(57)【要約】【課題】空気の送風を停止する状態においても、全ての電池を効率よく均一に冷却する。【解決手段】電源装置は、複数の電池セル１と、各々の電池セル１を定位置に収納している電池のホルダーブロック２と、ホルダーブロック２に収納している電池セル１を冷却する冷却プレート３とを備える。ホルダーブロック２に収納している電池セル１は、冷却プレート３に熱結合されて、冷却プレート３で冷却されている。冷却プレート３は、内部に冷媒通路２１を設けると共に、ホルダーブロック２の電池セル１に強制送風して電池セル１を冷却する冷却ダクト２８を設けている。電源装置は、冷媒通路２１に供給される冷媒が冷却プレート３を冷却し、冷却された冷却プレート３に電池セル１の熱を伝導して電池セル１を冷却し、さらに、冷媒に冷却される冷却プレート３が、冷却ダクト２８に送風される空気を冷却し、冷却プレート３で冷却される空気が電池セル１を冷却する。【選択図】図７
2008059950.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の電池セル(1)と、各々の電池セル(1)を定位置に収納している電池のホルダーブロック(2)と、このホルダーブロック(2)に連結されて、ホルダーブロック(2)に収納している電池セル(1)を冷却する冷却プレート(3)とを備え、
ホルダーブロック(2)に収納してなる電池セル(1)が冷却プレート(3)に熱結合されて、冷却プレート(3)で冷却され、さらに、冷却プレート(3)は、内部に冷媒通路(21)を設けると共に、ホルダーブロック(2)の電池セル(1)に強制送風して電池セル(1)を冷却する冷却ダクト(28)を設けており、
冷媒通路(21)に供給される冷媒が冷却プレート(3)を冷却し、冷却された冷却プレート(3)に電池セル(1)の熱を伝導して電池セル(1)を冷却し、さらに、冷媒に冷却される冷却プレート(3)が、冷却ダクト(28)に送風される空気を冷却し、冷却プレート(3)で冷却された空気が電池セル(1)を冷却するようにしてなる電源装置。
【請求項２】
冷却プレート(3)の冷媒通路(21)に連結される冷却ユニット(20)を備え、この冷却ユニット(20)が気体状の冷媒を加圧するコンプレッサ(22)と、このコンプレッサ(22)で加圧された冷媒を冷却して液化させる凝縮器(23)と、この凝縮器(23)に連結している膨張弁(24)とを備え、冷媒通路(21)の流入側が膨張弁(24)を介して凝縮器(23)に連結され、冷媒通路(21)の排出側はコンプレッサ(22)の吸入側に連結され、
冷却ユニット(20)から供給される冷媒が膨張弁(24)を介して冷媒通路(21)に供給され、液化された冷媒を冷媒通路(21)で気化して、冷媒の気化熱で冷却プレート(3)を冷却する請求項１に記載される電源装置。
【請求項３】
冷却プレート(3)が、ホルダーブロック(2)との境界に冷却ダクト(28)を備えており、ホルダーブロック(2)は、収納する電池セル(1)の表面に送風ダクト(10)を設けており、ホルダーブロック(2)の送風ダクト(10)を冷却ダクト(28)に連結してなる請求項１に記載される電源装置。
【請求項４】
ホルダーブロック(2)が、各々の電池セル(1)を挿入する複数のセルスロット(4)を開口しており、このセルスロット(4)の開口部を閉塞するように冷却プレート(3)を連結して、電池セル(1)を冷却プレート(3)に熱結合している請求項１に記載される電源装置。
【請求項５】
セルスロット(4)の対向する内面に、電池セル(1)の表面の中央部に向かって突出して電池セル(1)を保持する保持凸部(9)を設けており、この保持凸部(9)が電池セル(1)の中央部を両面から挟着してセルスロット(4)に保持すると共に、この保持凸部(9)の両側に送風ダクト(10)を設けている請求項４に記載される電源装置。
【請求項６】
送風ダクト(10)を、セルスロット(4)に挿入される電池セル(1)の電極端子(16)と対向する位置に設けている請求項５に記載される電源装置。
【請求項７】
電池セル(1)が、厚さよりも幅の広い薄型の角型電池で、ホルダーブロック(2)は、薄型の角型電池を挿入できる断面形状をスリット状とするセルスロット(4)を平行に並べて設けている請求項４に記載される電源装置。
【請求項８】
ホルダーブロック(2)は、セルスロット(4)の一方に電池セル(1)の電極端子(16)を外部に表出する電極側の開口部(6)を設け、セルスロット(4)の他方には電池セル(1)を挿入する挿入側の開口部(7)を設けており、
さらに、電池セル(1)は、セルスロット(4)に挿入された状態で電極側の開口部(6)から抜けるのを阻止する抜止突出部(17)を両側に有し、ホルダーブロック(2)のセルスロット(4)には、この抜止突出部(17)を案内して、電池セル(1)が電極側の開口部(6)から抜けるのを防止する係止凹部(8)を設けており、
セルスロット(4)に電池セル(1)が挿入される状態で、ホルダーブロック(2)の挿入側の開口部(7)を冷却プレート(3)で閉塞して、電池セル(1)をホルダーブロック(2)のセルスロット(4)に収納して定位置に固定している請求項４に記載される電源装置。
【請求項９】
セルスロット(4)に設けている係止凹部(8)が挿入側の開口部(7)に向かって拡開されるテーパー状で、抜止突出部(17)がここに嵌着される形状である請求項８に記載される電源装置。
【請求項１０】
抜け止め構造の抜止突出部(17)が電池セル(1)の底部に設けられ、セルスロット(4)の係止凹部(8)が挿入側の開口部(7)に設けられてなる請求項８に記載される電源装置。
【請求項１１】
電池セル(1)がリチウムイオン二次電池で、ホルダーブロック(2)が、セルスロット(4)の間に位置する中間壁(5)とセルスロット(4)の外側にあるブロック本体(2A)とをプラスチックで一体的に成形しており、さらに、冷却プレート(3)が金属製である請求項４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、ハイブリッド自動車、燃料自動車、電気自動車等の自動車を駆動するモータの電源用に使用される大電流用に最適な電源装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車を走行させるモータを駆動する電源に使用される大電流、大出力用の電源装置は、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、大きな電流で充放電される。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、電池でモータを駆動して自動車を加速するので、１００Ａ以上と極めて大きな電流が流れる。さらに、急ブレーキをかけて回生制動するときは、大きな電流で充電される。
【０００３】
大電流を流して使用される電源装置は、電池の温度が上昇するので強制的に冷却する必要がある。とくに、多数の電源モジュールを、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できるかぎり速やかに冷却することが大切である。電池モジュールの温度が高くなると、電池の性能が低下するからである。電池モジュールの温度が設定温度よりも高くなると、車外の空気を強制送風して冷却できる。しかしながら、この構造は、外気温度が高いときに、電池モジュールを速やかに冷却できない。
【０００４】
この弊害を防止する冷却機構を備える車両用の電源装置は開発されている。（特許文献１参照）
【特許文献１】特開２００６−１９２９６９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１に記載する電源装置を図１に示す。この電源装置は、複数本の電池モジュール９１を電池ケース９２に多段に収納している。さらに、この装置は、電池ケース９２内に多段に配設される電池モジュール９１に空気を送風して冷却する冷却機構９３を備える。冷却機構９３は、冷媒の気化熱で電池に送風する空気を冷却する空気冷却用熱交換器９４と、この空気冷却用熱交換器９４に冷媒を供給する冷凍サイクル９５と、空気冷却用熱交換器９４に空気を通過させて電池に送風する送風機９６とを備えている。空気冷却用熱交換器９４は、電池ケース９２内にあって、電池モジュール９１の下方に配設されている。この電源装置は、空気冷却用熱交換器９４で空気を冷却し、冷却された空気を、多段に配設してい電池モジュール９１に順番に送風して冷却する。
【０００６】
この構造の電源装置は、車両の空調用の冷凍サイクル９５から供給される冷媒を気化させて強制冷却されるエバポレータである空気冷却用熱交換器９４を冷却機構９３とする。空気冷却用熱交換器９４は空気を強制冷却し、冷却された空気で電池モジュール９１を冷却する。この冷却機構９３は、低温に冷却された空気を電池モジュール９１に送風して、電池モジュール９１を冷却する。しかしながら、この構造の電源装置は、空気の送風を停止すると、電池モジュール９１の冷却能率が著しく低下する。とくに、最上段に配置している電池モジュールは、ほとんど冷却されなくなる。最上段の電池モジュールは、自然対流する空気で冷却されるが、自然対流して上昇する空気は、下段の電池モジュールに加温されて、温度が高くなっている。このため、最上段の電池モジュールは、温度が上昇しており、さらに送風機９６が停止されて、自然対流による流速の遅い空気で冷却されることになり、ほとんど冷却されなくなる。さらに、図１の電源装置は、送風される空気で電池モジュール９１を冷却するので、電池の発熱量が大きくなるときは、送風機９６のファンを勢いよく回転させて、送風する空気の流速を速くする必要がある。勢いよく回転されるファンは、騒音レベルが高くなる欠点がある。このため、電池を効率よく冷却するときに、騒音レベルが高くなる欠点もある。
【０００７】
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、全ての電池を均一に効率よく冷却できる電源装置を提供することにある。
とくに、本発明の他の大切な目的は、空気の送風を停止する状態においても、全ての電池を効率よく均一に冷却できる電源装置を提供することにある。
さらにまた、本発明の他の大切な目的は、電池を冷却するために発生する騒音レベルを低くしながら、全ての電池を均一に効率よく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】
【０００８】
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、複数の電池セル１と、各々の電池セル１を定位置に収納している電池のホルダーブロック２と、このホルダーブロック２に連結されて、ホルダーブロック２に収納している電池セル１を冷却する冷却プレート３とを備える。ホルダーブロック２に収納している電池セル１は、冷却プレート３に熱結合されて、冷却プレート３で冷却されている。さらに、冷却プレート３は、内部に冷媒通路２１を設けると共に、ホルダーブロック２の電池セル１に強制送風して電池セル１を冷却する冷却ダクト２８を設けている。電源装置は、冷媒通路２１に供給される冷媒が冷却プレート３を冷却し、冷却された冷却プレート３に電池セル１の熱を伝導して電池セル１を冷却し、さらに、冷媒に冷却される冷却プレート３が、冷却ダクト２８に送風される空気を冷却し、冷却プレート３で冷却され空気が電池セル１を冷却する。
【０００９】
本発明の電源装置は、冷却プレート３の冷媒通路２１に連結される冷却ユニット２０を備えることができる。この冷却ユニット２０は、気体状の冷媒を加圧するコンプレッサ２２と、このコンプレッサ２２で加圧された冷媒を冷却して液化させる凝縮器２３と、この凝縮器２３に連結している膨張弁２４とを備え、冷媒通路２１の流入側を、膨張弁２４を介して凝縮器２３に連結し、冷媒通路２１の排出側をコンプレッサ２２の吸入側に連結することができる。この電源装置は、冷却ユニット２０から供給される冷媒を、膨張弁２４を介して冷媒通路２１に供給し、液化された冷媒を冷媒通路２１で気化して、冷媒の気化熱で冷却プレート３を冷却することができる。
【００１０】
本発明の電源装置は、冷却プレート３が、ホルダーブロック２との境界に冷却ダクト２８を備えると共に、ホルダーブロック２には、収納する電池セル１の表面に送風ダクト１０を設けて、ホルダーブロック２の送風ダクト１０を冷却ダクト２８に連結することができる。
【００１１】
本発明の電源装置は、ホルダーブロック２が、各々の電池セル１を挿入する複数のセルスロット４を開口して、このセルスロット４の開口部を閉塞するように冷却プレート３を連結して、電池セル１を冷却プレート３に熱結合することができる。
【００１２】
本発明の電源装置は、セルスロット４の対向する内面に、電池セル１の表面の中央部に向かって突出して電池セル１を保持する保持凸部９を設けて、この保持凸部９で電池セル１の中央部を両面から挟着してセルスロット４に保持すると共に、この保持凸部９の両側に送風ダクト１０を設けることができる。送風ダクト１０は、セルスロット４に挿入される電池セル１の電極端子１６と対向する位置に設けることができる。
【００１３】
本発明の電源装置は、電池セル１を、厚さよりも幅の広い薄型の角型電池とし、ホルダーブロック２が、薄型の角型電池を挿入できる断面形状をスリット状とするセルスロット４を平行に並べて設けることができる。
【００１４】
本発明の電源装置は、ホルダーブロック２が、セルスロット４の一方に電池セル１の電極を外部に表出する電極側の開口部６を設け、セルスロット４の他方に、電池セル１を挿入する挿入側の開口部７を設けることができる。さらに、電池セル１は、セルスロット４に挿入された状態で電極側の開口部６から抜けるのを阻止する抜止突出部１７を両側に設けて、ホルダーブロック２のセルスロット４には、この抜止突出部１７を案内して、電池セル１が電極側の開口部６から抜けるのを防止する係止凹部８を設けることができる。この電源装置は、セルスロット４に電池セル１を挿入する状態で、ホルダーブロック２の挿入側の開口部７を冷却プレート３で閉塞して、電池セル１をホルダーブロック２のセルスロット４に収納して定位置に固定することができる。
【００１５】
本発明の電源装置は、セルスロット４に設けている係止凹部８を、挿入側の開口部７に向かって拡開されるテーパー状として、抜止突出部１７を、ここに嵌着される形状とすることができる。
【００１６】
本発明の電源装置は、抜け止め構造の抜止突出部１７を電池セル１の底部に設けて、セルスロット４の係止凹部８を挿入側の開口部７に設けることができる。
【００１７】
本発明の電源装置は、電池セル１をリチウムイオン二次電池とすると共に、セルスロット４の間に位置する中間壁５とセルスロット４の外側にあるブロック本体２Ａとをプラスチックで一体的に成形してホルダーブロック２とし、さらに、閉塞プレート３を金属製とすることができる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明の電源装置は、全ての電池を均一に効率よく冷却できる特徴がある。とくに、電池を冷却する空気の送風を停止する状態においても、全ての電池を効率よく均一に冷却できる優れた特徴がある。このため、本発明の電源装置は、電池を冷却するために発生する騒音レベルを低くしながら、発熱量の大きい電池を効率よく冷却できる特徴も実現する。それは、本発明の電源装置が、冷媒で低温に冷却される冷却プレートに、ホルダーブロックに収納している電池セルを熱結合しているからである。冷媒で低温に冷却された冷却プレートは、所定の熱を吸収する熱容量がある。言い換えると、所定の熱量を吸収するまで低温に保持される。すなわち、冷却された冷却プレートは、電池セルの熱を吸収する吸熱能力がある。吸熱能力のある冷却プレートに熱結合される電池セルは、発生熱を効率よく冷却プレートに伝導して、いいかえると、冷却プレートに熱が奪われて効率よく冷却される。この状態は、電池セルに送風しない状態で、電池セルを効率よく冷却できる。したがって、本発明の電源装置は、空気の送風を停止する状態においても、全ての電池セルを効率よく均一な温度に冷却できる。空気の送風を停止するとき、送風用のファンの運転は停止される。ファンの運転が停止されると、ファンの運転音が発生せず、騒音レベルを極減できる。
【００１９】
さらに、本発明の電源装置は、電池セルの熱を冷却プレートに熱伝導し、かつ冷却空気を電池セルに送風して、熱伝導と冷却空気の両方で冷却できる。熱伝導と冷却空気の両方で電池セルを冷却して、電池セルを最も効果的に冷却できる。また、この状態は、熱伝導と冷却空気の両方で電池セルを冷却するので、従来の冷却空気を強制送風して電池セルを冷却する装置に比較して、送風する空気の流速を遅くして、いいかえると、ファンを静かに運転して、電池セルを効率よく冷却できる。このため、本発明の電源装置は、電池セルの発生熱量が大きい状態においても、ファンの騒音レベルを小さくして、全ての電池セルを効率よく均一に冷却できる。
【００２０】
また、本発明の請求項２の電源装置は、冷却ユニットの膨張弁を介して供給される液状の冷媒を冷媒通路で気化させて、冷媒の気化熱で冷却プレートを冷却する。この装置は、冷媒通路に供給される冷媒量をコントロールして、冷却プレートが電池セルを冷却する冷却能力をコントロールできる。たとえば、冷媒通路に多量の冷媒を供給して、冷却プレートを低温に冷却して、電池セルを冷却する能力を高くできる。このため、電池セルの発生熱が大きい状態では、冷媒通路に供給する冷媒量を多くして、電池セルを効果的に冷却できる。したがって、電池セルの発生熱量が変化する状態にあっても、冷却プレートで電池セルを一定の温度に冷却できる。
【００２１】
さらに、本発明の請求項３の電源装置は、冷却プレートが、ホルダーブロックとの境界に冷却ダクトを設けると共に、ホルダーブロックが、収納する電池セルの表面に送風ダクトを設けて、送風ダクトを冷却ダクトに連結しているので、冷却プレートの冷却ダクトに空気を送風して、電池セルを効率よく冷却できる。それは、冷却プレートの冷却ダクトに送風される空気が、冷却プレートに冷却されて、送風ダクトに送風されるからである。この電源装置は、冷却プレートに供給する冷媒量と、冷却ダクトに送風する空気の流量をコントロールして、電池セルを所定の温度に保持できる。
【００２２】
また、本発明の請求項４の電源装置は、ホルダーブロックに、各々の電池セルを挿入する複数のセルスロットを設け、このセルスロットの開口部を閉塞するように冷却プレートを連結して、電池セルを冷却プレートに熱結合している。この構造の電源装置は、組み立てを簡単にしながら、電池セルを、冷却プレートに熱結合する状態でホルダーブロックの所定の位置に収納できる。
【００２３】
さらに、本発明の請求項５の電源装置は、セルスロットの対向する内面に、電池セル表面の中央部に向かって突出して電池セルを保持する保持凸部を設けており、この保持凸部が電池セルの中央部を両面から挟着してセルスロットに保持すると共に、この保持凸部の両側に送風ダクトを設けている。この電源装置は、電池セルをスムーズにセルスロットに挿入しながら、電池セルをセルスロットにしっかりと保持できる特徴がある。とくに、寸法誤差のあるセルスロットに、寸法誤差のある電池セルをスムーズに挿入できる特徴がある。それは、セルスロットの内面全体を電池セルの表面に密着するのでなく、保持凸部を電池セルの中央部に局部的に接触させて、電池セルをセルスロットに挿入するからである。保持凸部に押圧される電池セルの中央部は変形しやすい。このため、セルスロットと電池セルの寸法誤差は、電池セル中央部の変形で吸収され、寸法誤差のある電池セルをセルスロットにスムーズに挿入できる。さらに、この電源装置は、セルスロットに挿入される電池セルの中央部を両面から保持凸部で挟着するので、電池の内圧上昇等により、電池セルが膨らむのを有効に防止できる特長もある。また、電池セルを保持する保持凸部を利用して、送風ダクトを設けて、電池セルを効率よく冷却できる。
【００２４】
さらに、本発明の請求項６の電源装置は、送風ダクトを、セルスロットに挿入される電池セルの電極端子と対向する位置に設けているので、充放電によって発熱する電池セルの特に高温となりやすい引出リードや電極端子を効果的に冷却できる特長がある。
【００２５】
また、本発明の請求項７の電源装置は、電池セルが、厚さよりも幅の広い薄型の角型電池で、ホルダーブロックは、薄型の角型電池を挿入できる断面形状をスリット状とするセルスロットを平行に並べて設けている。この電源装置は、多数の電池セルを無駄なく整列して配置して、ホルダーブロックに収納できる。
【００２６】
さらに本発明の請求項８の電源装置は、ホルダーブロックが、セルスロットの一方に電池セルの電極を外部に表出する電極側の開口部を設け、セルスロットの他方に電池セルを挿入する挿入側の開口部を設けており、さらに、電池セルは、セルスロットに挿入された状態で電極側の開口部から抜けるのを阻止する抜止突出部を両側に有し、ホルダーブロックのセルスロットには、この抜止突出部を案内して、電池セルが電極側の開口部から抜けるのを防止する係止凹部を設けており、セルスロットに電池セルが挿入される状態で、ホルダーブロックの挿入側の開口部を冷却プレートで閉塞して、電池セルをホルダーブロックのセルスロットに収納して定位置に固定している。
この電源装置は、電池セルの電極板に無理な応力が作用しない状態で、定位置に配置できる。それは、この電源装置が、複数の電池セルを、独特の構造のホルダーブロックと冷却プレートとで定位置に固定するからである。ホルダーブロックは、電池セルを挿入するセルスロットを有し、さらに、セルスロットの一方には電池セルの電極端子を外部に表出する電極側の開口部を、他方には電池セルを挿入する挿入側の開口部を設けている。また、電池セルは、電極側の開口部から抜けるのを阻止する抜止突出部を両側に設けており、セルスロットには、この抜止突出部を案内して、電池セルが電極側の開口部から抜けるのを防止する係止凹部を設けている。この構造の電源装置は、従来のように、電池セルを上下から挟着して、定位置に固定するのではない。電池セルは、両側に設けた抜止突出部をセルスロットの係止凹部に案内して、電極側の開口部からは抜けないようにホルダーブロックにセットされ、挿入側の開口部から抜けないように、セルスロットの挿入側の開口部を冷却プレートで閉塞している。この状態で、ホルダーブロックのセルスロットにセットされる電池セルは、両側の抜止突出部をホルダーブロックのセルスロットの係止凹部に係止して、定位置に配置される。両側の抜止突出部を介してセルスロットに固定される電池セルは、外装ケースを上下に挟着して定位置に固定する必要がなく、外装ケースが上下に挟着されて作用する無理なストレスが電極板に作用しない。このため、振動や温度変化による外部ストレスに対して電池特性の低下が少なく、電池寿命を長くできる特徴が実現される。
【００２７】
また、この電源装置は、多数の電池セルを理想的な状態で定位置に配置しながら、能率よく安価に多量生産できる特徴がある。それは、本発明の電源装置が、多数の電池セルをホルダーブロックのセルスロットに挿入側の開口部から入れ、挿入側の開口部を冷却プレートで閉塞しているからである。
また、この電源装置は、寸法誤差のある電池セルを使用しながら、外形の寸法誤差を少なくできる特徴も実現する。それは、外形寸法が、ホルダーブロックの外形で特定されるからである。電池セルの寸法誤差は、ホルダーブロックのセルスロットに挿入すると吸収される。
【００２８】
また、本発明の請求項９の電源装置は、セルスロットに設けている係止凹部を挿入側の開口部に向かって拡開されるテーパー状とし、抜止突出部をここに嵌着される形状とする。この電源装置は、テーパー状の係止凹部に抜止突出部を接触させて、電池セルをセルスロットに抜けないように固定できる。とくに、振動などで電池セルがセルスロットが電極側の開口部に抜けようとするとき、テーパー状の係止凹部が衝撃力を緩和して、衝撃による損傷を少なくする。
【００２９】
さらに、本発明の請求項１０の電源装置は、抜止突出部を電池セルの底部に設け、セルスロットの係止凹部を挿入側の開口部に設けている。この構造は、電池セルの電極板に作用するストレスを最も少なくできる特徴がある。それは、電池セルがセルスロットから抜けようとするのを、底部で引っ張って阻止するからである。外装ケースの底部に引っ張り力が作用する電池セルは、外装ケースに収納している電極板を圧縮する応力が作用しない。このため、電極が押圧される応力が作用せず、電極のストレスを最も小さくできる。
【００３０】
さらに、本発明の請求項１１の電源装置は、電池セルをリチウムイオン二次電池とし、ホルダーブロックのセルスロットに入れて定位置に配置すると共に、ホルダーブロックが、セルスロットの間に位置する中間壁とセルスロットの外側にあるブロック本体とをプラスチックで一体的に成形している。この電源装置は、多数の電池セルを定位置に配置して固定できるホルダーブロックを、簡単かつ容易に、しかも低コストに多量生産できる特徴がある。また、この電源装置は、各々のセルスロットにおいて、リチウムイオン二次電池である電池セルの熱暴走の誘発を効果的に防止して安全性を向上できる特徴も実現する。セルスロットの間に設けた中間壁が、隣接する電池セル間の熱暴走を遮断するからである。とくに、このホルダーブロックは、中間壁をプラスチックで一体成形しているので、いずれかの電池の温度が異常に高くなると、高温になった電池の熱を中間壁で分散しながら伝導して、電池温度を均一にする作用もある。
【００３１】
さらに、この電源装置は、冷却プレートを金属製としているので、冷媒との熱交換の効率をよくして、冷却プレートを低温に冷却できる特長がある。このように冷媒で低温に冷却される冷却プレートは、電池セルの熱を効果的に吸収できるので、各々の電池セルを極めて効果的に冷却できる特徴がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
図２ないし図７に示す電源装置は、複数の電池セル１と、各々の電池セル１を挿入する複数のセルスロット４を開口している電池のホルダーブロック２と、このホルダーブロック２のセルスロット４の開口部を閉塞する冷却プレート３とを備える。
【００３５】
電池セル１は、リチウムイオン二次電池であって、厚さよりも幅の広い薄型の角型電池である。ただし、電池セルは、必ずしもリチウムイオン二次電池とする必要はなく、ニッケル−水素電池やニッケルカドミウム電池等の全ての二次電池とすることもできる。また、電池セルは、必ずしも薄型の角型電池とする必要もない。図示しないが、電池セルには水平断面図を四角形とする角型電池とすることができる。電池セル１の内部構造を図８に示している。この電池セル１は、外装ケース１１に電極組１２と電解液とを入れて密閉している。電極組１２は、正負の電極板１３をセパレータ１４を介して積層している。電極組１２は、正極板１３Ａと負極板１３Ｂの各々に引出リード１５を接続している。引出リード１５は、外装ケース１１の天板に固定している正極端子１６Ａと負極端子１６Ｂに接続している。この電池セル１は、正極端子１６Ａと負極端子１６Ｂを引出リード１５を介して正極板１３Ａと負極板１３Ｂに接続している。この構造の電池セル１は、大電流で充放電される状態で、引出リード１５の近傍の温度が高くなる。引出リード１５に大電流が流れるからである。冷却プレート３に設けた冷却ダクト２８に連結されるセルスロット４内の送風ダクト１０の位置は、充放電によって高温となる引出リード１５の位置に一致している。したがって、電池セル１の冷却構造は、引出リード１５の近傍を効果的に冷却して、電池セル１の全体を均一に効率よく冷却できる。
【００３６】
ホルダーブロック２は、全体をプラスチックで成形している。ホルダーブロック２は、薄型の角型電池を挿入できる断面形状のスリット状のセルスロット４を平行に並べて設けている。セルスロット４は、内面を電池セル１の外面に接触する内形としている。図のホルダーブロック２は、セルスロット４の間に所定の厚さの中間壁５を設けて、多数のセルスロット４を平行に並べて設けている。このホルダーブロック２は、中間壁５とセルスロット４の外側にあるブロック本体２Ａとを絶縁材のプラスチックで一体的に成形している。絶縁材のプラスチックからなるホルダーブロック２は、隣接する電池セル１を中間壁５で絶縁して定位置に配置できる。ただし、ホルダーブロックは、アルミニウム等の金属を鋳造して製作することもできる。また、ホルダーブロックは、アルミニウムダイキャストとすることもできる。アルミニウム等の金属製のホルダーブロックは、熱伝導に優れるので、各々の電池セルの温度を均一にできる特徴がある。導電性のホルダーブロックは、外装ケースを正極端子と負極端子に接続しない構造の電池セルを挿入し、あるいは外装ケースをプラスチック等の絶縁材とする電池セルを挿入し、あるいはまた、電池セルとホルダーブロックとの間に絶縁材を介在して電池セルをセルスロットに挿入する。
【００３７】
ホルダーブロック２は、両端を開口している。図４、図６及び図７のホルダーブロック２は、セルスロット４の一方、図においてセルスロット４の上方に電極側の開口部６を設けている。この電極側の開口部６は、電池セル１の電極端子１６を外部に表出させる。また、セルスロット４の他方、図において下方には、挿入側の開口部７を設けている。この挿入側の開口部７から、電池セル１はセルスロット４に挿入される。
【００３８】
セルスロット４に挿入される電池セル１は、セルスロット４に挿入された状態で、電極側の開口部６から抜けるのを阻止する抜止突出部１７を両側に設けている。ホルダーブロック２のセルスロット４は、この抜止突出部１７を案内して、電池セル１が電極側の開口部６から抜けるのを防止する係止凹部８を設けている。図４と図６に示すホルダーブロック２は、セルスロット４に設けている係止凹部８を、挿入側の開口部７に向かって拡開されるテーパー状としている。また、電池セル１の抜止突出部１７は、この係止凹部８に嵌着される形状としている。さらに、図の電源装置は、抜止突出部１７を電池セル１の底部に設けて、係止凹部８をセルスロット４の挿入側の開口部７に設けている。
【００３９】
さらに、図２ないし図５のホルダーブロック２は、セルスロット４の対向する内面に、電池セル１の表面の中央部に向かって突出して電池セル１を保持する保持凸部９を設けている。図２ないし図４のホルダーブロック２は、電極側の開口部６から挿入側の開口部７の方向、図において上下方向に保持凸部９を設けている。このセルスロット４は、保持凸部９の突出面を電池セル１の表面に接触させる。したがって、セルスロット４の対向面に設けている保持凸部９の突出面の間隔は、電池セル１の厚さに等しくしている。
【００４０】
ホルダーブロック２は、保持凸部９の両側に電池セル１の送風ダクト１０を設けている。送風ダクト１０は、冷却用の空気が送風されて、電池セル１を冷却する。セルスロット４の内面に保持凸部９を設けるホルダーブロック２は、保持凸部９の両側に、電池セル１に接触しない隙間を設けて、ここを送風ダクト１０にできる。したがって、セルスロット４に保持凸部９を設けるホルダーブロック２は、電池セル１をスムーズにセルスロット４に挿入できることに加えて、電池セル１を効果的に冷却できる。図のホルダーブロック２は、送風ダクト１０を、セルスロット４に挿入される電池セル１の電極端子１６と対向する位置に設けている。この電極端子１６の位置は、電池セル１が充放電によって発熱するとき、高温となる引出リード１５の位置とほぼ一致する。したがって、送風ダクト１０は、電池セル１の電極端子１６と対向する位置であって、電池セル１の引出リード１５の近傍に設けられる。このホルダーブロック２は、電池セル１の引出リード１５の近傍を効果的に冷却して、電池セル１の全体を均一に効率よく冷却できる。
【００４１】
さらに、図４の送風ダクト１０は、上部に向かって次第に幅を狭くして流速を速くする。この送風ダクト１０は、電池セル１を均一に冷却する。送風ダクト１０に送風される空気は、電池セル１に加温されて温度が上昇する。温度が高くなった空気は、電池セル１の冷却効率が低下する。空気は流速を速くして、電池セル１の冷却効率が高くなる。したがって、空気の温度が高くなる部分で流速を速くして、電池セル１を均一に冷却できる。
【００４２】
冷却プレート３は、ホルダーブロック２の下面に固定されて、セルスロット４の挿入側の開口部７を閉塞する。冷却プレート３は、全体の形状を所定の厚さの板状とし、その外形をホルダーブロック２の外形に等しくしている。冷却プレート３はネジ止めしてホルダーブロック２に固定され、あるいは係止構造で連結して固定することもできる。ホルダーブロック２のセルスロット４に挿入された電池セル１は、挿入側の開口部７が冷却プレート３で閉塞されて、セルスロット４に固定される。冷却プレート３は、金属製として、各々の電池セル１を効果的に冷却できる。この冷却プレート３は、たとえば、アルミニウム等の金属を鋳造して製作することができる。また、冷却プレートは、アルミニウムダイキャストとすることもできる。アルミニウム等の金属製の冷却プレート３は、熱伝導に優れるので、熱結合される電池セル１の熱を効率よく伝導して、各々の電池セル１を冷却できる特徴がある。また、後述する冷媒通路２１に供給される冷媒との熱交換の効率が良くなるので、冷媒によって効果的に低温に冷却できる特長がある。金属性の冷却プレートは、外装ケースを正極端子と負極端子に接続しない構造の電池セルを挿入し、あるいは外装ケースをプラスチック等の絶縁材とする電池セルを挿入し、あるいはまた、電池セルと冷却プレートとの間に絶縁材を介在して電池セルをセルスロットに挿入する。ただ、冷却プレートは、プラスチック製とすることもできる。
【００４３】
ホルダーブロック２に収納している電池セル１は、冷却プレート３に熱結合されて、冷却プレート３で冷却される。冷却プレート３に熱結合される電池セル１は、発熱した熱を冷却プレート３に熱伝導して放熱する。電池セル１は、冷却プレート３に面接触状態で接触して、好ましい状態で熱結合される。また、シリコン等の熱結合剤を介し、あるいは金属等を介して熱結合することもできる。冷却プレート３は、熱結合された電池セル１を冷却するために、内部に冷媒通路２１を設けている。
【００４４】
冷却プレート３の冷媒通路２１は、冷却ユニット２０に連結される。冷却ユニット２０は冷媒通路２１に冷媒を供給し、この冷媒で冷却プレート３を強制冷却する。冷却ユニット２０を図９に示す。この図の冷却ユニット２０は、気体状の冷媒を加圧するコンプレッサ２２と、このコンプレッサ２２で加圧された冷媒を冷却して液化させる凝縮器２３と、この凝縮器２３に連結している膨張弁２４とを備える。コンプレッサ２２は、モータ２５や車両のエンジンで駆動されて気体状の冷媒を加圧する。凝縮器２３は熱交換器２６でファン２７に強制送風されて冷媒を冷却して液化させる。凝縮器２３は、ハイブリッドカーにおいては、エンジンの冷却水を冷却するラジエータの前方に配設される。ラジエータを冷却するファン２７で凝縮器２３も冷却される。冷却プレート３の冷媒通路２１の排出側はコンプレッサ２２に連結され、コンプレッサ２２が、冷媒通路２１から排出される気化した冷媒を加圧する。加圧された冷媒は、凝縮器２３で冷却されて液化される。液化された冷却は、膨張弁２４を介して冷媒通路２１に連結される。膨張弁２４は、冷媒通路２１の排出側において、全ての冷媒を気化できる流量に開度をコントロールする調整弁、あるいは細管からなるキャピラリーチューブである。冷媒は、膨張弁２４を通過して断熱膨張され、冷媒通路２１内で液体から気体になる。膨張弁２４を通過して、冷媒通路２１内で気化される冷媒は、気化熱を奪って冷却プレート３を強制冷却する。したがって、冷却ユニット２０に連結される冷却プレート３は、供給される液状の冷媒を、冷媒通路２１内で気化し、冷媒の気化熱で冷却させる。冷媒で強制冷却された冷却プレート３に熱結合する電池セル１は、発熱した熱を冷却プレート３に伝導して、効率よく冷却される。
【００４５】
以上のように、冷媒通路２１で冷媒を気化させて、その気化熱で冷却プレート３を冷却する構造は、冷却プレート３を極めて低い温度に冷却して、電池セル１を効果的に冷却できる。ただし、本発明の電源装置は、冷媒通路２１に冷媒として冷却水を供給して、冷却水で冷却プレート３を強制的に冷却することもできる。
【００４６】
冷却プレート３は、熱伝導で電池セル１を冷却することに加えて、さらに電池セル１に強制送風される空気も冷却する。熱伝導で直接に電池セル１を冷却し、さらに強制送風される空気も冷却する冷却プレート３は、冷却空気の送風を停止する状態においても、電池セル１を効率よく冷却できる。熱伝導による冷却は、送風ファン２９の運転を停止する状態、すなわち、送風ファン２９の騒音を０レベルとして、極めて静かな状態で電池セル１を効果的に冷却する。また、強制送風することによって、電池セル１を、さらに効果的に、しかも全体を均一に冷却する。
【００４７】
冷却プレート３は、ホルダーブロック２との境界、すなわち上面に冷却ダクト２８を設けている。冷却ダクト２８は、ホルダーブロック２の送風ダクト１０に連結されて、送風ダクト１０に強制送風する空気を冷却する。冷却プレート３は、溝形で上面を開口している。この冷却プレート３は、上面にホルダーブロック２を連結して、冷却ダクト２８をホルダーブロック２の送風ダクト１０に連結する。いいかえると、送風ダクト１０と冷却ダクト２８とは、冷却プレート３をホルダーブロック２に固定して、互いに連結される位置に設けられる。図４の冷却プレート３は、上面に２列に冷却ダクト２８を設けている。２列の冷却ダクト２８は、セルスロット４の対向面に２列に設けている送風ダクト１０に連結される。
【００４８】
冷却プレートは、図示しないが、内部に冷却ダクトを設けることもできる。内部に冷却ダクトを設けている冷却プレートは、上面に送風ダクトに連結する連結口を開口する。この連結口は、冷却プレートをホルダーブロックに連結する状態で、ホルダーブロックの送風ダクトに連結する位置に開口される。この冷却プレートは、内部の冷却ダクトに送風する空気を効率よく冷却できる。それは、冷却ダクトに送風される空気が広い面積で冷却プレートに接触するからである。
【００４９】
以上の電源装置は、冷媒通路２１に供給される冷媒で冷却プレート３を強制冷却し、冷却された冷却プレート３が電池セル１を熱伝導で冷却し、さらに、冷却ダクト２８に送風される空気を冷却し、冷却プレート３で冷却され空気を送風ダクト１０に送風して電池セル１を効果的に冷却する。
【００５０】
空気と熱伝導の両方で冷却される電池セル１は、発熱量が大きくなって電池温度が高くなるにしたがって、冷却状態が以下のように変更される。
［電池セルの温度が冷却温度よりも低いとき］
電池セル１に空気を強制送風せず、また冷却プレート３の冷媒通路２１に冷媒を供給しない。すなわち、この状態において、電池セル１は強制的には冷却されない。
【００５１】
［電池セルの温度が冷却温度を超えるとき］
電池セル１が発熱して冷却温度を超えると、冷却プレート３を冷媒で冷却することなく、電池セル１に空気を強制送風して冷却する。この状態で、空気は冷却ダクト２８から送風ダクト１０に送風されるが、冷却プレート３では冷却されない。すなわち、常温の空気が電池セル１に強制送風されて、電池セル１が冷却される。
【００５２】
［電池セルの温度が強制冷却温度を超えるとき］
さらに、電池セル１の発熱量が多くなって、冷却温度よりも高く設定している強制冷却温度を超えると、冷却プレート３の冷媒通路２１に冷媒を供給して、冷却プレート３を冷媒で強制冷却する。冷却された冷却プレート３は、電池セル１の熱を効果的に伝導して冷却する。この状態で、空気を強制送風する送風ファン２９の運転を停止する。したがって、静かに電池セル１を効率よく冷却できる。
【００５３】
［電池セルの温度が最高温度を超えるとき］
さらに、電池セル１の発熱量が多くなって、強制冷却温度よりも高く設定している最高温度を超えると、冷却プレート３の冷媒通路２１に冷媒を供給して、冷却プレート３を冷媒で強制冷却すると共に、送風ファンで空気を強制送風する。この状態で、冷却された冷却プレート３は、電池セル１の熱を効果的に伝導して冷却し、さらに、強制送風される空気を冷却ダクト２８で冷却して、送風ダクト１０に強制送風する。したがって、電池セル１は、熱伝導と冷却された空気の両方で効果的に冷却される。また、熱伝導と冷却された空気の両方で冷却されるので、強制送風する空気の風速を速くすることなく、いいかえると、ファンの回転数を低くして騒音レベルを小さくして、電池セル１を効率よく冷却する。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】従来の電源装置の概略構成図である。
【図２】本発明の一実施例にかかる電源装置の斜視図である。
【図３】図２に示す電源装置の分解斜視図である。
【図４】図２に示す電源装置の一部断面斜視図である。
【図５】図２に示す電源装置の平面図である。
【図６】図５に示す電源装置のＡ−Ａ線断面図である。
【図７】図５に示す電源装置のＢ−Ｂ線断面図である。
【図８】電池セルの一部断面斜視図である。
【図９】冷却プレートを冷却する冷却ユニットの一例を示す概略構成図である。
【符号の説明】
【００５５】
１…電池セル
２…ホルダーブロック          ２Ａ…ブロック本体
３…冷却プレート
４…セルスロット
５…中間壁
６…電極側の開口部
７…挿入側の開口部
８…係止凹部
９…保持凸部
１０…送風ダクト
１１…外装ケース
１２…電極組
１３…電極板                  １３Ａ…正極板
１３Ｂ…負極板
１４…セパレータ
１５…引出リード
１６…電極端子                １６Ａ…正極端子
１６Ｂ…負極端子
１７…抜止突出部
２０…冷却ユニット
２１…冷媒通路
２２…コンプレッサ
２３…凝縮器
２４…膨張弁
２５…モータ
２６…熱交換器
２７…ファン
２８…冷却ダクト
２９…送風ファン
９１…電池モジュール
９２…電池ホルダ
９３…冷却機構
９４…空気冷却用熱交換器
９５…冷凍サイクル
９６…送風機
【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】
2008059950.tif 000008
【図７】
2008059950.tif 000009
【図８】
2008059950.tif 000010
【図９】
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