JP2016143584A - バスバーモジュール及びバッテリ監視モジュール - Google Patents

Abstract

【課題】プリント基板の破損を防止し、かつ、バッテリのバッテリセル端子間のばらつきを吸収するバスバーモジュール及びバッテリ監視モジュールを提供する。【解決手段】このバスバーモジュールは、正の電極及び負の電極を有する複数のバッテリを交互に逆向きの極性で列状に重ね合わせたバッテリ集合体を電気的に直列に接続するバスバーモジュールであって、樹脂ケースと、前記バッテリの正の電極と負の電極とを遊挿する孔を有し、前記複数のバッテリを電気的に接続するバスバーと、前記バスバーを格納するバスバーケースと、を具備し、前記バスバーケースは、前記樹脂ケースに対して上下左右に移動可能に、前記樹脂ケースに係止される構成を採る。【選択図】図２

Description

本発明は、複数のバッテリセルを直列に接続するバスバーモジュール及びバッテリ監視モジュールに関する。

電気自動車等では、複数のバッテリセルを直列に接続した集合体を、走行用の電源として用いる。複数のバッテリセルの端子には、製造公差によって、その位置または大きさ等にばらつきが生じる。

このため、複数のバッテリセルを接続する際、各バッテリセルに組み付けられる合成樹脂製の接続プレートに切り欠きまたは撓み部を設け、接続プレートに収縮性を持たせることにより、バッテリセル端子間の製造公差によるばらつきを吸収していた（例えば、特許文献１、特許文献２を参照）。

また、一般に、バッテリセルの電圧、蓄電量、温度などの状態監視と制御を行うＥＣＵ（Electric Control Unit）は、バッテリセル数に応じた設定が必要である。これに対して、バッテリセル数の増減に左右されない汎用性をＥＣＵに持たせることが検討されている。

特開２０００−１４９９０９号公報 特開２００２−１６４０３４号公報

しかしながら、従来の手法では、ＥＣＵに上記のような汎用性を持たせるためには、状態監視機能を搭載したプリント基板を接続プレート上に設けることが考えられるが、接続プレート全体が柔軟性を有しているため、プリント基板に応力がかかってしまうとプリント基板が破損してしまうおそれがあった。一方で、プリント基板に応力がかからないように接続プレートをリジッド構造にすると、バッテリセル端子間のばらつきを吸収することができなくなってしまう。

本発明の目的は、プリント基板の破損を防止し、かつ、バッテリのバッテリセル端子間のばらつきを吸収するバスバーモジュール及びバッテリ監視モジュールを提供することである。

本発明の一態様に係るバスバーモジュールは、正の電極及び負の電極を有する複数のバッテリを交互に逆向きの極性で列状に重ね合わせたバッテリ集合体を電気的に直列に接続するバスバーモジュールであって、樹脂ケースと、前記バッテリの正の電極と負の電極とを遊挿する孔を有し、前記複数のバッテリを電気的に接続するバスバーと、前記バスバーを格納するバスバーケースと、を具備し、前記バスバーケースは、前記樹脂ケースに対して上下左右に移動可能に、前記樹脂ケースに係止される構成を採る。

本発明の一態様に係るバッテリ監視モジュールは、上記のバスバーモジュールと、前記バスバーモジュールが接続されるバッテリ集合体と、を具備する構成を採る。

本発明によれば、プリント基板の破損を防止し、かつ、バッテリのバッテリセル端子間のばらつきを吸収することができる。

本発明の実施の形態１に係るバッテリ監視モジュールを示す斜視図 図１のバスバーモジュールを示す斜視図 図２のバスバーモジュールの分解斜視図 突起部の拡大図 （ａ）バスバー、バスバーケース及びハーネスが組み付けられた様子を正面側から見た斜視図、（ｂ）バスバー、バスバーケース及びハーネスを分解した様子を背面側から見た斜視図 （ａ）フランジ部の拡大図、（ｂ）バスバーケースの背板に設けられた孔の拡大図 樹脂ケースにバスバーケースを取り付ける様子を示す図 図７（ｂ）の様子を示す斜視図 図７（ｂ）に示す樹脂ケースに保護カバーを取り付けた様子をｘ方向から見た図 図９の様子をｙ方向から見た図 バスバーケースが上下左右に移動した様子を示す図

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。

（実施の形態）
図１は、本発明の実施の形態１に係るバッテリ監視モジュール１を示す斜視図である。図２は、図１のバスバーモジュール２００を示す斜視図である。図３は、図２のバスバーモジュール２００の分解斜視図である。

バッテリ監視モジュール１は、複数のバッテリセル１０１が並んだバッテリ集合体１００と、バッテリ集合体１００を電気的に直列接続して各バッテリセル１０１の電圧を監視するバスバーモジュール２００と、を備えている。バッテリ監視モジュール１は、電気自動車又はハイブリッド自動車などに搭載され、バッテリ集合体１００により、走行用の電力を蓄電及び供給する。また、バッテリ監視モジュール１は、バスバーモジュール２００に搭載された各種センサにより、バッテリ集合体１００の様々な物理量を測定して状態を監視する。

バッテリ集合体１００は、角型のｎ個のバッテリセル１０１を有する。バッテリ集合体１００は、高電圧であることが要求されるので、例えば、バッテリセル１０１は、小型で高出力のリチウムイオン電池で数十個程度用いられるが、要求を満たす性能であればこれに限定されるものではない。バッテリセル１０１は、列方向（ｙ方向）に並んでいる。バッテリセル１０１は、左右（ｘ方向）両端に、上方（ｚ方向）に突出した正極と負極のスタッドボルト１１０を有する。スタッドボルト１１０は、バッテリセル１０１と同様にｙ方向に列状に並んでいる。隣り合うバッテリセル１０１は、ｙ方向に並んでいるスタッドボルト１１０の極性が互い違いになるように配置されている。

バスバーモジュール２００は、バッテリ集合体１００の頭部（スタッドボルト１１０がある方）に被さり、バッテリ集合体１００のスタッドボルト１１０にナット１２０を用いて締結される。バスバーモジュール２００は、監視ユニット２１０−１、２１０−２、第１通信ケーブル２２０、第２通信ケーブル２３０、樹脂ケース２４０、プリント基板２５０、保護カバー２６０、バスバー２７０及びバスバーケース２８０を備えている。

監視ユニット２１０−１、２１０−２は、バッテリセル１０１の電圧、温度などの状態監視を行う監視ＩＣ２１２が配設されたプリント基板２１４と、プリント基板２１４を収容する監視ユニットケース２１６とを備える。図１〜図３では、監視ユニット２１０を２つ設けた場合を示しているが、バッテリセル数によっては、監視ユニット２１０は１つであってもよいし、３つ以上であってもよい。

本実施の形態では、監視ユニットケース２１６は絶縁性の合成樹脂で形成され、活電部が露出する事による感電を防止して、監視ユニット２１０交換時に安全に脱着が出来る構造としている。なお、感電せずにプリント基板２１４を交換できる条件を満たしていれば、プリント基板２１４を樹脂ケース２４０または保護カバー２６０に直接固定してもよい。

第１通信ケーブル２２０は、一端が監視ユニット２１０−１のプリント基板２１４に接続され、他端が監視ユニット２１０−１のプリント基板２１４に接続される。第２通信ケーブル２３０は、一端が監視ユニット２１０−２のプリント基板２１４に接続され、他端が図示せぬ外部装置に接続される。この外部装置は、例えば、バッテリ集合体１００を制御する制御ＩＣを搭載したＥＣＵ（Electric Control Unit）であり、監視ＩＣが取得した各バッテリセル１０１の状態監視情報を取得してバッテリ集合体１００の充放電を制御する。

樹脂ケース２４０は、ＰＢＴ（ポリブチレンテレフタレート）樹脂などの絶縁性の合成樹脂で形成される。樹脂ケース２４０には、上面にプリント基板２５０を収容する窪みが設けられ、両側面にバスバーケース２８０を係止するための突起部２４２が設けられている。突起部２４２は、図４に示すように、円柱状の軸部２４４とフランジ部２４６とを備え、フランジ部２４６は、Ｔ字状の形状を有し、軸部２４４の先端に一体的に成形されている。ここでは、フランジ部２４６の形状をＴ字状としているが、これに限るものではなく、例えば、十字状でもよい。要は、軸を中心に少なくとも左右方向に２点かつ上下方向に１点の広がりを有するか、または、軸を中心に少なくとも左右方向に１点かつ上下方向に２点の広がりを有すれば、フランジ部２４６はどんな形状でもよい。

プリント基板２５０は、監視ユニット２１０に接続するコネクタ２５２を有する。このプリント基板２５０はリジッド基板であり、樹脂ケース２４０の窪みに載置されて、例えば、熱溶着やリベットまたはビス等で樹脂ケース２４０に固定される。また、プリント基板２５０は、バスバー２７０に取り付けられたハーネス２７５と接続し、コネクタ２５２とハーネス２７５とを電気回路にて接続する。

本実施の形態では、基板２５０はリジット基板としているが、例えば樹脂ケース２４０に回路パターンを一体成型してもよいし、ＦＰＣまたはハーネス等を用いてもよい。

保護カバー２６０は、ＰＢＴ樹脂などの絶縁性の合成樹脂で形成され、プリント基板２５０の上面を覆い、プリント基板２５０の電気回路を保護する。また、保護カバー２６０は、プリント基板２５０の活電部が露出することによる感電を防止する。保護カバー２６０の上面に監視ユニット２１０が載置される。ここで、監視ユニット２１０は、例えば、爪嵌合、リベットまたはビス等で保護カバー２６０上に固定される。

バスバー２７０は、スタッドボルト１１０と電気的に接続する導電性のプレートである。バスバー２７０には、プレートを貫通する円形状の２つの孔２７２が設けられており、２つの孔２７２にそれぞれスタッドボルト１１０が遊挿される。バスバー２７０の孔２７２にスタッドボルト１１０が遊挿された状態で、スタッドボルト１１０にナット１２０を締結することにより、バスバー２７０を固定する。

バスバーケース２８０は、ＰＢＴ樹脂などの絶縁性の合成樹脂によって形成される。バスバーケース２８０は、バスバー２７０を格納し、複数個が隣接して配置される。バスバーケース２８０には、背部を貫通する貫通孔２８１が設けられ、樹脂ケース２４０の突起部２４２が貫通孔２８１に挿通されて、樹脂ケース２４０にバスバーケース２８０が係止される。

バスバーケース２８０は、一方の列（ｘ方向正側の列）のｙ方向両端部については、１つのバッテリセル１０１のスタッドボルト１１０を格納する構造であるが、その他については、隣接する２つのバッテリセル１０１のスタッドボルト１１０を格納する構造に成型されている。

バスバーケース２８０の底板２８２には孔２８３が設けられており、この孔２８３にバッテリセル１０１のスタッドボルト１１０が挿通される。スタッドボルト１１０には、ナット１２０がレンチ等の工具で螺合される。これによって、バスバー２７０及びバスバーケース２８０は対応するバッテリセル１０１とナット１２０によって狭圧される。このようにして、バスバーモジュール２００はバッテリ集合体１００に固定される。そして、バスバー２７０によって、バスバーケース２８０内では、隣接するバッテリセル１０１の正極と負極のスタッドボルト１１０が電気的に接続される。一方、絶縁壁２８４によって、バスバーケース２８０外では、隣接するバッテリセル１０１のスタッドボルト１１０間は絶縁される。したがって、バスバー２７０と絶縁壁２８４によって、バッテリセル１０１は、正極のスタッドボルト、負極のスタッドボルト、正極のスタッドボルト、負極のスタッドボルト…というように順次直列に接続される。これによって、バッテリ集合体１００が全体として１つの組電池を構成する。

図５は、バスバー２７０及びバスバーケース２８０の拡大図である。図５（ａ）は、バスバー２７０、バスバーケース２８０及びハーネス２７５が組み付けられた様子を正面側から見た斜視図であり、図５（ｂ）は、バスバー２７０、バスバーケース２８０及びハーネス２７５を分解した様子を背面側から見た斜視図である。

バスバーケース２８０は、底板２８２、絶縁壁２８４、背板２８５及び外側側壁２８６から構成され、スタッドボルト１１０を格納する領域を有する。背板２８５には、貫通孔２８１が設けられており、この貫通孔２８１に樹脂ケース２４０の突起部２４２が挿通される。貫通孔２８１の形状は、樹脂ケース２４０が有する突起部２４２のフランジ部２４６が挿通する形状であり、また、突起部２４２の軸部２４４を中心にバスバーケース２８０が上下左右に移動可能な形状である。

背板２８５と底板２８２との間には、隙間が設けられ、この隙間からバスバー２７０が挿入され、バスバー２７０が底板２８２の上面に載置される。

絶縁壁２８４は、スタッドボルト１１０を格納する領域間を絶縁するための隔壁である。

バスバー２７０には、垂直に立ち上がった端子２７４が設けられており、端子２７４にハーネス２７５が接続される。バスバーケース２８０の背板２８５には、バスバー２７０の端子２７４及びハーネス２７５の一部を収容する窪みが設けられている。これにより、バスバー２７０及びハーネス２７５を組み付けたバスバーケース２８０を樹脂ケース２４０に係止する際、端子２７４及びハーネス２７５が背板２８５の窪みに収容されるので、端子２７４及びハーネス２７５によってバスバーケース２８０が不安定になることを防止できる。

バスバーケース２８０の底板２８２には、貫通孔２８３が設けられており、底板２８２の上面にバスバー２７０が載置された状態でバスバー２７０の孔２７２と少なくとも一部重なるようになっている。スタッドボルト１１０は、この貫通孔２８３、孔２７２に挿通される。その状態で、スタッドボルト１１０にナット１２０が締結されることで、バスバー２７０とバッテリセル１０１の端子とが接続される。

ここで、フランジ部２４６の大きさと、バスバーケース２８０の背板２８５に設けられた貫通孔２８１の大きさの関係について説明する。図６（ａ）は、フランジ部２４６の拡大図であり、図６（ｂ）は、バスバーケース２８０の背板２８５に設けられた貫通孔２８１の拡大図である。図６（ａ）に示すように、フランジ部２４６の細い方の幅をＷ１、太い方の幅をＷ２、高さをＨ１とする。また、図６（ｂ）に示すように、貫通孔２８１の下方の幅をＷ３、最も狭い幅をＷ４とし、高さをＨ２とする。このとき、Ｗ４≧Ｗ１、Ｗ３≧Ｗ２、Ｈ２≧Ｈ１の関係を満たしている。

次に、バスバーケース２８０を樹脂ケース２４０に取り付ける様子について説明する。図７は、樹脂ケース２４０にバスバーケース２８０を取り付ける様子を示す図である。

図７（ａ）に示すように、樹脂ケース２４０に設けられた突起部２４２のフランジ部２４６をバスバーケース２８０の背板２８５の貫通孔２８１に挿通し、図７（ｂ）に示すように、バスバーケース２８０を下方にスライドさせることにより、バスバーケース２８０が樹脂ケース２４０に係止される。このときの様子を斜視図で示したのが図８である。図８では、樹脂ケース２４０にプリント基板２５０が格納され、バスバーケース２８０が樹脂ケース２４０に係止され、ハーネス２７５がプリント基板２５０に接続された様子を示している。

図９は、図７（ｂ）に示す樹脂ケース２４０に保護カバー２６０を取り付けた様子をｘ方向から見た図であり、図１０は、図９の様子をｙ方向から見た図である。図１０に示すように、保護カバー２６０の幅（ｘ方向）は、樹脂ケース２４０の幅（ｘ方向）よりわずかに大きく設計されている。このような構成により、樹脂ケース２４０に保護カバー２６０を取り付けた場合、保護カバー２６０の側縁部がバスバーケース２８０の上方に位置し、バスバーケース２８０の上方への移動を規制するため、バスバーケース２８０が樹脂ケース２４０から脱落することを防止できる。

図１１は、バスバーケース２８０が上下左右に移動した様子を示す。図１１（ａ）は、バスバーケース２８０が上方に移動した様子を示し、図１１（ｂ）は、バスバーケース２８０が下方に移動した様子を示す。また、図１１（ｃ）は、バスバーケース２８０が左方に移動した様子を示し、図１１（ｄ）は、バスバーケース２８０が右方に移動した様子を示す。

このように、バスバーケース２８０が上下左右に移動可能であるため、バスバーモジュール２００をバッテリ集合体１００に取り付ける際、スタッドボルト１１０、すなわち、バッテリセル端子の製造公差による大きさ及び位置のばらつきを吸収することができる。

このように、本実施の形態によれば、樹脂ケース２４０とバスバーケース２８０とを別体とし、樹脂ケース２４０に軸部２４４とフランジ部２４６とを有する突起部２４２を設け、突起部２４２が所定の位置で挿通し、バスバーケース２８０が所定の位置から上下左右に移動可能な貫通孔２８１をバスバーケース２８０に設け、樹脂ケース２４０の突起部２４２をバスバーケース２８０の貫通孔２８１に挿通してバスバーモジュール２００を組み立てることにより、バスバーモジュール２００をバッテリ集合体１００に取り付ける際、製造公差によるバッテリセル端子間のばらつきを吸収することができる。また、本構造により樹脂ケース２４０の剛性を確保することができ、プリント基板２１４にかかる応力もなくなるため、プリント基板２１４の破損を防ぐことができる。

なお、本実施の形態では、突起部は軸部とフランジ部とが一体的に形成されているものとして説明したが、本発明はこれに限るものではない。例えば、軸部とフランジ部とを別体とし、バスバーケースの孔に軸部を挿通させた後に、軸部先端にフランジ部を取り付けるようにしてもよい。

本発明は、電気自動車又はハイブリッド自動車に電力を供給するバッテリ集合体のバスバーモジュール、又は、バッテリ監視モジュールに適用して有用である。

１ バッテリ監視モジュール
１００ バッテリ集合体
１０１ バッテリセル
２００ バスバーモジュール
２１０−１、２１０−２ 監視ユニット
２１２ 監視ＩＣ
２１４ プリント基板
２１６ 監視ユニットケース
２２０ 第１通信ケーブル
２３０ 第２通信ケーブル
２４０ 樹脂ケース
２４２ 突起部
２４４ 軸部
２４６ フランジ部
２５０ プリント基板
２５２ コネクタ
２６０ 保護カバー
２７０ バスバー
２７２ 孔
２７４ 端子
２７５ ハーネス
２８０ バスバーケース
２８１ 貫通孔
２８２ 底板
２８３ 孔
２８４ 絶縁壁
２８５ 背板
２８６ 外側側壁

Claims (6)

1. 正の電極及び負の電極を有する複数のバッテリを交互に逆向きの極性で列状に重ね合わせたバッテリ集合体を電気的に直列に接続するバスバーモジュールであって、
   樹脂ケースと、
   前記バッテリの正の電極と負の電極とを遊挿する孔を有し、前記複数のバッテリを電気的に接続するバスバーと、
   前記バスバーを格納するバスバーケースと、
   を具備し、
   前記バスバーケースは、前記樹脂ケースに対して上下左右に移動可能に、前記樹脂ケースに係止される、
   バスバーモジュール。
2. 前記樹脂ケースは、外側に突出した突起部が形成され、
   前記バスバーケースは、前記突起部を挿通し、かつ、前記樹脂ケースに対して上下左右に移動可能となる孔を有する、
   請求項１に記載のバスバーモジュール。
3. 前記突起部は、
   軸部と、
   前記軸部の先端に設けられるフランジ部と、
   を具備する請求項２に記載のバスバーモジュール。
4. 前記樹脂ケースに係止された前記バスバーケースの上方への移動を規制する保護カバーを具備する、
   請求項１に記載のバスバーモジュール。
5. 前記バスバーケースの前記孔に前記軸部が挿通された後に、前記フランジ部が前記軸部の先端に取り付けられる、
   請求項３に記載のバスバーモジュール。
6. 請求項１から請求項５のいずれか一項に記載のバスバーモジュールと、
   前記バスバーモジュールが接続されるバッテリ集合体と、
   を具備するバッテリ監視モジュール。

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