JP4136269B2

JP4136269B2 - 電源装置

Info

Publication number: JP4136269B2
Application number: JP2000130364A
Authority: JP
Inventors: 良治高崎; 達人堀内; 英樹岡島
Original assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Current assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Priority date: 2000-04-28
Filing date: 2000-04-28
Publication date: 2008-08-20
Anticipated expiration: 2020-04-28
Also published as: JP2001313090A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、主として、ハイブリッド自動車や電気自動車等の自動車を駆動するモーターの電源用に使用される大電流用の電源装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
自動車走行用のモーターを駆動する電源に使用される大電流用の電源装置は、複数の電池を直列に連結した電源モジュールをさらに直列に接続して出力電圧を高くしている。駆動モーターの出力を大きくするためである。この種の用途に使用される電源装置は、極めて大きな電流が流れる。たとえば、ハイブリッド自動車等では、スタートするときや加速するときに、電池の出力で自動車を加速するので、極めて大きな電流が流れる。さらに、短時間で急速充電するときにも大きな電流が流れる。
【０００３】
大電流を流して使用される電源装置は、電池の温度が上昇したときに、強制的に冷却する必要がある。複数本の電源モジュールを、複数列に横に並べてホルダーケースに入れている電源装置は、各々の電源モジュールを均等に冷却することが大切である。冷却される電池の温度にむらができると、温度が高くなる電池の性能が低下しやすいからである。
【０００４】
ホルダーケースに複数の電源モジュールを収納して、各々の電源モジュールをより均等に冷却する構造は、たとえば、特開平１０−２７００９５号公報に記載される。この公報に記載される電源装置は、図１の断面図に示すように、ホルダーケース２２の下部を空気の流入口２３として上部を排出口２４とし、下部の流入口２３から上部の排出口２４に空気を流動させて、内部に収納している電源モジュール２１を冷却する。ホルダーケース２２の内部には、電源モジュール２１の表面に流す空気の流速を調整するための冷却調整フィン２５を配設している。
【０００５】
この構造のホルダーケース２２は、上部に配設される電源モジュール２１の表面を流れる空気の流速を、下部の電源モジュール２１の表面を流れる空気の流速よりも速くしている。上部と下部の電源モジュール２１の表面を流れる空気の流速を同じにすると、下部の電源モジュール２１の表面を通過する空気温度が低いために、下部の電源モジュール２１が上部よりも効果的に冷却されて、上部と下部で電源モジュール２１に温度差ができるからである。
【０００６】
冷却調整フィン２５は、上部の電源モジュール２１の表面の空気の流速を下部よりも速くするために、冷却調整フィン２５と電源モジュール２１との間の空気の流動隙間を、上方に向かって次第に狭くしている。流動隙間が狭くなると、空気の流速は速くなるからである。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
この構造の電源装置は、下部の電源モジュールを冷たい空気で冷却し、上部の電源モジュールを速い流速で冷却して、上下の電源モジュールをより均一な環境で冷却する。しかしながら、この構造では、上下の電源モジュールを均一な条件で冷却するのが極めて難しい。それは、下部の電源モジュールを冷却する空気温度が低く、上部の電源モジュールを冷却する空気温度が高くなるからである。高温の空気で冷却される上部の電源モジュールは、表面を流れる空気の流速を速くしても、下部の電源モジュールと同じように効率よく冷却するのが難しい。このため、空気の流入口の近傍に配設される電源モジュールは効率よく冷却されるが、空気の排出口の近傍に配設される電源モジュールを効率よく冷却するのが難しく、ホルダーケースに収納している電源モジュールに温度差ができる欠点がある。排出口の近傍にあって、効率よく冷却するのが極めて難しい電源モジュールは、高温になって劣化しやすい弊害がある。
【０００８】
本発明は、このような従来の電源装置の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、ホルダーケースに収納している電源モジュールの全体をより均一に冷却して、温度差に起因する電池性能の低下を有効に防止できる電源装置を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明の電源装置は、複数の二次電池を直線状に接続している複数本の電源モジュール１と、この電源モジュール１を内部に平行に複数列に並べて収納しており、かつ、内部を通過する空気で収納している電源モジュール１を冷却するホルダーケース２と、ホルダーケース２に冷却空気を強制的に供給または吸引して送風するファン９とを備える。ホルダーケース２は、第１表面プレート２ａと第２表面プレート２ｂを対向させて、第１表面プレート２ａと第２表面プレート２ｂとの間に、第１表面プレート２ａと第２表面プレート２ｂに平行に、電源モジュール１を複数列に並べて配設してなる箱形である。
また、ホルダーケース２は、表面プレートを電源モジュール１の表面に沿わせる溝形に成形して、溝形の底部と溝形の中間とをスリット状に開口して流入口１３と排気口１４としている。
さらに、第１表面プレート２ａは、ホルダーケース２に、空気を流入させる流入口１３を開口しており、かつ、第２表面プレート２ｂは、流入口１３から流入した空気を外部に排出する排気口１４を開口している。さらにまた、流入口１３及び排気口１４は、電源モジュール１の表面に沿って、冷却空気を流動させるスリット状で、表面プレートの溝形の底部と溝形の中間に開口してなるスリットでもって、電源モジュール１に対して対称でない位置に配設されている。
【００１０】
本発明の電源装置は、第１表面プレート２ａの表面に、空気の流入ダクト１５を設けることができる。この電源装置は、流入ダクト１５から流入口１３に空気を通過させて区画室４に空気を流入できる。さらに、第１表面プレート２ａに開口している流入口１３は、好ましくは、流入ダクト１５の上流側を下流側よりも小さくする。この構造の装置は、全ての区画室４に均一に冷却空気を供給できる。
【００１１】
さらに、本発明の電源装置は、第２表面プレート２ｂの表面に空気の排出ダクト１６を設けることもできる。この電源装置は、各々の区画室４を通過して排気口１４から排出される空気を、排出ダクト１６で一緒にして排気する。さらに、第２表面プレート２ｂに開口している排気口１４は、好ましくは、排出ダクト１６の上流側を下流側よりも大きくする。この構造の装置は、全ての区画室４に均一に冷却空気を供給できる。
【００１２】
さらに、本発明の電源装置は、好ましくは、流入口１３と排気口１４を、電源モジュール１の縦方向に延長しているスリットとする。
【００１３】
【００１４】
【発明の実施の形態】
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。
【００１５】
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、「特許請求の範囲の欄」、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。
【００１６】
図２に示す電源装置は、複数本の電源モジュール１と、この電源モジュール１を内蔵しているホルダーケース２と、ホルダーケース２の電源モジュール１を冷却するファン９とを備える。ホルダーケース２の外観斜視図を図３に示し、ホルダーケース２の一部を切断した斜視図を図４に示す。これ等の図に示すように、ホルダーケース２は、電源モジュール１を内部に平行に複数列に並べて収納しており、内部を通過する空気で電源モジュール１を冷却するようにしている。
【００１７】
電源モジュール１は、複数の二次電池を直線状に接続したもので、電源モジュール１は、たとえば、６本の二次電池６を、直線状に直列に連結している。ただし、電源モジュールは、１本の二次電池で構成することもできる。図５に示す電源モジュール１は、円筒型の二次電池６を皿状接続体７で直線状に連結している。電源モジュール１の両端には、正極端子５Ａと負極端子５Ｂからなる電極端子５を連結している。
【００１８】
皿状接続体７が二次電池６を直線状に連結する構造を、図５と図６に示している。この構造の電源モジュール１は、皿状接続体７の円盤部７Ａを、円筒型の二次電池６の正極に溶接して接続している。皿状接続体７の円盤部７Ａは、二次電池６の正極に溶接するプロジェクション７ａを設けている。皿状接続体７のプロジェクション７ａが正極に溶接されるとき、プロジェクション７ａの上面に溶接用電極棒が押圧される。皿状接続体７と二次電池６とのショートを阻止するために、皿状接続体７と二次電池６との間に、リング状に絶縁体８が挟着される。
【００１９】
さらに、皿状接続体７は、フランジ部７Ｂの内側に二次電池６を挿入して、フランジ部７Ｂを二次電池６の負極である外装缶６Ａに溶接する。フランジ部７Ｂも、円盤部７Ａと同じように、内面に設けたプロジェクション７ａを外装缶６Ａに溶接する。このとき、フランジ部７Ｂには、プロジェクション７ａの外側に溶接用電極棒が押圧される。
【００２０】
直列に連結される二次電池は、図示しないが、皿状接続体を使用することなく、Ｕ曲したリード板の対向面を互いに溶接して連結することもできる。この電源モジュールは、二次電池を放電させる方向に、大電流をパルス通電して、Ｕ曲したリード板の対向面を溶着する。さらに、電源モジュールは、二次電池の＋−の電極の間に金属板を挟着する状態で、二次電池を放電させる方向に大電流パルス通電処理をして、金属板を二次電池の電極に溶着することもできる。
【００２１】
さらにまた、二次電池の間に金属板を挟着することなく、二次電池の＋−の電極を直接に溶着することもできる。この二次電池は、正極端子である封口板の上部表面に円錐状の突起を設け、この突起を隣接する二次電池の負極端子に大電流パルス通電して溶接する。
【００２２】
複数の二次電池６が互いに直列に連結された電源モジュール１は、二次電池６の正極側には正極端子５Ａを接続し、負極側には負極端子５Ｂを接続する。
【００２３】
電源モジュール１の二次電池６は、ニッケル−水素電池である。ただ、電源モジュール１の二次電池６は、ニッケル−カドミウム電池やリチウムイオン二次電池等を使用することもできる。
【００２４】
電源モジュールは、図示しないが、各二次電池の表面に温度センサーを固定している。温度センサーは、電池温度を検出できる素子である。この温度センサーには、好ましくは、電池温度で電気抵抗が変化するにＰＴＣが使用される。各二次電池の表面に固定される温度センサーは、センサーリードを介して直列に、直線状に連結されて、電源モジュールの表面に縦方向に延長して固定される。温度センサーとセンサーリードは、表面を被覆する熱収縮チューブ等で二次電池の表面に固定される。
【００２５】
ホルダーケース２は、図２ないし図４に示すように、両面に対向して、第１表面プレート２ａと第２表面プレート２ｂを有する箱形で、第１表面プレート２ａと第２表面プレート２ｂと平行な面内に、複数列に電源モジュール１を横に並べて配設している。図のホルダーケース２は、内部に２段１０列に電源モジュール１を収納している。
【００２６】
ホルダーケース２は、上下の蓋ケース２Ａと、蓋ケース２Ａの間に配設される中間ケース２Ｂとを備える。蓋ケース２Ａは、第１表面プレート２ａを一体成形している第１蓋ケースと、第２表面プレート２ｂを一体成形している第２蓋ケースとからなる。蓋ケース２Ａと中間ケース２Ｂは、全体をプラスチックで成形しており、これ等を組み立ててホルダーケース２としている。
【００２７】
さらに、ホルダーケース２は、図２と図４に示すように、横に並べて収納している電源モジュール１の間に隔壁３を設けている。隔壁３は、第１表面プレート２ａと第２表面プレート２ｂまで延長されて、内部を複数の区画室４に区画している。図に示すホルダーケース２は、隔壁３を、蓋ケース２Ａに一体成形している両側部３Ａと、中間ケース２Ｂに一体成形している中央部３Ｂとの３領域に分割し、その境界を隙間なく当接している。この構造の隔壁３は、両側部３Ａを、第１表面プレート２ａと第２表面プレート２ｂに連結する構造となる。ただし、図示しないが、隔壁の全体を蓋ケースに一体成形し、あるいは、中間ケースに一体成形することもできる。中間ケースに全体を一体成形している隔壁は、その両側縁を第１表面プレートと第２表面プレートの内面に当接する位置まで延長して、空気漏れしないように第１表面プレートと第２表面プレートに密着させる。
【００２８】
各々の区画室４には、電源モジュール１が配設される。図のホルダーケース２は、各々の区画室４に２段２列に電源モジュール１を収納している。電源モジュール１を区画室４の定位置に配設するために、図４に示すように、区画室４の内面に突出して、保持リブ１０を一体成形している。保持リブ１０は、蓋ケース２Ａと中間ケース２Ｂに一体成形して設けられ、蓋ケース２Ａと中間ケース２Ｂの保持リブ１０で電源モジュール１を挟着して定位置に保持する。電源モジュール１は、区画室４の内面との間に、空気を通過できる隙間ができるように、保持リブ１０で保持される。保持リブ１０は、電源モジュール１に対して横方向に延長して設けられる。
【００２９】
各々の区画室４に配設される４本の電源モジュール１を均一に冷却するために、区画室４は、電源モジュール１の中央に位置して拡散プレート１１を配設している。拡散プレート１１は、横断面を十字状とし、電源モジュール１の縦方向に延長して設けられる。拡散プレート１１は中間ケース２Ｂに一体成形して設けられる。拡散プレート１１は、一定の間隔で設けている複数の保持リブ１０を介して中間ケース２Ｂに連結される。拡散プレート１１は、４本の電源モジュール１の隙間に向かって延長される十字状で、区画室４を通過する冷却空気を矢印で示すように、拡散させて全体の電源モジュール１を均一に冷却する。したがって、十字状の拡散プレート１１は、電源モジュール１表面との間に空気を通過できる隙間を設けている。
【００３０】
さらに、図に示すホルダーケース２は、隔壁３の両側に分流リブ１２を設けている。分流リブ１２は、中間ケース２Ｂに一体成形して設けられる。分流リブ１２は、２段に配列している電源モジュール１の間にあって、表面プレートと平行な方向に延長して設けられる。この分流リブ１２は、拡散プレート１１で分流された冷却空気を、さらに図の矢印で示すように分流して、電源モジュール１の全面を均一に冷却する。
【００３１】
【００３２】
さらに、ホルダーケース２は、図７に示すように、１段に電源モジュール１を収納することもできる。このホルダーケース２は、中間ケースを省略して、上下の蓋ケース２Ａで構成している。上下の蓋ケース２Ａは、電源モジュール１の間に隔壁３を一体成形して設けており、これらの隔壁３で内部を複数の区画室４に区画している。図に示すホルダーケース２は、各区画室４に２列に電源モジュール１を配設すると共に、図において右端の区画室４には１列に電源モジュール１を配設している。ただ、ホルダーケースは、各区画室に、１列に電源モジュールを配設することも、３列以上に電源モジュールを配設することもできる。
【００３３】
ホルダーケース２は、各々の区画室４に、分流された冷却空気を通過させる。このことを実現するために、第１表面プレート２ａを貫通して、各々の区画室４を分流して空気を流入させる流入口１３を開口しており、第２表面プレート２ｂを貫通して、各々の区画室４の空気を外部に排出する排気口１４を開口している。
【００３４】
ホルダーケース２は、隣接して並べている電源モジュール１の間を溝形に成形している。溝形は、電源モジュール１の谷間の部分で、表面プレートを電源モジュール１の表面に沿わせる形状である。図２ないし図４のホルダーケース２は、溝形に成形している底の部分に、スリット状に空気の流入口１３を開口し、溝形に成形している中間にスリット状の排気口１４を開口している。図７に示すホルダーケース２は、溝形に成形している底の部分の近傍に、スリット状に空気の流入口１３と排気口１４を開口している。さらに、図７の排気口１４は、溝形の底部に対称な位置には配設されず、多少偏在して開口している。さらに、図８のホルダーケース２は、溝形に成形している底の部分に、スリット状に空気の排気口１４を開口し、溝形に成形している中間にスリット状の流入口１３を開口している。スリット状の流入口１３と排気口１４は、電源モジュール１の縦方向に延長して開口される。この形状のホルダーケース２は、電源モジュール１の表面に沿って、冷却空気を速やかに流動させて、効率よく冷却できる特長がある。
【００３５】
図２の電源装置は、第１表面プレート２ａの表面に空気の流入ダクト１５を設けている。流入ダクト１５はファン９に連結され、ファン９は流入ダクト１５に冷却空気を強制的に供給する。流入ダクト１５の冷却空気は、各々の流入口１３に分流されて、各々の区画室４に流入される。全ての区画室４に均一に冷却空気を通過させるために、図の装置は、流入ダクト１５の上流側の流入口１３を、下流側の流入口１３よりも小さくしている。流入ダクト１５の上流側は、ファン９から供給される冷却空気の圧力が高いので、小さい流入口１３から多量の空気が供給される。流入ダクト１５の下流側においては、冷却空気の圧力が低くなるので、流入口１３を大きくして区画室４に供給される空気量を多くしている。したがって、この構造の装置は、全ての区画室４に均一に冷却空気を供給できる。
【００３６】
さらに、図７と図８に示す電源装置は、第２表面プレート２ｂの表面に空気の排出ダクト１６を設けている。排出ダクト１６はファン９に連結され、ファン９は排出ダクト１６の冷却空気を強制的に吸引して排気する。排出ダクト１６は、各々の区画室４から排出される空気を一緒にして排気する。各々の区画室４に均一に冷却空気を通過させるために、図７と図８の装置は、排出ダクト１６の上流側の排出口１４を、下流側の排出口１４よりも大きくしている。排出ダクト１６の下流側は、ファン９で効率よく冷却空気が吸引されるので、小さい排出口１４から多量の空気が排出される。したがって、この構造の装置は、全ての区画室４に均一に冷却空気を通過できる。
【００３７】
とくに、図７に示す電源装置は、排出ダクト１６の上流側の排出口１４に対向する流入口１３を、下流側の排出口１４に対向する流入口１３よりも小さくしている。流入口１３は、図において、右側から左側に向かって次第に小さくしている。この電源装置は、狭い流入口１３から流入される空気の流速を、広い流入口１３から流入される空気よりも速くできる。このため、ファン９から離れた位置にある電源モジュール１であっても効率よく冷却できる。図に示す電源装置は、ファン９で冷却空気を強制的に吸引してホルダーケース２に送風しているが、ファンで冷却空気をホルダーケースに強制的に供給して、電源モジュールを冷却することもできる。
【００３８】
【発明の効果】
本発明の電源装置は、ホルダーケースに収納している電源モジュールの全体をより均一に冷却して、温度差に起因する電池性能の低下を有効に防止できる特長がある。とくに、本発明の電源装置は、両面に対向して第１表面プレートと第２表面プレートを有する箱形のホルダーケースの内部に、第１表面プレートと第２表面プレートと平行な面内に複数列に並べて複数本の電源モジュールを収納しており、さらに、ホルダーケースは、隔壁で内部を複数の区画室に区画して、各々の区画室に電源モジュールを配設しており、さらにまた、ホルダーケースは、第１表面プレートを貫通して、各々の区画室に分流して空気を流入させる流入口を開口すると共に、第２表面プレートを貫通して、各々の区画室の空気を外部に排出する排気口を開口している。電源装置は、ファンでもって、第１表面プレートの流入口から区画室に空気を流入させて、第２表面プレートの排気口から区画室の空気を排気できるので、区画室の電源モジュールを効率よく冷却できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来の電源装置の断面図
【図２】本発明の実施例の電源装置の水平断面図
【図３】図２に示す電源装置のホルダーケースの外観斜視図
【図４】図３に示すホルダーケースの一部断面斜視図
【図５】図２に示す電源装置に内蔵される電源モジュールの側面図
【図６】図５に示す電源モジュールの分解断面図
【図７】本発明の他の実施例の電源装置の水平断面図
【図８】本発明の他の実施例の電源装置の水平断面図
【符号の説明】
１…電源モジュール
２…ホルダーケース２Ａ…蓋ケース２Ｂ…中間ケース
２ａ…第１表面プレート２ｂ…第２表面プレート
３…隔壁３Ａ…両側部３Ｂ…中央部
４…区画室
５…電極端子５Ａ…正極端子５Ｂ…負極端子
６…二次電池６Ａ…外装缶
７…皿状接続体７Ａ…円盤部７Ｂ…フランジ部
７ａ…プロジェクション
８…絶縁体
９…ファン
１０…保持リブ
１１…拡散プレート
１２…分流リブ
１３…流入口
１４…排気口
１５…流入ダクト
１６…排出ダクト
２１…電源モジュール
２２…ホルダーケース
２３…流入口
２４…排出口
２５…冷却調整フィン

Claims

複数の二次電池(6)を直線状に接続している複数本の電源モジュール(1)と、この電源モジュール(1)を内部に収納しており、かつ、内部を通過する空気で収納している電源モジュール(1)を冷却するホルダーケース(2)と、ホルダーケース(2)に冷却空気を強制的に供給または吸引して送風するファン(9)とを備え、
ホルダーケース(2)は、第１表面プレート(2a)と第２表面プレート(2b)を対向させて、第１表面プレート(2a)と第２表面プレート(2b)との間に、第１表面プレート(2a)と第２表面プレート(2b)に平行に電源モジュール(1)を複数列に並べて配設してなる箱形であり、
前記ホルダーケース (2) は、表面プレートを電源モジュール (1) の表面に沿わせる溝形に成形して、溝形の底部と溝形の中間とをスリット状に開口して流入口 (13) と排気口 (14) としており、
さらに、第１表面プレート(2a)は、ホルダーケース(2)に空気を流入させる流入口(13)を開口しており、かつ、第２表面プレート(2b)は、流入口(13)から流入した空気を外部に排出する排気口(14)を開口しており、
流入口(13)及び排気口(14)は、電源モジュール(1)の表面に沿って、冷却空気を流動させるスリット状で、かつ前記表面プレートの溝形の底部と溝形の中間に開口してなるスリットでもって、電源モジュール (1) に対して対称でない位置に配設されてなる電源装置。
第１表面プレート(2a)の表面に空気の流入ダクト(15)を設けている請求項１に記載の電源装置。
第１表面プレート(2a)に開口している流入口(13)が、流入ダクト(15)の上流側を下流側よりも小さくしている請求項２に記載の電源装置。
第２表面プレート(2b)の表面に空気の排出ダクト(16)を設けている請求項１に記載の電源装置。
第２表面プレート(2b)に開口している排気口(14)が、排出ダクト(16)の上流側を下流側よりも大きくしている請求項４に記載の電源装置。