JP4812345B2

JP4812345B2 - 電源装置

Info

Publication number: JP4812345B2
Application number: JP2005193067A
Authority: JP
Inventors: 英明青木; 和展横谷; 渉岡田
Original assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Current assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Priority date: 2005-06-30
Filing date: 2005-06-30
Publication date: 2011-11-09
Anticipated expiration: 2025-06-30
Also published as: JP2007012486A

Description

本発明は、ケースに複数の電池を内蔵する電源装置に関し、とくに車両用に最適な電源装置に関する。

ケースに複数の電池を収納する電源装置は、自動車を走行させるモーターの駆動に使用される。この電源装置は、多数の電池を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。この種の電源装置は、大電流で充放電するときに、電池の温度が高くなる。電池は温度が高くなると、電気的な性能が低下することに加えて、劣化が甚だしく、寿命が短くなる。この弊害を避けるために、電池に冷却用の空気を強制送風して冷却する技術が開発されている。（特許文献１ないし４参照）
特開平３−１５５０５８号公報特開２００１−６０４６５号公報実開昭６０−１８７４５６号公報特開平８−２５５６３７号公報

これ等の公報に記載される電源装置は、強制送風する空気で電池を冷却する。しかしながら、これ等の公報に記載されるように、電池に空気を強制送風して冷却すると、空気に含まれるホコリ、湿気、塩分等が電池を劣化させて寿命を短くする。とくに、金属部分に錆が発生して寿命が短くなる。ホコリや湿気を含む空気が強制送風されると、電池の表面にホコリが付着し、付着したホコリに湿気が結露して湿潤状態となって金属部分、たとえば電極部分等を腐食させる。さらに、空気に塩分が含まれると、湿潤な部分に塩分が含まれて、金属部分に腐食が加速される。

本発明は、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、電池を強制的に冷却しながら、冷却空気によって電池寿命が短くなるのを有効に防止できる電源装置を提供することにある。

本発明の請求項１の電源装置は、複数の電池１をケース２に収納している。ケース２は、非通気性の区画壁３でもって、複数の電池１を収納している密閉構造の電池室４と、この電池室４の電池１を冷却する冷却室５とに区画している。電池室４に配置している電池１は、冷却室５に熱伝導状態で配置している。電源装置は、冷却室５を冷却媒体で冷却して、電池室４の電池１を冷却する。

本発明の電源装置は、電池１に冷却用放熱フィン７を連結して、この冷却用放熱フィン７を冷却室５に表出し、冷却用放熱フィン７を冷却室５の冷却媒体で冷却して電池１を冷却することができる。

本発明の電源装置は、密閉構造の電池室４に不活性ガスを充填することができる。

本発明の電源装置は、冷却室５に冷却空気を強制送風して電池１を冷却することができる。また、本発明の電源装置は、冷却室５に冷却液を循環させて電池１を冷却することができる。さらにまた、本発明の電源装置は、冷却室５に絶縁油を充填し、この絶縁油を冷却して電池１を冷却することができる。

本発明の請求項７の電源装置は、複数の電池１を、上端を接続端子１５とする垂直姿勢で、一部をケース２に収納している。ケース２は、下方を開口する独立閉鎖室１２を有している。電源装置は、電池１の上部をケース２の独立閉鎖室１２に挿入して、独立閉鎖室１２の開口部を電池１で閉塞して、独立閉鎖室１２を密閉構造としている。さらに、電源装置は、この独立閉鎖室１２に電池１の上部を挿入して、電池１上部の接続端子部１Ａを独立閉鎖室１２に配設しており、電池１の下部を独立閉鎖室１２の外部に配置して冷却する。

さらに、本発明の電源装置は、独立閉鎖室１２に隣接して、冷却空気の排気ダクト２６を設けると共に、独立閉鎖室１２と排気ダクト２６の間に排気弁２８を設けて、電池１の安全弁が開弁して排出されるガスを排気弁２８から排気ダクト２６に排出することができる。

本発明の電源装置は、電池を強制的に冷却しながら、冷却空気によって電池寿命が短くなるのを有効に防止できる特徴がある。それは、本発明の請求項１の電源装置が、ケースを非通気性の区画壁でもって、電池を収納する電池室と電池を冷却する冷却室とに区画し、冷却室を冷却媒体で冷却して、電池室の電池を冷却するようにしており、また、本発明の請求項７の電源装置が、電池の上部をケースの独立閉鎖室に挿入して独立閉鎖室の開口部を電池で閉塞して密閉構造とし、電池上部の接続端子部を独立閉鎖室に配設して、電池の下部を独立閉鎖室の外部に配置して冷却するようにしているからである。これらの構造の電源装置は、従来の装置のように、電池に強制送風して冷却する必要がないために、電池を冷却するために強制送風する空気に含まれるホコリ、湿気、塩分等が電池を劣化させて寿命を短くすることがなく、とくに、空気に含まれる水分や塩分で金属部分に錆が発生して寿命が短くなるのを極めて有効に防止でき、これによって電池寿命を著しく長くできる特徴がある。

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。

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」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。

図１ないし図８に示す電源装置は、複数の電池１をケース２に収納している。電池１はリチウムイオン二次電池である。ただ、本発明の電源装置は、電池をリチウムイオン二次電池には特定しない。電池には、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全ての電池を使用できる。

図１と図２のケース２は、非通気性の区画壁３でもって、複数の電池１を収納している密閉構造の電池室４と、この電池室４の電池１を冷却する冷却室５とに区画している。区画壁３は、ケース２の底部に水平に設けられて、この上に電池１を立てる姿勢で並べている。区画壁３の上に設けている電池室４に配置される電池１は、冷却室５に熱伝導状態で配置している。図２の区画壁３は、電池１を挿入する貫通孔６を開口している。貫通孔６は、冷却用放熱フィン７で閉塞している。冷却用放熱フィン７は、上面に電池１を連結している。冷却用放熱フィン７は、電池１を熱伝導状態で冷却室５に連結する。

冷却用放熱フィン７と電池１との間には、絶縁シート８を配設して、冷却用放熱フィン７と電池１とを絶縁している。絶縁シート８は、熱伝導に優れた耐熱性のあるシート、たとえばマイカ等の薄いシートである。絶縁シート８の両面には熱伝導に優れた接着剤を塗布し、この接着剤で電池１の底面に絶縁シート８を介して冷却用放熱フィン７を接続している。接着剤は、絶縁シート８の両面を電池１と冷却用放熱フィン７に広い面積で密着させて、電池１の熱を、絶縁シート８を介して冷却用放熱フィン７に効率よく伝導する。

冷却用放熱フィン７は、アルミニウム等の熱伝導に優れた金属である。冷却用放熱フィン７は、区画壁３の貫通孔６に挿入できるように、外形を貫通孔６の内形よりもわずかに小さくして、上端には外周に突出する鍔７Ａを設けている。鍔７Ａの外形は、区画壁３に設けている貫通孔６よりも大きく、これを貫通孔６の上面に係止して、冷却用放熱フィン７を区画壁３から下方に抜けないように連結し、また、貫通孔６を鍔７Ａで閉塞して、電池室４を密閉構造としている。冷却用放熱フィン７の下部で冷却室５に配設される部分は、フィン形状として効率よく冷却できるようにしている。

以上の電源装置は、区画壁３と冷却用放熱フィン７とを別部品として製作している。この電源装置は、たとえば区画壁３をプラスチックで成形し、冷却用放熱フィン７を熱伝導に優れたアルミニウム等の金属で製作して、電池１の熱を効率よく冷却室５に伝導しながら、隣接する電池１を絶縁状態に配置できる。

ただ、区画壁と冷却用放熱フィンとは、アルミニウム等の金属で一体構造とすることができる。この構造は、電池と区画壁の上面との間に絶縁シートを設ける。絶縁シートは、熱伝導の優れた接着剤を介して区画壁と電池の底面とに接着される。この構造は、絶縁シートを介して電池が区画壁の上面に絶縁状態で固定される。区画壁と冷却用放熱フィンとを一体構造とするケースは、電池室を理想的な状態で密閉構造としながら、電池の熱を冷却室に効率よく伝導できる。また、隣接する電池が、区画壁で熱結合されるので、電池の温度むらを少なくすることもできる。

冷却室５は、冷却媒体で冷却されて、電池室４に配置している電池１を冷却する。図１の電源装置は、電池１に連結している冷却用放熱フィン７を冷却室５に表出し、この冷却用放熱フィン７を冷却室５の冷却媒体で冷却して、電池１を効率よく冷却する。図１の装置は、冷却室５に冷却媒体として、冷却用の空気をファン９で強制送風する。また、冷却室に絶縁油を充填し、この絶縁油で冷却用放熱フィンを冷却して、電池を冷却することもできる。空気や絶縁油を介して冷却室５の冷却用放熱フィン７を冷却する電源装置は、電池１を絶縁シート８を介することなく、プラスチック等の絶縁材の区画壁３に固定している金属製の冷却用放熱フィン７に固定できる。冷却室５で冷却用放熱フィン７を絶縁状態で冷却できるからである。

また、冷却媒体として冷却液を使用し、冷却液を冷却室５に循環させて電池１を冷却することもできる。この電源装置は、冷却液で冷却用放熱フィン７を冷却して電池１を冷却する。冷却媒体を冷却液とする電源装置は、電池１に冷却用放熱フィン７を連結することなく、図３に示すように、冷却液で区画壁３の下面を冷却し、区画壁３で電池１を冷却することができる。冷却液が効率よく区画壁３を冷却できるからである。また、冷却室５に、区画壁３の下面に接するように冷却液循環パイプ１０を配設し、この冷却液循環パイプ１０で区画壁３を下面から冷却し、区画壁３の上面に固定している電池１を冷却することもできる。冷却液循環パイプ１０は、冷却液の冷却循環装置１１に連結されて、冷却液が循環される。

図４ないし図８に示す電源装置は、複数の電池１を、上端を接続端子１５とする垂直姿勢で直径方向に並べて、上端部をケース２に収納している。ケース２は、プラスチック等の絶縁材で成形されて、下方を開口する独立閉鎖室１２を設けている。独立閉鎖室１２は、各々の電池１の上部を挿入するように、電池１の個数と同じ数を設けている。図の電池１は円筒型電池１であるから、独立閉鎖室１２の下方の開口部は円形としている。電池を角型電池とする電源装置は、独立閉鎖室の開口部を角形とする。

ケース２は、独立閉鎖室１２の天板２ａに、ガスの放出弁に併用されるグロメット１３を設けている。さらに、グロメット１３は、電池１の接続端子１５に接続している電圧検出用のリード線１４や電池１の温度を検出する温度センサーに接続しているリード線を密閉状態で挿通させている。グロメット１３は外周溝１３Ａを有する。外周溝１３Ａには、天板２ａに設けた貫通孔２ｂの内周縁を密着状態で入れて、グロメット１３で貫通孔２ｂを密閉状態に閉塞している。グロメット１３は、電池１の上端部に設けた安全弁（図示せず）が開弁して、独立閉鎖室１２の圧力が高くなると、天板２ａの貫通孔２ｂから外れ、あるいはずれて、電池１から排出されるガスを独立閉鎖室１２の外部に排出させる排気弁２８に併用される。

電池１は、上部をケース２の独立閉鎖室１２に挿入している。独立閉鎖室１２は、挿入されるを電池１で開口部を閉塞して、密閉構造となる。独立閉鎖室１２の開口部は、内形を円筒型電池１の外形にほぼ等しくして、電池１で開口部を閉塞できるようにしている。電池１は、独立閉鎖室１２に上部を挿入して、上部に設けている接続端子部１Ａを独立閉鎖室１２に配設する。

図の電源装置は、隣接する電池１をバスバー２０で直列に接続している。電池１は、バスバー２０を連結する接続端子１５を封口板１６に設けている。さらに、図の電源装置は、隣接する電池１を絶縁するために、電池１を絶縁カバー１７で被覆している。互いに直列に接続される電池１は、隣接する電池１の外装缶１８との間に電位差ができる。また、図に示すように、電池１を複数列に配列すると、各列間の電池１の外装缶１８に大きな電位差ができる。このため、電池１の外装缶１８は、互いに絶縁して配置する必要がある。図７の電池１は、上端部を円筒状の絶縁カバー１７で絶縁している。絶縁カバー１７は、電池１の端部を挿入できるキャップ状にプラスチック等の絶縁材を成形したもの、あるいは、電池１の端部を挿入するプラスチックチューブ、あるいは電池１の端部を挿入して収縮させる熱収縮チューブ等である。

電池１を直列に接続するバスバー２０は、金属板を全体の形状がＬ字状となるように折曲加工したものである。Ｌ字状のバスバー２０は、一端を接続端子１５に、他端を外装缶１８に接続して、電池１を直列に接続する。図７のバスバー２０は、電池１の上端部の接続端子１５に接続される上端連結部２１と、この上端連結部２１を連結している電池１に隣接して配置される電池１の外装缶１８に接続される外装缶連結部２２とからなる。バスバー２０は、上端連結部２１と外装缶連結部２２を互いに直交するように連結する形状として、全体をＬ字状としている。

バスバー２０の外装缶連結部２２は、２分岐された分岐アーム２２Ａである。分岐アーム２２Ａは、隣接する円筒型電池１の谷間に配置されて、隣接する電池１の間に挟着される位置に配置されない。この構造は、電池１の間に、分岐アーム２２Ａを配置する隙間を設ける必要がない。隣接する電池１を互いに接近して配置してできる谷間のスペースに分岐アーム２２Ａを配置するからである。

さらに、図７のバスバー２０は、２本の分岐アーム２２Ａの上端をＬ字状に折曲して、折曲端を上端連結部２１に連結する形状としている。このバスバー２０は、弾性変形できる金属板で製作して、耐振性を向上できる。バスバー２０が弾性変形して振動を吸収するからである。弾性変形できるバスバー２０は、たとえば、鉄や鉄合金の表面を、銅、ニッケル、クローム等のメッキをした金属板を使用する。ただし、バスバーには、銅や銅合金を使用し、さらにその表面をメッキして、電気抵抗を小さくすることもできる。

バスバー２０は、抵抗溶接であるスポット溶接で外装缶１８に連結される。図７のバスバー２０は、上端連結部２１の下端部に、外装缶１８の表面に抵抗溶接する接続片２３を設けている。接続片２３は、所定の幅と長さを有し、かつ外装缶１８の表面に沿う形状に湾曲されている。この接続片２３は、分岐アーム２２Ａの内側からＶ字状に折曲されて、外装缶１８の表面に沿うようにしている。このバスバー２０は、接続片２３をスポット溶接して、外装缶１８に接続される。

上端連結部２１は、電池１の封口板１６に設けている接続端子１５に連結される。図の上端連結部２１は、接続端子１５のボルト１５Ａの貫通孔２１Ａを設けている。この上端連結部１２は、貫通孔２１Ａにボルト１５Ａを挿通し、ボルトにナット１９を締め付けて、接続端子１５に接続される。この構造は、図７に示すように、分岐アーム２２Ａを電池１に連結し、この電池１を、上端連結部２１の貫通孔２１Ａにボルト１５Ａを挿通して並べ、ボルト１５Ａにナット１９を締め付けて、電池１を特定の配列に固定できる。バスバー２０の一端をボルトとナット１９で電池１に連結している電源装置は、ナット１９を外して電池１を分離できる。このため、メンテナンスのときに、特定の電池１を交換できる。また、簡単に能率よく組み立てできる特徴もある。ただ、バスバーの上端連結部は、抵抗溶接やレーザー溶接等の方法で溶着して封口板に連結することができる。上端連結部が溶着される電池は、接続端子を設けることなく、封口板に直接に溶着することもできる。

バスバー２０で連結された電池１が、ケース２の独立閉鎖室１２に挿入される。図７に示すケース２は、各列の電池１間に配設される中間ケース２Ｂと、この中間ケース２Ｂの両側に連結される一対の側面ケース２Ａとに分割している。この構造のケース２は、中間ケース２Ｂの両側に電池１を配列する状態で、中間ケース２Ｂの両側に側面ケース２Ａを連結して、電池１の上端を独立閉鎖室１２に挿入する状態とする。中間ケース２Ｂの両側に側面ケース２Ａを連結する状態で、各々の電池１の上部を挿入する独立閉鎖室１２を形成するように、中間ケース２Ｂと側面ケース２Ａの内面には、仕切壁２４を一体的に成形して設けている。仕切壁２４は、ケース２の内部に、下方を開口している独立閉鎖室１２を区画して設ける形状に成形している。さらに、仕切壁２４で成形される独立閉鎖室１２に、電池１の上端を挿入して、独立閉鎖室１２の下端開口部を電池１で閉塞して、独立閉鎖室１２を密閉構造とするようにしている。したがって、仕切壁２４は、下端縁を電池１の外周面に密着し、あるいは電池に被着している絶縁シートに密着する形状としている。

上部を独立閉鎖室１２に挿入する電池１は、下部を独立閉鎖室１２の外部に配置する。独立閉鎖室１２の外部に配置される電池１の下部が冷却される。図８の電源装置は、框体２５にケース２と電池１を配置して、電池１の下部を強制冷却する。この図の電源装置は、框体２５とケース２との間に排気ダクト２６と吸気ダクト２７を設けている。吸気ダクト２７は電池１の下方に設けている。排気ダクト２６は電池１の側方と上方に設けている。吸気ダクト２７は冷却空気の送風器（図示せず）に連結される。送風器が吸気ダクト２７に供給する冷却空気は、電池１の間の隙間に強制送風されて、電池１を冷却する。電池１の隙間を通過した空気は、電池１の側方に設けている排気ダクト２６を通過し、さらに、電池１の上方に設けている排気ダクト２６を通過して框体２５の外部に排気される。

この電源装置は、框体２５でもって、ケース２の天板２ａの上方に、ケース２の独立閉鎖室１２に隣接して、冷却空気の排気ダクト２６を設けている。独立閉鎖室１２と排気ダクト２６の間の天板２ａは、排気弁２８に併用されるグロメット１３を設けている。この構造の電源装置は、電池１の安全弁が開弁すると、電池１から独立閉鎖室１２にガスが排出される。この状態になると、独立閉鎖室１２の圧力が高くなって、排気弁２８が開弁する。排気弁２８に併用されるグロメット１３は、天板２ａの貫通孔２ｂから外れ、あるいはずれてガスを通過させる状態となる。この状態になると、独立閉鎖室１２からガスが排気ダクト２６に排出される。排気ダクト２６は、電池１を冷却する空気を強制送風しているので、独立閉鎖室１２から排出されるガスは、冷却空気で強制的に框体２５の外部に吹き出される。このため、電池１から排出されるガスをスムーズに框体２５の外部に排気できる。

本発明の一実施例にかかる電源装置の垂直断面図である。図１に示す電源装置の分解斜視図である。本発明の他の実施例にかかる電源装置の垂直断面図である。本発明の他の実施例にかかる電源装置の斜視図である。図４に示す電源装置の平面図である。図５に示す電源装置のＡ−Ａ線断面図である。図４に示す電源装置の分解斜視図である。図４に示す電源装置の使用状態を示す概略断面図である。

符号の説明

１…電池１Ａ…接続端子部
２…ケース２Ａ…側面ケース
２Ｂ…中間ケース
２ａ…天板
２ｂ…貫通孔
３…区画壁
４…電池室
５…冷却室
６…貫通孔
７…冷却用放熱フィン７Ａ…鍔
８…絶縁シート
９…ファン
１０…冷却液循環パイプ
１１…冷却循環装置
１２…独立閉鎖室
１３…グロメット１３Ａ…外周溝
１４…リード線
１５…接続端子１５Ａ…ボルト
１６…封口板
１７…絶縁カバー
１８…外装缶
１９…ナット
２０…バスバー
２１…上端連結部２１Ａ…貫通孔
２２…外装缶連結部２２Ａ…分岐アーム
２３…接続片
２４…仕切壁
２５…框体
２６…排気ダクト
２７…吸気ダクト
２８…排気弁

Claims

複数の電池(1)をケース(2)に収納している電源装置において、
ケース(2)が非通気性の区画壁(3)でもって、複数の電池(1)を収納している密閉構造の電池室(4)と、この電池室(4)の電池(1)を冷却する冷却室(5)とに区画され、電池室(4)に配置している電池(1)は、冷却室(5)に熱伝導状態で配置され、
冷却室(5)を冷却媒体で冷却して、電池室(4)の電池(1)を冷却するようにしてなる電源装置。
電池(1)に冷却用放熱フィン(7)が連結され、この冷却用放熱フィン(7)は冷却室(5)に表出され、冷却用放熱フィン(7)が冷却室(5)の冷却媒体で冷却されて、電池(1)を冷却するようにしてなる請求項１に記載される電源装置。
密閉構造の電池室(4)に不活性ガスを充填している請求項１に記載される電源装置。
冷却室(5)に冷却空気を強制送風して電池(1)を冷却する請求項１に記載される電源装置。
冷却室(5)に冷却液を循環させて電池(1)を冷却する請求項１に記載される電源装置。
冷却室(5)に絶縁油を充填し、この絶縁油を冷却して電池(1)を冷却する請求項１に記載される電源装置。
複数の電池(1)を上端を接続端子(15)とする垂直姿勢で、一部をケース(2)に収納している電源装置であって、
ケース(2)は、下方を開口する独立閉鎖室(12)を有し、電池(1)の上部がケース(2)の独立閉鎖室(12)に挿入されて、独立閉鎖室(12)の開口部を電池(1)で閉塞して、独立閉鎖室(12)を密閉構造としており、この独立閉鎖室(12)に電池(1)の上部が挿入されて、電池(1)上部の接続端子部(1A)を独立閉鎖室(12)に配設しており、電池(1)の下部を独立閉鎖室(12)の外部に配置して、冷却するようにしてなる電源装置。
独立閉鎖室(12)に隣接して、冷却空気の排気ダクト(26)を設けて、独立閉鎖室(12)と排気ダクト(26)の間に排気弁(28)を設けており、電池(1)の安全弁が開弁して排出されるガスを排気弁(28)から排気ダクト(26)に排出するようにしてなる請求項７に記載される電源装置。