JP6988399B2 - 車載用バッテリリレー接続構造 - Google Patents

Description

本発明は、バッテリとリレーとを備える車載用バッテリリレー接続構造に関する。

電気自動車、ハイブリッド車両等の車両では、車両の駆動用の電動モータが搭載される。また、車両によっては発電機が搭載される。このような電動モータまたは発電機である回転電機は、インバータを介してバッテリに接続される。このとき、バッテリの負荷であるインバータとバッテリとの間にリレーを接続し、そのリレーを制御装置で制御することにより、バッテリとインバータとの電気的な接続状態を切り替えることが行われる。

特許文献１には、車両において、電装筐体の内側にリレーを、他の電装部品も含めて収納する構成が記載されている。リレーの接点には、バスバーの一端を電気的に接続し、バスバーの他端を、電装筐体の外側で電池ブロックの出力端子に電気的に接続している。さらに、バスバーの中間部は、電装筐体の外側において、車両を構成するシャーシに対し、絶縁放熱シートを介して接続している。特許文献１には、バスバーは、シャーシに限らず、電池システムを収納する筐体に接続してもよいことも記載されている。これにより、リレーで発生した熱をシャーシまたは別の筐体側に熱伝導して放熱できるとされている。

特開２０１４−７９０９３号公報

しかしながら、電装筐体から延出されたバスバーと、シャーシまたは電池システムを収納する筐体とが接続される位置は、リレーの内部の発熱しやすい接点から大きく離れる。これにより、接点とリレーの放熱部との距離が大きくなり、リレーを放熱しにくくなる可能性がある。このため、リレーの冷却効率が低下する可能性がある。

本発明の目的は、バッテリとリレーとを含む車載用バッテリリレー接続構造において、リレーの冷却効率を向上させることである。

本発明に係るバッテリリレー接続構造は、バッテリと、前記バッテリの出力端子と電気的に接続される第１バスバーと、負荷の入力端子と電気的に接続される第２バスバーと、前記第１バスバーを介して前記バッテリに電気的に接続され、前記第２バスバーを介して前記負荷に電気的に接続されるリレーであって、前記バッテリと前記負荷との電気的な接続状態を切り替えるリレーと、前記第１バスバー、前記第２バスバー及び前記リレーをカバーする機器カバーと、前記バッテリ、前記第１バスバー、前記第２バスバー、前記リレー及び前記機器カバーを収容する金属製のバッテリケースと、を備える。前記機器カバーは、前記バッテリケースに固定され、前記バッテリケースに固定する端部に開口を有する。前記第１バスバー及び前記第２バスバーの少なくとも一方のバスバーは、前記機器カバーの内側で、前記リレーの端子との接続端から延びて前記リレーを収納するリレーケースと前記バッテリケースとの間に挟まれた部分が、前記開口の内側を通じて熱伝導シートを介して前記バッテリケースに熱伝導可能に接続される。

本発明に係るバッテリリレー接続構造によれば、機器カバー内に位置するバスバーが、バッテリケースに熱伝達可能に接続されることにより、リレーの放熱経路において、リレーの接点から放熱部分としてのバッテリケースまでの距離を小さくしやすい。また、バッテリケースは熱容量が大きい。これにより、リレーで生じた熱を、短い距離で熱容量の大きい部分に放熱しやすくなるので、リレーの冷却効率を向上できる。

本発明に係るバッテリリレー接続構造によれば、リレーの冷却効率を向上できる。

実施形態の車載用バッテリリレー接続構造を示す回路図である。 実施形態において、バッテリケース内に配置されたバッテリモジュール及び機器カバーを示す断面図である。 実施形態において、機器カバー内の第１バスバーがバッテリケースを構成するケース下側部材に接続された状態を示す断面図である。 実施形態の別例において、機器カバー内の第１バスバーがバッテリケースを構成するケース下側部材に接続された状態を示す断面図である。

以下、図面を用いて本発明の実施形態を説明する。以下で説明する形状、材料、及び個数は、説明のための例示であって、車載用バッテリリレー接続構造を含む車両の仕様に応じて適宜変更することができる。以下ではすべての図面において同等の要素には同一の符号を付して説明する。また、本文中の説明においては、必要に応じてそれ以前に述べた符号を用いるものとする。

また、以下では、バッテリの負荷が、モータに接続されたインバータである場合を説明するが、実施形態はこのような構成に限定するものではなく、負荷は、他の電気部品であってもよい。

図１は、実施形態の車載用バッテリリレー接続構造１０を示す回路図である。以下では、車載用バッテリリレー接続構造１０は、バッテリリレー接続構造１０と記載する。バッテリリレー接続構造１０は、車両に搭載される。車両は、車両の駆動源として回転電機であるモータ（図示せず）を備える電気自動車またはハイブリッド車両である。車両がハイブリッド車両である場合、車両は、モータの他に駆動源としてエンジンを備える。モータには、バッテリであるバッテリモジュール１２が、インバータ５０を介して接続される。バッテリモジュール１２は、バッテリリレー接続構造１０を構成する。また、バッテリモジュール１２とインバータ５０との間には、正極リレー１４及び負極リレー１５が接続される。

具体的には、バッテリリレー接続構造１０は、バッテリモジュール１２、第１バスバー２０ａ、２０ｂ、第２バスバー２２ａ、２２ｂ、正極リレー１４、負極リレー１５、機器カバー３０、及びバッテリケース４０を備える。バッテリモジュール１２は、複数のバッテリセルが電気的に直列に接続されることにより構成される。バッテリモジュール１２は、一部のバッテリセルが並列に接続された構成を含んでもよい。バッテリモジュール１２は、バッテリケース４０に収容される。

図２は、実施形態において、バッテリケース４０内に配置されたバッテリモジュール１２及び機器カバー３０を示す断面図である。バッテリケース４０は、ケース下側部材４１とケース上側部材４５とが結合されることにより構成される。ケース下側部材４１は、底板部４２と、底板部４２の外周縁から立設する外周壁部４３とを含む。ケース上側部材４５は、天板部４６と、天板部４６の外周縁に連結され下側に突出する外周壁部４７とを含む。ケース下側部材４１の上側にケース上側部材４５が外側から嵌合した状態で、ケース上側部材４５がケース下側部材４１に、ボルト等の締結手段（図示せず）により結合される。ケース上側部材４５及びケース下側部材４１は、いずれも鉄、アルミニウム等の金属により形成される。例えば、ケース下側部材４１は、アルミニウム合金のダイキャストによって形成される。これにより、ケース下側部材４１の放熱性を高くできる。

バッテリケース４０の内側には、バッテリモジュール１２と、図１、図３に示す後述の第１バスバー２０ａ、２０ｂ、第２バスバー２２ａ、２２ｂ、正極リレー１４、負極リレー１５、及び機器カバー３０とが収容される。また、機器カバー３０は、第１バスバー２０ａ、２０ｂ、第２バスバー２２ａ、２２ｂ、正極リレー１４，及び負極リレー１５をカバーする、すなわち外側から覆う。

図２に示すように、バッテリモジュール１２は、バッテリケース４０のケース下側部材４１の底板部４２上に固定される。このとき、底板部４２の上側には、板状の断熱材４８と、伝熱部材４９とが順に積層され、伝熱部材４９の上側にはバッテリモジュール１２が配置される。伝熱部材４９は、アルミニウムシートにより形成された収容体に、冷媒としての吸熱剤である吸熱ゲルが封入されて構成される。伝熱部材４９は、バッテリモジュール１２から収容体を通して吸熱ゲルの一部に伝わった熱を吸熱ゲルで吸収し、かつ、吸熱ゲル全体に拡散するとともに放熱するものである。これにより、断熱材４８による、バッテリモジュール１２とケース下側部材４１との間での断熱効果を高めることができる。なお、バッテリモジュール１２とケース下側部材４１との間に配置される伝熱部材４９を省略することもできる。

また、バッテリケース４０を車両の車体（図示せず）に固定した状態で、バッテリケース４０のケース下側部材４１の底部を、車両の外部に露出させている。これにより、車両の走行時において、図２の矢印α方向に流れる走行風によってケース下側部材４１を冷却可能である。走行風は、一般的に６０℃以下であるので、６０℃より高温になる可能性があるバッテリケース４０の温度を、走行風により低下させることができる。なお、バッテリケース４０は、ケース下側部材４１を車両の外部に露出させる構成に限定せず、例えばブロワモータの駆動等によってダクトを通じて、冷却風をバッテリケース４０の周囲に供給し、バッテリケース４０を冷却する構成としてもよい。

バッテリケース４０のケース下側部材４１の上側には機器カバー３０が固定される。機器カバー３０は、ジャンクションＢＯＸと呼ばれるものであり、樹脂により形成される。機器カバー３０の詳細構造は、後で図３を用いて説明する。図１に戻って、機器カバー３０の内側には、第１バスバー２０ａ、２０ｂ、第２バスバー２２ａ、２２ｂ、正極リレー１４及び負極リレー１５が配置される。各リレー１４，１５は、樹脂等の絶縁材料製のリレーケース１６の内側にリレー本体を収納することにより構成される。リレー本体は、２つの固定接点Ｐ１，Ｐ２と、固定接点Ｐ１，Ｐ２に対し接離可能な可動片Ｒと、可動片Ｒと固定接点Ｐ１，Ｐ２との接続状態を切り替える励磁コイル（図示せず）とを有する。各リレー１４，１５のリレーケース１６の外側には、リレー本体の固定接点Ｐ１，Ｐ２と電気的に接続された２つのリレー端子Ｔ１，Ｔ２が露出する。

このような正極、負極の各リレー１４，１５では、内部の固定接点Ｐ１，Ｐ２の付近で発熱しやすい。この内部の接点Ｐ１，Ｐ２は、リレー端子Ｔ１，Ｔ２に接続され、そのリレー端子Ｔ１，Ｔ２に後述のバスバーが接続される。そこで、実施形態では、後述のようにバスバーにおいて、リレー端子Ｔ１，Ｔ２に近い部分を放熱しやすくすることで、リレー１４，１５の冷却性を向上する。

具体的には、正極リレー１４及び負極リレー１５において、バッテリモジュール１２側のリレー端子Ｔ１には、第１バスバー２０ａ、２０ｂの一端がそれぞれ接続される。また、各第１バスバー２０ａ、２０ｂの他端は、機器カバー３０に取り付けられたバッテリ側コネクタ端子Ｔ３，Ｔ４に接続される。正極リレー１４に接続されたバッテリ側コネクタ端子Ｔ３と、バッテリモジュール１２の正極出力端子Ｔｐとは、サービスプラグＳＰを介してワイヤー線Ｌ１により接続される。

負極リレー１５に接続されたバッテリ側コネクタ端子Ｔ４と、バッテリモジュール１２の負極出力端子Ｔｎとは、ワイヤー線Ｌ２により接続される。これにより、バッテリモジュール１２の正極出力端子Ｔｐと第１バスバー２０ａとが電気的に接続され、バッテリモジュール１２の負極出力端子Ｔｎと第１バスバー２０ｂとが電気的に接続される。サービスプラグＳＰは、ハウジングに対するグリップの抜き差しにより電源回路の手動による開閉を可能に構成されるものである。

正極リレー１４及び負極リレー１５において、インバータ５０側のリレー端子Ｔ２には、第２バスバー２２ａ、２２ｂの一端がそれぞれ接続される。各第２バスバー２２ａ、２２ｂの他端は、機器カバー３０に取り付けられたインバータ側コネクタ端子Ｔ５，Ｔ６に接続される。機器カバー３０の一部は、バッテリケース４０のケース下側部材４１（図１）に一体的に取り付けられており、その一体化された部分を通して、２つのインバータ側コネクタ端子Ｔ５，Ｔ６がケース下側部材４１の外側に露出している。２つのインバータ側コネクタ端子Ｔ５，Ｔ６は、バッテリケース４０から離れて配置されたインバータ５０の正極入力端子Ｔ７及び負極入力端子Ｔ８に、２つのワイヤー線Ｌ３，Ｌ４により接続される。これにより、インバータ５０の正極入力端子Ｔ７と第２バスバー２２ａとが電気的に接続され、インバータ５０の負極入力端子Ｔ８と第２バスバー２２ｂとが電気的に接続される。

上記の各リレー１４，１５は、リレー本体の励磁コイルへの通電及びその停止が切り換えられることにより、バッテリモジュール１２とインバータ５０との電気的な接続状態を切り替える。このようなリレー１４，１５の切換は、制御装置（図示せず）によって制御される。

次に、図３を用いて、バスバー２０ａ、２０ｂ、２２ａ、２２ｂを用いたリレー１４，１５の放熱構造を説明する。図３は、実施形態において、機器カバー３０内の第１バスバー２０ａがバッテリケース４０を構成するケース下側部材４１に接続された状態を示す断面図である。図３では、図１に示した４つのバスバー２０ａ、２０ｂ、２２ａ、２２ｂのうち、正極リレー１４に接続された第１バスバー２０ａのみを示している。以下では、正極リレー１４をリレー１４と記載する場合がある。

機器カバー３０は、上端が塞がれた略箱状であり、下端に開口が形成される。機器カバー３０の下端の開口の周辺部には外向きのフランジ３１が形成される。バッテリケース４０において、ケース下側部材４１の底板部４２上には、機器カバー３０のフランジ３１が重ねられる。そして、この状態で、ケース下側部材４１に固定されたボルト３２のねじ部がフランジ３１を上側に貫通し、フランジ３１の上面から突出したねじ部にナット３３が結合される。これにより、機器カバー３０がケース下側部材４１に固定される。機器カバー３０の上端に位置する天板部３４の下側面には、内部に向けて突出する突出部３５が形成され、その下端部にバスバー保持爪３５ａが形成される。例えば、バスバー保持爪３５ａは、下端で直角に折り曲げられてその上側に第１バスバー２０ａを係合保持する。

リレーケース１６は、機器カバー３０の天板部３４の下側面に固定される。また、リレーケース１６の横方向一方側面（図３の左側面）にはリレー本体のリレー端子Ｔ１が突出する。そして、第１バスバー２０ａの一端は、リレーケース１６の横方向一方側面の外側で、リレー端子Ｔ１に接続される。第１バスバー２０ａの中間部は、リレーケース１６の下側を横方向（図３の左右方向）に通ってリレーケース１６の横方向他方側（図３の右側）に導出される。第１バスバー２０ａの他端側部分は、機器カバー３０に形成されたバスバー保持爪３５ａで保持され、第１バスバー２０ａの他端部は、機器カバー３０の外側に露出するバッテリ側コネクタ端子Ｔ３（図１）に接続される。このバッテリ側コネクタ端子Ｔ３には、機器カバー３０の外側で、バッテリモジュール１２に電気的に接続されたワイヤー線Ｌ１（図１）の一端が接続される。

第１バスバー２０ａの中間部は、リレーケース１６の下側面と、バッテリケース４０のケース下側部材４１の上側面とで、上下両側の２つの絶縁性の熱伝導シート３６，３７を介して挟まれる。下側の熱伝導シート３７は、内側熱伝導シートに相当する。これにより、第１バスバー２０ａの中間部は、上側の熱伝導シート３６を介して、リレーケース１６に熱伝達可能に接続される。また、第１バスバー２０ａの中間部は、下側の熱伝導シート３７を介して、ケース下側部材４１に熱伝達可能に接続される。なお、第１バスバー２０ａの中間部とリレーケース１６との間の上側の熱伝導シート３６を省略し、第１バスバー２０ａの中間部が直接にリレーケース１６の下側面に接触してもよい。これによっても、リレーケース１６から第１バスバー２０ａの中間部に熱が伝達可能となる。また、本明細書において、「熱伝達可能に接続される」は、２つの部材が伝熱性を有する１つ以上の部材を介してつながることと、２つの部材が直接に接触して熱伝達されることの意味を含む。

上記のバッテリリレー接続構造１０では、リレー１４の内部の接点で生じた熱が、図３に破線矢印で示すように、リレー内部の接点→リレー端子Ｔ１→第１バスバー２０ａ→下側の熱伝導シート３７→ケース下側部材４１のように、順に伝達される放熱経路が形成される。そして、ケース下側部材４１に伝達された熱が外気に伝達される（放熱される）。このように機器カバー３０内に位置する第１バスバー２０ａが、バッテリケース４０に熱伝達可能に接続されるので、リレー１４の放熱経路において、リレー１４の接点から放熱部分としてのケース下側部材４１までの距離を小さくしやすい。また、ケース下側部材４１は、機器カバー３０より大きく、熱容量も大きい。これにより、リレー１４で生じた熱を、短い距離で熱容量の大きい部分に放熱しやすくなるので、リレー１４の冷却効率を向上できる。

一方、特許文献１に記載された構成の場合には、機器カバーに相当する電装筐体の外側で、リレーに接続されたバスバーの中間部が、車両を構成するシャーシ、または電池システムを収納する筐体に接続される。この構成の場合には、リレーから熱容量の大きい部分までの放熱経路の距離が大きくなりやすい。これにより、リレーの冷却効率を高くしにくい。

さらに、実施形態によれば、リレーケース１６から、上側の熱伝導シート３６を介して、または直接に第１バスバー２０ａに対し熱が伝達されるので、リレー１４の冷却効率をさらに高くできる。

また、機器カバー３０がケース下側部材４１にボルト及びナットからなる締結手段で締結されることで、リレーケース１６とケース下側部材４１との間で、第１バスバー２０ａを介して熱伝導シート３６，３７を圧縮することもできる。これにより、リレーケース１６、第１バスバー２０ａ、ケース下側部材４１のそれぞれの間で熱伝導シート３６，３７を、高い密着度で接触させることができるので、伝熱性をさらに高くできる。

また、上記の図３では、図１に示した４つのバスバー２０ａ、２０ｂ、２２ａ、２２ｂのうち、正極リレー１４に接続された第１バスバー２０ａを含む放熱構造のみを説明したが、他のバスバー２０ｂ、２２ａ、２２ｂについても放熱構造は同様に構成される。このとき、正極リレー１４の横方向他方側（図３の右側）に突出したリレー端子に第２バスバー２２ａ（図１）の一端を接続することもできる。この場合において、第２バスバー２２ａの中間部を、リレーケース１６の下側を通過させて、第２バスバー２２ａの他端側部分を、第１バスバー２０ａの他端側部分とは反対側（図３の左側）に導出させることもできる。これにより、正極リレー１４及び負極リレー１５に接続されたすべてのバスバーが、バッテリケース４０のケース下側部材４１に熱伝達可能に接続される。なお、第１バスバー及び第２バスバーのうち、一方のバスバーのみを、ケース下側部材４１に熱伝達可能に接続することもできる。

図４は、実施形態の別例において、機器カバー３０内の第１バスバー２０ａがバッテリケース４０を構成するケース下側部材４１に接続された状態を示す断面図である。図４に示す別例の構成では、図１から図３に示した構成において、機器カバー３０は、下端の開口部を塞ぐように配置されたカバー下側部材３８を含んでいる。カバー下側部材３８は、高伝熱性を有する樹脂により板状に形成される。第１バスバー２０ａ、２０ｂの中間部は、リレーケース１６とカバー下側部材３８とで、上下両側の２つの熱伝導シート３６，３７を介して挟まれる。さらに、カバー下側部材３８の下側面と、バッテリケース４０のケース下側部材４１とで、樹脂等の絶縁材料製の第２熱伝導シート３９が挟まれる。第２熱伝導シート３９は、外側熱伝導シートに相当する。これにより、リレー１４の内部の接点で生じた熱は、図４に破線矢印で示すように、リレー内部の接点→リレー端子Ｔ１→第１バスバー２０ａ→下側の熱伝導シート３７→カバー下側部材３８→第２熱伝導シート３９→ケース下側部材４１のように、順に伝達される。そして、ケース下側部材４１に伝達された熱が外気に伝達される（放熱される）。

上記の構成によれば、ケース下側部材４１と第１バスバー２０ａとの間に樹脂製のカバー下側部材３８及び絶縁材料製の第２熱伝導シート３９が配置されるので、第１バスバー２０ａとケース下側部材４１との間での絶縁性をより高くできる。図４の構成の場合も、図１から図３の構成と同様に、第１バスバー２０ａの上側の熱伝導シート３６を省略してもよい。また、図４では、図１に示した４つのバスバー２０ａ、２０ｂ、２２ａ、２２ｂのうち、正極リレー１４に接続された第１バスバー２０ａを含む放熱構造のみを説明したが、他のバスバー２０ｂ、２２ａ、２２ｂについても放熱構造は同様に構成される。また、第１バスバー及び第２バスバーのうち、一方のバスバーのみを、ケース下側部材４１に熱伝達可能に接続することもできる。その他の構成及び作用は、図１から図３の構成と同様である。

なお、上記の各例では、第１バスバー２０ａ、２０ｂがバッテリモジュール１２の出力端子と電気的に接続され、第２バスバー２２ａ、２２ｂが負荷の入力端子と電気的に接続される場合を説明した。一方、第１バスバーが負荷の入力端子と電気的に接続され、第２バスバーが、バッテリの出力端子と電気的に接続されてもよい。また、上記の各例では、第１バスバー及び第２バスバーの少なくとも一方のバスバーがバッテリケース４０のケース下側部材４１に熱伝達可能に接続される場合を説明した。一方、バッテリケースのケース上側部材に対し、上記一方のバスバーが熱伝達可能に接続されてもよい。この場合、例えば、機器カバーは下端が塞がれ、上端に開口部を有する構成とし、機器カバー内で、上記一方のバスバーが熱伝導シートを介してケース上側部材に接続される。

１０ 車載用バッテリリレー接続構造（バッテリリレー接続構造）、１２ バッテリモジュール、１４ 正極リレー、１５ 負極リレー、１６ リレーケース、２０ａ，２０ｂ 第１バスバー、２２ａ，２２ｂ 第２バスバー、３０ 機器カバー、３１ フランジ、３２ ボルト、３３ ナット、３４ 天板部、３５ 突出部、３５ａ バスバー保持爪、３６ 熱伝導シート、３７ 熱伝導シート、３８ カバー下側部材、３９ 第２熱伝導シート、４０ バッテリケース、４１ ケース下側部材、４２ 底板部、４３ 外周壁部、４５ ケース上側部材、４６ 天板部、４７ 外周壁部、４８ 断熱材、４９ 伝熱部材、５０ インバータ。

Claims (1)

1. バッテリと、
   前記バッテリの出力端子と電気的に接続される第１バスバーと、
   負荷の入力端子と電気的に接続される第２バスバーと、
   前記第１バスバーを介して前記バッテリに電気的に接続され、前記第２バスバーを介して前記負荷に電気的に接続されるリレーであって、前記バッテリと前記負荷との電気的な接続状態を切り替えるリレーと、
   前記第１バスバー、前記第２バスバー及び前記リレーをカバーする機器カバーと、
   前記バッテリ、前記第１バスバー、前記第２バスバー、前記リレー及び前記機器カバーを収容する金属製のバッテリケースと、
   を備え、
   前記機器カバーは、前記バッテリケースに固定され、前記バッテリケースに固定する端部に開口を有し、
   前記第１バスバー及び前記第２バスバーの少なくとも一方のバスバーは、前記機器カバーの内側で、前記リレーの端子との接続端から延びて前記リレーを収納するリレーケースと前記バッテリケースとの間に挟まれた部分が、前記開口の内側を通じて熱伝導シートを介して前記バッテリケースに熱伝導可能に接続される、
   車載用バッテリリレー接続構造。

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