JP5501371B2 - バッテリ極柱接続用バスバーとこれを用いたバッテリ電圧監視装置 - Google Patents
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Description
したがって、バッテリから高電圧を得るには、各バッテリの端子電圧が所定の値に維持されているかを常に監視をするバッテリ電圧監視装置が必要となる。ところが、多数のバッテリ端子と電圧検出端子の接続作業、および電圧検出端子とプリント回路の組付け作業がこれまでは面倒であった。
まず、本発明が扱うバッテリ電圧監視装置の電圧検出原理について説明する。
《複数個のバッテリの配置》
図5は、本発明に係るバッテリ電圧監視装置が監視対象とするバッテリの接続回路図である。図5において、バッテリB1〜Bnはそれぞれ1個の最小単位を構成するバッテリで、正極柱10Pと負極柱10Nとを備えている。正極柱10Pも負極柱10Nも形状は同じで、円柱状をして表面にねじ溝が切ってあるボルトである。バッテリB1の隣のバッテリB2も同じく正極柱10Pと負極柱10Nとを備えているが、配列は逆向きにされ、バッテリB1の正極柱10Pの横にバッテリB2の負極柱10Nがきて、バッテリB1の負極柱10Nの横にバッテリB2の正極柱10Pがきている。さらに、バッテリB2の隣のバッテリB3も同じく正極柱10Pと負極柱10Nとを備えているが、配列はバッテリB2に対して逆向きとされ、バッテリB3の正極柱10Pの横にはバッテリB2の負極柱10Nがあり、バッテリB3の負極柱10Nの横にはバッテリB2の正極柱10Pがある。以下、このルールに基づいて同じように配列され、バッテリB1〜Bnから成るバッテリパックのA列バッテリができる。
同じようにして、B列バッテリも形成されている。
図5において、バッテリB1の正極柱10Pと隣のバッテリB2の負極柱10Nとはバスバー10で接続される。バスバー10は導電性金属板を矩形状に打ち抜かれて成り、極柱が挿入されるための挿入孔が2箇所に開けられている。このバスバー10の2箇所の挿入孔にそれぞれバッテリB1の正極柱10Pと隣のバッテリB2の負極柱10Nとを通し、ナットでそれぞれ締め付けることにより、バッテリB1の正極柱10PとバッテリB2の負極柱10Nとが電気的に接続される。以下、順次これを繰り返し、A列バッテリの最後のバッテリBnの正極柱10PとB列バッテリの最後のバッテリBnの負極柱10Nとを長尺のバスバー10ABで接続し、以下、B列バッテリ内で同じようにバッテリの極柱と隣のバッテリの極柱とをバスバー10で接続することを繰り返し、最終的に、A列バッテリとB列バッテリとのすべてのバッテリの直列接続回路ができあがり、端子10T1を負極、端子10T2を正極とする直流高電圧電源が形成される。
図5のA列バッテリとB列バッテリのすべてのバッテリについて、端子電圧が所定の電圧を保っているかどうかを監視するため、図5の直流高電圧回路に図6のようなバッテリ電圧監視装置60を付加している。図6はバスバー10に電圧検出用端子50が電気的接続されて成るバッテリ回路装置の回路図である。電気的接続としては、溶接・半田・弾性圧接(弾性圧接するものとしては特許文献1参照)などが用いられる。このようにして電気的接続された各電圧検出用端子50からバッテリ電圧監視装置60の各端子まで検出線40Wを敷設している。図6でA列バッテリの下側のバスバー10の端子と繋がっているバッテリ電圧監視装置60の各端子をバッテリ電圧監視装置60に近いバッテリから順にT1、T3、T5、・・・、Tn−1とし、同じく、図でA列バッテリの上側のバスバー10”の端子と繋がっているバッテリ電圧監視装置60の各端子をバッテリ電圧監視装置60に近いバッテリから順にT0、T2、T4、・・・、Tnとするとき、バッテリB1の端子電圧を測定するには、直流電圧計の負端子Pnを端子T0に当て、正端子Ppを端子T1に当てればバッテリB2の両極柱が直流電圧計を挟んで閉回路となるので、直流電圧計の目盛を読み取ればバッテリB2の両極柱間の直流電圧が判る。
同じくバッテリB2の端子電圧を測定するには、直流電圧計の負端子Pnを端子T2に当て、正端子Ppを端子T1に当てたままにすればよい。
同じくバッテリBnの端子電圧を測定するには、直流電圧計の負端子Pnを端子Tnに当て、正端子Ppを端子Tn−1に当てればよい。
以上がA列バッテリの端子電圧測定方法である。
B列バッテリ側にはバッテリ電圧監視装置60の配線は図示してないが、B列バッテリ側の端子電圧測定もこれと同じようにすればよい。
図7は特許文献1記載の電圧監視装置のバッテリ両極柱(正極柱10P、負極柱10N)と電圧検出用端子50の接続状態を説明する正面図である。図7において、特許文献1記載の電圧監視装置は、電気自動車のA列バッテリを構成する複数のバッテリB1〜B6を直列に接続する電池間バスバー10に溶接部位F1で立設接続される電圧検出用端子50を、プリント基板40に設けられた貫通穴40Lに挿入し、このプリント基板40に設けられた配線パターンに半田付けにより接続させている。電圧検出用端子50は、プリント基板40との接続箇所である半田部にひび割れなどが生じないようにするため、外力がかかった際にそれを吸収できる撓(たわ)み構造を持たせるべく、厚みの薄い金属板を用いて電圧検出用端子50を形成している。
また、電圧検出用端子50は全ての電池に対して1つずつ設けられているが、上述したように電圧検出用端子50の貫通穴40Lへの位置合わせが困難であることから、複数の電圧検出用端子50を一括でそれぞれの貫通穴40Lに挿入することは極めて困難であった。このため、この電圧検出用端子50のプリント基板40への取り付け作業においては、各電圧検出用端子50を一つ一つ各貫通穴40Lに挿入しなければならず、作業時間が長くかかってしまうという問題があった。
また、バスバー10と電圧検出用端子50とは別体であるので、両者を接続する溶接・半田・弾性圧接などの作業工程が必要なので、生産性が悪かった。
〈特許文献2のバスバー10’の形状〉
図8は特許文献2記載の発明と同じ考え方に基づく電圧監視装置に用いられる電圧検出用端子の斜視図である。
図8において、10’は特許文献2記載のバスバーで、1枚の長尺巻物の導電性金属板をプレスで連続して打ち抜いてなり、その際、電圧検出用端子13’も同時にバスバー10’と繋(つな)がったまま打ち抜いているのが、特許文献2記載の発明の特徴である。
従来の電圧検出用端子50(図6、図7)はバスバー10と別体であったので両者を接続する溶接・半田・弾性圧接などの工程が必要であったが、ここではバスバー10’と一体にプレスで打ち抜かれた電圧検出用端子13(図13)はバスバー10’から垂直に起こすだけで電圧検出用端子13が形成されるので、溶接・半田・弾性圧接などの接続工程が省略できることとなり、生産性が向上した。
特許文献2のバスバー10’はバッテリB1〜Bn(図9(A))に設けられた正極柱を構成するボルトとこれに隣接するバッテリBに設けられた負極柱を構成するボルトを接続するための板で、銅板などの導電性金属の角形薄板の中央部付近に2つの孔10L、10Lがあけられている。したがって、2つの孔10L、10Lの間隔は、互いに隣接する角型バッテリBとの間の正極柱と負極柱(あるいはその逆)の間隔に等しくなっている。
バスバー10’の各孔10L、10Lにボルトを挿通した後、ナットNで締結される。
また、複数のバスバー10’はそれぞれ連結部10Rで連結されている。
〈樹脂ケース20と樹脂枠30の相互配置関係〉
図9は特許文献2記載のバスバー10’に用いられるバッテリとバッテリ電圧監視装置の全体図で、(A)は分解斜視図で、バッテリ電圧監視装置とバッテリ集合体であり、(B)は(A)バッテリ電圧監視装置とバッテリ集合体とを組み合わせた全体の斜視図である。
図9において、100は複数のバッテリを直列接続する直列接続回路とバッテリ電圧監視回路を含むバッテリ回路装置であり、200は複数のバッテリから成るバッテリ集合体である。
図9(A)のバッテリ回路装置100は、バスバーと、バスバーを収容する樹脂ケースを多数連続して形成して成る樹脂ケース本体と、電圧検出用端子を収容する樹脂枠と、プリント基板とを組み合わせて成るものであるが、組み合わせた状態では判りにくいので、図9(A)のバッテリ回路装置を分解した斜視図である図10を用いて説明する。
図10において、バッテリ回路装置100は、バスバー10と、バスバー10を収容する樹脂ケース20を多数連続して形成して成る樹脂ケース本体と、電圧検出用端子を収容する樹脂枠30と、プリント基板40とから構成されている。
バスバー10は、二つ孔付きバスバーが連続して繋がった状態で示されている。この連続して繋がったバスバー10の下方に、各バスバー10をそれぞれ収容する樹脂ケース20を多数連続して形成して成る合成樹脂製基板部20Hがある。
各バスバー10同士を繋(つな)ぐ連結部10R(図8)を剪断機で剪断(せんだん)することで、剪断された1枚のバスバー10が落下して真下の樹脂ケース20内に収納される。
合成樹脂製基板部20H(図10)は、A列バッテリ200A(図9(A))のための2列と、B列バッテリ200B(図9(A))のための2列のため4列の樹脂ケース20と、を備えている。
樹脂枠30(図10)は電圧検出用端子13(図8)を立設状態でそのまま収容する溝が形成されている。
プリント基板40(図10)には、電圧検出用端子13(図13)とバッテリ電圧監視装置60(図13)とを繋ぐための配線40Wが、多数本印刷されている。
このようにして得られたバッテリ回路装置100(図9(A))をバッテリ集合体200(図9(A))の上に載置し、バッテリ集合体200の各バッテリにある両極柱(正極柱10Pと負極柱10N)をバッテリ回路装置100の樹脂ケース20(図10)に収納された各バスバー10’(図8)の孔10L(図8)に貫通させてナットで締めることにより、主回路が形成され、図9(B)で示す主回路兼バッテリ電圧監視装置300が得られる。
次ぎに、バスバー10’の組付け手順(1)〜(3)について説明する。
図11(A)は図10の合成樹脂製基板部20Hにおける樹脂ケース20周辺を部分的に拡大した斜視図である。各樹脂ケース20には連鎖状態から剪断されたバスバー10’がそれぞれ図8の状態で収納される。したがってバスバー10’と一体の電圧検出用端子13’も樹脂枠30の溝30Mの内に立設状態で収納されている。電圧検出用端子13’が樹脂枠30の溝30Mの内に収納された状態で、電圧検出用端子13’の先端13Sは樹脂枠30から高く突出している。その突出高さはその上に載置されるプリント基板40(図10)の厚さよりも高くなっており、プリント基板40が載置された状態でプリント基板40の貫通孔から電圧検出用端子13’の先端13Sを出して、電圧検出用端子13’の先端13Sとプリント基板40の導体とが半田づけできるものとなっている。
図11(B)は図11(A)の四角で囲った枠内の電圧検出用端子13’と樹脂枠30とを分離して描いた斜視図である。電圧検出用端子13’の上方から樹脂枠30が下降して電圧検出用端子13’の先端近傍は樹脂枠30の溝30M内に圧入される。
電圧検出用端子13’の側面には打ち出し突起による上方へ向けて厚味が増すように傾斜した係止突起13Kが形成されて、樹脂枠30の溝30Mの内に収納された電圧検出用端子13’が抜け出ないようになっている。
その後、この上にプリント基板40(図10)が載置され、その際、各電圧検出用端子13’の先端13Sはプリント基板40(基本的に図7と同じ)に設けられた各貫通穴40Lに挿入され、図12のようにこのプリント基板40に設けられた配線パターンに半田付けにより接続され、組付けが完了する。
以上のように、特許文献2記載の電圧検出用端子13’は、従来の電圧検出用端子50がバスバー10と別体であったので両者を接続する溶接・半田・弾性圧接などの工程が必要であったが、ここではバスバー10’と一体にプレスで打ち抜いているので、電圧検出用端子13’(図8)はバスバー10’から垂直に起こすだけで電圧検出用端子13’が形成されるので、溶接・半田・弾性圧接などの接続工程が省略できることとなる。
図4(B)は特許文献2記載の電圧検出用端子13’と一体のバスバー10’の課題を説明する図で、バッテリの隣接する2本の極柱を含む面で縦に切った縦断面図である。
バスバー10’の各孔10L、10LにバッテリB1の正極柱10Pと隣のバッテリB2の負極柱10Nとを通し、ナットNでそれぞれ締め付けるとき、2つの極柱同士の高さにばらつきがあると、バスバー10’に剛性があるため傾斜して取り付けられることとなり、両極柱(正極柱10Pと負極柱10N)とバスバー10’とナットNの間がうまく接触しなくなり、バッテリに負荷がかかった。
本発明はこれらの課題を解決するためになされたもので、たとえ2つの極柱同士の高さにばらつきがあっても、バスバーの接触部分が傾斜することなく、両極柱(正極柱と負極柱)とバスバーとナットの間がうまく接触して、バッテリに負荷がかからないようにするバスバーを提供することを目的としている。
前記直流高電圧電源回路が、前記隣接するバッテリの異なる極性の極柱同士を前記電圧検出用端子付きバッテリ極柱接続用バスバーで接続することにより構成され、
前記バッテリ電圧監視回路が、前記電圧検出用端子付きバッテリ極柱接続用バスバーに形成された電圧検出用端子を前記プリント基板を介して前記電圧検出器と接続することにより構成されることを特徴としている。
図1は本発明に係る電圧検出用端子の斜視図で、(A)は展開状態、(B)は折り曲げ状態を示している。また、(C)は180度曲げ状態を示す側面図である。
図1において、本発明に係るバスバー10は、基本的に、特許文献2のバスバー10’(図8)の2倍の面積と1/2の厚さから成る導電性金属の角形薄板で、角形薄板の長さ方向の両端のヒンジ部10H、10Hを残して中央部に細長い開口10Kが形成されることで、ヒンジ部10H、10Hに屈曲のヒンジ機能を持たせ、かつ、ヒンジ部10H、10Hを中心に一方のバスバー11と他方のバスバー12にそれぞれ孔10L、10Lを形成し、さらに、他方のバスバー12の縁部中央に電圧検出用端子13をバスバー10の打ち抜き時にこれと一体に打ち抜いて成る。打ち抜き後、電圧検出用端子13を垂直に起こすと図1(A)のように、電圧検出用端子13は他方のバスバー12から立設される。
したがって、ヒンジ部10H、10Hを中心に一方のバスバー11を折り曲げて他方のバスバー12に重ねると、図1(B)のようになり、特許文献2のバスバー10’と同じ機能を有するバスバーができあがり、しかも薄い金属板2枚で構成されているので、バスバーとバッテリの応力緩和と180度曲げによる高さばらつきの吸収効果が得られる。
図1(C)では、本発明に係るバスバー10がヒンジ部10H、10Hを中心に一方のバスバー11が他方のバスバー12の上に重ねられ、縁部から電圧検出用端子13が立設しており、電圧検出用端子13の側面には打ち出し突起による係止突起13Kが形成されている。また、電圧検出用端子13の先端13Sは上方に長く延びて、プリント基板40(図3)の貫通穴40Lを通過してプリント基板40から突出する長さとなっている。
バスバー10の組付け手順(1)〜(3)は基本的に先行発明(特許文献2)であるバスバー10’の組付け手順(1)〜(3)と同じである。
図2は合成樹脂製基板部における本発明の樹脂ケース周辺を説明する図で、(A)は部分的に拡大した斜視図、(B)は図2(A)の四角で囲った枠内の電圧検出用端子と樹脂枠との圧入途中を描いた斜視図である。
各樹脂ケース20には連鎖状態から剪断されたバスバー10がそれぞれ図1(B)の状態で収納される。したがってバスバー10と一体の電圧検出用端子13も樹脂枠30の溝30Mの内に立設状態で収納されている。電圧検出用端子13が樹脂枠30の溝30Mの内に収納された状態で、電圧検出用端子13の先端13Sは樹脂枠30から高く突出している。その突出高さはその上に載置されるプリント基板40(図10)の厚さよりも高くなっており、プリント基板40が載置された状態でプリント基板40の貫通孔から電圧検出用端子13の先端13Sを出して、電圧検出用端子13の先端13Sとプリント基板40の導体とが半田づけできるものとなっている。
図2(B)は図2(A)の四角で囲った枠内の電圧検出用端子13と樹脂枠30とを分離して描いた斜視図である。電圧検出用端子13の上方から樹脂枠30が下降して電圧検出用端子13の先端近傍は樹脂枠30の溝30M内に圧入される。
電圧検出用端子13の側面には打ち出し突起による上方へ向けて厚味が増すように傾斜した係止突起13Kが形成されて、樹脂枠30の溝30Mの内に収納された電圧検出用端子13が抜け出ないようになっている。
図3は本発明に係る電圧検出用端子とプリント基板との半田づけ部位を説明する斜視図である。その後、この上にプリント基板40(図10)が載置され、その際、各電圧検出用端子13の先端13Sはプリント基板40(基本的に図7と同じ)に設けられた各貫通穴40Lに挿入され、図3のようにこのプリント基板40に設けられた配線パターンに半田付けにより接続され、組付けが完了する。
図4(A)は本発明のバスバー10の長所を説明する図で、本発明によるバスバー10(図1)の各孔10L、10L(図1(B))にバッテリの正極柱10Pと隣のバッテリの負極柱10Nをそれぞれ通し、ナットNでそれぞれ締め付けると、2つの極柱同士の高さにばらつきがあっても、バスバー10が2枚の薄いバスバー11、12でできているため折り曲げ構造で撓みを得られるので傾斜して取り付けられても途中で撓んで、正極柱10Pとバスバー10とナットNの間および負極柱10Nとバスバー10とナットNの間それぞれ水平となって接触するので、接触面積が広くなり、バッテリに負荷がかからなくなる。
このように、本発明のバスバー10によれば、2つの極柱同士の高さにばらつきがあっても、バスバーの接触部分が傾斜することなく、両極柱とバスバーとナットの間がうまく接触して、バッテリに負荷がかからないようなる。
これに対して、特許文献2記載のバスバー10’では、図4(B)のように、バスバー10’の各孔10L、10Lにバッテリの正極柱10Pと隣のバッテリの負極柱10Nとを通し、ナットNでそれぞれ締め付けると、2つの極柱同士の高さにばらつきがあると、バスバー10’に剛性があるため傾斜して取り付けられることとなり、両極柱とバスバー10’とナットNの間がうまく接触しなかった。
(1)以上のように、本発明の電圧検出用端子13は、従来の電圧検出用端子50がバスバー10と別体であったので両者を接続する溶接・半田・圧接などの工程が必要であったが、ここではバスバー10と一体にプレスで打ち抜いているため、電圧検出用端子13(図1)はバスバー10から垂直に起こすだけで電圧検出用端子13が形成されるので、溶接・半田・圧接などの接続工程が省略できることとなり、かつ部品点数の削減ができた。
(2)しかも、バッテリと隣のバッテリの極柱の高さにばらつきがあっても、バスバー10が薄い2枚のバスバー11、12でできていて撓み性があるので、傾斜して取り付けられてもバスバー10が途中で撓んで、正極柱10Pとバスバー10とナットNの間および負極柱10Nとバスバー10とナットNの間それぞれ水平となって接触するようになり、接触面積が広くなり、バッテリに負荷がかからなくなった。
10H ヒンジ部
10K 細長い開口
10L 孔
10N バッテリの負極柱
10P バッテリの正極柱
11 一方のバスバー(薄板)
12 他方のバスバー(薄板)
13 電圧検出用端子
13K 係止突起
13S 電圧検出用端子の先端
20 樹脂ケース
20H 合成樹脂製基板部
30 樹脂枠
30M 溝
40 プリント基板
40L 貫通穴
N ナット
Claims (4)
- 導電性金属の角形薄板の長さ方向の両端を残して中央部に細長い開口が形成され、前記中央部の細長い開口を中心にして両側の前記角形薄板にそれぞれ1つのバッテリの極柱と隣りのバッテリの極柱とが貫通する2個の孔をあけ、かつ、前記角形薄板の縁部から電圧検出用端子が前記角形薄板と一体に延設されるバッテリ極柱接続用バスバーであって、前記中央部の細長い開口を中心にして2つに折り曲げた状態で前記2個の孔が重なり合い、かつ前記電圧検出用端子を垂直方向に折り曲げて前記角形薄板から立設させることができることを特徴とする電圧検出用端子付きバッテリ極柱接続用バスバー。
- 前記電圧検出用端子の側面に打ち出し突起による係止突起が形成されていることを特徴とする請求項1記載の電圧検出用端子付きバッテリ極柱接続用バスバー。
- 前記角形薄板の縁部から前記電圧検出用端子が上方に立設された状態のバスバーにおいて、
前記電圧検出用端子の前記縁部から先端までの長さは、前記電圧検出用端子がプリント基板の貫通穴に挿入されてその先端が前記プリント基板の上に突出できる長さであることを特徴とする請求項1又は2記載の電圧検出用端子付きバッテリ極柱接続用バスバー。 - 請求項3記載の電圧検出用端子付きバッテリ極柱接続用バスバーと、前記電圧検出用端子付きバッテリ極柱接続用バスバーを収納する樹脂ケースと、前記樹脂ケースの近傍に配置されて前記電圧検出用端子を電圧検出器に接続するプリント基板と、を備えた直流高電圧電源回路兼バッテリ電圧監視回路であって、極性が異なる極柱が互いに隣りになるようにしてそれぞれ並置された複数のバッテリの上に載置されて使用される直流高電圧電源回路兼バッテリ電圧監視回路において、
前記直流高電圧電源回路が、前記隣接するバッテリの異なる極性の極柱同士を前記電圧検出用端子付きバッテリ極柱接続用バスバーで接続することにより構成され、
前記バッテリ電圧監視回路が、前記電圧検出用端子付きバッテリ極柱接続用バスバーに形成された電圧検出用端子を前記プリント基板を介して前記電圧検出器と接続することにより構成されることを特徴とする直流高電圧電源回路兼バッテリ電圧監視回路。
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