源体から構成される電源モジュールとをアッパーケース（蓋部材）で密閉している。そして、電源体が充電／放電により発熱すると、その熱が冷却液に伝達され、さらに冷却液からケースに熱が伝達されて電源装置外部に排熱される。このとき冷却液は、気体と同様に密閉されたケース内を対流（自然対流）する。この対流の作用と冷却液自体の熱伝達率とにより、電源体からの熱が装置外に排熱される。

上述のように液体冷却では、熱伝達率と液体の対流が冷却効率の大きな要素となっており、特許文献１では、冷却効率を向上させるために、攪拌機で冷媒を攪拌する技術が提案されている。

特開平６−１２４７３３号公報（段落００１６、図３等）

複数の電源体から構成された電源モジュールでは、各蓄電体の性能にバラツキがあると、蓄電装置全体としての寿命が短くなってしまう問題を有している。すなわち、電源体に接する冷却液の温度にバラツキが生じると、複数の電源体において冷却液による冷却作用が強い部分と弱い部分とができ、電源体の劣化速度が電源体の間で相違してしまうことから、電源装置としての寿命が短くなってしまう問題がある。

これに対して上記特許文献１のように、攪拌機で冷却液を攪拌することで電源体に接触する冷却液の温度のバラツキを抑制できるものの、上述のような複数の電源体が密集して構成された電源モジュールに対しては、該特許文献１に示すように冷却液の一部を攪拌しても、これら複数の電源体全体に対する冷却液の温度のバラツキを抑制することは困難である。

特に、例えば、円筒型電源体や矩形型電源体の各々は、製造面、性能確保のために長尺状に形成され、所定の長さを有する。このため、同様に、この電源体の長さ方向での冷却液による冷却作用が強い部分と弱い部分とが生じると、電源体自体での性能劣化を促進させる要因となる（電源体の内部抵抗にバラツキが生じ、性能劣化が促進される）。このため、各電源体の長さ方向において接触する冷却液の温度分布のバラツキは、電源装置としての寿命を短くすることになる。

また、冷却液を強制的に循環（流入口から電池装置内部にポンプ等により強制的に冷却液を流入させ、排出口から冷却液を排出するように循環）させる循環機構を設け、複数の電源体に対する冷却液の温度のバラツキを抑制することも考えられるが、この循環機構に対する配置スペースの確保、液漏れ対策（シール）、配管、循環ポンプ等の部品点数の増加など、配置スペースの効率化、コスト面、製造面等の面で好ましくない。

また、流入口から電池装置内部にポンプ等により強制的に冷却液を流入させ、排出口から冷却液を排出する場合であっても、冷却液の流れが、電源モジュール全体に対して均一な流れとならず、例えば、電源モジュールの長さ方向に対して均一な流れとならない。また、電源モジュール内部に位置する電源体と電源モジュール外周部に位置する電源体とでは、接触する冷却液の温度にバラツキが生じ、各電源体を適切に冷却できない。このため、上述ように、電源装置の寿命が短くなり、電源装置としての安定した性能を発揮することができない。

そこで、本発明は、冷却液の温度のバラツキを抑制し、複数の電源体を備える蓄電モジュールを、簡略化された構成でかつ好適に冷却することができる電源装置を提供することを目的とする。

本発明の電源装置は、長尺状の複数の電源体が並列配置されて構成される電源モジュールと、上記電源モジュール及び冷却液を収容するケースと、上記電源モジュールとともに上記冷却液に浸漬した状態で上記ケース内に配置され、上記並列配置される電源体の長尺方向に対して略垂直方向に流動し、少なくとも上記電源体の長尺方向の長さと略同一の幅を有する上記冷却液の層流を形成するファンとを有することを特徴とする。

また、上記複数の電源体を、上記層流の流動方向に並列配置されるように構成することができる。

また、上記ファンが、上記電源モジュールと上記ケースとの間に第１の流れとしての上記層流を形成し、上記ファンにより形成された上記層流から分岐し、上記層流の流動方向に並列配置されている上記各電源体の間を流動する第２の流れが形成される。

また、上記電源モジュールは、上記各電源体の両端子を支持する一対のエンドプレートを備え、該ファンを、上記エンドプレートに設けるように構成することができる。

また、上記ケースの内壁から上記電源モジュールまでの距離が、上記層流の流動方向に複数並列配置された隣り合う上記各電源体の間の距離よりも大きくなるように、上記電源モジュールを配置することができる。

また、上記ケースに、上記冷却液の層流の少なくとも一部を上記電源体の間に導くための導流部を設けることができる。

また、上記導流部は、上記ケースの内壁から上記層流の流動方向に対して略垂直方向に突出する突起形状に形成され、かつその突起形状の頂部が上記電源体の間に位置するとともに、上記頂部を上記電源体の長さ方向に延びる長尺状に形成することができる。

また、上記導流部における上記突起形状の突起高さを、上記層流の流動方向に複数並列配置された上記電源体の配置数に応じて、変更させるように構成することができる。

また、上記ファンから流出した上記冷却液を上記電源モジュールと上記ケースとの間の空間に導くための第１板部材と、上記電源モジュールと上記ケースとの間の空間に導かれた上記冷却液を上記ファンの流入側に導くため第２板部材とを備えるように構成することができる。

また、上記ファンを、クロスフローファンで構成することができる。また、上記ファンは、電源体の長尺方向に平行して配置される回転軸と、回転軸に設けられ、電源体の長尺方向の長さと略同一の長さを有して回転軸の軸方向に延びる複数の羽根部とを備えるように構成することができ、上記電源体は、円筒型電源体とすることができる。

本発明によれば、少なくとも電源体の長さと略同一の幅を有する冷却液の層流がケース内を流動するため、複数の電源体を備える電源モジュールに対する冷却液の温度のバラツキを好適に抑制することができる。

また、上記層流を形成するファンが、電源モジュールとともに冷却液に浸漬した状態でケース内に配置されているため、簡略化された構成で、好適に冷却液の温度のバラツキを抑制することができる。

以下、本発明の実施例について説明する。
（実施例１）

本発明の実施例１における電源装置について、図１から図４を用いて説明する。ここで、図１は、本実施例の電源装置１の分解斜視図であり、図２は、本実施例の電源装置１の上面図である。図３は、本実施例の電源装置１の層流を形成するクロスフローファンの示す外観概略図であり、図４は、電源装置１のクロスフローファンの側面図である。

本実施例の電源装置１は、後述する電源モジュールとしての電池ユニット２と、該電池ユニット２を収容する開口部１１を有するロアーケース１０及びロアーケース１０の開口部１１を覆うアッパーケース１２とを備えるケース部材と、で構成される。そして、ロアーケース１０及びアッパーケース１２によって電池ユニット２を収容する密閉空間が形成され、この密閉空間に、電池ユニット２の冷却に用いられる冷却液４が充填され、本実施例の電池ユニット２は、冷却液４に浸漬している。なお、本実施例の冷却液４は、アッパーケース１２、すなわち、ケース部材の上部内壁に接するように、電源装置１内に満杯に充填される。また、本実施例の電源装置１は、車両のボディフロアＦに固定されて、車両に配設される。

また、ロアーケース１０及びアッパーケース１２の外側面には、ケース部材（言い換えれば、電池ユニット２）の放熱性を向上させるための複数の放熱フィンを形成することも可能である（不図示）。

また、ケース部材を構成するロアーケース１０及びアッパーケース１２は、熱伝達性や耐食性等に優れた材料、例えば、後述する冷却液４の熱伝達率と同等又はこれよりも高い熱伝達率を有する材料で形成することができる。具体的には、ケース部材を金属（銅や鉄等）で形成することができる。

冷却液４としては、絶縁性の油や不活性液体を用いることができる。絶縁性の油としては、シリコンオイルが用いられる。また、不活性液体としては、フッ素系不活性液体である、フロリナート、Ｎｏｖｅｃ ＨＦＥ(hydrofluoroether)、Ｎｏｖｅｃ１２３０（スリーエム社製）を用いることができる。

電池ユニット２は、複数の単電池（電源体）２０ａが複数段、間隔（間隙Ｄ）で並列配置された組電池２０と、組電池２０を両端側から狭持し、各単電池２０ａの両端子２２を支持する一対のエンドプレート２１ａ、２１ｂと、後述するクロスフローファン３０とを有している。組電池２０を構成する単電池２０ａ（の端子）は、バスバー２３によって電気的に直列又は並列に接続されている。また、組電池２０には、正極用及び負極用の配線（不図示）が接続されており、これらの配線は、ケース部材を貫通して、当該ケース部材の外部に配置された電子機器（例えば、モータ）に接続される。

ここで、本実施例では、単電池２０ａとして、円筒型の所定の長さを有する二次電池を用いている。二次電池としては、ニッケル−水素電池やリチウムイオン電池等がある。なお、単電池２０ａの形状は、円筒型に限るものではなく、角型等の他の形状であってもよい。また、本実施例では、二次電池を用いているが、二次電池の代わりに、電気二重層キャパシタ（コンデンサ）や燃料電池を用いることもできる。ここでいう、二次電池等は、上述した電子機器の電源となる。

本実施例のクロスフローファン３０は、図３に示すように、並列配置された単電池２０ａの長さ方向における当該単電池２０ａの長さＨ（又は、一対のエンドプレート２１ａ、２１ｂの間の距離）と略同一の長さ（幅）を有する本体部材３１と、本体部材３１に回転軸３２が回転可能に設けられ、単電池２０ａの長さ方向に延び、この回転軸３２に所定の曲率を有し、かつ回転軸３２の周方向に放射状に設けられる複数の羽根部３３を備えるファン部材３４と、この回転軸３２に接続されてファン部材３４を回転駆動するモータ３５とを有する。なお、モータ３５は、図１に示すように、エンドプレート２１ａの一部を切り欠いて形成されたモータ設置部２１ｃに配置され、エンドプレート２１ａとロアーケース１０との間の空間に突出していない（図２参照）。また、モータ３５には、電源装置１の外部に設けられた電源供給部（バッテリ等）との配線（不図示）が接続されており、この配線は、ケース部材を貫通して、当該ケース部材の外部に配置されている。

そして、本実施例のクロスフローファン３０は、電池ユニット２を構成するエンドプレート２１ａ、２１ｂに設けられ、これらエンドプレート２１ａ、２１ｂの間に配設されている。すなわち、ファン部材３４の回転軸３２及び羽根部３３が、エンドプレート２１ａ、２１ｂに対して垂直方向となるように配置されている（図２参照）。また、回転軸３２及び羽根部３３は、単電池２０ａの長さＨと略同一の長さに形成されている。なお、クロスフローファン３０のエンドプレート２１ａ、２１ｂへの取り付けは、係合や接着剤などを用いた接着等、様々な取り付け方法が適用可能である。

また、本実施例のクロスフローファン３０は、図４に示すように、エンドプレート２１ａ、２１ｂの下方隅部、言い換えると、ロアーケース１０の底部１０ａ側に位置するエンドプレート端部であって、並列配置された単電池２０ａと並んで、これらエンドプレート２１ａ、２１ｂの間に配設されている（図２参照）。そして、本実施例のクロスフローファン３０は、ファン部材３４に対して冷却液４が流入する流入側（流入口）Ｅ２が、電源装置１（電池ユニット２）の上下方向に面し、ファン部材３４から冷却液４が流出する流出側（流出口）Ｅ１が、電源装置１（電池ユニット２）の左右方向に面している。

より具体的に説明すると、流出側Ｅ１は、複数の単電池２０ａが並列配置されている方向に面し、ロアーケース１０の底部１０ａと並列配置された複数の単電池２０ａの電池ユニット２において最下段に位置する単電池２０ａとの間の空間Ｓ１に面する（位置する）ように構成されている。また、流入側Ｅ２は、ロアーケース１０の側部１０ｂと組電池２０との間の空間Ｓ２に面し、電源装置１の上下方向から冷却液４がファン部材３４に対して流入するように構成されている。

そして、本実施例では、クロスフローファン３０に該流出側Ｅ１及び流入側Ｅ２を形成するために、ファン部材３４に対して冷却液４が流入する流入側Ｅ１とファン部材３４から冷却液４が流出する流出側１との間に第１及び第２板部材３６、３７とを設けている。

すなわち、第１板部材３６は、ファン部材３４からロアーケース１０の底部１０ａと並列配置された複数の単電池２０ａの電池ユニット２において最下段に位置する単電池２０ａとの間の空間Ｓ１に向かって設けられ、第２板部材３７は、ファン部材３４から電池ユニット２の上下方向に向かって設けられる。なお、本実施例の第１及び第２板部材３６、３７の各々は、クロスフローファン３０とは別体に構成され、本体部材３１に対して取り付けられているが、本体部材３１と一体に形成されるように構成することも可能である。

この第１及び第２板部材３６、３７は、クロスフローファン３０と同様に、エンドプレート２１ａ、２１ｂの間に設けられ、各々が、並列配置された単電池２０ａの長さ方向における当該単電池２０ａの長さＨ（又は、一対のエンドプレート２１ａ、２１ｂの間の距離）と略同一の長さ（幅）を有する。また、第１板部材３６は、本体部材３１から並列配置された複数の単電池２０ａの電池ユニット２において最下段に位置し、かつ最もクロスフローファン３０の近くに位置する単電池２０ａまでの間に延設され、第２板部材３７は、本体部材３１から並列配置された複数の単電池２０ａの電池ユニット２において最上段に位置し、かつクロスフローファン３０側に位置する単電池２０ａまでの間に延設されている。

図２は、電源装置１のロアーケース１０内に電池ユニット２が収容された状態を示す図であり、同図に示すように、エンドプレート２１ａ又はエンドプレート２１ｂとロアーケース１０の側壁１０ｃ、１０ｄとの間（端子２２及びバスバー２３が位置する空間）は、冷却液４が流動する空間として形成されておらず、複数の単電池２０ａとロアーケース１０の側壁１０ｂとの間に、クロスフローファン３０及び第２板部材３７が配置されている。このように構成された本実施例の電源装置１では、後述のように、冷却液４が、クロスフローファン３０により、複数の単電池２０ａが並列配置される配置方向に沿って、電池ユニット２の周囲を層流となって流動する。

そして、本実施例のクロスフローファン３０は、上述のように、電池ユニット２とともに冷却液４に浸漬した状態でロアーケース１０内に配置され、ファン部材３４により、少なくとも単電池２０ａの長さ方向における当該単電池２０ａの長さＨと略同一の幅を有する冷却液４の層流ＳＲを形成する。すなわち、本実施例のクロスフローファン３０は、並列配置される複数の単電池２０ａと並んでエンドプレート２１ａ、２１ｂの間に配設され、当該クロスフローファン３０の流出側Ｅ１が、複数の単電池２０ａが並列配置されている方向に面するように構成されている。このため、図５に示すように、電池ユニット２の複数の単電池２０ａの長さ方向に対して略垂直方向に冷却液４が流動するとともに、単電池２０ａの長さ方向に対して略垂直方向（電源装置１の上下方向）の断面において冷却液４が同じ流速分布を有する層流ＳＲが形成される。なお、図５の矢印の長さは、流速を表しており、単電池２０ａの長さ方向の全範囲に対して一様の流速分布となっている。

また、このクロスフローファン３０が形成する層流ＳＲの観点から、本実施例の電池ユニット２を説明すると、複数の単電池２０ａは、クロスフローファン３０により形成された層流ＳＲの流動方向に並んで配置され、単電池２０ａの長さ方向が層流ＳＲの流動方向と略直交する方向となるように（隣り合う各単電池２０ａの間の長さ方向における間隙Ｄが、層流ＳＲの流動方向と略直交する方向となるように）、当該単電池２０ａを配置している。

図６は、本実施例の冷却液４の流動を説明するための図であり、クロスフローファン３０に形成された冷却液４の層流ＳＲの流動を示している。

上述のように、ファン部材３４は、単電池２０ａの長さ方向に延び、回転軸３２に対し、所定の曲率を有しかつ回転軸３２の周方向に放射状に設けられる複数の羽根部３３を有しているため、ファン部材３４の回転により流入側Ｅ２から流入した冷却液４は、流出側Ｅ１から、単電池２０ａの長さ方向に一様な流速を有する層流ＳＲとして、ロアーケース１０の底部１０ａと並列配置された複数の単電池２０ａの電池ユニット２において最下段に位置する単電池２０ａとの間の空間Ｓ１に流入する。

ロアーケース１０の底部１０ａと並列配置された複数の単電池２０ａの電池ユニット２において最下段に位置する単電池２０ａとの間の空間Ｓ１に流入した層流ＳＲは、並列配置された複数の単電池２０ａの配列方向に流動する。層流ＳＲは、後述するように、単電池２０ａとの熱交換を行いながら、電池ユニット２の外周を流動し、その後、電池ユニット２の上部、すなわち、アッパーケース１２と並列配置された複数の単電池２０ａの電池ユニット２において最上段に位置する単電池２０ａとの間の空間を流動した層流ＳＲは、第２板部材３７により、該第２板部材３７とロアーケース１０の側壁１０ｂとの間の空間Ｓ２に導かれ、クロスフローファン３０の流入側Ｅ２に向かって流動する。

このように、本実施例では、クロスフローファン３０により、単電池２０ａの長さＨを略同一の幅を有し、エンドプレート２１ａ、２１ｂの間の内側であって組電池２０の周囲を流動する層流ＳＲが形成される。すなわち、密集して並列配置される複数の単電池２０ａの長さＨに対して、略同じ幅を有する層流ＳＲが組電池２０の周囲を流動させ、各単電池２０ａにおける長さ方向の冷却液４の温度分布のバラツキを抑制するとともに、複数の単電池２０ａに接する冷却液４の温度分布のバラツキを抑制する。以下、図７を参照しながら、本実施例の電源装置１における冷却液４の流動を説明するとともに、該冷却液４の流動による、各単電池２０ａ及び組電池２０全体の温度分布のバラツキを抑制する作用について、詳細に説明する。

図７に示すように、ロアーケース１０内に冷却液４に浸漬した状態で配置されたクロスフローファン３０のモータ３５を駆動すると、モータ３５と連結された回転軸３２が回転し、ファン部材３４が時計周りに回転することで（図３参照）、ファン部材３４の複数の羽根部３３が、複数の密集した単電池２０ａで構成される組電池２０の周囲を流動する冷却液４の層流ＳＲを形成する。

すなわち、ロアーケース１０内の空間Ｓ２に位置する冷却液４が、ファン部材３４の駆動により流入側Ｅ２に流動し、クロスフローファン３０のファン部材３４（羽根部３３）に当該流入側Ｅ２から流入する。ファン部材３４（羽根部３３）に流入した冷却液４は、羽根部３３の作用により、単電池２０ａの長さＨと略同一の幅を有する層流ＳＲとして流出側Ｅ１から流出する。流出側Ｅ１に流出した層流ＳＲの冷却液４は、第１板部材３６によって空間Ｓ１に導かれる。

そして、層流ＳＲは、クロスフローファン３０の流出側Ｅ１から単電池２０ａの配列方向を流動方向として進行する。ロアーケース１０の底部１０ａと並列配置された複数の単電池２０ａの電池ユニット２において最下段に位置する単電池２０ａとの間の空間Ｓ１を進行する層流ＳＲは、複数の単電池２０ａと接触しながら、当該単電池２０ａとの熱交換を行うとともに、この層流ＳＲの一部が分岐して、各単電池２０ａ間の間隙Ｄ、言い換えれば、隣り合う単電池２０ａとの間に形成される間隙Ｄに分岐層流Ｓｒが流動する。

つまり、本実施例では、組電池２０（電源モジュール）とロアーケース１０の間の組電池２０の周囲を流動する主層流ＳＲ（第１の流れ）と、主層流から分岐した、層流ＳＲの流動方向に並列配置されている各単電池２０ａの間を流動する分岐層流Ｓｒ（第２の流れ）との各層流が形成される。

従って、上述したように、主層流ＳＲが、単電池２０ａの長さ方向に略垂直方向に流動し、かつ単電池２０ａの長さＨと略同一の幅を有するため、主層流ＳＲから分岐した分岐層流Ｓｒも、単電池２０ａの長さＨと略同一の幅で各単電池２０ａ間の間隙Ｄを流動する。このため、各単電池２０ａの長さ方向に対して一様な流速を有する分岐層流Ｓｒが接触して、分岐層流Ｓｒが当該長さ方向に対して一様に熱交換を行いながら、電池ユニット２の上部方向に流動する。このため、各単電池２０ａの長さ方向に対する冷却液４の温度分布のバラツキを抑制することが可能となる。

また、図７に示すように、電池ユニット２の最下段に位置する単電池２０ａの間隙Ｄを流動した冷却液４は、その上の段で並列配置されている複数の単電池２０ａに接触する。このようにして主層流ＳＲから分岐した流れは、電池ユニット２の最上段に位置する単電池２０ａ間の間隙Ｄを通過し、再び、組電池２０の外周を流動している主層流ＳＲと合流する。

クロスフローファン３０から流出し、ロアーケース１０の底部１０ａと並列配置された複数の単電池２０ａの電池ユニット２において最下段に位置する単電池２０ａとの間の空間Ｓ１、電池ユニット２とロアーケース１０の側壁１０ｅとの間の空間Ｓ３、電池ユニット２とアッパーケース１２との間の空間Ｓ４を流動した主層流ＳＲと、分岐層流Ｓｒから分岐し、組電池２０内部の各単電池２０ａ間を流動した分岐層流Ｓｒとは、第２板部材３７のガイドにより、空間Ｓ２に流動する（戻ってくる）。

また、本実施例では、組電池２０内部の各単電池２０ａ間を流動した分岐層流Ｓｒを形成する条件として、図８に示すように、ロアーケース１０の底部１０ａ側であって組電池２０の最下段に位置する並列配置された複数の単電池２０ａの間隙Ｄとロアーケース１０の底面１０ｆから最下段に位置する並列配置された複数の単電池２０ａまでの距離Ｈ２との関係が、Ｈ２＞Ｄとなるように、本実施形態の電池ユニット２をロアーケース１０内に収容配置している。

言い換えると、ロアーケース１０の底部１０ａ（内壁）から電池ユニット２を構成する単電池２０ａまでの距離Ｈ２が、層流ＳＲの流動方向に複数並列配置された隣り合う各単電池２０ａの間の距離Ｄよりも大きくなるように、当該電池ユニット２を配置する。

このように電池ユニット２を配置することで、各単電池２０ａ間の間隙Ｄの冷却液４の流動に対する開口面積を小さくし、主層流ＳＲから分岐する分岐層流Ｓｒの流量が、多くなり、組電池２０の外周を流動する主層流ＳＲが弱くなることを防止している。つまり、Ｈ２≦Ｄである場合、各単電池２０ａ間の間隙Ｄへの冷却液４の流動が促進されて、主層流ＳＲが組電池２０の周囲全体を流動することなく、各単電池２０ａ間の間隙Ｄに導流され、ケース内において冷却液４の滞留箇所が生じると、当該冷却液４の温度分布のバラツキを抑制することができない。

そこで、本実施例では、主層流ＳＲを、単電池２０ａの長さＨと略同一の幅を保ちつつ、組電池２０の周面を流動させて、複数の単電池２０ａの各々の温度分布のバラツキを抑制し、かつその主層流ＳＲの一部が分岐して形成された分岐層流Ｓｒを各単電池２０ａ間の間隙Ｄに流通させるための構成として、ロアーケース１０の底部１０ａ（内壁）から電池ユニット２を構成する単電池２０ａまでの距離Ｈ２が、層流ＳＲの流動方向に複数並列配置された隣り合う各単電池２０ａの間の距離Ｄよりも大きくなるように、当該電池ユニット２を配置する。

このように、本実施例の電源装置１は、少なくとも単電池２０ａの長さＨと略同一の幅を有する冷却液４の層流ＳＲが、ケース内を流動するため、複数の単電池２０ａを備える電池ユニット２に対する冷却液の温度のバラツキを好適に抑制することができる。

特に、本実施例では、層流ＳＲが、単電池２０ａの長さＨと略同一の幅を有し、エンドプレート２１ａ、２１ｂの間を流通する。このため、電池ユニット２に対する冷却液４の滞留を抑制することができ、冷却液４の温度分布のバラツキをより好適に抑制できる。

また、上記層流ＳＲを形成するためのクロスフローファン３０が、電池ユニット２とともに冷却液４に浸漬した状態でケース内に配置されているため、冷却液４の外部循環機構を設けた場合に比べ、冷却液４のシール性を向上させることができ、かつ駆動時にクロスフローファン３０のモータ３５から発する熱も、冷却液４を介してケース外部に放熱されることから、電源装置１のメンテナンス、コスト、製造等を容易且つ安価とすることができる。

また、本実施例のクロスフローファン３０は、エンドプレート２１ａ、２１ｂの間であって、当該エンドプレート２１ａ、２１ｂに設けられていることから、ケース内の各構成要素の配置スペースの効率化が図れ、既存の電源装置に対しても容易に適用可能であり、部品点数の削減、電源装置１の小型化が図れる。

さらに、本実施例では、層流ＳＲが、単電池２０ａの長さ方向に対して略垂直方向（電源装置１の上下方向）の断面において同じ流速分布を有する。このため、従来のように単電池２０ａの長さ方向に対して略垂直方向（電源装置１の上下方向）の断面において流速が異なる場合に比べ、冷却液４（電池ユニット２）の温度検出が容易となり、例えば、空間Ｓ１と空間Ｓ２の各々１箇所ずつで行えば、足りる。すなわち、長さ方向に対して略垂直方向（電源装置１の上下方向）の断面において流速が異なると、その断面方向での温度分布も異なるため、温度センサを多数設ける必要があるが、本実施例では、２つの温度センサを設ければよい。

（実施例２）
本発明の実施例２における電源装置について、図９から図１０を用いて説明する。ここで、図９は、本実施例の電源装置１ａの分解斜視図であり、図１０は、本発明の実施例２における電源装置１ａの断面図であり、冷却液の流動を説明するための説明図である。

本実施例では、上記実施例１のケース部材を構成するロアーケース１０の底部に、冷却液４の層流の少なくとも一部、すなわち、上記実施例１における分岐層流Ｓｒを単電池２０ａの間に導くための導流部４０を設けている。その他の構成については、上記実施例１と同様であるので、同符号を付して説明を省略する。

図９に示すように、本実施例の導流部４０は、ロアーケース１０の底部１０ａから主層流ＳＲの流動方向（並列配置される単電池２０ａの配列方向）に対して略垂直方向に突出する複数の突起形状部４１ａが形成され、各突起形状部４１ａの各頂部４１ｂが、各単電池２０ａ間に各間隙Ｄに位置するように構成される。また、同図に示すように、各頂部４１ａは、単電池２０ａの長さ方向（間隙Ｄの長さ方向）に延設されて長尺状に形成されている。

図１０に示すように、本実施例では、導流部４０の頂部４１ｂは、並列配置された複数の単電池２０ａの電池ユニット２において最下段に位置する各単電池２０ａの間の間隙Ｄの略中心に位置する。そして、クロスフローファン３０の流出側Ｅ１から流出した冷却液４の主層流ＳＲは、突起形状部４１ａの側面側に当り、当該主層流ＳＲの一部の分岐層流Ｓｒとして、電池ユニット２において最下段に位置する各単電池２０ａの間の間隙Ｄに導く。

このように本実施例の導流部４０は、クロスフローファン３０から流出した、ロアーケース１０の底部１０ａと並列配置された複数の単電池２０ａの電池ユニット２において最下段に位置する単電池２０ａとの間の空間Ｓ１を流動する主層流ＳＲの一部を分岐させて、電池ユニット２において最下段に位置する各単電池２０ａの間の間隙Ｄに導くガイド部材として機能する。

このため、各単電池２０ａの長さ方向に対して一様な流速を有する分岐層流Ｓｒが上記実施例１より多く接触し、分岐層流Ｓｒによる当該長さ方向に対する一様な熱交換が促進され、各単電池２０ａの長さ方向に対する冷却液４の温度分布のバラツキを好適に抑制することが可能となる。

なお、本実施例の導流部４０は、ロアーケース１０の底部１０ａ以外にも、例えば、アッパーケース１２の内面、すなわち、アッパーケース１２と並列配置された複数の単電池２０ａの電池ユニット２において最上段に位置する単電池２０ａとの間の空間Ｓ４に設け、最上段に位置する各単電池２０ａの間の間隙Ｄからアッパーケース１２に向かって流動する冷却液４を、クロスフローファン３０の流入側Ｅ２にガイドすることも可能である。

また、図１１は、本実施例の導流部４０の変形例を示す図であり、電源装置１の断面図である。この変形例では、層流ＳＲの流動方向に複数並列配置された単電池２０ａの配置数に応じて、導流部４０の突起形状部４１ａの突起高さを変更している。

図１１（ａ）は、組電池２０を構成する単電池２０ａの配置数（配列数）が７列の電池ユニット２に対して、導流部４０を設けた場合であり、図１１（ｂ）は、組電池２０を構成する単電池２０ａの配置数が１４列の電池ユニット２に対して、導流部４０を設けた場合を示している。

図１１（ａ）では、図１１（ｂ）に比べ、単電池２０ａの配列数が少ないため、クロスフローファン３０により形成された主層流ＳＲの流動距離が短い。このため、導流部４０の突起形状部４１ａの突起高さを、図１０に示した導流部４０よりも高く形成し、各単電池２０ａの間の間隙Ｄへの冷却液４の流動を促進している。つまり、電池ユニット２の外周が短いため、主層流ＳＲの流動が、突起高さが高い状態でも円滑に行われるので、主層流ＳＲの滞留が生じることなく、組電池２０内部の温度分布のバラツキを抑制できる。

一方、図１１（ｂ）は、単電池２０ａの配列数が多いため、クロスフローファン３０により形成された主層流ＳＲの流動距離が長い。このため、主層流ＳＲの流動を導流部４０が妨げないように、導流部４０の突起形状部４１ａの突起高さ（頂部４１ｂの突起高さ）を、図１１（ａ）よりも低く形成し、主層流ＳＲの流動を妨げずに、各単電池２０ａの間の間隙Ｄへの冷却液４の流動を行っている。

また、図１１（ｃ）は、単電池２０ａの配列方向に対して、導流部４０の突起形状部４１ａの頂部４１ｂの突起高さを、段階的に高く形成している。すなわち、クロスフローファン３０から流出した主層流ＳＲは、流動の進行距離が長くなると流速が弱まる。そこで、単電池２０ａの配列方向であって、主層流ＳＲの流動進行距離に比例して、頂部４１ｂの突起高さを高く形成することで、流速が弱い位置での単電池２０ａ間の間隙Ｄへの冷却液４の流動を促進する。

本発明の実施例１における電源装置の分解斜視図である。 本発明の実施例１における電源装置の上面図である。 本発明の実施例１におけるクロスフローファンの示す外観概略図である。 本発明の実施例１におけるクロスフローファンの側面図である。 本発明の実施例１におけるクロスフローファンにより形成された冷却液の層流と電源体との関係を説明するための図である。 本発明の実施例１におけるクロスフローファンにより形成された冷却液の層流を説明するための図である。 本発明の実施例１における電源装置の断面図であり、冷却液の流動を説明するための説明図である。 本発明の実施例１における電池ユニットの配置関係を説明するための模式図である。 本発明の実施例２における電源装置の分解斜視図である。 本発明の実施例２における電源装置の断面図であり、冷却液の流動を説明するための説明図である。 本発明の実施例２における変形例を示す図である。

符号の説明

１ 電源装置
２ 電池ユニット
１０ ロアーケース
１２ アッパーケース
２０ 組電池
２０ａ 単電池
３０ クロスフローファン
ＳＲ 層流

Claims (12)

1. 長尺状の複数の電源体が並列配置されて構成される電源モジュールと、
   前記電源モジュール及び冷却液を収容するケースと、
   前記電源モジュールとともに前記冷却液に浸漬した状態で前記ケース内に配置され、前記並列配置される電源体の長尺方向に対して略垂直方向に流動し、少なくとも前記電源体の前記長尺方向の長さと略同一の幅を有する前記冷却液の層流を形成するファンと、を有することを特徴とする電源装置。
2. 前記複数の電源体が、前記層流の流動方向に並列配置されていることを特徴とする請求項１に記載の電源装置。
3. 前記ファンは、前記電源モジュールと前記ケースとの間に第１の流れとしての前記層流を形成し、前記ファンにより形成された前記層流から分岐し、前記層流の流動方向に並列配置されている前記各電源体の間を流動する第２の流れが形成されることを特徴とする請求項１又は２に記載の電源装置。
4. 前記電源モジュールは、前記各電源体の両端子を支持する一対のエンドプレートを備え、
   前記ファンが、前記エンドプレートに設けられていることを特徴とする請求項１から３のいずれか１つの記載の電源装置。
5. 前記ケースの内壁から前記電源モジュールまでの距離が、前記層流の流動方向に複数並列配置された隣り合う前記各電源体の間の距離よりも大きくなるように、前記電源モジュールを配置したことを特徴とする請求項１から４のいずれか１つに記載の電源装置。
6. 前記ケースに、前記冷却液の層流の少なくとも一部を前記電源体の間に導くための導流部を設けたことを特徴とする請求項１から５のいずれか１つに記載の電源装置。
7. 前記導流部は、前記ケースの内壁から前記層流の流動方向に対して略垂直方向に突出する突起形状に形成され、かつその突起形状の頂部が前記電源体間に位置するとともに、前記頂部が前記電源体の前記長尺方向に延びる長尺状に形成されていることを特徴とする請求項６に記載の電源装置。
8. 前記導流部における前記突起形状の突起高さが、前記層流の流動方向に複数並列配置された前記電源体の配置数に応じて異なることを特徴とする請求項７に記載の電源装置。
9. 前記ファンから流出した前記冷却液を前記電源モジュールと前記ケースとの間の空間に導くための第１板部材と、前記電源モジュールと前記ケースとの間の空間に導かれた前記冷却液を前記ファンの流入側に導くため第２板部材とを備えることを特徴とする請求項１から８のいずれか１つに記載の電源装置。
10. 前記ファンは、クロスフローファンであることを特徴とする請求項１から９のいずれか１つに記載の電源装置。
11. 前記ファンは、前記電源体の前記長尺方向に平行して配置される回転軸と、前記回転軸に設けられ、前記電源体の前記長尺方向の長さと略同一の長さを有して前記回転軸の軸方向に延びる複数の羽根部と、を備えることを特徴とする請求項１から９のいずれか１つに記載の電源装置。
12. 前記電源体は、円筒型電源体であることを特徴とする請求項１から１１のいずれか１つに記載の電源装置。
    

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