(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電池ケースと、
３個以下の単電池を一列に直列接続して構成され、その前端と後端が前記電池ケースの前部と後部で保持された状態で、複数個並列に配置された電池モジュールと、
隣接する前記電池モジュール間の流路に冷媒を強制的に流動させる冷却手段と、
前記冷媒の上流側に位置し、前記冷媒を前記電池モジュールから遮断する手段と、
前記冷媒の下流側に位置し、前記冷媒の流速を大きくする手段と、
前記電池ケースの前部に着脱自在な第１の拘束プレートと、
前記電池ケースの後部に設けられた第２の拘束プレートと、
前記第１の拘束プレートに設けられ、隣接する前記電池モジュール間に位置して外部から前記電池ケース内へ前記冷媒を吸入する吸気孔と、
前記第２の拘束プレートに設けられ、前記電池ケース内から外部へ前記冷媒を排出する排気孔とを備え、
前記電池モジュールの前端が前記第１の拘束プレートに保持され、
前記冷媒を前記電池モジュールから遮断する手段が、前記吸気孔を挟んで前記第１の拘束プレートに一体的に設けられると共に、前記電池ケースの内部に突出させて前記電池モジュールと略平行に設けられ、
前記電池モジュールの後端が前記第２の拘束プレートに保持され、
前記冷媒の流速を大きくする手段が、前記第２の拘束プレートに一体的に設けられると共に、前記電池ケースの内部に突出させて設けられたくさび状の整流フィンである電源装置。
【請求項２】
電池ケースと、
３個以下の単電池を一列に直列接続して構成され、その前端と後端が前記電池ケースの前部と後部で保持された状態で、複数個並列に配置された電池モジュールと、
隣接する前記電池モジュール間の流路に冷媒を強制的に流動させる冷却手段と、
前記冷媒の上流側に位置し、前記冷媒を前記電池モジュールから遮断する手段と、
前記冷媒の下流側に位置し、前記冷媒の流速を大きくする手段と、
前記電池ケースの前部に着脱自在な第１の拘束プレートと、
前記電池ケースの後部に設けられた第２の拘束プレートと、
前記第１の拘束プレートに設けられ、隣接する前記電池モジュール間に位置して外部から前記電池ケース内へ前記冷媒を吸入する吸気孔と、
前記第２の拘束プレートに設けられ、前記電池ケース内から外部へ前記冷媒を排出する排気孔とを備えた電源装置の製造方法であって、
前記冷媒を前記電池モジュールから遮断する手段を、前記吸気孔を挟んで前記第１の拘束プレートに一体的に設けるステップと、
前記冷媒の流速を大きくする手段を、前記第２の拘束プレートに一体的に設けるステップと、
前記電池モジュールの前端を、前記冷媒を前記電池モジュールから遮断する手段が前記電池ケースの内部に突出して前記電池モジュールと略平行になるように、前記第１の拘束プレートによって保持するステップと、
前記電池モジュールの後端を、前記冷媒の流速を大きくする手段が前記電池ケースの内部に突出してくさび状の整流フィンとなるように、前記第２の拘束プレートによって保持するステップとを含むことを特徴とする電源装置の製造方法。
【請求項３】
電池ケースと、
３個以下の単電池を一列に直列接続して構成され、その前端と後端が前記電池ケースの前部と後部で保持された状態で、複数個並列に配置された電池モジュールと、
隣接する前記電池モジュール間の流路に冷媒を強制的に流動させる冷却手段と、
前記冷媒の上流側に位置し、前記冷媒を前記電池モジュールから遮断する手段と、
前記電池ケースの前部に着脱自在な第１の拘束プレートと、
前記第１の拘束プレートに設けられ、隣接する前記電池モジュール間に位置して外部から前記電池ケース内へ前記冷媒を吸入する吸気孔とを備え、
前記電池モジュールの前端が前記第１の拘束プレートに保持され、
前記冷媒を前記電池モジュールから遮断する手段が、前記吸気孔を挟んで前記第１の拘束プレートに一体的に設けられると共に、前記電池ケースの内部に突出させて前記電池モジュールと略平行に設けられ、
前記電池モジュールの前端側の前記単電池と前記冷媒を前記電池モジュールから遮断する手段の一部とが重畳している電源装置。
【請求項４】
冷媒の下流側に位置し、前記冷媒の流速を大きくする手段をさらに備えた請求項３に記載の電源装置。
【請求項５】
単電池の長さをＬ、冷媒を電池モジュールから遮断する手段の長さをｍとしたとき、Ｌ／２＜ｍ≦Ｌの関係を満たす請求項１又は３に記載の電源装置。
【請求項６】
電池ケースの後部に第２の拘束プレートをさらに備え、電池モジュールの後端が前記第２の拘束プレートに保持される請求項３に記載の電源装置。
【請求項７】
第２の拘束プレートに、電池ケース内から外部へ冷媒を排出する排気孔が設けられ、前記冷媒の流速を大きくする手段が前記第２の拘束プレートに一体的に設けられた請求項６に記載の電源装置。
【請求項８】
冷媒の流速を大きくする手段が、電池ケースの内部に突出させて設けられたくさび状の整流フィンである請求項４又は７に記載の電源装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、多数の単電池を直列に接続して構成され、例えば、電気自動車等の電動車輌に用いられる電源装置及びその製造方法に関する。さらに詳細には、当該電源装置を構成する単電池の放熱手段、及び当該放熱手段を備えた電源装置の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電気自動車等の電動車輌には、車輌推進用の電力をモータ等に供給するために多数の単電池を直列に接続して構成された電源装置が搭載されるのが一般的である。そして、このように多数の単電池を直列に接続し、電動車輌の電源装置として用いる場合には、空間効率等の観点から、複数個の単電池を密集させて配置する必要がある。そのため、複数個の単電池を一列に配置し、かつ、電気的に直列に接続した蓄電池列を複数列、並列配置するようにされている。
【０００３】
ところで、上記したように多数の単電池を密集させて配置すると、単電池の発熱やジュール熱等によって電源装置内の温度が上昇し、各単電池の温度も上昇してしまうため、従来、蓄電池列間に空気等の冷媒を流通させることにより、各単電池の温度上昇を抑制する方法が採られていた。
【０００４】
しかし、従来の冷却方法では、単電池間の温度格差が大きくなり、単電池間で充放電容量や寿命といった電池性能のばらつきが生じ易くなるため、電源装置としての信頼性は低いものであった。
【０００５】
そこで、かかる単電池間の温度格差を改善するために、特開平１０−３９５０号公報等においては、複数の単電池を一列に直列接続した蓄電池列を上下及び左右にそれぞれ複数列、並列配置した蓄電池群と、前記蓄電池列の行間に冷媒を流通させる冷媒流路とを備え、前記冷媒流路が、同一蓄電池列内の単電池に対して露出した主冷媒流路と、上流側が前記蓄電池列と隔離され、かつ、下流端部が前記蓄電池列の中流又は下流に相当する位置で前記主冷媒流路と接続された副冷媒流路とからなる電源装置が提案されている。そして、この構成により、次の作用効果が得られる。すなわち、主冷媒流路を流通する冷媒は、蓄電池列の上流側の単電池からの吸熱によって温度上昇し、中・下流での冷却効率が低下するが、中・下流において、この冷媒に温度の低い冷媒を合流させることにより、冷媒温度を低下させ、それより下流側の単電池に対する冷却効率を向上させて、蓄電池列内の温度格差を改善することができる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、特開平１０−３９５０号公報等において提案されている電源装置の構成では、蓄電池列（電池モジュール）を収容するケースの構造が複雑になるという問題点がある。すなわち、蓄電池列（電池モジュール）を保持するための電池保持部材が必要になると共に、副冷媒流路を形成したり、蓄電池列（電池モジュール）の中流又は下流に相当する位置で主冷媒流路と副冷媒流路とを接続するための工夫が必要になる。また、流路断面積が小さいために、冷媒の圧力損失が大きくなるので、冷却効率が低下するという問題点がある。
【０００７】
本発明は、従来技術における前記課題を解決するためになされたものであり、電池ケースの構造を簡略化することができると共に、流路断面積を大きくして冷却効率を向上させることのできる電源装置及びその製造方法を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するため、本発明に係る電源装置の第１の構成は、電池ケースと、３個以下の単電池を一列に直列接続して構成され、その前端と後端が前記電池ケースの前部と後部で保持された状態で、複数個並列に配置された電池モジュールと、隣接する前記電池モジュール間の流路に冷媒を強制的に流動させる冷却手段と、前記冷媒の上流側に位置し、前記冷媒を前記電池モジュールから遮断する手段と、前記冷媒の下流側に位置し、前記冷媒の流速を大きくする手段と、前記電池ケースの前部に着脱自在な第１の拘束プレートと、前記電池ケースの後部に設けられた第２の拘束プレートと、前記第１の拘束プレートに設けられ、隣接する前記電池モジュール間に位置して外部から前記電池ケース内へ前記冷媒を吸入する吸気孔と、前記第２の拘束プレートに設けられ、前記電池ケース内から外部へ前記冷媒を排出する排気孔とを備え、前記電池モジュールの前端が前記第１の拘束プレートに保持され、前記冷媒を前記電池モジュールから遮断する手段が、前記吸気孔を挟んで前記第１の拘束プレートに一体的に設けられると共に、前記電池ケースの内部に突出させて前記電池モジュールと略平行に設けられ、前記電池モジュールの後端が前記第２の拘束プレートに保持され、前記冷媒の流速を大きくする手段が、前記第２の拘束プレートに一体的に設けられると共に、前記電池ケースの内部に突出させて設けられたくさび状の整流フィンであることを特徴とする。
この電源装置の第１の構成によれば、各電池モジュールが３個以下の単電池によって構成されているので、その前端と後端を電池ケースの前部と後部で保持した場合に、中間に位置する単電池が両端に位置する単電池によって確実に保持される。その結果、外部からの振動などによって電池モジュールの接続部分がずれたり外れたりすることを防止することができる。このため、電池ケースの前部と後部の保持手段以外の電池保持部材などを必要としないので、電池ケースの構造を簡略化することができる。また、同じ理由により、隣接する電池モジュール間の流路の断面積を大きくとることができるので、冷媒の圧力損失を小さくして、冷却効率を向上させることができる。さらに、冷媒の上流側に位置して、冷媒を電池モジュールから遮断する手段を備えていることにより、外部から電池ケース内の隣接する電池モジュール間の流路に入ってきた冷媒が上流側に位置する単電池から吸収する熱量が小さくなる。このため、冷媒の上流側に位置する単電池の熱によって冷媒の温度が上昇することはないので、この冷媒によって中流及び下流側の単電池を効率良く冷却することができる。特に、各電池モジュールが３個の単電池によって構成されているので、４個以上の多数の単電池によって構成される電池モジュールの場合に比べて、各単電池間の温度ばらつきを小さくすることができる。従って、電池モジュール内の単電池間の温度格差を小さくすることができるので、単電池間における充放電容量や寿命といった電池性能のばらつきを抑えることができる。その結果、電源装置としての信頼性を高めることができる。また、前記冷媒の下流側に位置し、前記冷媒の流速を大きくする手段を備えていることにより、冷媒の下流側に位置する単電池の冷却効率をさらに向上させることができる。また、前記電池ケースの前部に着脱自在な第１の拘束プレートを備え、前記電池モジュールの前端が前記第１の拘束プレートに保持されていることにより、電池ケース内に電池モジュールを収容した後、電池モジュールを電池ケース内に保持することができる。また、前記冷媒を前記電池モジュールから遮断する手段が前記第１の拘束プレートに一体的に設けられているので、部品点数を削減することができる。
また、本発明に係る電源装置の製造方法は、電池ケースと、３個以下の単電池を一列に直列接続して構成され、その前端と後端が前記電池ケースの前部と後部で保持された状態で、複数個並列に配置された電池モジュールと、隣接する前記電池モジュール間の流路に冷媒を強制的に流動させる冷却手段と、前記冷媒の上流側に位置し、前記冷媒を前記電池モジュールから遮断する手段と、前記冷媒の下流側に位置し、前記冷媒の流速を大きくする手段と、前記電池ケースの前部に着脱自在な第１の拘束プレートと、前記電池ケースの後部に設けられた第２の拘束プレートと、前記第１の拘束プレートに設けられ、隣接する前記電池モジュール間に位置して外部から前記電池ケース内へ前記冷媒を吸入する吸気孔と、前記第２の拘束プレートに設けられ、前記電池ケース内から外部へ前記冷媒を排出する排気孔とを備えた電源装置の製造方法であって、前記冷媒を前記電池モジュールから遮断する手段を、前記吸気孔を挟んで前記第１の拘束プレートに一体的に設けるステップと、前記冷媒の流速を大きくする手段を、前記第２の拘束プレートに一体的に設けるステップと、前記電池モジュールの前端を、前記冷媒を前記電池モジュールから遮断する手段が前記電池ケースの内部に突出して前記電池モジュールと略平行になるように、前記第１の拘束プレートによって保持するステップと、前記電池モジュールの後端を、前記冷媒の流速を大きくする手段が前記電池ケースの内部に突出してくさび状の整流フィンとなるように、前記第２の拘束プレートによって保持するステップとを含むことを特徴とする。
また、本発明に係る電源装置の第２の構成は、電池ケースと、３個以下の単電池を一列に直列接続して構成され、その前端と後端が前記電池ケースの前部と後部で保持された状態で、複数個並列に配置された電池モジュールと、隣接する前記電池モジュール間の流路に冷媒を強制的に流動させる冷却手段と、前記冷媒の上流側に位置し、前記冷媒を前記電池モジュールから遮断する手段と、前記電池ケースの前部に着脱自在な第１の拘束プレートと、前記第１の拘束プレートに設けられ、隣接する前記電池モジュール間に位置して外部から前記電池ケース内へ前記冷媒を吸入する吸気孔とを備え、前記電池モジュールの前端が前記第１の拘束プレートに保持され、前記冷媒を前記電池モジュールから遮断する手段が、前記吸気孔を挟んで前記第１の拘束プレートに一体的に設けられると共に、前記電池ケースの内部に突出させて前記電池モジュールと略平行に設けられ、前記電池モジュールの前端側の前記単電池と前記冷媒を前記電池モジュールから遮断する手段の一部とが重畳していることを特徴とする。
【０００９】
また、前記本発明の電源装置の第２の構成においては、冷媒の下流側に位置し、前記冷媒の流速を大きくする手段をさらに備えているのが好ましい。この好ましい例によれば、冷媒の下流側に位置する単電池の冷却効率をさらに向上させることができる。また、この場合には、冷媒の流速を大きくする手段が、電池ケースの内部に突出させて設けられたくさび状の整流フィンであるのが好ましい。
【００１２】
また、前記本発明の電源装置の第１又は第２の構成においては、単電池の長さをＬ、冷媒を電池モジュールから遮断する手段の長さをｍとしたとき、Ｌ／２＜ｍ≦Ｌの関係を満たすのが好ましい。この好ましい例によれば、熱交換量を低下させることができる。
【００１３】
また、前記本発明の電源装置の第２の構成においては、電池ケースの後部に第２の拘束プレートをさらに備え、電池モジュールの後端が前記第２の拘束プレートに保持されるのが好ましい。また、この場合には、第２の拘束プレートに、電池ケース内から外部へ冷媒を排出する排気孔が設けられ、冷媒の流速を大きくする手段が前記第２の拘束プレートに一体的に設けられているのが好ましい。この好ましい例によれば、冷媒の流速を大きくする手段が第２の拘束プレートに一体的に設けられているので、部品点数を削減することができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、実施の形態を用いて本発明をさらに具体的に説明する。
【００１５】
図１は本発明の一実施の形態における電源装置を示す斜視図、図２は図１のＡ−Ａ断面図である。
【００１６】
図１、図２に示すように、電源装置１は、電池ケース２と、電池ケース２内に収容され、それぞれ直列に接続された複数の電池モジュール３と、電池ケース２の前部に取り付けられ、外部から電池ケース２内に冷媒としての空気（冷却風）を導入するための空気導入ダクト４と、電池ケース２の後部に取り付けられ、電池ケース２内から外部へ冷却風を排出するための空気排出ダクト５と、空気排出ダクト５に装着され、電池ケース２内に冷却風を強制的に流通させるための冷却ファン６とにより構成されている。
【００１７】
電池モジュール３は、例えばニッケル−水素二次電池である３個の単電池（セル）７を接続リング８を介して一列に直列接続して構成されている。電池モジュール３のプラス電極端に取り付けられた接続リング８には、締結用のナット９がスポット溶接されている。また、同様に、電池モジュール３のマイナス電極端に取り付けられた接続リング８にも、締結用のナット１０がスポット溶接されている。
【００１８】
電池ケース２は、上下２段となっており、上段及び下段にはそれぞれ複数の電池モジュール３が並列に配置されている。
【００１９】
電池ケース２の前部には、第１の拘束プレート１１が着脱自在に取り付けられている。第１の拘束プレート１１には、電池モジュール３のプラス電極端に設けられたナット９あるいはマイナス電極端に設けられたナット１０を挿通させるためのナット挿通孔１２と、上下のナット挿通孔１２の中間に位置して設けられた吸気孔１３とが形成されている。また、吸気孔１３の上縁部と下縁部には、一対の遮風板１４が第１の拘束プレート１１と一体に電池ケース２の内部に突出させて略平行に設けられている。これにより、吸気孔１３から上下の電池モジュール３間の流路に入ってきた冷却風は、遮風板１４によって遮られ、一番目の単電池（セル）７から吸収する熱量が小さくなるようにされている。この場合、単電池（セル）７の長さをＬ、遮風板１４の長さをｍとしたとき、Ｌ／２＜ｍ≦Ｌの関係を満たすのが望ましい。この関係を満足させることにより、熱交換量を低下させることができる。また、遮風板１４を第１の拘束プレート１１に一体物として設けたことにより、部品点数を削減することもできる。第１の拘束プレート１１には、その上下に段差部が形成されており、当該段差部に、複数のボルト挿通孔が形成された固定板２１の上下端を当接させることができるようにされている。そして、ナット９及びナット１０には、固定板２１を介してボルト２０が締着される。
【００２０】
電池ケース２の後部には、第２の拘束プレート１５が固定されている。第２の拘束プレート１５には、第１の拘束プレート１１と同様に、電池モジュール３のプラス電極端に設けられたナット９あるいはマイナス電極端に設けられたナット１０を挿通させるためのナット挿通孔１６と、多数の排気孔１７とが形成されている。ナット挿通孔１６の周縁には段差部が形成されており、当該段差部に座金１９の周縁部を当接させることができるようにされている。そして、ナット９及びナット１０には、座金１９を介してボルト２０が締着される。また、上下のナット挿通孔１６の中間には、くさび状の整流フィン１８が第２の拘束プレート１５と一体に電池ケース２の内部に突出させて設けられている。これにより、三番目の単電池（セル）７間の流路断面積が小さくなるので、吸気孔１３から入ってきた冷却風の速度が三番目の単電池（セル）７の周辺で大きくなる。この場合、整流フィン１８を第２の拘束プレート１５に一体物として設けたことにより、部品点数を削減することもできる。
【００２１】
次に、上記のような構成を有する電源装置１の組立方法について、簡単に説明する。
【００２２】
まず、電池モジュール３を、その極性を違えて交互に電池ケース２の前部から電池ケース２内に入れ込み、電池モジュール３のプラス電極端に設けられたナット９及びマイナス電極端に設けられたナット１０を、第２の拘束プレート１５に形成されたナット挿通孔１６に挿通する。次いで、第１の拘束プレート１１を電池ケース２の前部から嵌め込み、電池モジュール３のマイナス電極端に設けられたナット１０及びプラス電極端に設けられたナット９を第１の拘束プレート１１に形成されたナット挿通孔１２に挿通する。次いで、第２の拘束プレート１５のナット挿通孔１６に挿通されたナット９及びナット１０に座金１９を介してボルト２０を仮締めすると共に、第１の拘束プレート１１のナット挿通孔１２に挿通されたナット１０及びナット９に固定板２１を介してボルト２０を仮締めする。次いで、全てのボルト２０を本締めし、電池ケース２内に複数の電池モジュール３を固定された状態で収容する。
【００２３】
次いで、電池ケース２の前部に空気導入ダクト４を取り付けると共に、電池ケース２の後部に、冷却ファン６が装着された空気排出ダクト５を取り付ける。これにより、多数の単電池（セル）７が直列に接続され、かつ、放熱手段を備えた電源装置１が得られる。
【００２４】
上記したように、本実施の形態においては、各電池モジュール３が３個の単電池（セル）７によって構成されているので、そのプラス電極端とマイナス電極端を電池ケース２の前部と後部で保持した場合に、中間に位置する単電池（セル）７が両端に位置する単電池（セル）７によって確実に保持される。その結果、外部からの振動などによって電池モジュール３の接続部分（接続リング８部分）がずれたり外れたりすることを防止することができる。このため、電池ケース２の前部と後部の保持手段以外の電池保持部材などを必要としないので、電池ケース２の構造を簡略化することができる。また、同じ理由により、上下の電池モジュール３間の流路の断面積を大きくとることができるので、冷媒の圧力損失を小さくして、冷却効率を向上させることができる。
【００２５】
次に、上記のように構成された電源装置１における単電池（セル）７の放熱方法について説明する。
【００２６】
冷却ファン６が作動すると、電池ケース２の前部に取り付けられた空気導入ダクト４、及び第１の拘束プレート１１に形成された吸気孔１３を通して外部から電池ケース２内に空気（冷却風）が導入される。電池ケース２内に導入された冷却風は、上下の電池モジュール３間の流路を通り、電池ケース２の後部に位置する第２の拘束プレート１５に向かって流れる。電池ケース２の後部に達した冷却風は、第２の拘束プレート１５に形成された排気孔１７、及び空気排出ダクト５を通して外部に排出される。
【００２７】
この場合、吸気孔１３の上縁部と下縁部には、一対の遮風板１４が電池ケース２の内部に突出させて略平行に設けられているので、吸気孔１３から上下の電池モジュール３間の流路に入ってきた冷却風は、遮風板１４によって遮られ、一番目の単電池（セル）７から吸収する熱量が小さくなる。このため、一番目の単電池（セル）７の熱によって冷却風の温度が上昇することはないので、この冷却風によって二番目、三番目の単電池（セル）７を効率良く冷却することができる。特に、本実施の形態においては、各電池モジュール３が３個の単電池（セル）７によって構成されているので、４個以上の多数の単電池（セル）７によって構成される電池モジュールの場合に比べて、各単電池（セル）７間の温度ばらつきを小さくすることができる。
【００２８】
また、第２の拘束プレート１５の上下のナット挿通孔１６の中間には、くさび状の整流フィン１８が電池ケース２の内部に突出させて設けられているので、吸気孔１３から入ってきた冷却風の速度が整流フィン１８によって三番目の単電池（セル）７の周辺で大きくなる。このため、三番目の単電池（セル）７の冷却効率をさらに向上させることができる。
【００２９】
従って、電池モジュール３内の単電池（セル）７間の温度格差を小さくすることができるので、単電池（セル）７間における充放電容量や寿命といった電池性能のばらつきを抑えることができる。その結果、電源装置１としての信頼性を高めることができる。
【００３０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、電池ケースの構造を簡略化することができると共に、流路断面積を大きくして冷却効率を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態における電源装置を示す斜視図
【図２】図１のＡ−Ａ断面図
【符号の説明】
１  電源装置
２  電池ケース
３  電池モジュール
４  空気導入ダクト
５  空気排出ダクト
６  冷却ファン
７  単電池（セル）
８  接続リング
９、１０  ナット
１１  第１の拘束プレート
１２、１６  ナット挿通孔
１３  吸気孔
１４  遮風板
１５  第２の拘束プレート
１７  排気孔
１８  整流フィン
【図１】
0004233733.tif 000002
【図２】
0004233733.tif 000003