JP2018144524A - 電動車両のバッテリパック - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、多数のバッテリのうちの一部が故障した場合、修理が容易で、これに伴う修理コストが安価ですむ電動車両のバッテリパックを提供する。【解決手段】本発明のバッテリパック７は、車両の下部に配置されるバッテリケース１３と、当該バッテリケース内に収められたバッテリ１５とを有し、バッテリが、多数のバッテリセルを所定の電圧が発生するよう接続した複数のバッテリモジュール１９を、バッテリケース内に横方向に並んで収めて構成されるバッテリモジュールグループ２０と、バッテリモジュールを電気的に並列に接続して構成される電源回路部２３と、バッテリケース内のバッテリモジュールを個別にバッテリケース下部からケース外への脱着を可能とするモジュール取出し構造２５と、ケース外へ取出されるバッテリモジュール毎、電気的接続を解除可能とする脱着可能なコネクタ部４１とを具備して構成されるものとした。【選択図】図１

Description

本発明は、電動車両の下部に搭載されるバッテリパックに係り、特にバッテリパックの交換作業性を向上させた電動車両のバッテリパックに関する。

電気自動車など電動車両の多くは、車体の床下（車両の下部）に、駆動電力源となるバッテリパックが搭載されている。床下に配置されるバッテリパックの多くは、扁平形状のバッテリケース（例えばトレイとカバーとの接合で構成)内に、充電可能なバッテリを多数収容している。そして、各バッテリの接続から、所定の電源電圧を発生させる電源回路を構成している。つまり、バッテリで発生する電力が電動車両の駆動源となるモータやその他の機器へ供給されるようにしている。

従来、こうしたバッテリパックは、引用文献１にも開示されているようにバッテリケース内の多数のバッテリをそのまま直列や並列に接続して、求められる電圧が確保される構造が用いられている。

特開２００３−２５７３９０号公報

ところで、バッテリパックにおいては、内部のバッテリが故障することがある（例えばバッテリセルの劣化などが要因）。
通常、バッテリパックは、バッテリケース内において高電圧の電源回路を構成しているために、バッテリが故障がすると、バッテリパックの全体を交換することになる。
ところで、バッテリパックの故障の場合、例えばバッテリを構成するバッテリセルの一部、例えば１個のバッテリセルだけが劣化して故障を生じさせたりすることがある。

ところが、バッテリパックは、バッテリパック全体の交換を前提とした構造である。このため、多数のバッテリのうちの一つのバッテリセルだけが故障した場合でも、バッテリパック全体、すなわちバッテリパックそのものを交換することが余儀なくされている。
これでは、修理に伴うコストは、バッテリパック全体を交換することが対象となるので、かなり高価となり、大きな負担がユーザーにも強いられる。

そこで、本発明の目的は、多数のバッテリのうちの一部が故障した場合、修理が容易で、これに伴う修理コストが安価ですむ電動車両のバッテリパックを提供する。

本発明の態様は、車両の下部に搭載される電動車両のバッテリパックであって、バッテリパックは、車両の下部に配置されるバッテリケースと、当該バッテリケース内に収められたバッテリとを有し、バッテリは、多数のバッテリセルを所定の電圧が発生するよう接続した複数のバッテリモジュールを、バッテリケース内に横方向に並んで収めて構成されるバッテリモジュールグループと、バッテリモジュールを電気的に並列に接続して構成される電源回路部と、バッテリケース内のバッテリモジュールを個別に、バッテリケース下部からケース外への脱着を可能とするモジュール取出し構造と、電源回路部に設けられ、ケース外へ取出されるバッテリモジュール毎、電気的接続を解除可能とする脱着可能なコネクタ部とを具備して構成されるものとした。

本発明によれば、バッテリパックにおいて、例えばバッテリを構成するバッテリセルの１個だけが劣化して故障となった場合、交換は、バッテリパック全体でなく、横置きとなっているバッテリモジュールグループのうちから、故障となったバッテリセルを含むバッテリモジュールだけをモジュール取出し構造により、バッテリケース外へ取出し、コネクタ部を用いて他のバッテリモジュールとの接続を解除すればよい。

これにより、修理は、故障となったセルを含むバッテリモジュールだけですみ、コスト的な負担は抑えられる。
したがって、修理が容易で、これに伴う修理コストが安価ですむ。

（ａ）は本発明の一実施形態に係る態様となるバッテリパックの構造を示す斜視図、（ｂ）は同バッテリパックの電気回路を示す回路図。 車両に搭載のバッテリパック内からバッテリモジュールが脱着される構造を示す斜視図。 バッテリケース内に組み付けられた各種電気部品を示すバッテリケースの平断面図。 バッテリパック内からバッテリモジュールが外された状態を示す側断面図。 バッテリパック内にバッテリモジュールが装着された状態を示す側断面図。

以下、本発明を図１から図５に示す一実施形態にもとづいて説明する。
図１は電気自動車（電動車両に相当）に搭載されるバッテリパック７の全体の斜視図を示し、図２はバッテリモジュール１９を脱着可能した構造の斜視図を示し、図３〜図５は同構造の各部の断面図を示している。
図１中１は電気自動車の車体を示し、３は同車体１の下部構造を構成する車両前後方向に延びる左右一対のサイドフレーム、５は同じくサイドフレーム３，３間に組み付けられた一対のクロスメンバを示している。

上記バッテリパック７は、車両の下部、具体的にはサイドフレーム３，３およびクロスメンバ５，５で囲まれる車体下部分に搭載される。
このバッテリパック７は、例えば図２〜図５に示されるようにトレイ９と同トレイ９を上側から覆うように接合されるカバー１１とから扁平箱形に形成されたバッテリケース１３と、バッテリケース１３内に収められたバッテリ１５（図１（ｂ））とを有している。このうちバッテリケース１３が、上記サイドフレーム３，３およびクロスメンバ５，５間に収まる。そして、トレイ９から周囲へ突き出た複数の据付脚１７が、サイドフレーム３やクロスメンバ５に締結（例えばボルトによる固定）されている。つまり、バッテリパック７は車体１の下部沿いに据え付けられる。

バッテリケース１３内に収められるバッテリ１５には、多数のバッテリセルを接続したものとなっている。例えばバッテリ１５には、多数のバッテリセルを用いて所定のバッテリ能力に定めた桟形のバッテリモジュール１９を一つの単位として、複数、バッテリケース１３内に並列に配置される構造、すなわちバッテリモジュールグループ２０を構成した構造が用いられる（図１（ｂ））。このバッテリモジュールグループ２０に、バッテリモジュール１９を並列につなぐ電源回路構造２３（本願の電源回路部に相当）と、バッテリモジュール１９を個別に車両下部へ脱着させる取出し構造２５（本願のモジュール取出し構造に相当）とが組み合わさり、バッテリモジュール１９を個別に交換可能としている。

すなわち、バッテリモジュール１９は、例えばバッテリセルを所定の数、例えば８個、直列に接続した箱形の小モジュール２７を用い、同小モジュール２７を所定の数、例えば１２個、一列に並べて直列接続（例えばバスバによる）し、所定の電圧が発生される構造としてある。ちなみにバッテリモジュール１９には、当該バッテリモジュール１９の状態が検出されるよう、電圧センサ、温度センサ、電流センサなどセンサ類２９が組み付けられている。また安全スイッチ３１も付けられている（いずれも図１（ｂ）に図示）。

これらバッテリモジュール１９が複数、例えば三個、バッテリケース１３内に、横方向（例えば車両前後方向）に所定の間隔で並行に収められ、バッテリモジュールグループ２０としている。そして、三列のバッテリモジュール１９が、図１（ｂ）のようにバッテリケース１３内に設けた配線構造を介して電気的に並列に接続され、電気自動車に必要な電力を確保する電源回路構造２３を構成している。電源回路構造２３の詳細については後述する。

取出し構造２５は、図１〜図５に示されるようにトレイ９の下壁部９ａのうち、三列に並ぶバッテリモジュール１９と対応した壁部分を分割する。そして、分割した三片の下壁部分９ｂの上面にそれぞれバッテリモジュール１９が据え付けられた構造となっている。具体的には、分割によって下壁部９ａに形成された各開口３５は、バッテリモジュール１９が挿通可能な大きさの細長形状をなしている。下壁部分９ｂは、全周に固定座として、例えばフランジ部９ｃを有し、フランジ部９ｃと開口周縁部とが、締結具、例えばボルト３７（図２）にて脱着可能に締結される構造となっている。つまり、三列のバッテリモジュール１９は、下壁部分９ｂにバッテリモジュール１９を設置する構造、下壁部分９ｂをトレイ９から脱着する構造によって、バッテリケース１３内から、個別、すなわち一列分のバッテリモジュール１９だけ、ケース外へ取り出したり、元の位置に戻せることができるようにしている（図１〜図５）。ちなみに、フランジ部９ｃと開口周縁部との間は、例えばフランジ部９ｃの上面（全周）に設けたシール部材３９でシールされる構造としてある（図４）。

また電源回路構造２３には、この脱着作業にしたがい個別でバッテリモジュール１９の導通の接・断が行われるよう、導通コネクタ部４１（本願のコネクタ部に相当）が設けられている（図５）。
導通コネクタ部４１は、図１〜図５に示されるようにバッテリモジュール１９の所定の位置、例えばバッテリモジュール１９の長手方向両端側の上面における各定位置に設けた雄側の端子台、例えばＰ極、Ｎ極の給電側端子部４３ａ，４３ｂと、これらＰ極、Ｎ極の給電側端子部４３ａ，４３ｂと対応したカバー１１の内面部分に設けた、雌側の端子台、例えば受電側端子部４４ａ，４４ｂとを有する。給電側端子部４３ａ，４３ｂと受電側端子部４４ａ，４４ｂとは、バッテリモジュール１９の脱着作業にしたがい脱着が行われるものである。

そして、各受電側端子部４４ａ，４４ｂは、図３および図４に示されるようにカバー１１の内面に沿わせた各種バスバー４９ａ〜４９ｃを介して、例えばカバー１１内の車両前後方向一端に設置された通電制御ユニット、例えばヒューズ・コンタクタユニット４７に並列に接続される。
ヒューズ・コンタクタユニット４７は、例えばカバー１１内の車両前後方向一端に設置されたモータ用コネクタ５１（モータへ電力を導くためのジョイント）、充電用コネクタ５３（充電設備からの電力を受けるためのジョイント）に接続される（図３）。これにより、バッテリモジュール１９の脱着作業に応動して行われる導通コネクタ部４１の脱着により、電源回路構造２３は、必要な電力が最大限（三列）に確保される並列な電源回路が構成されたり、バッテリモジュール１９が無く一部電力源が欠いた（二列）並列な電源回路が形成されるようにしてある。ちなみに本実施形態は、一列分のバッテリモジュール１９が欠いても、電気自動車の走行に足りる電力が確保される設定としてある。

またセンサ類２９も、上記バッテリモジュール１９の電力線と同様、図４および図５に示されるように脱着可能な端子構造５５を介して、例えばカバー１１内の車両前後方向他方に設置されたＢＭＵ５６（バッテリマネジャーユニット）に接続されている。
すなわち、図１〜図３に示されるように端子台構造５５は、バッテリモジュール１９毎、所定の位置、例えば給電用端子部４３と隣接したバッテリモジュール１９上面に設置された雄形の端子具５７（本願の第１端子部に相当）と、この端子具５７と対応したカバー１１の内面に設けられた雌形の端子具５９（本願の第２端子部に相当）とを有している。各端子具５７には、各バッテリモジュール１９のセンサ類２９がそれぞれ接続される。カバー１１に設置された端子具５９は、端子具５７と脱着可能に接続され、バッテリモジュール１９の脱着作業に応じ脱着が行われる構造となっている。そして、端子具５９とＢＭＵ５６との間は、配線類であるカバー１１内に配線されたケーブル６１を介して接続され、バッテリモジュール１９の状態を示す信号がケーブル６１を通じて、ＢＭＵ５３へ伝わるようにしている。つまり、端子台構造５５により、端子センサ類２９とケーブル６１（配線類）との間が、バッテリモジュール１９の脱着に応じて接続、解除される構造となっている。

つぎに、このように構成されたバッテリパック７の作用について説明する。
ここでは、例えばバッテリパック７のうち、バッテリセルの１個だけ劣化して故障となった場合の対応を例に挙げて説明する。
三列に並んだバッテリモジュール１９のうち、最も助手席側（左側）に配置されているバッテリモジュール１９ａを構成しているバッテリセルの一個に故障が生じていたとする。

この場合、対象となるバッテリモジュール１９の安全スイッチ３１をオフする。ついで、図1、図２および図４に示されるように対象のバッテリモジュール１９、例えば助手席側に配置されているバッテリモジュール１９ａの有る下壁部分９ｂを固定しているボルト３７を緩めて、当該ボルト３７を開口３５の周縁部から抜去する。
続いて下壁部分９ｂを車体下方へ引き下げる。これにより、下壁部分９ｂに設置されている一列分のバッテリモジュール１９ａは、トレイ９の開口３５を通じて、ケース外へ取り出される。

このバッテリモジュール１９ａの取り外しにしたがい、バッテリモジュール１９ａに設置されているＰ極やＮ極の給電側端子部４３ａ，４３ｂは、カバー１１側（バッテリケース１３）に組み付いているＰ極やＮ極の受電側端子部４４ａ，４４ｂから離脱される。と共にバッテリモジュール１９ａに付いている端子具５７も、カバー１１側（バッテリケース１３）に組み付いている端子具５９から離脱される。

これにより、正常なバッテリモジュール１９はそのままに、故障が生じているバッテリセルを含む一列のバッテリモジュール１９ａだけが、正常なバッテリモジュール１９の動力線や信号線から外れて、バッテリケース１３内から取り出される。
したがって、故障の対応は、取り出された故障のバッテリセルを含むバッテリモジュール１９ａを修理するだけですむ。

むろん、修理を終えたバッテリモジュール１９ａを、開口３５からトレイ９内へ挿入すると、給電側端子部４３ａ，４３ｂと受電側端子部４４ａ，４４ｂとが接続、端子具５７と端子具５９とが接続され、再び三列のバッテリモジュール１９による並列な電源回路が構成される。
以上のように、複数のバッテリモジュール１９をバッテリケース１３内に横置きで並列に収め、これらバッテリモジュール１９を個別にバッテリケース下部からケース外へ取り出せるようにしたことにより、バッテリセルの１個だけ劣化する故障が生じた場合でも、バッテリパック全体を交換する必要はなく、故障したバッテリセルを含む一列のバッテリモジュール１９ａだけを交換や修理すればよく、交換や修理に求められるコスト的な負担を大幅に抑えることができる。

それ故、一部バッテリセルが故障した場合、修理が容易で、これに伴う修理コストが安価ですむ。
しかも、トレイ９（バッテリケース１３の下部）を分割して、分割した下壁部分９ｂにバッテリモジュール１９を設置する構造としたことにより、容易な作業で、バッテリモジュール１９の脱着を行うことできる。

特にバッテリモジュール１９の電力線や信号線を、脱着式の端子構造を用いて脱着可能としたことにより、バッテリモジュール１９の取出作業にしたがい電力線や信号線の取り外しも併せて行えるので、一層、容易な作業で、バッテリモジュール１９の脱着を行うことできる。
なお、本発明は、上述した一実施形態に限定されるものではなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲内で種々可変して実施しても構わない。

１ 車体
７ バッテリパック
９ａ 下壁部分
１３ バッテリケース
１５ バッテリ
１９ バッテリモジュール
２０ バッテリモジュールグループ
２３ 電源回路構造（電源回路部）
２５ 取出し構造（モジュール取出し構造）
２９ センサ類
４１ 導通コネクタ部（コネクタ部）
４３ａ，４３ｂ 給電側端子部
４４ａ，４４ｂ 受電側端子部
５７ 端子具（第１端子部）
５９ 端子具（第２端子部）
６１ ケーブル（配線類）

Claims (4)

1. 車両の下部に搭載される電動車両のバッテリパックであって、
   前記バッテリパックは、車両の下部に配置されるバッテリケースと、当該バッテリケース内に収められたバッテリとを有し、
   前記バッテリは、
   多数のバッテリセルを所定の電圧が発生するよう接続した複数のバッテリモジュールを、前記バッテリケース内に横方向に並んで収めて構成されるバッテリモジュールグループと、
   前記バッテリモジュールを電気的に並列に接続して構成される電源回路部と、
   前記バッテリケース内のバッテリモジュールを個別に、バッテリケース下部からケース外への脱着を可能とするモジュール取出し構造と、
   前記電源回路部に設けられ、前記ケース外へ取出されるバッテリモジュール毎、電気的接続を解除可能とする脱着可能なコネクタ部と
   を具備して構成される電動車両のバッテリパック。
2. 前記バッテリケースは、車両下側に臨む下壁部が、前記横方向に並ぶ前記バッテリモジュール毎に分割可能に構成され、
   前記モジュール取出し構造は、前記分割可能な下壁部毎にそれぞれ前記バッテリモジュールが設けられる
   ことを特徴とする請求項１に記載の電動車両のバッテリパック。
3. 前記コネクタ部は、
   前記バッテリモジュールに設けられた給電側端子部と、
   前記バッテリケース内に設けられ、前記バッテリモジュールの脱着作業にしたがい前記給電側端子部と脱着される受電側端子部とを有して構成される
   ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の電動車両のバッテリパック。
4. 前記バッテリモジュールは、さらに当該バッテリモジュールの状態を検出するセンサ類を有し、
   前記バッテリケース内は、さらに前記センサ類からの信号を伝える配線類を有し
   前記センサ類と前記配線類との間は、前記バッテリモジュールに設けた第１端子部と、前記バッテリケース内に設けられた第２端子部とにより脱着可能としてある
   ことを特徴とする請求項３に記載の電動車両のバッテリパック。

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