(57)【要約】【課題】極めて簡単な構造としながら、液漏れを確実に防止して多数の電池モジュールを効率よく均一な温度に冷却する。【解決手段】車両用の電源装置は、水密構造であって内部に冷却液３を充填しているケース１と、このケース１内に配設されて、冷却液３に直接又はホルダーケース４を介して接触して冷却される複数の電池モジュール２と、ケース１の底部に配設されて、冷却液３中に空気を気泡状に噴射する噴気ノズル５とを備える。この電源装置は、噴気ノズル５で冷却液３中に空気を気泡状に噴射し、噴射された気泡を冷却液３中に浮上させて冷却液３を冷却し、冷却された冷却液３で電池を冷却する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
水密構造であって内部に冷却液(3)を充填しているケース(1)と、このケース(1)内に配設されて、冷却液(3)に直接又はホルダーケース(4)を介して接触して冷却される複数の電池モジュール(2)と、ケース(1)の底部に配設されて、冷却液(3)中に空気を気泡状に噴射する噴気ノズル(5)とを備え、
噴気ノズル(5)で冷却液(3)中に空気を気泡状に噴射し、噴射された気泡を冷却液(3)中に浮上させて冷却液(3)を冷却し、冷却された冷却液(3)が電池を冷却するようにしてなる車両用の電源装置。
【請求項２】
ホルダーケース(4)が、電池モジュール(2)を収納できる筒状であって底を閉塞して上端を開口してなる収納筒(6)を備え、この収納筒(6)は防水構造であって内部に電池モジュール(2)を挿入しており、
ホルダーケース(4)は、収納筒(6)の上端開口部を冷却液(3)の液面よりも高く配置しており、このホルダーケース(4)の収納筒(6)に電池モジュール(2)を収納し、電池モジュール(2)をホルダーケース(4)で防水して冷却液(3)に浸漬している請求項１に記載される車両用の電源装置。
【請求項３】
ホルダーケース(4)がプラスチック製で、複数の収納筒(6)を上端で連結している請求項２に記載される車両用の電源装置。
【請求項４】
噴気ノズル(5)に車載空調から冷却空気を供給し、車載空調で冷却された空気で冷却液(3)を冷却するようにしてなる請求項１に記載される車両用の電源装置。
【請求項５】
電池モジュール(2)が、複数の素電池(20)を直列に直線状に連結したものである請求項１に記載される車両用の電源装置。
【請求項６】
電池モジュール(2)の表面に、電池モジュール(2)から絶縁して、電池モジュール(2)の長手方向に引出しリード(21)を配設しており、この引出しリード(21)の下端を電池モジュール(2)の下端に連結して、上端に出力端子(23)を固定している請求項１に記載される車両用の電源装置。
【請求項７】
噴気ノズル(5)が加温された空気を冷却液(3)中に噴射し、空気で冷却液(3)を加温し、冷却液(3)で電池モジュール(2)を加温する請求項１に記載される車両用の電源装置。
【請求項８】
冷却液(3)が水、又は絶縁油である請求項１に記載される車両用の電源装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自動車に搭載されて自動車を走行させるモーターを駆動する電源装置に関し、特にケースに収納している多数の電池を均一に冷却できる電源装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
電気自動車や、内燃機関と電池電源とのハイブリッド自動車等の電動車両は、その駆動用電源として、電池を多数個接続した電源装置が用いられる。
【０００３】
従来の電動車両に用いられる電源装置は、多数の電池モジュールを直列に接続してケースに収納している。電池モジュールは、二次電池であるニッケル−水素電池からなる素電池を６個、直列に直線状に接続して棒状にしたものである。車両用の電源装置は、多数の電池モジュールを直列に接続して出力電圧を高くしている。この電源装置は、自動車を加速するときに大電流放電してモーターで加速し、また、減速するときや坂道を下るときは回生ブレーキによって大電流で充電される。このため、電池モジュールは相当に高温になる。電池は高温になると電気性能が低下するので、強制冷却して設定温度よりも低くしている。多数の電池モジュールを使用する電源装置は、各々の電池モジュールを均一に冷却することが大切である。電池モジュールに温度差があると、温度の高くなった電池モジュールが速く劣化して寿命が短くなるからである。
【０００４】
多数の電池モジュールを均一な温度に冷却する冷却構造として、電池モジュールを液体で冷却する構造が開発されている。（特許文献１ないし４参照）
【特許文献１】特開平１１−４０２１１号公報
【特許文献２】特開平１１−１３５１６０号公報
【特許文献３】特開平１１−２３８５３０号公報
【特許文献４】特開２００３−３４６９２４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
これ等の公報に記載される電源装置は、冷却液を充填しているケースに電池を配設して、電池を冷却液に浸漬して冷却する。この構造の電源装置は、多数の電池を均一な温度に冷却できる。しかしながら、この構造の電源装置は、構造が複雑で製造コストが高くなる欠点がある。それは、ケースに充填している冷却液を冷却するために、これを外部に取り出して循環させ、ケースの外部で強制冷却するからである。とくに、冷却液をケースの外部に取り出して循環させる装置は、冷却液が漏れると腐食させて故障の原因となるので、液漏れしない構造で循環させる必要がある。この構造は、たとえば空気を外部に循環させて強制冷却する機構に比較して製造コストが高くなる。空気は、多少漏れても故障の原因とはならないからである。また、空気は簡単なダクトで外部に循環できるが、冷却液はホースやパイプで外部に取り出して循環させるので、組み立てに手間がかかって製造コストが高くなる。また、外部に循環させる冷却液を強制冷却するために、熱交換器を連結し、さらにこの熱交換器を冷却する機構も必要となって、構造は相当に複雑となる。
【０００６】
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、極めて簡単な構造としながら、液漏れを確実に防止して多数の電池モジュールを効率よく均一な温度に冷却できる車両用の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】
【０００７】
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、水密構造であって内部に冷却液３を充填しているケース１と、このケース１内に配設されて、冷却液３に直接又はホルダーケース４を介して接触して冷却される複数の電池モジュール２と、ケース１の底部に配設されて、冷却液３中に空気を気泡状に噴射する噴気ノズル５とを備える。この電源装置は、噴気ノズル５で冷却液３中に空気を気泡状に噴射し、噴射された気泡を冷却液３中に浮上させて冷却液３を冷却し、冷却された冷却液３で電池を冷却する。
【０００８】
本発明の車両用の電源装置は、ホルダーケース４が、電池モジュール２を収納できる筒状で、かつ底を閉塞して上端を開口してなる収納筒６を備え、この収納筒６を防水構造として内部に電池モジュール２を挿入することができる。さらに、ホルダーケース４は、収納筒６の上端開口部を冷却液３の液面よりも高く配置して、このホルダーケース４の収納筒６に電池モジュール２を収納し、電池モジュール２をホルダーケース４で防水して冷却液３に浸漬することができる。さらに、本発明の車両用の電源装置は、ホルダーケース４をプラスチック製として、複数の収納筒６を上端で連結することができる。
【０００９】
本発明の車両用の電源装置は、噴気ノズル５に車載空調から冷却空気を供給し、車載空調で冷却された空気で冷却液３を冷却することができる。
【００１０】
本発明の車両用の電源装置は、電池モジュール２として、複数の素電池２０を直列に直線状に連結したものを使用することができる。
【００１１】
本発明の車両用の電源装置は、電池モジュール２の表面に、電池モジュール２から絶縁して、電池モジュール２の長手方向に引出しリード２１を配設し、この引出しリード２１の下端を電池モジュール２の下端に連結して、上端に出力端子を固定することができる。
【００１２】
本発明の車両用の電源装置は、噴気ノズル５が加温された空気を冷却液３中に噴射し、空気で冷却液３を加温し、冷却液３で電池モジュール２を加温することができる。
【００１３】
本発明の車両用の電源装置は、冷却液３を、水、又は絶縁油とすることができる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の車両用の電源装置は、極めて簡単な構造としながら、液漏れを確実に防止して多数の電池モジュールを効率よく均一な温度に冷却できる特長がある。それは、本発明の車両用の電源装置が、内部に冷却液が充填されたケースの底部に、冷却液中に空気を気泡状に噴射する噴気ノズルを備え、この噴気ノズルから噴射された気泡を冷却液中に浮上させて冷却液を冷却し、冷却された冷却液に直接又はホルダーケースを介して電池モジュールを接触させて冷却するからである。この構造の電源装置は、従来のように、ケースに充填している冷却液を外部に取り出して循環させて、ケースの外部で強制冷却することなく、ケースに充填した状態で冷却液を冷却できる。このため、冷却液をケースの外部に循環させる複雑な構造を必要とせず、簡単な構造として製造コストを低減できると共に、冷却液の循環によって生じる冷却液の漏れを阻止して、冷却液漏れに起因する種々の弊害を確実に防止できる。さらに、本発明の電源装置は、噴気ノズルから噴射された気泡を冷却液中に浮上させて冷却液を冷却するので、冷却液を強制冷却させる熱交換器等を必要とせず、構造を簡素化して製造コストを低減できる。
【００１５】
さらに、本発明の請求項２の車両用の電源装置は、ホルダーケースが底を閉塞して上端を開口してなる収納筒を備え、この収納筒に防水構造で電池モジュールを挿入すると共に、収納筒の上端開口部を冷却液の液面よりも高く配置しているので、電池モジュールを確実に防水しながら冷却液に浸漬して、効率よく冷却できる特長がある。
【００１６】
本発明の請求項４の車両用の電源装置は、噴気ノズルに車載空調から冷却空気を供給し、車載空調で冷却された空気で冷却液を冷却するので、車載空調を電池モジュールの冷却に併用して、電池モジュールを効率よく冷却できる特長がある。とくに、外気温度が高くなる環境においても、電池モジュールを効率よく冷却できる。
【００１７】
さらに、本発明の請求項７の車両用の電源装置は、噴気ノズルが加温された空気を冷却液中に噴射し、加温された冷却液で電池モジュールを加温するので、寒冷地等において、あるいは冬の寒い日等に、温度が低下した電池モジュールを理想的に加温できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
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、本発明は電源装置を以下のものに特定しない。
【００１９】
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。
【００２０】
図１ないし図６に示す車両用の電源装置は、水密構造であって内部に冷却液３を充填しているケース１と、このケース１内に配設されて、冷却液３にホルダーケース４を介して接触して冷却される複数の電池モジュール２と、ケース１の底部に配設されて、冷却液３中に空気を気泡状に噴射する噴気ノズル５とを備える。
【００２１】
ケース１は、電池モジュール２を収納する本体ケース１Ａと、この本体ケース１Ａの上方開口部を、空気を排気するように閉塞する蓋体１Ｂとからなる。本体ケース１Ａは、上方を開口している四角形の箱形で、防水構造とするためにプラスチック製、あるいは金属製としている。本体ケース１Ａは、図７に示すように、底板１０の上面に、電池モジュール２を定位置に配置するための嵌合凹部１１を設けている。嵌合凹部１１は、電池モジュール２を入れたホルダーケース４の収納筒６を嵌合して、電池モジュール２を定位置に保持して配置する。この構造のケース１は、電池モジュール２をしっかりと位置ずれしないように定位置に配置できる。
【００２２】
ケースは、断熱材を被覆することもできる。断熱ケースは、極寒の使用環境において、電池モジュールと冷却液が低温に冷却されるのを防止できる。本体ケース１Ａと蓋体１Ｂは、冷却液３が漏れないように、水密構造で連結される。蓋体１Ｂは、ケース１内に供給される空気を排気する排気口１２を開口している。図の蓋体１Ｂは、排気口１２に上方に延びる排気筒１３を連結している。また、蓋体１Ｂは天板１４を排気口１２に向かって上り勾配に傾斜するテーパー状としている。この蓋体１Ｂは、排気口１２から冷却液３が漏れるのを確実に防止できる。
【００２３】
排気口１２は、ダクト（図示せず）に連結される。ダクトは、一端を蓋体１Ｂの排気口１２に連結し、他端を車外に連結して、排気口１２から排気される空気を車外に排気する。この構造は、電池モジュール２から排気されるガスを空気と一緒に車外に排気する。したがって、電池モジュール２を構成している素電池２０の安全弁が開き、素電池２０からガスが噴出されるとき、ガスを空気と一緒にスムーズに車外に排気できる。
【００２４】
図の電源装置は、電池モジュール２をホルダーケース４に入れてケース１に収納している。ホルダーケース４は、全体をプラスチックで一体的に成形している。このホルダーケース４は、各々の電池モジュール２を別々に入れて収納する複数の収納筒６を上端の連結プレート７で連結する形状としている。連結プレート７は、中央部に位置して、本体ケース１Ａ内に供給される空気を蓋体１Ｂ内に排気する排気穴７Ａを開口している。
【００２５】
収納筒６は、電池モジュール２を収納できる内形の筒状であって、底を閉塞して上端を開口している。収納筒６は、内面を電池モジュール２の外面を面接触させる内形に成形している。この収納筒６は、電池モジュール２の熱を効率よく冷却液３に放熱できる。それは、電池モジュール２の熱を熱伝導によって収納筒６に効率よく移動できるからである。
【００２６】
収納筒６は、内部に冷却液３を侵入させない防水構造で、電池モジュール２を防水構造で冷却液３に浸漬する。ホルダーケース４は、収納筒６の上端開口部を冷却液３の液面よりも高く配置する。冷却液３が収納筒６内に侵入するのを阻止するためである。電池モジュール２は、ホルダーケース４の収納筒６に収納され、ホルダーケース４で防水して冷却液３に浸漬される。
【００２７】
図の電源装置は、ホルダーケース４によって、複数の電池モジュール２を垂直姿勢でケース１の定位置に配置する。ホルダーケース４は、複数の収納筒６を垂直姿勢に並べて、その上端を連結プレート７で連結している。ホルダーケース４は、隣接する収納筒６の間に隙間を設けている。このホルダーケース４は、収納筒６の間に冷却液３を侵入させて、収納筒６の全周を冷却液３で均一に冷却できる。
【００２８】
電池モジュール２をホルダーケース４で防水して冷却液３に浸漬する電源装置は、冷却液３に水等の導電性の液体を使用できる。冷却液３が直接に電池モジュール２に接触しないからである。ただ、本発明の電源装置は、冷却液として、トランスに充填されてコイルを冷却するのに使用される絶縁油等を使用して、ホルダーケースを介することなく、電池モジュールを直接に冷却液に浸漬することもできる。この電源装置は、電池モジュールを直接に冷却液に接触して効率よく冷却できる。
【００２９】
電池モジュール２は、図８に示すように、複数の素電池２０を直列に直線状に連結している。図の電池モジュール２は、素電池２０を円筒型電池である二次電池としている。ただ、電池モジュールは、素電池を角型電池とすることもできる。二次電池の素電池２０は、ニッケル−水素電池である。ただ、素電池は、リチウムイオン二次電池やニッケル−カドミウム電池等の充電できる全ての電池を使用することができる。電池モジュール２は、素電池２０の間に接続体（図示せず）を配設し、この接続体を介して直列に直線状に連結される。電池モジュール２は、一方の素電池２０の封口板と他方の素電池２０の外装缶とを接続体で接続している。接続体は、金属板をプレス成形したもので、対向して配設される素電池２０の電池端面に溶接して接続されて、素電池２０を直列に電気接続する。
【００３０】
図の電池モジュール２は、電池モジュール２の長手方向に引出しリード２１を配置している。この引出しリード２１は、電池モジュール２の表面にあって、電池モジュール２から絶縁して配設される。図の電池モジュール２は、電池モジュール２と引出しリード２１との間に、プラスチック等の絶縁材２２を配設して、電池モジュール２と引出しリード２１とを絶縁している。この引出しリード２１は、下端を電池モジュール２の下端に溶接して連結され、上端には出力端子２３を固定している。さらに、電池モジュール２は、上端の中央にも出力端子２４を固定している。電池モジュール２は、たとえば上端にプラスの出力端子２４を固定し、引出しリード２１にマイナスの出力端子２３を固定している。電池モジュール２の出力端子２３、２４は、図６に示すように、バスバー８を介して隣の電池モジュール２の出力端子２４、２３に接続される。
【００３１】
バスバー８は、隣接する電池モジュール２を直列に接続する。図に示す電源装置は、バスバー８を定位置に配置する位置決プレート９を備え、この位置決プレート９を介してバスバー８を電池モジュール２に接続している。位置決プレート９は、複数の電池モジュール２を直列接続する方向に複数のバスバー８を配列できる形状としている。図の位置決プレート９は、周囲に周壁９Ａを備えると共に、互いに隣接するバスバー８の間には隔壁９Ｂを設けている。この構造の位置決プレート９は、周壁９Ａと隔壁９Ｂとでバスバー８の位置を特定しながら、隣接するバスバー８同士が互いに接触するのを防止している。
【００３２】
噴気ノズル５は、ケース１の底部に配設されて、冷却液３中に空気を噴射する。図９の電源装置は、噴気ノズル５を空気圧送機３１を介して車載空調３２の吹出側に連結している。空気圧送機３１は、車載空調３２で冷却された空気を吸入し、これを加圧して噴気ノズル５に供給する。空気圧送機３１は、噴気ノズル５から冷却液３中に空気を噴射できる圧力に加圧するもので、有圧ファンや圧縮機である。噴気ノズル５は、空気圧送機３１から供給される冷却された空気を冷却液３に噴射する。噴射された空気は気泡となって冷却液３を浮上して、冷却液３を冷却する。冷却液３を冷却した空気は、ケース１の外部に排気され、さらにダクト（図示せず）を介して車外に排気される。
【００３３】
冷却液３を浮上する気泡は、冷却液３を撹拌しながら冷却する。したがって、冷却液３は気泡でもって均一な温度に冷却される。図の電源装置は、ケース１の中央部に噴気ノズル５を配設している。この噴気ノズル５から噴射される気泡は、ケース１の中央部で浮上して、噴気ノズル５上方の冷却液３を上昇させる。ケース１の中央部で上昇する冷却液３は、ケース１の周囲で降下されて、ケース１内に循環される。したがって、ケース１内で循環される冷却液３は、収納筒６の間を流動し、収納筒６を介して電池モジュール２を冷却する。また、電池モジュールを直接に冷却液に浸漬している電源装置は、循環される冷却液が電池モジュールの表面を流動して、効果的に冷却する。
【００３４】
図に示すように、車載空調３２で冷却された空気を噴気ノズル５に供給する電源装置は、車載空調３２を電池モジュール２の冷却に併用して、電池モジュール２を効率よく冷却できる。とくに、外気温度が高くなる環境においても、電池モジュール２を効率よく冷却できる。ただ、本発明の電源装置は、外気を噴気ノズルに供給して電池モジュールを冷却することもできる。このように外気を噴気ノズルに供給する電源装置は、寒冷地で使用する車両に適している。さらに、車載空調３２で温度調整された空気を噴気ノズル５に供給する電源装置は、車載空調３２で空気を加温して、加温された空気を噴気ノズル５に供給して、電池モジュール２を加温することもできる。この電源装置は、極寒地において電池モジュール２の温度が低下するときに、電池モジュール２を加温できる。さらに、車載空調３２から排出される空気を噴気ノズル５に供給する電源装置は、車載空調３２で排気する空気の温度をコントロールして、電池モジュール２を冷却し、あるいは加温し、あるいは、冷却や加温する熱量をコントロールすることができる。車載空調３２から排出される空気の温度を低くして、電池モジュール２の冷却熱量を大きくし、反対に車載空調３２から排出される空気の温度を高くして、電池モジュール２の加熱熱量を大きくできるからである。
【００３５】
図９の電源装置は、空気圧送機２１の運転を制御回路（図示せず）で制御して、電池モジュール２の温度をコントロールする。制御回路は、電池モジュール２の温度を温度センサーで検出して、空気圧送機３１の運転を制御する。この制御回路は、電池モジュール２の温度が設定温度よりも高くなると、空気圧送機３１を運転して噴気ノズル５から冷却液３中に空気を噴射して冷却液３を冷却する。電池モジュール２の温度が低下すると、空気圧送機３１の運転を停止する。
【００３６】
図９の電源装置は、空気圧送機３１の運転を停止する状態で、噴気ノズル５から冷却液３が逆流するのを阻止するために、空気圧送機３１と噴気ノズル５との間に逆止弁３３を連結している。逆止弁３３は、空気圧送機３１から噴気ノズル５の方向に空気を流動させるが、その逆向きには空気を流動させない。ただ、空気圧送機と噴気ノズルとの間の配管に、冷却液の液面よりも高い立ち上がり部を設けて、逆止弁を省略できる。また、噴気ノズルをケースの底に固定することなく、ホースの先端に噴気ノズルを連結し、ホースをケースの開口部から底に配置して、噴気ノズルをケースの底に配置することもできる。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明の一実施例にかかる車両用の電源装置の平面図である。
【図２】図１に示す車両用の電源装置の垂直断面図である。
【図３】図１に示す車両用の電源装置の分解斜視図である。
【図４】図３に示す車両用の電源装置の本体ケース側の斜視図である。
【図５】図４に示す本体ケースからホルダーケースを取り出した状態を示す分解斜視図である。
【図６】図５に示すホルダーケースから電池モジュールを取り出した状態を示す分解斜視図である。
【図７】本体ケースとホルダーケースの断面斜視図である。
【図８】電池モジュールの拡大斜視図である。
【図９】本発明の一実施例にかかる車両用の電源装置を自動車に搭載した状態を示す概略図である。
【符号の説明】
【００３８】
１…ケース                １Ａ…本体ケース
１Ｂ…蓋体
２…電池モジュール
３…冷却液
４…ホルダーケース
５…噴気ノズル
６…収納筒
７…連結プレート          ７Ａ…排気穴
８…バスバー
９…位置決プレート        ９Ａ…周壁
９Ｂ…隔壁
１０…底板
１１…嵌合凹部
１２…排気口
１３…排気筒
１４…天板
２０…素電池
２１…引出しリード
２２…絶縁材
２３…出力端子
２４…出力端子
３１…空気圧送機
３２…車載空調
３３…逆止弁
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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