JP4714988B2

JP4714988B2 - 車両用電源装置

Info

Publication number: JP4714988B2
Application number: JP2000387467A
Authority: JP
Inventors: 信昭木谷
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2000-12-20
Filing date: 2000-12-20
Publication date: 2011-07-06
Anticipated expiration: 2020-12-20
Also published as: JP2002190288A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、複数の電池セルにより構成された組バッテリーおよびその組バッテリーを制御する電気制御回路部品を備えた車両用電源装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
電気自動車、ハイブリッド車などに用いられる比較的大容量の電源装置の一種に、高電圧を発生させるために多数個の電池セルを備えた電源装置がある。この電源装置には、通常、電池セルの充電状態や温度を制御するための電気制御回路が設けられる。
【０００３】
図１は、プリウス修理書／追補版（２０００年５月２５日トヨタ自動車株式会社発行）のＴＨ１７８頁に記載された従来の電源装置１０の一例を示す斜視図である。図１の電源装置１０には、多数個の電池モジュール１２が厚み方向に積層されて組バッテリー１４が構成されている。上記電池モジュール１２はニッケル水素電池などの二次電池であり、内部に６個の電池セルを備えている。各電池モジュール１２は図示しないボルトによりロアーケース１６（すなわち固定基材）に固定されるとともに、一対の拘束プレート１８で一体的に拘束されている。ロアーケース１６内において一方の拘束プレート１８に隣接する位置には、複数の電気制御回路部品２０が固定されている。図１の電源装置１０では、電気制御回路部品２０として、バッテリーコンピューター２２、図示しないリレーを複数個（たとえば３個）収容したリレーボックス２４、組バッテリー１４の積層方向の中間位置で高電圧を遮断するための図示しないサービスプラグ等が備えられている。
【０００４】
ところで、上記組バッテリー１４は、その電池モジュール１２の寿命や損傷等の理由により、修理工場で交換しなければならない場合がある。組バッテリー１４を交換する場合、組バッテリー１４を構成する多数個の電池モジュール１２を一つずつロアーケース１６から取り外し、その取り外した場所に新しい電池モジュール１２を固定していたのでは、作業に非常に時間を要する。そこで、従来は、組バッテリー１４を交換する場合には、交換により車体から外された電源装置１０から、交換の必要のない複数の電気制御回路部品２０を取り外し、予め新しい組バッテリー１４が固定された新たな電源装置１０のロアーケース１６にその取り外した複数の電気制御回路部品２０を固定し、その後その新たな電源装置１０を車体に取り付けていた。電気制御回路部品２０の数は電池モジュール１２の数よりもずっと少ないので、このようにすれば、電池モジュール１２を一つずつ交換する場合に比べて作業時間が大幅に短縮できる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の交換作業でも、複数の電気制御回路部品２０を一つずつ取り外し、その複数の電気制御回路部品２０を新しいロアーケース１６に一つずつ固定する必要があるため、作業時間を十分に短くできなかった。
【０００６】
本発明は以上の事情を背景として為されたもので、その目的とするところは、短時間で組バッテリーを交換することができる電源装置を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
かかる目的を達成するための本発明の要旨とするところは、複数の電池セルから成る組バッテリーと、その電池セルの制御に関連する複数の異なる電気制御回路部品を収容する部品収容ケースを有する電気制御回路モジュールとが、相互に隣接した状態で長手状のロアーケース上にそれぞれ着脱可能に固定され、そのロアーケースは車両から一体的に取り外し可能な車両用電源装置であって、(a) 前記部品収容ケースは、前記ロアーケースから離れる方向に凹む第１部分ダクトを底面に有し、(b) 前記ロアーケースは、幅方向の中央部が凹んだ形状の長手方向の第２部分ダクトとを上面に有し、前記部品収容ケースおよび前記複数の電池セルがその上面に固定されることで、その第２部分ダクトと前記第１部分ダクトとの間およびその第２部分ダクトとその複数の電池セルとの間にその電池セルを冷却するための空気を導入する空気流通ダクトを形成し、(c) 前記ロアーケースには、そのロアーケースに固定された前記複数の電池セルを覆い、且つその複数の電池セル間の隙間を通過した前記空気を排出するための空間をその複数の電池セルの上面との間に形成する電池カバーが固定されていることにある。
【０００８】
【発明の効果】
このようにすれば、組バッテリーを交換する場合、電源装置を車両から取り外した後、その電源装置から電気制御回路モジュールを取り外し、その電気制御回路モジュールを新しい組バッテリーに接続するだけでよいので、作業時間が短縮できる。また、電気制御回路モジュールが構成されていることにより、電気制御回路部品と組バッテリーとの間の接続箇所が少なくなるので、組バッテリーの交換時の回路接続し忘れや接触不良を未然に防ぐことができる。さらに、電気制御回路部品が電気制御回路モジュールとして電源装置から単独で取り外しできるため、電気制御回路部品および組バッテリーがそれぞれ単独で検査でき、メンテナンス性が向上する。また、(a) 前記部品収容ケースは、前記ロアーケースから離れる方向に凹む第１部分ダクトを底面に有し、(b) 前記ロアーケースは、幅方向の中央部が凹んだ形状の長手方向の第２部分ダクトとを上面に有し、前記部品収容ケースおよび前記複数の電池セルがその上面に固定されることで、その第２部分ダクトと前記第１部分ダクトとの間およびその第２部分ダクトとその複数の電池セルとの間にその電池セルを冷却するための空気を導入する空気流通ダクトを形成し、(c) 前記ロアーケースには、そのロアーケースに固定された前記複数の電池セルを覆い、且つその複数の電池セル間の隙間を通過した前記空気を排出するための空間をその複数の電池セルの上面との間に形成する電池カバーが固定されているので、前記部品収容ケースに形成された第１部分ダクトと、前記ロアーケースに形成された第２部分ダクトとを用いて空気流通ダクトが形成されるので、空気流通ダクトを形成するためにのみ用いられる部品が必要なくなることから、部品数をさらに削減することができる。
【００１１】
【発明の好適な実施の形態】
以下、本発明の好適な実施の形態について図面を参照しつつ詳細に説明する。図２は、本発明が適用された電源装置３０を示す斜視図である。図２の電源装置３０は、平板状の複数個（たとえば３０個）の電池モジュール１２がその厚み方向に積層されて電池モジュール列１４とされ、且つ、それぞれの電池モジュール１２が本実施例において固定基材として機能するロアーケース３２に固定されることにより一体化されて組バッテリー３４が形成されている。そして、その組バッテリー３４が電池カバー３６により覆われている。上記電池モジュール１２は、たとえばニッケル水素電池などの二次電池を構成するための電解質および電極をそれぞれ収容した図示しない電池セルを、一個或いは複数個（たとえば６個）内部に備えて構成されている。なお、この電源装置３０の図示しない車両における載置位置は、たとえば、車室内において後部座席の後側であって長手方向が車両の幅方向となる位置である。また、組バッテリー３４の交換作業は、車両から電源装置３０を一体的に取り外して行なう。
【００１２】
電源装置３０の長手方向の一方の端には、電気制御回路モジュール３７が組バッテリー３４に隣接するように配置されている。この電気制御回路モジュール３７は、部品固定部材として機能する部品収容ケース３８内に複数の電気制御回路部品４０が固定されることにより、それら複数の電気制御回路部品４０が一体化されたものである。図３は、電源装置３０の電気制御回路モジュール３７部分を拡大して示す図であって、図３（ａ）は平面図、図３（ｂ）は側面図である。図３に示すように、部品収容ケース３８内には、バッテリーコンピューター４２、第１リレー４３、第２リレー４４、第３リレー４５、電流センサ４６、レジスター４７、およびサービスプラグ４８等の電気制御回路部品４０が収容されている。なお、これらの電気制御回路部品４０は、ボルト等により部品収容ケース３８に固定されている。
【００１３】
上記バッテリーコンピューター４２は、部品収容ケース３８内において電流センサ４６と接続されることにより組バッテリー３４の電流を検出し、充放電電流の積算などから組バッテリー３４の充電状態を管理する。また、バッテリーコンピューター４２は、図示しない電圧検出線により組バッテリー３４と接続されて組バッテリー３４の総電圧を検出するとともに、その電圧などから組バッテリー３４が異常であるか否かを監視する。上記３つのリレー４３、４４、４５は、高電圧回路の電源の接続・遮断を行なうものであり、上記サービスプラグ４８は、点検整備時に取り外すことで、組バッテリー３４の中間位置で高電圧を遮断し、作業安全性を確保するものである。
【００１４】
図４は、上記電気制御回路部品４０のうち、第１リレー４３、第２リレー４４、第３リレー４５、電流センサ４６、レジスター４７、およびサービスプラグ４８の回路構成を示す図である。図４において、３４ａは組バッテリー３４の一方の端の電池モジュール１２から積層方向の中央の電池モジュール１２までの第１バッテリー列を表し、３４ｂは残りのバッテリー列すなわち第２バッテリー列を表す。
【００１５】
図４の第１バッテリー列３４ａおよび第２バッテリー列３４ｂが示すように、組バッテリー３４は、直列に接続されており、第１中間ケーブル５０ａにより第１バッテリー列３４ａとサービスプラグ４８とが接続され、第２中間ケーブル５０ｂによりサービスプラグ４８と第２バッテリー列３４ｂとが高圧ヒューズ５２を介して接続されている。また、第１バッテリー列３４ａの第１中間ケーブル５０ａが接続されている側とは反対側の端は第１主ケーブル５４ａにより第１リレー４３および第２リレー４４と接続され、第２バッテリー列３４ｂの第２中間ケーブル５０ｂが接続されている側とは反対側の端は第２主ケーブル５４ｂにより電流センサ４６と接続され、その電流センサ４６は第３リレー４５と接続されている。
【００１６】
図５および図６は、前記部品収容ケース３８を示す図であって、図５は部品収容ケース３８の斜視図であり、図６は平面図である。部品収容ケース３８は、一枚の金属板材からプレス加工されたものである。部品収容ケース３８は、矩形状の底板部３８ａと、その底板部３８ａの一対の短辺から垂直に立ち上がる一対の側壁部３８ｂ、３８ｃと、底板部３８ａの一方の長辺から垂直に立ち上がる前壁部３８ｄとを備えている。それら底板部３８ａ、側壁部３８ｂ、３８ｃ、および前壁部３８ｄにより部品収容室５６が形成され、前記第１リレー４３、第２リレー４４、第３リレー４５等は、底板部３８ａの部品収容室５６側の面に固定される。
【００１７】
部品収容ケース３８の前壁部３８ｄには、下辺５８すなわち底板部３８ａ側の辺の長手方向略中央に略矩形の切欠６０が設けられている。底板部３８ａは、長手方向略中央が部品収容室５６側に突き出すように構成されることにより、部品収容室５６とは反対側に溝６２が形成されている。この溝６２は底板部３８ａの幅方向に貫通し、前壁部３８ｄとは反対側の端ほど底板部３８ａの長手方向における長さが長くなっている。また、溝６２の前壁部３８ｄ側の端は前記切欠６０と衝合する形状とされており、他方の端には部品収容室５６側に突き出す３つの凸部６４が形成されている。この溝６２は後述する第２部分ダクト８０と対を成して空気流通ダクト（空気流通管）を形成するので、溝６２が第１部分ダクト（空気流通ダクトの上側部分）として機能する。
【００１８】
部品収容ケース３８の側壁部３８ｃには、その下部であって前壁部３８ｄとは反対側の端に、外側に突き出す側突板部６６が固設されている。また、底板部３８ａには、部品収容ケース３８を前記ロアーケース３２に固定させるための図示しないボルトが挿通される４つの貫通穴６８ａ、６８ｂ、６８ｃ、６８ｄが設けられており、上記側突板部６６にも、部品収容ケース３８を前記ロアーケース３２に固定させるための図示ボルトが挿通される貫通穴６８ｅが設けられている。なお、図５は、底板部３８ａの貫通穴６８ａ、６８ｂ、６８ｃ、６８ｄは省略してある。
【００１９】
図７は、ロアーケース３２の斜視図である。ロアーケース３２は、一枚の金属板材からプレス加工されたものである。ロアーケース３２は、下底板部７０と、その下底板部７０の両側部からその下底板部７０に対して略垂直に立ち上がる一対の内側壁部７２と、その一対の内側壁部７２から外側に向かうとともに前記下底板部７０と平行な一対の支持壁部７４と、その支持壁部７４から垂直方向下側へ向かうとともに前記内側壁部７２と平行な一対の外側壁部７６と、その一対の外側壁部７６から外側に向かう載置板部７８とから成る。
【００２０】
上記下底板部７０は、矩形状の平板部７０ａと、その平板部７０ａの長手方向の一方の端に設けられ平板部７０ａから離れるほどその平板部７０ａに対して僅かに上方に傾斜するとともに幅方向長さが短くなる台形部７０ｂと、その台形部７０ｂの前記平板部７０ａとは反対側の端に設けられ前記平板部７０ａと略平行な小矩形部７０ｃとからなる。また、前記内側壁部７２は、下底板部７０の平板部７０ａの両側部から垂直に立ち上がる第１内側壁部７２ａと、下底板部７０の台形部７０ｂの両側部から垂直に立ち上がり下辺が下底板部７０の小矩形部７０ｃ側ほど上方となる第２内側壁部７２ｂと、下底板部７０の小矩形部７０ｃの両側部から垂直に立ち上がる第３内側壁部７２ｃとからなる。
【００２１】
上記下底板部７０の台形部７０ｂと小矩形部７０ｃとを合わせた部分の平面視形状は、前記溝６２の平面視形状と同一であり、その台形部７０ｂと小矩形部７０ｃ、および内側壁部７２の第２内側壁部７２ｂと第３内側壁部７２ｃにより第２部分ダクト８０すなわち空気流通ダクトの下側部分が形成されている。
【００２２】
前記一対の支持壁部７４は複数の電池モジュール１２がその厚み方向に積層された状態で載置される部分であり、支持壁部７４には、内側壁部７２の第１内側壁部７２ａから外側に向かう部分に、電池モジュール１２を固定するための図示しないボルトが挿通させられる電池固定穴８２が長手方向に一定間隔で設けられている。さらに、その一対の支持壁部７４には、前記内側壁部７２の先端部（すなわち第２内側壁部７２ｂおよび第３内側壁部７２ｃから外側に向かう部分）に、４つのケース固定穴８４ａ、８４ｂ、８４ｃ、８４ｄが設けられている。ケース固定穴８４ｂには、スタッドボルト（植込ボルト）８５ａが予め固定されており、他の３つのケース固定穴８４ａ、８４ｃ、８４ｄにも前記部品収容ケース３８を固定するための図示しないボルトが挿通させられる。
【００２３】
前記一対の載置板部７８は、その上に前記電池カバー３６が載置される部分である。また、一対の載置板部７８の一方には、その先端側すなわち前記下底板部７０の小矩形部７０ｃ側に、スタッドボルト８５ｂが予め固定されたケース固定穴８４ｅが設けられている。支持壁部７４に設けられた４つのケース固定穴８４ａ、８４ｂ、８４ｃ、８４ｄおよび載置板部７８に設けられたケース固定穴８４ｅは、部品収容ケース３８が所定の固定位置に位置させられた場合に、その部品収容ケース３８に設けられた貫通穴６８ａ、６８ｂ、６８ｃ、６８ｄ、６８ｅとそれぞれ一致する位置に設けられている。また、前記ケース固定穴８４ｂ，ｅにスタッドボルト８５ａ，ｂが予め固定されているので、部品収容ケース３８の貫通穴６８ｂ，ｅにそのスタッドボルト８５ａ，ｂを挿通することで、ロアーケース３２に対する部品収容ケース３８の位置を簡単に決定することができる。
【００２４】
図８は、送風ファン８６および空気排出ダクト８８が接続された状態で、前記電源装置３０を長手方向に平行な垂直断面で切断した断面図である。本実施例の電源装置３０は、図８に示すように、部品収容ケース３８の溝６２とロアーケース３２の第２部分ダクト８０とが係合させられて形成された空気流通ダクトの開口に送風ファン８６が接続され、電池カバー３６の前記部品収容ケース３８側の端において、その電池カバー３６の下方に形成された空間に空気排出ダクト８８が接続される。送風ファン８６により導入された冷却空気は、図５、図７および図８に一点鎖線で例示するように前記空気流通ダクトに導入され、さらに、図８に一点鎖線で例示するように、その空気流通ダクトから電池モジュール１２の下方へと導入され、隣接する電池モジュール１２の間に設けられた隙間を通って電池モジュール１２の上方へと流通し、電池モジュール１２の上方から空気排出ダクト８８を通って排出される。
【００２５】
図４において説明したように、第１リレー４３、第２リレー４４、第３リレー４５と組バッテリー３４との間は、第１主ケーブル５４ａおよび第２主ケーブル５４ｂにより接続されており、サービスプラグ４８と組バッテリー３４との間は、第１中間ケーブル５０ａおよび第２中間ケーブル５０ｂにより接続されている。また、バッテリーコンピューター４２と組バッテリー３４との間は図示しない電圧検出線により接続されている。すなわち、電気制御回路モジュール３７と組バッテリー３４との間を接続するケーブルは、第１中間ケーブル５０ａ、第２中間ケーブル５０ｂ、第１主ケーブル５４ａ、第２主ケーブル５４ｂ、および図示しない電圧検出線である。従って、第１中間ケーブル５０ａ、第２中間ケーブル５０ｂ、第１主ケーブル５４ａ、第２主ケーブル５４ｂ、および前記電圧検出線のバッテリーコンピュータ４２側の端子（または組バッテリー３４側の端子）を外した後で、部品収容ケース３８の貫通穴６８ａ、６８ｃ、６８ｄとロアーケース３２のケース固定穴８４ａ、８４ｃ、８４ｄとを挿通する図示しない３つのボルトおよびケース固定穴８４ｂ，ｅに固定されているスタッドボルト８５ａ，ｂに嵌め入れられた図示しないナットを取り外すことにより、部品収容ケース３８内に電気制御回路部品４０が取り付けられたまま、その部品収容ケース３８を電源装置３０から取り外すことができる。
【００２６】
上述のように、本実施例によれば、組バッテリー３４を交換する場合、電源装置３０を車両から取り外した後、その電源装置３０から電気制御回路モジュール３７を取り外し、その電気制御回路モジュール３７を新しい組バッテリー３４に接続するだけでよいので、作業時間が短縮できる。また、電気制御回路モジュール３７が構成されていることにより、電気制御回路部品４０と組バッテリー３４との間の接続箇所が少なくなるので、組バッテリー３４の交換時の回路接続し忘れや接触不良を未然に防ぐことができる。さらに、電気制御回路部品４０が電気制御回路モジュール３７として電源装置３０から単独で取り外しできるため、電気制御回路部品４０および組バッテリー３４がそれぞれ単独で検査でき、メンテナンス性が向上する。
【００２７】
また、本実施例によれば、部品収容ケース３８が前記空気流通ダクトの一部分を構成し、部品収容ケース３８と前記空気流通ダクトを構成する部品が共有化されるので、部品数を削減することができる。
【００２８】
また、本実施例によれば、部品収容ケース３８に形成された溝６２と、ロアーケース３２に形成された第２部分ダクト８０とにより前記空気流通ダクトが形成されるので、空気流通ダクトを形成するためにのみ用いられる部品が必要なくなることから、部品数をさらに削減することができる。
【００２９】
以上、本発明の一実施例を図面に基づいて説明したが、本発明は他の態様においても適用される。
【００３０】
たとえば、前述の実施例では、箱型の部品収容ケース３８が部品固定部材として用いられていたが、部品固定部材は板状であってもよい。
【００３１】
また、前述の実施例では、ロアーケース３２に第２部分ダクト８０が形成されていた。すなわち、ロアーケース３２に第２部分ダクト８０が一体的に構成されていたが、第２部分ダクト８０がロアーケース３２とは独立した部品として設けられていてもよい。
【００３２】
また、前述の実施例では、第１部分ダクトとして機能する部品収容ケース３８の溝６０と、ロアーケース３２の第２部分ダクト８０により形成される前記空気流通ダクトは、電池モジュール１２に冷却空気を導入する側のダクトであったが、たとえば、前記空気排出ダクト８８が配置されている部分に前記送風ファン８６が接続されて、前述の実施例とは逆方向に冷却空気が流通させられる場合など、第１部分ダクトと第２部分ダクトとにより形成される空気流通ダクトは、空気排出側のダクトであってもよい。
【００３３】
また、前述の実施例の電池モジュール１２は平板状であっが、丸型の電池モジュールが用いられてもよい。
【００３４】
以上、本発明の実施例を図面に基づいて詳細に説明したが、これはあくまでも一実施形態であり、本発明は当業者の知識に基づいて種々の変更、改良を加えた態様で実施することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来の電源装置の一例を示す斜視図である。
【図２】本発明が適用された電源装置を示す斜視図である。
【図３】図２の電源装置の電気制御回路モジュール部分を拡大して示す図であって、（ａ）は平面図、（ｂ）は側面図である。
【図４】図２の電気制御回路部品のうち、第１リレー、第２リレー、第３リレー、電流センサ、レジスター、およびサービスプラグの回路構成を示す図である。
【図５】図２の部品収容ケースの斜視図である。
【図６】図２の部品収容ケースの平面図である。
【図７】図２のロアーケースの斜視図である。
【図８】送風ファンおよび空気排出ダクトが接続された状態で、図２の電源装置を長手方向に平行な垂直断面で切断した断面図である。
【符号の説明】
１２：電池モジュール
３０：電源装置
３２：ロアーケース（固定基材）
３４：組バッテリー
３７：電気制御回路モジュール
３８：部品収容ケース（部品固定部材）
４０：電気制御回路部品
６２：第１部分ダクト
８０：第２部分ダクト

Claims

複数の電池セルから成る組バッテリーと、該電池セルの制御に関連する複数の異なる電気制御回路部品を収容する部品収容ケースを有する電気制御回路モジュールとが、相互に隣接した状態で長手状のロアーケース上にそれぞれ着脱可能に固定され、該ロアーケースは車両から一体的に取り外し可能な車両用電源装置であって、
前記部品収容ケースは、前記ロアーケースから離れる方向に凹む第１部分ダクトを底面に有し、
前記ロアーケースは、幅方向の中央部が凹んだ形状の長手方向の第２部分ダクトとを上面に有し、前記部品収容ケースおよび前記複数の電池セルが該上面に固定されることで、該第２部分ダクトと前記第１部分ダクトとの間および該第２部分ダクトと該複数の電池セルとの間に該電池セルを冷却するための空気を導入する空気流通ダクトを形成し、
前記ロアーケースには、該ロアーケースに固定された前記複数の電池セルを覆い、且つ該複数の電池セル間の隙間を通過した前記空気を排出するための空間を該複数の電池セルの上面との間に形成する電池カバーが固定されていることを特徴とする車両用電源装置。