JP4265845B2 - 電動車両用バッテリ構造 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
この発明は、電動車両の駆動電源であるバッテリ構造に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来から、円筒型電池を複数束ねて電動車両の駆動電源に採用している例としては、電動スクータでは例えば特開平5−330465号公報に記載されたものなどがあり、これは円筒型電池がフットステップ下に直列に接続されて配置されている。また、複数個の電池(セル)から構成されたバッテリモジュールを並列に接続して電動車両用の駆動電源に採用しているものとして、特開平11−136875号公報に記載されたものがある。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような従来のものにあっては、
(1)大容量の大型円筒型電池を直列接続してバッテリユニットを構成すると、車両のバッテリユニット搭載部の設計の自由度が電池形状に大きく制限される。
【0004】
(2)バッテリユニットをフットステップ下に集合させた場合、フットステップ部のボリュームがエンジン車両に比べて大きくなり、車両の全高・全幅に大きな制約条件となる。
【0005】
(3)高電圧のバッテリモジュールを並列に接続した場合、セル容量のバラ付きから過充電・過放電に陥るセルが発生し、バッテリ寿命が低下する。
【0006】
そこで、この発明は、バッテリユニット搭載部の設計の自由度を大きくし、バッテリユニットをフットステップ下に配置した場合に、フットステップ部のボリュームを小さくして車両の全高・全幅の制約条件を小さくすると共に、セル容量のバラ付きをなくして過充電・過放電を防止することで、バッテリ寿命を延ばすことができる電動車両用のバッテリ構造を提供することを課題としている。
【0007】
かかる課題を達成するために、請求項1に記載の発明は、小型の円筒型電池を複数個直列に接続してバッテリブロックを構成し、該バッテリブロックを複数並列に接続してバッテリモジュールを構成し、該バッテリモジュールを複数直列に接続してバッテリユニットを構成した電動車両用バッテリ構造であって、前記バッテリユニットは、車体フレームの左右一対のサイドメンバー間でフットレスト部から後輪の上部に至るように配置され、前記各バッテリモジュールは、平面視で略長方形状に形成され、前記バッテリモジュールは前記フットレスト部に左右一対搭載され、該両バッテリモジュールは、車両方向の中心線の部分に間隙が開くように、かつ、車両前方の方が後方よりも幅が狭くなるように搭載されていることを特徴としている。
【0008】
請求項2に記載の発明は、前記各バッテリブロックのブロック温度を検出する温度検出手段と、前記各バッテリモジュールのモジュール電圧を検出する電圧検出手段とを備え、前記複数のバッテリブロックのブロック温度のうち、少なくとも1つが充電終了条件を満たしたときに充電を終了し、前記複数のバッテリモジュールのモジュール電圧のうち、少なくとも1つが充電終了条件を満たしたときに充電を終了し、前記複数のバッテリモジュールのモジュール電圧のうち、少なくとも1つが放電終了条件を満たしたときに放電を終了するように構成したことを特徴としている。
【0013】
【発明の実施の形態】
この発明の実施の形態の構成について、図1乃至図5によって説明する。
【0014】
図1は、この発明に係る電動車両用バッテリ構造を備えた電動車両の外観図である。図2は、同バッテリ構造の取付状態を示した斜視図である。図3は、同バッテリ構造の上部カバーを外した状態の平面図である。図4は、同バッテリ構造の図3のA−A断面図である。図5は、同バッテリ構造の電気系統を示したブロック図の実施例である。
【0015】
図1において、符号1は電動車両である。電動車両1の車体フレーム2には、電動車両1の駆動エネルギー源であるバッテリを一つのユニットとして構成したバッテリユニット3が装備されている。
【0016】
バッテリユニット3は、電動車両1のフットレスト部4から後輪5の上部に至る長さを有している。バッテリユニット3の幅は車体フレーム2の内寸法一杯に収まる大きさとし、バッテリユニット3の高さは後述する小型の円筒型電池を立てた状態で収めることができる大きさとしている。
【0017】
つまり、バッテリユニット3は、その前方をフットレスト部4の下に収め、後方を後輪5の上部でかつシート6の下部に当たる箇所に収まる形状と大きさとしている。
【0018】
図3はバッテリユニット3の上部カバー11を外した状態の平面図であり、バッテリユニット3の中には、複数の小型の円筒型電池(以下、バッテリセルという。)7が立てた状態で稠密に収められている。
【0019】
バッテリセル7は複数束ねた状態で直列に接続され一つのバッテリブロック8を形成している。この発明の実施の形態では、10個のバッテリセル7で1単位のバッテリブロック8を構成している。
【0020】
さらに、このバッテリブロック8を3個並べてそれぞれのバッテリブロック8,8,8を並列に接続してバッテリモジュール9を形成している。
【0021】
バッテリモジュール9は、電動車両1の前方に2個と後方に2個の合計4個を一つのケースに収めてバッテリユニット3を構成している。
【0022】
図3及び図4に示したように、バッテリモジュール9は具体的には電動車両1の前方のフットレスト部4の下に左右一対搭載されている。この一対のバッテリモジュール9,9は、車両方向の中心線の部分に間隙が開くように搭載されており、空気の流れによる冷却効果を高めている。また、この一対のバッテリモジュール9,9は、電動車両1の前方の方が後方よりも幅が狭くなるように搭載されており、空気抵抗を少なくできるボディ形状を構成できるようになっている。
【0023】
電動車両1の後方に配置されるバッテリモジュール9,9は、電動車両1の後輪5の上部に左右一対搭載されている。この一対のバッテリモジュール9,9は、車両方向の中心線の部分に間隙が開くように搭載されており、空気の流れによる冷却効果を高めている。
【0024】
図3に示した実施の形態では、電動車両1の後方に位置する一対のバッテリモジュール9,9は等間隔を置いて平行に左右一対搭載されている。この一対のバッテリモジュール9,9の配置は、これに限らず、それぞれのバッテリモジュール9,9の電動車両1の後方に当たる方がその前方よりも幅が狭くなるように搭載するようにしてもよい。このようにすれば、空気抵抗を少なくできるボディ形状を構成できることになる。
【0025】
図1乃至図4に示した実施の形態では、図5のブロック図に示したとおり、バッテリユニット3は電動車両1のバッテリ取付部10及び充電器12のバッテリ接続部(図示せず)に対して着脱できるように、電動車両1とバッテリユニット3と充電器12の3個の要素から構成されている。
【0026】
以下、図5に従ってこの発明に係るバッテリ構造の電気系統について説明する。
【0027】
バッテリセル7を直列に複数接続することによって形成したバッテリブロック8が構成され、このバッテリブロック8を複数並列に接続することによって形成したバッテリモジュール9が構成され、このバッテリモジュール9を直列に複数接続したバッテリユニット3が構成されている。
【0028】
バッテリユニット3の正極および負極には端子13,14を接続している。これらの端子13,14は充電時に充電器12に接続し、放電時に電動車両側のモータ駆動回路15に接続する。また、これらの端子13,14は、バッテリユニット3を充電器12あるいは電動車両1に装着することによって接点同士が接触して導通する構造のものを使用している。
【0029】
バッテリユニット3には、バッテリブロック8の温度を検出するためのサーミスタ16と、充放電時にバッテリユニット3に流れる電流を検出するための電流検出手段17と、バッテリユニット3の端子間電圧を検出するための電圧検出手段18が設けられており、車両制御部であるCPU19を介して、バッテリユニット3の残存容量を表示するための表示装置20を設けている。
【0030】
サーミスタ16は、各バッテリブロック8に配置し、バッテリブロック8毎にバッテリ温度を検出できるようにしている。
【0031】
CPU19は、バッテリユニット3の残存容量を求めるための残存容量演算手段と、バッテリセル7の温度を検出するための温度検出手段と、充電を停止させるための充電停止手段と、バッテリユニット3のリフレッシュを実施するための放電制御手段と、充電器12の接続の有無を判定するための接続判定手段と、最長充電時間を求めるための充電時間演算手段などから構成しており、通信インターフェイス21、充電器用通信インターフェイス26を介して、充電器12の出力を設定するための充電器制御部27と接続されている。
【0032】
前記残存容量演算手段は、前記電流検出手段が検出した電流の積算値、すなわち充電・放電時に流れた電流の加算・減算からバッテリユニット3の残存容量を求める構成を採っている。なお、求めた残存容量は、図示してないメモリに記憶させている。前記温度検出手段は、サーミスタ16の出力に基づいてバッテリブロック8の温度を検出する構成を採っている。
【0033】
充電器制御部27は、前記残存容量演算手段が求めたバッテリユニット3の残存容量と、前記温度検出手段が求めたバッテリ温度とに基づいて充電電流を設定し、この充電電流を充電指示信号として充電器12に前記通信インターフェイス21、充電器用通信インターフェイス26を介して、送出する構成を採っている。
【0034】
充電電流をバッテリユニット3の残存容量と充電開始時のバッテリ温度とに割付けて形成し、充電開始時の全てのバッテリブロック8のバッテリ温度の例えば平均値が予め定めた温度より高いときには温度が高くなればなるほど、しかも残存容量が多ければ多いほど充電電流が小さくなるようにしている。
【0035】
また、充電器制御部27は、複数のバッテリブロック8の全てのバッテリ温度が予め定めた充電開始温度の範囲内にあるときのみに前記充電指示信号を充電器12に送出する構成を採っている。
【0036】
前記充電停止手段は、バッテリ温度が予め定めた充電停止温度に達したときや、バッテリ電圧が予め定めた充電停止電圧に達したとき、あるいは定電流充電時に充電終期に起こる特有の現象を検出したときに、前記通信インターフェイス21、充電器用通信インターフェイス26を介して充電器4に充電停止信号を送出する構成を採っている。
【0037】
この実施の形態では、全てのバッテリブロック8のうち一つでも前記条件(充電停止温度、温度上昇率)を満たしたときに充電を停止するようにしている。
【0038】
また、前記複数のバッテリモジュール9の電圧のうち、少なくとも1つが充電終了条件を満たしたときに充電を終了し、前記複数のバッテリモジュール9の電圧のうち、少なくとも1つが放電終了条件を満たしたときに放電を終了するように構成している。
【0039】
車両制御部であるCPU19は、通信インターフェイス21及び信号端子22,23を介して充電器12あるいは電動車両1のモータ駆動回路15に接続するようにしている。信号端子22,23も前記端子13,14と同様に接触式のものを使用している。
【0040】
充電器12は、コンセントプラグ24から給電される交流電源をAC/DCコンバータ25で直流に変換し、充電電流として充電用端子13,14に供給する構成を採っている。また、この充電器12には、車両制御部であるCPU19が設定した充電電流を流すために充電器用通信インターフェイス26と充電器制御部27とを有している。
【0041】
充電器用通信インターフェイス26、信号端子23を介して車両制御部であるCPU19からの信号を受信したり車両制御部であるCPU19へ信号を発信するために設けてあり、充電指示信号や充電停止信号を受信してこれらの信号を充電器制御部27の比較・演算手段(図示せず)に送出する構成を採っている。
【0042】
充電器制御部27に接続した符号28で示したものは、充電時あるいはリフレッシュ時にLED29を点灯させるためのLEDドライバである。
【0043】
充電器制御部27の比較・演算手段は、充電器用通信インターフェイス26が送出した充電指示信号から目標とする充電電流を求め、AC/DCコンバータ25の下流側に設けた電流検出手段30と電圧検出手段18の出力に基づいて充電電流が目標充電電流と一致するように出力制御部31にフィードバック制御を実施するように構成している。
【0044】
なお、出力制御手段37は、充電器制御部27の比較・演算手段が送出した制御信号によってAC/DCコンバータ25の出力を制御する。
【0045】
図6はこの発明のバッテリ構造の電気系統を示したブロック図の他の実施例1を示したものであり、図5に示した実施の形態1のブロック図と異なるのは、バッテリユニット3を回路上独立構造とせず、電動車両1の回路内に組み込んでいる点である。したがって、電気系統の機能としては図5に示したものと変わりないので、同一の構成に同一の符号を付してその説明は省略する。
【0046】
図7はこの発明のバッテリ構造の電気系統を示したブロック図の他の実施例2を示したものであり、図5に示した実施の形態1のブロック図と異なるのは、バッテリユニット3を回路上独立構成とせず、電動車両1の回路内に組み込んでいること及び充電器制御部を充電出力部32から除いて、CPU19に組み込んで車両制御部と充電器制御部を一緒にした点である。したがって、電気系統の機能としては図5及び図6に示したものと同様であり、同一の構成に同一の符号を付してその説明は省略する。
【0047】
【発明の効果】
以上説明してきたように、請求項1に記載された発明によれば、バッテリモジュールがフットレスト部と後輪の上部とに分けて配置されるため、フットステップ部のボリュームを小さくして車両の全高・全幅の制約条件を小さくすることができる。しかも、フットレスト部および後輪の上部に搭載された左右二対のバッテリモジュールは、車両方向の中心線の部分に間隙が開いているため、空気の流れによる冷却効果を高め、十分な放熱性を確保することができる。これに加えて、フットレスト部に搭載された左右一対のバッテリモジュールは、車両前方の方が後方よりも幅が狭くなっているため、空気抵抗を軽減することができる。
【0048】
請求項2に記載の発明によれば、上記の効果に加え、温度検出および電圧検出による充放電制御によって過充電・過放電を防止し、バッテリ寿命を延ばすことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明に係る電動車両用バッテリ構造を備えた電動車両の外観図である。
【図2】同バッテリ構造の取付状態を示した斜視図である。
【図3】同バッテリ構造の上部カバーを外した状態の平面図である。
【図4】 同バッテリ構造の図3のA−A断面図である。
【図5】同バッテリ構造の電気系統を示したブロック図の実施例である。
【図6】同バッテリ構造の電気系統を示したブロック図の他の実施例1である。
【図7】同バッテリ構造の電気系統を示したブロック図の他の実施例2である。
【符号の説明】
1 電動車両
2 車体フレーム
3 バッテリユニット
4 フットレスト部
5 後輪
6 シート
7 円筒型電池(バッテリセル)
8 バッテリブロック
9 バッテリモジュール
10 バッテリ取付部
11 上部カバー
12 充電器
Claims (2)
- 小型の円筒型電池を複数個直列に接続してバッテリブロックを構成し、該バッテリブロックを複数並列に接続してバッテリモジュールを構成し、該バッテリモジュールを複数直列に接続してバッテリユニットを構成した電動車両用バッテリ構造であって、
前記バッテリユニットは、車体フレームの左右一対のサイドメンバー間でフットレスト部から後輪の上部に至るように配置され、
前記各バッテリモジュールは、平面視で略長方形状に形成され、
前記バッテリモジュールは前記フットレスト部に左右一対搭載され、該両バッテリモジュールは、車両方向の中心線の部分に間隙が開くように、かつ、車両前方の方が後方よりも幅が狭くなるように搭載されていることを特徴とする電動車両用バッテリ構造。 - 前記各バッテリブロックのブロック温度を検出する温度検出手段と、
前記各バッテリモジュールのモジュール電圧を検出する電圧検出手段とを備え、
前記複数のバッテリブロックのブロック温度のうち、少なくとも1つが充電終了条件を満たしたときに充電を終了し、
前記複数のバッテリモジュールのモジュール電圧のうち、少なくとも1つが充電終了条件を満たしたときに充電を終了し、
前記複数のバッテリモジュールのモジュール電圧のうち、少なくとも1つが放電終了条件を満たしたときに放電を終了するように構成したことを特徴とする請求項1記載の電動車両用バッテリ構造。
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