JP2009009889A - 車両用の電源装置 - Google Patents

Abstract

【課題】冷却液を循環する冷却液通路を簡単な構造としながら、各々の電池を効率よく均一に冷却して電池の温度差による電池の劣化を有効に防止する。電池の熱暴走の誘発を確実に防止して安全性を向上する。
【解決手段】車両用の電源装置は、車両を走行させるモータに電力を供給する組電池１０と、この組電池１０を冷却する冷却機構５０とを備える。組電池１０は、複数の角型電池１を所定の隙間で互いに積層状態に配置してなる電池ブロック２と、この電池ブロック２を構成する角型電池１の隙間に挟まれて角型電池１を絶縁状態で冷却する吸熱プレート１１と、電池ブロック２の外側に固定されて、各々の吸熱プレート１１に熱結合してなる冷却パイプ３とを備える。車両用の電源装置は、冷却パイプ３を冷却機構５０に連結して、冷却機構５０から供給される冷却液で冷却パイプ３を冷却し、この冷却パイプ３が吸熱プレート１１を介して角型電池１を冷却する。
【選択図】図５

Description

本発明は、主としてハイブリッドカー等の電動車両に搭載されて、車両を走行させるモータに電力を供給する車両用の電源装置に関し、とくに電池を強制冷却する車両用の電源装置に関する。

車両用の電源装置は、多数の素電池を直列に接続して出力電圧を高く、出力電力を大きくしている。この電源装置は、大電流で充放電されるので電池の温度が上昇する。また、極めて高温な環境でも使用されることから、電池を強制的に冷却する必要がある。現在のハイブリッドカーに搭載される電源装置は、電池に冷却用の空気をファンで強制的に送風して冷却している。この構造の電源装置は、空気を介して電池を冷却するので、電池温度が異常に上昇したときに速やかに冷却するのが難しい。また、熱容量の小さい空気を送風して冷却するので、多数の電池を均一な温度に冷却するのが難しい。この欠点を解消する電源装置として、電池ケースの周囲に冷却通路を設け、この冷却通路に不凍液を流して冷却する構造の車両用の電源装置が開発されている。（特許文献１参照）
特開平６−１９９１３９号公報

特許文献１に記載する電源装置は、多数の電池を温度むらができないように均一に冷却できない欠点がある。車両用の電源装置の組電池は、多数の電池を直列に接続している。この電源装置は、電池に温度差が電気特性のアンバランスの原因となる。電気特性のアンバランスは電池の寿命を短くする。それは、温度によって充放電の効率が変化して容量をアンバランスとし、さらに、容量がアンバランスになって小さくなった電池が加速して劣化されるからである。劣化して容量の減少した電池は、過充電と過放電になりやすく、この状態によって劣化が加速される。電池が過充電と過放電でより劣化が進むからである。このため、多数の電池を備える車両用の電源装置は、各々の電池の温度差をいかに小さくできるかが極めて大切である。とくに、温度差によって電池の寿命が著しく短くなる。

さらに、車両用の電源装置は、多数の電池を接近してケースに収納することから、いずれかの電池が熱暴走すると、この熱暴走が隣の電池に誘発されやすい。熱暴走して高温に加熱された電池が、輻射熱や熱伝導で隣の電池を加熱するからである。とくに、電池をリチウムイオン二次電池とする電源装置は、熱暴走によって電池の温度が極めて高くなることから、熱暴走の誘発を阻止することが大切である。電池の間にプラスチック製の隔壁を設ける構造は、隔壁で輻射熱を遮断できる。ただ、熱暴走した電池の温度が極めて高温になると、プラスチック製の隔壁は電池の熱で損傷される。このため、プラスチック製の隔壁によっては、全ての熱暴走の誘発を確実に阻止するのが難しい。

本出願人は、この欠点を解消することを目的として、図１の電源装置を開発した。この電源装置は、車両を走行させるモータに電力を供給する組電池９０の冷却を独特の構造としている。組電池９０の電池には角型電池９１を使用し、この角型電池９１を絶縁冷却スペーサ９４を介して積層している。絶縁冷却スペーサ９４は、隣接する角型電池９１を絶縁しながら冷却する。したがって、この絶縁冷却スペーサ９４は、水密構造の冷却液通路９５を備えている。冷却液通路９５は、冷却機構（図示せず）に連結して、冷却液を供給している。冷却液通路９５に循環される冷却液が絶縁冷却スペーサ９４を冷却し、冷却された絶縁冷却スペーサ９４が角型電池９１を冷却する。

以上の電源装置は、多数の電池を均一に効率よく冷却できる。ただ、多数の電池の間に冷却液通路のある絶縁冷却スペーサを挟み、この絶縁冷却スペーサの冷却液通路に冷却液を循環するので、冷却液通路が複雑になる。また、角型電池の間に冷却液を循環させるので、冷却液の漏れが電池に影響を与える弊害もある。

本発明は、さらに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、冷却液を循環する冷却液通路を簡単な構造としながら、各々の電池を効率よく均一に冷却して電池の温度差を小さくして温度差による電池の劣化を有効に防止できる車両用の電源装置を提供することにある。
さらに、本発明の他の大切な目的は、電池の熱暴走の誘発を確実に防止して安全性を向上できる車両用の電源装置を提供することにある。

本発明の車両用の電源装置は、前述の目的を達成するために以下の構成を備える。
車両用の電源装置は、車両を走行させるモータに電力を供給する組電池１０、２０、３０、４０と、この組電池１０、２０、３０、４０を冷却する冷却機構５０、６０とを備える。組電池１０、２０、３０、４０は、複数の角型電池１を所定の隙間で互いに積層状態に配置してなる電池ブロック２と、この電池ブロック２を構成する角型電池１の隙間に挟まれて角型電池１を絶縁状態で冷却する吸熱プレート１１、２１、３１、４１と、電池ブロック２の外側に固定されて、各々の吸熱プレート１１、２１、３１、４１に熱結合してなる冷却パイプ３とを備える。車両用の電源装置は、冷却パイプ３を冷却機構５０、６０に連結して、冷却機構５０、６０から供給される冷却液で冷却パイプ３を冷却し、この冷却パイプ３が吸熱プレート１１、２１、３１、４１を介して角型電池１を絶縁しながら冷却する。

本発明の請求項２の車両用の電源装置は、各々の吸熱プレート１１が角型電池１の外側に突出する突出部１２を有し、この突出部１２に冷却パイプ３の貫通孔１３を設けており、この貫通孔１３に冷却パイプ３を挿通して冷却パイプ３を吸熱プレート１１に熱結合している。

本発明の請求項３の車両用の電源装置は、各々の吸熱プレート２１、３１を分離して角型電池１の間に配設すると共に、各々の吸熱プレート２１、３１は側縁又は下縁に熱伝導ブロック２２、３２を設けており、この熱伝導ブロック２２、３２は、その幅を角型電池１の厚さ以下として、電池の外側で積層して、熱伝導ブロック２２、３２に冷却パイプ３を熱結合している。

さらに、本発明の請求項４の車両用の電源装置は、熱伝導ブロック２２、３２と冷却パイプ３の外側を断熱材９で断熱している。さらに、本発明の請求項５の車両用の電源装置は、熱伝導ブロック３２を電池ブロック２の対向する両側に配設して、両側の熱伝導ブロック３２に吸熱プレート３１の両側を熱結合している。さらに、本発明の請求項６の車両用の電源装置は、熱伝導ブロック２２を電池ブロック２の下面に配設して、吸熱プレート２１の下端縁を熱伝導ブロック２２に熱結合している。

本発明の請求項７の車両用の電源装置は、角型電池の両面に挟着される２枚の吸熱プレート部４２を角型電池１の外側に配置される熱伝導部４３で連結して溝形の吸熱プレート４１としており、溝形の吸熱プレート４１の熱伝導部４３の外側に冷却パイプ３を接触して熱結合している。

さらに、本発明の請求項８の車両用の電源装置は、角型電池１の両側に溝形の吸熱プレート４１を配設している。さらに、本発明の請求項９の車両用の電源装置は、熱伝導部４３と冷却パイプ３の外側を断熱材９で断熱している。

本発明の請求項１０の車両用の電源装置は、冷却パイプ３に供給される冷却液を冷媒としている。この電源装置の冷却機構５０は、冷媒を加圧するコンプレッサ５１と、このコンプレッサ５１で加圧された冷媒を冷却して液化する凝縮器５２と、この凝縮器５２で液化された冷媒を冷却パイプ３に供給する膨張装置５３とを備えている。

本発明の車両用の電源装置は、冷却液通路を簡単な構造としながら、多数の角型電池を極めて効率よく均一に冷却して電池の温度差を小さくできる特徴がある。このため、電池の温度差による劣化を少なくして寿命を長くできる。車両用の電源装置において、電池の寿命を長くすることは極めて大切である。それは、車両を走行させる組電池は、大きな出力が要求されることから、極めて大型で高価であるからである。本発明は、複数の角型電池を積層して電池ブロックとし、電池ブロックを構成する角型電池の間に電池の熱を吸収する吸熱プレートを挟んでおり、さらに、この吸熱プレートには、電池ブロックの外側に固定している冷却パイプを熱結合している。冷却パイプは、冷却機構から供給される冷却液で冷却される。この電源装置は、冷却パイプが吸熱プレートを冷却し、吸熱プレートが角型電池を対向面から冷却する。本発明の電源装置は、角型電池を積層してその間に電池の熱を吸収する吸熱プレートを挟む独特の構造で、多数の電池を内部から効率よく冷却する特徴を実現する。とくに、隣接する角型電池の対向面の間に吸熱プレートを挟むので、多数の電池を積層して大きな組電池としながら、最も冷却が難しい電池ブロック内部の熱を効率よく吸収して、多数の角型電池を均一な温度に冷却できる。また、電池の熱を効率よく吸収する吸熱プレートと角型電池とを広い面積で接触させて理想的な熱結合状態に配置できるので、吸熱プレートでもって、電池ブロックの内部まで均一に冷却できる。

さらに、本発明の車両用の電源装置は、組電池を構成する角型電池の熱暴走の誘発を有効に防止して安全性を向上できる特徴も実現する。それは、積層している角型電池の間に吸熱プレートを挟んで、吸熱プレートでもって、隣接する角型電池を冷却状態で隔離しているからである。この冷却構造は、いずれかの角型電池が熱暴走して高温に加熱されても、吸熱プレートが効率よく電池を冷却して熱暴走の誘発を防止する。とくに、角型電池の隙間には、吸熱プレートを配設して、角型電池を強制的に冷却することから、空気で冷却するように隙間を設ける必要がない。このため、角型電池の隙間には、吸熱プレートを隙間なく密着して配置できる。この構造は、熱暴走した角型電池の熱が輻射熱で隣の角型電池を加熱することがない。熱暴走した角型電池は、熱伝導によって隣の角型電池を加熱する。ただ、本発明の電源装置は、角型電池の間に、効率よく電池の熱を吸収する吸熱プレートを配置するので、この吸熱プレートが熱暴走した電池の熱を吸収し、これを冷却パイプで効率よく冷却する。このため、電池の熱暴走が隣の電池の熱暴走を誘発することがない。

さらに、本発明の請求項２の車両用の電源装置は、各々の吸熱プレートに角型電池の外側に突出する突出部を設けている。この突出部には、冷却パイプの貫通孔を設けている。この貫通孔に冷却パイプが挿通されて、冷却パイプが吸熱プレートに熱結合される。この構造は、冷却パイプと多数の吸熱プレートとを簡単な構造で熱結合状態に連結できる。

本発明の請求項３の車両用の電源装置は、各々の吸熱プレートを互いに分離して角型電池の間に配設している。各々の吸熱プレートは、側縁又は下縁に熱伝導ブロックを設けている。この熱伝導ブロックは、その幅を角型電池の厚さ以下として、電池の外側で積層している。この熱伝導ブロックに冷却パイプを熱結合して、冷却パイプを吸熱プレートに熱結合している。この構造は、吸熱プレートを角型電池の表面に密着しながら、電池ブロックを簡単に能率よく組み立てできる。それは、角型電池を圧着するように組み立てて、吸熱プレートを角型電池の対向面に密着できるからである。また、この電源装置は、熱伝導ブロックを介して、冷却パイプと多数の吸熱プレートとを好ましい状態で熱結合できる。すなわち、冷却パイプを広い面積で熱伝導ブロックに熱結合して効果的に冷却し、冷却された熱伝導ブロックで吸熱プレートを均一に冷却して電池を冷却できる。

さらに、本発明の請求項４の車両用の電源装置は、請求項３の構成に加えて、熱伝導ブロックと冷却パイプの外側を断熱材で断熱している。この構造の電源装置は、冷却パイプと熱伝導ブロックで吸熱プレートを効率よく冷却できる。冷却パイプと熱伝導ブロックが外部の熱を吸収するのを、断熱材が遮断するからである。

また、本発明の請求項５の車両用の電源装置は、請求項３の構成に加えて、熱伝導ブロックを電池ブロックの対向する両側に配設して、両側の熱伝導ブロックに吸熱プレートの両側を熱結合している。この構造は、吸熱プレートを両横から冷却して、電池を効率よく冷却できる。

さらに、本発明の請求項６の車両用の電源装置は、請求項３の構成に加えて、熱伝導ブロックを電池ブロックの下面に配設する。この電源装置は、吸熱プレートの下端縁を熱伝導ブロックに熱結合する。この構造は、電池ブロックの下面にのみ熱伝導ブロックを配置するので、ひとつの熱伝導ブロックで吸熱プレートを冷却できる。このため、外形を小さくしながら、電池を効率よく冷却できる。

さらにまた、本発明の請求項７の車両用の電源装置は、角型電池の両面に挟着される２枚の吸熱プレート部を角型電池の外側に配置される熱伝導部で連結して溝形の吸熱プレートとしている。溝形の吸熱プレートは、熱伝導部の外側に冷却パイプを接触して熱結合している。この構造は、２枚の吸熱プレート部を連結しながら、冷却パイプに広い面積で熱結合できる。

さらに、本発明の請求項８の電源装置は、請求項７の構成に加えて、溝形の吸熱プレートを角型電池の両側に配設している。この構造は、組み立てを簡単にしながら、角型電池を両側の溝形の吸熱プレートで効率よく冷却できる。さらにまた、本発明の請求項９の車両用の電源装置は、請求項７の構成に加えて、熱伝導部と冷却パイプの外側を断熱材で断熱している。この構造の電源装置は、冷却パイプと熱伝導部で吸熱プレートを効率よく冷却できる。冷却パイプと熱伝導部が外部の熱を吸収するのを、断熱材が遮断するからである。

また、本発明の請求項１０の車両用の電源装置は、請求項１の構成に加えて、冷却パイプに供給される冷却液を冷媒とし、冷却機構を、冷媒を加圧するコンプレッサと、このコンプレッサで加圧された冷媒を冷却して液化する凝縮器と、この凝縮器で液化された冷媒を冷却パイプに供給する膨張装置とで構成する。この電源装置は、冷媒の気化熱で冷却パイプを低温に冷却して、電池を効率よく冷却できる。とくに、外気温度が高くなっても、冷却パイプを低温に冷却できることから、夏季の高温条件においても、電池を好ましい温度に冷却できる。

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車両用の電源装置を例示するものであって、本発明は車両用の電源装置を以下のものに特定しない。さらに、この明細書は、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。

図２の概略図と図３の概略図に示す車両用の電源装置は、主として、エンジンとモータの両方で走行するハイブリッドカーや、モータのみで走行する電気自動車などの電動車両の電源に最適である。ただし、ハイブリッドカーや電気自動車以外の車両に使用され、また電動車両以外の大出力が要求される用途にも使用できる。

これらの図に示す電源装置は、車両を走行させるモータに電力を供給する組電池１０と、この組電池１０を冷却する冷却機構５０、６０とを備える。

図４と図５は第１の実施例の組電池１０を示し、図６ないし図１０は第２の実施例の組電池２０を示し、図１１と図１２は第３の実施例の組電池３０を示し、図１３ないし図１６は第４の実施例の組電池４０を示している。これ等の図の組電池１０、２０、３０、４０は、複数の角型電池１を所定の隙間で互いに積層状態に配置してなる電池ブロック２と、この電池ブロック２を構成する角型電池１の隙間に挟まれて角型電池１を絶縁状態で冷却する吸熱プレート１１、２１、３１、４１と、電池ブロック２の外側に固定されて、各々の吸熱プレート１１、２１、３１、４１に熱結合している冷却パイプ３とを備える。冷却パイプ３は、冷却機構５０、６０に連結されて、冷却機構５０、６０から供給される冷却液で冷却される。この電源装置は、冷却パイプ３で吸熱プレート１１、２１、３１、４１を介して角型電池１を絶縁しながら冷却する。

角型電池１は、リチウムイオン二次電池である。ただし、角型電池は、ニッケル水素電池やニッケルカドミウム電池等の充電できる他の電池、さらに燃料電池とすることもできる。角型電池１は、アルミニウムやアルミニウム合金からなる金属製の外装缶を有する。金属製の外装缶は、正極又は負極の電極に接続され、あるいは接続されない。正極又は負極に接続される外装缶は、正極又は負極と同じ電位となり、正負の電極に接続されない外装缶は、正負の電極の中間電位となる。金属製の外装缶からなる角型電池１を積層して直列に接続している組電池１０、２０、３０、４０は、隣接する外装缶に電位差ができる。したがって、組電池１０、２０、３０、４０は、隣接する角型電池１を絶縁して積層している。角型電池は、表面に絶縁被膜を設けて絶縁できる。積層被膜は、プラスチック製の収縮チューブや絶縁塗料で設けられる。図９に示す角型電池１は、外装缶１ａの表面に絶縁被膜４を設けている。ただ、本発明の電源装置は、図１５に示すように、隣接する角型電池１の間に積層する吸熱プレート４１の表面に絶縁層７を設けて、あるいは、図５に示すように、角型電池１と吸熱プレート１１の間に絶縁板６を積層して角型電池１を絶縁できる。したがって、外装缶の表面をかならずしも絶縁する必要はない。ただ、外装缶の表面を絶縁している角型電池を、表面を絶縁してなる吸熱プレートで絶縁する構造は、隣接する角型電池を理想的な状態で絶縁できる。

図の角型電池１は、幅よりも薄い薄型の角型電池１である。薄型の角型電池１は、内容積に対して対向面１Ａの面積を大きくして、吸熱プレート１１、２１、３１、４１との接触面積を大きくできる。このため、吸熱プレート１１、２１、３１、４１で効率よく冷却できる。さらに、図の角型電池１は、上端面に正負の電極端子５を突出させている。隣接して配列される角型電池１は、図示しないが、正負の電極端子５に金属板から角型電池の間になるバスバーを接続して、互いに直列に接続される。

組電池１０、２０、３０、４０は、複数の角型電池１を、間に隙間ができるように積層して電池ブロック２としている。この電池ブロック２は、角型電池１の間の隙間に吸熱プレート１１、２１、３１、４１を挟んでいる。吸熱プレート１１、２１、３１、４１は、隣接する角型電池１の対向面１Ａに挟着されて、隣接する角型電池１を分離しながら冷却する。角型電池１を積層している電池ブロック２は、両端の端面プレート８に挟着して固定される。一対の端面プレート８は、固定バー（図示せず）に連結されて電池ブロック２を固定している。

角型電池１の間に挟着される吸熱プレート１１、２１、３１、４１は、隣接する角型電池１の発生熱を吸収して冷却する。吸熱プレート１１、２１、３１、４１は金属板である。吸熱プレート１１、２１、３１、４１の金属板は、アルミニウム、アルミニウム合金、銅、銅合金、鉄、鉄合金などの優れた熱伝導特性を有する金属である。金属板の吸熱プレート１１、２１、３１、４１は、角型電池１の対向面１Ａに密着状態で挟着されて、電池に広い面積で熱結合されて、電池の熱を効率よく吸収して冷却パイプ３に伝導する。金属板である吸熱プレートは、表面を絶縁層で被覆し、あるいは、表面に絶縁板を積層して、角型電池に絶縁状態で積層することができる。吸熱プレートは、たとえば、金属板の表面をプラスチック製の収縮チューブで被覆し、あるいは金属板の表面に絶縁塗料を塗布して表面に絶縁層を設けることができる。ただ、前述のように、表面を絶縁してなる角型電池を積層する構造は、金属板である吸熱プレートの表面をかならずしも絶縁する必要はない。

図４と図５に示す第１の実施例の組電池１０は、各々の吸熱プレート１１に、角型電池１の外側に突出する突出部１２を設けている。この突出部１２は、冷却パイプ３の貫通孔１３を設けている。吸熱プレート１１は、貫通孔１３に冷却パイプ３を挿通して、冷却パイプ３に熱結合している。貫通孔１３は、円周に沿ってバリを有し、このバリを冷却パイプ３に接触して広い面積で熱結合している。貫通孔１３の内径は、冷却パイプ３の外径に等しい。この貫通孔１３は、挿通される冷却パイプ３の表面に密着して、熱結合状態に連結される。図の組電池１０は、吸熱プレート１１の両側に突出部１２を設けている。両側の突出部１２は、電池ブロック２の両側に配管される冷却パイプ３を挿通して熱結合される。この組電池１０は、吸熱プレート１１を両側から効率よく冷却できる。さらに、図の組電池１０は、金属板である吸熱プレート１１の表面に絶縁板６を積層して、角型電池１に絶縁状態で積層している。この絶縁板６は、好ましくは、絶縁特性と熱伝導特性に優れたプラスチックで薄い板状に成形される。

この組電池１０は、以下の工程で組み立てられる。
(1) 角型電池１の間に吸熱プレート１１を挟んで積層する。さらに、角型電池１と吸熱プレート１１の間には絶縁板６を積層する。
(2) 電池ブロック２の両側に突出する吸熱プレート１１の突出部１２に設けた貫通孔１３に冷却パイプ３を挿通する。この状態で、冷却パイプ３は軸方向に移動できるように突出部１２の貫通孔１３に挿通される。
(3) 電池ブロック２の両端の端面プレート８で積層している角型電池１と吸熱プレート１１とを挟着して固定する。

第１の実施例の組電池１０は、電池ブロック２の両側に冷却パイプ３を配管するが、組電池は、電池ブロックの下面に冷却パイプを配管することもできる。この組電池は、吸熱プレートの下部を電池の外部に突出して突出部とし、この突出部に貫通孔を設けて冷却パイプを挿通して熱結合する。

図６ないし図１０に示す第２の実施例の組電池２０は、各々の吸熱プレート２１を分離して角型電池１の間に挟着している。また、各々の吸熱プレート２１は、図１０に示すように、下縁に熱伝導ブロック２２を設けている。吸熱プレート２１は金属板で、熱伝導ブロック２２は金属ブロックである。金属板の吸熱プレート２１と、金属ブロックの熱伝導ブロック２２は全体を一体構造としている。

熱伝導ブロック２２は、図９に示すように、角型電池１の下面に接触されて、電池ブロック２の下に配設される。角型電池１が積層され、熱伝導ブロック２２も積層されるので、熱伝導ブロック２２は、その幅を角型電池１の厚さ以下としている。熱伝導ブロック２２は、角型電池１との接触面を絶縁して、角型電池１の下面に熱結合で接触させている。図９に示す組電池２０は、角型電池１の外装缶１ａの表面を絶縁被膜４で被覆して、吸熱プレート２１及び熱伝導ブロック２２と角型電池１との接触面を絶縁している。

熱伝導ブロック２２は、下面に冷却パイプ３を案内する案内溝２３を設けている。案内溝２３は、冷却パイプ３の表面に密着する内形、すなわちＵ溝としている。この熱伝導ブロック２２は、案内溝２３に冷却パイプ３を案内して、広い面積で接触して好ましい熱結合状態にできる。さらに、図７と図８に示す組電池２０は、熱伝導ブロック２２と冷却パイプ３の外側を断熱材９で断熱している。断熱材９は、組電池２０の底面に沿う板状で、熱伝導ブロック２２の下面に密着する状態で配置している。絶縁材９は、熱伝導ブロック２２の下面に密着しながら、冷却パイプ３を定位置に保持できるように、冷却パイプ３を案内する案内溝９Ａを、冷却パイプ３との対向面に設けている。この構造の組電池２０は、冷却パイプ３と熱伝導ブロック２２が外部の熱を吸収するのを断熱材９で遮断するので、冷却パイプ３と熱伝導ブロック２２で吸熱プレート２１を効率よく冷却できる。

以上の吸熱プレート２１は、熱伝導ブロック２２を介して効率よく冷却パイプ３に熱結合できる。また、電池の急激な温度上昇を熱伝導ブロック２２で吸収できる。それは、厚い熱伝導ブロック２２の熱容量が薄い金属板の吸熱プレート２１よりも大きいからである。また、熱伝導ブロック２２を一体構造とする吸熱プレート２１は、電池から吸収した熱を効率よく熱伝導ブロック２２に伝導する。このため、電池が熱暴走して急激に温度上昇するとき、電池の熱が熱伝導ブロック２２に吸収され、また、熱伝導ブロック２２が冷却パイプ３で冷却される。このため、急激に温度上昇する電池を効率よく冷却して熱暴走の誘発を有効に阻止できる。

第２の実施例の組電池２０は、熱伝導ブロック２２を電池ブロック２の下に配置するが、熱伝導ブロックは、電池ブロックの両側に配置することもできる。この組電池３０を第３の実施例として図１１と図１２に示す。

図１１と図１２に示す組電池３０は、吸熱プレート３１の両側に熱伝導ブロック３２を設けて、この熱伝導ブロック３２を電池ブロック２の両側に配置している。吸熱プレート３１の両側に配置される熱伝導ブロック３２は、外側面に冷却パイプ３の案内溝３３を設けて、ここに冷却パイプ３を案内して熱結合している。さらに、この組電池３０は、熱伝導ブロック３２と冷却パイプ３の外側を断熱材９で断熱している。この断熱材９は、組電池３０の側面に沿う板状で、熱伝導ブロック３２の表面に密着する状態で配置している。絶縁材９は、熱伝導ブロック３２の表面に密着しながら、冷却パイプ３を定位置に保持できるように、冷却パイプ３を案内する案内溝９Ａを、冷却パイプ３との対向面に設けている。この組電池３０は、電池ブロック２の対向する両側に配置した熱伝導ブロック３２で吸熱プレート３１を両側から冷却して、電池を効率よく冷却できる。とくに、両側に配置された熱伝導ブロック３２と冷却パイプ３の外側を断熱材９で断熱しながら、熱伝導ブロック３２と冷却パイプ３とで吸熱プレート３１を効率よく冷却できる。

図１３ないし図１６に示す第４の実施例の組電池４０は、角型電池１の両面に挟着される２枚の吸熱プレート部４２を角型電池１の外側に配置される熱伝導部４３で連結して溝形の吸熱プレート４１としている。２枚の吸熱プレート部４２は、図１５に示すように、その内側の間隔を角型電池１の厚さに等しくしている。この吸熱プレート４１は、２枚の吸熱プレート部４２の内側に角型電池１を入れて、角型電池１の両面に密着できる。図１６の吸熱プレート４１は、２枚の金属板である吸熱プレート部４２を、金属ブロックである熱伝導部４３で連結している。吸熱プレート４１は、金属板の吸熱プレート部４２と、金属ブロックの熱伝導部４３とを一体構造として製作している。ただ、吸熱プレートは、１枚の金属板をコ字状にプレス加工して、２枚の吸熱プレート部を熱伝導部で連結してなる形状に成形することもできる。

熱伝導部４３は、冷却パイプ３を広い面積で面接触できるようにＵ字状の案内溝４４を設けている。吸熱プレート４１の吸熱プレート部４２と熱伝導部４３は、図１５の拡大断面図に示すように、角型電池１との接触面に絶縁層７を設けて絶縁している。熱伝導部４３は、冷却パイプ３との接触面を絶縁することなく、冷却パイプ３に直接に接触して好ましい熱結合状態としている。溝形の吸熱プレート４１は、熱伝導部４３の外側に設けた案内溝４４に冷却パイプ３を入れて熱結合している。

図１４の組電池４０は、角型電池１の両側に溝形の吸熱プレート４１を配設して、両側の吸熱プレート４１で角型電池１を冷却している。この吸熱プレート４１は、吸熱プレート部４２の大きさを角型電池１の対向面１Ａの大きさの約半分としており、２枚の吸熱プレート４１で角型電池１の対向面１Ａの全体を覆って冷却する構造としている。この組電池４０は、各々の角型電池１を両側から効率よく冷却できる。ただし、この組電池は、吸熱プレートを長くして、角型電池を片側から冷却する構造とすることもできる。この組電池は、吸熱プレートを角型電池の対向面の大きさとして、角型電池の対向面を１枚の吸熱プレートで冷却する。

さらに、図の組電池４０は、吸熱プレート４１の熱伝導部４３と冷却パイプ３の外側を断熱材９で断熱している。この断熱材９は、組電池４０の側面に沿う板状で、熱伝導部４３の表面に密着する状態で配置している。絶縁材９は、熱伝導部４３の表面に密着しながら、冷却パイプ３を定位置に保持できるように、冷却パイプ３を案内する案内溝９Ａを、冷却パイプ３との対向面に設けている。この組電池４０も、電池ブロック２の対向する両側に配置した吸熱プレート４１を両側から冷却して、電池を効率よく冷却できる。とくに、両側に配置された熱伝導部４３と冷却パイプ３の外側を断熱材９で断熱しながら、吸熱プレート４１を効率よく冷却できる。

さらに、図１３と図１４に示す実施例４の組電池４０は、溝形の吸熱プレート４１の熱伝導部４３を角型電池１の側縁とするが、この熱伝導部を角型電池の底面に配置することもできる。この組電池は、電池ブロックの下面に冷却パイプを配管し、冷却パイプを角型電池の底面に配置する熱伝導部の案内溝に入れて熱結合する。

以上の吸熱プレート１１、２１、３１、４１は、金属板としているが、吸熱プレートは、絶縁材で成形して、角型電池との接触面を絶縁することもできる。この絶縁材には、絶縁特性と熱伝導特性に優れた材質、たとえばグラファイト系のプラスチック等が適している。

冷却パイプ３は金属パイプである。金属パイプは熱伝導製に優れることから、冷却液で角型電池１を効率よく冷却する。とくに、銅やアルミニウム等の金属は特に優れた熱伝導特性があって、冷却パイプ３で吸熱プレート１１、２１、３１、４１を効率よく冷却できる。

図２に示す電源装置の冷却機構５０は冷却液を冷媒とし、冷媒の気化熱で冷却パイプ３を冷却する。この冷却機構５０は、冷却パイプ３から排出される気化した冷媒を加圧するコンプレッサ５１と、このコンプレッサ５１で加圧された冷媒を冷却して液化させる凝縮器５２と、この凝縮器５２で液化された冷媒を冷却パイプ３に供給する膨張装置５３とを備える。膨張装置５３は、例えば、膨張弁もしくはキャピラリーチューブ等である。この冷却機構５０は、膨張装置５３から供給される液化された冷媒を冷却パイプ３の内部で気化して、冷媒の気化熱で冷却パイプ３を冷却する。この冷却機構５０は、冷却パイプ３を低温に冷却して吸熱プレート１１、２１、３１、４１で角型電池１を極めて効率よく冷却できる。コンプレッサ５１は、モータで運転され、あるいはハイブリッドカーにおいてはエンジンやモータで運転される。エンジンで運転されるコンプレッサは電磁クラッチを介してエンジンに連結される。この冷却機構５０は、コンプレッサ５１の運転が制御回路５４で制御される。この冷却機構５０は、冷媒をコンプレッサ５１→凝縮器５２→膨張装置５３→冷却パイプ３→コンプレッサ５１に循環して、冷却パイプ３を冷却する。コンプレッサ５１の運転は、電池の温度を検出する制御回路５４で制御され、電池の温度が設定温度よりも高くなるとコンプレッサ５１を運転して電池を冷却する。

冷却パイプ３は、冷媒に代わって、絶縁油や不凍液等の冷却液を循環して冷却することもできる。絶縁油にはシリコンオイル等が使用できる。図３に示す電源装置の冷却機構６０は、循環ポンプ６１と放熱器６２と、循環ポンプ６１と放熱器６２のファン６３の運転を制御する制御回路６４とを備える。循環ポンプ６１は、冷却液を、冷却パイプ３と放熱器６２に循環させる。制御回路６４は、角型電池１の温度を温度センサ（図示せず）で検出して、電池温度が設定温度よりも高くなると循環ポンプ６１を運転する。また、制御回路６４は、冷却液の温度を温度センサで検出し、冷却液の温度が設定値よりも高くなとる放熱器６２のファン６３を運転する。さらに、制御回路６４は、複数の角型電池１の温度を検出して、電池の温度差が設定された温度差よりも大きくなると、循環ポンプ６１を運転して電池の温度差を少なくすることもできる。

制御回路５４、６４は、電池の温度のみでなく、電池の発熱量を検出して、コンプレッサ５１や放熱器６２のファン６３の運転を制御することもできる。電池の発熱量は、電池の充電電流や放熱電流から検出する。電池の発熱量が設定値よりも小さい状態では、コンプレッサ５１やファン６３の運転を停止し、設定値よりも大きくなるとコンプレッサ５１やファン６３を運転して電池を冷却する。

また、制御回路５４、６４は、電池の温度と発熱量の両方を検出し、コンプレッサ５１とファン６３の運転を制御することもできる。この制御回路５４、６４は、電池の温度が設定温度よりも高くなり、あるいは発熱量が設定値よりも大きい状態において、コンプレッサ５１やファン６３を運転して電池を冷却する。この制御回路５４、６４は、電池の温度と発熱量の両方でコンプレッサ５１とファン６３の運転を制御するので、電池の温度上昇を制限しながら、電池を効率よく冷却できる。

本出願人が先に開発した車両用の電源装置の概略構成図である。 本発明の一実施例にかかる車両用の電源装置の概略構成図である。 本発明の他の実施例にかかる車両用の電源装置の概略構成図である。 第１の実施例にかかる組電池の斜視図である。 図４に示す組電池の拡大分解斜視図である。 第２の実施例にかかる組電池の斜視図である。 図６に示す組電池の底面から見た分解斜視図である。 図７に示す組電池の拡大分解斜視図である。 図７に示す組電池の角型電池と吸熱プレートの積層状態を示す拡大垂直断面図である。 図８に示す組電池の吸熱プレートの斜視図である。 第３の実施例にかかる組電池の斜視図である。 図１１に示す組電池の拡大分解斜視図である。 第４の実施例にかかる組電池の斜視図である。 図１３に示す組電池の拡大分解斜視図である。 図１３に示す組電池の角型電池と吸熱プレートの積層状態を示す拡大水平断面図である。 図１４に示す組電池の吸熱プレートの斜視図である。

符号の説明

１…角型電池 １Ａ…対向面
１ａ…外装缶
２…電池ブロック
３…冷却パイプ
４…絶縁被膜
５…電極端子
６…絶縁板
７…絶縁層
８…端面プレート
９…断熱材 ９Ａ…案内溝
１０…組電池
１１…吸熱プレート
１２…突出部
１３…貫通孔
２０…組電池
２１…吸熱プレート
２２…熱伝導ブロック
２３…案内溝
３０…組電池
３１…吸熱プレート
３２…熱伝導ブロック
３３…案内溝
４０…組電池
４１…吸熱プレート
４２…吸熱プレート部
４３…熱伝導部
４４…案内溝
５０…冷却機構
５１…コンプレッサ
５２…凝縮器
５３…膨張装置
５４…制御回路
６０…冷却機構
６１…循環ポンプ
６２…熱交換器
６３…ファン
６４…制御回路
９０…組電池
９１…角型電池
９４…絶縁冷却スペーサ
９５…冷却液通路

Claims (10)

1. 車両を走行させるモータに電力を供給する組電池と、この組電池を冷却する冷却機構とを備える車両用の電源装置であって、
   組電池が、複数の角型電池を所定の隙間で互いに積層状態に配置してなる電池ブロックと、この電池ブロックを構成する角型電池の隙間に挟まれて角型電池を絶縁状態で冷却する吸熱プレートと、前記電池ブロックの外側に固定されて、各々の吸熱プレートに熱結合してなる冷却パイプとを備え、
   冷却パイプが前記冷却機構に連結されて、冷却機構から供給される冷却液で冷却パイプが冷却され、この冷却パイプが吸熱プレートを介して角型電池を絶縁しながら冷却するようにしてなる車両用の電源装置。
2. 各々の吸熱プレートが角型電池の外側に突出する突出部を有し、この突出部には冷却パイプの貫通孔を設けており、この貫通孔に冷却パイプが挿通されて冷却パイプを吸熱プレートに熱結合している請求項１に記載される車両用の電源装置。
3. 各々の吸熱プレートが分離して角型電池の間に配設されると共に、各々の吸熱プレートは側縁又は下縁に熱伝導ブロックを設けており、この熱伝導ブロックは、その幅を角型電池の厚さ以下として、電池の外側で積層され、熱伝導ブロックに冷却パイプを熱結合している請求項１に記載される車両用の電源装置。
4. 前記熱伝導ブロックと冷却パイプの外側を断熱材で断熱している請求項３に記載される車両用の電源装置。
5. 前記熱伝導ブロックが電池ブロックの対向する両側に配設され、両側の熱伝導ブロックに吸熱プレートの両側を熱結合している請求項３に記載される車両用の電源装置。
6. 前記熱伝導ブロックが電池ブロックの下面に配設されて、吸熱プレートの下端縁を熱伝導ブロックに熱結合している請求項３に記載される車両用の電源装置。
7. 角型電池の両面に挟着される２枚の吸熱プレート部を角型電池の外側に配置される熱伝導部で連結して溝形の吸熱プレートとしており、溝形の吸熱プレートの熱伝導部の外側に冷却パイプを接触して熱結合している請求項１に記載される車両用の電源装置。
8. 角型電池の両側に溝形の吸熱プレートを配設している請求項７に記載される車両用の電源装置。
9. 前記熱伝導部と冷却パイプの外側を断熱材で断熱している請求項７に記載される車両用の電源装置。
10. 前記冷却パイプに供給される冷却液が冷媒で、冷却機構が冷媒を加圧するコンプレッサと、このコンプレッサで加圧された冷媒を冷却して液化する凝縮器と、この凝縮器で液化された冷媒を冷却パイプに供給する膨張装置とを備える請求項１に記載される車両用の電源装置。

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