JP2005100841A - 電池電源装置及びこれを搭載した電動カート - Google Patents

Abstract

【課題】 冷却性能を向上することの可能な電池電源装置と、この電池電源装置を搭載した電動カートを得ること。
【解決手段】 複数個の単電池を直列接続して形成される棒状の電池モジュールを、電池箱内に複数配置した電池電源装置において、前記複数の電池モジュール１，１を二群の電池モジュール（１ａ，１ａ，…，１ｂ，１ｂ，…）に分割し、電池モジュール１，１の一群の電池モジュール（１ａ，１ａ，…）と他群の電池モジュール（１ｂ，１ｂ，…）の先端側の間隔ａと後端側の間隔Ａとの間で、間隔ａよりも間隔Ａを大きく設け、前記電池箱２の前面２１に通風導入口２１ａを形成するとともに、電池箱２の後面２２には、冷却ファンＦを配置した電池電源装置１００及び、この電池電源装置１００を搭載した電動カート５０である。
【選択図】 図１

Description

本発明は、複数個の単電池を直列接続して形成される棒状の電池モジュールを、電池箱内に複数配置した電池電源装置と、この電池電源装置を搭載した電動カートに関する。

複数個の単電池を直列接続して形成される棒状の電池モジュールを、電池箱内に複数配置した電池電源装置が知られている。

この種の電池電源装置は、例えば電気自動車の駆動用モータの電源として用いられ始めている。

電池モジュールを構成する単電池は、円柱状を呈しており、これらの単電池を直列に接続して、棒状の電池モジュールを形成している。更に、複数の電池モジュールを、冷却を兼ねた保持プレートにより、平行状に並べて、電池箱内に収納している。

このような電池電源装置としては、例えば特許文献１に開示されている。

また、この種の電池電源装置は、電池使用時には電池モジュールが発熱し、これにより装置内が昇温するので、図８に示すように、冷却ファンを設置して、電池モジュールの冷却と装置内の降温を図っている。

このような電池電源装置の冷却構造は、直列に配置された電池モジュールに沿って空気が上流側から下流側へ流れるので、空気は電池モジュールの発熱によって昇温してしまい、冷却効果が漸次低下することが指摘されている。

この点に鑑み、例えば特許文献２に開示されている電池電源装置は、冷却ファンにより、電池箱内に一方向に空気を強制的に流動させるものであって、その空気の流動方向を、図９に示すように、電池モジュールの長手方向に直交する方向とすることを提案している。

この特許文献２の装置の開発経過を参酌してみると、この装置の発明者等は、当初、電池モジュールに沿って冷却用空気を流すような空気流ガイドを備えた冷却装置を開発したところ、基本的に電池モジュールに沿って冷却用空気を流すことによる効果的な冷却は困難であり、それゆえ、空気の流動方向を、電池モジュールの長手方向に直交する方向とするものであった。

尚、電池を冷却する装置としては、上記のほかに特許文献３に開示されているように、電池を収納する電池箱に、板状の冷却部材を配置したものが提案されている。この冷却部材は、複数の空気吹出し口を備えており、この空気吹出し口から空気を吹出して、電池箱内の電池を冷却するものである。このタイプのものは、上述の冷却部材を別に備えなければならない不都合がある。
特開２００１−１４８２３５号公報 特開平１０−２７００９５号公報 ＵＳＰ５，４３２，０２６号

特許文献２の装置のように、空気の流動方向を、電池モジュールの長手方向と直交する方向にすると、次のような不都合がある。

すなわち、空気の流動方向を、電池モジュールの長手方向と直交する方向にすると、入口側の電池モジュールは最初に空気にあたって冷えやすいが、出口側（冷却ファン寄り）の電池モジュールは暖められた空気に晒されることとなって、入口側の電池モジュールと出口側の電池モジュールとの間で冷却性能に差が生じてしまう。

更に、冷却ファンの位置や案内用ダクトの関係上、電池箱の横方向の寸法が大きくなってしまい、そのため、小型電気自動車や、ゴーカート、レーシングカートのような電動カートに電池電源装置を搭載する場合、車体のレイアウト上、好ましくない。

とりわけ、電動カートの場合は、走行風の圧力をそのまま冷却風として取り入れることができることと、車体のスリム化の要請上から、空気の流動方向を、電池モジュールの長手方向に沿う方向とすることが好ましい。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、空気の流動方向を、電池モジュールの長手方向に沿う方向とすることを基本として、更に冷却性能を向上することの可能な電池電源装置と、この電池電源装置を搭載した電動カートを提案するものである。

本願第１請求項に記載した発明は、複数個の単電池を直列接続して形成される棒状の電池モジュールを、電池箱内に複数配置した電池電源装置において、

前記複数の電池モジュール１，１を二群の電池モジュール（１ａ，１ａ，…，１ｂ，１ｂ，…）に分割し、電池モジュール１，１の一群の電池モジュール（１ａ，１ａ，…）と他群の電池モジュール（１ｂ，１ｂ，…）の先端側の間隔ａと後端側の間隔Ａとの間で、間隔ａよりも間隔Ａを大きく設け、

前記電池箱２の前面２１に通風導入口２１ａを形成するとともに、電池箱２の後面２２には、冷却ファンＦを配置した電池電源装置１００である。

本願第２請求項に記載した発明は、請求項１の発明において、前記電池箱２の側面２３に複数の通風導入口２３ａ，２３ｂを形成するとともに、後面側の通風導入口２３ａの開口面積よりも前面側の通風導入口２３ｂの開口面積を大きく形成した電池電源装置１００である。

本願第３請求項に記載した発明は、請求項１の電池電源装置１００を、前記冷却ファンＦを後方に位置させた状態で、電動カート本体５１に搭載した電動カート５０である。

本願第４請求項に記載した発明は、請求項３の発明において、前記電動カート本体の乗員の座席の左右に前記電池電源装置を搭載した電動カートである。

本願第５請求項に記載した発明は、請求項３又は４の発明において、前記電池電源装置の後方又は後方上方にカート駆動用モータＭを配置した電動カートである。

本願第６請求項に記載した発明は、請求項３乃至５いずれかの発明において、前記電動カート本体の乗員の座席シートの後部に、スイッチ箱及び充電コネクタを搭載するとともに、ハンドルの近傍に非常停止スイッチを設けた電動カートである。

本願第１請求項の発明は、電池モジュール１，１の一群の電池モジュール（１ａ，１ａ，…）及び他群の電池モジュール（１ｂ，１ｂ，…）において、先端側の間隔ａよりも後端側の間隔Ａを大きく設けているので、先端側から後端側に行くに従い、電池モジュールの間隔が漸次広がっている。一方、電池箱２の前面２１に形成された通風導入口２１ａから外気が導入されて、先端側から後端側へ通流するが、この外気は電池モジュールに対し斜めにあたるので、通流方向に対し電池モジュールが平行に配置されている場合に比べて、電池箱内の電池モジュールが効率よく冷却されるとともに、各電池モジュール間の冷却性能差が生じにくい。

すなわち、各電池モジュール間の顕著な温度差が解消されて、電池箱内の電池モジュールの性能がよりよく確保される。更に、電池箱２の後面２２には、冷却ファンＦを配置しているので、通風導入口２１ａから導入された外気が強制的に通流することとなり、その結果、電池箱内の電池モジュールが一層効率よく冷却される。

本願第２請求項の発明は、次の効果を奏する。すなわち、前記請求項１の発明の場合、電池箱内の電池モジュールの配置角度と、冷却ファンの性能との間には密接な関係があるのであって、この相関関係が崩れると電池モジュールひいては各電池の冷却性能にバラツキが生じるおそれがある。

しかして、請求項２の発明のように、電池箱の側面通風導入口から空気を取り入れるようにするとともに、後面側の通風導入口の開口面積よりも前面側の通風導入口の開口面積を大きく形成することにより、全体の冷却風量が調整され、バッテリ冷却のバランスを保つことが可能となる。

従って、請求項２の発明によれば、電池箱に複雑な風路を構築したり、冷却バランスを採るようなカバー等を用いることなく、単に電池箱に所定の通風導入口を設けるだけで、電池モジュールに対する冷却バランスを保つことができることになる。

とりわけ、電池箱の大きさはこれを搭載する場所の制限から決まってしまい、そして、電池箱の大きさが決まると、収納する電池モジュールの斜め配置の角度にも一定の制限が生じてしまうことになる。このような場合に、電池箱に上記態様の通風導入口を形成することにより、電池モジュールに対する最適な冷却バランスを保つことができるものである。

本願第３請求項の発明は、次の効果を奏する。すなわち、電動カートは一般に電池電源を搭載して走行し、必要に応じて充電を行うものである。電池に急速充電を行い、電池の性能を十分に発揮させるためには、効率よく電池を冷却することと、電池モジュールを構成する各単電池間の温度差を小さくすることが肝要である。

本請求項のように、冷却ファンＦを後方に位置させた状態で、電池電源装置１００を電動カート本体５１に搭載すると、電池箱２の前面２１に形成された通風導入口２１ａから外気が導入されて、先端側から後端側へ通流し、更に、冷却ファンＦによって、通風導入口２１ａから導入された外気が強制的に通流するので、電池箱内の電池モジュールが効率よく冷却されることになる。

本願第４請求項の発明によれば、電池電源装置は細長状に構成できるので、これを電動カートに搭載する場合は、電動カート本体の乗員の座席の左右に設けるとバランスよく配置することができる。

本願第５請求項の発明のように、電池電源装置の後方又は後方上方にカート駆動用モータを配置すると、電池電源装置の後方から、とりわけ冷却ファンＦにより強制通流される空気がカート駆動用モータに吹きつけられて、冷却効果が期待できるものである。尚、電池電源装置の後方上方にカート駆動用モータを配置した場合は、冷却ファン以外に走行風による冷却もなされることになる。

本願第６請求項の発明のように、電動カート本体の乗員の座席シートの後部に、スイッチ箱を搭載すると、この位置は運転者が直接操作することができない位置であるため、電動カートの、運転者が直接始動操作を行う場合に生じ得る、急発進による思わぬ事故を回避することができる。また、座席シートの後部に、充電コネクタを搭載すると、この位置は管理者等が操作しやすい位置であるため、充電作業を容易に行うことができるものである。

以下に、本発明の具体例を図１乃至図４に基づいて詳細に説明する。

図１は電池電源装置１００を一部破断して示す斜視図で、この電池電源装置１００は、複数個の単電池（セル）１１を直列接続して形成される棒状の電池モジュール１，１を、電池箱２内に複数配置して構成される。

電池モジュール１，１は、電池箱２内に縦長状に配置した絶縁材よりなるステイ３に支持されている。

前記複数の電池モジュール１，１は、一群の電池モジュール（１ａ，１ａ，…）と他群の電池モジュール（１ｂ，１ｂ，…）の二群の電池モジュール（１ａ，１ａ，…，１ｂ，１ｂ，…）に分割配置している。

更に、これら二群の電池モジュール（１ａ，１ａ，…，１ｂ，１ｂ，…）を図２に示すように模式図的に見てみると、二群の電池モジュールは、一群の電池モジュール（１ａ，１ａ，…）と他群の電池モジュール（１ｂ，１ｂ，…）の先端側の間隔ａと後端側の間隔Ａとの間で、間隔ａよりも間隔Ａを大きく設けて、二群の電池モジュール（１ａ，１ａ，…，１ｂ，１ｂ，…）が、先端側から後端側に向って末広がり状に設けられている。

前記電池箱２は、その前面２１に通風導入口２１ａを形成するとともに、電池箱２の後面２２には、冷却ファンＦを配置している。冷却ファンＦの背面には、通風導出口２２ａを形成している。

このように、電池モジュール１，１の一群の電池モジュール（１ａ，１ａ，…）及び他群の電池モジュール（１ｂ，１ｂ，…）において、先端側の間隔ａよりも後端側の間隔Ａを大きく設けているので、先端側から後端側に行くに従い、電池モジュールの間隔が漸次広がっている。一方、電池箱２の前面２１に形成された通風導入口２１ａから外気が導入されて、先端側から後端側へ通流するが、この外気は電池モジュールに対し斜めにあたるので、通流方向に対し電池モジュールが平行に配置されている場合に比べて、電池箱内の電池モジュールが効率よく冷却されるとともに、各電池モジュール間の冷却性能差が生じにくい。

すなわち、各電池モジュール間の顕著な温度差が解消されて、電池箱内の電池モジュールの性能がよりよく確保される。更に、電池箱２の後面２２には、冷却ファンＦを配置しているので、通風導入口２１ａから導入された外気が強制的に通流することとなり、その結果、電池箱内の電池モジュールが一層効率よく冷却される。

更に、図１において、電池箱２の側面２３に複数の通風導入口２３ａ，２３ｂ，２３ｃを形成するとともに、後面側の通風導入口２３ａの開口面積よりも前面側の通風導入口２３ｂの開口面積を大きく形成している。この例では、より前面側の通風導入口２３ｃの開口面積をより大きく形成している。尚、図においては、各通風導入口２３ａ，２３ｂ，２３ｃの高さが同じであるので、各開口面積の大小を、各通風導入口２３ａ，２３ｂ，２３ｃの開口幅Ｗ１，Ｗ２，Ｗ３の大小で表わしている（Ｗ１＜Ｗ２＜Ｗ３）。

これを図３に示すように模式図的に見てみると、電池箱内の電池モジュールの配置角度と、冷却ファンの性能との間には密接な関係があるのであって、この相関関係が崩れると電池モジュールひいては各電池の冷却性能にバラツキが生じるおそれがある。

しかして、本例のように、電池箱の側面通風導入口から空気を取り入れるようにするとともに、後面側の通風導入口の開口面積よりも前面側の通風導入口の開口面積を大きく形成することにより、全体の通風のバランスを保つことが可能となる。

従って、本例の電池電源装置によれば、電池箱に複雑な風路を構築したり、冷却バランスを採るようなカバー等を用いることなく、単に電池箱に所定の通風導入口を設けるだけで、電池モジュールに対する冷却バランスを保つことができることになる。

とりわけ、電池箱の大きさはこれを搭載する場所の制限から決まってしまい、そして、電池箱の大きさが決まると、収納する電池モジュールの斜め配置の角度にも一定の制限が生じてしまうことになる。このような場合に、電池箱に上記態様の通風導入口を形成することにより、電池モジュールに対する最適な冷却バランスを保つことができるものである。

図４は、本例の電池電源装置を電動カートに搭載した状態を示す図で、電池電源装置１００を電動カート５０に搭載している。この例では、電池電源装置１００を、冷却ファンＦを後方に位置させた状態で、電動カート本体５１に搭載している。

電動カートは一般に電池電源を搭載して走行し、必要に応じて充電を行うものである。電池に急速充電を行い、電池の性能を十分に発揮させるためには、効率よく電池を冷却することと、電池モジュールを構成する各単電池間の温度差を小さくすることが肝要である。

図４に示すように、冷却ファンＦを後方に位置させた状態で、電池電源装置１００を電動カート本体５１に搭載すると、電池箱２の前面２１に形成された通風導入口２１ａから外気が導入されて、先端側から後端側へ通流し、更に、冷却ファンＦによって、通風導入口２１ａから導入された外気が強制的に通流するので、電池箱内の電池モジュールが効率よく冷却されることになる。

また、図４に示す電動カート５０においては、電動カート本体５１の乗員の座席５２の左右に電池電源装置１００を搭載している。

電池電源装置１００は細長状に構成できるので、これを電動カート５０に搭載する場合は、電動カート本体５１の乗員の座席５２の左右に設けると、バランスよく配置することができる。

この電池電源装置１００を座席５２の左右に設ける場合、電池電源の全体電圧の二分の一（半分）ずつを賄う構成にするとよい。すなわち、全体電圧が７２ボルトならば３６ボルトずつ、それが４８ボルトならば２４ボルトずつ、となるように構成する。このように構成すると、電池電源装置１００の中に電池モジュール１，１を組み込む作業及びその組み上がった電池電源装置１００を電動カート本体５１に取り付ける作業等の組み立て時や、電池モジュール１を交換するとき等において、全体電圧と接触する危険な状況が減少されて、人体並びに電池電源装置全体の安全性を確保することができるようになる。

また、図４に示す電動カート５０において、電池電源装置１００の後部又は後方上方にカート駆動用モータＭを配置するとよい。

すなわち、電池電源装置１００の後方にカート駆動用モータＭを配置すると、電池電源装置１００の後部から、とりわけ冷却ファンＦにより強制通流される空気が、カート駆動用モータＭに吹きつけられて、冷却効果が期待できるものである（図５（１）参照）。また、電池電源装置１００の後方上方にカート駆動用モータＭを配置した場合は、冷却ファン以外に走行風による冷却もなされることになる（図５（２）参照）。

図６は、電動カート５０の他の例を示すもので、本例の電動カート５０は、この電動カート５０を始動・停止するためのスイッチ箱５３が、運転者の座席５２の座席シート５２ａの後部に搭載されている。

スイッチ箱５３には、各表示ランプ５４，５４が装備されている。これらの表示ランプ５４，５４は、電源、作動可を示すもの、充電エラー表示、電池エラー表示、モータエラー表示等である。尚、５５は、始動スイッチである。

前記スイッチ箱５３は、この例では、前述したように、座席シート５２ａの後部に搭載されているが、これは、一方で運転者は直接操作することができない位置であって、他方で管理者等が操作しやすい位置に設けられているものである。すなわち、電動カートは、運転者が直接始動操作を行うと急発進によって思わぬ事故を起こす危険があるので、これを回避するための工夫がなされている。

具体的には、運転者が搭乗してブレーキペダル５６を踏み、始動準備ができたところで、外部から管理者がスイッチ箱５３の始動スイッチ５５をオンすることにより、安全始動ができるようになされている。また、レーシング中に、コース外れ、転倒等、非常時の場合に運転者自身が操作不可能に陥ったときに、管理者等が駆けつけてスイッチ箱５３の始動スイッチ５５を停止することが容易になされ得るものである。尚、５７は、アクセルペダルである。

前記スイッチ箱５３からは電気ケーブルを介して充電コネクタ５７が設けられ、更に、非常停止スイッチ５８が装備されている。この例では、充電コネクタ５７はスイッチ箱５３に接続させて配置し、また、非常停止スイッチ５８はハンドルの下で運転者の近傍に設置されている。これらの充電コネクタ５７や非常停止スイッチ５８は、運転者や管理者等が操作しやすい箇所に設けられる。

また、スイッチ箱５３と座席シート５２ａとの間に、電動カート５０並びに電池電源装置１００の作動を指示し制御する、ＣＰＵを主とする制御装置５９を搭載している。このスイッチ箱５３のスイッチのオン、オフの指令に基づいて、制御装置５９が各手段の始動・停止を指示する。

次に、本例の電動カート５０の動作フローを図７に従って説明する。

まず、ステップ２０１で、管理者がスイッチ箱５３の始動スイッチ５５をオンにすると制御装置５９が作動する。

ステップ２０２では、電池電源装置１００が十分に充電されているときは充電表示がオフとなり、ステップ２０３へ進む。ここで、電池電源装置１００が十分に充電されていないときは充電表示がオンとなって、ステップ２０６の充電手段へ進み、充電表示がオフになるまで制御装置５９が充電指令を発する。

ステップ２０３では、走行信号に対し非常停止の信号がオフのときはステップ２０４へ進み、非常停止の信号がオンのときは、ステップ２０２の充電表示オフに戻り、走行モードへの信号は遮断される。

ステップ２０４では、充電コネクタの接続の有無の判断に入り、充電コネクタの接続がない場合（ＮＯ）はステップ２０５の走行モードへ移行し、電池電源装置１００からの電力が供給されて走行が開始される。一方、充電コネクタの接続がある場合（ＹＥＳ）はステップ２０６の充電手段と接続されている（例えば、コースを走行してきてピットに入り、電源オンのまま急速充電するとき等）のであるから、電池電源装置１００への充電が必要であると判断し、充電手段による充電によって、ステップ２０２の充電表示がオフになるまで充電されることになる。

本発明によれば、冷却性能を向上することの可能な電池電源装置と、この電池電源装置を搭載した電動カートを得ることができる。

本発明の具体例に係り、電池電源装置を一部破断して示す斜視図である。 本発明の具体例に係り、電池電源装置の概念図である。 本発明の具体例に係り、電池電源装置の概念図である。 本発明の具体例に係り、電池電源装置を電動カートに搭載した状態を示す概念図である。 本発明の具体例に係り、電池箱とモータを示す概念図である。 本発明の具体例に係り、電動カートを示す斜視図である。 本発明の具体例に係り、電動カートの動作フローを示す図である。 従来例に係り、電池箱を示す概念図である。 従来例に係り、電池箱を示す概念図である。

符号の説明

１，１ａ，１ｂ 電池モジュール
２ 電池箱
３ ステイ
２１ 前面
２１ａ 通風導入口
２２ 後面
２２ａ 通風導出口
２３ 側面
２３ａ，２３ｂ，２３ｃ 通風導入口
５０ 電動カート
５１ 電動カート本体
５２ 座席
１００ 電池電源装置
ａ 間隔
Ａ 間隔
Ｆ 冷却ファン
Ｗ１ 開口幅
Ｗ２ 開口幅
Ｗ３ 開口幅

Claims (6)

1. 複数個の単電池を直列接続して形成される棒状の電池モジュールを、電池箱内に複数配置した電池電源装置において、
   前記複数の電池モジュール１，１を二群の電池モジュール（１ａ，１ａ，…，１ｂ，１ｂ，…）に分割し、電池モジュール１，１の一群の電池モジュール（１ａ，１ａ，…）と他群の電池モジュール（１ｂ，１ｂ，…）の先端側の間隔ａと後端側の間隔Ａとの間で、間隔ａよりも間隔Ａを大きく設け、
   前記電池箱２の前面２１に通風導入口２１ａを形成するとともに、電池箱２の後面２２には、冷却ファンＦを配置したことを特徴とする電池電源装置。
2. 前記電池箱２の側面２３に複数の通風導入口２３ａ，２３ｂを形成するとともに、後面側の通風導入口２３ａの開口面積よりも前面側の通風導入口２３ｂの開口面積を大きく形成したことを特徴とする請求項１記載の電池電源装置。
3. 請求項１記載の電池電源装置を、前記冷却ファンを後方に位置させた状態で、電動カート本体に搭載したことを特徴とする電動カート。
4. 前記電動カート本体の乗員の座席の左右に前記電池電源装置を搭載したことを特徴とする請求項３記載の電動カート。
5. 前記電池電源装置の後方又は後方上方にカート駆動用モータを配置したことを特徴とする請求項３又は４記載の電動カート。
6. 前記電動カート本体の乗員の座席シートの後部に、スイッチ箱及び充電コネクタを搭載するとともに、ハンドルの近傍に非常停止スイッチを設けたことを特徴とする請求項３乃至５いずれか記載の電動カート。
   

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