JP6133560B2 - 車載電池ユニット - Google Patents

Description

本発明は、車載電池ユニットに関するものである。

自動車等の車両においては、電源装置（バッテリ等）が車室の外に配置されることが多く、電源装置内部への水の浸入を防止するための防水構造が各種提案されている（例えば特許文献１参照）。この場合、電源装置は、例えばエンジンルーム内やフロアパネルの下側に配置される。電源装置の防水構造としては、外装ケースを構成する一対のケース体の間にゴム製のパッキンを取り付けたり、防水構造のコネクタを採用したりして密閉化を行うことが提案されている。

特開２０１１−１０３２５９号公報

しかしながら、車両では、電源装置を車室内に配置することも検討されており、その場合には、電源装置を車室外に配置する場合に比べて、電源装置の内部への水の浸入が生じるおそれが少ない。かかる場合、電源装置に上記のような防水構造を付加することで、必要とされる防水性能に対して余分にコストがかかるといった不都合が生じる。

ただし、車室内に電源装置が配置される場合にあっても、車室内の人が水や飲み物等をこぼしたり、車両ドアから雨水が浸入したりして電源装置に水がかかることが考えられる。そのため、電源装置に対する被水に対しての対策が必要となる。

本発明は、安価な構成としつつ、車両搭載の状態での被水による不都合を抑制することができる車載電池ユニットを提供することを主たる目的とするものである。

以下、上記課題を解決するための手段、及びその作用効果について説明する。

本発明の車載電池ユニット（ＢＵ）は、電池部（１１）と、上側ケース体（１５）及び下側ケース体（１４）を有し、それら両ケース体により形成される収容空間内に前記電池部を収容する収容ケース（１６）と、前記収容ケースの側面部に設けられ、外部機器との接続が可能な端子部（１７，１８）と、を備え、車室内における所定の搭載位置に搭載される。そして、前記収容ケースにおいて前記端子部が設けられた側面部の外側に取り付けられる端子カバー（４０）を備え、前記端子カバーは、前記端子部の上方に張り出しかつ前記側面部に対向する対向板部（４２）を有し、前記収容ケースに取り付けられた状態で前記端子部を覆う構成となっていることを特徴とする。

本発明の車載電池ユニットは、車室内に設置されるものであり、ケース内の電池部を、車載の別の電源機器や、電力供給相手である各種の電気負荷といった外部機器に接続するための端子部を有する。この場合、車室内において人が水や飲み物等をこぼしたりして端子部に水がかかると、電流リークが生じ、電源失陥などの不都合を招くおそれがある。この点、端子部を端子カバーで覆う構成としたため、端子部に対する被水による不都合を抑制できる。また、収容ケースを密閉化するのではなく、端子カバーを取り付けることで被水対策としているため、ケース接合面や端子部（コネクタ）の防水処置が不要となり、構成の簡易化を図ることができる。その結果、安価な構成としつつ、車両搭載の状態での被水による不都合を抑制することができる。

電池ユニットの全体構成を示す斜視図。 電池ユニットにおいて端子カバーを取り外した構成を示す斜視図。 図２のIII−III線断面図。 電池本体の主要な構成を分解して示す分解斜視図。 端子カバーの構成を示す斜視図。 図１のVI−VI線断面図。 電池本体を搭載位置に固定した状態を示す斜視図。 電池本体を搭載位置に固定した状態を示す平面図。 電池ユニットの実際の車両搭載状態を示す断面図。 端子カバーの別の構成を説明する図。

以下、本発明を具体化した一実施形態を図面に基づいて説明する。本実施形態では、車両に搭載される電源システムに具体化した場合を想定しており、本電源システムは、車載の各種電気負荷に電力を供給するための蓄電部（電源部）において充電や放電を逐次制御するものとなっている。車両は、内燃機関であるエンジンと、エンジンやその他各部を制御する車載ＥＣＵと、エンジンにより駆動されて発電する発電機（オルタネータ）と、発電機の発電電力により充電される蓄電部とを備えるものであり、特に蓄電部として、鉛蓄電池とリチウムイオン蓄電池とを用いる構成としている。本実施形態では、リチウムイオン蓄電池として機能するＬｉ電池ユニット（以下、単に電池ユニットという）について詳しく説明する。

まずは、電池ユニットＢＵの全体構成について説明する。なお、以下の説明では便宜上、電池ユニットＢＵを水平面に設置した状態である図１を基準に、電池ユニットＢＵの上下方向を規定することとしている。

図１に示すように、電池ユニットＢＵは、リチウムイオン蓄電池よりなる組電池モジュールを内蔵する電池本体１０と、この電池本体１０の側方に組み付けられる端子カバー４０とを備えている。

電池本体１０は、図２〜図４に示すように、複数の単電池を有してなる組電池モジュール１１と、組電池モジュール１１における充放電の制御等を制御する制御基板１２と、組電池モジュール１１を上方から拘束する拘束プレート１３と、下側ケース体１４及び上側ケース体１５からなる収容ケース１６とを備えている。組電池モジュール１１と制御基板１２とは、組電池モジュール１１が下、制御基板１２が上になるように互いに上下に対向配置され、それぞれ下側ケース体１４に対して固定されている。そして、下側ケース体１４に対して上側ケース体１５を上方から組み付けることで、組電池モジュール１１や制御基板１２が収容ケース１６内に収容された状態となっている。

また、電池本体１０は、ユニット外部の鉛蓄電池や発電機に対して電気的に接続される端子台１７と、車載ＥＣＵに対して電気的に接続されるコネクタ１８とを有している。これら端子台１７及びコネクタ１８は、図２に示すように、収容ケース１６の一側面に設けられ、電池本体１０の外部に露出した状態で設けられている。端子台１７及びコネクタ１８が、外部機器との接続が可能な「端子部」に相当する。

収容ケース１６の下側ケース体１４と上側ケース体１５とについて説明する。

下側ケース体１４は、例えばアルミニウム等の金属材料により成形されており、底板部２１と、その底板部２１から起立して設けられる立ち壁部２２とを有している。底板部２１は略四角形状をなしており、その周縁部又は周縁部付近を取り囲んで立ち壁部２２が形成されている。底板部２１は、組電池モジュール１１が載置されるモジュール載置部となっている。

立ち壁部２２には、その上端部において組電池モジュール１１、制御基板１２及び拘束プレート１３がそれぞれ固定されるようになっている。この場合、各立ち壁部２２の上端部にはネジ孔がそれぞれ形成されており、組電池モジュール１１や制御基板１２、拘束プレート１３を所定位置に組み付けた状態で、固定ネジＮによってこれら各部材が固定されている。

一方、上側ケース体１５は、下側ケース体１４と同様に例えばアルミニウム等の金属材料により形成されるか、もしくは合成樹脂材料により形成されており、制御基板１２を上方から覆う天板部２５と、天板部２５から延びる垂れ壁部２６とを有している。天板部２５は略四角形状をなしており、その周縁部又は周縁部付近を取り囲んで垂れ壁部２６が形成されている。天板部２５において、四辺の各側面に設けられる垂れ壁部２６のうち１側面には、端子台１７やコネクタ１８を外部に露出させるための壁無し部２７が設けられている。

また、上側ケース体１５の天板部２５には、その上面に、端子台１７やコネクタ１８が設けられた側面部に沿って延びる突条部２８が設けられている（図２参照）。突条部２８は、天板部２５から上方に起立する板部よりなり、前記側面部に沿う方向に見て、端子台１７やコネクタ１８が設けられる配置部の長さよりも大きい長さ寸法を有し、その両端部には、ケース側面に向かって曲折された曲折部２８ａが連続して設けられている。この突条部２８は、天板部２５上を図のＡ方向に水が流れてきた場合に、その水を受け止める受止め部となっており、さらに言えばその水を両側の曲折部２８ａ側（すなわち、端子部が配置されていない部分）に誘導する誘導部でもある。

上下の各ケース体１４，１５は、下側ケース体１４の立ち壁部２２がケース内側、上側ケース体１５の垂れ壁部２６がケース外側となるように内外に重なった状態で組み付けられている（図３参照）。この場合、上側ケース体１５は、天板部２５の下面側の一部が下側ケース体１４における立ち壁部２２の上端部に当接した状態で設けられ、かかる状態において上側ケース体１５の垂れ壁部２６と、立ち壁部２２とがケース内外に重なっている（ただし、上側ケース体１５における壁無し部２７の形成部分を除く）。これにより、電池本体１０が水に漬かった状態において、電池外部の水は、立ち壁部２２と垂れ壁部２６との間の隙間を上方に向けて流れることでケース内空間に浸入することとなり、ケース内空間に水が一気に流れ込むことを防止できる。また、電池本体１０が水に漬かりそうになった状態で、電池本体１０に対して水がかかったとしても、ケース二重部分の内側である立ち壁部２２を水位が超えなければ収容ケース１６内に水が浸入することはなく、水位上昇時以外での水浸入を抑制できるようになっている。

次に、組電池モジュール１１について説明する。

組電池モジュール１１は、複数（本実施形態では５個）の単電池３１を有しており、これらの単電池３１が所定の配列で電池ケース３２に収容されて構成されている。５個の単電池３１は、いずれも薄型の直方体状をなすリチウムイオン蓄電池である。図示は省略するが、各単電池３１には、単電池３１の内部圧力が異常な圧力になった場合に破断し開放される排気弁（安全弁）が設けられている。仮に各単電池３１の排気弁が開放された場合には、電池内部から流出するガスや電解液が排気回収部３３（図４参照）にて回収され、その回収されたガスや電解液が排出ポート３４を介して電池本体１０の外部に排出されるようになっている。

次に、制御基板１２について説明する。

制御基板１２は、全体としてＬ字状（凹多角形）をなすプリント基板よりなり、その基板面には各種の電子部品が実装されるとともにコネクタ１８が固定されている。電子部品には、組電池モジュール１１の充放電制御の処理等を実行する制御部としてのＣＰＵ（制御演算素子）や、電力制御用半導体素子であるパワー素子としてパワートランジスタ（例えばパワーＭＯＳＦＥＴやＩＧＢＴ）が含まれている。このパワー素子の開閉（オン／オフ）により、組電池モジュール１１に対する電力の入出力（すなわち組電池モジュール１１の充放電）が制御される。このとき、端子台１７を介して電力の入出力が行われる。制御基板１２は、その少なくとも一部が組電池モジュール１１に対して上下に重なるようにして設けられている。

次に、端子カバー４０について説明する。図５は、端子カバー４０の構成を２方向から示す斜視図である。図６は、電池本体１０に端子カバー４０を取り付けた状態を示す断面図であり、これは図１のVI−VI線断面図である。

端子カバー４０は、収容ケース１６において端子台１７やコネクタ１８といった端子部が設けられた側面部の外側に取り付けられるようになっており、上側ケース体１５の天板部２５に対して取り付けられる上面部４１と、端子部に対向する対向板部４２と、一対の側面部４３とを有している。端子カバー４０は、収容ケース取付側及び下側が開放された形状となっている。上面部４１には、端子カバー４０を上側ケース体１５の天板部２５に固定するための固定具４４（図１参照）を挿し入れる孔部４５が形成されている。なお、固定具４４として、スナップフィット固定具等の着脱自在な固定手段（弾性変形可能な固定手段）を用いることが可能である。

また、上面部４１には、収容ケース１６において端子部が設けられた側面部と同方向に延びるようにして（すなわち、側面部と同方向を長手方向とする）突出部４６が設けられている。この突出部４６は、上側ケース体１５の天板部２５に設けられた突条部２８を避けるようにして上方に突出させて設けられており、端子カバー４０を収容ケース１６に取り付けた状態では、突出部４６の長手方向に延びる一方の壁部４６ａが、突条部２８を挟んで端子部とは反対側の位置に存在するようになっている。この壁部４６ａは、天板部２５の上面に当接している。又は、壁部４６ａは、突条部２８の高さ寸法よりも小さい距離で天板部２５の上面に近接するものであってもよい。

また、端子カバー４０には、突条部２８に近接する壁部４６ａの下端部に連続して対面部４７が設けられている。この対面部４７は、天板部２５の上面に対向し、かつ突条部２８の反対側に向けて延びるように設けられている。ただし、対面部４７は、突条部２８側に向けて延びるように、又は突条部２８側及びその反対側の両方に延びるように設けられていてもよい。

収容ケース１６において端子部が設けられた側面部と、端子カバー４０とにより囲まれた空間が、端子部に接続される電気配線５１，５２等を湾曲可能に収容する収容空間Ｓとなっており、その収容空間Ｓは下方に開放されている。

端子カバー４０を収容ケース１６に取り付けた状態では、端子カバー４０の対向板部４２が、端子部の上方に張り出しかつ側面部に対向しており、これにより端子部が上方より覆われている。

図７は、電池本体１０を車両の車室内床部Ｆに設置した状態を示す斜視図であり、図８は同平面図である。また、図９は、電池ユニットＢＵの実際の車両搭載状態を示す断面図である。なお、図８では、端子カバー４０を仮想線で示している。

電池ユニットＢＵ（電池本体１０）は、車両の前部座席下方や、搭乗者の足元付近において、車室を形成する車室内床部Ｆの上に設置されるようになっている。より具体的には、下側ケース体１４の底板部２１に、下方に延びる脚部５５が取り付けられ、その脚部５５が床部Ｆに固定されている。この場合、電池ユニットＢＵ（電池本体１０）は、車室内床部Ｆに対して持ち上げられた状態で設置されている。なお、電池ユニットＢＵは、下側ケース体１４の底板部２１が水平になるようにして設置されている。

電池本体１０の端子台１７、コネクタ１８には電気配線５１，５２がそれぞれ接続されるとともに、排出ポート３４には排気ダクト５３が接続されている。これら電気配線５１，５２や排気ダクト５３は、収容空間Ｓ内で水平方向又は鉛直方向に湾曲された状態で収容されている。この場合、電気配線５２や排気ダクト５３は、収容ケース１６の端面に対して、これに略垂直の方向に接続されており、下方に向けて湾曲されている。

ちなみに、電池ユニットＢＵの設置場所が車室内であることから、例えばエンジンルームに設置される場合と比較して、車両走行時において水や泥等がかからないようになっている。電池ユニットＢＵを、前部座席の下方以外に設置することも可能である。例えば、後部座席とトランクルームとの間の空間、運転席と助手席の間の空間などに配置することも可能である。

以上詳述した本実施形態によれば、以下の優れた効果が得られる。

車室内において人が水や飲み物等をこぼしたりして電池ユニットＢＵの端子部に水がかかると、電流リークが生じ、電源失陥などの不都合を招くおそれがある。この点、端子部を端子カバー４０で覆う構成としたため、端子部に対する被水による不都合を抑制できる。また、収容ケース１６を密閉化するのではなく、端子カバー４０を取り付けることで被水対策としているため、ケース接合面や端子部（コネクタ）の防水処置が不要となり、構成の簡易化を図ることができる。その結果、安価な構成としつつ、車両搭載の状態での被水による不都合を抑制することができる。

また、車両に対する電池ユニットＢＵの組み付け性も良好なものとなっている。つまり、上記構成では、電池本体１０に対する電気配線等の結線（接続）を行った後に、端子カバー４０を電池本体１０に取り付けることができ、組み付け作業性に優れた電池ユニットＢＵを実現できる。

電池ユニットＢＵに対して上方から水が落ちてきた場合、その水が上側ケース体１５の上面に沿って流れることも考えられる。この点、上側ケース体１５の上面に、端子カバー４０に対向する部位に突条部２８を設けたため、上側ケース体１５の上面に沿って水が流れてもその水が突条部２８で受け止められ、端子部に水がかかることを抑制できる。

端子カバー４０において、突条部２８を挟んで端子部とは反対側の位置に、上側ケース体１５の上面に当接する（又は突条部２８の高さ寸法よりも小さい距離で上側ケース体１５の上面に近接する）壁部４６ａを設けたため、上側ケース体１５の上面と端子カバー４０とが対向する部分への水の浸入が抑制されるようになっている。この場合、上側ケース体１５の上面に突条部２８が設けられていることと相俟って、端子部に対する被水を一層好適に抑制できる。つまり、上側ケース体１５の上面に水が存在する場合、端子カバー４０の壁部４６ａが存在することで、端子カバー４０の外側から内側への水の流れ込みが生じにくくなり、さらに仮に端子カバー４０の内側に水が流れ込んでも突条部２８によって端子部への被水が抑制される。

壁部４６ａの下端部に、上側ケース体１５の上面に対向する対面部４７を設けたため、端子カバー４０の外側から内側への水の流れ込みが一層生じにくくなる。

端子カバー４０の壁部４６ａや対面部４７によって、上側ケース体１５の上面と端子カバー４０との間の隙間間隔を調整できる。つまり、被水時において端子カバー４０内に浸入する水の量（すなわち水浸入の程度）を制限できる。この場合、上側ケース体１５の上面と端子カバー４０との対向部分には突条部２８が設けられており、この突条部２８の高さを超えないような水の量の制限が可能となる。これにより、端子部への水の流れ込みを確実に防止することが可能となる。

収容ケース１６において端子部が設けられた側面部と、端子カバー４０とにより囲まれた収容空間Ｓでは、端子部に接続される電気配線５１，５２が湾曲可能に収容されるようになっており、その湾曲により電気配線５１，５２の取り回しが容易となっている。つまり、収容ケース１６の側面部に対して略垂直に電気配線５１，５２が接続されるとしても、端子カバー４０内における湾曲により配線方向の転換が容易となる。また、電池ユニットＢＵは車室内床部Ｆに対して持ち上げられた状態（浮いた状態）で設置され、さらに収容空間Ｓが下方に開放されているため、収容空間Ｓ内で電気配線５１，５２を下方に向けて湾曲させて、電池ユニットＢＵの下方での他装置等と接続したりすることが可能となっている。

（他の実施形態）
上記実施形態を例えば次のように変更してもよい。

・端子カバーを図１０に示すように構成してもよい。この構成は端子カバーを可動式にするものである。図１０では、電池本体６０に端子部６１が設けられ、端子部６１に電気配線６２が接続されている。なおこれらの構成は上記実施形態の電池本体１０等に準じており、収容ケースに突条部が設けられている構成等も同様である。また、電池本体６０の一側面（収容ケースの一側面）には端子カバー６４が取り付けられている。端子カバー６４は、電池本体６０の上面（上側ケース体の上面）に固定されるベース部６５と、そのベース部６５にヒンジ６６を介して取り付けられる対向板部６７とを有している。このとき、ベース部６５が固定部であり、対向板部６７が可動部である。

上記構成では、図１０の（ａ）（ｂ）に示すように、電池本体６０に端子カバー６４を取り付けたまま対向板部６７を回動させることができ、その回動により、外部から端子部６１にアクセス可能な状態とアクセス不可能な状態との切替が可能となる。これにより、電池本体６０に端子カバー６４を取り付けた後でも、端子部６１での配線確認や補修作業を容易に実施できることとなる。

・上記実施形態では、突条部２８を、上側ケース体１５の天板部２５において、端子部が設けられた側面部に沿って直線的に延びようにして設けたが（図２参照）、これを一部変更し、突条部２８を、その長手方向の中央部ほど端子部から離れるようして、平面視弓形又は三角山形にして設けてもよい。これにより、天板部２５上を図のＡ方向に水が流れてきて、その水が突条部２８まで到達した後は、両サイドの曲折部２８ａ側に誘導されやすくなる。したがって、水が突条部２８を乗り越えて端子部側に流れる可能性を低減できる。

・電池ユニットＢＵを、車両のダッシュボード内やトランクルーム内など、車室内の他の場所に設置することも可能である。

・上記実施形態では、電池部として、複数のリチウムイオン蓄電池（単電池）を用いた組電池モジュールを適用したが、これを変更し、ニカド蓄電池や複数のニッケル水素蓄電池など、他の二次電池の組電池モジュールを用いる構成としてもよい。また、電池部が、組電池でなくてもよく、或いは一次電池であってもよい。

・上記実施形態の電池ユニットＢＵを、内燃機関とモータとの両方を車両走行の駆動源とするハイブリッド車両に適用してもよいし、内燃機関を持たず、モータのみを車両走行の駆動源とする電気車両に適用してもよい。

１０…電池本体、１１…組電池モジュール（電池部）、１４…下側ケース体、１５…上側ケース体、１６…収容ケース、１７…端子台（端子部）、１８…コネクタ（端子部）、４０…端子カバー、４２…対向板部、ＢＵ…電池ユニット。

Claims (6)

1. 電池部（１１）と、
   上側ケース体（１５）及び下側ケース体（１４）を有し、それら両ケース体により形成される収容空間内に前記電池部を収容する収容ケース（１６）と、
   前記収容ケースの側面部に設けられ、外部機器との接続が可能な端子部（１７，１８）と、
   を備え、車室内における所定の搭載位置に搭載される車載電池ユニット（ＢＵ）であって、
   前記収容ケースにおいて前記端子部が設けられた側面部の外側に取り付けられる端子カバー（４０，６４）を備え、
   前記端子カバーは、前記上側ケース体の上面に対向する部分（４１）から前記端子部の上方に張り出しかつ前記側面部に対向する対向板部（４２，６７）を有し、前記収容ケースに取り付けられた状態で、前記端子部と、当該端子部に接続される電気配線（５１，５２）の前記端子部側の部分とを覆い、かつその覆われた空間が下方に開放される構成となっていることを特徴とする車載電池ユニット。
2. 前記上側ケース体の上面には、前記端子カバーに対向する部位に、前記端子部が設けられた側面部に沿って延びる突条部（２８）が設けられている請求項１に記載の車載電池ユニット。
3. 前記端子カバーには、前記上側ケース体の上面において前記突条部を挟んで前記端子部とは反対側の位置に、前記上側ケース体の上面に当接する、又は前記突条部の高さ寸法よりも小さい距離で前記上側ケース体の上面に近接する壁部（４６ａ）が設けられている請求項２に記載の車載電池ユニット。
4. 前記壁部の下端部には、前記上側ケース体の上面に対向し、かつ前記突条部側及びその反対側の少なくともいずれかに向けて延びる対面部（４７）が設けられている請求項３に記載の車載電池ユニット。
5. 前記端子カバー（６４）は、前記収容ケースに固定される固定部（６５）を有し、その固定部に対して前記対向板部が可動の状態で取り付けられている請求項１乃至４のいずれか一項に記載の車載電池ユニット。
6. 前記所定の搭載位置である車室内床部（Ｆ）に対して、前記下側ケース体の下方に設けられた脚部（５５）により持ち上げられた状態で設置される車載電池ユニットであり、
   前記収容ケースにおいて前記端子部が設けられた側面部と、前記端子カバーとにより囲まれた空間が、前記端子部に接続される電気配線（５１，５２）を湾曲可能に収容する収容空間（Ｓ）となっており、前記収容空間が下方に開放されている請求項１乃至５のいずれか一項に記載の車載電池ユニット。

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