JP2015138601A - 検知ユニット及び蓄電モジュール - Google Patents

Abstract

【課題】蓄電素子の数の変更を容易に行うことが可能な検知ユニット及び蓄電モジュールを提供する。【解決手段】検知ユニット２０における複数のバスバー３８は、蓄電素子群１１のうち蓄電素子１２の並び方向における両端の蓄電素子１２を除いた両極検知蓄電素子１２Ａについては両極の電極端子１３Ａ，１３Ｂに電気的に接続するように設けられ、両極検知蓄電素子１２Ａに対して蓄電素子１２の並び方向における一方側に配されるバスバー３８は、正極の電極端子１３Ａに電気的に接続するように設けられるとともに、両極検知蓄電素子１２Ａに対して蓄電素子１２の並び方向における一方側とは反対側に配されるバスバー３８は、負極の電極端子１３Ｂに電気的に接続するように設けられる。【選択図】図１

Description

本発明は、検知ユニット及び蓄電モジュールに関する。

電気自動車やハイブリッド車等の車両に搭載される電池モジュールは、正極及び負極の電極端子を有する単電池が複数個並んで配列されており、隣り合う単電池の電極端子間が金属製の接続部材で接続されることにより複数の単電池が直列接続されている。

下記特許文献１では、複数の接続ユニットを連結して構成された電池接続アセンブリが記載されている。この電池接続アセンブリは、各接続ユニットに金属材料から形成された接続部材が収容されており、電池接続アセンブリが単電池群に装着されると、隣り合う単電池の電極端子間が接続部材で接続され、複数の単電池が直列接続される。また、この電池接続アセンブリには、単電池の電圧を検知するために、電圧検知線に接続された電圧検知端子が固定されている。この電圧検知端子は、一方の電極端子側の接続部材に重ねて取付けられるとともに、直列接続の端部の位置する電極端子に取付けられる。

特開２０１１−１２４１７６号公報

ところで、電池モジュールにおける単電池の数は、搭載される車両によって変更される場合がある。この場合、特許文献１の電圧検知線のように電圧検知端子が電線で接続されていれば、電線端末のコネクタ等を用いて比較的容易に、単電池の数に応じて電圧検知端子の位置を変更することができる。これに対して、低コスト化等の観点から電線に代えてバスバーを用いた場合には、一般にバスバーは基板にハンダ付け等で接続されるため、再度接続し直すことが容易ではなく、またバスバーは各部品で配索経路が固定されるため、電線接続の場合のように蓄電素子の数に応じた電圧検知回路の配索変更、電圧検知端子の位置変更ができないため、蓄電素子の数の変更を容易に行うことができないという問題がある。

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、蓄電素子の数の変更を容易に行うことが可能な検知ユニット及び蓄電モジュールを提供することを目的とする。

本発明の検知ユニットは、正極および負極の電極端子を有する複数の蓄電素子が直列接続される蓄電素子群に取り付けられて前記蓄電素子の状態を検知する検知ユニットであって、導電路を有する基板と、前記蓄電素子の状態を検知するために前記基板の導電路と前記電極端子とを接続する複数のバスバーと、を備え、前記複数のバスバーは、前記蓄電素子群のうち前記蓄電素子の並び方向における両端の蓄電素子を除いた一の蓄電素子については両極の前記電極端子に電気的に接続するように設けられ、前記一の蓄電素子に対して前記蓄電素子の並び方向における一方側に配される前記バスバーは、前記正極の電極端子に電気的に接続するように設けられるとともに、前記一の蓄電素子に対して前記蓄電素子の並び方向における前記一方側とは反対側に配される前記バスバーは、前記負極の電極端子に電気的に接続するように設けられる。

蓄電素子の状態を検知するために、低コスト化等の観点から基板の導電路と電極端子とをバスバーで接続する構成では、蓄電素子群を構成する蓄電素子の数を変更する場合に、基板の導電路と電極端子とを電線で接続する場合と比較してバスバーの付け替えの作業が煩雑になるという問題がある。
本構成によれば、蓄電素子の並び方向における端部側から蓄電素子を増減する場合には、増減の前後に共通する蓄電素子についてはバスバーが接続する電極端子を変えることなく、各蓄電素子の状態を検知することができる。これにより、バスバーの付け替えを行わなくても各蓄電素子の状態を検知することができるため、蓄電素子の数の変更を容易に行うことが可能となる。

本発明の実施態様としては以下の構成を備えることが好ましい。
・前記基板は、前記蓄電素子の並び方向における中間部側に装着されており、前記一の蓄電素子は、前記蓄電素子群のうち、前記蓄電素子の並び方向における中間部側に配されている。
このようにすれば、蓄電素子の並び方向における両端側から蓄電素子を増減することができる。

・前記基板にはスルーホールが形成されており、前記バスバーは、前記スルーホールに挿通されてハンダ付けされている。
このようにすれば、バスバーをスルーホールにハンダする構成であるためにバスバーの付け替えに手間がかかる場合に上記発明を適用してバスバーの付け替え作業の手間を少なくすることができる。

・隣り合う前記蓄電素子の前記電極端子間を接続する接続部材と、前記接続部材を収容する樹脂プロテクタと、を備え、前記バスバーには、前記接続部材に重ねられる検知端子が形成されている。
このようにすれば、電極端子とバスバーとの電気的接続を容易に行うことができる。

・前記検知ユニットと、前記検知ユニットが装着される前記蓄電素子群と、を備えた蓄電モジュールとする。

本発明によれば、蓄電素子の数の変更を容易に行うことが可能となる。

実施形態１の蓄電モジュールを示す平面図 蓄電素子群を示す斜視図 検知ユニットを示す平面図 蓄電素子の数を減らした蓄電モジュールを示す平面図 蓄電素子の数を減らした蓄電素子群に装着される検知ユニットを示す平面図 蓄電モジュールの電気的接続を示す図 比較例として異なる位置に検知端子が配置された場合の電気的接続を示す図

実施形態１を図１ないし図７を参照して説明する。本実施形態に係る蓄電モジュール１０は、例えば、電気自動車やハイブリッド自動車等の車両の駆動源として使用される。以下では、左右方向については、図１の方向を基準とし、前後方向については、図１の下方を前方、上方を後方とし、上下方向については、図１の紙面手前方向を上方、紙面奥方を下方として説明する。

（蓄電モジュール１０）
蓄電モジュール１０は、図１に示すように、正極および負極の電極端子１３Ａ，１３Ｂ（正極を１３Ａ，負極を１３Ｂとして図示）を有する複数（図１では１２個）の蓄電素子１２からなる蓄電素子群１１と、蓄電素子群１１に取り付けられて蓄電素子１２の状態を検知する検知ユニット２０とを備えている。

（蓄電素子群１１）
蓄電素子群１１は、複数の蓄電素子１２が一列に並んで配置されている。各蓄電素子１２、内部に図示しない蓄電要素を収容してなる単電池であり、扁平な直方体形状をなしている。蓄電素子１２の上面には、内部の蓄電要素と電気的に接続された電極端子１３Ａ，１３Ｂが備えられている。

電極端子１３Ａ，１３Ｂは、図２に示すように、側面視略Ｚ字型に構成された基部１４と、基部１４の上面から上方に向かって丸棒状に突出する電極ポスト１５とが一体的に形成されている。基部１４は、ネジ１６でその下の電池本体に固定されている。
複数個の蓄電素子１２は、隣り合う蓄電素子１２の向きが１８０度反対となるように配置されることで、異極の電極端子１３Ａ，１３Ｂが隣り合うように並べられている。

蓄電素子１２は、両極の電極端子１３Ａ，１３Ｂの電圧が検知される１個の両極検知蓄電素子１２Ａ（「一の蓄電素子」の一例）と、一方の電極端子１３Ａ（１３Ｂ）の電圧を検知する複数個の片極検知蓄電素子１２Ｂとを有する。両極検知蓄電素子１２Ａは、左から６個目の蓄電素子１２とされ、両極の電極端子１３Ａ，１３Ｂに後述するバスバー３８の検知端子３９が電気的に接続される。片極検知蓄電素子１２Ｂは、両極検知蓄電素子１２Ａ以外の蓄電素子１２とされ、一方の電極端子１３Ａ（１３Ｂ）にバスバー３８の検知端子３９が電気的に接続される。

隣り合う蓄電素子１２間、及び、蓄電素子群１１の端部には、合成樹脂製のセパレータ１８，１９が各蓄電素子１２を挟むように設けられている。蓄電素子１２の上面における前後方向の中間部には、蓄電素子１２の内部で発生したガスを外部に排出するダクト１７が設けられている。

（検知ユニット２０）
検知ユニット２０は、図３に示すように、複数の蓄電素子１２の隣り合う電極端子１３Ａ，１３Ｂ間を接続する複数の接続部材２１と、複数の接続部材２１を収容する一対の樹脂プロテクタ２３と、導電路が形成された基板３５を有するユニット本体３１と、蓄電素子１２の状態を検知するために基板３５の導電路と電極端子１３Ａ，１３Ｂとを接続する複数のバスバー３８と、を備えている。

（接続部材２１）
接続部材２１は、銅、銅合金、ステンレス鋼（ＳＵＳ）、アルミニウム等からなる金属製の板材を所定の形状にプレス加工することにより形成され、全体として略長方形状をなしている。接続部材２１の表面には、スズ、ニッケル等の金属がメッキされている。接続部材２１には、電極端子１３Ａ，１３Ｂの電極ポスト１５が挿通される円形状の一対の端子挿通孔２２が貫通形成されている。端子挿通孔２２の径は、電極ポスト１５の外径よりもわずかに大きく設定されている。

（樹脂プロテクタ２３）
樹脂プロテクタ２３は、絶縁性の樹脂材料からなり、電極端子１３Ａ，１３Ｂの位置に応じてユニット本体３１の前後に一対設けられている。この樹脂プロテクタ２３は、複数の連結ユニット２５から構成されており、隣り合う連結ユニット２５間を接続部材２１によって連結している。各連結ユニット２５には、隣り合う接続部材２１の間、及び、接続部材２１を外部と絶縁するための隔壁２７が立設されている。

（ユニット本体３１）
ユニット本体３１は、蓄電素子群１１の上面における中央部に配されるものであり、略直方体状のケース３２の内部に、マイクロコンピュータ、素子等の電子部品が実装された基板３５を収容しており、蓄電素子１２の電圧・電流・温度等を検出して、各蓄電素子１２の監視制御等を行う。

ケース３２は、図１，３に示すように、基板３５が載置される略矩形の板状の下側ケース３２Ａ（図１では上側ケース３２Ｂを外して基板３５を露出させた状態の蓄電モジュール１０を図示）と、下側ケース３２Ａを覆う略矩形の上側ケース３２Ｂとからなる。
下側ケース３２Ａには、ダクト１７のボルト１７Ａが挿通される取付穴３３Ａが形成された取付部３３が張り出しており、ボルト１７Ａにナット３４を螺合させてユニット本体３１を蓄電素子群１１に固定する。

（基板３５）
基板３５は、プリント配線技術により図示しない導電路が形成されており、基板３５の縁部側には、導電路に連なるスルーホール３６が貫通している。また、基板３５の縁部には、基板３５を下側ケース３２Ａにネジ留めして固定するための複数の固定孔３７が形成されている。

（バスバー３８）
バスバー３８は、基板３５から電圧の検知を行う電極端子１３Ａ，１３Ｂ側に延びており、銅、銅合金、ステンレス鋼、アルミニウム等の金属板材を所定の形状にプレス加工してなる。バスバー３８の表面は、スズ、ニッケル等の金属によってメッキされている。

バスバー３８は、基板３５のスルーホール３６と電極端子１３Ａ，１３Ｂとの間の経路に応じた長さ及び形状をなしており、一端側に接続部材２１に重ねられる板状の検知端子３９が形成され、他端側に、スルーホール３６に挿通されてハンダ付けされる棒状の挿通部４２が形成されている。

検知端子３９は、接続部材２１の略半分を覆う大きさで形成され、電極ポスト１５が挿通される端子挿通孔４０が接続部材２１の端子挿通孔２２に連なるように形成されている。端子挿通孔４０の径は接続部材２１の端子挿通孔２２よりもわずかに大きく設定されている。端子挿通孔２２，４０に電極ポスト１５を挿通し、締結部材としてのナット４３を螺合させることにより接続部材２１及び検知端子３９がナット４３と基部１４との間に挟まれて固定される。
検知端子３９には、隔壁２７の内面に係止して検知端子３９の位置を保持する係止片４１が延設されている。挿通部４２は、スルーホール３６に挿通可能な太さで形成されており、スルーホール３６に例えばフロー半田付けにより接続される。

（蓄電モジュール１０の組付方法）
蓄電モジュール１０の組付方法について説明する。
複数のバスバー３８の各挿通部４２をスルーホール３６に半田付けして基板３５と各バスバー３８を接続するとともに、基板３５に図示しない電子部品を半田付けする。また、所定の個数の連結ユニット２５からなる樹脂プロテクタ２３に各接続部材２１を装着して複数の連結ユニット２５を連結状態とし、バスバー３８の各検知端子３９を各連結ユニット２５に収容する。そして、基板３５を下側ケース３２Ａに載置してネジ留めして固定し、上側ケース３２Ｂを被せて検知ユニット２０を形成する。
そして、検知ユニット２０を１２個の蓄電素子１２を一列に並べた蓄電素子群１１の上に載置し、検知ユニット２０の取付部３３をナット３４でダクト１７のボルト１７Ａに締結して固定するとともに、電極ポスト１５にナット４３を螺合させることにより各接続部材２１及び各検知端子３９が各蓄電素子１２に固定されて蓄電モジュール１０が形成される。
これにより、接続部材２１で接続されて同電位とされた電極端子１３Ａ，１３Ｂの電圧、及び、接続部材２１で接続されない直列接続の端部の電極端子１３Ａ，１３Ｂの電圧がバスバー３８を介して基板３５に与えられることで（即ち、電極端子の数÷２＋１箇所の電圧が基板３５に出力される）、各蓄電素子１２の電圧を検知することができる（図６参照）。

（蓄電素子１２の数を変更する場合）
蓄電素子１２の数を変更する場合について説明する。
車両によっては、蓄電素子１２の数を変える場合がある。例えば、上記した１２個の蓄電素子１２からなる蓄電素子群１１から４個の蓄電素子１２を減らして８個の蓄電素子１２からなる蓄電素子群５５とする場合がある。
この場合は、まずナット３４，４３を外して検知ユニット２０を蓄電素子群１１から取り外すとともに、上ケース３２を外して基板３５を露出させ、基板３５の４隅側に位置する４個のバスバー３８について、スルーホール３６の半田を溶かして基板３５から取り外す。また、樹脂プロテクタ２３を蓄電素子１２の数に応じた数の連結ユニット２５を連結して構成した樹脂プロテクタ５２に変更して各接続部材２１及び各検知端子３９を樹脂プロテクタ５２に収容する。これにより、検知ユニット５１が形成される（図５）。

そして、この検知ユニット２０を８個の蓄電素子１２からなる蓄電素子群５５に装着してナット３４，４３を螺合させて締結すると蓄電モジュール５０が形成される（図４）。この蓄電モジュール５０は、図６（図６では減らした蓄電素子１２を二点鎖線で示し、直列接続の方向を一点鎖線で示す）に模式的に示すように、各接続部材２１で接続されて同電位とされた電極端子１３Ａ，１３Ｂの電圧、及び、直列接続の端部の電極端子１３Ａ，１３Ｂ（外部の電線Ｗに接続される電極端子）の電圧を検知端子３９を介して検知できるため、必要な箇所の電圧を全て検知することができる。

これに対して、図７に示すように、１２個の蓄電素子１２からなる蓄電素子群１１について、各接続部材２１で接続されて同電位とされた電極端子１３Ａ，１３Ｂの電圧検知、及び、接続部材２１で接続されない直列接続の端部の電極端子１３Ａ，１３Ｂの電圧検知を行うために、上記実施形態とは異なり、例えば図７（蓄電素子１２が１２個である場合）の右側から全ての正極の各電極端子１３Ａに検知端子３９を装着していくと、左端部の二点鎖線の蓄電素子１２については、負極の電極端子１３Ｂについても、この位置の電圧を検知する必要があるため検知端子３９が装着される。

この場合、１２個の蓄電素子１２を蓄電素子１２を並び方向の両端から２個ずつ減らして８個の蓄電素子１２からなる蓄電素子群５５とした場合には、直列接続の一方の端部に位置する電極端子１３Ｂにバスバー３８の検知端子３９が接続されていないため、この位置の電圧を検知するために、バスバー３８の配置の変更や追加等をして、左端部（直列接続の一方の端部）に検知端子３９を装着する必要があるという問題がある。これに対して、本実施形態によれば、図６に示すように、蓄電素子１２の並び方向の両端から２個ずつ減らして８個の蓄電素子１２からなる蓄電素子群５５とした場合であっても、直列接続の両端部の電極端子１３Ａ，１３Ｂのそれぞれにバスバー３８の検知端子３９が接続されているため、バスバー３８の配置の変更や追加等をしなくても、各接続部材２１で接続されて同電位とされた電極端子１３Ａ，１３Ｂの電圧、及び、直列接続の端部における電極端子１３Ａ，１３Ｂの電圧が検知される。

（本実施形態の作用、効果）
検知ユニット２０は、正極および負極の電極端子１３Ａ，１３Ｂを有する複数の蓄電素子１２が直列接続される蓄電素子群１１に取り付けられて蓄電素子１２の状態を検知するものであって、導電路を有する基板３５と、蓄電素子１２の状態を検知するために基板３５の導電路と電極端子１３Ａ，１３Ｂとを接続する複数のバスバー３８と、を備え、複数のバスバー３８は、蓄電素子群１１のうち蓄電素子１２の並び方向における両端の蓄電素子１２を除いた両極検知蓄電素子１２Ａ（一の蓄電素子１２）については両極の電極端子１３Ａ，１３Ｂに電気的に接続するように設けられ、両極検知蓄電素子１２Ａに対して蓄電素子１２の並び方向における一方側に配されるバスバー３８は、正極の電極端子１３Ａに電気的に接続するように設けられるとともに、両極検知蓄電素子１２Ａに対して蓄電素子１２の並び方向における一方側とは反対側に配されるバスバー３８は、負極の電極端子１３Ｂに電気的に接続するように設けられる。

蓄電素子１２の状態を検知するために、低コスト化等の観点から基板３５の導電路と電極端子１３Ａ，１３Ｂとを金属板材等からなるバスバーで接続する構成では、蓄電素子群１１を構成する蓄電素子１２の数を変更する場合に、基板３５の導電路と電極端子１３Ａ，１３Ｂとを電線で接続する場合と比較してバスバーの付け替えの作業が煩雑になるという問題がある。
本実施形態によれば、蓄電素子１２の並び方向における端部側から蓄電素子１２を増減する場合には、増減の前後に共通する蓄電素子１２についてはバスバー３８が接続する電極端子１３Ａ，１３Ｂを変えることなく、各蓄電素子１２の状態（電圧）を検知することができる。これにより、バスバー３８の付け替えを行わなくても各蓄電素子１２の状態を検知することができるため、蓄電素子１２の数の変更を容易に行うことが可能となる。

また、基板３５は、蓄電素子１２の並び方向における中間部側に装着されており、両極検知蓄電素子１２Ａは、蓄電素子群１１のうち、前記蓄電素子１２の並び方向における中間部側に配されている。
このようにすれば、蓄電素子１２の並び方向における両端側から蓄電素子１２を増減することができる。

さらに、基板３５にはスルーホール３６が形成されており、バスバーは、スルーホール３６に挿通されてハンダ付けされている。
このようにすれば、バスバー３８をスルーホール３６にハンダするためにバスバー３８の付け替えに手間がかかる構成である場合に上記発明を適用してバスバー３８の付け替え作業の手間を少なくすることができる。

また、隣り合う蓄電素子１２の電極端子１３Ａ，１３Ｂ間を接続する接続部材２１と、接続部材２１を収容する樹脂プロテクタ２３と、を備え、バスバー３８には、接続部材２１に重ねられる検知端子３９が形成されている。
このようにすれば、電極端子１３Ａ，１３Ｂとバスバー３８との電気的接続を容易に行うことができる。

＜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、蓄電素子１２の数を減らす場合について説明したが、蓄電素子１２の数を増やすようにしてもよい。このようにしても、元のバスバー３８の検知端子３９の位置を変えずに、新たに検知端子３９を追加するだけで、蓄電素子１２の数に応じた検知ユニット２０を形成することができる。
（２）上記実施形態では、検知ユニット２０は、接続部材２１と樹脂プロテクタ２３を備えていたが、接続部材や樹脂プロテクタを備えずに検知ユニットを構成してもよい。
（３）上記実施形態では、両極検知蓄電素子１２Ａは蓄電素子群１１の中間部に配されていたが、少なくとも蓄電素子１２の並び方向の両端部を除いた蓄電素子であれば両極検知蓄電素子は中間部に限られず、他の蓄電素子でもよい。
（４）蓄電素子１２の数は、上記実施形態の数に限られず、蓄電素子１２を減らす前の蓄電素子１２の数が少なくとも３個以上であればよい。また、バスバー３８の数も蓄電素子１２の数に応じて適宜変更することができる。
（５）バスバー３８には、検知端子３９が備えられていたが、バスバーが検知端子を備えない構成としてもよい。例えば、バスバーを接続部材２１に半田付けすることにより、バスバーと電極端子１３Ａ，１３Ｂとを電気的に接続するようにしてもよい。
（６）バスバー３８は、電圧を検知するものであったが、電圧以外の蓄電素子１２の状態を検知するものとしてもよい。例えば、バスバーからの電流で蓄電素子１２の状態を検知するものでもよい。
（７）上記実施形態では、蓄電素子１２は電池であるとしたが、これに限られない。例えばコンデンサ等の蓄電素子であってもよい。

１０,５０： 蓄電モジュール
１１，５５： 蓄電素子群
１２： 蓄電素子
１２Ａ： 両極検知蓄電素子（一の蓄電素子）
１３Ａ： 正極の電極端子
１３Ｂ： 負極の電極端子
２０，５１： 検知ユニット
２１： 接続部材
２３，５２： 樹脂プロテクタ
３５： 基板
３６： スルーホール
３８： バスバー
３９： 検知端子
４２： 挿通部

Claims (5)

1. 正極および負極の電極端子を有する複数の蓄電素子が直列接続される蓄電素子群に取り付けられて前記蓄電素子の状態を検知する検知ユニットであって、
   導電路を有する基板と、
   前記蓄電素子の状態を検知するために前記基板の導電路と前記電極端子とを接続する複数のバスバーと、を備え、
   前記複数のバスバーは、前記蓄電素子群のうち前記蓄電素子の並び方向における両端の蓄電素子を除いた一の蓄電素子については両極の前記電極端子に電気的に接続するように設けられ、前記一の蓄電素子に対して前記蓄電素子の並び方向における一方側に配される前記バスバーは、前記正極の電極端子に電気的に接続するように設けられるとともに、前記一の蓄電素子に対して前記蓄電素子の並び方向における前記一方側とは反対側に配される前記バスバーは、前記負極の電極端子に電気的に接続するように設けられる検知ユニット。
2. 前記基板は、前記蓄電素子の並び方向における中間部側に装着されており、
   前記一の蓄電素子は、前記蓄電素子群のうち、前記蓄電素子の並び方向における中間部側に配されている請求項１に記載の検知ユニット。
3. 前記基板にはスルーホールが形成されており、
   前記バスバーは、前記スルーホールに挿通されてハンダ付けされている請求項１又は請求項２に記載の検知ユニット。
4. 隣り合う前記蓄電素子の前記電極端子間を接続する接続部材と、前記接続部材を収容する樹脂プロテクタと、を備え、
   前記バスバーには、前記接続部材に重ねられる検知端子が形成されている請求項１ないし請求項３のいずれか一項に記載の検知ユニット。
5. 請求項１ないし請求項４のいずれか一項に記載の検知ユニットと、前記検知ユニットが装着される前記蓄電素子群と、を備えた蓄電モジュール。

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