JP2013026111A

JP2013026111A - 端子の保護構造及び車両

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Publication number: JP2013026111A
Application number: JP2011161740A
Authority: JP
Inventors: Nobuaki Kitani; 信昭木谷
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2011-07-25
Filing date: 2011-07-25
Publication date: 2013-02-04
Anticipated expiration: 2031-07-25
Also published as: JP5609804B2

Abstract

【課題】衝突の際に、端子に加わる負荷を軽減することを目的とする。
【解決手段】それぞれが突状の端子を備える複数の単電池を積層した電池群と、前記電池群を収容するためのケースと、を有し前記ケースの外面には、前記端子の突出方向であって、かつ、前記電池群から離間する方向に突出する段差形状部が形成されており、前記端子の突出方向視において、前記段差形状部は、前記端子と重なる領域を有することを特徴とする端子の保護構造。
【選択図】図３

Description

本発明は、単電池に形成された突状の端子を保護する保護構造などに関する

電気自動車やハイブリッド自動車は、充放電可能な車両用電池を備える。この種の車両用電池として、高出力が得られる複数の単電池を積層した組電池が知られている。組電池は、車両衝突の際に様々な外力を受けるため、この外力から単電池を保護する保護構造を備えている。

特許文献１は、複数の電池モジュールを積層した電池集合体をアッパーケース及びロアケースからなる電池ケースで覆った電池パックを開示する。電池集合体の側面（アッパーケースに対向する面）には、突状の端子電極が形成されている（図１参照）。

特開２００６−２３６８２６号公報特開２００８−２６９８９５号公報特開２００１−３３２２３２号公報

しかしながら、特許文献１のアッパーケースは、端子に対向する領域の形状が端子の径方向に延びる形状となっているため、端子の保護構造として不十分である。すなわち、
アッパーケースに対して端子の延びる方向から衝撃が加わった際に、変形したアッパーケースが端子に当接して大きな負荷が加わるおそれがある。

そこで、本発明は、衝突の際に、端子に加わる負荷を軽減することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明に係る端子の保護構造は、（１）それぞれが突状の端子を備える複数の単電池を積層した電池群と、前記電池群を収容するためのケースと、を有し、前記ケースの外面には、前記端子の突出方向であって、かつ、前記電池群から離間する方向に突出する段差形状部が形成されており、前記端子の突出方向視において、前記段差形状部は、前記端子と重なる領域を有することを特徴とする。

（２）上記（１）の構成において、前記段差形状部の前記単電池の積層方向の幅をＴ、前記積層方向において隣り合う前記端子間の間隔をＳとしたときに、Ｔ≧３Ｓを満足するのが好ましい。（２）の構成によれば、段差形状部の衝撃吸収能力が高まり、端子をより確実に保護することができる。

（３）上記（１）又は（２）の構成において、前記端子の突出方向視において、前記段差形状部は、前記端子の径方向における中心部を含む半分以上の領域と重なる。（３）
の構成によれば、段差形状部の衝撃吸収能力が更に高まり、端子をより確実に保護することができる。

（４）上記（１）〜（３）の構成において、前記積層方向に隣接する前記単電池の前記端子は、互いにバスバーを介して接続されており、前記端子の突出方向において、前記端子と前記段差形状部との間には、前記バスバーを覆うバスバーカバーが位置する。（４）の構成によれば、バスバーカバーにより、端子の保護効果を高めることができる。

（５）上記（１）〜（４）の構成において、前記ケースは、ロアケースに固定された前記電池群を収容するアッパーケースであってもよい。

（６）上記（１）乃至（５）のうちいずれか一つに記載の端子の保護構造を備えた車両であって、前記電池群は、車両のリアシートよりも車両後方に形成されたラゲッジルームの内部に、前記積層方向が車幅方向に向いた状態で収められており、前記端子は、車両後方に向かって突出している。（６）の構成によれば、ラゲッジルームに納められた積荷が、車両衝突時に車両後方からケースに当接した際に、端子を保護することができる。

（７）上記（５）に記載の端子の保護構造を備えた車両であって、前記電池群は、車両のリアシートよりも車両後方に形成されたラゲッジルームの内部に、前記積層方向が車幅方向に向いた状態で収められており、前記端子は、車両後方に向かって突出しており、前記ロアケースは、車幅方向の両端部にそれぞれ車両の固定部に固定される脚部を備え、前記段差形状部は、車幅方向に間隔を隔てて複数形成されており、前記複数の段差形状部は、第１の段差形状部と、この第１の段差形状部よりも車幅方向中央から離間した位置に形成された第２の段差形状部とを有し、前記第１の段差形状部は、前記第２の段差形状部よりも前記車幅方向の寸法が大きい。（７）の構成によれば、ラゲッジルームに納められた積荷が車両衝突時にケースに当接した際に、外力が大きくなり易い、より車幅方向中央側の段差形状部の剛性が高まるため、外力の強度分布に応じて、適切に端子を保護することができる。

本発明によれば、衝突の際に、端子に加わる負荷を軽減することができる。

バッテリパックが搭載された車両の概略図である。バッテリパックの分解斜視図である。バッテリパックをＲｒ−Ｕｐ面で切断した断面図である。バッテリパックを車両後方から視た斜視図である。変形例に係るバッテリパックが搭載された車両の概略図である。

以下、本発明に係る実施形態について図面を参照しながら説明する。図１は、本実施形態に係るバッテリパックを搭載した車両の概略図であり、車両後方のみを図示する。ここで、矢印Ｆｒは車両の進行方向（車両前進方向）を示し、Ｒｒは車両の進行方向とは反対方向（車両後進方向）を示しており、他の図面においても同様である。なお、図１では、バッテリパックを概略して図示する。車両２００は、リアシート２０１、ラゲッジルーム２０２及びバッテリパック１００を備える。車両２００は、バッテリパック１００の電力を用いてモータを駆動する第１の駆動部と、内燃機関からなる第２の駆動部とを動力源として兼用するハイブリッド自動車、或いは前記第１の駆動部のみを動力源として備える電気自動車であってもよい。

ラゲッジルーム２０２は、リアシート２０１のＲｒ方向に形成されている。ラゲッジルーム２０２は、バックドア２０４により開閉可能である。ラゲッジルーム２０２は、デッキパネル２０２Ａを備える。デッキパネル２０２Ａには、車幅方向に延びるクロスメンバー２０５が設置されている。

バッテリパック１００は、クロスメンバー２０５の上に載置されており、デッキパネル２０２Ａに固定されている。バッテリパック１００の固定方法については後述する。ここで、ラゲッジルーム２０２を広くするためには、バッテリパック１００をよりリアシート２０１に近接した領域に配置する必要がある。

しかしながら、リアシート２０１に近接した領域に配置されたバッテリパック１００に対して、車両後方から衝撃が加わると、バッテリパック１００がＦｒ方向に移動して、リアシート２０１に当接するおそれがある。したがって、衝撃時のバッテリパック１００のＦｒ方向における移動量が小さくなるように、バッテリパック１００を強固に固定する必要がある。しかしながら、バッテリパック１００を強固に固定すると、衝撃時にバッテリパック１００に加わる負荷が大きくなる。

また、車両後方から車両等が衝突した場合には、車両ボディーが変形することにより、衝突エネルギーの一部が吸収される。しかしながら、ラゲッジルーム２０２内に位置する積荷等は、衝突時に慣性力によってＦｒ方向に移動し、バッテリパック１００に直接衝突するため、バッテリパック１００に加わる負荷が大きくなる。そこで、本実施形態では、以下に説明するように、バッテリパック１００の一部を衝撃に強い構造とすることにより、端子を保護する。

図２は、バッテリパック１００の分解斜視図である。ＲＨは車両のＦｒ方向に向かって右側の方向、ＬＨは車両のＦｒ方向に向かって左側の方向を示している。なお、ＲＨ方向及びＬＨ方向を特に区別する必要がない場合には、車幅方向と表記する。図３は、バッテリパックをＲｒ−Ｕｐ面で切断した断面図であり、一部の要素を省略して図示する。これらの図を参照して、バッテリパック１００は、電池群１と、電池群１を覆うパックケース３を備える。電池群１は、複数の単電池１１を備える。これらの単電池１１は、スペーサ１６を介して車幅方向に積層されている。

単電池１１は、ニッケル水素電池であってもよい。また、単電池１１は、複数の発電要素を接続した電池モジュール、或いは単一の発電要素からなる電池素子であってもよい。単電池１１は、発電要素を収容する電池ケース１１Aを備える。電池ケース１１Aは樹脂であってもよい。単電池１１は、正極端子１４及び負極端子１５を備える。正極端子１４は、単電池１１のＲｒ方向の端面或いは、Ｆｒ方向の端面に突状に形成されている。負極端子１５は、単電池１１のＦｒ方向の端面、或いはＲｒ方向の端面に突状に形成されている。正極端子１４及び負極端子１５の外周面には、ネジ溝が形成されている。積層方向に隣接する単電池１１は、互いに正極端子１４及び負極端子１５が隣り合っている。

電池群１の積層方向両端部には、それぞれエンドプレート１２が設けられている。これらのエンドプレート１２の上端面には腕部１２Aが形成されており、これらの脚部１２Aには、円柱状に形成された拘束部材１３の端部が固定されている。拘束部材１３は、車幅方向に延びており、電池群１を拘束する。これにより、各単電池１１の位置ずれを抑制することができる。
積層方向に隣接する単電池１１は、バスバー２２を介して直列に接続されている。バスバー２２は、積層方向において隣り合う正極端子１４及び負極端子１５がそれぞれ挿通する一対の挿通開口部を備える。バスバー２２の取り付け状態において、正極端子１４及び負極端子１５は、バスバー２２から突出する。これらのバスバー２２は、バスバーモジュール２１によってユニット化されている。これにより、複数のバスバー２２を正極端子１４及び負極端子１５に対して同時に接続することが可能となり、作業負担を軽減することができる。

正極端子１４及び負極端子１５には、ナット２３が締結されている。これにより、バスバー２２を正極端子１４及び負極端子１５に対して接触させた状態で、バスバーモジュール２１を固定することができる。ただし、バスバーモジュール２１を省略して、バスバーを個々に正極端子１４及び負極端子１５に締結する構成であってもよい。

バスバーカバー２４は、バスバー２２を保持するバスバーモジュール２１を覆っている。バスバーカバー２４は、樹脂であってもよい。バスバーカバー２４は、Ｒｒ方向において、アッパーケース３１と正極端子１４（負極端子１５）との間に位置する。

バスバーカバー２４と正極端子１４（負極端子１５）との間には、Ｒｒ方向に隙間Ｓ１が形成されている。車両後方から衝突した積荷などによって、パックケース３がＦｒ方向に塑性変形し、さらに、塑性変形したパックケース３の壁部がバスバーカバー２４に当接した場合には、バスバーカバー２４が潰れることにより、衝撃エネルギーの一部が吸収される。

パックケース３は、アッパーケース３１及びロアケース３２を備える。ロアケース３２のＲｒ方向の端部には、一対のケース脚部３２１が形成されている。一方のケース脚部３２１は、ロアケース３２におけるＲＨ方向の端部側に形成されており、他方のケース脚部３２１は、ロアケース３２におけるＬＨ方向の端部側に形成されている。これらのケース脚部３２１は、車両下側に向かって屈曲しており、その先端部には、ロアケース３２を車両の固定部に固定するための孔部３２１Aが形成されている。

車両の固定部は、デッキパネル２０２Ａであってもよい。孔部３２１Aに対して図示しない締結部材を締結することにより、ロアケース３２をデッキパネル２０２Aに固定することができる。孔部３２１AにおけるＲｒ方向の端部には、切欠部３２１Ｂが形成されている。車両後方からバッテリパック１００に衝撃が加わった場合には、切欠部３２１Ｂが塑性変形することにより、バッテリパック１００全体がＦｒ方向に移動して、衝撃が緩和される。

アッパーケース３１は、ケース上面部３１３、リア側ケース側面部３１１、フロント側ケース側面部３１２及び固定片部３１４を備える。ここで、リア側ケース側面部３１１とは、バックドア２０４を開いた時に車両後方から視認され側の側面部のことであり、フロント側ケース側面部３１２とは、リアシート２０１に対向する側の側面部のことである。固定片部３１４には、締結孔部３１４Ａが形成されており、この締結孔部３１４Ａには、ロアケース３２のピン部３２３が挿通される。ピン部３２３の外周面にはネジ溝が形成されており、このネジ溝に対して図示しないナットを締結することにより、アッパーケース３１及びロアケース３２が一体化される。

図３を参照して、リア側ケース側面部３１１の外面（バックドア２０４に対して対向する面）には、正極端子１４（負極端子１５）の突出方向であって、かつ、電池群１から離間する方向、つまり、車両のＲｒ方向に突出する段差形状部５１が形成されている。段差形状部５１は、正極端子１４（負極端子１５）の突出方向視において、正極端子１４（負極端子１５）と重なる領域を有する。

これにより、車両衝突時にラゲッジルーム２０２内の積荷等がアッパーケース３１に衝突した場合に、段差形状部５１において衝撃力が吸収されるため、塑性変形したアッパーケース３１等が正極端子１４（負極端子１５）に当接するのを抑制することができる。また、塑性変形したアッパーケース３１等が正極端子１４（負極端子１５）に当接した場合であっても、段差形状部５１において衝撃力が十分に吸収されるため、正極端子１４（負極端子１５）に加わる負荷を軽減することができる。

また、段差形状部５１によって、リア側ケース側面部３１１の外面が凹凸構造となるため、バッテリパック１００の振動時に、異音が発生するのを抑制することができる。つまり、段差形状部５１に対して、端子の保護機能と異音発生の抑制機能とを兼用させることができる。

ここで、段差形状部５１は、好ましくは、正極端子１４（負極端子１５）の突出方向視において、正極端子１４（負極端子１５）の径方向における中心部を含む半分以上の領域を覆っている。これにより、各正極端子１４（負極端子１５）の半分以上の領域がＲｒ方向視において段差形状部５１と重なるため、より確実に正極端子１４（負極端子１５）を保護することができる。段差形状部５１は、より好ましくは、正極端子１４（負極端子１５）の突出方向視において、正極端子１４（負極端子１５）の径方向における全ての領域を覆っている。これにより、正極端子１４（負極端子１５）の保護効果をさらに高めることができる。

ここで、正極端子１４（負極端子１５）を保護する方法として、アッパーケース３１の外面に硬質ウレタンなどの衝撃吸収部材を配置する方法（以下、比較例という）も考えられる。しかしながら、この方法では、衝撃吸収部材の寸法分だけ、バッテリパックのサイズがＲｒ方向に大きくなるため、ラゲッジルームが狭くなるおそれがある。これに対して、本実施形態では、アッパーケース３１の一部を段差形状に形成することにより正極端子１４（負極端子１５）が保護されるため、ラゲッジルーム２０２が狭小化するのを抑制できる。また、段差形状部５１は、アッパーケース３１をプレス成形する際に同時に成形することができる。したがって、衝撃吸収部材を取り付ける必要がある比較例と比べて製造工程が簡素化されるとともに、コストを削減することができる。

次に、図４を参照して、段差形状部５１の構造について更に詳細に説明する。図４は、バッテリパックを車両後方から視た斜視図であり、正極端子（負極端子）を透視して図示する。ただし、図面を簡略化するため、電池群１の積層方向端部側に位置する正極端子１４（負極端子１５）は、省略して図示する。

同図を参照して、段差形状部５１は、車幅方向に所定の間隔を隔てて複数形成されている。これらの段差形状部５１のうち車幅方向の中央を含む位置に形成された第１の段差形状部５１Ａは、第１の段差形状部５１Ａよりも車幅方向外側に位置する第２の段差形状部５１Ｂよりも車幅方向の寸法が大きく設定されている。

上述したように、バッテリパック１００は、ロアケース３２のＲｒ方向の両端部に形成されたケース脚部３２１をデッキパネル２０２Ａに締結することにより固定されるため、ラゲッジルーム２０２内の積荷等がバッテリパック１００に衝突した際に、バッテリパック１００の車幅方向中心側に働くモーメントが相対的に大きくなる。上述の構成によれば、第１の段差形状部５１Ａは、第２の段差形状部５１Ｂよりも車幅方向の寸法が大きく設定されており、車両後方側からの衝突に対してより強固な構造となっている。これにより、車幅方向のより中心側に位置する正極端子１４（負極端子１５）を衝突から有効に保護することができる。

また、段差形状部５１の車幅方向の寸法をＴ、車幅方向において隣り合う正極端子１４及び負極端子１５間の間隔をＳとしたときに、Ｔ≧３Ｓなる条件を満足するのが好ましい。これにより段差形状部５１の衝撃吸収力が高まるため、正極端子１４（負極端子１５）をより確実に保護することができる。すなわち、段差形状部５１の車幅方向の寸法が、例えば、間隔Ｓしかない場合には、小寸法の段差形状部５１に対して衝突時の荷重が集中する。これに対して、前記条件式を満足するように段差形状部５１の形状を形成することにより、段差形状部５１の剛性（Ｒｒ方向の剛性）を高めることができる。

ここで、正極端子１４及び負極端子１５の間隔Ｓは、隣接する単電池１１の間にスペーサ１６が介在する構成では、車幅方向における単電池１１及びスペーサ１６の総寸法となり、スペーサ１６が省略される構成では、単電池１１の車幅方向の寸法となる。

本実施形態では、第１の段差形状部５１Ａの車幅方向の寸法を５Ｓとしたが、３Ｓ以上の他のサイズであってもよい。また、第２の段差形状部５１Ｂの車幅方向の寸法を２Ｓとしたが、３Ｓ以上の他のサイズであってもよい。すなわち、本実施形態では、バッテリパック１００の車幅方向中心側に加わる衝撃力が特に大きいことに鑑みて、第１の段差形状部５１Ａの車幅方向の寸法を大きく設定したが、例えば、バッテリパック１００全体の剛性を高めるために、全ての段差形状部５１を、前記条件式を満足するように構成することもできる。

次に、車両衝突時のバッテリパック１００の挙動について説明する。図１を参照して、車両が障害物に衝突すると、ラゲッジルーム２０２に搭載された積荷が慣性力によってＦｒ方向に移動し、アッパーケース３１に衝突する。衝突した積荷によってアッパーケース３１がＦｒ方向にさらに押し込まれると、アッパーケース３１が塑性変形して、衝突時のエネルギーの一部が吸収される。ここで、段差形状部５１は、アッパーケース３１の他の部位と比べて、Ｆｒ方向における外力に対して強い構造となっているため、段差形状部５１が塑性変形する際により多くのエネルギーが吸収される。これにより、塑性変形したアッパーケース３１が正極端子１４（負極端子１５）に当接するのを抑制できる。

また、衝突時のエネルギーが大きい場合でも、段差形状部５１が塑性変形した際に多くのエネルギーが吸収され、さらに、塑性変形した段差形状部５１がバスバーカバー２４に当接した際にバスバーカバー２４が破損することにより残りのエネルギーの大部分が吸収される。したがって、塑性変形したアッパーケース３１が正極端子１４（負極端子１５）に当接した際の負荷を大幅に軽減することができる。

（変形例１）
上述の実施形態では、リア側に位置する全ての正極端子１４（負極端子１５）と向きあう位置に段差形状部５１を設けたが、本発明はこれに限られるものではなく、一部の正極端子１４（負極端子１５）と向きあう位置に段差形状部５１を設ける構成であってもよい。当該一部の正極端子１４（負極端子１５）と向き合う段差形状部５１は、バッテリパック１００に加わる衝突時の負荷分布を実験、或いはシミュレーションにより特定し、特に負荷が大きくなる領域に設ける構成であってもよい。

（変形例２）
第１の段差形状部５１Ａは、第２の段差形状部５１ＢよりもＲｒ方向の寸法が長くてもよい。これにより、積荷衝突時に第１の段差形状部５１Ａにおいて吸収されるエネルギーがより大きくなるため、より効果的に正極端子１４（負極端子１５）に加わる負荷を軽減することができる。また、変形例１において説明したように、バッテリパック１００に加わる衝突時の負荷分布を実験、或いはシミュレーションにより特定し、特に負荷が大きくなる領域に形成される段差形状部のＲｒ方向の寸法を相対的に大きくする構成であってもよい。

（変形例３）
上述の実施形態では、バッテリパック１００をラゲッジルーム２０２に配置したが、本発明はこれに限られるものではなく、他の車載位置に搭載することもできる。図５は、本変形例に係る車両の断面図であり、図１に対応するものである。同図を参照して、当該車載位置は、ラゲッジルーム２０２の下部に設けられたスペアタイヤ収容部２１０であってもよい。本変形例の構成においても、車両後方から加わる衝撃力から正極端子１４（負極端子１５）を保護することができる。

１電池群３パックケース１１単電池１２エンドプレート
１３拘束部材１４正極端子１５負極端子１６スペーサ
２１バスバーモジュール２２バスバー２４バスバーケース
３１アッパーケース３２ロアケース２０１リアシート
２０２ラゲッジルーム２０２Ａデッキパネル２０４バックドア
２０５クロスメンバー３１１リア側ケース側面部
３１２フロント側ケース側面部３１３ケース上面部３１４固定片部
３２１ケース脚部３２１Ａ孔部３２１Ｂ切欠部

Claims

それぞれが突状の端子を備える複数の単電池を積層した電池群と、
前記電池群を収容するためのケースと、を有し
前記ケースの外面には、前記端子の突出方向であって、かつ、前記電池群から離間する方向に突出する段差形状部が形成されており、
前記端子の突出方向視において、前記段差形状部は、前記端子と重なる領域を有することを特徴とする端子の保護構造。
前記段差形状部の前記単電池の積層方向の幅をＴ、前記積層方向において隣り合う前記端子間の間隔をＳとしたときに、以下の条件式（１）を満足することを特徴とする請求項１に記載の端子の保護構造。
Ｔ≧３Ｓ・・・・・・・・・・・・・・・・（１）
前記端子の突出方向視において、前記段差形状部は、前記端子の径方向における中心部を含む半分以上の領域と重なることを特徴とする請求項１又は２に記載の端子の保護構造。
前記積層方向に隣接する前記単電池における前記端子は、互いにバスバーを介して接続されており、
前記端子の突出方向において、前記端子と前記段差形状部との間には、前記バスバーを覆うバスバーカバーが位置することを特徴とする請求項１乃至３のうちいずれか一つに記載の端子の保護構造。
前記ケースは、ロアケースに固定された前記電池群を収容するアッパーケースであることを特徴とする請求項１乃至４のうちいずれか一つに記載の端子の保護構造。
請求項１乃至５のうちいずれか一つに記載の端子の保護構造を備えた車両であって、
前記電池群は、車両のリアシートよりも車両後方に形成されたラゲッジルームの内部に、前記積層方向が車幅方向に向いた状態で収められており、前記端子は、車両後方に向かって突出していることを特徴とする車両。
請求項５に記載の端子の保護構造を備えた車両であって、
前記電池群は、車両のリアシートよりも車両後方に形成されたラゲッジルームの内部に、前記積層方向が車幅方向に向いた状態で収められており、
前記端子は、車両後方に向かって突出しており、
前記ロアケースは、車幅方向の両端部にそれぞれ車両の固定部に固定される脚部を備え、
前記段差形状部は、車幅方向に間隔を隔てて複数形成されており、前記複数の段差形状部は、第１の段差形状部と、この第１の段差形状部よりも車幅方向中央から離間した位置に形成された第２の段差形状部とを有し、前記第１の段差形状部は、前記第２の段差形状部よりも前記車幅方向の寸法が大きいことを特徴とする車両。