JP2011119102A - Vehicular battery unit - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、車両に設けられた走行モータを駆動するための車両用バッテリユニットに関する。 The present invention relates to a vehicle battery unit for driving a travel motor provided in a vehicle.
車両、例えば、電気自動車(EV)や、モータとエンジン等とのハイブリッド自動車が、開発されている。この種の車両では、走行モータを駆動するための電力源として、複数の電池が積層された組電池を備えるバッテリユニットが採用されている。 Vehicles such as electric vehicles (EV) and hybrid vehicles with motors and engines have been developed. In this type of vehicle, a battery unit including an assembled battery in which a plurality of batteries are stacked is employed as a power source for driving a travel motor.
例えば、リチウムイオン電池を用いた組電池では、各電池間や電池群間における電圧あるいは残存容量等の電池特性にばらつきが発生し易い。従って、電池には、過充電や過放電が惹起するおそれがあり、電池特性を均等化させるために、均等化回路が用いられている。 For example, in an assembled battery using a lithium ion battery, variations in battery characteristics such as voltage or remaining capacity between batteries or battery groups are likely to occur. Therefore, the battery may be overcharged or overdischarged, and an equalizing circuit is used to equalize battery characteristics.
特許文献1に開示されている組電池均等化装置では、複数の電池セルを組み合わせた組電池における電池特性を検出し、検出結果に応じて電池セル間又は電池セル群間の電池特性を均等化する均等化回路と、前記均等化回路に対し、該均等化回路を動作させる電力を供給する電力供給手段と、回路停止条件に従って前記電力供給を停止し、前記均等化回路を停止させる回路停止手段と、前記回路停止条件を変更する変更手段とを備えている。 The assembled battery equalization apparatus disclosed in Patent Document 1 detects battery characteristics in an assembled battery in which a plurality of battery cells are combined, and equalizes the battery characteristics between battery cells or between battery cell groups according to the detection result. An equalizing circuit, a power supply means for supplying power to operate the equalization circuit, and a circuit stop means for stopping the power supply according to a circuit stop condition and stopping the equalization circuit And changing means for changing the circuit stop condition.
これにより、回路停止手段による電力供給停止以降において、均等化回路での電力消費を抑制乃至防止することが可能となるとともに、例えば、無駄に均等化を繰り返して電力を消費したり、均等化が必要であるにもかかわらず均等化を停止したりするといった状況を防止することができる、としている。 As a result, it is possible to suppress or prevent power consumption in the equalization circuit after the power supply is stopped by the circuit stop unit. It is possible to prevent the situation where equalization is stopped even if necessary.
ところで、一般的に、均等化回路の動作は、電池電圧が安定した状態で行われることが望ましい。このため、車両用バッテリユニットでは、具体的に、停止中やアイドリング中、又は充電中に均等化回路が動作されている。 Incidentally, in general, it is desirable that the operation of the equalization circuit be performed in a state where the battery voltage is stable. For this reason, in the vehicle battery unit, specifically, the equalization circuit is operated during stoppage, idling, or charging.
ここで、相対的に高い蓄電量を有する電池の電力を、均等化回路内の抵抗に放電する際に、比較的高温の熱が発生している。このため、均等化回路からの熱により組電池が影響されないように、冷却ファンにより前記組電池を冷却するとともに、前記均等化回路の冷却も同時に行うことが必要である。しかしながら、特に上記の停止中等の各状態では、冷却ファンの駆動時の騒音が問題になり、騒音対策が必要になる。 Here, when the electric power of the battery having a relatively high charged amount is discharged to the resistance in the equalization circuit, relatively high-temperature heat is generated. Therefore, it is necessary to cool the assembled battery with a cooling fan and to cool the equalizing circuit at the same time so that the assembled battery is not affected by the heat from the equalizing circuit. However, especially in each state such as when the engine is stopped, noise during driving of the cooling fan becomes a problem, and noise countermeasures are required.
本発明はこの種の問題を解決するものであり、均等化回路の動作時の発熱による組電池への熱影響を可及的に阻止するとともに、冷却ファンの稼動を良好に低減させることが可能な車両用バッテリユニットを提供することを目的とする。 The present invention solves this type of problem, and as much as possible prevents the heat effect on the assembled battery due to the heat generated during the operation of the equalization circuit, and can reduce the operation of the cooling fan satisfactorily. An object of the present invention is to provide a vehicular battery unit.
本発明は、車両に設けられた走行モータを駆動するための車両用バッテリユニットに関するものである。この車両用バッテリユニットは、複数の電池を組み合わせた組電池と、前記組電池が収納されるとともに、冷却風導入口及び冷却風導出口が設けられるハウジングと、前記ハウジング内に冷却風を導入する冷却ファンと、前記複数の電池の蓄電量にばらつきが存在する際、相対的に高い蓄電量を有する電池の電力を回路内の抵抗に放電させることにより、前記複数の電池の蓄電量を均等化させる均等化回路とを備えている。 The present invention relates to a vehicle battery unit for driving a travel motor provided in a vehicle. The vehicle battery unit includes an assembled battery in which a plurality of batteries are combined, a housing in which the assembled battery is stored, a cooling air introduction port and a cooling air outlet port are provided, and cooling air is introduced into the housing. When there is a variation in the amount of electricity stored between the cooling fan and the plurality of batteries, the amount of electricity stored in the plurality of batteries is equalized by discharging the power of the battery having a relatively high amount of electricity to a resistor in the circuit. And an equalizing circuit.
そして、ハウジングの内部には、組電池の上方に均等化回路が配設され、冷却風導入口の少なくとも一部は、前記組電池よりも下方に位置し、且つ、冷却風導出口の少なくとも一部は、前記均等化回路よりも上方に位置している。 In the housing, an equalization circuit is disposed above the assembled battery, at least a part of the cooling air introduction port is located below the assembled battery, and at least one of the cooling air outlet ports. The part is located above the equalization circuit.
また、ハウジングは、略立方体形状を有し、均等化回路の上方に延在する内壁上面は、冷却風導入口から冷却風導出口に向かって上方に傾斜するとともに、前記内壁上面の傾斜最上位置には、前記冷却風導出口が設けられることが好ましい。 The housing has a substantially cubic shape, and the upper surface of the inner wall extending above the equalization circuit is inclined upward from the cooling air inlet to the cooling air outlet, and the uppermost position of the inner wall upper surface is inclined. It is preferable that the cooling air outlet is provided.
さらに、組電池は、角形形状を有する複数の電池を積層し、積層方向両端から一対の板状保持部材により挟持されるとともに、前記一対の板状保持部材は、前記複数の電池の上面から離間し且つ該複数の電池の上方に前記積層方向に沿って延在する橋架部により一体に連結され、前記橋架部上には、均等化回路が装着されることが好ましい。 Further, the assembled battery is formed by stacking a plurality of batteries having a square shape and sandwiched by a pair of plate-shaped holding members from both ends in the stacking direction, and the pair of plate-shaped holding members are separated from the upper surfaces of the plurality of batteries. In addition, it is preferable that the plurality of batteries are integrally connected to each other by a bridge portion extending in the stacking direction, and an equalization circuit is mounted on the bridge portion.
さらにまた、ハウジングの内部には、組電池が載置される載置板部が設けられ、前記載置板部には、各組電池に向かって開口する複数の開口部が形成されるとともに、前記載置板部の下方には、冷却風導入口と前記複数の開口部とを連通させる通路部が形成されることが好ましい。 Furthermore, a mounting plate portion on which the assembled battery is placed is provided inside the housing, and the mounting plate portion includes a plurality of openings that open toward each assembled battery. It is preferable that a passage portion that communicates the cooling air inlet and the plurality of openings is formed below the placement plate portion.
本発明によれば、組電池の上方に、比較的温度タフネスの高い均等化回路が配設されている。このため、組電池は、均等化回路の駆動時に発生する熱による影響を受け難くなる。 According to the present invention, the equalization circuit having a relatively high temperature toughness is disposed above the assembled battery. For this reason, an assembled battery becomes difficult to receive the influence by the heat | fever generate | occur | produced at the time of the drive of an equalization circuit.
しかも、ハウジングの内部では、組電池よりも下方に位置する冷却風導入口から冷却風が導入される一方、前記冷却風は、均等化回路よりも上方に位置する冷却風導出口から排出されている。従って、ハウジングの内部を流動する冷却風は、組電池を冷却した後、均等化回路の冷却をも行うことができる。これにより、均等化回路の動作時の発熱による組電池への熱影響を可及的に阻止するとともに、冷却ファンの稼動を良好に低減させることが可能になる。 Moreover, inside the housing, cooling air is introduced from a cooling air introduction port located below the assembled battery, while the cooling air is discharged from a cooling air outlet port located above the equalization circuit. Yes. Therefore, the cooling air flowing inside the housing can cool the equalizing circuit after cooling the assembled battery. As a result, it is possible to prevent as much as possible the heat effect on the assembled battery due to heat generated during the operation of the equalizing circuit, and to reduce the operation of the cooling fan satisfactorily.
図1に示すように、本発明の実施形態に係る車両用バッテリユニット10は、車両、例えば、電気自動車12の床下空間14に配設される。床下空間14は、フロア16を介してキャビン18から区画される。なお、車両としては、電気自動車12の他、ハイブリッド自動車等、モータ走行可能な種々の車両を採用することができる。
As shown in FIG. 1, a
バッテリユニット10は、角形形状を有する複数(図3及び図4では、例えば、7個であるが、限定されるものではない)の電池20を組み合わせた組電池22と、前記組電池22が収納されるとともに、冷却風導入口24及び冷却風導出口26が設けられるハウジング28と、前記ハウジング28内に冷却風を導入する冷却ファン30と、前記複数の電池20の蓄電量にばらつきが存在する際、相対的に高い蓄電量を有する電池20の電力を回路内の抵抗に放電させることにより、前記複数の電池20の蓄電量を均等化させる均等化回路32とを備える(図1及び図2参照)。
The
組電池22は、電気自動車12の車長方向(矢印L方向)に複数、図面では、例えば、5列に配設されるとともに、車幅方向(矢印H方向)に複数、図3では、例えば、2列に配設される。なお、組電池22の数は、必要に応じて設定されるものであり、この実施形態に限定されるものではない。
A plurality of the assembled
図4に示すように、電池20には、一対の電池端子34a、34bが設けられている。各電池20同士は、端子接続部材36を介して各電池20同士が、電気的に直列に接続される。複数の電池20は、その積層方向(矢印H方向)両端から一対の板状保持部材38a、38bにより挟持される。
As shown in FIG. 4, the
一対の板状保持部材38a、38bは、角形形状を有するとともに、複数の電池20の上面から距離Sだけ離間し且つ前記複数の電池20の上方に積層方向に沿って延在する一対の橋架部40a、40bにより一体に連結される。一対の橋架部40a、40b上には、均等化回路32が装着される。
The pair of plate-shaped holding
図5に示すように、複数の組電池22には、リレー式スイッチ42及びインバータ43を介して走行モータ44を含む負荷が接続される。均等化回路32では、各電池20の各極には、配線46a〜46hが接続されるとともに、隣り合う配線46a、46b間には、直列配置された電気抵抗48及びスイッチ50が接続される。同様に、隣り合う配線46b、46c間〜配線46g、46h間には、それぞれ電気抵抗48及びスイッチ50が接続される。
As shown in FIG. 5, a load including a
均等化回路32は、制御部52を備える。制御部52は、各電池20から入力された電圧の差分値を算出し、各差分値のばらつきを計算するとともに、ばらつきの大きさが所定値以上である場合には、電圧の大きな電池20を放電させてこのばらつきを小さくする。例えば、配線46a、46b間に設けられたスイッチ50をON(通電状態)にすることにより、前記配線46a、46bに接続されている電池20に充電されている電力が電気抵抗48で消費され、前記電池20の電圧が低下する。
The
図2及び図3に示すように、ハウジング28は、略立方体形状を有し、このハウジング28の内部には、組電池22の上方に均等化回路32が配設される。冷却風導入口24の少なくとも一部は、組電池22よりも下方に位置し、且つ、冷却風導出口26の少なくとも一部は、均等化回路32よりも上方に位置する。冷却風導入口24は、例えば、キャビン18に開放される一方、冷却風導出口26は、例えば、図示しないホースを介して車体後方に開放される。
As shown in FIGS. 2 and 3, the
ハウジング28の内壁上面54は、冷却風導入口24から冷却風導出口26に向かって(図2及び図3中、矢印L1方向)上方に傾斜する。この内壁上面54の傾斜最上位置54aには、冷却風導出口26が設けられるとともに、前記冷却風導出口26の近傍には、吸引用の冷却ファン30が配設される。なお、冷却ファンに代えて、冷却風導入口24の近傍に送風用の冷却ファンを配置してもよい。ハウジング28の内壁下面56は、同様に、矢印L1方向に向かって上方に傾斜する。
The inner wall
ハウジング28の内部には、組電池22を載置するための載置板部58が設けられる。載置板部58には、各組電池22に向かって開口する複数の開口部60が形成される。開口部60は、矢印L方向に沿って組電池22の配列数と同数、例えば、5つ設けられるとともに、矢印H方向に沿って2組の組電池22に一体に跨って延在する。載置板部58の下方には、冷却風導入口24と複数の開口部60とを連通させる通路部62が形成される。
A mounting
このように構成されるバッテリユニット10の動作について、以下に説明する。
The operation of the
図5に示すように、各組電池22は、互いに電気的に直列に接続されており、リレー式スイッチ42がONされると、前記組電池22から走行モータ44を含む負荷に電力が供給される。このため、電気自動車12は、走行モータ44の駆動作用下に走行可能になる。
As shown in FIG. 5, the assembled
組電池22は、走行モータ44等に電力を供給することにより、その残存容量が減少する。一方、組電池22は、充電が行われることにより、その残存容量が回復する。その際、組電池22を構成する各電池20は、残存容量にばらつきが生じ易い。従って、均等化回路32は、各電池20の残存容量を均等化するための処理を行う。
The remaining capacity of the assembled
具体的には、制御部52は、各電池20の各電圧を比較してばらつきの度合いを検出するとともに、所定値以上に大きな電圧を有する電池20が検出されると、前記電池20に対応するスイッチ50がONされる。このため、大きな電圧を有する電池20は、その電力が電気抵抗48によって消費され、均等化が行われる。このように、均等化回路32では、電気抵抗48によって電力を消費させる際、相当な熱が発生している。
Specifically, the
この場合、本実施形態では、組電池22の上方に、比較的温度タフネスの高い均等化回路32が配設されている。このため、組電池22は、均等化回路32の駆動時に発生する熱による影響を受け難くなる。
In this case, in the present embodiment, an
しかも、ハウジング28の内部では、組電池22よりも下方に位置する冷却風導入口24から冷却風が導入される一方、前記冷却風は、均等化回路32よりも上方に位置する冷却風導出口26から排出されている。従って、ハウジング28の内部を流動する冷却風は、組電池22を冷却した後、均等化回路32の冷却をも行うことができる。
Moreover, inside the
これにより、均等化回路32の動作時の発熱による組電池22への熱影響を可及的に阻止するとともに、冷却ファン30の稼動を良好に低減させることが可能になるという効果が得られる。
As a result, it is possible to prevent the influence of heat on the assembled
さらに、ハウジング28の内壁上面54は、冷却風導入口24から冷却風導出口26に向かって(図2中、矢印L1方向)上方に傾斜するとともに、前記内壁上面54の傾斜最上位置54aには、冷却風導出口26が設けられている。このため、均等化回路32で発生した熱は、内壁上面54の傾斜に沿って冷却風導出口26に良好且つ円滑に導かれ、組電池22に熱が伝わることを抑制することができる。
Further, the inner wall
さらにまた、ハウジング28の内壁下面56は、同様に、矢印L1方向に向かって上方に傾斜している。従って、冷却風導入口24からハウジング28内の通路部62に導入された冷却風は、この通路部62の奥側(矢印L1方向先端側)まで確実に流動し、各開口部60から各列の組電池22に吹き付けられる。これにより、各組電池22を有効に冷却することが可能になる。
Furthermore, the inner wall
また、一対の板状保持部材38a、38bは、複数の電池20の上面から距離Sだけ離間し且つ前記複数の電池20の上方に積層方向に沿って延在する一対の橋架部40a、40bにより一体に連結されている。そして、一対の橋架部40a、40b上には、均等化回路32が装着されている。
The pair of plate-
このため、簡単且つ経済的な構成で、均等化回路32を組電池22の上方に配置することができるとともに、前記均等化回路32で発生した熱が、前記組電池22に伝わることを良好に抑制することが可能になるという利点がある。
For this reason, the
10…バッテリユニット 12…電気自動車
14…床下空間 16…フロア
18…キャビン 20…電池
22…組電池 24…冷却風導入口
26…冷却風導出口 28…ハウジング
30…冷却ファン 32…均等化回路
38a、38b…保持部材 40a、40b…橋架部
44…走行モータ 46a〜46h…配線
48…電気抵抗 50…スイッチ
52…制御部 54…内壁上面
56…内壁下面 58…載置板部
60…開口部 62…通路部
DESCRIPTION OF
Claims (4)
複数の電池を組み合わせた組電池と、
前記組電池が収納されるとともに、冷却風導入口及び冷却風導出口が設けられるハウジングと、
前記ハウジング内に冷却風を導入する冷却ファンと、
前記複数の電池の蓄電量にばらつきが存在する際、相対的に高い蓄電量を有する電池の電力を回路内の抵抗に放電させることにより、前記複数の電池の蓄電量を均等化させる均等化回路と、
を備え、
前記ハウジングの内部には、前記組電池の上方に前記均等化回路が配設され、前記冷却風導入口の少なくとも一部は、前記組電池よりも下方に位置し、且つ、前記冷却風導出口の少なくとも一部は、前記均等化回路よりも上方に位置することを特徴とする車両用バッテリユニット。 A vehicle battery unit for driving a travel motor provided in a vehicle,
An assembled battery combining a plurality of batteries;
A housing in which the assembled battery is housed and a cooling air introduction port and a cooling air outlet port are provided;
A cooling fan for introducing cooling air into the housing;
An equalization circuit that equalizes the storage amount of the plurality of batteries by discharging the power of the battery having a relatively high storage amount to a resistor in the circuit when there is variation in the storage amount of the plurality of batteries. When,
With
Inside the housing, the equalization circuit is disposed above the assembled battery, at least a part of the cooling air introduction port is located below the assembled battery, and the cooling air outlet port At least a part of the vehicle battery unit is located above the equalization circuit.
前記内壁上面の傾斜最上位置には、前記冷却風導出口が設けられることを特徴とする車両用バッテリユニット。 2. The vehicle battery unit according to claim 1, wherein the housing has a substantially cubic shape, and an upper surface of an inner wall extending above the equalization circuit is directed from the cooling air inlet to the cooling air outlet. While tilting upward,
The vehicular battery unit, wherein the cooling wind outlet is provided at an uppermost inclined position of the upper surface of the inner wall.
前記一対の板状保持部材は、前記複数の電池の上面から離間し且つ該複数の電池の上方に前記積層方向に沿って延在する橋架部により一体に連結され、
前記橋架部上には、前記均等化回路が装着されることを特徴とする車両用バッテリユニット。 The vehicle battery unit according to claim 1 or 2, wherein the assembled battery is formed by laminating the plurality of batteries having a square shape and sandwiched between a pair of plate-shaped holding members from both ends in the stacking direction.
The pair of plate-shaped holding members are integrally connected to each other by a bridge portion that is separated from the upper surfaces of the plurality of batteries and extends along the stacking direction above the plurality of batteries.
The vehicle battery unit, wherein the equalizing circuit is mounted on the bridge portion.
前記載置板部には、各組電池に向かって開口する複数の開口部が形成されるとともに、
前記載置板部の下方には、前記冷却風導入口と前記複数の開口部とを連通させる通路部が形成されることを特徴とする車両用バッテリユニット。 The vehicle battery unit according to any one of claims 1 to 3, wherein a mounting plate portion on which the assembled battery is mounted is provided inside the housing.
The mounting plate portion is formed with a plurality of openings that open toward each assembled battery,
A vehicle battery unit, characterized in that a passage portion that connects the cooling air inlet and the plurality of openings is formed below the mounting plate portion.
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