(57)【要約】【課題】通常時には一定の強度および通電性を確保しながら過大な電流が流れた際には確実に該電流を遮断することが可能な端子接続構造ならびに該構造を含む蓄電機構および電動車両を提供する。【解決手段】端子接続構造は、過大な電流が流れた際に接続を解消してバッテリを保護する端子接続構造であって、第１導電部材４２１と、第１導電部材４２１と電気的に接続される第２導電部材４２２と、第１と第２導電部材４２１，４２２の間に形成された溶断部４２３とを備える。ここで、溶断部４２３は、第１と第２導電部材４２１，４２２の接合面に沿って並ぶように形成された第１と第２溶断部４２３Ａ，４２３Ｂを含む。そして、第１溶断部４２３Ａは第２溶断部４２３Ｂに対して相対的に接合強度が高く、第２溶断部４２３Ｂは第１溶断部４２３Ａに対して相対的に融点が低い。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
過大な電流が流れた際に接続を解消して電気機器を保護する端子接続構造であって、
第１導電部材と、
前記第１導電部材と電気的に接続される第２導電部材と、
前記第１と第２導電部材の間に形成された溶断部とを備え、
前記溶断部は、前記第１と第２導電部材の接合面に沿って並ぶように形成された第１と第２溶断部を含み、
前記第１溶断部は前記第２溶断部に対して相対的に接合強度が高く、
前記第２溶断部は前記第１溶断部に対して相対的に融点が低い、端子接続構造。
【請求項２】
前記第１と第２導電部材の接合面上における前記第２溶断部の面積は前記第１溶断部の面積よりも広い、請求項１に記載の端子接続構造。
【請求項３】
前記第２溶断部は前記第１溶断部よりも融点の低い導電性の接合材を含む、請求項１または請求項２に記載の端子接続構造。
【請求項４】
前記第１溶断部は前記第１と第２導電部材の母材どうしを互いに接触させて接合することで形成された部分を含む、請求項１から請求項３のいずれかに記載の端子接続構造。
【請求項５】
接続端子を有する蓄電セルを複数並列して形成される蓄電機構であって、
複数の前記蓄電セルにおける前記接続端子間を電気的に接続するバスバーを備え、
前記バスバーは、請求項１から請求項４のいずれかに記載の端子接続構造を含む、蓄電機構。
【請求項６】
請求項５に記載の蓄電機構を備えた、電動車両。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、端子接続構造および蓄電機構ならびに電動車両に関し、特に、過大な電流が流れた際に接続を解消して電気機器を保護する端子接続構造ならびに該構造を含む蓄電機構および電動車両に関する。
【背景技術】
【０００２】
複数の電池セルを組合わせて形成された組電池が従来から知られている。
たとえば、特開２００５−１８３０７０号公報（特許文献１）においては、銅端子とアルミニウム端子とを部分的に重なり合わせて互いに接続する端子接続構造を有する組電池が開示されている。ここでは、銅端子とアルミニウム端子との重なり部分の中心部を超音波溶接により接合している。
【０００３】
また、特開平１０−１８８９４６号公報（特許文献２）においては、過大な電流が流れた際に溶断する可溶片を有する電池が開示されている。
【０００４】
また、特開２００１−３３８６３５号公報（特許文献３）においては、電極固定部と電線固定部とを係止ピンで固定し、過大な電流が流れた際に該係止ピンが溶断するバッテリターミナルの構造が開示されている。
【０００５】
また、特開２００２−２６０６３０号公報（特許文献４）においては、アルミニウム製電極と銅製リード線との接合に加熱圧接法が用いられることが開示されている。
【特許文献１】特開２００５−１８３０７０号公報
【特許文献２】特開平１０−１８８９４６号公報
【特許文献３】特開２００１−３３８６３５号公報
【特許文献４】特開２００２−２６０６３０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１に記載されたような組電池において、短絡などにより各端子間に大電流が流れた場合、電池に大電流が流れ電池機能が損なわれる場合がある。したがって、過大な電流が流れた際に、該電流を遮断することが可能な端子接続構造を設けることが望まれる。他方、電気機器の安定した動作を確保する観点からは、通常時には一定の強度および通電性が確保される端子接続構造が望まれる。特許文献２〜４に記載の接続構造によっても、必ずしも十分に上記２つの要請を満たすことができない。
【０００７】
本発明は、上記のような問題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的は、通常時には一定の強度および通電性を確保しながら過大な電流が流れた際には確実に該電流を遮断することが可能な端子接続構造ならびに該構造を含む蓄電機構および電動車両を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明に係る端子接続構造は、過大な電流が流れた際に接続を解消して電気機器を保護する端子接続構造であって、第１導電部材と、第１導電部材と電気的に接続される第２導電部材と、第１と第２導電部材の間に形成された溶断部とを備える。ここで、溶断部は、第１と第２導電部材の接合面に沿って並ぶように形成された第１と第２溶断部を含む。そして、第１溶断部は第２溶断部に対して相対的に接合強度が高く、第２溶断部は第１溶断部に対して相対的に融点が低い。
【０００９】
上記構成によれば、接合強度が高い第１溶断部が設けられることにより、第１と第２導電部材の接合強度を一定以上確保することができる。一方で、過大な電流が流れた際には、まず融点が低い第２溶断部が溶解し、電流が第１溶断部に集中する。そして、第１溶断部における発熱が大きくなり、第１溶断部も溶解する。この結果、第１と第２導電部材間を流れる電流が遮断される。以上のように、通常時には一定の強度および通電性を確保しながら過大な電流が流れた際には確実に該電流を遮断することが可能な端子接続構造が提供される。
【００１０】
上記端子接続構造において、好ましくは、第１と第２導電部材の接合面上における第２溶断部の面積は第１溶断部の面積よりも広い。
【００１１】
これにより、第２溶断部が溶解した後、より効果的に第１溶断部に電流を集中させることができる。この結果、第２溶断部が溶断した後の第１溶断部における発熱が大きくなり、第１溶断部をより確実に溶解させることができる。
【００１２】
上記端子接続構造において、１つの例として、第２溶断部は第１溶断部よりも融点の低い導電性の接合材を含む。また、１つの例として、第１溶断部は第１と第２導電部材の母材どうしを互いに接触させて接合することで形成された部分を含む。
【００１３】
本発明に係る蓄電機構は、接続端子を有する蓄電セルを複数並列して形成される蓄電機構であって、複数の蓄電セルにおける接続端子間を電気的に接続するバスバーを備える。そして、バスバーは上述した端子接続構造を含む。また、本発明に係る電動車両は、上述した蓄電機構を備える。
【００１４】
これにより、通常時には一定の強度および通電性が確保され、過大な電流が流れた際には確実に電流を遮断するバスバーを有する蓄電機構および該蓄電機構を備えた電動車両が得られる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、通常時には一定の強度および通電性を確保しながら過大な電流が流れた際には確実に該電流を遮断する端子接続構造を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下に、本発明の実施の形態について説明する。なお、同一または相当する部分に同一の参照符号を付し、その説明を繰返さない場合がある。
【００１７】
なお、以下に説明する実施の形態において、個数、量などに言及する場合、特に記載がある場合を除き、本発明の範囲は必ずしもその個数、量などに限定されない。また、以下の実施の形態において、各々の構成要素は、特に記載がある場合を除き、本発明にとって必ずしも必須のものではない。また、以下に複数の実施の形態が存在する場合、特に記載がある場合を除き、各々の実施の形態の特徴部分を適宜組合わせることは、当初から予定されている。
【００１８】
図１は、本発明の１つの実施の形態に係る端子接続構造が適用される蓄電機構を含むハイブリッド車両（ＨＶ：hybrid vehicle）を示す図である。なお、本願明細書において、「電動車両」はハイブリッド車両に限定されず、たとえば燃料電池車や電気自動車も「電動車両」に含まれる。また、後述する「内燃機関」としてのエンジンは、ガソリンエンジンであってもよいし、ディーゼルエンジンであってもよい。そして、後述する「蓄電機構」としての二次電池に代えて、キャパシタが用いられてもよい。
【００１９】
図１を参照して、ハイブリッド車両１は、エンジン１００と、モータジェネレータ２００と、ＰＣＵ（Power Control Unit）３００と、充放電可能な二次電池であるバッテリ４００と、動力分割機構５００と、ディファレンシャル機構６００と、ドライブシャフト７００と、前輪である駆動輪８００Ｌ，８００Ｒとを含んで構成される。
【００２０】
図１に示すように、エンジン１００と、モータジェネレータ２００と、ＰＣＵ３００と、動力分割機構５００とは、エンジンルーム内に配設される。モータジェネレータ２００とＰＣＵ３００とは、ケーブル３００Ａにより接続される。ＰＣＵ３００とバッテリ４００とは、ケーブル４００Ａにより接続される。また、エンジン１００およびモータジェネレータ２００からなる動力出力装置は、動力分割機構５００を介してディファレンシャル機構６００に連結されている。ディファレンシャル機構６００は、ドライブシャフト７００を介して駆動輪８００Ｌ，８００Ｒに連結されている。
【００２１】
次に、図２を用いて、モータジェネレータ２００およびその周辺の構成についてより詳細に説明する。
【００２２】
図２を参照して、モータジェネレータ２００は、モータジェネレータ２１０，２２０を含む。モータジェネレータ２１０，２２０は、電動機および発電機の少なくとも一方の機能を有する回転電機である。動力分割機構５００とディファレンシャル機構６００との間には減速機構５５０が設けられる。また、ディファレンシャル機構６００は、ドライブシャフト受け部６５０を介してドライブシャフト７００と接続される。モータジェネレータ２１０，２２０、動力分割機構５００、減速機構５５０およびディファレンシャル機構６００は、ケーシング９００内に設けられる。
【００２３】
モータジェネレータ２１０，２２０は、それぞれ、ハウジング９００に設けられた端子台９１０，９２０を介してケーブル３００Ａ１，３００Ａ２と電気的に接続される。ケーブル３００Ａ１，３００Ａ２の他端は、ＰＣＵ３００に接続されている。ＰＣＵ３００は、ケーブル４００Ａを介してバッテリ４００と電気的に接続される。これにより、バッテリ４００とモータジェネレータ２１０，２２０とが電気的に接続される。
【００２４】
動力分割機構５００は、たとえば、複数のプラネタリギヤにより構成され、動力分割機能と、減速機能とを有する。ここで、複数のプラネタリギヤにおけるリングギヤを、１つの筒状部材により構成してもよい。
【００２５】
ハイブリッド車両の走行時において、エンジン１００から出力された動力は、シャフト１５０に伝達され、動力分割機構５００により２経路に分割される。
【００２６】
上記２経路のうちの一方は、減速機構５５０から、ディファレンシャル機構６００を介してドライブシャフト受け部６５０に伝達される経路である。ドライブシャフト受け部６５０に伝達された駆動力は、ドライブシャフト７００を介して駆動輪８００Ｌ，８００Ｒに回転力として伝達されて、車両を走行させる。
【００２７】
もう一方は、モータジェネレータ２１０を駆動させて発電する経路である。モータジェネレータ２１０は、動力分割機構５００により分配されたエンジンの動力により発電する。モータジェネレータ２１０により発電された電力は、車両の走行状態や、バッテリ４００の状態に応じて使い分けられる。たとえば、車両の通常走行時および急加速時においては、モータジェネレータ２１０により発電された電力はそのままモータジェネレータ２２０を駆動させる電力となる。一方、バッテリ４００において定められた条件の下では、モータジェネレータ２１０により発電された電力は、ＰＣＵ３００内に設けられたインバータおよびコンバータ（図示せず）を介してバッテリ４００に蓄えられる。
【００２８】
モータジェネレータ２２０は、バッテリ４００に蓄えられた電力およびモータジェネレータ２１０により発電された電力のうちの少なくとも一方の電力により駆動する。モータジェネレータ２２０の駆動力は、減速機構５５０からディファレンシャル機構６００を介してドライブシャフト受け部６５０に伝達される。このようにすることで、モータジェネレータ２２０からの駆動力によりエンジン１００の駆動力をアシストしたり、モータジェネレータ２２０からの駆動力のみによりハイブリッド車両１を走行させたりすることができる。
【００２９】
一方、ハイブリッド車両１の回生制動時には、駆動輪８００Ｌ，８００Ｒは車体の慣性力により回転させられる。駆動輪８００Ｌ，８００Ｒからの回転力によりドライブシャフト受け部６５０、ディファレンシャル機構６００および減速機構５５０を介してモータジェネレータ２２０が駆動される。このとき、モータジェネレータ２２０が発電機として作動する。このように、モータジェネレータ２２０は、制動エネルギーを電力に変換する回生ブレーキとして作用する。モータジェネレータ２２０により発電された電力は、ＰＣＵ３００内に設けられたインバータ（図示せず）を介してバッテリ４００に蓄えられる。
【００３０】
図３は、バッテリ４００に含まれる電池セル４１０を示した図である。図３を参照して、電池セル４１０は、電槽４１１と、正極端子４１２Ｃおよび負極端子４１２Ａを含む接続端子４１２とを有する。電池セル４１０は、リチウムイオン電池から構成されている。電槽４１１の内部には、電池素子が形成されている。正極端子４１２Ｃおよび負極端子４１２Ａは、電槽４１１の内部から外部に延出するように形成されている。正極端子４１２Ｃおよび負極端子４１２Ａは、互いに離間した位置から電槽４１１の外側に突出している。
【００３１】
図４は、電池セル４１０を積層してバッテリ４００を形成した状態を示す図である。図４を参照して、バッテリ４００は、複数の電池セル４１０と、バスバー４２０とを含んで構成される。バスバー４２０は、隣接する電池セル４１０の正極端子４１２Ｃと負極端子４１２Ａとを電気的に接続する。
【００３２】
図５は、本実施の形態に係る端子接続構造を示した断面図である。図５を参照して、本実施の形態に係る端子接続構造は、バスバー４２０に適用される。なお、当該接続構造は、全てのバスバー４２０に適用されてもよいし、一部のバスバー４２０に適用されてもよい。図５の例では、バスバー４２０は、第１導電部材４２１と、第２導電部材４２２と、溶断部４２３とを含んで構成される。第１と第２導電部材４２１，４２２は、たとえば、銅やアルミニウムを含んで構成される。第１と第２導電部材４２１，４２２は、溶断部４２３を介して電気的に接続されている。これにより、端子間の接続構造が実現される。
【００３３】
溶断部４２３は、「高強度部」としての第１溶断部４２３Ａと、「低融点部」としての第２溶断部４２３Ｂとから構成される。第１と第２溶断部４２３Ａ，４２３Ｂは、第１と第２導電部材４２１，４２２の接合面に沿って並ぶように形成されている。第１溶断部４２３Ａは第２溶断部４２３Ｂに対して相対的に強度が高く、第１溶断部４２３Ａにより端子接続構造の強度が一定以上に確保される。また、第２溶断部４２３Ｂは第１溶断部４２３Ａに対して相対的に融点が低く、温度が上昇したときに溶断しやすい。第１溶断部４２３Ａは、たとえば、溶接、超音波溶着、圧接などにより構成される。換言すると、図５の例では、第１溶断部４２３Ａは、第１と第２導電部材４２１，４２２の母材どうしを互いに接触させて接合することで形成される。一方、第２溶断部４２３Ｂは、第１溶断部４２３Ａよりも融点の低い導電性の接合材（たとえば、はんだ，導電性接着剤など）により構成される。なお、第１と第２導電部材４２１，４２２の接合面上において、第２溶断部４２３Ｂは第１溶断部４２３Ａよりも面積が広くなるように形成されている。
【００３４】
バッテリ４００は、たとえば２００Ｖ以上の高電圧の蓄電機構である。ここで、バッテリ４００において短絡が生じるなどしてバスバー４２０に大電流が流れると、バッテリ４００の機能が損なわれることが懸念される。これに対し、溶断部４２３を含むバスバー４２０は、以下の作用により大電流を遮断してバッテリ４００を保護する。
【００３５】
バスバー４２０に大電流が流れると、第１と第２導電部材４２１，４２２および溶断部４２３は急速に発熱する。これにより、まず、比較的融点の低い第２溶断部４２３Ｂが溶解する。そして、短絡電流が、第１溶断部４２３Ａに集中し、第１溶断部４２３Ａはさらに発熱する。この結果、相対的に融点が高い第１溶断部４２３Ａも溶断し、短絡電流が遮断される。このように、バスバー４２０は、通常時には一定の強度および通電性を確保しながら、大電流が流れた際には溶断して該電流を確実に遮断する。
【００３６】
図６は、図５の変形例に係るバスバー４２０を示す図である。図６を参照して、本変形例においては、第１溶断部４２３Ａは、第２溶断部４２３Ｂよりも融点の高い導電性の接合材により形成されている。このような構成によっても、上記と同様の作用効果を得ることができる。
【００３７】
本実施の形態に係る端子接続構造によれば、接合強度が高い第１溶断部４２３Ａが設けられることにより、第１と第２導電部材４２１，４２２の接合強度を一定以上確保することができる。一方で、過大な電流が流れた際には、第１と第２溶断部４２３Ａ，４２３Ｂが溶解し、第１と第２導電部材４２１，４２２間を流れる電流が遮断される。このように、本実施の形態に係る端子接続構造は、通常時には一定の強度および通電性を確保しながら過大な電流が流れた際には確実に該電流を遮断することが可能なものである。
【００３８】
また、上記端子接続構造において、第２溶断部４２３Ｂの面積を第１溶断部４２３Ａの面積よりも広くすることにより、第２溶断部４２３Ｂが溶解した後、より効果的に第１溶断部４２３Ａに電流を集中させることができる。この結果、第２溶断部４２３Ｂが溶断した後の第１溶断部４２３Ａにおける発熱が大きくなり、第１溶断部４２３Ａをより確実に溶解させることができる。
【００３９】
上述した構成について要約すると、以下の様になる。すなわち、本実施の形態に係る端子接続構造は、過大な電流が流れた際に接続を解消して「電気機器」としてのバッテリ４００を保護する端子接続構造であって、第１導電部材４２１と、第１導電部材４２１と電気的に接続される第２導電部材４２２と、第１と第２導電部材４２１，４２２の間に形成された溶断部４２３とを備える。ここで、溶断部４２３は、第１と第２導電部材４２１，４２２の接合面に沿って並ぶように形成された第１と第２溶断部４２３Ａ，４２３Ｂを含む。そして、第１溶断部４２３Ａは第２溶断部４２３Ｂに対して相対的に接合強度が高く、第２溶断部４２３Ｂは第１溶断部４２３Ａに対して相対的に融点が低い。
【００４０】
本実施の形態に係る「蓄電機構」としてのバッテリ４００は、「接続端子」としての正極端子４１２Ｃおよび負極端子４１２Ａを有する「蓄電セル」としての電池セル４１０を複数並列して形成されるものであって、複数の電池セル４１０における正極端子４１２Ｃおよび負極端子４１２Ａ間を電気的に接続するバスバー４２０を備える。そして、バスバー４２０は上述した端子接続構造を含む。
【００４１】
なお、バッテリ４００は「電気機器」の一例であって、「電気機器」はこれに限定されるものではない。車両に搭載される他の「電気機器」としては、たとえば、モータジェネレータ２１０，２２０や、ＰＣＵ３００などが考えられる。さらに、「電気機器」は、必ずしも車両に搭載されるものでなくてもよい。
【００４２】
以上、本発明の実施の形態について説明したが、今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】本発明の１つの実施の形態に係る端子接続構造が適用される蓄電機構を含むハイブリッド車両を示す図である。
【図２】図１に示されるハイブリッド車両における駆動ユニットについて説明する図である。
【図３】本発明の１つの実施の形態に係る端子接続構造が適用される蓄電機構に含まれる蓄電セルを示した図である。
【図４】本発明の１つの実施の形態に係る端子接続構造が適用される蓄電機構を示した図である。
【図５】本発明の１つの実施の形態に係る端子接続構造を示した断面図である。
【図６】本発明の１つの実施の形態に係る端子接続構造の変形例を示した断面図である。
【符号の説明】
【００４４】
１  ハイブリッド車両、１００  エンジン、１５０  シャフト、２００，２１０，２２０  モータジェネレータ、３００  ＰＣＵ、３００Ａ，３００Ａ１，３００Ａ２，４００Ａ  ケーブル、４００  バッテリ、４１０  電池セル、４１１  電槽、４１２  接続端子、４１２Ａ  負極端子、４１２Ｃ  正極端子、４２０  バスバー、４２１  第１導電部材、４２２  第２導電部材、４２３  溶断部、４２３Ａ  第１溶断部、４２３Ｂ  第２溶断部、５００  動力分割機構、５５０  減速機構、６００  ディファレンシャル機構、６５０  ドライブシャフト受け部、７００  ドライブシャフト、８００Ｌ，８００Ｒ  駆動輪、９００  ハウジング、９１０，９２０  端子台。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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