JP7316523B2 - 車両用バッテリ装置 - Google Patents

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Description

本発明は車両用バッテリ装置に関し、特に、車両の下部に搭載される車両用バッテリ装置に関する。
特許第５７７６８５２号公報（特許文献１）には、電動車両の強電ハーネス接続構造が記載されている。この特許文献１に記載されている電動車両においては、バッテリパックが乗員シートの下方に配置されており、このバッテリパックの前端部から強電ハーネスが延び、運転席の前方に配置されたインバータ等に接続されている。また、バッテリパックの前端部には、ジャンクションボックスが内蔵されており、バッテリパックと、外部に接続された機器との間の電気的な接続を切り替えている。
即ち、バッテリパック内に内蔵されたジャンクションボックスは、リレー回路により強電の供給、遮断、分配を行うように構成されている。また、ジャンクションボックスと車両のパワーモジュールは、コネクタ端子及びハーネスを介して接続されている。
特許第５７７６８５２号公報
このように、ジャンクションボックス（リレー装置）等、バッテリ装置に備える必要がある付帯機器は数多く、これらを備えることによりバッテリ装置が大型化してしまうという問題がある。
従って、本発明は、リレー装置等の付帯機器を備えながら小型化することができる車両用バッテリ装置を提供することを目的としている。
上述した課題を解決するために、本発明は、車両の下部に搭載される車両用バッテリ装置であって、バッテリケースと、このバッテリケースの内部に収容され、少なくとも一部が車両上下方向に複数段に重なるように並べて配置された複数のバッテリモジュールと、これらのバッテリモジュールと外部の電気機器との接続／非接続を切り替える第１リレー装置と、を有し、第１リレー装置は、バッテリモジュールが複数段重ねられた部分の車幅方向側方に配置されていることを特徴としている。
このように構成された本発明によれば、第１リレー装置が、バッテリモジュールが複数段重ねられた部分の車幅方向側方に配置されているので、リレー装置を備えながら車両用バッテリ装置を小型化することができる。
本発明において、好ましくは、さらに、バッテリモジュールと車両に搭載された電動機とを接続するための第２リレー装置を有し、この第２リレー装置は、車両の前後方向において、バッテリケースの前側の端部に配置されている。
このように構成された本発明によれば、第１リレー装置とは別に第２リレー装置が備えられ、第２リレー装置は、車両の前後方向において、バッテリケースの前側の端部に配置されている。このため、個々のリレー装置を小型化することが可能になり、バッテリケース内の小さな空きスペースを有効に活用することができる。
本発明において、好ましくは、車両には、バッテリモジュールに充電するための充電装置が備えられ、この充電装置は、車両用バッテリ装置よりも車両の後側に配置され、第１リレー装置は、充電装置とバッテリモジュールの接続／非接続を切り替える。
このように構成された本発明によれば、車両用バッテリ装置の後側に配置された充電装置と、バッテリモジュールとの接続／非接続が第１リレー装置によって切り替えられるので、それらを接続するハーネスを短縮することができ、電力の伝送ロスを抑制することができる。
本発明において、好ましくは、さらに、第１リレー装置を制御するためのバッテリコントローラを有し、このバッテリコントローラは、車幅方向において、バッテリモジュールに対して第１リレー装置の反対側に配置されている。
このように構成された本発明によれば、バッテリコントローラが、車幅方向において、バッテリモジュールに対して第１リレー装置の反対側に配置されているので、バッテリコントローラもバッテリケースの中にコンパクトに収納することができる。
本発明において、好ましくは、第１リレー装置は、複数段重ねられたバッテリモジュールと、車両の側面視において重なるように配置されている。
このように構成された本発明によれば、第１リレー装置が、複数段重ねられたバッテリモジュールと、車両の側面視において重なるように配置されているので、車両用バッテリ装置の側面視における投影面積を抑制することができる。
本発明において、好ましくは、バッテリモジュールの複数段重ねられた部分において、上側のバッテリモジュールは、下側のバッテリモジュールに対して、車両前後方向で車両後方側に後退するように配置されており、上側のバッテリモジュールを後退させることにより生じた空間に、バッテリモジュールに接続されるワイヤハーネスが配置されている。
このように構成された本発明によれば、上側のバッテリモジュールを後退させることで生じた空間にワイヤハーネスが配置されているので、万一車両が衝突した場合でもワイヤハーネスが損傷されにくく、ワイヤハーネスを保護することができる。
本発明によれば、リレー装置等の付帯機器を備えながら車両用バッテリ装置を小型化することができる。
本発明の実施形態による車両用バッテリ装置を搭載した車両を上方から見たレイアウト図である。 本発明の実施形態による車両用バッテリ装置の斜視図である。 本発明の実施形態による車両用バッテリ装置を搭載した車両の、図１のIII－III線に沿う断面図である。 本発明の実施形態による車両用バッテリ装置を搭載した車両の、図３のIV－IV線に沿う断面図である。 本発明の実施形態による車両用バッテリ装置を、アッパーカバーを取り外した状態で示す斜視図である。 本発明の実施形態による車両用バッテリ装置を、アッパーカバーを取り外した状態で示す上面図である。 本発明の実施形態による車両用バッテリ装置において、サービスプラグの支持構造を示す図である。 本発明の実施形態の変形例による車両用バッテリ装置を搭載した車両の断面図である。
次に、添付図面を参照して、本発明の実施形態の車両用バッテリ装置を説明する。
図１は、本発明の実施形態による車両用バッテリ装置を搭載した車両を上方から見たレイアウト図である。図２は、本発明の実施形態による車両用バッテリ装置の斜視図である。図３は、本発明の実施形態による車両用バッテリ装置を搭載した車両の、図１のIII－III線に沿う断面図である。図４は、本発明の実施形態による車両用バッテリ装置を搭載した車両の、図３のIV－IV線に沿う断面図である。
図１に示すように、本発明の実施形態による車両用バッテリ装置は、車両１の下部に搭載されており、車両１に搭載された種々の電気機器に接続されている。具体的には、車両用バッテリ装置２は、上面視において、概ね長方形状に構成されており、車両１の下部中央に配置されている。即ち、車両用バッテリ装置２は、車両１の前部座席４の下方から、後部座席６の下方付近まで延び、車両の幅方向中央に配置されている。また、車両１下部の幅方向中央には、前後方向に延びるようにトンネル部８が設けられており、車両用バッテリ装置２は、このトンネル部８の下方に配置されている。即ち、トンネル部８は、車両１の前部から前部座席４の間を通って後部座席６付近まで延びるように形成されている。
また、車両１の前部には、車両１の前輪１０を駆動するための電動機である駆動用モーター１２、直流電力を交流に変換するためのインバータ１４、直流電圧を変換するためのＤＣ／ＤＣコンバータ１６等が配置されている。さらに、車両１の後部側面には、車両用バッテリ装置２に充電を行うために、充電スタンドの充電プラグ（図示せず）が接続される充電口１８が設けられている。また、車両１の後部には、車両用バッテリ装置２への充電を行うための電気機器である充電器２０、及び給電器２２が配置されている。これら、充電口１８、充電器２０、及び給電器２２は、車両用バッテリ装置２に充電を行うための充電装置として機能する。
後述するように、車両用バッテリ装置２には、第１リレー装置２４、第２リレー装置２６、及びバッテリコントローラ２８が備えられており、これらが車両１に搭載された電気機器と、車両用バッテリ装置２との接続、非接続を切り替えるように構成されている。本実施形態においては、第１リレー装置２４は、車両用バッテリ装置２の後部側面に内蔵され、車両１の後部に配置された充電口１８、充電器２０、及び給電器２２と接続されている。また、第２リレー装置２６は、車両用バッテリ装置２の前端部中央に内蔵され、車両１の前部に配置された駆動用モーター１２、インバータ１４、及びＤＣ／ＤＣコンバータ１６と接続されている。また、バッテリコントローラ２８は、車両用バッテリ装置２後部の、第１リレー装置２４とは反対側の側面に内蔵されており、第１リレー装置２４を制御するように構成されている。
さらに、第１リレー装置２４と、充電口１８、充電器２０、給電器２２はワイヤハーネス３０ａによって接続され、第２リレー装置２６と、駆動用モーター１２、インバータ１４、ＤＣ／ＤＣコンバータ１６はワイヤハーネス３０ｂによって接続されている。このように、車両用バッテリ装置２の後部側方に設けられた第１リレー装置２４と、車両用バッテリ装置２の後側に配置された充電口１８、充電器２０、及び給電器２２が接続されるので、それらを接続するワイヤハーネス３０ａを短縮することができ、電力の伝送ロスを抑制することができる。なお、本明細書において、「リレー装置」とは、ジャンパ線や、ヒューズ等の取り付け、取り外しによって接続、非接続を切り替えるジャンクションボックス等を含むものとする。
次に、図２乃至図４を参照して、本発明の実施形態による車両用バッテリ装置２の概略構成を説明する。
図２に示すように、本発明の実施形態による車両用バッテリ装置２は、全体として、概ね長方形板状のバッテリ本体３２を有している。このバッテリ本体３２は、図２における左側が車両１の前方側に、右側が車両１の後方側に向くように配置される。また、バッテリ本体３２上面の後方側の約１／４の領域には、高さが高くなった台状部３２ａが形成されており、この台状部３２ａの上方に車両１の後部座席６のシート（図示せず）が配置される。また、バッテリ本体３２は、バッテリケース３４により覆われており、バッテリケース３４は下側に配置されたロアートレイ３４ａと、上側に配置されたアッパーカバー３４ｂと、から構成されている。
さらに、バッテリ本体３２上面には、台状部３２ａの前側に隣接して強電遮断器であるサービスプラグ３６が設けられている。このサービスプラグ３６は、バッテリ本体３２内の電気回路を遮断するために、バッテリ本体３２上面の車幅方向中央に、上方に突出するように設けられている。このため、図３に示すように、サービスプラグ３６は車両１の下部中央に設けられているトンネル部８の中に突出するように配置される。本実施形態においては、このようなレイアウトにより、サービスプラグ３６は車両１の後部座席６シート（図示せず）の前に位置している。このため、車室のこの部分の床材を開くことにより、車室内から容易にサービスプラグ３６にアクセスすることができる。なお、図３における左側は車両１の前方側に、右側は車両１の後方側に対応している。
また、バッテリ本体３２上面には、バッテリ本体３２の前端部、且つ車幅方向中央に突設部３８が形成されている。この突設部３８は、バッテリ本体３２の上面を形成しているアッパーカバー３４ｂの、車幅方向の中央部を上方に隆起させることにより形成されている。これにより、図３及び図４に示すように、突設部３８は、サービスプラグ３６よりも車両１の前方側で、トンネル部８の車幅方向断面を塞ぐように配置される。即ち、図４に示すように、トンネル部８は車両１の床面を上方に向けて隆起させることによって形成されており、このようにして形成されたトンネル部８の中に、バッテリ本体３２の突設部３８が下方から突出している。これにより、トンネル部８の車幅方向断面が、サービスプラグ３６よりも車両の前方側において突設部３８によって塞がれ、トンネル部８の中に異物が侵入するのを防止している。
なお、本実施形態においては、図４に示すように、突設部３８がトンネル部８の車幅方向断面の大部分を閉塞しているが、突設部３８はトンネル部８の中に突出して、トンネル部８の車幅方向断面の少なくとも一部を閉塞していれば、異物の侵入を抑制する効果を得ることができる。好ましくは、突設部３８は、トンネル部８の車幅方向断面の半分以上を閉塞するように構成する。
また、図３及び図４に示すように、突設部３８の車両前方側の端面にはコネクタ部４０が設けられ、車両用バッテリ装置２はコネクタ部４０を介して車両１に搭載された電気機器である駆動用モーター１２等に電気的に接続される。具体的には、コネクタ部４０にはワイヤハーネス３０ｂが接続され、車両用バッテリ装置２に蓄積された電気エネルギーは、コネクタ部４０からワイヤハーネス３０ｂを介してインバータ１４等に供給され、駆動用モーター１２が駆動される。
さらに、突設部３８に設けられたコネクタ部４０の下方の、バッテリケース３４内には、第２リレー装置２６が内蔵されている。本実施形態においては、この第２リレー装置２６は、車両１の前後方向において、バッテリケース３４の前側の端部に配置され、駆動用モーター１２等と、車両用バッテリ装置２の間の電気的接続を切り替える。このように、充電器２０等に接続される第１リレー装置２４とは別に、駆動用モーター１２等に接続される第２リレー装置２６を設けることにより個々のリレー装置を小型化することができ、バッテリケース３４内の小さな空きスペースを活用してリレー装置を収納することができる。
次に、図５乃至図７を参照して、車両用バッテリ装置の内部構造を説明する。
図５は、車両用バッテリ装置を、アッパーカバーを取り外した状態で示す斜視図である。図６は、車両用バッテリ装置を、アッパーカバーを取り外した状態で示す上面図である。図７は、サービスプラグの支持構造を示す図である。
図５に示すように、バッテリケース３４の内部には、複数のバッテリモジュール４２が並べて配置され、収容されており、それらのバッテリモジュール４２のうちの一部は２段に重ねて並べられている。本実施形態においては、各バッテリモジュール４２は概ね直方体の形状を有しており、その長辺が車両１の前後方向に向くように配置されている。バッテリモジュール４２の配列の下段には、車幅方向に４つ、車両１の前後方向に３つの、合計１２個のバッテリモジュール４２が並べられている。また、下段に配置されたバッテリモジュール４２のうち、車両１の後方側の１列の上には、上段のバッテリモジュール４２が夫々配置されている。即ち、上段には、車幅方向に４個のバッテリモジュール４２が配置されている。これら上段に配置されたバッテリモジュール４２を覆うように台状部３２ａ（図２）が形成され、この部分の高さが高くなっている。
このように、本実施形態においては、バッテリケース３４内に合計１６個のバッテリモジュール４２が配置されている。これらのバッテリモジュール４２は、バスバー４２ａによって電気的に直列に接続されている。また、上段に配置された４個のバッテリモジュール４２の前側に隣接して、車幅方向中央にサービスプラグ３６が配置されている。このサービスプラグ３６を引き抜くことにより、直列接続されたバッテリモジュール４２の間の１箇所の接続が遮断され、コネクタ部４０には高電圧が作用しなくなる。
また、図６に示すように、サービスプラグ３６は一部のバッテリモジュール４２の上方に配置され、バッテリモジュール４２の一部と上下方向に重なる位置に配置されている。図６に示すように、本実施形態においては、サービスプラグ３６は、車両１の前後方向中央の列の、車幅方向中央に位置する２つのバッテリモジュール４２の一部と上下方向に重なっている。
次に、図７に示すように、サービスプラグ３６は、バッテリケース３４のロアートレイ３４ａに対して、支持部材４４により支持されている。即ち、支持部材４４は、平板状に形成された平板部４４ａと、この平板部４４ａから下方に延びる３つの脚部４４ｂ、４４ｃ、４４ｄを備えている。サービスプラグ３６は、平板部４４ａに取り付けられ、バッテリモジュール４２の上方に支持されている。３つの脚部のうち、車両１後方側の２つの脚部４４ｂ、４４ｄは、バッテリモジュール４２の後方側でロアートレイ３４ａの上方に支持されている。また、車両１前方側の１つの脚部４４ｃは、バッテリケース３４のロアートレイ３４ａに取り付けられ、２つのバッテリモジュール４２の間を上方に延びて、バッテリモジュール４２の上側で平板部４４ａを介してサービスプラグ３６を支持している。このように、本実施形態においては、サービスプラグ３６が支持部材４４によってロアートレイ３４ａに支持されているので、アッパーカバー３４ｂを取り外した状態で各バッテリモジュール４２をロアートレイ３４ａ上に配置すると共に、サービスプラグ３６を取り付けることができ、組み立て性を良好にすることができる。
また、図５に示すように、バッテリモジュール４２が２段に重ねられた部分の車幅方向側方には、第１リレー装置２４が配置されている。即ち、第１リレー装置２４は、車両１の側面視において、２段に重ねられたバッテリモジュール４２と重なるように配置されている。車両用バッテリ装置２に内蔵されたバッテリモジュール４２は、第１リレー装置２４及びワイヤハーネス３０ａを介して、充電装置である充電口１８、充電器２０、給電器２２（図１）に接続されている。第１リレー装置２４は、バッテリモジュール４２に充電を行うために車両用バッテリ装置２の後方に配置された充電口１８、充電器２０、及び／又は給電器２２と、バッテリモジュール４２の間の接続／非接続を切り替えるように構成されている。
さらに、図５に示すように、バッテリモジュール４２が２段に重ねられた部分の、第１リレー装置２４とは反対側の側部には、バッテリコントローラ２８が配置されている。即ち、バッテリコントローラ２８は、車幅方向において、バッテリモジュール４２に対し、第１リレー装置２４の反対側に配置されている。このバッテリコントローラ２８は、第１リレー装置２４に制御信号を送ることにより、第１リレー装置２４を制御するように構成されている。このように、第１リレー装置２４及びバッテリコントローラ２８は、バッテリモジュール４２の複数段重ねられた部分の両側に、車両１の側面視においてバッテリモジュール４２と重なるように配置されている。このため、第１リレー装置２４及びバッテリコントローラ２８をバッテリケース３４の中にコンパクトに収納することができると共に、車両用バッテリ装置２の側面視における投影面積を抑制することができる。
次に、図３に示すように、バッテリモジュール４２が２段重ねられた部分において、上段に配置されたバッテリモジュール４２は、下段に配置されたバッテリモジュール４２に対して、僅かに車両１の後ろ側に後退するように配置されている。このように上段のバッテリモジュール４２を後方に後退させることにより生じた空間（上段のバッテリモジュール４２の前側の空間）には、車幅方向に延びるようにワイヤハーネス４６が配置されている。このワイヤハーネス４６は、バッテリケース３４内でバッテリモジュール４２同士を接続するために設けられている。このように、上段に配置されたバッテリモジュール４２を後退させ、後退させることにより生じた空間にワイヤハーネス４６を配置することにより、車両１が衝突した場合等において、ワイヤハーネス４６がバッテリモジュール４２との間に挟まれて損傷されるリスクを低減することができる。
本発明の実施形態の車両用バッテリ装置２によれば、第１リレー装置２４が、バッテリモジュール４２が複数段重ねられた部分の車幅方向側方に配置されている（図５）ので、リレー装置を備えながら車両用バッテリ装置２を小型化することができる。
また、本実施形態の車両用バッテリ装置２によれば、第１リレー装置２４とは別に第２リレー装置２６が備えられ、第２リレー装置２６は、車両の前後方向において、バッテリケース３４の前側の端部に配置されている（図５）。このため、個々のリレー装置を小型化することが可能になり、バッテリケース３４内の小さな空きスペースを有効に活用することができる。
さらに、本実施形態の車両用バッテリ装置２によれば、車両用バッテリ装置２の後側に配置された充電装置である充電口１８、充電器２０、給電器２２と、バッテリモジュール４２との接続／非接続が第１リレー装置２４によって切り替えられるので、それらを接続するワイヤハーネス３０ａを短縮することができ、電力の伝送ロスを抑制することができる。
また、本実施形態の車両用バッテリ装置２によれば、バッテリコントローラ２８が、車幅方向において、バッテリモジュール４２に対して第１リレー装置２４の反対側に配置されている（図６）ので、バッテリコントローラ２８もバッテリケース３４の中にコンパクトに収納することができる。
さらに、本実施形態の車両用バッテリ装置２によれば、第１リレー装置２４が、複数段重ねられたバッテリモジュール４２と、車両１の側面視において重なるように配置されている（図５）ので、車両用バッテリ装置２の側面視における投影面積を抑制することができる。
また、本実施形態の車両用バッテリ装置２によれば、上側のバッテリモジュール４２を後退させることで生じた空間にワイヤハーネス４６が配置されている（図３）ので、万一車両１が衝突した場合でもワイヤハーネス４６が損傷されにくく、ワイヤハーネス４６を保護することができる。
以上、本発明の実施形態を説明したが、上述した実施形態に種々の変更を加えることができる。例えば、上述した実施形態においては、サービスプラグ３６は、バッテリモジュール４２の上側で、バッテリモジュール４２と上下方向に重なる位置に配置されていたが、サービスプラグ３６をバッテリモジュール４２の下側に配置することもできる。
また、上述した実施形態においては、トンネル部８の前方が、突設部３８のみによって閉塞されていたが、変形例として、突設部に他の構成を加えてトンネル部８の車幅方向断面を塞ぐこともできる。
図８は、本発明の実施形態の変形例による車両用バッテリ装置を搭載した車両の断面図である。図８に示すように、本変形例においては、トンネル部８内に垂下部４８が形成されており、突設部３８及び垂下部４８によって、トンネル部８の車幅方向断面が塞がれている。即ち、トンネル部８は、逆Ｕ字形に湾曲された薄板によって形成されており、その内部に下方から突出するように車両用バッテリ装置の突設部３８が配置されている。垂下部４８は、トンネル部８の内側の上部に取り付けた薄板によって形成されており、トンネル部８内の天井部付近から下方に延びるように垂下している。この垂下部４８は、車両１の前後方向において、突設部３８よりも後方、且つサービスプラグ３６よりも前方の位置に設けられている。
これにより、トンネル部８の下端から上方に突出するように配置された突設部３８に加え、トンネル部８内の天井部付近から下方に垂下する垂下部４８によって、トンネル部８の車幅方向の断面が閉塞される。このように、トンネル部８内に垂下部４８を設けることにより、トンネル部８の内壁面と突設部３８との隙間から異物が侵入した場合でも、垂下部４８により異物を食い止めることができ、より確実にサービスプラグ３６を保護することができる。
１ 車両
２ 車両用バッテリ装置
４ 前部座席
６ 後部座席
８ トンネル部
１０ 前輪
１２ 駆動用モーター（電気機器、電動機）
１４ インバータ（電気機器）
１６ ＤＣ／ＤＣコンバータ（電気機器）
１８ 充電口（電気機器、充電装置）
２０ 充電器（電気機器、充電装置）
２２ 給電器（電気機器、充電装置）
２４ 第１リレー装置
２６ 第２リレー装置
２８ バッテリコントローラ
３０ａ ワイヤハーネス
３０ｂ ワイヤハーネス
３２ バッテリ本体
３２ａ 台状部
３４ バッテリケース
３４ａ ロアートレイ
３４ｂ アッパーカバー
３６ サービスプラグ（強電遮断器）
３８ 突設部
４０ コネクタ部
４２ バッテリモジュール
４４ 支持部材
４４ａ 平板部
４４ｂ 脚部
４４ｃ 脚部
４４ｄ 脚部
４６ ワイヤハーネス
４８ 垂下部

Claims (6)

  1. 車両の下部に搭載される車両用バッテリ装置であって、
    バッテリケースと、
    このバッテリケースの内部に収容され、少なくとも一部が車両上下方向に複数段に重なるように並べて配置された複数のバッテリモジュールと、
    これらのバッテリモジュールと外部の電気機器との接続／非接続を切り替える第１リレー装置と、
    を有し、
    上記第１リレー装置は、上記バッテリモジュールが複数段重ねられた部分の車幅方向側方に配置されていることを特徴とする車両用バッテリ装置。
  2. さらに、上記バッテリモジュールと上記車両に搭載された電動機とを接続するための第２リレー装置を有し、この第２リレー装置は、上記車両の前後方向において、上記バッテリケースの前側の端部に配置されている請求項１記載の車両用バッテリ装置。
  3. 上記車両には、上記バッテリモジュールに充電するための充電装置が備えられ、この充電装置は、上記車両用バッテリ装置よりも上記車両の後側に配置され、上記第１リレー装置は、上記充電装置と上記バッテリモジュールの接続／非接続を切り替える請求項１又は２に記載の車両用バッテリ装置。
  4. さらに、上記第１リレー装置を制御するためのバッテリコントローラを有し、このバッテリコントローラは、車幅方向において、上記バッテリモジュールに対して上記第１リレー装置の反対側に配置されている請求項１乃至３の何れか１項に記載の車両用バッテリ装置。
  5. 上記第１リレー装置は、複数段重ねられた上記バッテリモジュールと、上記車両の側面視において重なるように配置されている請求項１乃至４の何れか１項に記載の車両用バッテリ装置。
  6. 上記バッテリモジュールの複数段重ねられた部分において、上側のバッテリモジュールは、下側のバッテリモジュールに対して、上記車両前後方向で車両後方側に後退するように配置されており、上側のバッテリモジュールを後退させることにより生じた空間に、上記バッテリモジュールに接続されるワイヤハーネスが配置されている請求項１乃至５の何れか１項に記載の車両用バッテリ装置。
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