JP5476603B2 - 車両用電池パック - Google Patents

Description

本発明は車両に搭載される電池パックに関するものである。

近年、低炭素社会の実現に向けて電気自動車（ＥＶ：Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｖｅｈｉｃｌｅ）、およびハイブリッド車（Ｈｙｂｒｉｄ Ｖｅｈｉｃｌｅ）が注目されている。このような電気自動車、およびハイブリッド車はタイヤへ伝達される駆動力を発生させるための電動機を備える。この電動機の動作させるためのエネルギは二次電池から供給される。

特に近年、走行距離の延長と電池モジュールの配置の省スペース化を両立させるため、電池モジュールとして従来用いられてきた鉛電池から、エネルギ密度の高い二次電池（ニッケル水素充電池、または、リチウムイオン充電池）が用いられるようになっている。

タイヤへ伝達される駆動力を電動機で発生させるためには数百ボルトもの高電圧を必要とするため、二次電池を複数備え出力電圧が高電圧となるような電池パックが車両に搭載されている。この電池パックはその出力電圧が非常に高電圧となるため、電池パックが損傷すると高電圧が車体に印加される可能性があり安全面で好ましくない。

そこで、従来の車両用電池パックとしては、所定の回路遮断条件が成立すると、リレーにより電池パックのと外部の電気的接続を遮断するものがある（例えば、特許文献１）。また、別の例として、車両に衝撃が加わると、おもりがトリガを移動させ、開閉器とトリガとの係合が外れるようにすることで開閉器がばねの力により開かれ、電気的接続を遮断するものがある（例えば、特許文献２）。

特開２０００−９２６０５号公報 特開平４−１８８５７３号公報

従来の車両用電池パックのように、リレーにより電気的接続を遮断する場合、このリレーおよびこのリレーを制御する制御部の信頼性が問題となる。なぜなら、リレー自体が比較的複雑な装置であり、さらに制御部は電力供給を必要とするものであるので、ともに車両が衝撃を受けた場合の動作を保証しにくいからである。そのため、車両が受けた衝撃により、リレーが破損して制御部が制御しても電気的に切断されない、もしくは、制御部が破損して正常に回路遮断条件を判定できないような場合が起こり得る。

また、おもりとトリガを用いる開閉器においても同様に、機構が複雑であるため車両が受けた衝撃によりこの機構が破損してしまい意図したように電気的に切断されない場合があり得る。

本発明は、従来の問題を解決するためになされたものであり、電力供給不要で、かつ、単純な機構により車両用電池パックが外部に出力するの電力の電気的接続を遮断することができる車両用電池パックを提供することを目的とする。

本発明は、電極を有する電池モジュールと、この電池モジュールの電極と電気的に接続した外部出力端子とを備えた車両に搭載する電池パックであって、前記電池モジュールの電極と前記外部出力端子との電気的接続を遮断するための押圧体を備え、前記電池モジュールの電極は前記車両の進行方向に対して鋭角となる平面である第１の平面を有する形状であり、前記押圧体は前記車両の進行方向に対して鋭角となる平面である第２の平面を有する形状であり、この押圧体の第１の平面と前記電池モジュールの電極の第２の平面とが互いに接することで電気的に接続するものである。

本発明は、電池モジュールの電極が車両の進行方向に対して鋭角となる平面である第１の平面を有し、押圧体が車両の進行方向に対して鋭角となる平面である第２の平面を有し、第１の平面と第２の平面とが互いに接するようにしている。

車両に衝撃がかかると、その衝撃が押圧体の第２の平面に伝播し、第１の平面と第２の平面とがスライドして外れる。これにより電気的接続を遮断することができる。

以上により、本発明は、電力供給不要で、かつ、単純な機構により車両用電池パックが外部に出力するの電力の電気的接続を遮断することができるという効果を奏する。

本発明の実施の形態１における車両用電池パックの構造を説明する図 同構造を説明する図 同構造を説明する図 本発明の実施の形態１の変形例を説明するための図 本発明の実施の形態１の変形例を説明するための図 本発明の実施の形態２における車両用電池パックの構造を説明する図

（実施の形態１）
以下、本発明の実施の形態１における車両用電池パックについて図１〜図３を参照しながら説明する。図１〜図３は本発明の実施の形態１における車両用電池パックの構造を説明する図である。

車両用電池パック１は図１に示すように、外部から電力を取り出すための電極である負の外部出力端子２および正の外部出力端子３を備える。負の外部出力端子２は配線５を介して電池モジュール４の負極と電気的に接続する。また、正の外部出力端子３は配線６を介して電池モジュール４の正極（電極７）と電気的に接続する。

より詳細には、正の外部出力端子３は配線６と接続され、この配線６は押圧体８が有する導電部１０
に電気的に接続され、この導電部１０が電極７と接触することで電気的に接続される。また、電池モジュール４の負極側は弾性体９を介して車両用電池パック１の筐体と固定されている。

以下、車両用電池パック１の主要部について詳細に説明する。

電池モジュール４は複数の電池セルを直列に接続して構成している。これら電池セルはいずれも二次電池である。電池セルとしては、例えば、ニッケル水素電池、リチウムイオン電池を用いることができる。

この電池モジュール４は、正極（電極７）と負極（図示なし）とを有する。電極７は車両の進行方向（図１の矢印Ａ）に対して鋭角となる平面（以下、第１の平面）を有する形状である。ここでいう「進行方向」とは、車両が前進する場合のみならず、車両が後進する方向をも含む概念である。以後の説明でも同様である。この電極７は後述する押圧体８と互いに接することで電気的に接続する。

なお、電極７の材料としては、炭素棒、金属棒などが使用可能である。

次に、図２を用いて押圧体８について説明する。通常使用状態では、電極７と押圧体８とは互いに接しているが、本図では説明を容易にするために離間した図にて説明する。

押圧体８は、電池モジュール４の電極７と正の外部出力端子３との電気的接続を遮断するための部材である。押圧体８は、電極７と接する部材である導電部１０を有する。具体的にはこの導電部１０の先端部１１が導電性をもち、電極７と接触する。

この押圧体８が有する先端部１１は、車両の進行方向に対して鋭角となる平面（以下、第２の平面）を有する形状である。この鋭角とは図２の角度θである。なお、第１の平面、および第２の平面はそれぞれ全面が導電可能な面となっている。
この先端部１１の第１の平面と電極７の第２の平面とが互いに接することで電気的に接続する。

前述した電極７が有する第１の平面の車両の進行方向に対する角度も第２の平面の角度と同じく角度θである。これら２つの角度は略同一である。押圧体８は本体部１２を有し、この本体部１２は車両の進行方向にて車両の車体の一部に固定されている。

弾性体９は電池モジュール４の電極７に対する逆の端を、電池パック１の筐体と固定するための部材である。弾性体９としては、ばね、ゴム、湾曲可能な金属、または、湾曲可能なプラスチックなどが使用可能である。

次に、図３を用いて車両が事故等により衝撃を受けた場合の車両用電池パック１について説明する。車両が事故等により衝撃を受けると車両の進行方向（図３の矢印Ｂ）から衝撃が伝播する。この衝撃は押圧体８の本体部１２から、導電部１０、先端部１１へと順に伝播する。先端部１１に伝播した衝撃により、先端部１１の第２の平面は、電極７が有する第１の平面とスライドし外れる。これにより第１の平面と第２の平面とが非接触となり、電気的に遮断される。このとき、電池モジュール４は弾性体９がたわむことにより、その位置が若干変位する。

（変形例１）
図４を用いて本実施の形態の変形例を説明する。

車両用電池パック１が備える電池モジュール４は図４に示すように複数であってもよい。電池モジュール４を複数備える場合は、電池モジュール４の間を直列に接続するために、押圧体８の内部にて電池モジュール４間を電気的に接続する配線を備える。

例えば、図４の電池モジュール４ａの電極７ａは、電池モジュール４ｂの電極７ｂと押圧体８の内部で電気的に接続している。電極７ｃと電極７ｄにおいても同様である。

電池モジュール４の押圧体８の逆端はそれぞれ弾性体９（弾性体９ａ〜弾性体９ｄ）を介して電池パック１の筐体と固定されている。電極７ａ〜電極７ｄと押圧体８との接合については図１と同様である。

このようにすることで、複数の電池モジュール４を同時に遮断できるので、車両用電池パック１内の最も高い電圧は電池モジュール４の１つ分の電圧となり、安全性を高めることができる。

（変形例２）
図５を用いて本実施の形態の別の変形例を説明する。

車両用電池パック１が備える電池モジュール４は、図５に示すように複数で、かつ、車両の進行方向に並べて配置することも可能である。この場合、電池モジュール４間、例えば、電池モジュール４ａと電池モジュール４ｂとの間を、図１の電極７および押圧体８と同じ形状にて互いに接することで電気的に接続する。電池モジュール４ｂと電池モジュール４ｃとの間においても同様である。また、電池モジュール４の車両用電池パック１側の端は弾性体９ａおよび弾性体９ｂにより電池パック１の筐体と固定される。このように電池モジュール４を車両の進行方向に並べて配置できると、車両用電池パック１の形状設計の自由度を上げることができる。

以上のように本発明の一実施の形態における車両用電池パックは、電池モジュール４の電極７が車両の進行方向に対して鋭角となる平面である第１の平面を有し、押圧体８が車両の進行方向に対して鋭角となる平面である第２の平面を有し、第１の平面と第２の平面とが互いに接するようにしている。

車両に衝撃がかかると、その衝撃が押圧体８の第２の平面に伝播し、図３で説明したように第１の平面と第２の平面とがスライドして外れる。これにより、車両用電池パックが外部に出力するの電力の電気的接続を遮断される。以上により、電力供給不要で、かつ、単純な機構により車両用電池パックが外部に出力するの電力の電気的接続を遮断することができるという効果を奏する。

なお、本実施の形態では、電池モジュール４の正極（電極７）の側が押圧体８と接合すると説明したが電池モジュール４の負極側であっても同様の効果を奏することができる。

なお、図２において矢印Ｂは車両の進行方向と記載したが、車両の側面とすることも可能である。

なお、本実施の形態では、電池モジュール４を弾性体９で車両用電池パック１の筐体と固定している。このようにすることにより、電池モジュール４が弾性体９によりその位置が変位可能となる。

弾性体９で固定することで、第１の平面と第２の平面とがスライドして外れる際、電池モジュール４が変位することで、電極７と押圧体８とを円滑に外すことができるという効果を奏する。

なお、本実施の形態では、押圧体８の本体部１２は車両の進行方向にて車両の車体の一部に固定されている。車両の進行方向にて固定することにより、車両の進行方向にかかる衝撃を分散させずに押圧体８に伝播させることができるので、確実に電気的接続を遮断することができるという効果を奏する。

なお、本実施の形態では、電極７が有する第１の平面と押圧体８が有する第２の平面との車両の進行方向に対する角度は略同一であると記載した。このようにすることにより、第１の平面と第２の平面とがスライドして外れる際に円滑に外すことができるという効果
を奏する。

（実施の形態２）
以下、本発明の実施の形態２における車両用電池パックについて図６を参照しながら説明する。図６は本発明の実施の形態２における車両用電池パックの構造を説明する図である。なお、実施の形態１の構成と同様の構成を有するものについては、同一符号を付しその説明を省略し、相違点について詳述する。

実施の形態１と実施の形態２との相違点は、実施の形態１では第１の平面および第２の平面の全面が導電可能な面であると記載したが、第１の平面および第２の平面が導電面と絶縁面との両方を有している点である。

図６に示すように、電池モジュール４の電極７が有する第１の平面、および、押圧体８の導電部１０が有する第２の平面はいずれも導電面（導電面１３および導電面１５）と絶縁面（絶縁面１４および絶縁面１６）とを有する。

通常の使用状態では、第１の平面の導電面（導電面１３）と第２の平面の導電面（導電面１５）とが互いに接することで電気的に接続している。車両に事故等で衝撃がかかると、第１の平面と第２の平面とがスライドするが、導電面１５が絶縁面１４の位置（導電面１３が絶縁面１６の位置）にまで変位すれば電気的接続が遮断される。

このようにすることで、実施の形態１と比べて車両にかかる衝撃が小さい場合にも電気的接続を遮断することができるという効果を奏する。さらに、いきなり切り離されるわけではなく、接続面積が徐々に少なくなることでアークが飛ぶ可能性が少なくなるという効果もある。よって電極が溶着回避性が上がる効果もある。

また、電極７が有する第１の平面、または、押圧体８が有する第２の平面の一方の面上に突起を形成し、他方の面上にこの突起が挿入可能な穴を形成することができる。

図６においては、第１の平面に突起（突起１７）を形成し、第２の平面の面上にこの突起が挿入可能な溝（溝１８）を形成している。この溝１８は導電部１０の外周上に形成された溝でもよく、また、突起１７を挿入可能な穴であってもよい。突起１７は図６では円柱形で記載したが、四角柱、円錐、四角錐などの形状であってもよい。

押圧体８に衝撃がかかっても、突起１７により、第１の平面と第２の平面とがスライドが妨げられる。しかし、押圧体８にさらに大きい衝撃がかかると、突起１７が折れてスライドが開始する。

通常の車両の使用において、第１の平面と第２の平面とがスライドして外れることは回避する必要がある。そのために、この突起１７の強度を調整することで、押圧体８がどの程度の衝撃を受けた場合に第１の平面と第２の平面とがスライドして外れるかを微調整する必要がある。以上のように、突起１７と溝１８とを設け、突起１７の形状、材質等を変化させることでスライドを開始する衝撃の微調整が可能となるという効果を奏する。

特に、上記のように第１の平面、および、第２の平面が絶縁面を有する場合、第１の平面と第２の平面が全面、導電面である場合と比較して、少しのスライドで電気的接続が遮断されてしまう。このため、突起１７の形状、材質を変化させてスライドを開始する衝撃の程度を調整する意義は大きい。

本発明は、車両に搭載される電池パック等として有用である。

１ 車両用電池パック
２ 負の外部出力端子
３ 正の外部出力端子
４ 電池モジュール
５ 配線
６ 配線
７ 電極
８ 押圧体
９ 弾性体
１０ 導電部
１１ 先端部
１２ 本体部
１３ 導電面
１４ 絶縁面
１５ 導電面
１６ 絶縁面
１７ 突起
１８ 溝

Claims (6)

1. 電極を有する電池モジュールと、この電池モジュールの電極と電気的に接続した外部出力端子とを備えた車両に搭載する車両用電池パックであって、
   前記電池モジュールの電極と前記外部出力端子との電気的接続を遮断するための押圧体を備え、
   前記電池モジュールの電極は前記車両の進行方向に対して鋭角となる平面である第１の平面を有する形状であり、
   前記押圧体は前記車両の進行方向に対して鋭角となる平面である第２の平面を有する形状であり、
   この押圧体の第１の平面と前記電池モジュールの電極の第２の平面とが互いに接することで電気的に接続することを特徴とする車両用電池パック。
2. 前記電池モジュールの第１の平面を有する電極に対する逆端を、前記車両用電池パックの筐体と固定する弾性体をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の車両用電池パック。
3. 前記押圧体は、前記車両の進行方向にて前記車両の一部に固定されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の車両用電池パック。
4. 前記電池モジュールの電極が有する第１の平面の前記車両の進行方向に対する角度と、前記押圧体が有する第２の平面の前記車両の進行方向に対する角度とが略同一であることを特徴とする請求項１〜請求項３の何れか一項に記載の車両用電池パック。
5. 前記電池モジュールの電極が有する第１の平面、および、前記押圧体が有する第２の平面はいずれも導電面と絶縁面とを有し、これら導電面同士が互いに接することで電気的に接続することを特徴とする請求項１〜請求項４の何れか一項に記載の車両用電池パック。
6. 前記電池モジュールの電極が有する第１の平面、または、前記押圧体が有する第２の平面の一方の面上に突起を形成し、他方の面上にこの突起が挿入可能な溝または穴を形成することを特徴とする請求項５に記載の車両用電池パック。