JP2014175291A

JP2014175291A - 電源装置

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Publication number: JP2014175291A
Application number: JP2013050070A
Authority: JP
Inventors: Tomohiro Ikeda; 智洋池田; Hiroki Nagata; 大樹永田
Original assignee: Yazaki Corp
Current assignee: Yazaki Corp
Priority date: 2013-03-13
Filing date: 2013-03-13
Publication date: 2014-09-22
Anticipated expiration: 2033-03-13
Also published as: DE112014001246B4; US20150380699A1; DE112014001246T5; US9748540B2; WO2014142148A1; CN105074958A; JP6247448B2

Abstract

【課題】本発明の目的は、隣り合う電池同士がショートするのを抑制できる電源装置を提供することにある。
【解決手段】電源装置１は、正極２０及び負極２１が交互に逆向きに設けられた複数の電池２２と、複数の電池を直列に接続するように直線上に並ぶように配列された複数のバスバ３と、複数のバスバの少なくとも一方の面側に配置されるシート状の絶縁フィルム５と、を備え、複数の電池を固定する樹脂枠をさらに備え、絶縁フィルム、又は、樹脂枠２３には、隣接するバスバ側に隣り合う電池同士を絶縁するための絶縁部２９、２９Ａが設けられている。
【選択図】図３

Description

本発明は、電源装置に係り、特に、複数の電池を直列に接続する電源装置に関する。

例えば、電動モータを用いて走行する電気自動車や、エンジンと電動モータとを併用して走行するハイブリット自動車などには、前記電動モータの駆動源として上記電源装置が搭載されている。この電源装置には、複数の電池を直列に接続するためのバスバモジュールが設けられている（特許文献１参照）。

上述した従来のバスバモジュールは、図６に示すように、一端に正の電極、他端に負の電極を有する電池を交互に逆向きに重ね合わせて形成した電池集合体（図示しない）に取り付けられて、互いに重ね合わせた電池同士を直列に接続するものであり、複数の電池を直列に接続するように直線状に並ぶように２列に配列された複数のバスバ１０３と、各バスバ１０３に接続されて、各電池の電圧を検出する配線パターン部１０４と、これらの２列に配列された複数のバスバ１０３と配線パターン部１０４とを挟んで保持する絶縁性の上下フィルム１０５Ａ、１０５Ｂ（図７に示す）と、を備えて構成されている。図６は、従来のバスバモジュール１０１を示す平面図であり、図７は、図６に示された従来のバスバモジュールの分解斜視図である。

各バスバ１０３は、図７にも示すように、長方形の板状に形成されているとともに、隣り合う電池の電極を挿通させる２つの挿通孔１０３ａが形成された構成である。配線パターン部１０４は、上下フィルム１０５Ａ、１０５Ｂのうち一方のフィルム１０５Ａに、銅箔を所定のパターンに形成された構成である。上下フィルム１０５Ａ、１０５Ｂには、各バスバ１０３の２つの挿通孔１０３ａと重なる位置に、２つの重なり孔１０５ａが形成されている。

このようなバスバモジュール１０１は、透明の樹脂フィルムである上下フィルム１０５Ａ、１０５Ｂの間に、バスバ１０３と配線パターン部１０４とを挟み込んで状態で、真空プレス装置を動作させて一体化して組み立てられている。

このように組み立てられたバスバモジュール１０１は、電池集合体の上面に近付け、電池の電極にバスバ１０３の挿通孔１０３ａ、及び、上下フィルム１０５Ａ、１０５Ｂの重なり孔１０５ａを挿通して電池集合体の上面に重ね、この状態で、ナット（図示しない）を各電池の電極に螺合することにより、各バスバ１０３が、隣り合う電池の電極同士を電気接続して、電池集合体に組み付けられる。

特開２０１２−１９０６７８号公報

このような従来のバスバモジュール１０１を備えた電源装置において、例えば、隣接するバスバ１０３側に隣り合う電池の電極間を跨いで異物が侵入した場合には、隣り合う電池同士がショートしてしまう問題があった。また、上下フィルム１０５Ａ、１０５Ｂの間に、バスバ１０３と配線パターン部１０４とを挟み込んで状態で、真空プレス装置を動作させて一体化して組み立てていたから、真空プレス装置を購入して、この真空プレス装置を動作させるための費用と場所が必要となり、製造コストがかかるという問題があった。

本発明は、隣り合う電池同士がショートするのを抑制できる電源装置を提供することを目的とする。

請求項１に記載の本発明は、正極及び負極が交互に逆向きに設けられた複数の電池と、
前記複数の電池を直列に接続するように直線上に並ぶように配列された複数のバスバと、前記複数のバスバの少なくとも一方の面側に配置されるシート状の絶縁フィルムと、を備えた電源装置であって、前記複数の電池を固定する樹脂枠をさらに備え、絶縁フィルム、又は、樹脂枠には、隣り合う電池同士を絶縁するための絶縁部が設けられていることを特徴とする電源装置である。

請求項２に記載の本発明は、請求項１記載の本発明において、前記各電池には、円柱状の電極が設けられ、前記樹脂枠に設けられた前記絶縁部は、前記隣接するバスバ間に板状に立設して設けられ、かつ、その立設方向の先端が、前記電極の頂部よりも高い位置に位置しているとともに、その前記バスバの配列方向に直交する幅寸法が、前記電極の外径寸法よりも大きく形成されていることを特徴とする。

請求項３に記載の本発明は、請求項１記載の本発明において、前記各電池には、円柱状の電極が設けられ、前記絶縁フィルムに設けられた前記絶縁部は、前記絶縁フィルムの一部であり、連続された連続部同士が重ねられることで、前記隣接するバスバ間に板状に立設して設けられ、かつ、その立設方向の先端が、前記電極の頂部よりも高い位置に位置しているとともに、その前記バスバの配列方向に直交する幅寸法が、前記バスバの幅寸法よりも大きいことを特徴とする。

請求項４に記載の本発明は、請求項１乃至請求項３のうちいずれか一項記載の本発明において、前記絶縁フィルムは、伸縮性を有する合成樹脂から構成されていることを特徴とする。

請求項５に記載の本発明は、請求項１乃至請求項４のうちいずれか一項記載の本発明において、前記複数のバスバと前記絶縁フィルムとは、粘着層を介して固定されていることを特徴とする。

請求項１記載の本発明によれば、複数の電池を固定する樹脂枠をさらに備え、絶縁フィルム、又は、樹脂枠には、隣り合う電池同士を絶縁するための絶縁部が設けられているから、絶縁部が、隣接するバスバ側に隣り合う電池の電極間を跨ぐ異物の侵入を抑制することで、隣り合う電池同士がショートするのを抑制できる。

請求項２記載の本発明によれば、樹脂枠に設けられた絶縁部は、隣接するバスバ間に板状に立設して設けられ、かつ、その立設方向の先端が、電極の頂部よりも高い位置に位置しているとともに、そのバスバの配列方向に直交する幅寸法が、電極の外径寸法よりも大きく形成されているから、絶縁部が、隣接するバスバ側に隣り合う電池の電極間を跨ぐ異物の侵入を防止できる。

また、電源装置が組み立てられた状態で、絶縁フィルムがバスバよりも電池側に設けられバスバの表面が露出している場合には、樹脂枠に設けられた絶縁部は、バスバの配列方向に直交する幅寸法が、バスバの幅寸法より大きく形成されるのが好ましく、このように形成することで絶縁部は、隣接するバスバ間を跨ぐ異物の侵入を確実に防止できる。

請求項３記載の本発明によれば、絶縁フィルムに設けられた絶縁部は、絶縁フィルムの一部において、連続された連続部同士が重ねられることで、隣接するバスバ間に板状に立設して設けられているから、絶縁フィルムに設けられた絶縁部を、連続部同士を重ねることで新たな部材を設けることなく成形することができる。また、絶縁フィルムに設けられた絶縁部は、その立設方向の先端が、電極の頂部よりも高い位置に位置しているとともに、そのバスバの配列方向に直交する幅寸法が、バスバの幅寸法よりも大きいから、隣接する電極間、及び、バスバ間を跨ぐ異物の侵入を確実に防止して、隣り合う電池同士がショートするのを防止できる。

請求項４記載の本発明によれば、絶縁フィルムは、伸縮性を有する合成樹脂から構成されている。電池集合体を構成する複数の電池は、各電池の両側に設けられた樹脂枠で固定されているから、この樹脂枠の公差寸法範囲内の誤差により、隣り合う電池の電極の間隔にばらつきが生じる場合があるけれど、絶縁フィルムが、電極の間隔に追従して伸縮して、電極の間隔、即ち隣接したバスバ間の間隔が調整されて、絶縁フィルムに配置されたバスバを電極にスムーズに接続することができる。

請求項５記載の本発明によれば、複数のバスバと絶縁フィルムとは、粘着層を介して固定されているから、従来技術のように、真空プレス装置を用いずとも、複数のバスバと絶縁フィルムとを固定でき、これにより真空プレス装置を不要とすることができ、電源装置の製造コストを低減することができる。

本発明の一実施の形態にかかる電源装置を示す平面図である。図１に示された電源装置を構成するバスバモジュールの分解斜視図である。図１に示された電源装置を組み立てる様子を示す斜視図である。図１に示された電源装置の一部を拡大して示す斜視図である。図４に示された電源装置の変形例を示す斜視図である。従来のバスバモジュールを示す平面図である。図６に示されたバスバモジュールの分解斜視図である。

以下、本発明の一実施の形態にかかる電源装置を図１乃至図４を参照して説明する。

本発明の電源装置は、図１に示すように、電池集合体２と、この電池集合体２の上面に取り付けられる一対のバスバモジュール１０と、で構成されている。この電源装置１は、電動モータを用いて走行する電気自動車や、エンジンと電動モータとを併用して走行するハイブリッド自動車などに搭載され、前記電動モータに電力を供給するものである。

電池集合体２は、図２に示すように、正極２０及び負極２１が直線上に交互に逆向きになるように並べられた複数の電池２２と、互いに隣接した電池２２間に設けられて、これらの複数の電池２２を並べて固定する固定枠２３（樹脂枠）と、を有している。ここで、図１中の矢印Ｙは、複数の電池２２の並び方向、バスバ３（後述する）の配列方向、及び、バスバモジュール１０の長手方向を示し、矢印Ｘは、バスバモジュール１０の幅方向を示し、矢印Ｚは、各電池２２の高さ方向、即ち電源装置１の高さ方向を示している。

各電池２２は、図２に示すように、直方体箱型の筐体内に電解液が充填された電池本体２４と、この電池本体２４の上面における長手方向Ｘの両端部からそれぞれ突出した正極２０（請求項中の「電極」に相当）及び負極２１（請求項中の「電極」に相当）と、を有している。電池本体２４は、矢印Ｚ方向の上面２４ａ及び下面と、上面２４ａ及び下面の幅方向（矢印Ｙ方向）の両縁にそれぞれ連続する両側面と、上面２４ａ及び下面の長手方向（矢印Ｘ方向）の両縁にそれぞれ連続する両側面２４ｂと、から構成されている。この電池本体２４の上面２４ａは、この上面２４ａの長手方向（矢印Ｘ方向）の中央部に設けられた平坦部２４Ａと、この上面２４ａの長手方向の両端部に設けられ、この平坦部２４Ａよりも僅かに高い台部２４Ｂと、から構成されている。この台部２４Ｂの平坦部２４Ａ側に端部には、正極２０又は負極２１が設けられている。正極２０及び負極２１は、導電性の金属から構成され、それぞれ円柱状に形成されており、その外周面には、ナット２Ａと螺合するネジ溝が形成されている。

固定枠２３は、図２に示すように、隣接した電池２２間に各電池２２と交互に設けられ、互いに連結されて複数の電池２２を並べて固定する複数の枠部２３Ａから構成されている。各枠部２３Ａは、電池本体２４の矢印Ｙ方向側の側面に重ねられる板状の側板部２５と、この側板部２５の上下（矢印Ｚ方向）の両端部から電池２２の並び方向（矢印Ｙ方向）側に角柱状に張り出して形成されて、電池本体２４の側面２４ｂ上で連結される連結部２６と、を備えている。各枠部２３Ａの上面は、図３、図４に示すように、側板部２５の上面における矢印Ｘ方向の中央部に設けられた基部２７と、側板部２５の上面における長手方向の両端部、及び、連結部２６に設けられて基部２７よりも僅かに高い段部２８と、から構成されている。

基部２７は、図４に示すように、電池本体２４の平坦部２４Ａよりも僅かに高くなるように形成されている。この基部２７には、その矢印Ｘ方向の両端部に、電極２０、２１に接続された隣接するバスバ３同士を絶縁するための絶縁部２９が設けられている。

絶縁部２９は、図４に示すように、基部２７から長方形板状に立設して形成されている。この絶縁部２９は、その長手方向が矢印Ｘ方向に沿い、その幅方向が矢印Ｚ方向に沿い、その板厚方向が矢印Ｙ方向に沿って形成され、図４では、互いに異なる電極２０、２１間における、電池２２の負極２１の矢印Ｙ方向の一方側（図４における矢印Ｙ方向の手前側）でかつ電池２２の正極２０の他方側に設けられている。絶縁部２９は、その上端（立設方向の先端）が電極２０、２１の頂部よりも高くなるように形成されているとともに、その長手寸法（矢印Ｘ方向）が、電極２０、２１に螺合されたナット２Ａの外径よりも大きくなるように形成されて、絶縁部２９の長手方向の両端部が、電極２０、２１に螺合されたナット２Ａの矢印Ｘ方向の両端部の外側に位置している。より好ましくは、絶縁部２９は、その上端が電極２０、２１の頂部よりも高くなるように形成されているとともに、その長手寸法が、電極２０、２１に接続されたバスバ３の幅寸法（矢印Ｘ方向）よりも大きくなるように形成されて、絶縁部２９の長手方向の両端部が、電極２０、２１に接続されたバスバ３の矢印Ｘ方向の両端部の外側に位置しているのがよい。

各バスバモジュール１０は、電池集合体２の上面に取り付けられて前述した複数の電池２２を直列接続するものであり、図１に示すように、互いに隣り合う電池２２の正極２０と負極２１とを接続することで複数の電池２２を直列に接続する複数のバスバ３と、複数のバスバ３の各々に電気的に接続される接続体（図示しない）と、複数のバスバ３の一方の面を配置させるシート状の絶縁フィルム５と、を備えている。接続体は、複数の電線から成り、各電線は、一端がバスバ３に接続され、他端が電圧検出部（図示しない）に接続されて、各電池２２の電圧を検出するために設けられている。

複数のバスバ３は、それぞれ、金属板にプレス加工等が施されて得られるものであり、図２、図３にも示すように、板状の金属板に、互いに隣り合う電池２２の正極２０及び負極２１を挿通する一対の電極挿通孔３ａが形成された構成である。各バスバ３は、一対の電極挿通孔３ａに挿通された正極２０及び負極２１にナット２Ａ（図２などに示す）が螺合されることで、このバスバ３は、これら正極２０及び負極２１に固定され、これら正極２０及び負極２１に電気的に接続される。

絶縁フィルム５は、絶縁性及び伸縮性を有する合成樹脂から構成され、長方形のシート状に形成されている。この絶縁フィルム５は、その長手寸法（矢印Ｙ方向）が電池集合体２の上面における長手寸法と略等しくなるように形成され、その幅寸法（矢印Ｘ方向）が、電池２２の台部２４Ｂの矢印Ｘ方向の寸法よりも大きくなるように形成され、全ての電池２２の台部２４Ｂ全域を覆うことが可能な大きさに形成されている。この絶縁フィルム５には、複数のバスバ３の各一対の電極挿通孔３ａの各々に重ねられて、各電池２２の各電極２０、２１が挿通される各一対の電極挿通孔５ａと、固定枠２３に設けられた絶縁部２９が挿通される絶縁挿通孔５ｂと、が形成されている。

さらに、この絶縁フィルム５は、粘着性（図示しない粘着層）を有して構成され、この粘着層により、各バスバ３が絶縁フィルム５の所定の位置に固定される。

次に、バスバモジュール１０の組み立て手順を説明する。バスバ３、及び、絶縁フィルム５をそれぞれ製造しておき、絶縁フィルム５の一方の面において、絶縁フィルム５の各一対の電極挿通孔５ａに、バスバ３の各一対の電極挿通孔３ａ近づけ、これらの孔３ａ、５ａを重ね合わせ、バスバ３を絶縁フィルム５の表面上に載置する。絶縁フィルム５は、粘着性（粘着層）を有して構成されているから、この粘着層により、各バスバ３が絶縁フィルム５の所定の位置に固定される。この後、複数のバスバ３の各々に接続体を電気的に接続する。こうしてバスバモジュール１０を組み立てる。

続いて、電源装置１の組み立て手順を、図３、図４を参照して説明する。図３に示すように、前述した手順で組み立てられたバスバモジュール１０はバスバ３が絶縁フィルム５よりも上方に位置する格好で、バスバモジュール１０の長手方向（矢印Ｙ方向）の一端部を、電池集合体２の上面の長手方向の一端部に近づけ、図４に示すように、バスバモジュール１０の一端部の挿通孔３ａ、５ａを、電池集合体２の一端部の電極２０に挿通し、バスバモジュール１０の他端側の絶縁挿通孔５ｂを、電池集合体２の一端部の電極２０の他端側の絶縁部２９に挿通して、バスバモジュール１０を電池集合体２の上面に重ねる。この際、固定枠２３が合成樹脂から構成されているので、隣り合う電池２２の電極２０、２１の間隔にばらつきが生じても、絶縁フィルム５が、電極２０、２１の間隔に追従して伸縮するから、バスバモジュール１０を電池集合体２の上面に重ねることができる。この状態で、電極２０、２１にナット２Ａを螺合して、バスバモジュール１０を電池集合体２に固定して、電源装置１を組み立てる。

このような電源装置１は、固定枠２３に設けられた絶縁部２９が、隣接するバスバ３間に板状に立設して設けられ、かつ、その立設方向（矢印Ｚ方向）の先端が、電極２０、２１の頂部よりも高い位置に位置しているとともに、そのバスバ３の配列方向に直交する幅寸法が、電極２０、２１の外径寸法よりも大きく形成されているから、絶縁部２９が、隣接するバスバ３側に隣り合う電池２２の電極２０、２１間を跨ぐ異物の侵入を防止できる。

また、上述した電源装置１のように、絶縁フィルム５がバスバ３よりも電池２２側に設けられバスバ３の表面が露出している場合には、固定枠２３（樹脂枠）に設けられた絶縁部２９は、そのバスバ３の配列方向に直交する幅寸法が、バスバ３の幅寸法より大きく形成されるのが好ましく、このように形成することで絶縁部２９は、隣接するバスバ３間を跨ぐ異物の侵入を確実に防止して、隣り合う電池２２同士がショートするのを防止できる。

なお、上述した実施形態では、固定枠２３に絶縁部２９が形成されていたが、本発明はこれに限ったものではなく、固定枠２３に形成された絶縁部２９の代わりに、絶縁フィルム５に絶縁部２９Ａを形成してもよい。この場合には、絶縁部２９Ａは、図５に示すように、絶縁フィルム５の一部において連続された連続部同士を重ねて貼り合わせることで隣接するバスバ３間に板状に立設して設けられてもよい。絶縁部２９Ａは、その頂部が、電極２０、２１の頂部よりも高い位置に位置しているとともに、その矢印Ｘ方向の幅寸法が、バスバ３の幅寸法（矢印Ｘ方向）よりも大きく形成され、絶縁部２９Ａの幅方向の両端部が、電極２０、２１に接続されたバスバ３の矢印Ｘ方向の両端部の外側に位置しているのがよい。

また、上述した実施形態では、バスバ３が絶縁フィルム５よりも上方に位置する格好で電池集合体２に取り付けられていたが、本発明はこれに限ったものではなく、絶縁フィルム５がバスバ３よりも上方に位置する格好で電池集合体２に取り付けられていてもよい。また、上述した実施形態では、絶縁フィルム５は１枚設けられ、この１枚の絶縁フィルム５に複数のバスバ３が固定されていたが、本発明はこれに限ったものではなく、絶縁フィルム５が２枚設けられ、２枚の絶縁フィルム５間に複数のバスバ３を挟んで固定してもよい。このように、バスバ３の表面が絶縁フィルム５によって覆われていることにより、隣接するバスバ３間を跨ぐ異物が侵入しても、絶縁フィルム５がバスバ３の表面を覆っていることでバスバ３の表面に直接異物が接触しないから、隣接するバスバ３がショートすることがない。従って、バスバ３の表面が絶縁フィルム５によって覆われている場合には、絶縁部２９、２９Ａの矢印Ｘ方向の寸法を、バスバ３の幅寸法よりも小さく形成してもよい。

また、上述した実施形態では、絶縁フィルム５には絶縁挿通孔５ｂが形成され、この絶縁挿通孔５ｂに絶縁部２９を挿通して、バスバモジュール１０を電池集合体２の上面に重ねていたが、絶縁挿通孔５ｂは形成せずともよい。その場合には、絶縁部２９の外面に電池集合体２の長手方向（矢印Ｙ方向）に沿って絶縁フィルム５を重ねることで、バスバモジュール１０を電池集合体２の上面に設置してもよい。

また、上述した実施形態では、絶縁フィルム５は、粘着性（粘着層）を有する合成樹脂から構成されていたが、本発明はこれに限ったものではなく、絶縁フィルムは、粘着性を有する合成樹脂から構成されていなくてもよい。その場合には、絶縁フィルムの一方の面、又は、両面に粘着層を形成すればよい。

また、上述した実施形態は本発明の代表的な形態を示したに過ぎず、本発明は、実施形態に限定されるものではない。即ち、本発明の骨子を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。

１電源装置
３バスバ
５絶縁フィルム
２０正極（電極）
２１負極（電極）
２２電池
２３固定枠（樹脂枠）

Claims

正極及び負極が交互に逆向きに設けられた複数の電池と、
前記複数の電池を直列に接続するように直線上に並ぶように配列された複数のバスバと、
前記複数のバスバの少なくとも一方の面側に配置されるシート状の絶縁フィルムと、を備えた電源装置であって、
前記複数の電池を固定する樹脂枠をさらに備え、
絶縁フィルム、又は、樹脂枠には、隣り合う電池同士を絶縁するための絶縁部が設けられていることを特徴とする電源装置。
前記各電池には、円柱状の電極が設けられ、
前記樹脂枠に設けられた前記絶縁部は、前記隣接するバスバ間に板状に立設して設けられ、かつ、その立設方向の先端が、前記電極の頂部よりも高い位置に位置しているとともに、その前記バスバの配列方向に直交する幅寸法が、前記電極の外径寸法よりも大きく形成されていることを特徴とする請求項１記載の電源装置。
前記各電池には、円柱状の電極が設けられ、
前記絶縁フィルムに設けられた前記絶縁部は、
前記絶縁フィルムの一部であり、連続された連続部同士が重ねられることで、前記隣接するバスバ間に板状に立設して設けられ、かつ、その立設方向の先端が、前記電極の頂部よりも高い位置に位置しているとともに、その前記バスバの配列方向に直交する幅寸法が、前記バスバの幅寸法よりも大きいことを特徴とする請求項１記載の電源装置。
前記絶縁フィルムは、伸縮性を有する合成樹脂から構成されていることを特徴とする請求項１乃至請求項３のうちいずれか一項記載の電源装置。
前記複数のバスバと前記絶縁フィルムとは、粘着層を介して固定されていることを特徴とする請求項１乃至請求項４のうちいずれか一項記載の電源装置。