JP2014107161A - バスバモジュール構造体 - Google Patents

Abstract

【課題】サービスプラグと接続される端子を電極に接続する作業性を高めるとともに、部品点数を削減すること。
【解決手段】複数の電池５の正極７と負極９を交互に配置して隣り合う電池の正極と負極を直列に接続する電池集合体３の隣り合う一組の正極と負極間がサービスプラグ７１を介して接離可能に構成され、電池集合体の隣り合う正極と負極間をそれぞれ接続する複数の第１導体１５、電池集合体の総正極１７及び総負極１９にそれぞれ接続される２つの第２導体２１、サービスプラグを介して互いに接続され、電池集合体の隣り合う一組の正極と負極にそれぞれ接続される２つの第３導体２３、各導体がそれぞれ収容される収容部が電池集合体の複数の電極の配列に合わせて形成される樹脂プレート２７を備え、樹脂プレートは、隣り合う一組の収容部間に沿って分割され、この分割された樹脂プレートが互いに連結可能に形成されること。
【選択図】図１

Description

本発明は、複数の電池を直列に接続して構成される電池集合体に装着されるバスバモジュール構造体に関する。

特許文献１には、自動車等の駆動用電源に複数の電池を直列接続した電池集合体を用いる場合、隣り合う電池の正極と負極のうちの一組の直列接続を開放状態にしておき、その電極間をサービスプラグで着脱接続することが提案されている。そして、電池集合体の保守、電池集合体の負荷である電子機器を保守する際などにサービスプラグを取り外して、電池集合体の主回路を遮断して安全を確保するようにしている。特に、特許文献１では、直列接続が開放された正極と負極にそれぞれ受け端子を設け、その受け端子にサービスプラグを着脱可能に装着するようにしている。

しかし、特許文献１は、電池モジュールの受け端子にサービスプラグを直接装着するようにしているから、サービスプラグを着脱できる位置に電池モジュールを設置しなければならない。また、サービスプラグの形状等が制限されるといった問題がある。

一方、特許文献２には、複数の電池を直列接続した複数の電池集合体で構成されるバッテリパックにおいて、作業しやすい位置にサービスプラグを配置するため、電池集合体の隣り合う一組の正極と負極にそれぞれ電線を接続し、その電線の先にコンセントを接続して、コンセントを所望の位置に固定してサービスプラグを着脱可能に装着することが提案されている。

ところで、特許文献２のように電線を電極に接続する場合、電線の先に取り付けられた端子を介して電線を電極に接続することになる。しかしながら、特許文献２には、電極に端子を接続する作業が考慮されていない。

これに対し、サービスプラグと接続される一対の電線の先にそれぞれ端子を取り付け、この一対の端子を樹脂製のプレート（以下、樹脂プレートという。）に保持して中間モジュールを構成し、この中間モジュールを電池集合体の隣り合う一組の正極と負極に位置合わせして装着する方法が考えられる。ここで、一対の端子には、それぞれ電極が挿入される挿入穴が設けられ、樹脂プレートには、挿入穴と対向する位置に開口が設けられている。また、隣り合う一組の正極と負極には、ナットを締め付けるねじ溝が形成される。

これによれば、中間モジュールを電池集合体の一組の正極と負極に装着すると、正極と負極が樹脂プレートの開口に挿入されて端子の挿入穴からそれぞれ突出するから、この突出する正極と負極にそれぞれナットを締め込むことで、一対の端子を電極に接続することができ、接続作業を簡単に行うことができる。

特開２００２−３４３３３１号公報 特開２００９−１５２１３５号公報

ところで、電池集合体には、複数の電池を直列に接続するために、バスバモジュールが装着されることがある。このバスバモジュールは、電池集合体の隣り合う正極と負極を接続する複数のバスバと、電池集合体の総正極又は総負極と電線を接続する端子とをそれぞれ樹脂プレートに保持して構成される。すなわち、電池集合体には、複数の電極の配列方向に沿って、中間モジュールの総正極側と総負極側にそれぞれバスバモジュールが装着される。

しかしながら、この構造によれば、中間モジュール以外に２つのバスバモジュールが必要になるため、部品点数が多くなる。また、中間モジュールと２つのバスバモジュールといった３つのモジュールをそれぞれ電池集合体に装着しなければならないから、作業の負担が大きくなる。

本発明の課題は、サービスプラグと接続される端子を電極に接続する作業性を高めるとともに、部品点数を削減することにある。

上記課題を解決するため、本発明は、複数の電池の正極と負極を交互に配置して隣り合う電池の正極と負極を導体で直列に接続する電池集合体の隣り合う一組の正極と負極間がサービスプラグを介して接離可能に構成されるバスバモジュール構造体において、電池集合体の隣り合う正極と負極間をそれぞれ接続する複数の第１導体と、電池集合体の総正極及び総負極にそれぞれ接続される２つの第２導体と、サービスプラグを介して互いに接続されるとともに、電池集合体の隣り合う一組の正極と負極にそれぞれ接続される２つの第３導体と、各導体がそれぞれ収容される収容部が電池集合体の複数の電極の配列に合わせて形成される樹脂プレートとを備え、樹脂プレートは、隣り合う一組の収容部間に沿って分割され、この分割された樹脂プレートが互いに連結可能に形成されることを特徴とする。

これによれば、分割された樹脂プレートを連結することによって、第１導体から第３導体までのすべての導体を支持するバスバモジュール構造体を一体化することができるから、このバスバモジュール構造体を電池集合体に装着することにより、各導体を対応する電極にそれぞれ接続する際の作業性を向上できる。

ところで、電池集合体は、駆動用電源の仕様変更などによって電池数が増減することがある。そのため、すべての導体を保持する樹脂プレートを一体的に形成すると、電池数が増減する度に、増減した電池数に対応する樹脂プレートを製造しなければならなくなる。この点、本発明では、樹脂プレートを分割可能に形成しているから、予めサイズ（収容部の数など）が異なる樹脂プレートをいくつか用意しておくことで、これらの樹脂プレートを組み合わせて、電池数の増減に対応することが可能になる。ここで、樹脂プレートは、全体として２つに分割されるから、第３導体と２つの第２導体にそれぞれ対応させて３つの樹脂プレートを形成するよりも、部品点数を少なくすることができる。

この場合において、樹脂プレートは、分割される一方と他方の樹脂プレートのうち、一方の樹脂プレートの他方の樹脂プレートと対向する面に凸部が形成され、他方の樹脂プレートの一方の樹脂プレートと対向する面に凸部が係止可能な凹部が形成されてなるものとする。これによれば、簡単かつコンパクトな構造で、樹脂プレート間の着脱を行うことができる。

また、複数の第１導体とそれぞれ当接させて収容部に収容される複数の電圧検出用端子と、この各電圧検出用端子にそれぞれ接続される複数の電線とを備え、樹脂プレートは、この複数の電線を収容する溝状の電線配索路が設けられ、凸部と凹部は、この電線配索路の溝底部に形成されてなるものとする。このように凸部と凹部を電線配索路の溝底部の一部として形成することにより、バスバモジュール構造体の大型化を防ぐことができる。

また、第３導体を収容する２つの隣り合う収容部は、それぞれ第３導体が当接する支持面から枠状に立ち上がる周壁に囲まれて形成され、樹脂プレートは、この周壁の開口を開閉自在に被せる絶縁カバーを有し、この絶縁カバーは、周壁に被せたときに、隣り合う収容部の周壁間の隙間に進入可能なリブが設けられてなるものとする。

これによれば、絶縁カバーを周壁に被せたときに、第３導体を収容する２つの隣り合う収容部は、互いに一対の周壁とリブによって、周壁の立ち上がる高さ方向に渡って完全に仕切られる。このため、収容部に収容される第３導体同士が短絡するのを抑制することができる。

本発明によれば、サービスプラグと接続される端子を電極に接続する作業性を高めるとともに、部品点数を削減することができる。

本発明の実施形態のバスバモジュール構造体の構成部品である樹脂プレートが分割された状態を示す斜視図である。 図１の樹脂プレート同士の連結部分を拡大して示す平面図である。 電池集合体に装着されるバスバモジュール構造体の平面図である。 図３のバスバモジュール構造体を絶縁カバーで被せたときの平面図である。 図３のＡ部を拡大して示す平面図である。 図３のＢ部を拡大して示す平面図である。 図３のＣ部を拡大して示す平面図である。 図１の第３収容部を拡大して示す斜視図である。 図４の絶縁カバーの斜視図である。 図８の延長壁の間に図９のリブが進入するときの断面図である。

以下、本発明を適用してなるバスバモジュール構造体の一実施形態について図面を参照して説明する。本実施形態のバスバモジュール構造体は、例えば、電動モータの駆動力によって走行する電気自動車や、エンジンと電動モータとの双方の駆動力で走行するハイブリッド車などに搭載され、電動モータに電力を供給する電源装置に適用されるものである。図１〜図７に示すように、本実施形態のバスバモジュール構造体１は、電源装置の電池集合体３に装着して使用される。

電池集合体３は、直方体状に形成された複数の電池５と、これらの電池５を互いに重ね合わせて固定する図示しない固定部材とを備えている。各電池５には、互いに隣り合わない２つの電極面が形成され、一方の電極面には正極の電極柱である正極柱７、他方の電極面には負極柱９が、それぞれ突設されている。電池集合体３は、複数の電池５の正極柱７と負極柱９を交互に配置して隣り合う正極柱７と負極柱９を複数の第１導体１５（バスバ）でそれぞれ接続することで、直列に接続されるようになっている。各電池５の正極柱７と負極柱９には、ナット１３を螺合させるためのねじ溝が形成される。

電池集合体３の２つの電極面には、それぞれバスバモジュール構造体１が装着される。バスバモジュール構造体１は、全体として平板状をなして形成され、複数の第１導体１５と、電池集合体３の総正極の電極柱（以下、総正極柱１７という。）及び総負極の電極柱（以下、総負極柱１９という。）にそれぞれ接続される２つの第２導体２１ａ，２１ｂと、電池集合体３の隣り合う一組の正極柱７ａ及び負極柱９ａとそれぞれ接続される一対の第３導体２３ａ，２３ｂと、各電池５の電圧を測定する複数の電圧検出用端子２５と、第１導体１５〜第３導体２３及び電圧検出用端子２５をそれぞれ保持する樹脂プレート２７を備えて構成される。

第１導体１５〜第３導体２３は、いずれも金属製の板材である。第１導体１５には、隣り合う電池５の正極柱７と負極柱９がそれぞれ挿通される図示しない一対の挿入孔が設けられている。第２導体２１には、平板状の電気接触部２９と、高圧ケーブル３１が圧着される圧着部３３が設けられ、電気接触部２９には、総正極柱１７又は総負極柱１９が挿通される図示しない挿入孔が形成される。第３導体２３には、平板状の電気接触部３５と、高圧ケーブル３７が圧着される圧着部３９が設けられ、電気接触部３５には、正極柱７又は負極柱９が挿通される図示しない挿入孔が形成される。

第２導体２１ａの電気接触部２９ａは、第２導体２１ｂの電気接触部２９ｂよりも長く形成することで、第２導体２１ａに接続される高圧ケーブル３１ａの配索路が確保されるようになっている。電圧検出用端子２５には、第１導体１５と当接する平板状の電気接触部４１と、図示しない電圧検出線が圧着される圧着部４３が設けられ、電気接触部４１には、正極柱７又は負極柱９が挿通される図示しない挿入孔が形成される。

図１に示すように、樹脂プレート２７は、第１導体１５と電圧検出用端子２５の電気接触部４１を収容する複数の第１収容部４５と、第２導体２１ａ，２１ｂをそれぞれ収容する２つの第２収容部４７ａ，４７ｂと、第３導体２３ａ，２３ｂを収容する一対の第３収容部４９ａ，４９ｂと、電圧検出線を収容する溝状の電線配索路５１を備えて形成される。第１収容部４５は、電圧検出用端子２５の圧着部４３とこの圧着部４３に圧着された電圧検出線とを収容する電線収容部５３と連なって形成される。

各収容部は、電池集合体３の電極の配列に合わせて配列され、隣り合う収容部はヒンジ５５を介して互いに連結される。第２収容部４７ａ，４７ｂは、樹脂プレート２７の長手方向（図３の左右方向）の両端にそれぞれ配置され、第３収容部４９ａ，４９ｂは、樹脂プレート２７の長手方向の略中央部に互いに隣接して配置され、第１収容部４５は、第２収容部４７ａ，４７ｂと第３収容部４９ａ，４９ｂとの間を埋めるように複数配置される。なお、第３収容部４９ａ，４９ｂの位置は、基本的には樹脂プレートの両端以外であれば、この位置に限定されるものではない。

各収容部は、それぞれ樹脂プレート２７の底壁から枠状に立ち上がる略矩形の周壁５７に囲まれて形成される。周壁５７に囲まれる底壁５９には、それぞれ電極が挿通される電極通し孔６１が設けられる。各収容部に収容された各導体は、各収容部の周壁５７から突出する爪部６３に係止されることで収容部内に保持されるようになっている。

電線配索路５１は、溝底部６５と一対の側壁６７との間に形成され、樹脂プレート２７の長手方向に沿って形成される。電線配索路５１は、第１収容部４５と電線収容部５３を介して連結されるとともに、樹脂プレート２７と連結される保護カバー６９が開閉自在に被せられるようになっている。

一対の第３導体２３ａ，２３ｂは、それぞれ高圧ケーブル３７を介して図示しない接続具と接続されており、この接続具にはサービスプラグ７１が装脱可能に接続される。接続具には、サービスプラグ７１が装着されることで、一対の高圧ケーブル３７を介して一対の第３導体２３ａ，２３ｂ間が導通され、サービスプラグ７１が脱離されることで、一対の第３導体２３ａ，２３ｂ間が遮断されるようになっている。これにより、電池集合体３の保守、電池集合体３の負荷である電子機器を保守する際などに保守用のサービスプラグ７１を取り外すことで、電池集合体３のパワー回路を遮断して作業の安全を確保するようになっている。

電池集合体３の例えば電池５の重ね合わせ方向の一方の端部には、電池集合体３を制御するための電気ユニット７３が設けられる。この電気ユニット７３は、電源装置の出力などを制御する機器類などをケースに収容して構成される。第２導体２１ａと接続される高圧ケーブル３１ａは、樹脂プレート２７に支持されて、樹脂プレート２７の長手方向に沿って電線配索路５１と平行に配索された後、第２導体２１ｂと接続された高圧ケーブル３１ｂとともに、電気ユニット７３と接続されるようになっている。

次に、本実施形態のバスバモジュール構造体１の特徴的な構成について図面を参照して説明する。

図１に示すように、本実施形態のバスバモジュール構造体１は、樹脂プレート２７が２つに分割可能になっている。ここで、一方の樹脂プレート２７ａと他方の樹脂プレート２７ｂは、一組の収容部間、つまり、第１収容部４５と第３収容部４９ａ間に沿って分割され、それぞれ電線配索路５１の溝底部６５において互いに連結可能になっている。

図２に示すように、樹脂プレート２７ｂには、樹脂プレート２７ａと対向する面に凸状の溝底部６５（以下、凸部７５という。）が形成され、樹脂プレート２７ａには、樹脂プレート２７ｂと対向する面に凸部７５が係止可能な凹状の溝底部６５（以下、凹部７７という。）が形成される。

凸部７５には、凸部７５の突出方向に伸びる両側面にそれぞれ厚み方向（凸部７５の突出方向と直交する方向）に伸びる一対の溝部７９が形成され、凹部７７には、一対の溝部７９にそれぞれ嵌合可能な一対の突条部８１が形成される。また、樹脂プレート２７ｂには、凸部７５の突出方向に伸びる両側面と間隔をあけて突出する一対の第１突出部８３が形成され、樹脂プレート２７ａには、凸部７５と一対の第１突出部８３との間に嵌合される一対の第２突出部８５が形成される。これにより、凸部７５が凹部７７の厚み方向から挿入されたときに、凸部７５の溝部７９に凹部７７の突条部８１が嵌合されるとともに、凸部７５と一対の第１突出部８３との間に一対の第２突出部８５が嵌合され、２つの樹脂プレート２７ａ，２７ｂが互いに連結される。

図４に示すように、樹脂プレート２７は、全体的に絶縁カバー８７が開閉自在に被せられるようになっている。絶縁カバー８７は、樹脂プレート２７に形成される図示しないヒンジを介して樹脂プレート２７と連結され、各樹脂プレート２７ａ，２７ｂに設けられる。樹脂プレート２７ｂと連結される絶縁カバー８７ｂは、一対の第３導体２３ａ，２３ｂとそれぞれ接続される高圧ケーブル３７ａ，３７ｂと第２導体２１ｂと接続される高圧ケーブル３１ｂとを抜き出すためのＵ字状の切欠き８９と、第２導体２１ａと接続される高圧ケーブル３１ａを抜き出すための角型の切欠き９１が形成される。

図８に示すように、樹脂プレート２７ｂには、一対の第３収容部４９ａ，４９ｂの互いに対向する周壁５７の一部をそれぞれ高さ方向（図８の上方向）に延長して一対の延長壁９３が形成される。また、図９に示すように、絶縁カバー８７には、樹脂プレート２７ｂに被せたときに、一対の延長壁９３間に進入可能な１条のリブ９５が、樹脂プレート２７ｂと対向する面から突出して形成される。

これによれば、図１０に示すように、絶縁カバー８７を樹脂プレート２７ｂに被せたときに、一対の延長壁９３間にリブ９５が進入することによって、一対の第３収容部４９ａ，４９ｂは、対向する周壁５７間の一部が高さ方向に渡って完全に仕切られる。これにより、一対の第３収容部４９ａ，４９ｂに収容される第３導体２３ａ，２３ｂ同士を絶縁保護する領域を増やすことができるから、第３導体２３ａ，２３ｂ同士の短絡を防ぐことができる。

本実施形態によれば、樹脂プレート２７が２つに分割され、この分割された樹脂プレート２７ａ，２７ｂが連結可能に形成されるから、電源装置の仕様変更などによって電池集合体３の電池数が増減することがあっても、サイズ（第１収容部４５の数など）が異なる樹脂プレート２７ａをいくつか用意しておけば、電池数に応じて選択した所定のサイズの樹脂プレート２７ａを樹脂プレート２７ｂと連結させることにより、電池数の増減に対応することが可能になるから、設計変更などに迅速に対応できる。

なお、電池数の増減に対応させて新たな樹脂プレート２７ａを既存の樹脂プレート２７ｂと連結させた場合、一対の第３導体２３ａ，２３ｂの位置が連結後の樹脂プレート２７の長手方向の中央部からずれることになるが、要は、サービスプラグ７１によって電池集合体３のパワー回路を遮断できればよいため、第３導体２３ａ，２３ｂの位置が多少ずれたとしても、問題はない。

また、バスバモジュール構造体１は、全体として２部品で構成されるから、例えば、一対の第３導体２３だけを専用の樹脂プレートに保持してモジュールを構成するよりも、部品点数を少なくできる。

また、分割された２つの樹脂プレート２７ａ，２７ｂは、互いに連結することで、第１導体１５から第３導体２３までのすべての導体を保持するとともに、４本の高圧ケーブル３１ａ，３１ｂ，３７ａ，３７ｂのすべてを引き出すバスバモジュール構造体を形成することができる。したがって、各導体を各電極と接続する際には、連結されたバスバモジュール構造体１を電池集合体３に装着する作業を１回で済ませることができ、装着作業が完了した後は、各電極にナット１３を螺合するだけの作業で済むから、結果として、作業工数を削減することができ、かつ、各導体と各電極を接続する作業性を向上できる。

また、本実施形態によれば、樹脂プレート２７ａ，２７ｂを連結する凹部７７と凸部７５をそれぞれ電線配索路５１の溝底部６５の一部として形成しているから、バスバモジュール構造体１の大型化を防ぐことができ、かつ、バスバモジュール構造体１の設計自由度を高めることができる。

また、本実施形態によれば、サービスプラグ７１が装着される接続具を電池集合体３に固定せず、第３導体２３ａ，２３ｂと高圧ケーブル３７ａ，３７ｂを介して浮動状態にしているから、接続具を固定するための構造を別途設ける必要がなく、電池集合体３の構造を簡単化できる。なお、構造が複雑になるが、接続具を電池集合体に固定することもできる。

以上、本発明の実施形態を図面により詳述してきたが、上記実施形態は本発明の例示にしか過ぎないものであり、本発明は上記実施形態の構成にのみ限定されるものではない。本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計の変更等があっても、本発明に含まれることは勿論である。

例えば、本実施形態では、樹脂プレート２７を、第１収容部４５と第３収容部４９ａ間に沿って分割する例を説明したが、他の収容部間に沿って分割可能に形成することもできる。

また、本実施形態では、一対の第３収容部４９ａ，４９ｂの互いに対向する周壁５７を延長して一対の延長壁９３を形成し、この一対の延長壁９３間に絶縁カバー８７のリブ９５を進入させる例を説明したが、例えば、延長壁９３を形成する代わりに、リブ９５を長くして、対向する周壁５７間に進入させるようにしてもよい。

１ バスバモジュール構造体
３ 電池集合体
７ 正極柱
９ 負極柱
１５ 第１導体
２１ａ，２１ｂ 第２導体
２３ａ，２３ｂ 第３導体
２７ 樹脂プレート
３１，３７ 高圧ケーブル
４５ 第１収容部
４７ａ，４７ｂ 第２収容部
４９ａ，４９ｂ 第３収容部
５１ 電線配索路
５７ 周壁
６５ 溝底部
７１ サービスプラグ
７５ 凸部
７７ 凹部
８７ 絶縁カバー
９３ 延長壁
９５ リブ

Claims (4)

1. 複数の電池の正極と負極を交互に配置して隣り合う電池の正極と負極を導体で直列に接続する電池集合体の隣り合う一組の正極と負極間がサービスプラグを介して接離可能に構成されるバスバモジュール構造体において、
   前記電池集合体の隣り合う正極と負極間をそれぞれ接続する複数の第１導体と、前記電池集合体の総正極及び総負極にそれぞれ接続される２つの第２導体と、前記サービスプラグを介して互いに接続されるとともに、前記電池集合体の隣り合う一組の正極と負極にそれぞれ接続される２つの第３導体と、前記各導体がそれぞれ収容される収容部が前記電池集合体の複数の電極の配列に合わせて形成される樹脂プレートとを備え、
   前記樹脂プレートは、隣り合う一組の前記収容部間に沿って分割され、この分割された樹脂プレートが互いに連結可能に形成されることを特徴とするバスバモジュール構造体。
2. 前記樹脂プレートは、分割される一方と他方の樹脂プレートのうち、一方の樹脂プレートの他方の樹脂プレートと対向する面に凸部が形成され、他方の樹脂プレートの一方の樹脂プレートと対向する面に前記凸部が係止可能な凹部が形成されてなることを特徴とする請求項１に記載のバスバモジュール構造体。
3. 前記複数の第１導体とそれぞれ当接させて前記収容部に収容される複数の電圧検出用端子と、この各電圧検出用端子にそれぞれ接続される複数の電線とを備え、前記樹脂プレートは、前記複数の電線を収容する溝状の電線配索路が設けられてなり、
   前記凸部と凹部は、前記電線配索路の溝底部に形成されることを特徴とする請求項２に記載のバスバモジュール構造体。
4. 前記第３導体を収容する２つの隣り合う収容部は、それぞれ前記第３導体が当接する支持面から枠状に立ち上がる周壁に囲まれて形成され、前記樹脂プレートは、前記周壁の開口を開閉自在に被せる絶縁カバーを有し、
   前記絶縁カバーは、前記周壁に被せたときに、隣り合う前記収容部の前記周壁間の隙間に進入可能なリブが設けられてなることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載のバスバモジュール構造体。

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