JP2012169129A - 電池接続アセンブリ及び電池モジュール - Google Patents

Abstract

【課題】電池接続アセンブリの放熱性を向上させることにより、大電流に対応できながら軽量化を実現することを目的とする。
【解決手段】電極端子１２Ａ，１２Ｂを有する単電池１０を複数個並べた単電池１０群を接続するための電池接続アセンブリ２０であって、隣り合う単電池１０間において電極端子１２Ａ，１２Ｂ間を接続する導電部材２１を複数備え、導電部材２１の各々は、内部に空気が流通する通気管部２３を一体に有し、隣り合う通気管部２３は、絶縁性の連結管２５により通気可能に連結されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、電池接続アセンブリ及び電池モジュールに関する。

電気自動車やハイブリッド車用の電池モジュールは、正極及び負極の電極端子を有する単電池が横並びに複数個配置されている。そして、隣り合う単電池の電極端子間を導電部材（導電部材）で接続することにより複数の単電池が直列や並列に接続されるようになっている（特許文献１参照）。

特開２０１１−００８９５７号公報

ところで、多くの単電池が直列に接続されて大電流が流れると、導電部材の発熱が無視できなくなり、その冷却に苦慮することになる。
そこで、導電部材の発熱量を抑制するために導電部材の断面積を増大させることが考えられる。しかしながら、導電部材の断面積を増大させることは、導電部材に用いられる金属量を増加させることを意味するため、導電部材の製造コストが増すとともに、その重量が増大する結果となる。

本発明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、電池接続アセンブリの放熱性を向上させることにより、大電流に対応できながら軽量化を実現することを目的とする。

本発明の電池接続アセンブリは、正極及び負極の電極端子を有する単電池を複数個並べた単電池群を接続するための電池接続アセンブリであって、隣り合う前記単電池間において前記電極端子間を接続する導電部材を複数備え、前記導電部材の各々は、内部に空気が流通する通気管部を一体に有し、隣り合う前記通気管部は、絶縁性の連結管により通気可能に連結されている。

また、本発明は、前記単電池群と、前記電池接続アセンブリとを備える電池モジュールである。

本発明によれば、導電部材の通気管部内に空気を流通させることにより、導電部材の放熱を促進することができ、温度上昇を抑制するために導電部材の断面積を増大させる必要がない。このため、大電流を流すことができながら、温度上昇を抑制しつつ軽量化を実現することができる。

本発明の実施態様としては以下の態様が好ましい。
前記単電池は、前記電極端子の極性が交互に逆向きになるように横並びに集積され、前記導電部材は隣り合う前記単電池の異なる極性の前記電極端子を相互に接続することで二列の導電部材列が構成され、前記導電部材の前記通気管部は、前記導電部材列毎に一連の通気路を構成するように前記連結管により連結され、かつ、各導電部材列の同一方向の一端部がＵ字連結管によって互いに連結されていることが好ましい。

上記の態様によれば、各導電部材が通気可能に連結されるから、共通の空冷ファンにより各導電部材の放熱を実現することができ、部品点数を削減することができる。また、各導電部材列毎に通気路が構成されているから、通気路の経路を短縮することができ、電池接続アセンブリの軽量化に寄与することができる。

前記導電部材は、両端部に前記電極端子が挿通される電極挿通孔を有する板状のバスバー部と、前記通気管部とを一体に備えることが好ましい。

上記態様によれば、導電部材を容易に形成することができる。

前記連結管は弾性材料により形成され、両端部に前記導電部材の前記通気管部内に挿入可能な圧入ジョイント管部を有することが好ましい。

上記態様によれば、電池接続アセンブリについて、単電池群との寸法の公差が生じた場合に、圧入ジョイント管部の挿入深さを調整することにより公差を吸収することができる。また、連結管自体が弾性変形可能であるから、電池モジュールの組み付け後に、単電池群に寸法の変化があった場合にその変化が電池モジュールの寸法に及ぼす影響を吸収することができる。

前記導電部材は、合成樹脂製の絶縁ケースに収容されており、前記絶縁ケースには、前記各通気管部を互いに連結させた状態で前記単電池の並び方向に沿って延びる電線収容溝を構成する単位溝部が設けられ、前記電線収容溝には前記導電部材に接続された電圧検知線が収容されていることが好ましい。

上記態様によれば、導電部材が合成樹脂製の絶縁ケースに収容されているから、導電部材と他の部材との絶縁を確保することができる。また、絶縁ケースにより電線収容溝を構成することで、容易に電圧検知線の配線を行うことができる。

前記各通気管部を連ねた通気路の各端部には、空冷ファンからの空気を導入する吸気管と、前記通気路に流れる空気を排出する排気管とを有することが好ましい。

上記態様によれば、空冷ファンからの空気を通気管部に流入させることができるとともに、通気管部内で温められた空気を他所に排出することができ、導電部材の放熱をより一層促進することができる。

前記吸気管又は前記排気管の少なくとも一方は導電性を有する材料により形成されて前記単電池群からの電力用導電路を兼ねていることが好ましい。

上記態様によれば、電力用導電路を兼ねている吸気管又は排気管とは別に電力用導電路を設ける必要がなく、部品点数を削減することができる。

本発明によれば、大電流を流すことができながら、温度上昇を抑制しつつ軽量化を実現する電池接続アセンブリを提供することができる。

単電池群に電池接続アセンブリが取り付けられた電池モジュールを表す斜視図 導電部材を表す斜視図 図２の側断面図 連結管を表す斜視図 絶縁ケースを表す斜視図 接続ユニットの組み付け状態を示す分解斜視図 電池接続アセンブリの一部を拡大して示す平面図

＜実施形態＞
以下、本発明の一実施形態を図１〜図７を参照しつつ説明する。
本実施形態の電池モジュールＭは、図１に示すように、横並びに配置した複数（１２個）の単電池１０（単電池群）と、複数の単電池１０（単電池群）を直列に接続する電池接続アセンブリ２０と、を備える。電池モジュールＭは、ジャンクションボックスＪＢと接続されており、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。以下では、単電池１０の並び方向を前後方向とし（図６の左方を前方、右方を後方とし）、図６の上方を左方、下方を右方として説明する。

単電池１０は、内部に図示しない発電要素が収容された本体部１１と、本体部１１の上面から垂直に突出するボルト状の電極端子１２Ａ，１２Ｂ（正極を１２Ａ，負極を１２Ｂとして図示）と、を有する。
電極端子１２Ａ，１２Ｂは、本体部１１の上面の左右両端部に設けられており、左右の端部における極性は逆になっている。

また、各単電池１０の極性（正負）の向きは、互いに隣り合う単電池１０が逆向きになるように配置されており、これにより、互いに異極の電極端子１２Ａ，１２Ｂが隣り合うように構成されている。さらに、単電池１０は、横並びに集積され、単電池の上面に設けられた電極端子１２Ａ，１２Ｂは、隣り合う単電池１０の異なる極性の電極端子１２Ａ，１２Ｂが左側と右側に二列の列を構成するように配置される。これら複数の単電池１０は図示しない保持板によって固定されている。

電池接続アセンブリ２０は、互いに連結された接続ユニット２０Ａと、左右の接続ユニット２０Ａ群の同一方向（前方）の一端部を連結するＵ字連結管４０と、左右の接続ユニット２０Ａ群の他端部（後方）にそれぞれ接続されている吸気管４１と排気管４２とを備えている。このような構成により、吸気管４１から空気を流入させ、左側の接続ユニット２０Ａ群、Ｕ字連結管４０、右側の接続ユニット２０Ａ群、の順に流通させ、排気管４２から排出することができる。

Ｕ字連結管４０は、全体として概ねＵ字状に回曲した管状をなし、左右の接続ユニット２０Ａ群を通気可能に接続している。Ｕ字連結管４０のうち、直列に接続された単電池１０群の一端側に位置する電極端子１２Ｂと、ジャンクションボックスＪＢの一方の入力端子４３Ｂにクランプ部材４４で接続される部分との間に介在する部分は、導電性を有する材料により形成されており、単電池１０からの電力用導電路を兼ねている。Ｕ字連結管４０のうち、その他の部分は絶縁性の部材で構成されている。

吸気管４１は、管状をなし、空冷ファンＢからの空気を接続ユニット２０Ａに導入している。吸気管４１のうち、ジャンクションボックスＪＢの他方の入力端子４３Ａにクランプ部材４４で接続される部分と、直列に接続された単電池１０群の一端側に位置する電極端子１２Ａとの間に介在する部分は、導電性を有する材料により形成されており、単電池１０からの電力用導電路を兼ねている。吸気管４１のうち、その他の部分は絶縁性の部材で構成されている。
排気管４２は、管状をなし、通気路に流れる空気を排出し、絶縁性の部材で構成されている。

接続ユニット２０Ａは、共に同形状であって、図６に示すように、隣り合う電極端子１２Ａ，１２Ｂを（電気的に）接続する導電部材２１と、単電池１０の電圧を測定するための電圧検知線３６と、導電部材２１及び電圧検知線３６を収容する絶縁ケース３０と、を備えている。なお、直列に接続された単電池１０群の電気的な接続方向の一端側に位置する電極端子１２Ａ，１２Ｂ（左側の列の前端及び後端に位置する）には、異なる態様の接続ユニットが接続される。接続ユニット２０Ａとの相違点は、１つの電極端子１２Ａまたは電極端子１２Ｂと電力用導電路との接続をする点であり、その他は接続ユニット２０Ａと同様の構成であり、詳しい説明を省略する。

導電部材２１は、銅、銅合金、ステンレス鋼（ＳＵＳ）等の金属からなり、図２に示すように、長方形状の板状のバスバー部２２と、内部に空気が流通する通気管部２３とを一体に有するように、例えば押し出し成形によって製造されている。導電部材２１の断面積は、所定の電流値において、導電部材２１の発熱量と放熱量に依存する温度上昇値について、所望の温度上昇値以下となるように設計されている。導電部材２１の長手方向（前後方向）の長さは、単電池１０を組み付けた際の２つの単電池の前後方向の長さより、やや短いものとされており、隣り合う導電部材２１の通気管部２３を、後述する連結管２５により連結可能とされている。

バスバー部２２には、電極端子１２Ａ，１２Ｂが挿通される電極挿通孔２２Ａ，２２Ｂが両端（前端及び後端）に一対形成されている。また、バスバー部２２には、通気管部２３に隣接して、絶縁ケース３０に設けられた係止爪３３に係合可能な取付孔２１Ｂが形成されている。

通気管部２３は、バスバー部２２の左右方向の一端側に沿って延びる円筒形状をなし、電極挿通孔２２Ａ，２２Ｂの並び方向に空気が流通するものとされている。通気管部２３の孔径は、所定の空気が流通した場合に、必要な放熱量を確保する大きさに設定されている。

連結管２５は、例えばゴム等の弾性材料により形成されており、図４に示すように、通気管部２３内に挿入可能な圧入ジョイント管部２６と、圧入ジョイント管部２６の間に設けられる絶縁部２７とで構成されている。

圧入ジョイント管部２６は、連結管２５の前後方向の両端側に設けられ、通気管部２３の内径と略同じ外径を有する。圧入ジョイント管部２６の外周には、周方向に連なる凸部が複数設けられている。

絶縁部２７は、内径が圧入ジョイント管部２６と面一であるとともに、外径は通気管部２３の内径より大きく、通気管部２３の外径と略同じ大きさとされている。

絶縁ケース３０は、絶縁性の合成樹脂製であって、図５に示すように、導電部材２１が収容される導電部材保持部３１と、導電部材保持部３１に沿って設けられる単位溝部３４Ａとを有し、隣り合う２個（所定個数）の単電池１０に対して１個の絶縁ケース３０が２個の単電池１０の上面に載置される。

導電部材保持部３１は、導電部材２１が入る大きさの壁部３２で囲まれた長方形状をなす領域であり、その幅方向の寸法は、所定個数（２個）の単電池１０の幅方向の寸法よりわずかに小さい。この導電部材保持部３１に導電部材２１が収容されることで当該導電部材２１が保持される。

導電部材保持部３１の底部は、電極端子１２Ａ，１２Ｂが挿通される電極挿通孔３１Ａが電極端子１２Ａ，１２Ｂに対応して形成されており、底部の中央付近には、導電部材２１の取付孔２１Ｂに対応して係止爪３３が形成されている。導電部材保持部３１の周囲には、導電部材２１を収容した状態で、通気管部２３の開口端が位置する部分を除き、導電部材２１の絶縁を高める壁部３２が設けられている。壁部３２のうち、電極端子１２Ａと後述する単位溝部３４Ａとの間の部分には、後述する電圧検知線３６を挿入するための切欠部３２Ａが設けられている。

単位溝部３４Ａは、導電部材２１を収容した状態で、バスバー部２２側に設けられており、バスバー部２２側の壁部３２と当該壁部３２に対向配置された側壁３５により区画形成されている。これにより、接続ユニット２０Ａに収容された導電部材２１を互いに連結させた場合には、隣り合う接続ユニット２０Ａの単位溝部３４Ａ同士が連なることにより電線収容溝３４（図７参照）が形成される。

電圧検知線３６は、図６に示すように、導電部材２１との接続部３７と、接続部３７に連なる芯線（導体）が絶縁層で覆われた電線３８とで構成されている。接続部３７は、バスバー部２２を長手方向にほぼ１／２にした大きさの平板状をなし、中央に電極端子１２Ａを挿通する電極挿通孔３７Ａが形成されている。電圧検知線３６は、接続部３７と導電部材２１が電気的に接続されるとともに、電線３８が電線収容溝３４に配線されて、図示しない電池ＥＣＵに接続される。この電池ＥＣＵは、マイクロコンピュータ、素子等が搭載されたものであって、単電池１０の電圧・電流・温度等の検知、各単電池１０の充放電コントロール等を行うための機能を備えた周知の構成のものである。

次に、電池接続アセンブリ２０の組立及び取り付け方法について説明する。
本実施形態では、図１に示すように、１２個の単電池１０を直列接続する場合について説明する。
１２個の単電池を、電極端子１２Ａ，１２Ｂの極性が交互に逆向きになるように横並びに集積する。すると、単電池の上面に設けられた電極端子１２Ａ，１２Ｂは、隣り合う単電池１０の異なる極性の電極端子１２Ａ，１２Ｂが左右に二列の列を構成するように配置される。

電極端子１２Ａ，１２Ｂの右側の列には、６個の接続ユニット２０Ａが取り付けられるため、６個の接続ユニット２０Ａを構成する６個の導電部材２１と、５個の連結管２５と、６個の絶縁ケース３０と、６個の電圧検知線３６を用意する。なお、電極端子１２Ａ，１２Ｂの左側の列には、端部に１つの電極端子１２Ａまたは電極端子１２Ｂと電力用導電路との接続をするための接続ユニットが配置される点で右側の列の構成と異なるが、電池接続アセンブリ２０の組立及び取り付け方法は右側の列の場合とほぼ同様であり、説明を省略する。

次に、絶縁ケース３０の係止爪３３を導電部材２１の取付孔２１Ｂに挿入して、導電部材２１を絶縁ケース３０に取り付ける。続いて、導電部材２１の向きを一方向に整合させて、各導電部材２１の通気管部２３に連結管２５の圧入ジョイント管部２６を圧入し、２つの導電部材２１を連結する。２つの導電部材２１を連結管２５で連結する作業を順次行い、図７に示すように、６個の導電部材２１が５個の連結管２５を介して通風可能に連結された状態となる。

このとき、絶縁ケース３０には、単電池１０の並び方向（前後方向）に沿って延びる電線収容溝３４が構成される。そこで、電圧検知線３６の接続部３７を導電部材２１に設けられた電極挿通孔２２Ａと位置を整合させて重ね合わせるとともに、電線３８を切欠部３２Ａを通して電線収容溝３４に収容する。

そして、所定の箇所にＵ字連結管４０並びに吸気管４１及び排気管４２を接続する。
これにより電池接続アセンブリ２０が完成する。

次に、電池接続アセンブリ２０の全ての電極挿通孔２２Ａ，２２Ｂを、並んで配置された複数の単電池１０（単電池群）の全ての電極端子１２Ａ，１２Ｂに一体的に挿通させる。
そして、電極挿通孔２２Ａ，２２Ｂから突き出た電極端子１２Ａ，１２Ｂにナットを螺合させて締付けていき、全てを締付けると、図１に示すように、電池接続アセンブリ２０が取り付けられた電池モジュールＭが完成する。

上記実施形態の構成によれば、以下の効果を奏する。
（１）導電部材２１の通気管部２３内に空気を流通させることにより、導電部材２１の放熱を促進することができ、温度上昇を抑制するために導電部材の断面積を増大させる必要がない。このため、大電流を流すことができながら、温度上昇を抑制しつつ軽量化を実現することができる。
詳しくは、導電部材２１は、銅、銅合金、ステンレス鋼（ＳＵＳ）等の金属製であり、これらの材料はその比重が大きい。このため、これらの導電材料を低減することにより、電池接続アセンブリ２０の軽量化を実現することができる。

（２）導電部材２１の通気管部２３は、左右の導電部材２１の列毎に一連の通気路を構成するように連結管２５により連結され、かつ、各導電部材２１の列の同一方向の一端部がＵ字連結管４０によって互いに連結されている。このため、各導電部材２１が通気可能に連結されるから、共通の空冷ファンＢにより各導電部材２１の放熱を実現することができ、部品点数を削減することができる。
また、各導電部材２１の列毎に通気路が構成されているから、例えば、直列に接続された単電池１０の電気的な接続方向に沿って通気路を構成する場合に比べて、通気路の経路を短縮することができ、電池接続アセンブリ２０の軽量化に寄与することができる。

（３）また、導電部材２１は、両端部に電極端子１２Ａ，１２Ｂが挿通される電極挿通孔２２Ａ，２２Ｂを有する板状のバスバー部２２と、通気管部２３とを一体に備えている。このため、例えば、導電部材２１を押し出し成形によって製造することができ、導電部材２１を容易に形成することができる。

（４）連結管２５は弾性材料により形成され、両端部に導電部材２１の通気管部２３内に挿入可能な圧入ジョイント管部２６を有する。このため、電池接続アセンブリ２０について、単電池１０群との寸法の公差が生じた場合に、圧入ジョイント管部２６の挿入深さを調整することにより公差を吸収することができる。また、連結管２５自体が長さ方向（前後方向）に弾性変形可能であるから、電池モジュールの組み付け後に、単電池１０群に寸法の変化があった場合にその変化が電池モジュールＭの寸法に及ぼす影響を吸収することができる。

（５）導電部材２１は、合成樹脂製の絶縁ケース３０に収容されているから、導電部材２１と他の部材との絶縁を確保することができる。また、絶縁ケース３０により電線収容溝３４を構成することで、容易に電圧検知線３６の配線を行うことができる。

（６）各通気管部を連ねた通気路の各端部には、吸気管４１と、排気管４２とを有するから、空冷ファンＢからの空気を通気管部２３に流入させることができるとともに、通気管内で温められた空気を他所に排出することができ、導電部材２１の放熱をより一層促進することができる。

（７）吸気管４１は、導電性を有する材料により形成されて単電池１０群からの電力用導電路を兼ねているから、吸気管４１とは別に電力用導電路を設ける必要がなく、部品点数を削減することができる。

＜他の実施形態＞
本発明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本発明の技術的範囲に含まれる。
（１）上記実施形態では、導電部材２１は、異極の電極端子１２Ａ，１２Ｂを接続（単電池１０を直列接続）するものとしたが、これに限られず、同極の電極端子を接続（単電池１０を並列接続）するものでもよい。例えば、上記実施形態の電池モジュールＭに更に別の単電池１０を並列接続し、この並列接続における同極の電極端子を複数の導電部材２１（電池接続アセンブリ）で接続するようにしたものでもよい。

（２）上記実施形態では、接続ユニット２０Ａを連結してから、電池モジュールＭに取り付けることとしたが、各接続ユニット２０Ａを電極端子１２Ａ，１２Ｂに取り付ける際に連結管２５を通気管部２３に連結する作業を順番に繰り返し行なうことで電池接続アセンブリ２０が電池モジュールＭに取り付けられるようにしてもよい。

（３）上記実施形態では、接続ユニット２０ＡにＵ字連結管４０並びに吸気管４１及び排気管４２を連結してから、電池モジュールＭに取り付けることとしたが、各接続ユニット２０Ａを電極端子１２Ａ，１２Ｂに取り付けた後に、Ｕ字連結管４０並びに吸気管４１及び排気管４２を接続して電池接続アセンブリ２０が電池モジュールＭに取り付けられるようにしてもよい。

（４）上記実施形態では、導電部材２１は押し出し成形によって製造されているものとしたが、これに限られず、例えば、平板状の金属板材の一部分を曲げ加工して通気管部を構成するとともに、他の部分に孔を穿ってバスバー部を形成することにより製造してもよい。この場合には、汎用の金属板材を加工して導電部材２１を製造することができ、電池接続アセンブリの製造コストを低減に寄与することができる。

（５）単電池１０の数（接続する個数）については、上記実施形態の個数に限られない。したがって、接続ユニット２０Ａの個数についても上記したものに限らず、例えば、２〜５個ないし７個以上の接続ユニット２０Ａを備えて構成される電池接続アセンブリとしてもよい。

Ｍ…電池モジュール
Ｂ…空冷ファン
１０…単電池
１２Ａ…正極端子（電極端子）
１２Ｂ…負極端子（電極端子）
２０…電池接続アセンブリ
２０Ａ…接続ユニット
２１…導電部材
２２…バスバー部
２３…通気管部
２５…連結管
２６…圧入ジョイント管部
２４…絶縁ケース
３０…電線収容溝
３０Ａ…単位溝部
３６…電圧検知線
４０…Ｕ字連結管
４１…吸気管
５２…排気管

Claims (8)

1. 正極及び負極の電極端子を有する単電池を複数個並べた単電池群を接続するための電池接続アセンブリであって、
   隣り合う前記単電池間において前記電極端子間を接続する導電部材を複数備え、
   前記導電部材の各々は、内部に空気が流通する通気管部を一体に有し、
   隣り合う前記通気管部は、絶縁性の連結管により通気可能に連結されていることを特徴とする電池接続アセンブリ。
2. 前記単電池は、前記電極端子の極性が交互に逆向きになるように横並びに集積され、前記導電部材は隣り合う前記単電池の異なる極性の前記電極端子を相互に接続することで二列の導電部材列が構成され、前記導電部材の前記通気管部は、前記導電部材列毎に一連の通気路を構成するように前記連結管により連結され、かつ、各導電部材列の同一方向の一端部がＵ字連結管によって互いに連結されていることを特徴とする請求項１記載の電池接続アセンブリ。
3. 前記導電部材は、両端部に前記電極端子が挿通される電極挿通孔を有する板状のバスバー部と、前記通気管部とを一体に備えることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の電池接続アセンブリ。
4. 前記連結管は弾性材料により形成され、両端部に前記導電部材の前記通気管部内に挿入可能な圧入ジョイント管部を有することを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか一項に記載の電池接続アセンブリ。
5. 前記導電部材は、合成樹脂製の絶縁ケースに収容されており、
   前記絶縁ケースには、前記各通気管部を互いに連結させた状態で前記単電池の並び方向に沿って延びる電線収容溝を構成する単位溝部が設けられ、前記電線収容溝には前記導電部材に接続された電圧検知線が収容されていることを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか一項に記載の電池接続アセンブリ。
6. 前記各通気管部を連ねた通気路の各端部には、空冷ファンからの空気を導入する吸気管と、前記通気路に流れる空気を排出する排気管とを有する請求項１ないし請求項５のいずれか一項に記載の電池接続アセンブリ。
7. 前記吸気管又は前記排気管の少なくとも一方は導電性を有する材料により形成されて前記単電池群からの電力用導電路を兼ねていることを特徴とする請求項６に記載の電池接続アセンブリ。
8. 前記単電池群と、請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の電池接続アセンブリとを備える電池モジュール。
   

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