JP2012109152A - 電池モジュールの接続構造、電池モジュールおよび電池モジュール端子の組付方法 - Google Patents

電池モジュールの接続構造、電池モジュールおよび電池モジュール端子の組付方法 Download PDF

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Abstract

【課題】短絡防止機能を有する電池モジュールの接続構造、電池モジュールおよび電池モジュール端子の組付方法を提供する。
【解決手段】モジュール間接続部１００は、バスバプレート７の開口部１０４に嵌合しているナット１０５と、バスバカバー８の中空部１０３の上部に形成されている溝１０８に嵌合しているＯリング１０２と、該Ｏリング１０２の上部に載置されているカラー１０１とを有する。このカラー１０１は、ボルトで固定されるが、固定以前の状態では、Ｏリング１０２によってカラー１０１と、ナット１０５の間には空間１０７が形成されている。そして、ナット１０５にボルトが螺入することによって、Ｏリング１０２が押圧され、空間１０７が無くすことを特徴とする。
【選択図】図３

Description

本実施形態は、電池モジュールの接続構造、電池モジュールおよび電池モジュール端子の組付方法の技術に関する。
電気自動車や、ハイブリッド自動車などにおける駆動用モータの電源として使用されるニッケル・水素電池、リチウムイオン電池などは、単電池を直列に接続した組電池を使用することによって大きな電力を得られるようになっている。このような組電池を電池モジュールと称する。
さらに、大きな電力を得るため、電池モジュールを、さらに直列に接続することが行われる。この際、電池モジュール間の電気的な接続には、モジュール間バスバと呼ばれる接続部品が用いられる。モジュール間バスバは、電池モジュールに設けられているモジュール間接続部に組み付けられることによって、電池モジュールに接続される。
特許文献１では、電池モジュールの最適な配置をとることにより、バスバ配線が容易で、装置全体を小型化可能な組電池（電池モジュール）の電源制御装置が開示されている。
特開２００９−２８９４３１号公報
しかしながら、特許文献１に記載の技術では、モジュール間バスバが露出しているため、組付け時に工具類など金属物を落下させ、この金属物が２つのモジュール間接続部に触れてしまった場合、電池モジュール間短絡や、電池モジュール内短絡を起こす可能性があり、好ましくない。
さらに、特許文献１に記載の技術では、モジュール間バスバおよびモジュールカバーなどの取付順が決まっており、一度取り付けるとモジュールカバーなどをすべて取り除かないと交換ができず、間違えて配線した場合などにおける作業工程の増大につながっていた。
図６は、一般的な電池モジュールの接続例を示す図であり、図６（ａ）が正しい電池モジュール１の接続例を示し、図６（ｂ）および図６（ｃ）が誤った接続例を示している。
なお、図６において、白丸が−（マイナス）端子を示し、黒丸が＋（プラス）端子を示しているものとする。また、破線矢印は電流の方向を示している。
図６（ａ）では、−（マイナス）端子と、＋（プラス）端子とがモジュール間バスバ３００ａ〜３００ｃによって交互に接続されているので、各電池モジュール１ａ〜１ｄは正常かつ直列に接続されている。
図６（ｂ）では、誤組により電池モジュール１ａの−端子と、電池モジュール１ｂの＋端子がモジュール間バスバ３００ｄや、工具などによって接続されてしまい、電池モジュール１ａと電池モジュール１ｂとの間で短絡が生じる。
図６（ｃ）では、誤組により電池モジュール１ｃの−端子と、電池モジュール１ｄの＋端子との間がモジュール間バスバ３００ｅによって接続されてしまった場合には、電池モジュール１ｃと、電池モジュール１ｄとの間で短絡が生じる。
そこで、本発明の課題は、短絡防止機能を有する電池モジュールの接続構造、電池モジュールおよび電池モジュール端子の組付方法を提供することにある。
前記課題を解決する本発明のうち請求項１に記載の発明は、複数の単電池を収容してなる電池モジュールに備わる電極と他の電池モジュールに備わる電極との間に導電性のバスバを掛け渡して、複数の電池モジュールを電気的に接続する電池モジュールの接続構造であって、前記バスバの接続部と前記電極との間に介在する弾性材を有して、両者の間に絶縁空間を形成するとともに、押圧力の印加により前記弾性材を弾性的に変形させて前記絶縁空間を消滅させる空間形成部材と、前記バスバの接続面を前記電極側に押圧しつつ、前記バスバを前記電極に締結する締結部材とを備え、前記空間形成部材は、前記電極と前記バスバの接続部とが前記締結部材で締結される際に増加していく押圧力により前記弾性材を変形させることで、前記電極と前記バスバの接続面との間に形成されている前記絶縁空間を消滅させて両者の電気的接続を許容し、前記締結が解除される際に減少していく押圧力により前記弾性材の変形を復元させることで、前記電極と前記バスバの接続面との間に前記絶縁空間を形成させて両者の電気的接続を解除することを特徴とする。
請求項１に係る発明によれば、締結部材が被締結状態では、前記電池モジュール同士が非導通状態であるため、金属製の工具など導電性のものが落下することによる短絡を防止することができる。また、締結部材と、被締結部とが被締結状態の仮組状態で、配線を確認することができるので、配線の誤組を防止することができる。さらに、押圧力の印加により弾性材である空間形成部材を変形させて絶縁空間を消滅させることにおり、防水性を向上させることができる。
そして、請求項２に記載の発明は、複数の電池からなる第１の電池モジュールおよび第２の電池モジュールにおいて、前記第１の電池モジュールの端子と、前記第２の前記電池モジュールの端子同士を接続するモジュール間バスバを有する電池モジュールであって、前記端子と、前記モジュール間バスバと、の間には前記導電部材が介在し、前記端子、前記モジュール間バスバおよび導電部材を連結しつつ、被締結部に固定される締結部材と、前記締結部材が非締結状態において、前記導電部材と前記端子との間、または前記導電部材と前記モジュール間バスバとの間に空間を形成する空間形成部材と、前記導電部材、前記端子および前記モジュール間バスバは、前記締結部材が前記被締結部に締結されることにより、電気的に接続されることを特徴とする。
請求項２に係る発明によれば、締結部材と、被締結部とが被締結状態では、前記電池モジュール同士が非導通状態であるため、金属製の工具など導電性のものが落下することによる短絡を防止することができる。また、締結部材と、被締結部とが被締結状態の仮組状態で、配線を確認することができるので、配線の誤組を防止することができる。
また、請求項３に係る発明は、請求項２に記載の電池モジュールであって、前記空間は、低電位側の前記電池モジュールよりも、高電位側の前記電池モジュールの方が大きいことを特徴とする。
請求項３に係る発明によれば、空間の空気層における絶縁破壊が生じやすい高電位側の電池モジュールの空間を大きくすることで、絶縁破壊を防止することができる。
そして、請求項４に係る発明は、請求項３に記載の電池モジュールであって、前記空間は、前記電池モジュールにおいて、前記低電位側から前記高電位側へ行くにつれて、段階的に大きくなることを特徴とする。
請求項４に係る発明によれば、空間の空気層における絶縁破壊が生じやすい高電位側の電池モジュールの空間を大きくすることで、絶縁破壊を防止することができる。
さらに、請求項５に係る発明は、請求項２から請求項４のいずれか一項に記載の電池モジュールであって、前記電池モジュールは、外装部材に収容されており、前記導電部材の高さは、前記外装部材における一番高い部位よりも低い位置に備えられることを特徴とする。
請求項５に係る発明によれば、電池モジュールの端子に導電性のものが接触するのを外装部分で防ぐことができるため、電池モジュール間の短絡をより確実に防止することができる。
請求項６に係る発明は、請求項２から請求項５のいずれか一項に記載の電池モジュールであって、前記空間形成部材は、ゴム製のＯリングであり、前記締結部材が前記被締結部に締結されるときに、前記Ｏリングが押圧されることにより、前記空間が無くなり、前記導電部材、前記端子および前記モジュール間バスバが電気的に接続されることを特徴とする。
請求項６に係る発明によれば、押圧されるゴム製のＯリングを有することで、防水性を向上させることができる。
そして、請求項７に係る発明は、複数の電池からなる第１の電池モジュールおよび第２の電池モジュールにおいて、前記第１の電池モジュールの端子と、前記第２の前記電池モジュールの端子同士を接続するモジュール間バスバを有する電池モジュール端子の組付方法であって、締結部材と、被締結部材と、が非締結状態において、導電部材と前記端子との間、または前記導電部材と前記モジュール間バスバとの間に空間を形成する空間形成部材を取り付ける工程と、前記端子、前記モジュール間バスバおよび前記導電部材を連結しつつ、前記空間を無くすよう、前記被締結部に前記締結部材を固定する工程と、を有することを特徴とする。
請求項７に係る発明によれば、締結部材と、被締結部とが被締結状態では、前記電池モジュール同士が非導通状態であるため、金属製の工具など導電性のものが落下することによる短絡を防止することができる。また、締結部材と、被締結部とが被締結状態の仮組状態で、配線を確認することができるので、配線の誤組を防止することができる。
本発明によれば、短絡防止機能を有する電池モジュールの接続構造、電池モジュールおよび電池モジュール端子の組付方法を提供することができる。
本実施形態に係る電池モジュールの外観斜視図である。 本実施形態に係る電池モジュールの分解斜視図である。 モジュール間接続部の詳細を示す断面図である。 本実施形態に係るモジュール間接続部の組付手順を示す図である。 ２つの電池モジュールが接続された状態を示す図である。 一般的な電池モジュールの接続例を示す図である。
次に、本発明を実施するための形態（「実施形態」という）について、適宜図面を参照しながら詳細に説明する。なお、各図面において共通の構成要素については、同一の符号を付して説明を省略するものとする。
（電池モジュールの概観斜視図）
図１は、本実施形態に係る電池モジュールの外観斜視図である。
電池モジュール１は、略直方体のケース内に、直列に電気的接続（以降、接続と称する）された複数の単電池６（図２）が収められているものである。電池モジュール１の上面の両端には、モジュール間接続部１００が一対設けられている。モジュール間接続部１００は、電池モジュール１における端子であり、入出力用の＋端と−端を有する。このモジュール間接続部１００間に負荷を接続したり、＋端のモジュール間接続部１００と、他の電池モジュール１の−端とを接続し、さらに、−端を他の電池モジュール１の＋端に接続することで、複数の電池モジュール１を直列に接続することができ、大きな電力を得ることができる。
電池モジュール１同士の接続は、モジュール間バスバ３００（バスバ：図３（ｄ））と呼ばれる金属板をモジュール間接続部１００に接続することで行われる。
なお、本実施形態に係るモジュール間接続部１００は、図１のように周囲より低い位置、少なくとも電池モジュール１において最も高い部位よりも低い位置に備えられていることが望ましい。これは、同じ電池モジュール１におけるモジュール間接続部１００同士の短絡や、他の電池モジュール１との間におけるモジュール間接続部１００の短絡を防止するためのものである。
（電池モジュールの分解斜視図）
図２は、本実施形態に係る電池モジュールの分解斜視図である。
本実施形態に係る電池モジュール１は、電池モジュール１全体を下部で支えるロアブラケット２、ロアブラケット２の上部に備えられる放熱用の伝熱シート３を有する。伝熱シート３の上部には、単電池６を格納するためのケースであるセルホルダ４が備えられ、セルホルダ４内部には、各単電池６が接触しないよう隔離するセパレータ５が、例えばセルホルダ４に形成されている溝に合わせて挿入されている。そして、単電池６がセパレータ５間に挿入される。この単電池６は、図示しないセルバスバによって直列に接続されている。
単電池６の上部には、セルバスバが単電池６と接触しないようにするためのバスバプレート７が設けられている。バスバプレート７の上部には電池モジュール１の上部を保護するためのバスバカバー８が設けられ、バスバカバー８の上部には、落下物などの衝撃を吸収するための板バネ（図示せず）、および板バネと、単電池６の前面および後面をカバーするとともに、ロアブラケット２にネジ止めされるなどして電池モジュール１全体を固定するためのアッパーブラケット９を備える。
バスバカバー８には、モジュール間接続部１００（図１）を形成するカラー（導電部材）１０１が貫通するための中空部１０３が設けられている。この中空部１０３上部に形成されている溝１０８（図３）に、例えばゴム製（つまり、弾性材）のＯリング（空間形成部材）１０２を嵌め込み、その上にカラー１０１の各径部２０２（図３（ｂ））がのるよう、中空部１０３にカラー１０１が挿通されることでモジュール間接続部１００が形成される。モジュール間接続部１００の詳細は後記して説明する。
また、バスバプレート７には、後記するナットが収納されるための開口部１０４が設けられている。
（モジュール間接続部の構造）
図３は、モジュール間接続部の詳細を示す断面図である。
図３（ａ）は、モジュール間接続部１００における断面図であり、図１におけるＡ−Ａ断面においてモジュール間接続部１００の部分を拡大したものである。
モジュール間接続部１００は、バスバプレート７の開口部１０４に嵌合しているナット（被締結部）１０５と、バスバカバー８の中空部１０３の上部に形成されている溝１０８に嵌合しているＯリング１０２と、該Ｏリング１０２の上部に載置されているカラー１０１とを有する。このカラー１０１は、図４で後記するようにボルト（締結部材）１０６で固定されるが、固定以前の状態では、Ｏリング１０２によってカラー１０１と、ナット１０５の間には空間１０７が形成されている。
ナット１０５の上には、単電池６（図２）の端子と、モジュール間接続部１００を接続するための電極であるセル−モジュール間バスバ４０２が載置されている。
ここで、カラー１０１は導電性を有し、Ｏリング１０２は絶縁体で形成されている。
図３（ｂ）に示すように、カラー１０１は中央に中空部２０１を有し、上部に拡径部２０２を有する略円筒状の部品である。
また、図３（ｃ）に示すようにＯリング１０２は、円環状の絶縁物質である。
図３（ｄ）は、モジュール間バスバの例を示す図である。モジュール間バスバ３００は、金属板で形成され、カラー１０１の中空部２０１と対応させて、ボルト１０６（図４）を挿通させるための接続部である穴部３０１を有する。
（組付手順）
図４は、本実施形態に係るモジュール間接続部の組付手順を示す図である。なお、図４および図５において、図が煩雑になるのを避けるためハッチングを省略してある。また、図４は、図１のＡ−Ａ断面図において電池モジュール１の上部を拡大したものである。
まず、図４（ａ）に示すように、バスバプレート７の開口部１０４にナット１０５が嵌入され、その上にセル−モジュール間バスバ４０２が載置される。セル−モジュール間バスバ４０２は、単電池６の端子と、モジュール間接続部１００とを接続するためのバスバであり、モジュール間バスバ３００（図３（ｄ））と同様に金属板で構成されている。
次に、図４（ｂ）に示すように、バスバカバー８の中空部１０３の上部に形成された溝１０８にＯリング１０２が嵌めこまれ、該Ｏリング１０２に、カラー１０１の拡径部２０２（図３（ｂ））が載置されるよう、中空部１０３にカラー１０１が挿通される。
このとき、前記したように、ナット１０５と、カラー１０１との間には、Ｏリング１０２の厚みによる空間１０７が生じている。
そして、モジュール間バスバ３００の穴部３０１（図３（ｄ））と、カラー１０１の中空部２０１が一致するように、モジュール間バスバ３００がカラー１０１の上に載置された後、ボルト１０６をモジュール間バスバ３００の穴部３０１と、カラー１０１の中空部２０１とに挿入する。そして、モジュール間バスバ３００の穴部３０１およびカラー１０１の中空部２０１にボルト１０６が挿入されると、この挿入されたボルト１０６が、ナット１０５に螺入されることによって、図４（ｃ）に示すように、Ｏリング１０２が押圧され、カラー１０１の下端と、セル−モジュール間バスバ４０２とが密着する。これによって、セル−モジュール間バスバ４０２と、モジュール間バスバ３００とが電気的に接続される。
なお、ナット１０５によって固定される前のカラー１０１は、図４（ｂ）に示すように、周囲より低い位置、少なくとも電池モジュール１で最も高い部位よりも低い位置にあることが望ましい。これにより、金属製の工具類が落下しても、工具がカラー１０１に接触することを防ぐことができる。
また、本実施形態によれば、ボルト１０６による固定の前（つまり、カラー１０１がセル−モジュール間バスバ４０２に接触する前の仮止め状態）で全体の接続配置を確認することができ、誤組の有無を再確認することができる。このため、誤組を防止し、作業性を向上させることができる。
さらに、Ｏリング１０２により防水性を向上させることができる。
なお、モジュール間バスバ３００は、絶縁性物質６０１によって被覆されており、ボルト１０６の固定後におけるモジュール間接続部１００の上部もキャップ状の絶縁性物質６０２が嵌められることで絶縁されるが、ここでは詳細を省略する。
(電池モジュールの接続状態）
図５は、２つの電池モジュールが接続された状態を示す図である。
図５における各電池モジュール１の図は、図１におけるＡ−Ａ断面図に相当する図である。
図５では、２つの電池モジュール１のそれぞれが図４（ｃ）に示すようにモジュール間バスバ３００を固定し、電気的に接続されている。
本実施形態によれば、ボルト１０６による固定の前（つまり、カラー１０１がセル−モジュール間バスバ４０２に接触する前の仮止め状態）で全体の接続配置を確認することができ、誤組の有無を再確認することができ、これらのような誤組を防止することができる。
また、本実施形態によれば、モジュール間接続部１００は、電池モジュール１において、少なくとも最も高い部位よりも低い位置に設置することで、電池モジュール１のモジュール間接続部１００に導電性のものが接触するのを外装部分で防ぐことができるため、電池モジュール１間の短絡をより確実に防止することができる。
なお、空間１０７（図４（ｂ））は低電位側の電池モジュール１よりも、空間１０７の空気層における絶縁破壊が生じやすい高電位側の電池モジュール１の方が大きいことが望ましい。こうすることによって、空間１０７の絶縁破壊を防ぐことができる。空間１０７の大きさの調整は、Ｏリング１０２の径などによって調節することができる。
さらに、空間１０７の大きさは、低電位側から高電位側へといくにつれて、段階的に大きくなっていくことが望ましい。
また、本実施形態によれば、ボルト１０６を外すだけで、電池モジュール１間の接続を外すことができるため、故障した単電池６の交換が容易となる。
なお、本実施形態において、空間形成部材(Ｏリング１０２)はセル-モジュール間バスバ４０２とカラー１０１との間に空間を形成するよう配置されているが、これに限らず、モジュール間バスバ３００とカラー１０１との間に空間が形成されるように空間形成部材(Ｏリング１０２)を配置してもよい。このような構成として、例えば、カラー１０１におけるモジュール間バスバ３００が接する面に、Ｏ状の溝を切り、その溝に前記したＯリング１０２を嵌める構造などが考えられる。
１ 電池モジュール
１００ モジュール間接続部（電池モジュールの端子）
１０１ カラー（導電部材）
１０２ Ｏリング（空間形成部材）
１０３ 中空部
１０４ 開口部
１０５ ナット（被締結部）
１０６ ボルト（締結部材）
１０７ 空間
１０８ 溝
３００ モジュール間バスバ
３０１ 穴部（接続部）
４０２ セル−モジュール間バスバ（電極）

Claims (7)

  1. 複数の単電池を収容してなる電池モジュールに備わる電極と他の電池モジュールに備わる電極との間に導電性のバスバを掛け渡して、複数の電池モジュールを電気的に接続する電池モジュールの接続構造であって、
    前記バスバの接続部と前記電極との間に介在する弾性材を有して、両者の間に絶縁空間を形成するとともに、押圧力の印加により前記弾性材を弾性的に変形させて前記絶縁空間を消滅させる空間形成部材と、
    前記バスバの接続面を前記電極側に押圧しつつ、前記バスバを前記電極に締結する締結部材とを備え、
    前記空間形成部材は、
    前記電極と前記バスバの接続部とが前記締結部材で締結される際に増加していく押圧力により前記弾性材を変形させることで、前記電極と前記バスバの接続面との間に形成されている前記絶縁空間を消滅させて両者の電気的接続を許容し、
    前記締結が解除される際に減少していく押圧力により前記弾性材の変形を復元させることで、前記電極と前記バスバの接続面との間に前記絶縁空間を形成させて両者の電気的接続を解除すること
    を特徴とする電池モジュールの接続構造。
  2. 複数の電池からなる第１の電池モジュールおよび第２の電池モジュールにおいて、前記第１の電池モジュールの端子と、前記第２の前記電池モジュールの端子同士を接続するモジュール間バスバを有する電池モジュールであって、
    前記端子と、前記モジュール間バスバと、の間には前記導電部材が介在し、
    前記端子、前記モジュール間バスバおよび導電部材を連結しつつ、被締結部に固定される締結部材と、
    前記締結部材が非締結状態において、前記導電部材と前記端子との間、または前記導電部材と前記モジュール間バスバとの間に空間を形成する空間形成部材と、
    前記導電部材、前記端子および前記モジュール間バスバは、前記締結部材が前記被締結部に締結されることにより、電気的に接続される
    ことを特徴とする電池モジュール。
  3. 前記空間は、低電位側の前記電池モジュールよりも、高電位側の前記電池モジュールの方が大きい
    ことを特徴とする請求項２に記載の電池モジュール。
  4. 前記空間は、前記電池モジュールにおいて、前記低電位側から前記高電位側へ行くにつれて、段階的に大きくなる
    ことを特徴とする請求項３に記載の電池モジュール。
  5. 前記電池モジュールは、外装部材に収容されており、
    前記導電部材の高さは、前記外装部材における一番高い部位よりも低い位置に備えられる
    ことを特徴とする請求項２から請求項４のいずれか一項に記載の電池モジュール。
  6. 前記空間形成部材は、ゴム製のＯリングであり、
    前記締結部材が前記被締結部に締結されるときに、前記Ｏリングが押圧されることにより、前記空間が無くなり、前記導電部材、前記端子および前記モジュール間バスバが電気的に接続される
    ことを特徴とする請求項２から請求項５のいずれか一項に記載の電池モジュール。
  7. 複数の電池からなる第１の電池モジュールおよび第２の電池モジュールにおいて、前記第１の電池モジュールの端子と、前記第２の前記電池モジュールの端子同士を接続するモジュール間バスバを有する電池モジュール端子の組付方法であって、
    締結部材と、被締結部材と、が非締結状態において、導電部材と前記端子との間、または前記導電部材と前記モジュール間バスバとの間に空間を形成する空間形成部材を取り付ける工程と、
    前記端子、前記モジュール間バスバおよび前記導電部材を連結しつつ、前記空間を無くすよう、前記被締結部に前記締結部材を固定する工程と、
    を有することを特徴とする電池モジュール端子の組付方法。
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