JP5133330B2

JP5133330B2 - 車両用バッテリユニット

Info

Publication number: JP5133330B2
Application number: JP2009274510A
Authority: JP
Inventors: 康一山本
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2009-12-02
Filing date: 2009-12-02
Publication date: 2013-01-30
Anticipated expiration: 2029-12-02
Also published as: JP2011119102A

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。

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。

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。

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。

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。

特開２００８−５４４１６号公報

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。

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。

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。

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、前記ハウジングの内部に配設され、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。

組電池は、角形形状を有する複数の電池が互いに接触して積層され、前記複数の電池が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上方に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一方、前記複数の電池の前記均等化回路が設けられる上面とは異なる面である側面には、各電池から端子が突出し、且つ、前記端子同士が前記側面に配置された端子接続部材により電気的に接続されている。そして、ハウジングでは、冷却風導入口の少なくとも一部は、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、均等化回路よりも上方に位置している。

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。

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。

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。

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。

本発明の実施形態に係る車両用バッテリユニットが組み込まれる電気自動車の概略説明図である。前記バッテリユニットの側面説明図である。前記バッテリユニットの斜視説明図である。前記バッテリユニットを構成する組電池の斜視説明図である。前記バッテリユニットを構成する均等化回路の説明図である。

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。

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）。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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

Claims

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であって、
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、
前記ハウジングの内部に配設され、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、
前記組電池は、角形形状を有する前記複数の電池が互いに接触して積層され、前記複数の電池が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上方に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一方、
前記複数の電池の前記均等化回路が設けられる上面とは異なる面である側面には、各電池から端子が突出し、且つ、前記端子同士が前記側面に配置された端子接続部材により電気的に接続され、
前記ハウジングでは、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。
請求項１記載の車両用バッテリユニットにおいて、前記ハウジングは、略立方体形状を有し、前記均等化回路の上方に延在する内壁上面は、前記冷却風導入口から前記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を特徴とする車両用バッテリユニット。
請求項１又は２記載の車両用バッテリユニットにおいて、前記ハウジングの内部には、前記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、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。