CN1217442C - 汽车用电池电源装置 - Google Patents

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Abstract

一种汽车用电池电源装置，设有：将作为蓄电池的多个单电池(7)串联形成的多个电池模块(9)串联后容纳的电池组件(8)、对该电池组件(8)进行强制风冷以将电池模块(9)保持在恰当温度的送风机(5)、根据测量电压、电流、温度的传感器等的检测数据而控制送风机(5)同时将检测数据及SOC的数据向外部输出的电池ECU(2)、装有异常时将充放电电路切断的继电器(86)和防冲击电流用电阻(88)及电流传感器(87)等的充放电电路单元(3)，可以维持在无过充电或过放电的恰当工作状态。

Description

汽车用电池电源装置
本案是申请日为1998年10月5日、申请号为98801452.1(国际申请号为PCT/JP98/04506)、名称为“电池电源装置”的发明专利申请的分案申请。
技术领域
本发明涉及一种汽车用电池电源装置，在作为单电池集合体的电池组件中设有将该电池组件控制在恰当工作状态的装置。
背景技术
已知一种这样的电池电源装置，是将作为蓄电池的多个单电池电气性且机械性地串联后构成电池模块，将该电池模块按所需数量装于支架盒内串联，以得到所需的输出电压，且能自由地充放电。
然而，在将上述结构的电池电源装置装在电动汽车或混合型汽车上时，就会处于过于严酷的使用状态，因此要求对电池的温度和充放电等进行控制，以维持恰当的工作状态。为了满足这一要求，必须对电池电源的温度和电压等进行检测，以把握电池电源自身的状态，同时要向使用电池电源的外部装置报告检测的温度、电压、电流及显示相对25℃时的电池容量所贮存的电气量的SOC(State of Charge)等电池电源工作状态的数据。
本发明的目的在于提供一种设有对电池工作状态进行检测的传感器装置、发生异常时的控制装置、及将工作状态向外部报告的报告装置等的汽车用电池电源装置。
发明的公开
为了实现上述目的，本发明第1方案是一种汽车用电池电源装置，其特点是，装载于具有电动机及发电机且将前述电动机作为行驶动力的汽车上，是将作为蓄电池的多个单电池电气性且机械性地串联后形成电池模块，将多个电池模块立体地并联保持在支架盒内，同时将多个电池模块电气性串联构成电池组件，并将该电池组件的正负两极与前述汽车连接，同时具有强制地使制冷剂在该电池组件内流动的冷却装置，还具有对设定在前述电池组件内的多个位置上的电压进行检测的电压检测装置、对电池组件的充放电电流进行检测的电流传感器、对设定在前述电池组件内的多个位置上的温度进行检测的温度检测装置、根据各检测装置检测的电压、电流、温度算出充电状态SOC的电池容量判定装置、将电池组件的工作状态数据输出到前述汽车的车辆控制装置的电池状态传递装置、对前述电池组件与汽车之间的连接电路进行开闭的继电器。
采用上述结构时，通过将该电池电源装置装载于设有电动机及发电机的汽车上，并将电池组件的工作状态数据从电池状态传递装置输出到车辆控制装置，车辆控制装置就可对电动机及发电机的工作进行控制，在使电池组件维持恰当工作状态的前提下使用电池电力。
另外，在从各检测数据检测到异常情况时，继电器就将电池电源装置的连接切断，故可以防止异常情况导致的电池电源装置及车辆的损坏。
上述结构的电池状态传递装置采用将各检测装置检测的电池组件异常状态输出到车辆控制装置的结构，使车辆控制装置得知电池组件的异常状态，采取相应的控制。
另外，继电器采用发生异常时用车辆控制装置将电池组件与汽车之间的连接电路切断的结构，在车辆控制装置得知异常状态时就切断与电池电源装置的连接，能够迅速地应付异常情况。
对附图的简单说明
图1是表示电池电源装置整体结构的立体图。
图2是表示将电池电源装置装载于汽车上的状态的示意侧视图。
图3是表示电池组件的结构的立体图。
图4A是表示电池模块的主视图，图4B是其左侧视图，图4C是其右侧视图。
图5是用虚线表示外装管的电池模块的立体图。
图6是表示电池模块主要部分的局部切除剖视图。
图7是电池支架的分解立体图。
图8是电池支架的剖视图。
图9是电池支架主要部分的放大剖视图。
图10是从内侧面一侧看第1端面板的主视图。
图11A是图10的A-A线放大剖视图，图11B是其主视图。
图12是图10的B-B线放大剖视图。
图13是从外面一侧看第2端面板的主视图。
图14是图13的C-C线放大剖视图。
图15是表示电池模块连接状态的连接图。
图16是将电池电源装置装载在混合型汽车上后的系统结构图。
图17是表示异常温度检测传感器连接状态的连接图。
图18是表示充放电电路单元结构的电路图。
图19是表示冷却结构的剖视图。
图20是表示冷却调节散热片又一实施形态的剖视图。
图21是表示冷却结构的立体图。
实施发明的最佳形态
以下结合附图说明本发明一实施形态，以有助于理解本发明。本实施形态的电池电源装置用于将内燃机关与电池驱动电动机组合后得到行驶动力的混合型汽车上的电池电源装置。
如图1所示，电池电源装置1具有：由按所需数量容纳多个单电池串联而成的电池模块的2个电池支架6、6构成的电池组件8、对该电池组件8内的单电池进行冷却用的送风机(冷却装置)5、容纳继电器和电流传感器等的充放电电路单元3、对电池组件8的电池容量状态进行检测同时输出工作状态数据的电池ECU(电池容量判定装置/电池状态传递装置)2，它们均装入外壳4内。该电池电源装置1如图2所示，设置在混合型汽车80的后部座位82与行李舱83之间设定的空间内，向在发动机舱81内与发动机构成一体的电动机输出驱动电力，并被输入来自发电机的充电电力。
如图3所示，前述电池组件8是把6个镍氢蓄电池7串联构成的电池模块9譬如20个一组地装入支架盒10内作为电池支架6、6，电池支架6输出电压144V的电力，2个电池支架6和6串联后可作为电池组件8供给输出电压为288V的电力。
前述电池模块9如图4、图5、图6所示，是通过金属制的连接环50用点焊S将各单电池7之间串联形成的。该电池模块9的正电极端如图4B所示，具有基座部11a的四角螺帽11点焊在正电极端的单电池7上所安装的前述连接环50上。另外，电池模块9的负电极端如图4C所示，具有基座部12a的六角螺帽12点焊在负电极端的单电池7上所安装的前述连接环50上。前述四角螺帽11的对边间尺寸与前述六角螺帽12的对边间尺寸相同，只有与上述螺帽11、12形状一致的螺帽才能与后述的四角形保持凹部30a和六角形保持凹部30b嵌合，可防止电池极性的错误连接。另外，在单电池7之间的连接部，为了防止同一电池上正电极与负电极之间短路，夹装有树脂制的绝缘环13a、13b。该绝缘环13a、13b有2种不同外径，在共计6个绝缘环13a、13b中，用13b表示外径较大的2个。
另外，在构成电池模块9的单电池7的圆周侧面连接着在规定的临界温度下电阻值会发生剧烈变化的温度检测元件、譬如Polyswitch之类异常温度传感器14，并用连接线15串联，从电池模块9的两端凸出安装着可弯曲的其两端的由金属板构成的端子片16、16。由于在各个单电池7上设有该异常温度传感器14，故可以检测单电池7异常升温的状态。
如图5所示，在组成电池模块9之后还用氯乙烯等具有电气绝缘性及热收缩性的外装管17将前述异常温度传感器14及其连接线15与单电池7一同包覆在内。成为前述正电极的四角螺帽11、成为前述负电极的六角螺帽12及两个端子片16、16从外装管17中露出。
容纳该电池模块9的支架盒10如图3、图7、图8所示，主要由盒主体18、第1端面板19、第2端面板20、3块冷却散热片板21、21、21及2块防振橡胶片22、22构成。
盒主体18为形成上下两面敞开的长方盒状的树脂一体成形品，在构成4块垂直壁的两端壁23、23及两侧壁24、24的内部形成的空间26被与两端壁23、23平行的2块分隔壁25、25大致平均地分隔成3个空间26a、26b、26c。在靠近第2端面板20的第1分隔空间26a、中央的第2分隔空间26b、靠近第1端面板19的第3分隔空间26c各自的中央部，分别从上方插入冷却散热片板21，并与两端壁23、23平行地固定在盒主体18上。
在端壁23、23、分隔壁25、25及冷却散热片板21、21、21的同一对应位置上，设有横向(水平方向)3排、纵向(垂直方向)7排共计21个供电池模块9贯穿用的贯穿孔23a、25a、21a，其直径大于电池模块9的外径。
在盒主体18的一端部，第1端面板19利用4个角上的小螺钉孔70用小螺钉固定在端壁23上。另外，在盒主体18的端壁23的周围形成边框部27，供第1端板19嵌入其中。在盒主体18的另一端部，第2端面板20可接可离地保持在端壁23上。即，第2端面板20可移动地嵌合保持在盒主体18的另一端部形成的边框部27内。
第1端面板19如图7～图12所示，母线28以插入成形的方式埋入固定在树脂板中，在树脂板的内侧面29设有将电池模块9的正电极端的四角螺帽11嵌合保持的四角形保持凹部30a及将电池模块9的负电极端的六角螺帽12嵌合保持的六角形保持凹部30b。这些保持凹部30a、30b设在与前述贯穿孔23a、25a、21a对应的位置上，是横向3排、纵向7排，共计21个，如图10所示，相邻的一方为正极端的四角形保持凹部30a，另一方为负极端的六角形保持凹部30b，2种保持凹部30a、30b交替排列。
由于各保持凹部30a、30b形成可与电池模块9的电极端螺帽11、12嵌合的形状，故正电极端的四角螺帽11只能保持在四角形的保持凹部30a中，负电极端的六角螺帽12只能保持在六角形的保持凹部30b中，故可以防止正负电极端位置错误的情况发生。
在第1端面板19的外侧面31上，在与前述保持凹部30a、30b对应的位置上形成共计21个连结用凹部32a、32b，它们的形状有四角形的和六角形的2种，四角形的连结用凹部32a与前述四角形的保持凹部30a形状相同，六角形的连结用凹部32b与前述六角形的保持凹部30b形状相同。而且如图10所示，六角形的连结用凹部32b设在四角形的保持凹部30a的背面，四角形的连结用凹部32a设在六角形的保持凹部30b的背面。之所以采用这种结构，是为了使构成图3所示的电池组件8的左右一对电池支架6、6各自的端面板19、19能够共用相同的端面板。在用于左侧的电池支架6时，第1端面板19在上述的状态下装入盒主体18内，而在用于右侧的电池支架6时，第1端板19内外面反转地安装在盒主体18上，以将与前述连结用凹部32a、32b相当的部分作为保持凹部30a、30b使用。
将电池模块9的端子之间进行电气连接的金属制母线28以插入成形方式埋设固定在第1端面板19的厚度方向中央位置，在被前述保持凹部30a、30b及连结用凹部32a、32b包围的部分，母线28向外部露出，在该露出部分的中心形成贯通孔33。电池模块9两端部的螺帽11、12在嵌合保持于前述保持凹部30a、30b的状态下与从连结用凹部32a、32b一侧穿过前述贯通孔33而插入的螺栓34螺纹结合并将螺栓34紧固，这样将螺帽11、12分别与母线28电气性且机械性地结合。
第2端面板20如图8、图13、图14所示，与第1端面板19同样，是由树脂板构成的，同时母线28通过插入成形而埋设于树脂板中，在其内侧面29上设有保持凹部30a、30b，在其外侧面31上设有连结用凹部32a、32b，与第1端面板19同样，各电池模块9的两端部的螺帽11、12用螺栓34与母线28电气性且机械性地结合。不言而喻，在与第1端面板19的四角形保持凹部30a相对的位置上设置第2端板20的六角形保持凹部30b，在与第1端面板19的六角形保持凹部30b相对的位置上设置第2端板20的四角形保持凹部30a。
如上所述，在电池支架6上可以容纳21个电池模块9，但本实施形态如前所述，是将电池组件8的输出电压设定为288V，故在电池支架6上容纳20个电池模块9，电池支架6的输出压电为144V，左右两个电池支架6、6串联形成的电池组件8的输出电压为288V。即，由于单电池7的电压为1.2V，故把6个单电池串联形成的电池模块9的两端电压为7.2V，电池支架6的电压就是7.2V×20个＝144V。
容纳于电池支架6中的20个电池模块9通过设置在前述第1端面板19中的母线28及设置在前述第2端面板20中的母线28而电气性地串联。埋设固定在第1端板19中的母线28在图10中是用(1)、(3)、(5)、(7)、(9)、(11)、(13)、(15)、(17)、(19)、(21)表示的11块，埋设固定在第2端板20中的母线28在图13中是用(2)、(4)、(6)、(8)、(10)、(12)、(14)、(16)、(18)、(20)、(22)表示的11块，它们与各电池模块9之间的连接关系如图15所示。由于电池模块9如上所述有20个，故在第1端面板19上的(21)母线28与第2端面板20上的(22)母线28之间不设电池模块9，而是用代替电池模块9的短路线79进行连接。
还有，用(1)及(22)表示的母线28严格地说，应称前者(1)为负极端母线、后者(22)为正极端母线，虽然与本发明的母线概念不同，但为了便于说明本实施形态，还是称其为母线并说明如下。
用(2)～(22)表示的母线具有电气串联时与相邻的电池模块9的正电极间的接点及与负电极间的接点，并将前述相邻的电池模块9电气地串联。譬如，在图15中，用(2)表示的母线具有正电极接点2a和负电极接点2b，用(21)表示的母线具有正电极接点21a和负电极接点21b。在图15中，用1ab表示的接点成为整个电池组件8的负极端子，此处连接着动力电缆35的连接端环35a(见图7)。另外，在图15中，用22ab表示的接点成为一方电池支架6的负极端子，此处连接着与另一方电池支架6的负极端子连接的连接电缆36(见图3)的连接端部。另外，前述连接电缆36具有可挠性，即使由于电池模块9的热收缩使第2端面20发生移动，也能在两个电池支架6、6之间可靠地进行电气连接。
如上所述，将电池模块9分别以20个为一组装入各电池支架6、6构成电池组件8，为了使该电池组件8能作为混合型汽车80的电池电源稳定地工作，在电池电源装置1内部设有：(A)检测电池工作状态用的系统、(B)应付异常情况的系统、(C)应付电池发热的系统、(D)将表示电池组件8工作状态的数据输出给车辆一方用的系统。图16表示装入混合型汽车80局部的电池电源装置1的系统结构，以下对各系统(A)～(D)加以说明。
前述混合型汽车具有发动机90及电动机91、发电机92，在从电池组件8得到电动机91的旋转动力的同时，利用发动机90及制动时的再生能量使发电机92旋转，并将该电力供给电池组件。该控制是根据来自电池ECU2的表示电池工作状态的数据而由车辆控制ECU(车辆控制装置)84来实行，使电池组件8保持在恰当工作状态。
(A)电池工作状态的检测
电池的工作状态是对电池组件8的总电压、2个电池模块9单位的单元电压、电池组件8的充放电电流、电池模块单位的温度、对电池组件8进行风冷的空气温度(制冷剂温度)进行检测，并将各检测数据输入到电池ECU2，以从电压、电流、温度的检测值中算出相对电池容量贮存的电气量、即SOC，并实行放电及充电，以维持在恰当的SOC范围内，这样来控制在无过放电或过充电的恰当状态。
关于前述电池组件8的总电压，不言而喻，是指电池组件8的正、负两极间的电压，对从各电池支架6、6引出的正、负极的各动力电线35、35间的电压进行测量。
关于电池模块9单位的电压，本实施形态是对2个电池模块9、9之间各端子间的电压进行测量。其结构如图10、图11、图12所示，在第1端面板19上，将测量2个电池模块9、9单位的端子间电压用的引线37通过插入成形埋设于树脂板内。
这样从母线28引出的引线37如图15中点划线所示，与前述用(1)、(3)、(5)、(7)、(9)、(11)、(13)、(15)、(17)、(19)、(21)表示的各母线28连接，形成譬如可测量(1)和(3)母线间的电压V1·3或(19)和(21)母线间的电压V19·21的结构。前述电压V1·3表示在(1)母线和(3)母线之间电气性串联的2个电池模块9、9，换言之，表示串联的12个单电池7的电压，图15中所示的电压V3·5、V5·7、……V19·21也同样表示2个电池模块9、9之间的电压。这些引线37如图7所示，用多芯平行电缆38从第1端面板19引出，并输入到电池ECU2，测量2个电池模块9、9间的端子电压。
通过对电池模块9单位进行的电压测量，当检测到电压异常情况时，就是对应的2个电池模块9、9上的12个单电池7中的至少1个发生了某种异常，故可相应地限定在较小的范围内进行检测。
另外，对电池模块9单位的电压测量可以用于从后述的充放电电流及电池模块9单位的温度检测得到的各检测值算出电池模块9单位的SOC。
对电池组件8的放电及充电电流的检测如图16所示，是通过设置在电池组件8和继电器86之间的充放电电路上的电流传感器87来检测的。该电流传感器87容纳于图1所示的充放电电路单元3内，使来自与同样容纳于充放电电路单元3内的继电器86连接的电池组件8的动力电缆35贯穿电流传感器87内，以此来检测放电及充电电流。用该电流传感器87检测的充电及放电电流被输入到电池ECU2。
然后是电池温度的检测，采用可以检测各单电池7的温度异常、检测电池模块9单位的温度、检测用送风机5对电池组件8进行风冷的空气温度的结构。
前述对各单电池7的温度异常的检测如图4、图5所示，是利用形成电池模块9时安装在每个单电池7上的异常温度传感器14来检测的。
在第1端面板19上，如图7、图10、图12所示，端子片16将6个前述的异常温度传感器14串联的连接线15从电池模块9的两端引出，连接端子片16用的保持片43通过插入成形固定在树脂板上。保持片43在从第1端面板19上形成的贯通开口部44露出的部分设有螺纹孔45，将端子片16插入贯通开口部44后弯曲，如图12所示，用小螺钉46将端子片16与保持片43电气地且机械地连接。保持片43在两端部设有2个螺纹孔45、45，将相邻的电池模块9的端子片16连接。不过，图10中用P表示的保持片43只有1个螺纹孔45，只作为一方的端子发挥作用。
其结构如图13所示，在第2端面板20上也将同样的保持片43通过插入成形固定在树脂板上。该第2端面板20的保持片43也在两端部设有2个螺纹孔，将相邻的电池模块9的端子片16连接。不过，图13中用Q表示的保持片43只有1个螺纹孔45，只作为另一方的端子发挥作用。
通过用前述保持片43将安装在各电池模块9上的相邻的端子片16之间连接，使设置在电池支架6上的全部120个单电池7上安装的异常温度传感器14串联，成为图17所示的状态。在用P表示的保持片43和用Q表示的保持片43上，如图3所示，分别连接着外部引出线47、48而引出到外部，并输入到电池ECU2。
每个单电池7的温度异常检测结构由于是两个电池支架6、6相同的结构，且与电池ECU2连接，故各电池支架6上的120个单电池7中即使只有1个异常升温，安装在该单电池7上的异常温度传感器14的电阻值也会急剧增大，故用电池ECU2可检测到与正常时不同的电阻值，检测出单电池7的异常。
该结构通过从各电池支架6分别引出2根外部引出线47、48的简单结构，就可以检测到电池组件8容纳的240个单电池7的异常情况。
其次，电池模块9单位的温度检测如图19所示，在各个电池支架6、6上排列横3排、纵7排的电池模块9，在从冷却气流上游起的第1层、第3层、第5层和第7层的中央的电池模块9上分别安装区段温度传感器93a、93b、93c、93d，对各电池模块9的温度进行检测。未安装区段温度传感器93a～93d的第2层、第4层、第6层的电池模块9的温度可以从安装在它们上下方的区段温度传感器93a～93d检测的温度算出或是推算它们的中间值来决定电池模块9的温度。另外，即使是位于各层左右两端的电池模块9，也可以从中央的电池模块9的温度推算出近似温度。从而，可避免在容纳于电池支架6中的20个、甚至电池组件8中的40个电池模块9上全部安装温度传感器而导致成本升高和布线处理、检测温度处理等方面的浪费。
用设在该特定位置上的温度传感器来推算各电池模块9的温度的温度检测装置是将温度传感器安装在位于冷却气流的上游和下游的电池模块9上，在图19中就是安装在第1层和第7层的电池模块9上，可从各温度检测值算出温度分布的状态，可决定设置在其间的第2～第6层电池模块9的温度。
通过这样在每个电池支架6上测量2个部位的温度也能检测电池模块9单位的温度。
另外，电池支架6内的温度会随着冷却空气的流量及温度、充放电平均电力而发生变化，故也可通过预先求出这些温度变化条件导致的电池模块9的温度变化状态，对1个电池模块的温度进行检测后，与前述温度变化条件进行对照，推算出并联的其他电池模块的温度，不必在全部电池模块上设置温度传感器就可检测温度，且即使设置较少的温度检测装置，也可以对电池模块9单位检测温度。
还可如图19所示，在送风机5的空气吸入口62处安装空气温度传感器94来检测冷却空气的温度。
从上述电压、电流、温度的各检测数据算出各电池块的SOC，将在每个电池模块9上检测到的单元电压V1·3～V19·21(见图15)、从区段温度传感器93a～93d的检测值算出的各电池块的温度、用电流传感器87检测的电流分别输入到电池ECU2，从以温度为参数的电压、电流的状态算出各块的SOC。
(B)应付异常情况的系统
为了在电池电源装置1发生异常情况时能应付，设有异常时能将电池组件8的充放电电路切断的继电器86。另外，为了防止制造时或维修检查时发生异常，设有将处于带电状态的高压线路切断的串联电路切断插头(串联电路切断装置)75。
前述继电器86如图18所示，分别连接着来自电池组件8的正、负极动力电缆35、35，当发生异常时，受设置在车辆上的车辆控制ECU84的控制而工作，将充放电电路切断。
该继电器86为了开闭电路，如图18所示，设有S1～S3的3条电路的接点，在切断电路时将S1、S2、S3各接点打开，在电路连接时则将防止冲击电流用电阻器(防冲击电流装置)88所连接的接点S3和正极接点S1闭合，以防止电池组件8与车辆上的装置连接时产生过大的冲击电流。在接点S1、S3连接后，在经过规定的延迟时间后通过将闭合接点S2并打开接点S3而形成电路连接。前述继电器86及电阻器88容纳于图1所示的充放电电路单元3内。
前述串联电路切断插头75用于在电池电源装置1制造时或打开外壳4进行维修检查时，将电池的串联电路切断以解除高压电路的带电状态。在制造时通过拔掉串联电路切断插头75而将串联电路的一部分切断，完成后再将串联电路切断插头75插入，使形成电池组件8的电池串联。另外，在维修检查打开外壳4时，用设在外壳4外部的串联电路切断插头75将电池的串联电路的一部分切断以解除高压线路的带电状态。用该串联电路切断插头75切断的串联电路既可如图18所示，接在电池支架6、6之间，也可如图15的虚线所示，接在电池模块9之间。要将电池支架6、6之间切断时，将图3所示的电池支架6、6之间的连接电缆36排除，把一方电池支架6的正极输出端和另一方电池支架6的负极输出端与串联电路切断插头75连接。另外，要将电池模块9之间的连接切断时，可使图15所示的(17)母线28在第1端面板19上的开口部露出，通过后加工而将N所示的部位切断，并用导线76、77将17a、17b所示的部位和串联电路切断插头75连接。
(C)应付电池发热的系统
电池会因其温度而引起电气特性变化，故必须保持恰当的温度。因此，为了防止充放电导致的升温，冷却装置不可缺少，如图1所示，设置送风机5，将支架盒10的下方开口部作为空气导入部53，把上方开口部作为空气导入部54，利用从下方(上游一侧)流向上方(下游一侧)的强制风冷对各电池模块9进行冷却。
如图3、图7、图8、图9所示，在支架盒10上，20个电池模块9的两端固定安装于第1端面板19及第2端面板20上。另外，电池模块9从其长度方向的两端起分别在其长度的大约1/3的2个部位通过防振环51、51而支承于分隔壁25、25的贯穿孔25a中。该防振环51从防振橡胶片22的表面凸出并与之形成一体，在分隔壁25的所有贯穿孔25a中都压入防振环51，这样将其沿分隔壁25的一面安装。这两块分隔壁25、25在支架盒10内分隔出3个空间，即、从第2端面板20到第1端面板19依次为第1分隔空间26a、第2分隔空间26b、第3分隔空间26c，在各分隔空间26a、26b、26c的中央部有冷却散热片板21从上方插入并固定在盒主体18上。图8、图19表示在冷却散热片板21上形成的冷却调节散热片52(包括第1层散热片52a、第2层散热片52b、第3层散热片52c、第4层散热片52d、第5层散热片52e、第6层散热片52f、第7层散热片52g、第8层散热片52h)与有间隙地插入冷却散热片板21的贯穿孔21a的各电池模块9之间的关系。
以下以位于中央的第2分隔空间26b为例说明电池模块9的风冷结构。从冷却散热片板21的板主体部21向两个方向伸出的各冷却调节散热片如图7、图8所示，一直延伸到接近分隔壁25、25的位置，能够调节气流的流动方向及流速。如图19所示，最下层(第1层)的3个贯穿孔21a(从第1层到第7层的贯穿孔21a在图19中用①～⑦表示)①各自的下边缘周围设有圆弧状截面的第1散热片52a，控制直接与第1层电池模块9接触的空气比率。在第1层3个贯穿孔①与其上方的第2层3个贯穿孔②、第2层3个贯穿孔②与其上方的第3层的3个贯穿孔③、第3层3个贯穿孔③与其上方的第4层3个贯穿孔④的各对应贯穿孔之间的上下方向中间位置上，设有截面形状具有断开部的扁平H字形的第2层散热片52b、第3层散热片52c、第4层散热片52d。第2层散热片52b在H字形截面的两侧形成断绝部t、t，第3层散热片52c在H字形截面的中央形成断开部t1、第4层散热片52d在H字形截面的中央形成较宽的断开部t2，使直接与第2层电池模块9接触的空气比率大于第1层电池模块9，直接与第3层电池模块9接触的空气比率大于第2层电池模块9，直接与第4层电池模块9接触的空气比率大于第3层电池模块9。
在第4层3个贯穿孔④与其上方的第5层3个贯穿孔⑤之间设有由2个纵长椭圆形截面(图19所示的为中空截面，以减轻重量，当然也可以是非中空截面)的散热片和2个纵长半个椭圆形截面(可以是中空截面，也可以是非中空截面)的散热片组成的横向排列的4个散热片，构成第5层散热片52e。
位于中央的2个纵长椭圆形截面的散热片分别位于其周围的上下左右4个贯穿孔④、④、⑤、⑤的中央点上，位于两侧的2个纵长半个椭圆形截面的散热片设在对应的上下贯穿孔④、⑤的上下方向中间靠外侧的位置，同时与前述板主体部21b的侧边相接。在第5层3个贯穿孔⑤与其上方的第6层3个贯穿孔⑥之间，以及第6层3个贯穿孔⑥与其上方的第7层3个贯穿孔⑦之间也设有与第5层散热片52e形状大致相同的、位于同一位置上的4个散热片构成的第6层散热片52f以及第7层散热片52g。在最上层(第7层)3个贯穿孔⑦的上方位置，设有形状如同将第7层散热片52g的各散热片上半部分切除、且处于与第7层散热片相同位置关系的4个散热片构成的第8层散热片52h。它们的截面积为，第6层散热片52f的各散热片截面积大于第5层散热片52e的截面积，第7层散热片52g的各散热片截面积大于第6层散热片52f的截面积。这样越往上，冷却调节散热片52e、52f、52g的截面积越大，可以使电池模块9与冷却调节散热片52之间的形成的空气流路越往上越收缩，使在第5层电池模块9周围流动的空气流速大于在第4层电池模块9周围流动的空气流速，在第6层电池模块9周围流动的空气流速大于在第5层电池模块9周围流动的空气流速，在第7层电池模块9周围流动的空气流速大于在第6层电池模块9周围流动的空气流速。这是利用了空气流速增大、则与其平方根成正比的冷却效果也增大的原理。
以上是以第2分隔空间26b为例说明电池模块9的风冷结构，第1分隔空间26a、第3分隔空间26c的风冷结构也与之相同。无论在哪个空间，都是在与从下方向上方流动的气流正交的方向多层并联的多个电池模块9中，对属于下层组的电池模块9(图19中是从第1层到第4层的电池模块)，用调节与电池模块9直接接触的空气量的遮蔽式散热片52a～52d覆盖电池模块9的下边，且从最下层(第1层)向上方渐渐地增大直接与电池模块9接触的空气量。这样，可以防止对最下层的电池模块9过度冷却，同时通过增大直接与电池模块9接触的空气量，可以弥补空气在上升过程中由于电池发热而渐渐升温所导致的冷却效果下降，可以大致均匀地对各层(第1层～第4层)电池模块9进行冷却。
对属于下层组的电池模块9进行冷却的空气如图19所示，大部分沿左右电池模块9之间形成的通路55、55以及电池模块9与侧壁24之间形成的通路56、56上升，一部分进入电池模块9后，再次在前述通路55、56合流并到达第5层电池模块9的下方。然后气流被用于对属于上层组的电池模块9(在图19中是从第5层到第7层的电池模块)进行冷却，但由于已对属于下层组的4层电池模块9进行过冷却，故空气温度已相当高，冷却效果降低。为了弥补这一点，在对属于上层组的电池模块9冷却时，将气流进行收缩，以提高电池模块9周围的空气流速。在前述各通路55、55、56、56的上方，将电池模块之间的间隔依次缩小，使之位于第5层、第6层、第7层的各电池模块9的斜下方及第7层电池模块9的斜上方，为了弥补空气随着上升而渐渐升温导致的冷却效果降低，将电池模块9周围的空气流速提高，能够对各层(第5层～第7层)的电池模块9进行大致均匀的冷却。
这样就能够对最下层到最上层的所有电池模块9都进行大致均匀的冷却，至于为了实现均匀冷却而进行的气流调节，也可譬如对下侧的3层电池模块9采用遮蔽式散热片，中间第4层电池模块9不设置散热片，对上侧的3层电池模块9采用流路收缩式散热片，这样来调节气流。
图20表示根据这一思路设计的冷却调节散热片结构。如图所示，在下侧的3层电池模块上设置遮蔽式的散热片91a、91b、91c，中间的第4层的电池模块9不设置散热片，对上侧的3层电池模块9设置流路收缩式散热片91d、91e、91f以及外侧的92d、92e、92f。
这种结构是越靠冷却空气上游一侧对冷却空气的遮蔽程度越高，而越靠下游一侧，则电池模块9与散热片之间的间隔越小，以提高空气流速，故能够实现更有效的均匀冷却。
以下对采用上述结构的在装入外壳4内的电池组件8中使冷却空气有效流动的冷却空气导入及排出结构作出说明。
如图8、图19、图21所示，在支架盒10的侧方下部设有送风机5、电动机57，其送风口58位于支架盒10的下方，从送风机5加压输送的空气通过在外壳4的下部形成的空气供给室59到达支架盒10下端的空气导入部53，然后在支架盒10内从下向上流动，将电池模块9冷却，接着从支架盒10的空气导出部54流出，然后通过在前述外壳4的上方形成的空气排出室60而从外壳4的上部侧端形成的排出口61排出到外壳4的外部。
图21表示用1台送风机5向左右的电池支架6、6加压输送冷却用空气的结构。送风机5具有左右一对多叶片风扇及送风口58、58，从空气吸入口62将车厢内的空气吸入，并从一对送风口58、58向左右的空气供给室59、59内均等地送出空气。各空气供给室59由外壳4的底板部4a、底板部4a的在图21中前侧位置竖立的前面壁4b及支架盒使10的下侧面所包围的空间构成，在与前述送风口58相对的入口63处，在前述底板部4a上竖立着将来自送风口58的空气向深处且向侧面引导的多根弯曲状整流导板64a、64b、64c。前述入口63设置在外壳4的宽度方向中央部，位于支架盒10的第1分隔空间26a的下方。前述底板4a在空气供给室59内形成向着外侧、即向着第2分隔空间26b、第3分隔空间26c一侧渐渐升高的斜坡66。另外，在斜坡65的在第2分隔空间26b与第3分隔空间26c的边界部下方位置，设有将空气向上方引导的低矮导风板67(见图8)。
从前述入口63吸入的空气通过在3块整流导板64a、64b、64c之间形成的2条空气通路，被引导到深处且引导到第2、第3分隔空间26b、26c一侧，同时其中一部分被引导到第1分隔空间26a内。为了避免这时气流自然通过前述空气通路而使引导到第1分隔空间26a内的空气量不足，在第2端面板20一侧的空气通路入口附近设有将空气向上方引导的导风板68。从前述2个空气通路出来的空气的一部分被引导到第2分隔空间26b内，其余部分被引导到第3分隔空间26c的下方。这时，为了避免引导到第2分隔空间26b内的空气量不足，设有前述导风板67。被引导到第3分隔空间26c下方的空气就被引导到第3分隔空间26c内。
如上所述，通过设置整流板64a、64b、64c、导风板67、68、斜坡65、66，可以使吸入各分隔空间26a、26b、26c的空气量大致均匀，同时防止各分隔空间26a、26b、26c中的前侧和深处吸入的空气量不均匀。还有，设置在第2分隔空间26b内的2个单电池7位于电池模块9的中央，容易受到设在第1、第3分隔空间26a和26c中的单电池7的发热影响，故与这些单电池相比，需要更多的冷却空气。因此，设计前述导风板67时，最好是能使引导到第2分隔空间26b的空气量略多于其他的分隔空间26a和26c。
前述外壳4如图8、图21所示，在其底板部4a上设有支架盒安装座部71，左右的支架盒10、10在此处用螺栓·螺帽73安装固定在其脚部72上。另外，在外壳4的周围边缘部设有安装在车辆主体上用的凸缘部74。
(D)输出电池工作状态数据用的系统
电池电源装置1向混合式车辆供给电池电力，同时从车辆上的发电机接受供给的充电电力。通过适当地实施这种充放电，可以将电池组件8维持在恰当的工作状态下。因此，电池ECU2通过向车辆上的车辆控制ECU(车辆控制装置)84输出用各传感器检测的电压、电流、温度及表示电池工作状态的SOC等数据，来调节车辆方的放电及充电电力，保持无过放电或过充电的恰当工作状态。
如图16所示，车辆控制ECU84根据检测油门开度的油门传感器或前述电池ECU2等输入的数据来对发动机90、电动机91、发电机92进行控制，以使用可得到车辆行驶驱动转矩的电池电力，同时从发电机92得到适当的电池充电电力。
这种从电池ECU2对车辆控制ECU84输出的数据是放电及充电电力的限制数据、SOC调节用的充放电所需数据、SOC、电压、温度等电池状态数据、及电池电源装置1的异常检测数据等，都作为数值化后的数字信号输出。
关于前述SOC的计算，如前所述，可以把用2个电池模块9的单位检测的块电压(V)和用电流传感器87检测的电流(I)与预先求出的根据电池温度变化状态的数据表进行对照后求出各电池块的SOC。SOC是根据贮存的电气量而变化I-V特性曲线的电池种类固有的电气特性，本实施形态中使用的镍氢电池也具有固有的电气特性。因此，预先求出I-V特性曲线根据SOC的状态及温度变化的特性曲线，将检测的电池温度上的每一规定时间(譬如100ms)所检测的电压值、电流值在对应温度的I-V特性曲线的座标上标出，并将该标点群的分布曲线与预先求出的I-V特性曲线进行比较，就可以将近似的I-V特性曲线作为SOC的状态。
当将SOC＝100％作为满充电时，如果在SOC高于80～90％的状态下再供给充电电力，就会形成过充电，使电池温度上升而损坏电池，另一方面，当在SOC低于10～20％的状态下放电，就会形成过放电，也会导致电池受损，故控制电池动作时必须避免过充电或过放电状态，维持在恰当的SOC范围内。从而，电池ECU2在算出SOC并向车辆控制ECU84输出的同时，根据SOC及电压、电流、温度的各检测数据而输出充放电电力的限制数据，限制车辆对电池电源1的使用。譬如，在将发动机90和电动机91合并用作车辆行驶的驱动源的混合式车辆上，当SOC接近满充电状态时，就利用电动机91的行驶驱动来促使放电电力增加，而当处于过放电状态时，就利用发动机90的行驶驱动来促使充电电力增加。另外，根据检测的SOC状态，输出恰当SOC范围规定值的充放电所需数据，这样通过车辆控制ECU84对发动机90、电动机91的控制来实行使SOC达到规定值的充电或放电。
另外，当电池ECU2从SOC、电压、电流、温度各检测值检测到异常状态时，就将该状态从电池ECU2输出到车辆控制ECU84，故车辆控制ECU84就实行应付异常状态的措施。譬如，在检测到电池温度异常升温时，或通过SOC判定检测到过放电状态时，车辆控制ECU84就使继电器86工作，将充放电电路切断，故可以保护电池并防止发生故障。
通过这样在电池电源装置1上设置电池ECU2，电池组件8的工作状态就得到电池ECU2和车辆方面的双重监视，故可以控制在恰当工作状态。
工业上利用的可能性
如上所述，本发明在检测电池组件多个部位的温度、电压及电流的同时，根据从各检测值算出的SOC检测电池的工作状态。将该工作状态报告使用电池电源装置的装置，以控制电池电源装置形成恰当的充放电电力。另外，由于可从各检测值检测电池组件的异常状态，故能够迅速地针对异常采取措施。从而，在将该电池电源装置作为电源使用时，可始终供给稳定的电池电力，发生异常时也能迅速对应，故本发明有助于使用电池电源装置的装置稳定工作。

Claims (5)

1.一种汽车用电池电源装置，其特征在于，装载于具有电动机(91)及发电机(92)且将所述电动机(91)作为行驶动力的汽车(80)上，将作为蓄电池的多个单电池(7)电气性且机械性地串联后形成电池模块(9)，将多个电池模块(9)立体地并联保持在支架盒(10)内，同时将多个电池模块(9)电气性串联构成电池组件(8)，并将该电池组件(8)的正负两极与所述汽车(80)连接，同时设有强制地使制冷剂在该电池组件(8)内流动的冷却装置，还具有对设定在所述电池组件(8)的多个位置上的电压进行检测的电压检测装置、对电池组件(8)的充放电电流进行检测的电流传感器(87)、对设定在所述电池组件(8)内的多个位置上的温度进行检测的温度检测装置、根据各检测装置检测的电压、电流、温度算出充电状态的电池容量判定装置、将电池组件(8)的工作状态数据输出到所述汽车(80)的车辆控制装置(84)的电池状态传递装置、对所述电池组件(8)与汽车(80)之间的连接电路进行开闭的继电器(86)。
2.根据权利要求1所述的汽车用电池电源装置，其特征在于，在继电器(86)的连接电路中设有防冲击电流用电阻器(88)。
3.根据权利要求1所述的汽车用电池电源装置，其特征在于，设置将串联的电池模块(9)的串联电路的至少1处切断的串联电路切断装置(75)。
4.根据权利要求1所述的汽车用电池电源装置，其特征在于，电池状态传递装置采用将各检测装置检测的电池组件(8)的异常状态输出到车辆控制装置(84)的结构。
5.根据权利要求1所述的汽车用电池电源装置，其特征在于，继电器(86)采用发生异常时用车辆控制装置(84)将电池组件(8)与汽车(80)之间的连接电路切断的结构。
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