JP2014044876A

JP2014044876A - 車両用電源装置

Info

Publication number: JP2014044876A
Application number: JP2012186869A
Authority: JP
Inventors: Masahiko Taniguchi; 雅彦谷口
Original assignee: Mitsubishi Motors Corp
Current assignee: Mitsubishi Motors Corp
Priority date: 2012-08-27
Filing date: 2012-08-27
Publication date: 2014-03-13

Abstract

【課題】簡素な構成でコスト上昇を抑えつつも、衝突時には確実に電流の流れを遮断する電源遮断機能を備えた車両用電源装置を提案する。
【解決手段】複数の電源モジュール５Ａ〜５Ｌと、複数の電源モジュールの電極端子５ａ、５ｂを接続するバスバー１０とを備え、バスバー１０（Ａ）は、金属部材で形成された第１及び第２の部材１０１，１０２と、第１及び第２の部材１０１，１０２とを連結するとともに、第１及び第２の部材よりもじん性の低いセラミック部材で構成された破断起点部１０３とを有する。
【選択図】図２

Description

本発明は、車両用の電源装置に関し、特に電源からの高電圧な電流の流れを遮断する機能を備えたものに関する。

走行用の電動機となる走行モータを備えた車両となる電気自動車や、走行モータと内燃機関を備えた車両となるハイブリット自動車には、走行モータに電力供給する電源装置として大容量で高電圧のバッテリーパックが搭載されている。バッテリーパックは、多数のセルを１つに求めて構成されたモジュールを複数備えていて、各モジュールが導電性の金属部材で構成されたバスバーによって直列に接続されている。
バッテリーパックは、補器類を作動するバッテリーよりも高電圧であり、車両の衝突時には、安全のために電流の流れを遮断する必要がある。バッテリーパックの電流を遮断する構成としては、特許文献１に記載のように、衝突時に接続部品の位置をずらす構成や、特許文献２に記載のように、バッテリーパックを構成するモジュール同士を、脆弱部を形成された接続部材となるバスバーで接続し、衝突時に脆弱部でバスバーを破損させるようにした構成が提案されている。

特開２０１２−６５１９号公報特開２０１０−２０８４６１号公報

特許文献１に記載の電流の遮断構造においては、構造が複雑でコスト的に高くなってしまう。特許文献２に記載の電流の遮断構成においては、脆弱部を破断させることで電流の流れを遮断するが、脆弱部を確実に破断しなければ電流の流れを遮断することができず、より確実な遮断構造が求められている。
本発明は、簡素な構成でコスト上昇を抑えつつも、衝突時には確実に電流の流れを遮断する電源遮断機能を備えた車両用電源装置を提案することを、その目的とする。

上記課題を解決するため、複数の電源モジュールと、各電源モジュールの電極端子を接続するバスバーとを備え、バスバーは、金属部材で形成された第１及び第２の部材と、第１及び第２の部材とを連結するとともに、第１及び第２の部材よりもじん性の低いセラミック部材で構成された破断起点部とを有することを特徴としている。

本発明によれば、電源モジュールの電極端子を直列に接続するバスバーに衝突時の衝突荷重が加わると、金属部材で形成され電源モジュールの電極端子との接続部を有する第１及び第２の部材よりも靭性の低いセラミック部材で形成された破断起点部が、第１及び第２の部材よりも早く自己破損してバスバーが切断される。このため、簡素な構成でコスト上昇を抑えつつも、衝突時には確実に電流の流れを遮断することができる。

本発明に係る車両用電源装置を備えた車両の一形態を示す側面図。本発明に係る電源遮断構造を備えた車両用電源装置の構成を示す平面図。電源遮断構造の主要部を成す破壊起点部を有するバスバーの拡大斜視図。（ａ）は電源装置内に配置した破壊起点部の破損前の状態、（ｂ）は破壊起点部の破損後の状態を示す拡大断面図。破壊起点部を電源モジュールの角部に配置した形態を示すもので、（ａ）は破壊起点部の破損前の状態、（ｂ）は破壊起点部の破損後の状態を示す拡大断面図。屈曲した破壊起点部を有するバスバーの拡大斜視図。屈曲した破壊起点部を電源装置内に配置した構成を示す拡大断面図。破壊起点部の別な配置例を示す平面視図。

以下、図面を用いて本発明の実施形態について説明する。図１において、符号１で示す車両は、走行用の電動機となるモータ２の駆動で車輪３を回転させて走行する電気自動車である。車両１の車室内２０に設けられた座席４の下部には、車体を構成するフロアパネル６とフロアパネル６の下方に設けられた遮蔽板７とで構成された電源収納部８が形成されている。この電源収納部８内には、モータ２とインバータ９を介して接続される車両用電源装置となるバッテリーパック５が配設されている。
図２に示すように、バッテリーパック５は、複数のセルＳを１つの電源モジュールとし、これら電源モジュールを複数備えていて、各電源モジュールを直列に接続することで、高電圧の電流を供給可能とされている。
本形態において、バッテリーパック５は、モジュール５Ａ〜モジュール５Ｌまでの１２個の電源モジュールと、電源制御機器１３が、バッテリーパック５を構成する外壁部となるケーシング５０内に収納されている。電源制御機器１３は、配線１１，１２で電源モジュール５Ｆ、５Ｇと接続されている。モジュール５Ａ〜モジュール５Ｌは、それぞれ接続部材となる複数の導電性のバスバー１０によって直列に連結されている。各バスバー１０は、導電性を有する金属製、例えば銅又はアルミ合金製の板材で形成されている。

次に電源遮断構造について説明する。上述したバスバー１０のうち、少なくとも１つのバスバー１０（Ａ）は、図３に示すように、１つ電源モジュールの＋端子５ｂとこれに隣接する別な電源モジュールの−端子５ａとに装着される接合部１０ａ、１０ｂが形成された銅又はアルミ合金製で形成された第１の部材１０１及と第２の部材１０２と、分割された第１の部材１０１及と第２の部材１０２とを連結するとともに、衝突荷重によって接合部１０ａ、１０ｂ間を切断するための破断起点部１０３を有している。本形態において、−端子と＋端子は、それぞれ各電源モジュールの上面に配置されている。

この破断起点部１０３は、バスバー１０Ａの幅Ｗよりもその幅Ｗ１が広く形成された平板状に形成されている。破断起点部１０３と第１の部材１０１及と第２の部材１０２との接合部分は、両者の熱膨張係数が異なるため、破断起点部１０３と第１の部材１０１及と第２の部材１０２との間にチタン層を介在させて焼結によって接合することで接合強度が高めている。この接合強度は、破断起点部１０３の破損よりも先に破断起点部１０３と第１の部材１０１及と第２の部材１０２との接合箇所が剥がれない強度が確保される強度とされている。破断起点部１０３は、車両１の衝突時に衝突荷重を受けた際に、金属製で粘りのある第１の部材１０１と第２の部材１０２よりも粘りがなく、破壊が早く行われる強度に設定されている。本形態において、破断起点部１０３は、銅に比べて耐衝撃力の低い導電性セラミックスで形成されている。破断起点部１０３としては、室温（２５℃）で１Ωｃｍ以下の導電率を持つ導電性セラミックスを用いることができる。すなわち、破断起点部１０３は、第１の部材１０１及と第２の部材１０２よりもじん性の低い材質で形成されている。

このような破断起点部１０３を接合部１０ａ、１０ｂの途中に配置したバスバー１０（Ａ）を用いて電源モジュール間を接続した構成とすると、車両１の衝突時に衝突荷重が加わると破断起点部１０３が自己破損して接合部１０ａ側と、接合部１０ｂ側とにバスバー１０（Ａ）が切断され、隣接する電源モジュール間を流れる高電圧の電流を遮断することができる。

しかし、単に、破断起点部１０３を接合部１０ａ、１０ｂの途中に配置したバスバー１０（Ａ）を用いて電源モジュール間を接続しただけでは、破断起点部１０３が自己破損した際の断片がどこへ飛ぶのか予想するのが難しく、また、破断起点部１０３が破損しないことも想定される。

そこで、図４（ａ）に示すように、バッテリーパック５のケーシング５０と電源モジュールの間、より詳しくは、衝突荷重入力方向に位置する電源モジュールの側面７０とケーシング５０との間の空間６０内に破断起点部１０３を配置した。本形態において、側面７０は、衝突荷重入力方向となる車両１の前方側に位置する面である。このため、図４（ｂ）に示すように、車両１の前方から衝突時に衝突荷重が加わり、ケーシング５０が変形して移動すると、ケーシング５０が破断起点部１０３にぶつかる、あるいは、破断起点部１０３が変形したケーシング５０と側面７０に挟まれることで、自己破損する。このため、バスバー１０（Ａ）が、接合部１０ａ側と、接合部１０ｂ側とに切断することができ、簡素な構成でコスト上昇を抑えつつも、衝突時には確実に高電圧な電流の流れを遮断する電源遮断機構を構成することができる。また、破断起点部１０３が破損した場合でも、破損した破片１０３ａはケーシング５０内に留ることができるので、バッテリーパック５以外の電装部品に破片１０３ａが接触してバッテリーパック５や電装部品の短絡を起こす可能性が極めて少なくなり、安全性が向上する。

図４に示す形態では、破断起点部１０３を、バッテリーパック５のケーシング５０と電源モジュールの間の空間６０内に配置したが、図５（ａ）に示すように、電源モジュールの角部８０を覆おように電源モジュールと対向配置してケーシング５０内に破断起点部１０３を配置する形態であってもよい。

このような配置構成とすると、車両１の衝突時に衝突荷重を受けた際に、ケーシング５０が変更すると、図５（ｂ）に示すように、電源モジュールの角部８０が破断起点部１０３とぶつかるため、バスバー１０を切断することができ、簡素な構成でコスト上昇を抑えつつも、衝突時には確実に高電圧な電流の流れを遮断することができる。破断起点部１０３が破損した場合でも、破損した破片１０３ａをケーシング５０内に留ることができるので、バッテリーパック５以外の電装部品に破片１０３ａが接触してモジュールの短絡を起こす可能性が極めて少なくなり、安全性が向上する。

図６に示す形態では、破断起点部１０３の形状をくの字形状に屈曲形成して屈曲部１０４を形成し、バスバー１０（Ａ）の接合部１０ａ、１０ｂの間に配置して、接合部１０ａ、１０ｂ間を切断可能にした。

このように、破断起点部１０３をくの字形状に屈曲形成し、例えば図７に示すようにバッテリーパック５のケーシング５０と電源モジュールの間の空間６０内に配置した場合、車両１の衝突時に衝突荷重を受けた際に、ケーシング５０が変形すると、屈曲部１０４で衝突荷重を受けることになるので、破断起点部１０３の形状が板状の場合に比べてより確実に破断起点部１０３の自己破損が発生する。このため、よりバスバー１０を接切断することができ、簡素な構成でコスト上昇を抑えつつも、衝突時には確実に高電圧な電流の流れを遮断することができる。

上述のバッテリーパック５においては、破断起点部１０３を備えたバスバー１０（Ａ）を１つ用い、電源モジュール間の破壊される箇所（切断箇所）が１つの場合を例に説明したが、このような形成に限定されるものではない。すなわち、バッテリーパック５において、電源モジュール間の破壊される箇所（切断箇所）が多ければ多い程、リークされる電圧を低くできるので、破断起点部１０３を備えたバスバー１０（Ａ）の設置箇所は多ければ多いほど好ましい。

また、車両１に対する衝突荷重入力方向は、車両前方側に限定されるものではなく、車両後方、車両側方がある。このため、図８に示すように、バスバー１０（Ａ）を複数使用して電源モジュール間を接合するに際し、破断起点部１０３をケーシング５０と車両後方側に面する側面７１との間に配置したり、ケーシング５０と車両側向側に面する側面７２、７３との間に配置することで、車両１に前後左右方向からの衝突荷重が入力された場合でも、よりバスバー１０（Ａ）を確実、かつ複数の箇所において切断することができ、簡素な構成でコスト上昇を抑えつつも、衝突時にはより確実に高電圧な電流の流れを、電圧を低下させて遮断することができる。

５車両用電源装置
５ａ、５ｂ電源モジュールの電極端子
５Ａ〜５Ｌ複数の電源モジュール
１０、１０（Ａ）バスバー
５０ケーシング
７０〜７３電源モジュールの側面
８０電源モジュールの角部
１０１，１０２第１及び第２の部材
１０３破断起点部

Claims

複数の電源モジュールと、
前記複数の電源モジュールの電極端子を接続するバスバーとを備え、
前記バスバーは、金属部材で形成された第１及び第２の部材と、前記第１及び第２の部材とを連結するとともに、前記第１及び第２の部材よりもじん性の低いセラミック部材で構成された破断起点部とを有することを特徴とする車両用電源装置。
前記電極端子は前記電源モジュールの上面に配置され、
前記電源モジュールは、ケーシング内に配置され、
前記破断起点部は、前記ケーシングと前記電源モジュールの側面との間に配置されていることを特徴とする請求項１記載の車両用電源装置。
前記電源モジュールは、ケーシング内に配置され、
前記破断起点部は、前記ケーシング内で前記電源モジュールの角部を覆うように配置されていることを特徴とする請求項１記載の車両用電源装置。