(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
前記電池モジュールの正電極端子および負電極端子は電池モジュールの長手方向の両端部であって短手方向の一方側に偏った位置に設けられ、前記外側バスバーは隣設する電池モジュールの隣り合う電極端子間を接続するように設けられることを特徴とする請求項1又は2記載の電池パック。
前記内側バスバーは、隣設する電池モジュールの車両前後方向に向い合う面を跨いで電極端子間を接続するように設けられて、前記外側バスバーより車両前後方向の長さが長く形成されることを特徴とする請求項3記載の電池パック。
前記内側バスバーは、隣設する電池モジュールの電極端子と接続する接続部を両端に有し、両接続部の間を電池モジュールの上方に位置して該電池モジュールの上面と平行な板状部材で連結する連結部を有してコ字形状またはU字形状に形成されていることを特徴とする請求項1乃至4のいずれか一項に記載の電池パック。
【背景技術】
【0002】
モータを駆動源とする電気自動車や、モータとエンジンを駆動源とするハイブリッド電気自動車には、モータに電力を供給するための電池が収容された電池パックが搭載されている。
電池パックは電池パックトレーなどの電池収容部材に複数の電池モジュールを収容してなるものである。
【0003】
電池パック内に収容される複数の電池モジュールからなる電源装置の先行技術として特許文献1に開示されたものがある。
この特許文献1には複数の電池セル間をバスバー(電気接続部材)で電気的に直列接続して第1電池群B1を形成し、同様に複数の電池セルを集合して第2電池群B2を形成して、それら電池群をさらにバスバーで接続して電源装置とすることが示されている。
また、特許文献2も、複数の電池セル間をバスバーによって直列に接続して電池モジュールを形成することが示されている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
特許文献1、2で示すように、複数の電池セル間をバスバーで電気的に直列接続して電池モジュールを形成し、さらにその電池モジュール間をバスバーで接続して電源装置として構成するには、バスバーが電池モジュール上部に突出するか、または電池モジュールの外側を迂回するようにして隣の電池モジュールの端子と接続する必要があり、複数の電池モジュールを収容する電池パックにおいては直列接続のためのバスバーを設置するスペースが必要とされるため、コンパクトに収納することが困難であった。
【0006】
電池モジュールの上部、および隣との電池モジュール間にバスバーを配置して直列接続する参考例を
図8に示す。
図8において、複数の電池セルが、図示されないセル間のバスバーで直列接続されて構成される電池モジュール01a〜01eが車載用の電池パックのトレー02内に配置されている。
電池モジュール01a〜01eは、車両前後方向を向いて電極が同一方向になるように配置されている。そのため電池モジュール01a〜01eを全て直列接続するには、バスバー03を、電池モジュール01a〜01e上を横切るとともに、電池モジュール間のスペース内を通して設置して、正電極と負電極とを接続しなければならない。
【0007】
なお、電池モジュール01a〜01e間に設けたスペース、および周囲のスペースを利用すれば電池モジュール上を突出して横切らなくてもすむが、周囲のスペース確保に伴って電池モジュールを収容する電池パックの大きさが大型化する問題が生じる。
【0008】
また、車体の床下に設けられる電池パックは、乗員空間の確保と車両の地上高の確保の両立のため、電池パックの上下方向の高さを極力小さくすることが要望されている。
【0009】
本発明はかかる問題点に鑑みなされたものであり、車体の床下に搭載され複数のバッテリモジュールを収容する電池パックにおいて、内部に収容される電池モジュールを直列接続するバスバーの形状および取付け構造を見直して、車幅方向および車両前後方向の大型化を抑え、且つ乗員空間の確保と車両の地上高の確保の両立を可能とするコンパクトな電池パックを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0010】
そこで、本発明は、かかる目的を達成するために、車体の床下に搭載され
、直方体形状をなす複数の電池モジュールを収容する電池パックにおいて、
平面視形状
が矩形状をなし、前記電池モジュールを複数収容するトレーと、該トレーの上面に液密状態で取り付けられるカバーとを備え、前記トレー内の電池モジュールは車幅方向に該電池モジュールの長手方向を位置して車両前後方向に隣設して複数列配置され、前記電池モジュールの正電極端子と負電極端子とで構成される電極端子を
前記電池モジュールの上部における車幅方向の
一端部に正電極端子及び負電極端子のうちの一方が設けられ、他端部に正電極端子及び負電極端子のうちの他方が設けられるとともに、隣設する電池モジュールの前記正電極端子と前記負電極端子とが互いに隣り合うように配置され、隣り合う電池モジュールの互いに異なる電極端子同士を連結して電気的に直列接続するバスバー(電極連結部材)を、車幅方向の外側部分で連結する外側バスバーと、車幅方向の中央部分で連結する内側バスバーとで構成し、
前記電池モジュールの電極端子の先端は、前記電池モジュールの上面より突出しないように設けられ、前記外側バスバーは電池モジュールの上面より突出しないように設けられて隣設の電池モジュールの電極端子と接続し、前記内側バスバーは電池モジュールの上面の上側を通るように設けられて隣設の電池モジュールの電極端子と接続することを特徴とする。
【0011】
かかる発明によれば、車幅方向の外側部分で連結する外側バスバーは、電池モジュールの上面より突出しないように設けられて隣設の電池モジュールの電極端子と接続する。そして、車幅方向の中央部分で連結する内側バスバーは、電池モジュールの上面より上側を通るように設けられて電池モジュールを跨ぐようにして隣設する電池モジュールの電極端子と接続する。
一般的に、車幅中央部分の床構造はフロアトンネル構造となっているため、その部分の床下の拡大領域を利用して、内側バスバーを配置することができる。これによって、電池パック全体の高さ方向の増大化を抑えて、乗員空間の確保と車両の地上高の確保の両立を可能としている。
【0012】
また、内側バスバーを電池モジュールの上面より上側を通るように設け、電池モジュールを跨ぐようにして隣設する電池モジュールの電極端子と接続するので、電池モジュール間に形成されるスペースをほとんど設けずに配置できるようになり、電池パックのコンパクト化を達成できる。
【0013】
また、本発明において好ましくは、前記トレーの車幅方向の中心は車体の車幅方向の中心
と一致して配置され、前記トレー内の電池モジュールは、車幅方向の中心を挟んで左右両側にそれぞれ車両前後方向に複数列配置されているとよい。
【0014】
このように、車幅方向に電池モジュールの長手方向を位置して車両前後方向に隣設して複数列配置し、さらに車幅方向の中心に対して両側に配置することによって、コンパクトなスペースに多くの電池パックを収容できるようになる。
【0015】
また、本発明において好ましくは、前記電池モジュールの正電極端子および負電極端子は電池モジュールの長手方向の両端部であって短手方向の一方側に偏った位置に設けられ、前記外側バスバーは隣設する電池モジュールの隣り合う電極端子間を接続するように設けられるとよい。
【0016】
このように、外側の電極端子は正電極と負電極が互いに隣り合って配置されるようになるため、外側バスバーは直線的な短距離を繋ぐだけでよいので、組立時の接続作業が容易になる。
さらに、電池モジュールの上面より突出しないように設けられため、電池パックの高さの増大を抑えることができ、車両の地上高の確保に有効である。
【0017】
また、本発明において好ましくは、前記内側バスバーは、隣設する電池モジュールの車両前後方向に向い合う面を跨いで電極端子間を接続するように設けられて、前記外側バスバーより車両前後方向の長さが長く形成されるとよい。
【0018】
このように、内側バスバーを外側バスバーより車両前後方向の長さを長くすることによって、電池パックを車体に取り付ける構造が、トレーの車幅方向両側だけで取り付けるような構造の場合においは、走行時の振動吸収が効果的が得られて、内側バスバーの損傷等の不具合の発生を抑えることができる。
すなわち、電池パックの両側を車体に支持して取り付けるため、その取付け位置に近い外側バスバーでは、走行時の振動による変位量は少ないが、取り付け位置から離れる車幅中央部分では、振動が大きくなり変位量も増大する傾向にある。このため車幅方向の中央部分での振動に対して、内側バスバーが前後方向に長いことで変形による振動吸収効果が得られる。
【0019】
また、本発明において好ましくは、前記内側バスバーは、隣設する電池モジュールの電極端子と接続する接続部を両端に有し、両接続部の間を電池モジュールの上方に位置して該電池モジュールの上面と平行な板状部材で連結する連結部を有し
てコ字形状また
はU字形状に形成されているとよい。
【0020】
このように、内側バスバーを接続部と連結部を有し
てコ字形状また
はU字形状に形成するとともに、連結部を電池モジュールの上方に位置させて該電池モジュールの上面と平行な板状部材とすることによって、板状部材の変形、または略コ字形状若しくは略U字形状の変形によって前述した走行時の振動吸収効果が一層得られる。
【発明の効果】
【0021】
本発明によれば、車幅方向の外側部分で連結する外側バスバーは、電池モジュールの上面より突出しないように隣設の電池モジュールの電極端子と接続し、車幅方向の中央部分で連結する内側バスバーは、電池モジュールの上面より上側を通るように設けられて、電池モジュールを跨ぐようにして隣設する電池モジュールの電極端子と接続することによって、車幅方向および車両前後方向の大型化を抑え、且つ乗員空間の確保と車両の地上高の確保の両立を可能とするコンパクトな電池パックを得ることができる。
【0022】
また、内側バスバーを外側バスバーより車両前後方向の長さを長く形成することによって、さらに、内側バスバーを略コ字形状またはU字形状に形成することによって、電池パックを車幅方向両側だけで取り付ける取付け構造を採用することによる走行時の車幅方向中央部での振動増大に対して振動吸収効果が発揮されて、内側バスバーの損傷や亀裂の発生等の不具合を抑えることができる。
【発明を実施するための形態】
【0024】
以下、本発明に係る実施形態について図面を用いて詳細に説明する。なお、以下の実施形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは特に特定的な記載がない限り、この発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。
【0025】
図1は、本発明の電池パックを備えた車両、例えば電気自動車1の外観斜視図を示す。
電気自動車1は、車体3の下部にフロアパネル5(
図7参照)を有しており、前輪6と後輪7との間のフロアパネル5の下面に、車体3の下方から着脱自在に電池パック9が取り付けられている。フロアパネル5の上面は、車室の一部を形成している。
【0026】
フロアパネル5は、
図7に示すように、車幅方向中央部に車体3の前後方向に沿って上方に突出したフロアトンネル11を有しており、該フロアトンネル11内側に電池パック9の上面に突出して形成される凸部23が配置されるようになっている。
【0027】
また、電池パック9には、コントローラ15が接続されており、電池からの電力を、インバータを介して駆動用モータへ供給して駆動力を制御する電力供給制御や、減速エネルギーを回生して電池に充電する充電制御等を行うようになっている。
【0028】
図2に示すように、電池パック9は、平面視において、車両前後方向に長い略矩形状をなし、電池モジュール17が載置される電池パックトレー(トレー)19と、該電池パックトレー19内に水及び、塵埃が浸入しないように内部を液密状態にするシール部材を介在して、電池パックトレー19の上面に取り付けられるカバー部材(カバー)21と、さらに、電池パックトレー19内の各電池モジュール17間を結線する結線回路装置とで構成されている。
【0029】
このトレー19は板金材料によって成型されるとともに、カバー部材21は樹脂材料によって成型されている。
また、カバー部材21の中央部は車両前後方向に沿って凸形状の凸部23になっているとともに、該凸部23の車両後部側にはメンテナンス窓25が設けられ、この位置に対応するフロアパネル5にはメンテナンス用の開口部が形成され、室内側から電池パック9の内部の確認ができるように、また電池出力の検査や、回線を途中で切断してメンテナンスに必要な作業ができるようになっている。
【0030】
また、電池パックトレー19の車幅方向の両側には、電池パック9を車体に取り付ける取付けブラケット27が、片側4箇所ずつ設けられており、
図7に示すように、車体を構成するサイドフレーム29の下面にボルト30で取付けられるようになっている。
車体に取り付けられた電池パック9の中心線Lは、車体の車幅方向の中心に略一致するようになっている。
【0031】
次に、
図3を参照して、電池パックトレー19の内部について説明する。
図3は、電池パック9のカバー部材21を取外し、さらに冷却用のダクト31、車両前方に出力された電池出力を後方へ導く出力電気ケーブル33については取り外した状態で、電池モジュール17の配置、およびその電池モジュール17の電極端子、および電気配線が分かりやすいように模式的に示している。
【0032】
電池パックトレー19内には、中心線Lの片側に5個、車両の前後方向に接するようにして電池モジュール17、18が設置されている。
車幅方向に電池モジュール17、18の長手方向を位置させて配置し、左右で計10個の電池モジュール17a〜17e、18a〜18eが整然と配置されている。
【0033】
尚、電池モジュール17、18とは、電池セル35a〜35hを、例えば8個並設して(
図7参照)、各セルの電極端子をセル間バスバー(不図示)で直列接続してまとめたものであり、略直方体形状
をなした1個の固体としたものを称している。
【0034】
電池パックトレー19内には、車幅方向に仕切り部材37が4本設けられて、該仕切り部材37の両端部は、電池パックトレー19の壁面に溶接接合され、電池パックトレー19の強度と剛性を確保している。
前側から1列目の左右の電池モジュール17a、18aは、1つのロワホルダー39の上に載置され、その上から1つのアッパホルダー41によって左右の電池モジュールが1ユニットとして組み上げられ、そのユニット毎に電池パックトレー19の底面に固定されている。
【0035】
2列目、3列目は、前後左右の電池モジュール17b、17c、18b、18cが1ユニットとしてロワホルダーおよびアッパホルダーによって支持されて電池パックトレー19の底面に固定される。
また、4列目の電池モジュール17d、18d、5列目の電池モジュール17e、18eも同様に、前後左右の4つの電池モジュールが1ユニットとして収容されるようになっている。
【0036】
また、電池モジュール17、18が配置されていない前方スペースS1には、図示しない冷却空気を、電池パック9内を循環させるためのファン、および冷却空気を生成するためのエバポレータが設けられ、ファンによって送り出された冷却空気を後方に流す送風ダクト31が中心線Lに沿って車幅方向中央部に設けられている(
図7参照)。さらに前方スペースS1、後方スペースS2には、電気ケーブルの接続部であるコンタクタやヒューズ等の電気部品が設けられている。
【0037】
車両の前後方向に隣り合う電池モジュール17a〜17e、18a〜18eの電極端子は、
図3のように内側と外側で互いに反対になるように電池モジュールが逆向きに配置され、車両の前後方向に隣り合う電池モジュール17a〜17e間、および電池モジュール18a〜18e間を全て、直列接続するようにバスバー43、45で接続されている。
【0038】
バスバー43、45は、車幅方向の外側部分で連結する外側バスバー43と、車幅方向の中央部分で連結する内側バスバー45とによって主に構成されており、さらに、出力用のバスバー47やメンテナンスブレーカ49への接続用のバスバー51等が接続されている。
内側バスバー45は、フロアトンネル11の部分に対応して突出されたカバー21の凸部23に対応する部分で連結するようになっている。
【0039】
次に、
図4を参照して外側バスバー43およびその接続部の構造について説明する。
図4は
図3のP1部分の拡大図を示す。P1部分の拡大図を基に説明するが、他の外側バスバーの接続部についても同様である。
図4における外側バスバー43は、1列目の電池モジュール17aの負電極端子53と、2列目の電池モジュール17bの正電極端子55とを接続する例を示しており、負電極端子53と正電極端子55とは互いに隣り合う位置にあるとともに、負電極端子53は電池モジュール17aの上面よりも一段下がった位置に設けられている。同様に、正電極端子55は電池モジュール17bの上面よりも一段下がった位置に設けられている。
【0040】
また、正電極端子55および負電極端子53とで構成される電極端子は、電池モジュールの長手方向の両端部であって短手方向の一方側に偏った位置に設けられ、さらに車両前後方向に隣り合う電池モジュールでは前述のように正電極端子55および負電極端子53は車幅方向の外側と内側とで逆になるように配置されるため、
図3のように正電極端子と負電極端子とが隣り合って配置される。
また、正電極端子55と負電極端子53とが隣り合って配置されない面側では、電池モジュール17bと17cとは接して配置される。
【0041】
外側バスバー43は、板状部材からなり、両端部分には電極端子にナット57で締め付けられる接続部59と、両側の接続部59間に形成され中央部分が上方に湾曲した連結部61とを有している。連結部61が上方に湾曲しているため、電池モジュール17a、17bが、車両走行による振動で前後上下に変位しても板状の湾曲形状で吸収可能であり、外側バスバー43の損傷や亀裂に発生を防止できる。
【0042】
また、負電極端子53、正電極端子55の先端は、共に電池モジュール17a、17bの上面より突出することなく、さらに、外側バスバー43の湾曲の頂部も電池モジュール17a、17bの上面より突出することがないため、カバー21高さを低く抑えることができる。
さらに、負電極端子53と正電極端子55は対向した位置にあるため、外側バスバー43の取付け作業が容易である。
【0043】
次に、
図5を参照して内側バスバー45およびその接続部の構造について説明する。
図5は
図3のP2部分の拡大図を示す。P2部分の拡大図を基に説明するが、他の内側バスバーの接続部も同様である。
図5に示す内側バスバー45は、2列目の電池モジュール18bの正電極端子65と、2列目の電池モジュール17bの負電極端子67の部分を示す。
【0044】
これら負電極端子67と正電極端子65とは、右側列と左側列とで隣り合った位置にあり、前述の正電極端子55および負電極端子53と同様に、電池モジュール17b、18bの上面よりも一段下がった位置に設けられている。内側バスバー45は、これら電池モジュール17b、18bを連結するものではなく、次のように前後の電池モジュール間を接続する。
【0045】
内側バスバー45Aは、
図3に示すように、2列目の電池モジュール17bの負電極端子67と、3列目の電池モジュール17cの正電極端子69とを接続するものであり、また、内側バスバー45Aと対向して設けられる内側バスバー45Bは、電池モジュール18bの正電極端子65と電池モジュール18cの負電極端子71とを接続するものである。
【0046】
これら、内側バスバー45Aおよび内側バスバー45Bは、同一の部品であり、
図6に示すように、電極端子にナット73で締結される接続部75を両端部に設け、該接続部75から立ち上がり電池モジュールの上面よりも上方に位置する立上部77と、さらに、電池モジュールの上方に位置して電池モジュールの上面と平行な板状部材で形成される連結部79と、を有している。外形形状は、
図6のように平面視において略コ字形状または略U字形状をしており、側面視においても略コ字形状または略U字形状をして形成されている。
【0047】
このように、内側バスバー45Aは電池モジュール17bおよび17cの上面より上方に設けられて、電池モジュール17bと17cとの車両前後方向に向いあう面17F(
図3参照)を跨ぐようにしてそれぞれの電極端子を接続するので、車両前後方向に隣りあって配置される電池モジュール17b、17cの前後方向の間隔をほぼ無くして各電池モジュールを接するようにして並べて配置可能になる。これによって、電池パック9の車両前後方向の長さを小さくすることができ、電池パック9のコンパクト化が可能になる。
内側バスバー45Bについても、電池モジュール18bと18cの向いあう面を跨ぐようにして内側バスバー45Bが設けられ、また、他の電池モジュール17dと17eとの間、18dと18eとの間でも同様である。
【0048】
また、内側バスバー45A、45Bはともに、平面視においても側面視においても、略コ字形状または略U字形状をしており、さらに、電池モジュール17bおよび17c等の上面と平行な板状部材で形成される連結部79を有しているため、各電池モジュールが車両の走行振動で前後、左右、上下方向に振動を生じても振動吸収効果が大きい。
【0049】
すなわち、板状部材からなる連結部79の上下変位によって、上下振動を吸収でき、左右方向(車幅方向)変位に対しても、連結部79が電池モジュール17b、17cの幅の略2個分の長さを有するため、該連結部79の左右変位によって左右方向の振動も吸収できる。
さらに、前後方向の振動に対しても平面視において略コ字形状またはU字形状を有しているため、コ字形状の開口部分の変形によって前後方向の振動も吸収できる。
【0050】
図7は、電池パック9が車体に取り付けられた状態での、
図3のA−A線断面の概略図である。フロアトンネル11の内側には、車両用の配管81や電気ケーブル83等が取り付けられており、その下方に電池パック9の上面に形成される凸部23が配置されて取り付けられている。
既に説明したようにこの電池パック9の取り付けは、フロアパネル5の下面に車両前後方向に沿って形成された左右のサイドフレーム29、29の下面に、電池パック9の両側がボルト30によって固定される。従って、電池パック9は、車幅方向の両側だけによって車両の床下に支持されている構造となっている。
【0051】
電池パック9内の凸部23の部分には、送風ダクト31が設けられ、その送風ダクト31の上面とカバー21の内面との間には出力電気ケーブル33が配置されている。また、送風ダクト31の下方と電池モジュール17b、18bの上面Fの上方との間に、内側バスバー45A、45Bが通っている。内側バスバー45A、45Bに対して送風ダクト31を流れる冷却空気による冷却効果が得られる。
また、内側バスバー45A、45Bの位置は、電池パック9の凸部23の内側部分に相当する領域に位置している。
【0052】
従って、車幅中央部分の床構造はフロアトンネル11構造のため、その部分の拡大領域を利用して、内側バスバー45A、45Bを、電池モジュールの上方に配置することができ、これによって、電池パック全体としての高さ方向の寸法増大を抑えて、乗員空間の確保と車両の地上高の確保の両立が可能となるとともに、各電池モジュールを近接して配置可能となる。
【0053】
以上のように、本実施形態によれば、電池パック9の電池パックトレー19内に収容される電池モジュールを直列接続するために、隣設する電池モジュールの正電極端子と負電極端子とを互いに隣り合うように配置して、車幅方向の外側では、短い外側バスバー43で接続し、内側の車幅方向の中央部では、電池モジュール17bと17cとの車両前後方向に向いあう面17Fを跨ぐように電池モジュールの上方を通すようにして、外側バスバー43より長い内側バスバー45で接続したので、車幅方向および車両前後方向の大型化を抑え、且つ乗員空間の確保と車両の地上高の確保の両立を可能とするコンパクトな電池パック9を得ることができる。