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CN102055044A - 电池电源装置 - Google Patents

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CN102055044A CN201010500120XA CN201010500120A CN102055044A CN 102055044 A CN102055044 A CN 102055044A CN 201010500120X A CN201010500120X A CN 201010500120XA CN 201010500120 A CN201010500120 A CN 201010500120A CN 102055044 A CN102055044 A CN 102055044A
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Abstract

本发明提供电池电源装置，其能够实现与温度传感器安装相关的作业性的提高。电池电源装置(1)包括：形成有具有冷却风取入口(300)的冷却风通路的框体(3)、配置于冷却风通路的多个电池(2)、检测电池(2)的温度的温度传感器(4a)，框体部件(3a)形成有：在框体壁部形成的贯通孔(302a)、在框体壁部的外周面形成的配线铺设用的槽(330)，温度传感器(4a)具有：传感器部(401～403)，其以从框体外侧插入贯通孔(302a)的方式固定，前端部分与电池(2)的被计测部位热接触；和线束(5)，其从该传感器部的露出框体外侧的部分引出，设置于在框体壁部的外周面形成的槽(330)的内部。

Description

电池电源装置
技术领域
本发明涉及具有多个电池的电池电源装置。
背景技术
一直以来，在框体内收纳多个二次电池单元的结构的电源装置中，设置温度传感器来监视电池温度(例如，参照专利文献1)。例如，在车辆用电源装置中，从冷却风取入口等将温度传感器引入框体内，使传感器元件部与电池表面接触。对于传感器元件部，为了能够使热阻降低、更加准确地测定电池温度，利用导热率较好的凝胶等填塞电池与传感器元件部的间隙，实现热接触的提高。
专利文献1：日本特开2002-25633号公报
发明内容
但是，因为要进行将在传感器元件部带有传感器配线的温度传感器引入多个框体内，使各传感器元件部与多个电池的表面接合，涂布接合剂或者良导热性材料这些作业，所以存在作业效率较低、安装成本增加的问题。此外，传感器配线的铺设会成为通风的障碍。
本发明的电池电源装置，包括：形成有具有冷却风取入口的冷却风通路的框体、配置于冷却风通路的多个电池、检测电池的温度的温度传感器，该电池电源装置的特征在于：框体形成有：在框体壁部形成的传感器固定用贯通孔、在框体壁部的外周面形成的传感器配线铺设用的槽，温度传感器具有：传感器部，其以从框体外侧插入传感器固定用贯通孔的方式固定，前端部分与电池的被计测部位热接触；和传感器配线，其从该传感器部的露出框体外侧的部分引出，设置于在框体壁部的外周面形成的槽的内部。
根据本发明，传感器配线不会成为通风的障碍，能够实现与温度传感器安装相关的作业性的提高。
附图说明
图1是本实施方式的电池电源装置1的外观立体图。
图2是表示温度传感器4a的细节的图，(a)为正视图，(b)为俯视图，(c)为A-A截面图。
图3是表示温度传感器4a、4b的安装结构的图，(a)为俯视图，(b)为B-B截面图。
图4是表示与温度传感器安装结构相关的其他方式的图。
图5是说明温度传感器的安装步骤的图。
图6是说明温度传感器的安装步骤的图，表示图5所示的步骤后续的步骤。
图7是说明温度传感器的安装步骤的图，表示图6所示的步骤后续的步骤。
图8是表示槽330的形状的图，(a)表示第一例，(b)表示第二例。
图9是搭载了本实施方式的电池电源装置的车辆驱动系统的框图。
附图标记说明
1：电池电源装置，2：电池，3：框体，3a～3e：框体部件，4a、4b：温度传感器，5：线束(harness)，6：帽，8：绝热壳，9：良导热材料，300：冷却风取入口，301：冷却风排出口，302a、303a：贯通孔，330：槽，400：壳体，401：前端部，402：主体部，403：头部，404：凸部，412：填充材料
具体实施方式
以下，参照附图说明实施本发明的方式。图9是表示搭载了本实施方式的电池电源装置的车辆驱动系统的框图。图9所示的驱动系统包括电池模块100、对电池模块100进行监视的电池监视装置101、将来自电池模块100的直流电变换为三相交流电的逆变器装置220、车辆驱动用的电动机230。电动机230由来自逆变器装置220的三相交流电驱动。逆变器装置220与电池监视装置101通过CAN通信连结，逆变器装置220对于电池监视装置101而言起到上层控制器的作用。此外，逆变器装置220基于来自更上层的车辆侧控制器(未图示)的指令信息进行动作。
逆变器装置220具有电源模块(power module)226、MCU222、用于驱动电源模块226的驱动电路224。电源模块226将从电池模块100供给的直流电转换为用于驱动电动机230的三相交流电。另外，逆变器装置220在车辆制动时将电动机230用作发电机。即，进行再生制动控制，将发电机运转产生的电再生回电池模块100，对电池模块100进行充电。
另外，此处未图示，在与电源模块226连接的强电线路HV+、HV一之间，设置有约700μF～约2000μF左右大电容的滤波电容器。设置在强电线路HV+上的电池隔离(disconnect)单元BDU中设置有继电器RL、预充电继电器RLP、电阻器RPRE和电流传感器Si。在逆变器装置220开始动作的状态下，滤波电容器的电荷大致为零，当闭合继电器RL时较大的初始电流流入滤波电容器，继电器RL可能熔融并破损。为了解决该问题，在开始驱动电动机230时，使预充电继电器RLP从断开状态成为闭合状态，对滤波电容器进行充电，之后使继电器RL从断开状态成为闭合状态，开始从电池模块100对逆变器装置220供给电。在对滤波电容器充电时，一面利用电阻器RPRE来限制最大电流，一面进行充电。
另一方面，在使电动机230动力运转的情况下，MCU222根据上层控制器的命令，控制驱动电路224以对电动机230的转子的旋转产生前进方向的旋转磁场，并控制电源模块226的开关动作。该情况下，从电池模块100对电源模块226供给直流电。
电池模块100是将后述的两个电池电源装置1串联而得。各电池电源装置1具备串联连接的多个电池。2个电池电源装置1经由串联连接有开关和熔断器的维护、检修用的SD(service disconnect)串联连接。电池监视装置101主要进行各电池电压的测定、总电压的测定、电流的测定、电池温度和电池电容的调整等。为此，设置IC1～IC6作为电池控制器。设置在各电池电源装置1内的多个电池分别被分为3个电池组，对每个电池组设置一个IC。
IC1～IC6具备通信系统602和通信系统604，通信系统602通过绝缘元件(例如光电耦合器)PH以雏菊链方式与微型计算机30进行通信，用于读取电池电压值和发送各种命令，而通信系统604只发送电池过充电检测信息。图9所示的示例中，通信系统602被分为面向上层侧电池电源装置1的IC1～IC3的上层通信通路和面向下层侧电池电源装置1的IC4～IC6的下层通信通路。电池隔离单元BDU内的电流传感器Si的输出被输入到微型计算机30。与电池模块100的总电压和温度相关的信号也被输入到微型计算机30，由微型计算机30的AD变换器(ADC)测定。温度传感器设置在各电池电源装置1内的多个部位。
图1是电池电源装置1的外观立体图。电池电源装置构成具备多个作为二次电池(例如锂离子电池)的电池2的电池组。图1所示的示例中，使用圆筒形的电池2，但本发明不限于圆筒形，也可以应用于例如使用方形电池的电源装置。大致长方体形的框体3由5个框体部件3a～3e构成。本实施方式中，框体部件3a～3e由树脂模塑形成。其中，框体部件3a、3d、3e也可以使用导电材料。
在收容有电池的箱形的框体部件3a的长度方向的一个端面上，形成有冷却风取入口300，在另一个端面上形成有冷却风排出口301。即，在框体部件3a的内部，沿着长度方向形成冷却风通路。另外，如图1所示的电池排列中，电池2在框体长度方向设置一列，但也可以例如在长度方向并列设置排成2列的电池2，此外，还可以排列为上下二层以上。
各电池2在收容电池的框体部件3a内，以形成有电极的两个端面与框体部件3a的侧面(固定框体部件3b、3c的面)相对的形态配置。多个电池2沿着框体部件3a内的冷却风通路以排成一列的方式配置。这样，通过在冷却风流动的方向上排列，实现各电池2的散热效率的提高。
在框体部件3a的侧面侧安装有框体部件3b、3c，其作为安装有汇流条(未图示)的侧板起作用。各电池2由汇流条连接。在各框体部件3b、3c的外侧，分别安装有框体部件3d、3e作为覆盖框体部件3b、3c的汇流条的罩，以使汇流条不露出。
在框体部件3a的上表面，固定有用于检测电池2的温度的温度传感器4a和用于检测冷却通路内的冷却风的温度的温度传感器4b。温度传感器4a、4b将在后面详细叙述，温度传感器4a、4b以从框体部件3a的外侧插入框体内部的方式安装，固定在其上表面。在插入的温度传感器4a、4b的前端部设置有温度检测部。温度传感器4a、4b的线束5与监视电池状态的未图示的控制装置连接。
在框体部件3a的上表面，形成有用于铺设温度传感器4a、4b的线束5的槽330。如图8(a)所示，在图1所示的示例中使框体部件3a的外表面凹陷形成槽330。但是，也可以如图8(b)所示通过在框体部件3a的外表面上立起设置一对凸部331a、331b来形成槽330。另外，图1中槽330形成在框体部件3a，但因为槽330按照线束5的铺设形态设置，所以不限于框体部件3a，也可以适当形成在框体部件3b～3e。
图2是表示温度传感器4a(4b)的细节的图。这里，温度传感器4b具有与温度传感器4a完全相同的结构。图2中，(a)是温度传感器4a的正视图，(b)是温度传感器4a的俯视图，(c)是A-A截面图。如图4(a)所示，温度传感器4a呈棒状，分为前端部401、主体部402和头部403。前端部401和主体部402的横截面形状为圆形，头部的横截面形状呈大致正方形。前端部401的外径设定为比主体部402的外径小。在主体部402的上端侧的外周面形成有多个凸部404。
如图2(c)的A-A截面所示，温度传感器4a在形成有孔405的壳体400的内部收纳热敏电阻元件410。热敏电阻元件410被收纳在壳体400的前端部401。热敏电阻元件410的线束5通过主体部402内，引出到头部403的外侧。在前端部401和主体部402，壳体400的厚度变薄，在收纳热敏电阻元件410的孔405的内部，填充有填充材料412。壳体400优选由良导热性的电绝缘材料(例如PBT(Polybutylene tereph-thalate，聚对苯二甲酸丁二酯)形成。此外，填充材料412也优选良导热性的材料，例如可以使用环氧树脂。
图3是说明温度传感器4a、4b的安装结构的图，(a)为俯视图，(b)为B-B截面图。此处，在图3(a)中，为了便于理解框体部件3a的结构，省略温度传感器4a、4b的图示，并使框体部件3a的一部分为断裂面。在框体部件3a的外周面，如图3(b)所示形成有凹部302和凸部303。在凹部302形成有用于安装温度传感器4a的贯通孔302a，在凸部303形成有用于安装温度传感器4b的贯通孔303a。贯通孔302a、303a的直径尺寸相同，设定为比图2(a)所示的主体部402的直径尺寸d1大，比凸部404处的直径尺寸d2小。
在将温度传感器4a安装到框体部件3a时，对温度传感器4a的前端部401预先覆盖由良导热性的弹性材料形成的帽6，之后，从框体部件3a的外侧插入贯通孔302a。此时，因为温度传感器4a的凸部404处的外径d2比贯通孔302a的内径大，所以通过将温度传感器4a向框体内侧压入直至壳体400的头部403的下表面与凹部302的底面抵接，凸部404与贯通孔302a的一方或者双方会发生变形从而嵌合。其结果，温度传感器4a被固定于框体部件3a。温度传感器4b的固定结构是相同的。
当将温度传感器4a压入从而固定于贯通孔302a时，前端部401与电池2抵接。该情况下，因为前端部401装有帽6，所以前端部401隔着帽6与电池的外壳侧面抵接。另外，帽6虽然并不一定需要，但是因为弹性材料形成的帽6容易发生变形，所以在因电池2的组装误差等造成在前端部401和电池2之间产生位置误差的情况下，也能够利用帽6的变形来吸收该误差。此外，将电池电源装置1搭载在车辆中时，伴随车辆振动，电池2与前端部401的相对位置可能产生微妙的变化，这样的变化也能够通过帽6的变形来吸收。其结果，能够良好地保持前端部401和电池2的热接触状态。此处，帽6的材料例如能够使用硅胶等。
此外，如图3(b)所示，安装温度传感器4a的贯通孔302a的位置以从圆筒状电池2的中心轴向冷却风的流动的下风侧偏移距离L的方式设置。通过这样配置，如图3(b)所示，温度传感器4a的前端部401位于虚线7的下侧。虚线7是通过电池侧面最上部的水平线，该虚线7的下侧相对于冷却风来说进入电池2的遮蔽下(背面侧)。因此，如图3(b)所示，通过采用将前端部401配置在该区域的结构，能够降低冷却风对温度计测的影响。像现有技术那样，在使传感器元件部与电池表面接合的情况下，伴随上述车辆振动的安装状态的变化会造成测定精度降低，而本实施方式中能够排除这样的问题。
另一方面，检测冷却风通路304内的温度的温度传感器4b安装在形成于凸部303的贯通孔303a。安装方法与上述温度传感器4a的情况相同。在温度传感器4b的情况下，因为前端部401不需要像温度传感器4a那样插入框体内直至到达电池2的侧面附近，所以通过设置凸部303来使前端部401插入到冷却风通路内的适当的位置。此外，也不需要在前端部401覆盖帽6。
图3所示的安装结构中，温度传感器4a的前端部401与电池2之间的位置误差由帽6的变形来吸收，而图4表示具有相同功能的其他形态。图4的(a)是与图3(a)的情况相同的俯视图，(b)是C-C截面图。在与图3所示的结构进行比较的情况下，不同点在于对温度传感器4a设置填充有良导热材料9的绝热壳8来代替帽6，其他结构与图3所示的结构相同。
绝热壳8例如由EPDM(Ethylene Propylene Methylene Linkage三元乙丙橡胶)等绝热部件形成，预先固定在框体部件3a～3c中的任一个上。图4所示的示例中，绝热壳8通过螺钉固定在框体部件3c的内侧(框体内部侧)。在绝热壳8上形成有用于温度传感器4a的前端部401插入的孔800。绝热壳8按照孔800的中央位于固定于框体部件3a的温度传感器4a的前端部401的位置的方式，固定在框体部件3c。此外，绝热壳8的与电池2的侧面相对的面801，与电池2的侧面呈相同的曲面。
在前端部401所插入的孔800内，填充有良导热材料9。其结果，即使在前端部401与电池2之间存在间隙的情况下，因为在该间隙中填充有良导热材料9，所以能够实现前端部401与电池2之间的导热性能的提高。另外，良导热材料9覆盖前端部401的整体，并与电池2的侧面接触，因此，电池2→良导热材料9→前端部401这一途径中的导热量增加，可以进行更加准确的温度计测。
此外，通过利用由绝热部件形成的绝热壳8来覆盖作为温度计测部的前端部401，能够降低从前端部401向冷却风的热逸散(或者热侵入)，能够实现温度计测精度的提高。图4(b)所示的结构中，因为绝热壳8相对于冷却风的流动配置在电池2的背后，所以能够降低冷却风的影响，并且能够减少绝热壳8成为障碍扰乱冷却风的流动的可能。另外，在图3(b)所示的安装有帽6的前端部401的情况下，通过设置绝热壳8(但是不填充良导热材料9)，也同样能够降低冷却风的影响。
图5～图7是说明温度传感器的安装步骤的图。图5(a)所示的步骤中，将绝热壳8固定在框体部件3c。在框体部件3c，形成有收纳电池2的开口即电池收纳部。接着，将框体部件3b、3c固定在框体部件3a后，如图5(b)所示，以电池2被收纳在框体部件3c的电池收纳部320的方式，将电池2设置在框体3内。如图6(a)所示，接着安装框体部件3d、3e。而后，利用用于安装温度传感器4a的贯通孔302a，向绝热壳8的孔800内填充良导热材料9。例如，如图6(b)所示，将注入管810从贯通孔302a插入框体内，填充良导热材料9。
然后，如图7所示，将温度传感器4a从框体3的外侧插入贯通孔302a，并固定于贯通孔302a。其结果，前端部401被收纳在绝热壳8的孔800内，在前端部401与电池2之间不留间隙地布满良导热材料9。
如上所述，本实施方式中，对于配置在冷却风通路中的多个电池2，将温度传感器4a从框体外侧插入并固定于形成在框体壁部的传感器固定用贯通孔302a，使传感器部(401～403)的前端部分(前端部401)与电池2的被计测部位热接触。因此，不需要像现有技术那样在框体内部进行使传感器元件部紧贴电池表面的作业，能够容易地进行传感器安装。另外，因为传感器配线(线束5)从传感器部的露出框体外侧的部分(头部403)引出，并配置于在框体3(框体部3a)的壁部的外周面形成的配线铺设用槽330的内部，所以不需要像现有技术那样在框体内铺设配线，能够实现传感器安装作业的高效化。
此外，通过以填塞传感器部的前端部分(前端部401)与电池2的被计测部位的间隙的方式设置良导热性部件(良导热材料9和帽6)，温度传感器4a与被计测部位之间的热阻减小，能够高精度地进行温度计测。
特别是，通过采用以覆盖传感器部的前端部分(前端部401)的方式安装的帽6作为良导热性部件，能够容易地将良导热性部件配置在前端部401与电池2的被计测部位之间。此外，通过使用具有弹性的良导热性材料来形成帽6，即使间隙尺寸因安装误差或振动等发生变化，也能够容易地跟随该变化，维持良好的热接触状态。
此外，通过与前端部分的周围隔开间隙地设置为传感器部的前端部分(前端部401)遮蔽冷却风的罩(绝热壳8)，能够抑制冷却风对温度计测的影响，能够实现温度计测精度的提高。
再者，通过设置为传感器部的前端部分(前端部401)和电池2的被计测部位遮蔽冷却风的绝热性罩(绝热壳8)，并在绝热性罩、前端部和被计测部位的间隙中填充良导热性的间隙填充材料(良导热材料9)，能够减小传感器4与电池2之间的热阻，且能够抑制冷却风的影响，能够进行高精度的温度计测。
另外，框体3上的贯通孔302a的形成位置按照下述方式设定：插入贯通孔302a的温度传感器4a的前端部分(前端部401)，插入到冷却风被测定对象电池2所遮蔽的区域。因此，能够进一步降低冷却风对温度计测的影响。
此外，温度传感器4a采用下述结构：将热敏电阻(热敏电阻元件410)配置在由良导热性材料构成的有底筒状的外壳(壳体400)的底部附近，在热敏电阻元件410与壳体400的间隙中填充良导热性的外壳内填充材料(填充材料412)，由此，温度传感器4a能够容易地安装进框体3a的贯通孔302a。
另外，在外壳外周面设置多个凸部404，并使这些凸部404与传感器固定用贯通孔302a嵌合，由此将外壳(壳体400)固定于贯通孔302a，因此，能够非常简单地将温度传感器4a固定在框体3a，实现了安装作业性的提高。
上述各实施方式可以分别单独使用或者组合使用。因为各实施方式的效果可以单独或者共同发挥作用。此外，只要不破坏本发明的特征，本发明不限于上述实施方式。

Claims (8)

1.一种电池电源装置，包括：形成有具有冷却风取入口的冷却风通路的框体、配置于所述冷却风通路的多个电池、检测所述电池的温度的温度传感器，该电池电源装置的特征在于：
所述框体形成有：在框体壁部形成的传感器固定用贯通孔、在所述框体壁部的外周面形成的配线铺设用的槽，
所述温度传感器具有：传感器部，其以从框体外侧插入所述传感器固定用贯通孔的方式固定，前端部分与所述电池的被计测部位热接触；和配线，其从该传感器部的露出框体外侧的部分引出，设置于在所述框体壁部的外周面形成的槽的内部。
2.如权利要求1所述的电池电源装置，其特征在于：
以填塞所述传感器部的前端部分与所述被计测部位的间隙的方式设置有良导热性部件。
3.如权利要求2所述的电池电源装置，其特征在于：
所述良导热性部件，是以覆盖所述传感器部的前端部分的方式安装的、由具有弹性的良导热性材料形成的帽形状部件。
4.如权利要求1所述的电池电源装置，其特征在于：
与所述前端部分的周围隔开间隙地设置有为所述传感器部的前端部分遮蔽冷却风的罩。
5.如权利要求2所述的电池电源装置，其特征在于：
为所述传感器部的前端部分和所述电池的被计测部位遮蔽冷却风的绝热性罩，以及
所述前端部、所述被计测部位和所述绝热性罩的间隙中的所述良导热性部件，为良导热性填充材料。
6.如权利要求1所述的电池电源装置，其特征在于：
所述框体上的所述传感器固定用贯通孔的形成位置按照下述方式设定：插入该传感器固定用贯通孔的所述传感器部的前端部分，插入到冷却风被测定对象电池所遮蔽的区域。
7.如权利要求1所述的电池电源装置，其特征在于，所述传感器部包括：
由良导热性材料形成的有底筒状的壳体；
在所述壳体内配置在底部附近的热敏电阻元件；和
在所述热敏电阻元件与所述壳体的间隙内填充的良导热性的壳体内填充材料，
所述热敏电阻元件的配线从所述有底筒状的壳体的开口部引出。
8.如权利要求7所述的电池电源装置，其特征在于：
在所述壳体的外周面具有多个凸部，所述凸部与形成在所述框体壁部的传感器固定用贯通孔嵌合，将该壳体固定于所述传感器固定用贯通孔。
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