JP5818105B2 - 配線用モジュール - Google Patents

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Description

本発明は、配線用モジュールに関する。
電気自動車やハイブリッド車用の電池モジュールにおいては、出力を大きくするために多数の単電池が横並びに接続されている。隣り合う単電池の電極端子間はバスバーなどの接続部材で接続することにより複数の単電池が直列や並列に接続されるようになっている。
ところで、電池モジュールを高温状態で使用すると寿命が低下することがあり、リチウムイオン電池などを複数個接続してなる電池モジュールでは、充電の際に高温になることにより発火することがある。そこで、このような事態を避けるべく、電池モジュールには電池温度を検知するための温度センサが取り付けられる(例えば特許文献1を参照)。
特許第4528612号公報
上記特許文献1においては、箱体の上面側において形成された開口部から温度センサを取り付けて、箱体の内部に収容されている単電池に温度センサを接触させる構造が提案されている。
このような構造では、箱体の開口部において温度センサが露出状態に配置されるため、温度センサを保護するためにも、開口部に蓋等を取り付ける必要があった。また、このような温度センサにおいては、さらなる検知精度の向上が求められている。
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、温度センサを保護するとともに温度センサの検知精度を向上した配線用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、複数の単電池を並べてなる単電池群を有する電池モジュールに取り付けられる配線用モジュールであって、隣り合う前記単電池を接続する接続部材と、複数の前記単電池のうち温度検知対象となる単電池に接触するように配される温度センサと、前記接続部材を保持する接続部材保持部および前記温度センサを保持するセンサ保持部を有する絶縁樹脂製の樹脂プロテクタと、を備え、前記センサ保持部には、前記温度センサを係止する係止部を有するとともに前記温度センサを覆う保護壁が設けられる一方、前記温度センサには、前記係止部に係止される被係止部を有するとともに前記温度センサを前記単電池と接触する方向に付勢するバネ部が設けられている配線用モジュールである。
本発明の配線用モジュールの樹脂プロテクタに温度センサを取り付ける際には、樹脂プロテクタのセンサ保持部に温度センサを保持させる。本発明において、樹脂プロテクタのセンサ保持部には、温度センサを係止する係止部を有するとともに温度センサを覆う保護壁が設けられているので、センサ保持部に温度センサを取り付けると、保護壁により覆われた状態で係止される。本発明において、温度センサには保護壁に係止される被係止部を有するバネ部が設けられているので、温度センサのバネ部が、保護壁に係止されつつ、センサ保持部において単電池と接触する方向に付勢される。その結果、本発明によれば、保護壁により温度センサが保護され、かつ、温度センサが単電池と接触する方向に付勢されることでセンサの精度が向上する。
本発明は、以下の構成であってもよい。
前記センサ保持部には、前記温度センサを前記センサ保持部内に案内する案内面が形成されていてもよい。
このような構成とすると温度センサをセンサ保持部内に取り付ける際の作業性が向上する。
前記温度センサには、前記被係止部とともに前記保護壁に係止され、かつ、押圧することにより前記保護壁に対する係止状態を解除する係止操作部が設けられていてもよい。
このような構成とすると、温度センサは、被係止部とともに係止操作部により保護壁に係止されるので、保護壁に対する係止状態を確実なものとすることができる。また、上記のような構成とすると、ワンタッチで温度センサの保護壁に対する係止状態を解除することができる。
前記センサ保持部には、前記温度センサが、前記温度センサの取付方向における前方へ移動するのを規制する移動規制部が設けられていてもよい。
このような構成とすると、温度センサが単電池と接触する方向に付勢された状態で移動を規制され、温度センサの精度が確実に向上する。
本発明によれば、温度センサを保護するとともに温度センサの精度を向上した配線用モジュールを提供することができる。
実施形態1の配線用モジュールを備えた電池モジュールの平面図 図1のA−A線における一部断面図 単電池群に樹脂プロテクタを取り付ける様子を示す斜視図 樹脂プロテクタに温度センサを取り付ける様子を示す斜視図 図4の要部拡大斜視図 温度センサを取り付ける前の状態の電池モジュールの一部断面図 温度センサの斜視図 温度センサの平面図 温度センサの側面図 温度センサの正面図 実施形態2の配線用モジュールを備えた電池モジュールの平面図 図11のB−B線における一部断面図 単電池群に樹脂プロテクタを取り付ける様子を示す斜視図 樹脂プロテクタに温度センサを取り付ける様子を示す斜視図 図14の要部拡大斜視図
<実施形態1>
本発明の実施形態1を図1ないし図10によって説明する。
本実施形態において、電池モジュールM1は、複数の単電池12を並べてなる単電池群11と、単電池群11に取り付けられる本実施形態の配線用モジュール10とを備える。
電池モジュールM1は、電気自動車又はハイブリッド自動車等に搭載され、駆動用の電源として使用される。以下では、図2および図6の上方を上方、下方を下方として説明する。
(単電池群11)
図3に示すように、電池モジュールM1は、複数の単電池12を並べてなる単電池群11を備える。単電池群11の両端部には、単電池群11を挟む絶縁樹脂製の挟持板18がそれぞれ配置されている。また、単電池群11の上面(単電池12の上面14)には絶縁樹脂製のセパレータ15が取り付けられている。
セパレータ15には単電池12の一対の電極端子13が挿通される方形状の端子配置孔16が長手方向に2列に並んで形成されている。また、セパレータ15には、2列の端子配置孔16の間に温度センサ50が配される方形状のセンサ配置孔17が形成されている。
(単電池12)
単電池群11を構成する単電池12は、図3に示すように、概ね扁平な直方体形状をなしている。単電池12は、電池要素(図示せず)を収容する電池本体12Aと、電池本体12Aの上面14に形成された正極および負極の電極端子13と、を有する。
電極端子13は、単電池12の上面から上方に突出する金属製の端子台13Aと、端子台13Aから上方に突出するボルト状の電極ポスト13Bとを備える。端子台13Aは長方形状をなしている。電極ポスト13Bの外面には、ナット(図示せず)が螺合されるねじ山13Cが形成されている。
(配線用モジュール10)
単電池群11には、配線用モジュール10が取り付けられている。この配線用モジュール10により、隣り合う単電池12の極性の相違する電極端子13同士が接続されて、複数の単電池12が直列に接続される。
配線用モジュール10は、隣り合う単電池12の電極端子13を接続する複数のバスバー19(接続部材の一例)と、単電池12の温度を検知する温度センサ50と、隣り合うバスバー19同士を電気的に絶縁するとともに、バスバー19を保持する合成樹脂製の樹脂プロテクタ20と、を備える。
(バスバー19)
バスバー19は、略方形状の金属製板材からなり、本実施形態では隣り合う単電池12の電極端子13,13間を接続するバスバー19Aと、単電池12の電極端子13と外部機器(図示せず)とを接続する外部接続バスバー19Bとを備える。バスバー19Aには、電極端子13の電極ポスト13Bが挿通される一対の端子貫通孔19D,19Dが、バスバー19Aを貫通して形成されている。
外部接続バスバー19Bは図1において単電池群11から外側にはみ出すように配置されており、図3に示すように、段付き形状をなしている。
外部接続バスバー19Bの、他の部分よりも高くなった部分には外部機器と接続されるボルト状の外部接続ポスト19Cが突出形成されている。外部接続ポスト19Cの外面にはナット(図示せず)を螺合可能なねじ山19Eが形成されている。外部接続ポスト19Cが形成されている部分よりも低くなっている部分は単電池12の端子台13Aと接触するように配され、電極端子13と電気的に接続されている。また、外部接続ポスト19Cが形成されている部分よりも低くなっている部分には、端部の単電池12の電極ポスト13Bが挿通される端子貫通孔19Dが形成されている。
外部接続バスバー19B以外のバスバー19Aは、隣り合う極性の相違する電極端子13,13の端子台13A,13Aに接触するように配され、各電極端子13と電気的に接続されている。
(樹脂プロテクタ20)
本実施形態の樹脂プロテクタ20は、複数のユニット21からなる。各ユニット21には、図1における上側の端部から順に、バスバー保持部22(接続部材保持部の一例)、連結部27、センサ保持部30、電線収容部41、センサ保持部30、連結部27、およびバスバー保持部22が単電池12の並び方向に対して略平行に、かつ一体的に設けられている。
(バスバー保持部22)
図1に示すように、左右両端部のユニット21Aのバスバー保持部22は、端部の単電池12よりも外側に突出しており、この突出したバスバー保持部22には外部接続バスバー19Bが保持されている。
バスバー保持部22は、バスバー19の形状に沿った収容壁23A,23Bを備える。単電池12の並び方向に略平行に配される一対の収容壁23A,23Bのうち、外側に配される収容壁23Aには、バスバー19Aを抜け止めする抜け止め突部24が設けられており、内側に配される収容壁23Bにはバスバー19Aを係止する一対の係止片25,25が設けられている。一対の係止片25,25の間には、図示しない電線が導出される電線導出口26が形成されている。電線導出口26は連結部27に形成した電線保持溝29に連なっている。
(連結部27)
連結部27には、隣り合うユニット21と連結される一対の連結爪28A,28Bが、両端部からそれぞれ突出形成されている。ユニット21の右端部(図1における右端部)に形成されている一対の連結爪28A,28Aの間隔は、反対側の端部(図1における左端部)に形成されている一対の連結爪28B,28Bの間隔よりも大きく設定されているとともに、隣り合う連結爪28A,28B同士が互いに係合するようになっている。複数のユニット21は連結状態において、単電池12間のピッチのずれを吸収可能に、単電池12の並び方向に移動可能とされる。
一対の連結爪28A,28Bの間には電線導出口26から連なって電線が保持される電線保持溝29が形成されている。電線保持溝29の内壁および電線保持溝29のセンサ保持部30側の端部には電線の飛び出しを防止する電線押さえ部29Aが形成されている。
(センサ保持部30)
センサ保持部30は連結部27に沿って形成されている。センサ保持部30は、温度センサ50の温度検知素子を備える本体部51が保持される素子保持部37と、温度センサ50に接続されたリード線56が保持・収容されるリード線保持部31とを備える。
端部のユニット21Aは、素子保持部37とリード線保持部31とが一体的に設けられたセンサ保持部30を備えるが、端部ユニット21A以外のユニット21Bは、隣り合うセンサ保持部30のリード線保持部31と素子保持部37とを備える。
センサ保持部30は、単電池12の並び方向に略平行に配される一対の側壁部32A,32Bと、隣り合うセンサ保持部30を隔離する隔離壁36と、一対の側壁部32A,32Bをつなげる底壁35と、を備える。
一対の側壁部32A,32Bのうち、連結部27側の側壁部32Aには、電線保持溝29に保持した電線(バスバー19に接続された電線)を配置可能な第1開口部33が形成されている。一対の側壁部32A,32Bのうち、電線収容部41側の側壁部32Bには、電線(バスバー19に接続された電線)を配置可能な第2開口部34が形成されている。第1開口部33および第2開口部34は素子保持部37側に形成されている。
隣り合うセンサ保持部30を隔離する隔離壁36には温度センサ50に接続されたリード線56が保持されるリード線保持溝36Aが形成されている。
底壁35は、リード線保持部31に対応して設けられている。素子保持部37においては、底壁35が形成されておらず、素子保持部37に保持された温度センサ50が単電池12に直接接触するようになっている。底壁35は隔離壁36から連なって形成されており、底壁35の端部には傾斜面35Aが形成されている。底壁35の傾斜面35Aは温度センサ50を素子保持部37内に案内する案内面として機能する。
さて、素子保持部37には、温度センサ50の係止突部54(被係止部の一例)を受け入れて係止する方形状の係止孔39Aと、温度センサ50の係止操作部55を受け入れて係止する凹部39Bが形成された保護壁38が形成されている。保護壁38は、温度センサ50の温度検知素子を備える本体部51の上側を覆うように配され、温度検知素子を保護する機能を有する。
保護壁38の、温度センサ50の取付方向(図4における矢線Xの方向)における後方(図2の右端側)の端部には傾斜面38Aが形成されており、この傾斜面38Aも温度センサ50を素子保持部37内に案内する案内面として機能する。
この保護壁38は隔離壁36から連なって形成されている。保護壁38は隔離壁36の右側に形成され、底壁35は隔離壁36の左側に形成されている(図1を参照)。保護壁38は底壁35よりも高い位置に形成されている(図2及び図6を参照)。ここで、図6は図2と同じ部分の断面図であって、温度センサ50が収容されていないときの断面図である。
また、センサ保持部30においては、保護壁38の下方に連設され、温度センサ50が、温度センサ50の取付方向(図4における矢線Xの方向)における前方(図2における左側)へ移動するのを規制する規制壁40(移動規制部の一例)が設けられている。
(電線収容部41)
電線収容部41は、2列に並んだセンサ保持部30の間に設けられており、センサ保持部30の側壁部32Aが電線収容壁42Aを兼ねている。電線収容部41には電線収容壁42A,42Aをつなげる収容底壁42Bが形成されており、収容底壁42Bは上面視において平行四辺形状をなしている。
一対の電線収容壁42A,42Aの上端にはバスバー19に接続された電線の飛び出しを防止する一対の電線押さえ片43,43が形成されている。
(温度センサ50)
温度センサ50は、図示しない温度検出素子を備える。温度検出素子は、例えば、サーミスタにより構成される。サーミスタとしては、PTCサーミスタ、又はNTCサーミスタを適宜に選択できる。また、温度検出素子としては、サーミスタに限られず、温度を検出可能であれば任意の素子を適宜に選択できる。
温度センサ50は、図7〜図10に示すように、温度検出素子を備える合成樹脂製の本体部51と、本体部51の上面から上方向に突出する合成樹脂製のアーム状のバネ部53と、本体部51の端部から導出された一対のリード線56と、を有する。
本体部51の底部(下端)には温度検出素子(図示せず)が収容されている。温度センサ50の本体部51の幅方向両側には外側方向に延出された延出部52が設けられており、延出部52の端部は挿入方向の前方側が傾斜面52Aとなっていて、本体部51を保護壁38の下側に挿入する際に案内する機能を有する。
バネ部53は下方にたわみ変形可能とされており、バネ部53の上面には保護壁38の係止孔39Aに係止される係止突部54が突出形成されている。またバネ部53の端部には、保護壁38の凹部39Bに受け入れられて係止されるとともに、押圧することにより保護壁38に対する係止状態を解除する係止操作部55が上方に突出形成されている。バネ部53は、保護壁38の下側に配されたのち、本体部51の底部(温度検出素子が収容された部分)を単電池12と接触する方向に付勢される。
一対のリード線56は、図示しない外部回路に接続されており、温度検出素子からの信号はこのリード線56を介して外部回路に送信されるようになっている。外部回路は、例えば図示しない電池ECUに配されて、温度検出素子からの信号によって単電池12の温度を検知するようになっている。
(温度センサ50の取り付け方法)
次に、温度センサ50の取り付け方法について説明する。
複数のユニット21を連結させてなる樹脂プロテクタ20のバスバー保持部22に、電線を接続したバスバー19を収容・保持する(図3を参照)。図3ではバスバー19に接続された電線は省略している。
バスバー19を樹脂プロテクタ20に収容する作業と、同時または前後して、18個の単電池12を隣り合う単電池12の電極端子13の極性が逆極性となるように並べて、端部に挟持板18を配置し、電極端子13が形成された単電池12の上面14側にセパレータ15を取り付ける。セパレータ15の端子配置孔16に電極端子13を挿通させて図3に示すような状態の単電池群11を作製する。
次に、単電池群11のセパレータ15が取り付けられた面に、バスバー19と電極端子13とを対応するように配置して、配線用モジュール10を被せ付けると、バスバー19の端子貫通孔19Dに電極ポスト13Bが挿通されるとともにバスバー19と端子台13Aとが接触し、セパレータ15のセンサ配置孔17のところで単電池12の上面14が露出状態となる。
次いで、図4に示すように、温度センサ50を、上方から、検知対象となる単電池12に対応したセンサ保持部30に取り付ける。バネ部53の係止操作部55を下方に押して(押圧して)バネ部53を下方に撓み変形させた状態で、温度センサ50の本体部51をセンサ保持部30の上から差し込み、矢線Xで示す方向に移動させる。すると、温度センサ50のバネ部53が保護壁38の傾斜面38Aに案内されるとともに、本体部51の下面がセンサ保持部30の底壁35の傾斜面35Aに案内されて、本体部51が図2における左方向に移動する。
バネ部53の上面に形成された係止突部54が保護壁38と当接すると、バネ部53がさらに下方に撓み変形する。さらに、温度センサ50の本体部51を矢線Xで示す方向に移動させて、本体部51の左側の端部(取付方向における前方の端部)が規制壁40に当接する位置に至った後、係止操作部55の押圧状態を解除すると、バネ部53が弾性復帰して、係止突部54が保護壁38の係止孔39Aに嵌り込むとともに、係止操作部55が保護壁38の凹部39B内に受け入れられ、規制壁40により温度センサ50の本体部51が取付方向における前方への移動を規制される。この状態において、温度センサ50の本体部51は、図2に示すように、保護壁38の下側に配されて保護壁38に覆われるとともに、本体部51の底部が単電池12の上面14と接触する方向に付勢された状態で係止される。
なお、温度センサ50をセンサ保持部30から、取り外す場合には、保護壁38に係止されている状態にある温度センサ50の係止操作部55を押圧すると、係止突部54が係止孔39Aの下側に配されて係止状態が解除される。
(組み付け方法)
温度センサ50をセンサ保持部30に取り付けた後、各単電池12の電極ポスト13Bのねじ山13Cにナットを螺合させて、電極端子13とバスバー19とを接続し、バスバー19に接続した電線を電線収容部41に収容すると本実施形態の電池モジュールM1が得られる。
(作用および効果)
次に、本実施形態の作用および効果について説明する。
本実施形態において、樹脂プロテクタ20のセンサ保持部30には、温度センサ50を係止する係止孔39Aを有するとともに温度センサ50を覆う保護壁38が設けられているので、センサ保持部30に温度センサ50を取り付けると、保護壁38により覆われた状態で係止される。
本実施形態において、温度センサ50には保護壁38に係止される係止孔39Aを有するバネ部53が設けられているので、温度センサ50のバネ部53が、保護壁38に係止されつつ、センサ保持部30において単電池12と接触する方向に付勢される。その結果、本実施形態によれば、保護壁38により温度センサ50が保護され、かつ、温度センサ50が単電池12と接触する方向に付勢されることで温度センサ50の検知精度が向上する。
また、本実施形態によれば、センサ保持部30には、温度センサ50をセンサ保持部30内に案内する傾斜面35Aが形成されているから、温度センサ50をセンサ保持部30内に取り付ける際の作業性が向上する。
特に本実施形態では、リード線保持部31の底壁35と保護壁38の双方に案内面として機能する傾斜面35A,38Aが形成されているから、温度センサ50がセンサ保持部30材に円滑に移動し、作業性が確実に向上する。
また、本実施形態によれば、温度センサ50には、係止突部54とともに係止操作部55が設けられているから、温度センサ50は、係止突部54とともに係止操作部55により保護壁38に係止され、保護壁38に対する係止状態を確実なものとすることができる。また、ワンタッチで温度センサ50の保護壁38に対する係止状態を解除することができ、作業性に優れる。
さらに本実施形態によれば、センサ保持部30には、温度センサ50が、温度センサ50の取付方向における前方へ移動するのを規制する規制壁40が設けられているから、温度センサ50が単電池12と接触する方向に付勢された状態で移動を規制され、これにより温度センサ50の検知精度が確実に向上する。
<実施形態2>
次に、本発明の実施形態2を図11ないし図15によって説明する。本実施形態の配線用モジュール60は、センサ保持部70の構造が実施形態1と相違する。本実施形態において、図12における上方を上とし下方を下とする。以下の説明において実施形態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、M2は電池モジュール、61は樹脂プロテクタ、62はユニットである。
センサ保持部70のうち、リード線保持部71の底壁75は、図11および図12に示すように、実施形態1のリード線保持部31の底壁35よりも低い位置に形成されており、リード線保持部71の底壁75の端部には傾斜面が形成されていない。
本実施形態において、温度センサ50は、温度センサ50の本体部51を下方に移動させてセンサ保持部70に差し込んだ後、図12における左方向に移動させることにより取り付けられる。温度センサ50の取り付け方向は図14および図15における矢線Yにより示している。
上記以外の構成は、実施形態1と概ね同様であり、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>
本発明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も本発明の技術的範囲に含まれる。
(1)上記実施形態では、温度センサ50をセンサ保持部30内に案内する案内面38Aが形成されているセンサ保持部30を備える配線用モジュール10を示したが、案内面が形成されていないセンサ保持部を備えていてもよい。
(2)上記実施形態では、被係止部(係止突部54)とともに、保護壁38に係止され、かつ押圧することにより保護壁38に対する係止状態を解除する係止操作部55が設けられている温度センサ50を示したが、係止操作部を備えない温度センサであってもよい。
(3)上記実施形態では、被係止部として係止突部54を有する温度センサ50と、係止部として係止孔39Aを有する保護壁38とを備えるものを示したが、被係止部として係止孔を有する温度センサと、係止部として係止突部を有する保護壁とを備えていてもよい。
(4)上記実施形態では、センサ保持部30には、温度センサ50が、温度センサ50の取付方向における前方へ移動するのを規制する移動規制部40が設けられている例を示したが、移動規制部がないセンサ保持部であってもよい。
10,60…配線用モジュール
11…単電池群
12…単電池
19…バスバー(接続部材)
19A…(外部接続バスバー以外の)バスバー
19B…外部接続バスバー
20,61…樹脂プロテクタ
22…バスバー保持部(接続部材保持部)
30,70…センサ保持部
31…リード線保持部
35…底壁
35A…傾斜面(案内面)
37…素子保持部
38…保護壁
39A…係止孔(係止部)
39B…凹部(係止部)
38A…傾斜面(案内面)
40…規制壁(移動規制部)
50…温度センサ
51…本体部
53…バネ部
54…係止突部(被係止部)
55…係止操作部
M1,M2…電池モジュール

Claims (4)

  1. 複数の単電池を並べてなる単電池群を有する電池モジュールに取り付けられる配線用モジュールであって、
    隣り合う前記単電池を接続する接続部材と、
    複数の前記単電池のうち温度検知対象となる単電池に接触するように配される温度センサと、
    前記接続部材を保持する接続部材保持部および前記温度センサを保持するセンサ保持部を有する絶縁樹脂製の樹脂プロテクタと、を備え、
    前記センサ保持部には、前記温度センサを係止する係止部を有するとともに、前記温度センサを覆う保護壁が設けられる一方、
    前記温度センサには、前記係止部に係止される被係止部を有するとともに、前記温度センサを前記単電池と接触する方向に付勢するバネ部が設けられている配線用モジュール。
  2. 前記センサ保持部には、前記温度センサを前記センサ保持部内に案内する案内面が形成されている請求項1に記載の配線用モジュール。
  3. 前記温度センサには、前記被係止部とともに前記保護壁に係止され、かつ、押圧することにより前記保護壁に対する係止状態を解除する係止操作部が設けられている請求項1または請求項2に記載の配線用モジュール。
  4. 前記センサ保持部には、前記温度センサが、前記温度センサの取付方向における前方へ移動するのを規制する移動規制部が設けられている請求項1ないし請求項3のいずれか一項に記載の配線用モジュール。
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