JP6658122B2 - 蓄電モジュールと制御機器との接続構造 - Google Patents

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Description

本明細書に開示される技術は、蓄電モジュールと制御機器との接続構造に関する。
例えば電気自動車やハイブリッド自動車等の車両用の電池モジュールは、複数の単電池を有しており、これらの単電池の充放電状態を検出・制御するためのECUユニットと接続する多数の電線を備えている。これらの電線は例えば電池モジュールから引き出されて束ねられ、先端側に設けられた電池側コネクタがECUユニット側に設けた機器側コネクタに嵌合されることにより、ECUユニットと接続されるようになっている。
特開2011−91003号公報
ところで、コネクタの嵌合作業は、電池側コネクタを手に持って機器側コネクタの開口に宛がい、これを押し込むことで行うことになるから、電池モジュールから導出する電線の余長をその引き回し作業に十分な長さだけ設けなければならない。しかし、コネクタの嵌合を行った後では、電池モジュールから導出されている電線の余長部分を配索するスペースが必要となり、場所をとるという問題がある。
本明細書に開示される技術は上記のような事情に基づいて完成されたものであって、配索スペースを要しない蓄電モジュールと制御機器との接続構造を提供することを目的とするものである。
本明細書に開示される技術は、複数の蓄電素子を備えた蓄電素子群に、前記蓄電素子の状態を検知する検知電線が樹脂プロテクタに保持された配線モジュールが装着された蓄電モジュールと、前記検知電線に接続されて前記蓄電素子の状態を検知する制御機器と、の接続構造であって、前記検知電線に接続されるとともに前記蓄電モジュールに一体的に設けられたモジュール側コネクタと、前記制御機器に一体的に設けられた機器側コネクタと、が嵌合されるようになっているものにおいて、前記モジュール側コネクタは、前記検知電線の端末に接続された端子を収容するモジュール側ハウジングと、当該モジュール側ハウジングを公差吸収可能に内部に保持するホルダとを有し、前記ホルダに設けられた固定部が、前記樹脂プロテクタに設けられた被固定部に固定されている。
上記構成によると、検知電線と接続されるモジュール側コネクタは蓄電モジュールに一体的に設けられているから、検知電線を蓄電モジュールの外部に引き出すことなく、制御機器(機器側コネクタ)と接続することができる。すなわち、蓄電モジュールの外側に検知電線の配索スペースを要さなくてすむ。
また、樹脂プロテクタとモジュール側コネクタとを別個に製造した後に一体化すればよいから、全てを一体に製造する場合と比較して、製造コストを低く抑えることができる。
さらに、製造公差や組み付け公差が生じた場合でも、これらの公差を吸収することができる。
上記蓄電モジュールと制御機器との接続構造は、以下の構成を備えていてもよい。
モジュール側コネクタは、検知電線の端末に接続された端子を収容するモジュール側ハウジングを有し、モジュール側ハウジングには、カム溝を有するレバーが支持軸を中心として回動可能に設けられており、機器側コネクタは、モジュール側ハウジングと嵌合可能な機器側ハウジングを有し、機器側ハウジングにおけるレバーと対向する位置には、カム溝に係合するカムピンが形成されており、レバーの回動によるカム溝とカムピンの係合に伴うカム作用によってモジュール側コネクタと機器側コネクタとの嵌合および離脱が行われるようになっている構成としてもよい。
上記構成によれば、検知電線の数が多数となった場合でも、モジュール側コネクタと機器側コネクタの嵌合および離脱はカム作用を利用して行われるから、作業の際に要する力を小さくすることができる。
電池側コネクタおよび機器側コネクタの嵌合方向は、以下のように設定してもよい。
制御機器が配線モジュールと対向して配置される場合には、モジュール側コネクタと機器側コネクタとの嵌合方向は、蓄電素子が並べられた並び方向に沿うように設定してもよい。
また、制御機器が配線モジュールと対向して配置される場合には、モジュール側コネクタと機器側コネクタとの嵌合方向は、配線モジュールが装着された蓄電素子の装着面と交差する方向に設定してもよい。
さらに、制御機器が、蓄電素子が並べられた並び方向に並んで配置される場合には、モジュール側コネクタと機器側コネクタとの嵌合方向は、並び方向に沿うように設定してもよい。
このような構成とすると、蓄電モジュールと制御機器とをコンパクトにまとめることができる。
本明細書に開示される技術によれば、蓄電モジュールの外側に検知電線の配索スペースを要さない蓄電モジュールと制御機器との接続構造を提供することができる。
実施形態1の電池モジュールおよびECUの接続構造を示す斜視図(嵌合前) 電池モジュールおよびECUの接続構造を示す平面図(嵌合前) 電池モジュールおよびECUの接続構造を示す右側面図(嵌合前) 嵌合前の電池側コネクタおよび機器側コネクタの斜視図 嵌合前の電池側コネクタおよび機器側コネクタの平面図 嵌合途中の電池側コネクタおよび機器側コネクタの斜視図 嵌合途中の電池側コネクタおよび機器側コネクタの平面図 嵌合前の電池側コネクタおよび機器側コネクタの正面図 図8のA−A断面図 図8のB−B断面図 電池モジュールおよびECUの接続構造を示す斜視図(嵌合状態) 電池モジュールおよびECUの接続構造を示す平面図(嵌合状態) 電池モジュールおよびECUの接続構造を示す右側面図(嵌合状態) 嵌合状態の電池側コネクタおよび機器側コネクタの斜視図 嵌合状態の電池側コネクタおよび機器側コネクタの平面図 図8のB−B断面に相当する嵌合状態の断面図 実施形態2の電池モジュールおよびECUの接続構造を示す斜視図(嵌合前) 電池モジュールおよびECUの接続構造を示す斜視図(嵌合状態) 実施形態3の電池モジュールおよびECUの接続構造を示す斜視図(嵌合前) 電池モジュールおよびECUの接続構造を示す斜視図(嵌合状態)
<実施形態1>
実施形態1について図1ないし図16を参照して説明する。本実施形態の電池モジュール10(蓄電モジュールの一例)は、例えば、電気自動車またはハイブリッド自動車等の駆動源として使用されるものである。以下においては、上下方向については図1を基準とし、前後方向については、相手側コネクタとの嵌合方向を前方、反対側を後方として説明する。
電池モジュール10は、複数の単電池(蓄電素子の一例)が並べて配された単電池群11(蓄電素子群の一例)を備えている。各単電池は上面に一対の電極端子(図示せず)を備えており、隣り合う単電池の電極端子間は、配線モジュール20によって電気的に接続されている。単電池群11はこの配線モジュール20を介して、ECU60(制御機器の一例)に接続されている。
配線モジュール20は、隣り合う電極端子間に架け渡される導電性の接続部材と、電極端子に接続されて単電池の状態を検知する検知電線と、これら接続部材および検知電線を収容する樹脂プロテクタ21と、を備えている。なお、各図においてはこれらの構成要素の詳細を省略し、配線モジュール20全体を矩形の筐状体として表示している。
配線モジュール20のうち、単電池の並び方向(図2の上下方向)における一端側には、外部機器と接続するための丸棒状の外部接続端子22が突出して設けられている。この外部接続端子22は、配線モジュール20の幅方向(図2の左右方向)における一端寄りに設けられている。
また配線モジュール20のうち、同じく単電池の並び方向における一端側には、外部接続端子22と隣接して、電池側コネクタ30が一体に設けられている。
電池側コネクタ30は、電池モジュール10の検知電線をECU60に接続するためのコネクタであって、樹脂プロテクタ21から側方に向けて突出して一体的に形成された取付台23に固定されている(図1および図3参照)。
電池側コネクタ30は、図4に示すように、横長の扁平なブロック状をなす端子収容部32と、この端子収容部32を取り囲む角筒状のフード部40と、を有する電池側ハウジング31と、電池側ハウジング31を取り囲むホルダ50と、を備えており、樹脂プロテクタ21(取付台23)に一体に取り付けられている。
端子収容部32には前後方向に貫通する複数のキャビティ33が形成されており、各キャビティ33内に検知電線の端部に接続された雌端子が後方から挿入されて収容・保持されるようになっている。
また端子収容部32のうち上下の両外面には、左右方向の両端部寄りにおいて前後方向に延びる一対の案内リブ34が設けられている。これらの案内リブ34は、上下面の異なる位置に形成されており、後述する機器側コネクタ61と嵌合される際に、機器側コネクタ61が正規の向きで嵌合されるように規制するようになっている。
また端子収容部32のうち左右の両外面の高さ方向の中央部には、前方側から後方側に向けて傾斜しつつ立ち上がる案内突部39が設けられている。
さらに、端子収容部32のうち上下の両外面には、一対の案内リブ34の間に位置するレバー35がそれぞれ設けられている。これらのレバー35には、一端側に向けて開口する所定の曲線状のカム溝36が形成され、上下で点対称をなす姿勢で端子収容部32に設けられた回動軸37を中心として回動可能に支持されている(図9参照)。また、他端側には連結ピン38が設けられており、フード部40に設けられた連結溝に嵌め入れられて連結されている。また、機器側コネクタ61との嵌合前においては、両レバー35のカム溝36の入り口は前方に向けて開口している。
一方フード部40は、上述したように、端子収容部32を取り囲む角筒状をなしており、その後端寄りには、外側に突出して後述するホルダ50を係止する係止部41(図10参照)が上下の両面に一対ずつ、左右の側面に1つずつの合計6つ設けられている。
また、フード部40の左右の側壁の内側には、前方に向けて片持ち状に延びる一対のロックアーム42が設けられている(図10参照)。ロックアーム42は先端側が外側に向けて弾性変形可能とされており、機器側コネクタ61が嵌合された際には、先端側に設けられた係止爪42Aが機器側ハウジング62の係止突部66に係止することにより、両コネクタ30,61を嵌合状態に保持する。なお、ロックアーム42の幅寸法は、案内突部39の幅寸法より大きく設定されている。
さらにフード部40の外面には、前後方向に延びる複数の規制リブ43が設けられている。これらの規制リブ43は、フード部40の前端縁よりやや後方寄りの位置から後方側に設けられており、全体が後述するホルダ50内に配されている。これらの規制リブ43は、ホルダ50の内壁との間に隙間を有する高さ寸法に設定されている。規制リブ43は、係止部41の両側に配されるように、上下の両面に二対ずつ、左右の側面に一対ずつの合計12本設けられている。
図9および図10に示すように、上述した端子収容部32は、フード部40の後方内側に空間Sを残して、かつ、フード部40の前端から前方に突出するように配されている。この空間Sには、キャビティ33から導出された検知電線が収容可能である。また、ロックアーム42の先端縁は、端子収容部32の案内突部39に当接するように設定されている(図4参照)。
上述した構成の電池側ハウジング31は、ホルダ50内に保持されて、樹脂プロテクタ21に一体に取り付けられている。
ホルダ50は、電池側ハウジング31のフード部40を取り囲む前後方向に延びる角筒状をなしており、上下の壁部に一対ずつ、また、左右の壁部に1つずつ、後方かつ内側に向けて切り起こされた弾性変形可能な係止片51を備えている。これらの係止片51は、フード部40の係止部41に係止することにより、その内側に電池側ハウジング31を保持している。なお、電池側ハウジング31(フード部40)の後端は、ホルダ50の後端付近に設けられた抜け止め部55により、後方側に抜け止め状態とされている(図9および図10参照)。
電池側ハウジング31がホルダ50内の正規位置に保持された状態においては、フード部40の前方側はホルダ50の前端からやや突出するように設定されている。
また、ホルダ50は、左右方向における両端部付近に、その下面から下方に向けて延びる一対の固定脚52(固定部の一例)を備えている。固定脚52は円筒をその軸方向に沿って三等分割した形態をなして径方向の内側に向けて弾性変形可能とされており、その下端縁には外側に向けて張り出すフランジ部53が設けられている。フランジ部53の下端の周縁部は先端側に向けて斜めに切り欠かれており、後述する樹脂プロテクタ21の嵌合凹部(被固定部の一例)に挿入する際の案内面とされている。
一方、機器側コネクタ61は上記電池側ハウジング31の端子収容部32とフード部40との間に挿入可能な角筒状の機器側ハウジング62を有している。機器側ハウジング62のうち上下の両壁部には、左右方向の両端寄りにおいて前後方向に延びて上述した電池側ハウジング31の案内リブ34を受け入れ可能な案内溝63が形成されている。
また、案内溝63の左右方向の外側には、前後方向に延びる支持リブ64が設けられている。支持リブ64は、電池側ハウジング31のフード部40の角部の内側に沿って嵌め入れられ、フード部40の内側に機器側ハウジング62を支持する。
また、機器側ハウジング62のうち左右の両壁部は外側に向けて張り出す張出部65とされるとともに、張出部65のうち前方側はその端縁部から後方に向けてコ字形状に切り欠かれた切欠部68とされており、この切欠部68の上下の端面に、互いに対向する面に向けて突出する一対の係止突部66が設けられている。
機器側ハウジング62が電池側ハウジング31と嵌合されると、切欠部68内にロックアーム42が進入するとともに、ロックアーム42の先端の係止爪42Aが係止突部66を乗り越えて係止することにより、両ハウジング31,62の嵌合状態が保持されるようになっている。
なお、これらの一対の係止突部66間の距離は、端子収容部32の案内突部39の幅寸法より僅かに大きい寸法に設定されており、案内突部39が一対の係止突部66間に進入することにより、機器側ハウジング62の電池側ハウジング31に対する挿入姿勢が正規姿勢に導かれるようになっている。
さらに機器側ハウジング62の上下の両外面には、上記レバー35のカム溝36に係合可能なカムピン67が立設されている。
このような機器側コネクタ61は、扁平な箱形をなすECUの一側壁に一対設けられている。すなわち、図1に示すように、1つのECU60に2つの電池モジュール10が接続されるようになっている。
一方、樹脂プロテクタ21には、上述したように、側方(単電池の並ぶ並び方向、図3の左側)に向けて突出する取付台23が一体的に設けられている。取付台23の上面には、ホルダ50の固定脚52を嵌め入れるための嵌合凹部が設けられている。ホルダ50内に電池側ハウジング31を保持した電池側コネクタ30は、ホルダ50の固定脚52が取付台23の嵌合凹部に嵌合されることにより、電池モジュール10(樹脂プロテクタ21)に一体的に、すなわち、直接的に取り付けられている。
電池側コネクタ30は、機器側コネクタ61との嵌合方向が単電池が並べられた並び方向に沿った方向(図3の左右方向)となる向きに、かつ、機器側コネクタ61が電池モジュール10側から嵌合する方向に向くように取り付けられている。また、機器側コネクタ61との嵌合方向における背面側は、取付台23に装着された背面カバー24により覆われている。
本実施形態の電池モジュール10およびECU60は、次のように接続される。まず、図1ないし図3に示すように、2つの電池モジュール10を所定の間隔を隔てて並べて配する。この状態において、各電池モジュール10の電池側コネクタ30は配線モジュール20の上面より上方に突出するように取り付けられており、その嵌合面は、配線モジュール20の上面と垂直とされている。
一方、ECU60は配線モジュール20と対向するように配されており、その一側面(図3の左側の面)に設けられた一対の機器側コネクタ61は、電池側コネクタ30と対向する方向に向けられている。
ECU60および電池側コネクタ30は、単電池が並べられた並び方向(図3の左右方向)に沿って嵌合されるように設定されている。
具体的には、ECU60を電池側コネクタ30に向けて近づけ、機器側ハウジング62を電池側ハウジング31に嵌合させると、まず、図6ないし図10に示すように、所定の向きとされたレバー35のカム溝36の開口に機器側コネクタ61のカムピン67が進入する。さらにECU60(機器側コネクタ61)を電池側コネクタ30に押し込むと、レバー35が回動されつつ、カム溝36とカムピン67との間でてこ作用により機器側コネクタ61が電池側コネクタ30側に引き込まれ、両コネクタ30,61が正規に嵌合される(図11ないし図16参照)。
なおこの時、端子収容部32に設けられた案内リブ34は機器側ハウジング62の案内溝63内に案内され、これにより、端子収容部32と機器側ハウジング62とは正規の姿勢で嵌合されるようになっている。また、機器側ハウジング62に設けられた支持リブ64は電池側ハウジング31のフード部40の角部の内側に嵌まり込み、機器側ハウジング62がフード部40内に支持されるようになっている。
さらに、フード部40に設けられたロックアーム42が機器側ハウジング62の係止突部66に係止することにより、電池側ハウジング31と機器側ハウジング62の嵌合状態が保持されるようになっている。なお、この時、端子収容部32の案内突部39が一対の係止突部66の間に進入しつつロックアーム42が弾性変形されるようになっているから、これによっても、電池側ハウジング31と機器側ハウジング62との嵌合姿勢を正規姿勢に導くことができる。
このような本実施形態の電池モジュール10とECU60との接続構造によれば、電池モジュール10とECU60とは、それぞれに一体的に設けられた電池側コネクタ30と機器側コネクタ61とを嵌合させることにより接続されるようになっているから、検知電線が電池モジュール10から外部に引き出されて露出することがなく、もって、電池モジュール10の外側に検知電線の配索スペースが不要となる。
また、検知電線の数が多くコネクタの端子が多数となった場合でも、電池側コネクタ30と機器側コネクタ61とはカム機構を利用して嵌合する構成とされているから、嵌合作業を楽に行うことができる。
また、電池側コネクタ30はホルダ50に設けられた固定脚52を樹脂プロテクタ21に設けられた取付台23の嵌合凹部に固定する構成とされているから、電池側コネクタ30と樹脂プロテクタ21とを別個に製造した後に一体化すればよい。すなわち、全てを一体に製造する場合と比較して、製造コストを低く抑えることができる。
また、電池側ハウジング31はホルダ50内に公差吸収可能に保持される構成とされているから、製造公差や組み付け公差が生じた場合でも、これらの公差を吸収することができる。
さらに、ECU60を配線モジュール20と対向するように配置し、電池側コネクタ30と機器側コネクタ61との嵌合方向が、単電池が並べられた並び方向に沿うように設定したから、全体をコンパクトにまとめることができる。
<実施形態2>
次に、実施形態2を図17および図18によって説明する。なお、以下においては実施形態1と異なる構成についてのみ説明するものとし、実施形態1と同様の構成には60を足した符号を用いることとして、重複する説明を省略する。
本実施形態の電池モジュール70とECU120との接続構造は、上記実施形態とは電池側コネクタ90および機器側コネクタ121の嵌合方向が相違している。
本実施形態の電池側コネクタ90および機器側コネクタ121は、配線モジュール80が装着された単電池群11の装着面と交差する方向、具体的には、図17の上下方向に嵌合されるようになっている。電池側コネクタ90は、ホルダ110に対する固定脚112の設置位置以外は実施形態1と同様の構成とされている。固定脚112は、ホルダ110の角筒状の壁部に沿う方向に延びるように設けられている。これにより、電池側コネクタ90は、配線モジュール80の取付台83に取り付けられた状態においては、嵌合面を上方に向けている。
一方、ECU120に設けられる機器側コネクタ121は、その嵌合面を配線モジュール80側に向けるように、ECU120の下面側に設けられている。
このような本実施形態の電池モジュール70とECU120によれば、ECU120は配線モジュール80と対向して配置されており、電池側コネクタ90と機器側コネクタ121との嵌合方向は、配線モジュール80が装着された単電池群11の装着面と交差する方向に設定されているから、このような構成によっても、全体をコンパクトにまとめることができる。
<実施形態3>
次に、実施形態3を図19および図20によって説明する。なお、以下においても実施形態1と異なる構成についてのみ説明するものとし、実施形態1と同様の構成には120を足した符号を用いることとして、重複する説明を省略する。
本実施形態では、ECU180は、単電池が並べられた並び方向に並んで配置されているところが、上記実施形態と相違している。また、ECU180の機器側コネクタ181は、その嵌合面を電池モジュール130の側面に向けて設けられている。
一方、電池側コネクタ150は、その嵌合面を実施形態1とは反対側、すなわち、側方に向けるように配線モジュール140に一体に設けられている。
このような本実施形態の電池モジュール130およびECU180によれば、ECU180は単電池が並べられた並び方向に並んで配置されており、電池側コネクタ150と機器側コネクタ181との嵌合方向は、その並び方向に沿うように設定されているから、このような構成によっても、全体をコンパクトにまとめることができる。
<他の実施形態>
本明細書に開示される技術は上記記述及び図面によって説明した実施形態に限定されるものではなく、例えば次のような実施形態も技術的範囲に含まれる。
(1)上記実施形態では、電池側コネクタと機器側コネクタとを、レバーとカムピンとのカム作用により嵌合および離脱させる構成としたが、レバーやカムピンは省略することもできる。
(2)上記実施形態では、電池側コネクタを樹脂プロテクタに一体的に取り付ける構成としたが、例えば、電池側コネクタを固定するための、例えば固定用フレーム等の別の部材を設ける構成としてもよい。
(3)上記実施形態では、電池側コネクタをホルダにより電池モジュール(樹脂プロテクタ)側に取り付ける構成としたが、ホルダを設けず、電池側ハウジングに直接固定部を設ける構成としてもよい。
(4)あるいは、電池側コネクタを例えば樹脂プロテクタと予め一体成形する構成としてもよい。
(5)単電池群(蓄電素子群)には、単電池(蓄電素子)と異なる部材が含まれていてもよい。
(6)電池側コネクタ、および、機器側コネクタの構成は上記実施形態に限るものではない。
(7)上記実施形態では、1つのECUに2つの電池モジュールを取り付ける構成としたが、ECUや電池モジュールの接続数は上記実施形態に限るものではない。
10,70,130:電池モジュール(蓄電モジュール)
11:単電池群(蓄電素子)
20,80,140:配線モジュール
21:樹脂プロテクタ
23,83:取付台(被固定部)
30,90,150:電池側コネクタ(モジュール側コネクタ)
31:電池側ハウジング(モジュール側ハウジング)
35:レバー
36:カム溝
37:回動軸
50:ホルダ
52:固定脚(固定部)
60,120,180:ECU(制御機器)
61,121.181:機器側コネクタ
62:機器側ハウジング
67:カムピン

Claims (6)

  1. 複数の蓄電素子を備えた蓄電素子群に、前記蓄電素子の状態を検知する検知電線が樹脂プロテクタに保持された配線モジュールが装着された蓄電モジュールと、前記検知電線に接続されて前記蓄電素子の状態を検知する制御機器と、の接続構造であって、
    前記検知電線に接続されるとともに前記蓄電モジュールに一体的に設けられたモジュール側コネクタと、前記制御機器に一体的に設けられた機器側コネクタと、が嵌合されるようになっているものにおいて、
    前記モジュール側コネクタは、前記検知電線の端末に接続された端子を収容するモジュール側ハウジングと、当該モジュール側ハウジングを公差吸収可能に内部に保持するホルダとを有し、
    前記ホルダに設けられた固定部が、前記樹脂プロテクタに設けられた被固定部に固定されている蓄電モジュールと制御機器との接続構造。
  2. 前記モジュール側ハウジングには、カム溝を有するレバーが支持軸を中心として回動可能に設けられており、
    前記機器側コネクタは、前記モジュール側ハウジングと嵌合可能な機器側ハウジングを有し、前記機器側ハウジングにおける前記レバーと対向する位置には、前記カム溝に係合するカムピンが形成されており、
    前記レバーの回動による前記カム溝と前記カムピンの係合に伴うカム作用によって前記モジュール側コネクタと前記機器側コネクタとの嵌合および離脱が行われるようになっている、請求項1に記載の蓄電モジュールと制御機器との接続構造。
  3. 前記制御機器は前記配線モジュールと対向して配置されており、
    前記モジュール側コネクタと前記機器側コネクタとの嵌合方向は、前記蓄電素子が並べられた並び方向に沿うように設定されている、請求項1または請求項2に記載の蓄電モジュールと制御機器との接続構造。
  4. 前記制御機器は前記配線モジュールと対向して配置されており、
    前記モジュール側コネクタと前記機器側コネクタとの嵌合方向は、前記配線モジュールが装着された前記蓄電素子の装着面と交差する方向に設定されている、請求項1または請求項2に記載の蓄電モジュールと制御機器との接続構造。
  5. 前記制御機器は前記蓄電素子が並べられた並び方向に並んで配置されており、
    前記モジュール側コネクタと前記機器側コネクタとの嵌合方向は、前記並び方向に沿うように設定されている、請求項1または請求項2に記載の蓄電モジュールと制御機器との接続構造。
  6. 一の前記制御機器に対して複数の前記蓄電モジュールが接続されている請求項1ないし請求項5のいずれか一項に記載の蓄電モジュールと制御機器との接続構造。
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