JP2018097987A - 導体の接続構造および導電モジュール - Google Patents

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Abstract

【課題】小型化を実現することができる導体の接続構造および導電モジュールを提供する。
【解決手段】導体１Ａは、同一方向に配列された複数の電池セルにおける電極端子群の少なくとも１つの電極端子に直接的に接続される接続導体１０と、複数の電池セルの電池状態を監視する電池監視ユニット２００に接続される線状導体５０と、接続導体１０と線状導体５０との間に間接的に接続され、かつ、接続導体１０と線状導体５０との間を過電流が流れたときに溶断する可溶体２０と、可溶体２０、接続導体１０の一部、および中継端子３０の一部を内在する絶縁性の樹脂モールド部材４０Ａとを備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、導体の接続構造および導電モジュールに関する。
従来、電気自動車（ＥＶ）やハイブリッド自動車（ＨＥＶ）などの車両には、複数の電池セルからなる電池モジュールと、各電池セルの電池状態を監視するための電池監視ユニットとが搭載されている。各電池セルと電池監視ユニットとは、導電モジュールを介して互いに接続されている。導電モジュールは、電池セルの電極端子に接続されるバスバーなどの接続導体と、電池監視ユニットに接続される電線などの線状導体と、接続導体と線状導体との間に介在するヒューズと、これらを収容するケースとを備えるものがある。例えば、特許文献１には、図４に示すように、バスバー１０４に設けたヒューズ接続部４２から中継端子７ａを通り、一方の端子部８１からヒューズ８を有したハウジング８０を介して、他方の端子部８１を通り、中継端子７ｂ、電線９ｂへと接続する導電モジュールが開示されている。
特開２０１５−２０７３９３号公報
上述した従来の導電モジュールでは、接続導体と線状導体との間にヒューズを介在させることで過電流に対する導電モジュールおよび電池監視ユニットの保護が可能となるが、接続導体と線状導体との間を中継する部品が増えることから小型化の点で改善の余地がある。
本発明は、小型化を実現することができる導体の接続構造および導電モジュールを提供することを目的とする。
上記目的を達成するために、本発明に係る導体の接続構造は、同一方向に配列された複数の電池セルにおける電極端子群の少なくとも１つの電極端子に直接的または間接的に接続される接続導体と、前記複数の電池セルの電池状態を監視する電池監視ユニットに接続される線状導体と、前記接続導体と前記線状導体との間に直接的または間接的に接続され、かつ、前記接続導体と前記線状導体との間を過電流が流れたときに溶断する可溶体と、前記可溶体および前記接続導体の一部を内在する絶縁性の樹脂モールド部材と、を備えることを特徴とする。
上記導体の接続構造において、前記可溶体は、金属製の中継端子を介して前記線状導体に接続され、前記樹脂モールド部材はさらに、前記中継端子の一部を内在することが好ましい。
上記導体の接続構造において、前記可溶体は、一対の端子と、前記一対の端子の間に設けられた溶断部とで構成され、前記一対の端子のうちの一方には前記接続導体が接続され、他方には前記線状導体または前記中継端子が接続されることが好ましい。
上記目的を達成するために、本発明に係る導電モジュールは、同一方向に配列された複数の電池セルにおける電極端子群の少なくとも１つの電極端子に直接的または間接的に接続される接続導体と、前記複数の電池セルの電池状態を監視する電池監視ユニットに接続される線状導体と、前記接続導体と前記線状導体との間に直接的または間接的に接続され、かつ、前記接続導体と前記線状導体との間を過電流が流れたときに溶断する可溶体と、前記可溶体および前記接続導体の一部を内在する絶縁性の樹脂モールド部材と、を備える導体を少なくとも１つの前記電極端子に対応して複数備え、複数の前記接続導体は、絶縁性の収容ケースに形成され、かつ、各前記電極端子の配列方向に沿って配列された複数の収容空間部にそれぞれ収容されることを特徴とする。
本発明に係る導体の接続構造および導電モジュールによれば、小型化を実現することができる。
図１は、実施形態１に係る導体の接続構造が適用された導電モジュールの概略構成を示す分解斜視図である。 図２は、実施形態１に係る導体の接続構造が適用された導電モジュールの概略構成を示す平面図である。 図３は、実施形態１に係る導体の接続構造の概略構成を示す平面図である。 図４は、実施形態１に係る導体の接続構造の概略構成を示す分解平面図である。 図５は、実施形態１における可溶体の概略構成を示す斜視図である。 図６は、実施形態２に係る導体の接続構造の概略構成を示す斜視図である。 図７は、実施形態２に係る導体の接続構造の概略構成を示す平面図である。 図８は、実施形態２に係る導体の接続構造の概略構成を示す分解平面図である。
以下に、本発明に係る導体の接続構造および導電モジュールの実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、下記の実施形態により本発明が限定されるものではない。また、下記の実施形態における構成要素には、いわゆる当業者が置換可能かつ容易なもの、あるいは実質的に同一のものが含まれる。また、下記の実施形態における構成要素は、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。
［実施形態１］
実施形態１に係る導体の接続構造および導電モジュールについて説明する。図１は、実施形態１に係る導体の接続構造が適用された導電モジュールの概略構成を示す分解斜視図である。図２は、実施形態１に係る導体の接続構造が適用された導電モジュールの概略構成を示す平面図である。図３は、実施形態１に係る導体の接続構造の概略構成を示す平面図である。図４は、実施形態１に係る導体の接続構造の概略構成を示す分解平面図である。図５は、実施形態１における可溶体の概略構成を示す斜視図である。
以下の説明において、図示のＸ方向は、本実施形態における導電モジュールの幅方向であり、電極端子および接続導体の配列方向である。Ｙ方向は、本実施形態における導電モジュールの上下方向であり、Ｘ方向と直交する方向である。Ｚ方向は、本実施形態における導電モジュールの奥行方向であり、Ｘ方向およびＹ方向と直交する方向である。なお、Ｙ方向は鉛直方向に限らない。
図１および図２に示す導電モジュール１００は、複数の電池セル（不図示）からなる電池モジュール（不図示）に組み付けられるものである。電池モジュールは、例えば、電気自動車（ＥＶ）やハイブリッド車両（ＨＶ、ＰＨＶ）に搭載され、駆動源である回転電機に電力を供給したり、回転電機が発生した電力を蓄電（充電）したりすることに用いられる。電池モジュールは、それぞれの電池セルにおける何れか一方の電極端子が一列に並べられ、かつ、他方の電極端子が一列に並べられるように、それぞれの電池セルを同一方向に配列したものである。電池モジュールは、同一方向に配列された複数の電極端子からなる電極端子群に対応して導電モジュール１００が組み付けられ、複数の電池セルの電極端子（正極端子、負極端子）を導電モジュール１００により直列接続あるいは並列接続することで、所望される電源としての機能を発揮する。導電モジュール１００は、電池セルと後述する電池監視ユニット２００とを電気的に接続させるものである。具体的には、導電モジュール１００は、複数の導体１Ａと、収容ケース６０とを含んで構成される。
導体１Ａは、接続導体１０と、可溶体２０と、中継端子３０と、樹脂モールド部材４０Ａと、線状導体５０とを含んで構成される。導体１Ａは、接続導体１０と線状導体５０との間に可溶体２０および中継端子３０を接続し、これらが互いに電気的に接続して構成される接続構造を有する。
接続導体１０は、例えばバスバーであり、同一方向に配列された複数の電池セルにおける電極端子群の少なくとも１つの電極端子に直接的に接続され、各電極端子の配列方向に沿って配列される。接続導体１０は、平板状の金属等の導電性材料から成り、２つの貫通孔１０ｂのいずれか一方または両方に電極端子を挿通させた上でネジ止めされて、電極端子に直接取り付けられる。なお、接続導体１０は、電池セルの配列方向で隣り合う２つの電極端子に直接取付けられてもよい。接続導体１０は、導電モジュール１００において、収容ケース６０に形成され、各電極端子の配列方向に沿って配列された複数の収容空間部６０ａにそれぞれ収容される。接続導体１０は、図３および図４に示すように、接続導体本体１０ａと、複数の貫通孔１０ｂと、接続部１０ｃとを含んで構成される。
接続導体本体１０ａは、Ｙ方向に貫通する複数の貫通孔１０ｂを備える。各貫通孔１０ｂは、電池セルから上方に突出した電極端子が挿入されるものであり、各電池セル２との接続部を残すように抜き加工によって形成される。接続部１０ｃは、接続導体本体１０ａの端部からＺ方向に延在し、かつ、Ｙ方向から平面視したときにＬ字状または逆Ｌ字状に形成されている。接続部１０ｃは、可溶体２０に接続されている。
可溶体２０は、一方の端部が接続導体１０に直に接続され、他方の端部が中継端子３０を介して線状導体５０に接続されている。つまり、可溶体２０は、接続導体１０と線状導体５０との間に間接的に接続されている。可溶体２０は、例えばヒューズであり、過電流が流れたときに溶断し、該当する電流経路を遮断する。すなわち、可溶体２０は、接続導体１０と線状導体５０との間に過電流が流れたときに溶断し、この溶断によって線状導体５０に接続されている電池監視ユニット２００を保護する。可溶体２０の過電流とは、例えば、予め設定された定格以上の電流である。つまり、可溶体２０は、予め設定された定格以上の電流が流れたときに溶断する。可溶体２０の定格電流は、保護する回路の電流に合わせてそれぞれ決められる。可溶体２０は、図５に示すように、一対の端子２０ａと、この一対の端子２０ａの間に設けられた溶断部２０ｂとで構成される。一対の端子２０ａのうち、一方の端子２０ａが接続導体１０の接続部１０ｃに接続され、他方の端子２０ａが中継端子３０に接続される。一方の端子２０ａは、接続部１０ｃとの間で半田付けや溶接などにより接続される。他方の接続部１０ｃは、中継端子３０との間で半田付けや溶接、加締めなどにより接続される。溶断部２０ｂは、錫や鉛などの金属により細く、かつ、波状に形成されている。溶断部２０ｂは、上述したように、予め設定された定格以上の電流が流れたときに溶断する。
中継端子３０は、一方の端部３０ａが可溶体２０を介して接続導体１０に接続され、他方の端部が線状導体５０に接続されている。つまり、中継端子３０は、可溶体２０を接続導体１０と線状導体５０との間で間接的に接続する。中継端子３０は、金属などの導電性材料で形成された接続端子であり、可溶体２０と線状導体５０とを物理的および電気的に接続するものである。中継端子３０は、線状導体５０と可溶体２０とが対向した状態で、線状導体５０、可溶体２０の延在方向に沿って線状導体５０と可溶体２０とを接続する。中継端子３０の一方の端部３０ａが可溶体２０の端子２０ａに接続し、他方の端部が絶縁被覆を剥離して露出させた状態の線状導体５０の端部に接続する。中継端子３０の一方の端部３０ａは、可溶体２０の端子２０ａに対して半田付け、溶接などにより接続する。中継端子３０の他方の端部は、線状導体５０の端部に対して圧着、半田付け若しくは溶接などにより接続する。
樹脂モールド部材４０Ａは、例えば、絶縁性を有する合成樹脂で形成される。樹脂モールド部材４０Ａは、図３に示すように、可溶体２０、接続導体１０の一部、および中継端子３０の一部を内在する。すなわち、樹脂モールド部材４０Ａは、可溶体２０の表面全部、接続導体１０の接続部１０ｃの表面の一部、および中継端子３０の端部３０ａの表面の一部を覆うように形成される。この樹脂モールド部材４０Ａは、接続導体１０、可溶体２０、中継端子３０、および線状導体５０を一体的に成形する。樹脂モールド部材４０Ａの成形方法としては、例えば、金型を用いたインサート成形が挙げられる。この場合、まず、接続導体１０と中継端子３０との間を可溶体２０を介して溶接などにより接続した成形対象物を作製し、当該成形対象物を成形金型の内部にセットする。次に、成形金型を閉じて内部に溶融した樹脂を流し込み、固まるまで待って成形金型を開き、成形対象物を取り出す。成形対象物に形成された樹脂モールド部材４０Ａから不要な樹脂を切り離す。
線状導体５０は、図２に示すように、電池監視ユニット２００に接続される。具体的には、線状導体５０は、絶縁被覆を剥離して露出させた状態の一方の端部が中継端子３０の他方の端部に接続され、他方の端部が電池監視ユニット２００に接続される。電池監視ユニット２００は、複数の電池セルの電池状態を監視する。電池監視ユニット２００は、例えば電圧検出装置であり、複数の電池セルの端子電圧を検出する。この場合、線状導体５０は、電圧検出線を構成する。電池監視ユニット２００は、例えば、オペアンプ、ＡＤ変換器などで構成され、電池セルの端子電圧を所定周期でサンプリングしてデジタル信号に変換して出力する。電池監視ユニット２００は、車両に搭載されている不図示のＥＣＵ（Ｅｎｇｉｎｅ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）に接続され、当該ＥＣＵに電池セルの端子電圧の値を出力する。
収容ケース６０は、例えば絶縁性を有する合成樹脂などで形成され、複数の導体１Ａを収容する。収容ケース６０は、複数の接続導体１０をそれぞれ収容する中空状の複数の収容空間部６０ａと、複数の線状導体５０を配線可能な中空状の配線空間部６０ｂとを備える。収容空間部６０ａは、可溶体２０および接続導体１０の一部が内在する樹脂モールド部材４０Ａと一体的に構成される接続導体１０をＹ方向に設けられた開口から収容する。配線空間部６０ｂは、収容空間部６０ａに収容された接続導体１０から伸びる線状導体５０をＹ方向に設けられた開口から収容する。
以上説明した実施形態１の導体１Ａの接続構造は、同一方向に配列された複数の電池セルにおける電極端子群の少なくとも１つの電極端子に直接的に接続される接続導体１０と、複数の電池セルの電池状態を監視する電池監視ユニット２００に接続される線状導体５０と、接続導体１０と線状導体５０との間に間接的に接続され、かつ、接続導体１０と線状導体５０との間を過電流が流れたときに溶断する可溶体２０と、可溶体２０、接続導体１０の一部、および中継端子３０の一部を内在する絶縁性の樹脂モールド部材４０Ａとを備える。
また、以上説明した実施形態１の導電モジュール１００は、同一方向に配列された複数の電池セルにおける電極端子群の少なくとも１つの電極端子に直接的に接続される接続導体１０と、複数の電池セルの電池状態を監視する電池監視ユニット２００に接続される線状導体５０と、接続導体１０と線状導体５０との間に間接的に接続され、かつ、接続導体１０と線状導体５０との間を過電流が流れたときに溶断する可溶体２０と、可溶体２０、接続導体１０の一部、および中継端子３０の一部を内在する樹脂モールド部材４０Ａとを備え、接続導体１０を少なくとも１つの電極端子に対応して複数備える。複数の接続導体１０は、絶縁性の収容ケース６０に形成され、かつ、各電極端子の配列方向に沿って配列された複数の収容空間部６０ａにそれぞれ収容される。
上記構成の導体１Ａの接続構造および導電モジュール１００によれば、接続導体１０が、中継端子を介することなく可溶体２０に直に接続されているので、接続導体１０と線状導体５０との間を接続する中継端子の数を削減して、導体１Ａおよび導電モジュール１００の小型化、軽量化を図ると共に、部品コストを抑えることができる。また、中継端子の数および電気的な接点数の減少により電池監視ユニット２００を流れる抵抗値が低下し、電池セルの端子電圧を精度良く検出することが可能となる。また、接続導体１０と線状導体５０との間に可溶体２０が接続されているので、過電流に対する導体１Ａおよび電池監視ユニット２００の保護が可能となる。さらに、導体１Ａの接続構造および導電モジュール１００は、可溶体２０および接続導体１０の一部および中継端子３０の一部を樹脂モールド部材４０Ａに内在させるので、接続導体１０、可溶体２０、および中継端子３０を１つの部品として扱うことが可能となり、複数の導体１Ａを導電モジュール１００に組み付ける時などの組み立て時に、収容ケース６０に対するヒューズや中継端子の組み付け工程が不要となり、組み立て時における作業容易性を向上することができる。
［実施形態２］
次に、実施形態２に係る導体の接続構造および導電モジュールについて説明する。図６は、実施形態２に係る導体の接続構造の概略構成を示す斜視図である。図７は、実施形態２に係る導体の接続構造の概略構成を示す平面図である。図８は、実施形態２に係る導体の接続構造の概略構成を示す分解平面図である。
実施形態２に係る導体１Ｂの接続構造および導電モジュール１００は、図６〜図８に示すように、接続導体１０と線状導体５０との間に可溶体２０のみを接続している点で上記実施形態１に係る導体１Ａの接続構造および導電モジュール１００と異なる。なお、以下の説明において、上記実施形態１と共通する構成については同一の符号を付して、その説明を省略する。
導体１Ｂは、接続導体１０と、可溶体２０と、樹脂モールド部材４０Ｂと、線状導体５０とを含んで構成される。導体１Ｂは、接続導体１０と線状導体５０との間に可溶体２０を接続し、これらが互いに電気的に接続して構成される接続構造を有する。
実施形態２における可溶体２０は、一方の端部が接続導体１０に直に接続され、他方の端部が線状導体５０に直に接続されている。つまり、可溶体２０は、接続導体１０と線状導体５０との間に直接的に接続されている。具体的には、可溶体２０は、一方の端子２０ａが接続導体１０の接続部１０ｃに接続され、他方の端子２０ａが線状導体５０に接続される。一方の端子２０ａは、接続部１０ｃとの間で半田付けや溶接などにより接続される。他方の端子２０ａは、線状導体５０との間で半田付けや溶接、加締めなどにより接続される。
樹脂モールド部材４０Ｂは、図７に示すように、可溶体２０、接続導体１０の一部、および線状導体５０の端部５０ａを内在する。すなわち、樹脂モールド部材４０Ｂは、可溶体２０の表面全部、接続導体１０の接続部１０ｃの表面の一部、および線状導体５０の端部５０ａの表面を覆うように形成される。この樹脂モールド部材４０Ｂは、接続導体１０、可溶体２０、および線状導体５０を一体的に成形する。なお、樹脂モールド部材４０Ｂの成形方法は、上記実施形態１と同様である。
実施形態２における線状導体５０は、絶縁被覆を剥離して露出させた状態の一方の端部５０ａが可溶体２０の他方の端子２０ａに接続され、他方の端部が電池監視ユニット２００に接続される。
以上説明した実施形態２の導体１Ｂの接続構造は、同一方向に配列された複数の電池セルにおける電極端子群の少なくとも１つの電極端子に直接的に接続される接続導体１０と、複数の電池セルの電池状態を監視する電池監視ユニット２００に接続される線状導体５０と、接続導体１０と線状導体５０との間に直接的に接続され、かつ、接続導体１０と線状導体５０との間を過電流が流れたときに溶断する可溶体２０と、可溶体２０、接続導体１０の一部、および線状導体５０の端部５０ａを内在する絶縁性の樹脂モールド部材４０Ｂとを備える。
また、以上説明した実施形態２の導電モジュール１００は、同一方向に配列された複数の電池セルにおける電極端子群の少なくとも１つの電極端子に直接的に接続される接続導体１０と、複数の電池セルの電池状態を監視する電池監視ユニット２００に接続される線状導体５０と、接続導体１０と線状導体５０との間に直接的に接続され、かつ、接続導体１０と線状導体５０との間を過電流が流れたときに溶断する可溶体２０と、可溶体２０、接続導体１０の一部、および線状導体５０の端部５０ａを内在する樹脂モールド部材４０Ｂとを備え、接続導体１０を少なくとも１つの電極端子に対応して複数備える。複数の接続導体１０は、絶縁性の収容ケース６０に形成され、かつ、各電極端子の配列方向に沿って配列された複数の収容空間部６０ａにそれぞれ収容される。
上記構成の導体１Ｂの接続構造および導電モジュール１００によれば、接続導体１０が、中継端子３０を介することなく可溶体２０に直に接続され、かつ、可溶体２０を介して直に線状導体５０に接続されているので、上記実施形態１の導体１Ａの接続構造および導電モジュール１００による効果をさらに得ることができる。
なお、上記実施形態１，２では、接続導体１０をバスバーとしているが、これに限定されるものではない。すなわち、接続導体１０は、同一方向に配列された複数の電池セルにおける電極端子群の少なくとも１つの電極端子にバスバーを介して間接的に接続された導体であってもよい。この場合、接続導体１０は、そのバスバーに対して物理的、かつ、電気的に接続される。この接続導体１０とバスバーとの間は、例えば、嵌合構造、溶接やネジ止め等を用いて接続される。
また、上記実施形態１，２において、接続導体１０は、接続導体本体１０ａの端部からＺ方向に延在し、かつ、Ｙ方向から平面視したときにＬ字状または逆Ｌ字状に形成される接続部１０ｃに可溶体２０が接続されているが、これに限定されず、接続導体本体１０ａに直に可溶体２０が接続される構造であってもよい。この場合、樹脂モールド部材４０Ａ，４０Ｂは、可溶体２０の表面全部、接続導体１０の表面の一部、中継端子３０の端部３０ａの表面の一部または線状導体５０の端部５０ａの表面の一部を覆うように形成される。
また、上記実施形態１，２において、電池監視ユニット２００の回路構成などは特に限定されない。電池監視ユニット２００は、例えば、各単電池の端子電圧や組電池全体の端子電圧を検出するように構成されていてもよい。
また、上記実施形態１，２において、可溶体２０は、予め設定された定格以上の電流が流れたときに溶断するものであれば、図示の形状や構成に限らない。
１Ａ，１Ｂ 導体
１０ 接続導体
１０ａ 接続導体本体
１０ｂ 貫通孔
１０ｃ 接続部
２０ 可溶体
２０ａ 端子
２０ｂ 溶断部
３０ 中継端子
４０Ａ，４０Ｂ 樹脂モールド部材
５０ 線状導体
６０ 収容ケース
６０ａ 収容空間部
６０ｂ 配線空間部
１００ 導電モジュール
２００ 電池監視ユニット

Claims (4)

  1. 同一方向に配列された複数の電池セルにおける電極端子群の少なくとも１つの電極端子に直接的または間接的に接続される接続導体と、
    前記複数の電池セルの電池状態を監視する電池監視ユニットに接続される線状導体と、
    前記接続導体と前記線状導体との間に直接的または間接的に接続され、かつ、前記接続導体と前記線状導体との間を過電流が流れたときに溶断する可溶体と、
    前記可溶体および前記接続導体の一部を内在する絶縁性の樹脂モールド部材と、
    を備えることを特徴とする導体の接続構造。
  2. 前記可溶体は、金属製の中継端子を介して前記線状導体に接続され、
    前記樹脂モールド部材はさらに、前記中継端子の一部を内在する
    請求項１に記載の導体の接続構造。
  3. 前記可溶体は、一対の端子と、前記一対の端子の間に設けられた溶断部とで構成され、
    前記一対の端子のうちの一方には前記接続導体が接続され、他方には前記線状導体または前記中継端子が接続される
    請求項２に記載の導体の接続構造。
  4. 同一方向に配列された複数の電池セルにおける電極端子群の少なくとも１つの電極端子に直接的または間接的に接続される接続導体と、
    前記複数の電池セルの電池状態を監視する電池監視ユニットに接続される線状導体と、
    前記接続導体と前記線状導体との間に直接的または間接的に接続され、かつ、前記接続導体と前記線状導体との間を過電流が流れたときに溶断する可溶体と、
    前記可溶体および前記接続導体の一部を内在する絶縁性の樹脂モールド部材と、
    を備える導体を少なくとも１つの前記電極端子に対応して複数備え、
    複数の前記接続導体は、絶縁性の収容ケースに形成され、かつ、各前記電極端子の配列方向に沿って配列された複数の収容空間部にそれぞれ収容される
    ことを特徴とする導電モジュール。
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