(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ケースと、
出口フードを含む電池パックであって、前記ケースに固定されている電池パックと、
前記電池パック内のホルダーと、
前記ホルダーに収納されている複数の電池モジュールと、
各電池モジュール内の複数のセルであって、各電池モジュール内の前記複数のセルのそれぞれは、電気的かつ機械的に直列に接続されている、複数のセルと
を含む電池電源装置であって、
前記複数の電池モジュールは、各電池モジュールの全長手方向表面に沿って冷媒が流れるように間隔をあけて前記ホルダー内に互いに平行に配置されており、
前記ホルダーには冷媒を通流させるための複数の通風孔が穿設され、前記複数の通風孔のうち一方は、前記ホルダーの中心部から左右および上下のそれぞれの両縁に向かうにつれて順次大きな開口面積を有するように形成され、
前記冷媒は、前記出口フードから前記ケース内に排出され、前記ケース内の前記電池パック間に設けられた空間を通って前記ケース内の排気口に流れ、前記ケースの外部に排出される、電池電源装置。
【請求項２】
前記複数の通風孔は、前記ホルダーの１つのエンドプレートまたは複数のエンドプレートに設けられている、請求項１に記載の電池電源装置。
【請求項３】
前記複数の電池モジュールは、前記ホルダー内に立体的に配置されている、請求項１に記載の電池電源装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電動機を動力源の少なくとも一部として使用するＨＥＶ、ＰＥＶ、ＦＣＥＶなどの電気自動車に好適に使用される電池電源装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ＨＥＶ、ＰＥＶ、ＦＣＥＶなどの電気自動車は、その電動機を駆動するために高電圧の電池電源装置を搭載している。従来の電池電源装置の概略構成を、図３に示す。
【０００３】
図３に示す電池電源装置は、ケース１内に収容された電池パック２を備えている。電池パック２は、それぞれがロッド状に構成された複数本の電池モジュール３と、ホルダー４とを有しており、ホルダー４内に各電池モジュール３が、相互に平行な状態で立体的に配置されている。各電池モジュール３は、それぞれ、複数個の単電池５を電気的かつ機械的に直列接続することにより構成されており、それぞれが、ホルダー４の両側に設けられた各エンドプレート４ａによって、保持されている。電池パック１における各電池モジュール３は、それぞれ相互に電気的に直列あるいは並列に接続されている。これにより、多数の単電池５が電気的に直列に接続されて、所定の高電圧が得られる。
【０００４】
このような構成の電池電源装置においては、ホルダー４内に並列に配置された複数本の電池モジュール３の性能を維持するために、各電池モジュール3の温度上昇を抑制する必要がある。このため、電池パック２は、ホルダー４内に流入した冷媒である空気が、各電池モジュール３の一方の端部から他方の端部に沿って、それぞれの周囲を流通するように構成されている。また、このために、電池パック２の両端部には、吸気側ダクト６および排気側ダクト７がそれぞれ設けられており、吸気側のダクト６内には冷却ファン８が設けられている。吸気側ダクト６および排気側ダクト７は、それぞれ、ケース１の外部に突出した状態になっている。
【０００５】
吸気側のダクト６内に設けられた冷却ファン８が作動すると、ケース１外の空気が吸気側のダクト６を介してケース１内の電池パック２に供給され、電池パック２内の各電池モジュール３の周囲を、各電池モジュール３に沿って通流する。これにより、各電池モジュール３が冷却される。各電池モジュール３を冷却した空気は、排気側のダクト７を介してケース１の外部へ排出される。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
このような従来の電池電源装置においては、 電池パック２におけるホルダー４の各エンドプレート４ａに、空気が通流するように、多数の通風孔４ｂが、それぞれ設けられている。各エンドプレート４ａに設けられた各通風孔４ｂは、それぞれ等しい大きさおよび形状になっており、各エンドプレート４ａの全面にわたって均一に分布している。また、吸気側のダクト６は、その断面積が、空気の通流方向の上流側から下流側になるにつれて、順次、大きくなっており、また、排気側ダクト７は、反対に、その断面積が、空気の通流方向の上流側から下流側になるにつれて、順次、小さくなっている。また、空気の粘性により、ダクト壁面近傍では、空気の流速が低下する。
【０００７】
このために、吸気側のダクト６内に流入する空気は、エンドプレート４ａに対して均一な流速分布にはならず、エンドプレート４ａのそれぞれの大きさが等しい各通気孔４ｂを通ってホルダー４内に流入した空気は、均一な流速分布でホルダー４の内部を通流しない。その結果、ホルダー４の内部において、空気の流速分布が不均一になって、その流量も不均一になるという問題がある。
【０００８】
具体的には、空気の通流方向の直交する断面における中央部において、空気の流速が最大になっており、左右方向および上下の両側になるにつれて、順次流速が低下している。従って、空気の通流方向の直交する断面における中央部から周縁側になるにつれて、冷却のために使用される空気の流量が少なくなっており、その周縁部側に位置する電池モジュール３ほど、効率よく冷却されず、ホルダー４内の各電池モジュール３が均等に冷却されないという問題がある。
【０００９】
また、各ダクト６および７が、レイアウト上、圧力損失が大きな形状とされることによっても、ホルダー４内の電池モジュール３を効率よく均一に冷却することができない。
【００１０】
さらに、吸気側のダクト６内に冷却ファン８が設けられているために、冷却ファン８が駆動されることによって発熱し、それにより、ホルダー４内に流入する空気が加熱されるおそれがある。その結果、ホルダー４内の電池モジュールを効率よく冷却することができないという問題もある。
【００１１】
さらにまた、電池パック２の制御用として装備される各種の電子機器は、電池パック２と共にケース１内に収容されているが、ケース１内に結露が生じることによって、電子部品に錆、ショートの発生、あるいは劣化が促進されるおそれがある。
【００１２】
これらの問題は、いずれも電池パック２の性能低下の原因になる。
【００１３】
本発明は上記従来の問題を解決するものであり、その目的は、電池モジュールに対する冷却能力の不均一を解消して、電池モジュールを効率よく均一に冷却することができる電池電源装置を提供することにある。本発明の他の目的は、電池パック内の電子部品の結露による劣化等を防止することができる電池電源装置を提供することにある。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
本発明の電池電源装置は、ケースと、出口フードを含む電池パックであって、前記ケースに固定されている電池パックと、前記電池パック内のホルダーと、前記ホルダーに収納されている複数の電池モジュールと、各電池モジュール内の複数のセルであって、各電池モジュール内の前記複数のセルのそれぞれは、電気的かつ機械的に直列に接続されている、複数のセルとを含む電池電源装置であって、前記複数の電池モジュールは、各電池モジュールの全長手方向表面に沿って冷媒が流れるように間隔をあけて前記ホルダー内に互いに平行に配置されており、前記ホルダーには冷媒を通流させるための複数の通風孔が穿設され、前記複数の通風孔のうち一方は、前記ホルダーの中心部から左右および上下のそれぞれの両縁に向かうにつれて順次大きな開口面積を有するように形成され、前記冷媒は、前記出口フードから前記ケース内に排出され、前記ケース内の前記電池パック間に設けられた空間を通って前記ケース内の排気口に流れ、前記ケースの外部に排出され、これにより、上記目的が達成される。
前記複数の通風孔は、前記ホルダーの１つのエンドプレートまたは複数のエンドプレートに設けられていてもよい。
前記複数の電池モジュールは、前記ホルダー内に立体的に配置されていてもよい。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しながら本発明の実施の形態を説明する。
【００２３】
図１は本発明の電池電源装置の実施形態の一例を示す分解斜視図である。この電池電源装置は、例えばＨＥＶに搭載されて使用されるものであり、高電圧電源としての電池パック１０と、この電池パック１０を収容するケース２０と、電池パック１０の吸気側に設けられたダクト３０と、電池パック１０の排気側に設けられたフード４０と、電池バック１０と共にケース２０内に収容された電池パック用の電子機器５０とを備えている。
【００２４】
図２は、その電池電源装置に使用される電池パック１０およびその近傍部分の排気側からの斜視図である。電池パック１０は、図２に示すように、それぞれがロッド状に構成された所定本数の電池モジュール１１と、各電池モジュール１１を相互に平行な状態で立体的に保持する樹脂製のホルダー１２とを有している。各電池モジュール１１は、所定個数の単電池１１ａを電気的かつ機械的に直列接続することによって構成されている。
【００２５】
樹脂製のホルダー１２は、角筒状のホルダー本体１２ａと、このホルダー本体１２ａの両端開口部にそれぞれ嵌合する一対のエンドプレート１２ｂとを有している。各エンドプレート１２ｂは、ホルダー１２内に供給される冷媒としての冷却風の流量調整プレートを兼ねており、ホルダー本体１２ａに一体的に連結されている。隣接する電池モジュール１１は、隣接する端部同士の極性が異なるように、相互に反転した状態で配置されており、各エンドプレート１２ｂは、ホルダー本体１２ａ内において、相互に適当な間隔をあけて平行に配置された各電池モジュール１１の端部を、それぞれ支持している。
【００２６】
各エンドプレート１２ｂには、電池モジュール１１の各端部にそれぞれ設けられた端子部が嵌合する開口部１２ｄが、それぞれ設けられている。また、隣接する一対の電池モジュール１１の端子部同士を相互に接続するバスバーが、モールド成形によって、各エンドプレート１２ｂ内に埋め込まれた状態で設けられている。各バスバーの両端部は、隣接する一対の電池モジュール１１の各端子部が嵌合する開口部１２ｄ内に突出しており、ナット構造をした１組の端子部にボルトがねじ込まれることによって、１組の端子部と、それぞれ電気的かつ機械的に接続される。
【００２７】
そして、１つのバスバーと一対の電池モジュール１１とが電気的に接続されることにより、ホルダー１２内の全ての電池モジュール１１が電気的に直列に接続される。また、１つのバスバーと一対の電池モジュール１１とが機械的に接続されることにより、各電池モジュール１１の各端部の端子部が、各エンドプレート１２ｂにそれぞれ固定される。
【００２８】
各エンドプレート１２ｂには、ホルダー１２内に吸気側から排気側へ冷媒である空気を通流させるために、多数の通風孔１２ｃが設けられている。各通風孔１２ｃは、各電池モジュール１１の端部が挿入される各開口部１２ｄに対して、上下方向および左右方向にそれぞれずれた状態でそれぞれ配置されている。
【００２９】
各通風孔１２ｃは、各エンドプレート１２ｂの中央部から左右方向の両側、および上下方向の両側になるにつれて、それぞれの開口面積が、順次大きくなるように、それぞれ構成されている。
【００３０】
この電池パック１０は、ホルダー１２のホルダー本体１２ａにおける各側面にそれぞれ設けられた各一対の脚部１２ｅにより、図１に示すように、ケース２０内に固定されている。また、電池パック１０の各ターミナル１３および１４は、導電ケーブル１３ａおよび１４ａによって、それぞれケース２０の外部に引き出されている。
【００３１】
ケース２０は、上面が全面にわたって開口したケース本体２１と、ケース本体２１の開口部を閉鎖するように装着される蓋体２２とを有している。ケース本体２１の各側部には、車両への取り付けに使用される各一対の取り付け部２３がそれぞれ設けられている。このケース２０内には、電池パック１０が、その周囲に十分な広さの空間７０を有した状態で収容されて固定されている。ケース本体２１の一方の端部には、吸気口２１ａと、排気口２１ｂとが、相互に隣接して設けられている。吸気口２１ａは、ケース本体２１内に収容された電池パック１０の吸気側の端面に対向している。
【００３２】
電池パック１０の吸気側に設けられたダクト３０は、一方の端部が、電池パック１０の吸気側の端部に接続されており、電池パック１０から離れるにつれて、順次、断面積が小さくなったロート状に形成されている。ダクト３０の中央部には、ケース２０のケース本体２１に設けられた吸気口２１ａ内に挿入されるように突出した接続管部３２が形成されている。この接続管部３２は、吸気口２１ａを通って、ケース本体２１の外部へ突出している。
【００３３】
電池パック１０の排気側に設けられたフード４０は、電池パック１０から離れるにつれて、順次、断面積が小さくなっており、その中央部に、開口部４１が設けられている。そして、この開口部４１内に冷却ファン６０が取り付けられている。
【００３４】
電池パック１０の排気側に取り付けられたフード４０内に設けられた冷却ファン６０は、電池パック１０内の空気を吸引することにより、吸気側のダクト３０を通してケース２０の外部から電池パック１０内へ空気を導入し、電池パック１０内をダクト３０側からフード４０側に通流させた後に、ケース２０の内部へ直接排出する。ケース２０の内部に排出された空気は、電池パック１０の周囲に形成されたケース２０内の空間７０を通って、吸気口２１ａおよび排気口２１ｂが設けられたケース本体２１の端面側に通流し、ケース本体２１の端面に設けられた排気口２１ｂからケース２０の外部へ排出される。
【００３５】
ケース本体２１内には、ケース本体２１内を通流する空気と接触するように、ケース本体２１の内面に、電池パック１０の制御用の電子機器５０が取り付けられている。
【００３６】
このような構成の電池電源装置では、ケース２０内に配置された電池パック１０のフード４０内に設けられている冷却ファン６０が駆動されることにより、電池パック１０のホルダー１２の内部の空気が吸引されてホルダー１２の外部に排出される。これに伴って、ケース２０の外部の空気が、ダクト３０内に吸引される。
【００３７】
ダクト３０内に吸引された空気は、ホルダー１２の吸気側のエンドプレート１２ｂに設けられた多数の通風孔１２ｃを通って、ホルダー１２内に導入される。エンドプレート１２ｂに設けられた多数の通風孔１２ｃの開口面積は、ホルダー１２の中央部に配置された通風孔１２ｃが小さく、左右および上下のそれぞれの両側になるにつれて順次大きくなっているために、断面積が、空気の下流側になるにつれて順次大きくなっているダクト３０内にて、空気は、各電池モジュール１１の１本当りの流量が、ほぼ均一な状態となって、ホルダー１２内に流入する。
【００３８】
ホルダー１２内に流入した空気は、各電池モジュール１１の周囲を、各電池モジュール１１に沿って通流して、他方のエンドプレート１２ｂの各通風孔１２ｃからフード４０内に排出される。
【００３９】
このエンドプレート１２ｂに設けられた多数の通風孔１２ｃの開口面積も、ホルダー１２の中央部に配置された通風孔１２ｃが小さく、左右および上下のそれぞれの両側になるにつれて順次大きくなっているために、空気の通流方向下流側になるにつれて断面積が順次小さくなったフード４０内にて、各電池モジュール１１の１本当りの空気の流量をほぼ均一に維持できる。
【００４０】
そして、ホルダー１２内にて均一な流量になった空気によって、各電池モジュール１１が冷却される。従って、ホルダー１２内の各電池モジュール１１は、全体にわたってほぼ均一に効率よく冷却される。
【００４１】
フード４０の内部から冷却ファン６０によって、ケース２０内に排出された空気は、ケース２０内に配置された電池パック１０の周囲の空間７０を通って、排気口２１ｂが設けられた端面側に通流し、その排気口２１ｂからケース２０の外部へ排出される。
【００４２】
ホルダー１２からフード４０内に排出される空気は、フード４０の開口部４１から、直接、ケース２０の内部に排出されて、ケース２０と電池パック１０の周囲を通過しているために、大きな圧力損失を防止している。その結果、ホルダー１２内の空気の流量が低下するおそれがなく、電池モジュール１１を効率よく冷却することができる。
【００４３】
また、電池パック１０から排出される空気は、電池モジュール１１を冷却することにより、絶対温度が上昇して、相対湿度が低下した状態になっているために、ケース２０内に配置された電池バック１０用の電子機器５０が、このように相対湿度が低下した空気と接触することによって、電子機器５０に結露が生じることが防止される。その結果、結露に起因する錆、劣化、ショート等の発生が防止される。
【００４４】
さらに、冷却ファン６０は、駆動によって発熱するが、電池パック１０の排気側に配置されているために、各電池パック１０内に吸引される空気を加熱するおそれがなく、従って、このように加熱されない空気によって、電池パック１０内の各電池モジュール１１は、効率よく冷却される。
【００４５】
本実施形態の電池電源装置は、このように、各電池モジュール１１を効率よく冷却することができるために、電池性能の低下が効果的に抑制される。
【００４６】
なお、上記実施形態では、ホルダー１２の両側に設けられた各エンドプレート１２ｂのそれぞれにおいて、開口面積の異なる複数種類の通風孔１２ｃを配置する構成であったが、いずれか一方のエンドプレート１２ｂにのみ、開口面積の異なる複数種類の通風孔１２ｃを配置する構成であってもよい。また、開口面積の異なる複数種類の通風孔１２ｃを配置する構成に代えて、等しい開口面積の多数の通風孔１２ｃを、中央部における配置個数を多く、周縁部において、配置個数を少なくなるように分布するようにしてもよい。また、両者を併用するようにしてもよい。
【００４７】
さらに、通風孔の形状は、丸形に限定されず、三角形、四角形、スリット状等であってもよい。
【００４８】
また、エンドプレート１２ｂに通風孔１２ｃを設ける構成に代えて、通風孔１２ｃのみが設けられたプレートをホルダー１２に設けるようにしてもよい。
【００４９】
さらに、本実施形態の電池電源装置では、電池パックの電池モジュールは、ロッド状に構成されていたが、これに限定されず、角形単電池によって電池モジュールを構成してもよい。この場合にも、電池モジュールの周囲に空気の流通路が確保される。さらには、角形単電池を内部接続方式にて接続して電池モジュールを構成してもよい。
【００５０】
【発明の効果】
本発明の電池電源装置は、このように、電池パックの少なくとも一方の端部に、電池パック内に配置された複数本の電池モジュールの各周囲を均一な流量の冷媒が通流するように、多数の通風孔の開口面積の分布が設定されているために、電池モジュールを均一にしかも、効率よく冷却することができる。
【００５１】
また、電池パックをその周囲に空間が形成されるようにケース内に収容し、ケース外部の空気をダクトを介して吸引するとともに、電池パック内の冷媒を、直接、ケース内に排出してケースに設けられた排気口から排出する構成になっているために、電池モジュールに対する冷却能力の低下を抑制できる。
【００５２】
また、電池パック用の電子機器を、電池パックから排出される冷媒と接触するように配置することにより、電子部品の結露を防止できる。
【００５３】
また、冷却ファンが電池パックの排気側に配置されていることにより、電池モジュールの冷却に使用される空気の冷却ファンの発熱による加熱を回避することができるために、電池モジュールに対する冷却能力の低下を抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の電池電源装置の実施の形態の一例を示す分解斜視図である。
【図２】その電池電源装置に使用された電池パック及びその近傍の分解斜視図である。
【図３】従来の電池電源装置の概略構成図である。
【符号の説明】
１０  電池パック
１１  電池モジュール
１１ａ  単電池
１２  ホルダー
１２ａ  ホルダー本体
１２ｂ  エンドプレート（流量調整プレート）
１２ｃ  通風孔
２０  ケース
２１  ケース本体
２１ａ  吸気口
２１ｂ  排気口
２２  蓋体
３０  ダクト
４０  フード
５０  電池パック用の電子部品
６０  冷却ファン
７０  空間
【図１】
0004320133.tif 000002
【図２】
0004320133.tif 000003
【図３】
0004320133.tif 000004