JP2021022465A

JP2021022465A - 蓄電装置

Info

Publication number: JP2021022465A
Application number: JP2019137568A
Authority: JP
Inventors: 順多片山; Junta Katayama
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2019-07-26
Filing date: 2019-07-26
Publication date: 2021-02-18
Anticipated expiration: 2039-07-26
Also published as: JP7172901B2

Abstract

【課題】複数の蓄電モジュールが配列した蓄電装置において、蓄電モジュールを接続する接続ケーブルの損傷を抑制することができる蓄電装置を提供する。【解決手段】蓄電装置は、離間方向に間隔をあけて順次配置された第１蓄電モジュール２３Ａと、第２蓄電モジュール２３Ｂと、第３蓄電モジュール２３Ｃと、第４蓄電モジュール２３Ｄと、第１蓄電モジュール２３Ａおよび第３蓄電モジュール２３Ｃを接続する第１接続ケーブル３１と、第２蓄電モジュール２３Ｂおよび第４蓄電モジュール２３Ｄを接続する第２接続ケーブル３０とを含み、接続機器は、第２蓄電モジュール２３Ｂおよび第３蓄電モジュール２３Ｃ、または、第３蓄電モジュール２３Ｃおよび第４蓄電モジュール２３Ｄを電気的に接続する。【選択図】図６

Description

本開示は、蓄電装置に関する。

従来から複数の蓄電モジュールを備えた蓄電装置が知られている。たとえば、特開２００７−３１７４００号公報に記載された蓄電装置は、上段蓄電モジュールと、下段蓄電モジュールと、複数の電線とを含む。

特開２００７−３１７４００号公報

たとえば、３つ以上の蓄電モジュールを電気的に直接にするには、隣り合う蓄電モジュール同士を接続ケーブルで電気的に接続することが考えられる。

この際、隣り合う蓄電モジュールを接続ケーブルで接続すると、隣り合う蓄電モジュール間の距離が短いため、接続ケーブルの曲げ半径が小さくなる。

ここで、一般に蓄電モジュール間を接続する接続ケーブルには、大電流が流れるため、接続ケーブルの断面径は、太くなり易い。断面径が大きい接続ケーブルは曲げにくく、仮に、曲げ半径を小さくすると、接続ケーブルに破損したり損傷しやすくなる。

本開示は、上記のような課題を鑑みてなされたものであって、その目的は、複数の蓄電モジュールが配列した蓄電装置において、蓄電モジュールを接続する接続ケーブルの損傷を抑制することができる蓄電装置を提供することである。

本開示に係る蓄電装置は、離間方向に間隔をあけて配置された複数の蓄電モジュールと、蓄電モジュール間を電気的に接続する複数の接続ケーブルと、離間方向に隣り合う蓄電モジュールを接続する接続機器とを備え、複数の蓄電モジュールは、離間方向に間隔をあけて順次配置された第１蓄電モジュールと、第２蓄電モジュールと、第３蓄電モジュールと、第４蓄電モジュールとを含み、複数の接続ケーブルは、第１蓄電モジュールおよび第３蓄電モジュールを接続する第１接続ケーブルと、第２蓄電モジュールおよび第４蓄電モジュールを接続する第２接続ケーブルとを含み、接続機器は、第２蓄電モジュールおよび第３蓄電モジュール、または、第３蓄電モジュールおよび第４蓄電モジュールを電気的に接続しており、接続機器は、収容ケースと、収容ケース内に設けられたバスバとを含み、接続機器に接続された蓄電モジュール同士は、バスバを通して接続された。

上記蓄電装置によれば、第１接続ケーブルおよび第２接続ケーブルの曲げ半径が小さくなることを抑制することができる。さらに、隣り合う蓄電モジュール同士を接続する場合には、接続機器内に設けられたバスバを通して接続しており、接続ケーブルが用いられていない。これにより、接続ケーブルを曲げることに伴う弊害が生じることが抑制されている。

本開示に係る蓄電装置によれば、複数の蓄電モジュールが配列した蓄電装置において、蓄電モジュールを接続する接続ケーブルの損傷を抑制することができる蓄電装置を提供する。

本実施の形態に係る蓄電装置が搭載された車両１を模式的に示す模式図である。車両１の底面を示す底面図である。蓄電ユニット２２を模式的に示す平面図である。蓄電モジュール２３Ａを模式的に示す平面図である。比較例に係る蓄電装置３Ａを模式的に示す平面図である。蓄電装置３におけるジャンクションボックス２１および蓄電モジュール２３Ａなどを模式的に示す平面図である。図５に示す蓄電装置３Ａにおいて、ジャンクションボックスおよびその周囲の構成を示す平面図である。蓄電装置３の変形例である蓄電装置３Ｂを模式的に示す平面図である。蓄電装置３Ｂにおいてジャンクションボックスおよびその周囲の構成を示す平面図である。第２変形例に係る蓄電装置３Ｃを示す平面図である。第２変形例に係る蓄電装置３Ｃを示す平面図である。蓄電モジュール２３Ａを示す平面図である。

図１から図１２を用いて、本実施の形態に係る蓄電装置について説明する。図１から図９に示す構成のうち、同一または実質的に同一の構成については、同一の符号を付して重複した説明を省略する。なお、実施の形態に示す構成において、請求項に記載された構成に対応する構成には、括弧書きで請求項の構成を併記する場合がある。

図１は、本実施の形態に係る蓄電装置が搭載された車両１を模式的に示す模式図である。車両１は、車両本体２と、蓄電装置３と、駆動装置４と、燃料タンク５とを備える。車両本体２内には、エンジンコンパートメント８および車室空間９が形成されている。エンジンコンパートメント８は、車室空間９よりも前方向Ｆ側に形成されている。車両本体２は、車両１の底面を形成するフロアパネル６を含む。

駆動装置４は、エンジンコンパートメント８内に収容されている。駆動装置４は、エンジン１０と、回転電機ＭＧ１と、回転電機ＭＧ２とを含む。なお、エンジン１０は、燃料タンク５から供給されるガソリンなどを燃焼することで、駆動輪を回転する駆動力を発生する。回転電機ＭＧ１は、主に、発電機として機能しており、回転電機ＭＧ２は、蓄電装置３から供給される電力によって駆動輪を回転する駆動力を発生する。

なお、エンジンコンパートメント８内には、ＰＣＵ（power control unit）１１も収容されており、ＰＣＵ１１は、コンバータおよびインバータを含む。コンバータは、蓄電装置３から供給される直流電力を昇圧してインバータに供給し、インバータは直流電力を三相交流電力に変換して、たとえば、回転電機ＭＧ２に供給する。

蓄電装置３および燃料タンク５は、フロアパネル６の下面側に配置されている。なお、蓄電装置３は、燃料タンク５よりも前方向Ｆ側に配置されている。

図２は、車両１の底面を示す底面図である。蓄電装置３は、収容ケース２０と、ジャンクションボックス２１と、蓄電ユニット２２とを含む。収容ケース２０は、たとえば、アルミニウムなどの金属、または、樹脂などよって形成されている。

ジャンクションボックス２１および蓄電ユニット２２は、収容ケース２０内に収容されている。ジャンクションボックス２１は、電力ケーブル２４，２５によって、ＰＣＵ１１に接続されている。

ジャンクションボックス２１は、接続ケーブル２６，２７によって蓄電ユニット２２に電気的に接続されている。

図３は、蓄電ユニット２２を模式的に示す平面図である。蓄電ユニット２２は、複数の蓄電モジュール２３Ａ，２３Ｂ，２３Ｃ，２３Ｄと、複数の接続ケーブル３０，３１とを含む。

蓄電モジュール２３Ａ，２３Ｂ，２３Ｃ，２３Ｄは、車両１の左側から右側に向かう方向（離間方向）に間隔をあけて設けられている。各蓄電モジュール２３Ａ，２３Ｂ，２３Ｃ，２３Ｄの構成は実質的に同じである。そこで、蓄電モジュール２３Ａの構成について詳細に説明する。

図４は、蓄電モジュール２３Ａを模式的に示す平面図である。蓄電モジュール２３Ａは、複数の蓄電セル４０Ａと、エンドプレート４１Ａ，４２Ａと、複数のバスバ４３Ａと、終端バスバ４４Ａ，４５Ａとを含む。

蓄電セル４０Ａは、収容ケース５０Ａと、外部端子５１Ａ，５２Ａとを含む。収容ケース５０Ａ内には、図示されていない電極体および電解液が収容されている。蓄電セル４０Ａは、たとえば、リチウムイオン電池などの二次電池である。外部端子５１Ａは、たとえば、正極外部端子であり、外部端子５２Ａは、たとえば、負極外部端子である。複数の蓄電セル４０Ａは、車両１の前後方向に配列するように配置されている。

各バスバ４３Ａは、車両１の前後方向に隣り合う蓄電セル４０同士を電気的に直列になるように接続している。

エンドプレート４１Ａは、車両１の前後方向において、蓄電モジュール２３Ａの一端に配置されており、エンドプレート４２Ａは、蓄電モジュール２３Ａの他端に配置されている。

エンドプレート４１Ａは、プレート本体４６Ａと、接続端子４７Ａとを含む。プレート本体４６Ａは、板状の絶縁部材であり、接続端子４７Ａは、プレート本体４６Ａに設けられている。同様に、エンドプレート４２Ａは、プレート本体４８Ａと、接続端子４９Ａとを含む。

エンドプレート４１Ａと隣り合う位置に設けられた蓄電セル４０Ａには、終端バスバ４４Ａが接続されており、終端バスバ４４Ａは、接続端子４７Ａに接続されている。同様に、エンドプレート４２Ａと隣り合う位置に設けられた蓄電セル４０Ａには、終端バスバ４５Ａが接続されており、終端バスバ４５Ａは、接続端子４９Ａに接続されている。

図３に戻って、蓄電モジュール２３Ｂ、２３Ｃ，２３Ｄは、複数の蓄電セルと、エンドプレート４１Ｂ，４１Ｃ，４１Ｄと、エンドプレート４２Ｂ，４２Ｃ，４２Ｄと、複数のバスバとを含む。

そして各蓄電モジュール２３Ｂ、２３Ｃ，２３Ｄにおいて、各蓄電セルはバスバによって電気的に直列に接続されている。

各エンドプレート４１Ｂ，４１Ｃ，４１Ｄには、接続端子４７Ｂ，４７Ｃ，４７Ｄが設けられており、エンドプレート４２Ｂ，４２Ｃ，４２Ｄには、接続端子４９Ｂ，４９Ｃ，４９Ｄが設けられている。

接続ケーブル３０は、接続端子４７Ｂおよび接続端子４７Ｄを電気的に接続しており、接続ケーブル３１は、接続端子４７Ａおよび接続端子４７Ｃを電気的に接続している。

このため、接続ケーブル（第１接続ケーブル）３１は、蓄電モジュール（第１蓄電モジュール）２３Ａと、蓄電モジュール（第３蓄電モジュール）２３Ｃとを接続しており、接続ケーブル（第２接続ケーブル）３０は、蓄電モジュール（第２蓄電モジュール）２３Ｂおよび蓄電モジュール（第４蓄電モジュール）２３Ｄを電気的に接続している。

接続ケーブル３０が電気的に接続する蓄電モジュール２３Ｂおよび蓄電モジュール２３Ｄの間には、蓄電モジュール２３Ｃが配置されている。

このため、車両１の左側から右側に向かう方向（離間方向）において、接続ケーブル３０が接続する接続端子４７Ｂおよび接続端子４７Ｄの間の距離は、隣り合う接続端子４７Ｂおよび接続端子４７Ｃの間の距離よりも長い。

ここで、蓄電装置３が充放電する際には、接続ケーブル３０，３１には大きな電流が流れるため、接続ケーブル３０，３１の断面径は大きい。そのため、接続ケーブル３０，３１を曲げることができる許容曲げ半径は長い。たとえば、接続ケーブル３０，３１を曲げることができる許容曲げ半径を許容曲げ半径Ｒ１とする。

たとえば、接続ケーブル３０は、端部５５と、曲げ部５６と、直線部５７と、曲げ部５８と、端部５９とを含む。端部５５は、接続端子４７Ｂに接続されている。曲げ部５６は、円弧状に曲げられており、曲げ部５６の曲げ半径は、許容曲げ半径Ｒ１である。直線部５７は、曲げ部５６および直線部５７を接続している。曲げ部５８も、円弧状に曲げられており、曲げ部５８の曲げ半径も、許容曲げ半径Ｒ１である。そして、端部５９は、接続端子４７Ｄに接続されている。

このように、接続ケーブル３０が接続する接続端子４７Ｂおよび接続端子４７Ｄの距離は長いため、曲げ部５６および曲げ部５８の曲げ半径を許容曲げ半径Ｒ１以上とすることができる。

同様に、接続ケーブル３１が接続する接続端子４７Ａおよび接続端子４７Ｃの間には、蓄電モジュール２３Ｂが位置しており、接続端子４７Ａおよび接続端子４７Ｃの間の距離は長い。そのため、接続ケーブル３１の曲げ部における曲げ半径を許容曲げ半径Ｒ１以上にすることができる。

図５は、比較例に係る蓄電装置３Ａを模式的に示す平面図である。なお、蓄電装置３Ａは、接続ケーブル３０，３１に替えて、接続ケーブル６０，６１を備え、さらに、接続ケーブル６２を備えている。

接続ケーブル６０は、蓄電モジュール２３Ｄの接続端子４７Ｄと、蓄電モジュール２３Ｃの接続端子４７Ｃとを接続している。接続ケーブル６２は、蓄電モジュール２３Ｃの接続端子４９Ｃと、蓄電モジュール２３Ｂの接続端子４９Ｂとを接続している。接続ケーブル６１は、蓄電モジュール２３Ｂの接続端子４７Ｂと、蓄電モジュール２３Ａの接続端子４７Ａとを接続している。

ここで、接続端子４７Ｄおよび接続端子４７Ｃの間の距離は、（許容曲げ半径Ｒ１×２）よりも小さい場合がある。

この際、接続ケーブル６０の曲げ半径が許容曲げ半径Ｒ１よりも小さくなるように、接続ケーブル６０を曲げると、接続ケーブル６０が損傷するおそれがある。その一方で、接続ケーブル６０の曲げ半径が許容曲げ半径Ｒ１となるようにすると、破線に示すように、接続ケーブル６０を設置する領域が大きくなり、蓄電装置３の大型化を招くことになる。

なお、接続ケーブル６０について説明したが、接続ケーブル６１，６２においても同様の弊害が生じる。

その一方で、図３に示す蓄電装置３においては、接続ケーブル３０，３１が接続する接続端子間の距離が許容曲げ半径Ｒ１よりも長いため、上記のような弊害が生じることが抑制されている。

図６は、蓄電装置３におけるジャンクションボックス２１および蓄電モジュール２３Ａなどを模式的に示す平面図である。ジャンクションボックス２１は、蓄電モジュール２３Ｂおよび蓄電モジュール２３Ｃの前方に配置されている。ジャンクションボックス２１は、ＳＭＲ（システムメインリレー）１と、ＳＭＲ２と、接続機器３２と、ケース６７とを含む。ＳＭＲ１と、ＳＭＲ２と、接続機器３２は、ケース６７内に収容されている。

ジャンクションボックス２１には、接続ケーブル２６および接続ケーブル２７が接続されている。接続ケーブル２６は、蓄電モジュール２３Ａの接続端子４９Ａと、ＳＭＲ１とを電気的に接続している。接続ケーブル２７は、蓄電モジュール２３Ｄの接続端子４９Ｄと、ＳＭＲ２とを電気的に接続している。

ここで、接続ケーブル２６および接続ケーブル２７は、直線状に形成されており、接続ケーブル２６，２７の曲げ半径は、許容曲げ半径Ｒ１よりも大きい。

ＳＭＲ１は、電力ケーブル２４および接続ケーブル２６の電気的な接続状態を切り替えており、ＳＭＲは、電力ケーブル２５および接続ケーブル２７の電気的な接続状態を切り替えている。

接続機器３２は、端子６８と、端子６９と、バスバ７０とを含む。端子６８には、接続配線６５が接続されており、接続配線６５は接続端子４９Ｂに接続されている。端子６９には接続配線６６が接続されており、接続配線６６は接続端子４９Ｃに接続されている。

端子６８は、接続端子４９Ｂの前方側に設けられており、接続配線６５は直線状に形成されている。同様に、端子６９は接続端子４９Ｃの前方側に設けられており、接続配線６６も直線状に形成されている。接続配線６５および接続配線６６の曲げ半径は、許容曲げ半径Ｒ１よりも大きい。バスバ７０は、導電性の板状部材である。バスバ７０は、端子６８および端子６９を電気的に接続している。

このように、互いに近接する接続端子４９Ｂおよび接続端子４９Ｃを接続機器３２のバスバ７０を通して接続することで、接続配線６５，６６の曲げ半径が小さくなることを抑制することができる。

図７は、図５に示す蓄電装置３Ａにおいて、ジャンクションボックスおよびその周囲の構成を示す平面図である。

蓄電装置３Ａも、ジャンクションボックス２１Ａと、接続ケーブル２６，２７とを含む。なお、蓄電装置３Ａにおいては、接続端子４９Ｂおよび接続端子４９Ｃの間は、接続ケーブル６２によって接続されているため、ジャンクションボックス２１Ａには、接続機器３２は設けられていない。

ここで、接続ケーブル６２の曲げ半径を許容曲げ半径Ｒ１から大幅に小さくすることはできないため、接続ケーブル６２がジャンクションボックス２１Ａと干渉するおそれがある。

その一方で、図６に示すように、本実施の形態に係る蓄電装置３においては、接続端子４９Ａに接続された接続配線６５と、接続端子４９Ｃに接続された接続配線６６とをバスバ７０を通して接続している。これにより、接続配線６５および接続配線６６を曲げる必要がなく、図７などに示す蓄電装置３Ａなどのような弊害が生じることを抑制することができる。

そして、蓄電モジュール２３Ａ，２３Ｂ，２３Ｃ，２３Ｄは、接続ケーブル３０，３１および接続機器３２によって、電気的に直列となるように接続されている。

図８は、蓄電装置３の変形例である蓄電装置３Ｂを模式的に示す平面図であり、図９は、蓄電装置３Ｂにおいてジャンクションボックスおよびその周囲の構成を示す平面図である。図８および図９において、蓄電装置３Ｂにおいて、接続機器３２Ｂは、接続配線６５Ｂ，６６Ｂと、ケース６７Ｂと、端子６８Ｂ，６９Ｂとを含む。

そして、接続配線６５Ｂは、接続端子４９Ａおよび端子６８Ｂを接続しており、接続配線６６Ｂは、プレート本体４８Ｂおよび端子６９Ｂを接続している。なお、この蓄電装置３Ｂにおいては、接続ケーブル３０にヒューズ７１が設けられている。

蓄電装置３Ｂにおいて、蓄電装置３Ｂが充放電すると、接続ケーブル３０内を流れる電流方向と、接続ケーブル３１内を流れる電流方向とが反対方向となる。そのため、接続ケーブル３０，３１内にノイズが流れた際に、接続ケーブル３０の周囲に放射される電磁波ノイズと、接続ケーブル３０の周囲に放射される電磁波ノイズとの位相が逆転しており、互いに打ち消し合うことになる。その結果、車両１の後方にラジオ（ＡＭおよびＦＭ）などのアンテナを配置したとしても、当該アンテナは良好に信号を外部から受信することができる。なお、蓄電装置３Ｂにおいても、接続ケーブル３０，３１が接続する接続端子間の距離は、許容曲げ半径Ｒ１よりも長く、さらに、隣り合う接続端子は接続機器３２Ｂによって接続されている。このため、蓄電装置３Ｂにおいても、上記の蓄電装置３と同様の作用、効果を得ることができる。

図１０および図１１は、第２変形例に係る蓄電装置３Ｃを示す平面図であり、図１２は、蓄電モジュール２３Ａを示す平面図である。図１０、図１１および図１２を参酌して、蓄電装置３Ｃにおいては、各エンドプレート４１Ａ，４１Ｂ，４１Ｃ，４１Ｄ，４２Ａ，４２Ｂ，４２Ｃ，４２Ｄには、接続端子が設けられていない。

そして、接続ケーブル３０，３１は、各蓄電モジュール２３Ｂ，２３Ｄ，２３Ａ，２３Ｃの蓄電セルの外部端子に接続されている。同様に、接続ケーブル２６，２７および接続配線６５，６６も、各蓄電モジュール２３Ａ，２３Ｂ，２３Ｃ，２３Ｄに設けられた蓄電セルの外部端子に接続されている。

具体的には、図１２に示すように、接続ケーブル３１の一端は、エンドプレート４１Ａと隣り合う蓄電セル４０Ａの外部端子５１Ａに接続されている。

同様に、接続ケーブル２６の一端は、エンドプレート４２Ａと隣り合う蓄電セル４０Ａの外部端子５２Ａに接続されている。

このように、各接続ケーブル３０，３１，２６，２７および接続配線６５，６６を蓄電セルの外部端子に接続するようにしてもよい。

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。本発明の範囲は請求の範囲によって示され、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。

１車両、２車両本体、３，３Ａ，３Ｂ蓄電装置、４駆動装置、５燃料タンク、６フロアパネル、８エンジンコンパートメント、９車室空間、１０エンジン、２０，５０Ａ収容ケース、２１ジャンクションボックス、２２蓄電ユニット、２３Ａ，２３Ｂ，２３Ｃ，２３Ｄ蓄電モジュール、２４，２５電力ケーブル、２６，２７，３０，３１，６０，６１，６２接続ケーブル、３２，３２Ｂ接続機器、４０，４０Ａ，４０Ｂ，４０Ｃ，４０Ｄ蓄電セル、４１Ａ，４１Ｂ，４１Ｃ，４１Ｄ，４２Ａ，４２Ｂ，４２Ｃ，４２Ｄエンドプレート、４３Ａバスバ、４４Ａ，４５Ａ終端バスバ、４６Ａ，４８Ａ，４８Ｂプレート本体、４７Ａ，４７Ｂ，４７Ｃ，４７Ｄ，４９Ａ，４９Ｂ，４９Ｃ，４９Ｄ接続端子、５１Ａ，５２Ａ外部端子、５５，５９端部、５６，５８曲げ部、５７直線部、６５，６５Ｂ，６６，６６Ｂ接続配線、６７，６７Ｂケース、６８，６８Ｂ，６９，６９Ｂ端子、７０接続板、７１ヒューズ、Ｆ前方向、ＭＧ１，ＭＧ２回転電機、Ｒ１半径。

Claims

離間方向に間隔をあけて配置された複数の蓄電モジュールと、
前記蓄電モジュール間を電気的に接続する複数の接続ケーブルと、
前記離間方向に隣り合う蓄電モジュールを接続する接続機器と、
を備え、
前記複数の蓄電モジュールは、
前記離間方向に間隔をあけて順次配置された第１蓄電モジュールと、第２蓄電モジュールと、第３蓄電モジュールと、第４蓄電モジュールとを含み、
前記複数の接続ケーブルは、前記第１蓄電モジュールおよび前記第３蓄電モジュールを接続する第１接続ケーブルと、前記第２蓄電モジュールおよび前記第４蓄電モジュールを接続する第２接続ケーブルとを含み、
前記接続機器は、前記第２蓄電モジュールおよび前記第３蓄電モジュール、または、前記第３蓄電モジュールおよび前記第４蓄電モジュールを電気的に接続しており、
前記接続機器は、収容ケースと、前記収容ケース内に設けられたバスバとを含み、
前記接続機器に接続された蓄電モジュール同士は、前記バスバを通して接続された、蓄電装置。