JP5707503B2 - 電源制御装置及び電源制御装置の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、電源制御装置及び電源制御装置の製造方法に関する。
本願は、２０１１年１０月１３日に日本国に出願された特願２０１１−２２５９１３号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。

ハイブリッド車や電気自動車に搭載されるバッテリシステムは、過充電等による電池の劣化を防止するために、電池の電圧を検出する制御基板を備えている。この制御基板は、例えば特許文献１に示すように、複数の電池を備える電池モジュールの上に設置されており、各電池と電気的に接続されている。

日本国特開２０１０−５６０３５号公報

ところで、電池モジュールの接続端子と制御基板の接続端子との配置位置や形状の違いから、電池モジュールと制御基板との間にバスバーモジュールが配置される場合もある。
このバスバーモジュールは、バスバーと前記バスバーを支える樹脂体とからなり、電池モジュールの接続端子と制御基板の接続端子とを接続する。
なお、バスバーモジュールと制御基板とは合わせて電源制御装置として機能する。つまり、上述のようなバッテリシステムは、電池モジュールの上に電源制御装置が設置された構成を有している。

バスバーモジュールは、導電性のバスバーと、前記バスバーを支持する樹脂体とから構成されている。電池モジュールの１つの接続端子と制御基板の１つの接続端子とは一本のバスバーによって電気的に接続される。電池モジュール及び制御基板には複数の接続端子が設けられているため、バスバーモジュールは、多数のバスバーを備えている。
このようなバスバーモジュールは、一般的にインサート成形によって製造される。しかし、バスバーの数が多いことから各バスバーを正確に位置決めすることが難しい。また、バスバーモジュールの製造時にバスバーの取り扱い性が悪いため作業性が悪い。
また、バスバーは、電気的に接続する２つの接続端子の配置によって様々な形状を取る。このため、バスバーモジュールが備える全てのバスバーを形成するためには、例えば多数の型等が必要となり、製造コストの増大に繋がる。

本発明は、上述する問題点に鑑みてなされたもので、バスバーモジュール製造時の作業性を向上させることで電源制御装置の製造を容易とし、またバスバーモジュールの製造コストを低減させることにより電源制御装置の製造コストを低減させることを目的とする。

本発明は、上記課題を解決するための手段として、以下の構成を採用する。
すなわち、（１）本発明の一態様に係る電源制御装置は、電池モジュールの電圧を制御する制御基板と、上記制御基板と上記電池モジュールとを電気的に接続するバスバーモジュールと、を備え、前記制御基板と前記バスバーモジュールとは積層配置されており、上記バスバーモジュールは、互いを接続する連結部が切断されることによって独立された複数のバスバーと、上記連結部を露出させた状態で前記バスバーを支持する樹脂体と、を備える。

（２）上記（１）に係る電源制御装置において、上記樹脂体は、その表面側から裏面側に貫通する開口部を備えるという構成を採用してもよい。

（３）上記（２）に係る電源制御装置において、上記開口部にて上記連結部が露出されているという構成を採用してもよい。

（４）本発明の他の態様に係る電源制御装置の製造方法は、電池モジュールの電圧を制御する制御基板と、上記制御基板と上記電池モジュールとを電気的に接続するバスバーモジュールと、を備え、前記制御基板と前記バスバーモジュールとが積層配置された電源制御装置の製造方法であって、連結部によって互いが接続された複数のバスバーからなるバスバー集合体と、樹脂体と、が上記連結部で露出するように一体成形し、前記一体成形後に上記連結部を切断することにより上記バスバーを独立させる。

本発明の態様によれば、バスバーが、互いが接続される連結部が切断されることで独立されている。このようなバスバーモジュールは、複数のバスバーを連結部で接続した状態（バスバー集合体）で纏めて成形し、バスバー集合体と樹脂体とを一体化した後に連結部を切断することで製造することができる。したがって、本発明の態様によれば、複数のバスバーが一体化されて纏まったバスバー集合体をインサート成形してバスバーモジュールを製造することができ、ばらばらのバスバーをインサート成形してバスバーモジュールを製造するよりも遥かに容易にバスバーモジュールモジュールの製造を行うことができる。本発明の態様によれば、このようにバスバーモジュールの製造が容易となるため、電源制御装置の製造を容易とすることができる。
また、本発明の態様によれば、バスバー集合体を１つの型で形成することができる。このため、バスバーの形状ごとに型を用意する必要がなく、バスバーモジュールの製造コストを低減させることができる。本発明の態様によれば、このようにバスバーモジュールの製造コストが低減されるため、電源制御装置の製造コストを低減させることができる。

本発明の一実施形態における電源制御装置を含むバッテリシステムの分解斜視図である。 本発明の一実施形態における電源制御装置の制御基板及びネジを含んだ平面図である。 同電源制御装置の、制御基板及びネジを省略した場合の平面図である。 本発明の一実施形態における電源制御装置が備える制御基板の斜視図である。 本発明の一実施形態における電源制御装置が備える複数のバスバーの各々が独立する前の状態を示す平面図である。

以下、図面を参照して、本発明に係る電源制御装置の一実施形態について説明する。なお、以下の図面において、各部材を認識可能な大きさとするために、各部材の縮尺を適宜変更している。

図１は、本実施形態の電源制御装置１を備えるバッテリシステム１００の概略構成を示す分解斜視図である。この図に示すように、バッテリシステム１００は、電池モジュール１０１と、本実施形態の電源制御装置１と、カバー１１０によって構成されている。

電池モジュール１０１は、電池１０２と、端子台１０３と、不図示の固定台を備えている。電池１０２は、充電及び放電が可能な蓄電池であり、上部に端子が設けられている。
この電池１０２は、不図示の固定台に固定されて複数備えられている。これらの電池１０２は、同一姿勢にて配列されている。端子台１０３は、電池１０２の接続端子を固定する台であり、電源制御装置１が電池１０２と電気的に接続するための接続端子を備えている。これらの端子台１０３が備える接続端子は、予め定められた配置パターンにて端子台１０３の上面に設けられている。なお、端子台１０３の上面に設けられる接続端子は、電池モジュール１０１を電源制御装置１と電気的に接続するための接続端子として機能するため、以下の説明においては、端子台１０３の上面に設けられる接続端子を電池モジュール１０１の接続端子と称する。

本実施形態の電源制御装置１は、電池モジュール１０１の上に設けられており、バスバーモジュール２と、制御基板３と、ネジ４とを備えている。これらのバスバーモジュール２と制御基板３とは、バスバーモジュール２を下側（電池モジュール１０１側）、制御基板３を上側（電池モジュール１０１と反対側）として積層されており、ネジ４によって締結されることで一体化されている。

続いて、図２Ａ〜図４を参照しながら、本実施形態の電源制御装置１についてより詳細に説明する。図２Ａ及び図２Ｂは、本実施形態の電源制御装置１の平面図である。図２Ａは、電源制御装置１の制御基板３及びネジ４を含んだ平面図である。図２Ｂは、電源制御装置１の制御基板３及びネジ４を省略した場合の平面図（すなわちバスバーモジュール２のみを示した図）である。また、図３は、バスバーモジュールのみを示す斜視図である。また、図４は、バスバーモジュール２が備える後述のバスバー２ａの各々が独立する前の状態（バスバー集合体１０）を示す平面図である。

バスバーモジュール２は、接続端子の配置位置や形状が異なる電池モジュール１０１と制御基板３とを電気的に接続するための部材であり、複数のバスバー２ａと、これらのバスバー２ａを支える樹脂体２ｂとを備えている。

バスバー２ａは、銅等の導電性材料からなる金属パターンである。バスバー２ａは、一方の端部が略正方形の接続端子２ｃとされ、他方の端部がリードピン２ｄとされている。
バスバー２ａは、電池モジュール１０１の接続端子の数の分だけ設けられている。また、全てのバスバー２ａが接続端子２ｃを有している。これらのバスバー２ａの接続端子２ｃは、樹脂体２ｂの周囲と同じ高さになるように配置されており、電池モジュール１０１の接続端子に対応する位置に設けられている。
なお、各接続端子２ｃには、貫通孔２ｅが設けられている。これらの貫通孔２ｅを挿通する不図示のネジによってバスバーモジュール２が電池モジュール１０１に固定され、接続端子２ｃが電池モジュール１０１の接続端子と電気的に接続される。

各バスバー２ａのリードピン２ｄは、樹脂体２ｂの片側（図２Ｂの左側）に設けられた開口部２ｆに集められており、前記開口部２ｆから露出するように配置されている。また、各リードピン２ｄは、先端が制御基板３側に向くように折り曲げられている。
これらのリードピン２ｄが樹脂体２ｂの接続端子と半田付けにより接合されることで、バスバーモジュール２は制御基板３と電気的に接続される。

また、各バスバー２ａは、樹脂体２ｂの外部において屈曲すると共に接続端子２ｃに接続する屈曲部２ｇを備えている。この屈曲部２ｇは、図３に示すように、バスバー２ａの一部を上方に立ち上げるように屈曲して段差を設けることで形成されている。この屈曲部２ｇは、接続端子２ｃに対して荷重が作用した場合に変形が許容される厚み及び幅とされることで可撓性を有している。

また、本実施形態の電源制御装置１においては、後述の開口部２ｆ（図２Ｂ参照）よりも、図２Ｂにおける右側に配置されるバスバー２ａは、互いを接続する連結部１１が切断されることによって独立されたバスバー２ａとされている。つまり、図４に示すように、上記複数のバスバー２ａは、連結部１１が切断されるより前は、隣り合うバスバー２ａ同士が連結部１１によって接続されたバスバー集合体１０の一部とされている。なお、連結部１１は、バスバー２ａと同一材料によって形成されている。ただし、図４においては、視認性を向上させるために、連結部１１を黒く示している。

樹脂体２ｂは、バスバー２ａを支持する樹脂からなる略長方形の板状部材である。樹脂体２ｂは、例えば、ＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド樹脂）によって形成されている。この樹脂体２ｂは、図２Ｂに示すように、リードピン２ｄを露出するための上記開口部２ｆを有している。また、樹脂体２ｂの上面には、制御基板３の位置決めを行うための位置決めピン２ｈが設けられている。さらに、樹脂体２ｂには、開口部２ｆの他に、表面側から裏面側に貫通する複数の開口部２ｉが設けられている。これらの開口部２ｉは、バスバー集合体１０と樹脂体２ｂとを一体化した場合に、連結部１１を露出する位置に設けられている。つまり、連結部１１は、開口部２ｉにおいて露出されている。図２Ｂに示すように、開口部２ｉにおいて露出された連結部１１は、全て切断されており、これによって各バスバー２ａが分離されて電気的に独立されている。

制御基板３は、電圧検出回路等を備えるプリント基板である。制御基板３は、バスバーモジュール２が備える位置決めピン２ｈが嵌合されることによってバスバーモジュール２に対して位置決めされると共に、ネジ４によってバスバーモジュール２に対して固定されている。
この制御基板３は、図２Ａに示すように、バスバーモジュール２の樹脂体２ｂと略同一の略長方形に形状設定されている。制御基板３は、バスバー２ａの接続端子２ｃが露出されるように周縁部に複数の切欠き３ａを有している。このように制御基板３が切欠き３ａを有することによって、本実施形態の電源制御装置１においては、バスバーモジュール２の電池モジュール１０１との接続端子２ｃが制御基板３側から見て露出されている。
また、制御基板３は、バスバー２ａのリードピン２ｄと重なる領域に各リードピン２ｄに対応したスルーホール３ｂ（図１参照）を備えている。このようなスルーホール３ｂにリードピン２ｄが挿通され、このリードピン２ｄと制御基板３のランドとが半田付けにて接合されることで、バスバーモジュール２と制御基板３とが電気的に接続されている。

図１に戻り、カバー１１０は、制御基板３の上に設置されており、電源制御装置１を保護するものである。このカバー１１０は、例えば不図示のネジ等によって電源制御装置１に対して固定されている。

このような構成を有するバッテリシステム１００を製造する場合には、まず電池モジュール１０１と、電源制御装置１とを別々に組み立てる。
電池モジュール１０１は、複数の電池１０２を不図示の固定台に設置すると共に電池に対して端子台１０３を固定することで組み立てられる。
電源制御装置１は、バスバーモジュール２と制御基板３とをネジ４によって固定すると共に、リフロー方式の半田付けによってリードピン２ｄと制御基板３とを接合する。

続いて、電源制御装置１と電池モジュール１０１とを組み付ける。具体的には、接続端子２ｃに設けられた貫通孔２ｅに不図示のネジを挿通し、このネジを電池モジュール１０１に螺合させることによって、電源制御装置１と電池モジュール１０１とを組み付ける。
その後、カバー１１０を組み付けることによって、バッテリシステム１００が組み立てられる。

バスバーモジュール２を製造する場合には、図４に示す、連結部１１によって互いが連結されたバスバー２ａからなるバスバー集合体１０をまず形成する。これは、例えば、金属プレートを型で打ち抜く打ち抜き加工等のプレス加工で形成する。なお、前記プレス加工時において、屈曲部２ｇや貫通孔２ｅの形成、リードピン２ｄの折り曲げ加工も同時に行う。
また、バスバー集合体１０の形成と並行して、バスバー集合体１０に含まれないバスバー２ａ（図２Ｂにおいて開口部２ｆよりも左側に配置されるバスバー２ａ）を形成する。
続いて、インサート成形によって、バスバー集合体１０及びバスバー２ａと樹脂体２ｂとを一体化させる。このインサート成形にて、バスバー集合体１０の連結部１１を露出する開口部２ｉ等も同時に形成する。
続いて、開口部２ｆから露出する連結部１１を切断することによって、バスバー集合体１０を構成するバスバー２ａ同士を分離して電気的に独立させる。

以上のような本実施形態の電源制御装置１及び前記電源制御装置１の製造方法によれば、複数のバスバー２ａを連結部１１で接続した状態で纏めて形成することでバスバー集合体１０を形成し、バスバー集合体１０と樹脂体２ｂとを一体化した後に連結部１１を切断することで、バスバーモジュール２を製造することができる。つまり、複数のバスバー２ａが一体化されて纏まったバスバー集合体１０をインサート成形して、バスバーモジュール２を製造することができる。したがって、ばらばらのバスバーをインサート成形してバスバーモジュールを製造するよりも遥かに容易にバスバーモジュールモジュールの製造を行うことができる。よって、本実施形態の電源制御装置１及び前記電源制御装置１の製造方法によれば、バスバーモジュール２の製造が容易となるため、電源制御装置１の製造を容易とすることができる。
また、本実施形態の電源制御装置１及び前記電源制御装置１の製造方法によれば、バスバー集合体１０を１つの型で形成することができる。このため、バスバー２ａの形状ごとに型を用意する必要がなく、バスバーモジュール２の製造コストを低減させることができる。よって、本実施形態の電源制御装置１及び前記電源制御装置１の製造方法によれば、バスバーモジュール２の製造コストが低減されるため電源制御装置１の製造コストを低減させることができる。

また、本実施形態の電源制御装置１においては、樹脂体２ｂが、一方側の面である表面側から他方側の面である裏面側に貫通する開口部２ｆ，２ｉを備えている。このため、開口部２ｆ，２ｉを設けない場合と比較して樹脂量が減少し、ヒケによる変形を防止すると共に、軽量化が可能となる。

また、本実施形態の電源制御装置１においては、開口部２ｉにて連結部１１が露出されている。このため、バスバー集合体１０と樹脂体２ｂとを一体化した後、開口部２ｉから容易に連結部１１を切断することができる。

以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されないことは言うまでもない。上述した実施形態において示した各構成部材の諸形状や組み合わせ等は一例であって、本発明の趣旨から逸脱しない範囲において設計要求等に基づき種々変更可能である。

例えば、上記実施形態における連結部１１の配置位置は、一例であり変更が可能である。なお、バスバー集合体１０の強度を向上させて取り扱い性を向上させるためには、連結部１１は、バスバー集合体１０の全体に分散されていることが好ましい。例えば、バスバー集合体１０をリードピン２ｄ側とその反対側とで二分して２つの領域に分割した場合に、両方の領域に同じ数の連結部１１を設けても良い。このように連結部１１が分散されることによって、結果として樹脂体２ｂの開口部２ｉも分散されることになる。そのため、樹脂体２ｂのヒケを全体的に抑制可能となる。

また、開口部２ｉは、本実施形態においてはトラック形状とした。しかしながら、本発明はこれのみに限定されるものではなく、矩形等の他の形状であっても良い。また、開口部２ｉに換えて、樹脂体２ｂの周縁部に切欠きを設け、この切欠きにおいて連結部１１が露出されるような構成を採用しても良い。

１……電源制御装置、２……バスバーモジュール、２ａ……バスバー、２ｂ……樹脂体、２ｃ……接続端子、２ｄ……リードピン、２ｅ……貫通孔、２ｆ……開口部、２ｇ……屈曲部、２ｈ……位置決めピン、２ｉ……開口部、３……制御基板、３ａ……切欠き、３ｂ……スルーホール、４……ネジ、１０……バスバー集合体、１１……連結部、１００……バッテリシステム、１０１……電池モジュール、１０２……電池、１０３……端子台

Claims (4)

1. 電池モジュールの電圧を制御する制御基板と、
   前記制御基板と前記電池モジュールとを電気的に接続するバスバーモジュールと、
   を備え、
   前記制御基板と前記バスバーモジュールとは積層配置されており、
   前記バスバーモジュールは、
   連結部によって互いが接続された複数のバスバーからなるバスバー集合体と、
   前記連結部を露出するよう前記バスバー集合体と一体成形された樹脂体と、
   前記連結部が切断されることによって独立されたバスバーと、
   を備えることを特徴とする電源制御装置。
2. 前記樹脂体は、その表面側から裏面側に貫通する開口部を備えることを特徴とする請求項１に記載の電源制御装置。
3. 前記開口部にて前記連結部が露出されていることを特徴とする請求項２に記載の電源制御装置。
4. 電池モジュールの電圧を制御する制御基板と、前記制御基板と前記電池モジュールとを電気的に接続するバスバーモジュールと、を備え、前記制御基板と前記バスバーモジュールとが積層配置された電源制御装置の製造方法であって、
   連結部によって互いが接続された複数のバスバーからなるバスバー集合体と、樹脂体と、が前記連結部で露出するように一体成形し、
   前記一体成形後に前記連結部を切断することにより前記バスバーを独立させる
   ことを特徴とする電源制御装置の製造方法。

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