(57)【要約】      （修正有）【課題】極めてシンプルな構造で車両に簡単に搭載する。故障を極減して、安定して電池を冷却する。【解決手段】電源装置は、複数の電池モジュール２と、この電池モジュール２を収納しているケース１と、ケース１内に収納している電池モジュール２を循環する冷媒で冷却する冷却機構３と、この冷却機構３に循環される冷媒を循環させて、冷媒を冷却する放熱器４とを備える。電源装置は、ケース１の上面に固定しているトップカバー５に液密構造の空洞を設け、この空洞を冷却機構３に連結して、冷却機構３の冷媒を循環させて、トップカバー５を冷媒の放熱器４に併用し、トップカバー５でもって冷却機構３に循環させる冷媒を冷却している。【選択図】図３
2006127921.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の電池モジュール(2)と、この電池モジュール(2)を収納しているケース(1)と、ケース(1)内に収納している電池モジュール(2)を循環する冷媒で冷却する冷却機構(3)と、この冷却機構(3)に循環される冷媒を循環させて、冷媒を冷却する放熱器(4)とを備える電源装置であって、
ケース(1)の上面に固定しているトップカバー(5)に液密構造の空洞(6)を設け、この空洞(6)を冷却機構(3)に連結して、冷却機構(3)の冷媒を循環させて、トップカバー(5)を冷媒の放熱器(4)に併用し、トップカバー(5)でもって冷却機構(3)に循環させる冷媒を冷却するようにしてなる電源装置。
【請求項２】
トップカバー(5)が、上プレート(5A)と下プレート(5B)からなる２枚の金属板を液密構造の空洞(6)ができるように連結している積層金属板である請求項１に記載される電源装置。
【請求項３】
トップカバー(5)が、金属板に凹部(7)を設けて、凹部(7)の底を他の金属板に連結している積層金属板である請求項２に記載される電源装置。
【請求項４】
冷却機構(3)がケース(1)に収納された熱交換器(10)で、熱交換器(10)を電池モジュール(2)に熱結合して、電池モジュール(2)を熱交換器(10)で冷却するようにしてなる請求項１に記載される電源装置。
【請求項５】
冷媒を自然対流で冷却機構(3)とトップカバー(5)の空洞(6)とに循環し、又は循環ポンプで冷媒を循環させる請求項１に記載される電源装置。
【請求項６】
トップカバー(5)が、アルミニウム又はアルミニウム合金である請求項１に記載される電源装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、主として、ハイブリッドカー、電気自動車、燃料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電源装置に関し、とくに、ケースに収納している電池モジュールを効率よく冷却する電源装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
車両用の電源装置のように、大きな出力が要求される電源装置は、多数の電池を直列に連結して出力電圧を高くしている。この種の電源装置は、電池を大電流で充放電するときに電池温度が高くなる。電池の温度上昇は、電池の性能を低下して寿命を短くする。電池を温度障害から防止するために、電池温度が上昇するときに、電池を強制的に冷却する冷却機構を設けている。冷却機構として、ケース内に外気を強制送風して電池を強制冷却するものが一般的に使用される。しかしながら、空気を強制送風する冷却機構は、電池を温度むらができないように冷却するのが難しい。また、電池の発生熱量が多くなると、強制送風する空気の風量を相当に多くする必要があるので、騒音が大きくなる欠点がある。この欠点を解消するために、液体の冷媒で電池を冷却する構造、すなわち風冷を液冷に変更する冷却機構が開発されている（特許文献１参照）。
【特許文献１】特開平１１−３０７１３９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
この公報は、電池をシリコンオイルで冷却する冷却装置を記載している。この冷却装置は、電池を収納するケースを密閉して、シリコンオイルを充填している。さらに、シリコンオイルを冷却するために、冷媒配管を配置している。冷媒配管はシリコンオイルを冷却し、シリコンオイルが電池を冷却する。シリコンオイルを冷却する冷媒配管は、コンプレッサーで加圧され、凝縮器で液化され、膨張弁を通過した液状の冷媒を供給して、内部で気化させてその蒸発熱でシリコンオイルを冷却する。
【０００４】
この冷却装置は、車両空調用の冷凍サイクルを使用して、シリコンオイルを冷却する。この構造によると、車両空調用の冷媒ラインに、冷媒配管を連結するので、車両への搭載に手間がかかる。とくに、冷媒配管は、空気や湿気が侵入しないように、冷媒ラインに連結する必要があり、さらに、冷媒ラインが高圧であるから、冷媒が漏れないように金属配管で連結する必要があって、簡単には連結できない。さらに、空調用として車両に搭載している圧縮器と凝縮器からなる冷凍サイクルを併用するので、車両と電池の両方を冷却するために、冷凍サイクルの冷却能力を大きくする必要がある。このため、冷却能力の大きな圧縮器をエンジンで運転し、さらに大容量の凝縮器を設ける必要があり、このことも、車両への簡単な搭載を難しくしている。さらに、圧縮器が故障し、あるいは高圧の冷媒ラインから冷媒が漏れる等の故障が発生すると、車両の冷房が停止すると共に、電池を冷却できなくなる欠点がある。さらに、車両を冷房する熱交換器と、電池を冷却する冷媒配管とに冷媒を分流して、電池を冷却するので、電池を冷却するときに、室内の冷房能力が低下し、また、室内を冷房するときに電池の冷却能力が低下する等の欠点もある。以上のように、この公報に記載される冷却装置は、構造が複雑で故障しやすく、車両への実装に手間がかかって簡単に搭載できない欠点がある。
【０００５】
本発明は、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、極めてシンプルな構造で車両に簡単に搭載でき、故障を極減して、安定して電池を冷却できる電源装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の電源装置は、前述の目的を達成するために以下の構成を備える。電源装置は、複数の電池モジュール２と、この電池モジュール２を収納しているケース１と、ケース１内に収納している電池モジュール２を循環する冷媒で冷却する冷却機構３と、この冷却機構３に循環される冷媒を循環させて、冷媒を冷却する放熱器４とを備える。電源装置は、ケース１の上面に固定しているトップカバー５に液密構造の空洞６を設け、この空洞６を冷却機構３に連結して、冷却機構３の冷媒を循環させて、トップカバー５を冷媒の放熱器４に併用し、トップカバー５でもって冷却機構３に循環させる冷媒を冷却している。
【０００７】
トップカバー５は、上プレート５Ａと下プレート５Ｂからなる２枚の金属板を液密構造の空洞６ができるように連結している積層金属板とすることができる。さらに、トップカバー５は、金属板に凹部７を設けて、凹部７の底を他の金属板に連結している積層金属板とすることができる。トップカバー５は、アルミニウム又はアルミニウム合金とすることができる。
【０００８】
冷却機構３は、ケース１に収納された熱交換器１０として、熱交換器１０を電池モジュール２に熱結合して、電池モジュール２を熱交換器１０で冷却することができる。
【０００９】
本発明の電源装置は、冷媒を自然対流で冷却機構３とトップカバー５の空洞６とに循環させることができ、又は循環ポンプで冷媒を循環させることができる。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の電源装置は、極めてシンプルな構造で車両に簡単に搭載できると共に、故障を極減して、安定して電池を冷却できる特長がある。それは、本発明の電源装置が、ケース内に収納している電池モジュールを、循環する冷媒で冷却する冷却機構を備えており、ケースの上面に固定しているトップカバーに液密構造の空洞を設けると共に、この空洞を冷却機構に連結して、この空洞に冷却機構の冷媒を循環させて、トップカバーでもって冷却機構に循環させる冷媒を冷却しているからである。本発明の電源装置は、従来の装置のように、車両空調用の冷媒ラインに、冷媒配管を連結することなく、ケースの上面に配設したトップカバーを放熱器に併用して、このトップカバーで冷媒を冷却する。したがって、極めてシンプルな構造としながら、複雑な配管をすることなく、冷媒配管の連結を簡単にしながら車両に搭載できる。しかも、車両の空調に影響を受けないので、室内を冷房するときであっても、電池の冷却能力が低下させることなく安定して電池を冷却できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
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。
【００１２】
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。
【００１３】
以下、本発明の電源装置が車両に搭載される具体例を詳述する。ただし、本発明の電源装置は車両のみでなく、車両以外の用途にも使用できるのは言うまでもない。ただ、本発明の電源装置は、上面のトップカバーを放熱器に併用するので、如何なる使用状態においても、トップカバーを放熱器として放熱できる用途に使用される。
【００１４】
図１ないし図５に示す電源装置は、複数の電池モジュール２と、この電池モジュール２を収納しているケース１と、ケース１内に収納している電池モジュール２を循環する冷媒で冷却する冷却機構３と、この冷却機構３に循環される冷媒を循環させて、冷媒を冷却する放熱器４とを備える。
【００１５】
電池モジュール２は、複数の二次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２は、４〜８本の、たとえば５又は６本の二次電池を、直列接続して直線状に連結している。ただし、電池モジュール２は、１本の二次電池で構成することもできる。電池モジュール２は、円筒型あるいは角型の二次電池を、金属板の接続体を介して、あるいは接続体を介することなく電池端面を直接に直列接続して直線状に連結している。電池モジュール２の両端には、正極端子と負極端子からなる電極端子８を連結している。電極端子８は、金属板のバスバー（図示せず）をネジ止して、隣接する電池モジュール２を直列に、あるいは並列に連結する。
【００１６】
電池モジュール２の二次電池は、ニッケル−水素電池である。ただ、電池モジュールの二次電池は、たとえばニッケル−カドミウム電池やリチウムイオン二次電池等、充電できる全ての電池とすることもできる。
【００１７】
図に示すケース１は、複数の電池モジュール２を２段に並べて収納している。各段の電池モジュール２は、互いに平行に並べられてケース１に収納される。図に示すケース１は、電池モジュール２を収納しているインナーケース１Ａと、このインナーケース１Ａを内部に収納している外ケース１Ｂとを備える。インナーケース１Ａは、電池モジュール２を定位置に配置する案内溝９を内面に設けている。電池モジュール２は、案内溝９に嵌着されて、インナーケース１Ａ内の定位置に配置される。図の外ケース１Ｂは、上面を開口して、開口部をトップカバー５で閉塞している。ただし、外ケースは上面を閉塞する形状として、上面にトップカバーを積層する構造とすることもできる。さらに、ケースは、必ずしもインナーケースと外ケースとで構成する必要はなく、複数の電池モジュールを２段に並べて内部に収納できる種々の構造とすることもできる。
【００１８】
冷却機構３は、ケース１内の電池モジュール２に熱結合されて、電池モジュール２を冷却する。図の冷却機構３は、２段の電池モジュール２の間に配置している内部熱交換器１０である。内部熱交換器１０は、銅管等の金属パイプである冷媒配管１１に、多数のフィン１２を固定している。フィン１２は、熱伝導をよくするために、アルミニウムやアルミニウム合金で製作される。内部熱交換器１０は、フィン１２を、インナーケース１Ａの中間ケース１ａを介して電池モジュール２に熱結合している。本明細書において「熱結合」とは、電池の熱を伝導させる状態で配置している状態を意味する。図の中間ケース１ａは、電池モジュール２の表面に接触し、さらに内部熱交換器１０のフィン１２に接触して、電池モジュール２の熱を内部熱交換器１０に伝導させる。この状態で熱結合している電池モジュール２と内部熱交換器１０は、電池モジュール２の熱を、インナーケース１Ａを介してフィン１２に、フィン１２の熱を冷媒配管１１に、冷媒配管１１の熱を冷媒に伝導して、冷媒で電池モジュール２を冷却する。
【００１９】
図の電源装置は、内部熱交換器１０の上面と下面にインナーケース１Ａの中間ケース１ａを配設して、上面と下面の中間ケース１ａの間に内部熱交換器１０を配設している。中間ケース１ａは、内部熱交換器１０との対向面に、内部熱交換器１０のフィン１２を嵌合するスリット１３を設けている。また、インナーケース１Ａは、電池モジュール２との対向面には、電池モジュール２の表面に沿う案内溝９を設けている。この形状のインナーケース１Ａは、プラスチックを成形して製作される。
【００２０】
インナーケース１Ａは、案内溝９に入れる電池モジュール２に広い面積で接触する。このため、電池モジュール２とインナーケース１Ａとの熱伝導を良好にできる。また、内部熱交換器１０のフィン１２との接触面積を大きくして、内部熱交換器１０との熱伝導も良くして、内部熱交換器１０と電池モジュール２との熱伝導を良くする。ただし、内部熱交換器は、インナーケースを介することなく、フィンを直接に電池モジュールに接触させて、内部熱交換器と電池モジュールとを熱結合することができる。
【００２１】
さらに、本発明は、冷却機構を内部熱交換器に特定しない。図示しないが、ケース内を冷媒が漏れないように液密に密閉し、冷媒を直接に電池モジュールに接触させる冷却機構とすることもできる。この冷却機構は、冷媒を直接に電池モジュールに接触させて、電池モジュールの熱を効率よく冷媒に伝導できる。いいかえると、冷媒で効率よく電池モジュールを冷却できる。この電池モジュールに直接に接触する状態でケースに充填される冷媒は、電池モジュールをショートしないように、絶縁性の液体で熱伝導特性に優れた液体、たとえばシリコンオイル等を使用する。また、トランスを冷却するためにケース内に絶縁油として充填される絶縁油も冷媒として使用できる。
【００２２】
トップカバー５は、ケース１の上面に固定されて、内部には液密構造の空洞６を設けている。トップカバー５の空洞６は、ケース１内の冷却機構３に連結されて、冷却機構３の冷媒を循環させる。このトップカバー５は、内部に循環される冷媒を冷却する。このトップカバー５は、冷媒の放熱器４に併用される。トップカバー５は、ケース１の上面に固定されて広い放熱面積を有し、内部の冷媒を効率よく冷却する。トップカバー５で冷却された冷媒は、ケース１内の冷却機構３に循環されて電池モジュール２を冷却する。
【００２３】
トップカバー５は、アルミニウムやアルミニウム合金で製作される。トップカバー５を車両のフロアパネルの一部に併用する電源装置は、トップカバー５を耐荷重の優れた金属板で製作する。このトップカバー５は、好ましくはアルミニウム合金で製作する。アルミニウム合金のトップカバー５は、軽くて強靭にできる。とくに、焼き入れできるアルミニウム合金が適している。このトップカバー５は、アルミニウム板をプレス成形した後、焼き入れしてさらに強度を向上できる。
【００２４】
トップカバー５は、上プレート５Ａと下プレート５Ｂからなる２枚の金属板を、液体の冷媒が漏れないように、液密構造の空洞６ができるように連結している積層金属板である。このトップカバー５は、金属板である上プレート５Ａと下プレート５Ｂをシーム溶接して、内部に液密構造の空洞６を設けることができる。さらに、トップカバー５は、図に示すように、金属板に凹部７を設け、凹部７の底を他の金属板に連結することで耐荷重を向上できる。図のトップカバー５は、上プレート５Ａに複数の凹部７を設けて、これを下プレート５Ｂに連結している。凹部７は周囲に周壁がある。この周壁は、上プレート５Ａと下プレート５Ｂに連結されて補強リブとなって、トップカバー５の耐荷重を向上させる。図のトップカバー５は、上プレート５Ａに凹部７を設けているが、下プレートに凹部を設けることもできる。また上プレートと下プレートの両方に凹部を設けて、凹部の周壁を補強リブとして、上プレートと下プレートに連結することができる。
【００２５】
トップカバー５は、上プレート５Ａと下プレート５Ｂの間に、外周縁に沿ってパッキンを挟着し、この状態で、上プレート５Ａと下プレート５Ｂを連結して、内部に液密な状態で空洞６を設けることができる。この構造のトップカバー５は、上プレート５Ａと下プレート５Ｂを局部的にスポット溶接して連結し、あるいはパッキンの外側をネジ止して互いに連結することができる。
【００２６】
トップカバー５の空洞６は、連結パイプ１４を介して冷却機構３に連結される。冷却機構３とトップカバー５の空洞６に圧力は作用しない。このため、冷却機構３の配管と、空洞６に連結している配管とは、可撓性のホース、たとえば弾性変形するシリコンチューブ等の連結ホースを介して簡単に連結できる。トップカバー５の空洞６は、冷却機構３に連結されて、冷媒を冷却機構３と空洞６とに循環させる。トップカバー５は、冷却機構３よりも上方に配置される。冷媒は、加温されると比重が軽くなるので、冷却機構３で加温された冷媒は軽くなって、上方のトップカバー５の空洞６に流入されやすくなる。また、トップカバー５の空洞６で冷却された冷媒は、重くなって下方にある冷却機構３に流入されやすくなる。したがって、本発明の電源装置は、冷却機構３と空洞６のいずれかまたは両方を、冷媒が流動しやすい方向に傾斜させて、冷媒を自然に対流できる。トップカバー５の空洞６は、冷媒を冷却して次第に重くするので、冷媒の流動方向に向かって下り勾配に傾斜させる。冷却機構３は電池モジュール２で冷媒を加温して冷媒を次第に軽くするので、冷媒の移送方向に向かって上り勾配に傾斜させる。冷媒を自然に対流させて循環させる電源装置は、冷媒を循環させる循環ポンプを設けることなく、冷媒を自然に循環させて電池モジュール２を冷却できる。とくに、この構造の電源装置は、電池モジュール２の温度が高くなるほど、冷媒の循環量が多くなって、電池モジュール２を効果的に冷却する。この電源装置は、電池モジュール２の温度が低くて、冷却する必要がないとき、冷媒の循環量は少なく、電池モジュール２の冷却は少なくなる。電池モジュール２の温度が高くなると、冷媒が高温に加温され、比重が軽くなって循環量が多くなる。このため、電池モジュール２の温度が高くなると、電池モジュール２の冷却能力が自動的に多くなる。すなわち、制御機構を設けることなく、電池モジュール２は温度変化が少なくなるように冷却される。この電源装置は、極めて簡単な構造として、故障を極減しながら、電池モジュール２を理想的な状態に冷却できる特徴がある。
【００２７】
ただ、冷却機構とトップカバーの空洞との間に循環ポンプを設けることもできるのは言うまでもない。この電源装置は、循環ポンプで冷媒を強制的に循環させる。この電源装置は、電池モジュールの温度を温度センサーで検出し、電池モジュールの温度が予め記憶している設定温度よりも高くなるときに循環ポンプを運転し、電池モジュールの温度が設定温度まで低下すると、循環ポンプの運転を停止する。したがって、この電源装置は、電池モジュール２の温度を検出して循環ポンプの運転をコントロールする制御回路（図示せず）を備えている。制御回路は、温度センサーを接続して、電池モジュールの温度を検出する。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明の一実施例にかかる電源装置の斜視図である。
【図２】図１に示す電源装置の一部断面斜視図である。
【図３】図１に示す電源装置の分解斜視図である。
【図４】図１に示す電源装置の内部構造を示す斜視図である。
【図５】図４に示す電源装置の内部構造を示す正面図である。
【符号の説明】
【００２９】
１…ケース              １Ａ…インナーケース    １Ｂ…外ケース
１ａ…中間ケース
２…電池モジュール
３…冷却機構
４…放熱器
５…トップカバー        ５Ａ…上プレート        ５Ｂ…下プレート
６…空洞
７…凹部
８…電極端子
９…案内溝
１０…熱交換器
１１…冷媒配管
１２…フィン
１３…スリット
１４…連結パイプ
【図１】
2006127921.tif 000003
【図２】
2006127921.tif 000004
【図３】
2006127921.tif 000005
【図４】
2006127921.tif 000006
【図５】
2006127921.tif 000007