特開 2025-100169 接続構造

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2025100169

(43)【公開日】2025-07-03

(54)【発明の名称】接続構造

(51)【国際特許分類】

   H01M 50/296 20210101AFI20250626BHJP

   H01M 50/284 20210101ALI20250626BHJP

   H01M 50/242 20210101ALI20250626BHJP

   H01M 50/579 20210101ALI20250626BHJP

   H02H 7/18 20060101ALI20250626BHJP

【ＦＩ】

H01M50/296

H01M50/284

H01M50/242

H01M50/579

H02H7/18

【審査請求】未請求

【請求項の数】4

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023217345

(22)【出願日】2023-12-22

(71)【出願人】

【識別番号】000003207

【氏名又は名称】トヨタ自動車株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110002147

【氏名又は名称】弁理士法人酒井国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】下東 忠明

【テーマコード（参考）】

5G053

5H040

5H043

【Ｆターム（参考）】

5G053AA02

5G053CA01

5G053EA05

5G053EC01

5H040AA07

5H040AA18

5H040AA27

5H040AA37

5H040AS04

5H040AS07

5H040AT06

5H040AY03

5H040AY06

5H040CC17

5H040DD08

5H040DD09

5H040DD13

5H040DD14

5H040DD22

5H040NN01

5H040NN03

5H043AA04

5H043AA13

5H043CA21

5H043GA00

(57)【要約】

【課題】電子機器側で短絡が発生しても電池セルの発熱を回避することができる接続構造を提供すること。
【解決手段】電子機器と電池モジュールとがコネクタを介して電気的に接続された接続構造であって、電子機器側の第１コネクタは、高電圧回路が設けられた基盤と一体化され、電子機器は、基盤を収容する筐体の内部に、基盤に対して記第２コネクタの接続を解除する方向へと相対移動して第２コネクタの接続を解除する解除部材を有し、解除部材は、筐体から第２コネクタの接続を解除する方向の荷重が入力された際に、第２コネクタの接続を解除する方向へと移動して第１コネクタとの接続を解除する荷重を第２コネクタに付与する。
【選択図】図８

【特許請求の範囲】

【請求項1】

高電圧回路を有する電子機器と、複数の電池セルを有する電池モジュールとがコネクタを介して電気的に接続された接続構造であって、
前記コネクタは、
前記高電圧回路と電気的に接続された前記電子機器側の第１コネクタと、
前記第１コネクタに接続する前記電池モジュール側の第２コネクタと、を含み、
前記第１コネクタは、前記高電圧回路が設けられた基盤と一体化され、
前記電子機器は、前記基盤を収容する筐体の内部に、前記基盤に対して前記第２コネクタの接続を解除する方向へと相対移動して前記第２コネクタの接続を解除する解除部材を有し、
前記解除部材は、前記筐体から前記解除する方向の荷重が入力された際に、前記第２コネクタの接続を解除する方向へと移動して前記第１コネクタとの接続を解除する荷重を前記第２コネクタに付与する
ことを特徴とする接続構造。

【請求項2】

前記第２コネクタは、抜け防止のために前記第１コネクタに係止する爪を有し、
前記第１コネクタは、前記爪が係止する被係止部を有し、
前記第２コネクタの接続を解除する方向の荷重が前記解除部材に入力された際、前記解除部材は前記接続を解除する方向に移動し、前記爪と前記被係止部との係止状態を解除させる方向に前記爪を押す
ことを特徴とする請求項１に記載の接続構造。

【請求項3】

前記解除部材は、
前記基盤と水平方向に対向し、前記基盤に対して前記第１コネクタとは反対側に配置された平板部と、
前記平板部から水平方向で前記第１コネクタ側に突出し、前記爪を前記被係止部から外すための解除ピンと、を有し、
前記解除部材が前記接続を解除する方向に移動していない状態では、前記基盤と前記平板部との間の水平方向距離が、前記解除ピンと前記爪との間の水平方向距離よりも長い
ことを特徴とする請求項２に記載の接続構造。

【請求項4】

前記被係止部は、前記爪よりも前記接続を解除する方向側に位置する部位である
ことを特徴とする請求項３に記載の接続構造。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、接続構造に関する。

【背景技術】

【0002】

特許文献１には、電池モジュールを搭載した電動車両において、フロアパネルにより形成された空間内で電池モジュールと電子機器と電気的に接続された接続構造が開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１５－１３７００８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

特許文献１に記載の構成では、電動車両が衝突するなどしてフロアパネルが変形し、電子機器を収容する機器ボックスが圧壊すると、高電圧回路を含む電子機器が潰れて短絡してしまう。電子機器が短絡すると、導電部材を介して電子機器から電池セルに大きな電流が流れ、電池セルが発熱する虞がある。

【0005】

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであって、電子機器側で短絡が発生しても電池セルの発熱を回避することができる接続構造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】

【0006】

本発明は、高電圧回路を有する電子機器と、複数の電池セルを有する電池モジュールとがコネクタを介して電気的に接続された接続構造であって、前記コネクタは、前記高電圧回路と電気的に接続された前記電子機器側の第１コネクタと、前記第１コネクタに接続する前記電池モジュール側の第２コネクタと、を含み、前記第１コネクタは、前記高電圧回路が設けられた基盤と一体化され、前記電子機器は、前記基盤を収容する筐体の内部に、前記基盤に対して前記第２コネクタの接続を解除する方向へと相対移動して前記第２コネクタの接続を解除する解除部材を有し、前記解除部材は、前記筐体から前記解除する方向の荷重が入力された際に、前記第２コネクタの接続を解除する方向へと移動して前記第１コネクタとの接続を解除する荷重を前記第２コネクタに付与することを特徴とする。

【発明の効果】

【0007】

本発明では、筐体から解除部材に入力される荷重によって物理的に第１コネクタと第２コネクタとの接続を解除させることができる。これにより、電子機器側で短絡が発生しても電池セルの発熱を回避することができる。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】実施形態における接続構造を模式的に示す図である。

【図2】電池ＥＣＵの構造を説明するための図である。

【図3】電池ＥＣＵ側の雄コネクタに電池モジュール側の雌コネクタが接続した状態を説明するための斜視図である。

【図4】電池ＥＣＵ側の雄コネクタに電池モジュール側の雌コネクタが接続した状態を説明するための上面図である。

【図5】電池ＥＣＵ側の雄コネクタに電池モジュール側の雌コネクタが接続した状態を説明するための側面図である。

【図6】図５のＡ－Ａ線断面を示す断面図である。

【図7】図５のＢ－Ｂ線断面を示す断面図である。

【図8】圧壊による荷重が解除部材に作用する場合の動作を説明するための図である。

【発明を実施するための形態】

【0009】

以下、本発明の実施形態における接続構造について具体的に説明する。なお、本発明は以下に説明する実施形態に限定されるものではない。

【0010】

図１は、実施形態における接続構造を模式的に示す図である。接続構造１は、電池モジュール２と電池ＥＣＵ３とが電気的に接続された構造である。接続構造１は電動車両に適用される。電動車両は走行用のモータを備える車両であり、ハイブリッド車（ＨＥＶ）やプラグイン式ハイブリッド車（ＰＨＥＶ）や電気自動車（ＢＥＶ）などである。電池モジュール２と電池ＥＣＵ３とは電池パックの収容ケース内に収容された状態で電動車両に搭載されている。電池パックの収容ケース内では、電池モジュール２がモジュールケース４に収容されているとともに、電池ＥＣＵ３が機器ボックス５に収容されている。モジュールケース４と機器ボックス５とは電池パックの収容ケースに固定されている。

【0011】

電池モジュール２は、複数の電池セルにより構成された組電池である。電池モジュール２はモジュールケース４の内部に収容されている。電池モジュール２は雌コネクタ６を介して電池ＥＣＵ３と電気的に接続されている。雌コネクタ６と電池モジュール２とはＦＰＣ７を介して電気的に接続されている。

【0012】

電池ＥＣＵ３は、電池モジュール２を制御する電子制御装置である。電池ＥＣＵ３はプロセッサとメモリとを備える。電池ＥＣＵ３は記憶部に格納されたプログラムをメモリの作業領域にロードして実行し、プログラムの実行を通じて各構成部などを制御することにより、所定の目的に合致した機能を実現する。電動車両に搭載された各種センサからの信号が電池ＥＣＵ３に入力される。電池ＥＣＵ３は各種センサから入力された信号に基づいて電池制御を実行する。電池ＥＣＵ３は電池制御に応じて各種の指令信号を電池モジュール２に出力する。その際、電池ＥＣＵ３から雌コネクタ６を介して電池モジュール２に指令信号が伝達される。

【0013】

図２に示すように、電池ＥＣＵ３は、高電圧回路１１と、基盤１２と、筐体１３と、雄コネクタ１４とを備える。

【0014】

高電圧回路１１は、基盤１２上に設けられている。基盤１２は、ＥＣＵ基盤である。筐体１３は、ＥＣＵ筐体である。雄コネクタ１４は、基盤１２に取り付けられている。雄コネクタ１４は基盤１２と一体化されている。雄コネクタ１４は高電圧回路１１と電気的に接続されたピンを有する。電池ＥＣＵ３では筐体１３の内部に高電圧回路１１と基盤１２とが収容されている。電池ＥＣＵ３は高電圧回路１１を有する電子機器である。雄コネクタ１４は筐体１３の外部から雌コネクタ６が接続することが可能な構造を有する。筐体１３の外部から雌コネクタ６が雄コネクタ１４に嵌合し、雌コネクタ６の端子と雄コネクタ１４のピンとが電気的に接続することにより、電池ＥＣＵ３と電池モジュール２とが雌コネクタ６を介して電気的に接続される。接続構造１では、雄コネクタ１４が第１コネクタであり、雌コネクタ６が第２コネクタである。

【0015】

このように構成された電池モジュール２と電池ＥＣＵ３とを含む電池パックでは、その構造上、機器ボックス５が圧壊すると、高電圧回路１１を有する電池ＥＣＵ３が潰れて短絡する虞がある。その際、ＦＰＣ７を介して電池モジュール２に大きな電流が流れ、電池セルが発熱する。つまり、電池ＥＣＵ３が圧壊すると、内蔵されている高電圧回路１１が短絡し、大電流が電池セルに流れてしまい発熱に至る。この発熱を回避するために、通常はヒューズによる回路遮断を行うが、電池パックの体格や搭載性の制限により、定格に合致するヒューズの使用が困難である。そこで、接続構造１では、圧壊時の荷重を利用して、物理的に雌コネクタ６を外すことにより短絡回路を遮断するように構成されている。図２に示すように、接続構造１は電池ＥＣＵ３の筐体１３内部に、雌コネクタ６の接続を解除するための解除部材３０を備える。

【0016】

解除部材３０は、雌コネクタ６と雄コネクタ１４との接続状態を解除するための部材である。解除部材３０は樹脂等の絶縁体により構成されている。例えば解除部材３０は樹脂により一体成形されている。解除部材３０は、雌コネクタ６と雄コネクタ１４との接続を解除するために雌コネクタ６を解除方向に押圧する押し出し機構として機能する。

【0017】

図３に示すように、解除部材３０は、平板部３１と、解除ピン３２と、押圧部３３とを有する。

【0018】

平板部３１は、解除部材３０の本体部であり、基盤１２と水平方向に対向する平面形状の板部である。平板部３１は解除部材３０を解除方向に移動させる荷重を受けるための部位である。平板部３１は基盤１２に対して雄コネクタ１４とは反対側に配置されている。平板部３１は基盤１２から水平方向に離れた位置に配置されている。平板部３１は、水平方向において雄コネクタ１４とは反対側を向く平面３１ａを有する。平面３１ａは、筐体１３が圧壊した際に筐体１３から解除方向の荷重が入力される面である。

【0019】

解除ピン３２は、平板部３１から雌コネクタ６側に突出するピン形状の凸部である。解除ピン３２は雌コネクタ６の爪６１を解除するための部位である。雌コネクタ６は、雄コネクタ１４から解除方向に脱落しないように雄コネクタ１４の本体に係止する爪６１を有する。爪６１は、雌コネクタ６の抜けを防止するための係止爪である。解除ピン３２は爪６１を外す位置に設けられている。

【0020】

解除ピン３２は、平板部３１から基盤１２を貫通して雄コネクタ１４の案内部１４ａの内部に配置されている。基盤１２は、解除ピン３２が挿通される貫通孔１２ａと、押圧部３３が挿通される貫通孔１２ｂとを有する。雄コネクタ１４は、解除ピン３２が挿入される案内部１４ａを有する。貫通孔１２ａは解除ピン３２に対応する位置に設けられる。案内部１４ａは貫通孔１２ａに対応する位置に設けられ、貫通孔１２ａと連通している。案内部１４ａは水平方向に沿って直線状に延在する切り欠き部により形成されている。図３および図４に示すように、解除ピン３２は貫通孔１２ａに挿通され、案内部１４ａの内部に配置される。案内部１４ａのうち雌コネクタ６の本体側に爪６１が設けられている。雄コネクタ１４は、爪６１が係止する立壁部１４ｂを有する。立壁部１４ｂは雄コネクタ１４本体の一部であり、水平方向において案内部１４ａと雌コネクタ６との間に位置する部位である。立壁部１４ｂは被係止部である。爪６１が立壁部１４ｂに係止することにより、雌コネクタ６が雄コネクタ１４に嵌合した状態が維持される。

【0021】

押圧部３３は、平板部３１から雌コネクタ６側に突出する棒形状の凸部である。押圧部３３は雌コネクタ６を解除方向に押し出すための部位である。押圧部３３は、解除ピン３２と同一方向に突出しており、解除ピン３２を挟むように雄コネクタ１４の両側に二つ設けられている。図３および図４に示すように、押圧部３３は、雌コネクタ６の受け部６２に対応する位置に設けられている。水平方向において押圧部３３と受け部６２とが対向している。図４に示すように、爪６１が雄コネクタ１４に係止している状態では、押圧部３３と受け部６２とは接触していない。筐体１３の圧壊により解除部材３０が解除方向に移動すると、押圧部３３は雌コネクタ６の受け部６２に当接して受け部６２を解除方向に押圧する。図４および図５に示すように、受け部６２は雌コネクタ６の本体両側に設けられている。図４～図６に示すように、押圧部３３は基盤１２の貫通孔１２ｂを挿通して受け部６２の近くまで解除方向に沿って直線状に延在している。

【0022】

図４，図６，図７に示すように、解除部材３０が雌コネクタ６の接続を解除する方向に移動していない状態では、基盤１２と平板部３１との間の水平方向距離は、解除ピン３２と爪６１との間の水平方向距離よりも長く、かつ押圧部３３と受け部６２との間の水平方向距離よりも長い。これにより、解除方向において平板部３１が基盤１２に当接する前に、解除ピン３２が爪６１に当接するとともに、押圧部３３が受け部６２に当接することが可能である。また、この状態では、押圧部３３と受け部６２との間の水平方向距離が、解除ピン３２と爪６１との間の水平方向距離よりも長い。これにより、解除方向において押圧部３３が受け部６２に当接する前に、解除ピン３２が爪６１に当接することが可能である。さらに、この状態では、解除ピン３２と立壁部１４ｂとの間の水平方向距離が、押圧部３３と受け部６２との間の水平方向距離よりも長い。これにより、解除方向において解除ピン３２が立壁部１４ｂに当接する前に、押圧部３３が受け部６２に当接することが可能である。

【0023】

機器ボックス５が圧壊した場合、筐体１３が押し潰されていくと、図８に示すように、圧壊される荷重が平板部３１の平面３１ａに入力され、平板部３１が圧壊の荷重で解除方向に押される。平板部３１が解除方向に押されることにより解除部材３０が解除方向に移動し、解除ピン３２の先端部３２ａが雌コネクタ６の爪６１を押し下げて外す。つまり、解除部材３０は解除方向に移動し、爪６１と立壁部１４ｂとの係止状態を解除させる方向に爪６１を押す。爪６１が外れるまで押圧部３３は雌コネクタ６に接触しないように隙間が設定されている。爪６１が外れた状態で解除部材３０がさらに解除方向に移動すると、押圧部３３が受け部６２に当接し、押圧部３３が雌コネクタ６の本体を解除方向に押す。その結果、雌コネクタ６が雄コネクタ１４のピンから外れる位置まで雌コネクタ６を解除方向に押し出すことができ、物理的に雌コネクタ６を高電圧回路１１から切り離すことができる。

【0024】

機器ボックス５の圧壊に伴い筐体１３が圧壊すると、筐体１３が解除部材３０に当接する。その際、筐体１３から解除部材３０に解除方向の荷重が入力されると、解除部材３０は雌コネクタ６の接続を解除する方向へと移動して雄コネクタ１４との接続を解除する荷重を雌コネクタ６に付与する。このように、解除部材３０は基盤１２に対して雌コネクタ６の接続を解除する方向へと相対移動して雌コネクタ６の接続を解除する。

【0025】

以上説明した通り、実施形態によれば、電池ＥＣＵ３が圧壊する際の荷重を利用して、高電圧回路１１から物理的に電池セルを切り離すことができる。これにより、電池ＥＣＵ３が押し潰されて筐体１３と基盤１２とが接触し、あるいは基盤１２同士が接触しても、高電圧回路１１と電池セルとの短絡回路とならないため、電池セルの発熱を回避することができる。接続構造１によれば、ヒューズで保護することができない短絡回路から電池セルの発熱を防止することが可能になり、安全性を確保できる構造となる。

【0026】

なお、各図に示す矢印ＵＰＲは電動車両の上方向を表す。同様に、矢印ＲＨは電動車両の右方向を表し、矢印ＦＲは電動車両の前方向を表す。矢印ＵＰＲの反対方向は電動車両の下方向である。矢印ＲＨの反対方向は電動車両の左方向を表す。矢印ＦＲの反対方向は電動車両の後方向を表す。雌コネクタ６の接続が解除される方向、すなわち解除方向は、矢印ＲＨの反対方向（電動車両の左方向）である。爪６１と立壁部１４ｂとの係止状態を解除させる方向は、矢印ＵＰＲの反対方向（電動車両の下方向）である。水平方向は、電動車両の左右方向（電動車両の車幅方向）である。

【0027】

また、雌コネクタ６と電池モジュール２との間を電気的に接続する部材はＦＰＣ７に限定されず、バスバや、可撓性を有する導電部材などであってよい。

【0028】

また、雌コネクタ６の接続を解除する方向は矢印ＲＨの反対方向（電動車両の左方向）に限定されず、任意の水平方向であればよい。例えば、雌コネクタ６の接続を解除する方向は矢印ＲＨ（電動車両の右方向）であってもよく、矢印ＦＲ（電動車両の前方向）であってもよく、矢印ＦＲの反対方向（電動車両の後方向）であってもよい。

【符号の説明】

【0029】

１ 接続構造
２ 電池モジュール
３ 電池ＥＣＵ
４ モジュールケース
５ 機器ボックス
６ 雌コネクタ
７ ＦＰＣ
１１ 高電圧回路
１２ 基盤
１２ａ，１２ｂ 貫通孔
１３ 筐体
１４ 雄コネクタ
１４ａ 案内部
１４ｂ 立壁部
３０ 解除部材
３１ 平板部
３１ａ 平面
３２ 解除ピン
３２ａ 先端部
３３ 押圧部
６１ 爪
６２ 受け部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】