JP5973175B2 - バスバーモジュール - Google Patents
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Description
本発明は、バスバーモジュールに関し、特に組電池の複数の電池セルを直列に接続するバスバーモジュールに関する。
従来、複数の電池セルが重ねられて構成された組電池に取り付けられるバスバーモジュールとしては、電池セルの各電極に接続される複数の端子と、各端子に接続される複数の電線と、プレートと、カバーと、を有するように構成したものが知られている（例えば、特許文献１参照）。
特許文献１に記載のバスバーモジュールにおいて、プレートは、複数の端子収容部および複数の電線収容部を有し、カバーは、電線収容部の開口部内を電池集合体の他端側から一端側に向かう方向にスライドされることで電線収容部に取り付けられて開口部を覆うように構成されている。
一方、近年は、ハイブリット車や電気自動車の組電池としてリチウムイオンバッテリーの採用が検討されている。リチウムイオンバッテリーは、過充電等によって発煙する可能性があるため、組電池の上面には排煙ダクトを設ける必要がある。
しかしながら、このような従来のバスバーモジュールにあっては、組電池の上面に排煙ダクトが設けられている場合は、排煙ダクトとの干渉を回避するとともに、排煙ダクトを正規位置に位置決めするために、バスバーモジュールの一方の電極列側と他方の電極列側の保持部材（特許文献１のプレートに相当）を構造的に連結する連結部材を備え、この連結部材を排煙ダクトを跨ぐようにアーチ形状に形成することが考えられる。
一方、組電池はトランクルームやキャビンの拡大のために狭小な空間に搭載されることが多く、上部のパネル等からの荷重を受けることが想定される。
このため、アーチ形状の連結部材が上部から荷重を受けると、この荷重が組電池の各電池セルの本体や電極に伝わってしまい、特に電池セルの電極が変形、損傷する恐れがあった。
本発明は、上述のような従来の問題を解決するためになされたもので、設置スペースを増大することなく、上方からの荷重によって組電池の電極が変形、損傷することを防止することができるバスバーモジュールを提供することを目的とする。
本発明に係るバスバーモジュールは、上記目的を達成するため、（１）複数の電池セルを電極が交互となるように配置した組電池に装着され、前記複数の電池セルの各電極を複数のバスバーにより電気的に直列に接続するバスバーモジュールであって、前記複数の電池セルの隣合う電極同士を電気的に接続する複数のバスバーと、前記複数のバスバーを相互の間隔を保った状態で保持する保持部材と、を備え、前記保持部材が、前記複数の電池セルの上面の一端側に形成される一方の電極列において前記複数のバスバーを保持する第１保持部材と、前記複数の電池セルの上面の他端側に形成される他方の電極列において前記複数のバスバーを保持する第２保持部材と、前記第１保持部と前記第２保持部とを構造的に連結する連結部材と、を備え、前記連結部材が、前記第１保持部材および前記第２保持部材の内側端部から上方に突出するアーチ形状に形成されるとともに、アーチ形状を維持するための剛性部と、上方からの荷重により上下方向に撓む可撓部とを有するものから構成されている。
この構成により、上方から連結部材が荷重を受けたときに、剛性部によってアーチ形状を維持したまま、可撓部において撓んで荷重を吸収し、第１保持部材および第２保持部材に荷重が伝わることを防止することができる。また、可撓部が撓んで荷重を吸収できるため、連結部材とその上部の部材との隙間を増大する必要がないため、設置スペースが増大することを防止することができる。
したがって、設置スペースを増大することなく、上方からの荷重によって組電池の電極が変形、損傷することを防止することができる。
また、本発明に係るバスバーモジュールは、上記目的を達成するため、上記（１）において、（２）前記剛性部が、剛性維持用のリブを有し、前記可撓部が、平板形状に形成されたものからなるよう構成されている。
この構成により、剛性部がリブを備えることで、剛性部に剛性を与えることができるとともに、可撓部から剛性維持用のリブを削除して平板形状に形成することで、可撓部に容易に可撓性を与えることができる。
また、本発明に係るバスバーモジュールは、上記目的を達成するため、上記（１）または（２）において、（３）前記可撓部が、前記連結部材の下端部に設けられたものから構成されている。
この構成により、連結部材の下端部に配置された可撓部において荷重を吸収するために上下方向に撓むこととなり、連結部材の全体的なアーチ形状を剛性部により維持することができる。
以下、本発明に係るバスバーモジュールの実施の形態について、図面を用いて説明する。
図１〜図３は、本発明に係るバスバーモジュールの一実施の形態を示す図である。
まず、構成を説明する。図１、図２に示すように、本発明のバスバーモジュール１は、組電池２に取り付けられて電源装置１０を構成する。電源装置１０は、電動モータを駆動源として用いて走行する電気自動車や、エンジンと電動モータとを併用して走行するハイブリッド自動車などに搭載され、電動モータに電力を供給するものである。
なお、組電池２は、一端に正電極、他端に負電極を有する電池セル（角形バッテリ）を交互に逆向きに重ね合わせて形成されている。
組電池２は、複数の電池セル２０を互いに重ねて固定したものである。複数の電池セル２０の各々は、直方体形状の電池セル本体２１と、この電池セル本体２１の上面の一端部および他端部からそれぞれ突出した正電極２２および負電極２３と、を有している。
複数の電池セル２０は、これら電池セル２０の重なり方向に沿って正電極２２および負電極２３が直線上に交互に並ぶように重ねられている。具体的には、電池セル本体２１の上面の一端側と他端側のそれぞれにおいて、正電極２２および負電極２３が直線上に交互に並ぶ電極列が形成されている。
また、図１中の矢印Ｚは、複数の電池セル２０の重なり方向、および、組電池２の長手方向を示し、矢印Ｘは、各電池セル２０の幅方向即ち組電池２の幅方向を示し、矢印Ｙは、各電池セル２０の高さ方向即ち組電池２の高さ方向を示している。
また、組電池２は、高さ方向（矢印Ｙ方向）が重力方向と平行になる向きで自動車に搭載される。即ち、組電池２が自動車に搭載された状態において、図１中の矢印Ｙ方向に沿った上側が重力方向の上側となり、矢印Ｙ方向に沿った下側が重力方向の下側となる。
また、組電池２が自動車に搭載された状態において、正電極２２および負電極２３は、各電池セル２０の電池セル本体２１の上面から矢印Ｙ方向に突出した状態となる。
また、組電池２の上面には、一端側の電極列と他端側の電極列の間に、排煙ダクト２４が設けられている。排煙ダクト２４は、下面が組電池２側に開放された半円断面形状に形成されるとともに、電池セル２０の重なり方向に延在し、各電池セル２０から発生する煙を収集して外部に放出するためのものである。
バスバーモジュール１は、複数の電池セル２０を電気的に直列に接続する複数のバスバー３と、各バスバー３にそれぞれ重ねられて該バスバー３に電気的に接続される複数の電圧検出端子４と、各電圧検出端子４にそれぞれ接続される複数の電線５と、これらバスバー３、電圧検出端子４および電線５を収容して複数のバスバー３と複数の電圧検出端子４とを所定位置に位置決めする合成樹脂製の保持部材６と、を有している。
バスバー３は、金属板にプレス加工等が施されて得られるものであり、図２に示すように、略矩形形状の板状の金属板に、互いに隣り合う電池セル２０の円柱形状の正電極２２および負電極２３の何れかがそれぞれ挿通される２つの電極挿通孔３ａを形成したものから構成されている。
バスバー３は、２つの電極挿通孔３ａの一方に、隣り合う電池セル２０の一方に設けられた正電極２２が挿通され、２つの電極挿通孔３ａの他方に、隣り合う電池セル２０の他方に設けられた負電極２３が挿通されて、これら正電極２２および負電極２３に取り付けられるとともに正電極２２および負電極２３に電気的に接続される。
また、バスバー３は、電極挿通孔３ａに挿通された正電極２２および負電極２３にナット８（図１参照）がそれぞれ螺合されることで電池セル２０に固定されるようになっている。
電圧検出端子４は、金属板にプレス加工等が施されて得られるものであり、板状に形成され、正電極２２または負電極２３の何れか一方が挿通される電極挿通孔４ａを有して構成している。電圧検出端子４は、電極挿通孔４ａに正電極２２または負電極２３の何れか一方を挿通した状態でバスバー３に重ねられてバスバー３と電気的に接続される。
電線５は、導電性の芯線と該芯線を被覆する絶縁性の合成樹脂からなる被覆部とを備えている。電線５は、その一端が保持部材６のバスバー収容部７１内に収容された電圧検出端子４に接続され、保持部材６の電線配索部７２内を配索されて、その他端が図示しない電圧検出回路等に接続されている。
一方、保持部材６は、全体的に見た場合に、組電池２の上面形状と略等しい略長方形に形成されるとともに、組電池２の上面に重ねられるようになっており、複数のバスバー３を相互の間隔を維持したまま保持し、組電池２への組み付けを容易に行うためのものである。
保持部材６には、矢印Ｚ方向に沿って互いに間隔を空けて並べられた複数のバスバー収容部７１と、このバスバー収容部７１に併設される複数の電線配索部７２とがそれぞれ矢印Ｘ方向に２列設けられている。
具体的には、保持部材６は、複数の電池セル２０の一方に列状に配置された正電極２２および負電極２３を電気的に接続する複数のバスバー３を収容および保持する第１保持部材６１と、複数の電池セル２０の他方に列状に配置された正電極２２および負電極２３を電気的に接続する複数のバスバー３を収容および保持する第２保持部材６２と、これら第１保持部材６１と第２保持部材６２を構造的に連結する連結部材６３と、を備えている。
第１保持部材６１および第２保持部材６２は、各バスバー３と、このバスバー３に重ねられた各電圧検出端子４と、をそれぞれ収容しかつ矢印Ｚ方向に沿って互いに間隔を空けて並べられた複数のバスバー収容部７１をそれぞれ有している。
第１保持部材６１と第２保持部材６２は、組電池２の上面に位置する排煙ダクト２４を挟んで対向する状態で組電池２の上面に配置されている。
また、第１保持部材６１および第２保持部材６２は、複数のバスバー収容部７１の並び方向に沿って延びるとともに複数のバスバー収容部７１と矢印Ｚ方向に間隔を空けて平行に延び、各電圧検出端子４に接続された複数の電線５を収容する電線配索部７２を有している。第１保持部材６１および第２保持部材６２において、複数のバスバー収容部７１と複数の電線配索部７２とは、連結されて一体に形成されている。
各バスバー収容部７１は、底壁および周壁からなり各バスバー３を底部に嵌め込むことが可能な箱型に形成されており、上面は開放されている。各バスバー収容部７１は、各バスバー３と、このバスバー３に重ねられる各電圧検出端子４とを収容するようになっている。
複数のバスバー収容部７１は、複数の電池セル２０の重なり方向、即ち矢印Ｚ方向に沿って互いに間隔を空けて並べられている。隣接するバスバー収容部７１同士は、樹脂を薄肉に成型する等により弾性変形可能な接続部によりそれぞれ接続されており、これにより、各バスバー収容部７１とこれに対応する電池セル２０の正電極２２または負電極２３との間の位置ズレが吸収されるようになっている。
複数の電線配索部７２は、複数のバスバー収容部７１の矢印Ｚ方向の外側に並設されている。複数の電線配索部７２は、複数のバスバー収容部７１と同様に、互いに間隔を開けて並べられており、隣り合う電線配索部７２同士が連結されている。
隣接する電線配索部７２同士は、樹脂を薄肉に成型する等により弾性変形可能な接続部によりそれぞれ接続されており、これにより、隣接するバスバー収容部７１同士の間隔の変動に応じてこれらに対応する電線配索部７２同士の間隔が変動することができ、結果として、各バスバー収容部７１とこれに対応する電池セル２０の正電極２２または負電極２３との間の位置ズレが吸収されるようになっている。
電線配索部７２は、上壁、底壁および周壁からなる箱型に形成されており、上壁はヒンジを介して開閉可能な蓋部として構成されている。
図２および図３を参照して、連結部材６３について詳細を説明する。図２、図３に示すように、連結部材６３は、第１保持部材６１および第２保持部材６２の内側端部から上方に突出するアーチ形状に形成されており、組電池２の上面であって第１保持部材６１と第２保持部材６２の間に位置する排煙ダクト２４を避け、この排煙ダクト２４を跨ぐ状態で配置されている。
連結部材６３の上端部は、その上方に配置されたアッパーフレーム１１との間に所定の隙間を設けて配置されている。このため、アッパーフレーム１１が上方からの荷重により下方に撓んだ場合であっても、アッパーフレーム１１からの荷重が直ちに連結部材６３にかかることが防止される。
なお、連結部材６３がアッパーフレーム１１から荷重を受けた場合は、この荷重が第１保持部材６１および第２保持部材６２に伝わって、正電極２２および負電極２３に負荷を与える可能性がある。
また、連結部材６３の上端部は、その下方に配置された排煙ダクト２４の上面との間に所定の隙間を設けて配置されている。このため、連結部材６３の上端部がアッパーフレーム１１からの荷重により下方に変位した場合であっても、連結部材６３の上端部が直ちに排煙ダクト２４に接触することが防止される。
ここで、仮に、排煙ダクト２４の上端部の上に設けられた隙間を大きく設定すると、アッパーフレーム１１が下方に撓んだときに、アッパーフレーム１１からの荷重が連結部材６３にかかることが一層防止されるが、その場合、隙間を大きくした分だけ電源装置１０の配置スペースが増大してしまうため、ラゲージスペースが狭くなってしまう。
そこで、本実施の形態では、連結部材６３が、アーチ形状を維持するための剛性部６３ａと、上方からの荷重により上下方向に撓む可撓部６３ｂとを有し、可撓部６３ｂにより荷重を吸収するように構成されている。
剛性部６３ａは、連結部材６３の略水平方向に延在する上部および略垂直方向に延在する中部を構成しており、剛性を保持しアーチ形状を維持するためのリブを備えている。このリブは、剛性部６３ａの上部においては水平方向に延在し、剛性部６３ａの中部においては垂直方向に延在している。すなわち、図２において、連結部材６３のリブを備えた部分が剛性部６３ａである。
また、可撓部６３ｂは、連結部材６３の下端部、すなわち第１保持部材６１と第２保持部材６２に繋がる部分を構成しており、剛性保持のためのリブを備えていない。可撓部６３ｂは、リブを備えない帯状の平板形状に形成されるとともに、２箇所の屈曲部６３ｃ、６３ｄにおいて屈曲している。
可撓部６３ｂは、屈曲部６３ｃを境界としてその上部が垂直方向に延在する垂直面となり、屈曲部６３ｄを境界としてその下部が水平方向に延在する水平面となり、屈曲部６３ｃと屈曲部６３ｄの間が傾斜面となっている。
可撓部６３ｂは、この屈曲部６３ｃ、６３ｄによって、受けた荷重に応じてスムーズに撓むことができるとともに、撓む前後のそれぞれの形状が規定されるようになっている。
したがって、連結部材６３は、剛性部６３ａによってアーチ形状の維持および横方向の剛性を保つとともに、可撓部６３ｂによって縦方向の剛性を低下させて撓む構造となる。
このため、連結部材６３は、その上部のアッパーフレーム１１から荷重を受けたとき、可撓部６３ｂが撓むことによって荷重を吸収し、第１保持部材６１と第２保持部材６２への荷重の伝播を遮断することとなる。
次に、作用を説明する。上記のように構成されたバスバーモジュール１においては、連結部材６３は、リブを有する剛性部６３ａによってアーチ形状の維持および横方向の剛性を保つとともに、リブを有さない可撓部６３ｂによって縦方向の剛性を低下させて撓むことができる。
このため、図４に示すように、連結部材６３は、アッパーフレーム１１から荷重を受けたときに、剛性部６３ａによってアーチ形状を維持したまま、可撓部６３ｂにおいて撓んで荷重を吸収し、第１保持部材６１および第２保持部材６２に荷重が伝わることを防止する。
また、可撓部６３ｂは、上下方向に撓むため、第１保持部材６１および第２保持部材６２を水平方向に変位させる力が発生することがなく、各電池セル２０の正電極２２および負電極２３に横方向、すなわち矢印Ｘの方向への荷重を与えることがない。
以上のように、本実施の形態では、保持部材６が、複数の電池セル２０の一方の電極列において複数のバスバー３を保持する第１保持部材６１と、複数の電池セル２０の他方の電極列において複数のバスバー３を保持する第２保持部材６２と、第１保持部材６１と第２保持部材６２とを構造的に連結する連結部材６３と、を備え、この連結部材６３が、第１保持部材６１および第２保持部材６２の内側端部から上方に突出するアーチ形状に形成されるとともに、アーチ形状を維持するための剛性部６３ａと、上方からの荷重により上下方向に撓む可撓部６３ｂとを有するものから構成されている。
この構成により、アッパーフレーム１１から連結部材６３が荷重を受けたときに、剛性部６３ａによってアーチ形状を維持したまま、可撓部６３ｂにおいて撓んで荷重を吸収し、第１保持部材６１および第２保持部材６２に荷重が伝わることを防止することができる。また、可撓部６３ｂが撓んで荷重を吸収できるため、連結部材６３とその上部のアッパーフレーム１１との隙間を増大する必要がないため、設置スペースが増大することを防止することができる。
したがって、設置スペースを増大することなく、上方からの荷重によって組電池２の電極が変形、損傷することを防止することができる。
また、本実施の形態では、剛性部６３ａが、剛性維持用のリブを有し、可撓部６３ｂが、平板形状に形成されたものからなるよう構成されている。
この構成により、剛性部６３ａがリブを備えることで、剛性部６３ａに剛性を与えることができるとともに、可撓部６３ｂを剛性維持用のリブを有さない平板形状に形成することで、可撓部６３ｂに容易に可撓性を与えることができる。
また、本実施の形態では、可撓部６３ｂが、連結部材６３の下端部に設けられたものから構成されている。
この構成により、連結部材６３の下端部に配置された可撓部６３ｂにおいて荷重を吸収するために上下方向に撓むこととなり、連結部材６３の全体的なアーチ形状を剛性部６３ａにより維持することができる。
以上説明したように、本発明は、設置スペースを増大することなく、上方からの荷重によって組電池の電極が変形、損傷することを防止することができるものであり、特に組電池の複数の電池セルを直列に接続するバスバーモジュールに有用である。
１ バスバーモジュール
２ 組電池
３ バスバー
３ａ、４ａ 電極挿通孔
４ 電圧検出端子
５ 電線
６ 保持部材
８ ナット
１０ 電源装置
１１ アッパーフレーム
２０ 電池セル
２１ 電池セル本体
２２ 正電極
２３ 負電極
６１ 第１保持部材
６２ 第２保持部材
６３ 連結部材
６３ａ 剛性部
６３ｂ 可撓部
６３ｃ、６３ｄ 屈曲部
７１ バスバー収容部
７２ 電線配索部
２ 組電池
３ バスバー
３ａ、４ａ 電極挿通孔
４ 電圧検出端子
５ 電線
６ 保持部材
８ ナット
１０ 電源装置
１１ アッパーフレーム
２０ 電池セル
２１ 電池セル本体
２２ 正電極
２３ 負電極
６１ 第１保持部材
６２ 第２保持部材
６３ 連結部材
６３ａ 剛性部
６３ｂ 可撓部
６３ｃ、６３ｄ 屈曲部
７１ バスバー収容部
７２ 電線配索部
Claims (3)
- 複数の電池セルを電極が交互となるように配置した組電池に装着され、前記複数の電池セルの各電極を複数のバスバーにより電気的に直列に接続するバスバーモジュールであって、
前記複数の電池セルの隣合う電極同士を電気的に接続する複数のバスバーと、
前記複数のバスバーを相互の間隔を保った状態で保持する保持部材と、を備え、
前記保持部材が、
前記複数の電池セルの上面の一端側に形成される一方の電極列において前記複数のバスバーを保持する第１保持部材と、
前記複数の電池セルの上面の他端側に形成される他方の電極列において前記複数のバスバーを保持する第２保持部材と、
前記第１保持部材と前記第２保持部材とを構造的に連結する連結部材と、を備え、
前記連結部材が、前記第１保持部材および前記第２保持部材の内側端部から上方に突出するアーチ形状に形成されるとともに、アーチ形状を維持するための剛性部と、上方からの荷重により上下方向に撓む可撓部とを有することを特徴とするバスバーモジュール。 - 前記剛性部が、剛性維持用のリブを有し、
前記可撓部が、平板形状に形成されたものからなることを特徴とする請求項１に記載のバスバーモジュール。 - 前記可撓部が、前記連結部材の下端部に設けられたことを特徴とする請求項１または請求項２に記載のバスバーモジュール。
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