JP5673387B2 - 車両用電源装置 - Google Patents

Description

本発明は、車両に搭載される電源装置に関し、特に、車両衝突の衝撃から電源装置を保護する技術に関する。

電気自動車やハイブリッド自動車は、電池をケース内に収容している電源装置を搭載している。この電源装置からモータに電力を供給し、モータによって自動車を走行させている。モータによって自動車を走行させるため、電源装置は、例えば複数の電池を直列に接続して出力電圧を高くしている。例えば、積層された複数の電池において、隣接する２つの電池の＋極の電極端子と−極の電極端子とを接続することにより、複数の電池を直列に接続する。

上記のような電源装置を搭載した車両においては、車両衝突の衝撃により車体が変形し、車体の一部又は車両に搭載された車両機器が電池に接触し、電池及び電極端子が破損するおそれがある。ここで、図５を参照して、車体の一部が電源装置の電極端子に接触する様子について説明する。図５は、従来技術に係る電源装置を示す図であり、車体の一部が電源装置の電極端子に接触する様子を模式的に示す図である。一例として、車両の床下に電源装置１００を搭載した場合について説明する。電源装置１００は、電池１１０と、電池１１０を収容するケース１２０とを含んで構成されている。車両衝突が発生した場合、車両衝突の衝撃により車体の一部が変形してケース１２０を介して電池１１０に接触することがある。そのことにより、電池１１０及び電極端子１１１が破損するおそれがある。

車両衝突が発生した場合に、その車両衝突の衝撃から電源装置を保護する様々な技術が提案されている。例えば、下記の特許文献１には、車両に搭載された二次電池モジュールを車両衝突によって発生した衝撃から保護するフレーム構造体が開示されている。このフレーム構造体は、連結された下枠体と上枠体とを備えている。下枠体は、車両のサイドメンバに取り付けられる左右一対のサイドフレームと、左右のサイドフレームのフロント側を連結したフロントフレームと、リア側を連結したリアフレームとによって構成されている。上枠体は、左右一対の上枠サイドフレームと前後の上枠フロントフレーム及び上枠リアフレームとによって構成されている。そして、下枠体と上枠体とがフロントコーナー縦フレームとリアコーナー縦フレームとによって上下に連結されることで、フレーム構造体が形成される。このフレーム構造体においては、リアフレームの端部をリアコーナー縦フレームの溶接ブラケットにて挟み込み溶接連結し、サイドフレームのリア側端面をリアコーナー縦フレームに当接させつつ溶接ブラケットにて側面溶接することにより、フレーム構造体の内部に設置された電池モジュールの保護を図っている。

また、下記の特許文献２には、車両衝突が発生した場合にケースの上蓋が電池に接触しないように、電池を収容するケース内に突起が設けられた電源装置が開示されている。ケース内に設けられた突起はケースの上蓋を支持する。車両衝突によってケースの上方から荷重がかかった場合に、突起によってケースの上蓋を支持することにより、上蓋が電池に接触することを防止している。

また、下記の特許文献３には、電池の−電極端子に電圧検出素子が接続された電源装置であって、車両衝突が発生した場合に電圧検出素子が電池と接触しないように、樹脂のカバーが電圧検出素子に設けられた電源装置が開示されている。

また、下記の特許文献４には、車両衝突が発生した場合に電池のカバーが電極端子に接触しないように、カバーの内側に突起部が設けられた電源装置が開示されている。

特開２０１１−００９１７８号公報 特開２００３−０４５３９２号公報 特開２００６−１２０４８７号公報 特開２００１−３３２２３２号公報

しかしながら、特許文献１に記載の発明によると、車両衝突等が原因で車体が変形した場合に、車体の一部が各フレームの隙間を通って電池に接触し、電池や電極端子が破損するおそれがある。

また、特許文献２に記載の発明によると、ケース内に設けられた突起によってケースの上蓋を支持するため、ケースの上蓋に加えられた荷重が突起を介して電池に伝わり、ケース内に設けられた電池に荷重がかかって破損するおそれがある。

また、特許文献３に記載の発明によると、樹脂のカバーは電池に装着されているため、車両衝突が発生して樹脂のカバーに荷重が加わると、その樹脂のカバーを介して電池に荷重がかかって破損するおそれがある。

また、特許文献４に記載の発明によると、電池のカバーの内側に設けられた突起部は、電池の電極端子に係合した固定部材に突き当たるため、その固定部材を介して電池に荷重がかかって破損するおそれがある。

本発明の目的は、車両衝突の衝撃から電池及び電極端子を保護することが可能な車両用電源装置を提供することである。

本発明は、車両に設けられる複数の電池と、前記複数の電池を挟んで一体的に拘束する拘束具と、前記複数の電池の電極端子が設けられている面において、前記電極端子の位置を避けて前記拘束具に取り付けられたプロテクタであって、前記電極端子が設けられている面を基準にして前記電極端子の先端よりも高い位置に配置されたプロテクタと、を有することを特徴とする車両用電源装置である。

また、本発明に係る車両用電源装置であって、前記複数の電池と前記拘束具とを収容するケースを更に有し、前記プロテクタは前記ケースの内側に設けられている、ことを特徴とする。

また、本発明に係る車両用電源装置であって、前記拘束具は、前記複数の電池を両端部から挟み込むエンドプレート、又は、前記複数の電池の間に設けられている樹脂フレームのうちの少なくとも一方である、ことを特徴とする。

本発明によると、電極端子を覆うようにプロテクタが設けられているため、車両衝突が発生した場合であっても、車体の一部はプロテクタに接触し、電池及び電極端子に接触することを防止することが可能となる。そのことにより、車両衝突の衝撃から電池及び電極端子を保護することが可能となる。また、プロテクタは拘束具に取り付けられているため、プロテクタに加わった荷重が電池に伝わり難くなり、車両衝突の衝撃から電池及び電極端子を保護することが可能となる。

本発明の実施形態に係る電源装置を示す斜視図である。 本発明の実施形態に係る電源装置を示す側面図である。 車両衝突が発生した場合における電源装置と車体との位置関係を示す図であり、車両の側方から見た図である。 変形例に係る電源装置を示す側面図である。 従来技術に係る電源装置を示す図であり、車体の一部が電源装置の電極端子に接触する様子を模式的に示す図である。

図１及び図２を参照して、本発明の実施形態に係る電源装置について説明する。図１は、本発明の実施形態に係る電源装置を示す斜視図である。図２は、本発明の実施形態に係る電源装置の側面図である。なお、説明を簡便にするために、図２においては、電池セル２、エンドプレート３、樹脂フレーム４、及びプロテクタ６のみを図示し、それら以外の構成については図示を省略している。

本実施形態に係る電源装置１は、例えば電気自動車やハイブリッド自動車等の車両に搭載され、車両に搭載されたモータに電力を供給する。図１及び図２に示すように、本実施形態に係る電源装置１は、並列に配置された複数の電池セル２を含んで構成されている。すなわち、複数の電池セル２が積層されている。積層された複数の電池セル２の積層方向（配列方向）の両端部にはエンドプレート３が設けられている。一対のエンドプレート３によって複数の電池セル２を両端部から挟み込んで、複数の電池セル２を積層方向に一体的に拘束する。なお、図１及び図２には、一対のエンドプレート３のうちの一方のエンドプレート３のみが図示されている。

また、隣接する２つの電池セル２の間には、樹脂フレーム４が設けられている。この樹脂フレーム４によって電池セル２の位置決めが行われる。また、隣接する２つの電池セル２の間に樹脂フレーム４を設けることにより、２つの電池セル２の間に空気が入り込んで電池セル２が冷却される。また、数個の電池セル２ごとに樹脂フレーム４を設けてもよい。なお、エンドプレート３及び樹脂フレーム４が、複数の電池セル２を拘束する拘束具の一例に相当する。

また、複数の電池セル２が積層方向（配列方向）に十分に拘束されるように、固定用のバー５が２つのエンドプレート３の間に掛け渡されている。

電池セル２には、２つの電極端子２１が間隔をおいて設けられている。２つの電極端子２１のうちの一方の電極端子２１が＋極の電極端子であり、他方の電極端子２１が−極の電極端子である。そして、隣接する２つの電池セル２の＋極の電極端子２１と−極の電極端子２１とを接続部材によって接続することにより、複数の電池セル２が直列に接続される。なお、図１及び図２には、＋極の電極端子２１と−極の電極端子２１とを接続する接続部材は図示されていない。電池セル２には、一例として、燃料電池を用いることができる。

電池セル２の電極端子２１が設けられている面には、電極端子２１を覆うようにプロテクタ６が設けられている。換言すると、電池セル２の電極端子２１が設けられている面には、電極端子２１が設けられている面を基準にして電極端子２１の先端よりも高い位置にプロテクタ６が設けられている。プロテクタ６は、複数の電池セル２を拘束する拘束具に取り付けられている。図１及び図２に示す例では、一例として、複数の電池セル２を跨いでエンドプレート３と樹脂フレーム４との間にプロテクタ６が設けられている。プロテクタ６の一端はエンドプレート３に取り付けられ、プロテクタ６の他端は樹脂フレーム４に取り付けられている。このように、プロテクタ６は、電池セル２以外の部材であるエンドプレート３と樹脂フレーム４とに取り付けられて支持されている。なお、プロテクタ６が取り付けられた樹脂フレーム４は、プロテクタ６を介して荷重を受ける場合がある。そのため、図２に示すように、プロテクタ６が取り付けられる樹脂フレーム４は、プロテクタ６が取り付けられない樹脂フレーム４と比べて、配列方向の幅が広くなっていることが好ましい。プロテクタ６が取り付けられる樹脂フレーム４の幅をより広くすることにより、プロテクタ６が取り付けられる樹脂フレーム４の強度を高めることができる。

図１に示すように、エンドプレート３には、プロテクタ６をねじ止めによって固定するためのねじ穴３１が形成されている。また、樹脂フレーム４には、プロテクタ６をねじ止めによって固定するための図示しないねじ穴が形成されている。そして、プロテクタ６の一端に形成された図示しないねじ穴と、エンドプレート３に形成されたねじ穴３１とにねじ６１を通し、ねじ６１を締め付けることにより、プロテクタ６の一端をエンドプレート３に取り付ける。また、プロテクタ６の他端に形成された図示しないねじ穴と、樹脂フレーム４に形成された図示しないねじ穴とに別のねじ６１を通し、ねじ６１を締め付けることにより、プロテクタ６の他端を樹脂フレーム４に取り付ける。このように、プロテクタ６は、エンドプレート３と樹脂フレーム４とに取り付けられて支持されている。図１及び図２に示す例では、エンドプレート３と樹脂フレーム４とが、プロテクタ６が取り付けられてプロテクタ６を支持する支持手段の一例として機能する。

また、電源装置１は、図示しないケースを備えている。このケース内には、電池セル２、エンドプレート３、樹脂フレーム４、バー５、及びプロテクタ６が収容されている。すなわち、プロテクタ６は、ケースの内側に設けられている。

なお、電極端子２１の位置を避けてプロテクタ６を設けてもよい。上述したように、隣接する２つの電池セル２の＋極の電極端子２１と−極の電極端子２１とが接続部材によって接続される。このように、２つの電極端子２１を接続する接続部材が電極端子２１に設けられる。電極端子２１の位置を避けてプロテクタ６を設けた場合、電極端子２１の接続部材の厚さを考慮してプロテクタ６をより高い位置に設置しなくても済むため、その分、電源装置１内においてより広いスペースを確保することができる。

次に、図３を参照して、本実施形態に係る電源装置１の作用及び効果について説明する。図３は、車両衝突が発生した場合における電源装置と車体との位置関係を示す図であり、車両の側方から見た図である。図３（ａ）は、本実施形態に係る電源装置１と車体との位置関係を示す図である。図３（ｂ）は、従来技術に係る電源装置１００と車体との位置関係を示す図である。一例として、車両の床下に電源装置を搭載した場合について説明する。

車両衝突が発生した場合、車両衝突の衝撃により車体が変形し、車両のフロア２００が車両の上方から下方（矢印Ａの方向）に向けて折れ曲がり、電源装置１のケースが変形する場合がある。本実施形態に係る電源装置１によると、電極端子２１はプロテクタ６によって覆われているため、図３（ａ）に示すように、変形した車体の一部（例えばフロア２００）はケースを介してプロテクタ６に接触する。そのため、プロテクタ６の下に配置されている電極端子２１にフロア２００が接触することを防止することが可能となる。その結果、車両衝突の衝撃から電池セル２及び電極端子２１を保護することが可能となる。このように、ケースとは別にプロテクタ６を設けたことにより、ケースが変形した場合であっても、車両衝突の衝撃による電池セル２及び電極端子２１の破損を防止することが可能となる。すなわち、電池セル２及び電極端子２１は、ケースとプロテクタ６とによって二重に保護されていることになる。

また、プロテクタ６は、エンドプレート３と樹脂フレーム４とに取り付けられて支持されているため、プロテクタ６が受けた荷重は、エンドプレート３と樹脂フレーム４とに伝わる。そのため、電池セル２及び電極端子２１にはプロテクタ６が受けた荷重が伝わり難くなる。そのことにより、車両衝突の衝撃から電池セル２及び電極端子２１を保護することが可能となる。

一方、従来技術に係る電源装置１００によると、図３（ｂ）に示すように、プロテクタ６が設けられていないため、車両衝突時に車体の一部（例えばフロア２００）が変形して電源装置１００のケースを介して電池１１０に接触し、電池１１０や電極端子１１１が破損する場合がある。これに対して、本実施形態に係る電源装置１によると、上述したように、電池セル２及び電極端子２１の破損を防止することが可能となる。

プロテクタ６は、例えば機械的な強度が得られる樹脂で構成されていてもよいし、鉄やアルミニウム等の金属や合金で構成されていてもよい。車両衝突が発生し車体の一部や車両機器がプロテクタ６に接触してプロテクタ６が破損した場合に、破損したプロテクタ６が電極端子２１に接触しても漏電が発生しないように、絶縁性の観点からプロテクタ６は樹脂で構成されていることが好ましい。

次に、図４を参照して、変形例に係る電装装置について説明する。図４は、変形例に係る電源装置を示す側面図である。なお、説明を簡便にするために、図４においては、電池セル２、エンドプレート３、樹脂フレーム４、プロテクタ６、支持部材７、及びケース８のみを図示し、それら以外の構成については図示を省略している。

図４に示すように、電池セル２、エンドプレート３、樹脂フレーム４、バー５（図４には図示されていない）、プロテクタ６、及び支持部材７は、ケース８内に収容されている。支持部材７は、ケース８の底面からケース８の上蓋の方向に向かって延びる柱状の部材であり、電池セル２から離れた位置に設置されている。例えば、支持部材７は、一対のエンドプレート３のうちの一方のエンドプレート３の近傍に設置されている。上述した実施形態に係る電源装置１では、プロテクタ６は、エンドプレート３と樹脂フレーム４とに取り付けられているが、この設置例は一例に過ぎない。別の例として、図４に示すように、プロテクタ６は、電池セル２から離れた位置に設置された支持部材７と、２つの電池セル２の間に設けられた樹脂フレーム４とに取り付けられてもよい。すなわち、プロテクタ６の一端を支持部材７に取り付け、プロテクタ６の他端を樹脂フレーム４に取り付けることにより、電池セル２を跨いで支持部材７と樹脂フレーム４との間にプロテクタ６を設けてもよい。また、上述した実施形態に係る電源装置１と同様に、プロテクタ６は、電池セル２の電極端子２１を覆うように設けられている。図４に示す例では、支持部材７と樹脂フレーム４とが、プロテクタ６が取り付けられてプロテクタ６を支持する支持手段の一例として機能する。

この変形例に係る電源装置によっても、上述した実施形態に係る電源装置１と同様の効果を奏することができる。すなわち、電極端子２１を覆うようにプロテクタ６が設けられているため、車両衝突の衝撃により変形した車体の一部（例えばフロア）は、ケース８を介してプロテクタ６に接触する。そのことにより、プロテクタ６の下に配置されている電極端子２１に車体の一部（例えばフロア）が接触することを防止することが可能となる。その結果、車両衝突の衝撃から電池セル２及び電極端子２１を保護することが可能となる。また、プロテクタ６は、支持部材７と樹脂フレーム４とに取り付けられて支持されているため、プロテクタ６が受けた荷重は、支持部材７と樹脂フレーム４とに伝わる。そのため、電池セル２及び電極端子２１にはプロテクタ６が受けた荷重が伝わり難くなる。そのことにより、車両衝突の衝撃から電池セル２及び電極端子２１を保護することが可能となる。

また、別の例として、図４に示すように、電池セル２の電極端子２１が設けられている面を基準にし、その面から樹脂フレーム４を突出させ、その突出した部分（突出部４１）をプロテクタとして用いてもよい。電池セル２の電極端子２１が設けられている面を基準にして、突出部４１の先端は電極端子２１の先端よりも高い位置に配置されている。なお、隣接する２つの電池セル２の＋極の電極端子２１と−極の電極端子２１とは接続部材によって接続されるため、隣接する２つの電池セル２の２つの電極端子２１の間では、樹脂フレーム４を突出させない方が好ましい。このように突出部４１をプロテクタとして用いた場合であっても、上述した実施形態に係る電源装置１と同様の効果を奏することができる。すなわち、電池セル２の電極端子２１が設けられている面を基準にして、突出部４１の先端が電極端子２１の先端よりも高い位置に配置されているため、車両衝突の衝撃により変形した車体の一部（例えばフロア）は、ケース８を介して突出部４１に衝突する。そのことにより、突出部４１よりも高さが低い電極端子２１に車体の一部（例えばフロア）が接触することを防止することが可能となる。その結果、車両衝突の衝撃から電池セル２及び電極端子２１を保護することが可能となる。また、車体の一部に接触する突出部４１は、樹脂フレーム４の一部であるため、突出部４１が受けた荷重は樹脂フレーム４に伝わる。そのため、電池セル２及び電極端子２１には突出部４１が受けた荷重が伝わり難くなる。そのことにより、車両衝突の衝撃から電池セル２及び電極端子２１を保護することが可能となる。なお、各樹脂フレーム４に突出部４１を形成してもよいし、任意の数の樹脂フレーム４ごとに突出部４１を形成してもよい。

なお、電源装置にプロテクタ６のみを設置してもよいし、突出部４１のみを形成してもよい。また、図４に示すように、プロテクタ６と突出部４１とを併用してもよい。

また、本実施形態及び変形例では、エンドプレート３、樹脂フレーム４、又は支持部材７のうちの少なくとも１つによって、プロテクタ６を支持してもよい。

例えば、エンドプレート３のみによってプロテクタ６を支持してもよい。この場合、プロテクタ６の一端を、一対のエンドプレート３のうちの一方のエンドプレート３に取り付け、プロテクタ６の他端を、一対のエンドプレート３のうちの他方のエンドプレート３に取り付ける。このように、プロテクタ６の両端部を複数の電池セル２の両端部に設けられたエンドプレート３に取り付け、複数の電池セル２を跨ぐようにプロテクタ６を設けてもよい。

また、樹脂フレーム４のみによってプロテクタ６を支持してもよい。この場合、プロテクタの一端を第１の樹脂フレーム４に取り付け、プロテクタ６の他端を第１の樹脂フレーム４とは異なる位置に配置された第２の樹脂フレーム４に取り付ける。また、３つ以上の樹脂フレーム４によってプロテクタ６を支持してもよい。

また、支持部材７のみによってプロテクタ６を支持してもよい。この場合、一対のエンドプレート３のように、一対の支持部材７をケース８内に設ける。例えば、図４に示すように、一対のエンドプレート３のうちの一方のエンドプレート３の近傍に第１の支持部材７を設け、図示しない他方のエンドプレート３の近傍に図示しない第２の支持部材７を設ける。すなわち、複数の電池セル２の両端部の近傍にそれぞれ支持部材７を設置する。そして、プロテクタ６の一端を第１の支持部材７に取り付け、プロテクタ６の他端を第２の支持部材７に設ける。このように、プロテクタ６の両端部を、複数の電池セル２の両端部の近傍にそれぞれ設けられた支持部材７に取り付け、複数の電池セル２を跨ぐようにプロテクタ６を設けてもよい。

また、エンドプレート３と支持部材７とによって、プロテクタ６を支持してもよい。この場合、図４に示すように、一対のエンドプレート３のうちの一方のエンドプレート３の近傍に支持部材７を設ける。そして、プロテクタ６の一端を支持部材７に設け、プロテクタ６の他端を、一対のエンドプレート３のうちの他方のエンドプレート３に取り付ける。このように、プロテクタ６の両端部を複数の電池セル２の両端部に設けられたエンドプレート３と支持部材７とに取り付け、複数の電池セル２を跨ぐようにプロテクタ６を設けてもよい。

また、エンドプレート３と樹脂フレーム４と支持部材７とにプロテクタ６を取り付け、エンドプレート３と樹脂フレーム４と支持部材７とによってプロテクタ６を支持してもよい。

なお、１つのプロテクタ６を設けてもよいし、複数のプロテクタ６を設けてもよい。例えば、すべての電池セル２を跨ぐ１つのプロテクタ６を設けてもよい。上述したように、プロテクタ６の一端を、一対のエンドプレート３のうちの一方のエンドプレート３に取り付け、プロテクタ６の他端を、一対のエンドプレート３のうちの他方のエンドプレート３に取り付けることにより、すべての電池セル２を跨ぐようにプロテクタ６を設けることができる。また、任意の数の電池セル２ごとにプロテクタ６を設けてもよい。例えば、車両衝突が発生した場合に、車体の一部又は車両機器と、電池セル２又は電極端子２１とが接触しやすい場所にプロテクタ６を設けてもよい。

１ 電源装置、２ 電池セル、３ エンドプレート、４ 樹脂フレーム、５ バー、６ プロテクタ、７ 支持部材、８ ケース、２１ 電極端子、３１ ねじ穴、４１ 突出部、６１ ねじ。

Claims (3)

1. 車両に設けられる複数の電池と、
   前記複数の電池を挟んで一体的に拘束する拘束具と、
   前記複数の電池の電極端子が設けられている面において、前記電極端子の位置を避けて前記拘束具に取り付けられたプロテクタであって、前記電極端子が設けられている面を基準にして前記電極端子の先端よりも高い位置に配置されたプロテクタと、
   を有することを特徴とする車両用電源装置。
2. 請求項１に記載の車両用電源装置であって、
   前記複数の電池と前記拘束具とを収容するケースを更に有し、
   前記プロテクタは前記ケースの内側に設けられている、
   ことを特徴とする車両用電源装置。
3. 請求項１又は請求項２に記載の車両用電源装置であって、
   前記拘束具は、前記複数の電池を両端部から挟み込むエンドプレート、又は、前記複数の電池の間に設けられている樹脂フレームのうちの少なくとも一方である、
   ことを特徴とする車両用電源装置。

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