JP2013243043A - 電池モジュール接続装置 - Google Patents

Abstract

【課題】電池モジュールとブスバとの接続を確実に行え、ブスバ周りの絶縁距離を十分に確保できる電池モジュール接続装置の提供。
【解決手段】電池モジュール２を収容する収容空間Ｓを複数備えるラック１０と、収容空間Ｓに収容された電池モジュール２の間を電気的に接続するブスバ２０と、を有する電池モジュール接続装置１であって、ラック１０は、電気的に接地された固定用ボード１２を有し、ブスバ２０を遊嵌する凹形状を備え、該凹形状の底面３１側が固定用ボード１２に対して固定された絶縁体ケース３０を有する、という構成を採用する。
【選択図】図１

Description

本発明は、電池モジュール接続装置に関するものである。

家庭用や車両用等の蓄電システムのような高い電圧と大きな電気容量が必要とされる蓄電システムは、多数の蓄電池を使用する必要がある。このような蓄電システムを構築する場合は、一般に、電池セルを１つのモジュール筐体に複数収納することで電池モジュールを形成し、この電池モジュールを、必要に応じて直列、並列に接続することで、蓄電システムに必要とされる電圧と電気容量を得るようにしている（例えば、下記特許文献１の図６等参照）。

特許第４１０３４８８号公報

ところで、複数の電池モジュールを接続して１つの蓄電システムを構築する場合は、複数のモジュール収納区画（収容空間）を棚状に備えたラックを用いて、該ラックの各モジュール収納区画に個別に電池モジュールを差し込み、電池モジュールの大電流の配線にブスバ（bus bar）を用いて、各電池モジュールの間を電気的に接続する構成を採用することが考えられる。

しかしながら、上記構成を採用する場合には次のような課題がある。
電池モジュールはラックから抜き差しされるため、電池モジュールの多少の変位（ズレ）をブスバ等が吸収できる構成にし、電気的な接続の確実性を担保する必要がある。
また、仕様に応じてブスバを太く長くする場合には、当該ブスバを固定するラックの固定用ボードを、強度を持たせるために金属とする必要があるが、この場合にはブスバが高電位となるため、接地電位の固定用ボードとの間における絶縁距離を十分に確保する必要がある。

本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、電池モジュールとブスバとの接続を確実に行え、ブスバ周りの絶縁距離を十分に確保できる電池モジュール接続装置の提供を目的とする。

上記の課題を解決するために、本発明は、電池モジュールを収容する収容空間を複数備えるラックと、前記収容空間に収容された前記電池モジュールの間を電気的に接続するブスバと、を有する電池モジュール接続装置であって、前記ラックは、電気的に接地された固定用ボードを有し、前記ブスバを遊嵌する凹形状を備え、該凹形状の底面側が前記固定用ボードに対して固定された絶縁体ケースを有する、という構成を採用する。

また、本発明においては、前記絶縁体ケースは、前記ブスバの幅方向において前記ブスバと第１隙間をあける第１凹部と、前記ブスバの長さ方向において前記ブスバと前記第１隙間よりも大きい第２隙間をあける第２凹部と、を有する、という構成を採用する。

また、本発明においては、前記絶縁体ケースは、前記ブスバの厚み方向の移動を規制する規制部材を有する、という構成を採用する。

また、本発明においては、前記ブスバは、屈曲した接続部を有しており、前記規制部材は、前記接続部と隙間をあけて設けられている、という構成を採用する。

また、本発明においては、前記電池モジュールは、前記ブスバと接続するフォークプラグを有する、という構成を採用する。

また、本発明においては、前記ラックは、前記電池モジュールを抜き差し自在に収容している、という構成を採用する。

本発明によれば、ブスバが絶縁体ケースに遊嵌されているため、ブスバが電池モジュールとの関係で多少変位しても、当該変位をブスバと絶縁体ケースとの隙間で吸収することができる。また、本発明によれば、絶縁体ケースが凹形状を備えてその底面側が固定用ボードに接続されるため、ブスバから固定用ボードに短絡する場合には固定用ボードと逆方向に突出する絶縁体ケースの突出部を乗り越える必要があるため、絶縁距離を十分確保することができる。
したがって、本発明では、電池モジュールとブスバとの接続を確実に行え、ブスバ周りの絶縁距離を十分に確保できる電池モジュール接続装置が得られる。

本発明の実施形態における電池モジュール接続装置を示す構成図である。 本発明の実施形態におけるブスバの支持構造の正面側を示す斜視図である。 本発明の実施形態におけるブスバの支持構造の背面側を示す斜視図である。 図２における矢視Ａ−Ａ断面図である。 図２における矢視Ｂ−Ｂ断面図である。 本発明の別実施形態におけるラックの構成及びブスバの配置を示す斜視図である。

以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
図１は、本発明の実施形態における電池モジュール接続装置１を示す構成図である。
本実施形態の電池モジュール接続装置１は、図１に示すように、ラック１０に複数の電池モジュール２を収容し、隣り合う電池モジュール２同士をブスバ２０によって電気的に接続する構成となっている。

ラック１０は、電池モジュール２を収容する収容空間Ｓを複数有する。ラック１０は、収容空間Ｓを区画する区画壁１１を有する。区画壁１１は、所定方向（図１において紙面奥行き方向）に延設されており、隣り合う電池モジュール２の列間を区画する棚となっている。区画壁１１の内向き面には、電池モジュール２をガイドする不図示のレールが設けられており、電池モジュール２は図１において紙面上下方向に抜き差し自在な構成となっている。

本実施形態におけるラック１０に対する電池モジュール２の抜き差しは、電池モジュール２のメンテナンスに応じて定期的、もしくは必要に応じて不定期に行われるようになっている。
電池モジュール２は、モジュール筐体が直方体形状を有している。このモジュール筐体の中には、電池セル（図示しない）が複数収容されている。電池モジュール２は、ラック１０への差し込み方向の先端部のモジュール筐体の端面３にフォークプラグ４が設けられている。

本実施形態のフォークプラグ４は、先端が開先され対向配置された導体の一対のフォーク片が図示しない付勢手段により互いに近接する方向に付勢されるようになっている。一対のフォーク片の内面には図示しない導電部材が設けられており、フォークプラグ４は、一対のフォーク片の間に差し込まれたブスバ２０の端部を挟み込むことで、当該導電部材とブスバ２０とを接触させ、電気的な導通を取る構成となっている。

本実施形態の電池モジュール２は、ブスバ２０によって直列接続される。このため、ブスバ２０の一端は、電池モジュール２の正極側のフォークプラグ４に接続され、ブスバ２０の他端は、その隣の電池モジュール２の負極側のフォークプラグ４に接続される。なお、一つの電池モジュール２には、正極側、負極側の２つのフォークプラグ４が設けられているが、本実施形態ではそれらが奥行き方向に重なって配置されている。このため、区画壁１１を挟んで隣り合う電池モジュール２は、奥行き方向において逆向きとなっている。

ラック１０に対する電池モジュール２の差し込み方向の奥側には、固定用ボード１２が設けられている。固定用ボード１２には、後述する絶縁体ケース３０を介してブスバ２０が支持される。ブスバ２０は、大電流を扱うため太く、また、大きな電池モジュール２の間を接続するために所定の長さ（本実施形態では７００ｍｍ程度）を有する長板状の導電体である。固定用ボード１２は、このブスバ２０の重量を支える強度を確保すべく金属によって形成されている。この固定用ボード１２は、区画壁１１の間に架設され、グランド電位となるラック１０に導通して電気的に接地している。

次に、ブスバ２０の支持構造について図２〜図５を参照して説明する。
図２は、本発明の実施形態におけるブスバ２０の支持構造の正面側を示す斜視図である。図３は、本発明の実施形態におけるブスバ２０の支持構造の背面側を示す斜視図である。図４は、図２における矢視Ａ−Ａ断面図である。図５は、図２における矢視Ｂ−Ｂ断面図である。

図２に示すように、ブスバ２０は、絶縁体ケース３０に囲われており、絶縁体ケース３０が固定用ボード１２に固定されることで、固定用ボード１２に支持されるようになっている。ブスバ２０は、直角に屈曲した接続部２１を両端に有しており、全体でコの字状に形成されている。接続部２１の先端は、フォークプラグ４との接続を容易にするために、テーパー状になっている。

絶縁体ケース３０は、ブスバ２０を遊嵌する凹形状を備えている。また、絶縁体ケース３０は、該凹形状の底面３１側（ブスバ２０が遊嵌される側と逆側）が固定用ボード１２に対して固定されている。本実施形態の絶縁体ケース３０は、例えばナイロンなどの成型樹脂材を削り出すことにより形成されている。絶縁体ケース３０は、図３に示すように、固定用ボードに対してネジ２２により固定されている。ネジ２２は、絶縁体ケース３０に螺入し、ブスバ２０には接触しないようになっている。なお、ネジ２２が配置されない長さ方向中央の穴は、絶縁体ケース３０の中央を補助的に区画壁１１に支持させるときに使用するものである。

絶縁体ケース３０は、図４に示すように、ブスバ２０の幅方向において、ブスバ２０と第１隙間Ｓ１をあける第１凹部３２を有する。第１凹部３２は、断面視輪郭形状が凹状となっている。第１凹部３２は、固定用ボード１２と逆方向に突出する第１突出部３３を有する。第１突出部３３は、ブスバ２０の幅方向において間隔をあけて平行に対となって立設している。対となる第１突出部３３の間隔は、ブスバ２０の幅よりも多少大きく形成されており、当該差分により第１隙間Ｓ１が形成される。第１隙間Ｓ１は、ブスバ２０の長さ方向への変位自在性を確保できる大きさであればよい。

また、絶縁体ケース３０は、図５に示すように、ブスバ２０の長さ方向において、ブスバ２０と第２隙間Ｓ２をあける第２凹部３４を有する。第２凹部３４は、断面視輪郭形状が凹状となっている。第２凹部３４は、固定用ボード１２と逆方向に突出する第２突出部３５を有する。第２突出部３５は、ブスバ２０の幅方向において間隔をあけて平行に対となって立設している。第２突出部３５は、第１突出部３３よりも高さが小さいが、第１突出部３３よりも幅が大きくなっている。

対となる第２突出部３５の間隔は、ブスバ２０の長さよりも多少大きく形成されており、当該差分により第２隙間Ｓ２が形成される。第２隙間Ｓ２は、第１隙間Ｓ１よりも大きくなっている（例えば数ｍｍ程度）。このため、ブスバ２０は、その幅方向において第１隙間Ｓ１で変位自在であると共にその長さ方向において第２隙間Ｓ２で変位自在であるが、当該長さ方向における変位幅の方が当該幅方向における変位幅よりも大きくなるようになっている。

図２に戻り、絶縁体ケース３０は、ブスバ２０の厚み方向の移動を規制する規制部材３６を有する。規制部材３６は、絶縁体ケース３０の凹形状からのブスバ２０の抜けを防止するものである。規制部材３６は、対となる第１突出部３３に対してネジ３７により固定されている。規制部材３６は、Ｔ字状に形成されており、図４に示すように、ブスバ２０の厚み方向において、ブスバ２０と第３隙間Ｓ３をあけて配置されている。第３隙間Ｓ３は、ブスバ２０の厚み方向と直交する平面方向（幅方向及び長さ方向）への変位自在性を確保できる大きさであればよい。

規制部材３６は、絶縁体であり、絶縁体ケース３０と同一の樹脂材から形成されている。規制部材３６は、図５に示すように、ブスバ２０の接続部２１と隙間をあけて、接続部２１と非接触で設けられている。本実施形態では、接続部２１をフォークプラグ４で挟み込むため、フォークプラグ４と干渉しないような隙間をあけて規制部材３６が設けられている。当該隙間は、フォークプラグ４の大きさ及び第２隙間Ｓ２による接続部２１の変位幅に基づいて設定されている。

続いて、電池モジュール接続装置１における電池モジュール２の組み付け作業及び上記構成による作用について説明する。

電池モジュール接続装置１に電池モジュール２を組み付ける場合、図１に示すように、ラック１０の収容空間Ｓに対して電池モジュール２を差し込む。この差し込みの際には、フォークプラグ４が先頭となるようにして電池モジュール２を収容空間Ｓに対して差し込む。収容空間Ｓにおける差し込み方向奥側にはブスバ２０が設けられている。ブスバ２０は、隣り合う収容空間Ｓに跨って設けられており、接続部２１は電池モジュール２の差し込み方向手前側に突出して設けられている。

差し込みの際には、電池モジュール２が区画壁１１の間に沿ってガイドされるが、ガイドのためのクリアランスや、電池モジュール２にはサイズの個体差が少なからず存在しているため、電池モジュール２が多少変位する。ここで、本実施形態のブスバ２０は、絶縁体ケース３０の凹形状に遊嵌し、差し込み方向と直交する平面方向において変位自在とされている。このため、ブスバ２０が電池モジュール２との関係で多少変位しても、当該変位をブスバ２０と絶縁体ケース３０との隙間で吸収することができる。

具体的には、ブスバ２０は、図４に示すように、幅方向において、第１突出部３３により規定される第１隙間Ｓ１において変位可能とされ、図５に示すように、長さ方向において、第２突出部３５により規定される第２隙間Ｓ２において変位可能とされている。第１隙間Ｓ１が、ブスバ２０の長さ方向への変位自在性を確保できる大きさであればよい理由は、ブスバ２０の幅方向においては、フォークプラグ４が多少変位しても接続において問題にならない（ブスバ２０の幅分余裕がある）のに対し、ブスバ２０の長さ方向においては、フォークプラグ４の変位が接続関係に多大に影響する（ブスバ２０の厚み分しかない）ためである。

ブスバ２０は、絶縁体ケース３０に対してフロート状態で支持され、接続関係に影響の大きいブスバ２０の長さ方向（接続部２１の厚み方向）に大きく変位自在なため、電池モジュール２が差し込みの際に多少ズレたとしても、そのズレに応じて柔軟に変位できる。このため、例えば電池モジュール２とブスバ２０との電気的接続の遮断により当該蓄電システムが使用不能になるといった事態を回避することができる。
電池モジュール２を差し込むと、フォークプラグ４にブスバ２０の接続部２１が挟み込まれる。図５に示すように、規制部材３６は、接続部２１と隙間をあけて設けられているため、電池モジュール２の差し込みの際のフォークプラグ４との干渉を回避することができる。

本実施形態の絶縁体ケース３０は、ブスバ２０を遊嵌する凹形状を備え、該凹形状の底面３１側が固定用ボード１２に対して固定されている。この構成によれば、絶縁体ケース３０が凹形状を備えてその底面３１側が固定用ボード１２に接続されるため、ブスバ２０から固定用ボード１２に短絡する場合には固定用ボード１２と逆方向に突出する絶縁体ケース３０の突出部を乗り越える必要があるため、絶縁距離を十分確保することができる。このため、強度を持たせるために固定用ボード１２を金属としても、ブスバ２０周りの絶縁距離を十分に確保して短絡を防止することができる。

具体的には、図４に示すように、絶縁体ケース３０は、第１凹部３２を有し、第１凹部３２は、固定用ボード１２と逆方向に突出する第１突出部３３を有する。このため、幅方向においてブスバ２０から固定用ボード１２に短絡する場合には、符号Ｅ１で示すように、固定用ボード１２と逆方向に大きく突出する第１突出部３３を乗り越える必要がある。
また、図５に示すように、絶縁体ケース３０は、第２凹部３４を有し、第２凹部３４は、固定用ボード１２と逆方向に突出する第２突出部３５を有する。このため、長さ方向においてブスバ２０から固定用ボード１２に短絡する場合には、符号Ｅ２で示すように、固定用ボード１２と逆方向に突出する第２突出部３５を乗り越える必要がある。
このように、本実施形態では、ブスバ２０周りを凹形状の絶縁体ケース３０で囲って、周囲との絶縁距離を十分確保することができ、固定用ボード１２の背面側に高電位部が露出することなくコンパクトで安全なシステムとすることができる。

したがって、上述の本実施形態によれば、電池モジュール２を収容する収容空間Ｓを複数備えるラック１０と、収容空間Ｓに収容された電池モジュール２の間を電気的に接続するブスバ２０と、を有する電池モジュール接続装置１であって、ラック１０は、電気的に接地された固定用ボード１２を有し、ブスバ２０を遊嵌する凹形状を備え、該凹形状の底面３１側が固定用ボード１２に対して固定された絶縁体ケース３０を有する、という構成を採用することによって、電池モジュール２とブスバ２０との接続を確実に行え、ブスバ２０周りの絶縁距離を十分に確保できる電池モジュール接続装置１が得られる。

以上、図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。上述した実施形態において示した各構成部材の諸形状や組み合わせ等は一例であって、本発明の主旨から逸脱しない範囲において設計要求等に基づき種々変更可能である。

例えば、ラック１０は、図６に示すように、電池モジュール２を縦横のマトリクス状に収容する構成であってもよい。この場合には、図６に示すように、ブスバ２０の形状は、電池モジュール２の配置に応じて適宜変更すればよい。
なお、図６においては、図示する便宜上、ラック１０における固定用ボード１２及び絶縁体ケース３０の図示を省略しているが、上述した実施形態と同様に、ブスバ２０の形状に応じて形状を適宜変更すればよい。

また、例えば、各電池モジュール２における正極用と負極用の各フォークプラグ４の配置は適宜変更してもよい。

また、例えば、フォークプラグ４のフォーク片の向きは、ラック１０の区画壁１１の延在方向、または、電池モジュール接続装置１に対して作用する振動の方向に応じて適宜変更してもよい。

また、例えば、上記実施形態では、電池モジュール２を直列に接続する形式として示したが、電池モジュール２を並列に接続する形式としてもよい。

また、例えば、電池モジュール２の高さ、幅、奥行きは、図示した以外のいかなる寸法であってもよい。それに対応して、ラック１０の収容空間Ｓの形状やサイズは適宜変更してよい。

また、例えば、ラック１０の電池モジュール２の収容数は、蓄電システムに所望する電圧や電気容量に応じて自在に設定してよい。

また、例えば、フォークプラグ４は、フォーク片の外側に絶縁材製のカバーを備えた構成としてもよい。

１…電池モジュール接続装置、２…電池モジュール、４…フォークプラグ、１０…ラック、１２…固定用ボード、２０…ブスバ、２１…接続部、３０…絶縁体ケース、３１…底面、３１…第１凹部、３４…第２凹部、３６…規制部材、Ｓ１…第１隙間、Ｓ２…第２隙間

Claims (6)

1. 電池モジュールを収容する収容空間を複数備えるラックと、前記収容空間に収容された前記電池モジュールの間を電気的に接続するブスバと、を有する電池モジュール接続装置であって、
   前記ラックは、電気的に接地された固定用ボードを有し、
   前記ブスバを遊嵌する凹形状を備え、該凹形状の底面側が前記固定用ボードに対して固定された絶縁体ケースを有する、ことを特徴とする電池モジュール接続装置。
2. 前記絶縁体ケースは、前記ブスバの幅方向において前記ブスバと第１隙間をあける第１凹部と、前記ブスバの長さ方向において前記ブスバと前記第１隙間よりも大きい第２隙間をあける第２凹部と、を有する、ことを特徴とする請求項１に記載の電池モジュール接続装置。
3. 前記絶縁体ケースは、前記ブスバの厚み方向の移動を規制する規制部材を有する、ことを特徴とする請求項１または２に記載の電池モジュール接続装置。
4. 前記ブスバは、屈曲した接続部を有しており、
   前記規制部材は、前記接続部と隙間をあけて設けられている、ことを特徴とする請求項３に記載の電池モジュール接続装置。
5. 前記電池モジュールは、前記ブスバと接続するフォークプラグを有する、ことを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の電池モジュール接続装置。
6. 前記ラックは、前記電池モジュールを抜き差し自在に収容している、ことを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の電池モジュール接続装置。

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