(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電池またはコンデンサである複数の円筒型電力素子(2)を直列に直線状に並べて金属製のジョイントキャップ(3)で連結固定された電源モジュール(1)であって、
ジョイントキャップ(3)は、円板状の第１接続部(3A)と、この第１接続部(3A)の外周に設けられた筒状の第２接続部(3B)と、円筒型電力素子(2)の表面に沿った形状の放熱フィン(5)とを有し、
ジョイントキャップ(3)の第１接続部(3A)は、互いに連結している一方の円筒型電力素子(2)の第１電極(2A)である突部電極に固定され、ジョイントキャップ(3)の第２接続部(3B)は、内側に他方の円筒型電力素子(2)を挿入して、この電力素子(2)の第２電極(2B)である外装缶(2a)に固定され、
放熱フィン(5)が、円筒型電力素子(2)の表面に接触しない位置に配設されて、放熱フィン(5)と円筒型電力素子(2)の表面との間に冷却ダクト(6)を形成する冷却部(5A)を有し、この放熱フィン(5)でもって電力素子(2)を冷却してなる電源モジュール。
【請求項２】
ジョイントキャップ(3)が、１枚の金属板をプレス加工して第１接続部(3A)と第２接続部(3B)と放熱フィン(5)とを一体構造に設けている請求項１に記載される電源モジュール。
【請求項３】
電池またはコンデンサである複数の円筒型電力素子(2)と、この複数の円筒型電力素子(2)を直列に直線状に並べて金属製のジョイントキャップ(3)で連結固定された電源モジュール(1)と、この電源モジュール(1)を収納室(11)に内蔵するケース(10)とを備えた電源装置であって、
ジョイントキャップ(3)は、円板状の第１接続部(3A)と、この第１接続部(3A)の外周に設けられた筒状の第２接続部(3B)と、円筒型電力素子(2)の表面に沿った形状の放熱フィン(5)とを有し、
ジョイントキャップ(3)の第１接続部(3A)は、互いに連結している一方の円筒型電力素子(2)の第１電極(2A)である突部電極に固定され、ジョイントキャップ(3)の第２接続部(3B)は、内側に他方の円筒型電力素子(2)を挿入して、この円筒型電力素子(2)の第２電極(2B)である外装缶(2a)に固定され、
収納室(11)の内面を、円筒型電力素子(2)の外形に沿って湾曲し、
電源モジュール(1)を収納室(11)に内蔵した状態において、放熱フィン(5)を、円筒型電力素子(2)の表面と、収納室(11)の内面に接触しない位置に配設し、ケース(10)の収納室(11)に冷却空気を送風して電源モジュール(1)を冷却してなる電源モジュールを内蔵する電源装置。
【請求項４】
ジョイントキャップ(3)が、１枚の金属板をプレス加工して第１接続部(3A)と第２接続部(3B)と放熱フィン(5)とを一体構造に設けている請求項４に記載される電源モジュールを備える電源装置。
【発明の詳細な説明】
【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カーや電気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モジュールとこの電源モジュールを内蔵する電源装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ハイブリッドカーや電気自動車の電源モジュールは、極めて大きな電流で充放電される。たとえば、自動車がスタートするときや加速するとき、電源モジュールからモーターに電力を供給して加速するので、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や長い坂道を回生制動でブレーキをかけながら下りるとき、大きな電流で充電される。また、夏期の極めて暑い状態で使用されることもある。このため温度が極めて高くなることがある。電源モジュールは、二次電池やスーパーキャパシタを直列に接続したもので、温度が高くなると性能が低下してしまう。このため、最高温度を低くするために、電池やスーパーキャパシタを効率よく冷却することが大切である。
【０００３】
電源モジュールを強制的に冷却するために、種々の構造のものが開発されている。複数の電源モジュールをケースに収納して、各々の電源モジュールを均等に冷却するための構造は、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２０の下部を空気の流入口２２として、上部を排出口２３とする。下部の流入口２２から上部の排出口２３に空気が流動されて、ケース内のチャンバー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２０は、内部のチャンバーに、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２４を配設している。
【０００４】
この構造の電源装置は、ホルダーケースの上部に配設される電源モジュールの表面を流れる空気の流速を制御して電源モジュールを均一に冷却する。冷却調整フィンは、上部の電源モジュール表面の空気の流速を下部よりも速くするために、冷却調整フィンと電源モジュール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。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
この構造の電源装置は、冷却調整フィンで空気の流動状態を調整して電源モジュールを効率よく冷却する。ただ、この構造は、電源モジュールの表面を全体的に均一に冷却することはできても、電源モジュールを構成している二次電池やスーパーキャパシタ等の電力素子を直接的に効率よく冷却することはできない。二次電池やスーパーキャパシタは、内部で発熱する。このため、電源モジュールの表面を強制的に冷却しても、必ずしも電源モジュールの内部温度を低くできない。電源モジュールの内部温度は、その表面を冷却して間接的に冷却される。発熱した電源モジュールは、表面よりも内部温度が高くなる。電源モジュールは熱の影響で劣化するので、全体の温度を低くすることが大切である。したがって、有効に冷却するのが極めて難しくて、温度が非常に高くなる電力素子の内部こそ、効率よく冷却することが大切である。
【０００６】
本発明は、このことを実現することを目的に開発されたもので、本発明の重要な目的は、内部まで有効に冷却できる電源モジュールとこの電源モジュールを備える電源装置を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明の電源モジュールは、電池またはコンデンサである複数の円筒型電力素子２を直列に直線状に並べて金属製のジョイントキャップ３で連結固定されている。  ジョイントキャップ３は、円板状の第１接続部３Ａと、この第１接続部３Ａの外周に設けられた筒状の第２接続部３Ｂと、円筒型電力素子２の表面に沿った形状の放熱フィン５とを有する。このジョイントキャップ３の第１接続部３Ａは、互いに連結している一方の円筒型電力素子２の第１電極２Ａである突部電極に固定され、ジョイントキャップ３の第２接続部３Ｂは、内側に他方の円筒型電力素子２を挿入して、この電力素子２の第２電極２Ｂである外装缶２Ａに固定されている。そして、放熱フィン５が、円筒型電力素子２の表面に接触しない位置に配設されて、放熱フィン５と円筒型電力素子２の表面との間に冷却ダクト６を形成する冷却部５Ａを有し、この放熱フィン５でもって電力素子２を冷却するようにしている。
【０００９】
ジョイントキャップ３は、１枚の金属板をプレス加工して第１接続部３Ａと第２接続部３Ｂと放熱フィン５とを一体構造に設けることができる。
【００１１】
本発明の電源装置は、電池またはコンデンサである複数の円筒型電力素子２と、この複数の円筒型電力素子２を直列に直線状に並べて金属製のジョイントキャップ３で連結固定された電源モジュール１と、この電源モジュール１を収納室１１に内蔵するケース１０とを備えている。ジョイントキャップ３は、円板状の第１接続部３Ａと、この第１接続部３Ａの外周に設けられた筒状の第２接続部３Ｂと、円筒型電力素子２の表面に沿った形状の放熱フィン５とを有する。そして、ジョイントキャップ３の第１接続部３Ａは、互いに連結している一方の円筒型電力素子２の第１電極２Ａである突部電極に固定され、ジョイントキャップ３の第２接続部３Ｂは、内側に他方の円筒型電力素子２を挿入して、この円筒型電力素子２の第２電極２Ｂである外装缶２Ａに固定される。さらに、収納室１１の内面を、円筒型電力素子２の外形に沿って湾曲し、電源モジュール１を収納室１１に内蔵した状態において、放熱フィン５を、円筒型電力素子２の表面と、収納室１１の内面に接触しない位置に配設し、収納室１１に冷却空気を送風して電源モジュール１を冷却するようにしている。
【００１３】
【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モジュールと電源装置を例示するものであって、本発明は電源モジュールと電源装置を以下のものに特定しない。
【００１４】
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。
【００１５】
図２に示す電源モジュール１は、複数の電力素子２を金属製のジョイントキャップ３で縦１列に連結している。電力素子２は、ニッケル−水素電池、ニッケル−カドミウム電池、リチウムイオン二次電池等の二次電池、あるいは静電容量の大きなスーパーキャパシタである。図２の電源モジュール１は、円筒型の二次電池を金属製のジョイントキャップ３で直線状に連結している。電源モジュール１の両端には、正極端子と負極端子からなる電極端子７を連結している。
【００１６】
ジョイントキャップ３は、図３の分解斜視図に示すように、縦に連結している一方の電力素子２の第１電極２Ａに固定される第１接続部３Ａと、他方の電力素子２の第２電極２Ｂに接続される第２接続部３Ｂとを有する。第１接続部３Ａと第２接続部３Ｂは、隣接して連結される電力素子２に固定されて、隣接する電力素子２を縦に連結する。第１接続部３Ａは円板状で、電力素子２である円筒型電池の正極にスポット溶接して固定される。円板状の第１接続部３Ａは、円筒型電池の凸部電極である正極に溶接するプロジェクションを設け、プロジェクションを正極にスポット溶接して確実に固定される。ジョイントキャップ３と電力素子２である円筒型電池とのショートを阻止するために、ジョイントキャップ３と電力素子２である円筒型電池との間に、絶縁キャップ４を挟着している。絶縁キャップ４は、ジョイントキャップ３と電力素子２である円筒型電池の間に積層して固定される。
【００１７】
さらに、ジョイントキャップ３は、第１接続部３Ａの外周に第２接続部３Ｂを設けている。第２接続部３Ｂは筒状で、内側に円筒型電池を挿入して、電力素子２である円筒型電池の負極である外装缶２ａにスポット溶接して固定している。筒状の第２接続部３Ｂにも、第１接続部３Ａと同じように、内面にプロジェクションを設け、ここを円筒型電池の外装缶２ａにスポット溶接して確実に固定できる。筒状の第２接続部３Ｂは、電力素子２の縦方向に伸びるスリット８を設けて複数に分割している。分割された各々の第２接続部３Ｂは、弾性的に電力素子２である円筒型電池の外装缶２ａに押圧される。このため、分割している第２接続部３Ｂにプロジェクションを設けて、電力素子２に確実にスポット溶接できる。
【００１８】
ジョイントキャップ３は、縦に連結している電力素子２を効率よく冷却するために、電力素子２である円筒型電池の表面と対向するように放熱フィン５を設けている。図２と図３のジョイントキャップ３は、一対の放熱フィン５を電力素子２である円筒型電池の対向する両側に配設している。ただ、放熱フィンは、図示しないが、円筒型電池の片側にのみ配設することも、３カ所以上に配設することもできる。さらに、図のジョイントキャップ３は、放熱フィン５を円筒型電池の縦方向に延長して、放熱フィン５の一端を筒状の第２接続部３Ｂに連結している。放熱フィン５は、絶縁キャップ４に嵌着構造で先端を連結している。放熱フィン５の先端を連結するために、絶縁キャップ４は嵌着凹部４Ａを設けている。この嵌着凹部４Ａに放熱フィン５の先端が嵌入されて、放熱フィン５は絶縁キャップ４に連結される。さらに、図に示すジョイントキャップ３の放熱フィン５は、電力素子２の表面に接触しない位置に配設されて、電力素子２の表面との間に冷却ダクト６を形成する冷却部５Ａを有する。冷却部５Ａは、電力素子２である円筒型電池の表面に沿う形状に成形されている。
【００１９】
図３のジョイントキャップ３は、１枚の金属板をプレス加工して、第１接続部３Ａと第２接続部３Ｂと放熱フィン５とを一体構造としている。この構造のジョイントキャップ３は、能率よく安価に多量生産できる。また、放熱フィン５を第２接続部３Ｂに理想的な状態で連結して、放熱フィン５で効率よく放熱できる特長もある。ただ、ジョイントキャップは、放熱フィンを別の金属板で製作し、これを溶接等の方法で第２接続部や第１接続部に連結することもできる。
【００２０】
図４ないし図７は、電源モジュールを内蔵する電源装置を示す。これ等の図に示す電源装置は、図２と図３に示す構造の電源モジュール１をケース１０の収納室１１に内蔵している。収納室１１の内形は、電力素子２である円筒型電池の外形よりも大きい。このケース１０は、収納室１１に電力素子２を内蔵して、電力素子２と収納室１１との内面に空気ダクト１２ができる。収納室１１の空気ダクト１２に強制的に空気が送風されて電力素子２は冷却される。図のケース１０は、収納室１１の内面を、電力素子２である円筒型電池に沿って湾曲して、電力素子２との間にほぼ一定の間隔の空気ダクト１２を設けている。このケース１０は、電力素子２の全面に均一に空気を流して、電力素子２全体を均一に冷却できる。
【００２１】
さらに、ケース１０は、空気の流入口１３と排出口１４を収納室１１に連通して設けている。流入口１３から流入される空気は、収納室１１を通過して電力素子２を冷却して排出口１４から排出される。図のケース１０は、収納室１１の上方に流入口１３を設けて、下方に排出口１４を設けている。流入口１３と排出口１４は、電力素子２の縦方向に伸びるスリット状として開口される。
【００２２】
さらに、図７に示す電源装置は、ケース１０の流入口１３側の表面に、空気の流入ダクト１５を設けて、この流入ダクト１５にファン１６を連結している。このファン１６は、流入ダクト１５に空気を強制的に供給する。ファンは、図示しないが、スリット状の流入口の延長方向に複数個を均等に配設して、流入口から均一に空気を流入できるようにしている。流入ダクト１５に供給された空気は、各々の流入口１３に分流されて、収納室１１の空気ダクト１２に強制的に送風される。ただ、電源装置は、ケースの排出口側に排出ダクトを設けて、この排出ダクトにファンを連結することもできる。この電源装置は、ファンで排出ダクトの空気を強制的に吸引して、収納室の空気ダクトに空気を通過させる。さらに、電源装置は、流入ダクトと排出ダクトの両方を設けて、一方あるいは両方のダクトにファンを連結して強制的に空気を流動させることもできる。このように、流入ダクトや排出ダクトを有する電源装置は、空気の流入位置や排出位置を特定できる特長がある。
【００２３】
図６と図７に示すように、空気ダクト１２に放熱フィン５が配設される。放熱フィン５の冷却部５Ａは、これ等の図に示すように、電力素子２の表面と、収納室１１の内面の両方に接触しないように、電力素子２と収納室１１から離して配設される。図の放熱フィン５は、電力素子２の表面と収納室１１内面のほぼ中央に配設している。この放熱フィン５は、両面にほぼ均等に冷却空気が流動して、理想的な状態で冷却される。ただ、放熱フィンの冷却部は、必ずしも電力素子の表面と収納室内面の中央に配設する必要はない。
【００２４】
一対の放熱フィン５の間には、空気を通過できる空隙を設ける。放熱フィン５の幅は、たとえば円筒型電池等の電力素子２の全周の２０〜８０％と対向して設けられる。放熱フィン５の幅が狭すぎると、放熱フィン５の面積が小さくなって効率よく冷却できなくなる。また、放熱フィン５の幅が広すぎると、一対の放熱フィン５の間の空隙が狭くなって、放熱フィン５と電力素子２との間に効率よく空気を送風できなくなる。
【００２５】
【発明の効果】
本発明の電源モジュールと電源装置は、電力素子の内部まで有効に冷却できる特長がある。それは、電源モジュールを構成する電力素子を連結するジョイントキャップに、電力素子の表面と対向する放熱フィンを設けて、この放熱フィンで電力素子を冷却しているからである。電力素子を連結するジョイントキャップは、電力素子の内部の熱が直接伝導しやすい部分である。このため、この部分に放熱フィンを設ける構造は、電力素子の内部の熱を放熱フィンから放熱させて、電力素子の内部を有効に冷却できる。とくに、放熱フィンは、電力素子の表面と対向する状態で設けているので、冷却空気との接触面積を大きくして、効率よく放熱できる。このように、本発明の電源モジュールと電源装置は、電力素子の表面を冷却することに加えて、電力素子の内部の熱を放熱フィンで放熱させて、極めて効率よく電源モジュール全体の温度を低くできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来の電源装置の断面図
【図２】本発明の一実施例にかかる電源モジュールの斜視図
【図３】図２に示す電源モジュールの分解斜視図
【図４】本発明の一実施例にかかる電源モジュールを内蔵する電源装置の斜視図
【図５】図４に示す電源装置の内部構造を示す斜視図
【図６】図４に示す電源装置の内部構造を示す平面図
【図７】図４に示す電源装置の内部構造を示す横断面図
【符号の説明】
１…電源モジュール
２…電力素子            ２Ａ…第１電極        ２Ｂ…第２電極
２ａ…外装缶
３…ジョイントキャップ  ３Ａ…第１接続部      ３Ｂ…第２接続部
４…絶縁キャップ        ４Ａ…嵌着凹部
５…放熱フィン          ５Ａ…冷却部
６…冷却ダクト
７…電極端子
８…スリット
１０…ケース
１１…収納室
１２…空気ダクト
１３…流入口
１４…排出口
１５…流入ダクト
１６…ファン
２０…ホルダーケース
２１…電源モジュール
２２…流入口
２３…排出口
２４…冷却調整フィン
【図１】
0004086480.tif 000002
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
0004086480.tif 000006
【図６】
0004086480.tif 000007
【図７】
0004086480.tif 000008