JP5137480B2 - 車両用の電源装置 - Google Patents

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Description

本発明は、主としてハイブリッドカー等の電動車両に搭載されて、車両を走行させるモータに電力を供給する車両用の電源装置に関し、とくに電池を強制冷却する車両用の電源装置に関する。
車両用の電源装置は、多数の素電池を直列に接続して出力電圧を高く、出力電力を大きくしている。この電源装置は、大電流で充放電されるので電池の温度が上昇する。また、極めて高温な環境でも使用されることから、電池を強制的に冷却する必要がある。現在のハイブリッドカーに搭載される電源装置は、電池に冷却用の空気をファンで強制的に送風して冷却している。この構造の電源装置は、空気を介して電池を冷却するので、電池温度が異常に上昇したときに速やかに冷却するのが難しい。また、熱容量の小さい空気を送風して冷却するので、多数の電池を均一な温度に冷却するのが難しい。この欠点を解消する電源装置として、電池ケースの周囲に冷却通路を設け、この冷却通路に不凍液を流して冷却する構造の車両用の電源装置が開発されている。(特許文献1参照)
特開平6−199139号公報
特許文献1に記載する電源装置は、多数の電池を温度むらができないように均一に冷却できない欠点がある。車両用の電源装置の組電池は、多数の電池を直列に接続している。この電源装置は、電池に温度差が電気特性のアンバランスの原因となる。電気特性のアンバランスは電池の寿命を短くする。それは、温度によって充放電の効率が変化して容量をアンバランスとし、さらに、容量がアンバランスになって小さくなった電池が加速して劣化されるからである。劣化して容量の減少した電池は、過充電と過放電になりやすく、この状態によって劣化が加速される。電池が過充電と過放電でより劣化が進むからである。このため、多数の電池を備える車両用の電源装置は、各々の電池の温度差をいかに小さくできるかが極めて大切である。とくに、温度差によって電池の寿命が著しく短くなる。
さらに、車両用の電源装置は、多数の電池を接近してケースに収納することから、いずれかの電池が熱暴走すると、この熱暴走が隣の電池に誘発されやすい。熱暴走して高温に加熱された電池が、輻射熱や熱伝導で隣の電池を加熱するからである。とくに、電池をリチウムイオン二次電池とする電源装置は、熱暴走によって電池の温度が極めて高くなることから、熱暴走の誘発を阻止することが大切である。電池の間にプラスチック製の隔壁を設ける構造は、隔壁で輻射熱を遮断できる。ただ、熱暴走した電池の温度が極めて高温になると、プラスチック製の隔壁は電池の熱で損傷される。このため、プラスチック製の隔壁によっては、全ての熱暴走の誘発を確実に阻止するのが難しい。
本出願人は、この欠点を解消することを目的として、図1の電源装置を開発した。この電源装置は、車両を走行させるモータに電力を供給する組電池90の冷却を独特の構造としている。組電池90の電池には角型電池91を使用し、この角型電池91を絶縁冷却スペーサ94を介して積層している。絶縁冷却スペーサ94は、隣接する角型電池91を絶縁しながら冷却する。したがって、この絶縁冷却スペーサ94は、水密構造の冷却液通路95を備えている。冷却液通路95は、冷却機構(図示せず)に連結して、冷却液を供給している。冷却液通路95に循環される冷却液が絶縁冷却スペーサ94を冷却し、冷却された絶縁冷却スペーサ94が角型電池91を冷却する。
以上の電源装置は、多数の電池を均一に効率よく冷却できる。ただ、多数の電池の間に冷却液通路のある絶縁冷却スペーサを挟み、この絶縁冷却スペーサの冷却液通路に冷却液を循環するので、冷却液通路が複雑になる。また、角型電池の間に冷却液を循環させるので、冷却液の漏れが電池に影響を与える弊害もある。
本発明は、さらにこのような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、冷却液を循環する冷却液通路を簡単な構造としながら、各々の電池を効率よく均一に冷却して電池の温度差を小さくして温度差による電池の劣化を有効に防止できる車両用の電源装置を提供することにある。
さらに、本発明の他の大切な目的は、電池の熱暴走の誘発を確実に防止して安全性を向上できる車両用の電源装置を提供することにある。
本発明の車両用の電源装置は、前述の目的を達成するために以下の構成を備える。
車両用の電源装置は、複数の角型電池1を所定の隙間で互いに積層状態に配置してなる電池ブロック2と、電池ブロック2と熱結合される複数の熱伝導体と、冷却液を供給可能に構成される冷却機構50、60と、電池ブロック2の外側に固定されると共に、冷却機構50、60に連結されて冷却液が供給される冷却パイプ3とを備える。複数の熱伝導体は、電池ブロック2を構成する角型電池の隙間に挟まれて角型電池1を絶縁状態で冷却すると共に、各々が分離して配置される複数の吸熱プレート21、31と、複数の吸熱プレート21、31の側縁又は下縁に設けられると共に、電池ブロック2の側面又は下面に位置する複数の熱伝導ブロック22、32とを有する。 複数の熱伝導ブロック22、32は、冷却パイプ3を熱伝導ブロック22,32に隣接した位置に案内する案内溝23、33を有すると共に、前記冷却パイプ3と熱結合される。
または、車両用の電源装置は、車両を走行させるモータに電力を供給する組電池20、30と、この組電池20、30を冷却する冷却機構50、60とを備える。組電池20、30は、複数の角型電池1を所定の隙間で互いに積層状態に配置してなる電池ブロック2と、この電池ブロック2を構成する角型電池1の隙間に挟まれて角型電池1を絶縁状態で冷却する複数の吸熱プレート21、31と、電池ブロック2の外側に固定されて、各々の吸熱プレート21、31に熱結合してなる冷却パイプ3とを備える。車両用の電源装置は、冷却パイプ3を冷却機構50、60に連結して、冷却機構50、60から供給される冷却液で冷却パイプ3を冷却し、この冷却パイプ3が複数の吸熱プレート21、31を介して角型電池1を絶縁しながら冷却する。各々の吸熱プレート21、31は、分離して角型電池1の間に配設されると共に、各々の吸熱プレート21、31の側縁又は下縁に熱伝導ブロックを設け、更に、複数の熱伝導ブロック22、32に冷却パイプ3を案内する案内溝23、33を設けている。
本発明の請求項の車両用の電源装置は、熱伝導ブロック22、32が角型電池1の積層方向に沿って積層されると共に、この積層方向におけるそれぞれの長さが、角型電池1の厚さよりも短くなるように形成されている。
さらに、本発明の請求項の車両用の電源装置は、熱伝導ブロック22、32と冷却パイプ3の外側を断熱材9で断熱している。さらに、本発明の請求項の車両用の電源装置は、熱伝導ブロック32を電池ブロック2の対向する両側に配設している。さらに、本発明の請求項の車両用の電源装置は、熱伝導ブロック22を電池ブロック2の下面に配設して、吸熱プレート21の下端縁を熱伝導ブロック22に熱結合している
本発明の車両用の電源装置は、冷却液通路を簡単な構造としながら、多数の角型電池を極めて効率よく均一に冷却して電池の温度差を小さくできる特徴がある。このため、電池の温度差による劣化を少なくして寿命を長くできる。車両用の電源装置において、電池の寿命を長くすることは極めて大切である。それは、車両を走行させる組電池は、大きな出力が要求されることから、極めて大型で高価であるからである。本発明は、複数の角型電池を積層して電池ブロックとし、電池ブロックを構成する角型電池の間に電池の熱を吸収する吸熱プレートを挟んでおり、さらに、この吸熱プレートには、電池ブロックの外側に固定している冷却パイプを熱結合している。冷却パイプは、冷却機構から供給される冷却液で冷却される。この電源装置は、冷却パイプが吸熱プレートを冷却し、吸熱プレートが角型電池を対向面から冷却する。本発明の電源装置は、角型電池を積層してその間に電池の熱を吸収する吸熱プレートを挟む独特の構造で、多数の電池を内部から効率よく冷却する特徴を実現する。とくに、隣接する角型電池の対向面の間に吸熱プレートを挟むので、多数の電池を積層して大きな組電池としながら、最も冷却が難しい電池ブロック内部の熱を効率よく吸収して、多数の角型電池を均一な温度に冷却できる。また、電池の熱を効率よく吸収する吸熱プレートと角型電池とを広い面積で接触させて理想的な熱結合状態に配置できるので、吸熱プレートでもって、電池ブロックの内部まで均一に冷却できる。
さらに、本発明の車両用の電源装置は、組電池を構成する角型電池の熱暴走の誘発を有効に防止して安全性を向上できる特徴も実現する。それは、積層している角型電池の間に吸熱プレートを挟んで、吸熱プレートでもって、隣接する角型電池を冷却状態で隔離しているからである。この冷却構造は、いずれかの角型電池が熱暴走して高温に加熱されても、吸熱プレートが効率よく電池を冷却して熱暴走の誘発を防止する。とくに、角型電池の隙間には、吸熱プレートを配設して、角型電池を強制的に冷却することから、空気で冷却するように隙間を設ける必要がない。このため、角型電池の隙間には、吸熱プレートを隙間なく密着して配置できる。この構造は、熱暴走した角型電池の熱が輻射熱で隣の角型電池を加熱することがない。熱暴走した角型電池は、熱伝導によって隣の角型電池を加熱する。ただ、本発明の電源装置は、角型電池の間に、効率よく電池の熱を吸収する吸熱プレートを配置するので、この吸熱プレートが熱暴走した電池の熱を吸収し、これを冷却パイプで効率よく冷却する。このため、電池の熱暴走が隣の電池の熱暴走を誘発することがない。
本発明の請求項の車両用の電源装置は、積層方向における熱伝導ブロックの長さを角型電池の厚さ以下としている。この熱伝導ブロックに冷却パイプを熱結合して、冷却パイプを吸熱プレートに熱結合している。この構造は、吸熱プレートを角型電池の表面に密着しながら、電池ブロックを簡単に能率よく組み立てできる。それは、角型電池を圧着するように組み立てて、吸熱プレートを角型電池の対向面に密着できるからである。また、この電源装置は、熱伝導ブロックを介して、冷却パイプと多数の吸熱プレートとを好ましい状態で熱結合できる。すなわち、冷却パイプを広い面積で熱伝導ブロックに熱結合して効果的に冷却し、冷却された熱伝導ブロックで吸熱プレートを均一に冷却して電池を冷却できる。
さらに、本発明の請求項の車両用の電源装置は、請求項1または請求項2の構成に加えて、熱伝導ブロックと冷却パイプの外側を断熱材で断熱している。また、冷却パイプは、熱伝導ブロックと断熱材とで挾持されている。この構造の電源装置は、冷却パイプと熱伝導ブロックで吸熱プレートを効率よく冷却できる。冷却パイプと熱伝導ブロックが外部の熱を吸収するのを、断熱材が遮断するからである。
また、本発明の請求項の車両用の電源装置は、請求項1または請求項2の構成に加えて、熱伝導ブロックを電池ブロックの対向する両側に配設して、両側の熱伝導ブロックに吸熱プレートの両側を熱結合している。この構造は、吸熱プレートを両横から冷却して、電池を効率よく冷却できる。
さらに、本発明の請求項の車両用の電源装置は、請求項1または請求項2の構成に加えて、熱伝導ブロックを電池ブロックの下面に配設する。この電源装置は、吸熱プレートの下端縁を熱伝導ブロックに熱結合する。この構造は、電池ブロックの下面にのみ熱伝導ブロックを配置するので、ひとつの熱伝導ブロックで吸熱プレートを冷却できる。このため、外形を小さくしながら、電池を効率よく冷却できる。
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車両用の電源装置を例示するものであって、本発明は車両用の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2の概略図と図3の概略図に示す車両用の電源装置は、主として、エンジンとモータの両方で走行するハイブリッドカーや、モータのみで走行する電気自動車などの電動車両の電源に最適である。ただし、ハイブリッドカーや電気自動車以外の車両に使用され、また電動車両以外の大出力が要求される用途にも使用できる。
これらの図に示す電源装置は、車両を走行させるモータに電力を供給する組電池10と、この組電池10を冷却する冷却機構50、60とを備える。
図4と図5は第1の実施例の組電池10を示し、図6ないし図10は第2の実施例の組電池20を示し、図11と図12は第3の実施例の組電池30を示し、図13ないし図16は第4の実施例の組電池40を示している。これ等の図の組電池10、20、30、40は、複数の角型電池1を所定の隙間で互いに積層状態に配置してなる電池ブロック2と、この電池ブロック2を構成する角型電池1の隙間に挟まれて角型電池1を絶縁状態で冷却する吸熱プレート11、21、31、41と、電池ブロック2の外側に固定されて、各々の吸熱プレート11、21、31、41に熱結合している冷却パイプ3とを備える。冷却パイプ3は、冷却機構50、60に連結されて、冷却機構50、60から供給される冷却液で冷却される。この電源装置は、冷却パイプ3で吸熱プレート11、21、31、41を介して角型電池1を絶縁しながら冷却する。
角型電池1は、リチウムイオン二次電池である。ただし、角型電池は、ニッケル水素電池やニッケルカドミウム電池等の充電できる他の電池、さらに燃料電池とすることもできる。角型電池1は、アルミニウムやアルミニウム合金からなる金属製の外装缶を有する。金属製の外装缶は、正極又は負極の電極に接続され、あるいは接続されない。正極又は負極に接続される外装缶は、正極又は負極と同じ電位となり、正負の電極に接続されない外装缶は、正負の電極の中間電位となる。金属製の外装缶からなる角型電池1を積層して直列に接続している組電池10、20、30、40は、隣接する外装缶に電位差ができる。したがって、組電池10、20、30、40は、隣接する角型電池1を絶縁して積層している。角型電池は、表面に絶縁被膜を設けて絶縁できる。積層被膜は、プラスチック製の収縮チューブや絶縁塗料で設けられる。図9に示す角型電池1は、外装缶1aの表面に絶縁被膜4を設けている。ただ、本発明の電源装置は、図15に示すように、隣接する角型電池1の間に積層する吸熱プレート41の表面に絶縁層7を設けて、あるいは、図5に示すように、角型電池1と吸熱プレート11の間に絶縁板6を積層して角型電池1を絶縁できる。したがって、外装缶の表面をかならずしも絶縁する必要はない。ただ、外装缶の表面を絶縁している角型電池を、表面を絶縁してなる吸熱プレートで絶縁する構造は、隣接する角型電池を理想的な状態で絶縁できる。
図の角型電池1は、幅よりも薄い薄型の角型電池1である。薄型の角型電池1は、内容積に対して対向面1Aの面積を大きくして、吸熱プレート11、21、31、41との接触面積を大きくできる。このため、吸熱プレート11、21、31、41で効率よく冷却できる。さらに、図の角型電池1は、上端面に正負の電極端子5を突出させている。隣接して配列される角型電池1は、図示しないが、正負の電極端子5に金属板から角型電池の間になるバスバーを接続して、互いに直列に接続される。
組電池10、20、30、40は、複数の角型電池1を、間に隙間ができるように積層して電池ブロック2としている。この電池ブロック2は、角型電池1の間の隙間に吸熱プレート11、21、31、41を挟んでいる。吸熱プレート11、21、31、41は、隣接する角型電池1の対向面1Aに挟着されて、隣接する角型電池1を分離しながら冷却する。角型電池1を積層している電池ブロック2は、両端の端面プレート8に挟着して固定される。一対の端面プレート8は、固定バー(図示せず)に連結されて電池ブロック2を固定している。
角型電池1の間に挟着される吸熱プレート11、21、31、41は、隣接する角型電池1の発生熱を吸収して冷却する。吸熱プレート11、21、31、41は金属板である。吸熱プレート11、21、31、41の金属板は、アルミニウム、アルミニウム合金、銅、銅合金、鉄、鉄合金などの優れた熱伝導特性を有する金属である。金属板の吸熱プレート11、21、31、41は、角型電池1の対向面1Aに密着状態で挟着されて、電池に広い面積で熱結合されて、電池の熱を効率よく吸収して冷却パイプ3に伝導する。金属板である吸熱プレートは、表面を絶縁層で被覆し、あるいは、表面に絶縁板を積層して、角型電池に絶縁状態で積層することができる。吸熱プレートは、たとえば、金属板の表面をプラスチック製の収縮チューブで被覆し、あるいは金属板の表面に絶縁塗料を塗布して表面に絶縁層を設けることができる。ただ、前述のように、表面を絶縁してなる角型電池を積層する構造は、金属板である吸熱プレートの表面をかならずしも絶縁する必要はない。
図4と図5に示す第1の実施例の組電池10は、各々の吸熱プレート11に、角型電池1の外側に突出する突出部12を設けている。この突出部12は、冷却パイプ3の貫通孔13を設けている。吸熱プレート11は、貫通孔13に冷却パイプ3を挿通して、冷却パイプ3に熱結合している。貫通孔13は、円周に沿ってバリを有し、このバリを冷却パイプ3に接触して広い面積で熱結合している。貫通孔13の内径は、冷却パイプ3の外径に等しい。この貫通孔13は、挿通される冷却パイプ3の表面に密着して、熱結合状態に連結される。図の組電池10は、吸熱プレート11の両側に突出部12を設けている。両側の突出部12は、電池ブロック2の両側に配管される冷却パイプ3を挿通して熱結合される。この組電池10は、吸熱プレート11を両側から効率よく冷却できる。さらに、図の組電池10は、金属板である吸熱プレート11の表面に絶縁板6を積層して、角型電池1に絶縁状態で積層している。この絶縁板6は、好ましくは、絶縁特性と熱伝導特性に優れたプラスチックで薄い板状に成形される。
この組電池10は、以下の工程で組み立てられる。
(1) 角型電池1の間に吸熱プレート11を挟んで積層する。さらに、角型電池1と吸熱プレート11の間には絶縁板6を積層する。
(2) 電池ブロック2の両側に突出する吸熱プレート11の突出部12に設けた貫通孔13に冷却パイプ3を挿通する。この状態で、冷却パイプ3は軸方向に移動できるように突出部12の貫通孔13に挿通される。
(3) 電池ブロック2の両端の端面プレート8で積層している角型電池1と吸熱プレート11とを挟着して固定する。
第1の実施例の組電池10は、電池ブロック2の両側に冷却パイプ3を配管するが、組電池は、電池ブロックの下面に冷却パイプを配管することもできる。この組電池は、吸熱プレートの下部を電池の外部に突出して突出部とし、この突出部に貫通孔を設けて冷却パイプを挿通して熱結合する。
図6ないし図10に示す第2の実施例の組電池20は、各々の吸熱プレート21を分離して角型電池1の間に挟着している。また、各々の吸熱プレート21は、図10に示すように、下縁に熱伝導ブロック22を設けている。吸熱プレート21は金属板で、熱伝導ブロック22は金属ブロックである。金属板の吸熱プレート21と、金属ブロックの熱伝導ブロック22は全体を一体構造としている。
熱伝導ブロック22は、図9に示すように、角型電池1の下面に接触されて、電池ブロック2の下に配設される。角型電池1が積層され、熱伝導ブロック22も積層されるので、熱伝導ブロック22は、その幅を角型電池1の厚さ以下としている。熱伝導ブロック22は、角型電池1との接触面を絶縁して、角型電池1の下面に熱結合で接触させている。図9に示す組電池20は、角型電池1の外装缶1aの表面を絶縁被膜4で被覆して、吸熱プレート21及び熱伝導ブロック22と角型電池1との接触面を絶縁している。
熱伝導ブロック22は、下面に冷却パイプ3を案内する案内溝23を設けている。案内溝23は、冷却パイプ3の表面に密着する内形、すなわちU溝としている。この熱伝導ブロック22は、案内溝23に冷却パイプ3を案内して、広い面積で接触して好ましい熱結合状態にできる。さらに、図7と図8に示す組電池20は、熱伝導ブロック22と冷却パイプ3の外側を断熱材9で断熱している。断熱材9は、組電池20の底面に沿う板状で、熱伝導ブロック22の下面に密着する状態で配置している。絶縁材9は、熱伝導ブロック22の下面に密着しながら、冷却パイプ3を定位置に保持できるように、冷却パイプ3を案内する案内溝9Aを、冷却パイプ3との対向面に設けている。この構造の組電池20は、冷却パイプ3と熱伝導ブロック22が外部の熱を吸収するのを断熱材9で遮断するので、冷却パイプ3と熱伝導ブロック22で吸熱プレート21を効率よく冷却できる。
以上の吸熱プレート21は、熱伝導ブロック22を介して効率よく冷却パイプ3に熱結合できる。また、電池の急激な温度上昇を熱伝導ブロック22で吸収できる。それは、厚い熱伝導ブロック22の熱容量が薄い金属板の吸熱プレート21よりも大きいからである。また、熱伝導ブロック22を一体構造とする吸熱プレート21は、電池から吸収した熱を効率よく熱伝導ブロック22に伝導する。このため、電池が熱暴走して急激に温度上昇するとき、電池の熱が熱伝導ブロック22に吸収され、また、熱伝導ブロック22が冷却パイプ3で冷却される。このため、急激に温度上昇する電池を効率よく冷却して熱暴走の誘発を有効に阻止できる。
第2の実施例の組電池20は、熱伝導ブロック22を電池ブロック2の下に配置するが、熱伝導ブロックは、電池ブロックの両側に配置することもできる。この組電池30を第3の実施例として図11と図12に示す。
図11と図12に示す組電池30は、吸熱プレート31の両側に熱伝導ブロック32を設けて、この熱伝導ブロック32を電池ブロック2の両側に配置している。吸熱プレート31の両側に配置される熱伝導ブロック32は、外側面に冷却パイプ3の案内溝33を設けて、ここに冷却パイプ3を案内して熱結合している。さらに、この組電池30は、熱伝導ブロック32と冷却パイプ3の外側を断熱材9で断熱している。この断熱材9は、組電池30の側面に沿う板状で、熱伝導ブロック32の表面に密着する状態で配置している。絶縁材9は、熱伝導ブロック32の表面に密着しながら、冷却パイプ3を定位置に保持できるように、冷却パイプ3を案内する案内溝9Aを、冷却パイプ3との対向面に設けている。この組電池30は、電池ブロック2の対向する両側に配置した熱伝導ブロック32で吸熱プレート31を両側から冷却して、電池を効率よく冷却できる。とくに、両側に配置された熱伝導ブロック32と冷却パイプ3の外側を断熱材9で断熱しながら、熱伝導ブロック32と冷却パイプ3とで吸熱プレート31を効率よく冷却できる。
図13ないし図16に示す第4の実施例の組電池40は、角型電池1の両面に挟着される2枚の吸熱プレート部42を角型電池1の外側に配置される熱伝導部43で連結して溝形の吸熱プレート41としている。2枚の吸熱プレート部42は、図15に示すように、その内側の間隔を角型電池1の厚さに等しくしている。この吸熱プレート41は、2枚の吸熱プレート部42の内側に角型電池1を入れて、角型電池1の両面に密着できる。図16の吸熱プレート41は、2枚の金属板である吸熱プレート部42を、金属ブロックである熱伝導部43で連結している。吸熱プレート41は、金属板の吸熱プレート部42と、金属ブロックの熱伝導部43とを一体構造として製作している。ただ、吸熱プレートは、1枚の金属板をコ字状にプレス加工して、2枚の吸熱プレート部を熱伝導部で連結してなる形状に成形することもできる。
熱伝導部43は、冷却パイプ3を広い面積で面接触できるようにU字状の案内溝44を設けている。吸熱プレート41の吸熱プレート部42と熱伝導部43は、図15の拡大断面図に示すように、角型電池1との接触面に絶縁層7を設けて絶縁している。熱伝導部43は、冷却パイプ3との接触面を絶縁することなく、冷却パイプ3に直接に接触して好ましい熱結合状態としている。溝形の吸熱プレート41は、熱伝導部43の外側に設けた案内溝44に冷却パイプ3を入れて熱結合している。
図14の組電池40は、角型電池1の両側に溝形の吸熱プレート41を配設して、両側の吸熱プレート41で角型電池1を冷却している。この吸熱プレート41は、吸熱プレート部42の大きさを角型電池1の対向面1Aの大きさの約半分としており、2枚の吸熱プレート41で角型電池1の対向面1Aの全体を覆って冷却する構造としている。この組電池40は、各々の角型電池1を両側から効率よく冷却できる。ただし、この組電池は、吸熱プレートを長くして、角型電池を片側から冷却する構造とすることもできる。この組電池は、吸熱プレートを角型電池の対向面の大きさとして、角型電池の対向面を1枚の吸熱プレートで冷却する。
さらに、図の組電池40は、吸熱プレート41の熱伝導部43と冷却パイプ3の外側を断熱材9で断熱している。この断熱材9は、組電池40の側面に沿う板状で、熱伝導部43の表面に密着する状態で配置している。絶縁材9は、熱伝導部43の表面に密着しながら、冷却パイプ3を定位置に保持できるように、冷却パイプ3を案内する案内溝9Aを、冷却パイプ3との対向面に設けている。この組電池40も、電池ブロック2の対向する両側に配置した吸熱プレート41を両側から冷却して、電池を効率よく冷却できる。とくに、両側に配置された熱伝導部43と冷却パイプ3の外側を断熱材9で断熱しながら、吸熱プレート41を効率よく冷却できる。
さらに、図13と図14に示す実施例4の組電池40は、溝形の吸熱プレート41の熱伝導部43を角型電池1の側縁とするが、この熱伝導部を角型電池の底面に配置することもできる。この組電池は、電池ブロックの下面に冷却パイプを配管し、冷却パイプを角型電池の底面に配置する熱伝導部の案内溝に入れて熱結合する。
以上の吸熱プレート11、21、31、41は、金属板としているが、吸熱プレートは、絶縁材で成形して、角型電池との接触面を絶縁することもできる。この絶縁材には、絶縁特性と熱伝導特性に優れた材質、たとえばグラファイト系のプラスチック等が適している。
冷却パイプ3は金属パイプである。金属パイプは熱伝導製に優れることから、冷却液で角型電池1を効率よく冷却する。とくに、銅やアルミニウム等の金属は特に優れた熱伝導特性があって、冷却パイプ3で吸熱プレート11、21、31、41を効率よく冷却できる。
図2に示す電源装置の冷却機構50は冷却液を冷媒とし、冷媒の気化熱で冷却パイプ3を冷却する。この冷却機構50は、冷却パイプ3から排出される気化した冷媒を加圧するコンプレッサ51と、このコンプレッサ51で加圧された冷媒を冷却して液化させる凝縮器52と、この凝縮器52で液化された冷媒を冷却パイプ3に供給する膨張装置53とを備える。膨張装置53は、例えば、膨張弁もしくはキャピラリーチューブ等である。この冷却機構50は、膨張装置53から供給される液化された冷媒を冷却パイプ3の内部で気化して、冷媒の気化熱で冷却パイプ3を冷却する。この冷却機構50は、冷却パイプ3を低温に冷却して吸熱プレート11、21、31、41で角型電池1を極めて効率よく冷却できる。コンプレッサ51は、モータで運転され、あるいはハイブリッドカーにおいてはエンジンやモータで運転される。エンジンで運転されるコンプレッサは電磁クラッチを介してエンジンに連結される。この冷却機構50は、コンプレッサ51の運転が制御回路54で制御される。この冷却機構50は、冷媒をコンプレッサ51→凝縮器52→膨張装置53→冷却パイプ3→コンプレッサ51に循環して、冷却パイプ3を冷却する。コンプレッサ51の運転は、電池の温度を検出する制御回路54で制御され、電池の温度が設定温度よりも高くなるとコンプレッサ51を運転して電池を冷却する。
冷却パイプ3は、冷媒に代わって、絶縁油や不凍液等の冷却液を循環して冷却することもできる。絶縁油にはシリコンオイル等が使用できる。図3に示す電源装置の冷却機構60は、循環ポンプ61と放熱器62と、循環ポンプ61と放熱器62のファン63の運転を制御する制御回路64とを備える。循環ポンプ61は、冷却液を、冷却パイプ3と放熱器62に循環させる。制御回路64は、角型電池1の温度を温度センサ(図示せず)で検出して、電池温度が設定温度よりも高くなると循環ポンプ61を運転する。また、制御回路64は、冷却液の温度を温度センサで検出し、冷却液の温度が設定値よりも高くなとる放熱器62のファン63を運転する。さらに、制御回路64は、複数の角型電池1の温度を検出して、電池の温度差が設定された温度差よりも大きくなると、循環ポンプ61を運転して電池の温度差を少なくすることもできる。
制御回路54、64は、電池の温度のみでなく、電池の発熱量を検出して、コンプレッサ51や放熱器62のファン63の運転を制御することもできる。電池の発熱量は、電池の充電電流や放熱電流から検出する。電池の発熱量が設定値よりも小さい状態では、コンプレッサ51やファン63の運転を停止し、設定値よりも大きくなるとコンプレッサ51やファン63を運転して電池を冷却する。
また、制御回路54、64は、電池の温度と発熱量の両方を検出し、コンプレッサ51とファン63の運転を制御することもできる。この制御回路54、64は、電池の温度が設定温度よりも高くなり、あるいは発熱量が設定値よりも大きい状態において、コンプレッサ51やファン63を運転して電池を冷却する。この制御回路54、64は、電池の温度と発熱量の両方でコンプレッサ51とファン63の運転を制御するので、電池の温度上昇を制限しながら、電池を効率よく冷却できる。
本出願人が先に開発した車両用の電源装置の概略構成図である。 本発明の一実施例にかかる車両用の電源装置の概略構成図である。 本発明の他の実施例にかかる車両用の電源装置の概略構成図である。 第1の実施例にかかる組電池の斜視図である。 図4に示す組電池の拡大分解斜視図である。 第2の実施例にかかる組電池の斜視図である。 図6に示す組電池の底面から見た分解斜視図である。 図7に示す組電池の拡大分解斜視図である。 図7に示す組電池の角型電池と吸熱プレートの積層状態を示す拡大垂直断面図である。 図8に示す組電池の吸熱プレートの斜視図である。 第3の実施例にかかる組電池の斜視図である。 図11に示す組電池の拡大分解斜視図である。 第4の実施例にかかる組電池の斜視図である。 図13に示す組電池の拡大分解斜視図である。 図13に示す組電池の角型電池と吸熱プレートの積層状態を示す拡大水平断面図である。 図14に示す組電池の吸熱プレートの斜視図である。
符号の説明
1…角型電池 1A…対向面
1a…外装缶
2…電池ブロック
3…冷却パイプ
4…絶縁被膜
5…電極端子
6…絶縁板
7…絶縁層
8…端面プレート
9…断熱材 9A…案内溝
10…組電池
11…吸熱プレート
12…突出部
13…貫通孔
20…組電池
21…吸熱プレート
22…熱伝導ブロック
23…案内溝
30…組電池
31…吸熱プレート
32…熱伝導ブロック
33…案内溝
40…組電池
41…吸熱プレート
42…吸熱プレート部
43…熱伝導部
44…案内溝
50…冷却機構
51…コンプレッサ
52…凝縮器
53…膨張装置
54…制御回路
60…冷却機構
61…循環ポンプ
62…熱交換器
63…ファン
64…制御回路
90…組電池
91…角型電池
94…絶縁冷却スペーサ
95…冷却液通路

Claims (6)

  1. 複数の角型電池を所定の隙間で互いに積層状態に配置してなる電池ブロックと、
    前記電池ブロックと熱結合される複数の熱伝導体と、
    冷却液を供給可能に構成される冷却機構と、
    前記電池ブロックの外側に固定されると共に、前記冷却機構に連結されて冷却液が供給される冷却パイプと、を備え、
    前記複数の熱伝導体は、
    前記電池ブロックを構成する角型電池の隙間に挟まれて角型電池を絶縁状態で冷却すると共に、各々が分離して配置される複数の吸熱プレートと、
    前記複数の吸熱プレートの側縁又は下縁に設けられると共に、前記電池ブロックの側面又は下面に位置する複数の熱伝導ブロックと、を有し、
    前記複数の熱伝導ブロックは、前記冷却パイプを熱伝導ブロックに隣接した位置に案内する案内溝を有すると共に、前記冷却パイプと熱結合されることを特徴とする車両用の電源装置。
  2. 車両を走行させるモータに電力を供給する組電池と、この組電池を冷却する冷却機構とを備える車両用の電源装置であって、
    組電池が、複数の角型電池を所定の隙間で互いに積層状態に配置してなる電池ブロックと、この電池ブロックを構成する角型電池の隙間に挟まれて角型電池を絶縁状態で冷却する複数の吸熱プレートと、前記電池ブロックの外側に固定されて、各々の吸熱プレートに熱結合してなる冷却パイプとを備え、
    冷却パイプが前記冷却機構に連結されて、冷却機構から供給される冷却液で冷却パイプが冷却され、この冷却パイプが前記複数の吸熱プレートを介して角型電池を絶縁しながら冷却するようにしてなり、
    前記複数の吸熱プレートのうちの各々の吸熱プレートが分離して角型電池の間に配設されると共に、各々の吸熱プレートの側縁又は下縁に設けられる熱伝導ブロックを複数備え
    更に、前記複数の熱伝導ブロックに冷却パイプを案内する案内溝を設けてなる車両用の電源装置。
  3. 前記複数の熱伝導ブロックは、前記複数の角型電池の積層方向に沿って積層されると共に、前記複数の熱伝導ブロックのこの積層方向におけるそれぞれの長さが、角型電池の厚さよりも短くなるように形成されることを特徴とする請求項1または請求項2に記載される車両用の電源装置。
  4. さらに、前記複数の熱伝導ブロックと密着する状態で配置される断熱材を備え、
    前記冷却パイプは、前記断熱材と前記複数の熱伝導ブロックとにより挾持されることを特徴とする請求項1または請求項2に記載される車両用の電源装置。
  5. 前記電池ブロックは、対向する両側面を有しており、
    前記複数の熱伝導ブロックが前記電池ブロックの両側面に配置される請求項1または請求項2に記載される車両用の電源装置。
  6. 前記複数の熱伝導ブロックが電池ブロックの下面に配設されて、前記複数の吸熱プレートの下端縁を前記複数の熱伝導ブロックに熱結合している請求項1または請求項2に記載される車両用の電源装置。
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