(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
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。
【請求項２】
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。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【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
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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