JP4889370B2

JP4889370B2 - 電源システム

Info

Publication number: JP4889370B2
Application number: JP2006138786A
Authority: JP
Inventors: 健介後藤; 利明小貫; 恒美相羽
Original assignee: Hitachi Vehicle Energy Ltd
Current assignee: Vehicle Energy Japan Inc
Priority date: 2006-05-18
Filing date: 2006-05-18
Publication date: 2012-03-07
Anticipated expiration: 2026-05-18
Also published as: JP2007311172A

Description

本発明は電源システムに係り、特に、複数の組電池が収容された少なくとも１個のモジュール電池と、制御用電子回路と、ファンユニットと、これらを収容したボックスとを備えた電源システムの排気経路に関する。

従来、電気自動車などの大電流充放電用電源には、ニッケル水素電池、リチウム電池等の高性能二次電池（単電池）を複数個直列ないし並列に接続した組電池を、更に複数個直列ないし並列に接続したモジュール電池が用いられている。一般に、このような大電流充放電用電源では、少なくとも１個のモジュール電池と、制御用電子回路と、取入口と排出口とを有するファンユニットと、これらを収容したボックスとを備えた電源システムとして使用されている。

このような電源システムでは、各単電池の性能を把握するために使用時に個々の電池電圧を検出することから、単電池数が増加するほど制御用電子回路が複雑化し接続作業や組立て作業が煩雑となる。また、電源システムでは、各単電池が充放電に伴い発熱するため、全体の発熱量が比較的大きくなる。電池性能には温度依存性もあることから、発生する熱を効率よく取り除くため、各単電池間に空間が形成されており、この空間を通じて、熱交換で温度が上昇した空気をファンユニット（ブロアファン）で排気するようにしている。

電源システムのモジュール電池として、例えば、円筒状に形成された複数個の単電池を直線的に電気接続して細長の円柱状組電池とし、この組電池を複数列に収容するホルダーケースを備えた技術が開示されている（特許文献１参照）。この技術では、ホルダーケースがプラスチック製で上下部を開口させた方形状の箱型に成型されており、組電池を収容保持するための円形貫通口が両端に形成されている。また、組電池をホルダーケースに収容後、銅バーを所定位置となるよう予めインサートした樹脂板がホルダーケースの両端に配置され、組電池間が電気的に接続されている。更に、このモジュール電池を用いた電源システムでは、各電池を均等に冷却するために、形状の異なる整流ルーバが組電池の配置場所に応じて配置されている。

特開平１０−２７０００６号公報

しかしながら、特許文献１の技術では、整流ルーバを配置することで冷却性を得ることができるものの、組電池の配置場所に応じて整流ルーバが配置されるため、組立て作業が煩雑となる。また、高容量、高出力化を図るために単電池数を増やすと、冷却性が十分に発揮されない可能性がある。単電池数の増加に応じて整流ルーバを増やすことはできるが、整流ルーバの収容スペース分で電源システムが大型となってしまう。このため、組立て作業の容易さと小スペース化（小型化）とを両立する電源システムの開発が望まれている。

本発明は上記事案に鑑み、冷却性を確保しつつ組立て作業性が向上し小型化可能な電源システムを提供することを課題とする。

上記課題を解決するために、本発明は、複数の組電池が収容され、直方体状の長手方向が水平方向となるように配置したときの前記長手方向の一側端面に排気口が形成された少なくとも１個のモジュール電池と、前記モジュール電池の一側端面に沿って垂直方向に装着され、前記モジュール電池から冷却風を導出するための第１のダクトと、前記モジュール電池の上方に配置され、取入口と排出口とを有するファンユニットと、前記第１のダクトから前記冷却風を前記ファンユニットに導くための第２のダクトと、前記モジュール電池の長手方向の他側端面に沿って垂直方向に配置され、前記ファンユニットから前記冷却風を排気するための第３のダクトと、制御用電子回路と、上記各部材を収容し、前記冷却風を放出するための放出口が形成されたボックスと、を備え、前記ボックスの内部には、一端が前記モジュール電池の排気口に連結された前記第１のダクトの他端が前記第２のダクトの一端に連結されており、前記第２のダクトの他端が前記ファンユニットの取入口に連結されると共に、一端が前記ファンユニットの排出口に連結された前記第３のダクトの他端が前記ボックスの放出口に連結されることで排気経路が形成されていることを特徴とする。

本発明では、一端がモジュール電池の排気口に連結された第１のダクトの他端が第２のダクトの一端に連結されており、第２のダクトの他端がファンユニットの取入口に連結されることで、第１のダクトと第２のダクトとファンユニットとが連通していると共に、一端がファンユニットの排出口に連結された第３のダクトの他端がボックスの放出口に連結されることで、ファンユニットと第３のダクトが連通しているので、冷却性を確保しつつ排気経路を形成することができ、第１のダクトがモジュール電池の長手方向の一側端面に沿って垂直方向に装着されているため、ボックスにモジュール電池を収容することで、排気経路の一部が容易に形成されるので、全体の組立て作業性を向上させることができると共に、第３のダクトがモジュール電池の長手方向の他側端面に沿って垂直方向に配置されているため、排気経路が電池モジュールを挟んで両側端面に沿うことから、排気経路がコンパクトに形成されるので、全体の小型化を図ることができる。

この場合において、モジュール電池の排気口から導出された冷却風は、第１のダクトを介してモジュール電池の一側端面に沿って上方に立ち上がり、第３のダクトを介してモジュール電池の他側端面に沿って下方に立ち下がるようにしてもよい。また、ボックスが、第３のダクト側の長手方向端面の上部に冷却風を取り込むための取込口が形成されており、底面に放出口が形成されているようにすれば、取込口と放出口とが離隔するので、放出口から放出された冷却風を取込口から再度取り込むことを抑制し冷却性を高めることができる。このとき、排気ダクトが断面略Ｌ字状に形成されていてもよい。また、第１のダクトを、モジュール電池の一側端面に沿う垂直方向の長さがモジュール電池の垂直方向の長さとほぼ同じ長さとしてもよい。このとき、モジュール電池が複数個重ねられてボックスに収容されており、各モジュール電池の第１のダクトが該第１のダクトの垂直方向の端面であって開口が形成された開口面同士で互いに連結されているようにすれば、モジュール電池を重ねることで第１のダクト同士が連結するため、ボックスへの収容作業性を向上させることができる。また、制御用電子回路が第２のダクト上に配置されているようにすれば、制御用電子回路を通気ユニット上に組み付けボックスに収容することでボックス内での組み付け作業性を向上させることができる。

本発明によれば、一端がモジュール電池の排気口に連結された第１のダクトの他端が第２のダクトの一端に連結されており、第２のダクトの他端がファンユニットの取入口に連結されることで、第１のダクトと第２のダクトとファンユニットとが連通していると共に、一端がファンユニットの排出口に連結された第３のダクトの他端がボックスの放出口に連結されることで、ファンユニットと第３のダクトが連通しているので、冷却性を確保しつつ排気経路を形成することができ、第１のダクトがモジュール電池の長手方向の一側端面に沿って垂直方向に装着されているため、ボックスにモジュール電池を収容することで、排気経路の一部が容易に形成されるので、全体の組立て作業性を向上させることができると共に、第３のダクトがモジュール電池の長手方向の他側端面に沿って垂直方向に配置されているため、排気経路が電池モジュールを挟んで両側端面に沿うことから、排気経路がコンパクトに形成されるので、全体の小型化を図ることができる、という効果を得ることができる。

以下、図面を参照して、本発明を適用可能な電気自動車用の電源システムの実施の形態について説明する。

（構成）
図１に示すように本実施形態の電源システム１は、電池モジュール（モジュール電池）、ブロアファン、制御用電子回路、排気ダクトおよびケーブル類を収容するための下容器２と、下容器２の上部開口を封止する上蓋３とで構成される略直方体状の外装ボックス１ａを有している。下容器２には、外装ボックス１ａの長手方向に沿う一方の側面の下部に、電気自動車全体を制御する車両制御システムとの通信用ケーブルを接続するための通信コネクタ４、２つの出力プラグ５がそれぞれ先端を突出させて配設されている。上蓋３には、長手方向一側の端面に外装ボックス１ａ内に冷却風（外気）を取り込むための取込口が形成されており、取込口の外側はフィルタガード７で覆われている。下容器２および上蓋３には、それぞれの外縁部にネジ締結可能なフランジ３２が形成されている。フランジ３２には、ネジ締結用のネジ穴が形成されている。

外装ボックス１ａ内には、複数の組電池、例えば６個を並置してモジュールケース内に収容した電池モジュールが２個重ねられて収容されている。図２に示すように、電池モジュール９は、略直方体状のモジュールケース９ａを有している。モジュールケース９ａの長手方向に沿う両側側面の下部には、外装ボックス１ａ内に電池モジュール９をネジ締結で固定可能なフランジが形成されている。モジュールケース９ａの長手方向の一側端面の下部には冷却風を電池モジュール９内に取り込むための吸気口１４が形成されており、他側端面の下部には電池モジュール９から冷却風を排気するための排気口１５が形成されている。吸気口１４および排気口１５は長手方向と交差する幅方向にスリット状に形成されている。吸気口１４が形成された端面には、電池モジュール９の２個の出力端子が幅方向に並んで突設されている。

モジュールケース９ａの排気口１５が形成された端面には、電池モジュール９からの冷却風を導出するための第１のダクトとしての通気ダクト１６が装着されている。通気ダクト１６は、排気口１５が形成された端面に近接しており、該端面に沿ってモジュールケース９ａにネジ締結で固定されている。通気ダクト１６は、排気口１５に連結される水平方向の導管とモジュールケース９ａの端面に沿う垂直方向の導管とで形成され、垂直方向の断面が略Ｔ字状に形成されている。垂直方向の導管は、上端および下端に矩形状の開口が形成されている。垂直方向の導管の長さ（モジュールケース９ａの端面に沿う方向の長さ）は、モジュールケース９ａの高さとほぼ同じ長さに設定されている。水平方向の導管は、先端部が排気口１５に連結されている。

図３に示すように、モジュールケース９ａに収容される組電池１３は、４個の単電池１０が縦２列横２列に配列されており、長手方向両側の端部が電気絶縁樹脂製のホルダ１１に保持され固定されている。組電池１３では、各単電池１０の極性が交互となるように配列されており、各単電池１０が銅製のブスバ１２で電気的に直列に接続されている。

組電池１３を構成する単電池１０には、図４に示すように、マンガン酸リチウム等を主要構成材料とした円筒型リチウム二次電池が使用されている。単電池１０は、正極および負極がセパレータを介して捲回された電極群が円筒形の金属容器内に収容されている。負極が容器内壁に接続され、正極が金属容器を封止する蓋に接続されている。金属容器内に電解液を注液後、蓋が金属容器にかしめ固定されている。このため、単電池１０の長手方向一端の蓋側は正極の極性を有しており、他端の容器底部側は負極の極性を有しており、これら両極部は露出している。

図５に示すように、電源システム１の外装ボックス１ａを構成する上蓋３には、長手方向一側（電池モジュール９の吸気口１４側）の端面に取込口８が形成されている。取込口８は、外装ボックス１ａの幅方向にスリット状に形成されている。上蓋３の取込口８が形成された位置の外側には、取込口８を覆うように断面略Ｌ字状のフィルタガード７が固定されている。フィルタガード７は、上部の水平部分の先端が取込口８の上側に固定されている。フィルタガード７の垂直部分は、下容器２の壁面と離隔するようにフランジ３２の下方まで延びており、下部の先端部が外装ボックス１ａ側に傾斜している。このため、車輌洗浄用の高圧シャワー等の吹きつけ時でも、フランジ３２を邪魔板として利用することができるような寸法となっており、浸水に対する沿面距離を伸ばすような構造になっている。

上蓋３の取込口８が形成された位置の内側には、アルミニウム板に溶接された金属メッシュのフィルタ２７が、フィルタ２７の見掛け断面積が増加するように上蓋３の上面に対して斜行して配置されている。フィルタ２７の下側は、上蓋３の上面と平行するように配置されたフィルタホルダ３１に支持されている。フィルタ２７には、本例では、線径０．１８ｍｍ、開口率５１％の４０メッシュでウェイブ加工が施された金属メッシュが使用されている。このフィルタ２７は、通風抵抗を測定すると４０メッシュの金網にウェイブ加工を施すことによって６０メッシュと同等の通風抵抗となったことから、フィルタの効果としては６０メッシュに相当する。一方、外装ボックス１ａの底面には、モジュールケース９ａに形成された吸気口１４側に電池モジュール９から排出された冷却風を外装ボックス１ａ外に放出するための略矩形状の放出口２６が形成されている。

外装ボックス１ａには、２個の電池モジュール９が上下に重ねられて収容されている。排気口１５側に装着された通気ダクト１６も積み重ねられており、あたかも通気ダクト１６が延長されたかのように繋ぎ目にシールクッション２８を介して接続されている。電池モジュール９の上方には、電池モジュール９内から冷却風を外装ボックス１ａ外へ放出するファンユニットとしてのブロアファン１７が配置されている。ブロアファン１７は、冷却風の取入口１７ａと排出口１７ｂとを有している。電池モジュール９とブロアファン１７との間には、扁平な略直方体状で通気ダクト１６から冷却風をブロアファン１７に導く（案内する）ための第２のダクトとしてのブロアダクトケース２２が配置されている。

ブロアダクトケース２２は、モジュールケース９ａの上面の面積のおよそ半分を占める大きさに形成されており、モジュールケース９ａの幅方向の断面にはスリット状の開口が形成されている。ブロアダクトケース２２には、外装ボックス１ａの内壁面に配設された固定バーに固定するためのケース固定クロスバー２９が幅方向両側にそれぞれ突設されている。ケース固定クロスバー２９の下側にはゴム材３０が配置されている。このため、ケース固定クロスバー２９を固定バーにネジ締結することで、ゴム材３０を介してモジュールケース９ａが上側から加圧固定されるようになっている。ブロアファン１７はブロアダクトケース２２の上面に配置されており、その取入口１７ａはブロアダクトケース２２の上面略中央部に形成された開口に連結されている。ブロアダクトケース２２の通気ダクト１６に対応する位置には、下面に矩形状の開口が形成されている。この開口が通気ダクト１６の上端部に連結されている。

電池モジュール９の上側には、長手方向でブロアダクトケース２２と隣接するように扁平な略直方体状のＪＢダクトケース２３が配置されている。ＪＢダクトケース２３は、モジュールケース９ａの上面の面積のおよそ半分を占める大きさに形成されており、モジュールケース９ａの幅方向の断面にはスリット状の開口が形成されている。ＪＢダクトケース２３には、ブロアダクトケース２２と同様にケース固定クロスバー２９が幅方向両側にそれぞれ突設されており、外装ボックス１ａの内壁面に配設された固定バーにネジ締結されている。ＪＢダクトケース２３の上面には、ブロアファン１７側に矩形状の開口が形成されており、この開口がブロアファン１７の排出口１７ｂに中間ダクト２４を介して連結されている。ＪＢダクトケース２３のブロアファン１７と反対側の上面には矩形状の開口が形成されている。

電池モジュール９の吸気口１４が形成された端面に沿うようにブロアファン１７から冷却風を排気するための第３のダクトとしての排出ダクト２５が配置されている。排出ダクト２５は、ブロアファン１７の排出口１７ｂに連結される水平方向の導管と、外装ボックス１ａの放出口２６に連結される垂直方向の導管とで形成されている。このため、排出ダクト２５は、高さ方向の断面が略Ｌ字状に形成されている。水平方向の導管の先端部は、ＪＢダクトケース２３の上面に形成された開口に連結されている。垂直方向の導管の下端部は、外装ボックス１ａの底面に形成された放出口２６に連結されている。

図８に示すように、ブロアダクトケース２２上には、電池モジュール９を構成する各単電池１０の充放電状態を監視するための弱電回路の制御回路１８がブロアファン１７と並置されている。一方、ＪＢダクトケース２３には、電源システム１の強電回路を構成するリレー１９と、抵抗２０と、コンバータ２１とが配設されている。

制御回路１８は、単電池１０の単電池電圧を検出する電圧検出回路と、マイコンとを有している。マイコンは、中央演算処理装置として機能するＣＰＵ、基本制御プログラムが格納されたＲＯＭ、ＣＰＵのワークエリアとして機能するＲＡＭ等を含んで構成されている。マイコンは、ＡＤコンバータを内蔵しており、電圧検出回路で検出した単電池電圧をデジタル値として取り込むことができる。なお、マイコンは検出した単電池電圧をインターフェースを介して車両制御システムに報知する。

（排気経路の構成）
次に、本実施形態の電源システム１の排気経路について説明する。

図５に示すように、外装ボックス１ａには、上蓋３に取込口８が形成されており、底面に放出口２６が形成されている。外装ボックス１ａに収容された電池モジュール９には、長手方向両側の端面にそれぞれ吸気口１４と排気口１５とが形成されている。吸気口１４は、上蓋３の取込口８が形成された端面側に位置している。排気口１５は通気ダクト１６の水平方向の導管の先端部に連結されており、通気ダクト１６の垂直方向の導管の上端部はブロアダクトケース２２の下面に形成された開口に連結されている。ブロアダクトケース２２の上面に形成された開口はブロアファン１７の取入口１７ａに連結されており、ブロアファン１７の排出口１７ｂは中間ダクトケース２４、ＪＢダクトケース２３を介して排出ダクト２５の水平方向の導管の先端部に連結されている。排出ダクト２５の垂直方向の導管の下端部は放出口２６に連結されている。従って、通気ダクト１６とブロアダクトケース２２とブロアファン１７とが連通しており、ブロアファン１７と排出ダクト２５とが中間ダクト２４、ＪＢダクトケース２３を介して連通した排気経路が形成される。

この排気経路を冷却風が次のように通過する。すなわち、ブロアファン１７を駆動することで、取込口８から外部の冷却風が外装ボックス１ａ内に取り込まれ、吸気口１４を介して電池モジュール９内に吸い込まれる。電池モジュール９内では、冷却風が各単電池１０間、各組電池１３間の隙間を通りながら排気口１５側に流れる。排気口１５から排出された（電池モジュール９内で熱交換により温度が上昇した）冷却風は、通気ダクト１６を介して電池モジュール９の長手方向一側端面に沿って上方に立ち上がり、ブロアダクトケース２２を介してブロアファン１７に取り入れられる。ブロアファン１７から排出された冷却風は、中間ダクト２４、ＪＢダクトケース２３を介して排出ダクト２５に案内され、電池モジュール９の他側端面に沿って下方に立ち下がり放出口２６から外装ボックス１ａ外に放出される。

（組立て手順）
次に、電源システム１の組立て手順について説明する。

図６に示すように、まず、下容器２に出力プラグ５や通信コネクタ４と供にケーブル類の取り付けを行う。長手方向に沿う一側の側面に出力プラグ５、通信コネクタ４を配置固定し、他側の側面で通信コネクタ４と対向する位置にＳＤ（サービスディスコネクト）スイッチ６を配置固定する。ＳＤスイッチ６は、ケーブルが予め所定の長さで接続されているため、少しとりつけ難い状態になっているが、ケーブル自体に少し癖をつけて挿入配置すれば作業性が向上する。

下容器２の長手方向でＳＤスイッチ６が配置された側の端面の上部内側に、２個のＳＤ端子台３３を固定しＳＤスイッチ６のケーブルを配置する。車両制御システムと通信するためのメイン通信ハーネス３４を通信コネクタ４に下容器２内部から差込み、電池モジュール９の挿入時の邪魔にならないように、ケーブルを壁側に配置しておく。２つの出力プラグ５に強電ケーブル３５をそれぞれ接続する。このとき、出力プラグ５の接続部はＭ６ネジになっているので、ネジ締結で固定する。なお、図６では、簡素化のため、各ケーブルの保護チューブを捨象して示しているが、コルゲートチューブ等にて保護されていることが好ましい。また、出力プラグ５は下容器２の下部（底面近く）に配置されており、結露や浸水などが懸念されるため、ケーブルと端子との接続部を絶縁チューブで被覆するか、又は絶縁材を塗付して安全性を高める必要がある（プラグ位置から考えれば、外装ボックス１ａ内が４０ｍｍ以上完全に浸水しなければ、この危険性はないのだが、念には念を入れた安全対策を施しておくことが好ましい）。

次に、図７に示すように、ケーブル類が固定された下容器２内に電池モジュール９を挿入する。このとき、モジュールケース９ａに通気ダクト１６を取り付ける。もともと、電池モジュール９を単独で使えるように吸気口１４と排出口１５とを対称となる位置に形成していたが、外装ボックス１ａ内で冷却風を排気するためのダクトを取り回す空間を最小限にするため、電池モジュール９から排出された冷却風を通気ダクト１６で上方に持ち上げる構造とした。

電池モジュール９をひも等で吊り下げて挿入してもよいが、最も効率的な方法は吸盤によって持ち上げるサクションパッドを使用することである。２個の電池モジュール９を上下に重なるように挿入する。このとき、下側に位置する電池モジュール９の通気ダクト１６の下端と下容器２の内底面との間、２個の電池モジュール９に装着された通気ダクト１６同士の間にシールクッション２８を配置する。電池モジュール９をネジ締結した後、ブロアダクトケース２２、ＪＢダクトケース２３を電池モジュール９の上側に配置し、ケース固定クロスバー２９と固定バーとをネジ締結する。通気ダクト１６の上端とブロアダクトケース２２の開口との間にもシールクッション２８を配置する。ブロアファン１７の排出口１７ｂとＪＢダクトケース２３の上面の一側（ブロアファン１７側）に形成された開口との間に中間ダクト２４を配置固定する。このとき、中間ダクト２４と、ブロアファン１７、ＪＢダクトケース２３との接続面のシール材としてそれぞれゴムスポンジを使用してもよいが、高温の空気が移動することによるゴムのへたりや割れ等の不確定要素が懸念されるため、液状パッキンを使用することが効果的である。各強電ケーブル３５を電池モジュール９に接続し電池モジュール９の出力端子とＳＤスイッチ６とを接続する。

図８に示すように、下容器２内に排出ダクト２５を挿入し固定する。排出ダクト２５の上部の開口を、ＪＢダクトケース２３の上面の他側（ブロアファン１７と反対側）に形成された開口に連結する。ＪＢダクトケース２３と排出ダクト２５との接続面にも中間ダクト２４と同様にシール材として液状パッキンを使用することが望ましい。同様に液状パッキンを介して、排出ダクト２５の下部の開口を外装ボックス１ａの底面に形成された放出口２６に連結する。上蓋３および下容器２のフランジ３２同士を、接合面に液状パッキンを塗付して重ね合わせ、ネジ締結で固定し、電源システム１の組立てを完成する。

（作用等）
次に、本実施形態の電源システム１の作用等について説明する。

本実施形態の電源システム１では、通気ダクト１６の水平方向の導管の先端部が電池モジュール９の排気口１５に連結されており、通気ダクト１６の垂直方向の導管の上端部がブロアダクトケース２２の下面に形成された開口に連結されている。ブロアダクトケース２２の上面に形成された開口がブロアファン１７の取入口１７ａに連結されている。排出ダクト２５の水平方向の導管の先端部がブロアファン１７の排出口１７ｂに連結されており、排出ダクト２５の垂直方向の導管の下端部が外装ボックス１ａの放出口２６に連結されている。このため、通気ダクト１６とブロアダクトケース２２とブロアファン１７とが連通しており、ブロアファン１７と排出ダクト２５とが連通しているので、冷却性を確保しつつ排気経路を形成することができる。

また、本実施形態の電源システム１では、モジュールケース９ａの排気口１５が形成された端面に近接して通気ダクト１６が装着されている。通気ダクト１６は、モジュールケース９ａの端面に沿う方向の長さがモジュールケース９ａの高さとほぼ同じ長さに設定されており、水平方向の導管が排気口１５に連結されている。このため、２個の電池モジュール９を上下に重ねて配置することで、各モジュールケース９ａに装着された通気ダクト１６同士（垂直方向の導管同士）も連結される構造となっている。つまり、外装ボックス１ａに電池モジュール９を収容する際、電池モジュール９を重ねるだけで、通気ダクト１６も積み重なり延長されていく。これにより、電池モジュール９と通気ダクト１６とを連通する排気経路の一部を容易に形成することができ、外装ボックス１ａ内への電池モジュール９の収容固定作業が容易となり作業性を向上させることができる。

更に、本実施形態の電源システム１では、電池モジュール９の上方に、幅方向の断面にスリット状の開口が形成された扁平なブロアダクトケース２２が配置されている。ブロアダクトケース２２の上面にはブロアファン１７が配置されており、ブロアファン１７の取入口１７ａはブロアダクトケース２２の上面に形成された開口に連結されている。このため、外装ボックス１ａ内に収容された電池モジュール９の上側に、ブロアファン１７に連結されたブロアダクトケース２２を配置することで、通気ダクト１６の上端部とブロアダクトケース２２の下面に形成された開口とを容易に連結することができる。更に、ブロアファン１７の排出口１７ｂは、中間ダクト２４、ＪＢダクトケース２３を介して排出ダクト２５の水平方向の導管の先端部に連結されており、排出ダクト２５の垂直方向の導管の下端部は放出口２６に連結されている。このため、電池モジュール９、ブロアダクトケース２２、中間ダクト２４、ＪＢダクトケース２３、排出ダクト２５を順に外装ボックス１ａ内に収容するだけで、排気経路全体が容易に形成されるので、収容作業、外装ボックス１ａ内部での固定作業を簡素化し作業性を著しく向上させることができる。

また更に、本実施形態の電源システム１では、通気ダクト１６はモジュールケース９ａの排気口１５が形成された端面に沿って装着されており、排出ダクト２５は吸気口１４が形成された端面側に沿って配置されている。このため、通気ダクト１６および排出ダクト２５が電池モジュール９を挟んで長手方向両側の端面にそれぞれ沿っているので、外装ボックス１ａ内の排気経路をコンパクトに形成することができ、電源システム１全体の小型化を図ることができる。また、排出ダクト２５は電池モジュール９の出力端子が突出した端面側に配置されるため、突出した出力端子間に形成される空間が有効利用されるので、ムダ空間の形成を抑制して小型化を図ることができる。

更にまた、本実施形態の電源システム１では、外装ボックス１ａに収容する前に部品をアッセンブルし、アッセンブルされた部品を所定位置に組み付けていくだけで電源システム１の組立てを完成することができる構造である。このため、電源システム１全体の組立てが極めて容易となることから、作業性を著しく向上させることができる。

また、電源システムの冷却風の取込口と放出口とが近接して形成されていると、冷却風を流し込み熱交換によって電池モジュール内の温度を下げたとしても、熱交換され放出された冷却風を再び取り込む可能性があるため、電池モジュール内の温度が逆に上昇してしまうことがある。本実施形態の電源システム１では、取込口８が外装ボックス１ａの上部（上蓋３）に形成されており、放出口２６が外装ボックス１ａの底面に形成されている。このため、放出口２６から放出された熱風を再び取り込むことが抑制されるので、冷却性を向上させることができる。

更に、例えば、電源システム１を搭載した電気自動車が冠水路を走行した場合、ブロアファン１７が作動して冷却風が排出されていれば、排出ダクト２６からの浸水の可能性は低くなるが、ブロアファン１７が作動していなければ、容易に浸水することが予想される。これを避けるためには、排出ダクト１７にある程度の経路（長さ）を持たせ、想定される冠水路の水面よりも高い位置まで配置することが必要となる。本実施形態の電源システム１では、排出ダクト２５が電池モジュール９の上方に配置されたブロアファン１７から放出口２６まで配置されている。このため、重ねて収容した電池モジュール９の全体の高さ分で排出ダクト２５の長さ（高さ）が設定されている。これにより、冠水路走行時にブロアファン１７が作動していない場合でも排出ダクト２５からの浸水を極力減らすことができる。

また更に、通常、電源システムでは、制御用電子回路として、電圧検出回路等の弱電系回路と、各種リレー、抵抗等の強電系回路とがあるため、これらを外装ボックス内部で組み付けを行うことはかなり煩雑な作業となる。本実施形態の電源システム１では、ブロアダクトケース２２、ＪＢダクトケース２３上に制御回路１８、リレー１９、抵抗２０、コンバータ２１がそれぞれ配設されている。このため、外装ボックス１ａ内に収容する前にブロアダクトケース２２、ＪＢダクトケース２３上に、制御用電子回路を構成する全ての電子部品を組み付けておくことで、組み付けの作業性を向上させることができる。また、電子部品が全て外装ボックス１ａ内の上部に集中しているため、浸水による短絡の可能性が低減するので、安全性も向上させることができる。更に、電子部品の交換時に作業しやすい構造のため、リユース性にも優れている。

更にまた、本実施形態の電源システム１では、電池モジュール９の上側にブロアダクトケース２２、ＪＢダクトケース２３の２つが配置されている。冷却風の排気経路としては、本来ダクトだけを配置すればよいが、結局は箱状のダクトを配置することでデッドスペースが形成されることには違いがない。ブロアダクトケース２２、ＪＢダクトケース２３は、いずれも扁平な略直方体状の薄型に形成されており、それぞれがモジュールケース１ａの上面の面積のおよそ半分を占める大きさに形成されている。このため、ダクトとして機能するために十分な断面積を確保しつつ、ブロアファン１７や制御回路１８を配置するために十分な大きさを有している。これにより、ブロアダクトケース２２、ＪＢダクトケース２３がダクトとしても機能し、他部品の固定にも適した一石二鳥のアッセンブリ部品となるので、電源システム１の小型化を図ることができる。

また、ブロアダクトケース２２、ＪＢダクトケース２３を１つの部品とし、モジュールケース１ａの上面の面積全体を占める大きさにすると、上側に固定する他部品の重量で歪みが発生するため、板厚を厚くするか内部支柱を配置しなければ、内部の空間を確保することが難しくなる。このため、制御回路１８等の取り付け点における各部位での組立て精度、ダクトの断面積（空間）の確保、平行度の確保などで高コストとなり、現実的なコストでの製造が難しくなる。本実施形態では、ブロアダクトケース２２、ＪＢダクトケース２３の２つが配置されているため、他部品を固定しても歪みの発生が抑制されるので、安全で結果的には低コスト化を実現できたことは言うまでもない。

なお、本実施形態では、電気自動車用の電源システム１を例示したが、本発明はこれに限定されるものではなく、大電流充放電を要する電源システムに広く適用することができる。また、本実施形態では、４本の単電池１０を直列に接続した組電池１３を６個並置した電池モジュール９を例示したが、本発明は電池モジュール９の構成や接続（直列、並列）に制限されるものではない。例えば、単電池１０の本数を変えてもよく、組電池１３の個数や配列を変えてもよい。更に、本実施形態では、電池モジュール９を２個上下に重ねて外装ボックス１ａに収容する例を示したが、３個以上を収容するようにしてもよく、１個の電池モジュール９を使用した電源システムとしてもよいことはもちろんである。

また、本実施形態では、単電池１０に円筒型リチウム二次電池を例示したが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、単電池１０の形状を角型、多角形としてもよく、ラミネートフィルムで外装した二次電池を使用するようにしてもよい。また、リチウム二次電池以外に、ニッケル水素電池等を使用することもできる。

更に、本実施形態では、単電池１０にリチウム二次電池を使用していることから、制御回路１８が単電池１０ごとに単電池電圧を検出する例を示したが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、単電池にニッケル水素電池を使用した場合には、ニッケル水素電池がリチウム二次電池と比べて過充電による問題発生が少ないため、組電池ごとに、又は、複数の組電池ごとに組電池総電圧を検出するようにしてもよい。

また更に、本実施形態では、電池モジュール９の吸気口１４および排気口１５をそれぞれ長手方向両側の端面の下部に形成する例を示したが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、吸気口１４を電池モジュール９の端面の上部に形成すれば、冷却風の流れが電池モジュール９の長手方向に沿う側面から見て対角線方向となるので、冷却効果を高めることができる。また、長手方向に沿う側面に吸気口１４を形成するようにしてもよい。

更にまた、本実施形態では、２個の電池モジュール９に、上下に開口が形成された同じ通気ダクト１６を取り付け、外装ボックス１ａ内で下側に位置する電池モジュール９の通気ダクト１６の下端（垂直方向の導管の下端）にシールクッション２８を配置する例を示したが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、下側に位置する電池モジュール９に、垂直方向の導管の下端が予め封止され上端のみに開口が形成された通気ダクト１６を取り付けるようにしてもよい。

本発明は冷却性を確保しつつ組立て作業性が向上し小型化可能な電源システムを提供するため、電源システムの製造、販売に寄与するので、産業上の利用可能性を有する。

本発明が適用可能な実施形態の電源システムの外観斜視図である。実施形態の電源システムに使用した電池モジュールの外観斜視図である。電池モジュールを構成する組電池の外観斜視図である。組電池を構成する円筒型リチウム二次電池の外観斜視図である。電源システムの外装ボックスに収容された電池モジュール、ブロアファンの配置および外装ボックス内に形成された排気経路の形成位置を示す断面図である。電源システム組立て時のケーブルを取り付けた状態を示す外装ボックスの下容器の斜視図である。電源システム組立て時の外装ボックスの下容器に電池モジュールを収容した状態を示す電源システムの分解斜視図である。電源システム組立て時の排出ダクトを組み付ける直前の状態を示す電源システムの分解斜視図である。

符号の説明

１電源システム
２下容器（ボックスの一部）
３上蓋（ボックスの一部）
９電池モジュール（モジュール電池）
１３組電池
１５排気口
１６通気ダクト（第１のダクト）
１７ブロアファン（ファンユニット）
１８制御回路（制御用電子回路の一部）
２２ブロアダクトケース（第２のダクト）
２５排出ダクト（第３のダクト）
２６放出口

Claims

複数の組電池が収容され、直方体状の長手方向が水平方向となるように配置したときの前記長手方向の一側端面に排気口が形成された少なくとも１個のモジュール電池と、
前記モジュール電池の一側端面に沿って垂直方向に装着され、前記モジュール電池から冷却風を導出するための第１のダクトと、
前記モジュール電池の上方に配置され、取入口と排出口とを有するファンユニットと、
前記第１のダクトから前記冷却風を前記ファンユニットに導くための第２のダクトと、
前記モジュール電池の長手方向の他側端面に沿って垂直方向に配置され、前記ファンユニットから前記冷却風を排気するための第３のダクトと、
制御用電子回路と、
上記各部材を収容し、前記冷却風を放出するための放出口が形成されたボックスと、
を備え、
前記ボックスの内部には、一端が前記モジュール電池の排気口に連結された前記第１のダクトの他端が前記第２のダクトの一端に連結されており、前記第２のダクトの他端が前記ファンユニットの取入口に連結されると共に、一端が前記ファンユニットの排出口に連結された前記第３のダクトの他端が前記ボックスの放出口に連結されることで排気経路が形成されていることを特徴とする電源システム。
前記モジュール電池の排気口から導出された冷却風は、前記第１のダクトを介して前記モジュール電池の一側端面に沿って上方に立ち上がり、前記第３のダクトを介して前記モジュール電池の他側端面に沿って下方に立ち下がることを特徴とする請求項１に記載の電源システム。
前記ボックスは、前記第３のダクト側の長手方向端面の上部に冷却風を取り込むための取込口が形成されており、底面に前記放出口が形成されていることを特徴とする請求項１に記載の電源システム。
前記第３のダクトは、断面略Ｌ字状に形成されていることを特徴とする請求項３に記載の電源システム。
前記第１のダクトは、前記モジュール電池の一側端面に沿う垂直方向の長さが前記モジュール電池の垂直方向の長さとほぼ同じ長さであることを特徴とする請求項１に記載の電源システム。
前記モジュール電池は、複数個重ねられて前記ボックスに収容されており、各モジュール電池の前記第１のダクトが該第１のダクトの垂直方向の端面であって開口が形成された開口面同士で互いに連結されていることを特徴とする請求項５に記載の電源システム。
前記制御用電子回路は、前記第２のダクト上に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の電源システム。