JP2016119184A - 導電部材及び配線モジュール - Google Patents

Abstract

【課題】端子接続部の変形や軸力低下を抑制した導電部材、又はこの導電部材を有する配線モジュールを提供する。【解決手段】蓄電素子３６の電極端子３７または蓄電素子３６以外の外部接続バスバー４１にボルト締結により取り付けられる端子接続部２４と、端子接続部２４に重ねて配され、端子接続部２４と共にボルト締結されるワッシャ３０と、を備えるバスバー２２であって、ワッシャ３０は端子接続部２４に係止されるようになっている。【選択図】図２

Description

本発明は、導電部材及びこれを用いた配線モジュールに関する。

電気自動車やハイブリッド車等における車両用の蓄電モジュールは、複数の蓄電素子を並べてなる蓄電素子群を備えている。蓄電素子群を構成する蓄電素子は、それぞれ正極および負極の電極端子を有しており、隣り合う蓄電素子間は、逆極性の電極端子同士が導電性材料からなるバスバーにより電気的に接続されている（例えば特許文献１を参照）。

特許文献１に記載の蓄電モジュールにおいて、バスバーはナット状の電極端子に対してボルト締結により固定されている。

特開２０１３−１６３８０号公報

上記文献に記載されているように、ボルト締結により固定されるバスバーを備える蓄電モジュールにおいては、ボルト締結によってバスバーの変形し、この変形に伴う応力緩和によって、ボルトの軸力が低下することが懸念された。

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、ボルト締結時の軸力低下が抑制された導電部材、又はこの導電部材を備えた配線モジュールを提供することを目的とする。

上記課題を解決するものとして本発明は、相手側端子にボルト締結により取り付けられる端子接続部と、前記端子接続部に重ねて配され、前記端子接続部と共にボルト締結されるワッシャと、を備える導電部材であって、前記ワッシャは前記端子接続部に係止されるようになっている。

また、本発明は、前記導電部材を有すると共に、複数の蓄電素子を有する蓄電素子群に取り付けられる配線モジュールであって、前記端子接続部は、前記複数の蓄電素子の電極端子、または前記複数の蓄電素子以外の外部導体に、ボルト締結により取り付けられ、前記導電部材は、前記複数の蓄電素子の間、又は、前記複数の蓄電素子の少なくとも一つと前記外部導体との間、を電気的に接続する。

本発明によれば、ボルト締結により導電部材に加えられる応力は、ワッシャによって受けられる。このワッシャを介して、端子接続部に対して、ボルト締結による応力が加えられるようになっている。その結果、端子接続部のうちボルト座面と当接する部分の変形を抑制することができる。この結果、端子接続部の変形に伴うボルト軸力の低下を抑制することができる。

また、本発明によれば、ワッシャを予めバスバーに係止させておくことができるので、バスバーを取り付ける際の作業効率にも優れる。

本発明は以下の構成であるのが好ましい。
・前記ワッシャの縦弾性係数が前記バスバーの縦弾性係数よりも大きい。
・前記ワッシャの０．２％耐力が前記バスバーの０．２％耐力よりも大きい。
・前記ワッシャの引張強度が前記バスバーの引張強度よりも大きい。
このような構成であると、バスバーの変形や軸力低下を防止する効果が高まる。

本発明によれば、軸力低下が抑制された配線モジュールを提供することができる。

実施形態１の配線モジュールが取り付けられた蓄電モジュールの平面図 カバー付きバスバーの平面図 カバー付きバスバーの側面図 バスバーの一部平面図 バスバーの一部側面図 図４のＡ−Ａ線における断面図 変形例１のバスバーの一部平面図 バスバーの一部側面図 図７のＢ−Ｂ線における断面図 外部接続バスバーの一部断面図 実施形態２の配線モジュールに取り付けられるバスバーの一部平面図 バスバーの一部側面図 図１１のＣ−Ｃ線における断面図 実施形態３の配線モジュールに取り付けられるバスバーの一部平面図 バスバーの一部断面図 他の実施形態で説明するバスバーの一部平面図

＜実施形態１＞
本発明の実施形態１を図１ないし図６によって説明する。蓄電素子群３５に本実施形態の配線モジュール１０を取り付けてなる蓄電モジュールＭ１は、電気自動車やハイブリッド車等の車両用の駆動源として利用される。

本実施形態の配線モジュール１０は、２つの蓄電素子群３５間（蓄電素子３６間）を接続するバスバー（導電部材の一例）２２と、バスバー２２に重ねて配されるワッシャ３０と、を備える。

（蓄電素子群３５）
２つの蓄電素子群３５は、それぞれ複数（本実施形態では４個）の蓄電素子３６が、互いに積み重なるように並べられたものからなる。２つの蓄電素子群３５は、間隔をあけて、図１に示される左右方向に沿って並べられている。本明細書において、２つの蓄電素子群３５を区別するときは、図示左側の蓄電素子群３５を第１蓄電素子群３５Ａとし図示右側の蓄電素子群３５を第２蓄電素子群３５Ｂとする。

（蓄電素子３６）
蓄電素子群３５を構成している各蓄電素子３６は、それぞれ内部に蓄電要素（図示せず）を備えている。蓄電素子３６は、蓄電要素を内部に含む扁平な直方体状の本体部３６Ａと、この本体部３６Ａの上面に設けられた正極および負極の電極端子（相手側端子の一例）３７を備える。電極端子３７は、正極電極端子３７Ａと、負極電極端子３７Ｂと、を含む。

各蓄電素子群３５における各電極端子３７は、蓄電素子３６の上面において、それぞれ上方に向かって垂直に突出した形をなしている。電極端子３７は、角筒状のナットからなり、その中心に円形のネジ孔３８が貫通形成されている。

蓄電素子群３５を構成する各蓄電素子３６は、各々の電極端子３７が上方を向くように並べられている。隣り合った蓄電素子３６の隣接する電極端子３７同士が互いに逆極性となるように並べられている。つまり各蓄電素子３６の並び方向においては、各電極端子３７が正負交互に並んでいる。

第１蓄電素子群３５Ａと第２蓄電素子群３５Ｂとの間で、隣り合う蓄電素子３６同士の隣接する電極端子３７は、互いに逆極性となっている。

（配線モジュール１０）
配線モジュール１０は２つの蓄電素子群３５の上面に取り付けられ、２つの蓄電素子群３５を電気的に接続する。配線モジュール１０は、第１蓄電素子群３５Ａと第２蓄電素子群３５Ｂに取り付けられた絶縁樹脂製の絶縁プロテクタ１１と、各絶縁プロテクタ１１を覆うカバー１３と、２つの蓄電素子群３５を電気的に接続するカバー付きバスバー１５と、を備える。

（絶縁プロテクタ１１）
絶縁プロテクタ１１には、１つの蓄電素子群３５において隣り合う電極端子３７間を接続する接続部材（図示せず）が収容される。また、絶縁プロテクタ１１には絶縁樹脂製のカバー１３が被せつけられている。接続部材は、銅、銅合金、ステンレス鋼（ＳＵＳ）、アルミニウム、アルミニウム合金等の金属材料を所定形状に加工したものからなる。

（カバー１３）
カバー１３は、工具等が接続部材に接触して蓄電モジュールＭ１が短絡すること等を防止するために、絶縁プロテクタ１１内の接続部材を覆うように、絶縁プロテクタ１１に対して着脱可能に取り付けられる。カバー１３は、板状のカバー本体部１４と、このカバー本体部１４の長辺側の端部に設けられる複数個の被係止部１４Ａを備えている。カバー１３の被係止部１４Ａ内には、絶縁プロテクタ１１に形成されている突起状の係止突部１２が挿入される。絶縁プロテクタ１１の係止突部１２がカバー１３の被係止部１４Ａに係止されることにより、カバー１３が絶縁プロテクタ１１に取り付けられる。

カバー１３は凸形状をなしており、２つの蓄電素子群３５の端部に配されている電極端子３７はカバー１３に覆われておらず、露出している（図１を参照）。蓄電素子群３５の端部において露出している電極端子３７のうち、図１における手前側に配されている２つの電極端子３７にはカバー付きバスバー１５が取り付けられている。

（カバー付きバスバー１５）
カバー付きバスバー１５はバスバー２２に、バスバーカバー１６が取り付けられたものである。このカバー付きバスバー１５が備えるバスバー２２により、第１蓄電素子群３５Ａと、第２蓄電素子群３５Ｂとが、互いに電気的に接続（直列接続）される。

バスバーカバー１６は、絶縁樹脂からなる材料を所定形状に加工したものからなる。バスバーカバー１６は、バスバー２２に対して着脱可能に取り付けられる。バスバーカバー１６は、図２および図３に示すように、バスバー収容部１７と、当該バスバー収容部１７にヒンジ１８を介して取り付けられ、バスバー収容部１７に収容されたバスバー２２を覆う蓋部２０と、を備える。

バスバー収容部１７のヒンジ１８が形成されていない側の端部には蓋部２０を係止する係合孔１９が設けられており、当該係合孔１９に蓋部２０の係合突部２１が係合することで蓋部２０がバスバー収容部１７に係止されるようになっている。

バスバー２２は、全体として概ね長尺状（帯状）をなしている。バスバー２２は、銅、銅合金、ステンレス鋼（ＳＵＳ）、アルミニウム、アルミニウム合金等の金属材料からなる板材を、所定形状に加工（例えば、打ち抜き加工、折り曲げ加工）したものからなる。バスバー２２の材料としては軽量であるという観点からアルミニウムやアルミニウム合金が好ましい。

バスバー２２は、第１蓄電素子群３５Ａと第２蓄電素子群３５Ｂとの間に架け渡されて、これらを互いに電気的に接続するために利用される。なお、本実施形態のバスバー２２は、１つの蓄電素子群３５において電極端子３７間を接続する接続部材よりも長い。

バスバー２２は、バスバー本体部２３と、このバスバー本体部２３の両端部に形成された一対の端子接続部２４とを備える。バスバー本体部２３は、真っ直ぐに延びた長尺状の板状部分からなる。このバスバー本体部２３の両端には、図３に示すように、電極端子３７が接続される端子接続部２４が、それぞれ延設されている。端子接続部２４とバスバー本体部２３との間には端子接続部２４に対して垂直に起立する起立部２６が形成されており、端子接続部２４とバスバー本体部２３とは起立部２６を介して、側面から見てクランク状に連なっている。

端子接続部２４は、電極端子３７に重ねられて、ボルト締結により電極端子３７に固定され、電気的に接続される。端子接続部２４には電極端子３７とバスバー２２とを電気的に接続するためのボルト（図示せず）を挿通可能なボルト挿通孔２５が貫通して形成されている。ボルト挿通孔２５は、図４に示すように、上面視、長穴状をなし、バスバー本体部２３の長手方向に沿って拡がった形状をなっている。このボルト挿通孔２５は、電極端子３７のネジ孔３８よりも大きく設定されている。

バスバー２２の端子接続部２４には図４に示すように外側方向に張り出し、ワッシャ３０を係止する係止受け部２７が対向する位置に２つ設けられている。係止受け部２７にはワッシャ３０の係止片３２が圧入される。

本実施形態の配線モジュール１０は、バスバー２２と、バスバー２２に重ねて配され、バスバー２２とともにボルト締結されるワッシャ３０と、を備える。ワッシャ３０は、ステンレス鋼、各種炭素鋼等の金属材料からなる板材を所定形状に加工したものからなる。ワッシャ３０の材料としては炭素鋼が好ましい。ワッシャ３０の係止片３２以外の部分は、バスバー２２に重なり合っており、ボルト締結の際にバスバー２２に直接締結力が及び難いようになっている。

ワッシャ３０には、バスバー２２の係止受け部２７に圧入されて係止される係止片３２が２つ突出形成されている（図４および図５を参照）。係止片３２は図６に示すように下方に屈曲している。ワッシャ３０の係止片３２の幅寸法（図４の左右方向の寸法）とバスバー２２の係止受け部２７の受け入れ部分の寸法はほぼ一致しており、係止片３２は係止受け部２７に圧入されることで係止される。

ワッシャ３０にはボルトが挿通されるボルト通し孔３１が貫通して形成されている。ボルト通し孔３１はバスバー２２のボルト挿通孔２５よりも大きく形成されている。

ワッシャ３０としては以下の構成を少なくとも１つ備えているのが好ましい。これらの構成を備えると、バスバー２２のうちボルトの座面と当接する部分が変形することを抑制することができるので、ボルトの軸力低下を抑制する効果が高まる。
・ワッシャ３０の縦弾性係数はバスバー２２の縦弾性係数よりも大きい。
・ワッシャ３０の０．２％耐力がバスバー２２の０．２％耐力よりも大きい。
・ワッシャ３０の引張強度がバスバー２２の引張強度よりも大きい。

（取り付け工程）
次に配線モジュール１０の取り付け方法について説明する。
蓄電素子３６を４個ずつ、隣り合う電極端子３７が逆極性となるように並べて、２つの蓄電素子群３５を作製する。２つの蓄電素子群３５の上に、接続部材を収容した絶縁プロテクタ１１を、それぞれ取り付け、接続部材を電極端子３７にボルト締めする。

バスバー２２の端子接続部２４の係止受け部２７に、ワッシャ３０の係止片３２を圧入することにより、ワッシャ３０をバスバー２２に取り付け、バスバー本体部２３にバスバーカバー１６を取り付けると図２に示すカバー付きバスバー１５が得られる。カバー付きバスバー１５においては、ワッシャ３０のボルト通し孔３１とバスバー２２のボルト挿通孔２５とが重なり合って１つの孔を形成する。

次に、カバー付きバスバー１５を、２つの蓄電素子群３５の間に架け渡し、バスバー２２の両端に設けられた端子接続部２４を、第１蓄電素子群３５Ａの端部に配された蓄電素子３６の電極端子３７と第２蓄電素子群３５Ｂの端部に配された蓄電素子３６の電極端子３７とに重ねる。

次にバスバー２２のボルト挿通孔２５とワッシャ３０のボルト通し孔３１とが重なり合って形成された孔にボルトを挿通させ工具によりボルト締結する。バスバー２２にはワッシャ３０が重ねられているので、ワッシャ３０を介して（間接的に）ボルト締結による応力がかかり、バスバー２２の端子接続部２４のうちボルト座面と当接する部分の変形が抑制される。バスバー２２の取り付け作業が完了すると本実施形態の配線モジュール１０の取り付け作業が完了する。

（作用および効果）
本実施形態に係るバスバー２２は、電極端子３７にボルト締結に取り付けられる端子接続部２４と、端子接続部２４に重ねて配され、端子接続部２４と共に電極端子３７にボルト締結されるワッシャ３０と、を備える。ワッシャ３０は端子接続部２４に係止されている。これにより、ボルト締結によりバスバー２２に端子接続部２４に加えられる応力は、ワッシャ３０によって受けられる。このワッシャ３０を介して、バスバー２２の端子接続部２４に、ボルト締結による応力が加えられるようになっている。その結果、本実施形態によれば、バスバー２２（端子接続部２４）のうちボルト座面と当接する部分の変形を抑制することができる。この結果、端子接続部２４の変形に伴うボルト軸力の低下を抑制することができる。

また、本実施形態によれば、ワッシャ３０はバスバー２２に係止されるようになっているので、ワッシャ３０を予めバスバー２２に係止させておくことができ、バスバー２２を取り付ける際の作業効率にも優れる。

＜変形例１＞
次に、実施形態１の変形例１を図７ないし図１０によって説明する。変形例１において、バスバー２２は、図７〜図９に示すように、蓄電素子３６の電極端子３７と外部接続バスバー４１（蓄電素子３６以外の外部導体の一例）とに接続される。図中４０は配線モジュールである。

外部接続バスバー４１は図１０に示すように、上方に突出するボルト状の外部接続端子４２を備える。外部接続バスバー４１の上側の面（外部接続端子４２が突出している側の面）に、バスバー２２の端子接続部２４と、ワッシャ３０とを重ねて、ナット４３を螺合することにより蓄電素子群３５（蓄電素子３６）と外部機器とが電気的に接続されるようになっている。本変形例においては、ナット４３はフランジ付きのものが使用されている。また、本変形例において、ワッシャ３０は実施形態１と同様の構成でありバスバー２２に圧入により取り付けられている。

ワッシャ３０の面積は、ナット４３の端子接続部２４への投影面積よりも大きなものとなっている。これにより、ナット４３をボルト状の外部接続端子４２に螺合することにより端子接続部２４へ加えられる締め付け力は、ワッシャ３０によって分散される。この結果、端子接続部２４と外部接続バスバー４１とを電気的に接続するために必要な締め付け力によってナット４３を締め付けた場合において、端子接続部２４に加えられる力は、ワッシャ３０を用いない場合に比べて、小さなものとなる。これにより、端子接続部２４がナット４３に押圧されることにより陥没することが抑制される。すると、端子接続部２４の変形に伴う応力緩和を抑制することができるので、ナット４３の軸力が低下する事態を抑制することができる。

その他の構成については実施形態１と同様であり、本変形例によっても、実施形態１と同様の効果が得られる。

＜実施形態２＞
次に、本発明の実施形態２を図１１ないし図１３によって説明する。
本実施形態では、ワッシャ５１の係止片５２が弾性バネで構成されているという点で実施形態１と相違する。実施形態１と同様の構成については同一の符号を付し、重複した説明は省略する。

本実施形態のワッシャ５１に形成した係止片５２をバスバー２２の係止受け部２７に挿入すると、係止片５２が外側方向に弾性変形しワッシャ５１がバスバー２２と接触する位置まで配されると係止片５２が弾性復帰し、係止受け部２７において係止される。図中５０は配線モジュールである。

上記以外の構成については実施形態１と同様であり、本実施形態によっても実施形態１と同様の効果が得られる。

＜実施形態３＞
次に、本発明の実施形態３を図１４および図１５によって説明する。
本実施形態では、ワッシャ６１の係止片６２がバスバー２２の端面にかしめ付けられることで係止されているという点で実施形態１と相違する。実施形態１と同様の構成については同一の符号を付し、重複した説明は省略する。図中６０は配線モジュールである。

上記以外の構成については実施形態１と同様であり、本実施形態によっても実施形態１と同様の効果が得られる。

＜他の実施形態＞
本明細書の開示の技術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であってもよい。

（１）上記実施形態１では、バスバー２２に外側方向に張り出す係止受け部２７を設けた例を示したが、図１６に示すようにバスバー７１の一部を凹状に切り欠いて係止受け部７２を設けてもよい。図１６に示す構成においてワッシャ３０は実施形態１と同様の構成であり、ワッシャ３０の係止片３２はバスバー７１の係止受け部７２に圧入され係止される。

（２）上記実施形態では、４個の蓄電素子３６からなる蓄電素子群３５を２つ接続する例について示したが、蓄電素子群を構成する蓄電素子の数は３個以下であってもよいし５個以上であってもよい。また、接続する蓄電素子群は３以上であってもよい。

（３）上記実施形態では、バスバー２２の両端部に端子接続部２４が形成される構成としたが、これに限られず、バスバー２２の一方の端部にのみ端子接続部２４が形成される構成としてもよい。また、端子接続部２４は、電線の端末に接続される板状の端子であってもよい。この場合、端子は、電線の端末に、圧着、溶接、半田付け等の公知の手法により接続されるものであってもよい。

１０，４０，５０，６０：配線モジュール
１１：絶縁プロテクタ
１５：カバー付きバスバー
１６：バスバーカバー
２２，７１：バスバー
２３：バスバー本体部
２４：端子接続部
２５：ボルト挿通孔
２７，７２：係止受け部
３０，５１，６１：ワッシャ
３１：ボルト通し孔
３２，５２，６２：係止片
３５：蓄電素子群
３５Ａ：第１蓄電素子群
３５Ｂ：第２蓄電素子群
３６：蓄電素子
３７：電極端子
４１：外部接続バスバー
４２：外部接続端子
４３：ナット
Ｍ１：蓄電モジュール

Claims (6)

1. 相手側端子にボルト締結により取り付けられる端子接続部と、
   前記端子接続部に重ねて配され、前記端子接続部と共にボルト締結されるワッシャと、を備える導電部材であって、
   前記ワッシャは前記端子接続部に係止されるようになっている導電部材。
2. 前記ワッシャの縦弾性係数が前記端子接続部の縦弾性係数よりも大きい請求項１に記載の導電部材。
3. 前記ワッシャの０．２％耐力が前記端子接続部の０．２％耐力よりも大きい請求項１に記載の導電部材。
4. 前記ワッシャの引張強度が前記端子接続部の引張強度よりも大きい請求項１に記載の導電部材。
5. 前記導電部材はバスバーであり、前記端子接続部は、バスバーの、少なくとも一つの端部に形成されている請求項１ないし請求項４のいずれか一項に記載の導電部材。
6. 請求項１ないし請求項５のいずれか一項に記載の導電部材を有すると共に、複数の蓄電素子を有する蓄電素子群に取り付けられる配線モジュールであって、
   前記端子接続部は、前記複数の蓄電素子の電極端子、または前記複数の蓄電素子以外の外部導体に、ボルト締結により取り付けられ、
   前記導電部材は、前記複数の蓄電素子の間、又は、前記複数の蓄電素子の少なくとも一つと前記外部導体との間、を電気的に接続する配線モジュール。

Images