JP2008310982A - 蓄電機構および車両 - Google Patents

Abstract

【課題】外力が加えられた際の電気的短絡の発生が抑制された蓄電機構および該機構を備えた車両を提供する。
【解決手段】バッテリは、接続端子４１２を各々有する複数のバッテリモジュールと、複数のバッテリモジュールにおける接続端子４１２間を電気的に接続するバスバー４２０と、接続端子４１２およびバスバー４２０に対向する位置に設けられた絶縁体４４１とを備える。絶縁体４４１は、外力により絶縁体４４１と接続端子４１２およびバスバー４２０との相対的な位置関係が変化することで、バスバー４２０を押圧して接続端子４１２とバスバー４２０との電気的接続を遮断可能に構成される。
【選択図】図４

Description

本発明は、蓄電機構および車両に関し、特に、各々接続端子を有する複数の蓄電モジュールを有する蓄電機構および該蓄電機構を含む車両に関する。

特開２００１−５７１９６号公報（特許文献１）には、長手方向両端部にそれぞれ正極と負極との接続端子が配設された複数の角型の電池モジュールを、正極と負極の接続端子が交互に配列されるように並列配置し、隣接する接続端子を順次接続して各電池モジュールを直接接続した組電池が記載されている。

また、特開平６−２２７３３５号公報（特許文献２）、特開２００４−５６８６５号公報（特許文献３）、特開２０００−１６４２０２号公報（特許文献４）および特開２００４−１５９４３９号公報（特許文献５）などにおいて、衝突などの衝撃荷重が加えられた際に電気的導通を遮断するための構成が記載されている。
特開２００１−５７１９６号公報 特開平６−２２７３３５号公報 特開２００４−５６８６５号公報 特開２０００−１６４２０２号公報 特開２００４−１５９４３９号公報

複数の蓄電モジュールを含む蓄電機構においては、各々の蓄電モジュールの接続端子をバスバーにより電気的に接続する必要がある。たとえば車両の衝突などの際に比較的大きな外力が作用すると、接続端子とバスバーとの接続部が移動して他の導電部材と電気的に導通し、短絡が生じることが懸念される。この電気的短絡の発生を抑制するために、接続端子とバスバーとの電気的導通を機械的に遮断することが有効である。

特許文献１では、正極／負極の接続端子とそれらを接続する接続モジュールとの電気的接続を機械的に遮断するための構成は記載されていない。また、特許文献２〜５には、複数の蓄電モジュールを有する蓄電機構は記載されておらず、特許文献２〜５に記載の発明と本発明とは、前提および構成が全く異なる。

本発明は、上記のような問題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的は、外力が加えられた際の電気的短絡の発生が抑制された蓄電機構および該機構を備えた車両を提供することにある。

本発明に係る蓄電機構は、接続端子を各々有する複数の蓄電モジュールと、複数の蓄電モジュールにおける接続端子間を電気的に接続するバスバーと、接続端子およびバスバーに対向する位置に設けられた絶縁体とを備える。絶縁体は、外力により絶縁体と接続端子およびバスバーとの相対的な位置関係が変化することで、接続端子またはバスバーを押圧して接続端子とバスバーとの電気的接続を遮断可能に構成される。

上記構成によれば、絶縁体と接続端子およびバスバーとの相対的な位置関係が変化しても、絶縁体により接続端子とバスバーとの電気的接続を機械的に遮断することができるので、車両の衝突などによって外力が加えられた際の電気的短絡の発生を抑制することができる。

なお、本願明細書において、「絶縁体と接続端子およびバスバーとの相対的な位置関係が変化する」とは、絶縁体、接続端子およびバスバーのうちの少なくとも１つが移動しようとすることにより、それらの相対的な位置関係が変化することを意味する。

上記蓄電機構において、１つの例として、蓄電モジュールは角型電池により構成される。これにより、角型電池を積層配置した組電池における電気的短絡の発生が抑制される。

上記蓄電機構において、１つの例として、絶縁体とバスバーとが一体に形成される。これにより、バスバーの組付けと絶縁体の組付けとを同時に行なうことが可能になる。

上記蓄電機構において、１つの局面では、絶縁体は、絶縁体と接続端子およびバスバーとの相対的な位置関係が変化することで接続端子とバスバーとの接合面の延在方向に接続端子またはバスバーを押圧可能に構成される。

上記構成によれば、絶縁体と接続端子およびバスバーとの相対的な位置関係が変化した際に、接続端子とバスバーとの接合面にせん断力を加えて接続端子とバスバーとの電気的接続を遮断することができる。

上記蓄電機構において、他の局面では、絶縁体は、絶縁体と接続端子およびバスバーとの相対的な位置関係が変化することで接続端子とバスバーとが並ぶ方向に接続端子またはバスバーを押圧可能に構成される。

上記構成によれば、絶縁体と接続端子およびバスバーとの相対的な位置関係が変化した際に、接続端子およびバスバーを押し倒して接続端子とバスバーとの電気的接続を遮断することができる。

上記蓄電機構において、好ましくは、複数の蓄電モジュールは積層配置され、絶縁体は、蓄電モジュールの積層方向に延在して複数の蓄電モジュールを積層方向に拘束する金属製の拘束部材と一体に構成される。

上記構成によれば、複数の蓄電モジュールを拘束するための部材と外力が作用した際の電気的短絡の発生を抑制するための部材とを一体化することができるので、簡易な構成により、蓄電機構における電気的短絡の発生を抑制することが可能になる。

上記蓄電機構において、好ましくは、絶縁体は、拘束部材の外周を覆うように設けられる。

上記構成によれば、拘束部材の外周を絶縁体で覆うことにより、拘束部材を介した電気的短絡の発生が抑制される。

上記蓄電機構において、好ましくは、絶縁体は、接続端子とバスバーとの接合面の延在方向に沿って突出する突出部分を有する。

上記構成によれば、絶縁体における接続端子とバスバーとの接合面の延在方向に沿って突出する部分により接続端子またはバスバーを押圧して接続端子とバスバーとの電気的接続を機械的に遮断することが可能である。

上記蓄電機構において、好ましくは、絶縁体は、接続端子とバスバーとの接合面に向けて突出するくさび形部分を有する。

上記構成によれば、絶縁体におけるくさび形部分が接続端子とバスバーとの間に食い込むことで、接続端子とバスバーとを剥離させてそれらの電気的接続を機械的に遮断することが可能である。

本発明に係る車両は、上述した蓄電機構と、蓄電機構から供給された電力により駆動され、走行用の駆動力の少なくとも一部を発生させる回転電機とを備える。

これにより、衝突時等に蓄電機構が変形することによる電気的短絡の発生が抑制された車両が提供される。

本発明によれば、蓄電機構に外力が加えられた際の電気的短絡の発生を抑制することができる。

以下に、本発明の実施の形態について説明する。なお、同一または相当する部分に同一の参照符号を付し、その説明を繰返さない場合がある。

なお、以下に説明する実施の形態において、個数、量などに言及する場合、特に記載がある場合を除き、本発明の範囲は必ずしもその個数、量などに限定されない。また、以下の実施の形態において、各々の構成要素は、特に記載がある場合を除き、本発明にとって必ずしも必須のものではない。また、以下に複数の実施の形態が存在する場合、特に記載がある場合を除き、各々の実施の形態の構成を適宜組合わせることは、当初から予定されている。

図１は、本発明の１つの実施の形態に係る蓄電機構を含むハイブリッド車両（ＨＶ：hybrid vehicle）を示す図である。なお、本願明細書において、「車両」はハイブリッド車両に限定されず、たとえば燃料電池車や電気自動車も「車両」に含まれる。また、後述する「蓄電機構」としての組電池（バッテリ４００）に代えて、キャパシタが用いられてもよい。

図１を参照して、ハイブリッド車両１は、エンジン１００と、モータジェネレータ２００（回転電機）と、ＰＣＵ（Power Control Unit）３００と、充放電可能な二次電池であるバッテリ４００と、ケーブル５００（５１０，５２０）と、車輪６００とを含んで構成される。

図１に示すように、モータジェネレータ２００とＰＣＵ３００とは、ケーブル５１０により接続される。ＰＣＵ３００とバッテリ４００とは、ケーブル５２０により接続される。また、エンジン１００およびモータジェネレータ２００の動力は、ドライブシャフト（図示せず）を介して車輪６００に伝達され、車輪６００を回転させる。

モータジェネレータ２００は、バッテリ４００に蓄えられた電力およびモータジェネレータ２００により発電された電力のうちの少なくとも一方の電力により駆動する。このようにすることで、モータジェネレータ２００からの駆動力によりエンジン１００の駆動力をアシストしたり、モータジェネレータ２００からの駆動力のみによりハイブリッド車両１を走行させたりすることができる。

一方、ハイブリッド車両１の回生制動時には、車輪６００は車体の慣性力により回転させられる。この車輪６００の回転力により、モータジェネレータ２００が駆動される。このとき、モータジェネレータ２００が発電機として作動する。このように、モータジェネレータ２００は、制動エネルギーを電力に変換する回生ブレーキとして作用する。モータジェネレータ２００により発電された電力は、ＰＣＵ３００内に設けられたインバータ（図示せず）を介してバッテリ４００に蓄えられる。

次に、図２,図３を用いてハイブリッド車両１に含まれるバッテリ４００の構造について説明する。図２,図３を参照して、「蓄電機構」としてのバッテリ４００は、積層配置された複数のバッテリモジュール４１０と、複数のバッテリモジュールを電気的に接続するバスバー４２０と、積層配置されたバッテリモジュール４１０の列の両端に配置される拘束プレート４３０と、拘束プレート４３０間の距離が広がらないように拘束する（すなわち、バッテリモジュール４１０を積層方向に拘束する）拘束ロッド４４０とを含んで構成される。

バッテリモジュール４１０は、角型の電槽４１１と、接続端子４１２（正極端子および負極端子）とを有する。バッテリモジュール４１０は、たとえば、リチウムイオン電池から構成される。電槽４１１の内部には、電池素子が形成されている。接続端子４１２は、電槽４１１の内部から外部に延出するように形成されている。バスバー４２０は、隣接するバッテリモジュール４１０の正極端子と負極端子とを電気的に接続する。これにより、複数のバッテリモジュール４１０が電気的に直列接続される。

拘束ロッド４４０は、たとえば鉄などの金属（導電体）により構成されている。拘束ロッド４４０の表面には絶縁体４４１が設けられている。しかしながら、車両衝突時などにバッテリモジュール４１０に比較的大きな荷重が作用すると、バッテリモジュール４１０が変形し、接続端子４１２およびバスバー４２０が拘束ロッド４４０に向けて相対的に移動することで、拘束ロッド４４０を介した電気的短絡が生じる可能性があることが懸念される。図１１は、比較例に係る蓄電機構における接続端子周辺の構造を示す図である。図１１の例では、接続端子４１２およびバスバー４２０が拘束ロッド４４０に向けて矢印ＤＲ１方向に移動した場合、接続端子４１２またはバスバー４２０が絶縁体４４１を突き破って金属体である拘束ロッド４４０に接触する可能性がある。ここで、接続端子４１２とバスバー４２０との間に電流が流れ続けていると、当該電流が拘束ロッド４４０にも流れることになる。

本願発明者は、上記の問題に対処するため、絶縁体４４１に、接続端子４１２とバスバー４２０との電気的接続を遮断することが可能な強度を持たせることを考案した。

まず、図４，図５を用いて、本実施の形態に係る接続端子周辺の構造について説明する。図４，図５を参照して、本実施の形態に係るバッテリ４００においては、拘束ロッド４４０と一体に設けられる絶縁体４４１が、拘束ロッド４４０から接続端子４１２およびバスバー４２０の接合部に向けて突出するように設けられている。このようにすることで、たとえば車両衝突時の外力の作用により、接続端子４１２およびバスバー４２０が拘束ロッド４４０に向けて矢印ＤＲ４１０方向に相対的に移動しようとすると、絶縁体４４１によりバスバー４２０が押圧され、接続端子４１２とバスバー４２０との電気的接続が遮断される。これにより、拘束ロッド４４０を介した電気的短絡の発生を抑制することができる。

絶縁体４４１は、たとえば樹脂成形などにより形成される。なお、図４，図５の例では、絶縁体４４１とバスバー４２０とが一体に形成されている。このようにすることで、拘束ロッド４４０の組付け時に併せてバスバー４２０を組付けることが可能である。

図６，図７は、本実施の形態の変形例に係る接続端子周辺の構造を示す図である。図６，図７の例では、絶縁体４４１とバスバー４２０とは別体に形成されている。このような場合も、図４，図５の例と同様に、拘束ロッド４４０から接続端子４１２およびバスバー４２０の接合部に向けて突出するように絶縁体４４１を形成することにより、接続端子４１２およびバスバー４２０が矢印ＤＲ４１０方向に相対的に移動した際に、絶縁体４４１によりバスバー４２０を押圧して、接続端子４１２とバスバー４２０とを剥離させて、それらの電気的接続を遮断することができる。

図８，図９は、本実施の形態の変形例に係る接続端子周辺の構造を示す図である。図８，図９の例では、絶縁体４４１が、接続端子４１２とバスバー４２０との接合面に向けて突出するくさび形の部分を有している。このようにすることで、接続端子４１２およびバスバー４２０が矢印ＤＲ４１０方向に相対的に移動した際に、くさび形の部分が接続端子４１２とバスバー４２０との間に食い込み、接続端子４１２とバスバー４２０との電気的接続を遮断することができる。

図１０は、本実施の形態の他の変形例に係る接続端子周辺の構造を示す図である。図１０の例では、絶縁体４４１に、拘束ロッド４４０の延在方向に対して斜めに交差する方向に延在するテーパ面４４１Ｔが形成されている。テーパ面４４１Ｔは、接続端子４１２およびバスバー４２０の接合部に対向している。図１０の例において、接続端子４１２およびバスバー４２０が矢印ＤＲ４１０方向に相対的に移動した場合、バスバー４２０がテーパ面４４１Ｔに当接し、接続端子４１２およびバスバー４２０がともに、矢印ＤＲ４２０方向に押し倒される。この際、接続端子４１２とバスバー４２０との電気的接続が遮断され、結果として、電気的短絡の発生が抑制される。

上述した内容について要約すると、以下のようになる。すなわち、本実施の形態に係る「蓄電機構」としてのバッテリ４００は、接続端子４１２を各々有する複数の「蓄電モジュール」としてのバッテリモジュール４１０（角型電池）と、複数のバッテリモジュール４１０における接続端子４１２間を電気的に接続するバスバー４２０と、接続端子４１２およびバスバー４２０に対向する位置に設けられた絶縁体４４１とを備える。絶縁体４４１は、バッテリモジュール４１０の積層方向に延在し、複数のバッテリモジュール４１０を積層方向に拘束する拘束ロッド４４０と一体に構成される。拘束ロッド４４０は金属製であり、絶縁体４４１は、拘束ロッド４４０の外周を覆うように設けられる。絶縁体４４１は、外力により絶縁体４４１と接続端子４１２およびバスバー４２０との相対的な位置関係が変化することで、バスバー４２０を押圧して接続端子４１２とバスバー４２０との電気的接続を遮断可能に構成される。

図４〜図９の例では、絶縁体４４１は、絶縁体４４１と接続端子４１２およびバスバー４２０との相対的な位置関係が変化することで接続端子４１２とバスバー４２０との接合面の延在方向にバスバー４２０を押圧可能に構成されている。この場合、絶縁体４４１と接続端子４１２およびバスバー４２０との相対的な位置関係が変化した際に、接続端子４１２とバスバー４２０との接合面にせん断力を加えて接続端子４１２とバスバー４２０との電気的接続を遮断することができる。

他方、図１０の例では、絶縁体４４１は、絶縁体４４１と接続端子４１２およびバスバー４２０との相対的な位置関係が変化することで接続端子４１２とバスバー４２０とが並ぶ方向にバスバー４２０を押圧可能に構成される。この場合、絶縁体４４１と接続端子４１２およびバスバー４２０との相対的な位置関係が変化した際に、接続端子４１２およびバスバー４２０を押し倒して接続端子４１２とバスバー４２０との電気的接続を遮断することができる。

なお、本実施の形態では、絶縁体４４１によりバスバー４２０を押圧して接続端子４１２とバスバー４２０との電気的接続を遮断する例について説明したが、絶縁体４４１により接続端子４１２を押圧して接続端子４１２とバスバー４２０との電気的接続を遮断するようにしてもよい。

以上、本発明の実施の形態について説明したが、今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

本発明の１つの実施の形態に係る蓄電機構を含むハイブリッド車両を示す図である。 本発明の１つの実施の形態に係る蓄電機構を示す図である。 図２におけるIII−III断面図である。 本発明の１つの実施の形態に係る蓄電機構における接続端子周辺の構造を示す図である。 図４におけるＶ−Ｖ断面図である。 本発明の１つの実施の形態に係る蓄電機構における接続端子周辺の構造の変形例を示す図である。 図６におけるＶII−ＶII断面図である。 本発明の１つの実施の形態に係る蓄電機構における接続端子周辺の構造の他の変形例を示す図である。 図８におけるIＸ−IＸ断面図である。 本発明の１つの実施の形態に係る蓄電機構における接続端子周辺の構造のさらに他の変形例を示す図である。 比較例に係る蓄電機構における接続端子周辺の構造を示す図である。

符号の説明

１ ハイブリッド車両、１００ エンジン、２００ モータジェネレータ、３００ ＰＣＵ、４００ バッテリ、４１０ バッテリモジュール、４１１ 電槽、４１２ 接続端子、４２０ バスバー、４３０ 拘束プレート、４４０ 拘束ロッド、４４１ 絶縁体。

Claims (10)

1. 接続端子を各々有する複数の蓄電モジュールと、
   複数の前記蓄電モジュールにおける前記接続端子間を電気的に接続するバスバーと、
   前記接続端子および前記バスバーに対向する位置に設けられた絶縁体とを備え、
   前記絶縁体は、外力により前記絶縁体と前記接続端子および前記バスバーとの相対的な位置関係が変化することで、前記接続端子または前記バスバーを押圧して前記接続端子と前記バスバーとの電気的接続を遮断可能に構成された、蓄電機構。
2. 前記蓄電モジュールは角型電池により構成される、請求項１に記載の蓄電機構。
3. 前記絶縁体と前記バスバーとが一体に形成される、請求項１または請求項２に記載の蓄電機構。
4. 前記絶縁体は、前記絶縁体と前記接続端子および前記バスバーとの相対的な位置関係が変化することで前記接続端子と前記バスバーとの接合面の延在方向に前記接続端子または前記バスバーを押圧可能に構成される、請求項１から請求項３のいずれかに記載の蓄電機構。
5. 前記絶縁体は、前記絶縁体と前記接続端子および前記バスバーとの相対的な位置関係が変化することで前記接続端子と前記バスバーとが並ぶ方向に前記接続端子または前記バスバーを押圧可能に構成される、請求項１から請求項３のいずれかに記載の蓄電機構。
6. 複数の前記蓄電モジュールは積層配置され、
   前記絶縁体は、前記蓄電モジュールの積層方向に延在して複数の前記蓄電モジュールを前記積層方向に拘束する金属製の拘束部材と一体に構成される、請求項１から請求項５のいずれかに記載の蓄電機構。
7. 前記絶縁体は、前記拘束部材の外周を覆うように設けられる、請求項６に記載の蓄電機構。
8. 前記絶縁体は、前記接続端子と前記バスバーとの接合面の延在方向に沿って突出する突出部分を有する、請求項６または請求項７に記載の蓄電機構。
9. 前記絶縁体は、前記接続端子と前記バスバーとの接合面に向けて突出するくさび形部分を有する、請求項６または請求項７に記載の蓄電機構。
10. 請求項１から請求項９のいずれかに記載の蓄電機構と、
    前記蓄電機構から供給された電力により駆動され、走行用の駆動力の少なくとも一部を発生させる回転電機とを備えた、車両。

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