(57)【要約】【課題】内蔵される各電池セルを効果的に冷却して信頼性、安全性を高めた電源装置等を提供する。【解決手段】電源装置は、一以上の単電池を直線状に接続した電池セルを略平行に複数本並べ、かつこれらの電池セルを直列または並列に接続した電源モジュールをカセットホルダに内蔵して、さらに電源モジュール内の電池セルの並び方向と直交する方向に、複数の電源モジュールを略平行に複数並べて構成される。この電源装置では、カセットホルダは、電池セルをセットした状態で、電池セルとカセットホルダの内面との間で電池セルの長手方向に沿って冷却空気を流すための冷却隙間を構成している。この構成によって、電池セルの周囲に形成された冷却隙間に冷却空気を流し、電池セルの長手方向に沿って冷却空気を送り込み効率的に熱交換が行える。【選択図】図１７
2005285454.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一以上の単電池を直線状に接続した電池セルを略平行に複数本並べ、かつこれらの電池セルを直列または並列に接続した電源モジュールをカセットホルダに内蔵して、さらに電源モジュール内の電池セルの並び方向と直交する方向に、複数の電源モジュールを略平行に複数並べて構成される電源装置であって、
前記カセットホルダは、前記電池セルをセットした状態で、電池セルとカセットホルダの内面との間で電池セルの長手方向に沿って冷却空気を流すための冷却隙間を構成してなることを特徴とする電源装置。
【請求項２】
請求項１に記載の電源装置であって、
前記カセットホルダは、その内面に前記電池セルを位置決めした状態で保持するための位置決嵌着部を形成しており、かつ前記位置決嵌着部の一部を突出させて支持凸部とし、前記支持凸部で前記電池セルの長手方向に沿った側面を部分的に押圧するように保持することで、電池セルとカセットホルダの内面との間で冷却隙間を構成してなることを特徴とする電源装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載の電源装置であって、
前記電池セルの長手方向に垂直なカセットホルダの端面に面して、電池セルを冷却する冷却空気を通過させる空気ダクトを設け、前記空気ダクトと前記冷却隙間とを連通させていることを特徴とする電源装置。
【請求項４】
請求項３に記載の電源装置であって、
前記空気ダクトが、冷却空気を供給する吸気ダクトと、冷却空気を排気する排気ダクトとを有し、前記吸気ダクトが前記カセットホルダの一方の端面に、前記排気ダクトがカセットホルダの他方の端面にそれぞれ面するよう配置されてなることを特徴とする電源装置。
【請求項５】
請求項４に記載の電源装置であって、
前記カセットホルダが、各電池セルをその長手方向が鉛直方向に沿う姿勢で配置し、前記冷却隙間に、上方の前記吸気ダクトから下方の前記排気ダクトに向かって冷却空気を流すよう構成してなることを特徴とする電源装置。
【請求項６】
請求項４または５に記載の電源装置であって、
前記カセットホルダは、前記吸気ダクトに面して吸気スリットを、前記排気ダクトに面して排気スリットを開口しており、前記吸気スリットおよび排気スリットは前記冷却隙間に連通されており、前記吸気ダクトにから供給される冷却空気を前記吸気スリットから取り入れて前記冷却隙間に流すことで電池セルを冷却し、かつ前記排気スリットから前記排気ダクトに排気するよう構成されてなることを特徴とする電源装置。
【請求項７】
請求項６に記載の電源装置であって、
前記吸気スリットと前記排気スリットが、電池セルを跨ぐように配置されており、前記吸気スリットから吸気される冷却空気が、電池セルの長手方向に対して斜めに進行して前記排気スリットに流れるように構成してなることを特徴とする電源装置。
【請求項８】
請求項６または７に記載の電源装置であって、
前記吸気スリットから前記排気スリットに流れる冷却空気が電池セルの周りで螺旋状に進むように、前記カセットホルダは少なくとも前記吸気スリットに近接して冷却空気の進行方向を案内する導風板を設けてなることを特徴とする電源装置。
【請求項９】
請求項６から８のいずれかに記載の電源装置であって、
前記カセットホルダは、前記冷却隙間の断面積を、前記吸気スリット側を大きく、前記排気スリット側を小さくなるよう構成してなることを特徴とする電源装置。
【請求項１０】
請求項２から９のいずれかに記載の電源装置であって、
前記カセットホルダに形成される前記吸気スリットの開口面積を、冷却空気の供給方向に対して風下側を風上側よりも大きく形成してなることを特徴とする電源装置。
【請求項１１】
請求項１０に記載の電源装置であって、
前記電池セルが円筒形であり、前記電池セルを保持する前記位置決嵌着部が単電池の円筒形に沿った中空円筒形であり、前記吸気スリットの開口が冷却空気の供給方向に対して風下側を風上側よりも大きくする方向に、前記電池セルの中心と前記位置決嵌着部の中心とを偏心させて前記電池セルを保持してなることを特徴とする電源装置。
【請求項１２】
請求項３から１１のいずれかに記載の電源装置であって、
前記カセットホルダが、複数の電池セルを同一平面上に互いに略平行姿勢を保ったまま個別に保持する状態で、電池セルを保持するカセットホルダの側面に少なくとも部分的に側面開口窓を形成しており、かつ前記側面開口窓を空気ダクトに連通させ、空気ダクトに流した冷却空気が側面開口窓からカセットホルダ内の電池セルを冷却するよう構成してなることを特徴とする電源装置。
【請求項１３】
請求項１２に記載の電源装置であって、
前記側面開口窓が、電池セルを構成する各単電池毎に開口されていることを特徴とする電源装置。
【請求項１４】
請求項１から１３のいずれかに記載の電源装置であって、
前記カセットホルダが、複数のカセットホルダを連結可能なモジュール連結部材を備えており、各カセットホルダが電源モジュールを構成し、かつモジュール連結部材でカセットホルダ同士を連結して複数の電源モジュールを連結した電源モジュールブロックを構成してなることを特徴とする電源装置。
【請求項１５】
請求項１４に記載の電源装置であって、
前記側面開口窓が、前記電源モジュール同士が隣接する２面にそれぞれ設けられてなることを特徴とする電源装置。
【請求項１６】
請求項１５に記載の電源装置であって、
隣接する電源モジュールの界面で、各電源モジュールが仕切板で区画されていることを特徴とする電源装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、主として大電流の放電に適している電源装置に関し、特にハイブリッドカーや電気自動車等の自動車のように、大電流で駆動されるモーターに電力を供給して車両等の電動機器を駆動する電源装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
電源装置は、電池又は素電池を直列又は並列に接続した電源モジュールの個数を多くして出力電流を大きくでき、また、直列に接続する直列の個数で出力電圧を高くできる。特に、大出力が要求される用途、例えば自動車等の車両、自転車、工具等に使用される電源装置においては、複数の電池を直列に接続して出力を大きくする構造がとることができる。例えば、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、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、接続する電源モジュールの個数で出力を調整している。大出力が要求される電源装置は、多数の電源モジュールを接続している。現在、ハイブリッドカーに搭載される電源装置は、６個のニッケル−水素電池を直列に接続して電源モジュールを構成している。この電源モジュールをホルダーケースに内蔵して、電源モジュールを直列に接続している。ホルダーケースに２４個の電源モジュールを内蔵する電源装置は、１４４個のニッケル−水素電池を直列に接続して、定格出力電圧が約１７０Ｖとなる。さらに、大出力が要求される電源装置は、直列に接続する電源モジュールの数を多くして出力電圧を高くしている。ハイブリッドカー等の車両に搭載される電源装置は、車両の大きさやモーターの出力により、出力電圧を最適設計する必要がある。このため、電源装置は、用途により内蔵する電源モジュールの個数が変化する。
【０００３】
電池セルを多く使用して出力電流や電圧を高めた電源装置においては、電池セルの発熱量が大きくなる。特に多数の電池セルを使用する電源装置においては、電池セルを効果的に冷却することが重要となる。このため従来は、電池セルを冷却する冷却空気を電池セルに流入させるための空気ダクトを電源モジュールに隣接させている。例えば特許文献１に示す電源装置においては、図２９の分解斜視図に示すような電源モジュールを積層し、図３０の垂直断面図に示すように電源モジュール間に空気ダクトを配置し、冷却空気を流すことによって電池セルを冷却している。空気ダクトは、冷却空気を電源モジュールに供給する流路として吸気ダクトと排気ダクトを備えており、電源モジュールは、吸気ダクトに面して、冷却空気を流入させる流入口と、排気ダクトに面して、流入した空気で熱交換により冷却した後これを排気するための排気口を開口している。
【特許文献１】特開２００４−０３１２４８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、空気ダクトを設けて冷却空気を流しても、必ずしも効果的に電池セルが冷却できるものでなく、特に新鮮な冷気が電池セルまで至らず、十分に冷却できないことがあった。電池セルの冷却が不十分になると、電池セルの発熱によって電源装置が加熱される。特に電源装置に使用する電池セル数が多くなるに従い発熱量も多くなるため、冷却が不十分であると発熱量が蓄積して電池セルのみならず装置自体の寿命を低下させ、安定性や信頼性が低下することとなる。
【０００５】
特に、吸気ダクトに面して垂直に冷却空気の流入口を設ける構成においては、冷却空気の流れに対して風上側よりも風下側で冷気の流入量が多くなる傾向にある。これは空気の流れの慣性によるためで、冷却空気の送風源に近い風上側では吸気ダクトを直進しようとする慣性力が強く、空気の進行方向と直交する方向に開口された流入口に流入する空気量が少なくなる。これに対して、冷却空気の送風源から遠くなる風下側では慣性が弱くなるため、流入光に冷却空気が流入し易くなる傾向にある。このように、風上側では冷却空気の流入量が少なくなることに加えて、本願発明者らが行った試験によれば、風上側に開口された流入口から流入する冷却空気は、部分的に激しく逆流渦を発生させて排気口から排出されない量が多く、このため熱交換が進まず冷却にほとんど有効利用されていないことが判明した。これでは、電池セルの冷却という目的を十分に果たすことができず、効果的な電池の冷却が求められる。
【０００６】
本発明は、このような問題点を解決することを目的に開発されたもので、本発明の主な目的は、電源装置に含まれる各電池セルを効果的に冷却して信頼性、安全性を高めた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】
上記の目的を達成するために、本発明の電源装置は、一以上の単電池を直線状に接続した電池セルを略平行に複数本並べ、かつこれらの電池セルを直列または並列に接続した電源モジュールをカセットホルダに内蔵して、さらに電源モジュール内の電池セルの並び方向と直交する方向に、複数の電源モジュールを略平行に複数並べて構成される。この電源装置では、カセットホルダは、電池セルをセットした状態で、電池セルとカセットホルダの内面との間で電池セルの長手方向に沿って冷却空気を流すための冷却隙間を構成している。この構成によって、電池セルの周囲に形成された冷却隙間に冷却空気を流し、電池セルの長手方向に沿って冷却空気を送り込み効率的に熱交換が行える。
【０００８】
また本発明の他の電源装置は、カセットホルダが、その内面に電池セルを位置決めした状態で保持するための位置決嵌着部を形成しており、かつ位置決嵌着部の一部を突出させて支持凸部とし、支持凸部で電池セルの長手方向に沿った側面を部分的に押圧するように保持することで、電池セルとカセットホルダの内面との間で冷却隙間を構成している。この構成によって支持凸部を使用して電池セルの保持と冷却隙間の形成を同時に行うことができ、カセットホルダの構成を簡略化して安価に実現できる。
【０００９】
さらに本発明の他の電源装置は、電池セルの長手方向に垂直なカセットホルダの端面に面して、電池セルを冷却する冷却空気を通過させる空気ダクトを設け、空気ダクトと冷却隙間とを連通させている。この構成によって空気ダクトから冷却隙間に冷却空気を供給し、冷却空気の流れによって電池セルを継続的に冷却できる。
【００１０】
さらにまた本発明の他の電源装置は、空気ダクトが、冷却空気を供給する吸気ダクトと、冷却空気を排気する排気ダクトとを有し、吸気ダクトがカセットホルダの一方の端面に、排気ダクトがカセットホルダの他方の端面にそれぞれ面するよう配置している。この構成によって空気ダクトを冷気と排熱を含んだ空気とに分離して、吸気ダクトから冷却空気を供給して電池セルを冷却し、熱交換によって冷却力の弱くなった空気を排気ダクトから排気し、効率よく冷却を行うことができる。
【００１１】
さらにまた本発明の他の電源装置は、カセットホルダが、各電池セルをその長手方向が鉛直方向に沿う姿勢で配置し、冷却隙間に、上方の吸気ダクトから下方の排気ダクトに向かって冷却空気を流すよう構成している。この構成によって、熱の対流により温度の高い部分が上方に位置する傾向と逆向きに冷却空気を流して熱分布の均一化を図り、温度勾配を低減できる効果が得られる。
【００１２】
さらにまた本発明の他の電源装置は、カセットホルダが、吸気ダクトに面して吸気スリットを、排気ダクトに面して排気スリットを開口しており、吸気スリットおよび排気スリットは冷却隙間に連通されており、吸気ダクトから供給される冷却空気を吸気スリットから取り入れて冷却隙間に流すことで電池セルを冷却し、かつ排気スリットから排気ダクトに排気するよう構成されている。この構成によってスリット状の吸気スリットから排気スリットに冷却空気を流し、熱交換によって効率よく電池セルを冷却することができる。
【００１３】
さらにまた本発明の他の電源装置は、吸気スリットと排気スリットが、電池セルを跨ぐように配置されており、吸気スリットから吸気される冷却空気が、電池セルの長手方向に対して斜めに進行して排気スリットに流れるように構成している。この構成によって電池セルに対して吸気スリットと排気スリットとが対向する位置となり、吸気スリットから供給される冷却空気が電池セルと交差するように排気スリットに流れ込むため、冷却空気が確実に電池セル表面に接触して熱交換が効率よく行われ、電池セルを冷却することができる。
【００１４】
さらにまた本発明の他の電源装置は、吸気スリットから排気スリットに流れる冷却空気が電池セルの周りで螺旋状に進むように、カセットホルダは少なくとも吸気スリットに近接して冷却空気の進行方向を案内する導風板を設けている。この構成によって、冷却空気を電池セルの長手方向に沿ってスパイラル状に流すことができ、渦巻き状に流れる冷却空気で電池セルの熱交換を促進して冷却効果を高めることができる。
【００１５】
さらにまた本発明の他の電源装置は、カセットホルダは、冷却隙間の断面積を、吸気スリット側を大きく、排気スリット側を小さくなるよう構成している。電池セルの長手方向すなわち冷却空気の進行方向に沿って次第に断面積が狭くなるようにすることで、冷却空気の流速を吸気側よりも排気側で上げることができ、冷却効果が低下しがちな排気側での熱交換を促進して電池セルの長手方向での温度勾配を抑制することができる。
【００１６】
さらにまた本発明の他の電源装置は、カセットホルダに形成される吸気スリットの開口面積を冷却空気の供給方向に対して風下側を風上側よりも大きく形成している。この構成によって、冷却空気の吸引量を風上側よりも風下側から多くし、より多くの冷却空気をカセットホルダ内に効率よく取り込み、冷却効果を高めることができる。
【００１７】
さらにまた本発明の他の電源装置は、電池セルが円筒形であり、電池セルを保持する位置決嵌着部が単電池の円筒形に沿った中空円筒形であり、吸気スリットの開口が冷却空気の供給方向に対して風下側を風上側よりも大きくする方向に、電池セルの中心と位置決嵌着部の中心とを偏心させて電池セルを保持している。この構成によって、電池セルをオフセットさせて保持することで容易に風下側の吸気面積を風上側よりも大きくすることができ、効果的な冷却空気の流入と冷却促進効果が図られる。
【００１８】
さらにまた本発明の他の電源装置は、カセットホルダが、複数の電池セルを同一平面上に互いに略平行姿勢を保ったまま個別に保持する状態で、電池セルを保持するカセットホルダの側面に少なくとも部分的に側面開口窓を形成しており、かつ側面開口窓を空気ダクトに連通させ、空気ダクトに流した冷却空気が側面開口窓からカセットホルダ内の電池セルを冷却するよう構成している。この構成によって、電池セルとカセットホルダとの間に冷却隙間を構成しなくとも効果的に電池セルを冷却することができる。
【００１９】
さらにまた本発明の他の電源装置は、側面開口窓が、電池セルを構成する各単電池毎に開口されている。この構成により、カセットホルダ内の電池セルに均等に冷却空気を供給できる。特に電池セルが長手方向に直線状に連結された単電池で構成される場合でも、空気ダクトから遠い側に位置する単電池にも、空気ダクトに近い側に位置する他の単電池で温められた空気でなく新鮮な冷却空気が供給されるため、電池セルが均等に冷却されるという効果が得られる。
【００２０】
さらにまた本発明の他の電源装置は、カセットホルダが、複数のカセットホルダを連結可能なモジュール連結部材を備えており、各カセットホルダが電源モジュールを構成し、かつモジュール連結部材でカセットホルダ同士を連結して複数の電源モジュールを連結した電源モジュールブロックを構成している。この構成によって、電源モジュール同士を連結して電源モジュールブロックを構成でき、電源出力などに応じたケーシングを専用に設計することなく、同一タイプの電源モジュールの増減により要求される電源出力やサイズに対応できる。
【００２１】
さらにまた本発明の他の電源装置は、側面開口窓が、電源モジュール同士が隣接する２面にそれぞれ設けられている。この構成によって、電源モジュール同士の界面に空気ダクトと側面開口窓との連通経路を配置でき、連通経路の配置スペースを隣接する電源モジュールで近接させて構成を簡素化できる。
【００２２】
さらにまた本発明の他の電源装置は、隣接する電源モジュールの界面で、各電源モジュールが仕切板で区画されている。この構成によって隣接する電源モジュールが相互に与える影響を軽減し個別に冷却できる。
【発明の効果】
【００２３】
以上のように、本発明の電源装置によれば、冷却空気を効率的に電池セルに供給して、電池セルの冷却を確実に行える。特に電池セルの周囲に沿って冷却空気を供給する冷却隙間を構成することで、電池セルの長手方向に沿って冷却空気を流して効率良く熱交換を行うと共に、排熱を含む空気を排出する。このように電池セルの長手方向に沿って冷却空気を流す構成は、冷却空気の経路がスムーズとなり吸気された空気を排気し易く、電池セルの確実な冷却が期待でき、電池寿命を長くし安全性、信頼性を改善し得る。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。ただし、以下に示す実施の形態は、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。また特許請求の範囲に示される部材を、実施の形態の部材に特定するものでは決してない。なお、各図面が示す部材の大きさや位置関係等は、説明を明確にするため誇張していることがある。さらに以下の説明において、同一の名称、符号については同一もしくは同質の部材を示しており、詳細説明を適宜省略する。さらに、本発明を構成する各要素は、複数の要素を同一の部材で構成して一の部材で複数の要素を兼用する態様としてもよいし、逆に一の部材の機能を複数の部材で分担して実現することもできる。
【００２５】
本発明の一実施の形態に係る電源装置を構成する電源モジュールの一例を、図１〜図４に示す。図１は電源モジュール１００の斜視図、図２は平面図、図３は側面図、図４は正面図をそれぞれ示している。これらの図に示す電源モジュール１００は、カセットホルダ１０内に計８本の単電池１を保持している。単電池１は、一以上を長手方向に直線状に配置して電池セル２を構成する。単電池１同士の端面で正極、負極を電気接続状態に固定することで、これらの単電池１同士を直列に接続できる。また単電池１同士の接続部分にＯリング３（後述）を設けて保護している。このようにして構成された電池セル２を平行に複数本並べ、互いに電気接続して電源モジュール１００を構成する。図１の例では、単電池２本からなる電池セル２を４本横並びに配列しているが、単電池１や電池セル２の数は一個の電源モジュール１００に要求される出力やサイズなどに応じて適宜設定される。例えば単電池や電池セルを一とすることも可能である。なお本実施の形態ではすべての単電池を直列に接続したが、並列接続や直列、並列接続の組み合わせも可能であることはいうまでもない。
（単電池１）
【００２６】
単電池１は充電可能な二次電池、あるいは静電容量の大きなスーパーキャパシタを使用する。このような二次電池としては、ニッケル−水素電池やリチウムイオン電池、ニッケル−カドミウム電池等が使用できる。リチウムイオン電池は充電容量が大きいので、大電流を必要とする用途の場合でも容量不足を招かずに十分な使用時間を確保できる。またこれらの図においては、単電池１を円筒型電池としている。ただ、単電池には角型電池や薄型電池も使用できる。
（カセットホルダ１０）
【００２７】
カセットホルダ１０は、内部で保持する電池セル２を振動や外力などから保護できるよう、十分な強度とする。例えばプラスチックやセラミック、金属等の成形材で構成され、絶縁性を備えるプラスチックが好適に使用できる。プラスチックを使用する場合は、グラスファイバ入りなどガラス繊維を混入させて強度を増すタイプが好ましい。一方金属製のカセットホルダを使用する場合は、電池セル２のショートなどを防止するための絶縁構造を設ける。金属製のカセットホルダは熱伝導性に優れ、放熱特性を改善できる。
（カセットホルダの嵌合構造）
【００２８】
カセットホルダ１０は、一対のカバー片１２に分割されており、上下のカバー片１２Ａ、１２Ｂを連結することで電池セル２を両面から保持する。このようなカセットホルダ１０の嵌合構造を図５及び図６に示す。図５は上カバー片１２Ａを開放して電池セル２をセットした状態の斜視図、図６はその正面図をそれぞれ示している。上カバー片１２Ａおよび下カバー片１２Ｂは、単電池１を複数直線状に接続した電池セル２を収納できるよう、それぞれ同じ形状に形成されている。具体的には、カセットホルダ１０は内面に、電池セル２を位置決めした状態で保持する位置決嵌着部１４を形成している。位置決嵌着部１４は電池セル２の側面を挟着して保持する。位置決嵌着部１４は、保持する単電池１の形状に応じて、これを確実に保持できる大きさ及び形状に設計される。図の例では円筒形の電池の周囲を保持するように、これとほぼ同じ大きさの円弧状の嵌着溝としている。上カバー片１２Ａおよび下カバー片１２Ｂで電池セル２を上下から保持するよう、嵌着溝は半円状としている。
【００２９】
さらに、隣接する円筒形の電池セル２同士の間には嵌合突起１６を突出させる。嵌合突起１６によって隣接する電池セル２を区画し、これらを絶縁すると共に確実に保持し、外部の衝撃から電池セル２を保護する。
【００３０】
なお位置決嵌着部１４は必ずしも電池セル２の側面と完全に一致させる必要はなく、若干の隙間を設けて電池セル２を冷却する冷却隙間を設けることが好ましい。本実施の形態では、位置決嵌着部１４の一部を突出させて支持凸部１８とし、支持凸部１８で電池セル２の側面に部分的に押圧するように保持して、非接触の部分を冷却隙間とすることでカセットホルダ１０内の電池セル２を効果的に冷却できる。支持凸部１８は、好ましくは電池セル２の円周上を４箇所でほぼ均等に保持する。
【００３１】
さらに、上下のカバー片１２Ａ、１２Ｂに分割されたカセットホルダ１０は、カバー片１２の開放及び閉塞を容易に行うための折曲連結部２０及び連結フック２２を設けている。折曲連結部２０は、ほぼ同じ形状に形成された上下のカバー片１２Ａ、１２Ｂの一端辺においてこれらを連結し、ピボット状に開閉させる。折曲連結部２０は、上下のカバー片１２Ａ、１２Ｂをヒンジ等の可動片で予め回動可動に固定する構成や、上下のカバー片１２Ａ、１２Ｂを一体成型して、折曲部分の肉厚を薄く構成して折曲可能とした構成などが利用できる。特にカセットホルダ１０をプラスチックで一体成型する構成では、一の金型で上下のカバー片１２Ａ、１２Ｂおよび折曲連結部２０を成型できるので好ましい。
【００３２】
一方、連結フック２２は折曲連結部２０と反対側の端辺に設けられ、上下のカバー片１２Ａ、１２Ｂを閉塞した状態で固定する。連結フック２２は、好ましくはネジなどの別部材を使用することなく上下のカバー片１２Ａ、１２Ｂを連結できる嵌合構造とする。例えば図５及び図６に示すように、一方のカバー片１２にカギ状に先端に引掛片を設け、他方のカバー片１２にはこの引掛片と対応する位置に引掛片が係止されるよう段差部を設ける。このような引掛片、段差部といった嵌合構造は、カバー片１２に一体成型で構成することが好ましい。
【００３３】
このように、片開き式に上下のカバー片１２Ａ、１２Ｂを予め連結しておくと共に、連結フック２２で容易に固定できる構造のカセットホルダ１０は、組み立て作業を容易に行える利点がある。特にツメによる嵌め込み構造であれば、従来のように上ケースと下ケースに分離された別部材のカセットホルダをネジ止めなどにより固定する構造に比較して、ネジ等の固定部材やネジ止め作業、特別な工具などが不要で、極めて容易に電池セルをカセットホルダに内蔵して固定でき、コスト及び作業性の面で好ましい。ただ、カセットホルダの固定は嵌合構造に限られず、熱溶着や超音波溶着、接着材、ネジの螺合などによる固定方法も採用できる。ネジを使用する方法であっても、上下のカバー片１２Ａ、１２Ｂの片側は既に固定されているため、螺合作業が半分で済む利点が得られる。
（Ｏリング３）
【００３４】
電池セル２の表面には、所定の間隔で複数のＯリング３を装着している。Ｏリング３は、好ましくは電池セル２の中間部分の複数部分に設けられる。Ｏリング３は、弾性変形できるゴム状弾性体で、断面図形状を円形とし、あるいは図示しないが断面形状を楕円形又は多角形としている。Ｏリング３は、図５および図６に示すように、電池セル２とカセットホルダ１０の位置決嵌着部１４との間に挟着されて、電池セル２を位置決嵌着部１４に装着する。Ｏリング３は、その内径を電池セル２の外径よりもわずかに小さく、あるいは等しくして、電池セル２の表面に隙間なく密着される。Ｏリング３は緩衝作用がある。このため、電池セル２とカセットホルダ１０との間に挟着されるＯリング３は、自動車等の車両に固定されるカセットホルダ１０の振動を吸収して、電池セル２の振動を少なくできる。また、電池セル２をカセットホルダ１０に隙間なくしっかりと固定する。
【００３５】
Ｏリング３のある電池セル２は、簡単な構造でカセットホルダ１０にしっかりと保持できる状態で装着される。それは、図５および図６に示すように、カセットホルダ１０に位置決嵌着部１４として設けている嵌着溝に入れて、しっかりと固定できるからである。従来のホルダーケースは、電源モジュールを固定するために、複雑な取り付け構造としている。この取り付け構造は、ホルダーケースの内面に、電源モジュールと直交する方向にリブを設けている。リブは、電源モジュールを嵌着するアーチ状の凹部を設けている。さらに、このアーチ状の凹部に沿って、弾性ゴムを固定する複雑な固定構造としている。これに対して、Ｏリング３のある電池セル２は、位置決嵌着部１４を簡単な構造の溝状に成形して、Ｏリング３を介して電池セル２をしっかりと振動しないように保持して固定できる。
（電源モジュール同士の連結）
【００３６】
以上のようにして構成された電源モジュールを複数連結して、電源モジュールブロックを構成する。図７〜図１２に、電源モジュール１００で構成された電源モジュールブロック１０００を示す。図７はベースフレーム２８上に載置された電源モジュールブロック１０００を示す斜視図、図８はその平面図、図９は、締結バンド４４で電源モジュールブロック１０００を固定した状態を示す斜視図、図１０はその正面図、図１１はその側面図、図１２は締結バンド４４を固定する部分の断面図を、それぞれ示している。これらの図に示す電源モジュールブロック１０００は、カセットホルダをカートリッジ式に複数連結していくことで、電源出力に必要な本数の単電池１や電池セル２を使用した電源装置を構築する。図７の例では、複数の電源モジュール１００を連結した小ブロック１０００ａを複数並べて電源モジュールブロック１０００を構成している。また、ベースフレーム２８の端部及び中央部分を断面凸型の凸条４２に突出させ、この凸条４２同士の上に跨るようにカセットホルダ１０を連結する。図９の例では、ベースフレーム２８上に２列の電源モジュール１００を配置するように、中央部分の凸条４２Ａを左右の電源モジュール１００共通の台座とし、左右の凸条４２Ｂよりも大きく構成している。電源モジュール１００とベースフレーム２８の固定は、カセットホルダ１０毎に設けたカギ状の突起を、突起を係止するためベースフレーム２８に形成されたスリットに挿入するなどの構成が利用できる。
（モジュール連結部材３２）
【００３７】
カセットホルダは同じ構造に形成され、一方の面と他方の面とが連結できるモジュール連結部材３２を備えている。これによって、同一種類のカセットホルダを使用して、同じ姿勢で隣接する面同士を連結して図７のように電源装置を構成できる。このようなカセットホルダ同士を連結するモジュール連結部材３２の一例を図１３及び図１４に示す。図１３はモジュール連結部材３２によるカセットホルダ１０Ｃ同士の連結状態を示す斜視図であり、図１４はその側面図をそれぞれ示している。これらの図に示すカセットホルダ１０Ｃは、面積の広い面にモジュール連結部材３２を設け、電池セル２が直立姿勢のまま連結後も、異なる電源モジュールの電池セル２同士が互いに平行状態を維持している。すなわち、電源モジュール内で電池セル２が平行に並ぶ方向と垂直に、電源モジュールを継ぎ足す構成としている。
（嵌着凸部３３、嵌着凹部３４）
【００３８】
図１３及び図１４の例では、電源モジュール３００のカセットホルダ１０Ｃの一面にモジュール連結部材３２として嵌着凸部３３と嵌着凹部３４を設け、これらの嵌着によってカセットホルダ１０Ｃ同士を連結する。図の例ではカセットホルダ１０Ｃの一方の面（図１３において前面、図１４において左面）に嵌着凹部３４を上部、嵌着凸部３３を下部に設け、さらに反対側の面（図１３において背面、図１４において右面）には、上部には嵌着凸部３３、下部には嵌着凹部３４を、前面の嵌着凸部３３、嵌着凹部３４とそれぞれ対応する位置に設けている。図に示す嵌着凸部３３は円筒状に形成された突起であり、これに対応して嵌着凹部３４は円形の穴に形成され、嵌着凸部３３を挿入して保持できる大きさに形成される。これら嵌着凸部３３および嵌着凹部３４は、好適にはカセットホルダ１０Ｃと一体成型により形成される。カセットホルダ１０Ｃをプラスチックなどの弾性部材で構成することにより、弾性変形して嵌着凸部３３が嵌着凹部３４に挿入されて嵌着される。この例では嵌着凹部３４と嵌着凸部３３をそれぞれ上下に分けて配置しているが、左右に分けて配置することもできる。あるいは、カセットホルダの前面に嵌着凸部を、背面に嵌着凹部を形成してもよい。さらに嵌着凸部３３の形状は円形に限られず、正方形や長方形、三角形などの多角形状や十字状などとしてもよく、また先端に鍔やカギ条、フック等を設けて、嵌着凹部に挿入された状態で外れないように構成することもできる。またこの例では、嵌着凸部３３、嵌着凹部３４の配置を上下に対称な位置として、前後を反転させた状態でも連結可能としている。ただ、これらを上下非対称に配置して反転した状態では連結できないように構成することもできる。例えば電源モジュールの電極端子が上下いずれかの面に位置している場合に、カセットホルダの前後を反転させても連結可能とすると、電源モジュールの連結後に電極端子面が片面に揃わなくなるおそれがある。このような場合に前後を反転させるとカセットホルダ同士が連結できないように構成することで、このような逆向きの連結を阻止できる。
（電源モジュールブロック１０００）
【００３９】
以上のようにして、カセットホルダ同士をカードリッジ式に連結していくことで、複数の電源モジュールを連結した電源モジュールブロック１０００が形成される。特に電源モジュールの連結数を加減することで、電源モジュールブロック１０００に含まれる電池セル数（単電池数）を容易に変更できる利点が得られる。また電源モジュールブロック１０００は、ベースフレーム２８上に固定される。ベースフレーム２８は電源モジュールブロック１０００を載置する基台であり、十分な強度を備える金属又はプラスチック製とする。金属製のベースフレーム２８は熱伝導性に優れ、放熱性がよい。一方プラスチック製のベースフレーム２８は絶縁性が高く、電池のショートなどを阻止できる。
【００４０】
また電源モジュール同士の連結をさらに強固にするために、図９〜図１２に示すように電源モジュールブロック１０００に締結バンド４４を締結する。図９は締結バンド４４で電源モジュールブロック１０００を締結した状態の斜視図を、図１０はこの正面図、図１１はこの側面図、さらに図１２は締結バンド４４のずれを防止するバンドガイド４６を設けた部分を示す拡大断面図を、それぞれ示している。これらの図に示す締結バンド４４は、金属製または樹脂製のバンドであり、好適にはチューブバンドが利用できる。また金属製のバンドはネジで締結力を調整可能なタイプが使用できる。この例では締結バンド４４を２つ、上下に離間して電源モジュールブロック１０００を締結している。もちろん、締結バンド４４の位置及び数は適宜調整でき、１あるいは３以上とすることもできる。
【００４１】
さらに、締結バンド４４で電源モジュールブロック１０００を締結後に、ずれたり脱離したりしないよう、これを定位置に保持する保持機構を設ける。この例では、図１２に示すように電源モジュールのカセットホルダ１０に、締結バンド４４を保持するバンドガイド４６を設けている。バンドガイド４６はカセットホルダ１０の表面で締結バンド４４を位置させる部分に形成された段差であり、締結バンド４４の幅とほぼ同じか若干大きい大きさに形成される。バンドガイド４６はカセットホルダ１０の成型時に形成される。また、バンドガイド４６の開口部分に締結バンド４４を挿入し易いよう、開口部の端縁を面取りしたり斜面させてもよい。以上のようにして、電源モジュールブロック１０００は締結バンド４４によって確実に連結状態を維持される。
【００４２】
以上は、電源モジュールをブロック化して連結する構造について説明したが、本発明はこの構成に限られず、電源モジュールブロックを一のホルダで構成して電池セルを収納することもできる。
（冷却隙間６０）
【００４３】
次に、電池セルを冷却する冷却隙間を構成する例を図１５〜図１６に基づいて説明する。図１５は電源モジュールブロック１０００の水平断面図、図１６はこの電源モジュールブロック１０００に収納される電池セル２に矢印で示す冷却空気が流れる状態を示す模式図である。これらの図に示すように、電池セル２の周囲に冷却隙間６０を形成し、ここに冷却空気を通すことで電池セル２の長手方向に冷却空気を流して冷却している。このように電池セルを縦置きにした構造で冷却を横方向でなく縦方向から行うことで、冷却のための経路をコンパクトにすることができる。
【００４４】
冷却空気は、好ましくは上方から下方に向かって流す。一般に熱対流によって上方に暖かい空気が集まるため、電池セルの上方の冷却が阻害される結果上下方向に熱分布が不均一となる傾向がある。特に縦に長い電池セルでは、上部と下部で冷却効果の差が顕著となり、電池の特性や性能にばらつきが生じるという問題があった。そこで本実施の形態では、冷却空気を上から下に流すことにより上方での冷却を促進し、このような熱勾配を緩和する効果が期待できる。
【００４５】
冷却隙間６０は、図５及び図６に示すようにカセットホルダ１０の内面に形成された位置決嵌着部１４の一部を突出させて支持凸部１８で、位置決嵌着部１４と電池セル２との間に形成される。支持凸部１８は、好ましくは図１５の断面図に示すように円筒形の電池セル２の円周に沿って略一定間隔で４箇所に設けられ、各支持凸部１８で電池セル２を押圧するように強固に保持する。また支持凸部１８は電池セル２の長手方向に沿って延長して設ける必要もなく、長さ方向に一定間隔で設けてもよい。好ましくは電池セル２を構成する電池セル２の端縁で、Ｏリング３を押圧する位置に設ける。さらに、支持凸部１８を設けない部分では、半円弧状の嵌着溝として形成された位置決嵌着部１４と電池セル２との間に隙間が形成されるので、この部分を冷却隙間６０とすることができる。このようにカセットホルダ１０の内面に支持凸部１８を設けることで、電池セル２の保持と冷却隙間６０の形成が同時に実現でき、カセットホルダ１０の構成を簡素化することができる。
（空気ダクト５０）
【００４６】
冷却隙間６０は、冷却空気の流路である空気ダクト５０と連通される。空気ダクト５０は、好ましくは冷却空気を供給する吸気ダクト５２と、冷却空気を排気する排気ダクト５４とに分離する。このように、冷却前の新鮮な冷気と冷却後の排熱を含んだ空気とを分離することで、効率よく冷却を行える。これらの空気ダクト５０は電源モジュールブロック１０００の端面に配置される。上述のように直立した電池セル２の長手方向に沿って冷却空気を上方から下方に流す場合、吸気ダクト５２を電源モジュールブロック１０００の上面に、排気ダクト５４を下面にそれぞれ配置する。図１７に、吸気ダクト５２と排気ダクト５４を配置した電源モジュールブロック１０００の断面図を示す。この図に示すように、電源モジュールブロック１０００内に直立姿勢で保持される各電池セル２の長手方向に沿って形成される冷却隙間６０は、上下で空気ダクト５０と連通されており、各々の界面で吸気ダクト５２に面して吸気スリット５６を、排気ダクト５４に面して排気スリット５８を開口している。この例では電池セル２の円周に沿って冷却隙間６０を形成しており、また吸気スリット５６や排気スリット５８も電池セル２の端縁で、図１５に示すように支持凸部１８によって閉塞されている部分を除き略円環状に開口されている。また吸気スリット５６は、図１７の垂直断面図に示すように好ましくは開口部分を広くするように傾斜させ、吸気をスムーズにしている。以上のように直立姿勢で保持される各電池セル２に対し、水平方向に冷却空気を供給し、各電池セル２の吸気スリット５６から取り込まれた冷却空気は垂直方向に流れる過程で熱交換により電池セル２を冷却し、排気スリット５８から排気ダクト５４に排気される。
（傾斜空気流）
【００４７】
また冷却空気を鉛直に流す構成に限られず、電池セルの長手方向に対して斜めに流す構成とすることもできる。図１８に、電池セル２に斜めに冷却空気をあてて冷却する構造の一例を示す。図１８の（ａ）は電源モジュールブロック１０００の平面図であり、（ｂ）は垂直断面図を示している。この例では、吸気スリット５６と排気スリット５８が、直線状のスリットに形成されると共に、電池セル２の一方の側面にのみ開口されている。また電池セル２を中心に吸気スリット５６と排気スリット５８とが、電池セル２の断面に対して反対側に位置するよう交差する位置に開口されている。これによって吸気スリット５６から吸気される冷却空気が、電池セル２の長手方向に対して斜めに進行して排気スリット５８に流れる。斜めに流れる冷却空気は電池セル２と交差するよう接触するため程良く攪拌され、確実に電池セル表面に接触して熱交換が促進され、効率よく冷却が行われる。図１８の例では、電池セル２の中間部分を保持する支持凸部１８に、部分的に通気孔を設けている。これによって冷却空気流が分断されて、電池セルの上方で斜めに交差する空気流と電池セルの下方で交差する空気流に分流され、これらが攪拌されて排気スリット５８から排気される。またこの例では空気ダクト５０を図示していないが、吸気スリット５６は吸気ダクト５２から効率よく冷却空気を取り込むために、斜めに傾斜させた導風板を設けてもよい。また吸気スリット５６は、冷却空気の供給方向に対して風上側、風下側のいずれに設けてもよいが、好ましくは風下側に設ける。なお、上記図１７、図１８においては説明のため電池セル２を２本のみ図示しているが、より多数の電池セルを相互に平行に配置できることはいうまでもない。
（螺旋状空気流）
【００４８】
さらに、冷却空気は螺旋状に供給することもできる。図１９〜図２１に、冷却空気を電池セル２の周囲で螺旋状に流す構成の例を示す。図１９は冷却空気が冷却隙間６０でスパイラル状に進行する様子を示す断面図を、図２０及び図２１はこのような螺旋状の運動を起こすための構造を設けた吸気スリット５６部分の平面図の各例を、それぞれ示している。図２０の例では、吸気ダクト５２に面して円環状に開口される吸気スリット５６に対して、複数の導風板６２を設けている。導風板６２は吸気スリット５６の円周に沿って板状に突出するよう、各々斜めに傾斜して固定されており、導風板６２同士の間に冷却空気を案内する導風経路６４を構成する。すなわち、冷却空気の供給方向に向かって導風経路６４が広がるように導風板６２を配置することで、導風経路６４に導かれた冷却空気は電池セル２の円周方向に向かうように流れの方向を変更される。この結果、円周方向に向かう冷却空気の流れが吸気スリット５６から導入され、そのまま図１９に示すように冷却空気は螺旋状に進行して下面の排気スリット５８から排出される。このように冷却空気を電池セル２の長手方向に沿ってスパイラル状に流すことで、渦巻き状に流れる冷却空気による適度な攪拌および電池セル表面との接触が高められ、熱交換を促進して冷却効果が向上される。
【００４９】
上記の構成では、冷却空気を複数の位置、図２０の例では４枚の導風板６２を使って３箇所の導風経路６４を構成して冷却空気を螺旋状に案内していたが、図２１の例では冷却空気を１箇所に集めて取り入れる構造を採用している。すなわち、図２１の平面図に示すように、吸気ダクト５２を流れる冷却空気の進行に対して、導風板６２Ｂ、Ｃを２枚配置して左右から１箇所に集中させている。この例では一方の導風板６２Ｂを吸気スリット５６の手前で、冷却空気の進行方向に沿って斜めに配置して、冷却空気を一方の側面（図２１において上方）に集める。そして他方の導風板６２Ｃを、この一方の側面で吸気スリット５６に沿って、すなわち電池セル２の円周方向に沿うように配置することで、一方の側面に集められた冷却空気を吸気スリット５６に案内する。これらの導風板６２Ｂ、Ｃは一方の側面に集められた冷却空気が吸気スリット５６の円周方向に沿って螺旋状に導入されるよう、曲面に形成される。さらに図２１の例では冷却空気を吸気スリット５６の円周方向にスムーズに案内されるよう、吸気ダクト５２の底面に導風溝６６を設けている。導風溝６６は一方の側面側で吸気スリット５６の円周に繋がるように、冷却空気の進行方向に沿って徐々に深く、幅広となるように傾斜して形成される。そして導風溝６６の終端部分は吸気スリット５６と繋がるよう、吸気スリット５６の円周に接するように連通される。これによって一方の側面に集められた冷却空気は導風溝６６の窪みに沿って沈下し、さらに円周方向に沿って吸気スリット５６に案内されて冷却隙間６０に螺旋状に導入され、上述したスパイラル状の冷却空気流となって電池セル２を効果的に冷却する。また、導風板に限られず、カセットホルダの内面で螺旋状のスリットや溝を設けることでも同様のスパイラル流によって熱交換を向上させることができる。
（流速制御）
【００５０】
また、冷却空気の流速を変化させることにより、電池セルの長手方向での冷却効果を均一化させることもできる。図２２の垂直断面図に、冷却空気の流速を変化させる冷却隙間の構造の一例を示す。この図に示す冷却隙間６０Ｂは、流路の断面積を吸気側から排気側に向かって徐々に狭くなるようにしている。図２２の例では直線状に狭くしているが、曲線状に狭くなる構成とすることもできる。断面積を狭くすることにより、流速が速くなるため、冷却空気の風速が吸気側から排気側に進むに従って速くなることとなる。風速が速いと、熱交換がより速く進むため冷却効果も高くなる。これによって、電池セル２の長手方向における冷却効果の不均一を抑制できる。冷却空気を電池セルの長手方向に沿って送出する構成においては、冷却空気の進行に従い熱交換が進んで冷却空気が暖められ、冷却効果が弱まる傾向にある。このため、電池セルの吸気側では冷却効果が高く、排気側に近付くほど冷却効果が弱くなり、電池セルの長手方向で冷却力に差が生じて単電池の性能や特性に不均一が生じることとなる。特に電池セルが長くなると、この差が顕著となる。そこで、上記のように冷却空気の流速を排気側で速くなるようにして冷却効果を促進することで、このような空気温度による冷却効果の弱まりを補足し、温度勾配を抑制できる。なお図１９、図２２の例では説明のため電池セル２を１本のみ図示しているが、複数の電池セルで構成できることはいうまでもない。
（側面開口窓）
【００５１】
また、電池セルの端面からでなく中間の側面から冷却空気を導入する構成とすることもできる。図２３の垂直断面図に、カセットホルダ１０Ｆの側面に側面開口窓６８を形成した例を示す。この図に示すように、電池セル２を垂直姿勢に保持するカセットホルダ１０Ｆの側面を、部分的に開口して側面開口窓６８とする。そしてカセットホルダ１０Ｆを上記のように連結構造とし、カセットホルダ１０Ｆの両面で隣接するカセットホルダ１０Ｆ同士との界面に仕切板７０が配置され、仕切板７０によってカセットホルダ１０Ｆが区画される。またカセットホルダ１０Ｆは、仕切板７０と位置決嵌着部１４との間に連通経路７２を構成すると共に、これを空気ダクト５０と連通している。さらに連通経路７２はカセットホルダ１０Ｆの両面で一方を吸気ダクト５２、他方を排気ダクト５４に連通している。これによって、吸気ダクト５２に面した側面開口窓６８を吸気側、排気ダクト５４に面した側面開口窓６８を排気側とし、吸気側から吸気された冷却空気を排気側に流すことで電池セル２の側面部分を熱交換により冷却することができる。この構成は、電池セル２に対して横方向から斜めにかけて冷却空気を供給して効率よく電池セル２を冷却できる。
【００５２】
側面開口窓６８は、好ましくは電池セル２を構成する各単電池１毎に、対向する両面に開口する。これによって、各単電池１に新鮮な冷却空気を供給できる利点がある。上述の通り、長手方向に電池セルが長くなるに従い、冷却空気が徐々に暖められて冷却力が弱められ、排気側の電池セルの冷却が不十分となることがあるが、各単電池１毎に側面開口窓６８を開口することで、連通経路７２を介して新鮮な冷却空気が各単電池１に供給されるため、電池セル２を冷却の不均一を緩和でき、電池セル間での単電池１の特性のばらつきを抑制できる。ただ、側面開口窓６８は必ずしも各単電池に開口させる必要はなく、一個おきなど所定の間隔で開口させてもよい。また吸気側と排気側の側面開口窓をオフセットさせて開口させることにより、冷却空気を斜めに流す効果も得られる。
【００５３】
側面開口窓６８を電池セル側面に開口する構成は、特に電池セルの端面や表面に冷却隙間を設けることができない場合に有効である。例えば位置決嵌着部の嵌着溝から突出させた支持凸部が電池セルの円周に密着しており、隙間を設けることができない場合は冷却隙間と空気ダクトとを連通させることができない。このような場合に、電池セル２の側面に位置する位置決嵌着部を部分的に排除して側面開口窓６８を開口し、冷却空気を取り入れることで、空気ダクト５０と連通経路７２によって冷却空気を電池セル２に供給でき、確実な冷却を行える。以上の傾斜空気流の構造や螺旋状空気流の構造、冷却空気の流速変化構造、側面開口窓は、適宜組み合わせて採用することもできる。
（オフセット配置）
【００５４】
さらに、冷却空気を取り入れる吸気スリットの配置を、風上側よりも風下側で大きくすることにより、より効率よく冷却空気を電池セルに向かって吸気し冷却効果を高めることができる。一例として図２４〜図２８に、電池セル２を位置決嵌着部１４にオフセットして配置した構成を示す。図２４は冷却空気の流れを示すイメージ図であり、図２５は電池セル２のオフセット状態を示す水平断面図であり、図２５（ａ）は電池セル２をオフセット無しで位置決嵌着部１４に配置した構成、図２５（ｂ）はオフセット状態で配置した構成をそれぞれ示しており、図２６は同じくオフセット量を示す水平断面図であり、図２６（ａ）はオフセット無し、図２６（ｂ）はオフセット状態をそれぞれ示しており、図２７は電源モジュール１００、６００の斜視図であり、図２７（ａ）はオフセット無しの電源モジュール１００、図２７（ｂ）はオフセットさせた電源モジュール６００をそれぞれ示しており、さらに図２８はカセットホルダ１０Ｇの冷却隙間６０を示す垂直断面図であり、図２８（ａ）はオフセット無し、図２８（ｂ）はオフセット状態をそれぞれ示す。これらの図に示すように、電池セル２をオフセットして配置することにより、冷却空気の吸気量を多くして効率よく冷却できる。
【００５５】
図２５（ａ）に示すように空気ダクト５０に対して直交する方向に吸気スリット５６を設けて吸気する場合、吸気ダクト５２を流れる冷却空気の流入量は一般に吸気スリット５６の内で風上側Ｕよりも風下側Ｄの方が多くなる。これは慣性の影響によるもので、風上側Ｕでは慣性が大きく進行方向に直進しようとする力が強くなるため、進行方向に対して垂直に開口された方向に側流として流入する冷却空気が少ないのに対し、冷却空気の供給源から遠くなる風下側Ｄでは慣性モーメントが弱められ、その分脇方向に冷却空気が流入しやすくなるからである。
【００５６】
このように、風上側Ｕでは冷却空気の流入量が少ない。これに加えて、本願発明者らが確認したところ、風上側Ｕで流入した空気は、冷却にあまり寄与していないことが判明した。図２４に、図２５（ａ）や図２６（ａ）、図２７（ａ）のオフセット無しに電池セル２を一直線上に平行に配置した状態で、この方向に冷却空気Ｃを流した際の流体CAE（Computer Aided Engineering)の結果を、電池セル２を斜めから見た斜視図に重ねたイメージ図を示す。この図に示すように、風下側Ｄで吸気された冷却空気は流量が多く、主流Ｓとなって下方の排気ダクト５４に流れている様子が確認できる。一方、風上側Ｕで吸気された冷却空気は量が少なく、また渦巻き状となっており、逆流渦Ｇが発生して停滞し、下方の排気スリット５８に流れず冷却に殆ど寄与していないことが確認できた。この図からは影になって判別しづらいが、風上側で吸気された冷却空気は激しい渦巻き状となっており、実際に排気されて冷却に寄与している成分は風下側のそれと比べて少ない。このため、風上側Ｕでの吸気量を少なくし、その分風下側Ｄでの流入量を多くすることで有効に利用できる流量を多くして、冷却効果の向上を図ることができる。
【００５７】
このような構成の一例を図２５（ｂ）に示す。この例では、電池セル２を配置する中空円筒状の位置決嵌着部１４に、中心をずらすようにして電池セル２を配置している。電池セル２は上述のように支持凸部１８により保持され、支持凸部１８の配置位置や高さを調整することにより図２６（ｂ）、図２７（ｂ）に示すように電池セル２の中心を位置決嵌着部１４の中心と偏心させている。図２７（ｂ）の例では、位置決嵌着部１４の風下側にのみ支持凸部１８を突出させ、風上側には支持凸部を設けない。吸気ダクト５２の冷却空気の流れに対して風上側Ｕに電池セル２を近付けることにより、風上側Ｕの吸気スリット５６の大きさを狭くすると共に、風下側Ｄで吸気スリット５６を大きく開口する。これによって、図２８（ｂ）に示すように冷却空気の吸引量を風上側Ｕよりも風下側Ｄから多くし、より多くの冷却空気をカセットホルダ１０Ｇ内に効率よく取り込むと共に、この冷却空気を有効に利用して冷却効果を高めることができる。
【００５８】
またこの例では電池セル２を垂直に位置決嵌着部１４に配置しているが、電池セル２を傾けて配置することにより吸気スリット５６の配置を調整することもできる。また、オフセット配置させることなく冷却隙間を風上側、風下側で均一に維持したまま、冷却隙間と吸気ダクトとの界面である吸気スリットの部分のみ面積を広く採る構成とすることもできる。
【００５９】
さらに、すべての電池セル２で吸気スリット５６の大きさやオフセット量を等しく設定する例に限られず、吸気ダクトとの距離や位置に応じてこれらを調整することもできる。すなわち、冷却空気の供給源にファンを設ける構成では、風上側Ｕに近いほど慣性の影響が大きいため吸気スリットの開口面積を大きくし、風下に近付くほど開口面積を小さくすることで各電池セルに供給される冷却空気の吸気量を均一に近付けることができる。
【００６０】
このようなオフセット構造も、上記の傾斜空気流の構造等の各構成と適宜組み合わせることができる。以上のように空気ダクト５０の空気の流れと電池セルの長手方向が略直交するように配置されることで、各電池セルに空気ダクト５０から冷却空気を供給する構成を簡素化でき、またサイズの小型化にも貢献し得る。
【００６１】
空気ダクト５０に供給する冷却空気は、好ましくは電源装置に開口された空気取り入れ口から取り入れられた外気である。空気ダクト５０には外気を送風するための送風ファンを配置している。
（空気ダクト５０の省スペース化）
【００６２】
なお空気ダクト５０は、電源モジュールブロック１０００を構成する面の内、最も面積の広い部分に設ける。本実施の形態では、電池セル２が直立するように電源モジュールを縦置きにし、かつ電源モジュール内の電池セル２の並びと直交する方向に電源モジュールを連結して、直立姿勢の電池セル２が同一平面状に並ぶように配置されている。そして電源モジュールの電極面が、この平面、すなわち電源モジュールブロック１０００を構成する面の内最も面積の広い面に面している。この面に空気ダクト５０を配置し、この面に沿って冷却空気を流して電極面から各電源モジュールに供給する構成とすることで、スペース効率のよい電源モジュールブロック１０００とすることができる。
【００６３】
従来、電源モジュールの配置は、電池セルを水平方向に保持して、電池セルの側面が空気ダクトに面するように冷却空気を流す構成が一般的であった。図３１にこのような電源モジュールの縦置き構成の一例を示す。この図において電池セル２は紙面の方向に直列に連結されており、また電池セル２同士を水平方向に並べて電源モジュールを構成している。そして電源モジュールブロック１０００同士の間に空気ダクト５０を設けることで、電池セル２の側面が空気ダクト５０に面するようになる。この状態で空気ダクト５０に冷却空気を流すと、主に電池セル２の側面が冷却空気に曝され、電池セル２側面を通過する冷却空気によって冷却される。
【００６４】
これに対して本実施の形態では、図２４に示すように電池セル２を縦置きとして、電池セル２の電極側端面が空気ダクト５０に面するように構成している。そして電池セル２の端面から流入した冷却空気が電池セル２の長手方向に流れる際に電池セル２の側面が冷却される。図３０及び図２４は、一例としていずれも単電池２０個を冷却する構成を示している。これらの構成を比較すると、図３０の構成では電源モジュール同士の間に各々空気ダクト５０を配置する必要があり、この例では計５つの空気ダクト５０を必要とするのに対し、本実施の形態に係る図２４の構成では、空気ダクト５０を電源モジュールブロック１０００の上面及び下面に設けるのみで済むため、空気ダクト５０の占有スペースを大幅に低減できる。このことは、電源装置自体の小型化に繋がる。特に大電流用の電源装置では多数の電源モジュールを積層する必要があるため、図３０の構成ではさらに空気ダクト５０のスペースが増え、装置が大型化する。例えば車載用の電源装置においては、省スペース化が特に重要となる。さらに体積効率に優れた角形電池でなく円筒形の電池を使用する場合においては、省スペース化は尚更重要となる。そこで本実施の形態においては、図２４の垂直断面図に示すように電池を縦置きにして、電池セル２の端面が空気ダクト５０に面するように配置することで、電源モジュール間に設けていた空気ダクト５０を省略することができ、この部分での電源装置の小型化に貢献する。
【００６５】
また従来、電源モジュールブロックを構成する電源モジュールは、面積の広い板状に構成されることが多かった。このような電源モジュールを複数積層して電源モジュールブロックを構成する場合は、電源装置の出力電力が多くなるに従い積層数が増えて、電源装置が高さ方向に厚くなる傾向にある。一般に電源装置などを配置する際、厚さが大きくなると配置スペースを確保するのが困難になる。そこで本実施の形態では電源モジュールをより高く積み上げるのでなく、厚さを維持したまま広さ方向に調節することで、電源装置を配置するスペースの確保を容易にしている。
【００６６】
さらに、断面積の広い面を積み上げていく増設方法では、高さ当たりに増す体積も多くなる。言い換えると、一の電源モジュールに含まれる電池セル数も多くなる。電池セル数に比例して電源出力も大きくなるため、一の電源モジュールで増加する電圧や電流量も大きくなる。
【００６７】
これに対して断面積の狭い面である奥行き方向に継ぎ足す方式とすると、継ぎ足される一個の電源モジュールの体積を小さくできる。言い換えると一の電源モジュールに含まれる電池セルの数が少なくなるため、電源モジュール当たりの電力量が小さくなる。このことは、一の電源モジュールの追加による体積分の増加および出力電力の増加分を小さくとることが可能であることを意味する。したがって、本実施の形態によれば、要求される出力に応じて、より微細に電源出力を調整可能とすることができるという利点も併せて得られる。
【産業上の利用可能性】
【００６８】
本発明の電源装置は、ハイブリッドカーや電気自動車等の車両用電源装置など、高出力、大電流の電源装置として好適に適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００６９】
【図１】本発明の一実施の形態に係る電源モジュールを示す斜視図である。
【図２】図１の電源モジュールを示す平面図である。
【図３】図１の電源モジュールを示す側面図である。
【図４】図１の電源モジュールを示す正面図である。
【図５】カセットホルダに電池セルを収納する状態を示す斜視図である。
【図６】図５のカセットホルダの側面図である。
【図７】ベースフレーム上に載置された電源モジュールブロックを示す斜視図である。
【図８】図７の電源モジュールブロックの平面図である。
【図９】図７の電源モジュールブロックを締結バンドで固定した状態を示す斜視図である。
【図１０】図９の電源モジュールブロックの正面図である。
【図１１】図９の電源モジュールブロックの側面図である。
【図１２】カセットホルダの表面で締結バンドを保持する部分を示す拡大断面図である。
【図１３】カセットホルダ同士の連結状態の一例を示す斜視図である。
【図１４】図１３のカセットホルダの連結状態を示す側面図である。
【図１５】電源モジュールブロックに収納された電池セルの近傍に形成された冷却隙間を示す水平断面図である。
【図１６】図１５の電池セルに冷却空気が流れる状態を示す模式図である。
【図１７】吸気ダクトと排気ダクトを配置した電源モジュールブロックを示す断面図である。
【図１８】電池セルに冷却空気を斜めに流して冷却する構造を示す平面図及び垂直断面図である。
【図１９】冷却空気が冷却隙間でスパイラル状に進行する様子を示す断面図である。
【図２０】冷却空気を螺旋状に進行させる構造を設けた吸気スリット部分を示す平面図である。
【図２１】冷却空気を螺旋状に進行させる他の構造を設けた吸気スリット部分を示す平面図である。
【図２２】冷却空気の流速を変化させる冷却隙間の構造の一例を示す垂直断面図である。
【図２３】カセットホルダの側面に側面開口窓を形成した例を示す垂直断面図である。
【図２４】冷却空気の流れを流体CAEで測定した結果を示すイメージ図である。
【図２５】電池セルのオフセット状態を示す水平断面図である。
【図２６】電池セルを位置決嵌着部で偏心させるオフセット量を示す水平断面図である。
【図２７】電池セルのオフセット状態で保持する電源モジュールの外観を示す斜視図である。
【図２８】吸気スリットおよび冷却隙間の大きさを示す垂直断面図である。
【図２９】出願人が先に開発した電源モジュールを示す分解斜視図である。
【図３０】図２９の電源モジュールを複数積層した状態を示す垂直断面図である。
【図３１】電源モジュールの縦置き構成を示す垂直断面図である。
【符号の説明】
【００７０】
１００、３００、６００…電源モジュール
１０００…電源モジュールブロック；１０００ａ…小ブロック
１…単電池
２…電池セル
３…Ｏリング
１０、１０Ｃ、１０Ｆ、Ｇ…カセットホルダ
１２…カバー片；１２Ａ…上カバー片；１２Ｂ…下カバー片
１４…位置決嵌着部
１６…嵌合突起
１８…支持凸部
２０…折曲連結部
２２…連結フック
２８…ベースフレーム
３２…モジュール連結部材
３３…嵌着凸部
３４…嵌着凹部
４２、４２Ａ〜Ｂ…凸条
４４…締結バンド
４６…バンドガイド
５０…空気ダクト
５２…吸気ダクト
５４…排気ダクト
５６…吸気スリット
５８…排気スリット
６０、６０Ｂ…冷却隙間
６２、６２Ｂ〜Ｃ…導風板
６４…導風経路
６６…導風溝
６８…側面開口窓
７０…仕切板
７２…連通経路
Ｕ…風上側；Ｄ…風下側；Ｃ…冷却空気；Ｓ…主流；Ｇ…逆流渦
【図１】
2005285454.tif 000003
【図２】
2005285454.tif 000004
【図３】
2005285454.tif 000005
【図４】
2005285454.tif 000006
【図５】
2005285454.tif 000007
【図６】
2005285454.tif 000008
【図７】
2005285454.tif 000009
【図８】
2005285454.tif 000010
【図９】
2005285454.tif 000011
【図１０】
2005285454.tif 000012
【図１１】
2005285454.tif 000013
【図１２】
2005285454.tif 000014
【図１３】
2005285454.tif 000015
【図１４】
2005285454.tif 000016
【図１５】
2005285454.tif 000017
【図１６】
2005285454.tif 000018
【図１７】
2005285454.tif 000019
【図１８】
2005285454.tif 000020
【図１９】
2005285454.tif 000021
【図２０】
2005285454.tif 000022
【図２１】
2005285454.tif 000023
【図２２】
2005285454.tif 000024
【図２３】
2005285454.tif 000025
【図２４】
2005285454.tif 000026
【図２５】
2005285454.tif 000027
【図２６】
2005285454.tif 000028
【図２７】
2005285454.tif 000029
【図２８】
2005285454.tif 000030
【図２９】
2005285454.tif 000031
【図３０】
2005285454.tif 000032
【図３１】
2005285454.tif 000033