JP6298842B2 - 接続モジュール - Google Patents

Description

本発明は、接続モジュールに関し、詳しくは、蓄電モジュールに使用される接続モジュールに関する。

電気自動車やハイブリッド車等の車両用の蓄電モジュールは、正極及び負極の電極端子を有する蓄電素子が複数個並んで配列されており、隣り合う蓄電素子の電極端子間がバスバーで接続されることにより、複数の蓄電素子が直列や並列に接続されるようになっている。

蓄電モジュールにおいて、各バスバーを電極端子に取り付ける際の作業の利便性から、接続モジュールを構成するシート状の絶縁フィルムに各バスバーを保持させる技術が知られている（例えば、特許文献１を参照）。

特開２０１４−１７５２９１号公報

上記特許文献１に記載のバスバーモジュール（接続モジュール）を構成するシート状の絶縁フィルム（以下、「シート部材」という）は、伸縮性を有する合成樹脂で構成されたものである。シート部材を、伸縮性を有する合成樹脂によって構成することによって、隣接する蓄電素子の電極の間隔（電極ピッチ）にばらつきが生じても、シート部材の伸縮性によってそのばらつきに追従させようとするものである。しかしながら、伸縮性を有する、すなわち、柔らかいシート部材の伸縮時において、シート部材に接着された各バスバーの挙動は個々にバラバラに動き、予測できない。蓄電モジュールの電極ピッチ公差に追従できるバスバー位置の管理が必要であるが、バスバー位置の管理ができないため、シート部材を含む接続モジュールの蓄電素子群への搭載性に不都合が生じる虞がある。

また、特許文献１に記載の接続モジュールでは、接続モジュールの蓄電素子群への搭載時に、電池の電極（ボルト）は、ナットと共にシート部材によって締付けられる。そのため、締付後のシート部材の応力緩和によってシート部材による締付力が弱まり、振動によるボルト緩みが懸念される。ボルト緩みが発生すると、接続モジュールの蓄電素子群への取付けの信頼性が低下することとなる。

そこで、本明細書では、簡易な構造によって、蓄電素子群における蓄電素子の並び方向の電極ピッチの公差に追従でき、かつ蓄電素子群への取付けの信頼性を維持できる接続モジュールを提供する。

本明細書によって開示される接続モジュールは、正極及び負極の電極端子を有する複数の蓄電素子が並べられてなる蓄電素子群に取り付けられる接続モジュールであって、前記複数の蓄電素子の隣接する蓄電素子の正極及び負極の電極端子を接続する板状部を含む複数のバスバーと、伸縮性を有し、表面に粘着材が積層された第１シート部材と、前記第１シート部材上に間隔を置いて載置され、伸縮性を有さない硬質絶縁部材から成る複数の第２シート部材であって、各第２シート部材が各バスバーを個別に固定する固定部を有する複数の第２シート部材と、を備え、各バスバーは、前記板状部の幅方向の一端縁から延出し、前記第２シート部材の前記固定部に係合する係合部を有し、前記第１シート部材は、前記各バスバーが固定された状態の前記各第２シート部材を前記粘着材によって保持することによって、前記複数のバスバーを共通に保持し、隣接する第２シート部材間において、当該第１シート部材の長手方向に、少なくとも、隣接する蓄電素子の並び方向の電極ピッチの公差の合計値である最大公差の距離を伸縮可能である軟質絶縁部材から構成される。

本構成によれば、バスバーを固定保持する第２シート部材が載置される第１シート部材は、隣接する第２シート部材間において、第１シート部材の長手方向に、少なくとも、隣接する蓄電素子の並び方向の電極ピッチの公差の合計値である最大公差の距離を伸縮可能である軟質絶縁部材から構成される。そのため、接続モジュールを蓄電素子群に取付ける際、蓄電素子群の電極ピッチ公差に追従して取付けることができ、取付け作業が容易となる。

また、バスバーの係合部は、板状部の幅方向の一端縁から延出し、第２シート部材の固定部に係合する。そのため、接続モジュールの蓄電素子群への搭載時に、蓄電素子の電極（ボルト）は、ナットと共にシート部材によって締付けられることもない。その結果、蓄電素子群への取付けの信頼性を維持できる。すなわち、本構成によれば、簡易な構造によって、蓄電素子群における蓄電素子の並び方向の電極ピッチの公差に追従でき、かつ蓄電素子群への取付けの信頼性を維持できる。

上記接続モジュールにおいて、前記バスバーの前記係合部は、前記板状部の幅方向の一端縁から延出する延出部と、前記延出部の先端に形成された突起部を含み、前記第２シート部材の前記固定部は、前記バスバーの突起部が貫通される貫通孔によって構成されるようにしてもよい。
本構成によれば、簡易な構成によって、バスバーを第２シート部材に確実に固定させることができる。

また、上記接続モジュールにおいて、前記係合部は、前記板状部の幅方向の一端縁の二か所に設けられ、前記延出部は、板状の形状を有し、先端の両側縁に前記突起部を含み、前記第２シート部材の前記固定部は、前記係合部に対応した位置にそれぞれ設けられ、各固定部は二個の貫通孔によって構成されるようにしてもよい。
本構成によれば、簡易な構成によって、バスバーを第２シート部材にさらに確実に固定させることができる。

また、上記接続モジュールにおいて、前記第２シート部材は、前記バスバーの前記係合部の前記第２シート部材より下方に位置する部分が、前記第２シート部材と前記第１シート部材との間において前記第１シート部材側に埋没された状態で、前記第１シート部材に載置されているようにしてもよい。
本構成によれば、係合部の第２シート部材より下方に位置する部分が、第１シート部材側に埋没された状態で、第２シート部材が第１シート部材に載置されている。そのため、第２シート部材の下面と第１シート部材の表面の粘着材との接触面積が広くなり、第２シート部材の第１シート部材への接着力が増加する。それによって、第１シート部材によるバスバー保持の信頼性が増加する。

本発明の接続モジュールによれば、簡易な構造によって、蓄電素子群における蓄電素子の並び方向の電極ピッチの公差に追従でき、かつ蓄電素子群への取付けの信頼性を維持できる。

一実施形態に係る接続モジュールを備えた蓄電モジュールを示す斜視図 蓄電モジュールの平面図 一実施形態に係る接続モジュールを示す斜視図 バスバーを示す斜視図 外部接続電極用バスバーを示す斜視図 第１シート部材を示す斜視図 第２シート部材を示す平面図 接続モジュールを示す部分拡大平面図 接続モジュールの側面図

＜実施形態＞
本発明の一実施形態を図１ないし図９によって説明する。

図１に示されるように、蓄電モジュールＭ１は、本実施形態の接続モジュール２０と、複数の蓄電素子１１を並べてなる蓄電素子群１０と、を備える。

蓄電モジュールＭ１は、例えば、電気自動車またはハイブリッド自動車等の車両の駆動源として使用される。

また、以下の説明において、複数の同一部材については、一の部材に符号を付し、他の部材については符号および説明を省略することがある。

１．蓄電素子群
本実施形態の接続モジュール２０が取り付けられる蓄電素子群１０は、図１および図２に示すように、複数個（本実施形態では２４個）の蓄電素子１１を並べて構成される。

蓄電素子１１は、内部に図示しない蓄電要素が収容された扁平な直方体状の本体部１２の上面から垂直に突出する正極の電極端子部１３Ａおよび負極の電極端子部１３Ｂを有する。

各電極端子部１３（１３Ａ，１３Ｂ）は、円盤状の端子台１５と、端子台１５から上方へ突出する円筒状の電極端子１４（１４Ａ、１４Ｂ）とを備える。各電極端子１４にはバスバー２１の端子挿通孔２４（図３参照）が挿通されるようになっている。電極端子１４の側壁部分には、ナット（図示せず）が螺合されるねじ山（図示せず）が形成されている。

電極端子１４に挿通されたバスバー２１と、端子台１５とが接触することにより、バスバー２１と電極端子１４とが電気的に接続されるようになっている。複数の蓄電素子１１は、図２における左右方向（矢印Ｘ方向）について隣り合う電極端子１４の極性が反対になるように配置されている。

また、隣り合う蓄電素子１１の間には、セパレータ１６が設けられている。各セパレータ１６には、隣り合う蓄電素子１１の電極端子１４間を絶縁する絶縁リブ１７が設けられている。

２．接続モジュール
接続モジュール２０は、図１および図２に示すように、蓄電素子１１の並び方向（矢印Ｘ方向）に沿って蓄電素子群１０に取り付けられ、複数の蓄電素子１１を電気的に接続する機能を有する。接続モジュール２０は、図３に示されるように、バスバー２１、第１シート部材２５、および第２シート部材２６を含む。接続モジュール２０は、図２に示されるように、蓄電素子群１０の図２における上側に取付けられる第１接続モジュール２０Ａと、同下側に取付けられる第２接続モジュール２０Ｂとを含む。以下、特に区別する必要がない場合、両接続モジュール２０Ａ，２０Ｂを、「接続モジュール２０」と記載する。

２−１．バスバー
バスバー２１は、銅、銅合金、ステンレス鋼（ＳＵＳ）、アルミニウム等の金属からなり、隣り合う電極端子１４Ａ，１４Ｂ間の寸法（電極ピッチ）に応じた長さの板状部２２を含む。第１接続モジュール２０Ａの両端部の外部接続電極用バスバー２１Ａ以外のバスバー２１の板状部２２には、図４に示されるように、電極端子１４が挿通される一対の端子挿通孔２４，２４が、貫通形成されている。なお、外部接続電極用バスバー２１Ａの板状部２２Ａには、図５に示されるように、端子挿通孔２４が１つだけ貫通形成されている。端子挿通孔２４の形状は、蓄電素子１１の並び方向（図１の矢印Ｘ方向）に長い長円形状をなす。

また、バスバー２１は、図４に示されるように、板状部２２の幅方向（図４の矢印Ｙ方向）の一端縁から延出し、後述する第２シート部材２６の固定部に係合する一対の係合部２３を有する。各係合部２３は、板状部の幅方向の一端縁から延出する延出部２３Ｅと、延出部２３Ｅの先端に形成された突起部２３Ｐとを含む。詳しくは、図４に示されるように、延出部２３Ｅは、板状の形状を有し、先端の両側縁に突起部２３Ｐを含む。突起部２３Ｐは、後述する第２シート部材２６に形成された貫通孔２７に貫通される。

上記構成のバスバー２１では、図３等に示されるように、板状部２２の一端縁から係合部２３のみが直接、第１シート部材２５に保持されることによって、バスバー２１の全体が、第１シート部材２５に保持されている。すなわち、バスバー２１の端子挿通孔２４，２４が形成されている板状部２２は、第１シート部材２５に直接、保持されていない。

また、図５に示すように、外部接続電極用バスバー２１Ａは、板状部２２の一端縁から延出し、後述する第２シート部材２６の固定部に係合する係合部２３を有する。係合部２３は、板状部の幅方向の一端縁から延出する延出部２３Ｅと、延出部２３Ｅの先端に形成された突起部２３Ｐとを含む。延出部２３Ｅは、板状の形状を有し、先端の両側縁に突起部２３Ｐを含む。なお、本実施形態では、係合部２３は、板状部２２と一体形成されている。

２−２．第１シート部材
第１シート部材２５は、図６等に示されるように、平面視で、細長い、ほぼ長方形に形成され、バスバー２１を保持する。また、第１シート部材２５は、伸縮性を有し、図６に示されるように、表面に粘着材２８が積層されている。粘着材２８は。例えば、第１シート部材２５の表面に塗布されて積層されている。すなわち、第１シート部材２５は、各バスバー２１が固定された状態の各第２シート部材２６を粘着材２８によって保持することによって、複数のバスバー２１を共通に保持する。なお、粘着材２８は、第１シート部材２５の表面全体に設けられることに限られず、例えば、第２シート部材２６が保持される箇所にのみ設けられるようにしてもよい。

また、第１シート部材２５は、図８に示すように、隣接する第２シート部材２６間において、第１シート部材の長手方向（図８の矢印Ｘ方向）に、少なくとも、隣接する蓄電素子の並び方向の電極ピッチＰ（図２参照）の公差の合計値である最大公差ΔＬｍａｘの距離を伸縮可能である軟質絶縁部材から構成されている。第１シート部材２５は、例えば、発砲ゴムから構成されている。

言い換えれば、隣接する第２シート部材２６間に位置する、すなわち、第２シート部材２６が載置されていない領域Ｌ１の第１シート部材２５Ａは、最大公差ΔＬｍａｘの距離を伸縮可能である。

２−３．第２シート部材
第２シート部材２６は、図７に示されるように、平面視で、ほぼ長方形に形成され、伸縮性を有さない硬質絶縁部材から成る。

第２シート部材２６の材料としては、例えば、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリスチレン（ＰＳ）、ポリカーボネート（ＰＣ）、ポリアミド（ＰＡ）等の絶縁材料が挙げられる。本実施形態において、第２シート部材２６は、例えばポリカーボネート製シートなどの硬質合成樹脂製のシートである。言い換えれば、第２シート部材２６は、ゴム弾性のない合成樹脂によって構成されている。なお、第２シート部材２６の平面形状は、図７に示されるものに限られない。

また、図３に示されるように、第１シート部材２５上に間隔を置いて載置され、各バスバー２１を個別に固定する固定部を有する。本実施形態では、固定部は、バスバー２１の突起部２３Ｐが貫通される貫通孔２７によって構成される。詳しくは、貫通孔２７は、図７に示されるように、バスバー２１の係合部２３の突起部２３Ｐに対応した位置にそれぞれ設けられ、本実施形態では、第２シート部材２６内の四か所に設けられている。

なお、第２シート部材２６は、図７に示されるように、バスバー２１を一個保持する、第２シート部材２６Ａと、バスバー２１を一個と外部接続電極用バスバー２１Ａとを保持する第２シート部材２６Ｂとを含む。

第２シート部材２６が第１シート部材２５上に載置された状態において、バスバーの係合部２３は、図９に示されるように、係合部２３の第２シート部材２６より下方に位置する部分、すなわち、本実施形態では延出部２３Ｅが、第２シート部材２６と第１シート部材２５との間において第１シート部材側に埋没された状態で、第２シート部材２６に固定されている。

３．接続モジュールの作製方法
硬質樹脂製シートを図７に示す形状に、例えば、抜き加工によってカットして各第２シート部材２６を製造する。その際、所定位置に貫通孔２７を形成する。

次に、各第２シート部材２６の貫通孔２７に各バスバー２１の突起部２３Ｐを貫通させて、各第２シート部材２６に各バスバー２１を取付ける。次いで、バスバー２１が取付けられた第２シート部材２６を、所定間隔を空けて第１シート部材２５上の粘着材２８に押圧して貼り付ける。これによって、図３に示すような接続モジュール２０が得られる。この構成において、本実施形態では、隣接する第２シート部材２６間に位置する第１シート部材２５Ａの、第１シート部材２５の長手方向（図８の矢印Ｘ方向）の伸縮によって、バスバー２１は、図８の矢印Ｘ方向に、最大公差ΔＬｍａｘの距離を移動可能に、第１シート部材２５に保持される。

４．接続モジュールの組み付け方法
次に、接続モジュール２０の蓄電素子群１０への組み付け方法について説明する。複数の蓄電素子１１を、隣り合う電極端子１４が逆極性となるように並べておく。次いで、蓄電素子１１を挟むようにして、絶縁リブ１７が設けられたセパレータ１６と蓄電素子１１とを交互に配置する。

次いで、電極端子１４が形成された面に接続モジュール２０を載置する。接続モジュール２０を取り付けて、蓄電素子群１０の各電極端子１４をバスバー２１の端子挿通孔２４に挿通すると、図１に示すような蓄電モジュールＭ１が得られる。その際、本実施形態の接続モジュール２０では、バスバー２１が、最大公差ΔＬｍａｘの距離を移動可能に、第１シート部材２５に保持されている。

５．本実施形態の効果
バスバー２１を固定保持する第２シート部材２６が載置される第１シート部材２５は、隣接する第２シート部材間において、第１シート部材２５の長手方向（図８の矢印Ｘ方向）に、少なくとも、隣接する蓄電素子１１の並び方向（図２の矢印Ｘ方向）の電極ピッチＰの公差の合計値である最大公差ΔＬｍａｘの距離を伸縮可能である軟質絶縁部材から構成される。そのため、接続モジュール２０を蓄電素子群１０に取付ける際、蓄電素子群の電極ピッチ公差に追従して取付けることができ、取付け作業が容易となる。

また、バスバーの係合部２３は、板状部２２の幅方向（図４の矢印Ｙ方向）の一端縁から延出し、第２シート部材の貫通孔（固定部）２７に係合する。すなわち、バスバー２１の、端子挿通孔２４，２４が形成されている板状部２２は、第１シート部材２５に直接、保持されていない。言い換えれば、第１シート部材２５は、バスバー２１の板状部２２の下側には存在しない。

この構成によって、接続モジュール２０の蓄電素子群１０への搭載時に、蓄電素子の電極端子（ボルト）１４は、ナットと共に第１シート部材２５によって締付けられることもない。そのため、接続モジュール２０の蓄電素子群１０への取付けの信頼性を維持できる。また、接続モジュール２０を蓄電素子１１に合わせて引き延ばした時、第１シート部材２５の変形や、回転方向のズレが抑制されるため、接続モジュール２０の蓄電素子群１０へ取付ける際、電極ピッチＰの公差に合わせた位置合わせが可能となる。
すなわち、本実施形態によれば、簡易な構造によって、蓄電素子群１０における蓄電素子１１の並び方向の電極ピッチＰの公差に追従でき、かつ接続モジュール２０の蓄電素子群１０への取付けの信頼性を維持できる。

また、バスバーの係合部２３は、板状部２２の幅方向の一端縁から延出する延出部２３Ｅと、延出部２２Ｅの先端に形成された突起部２３Ｐを含み、第２シート部材２６の固定部は、突起部２３Ｐが貫通される貫通孔２７によって構成される。そのため、簡易な構成によって、バスバー２１を第２シート部材２６に確実に固定させることができる。

その際、係合部２３は、板状部の幅方向（図４の矢印Ｙ方向）の一端縁において、その両端部の二か所に設けられ、延出部２２Ｅは、板状の形状を有し、先端の両側縁に突起部２３Ｐを含む。また、第２シート部材２６の固定部は、係合部２３に対応した位置にそれぞれ設けられ、各固定部は二個の貫通孔２７によって構成される。すなわち、バスバー２１は四個の突起部２３Ｐによって第２シート部材２６に固定される。そのため、簡易な構成によって、バスバーを第２シート部材にさらに確実に固定させることができる。

また、図９に示されるように、係合部２３の第２シート部材２６より下方に位置する部分、すなわち、延出部２２Ｅが、第１シート部材側に埋没された状態で、第２シート部材２６が第１シート部材２５に載置されている。そのため、第２シート部材２６の下面と第１シート部材２５の表面の粘着材２８との接触面積が広くなり、第２シート部材２６の第１シート部材２５への接着力が増加する。それによって、第１シート部材２５によるバスバー保持の信頼性が増加する。

＜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、図４に示されるように、係合部２３は、板状部の幅方向の一端縁の両端部の二か所に設けられ、延出部２２Ｅは、板状の形状を有し、先端の両側縁に突起部２３Ｐを含む構成としたが、これに限られない。例えば、係合部２３は、板状部の幅方向の一端縁の中央部の一か所に設けられるようにしてもよい。
また、延出部２２Ｅに一個の突起部２３Ｐを含む構成としてもよい。また、突起部２３Ｐの形状も、図４に示した薄板状の形状に限られない。突起部２３Ｐの形状は、例えば、円柱状であってもよい。
さらには、バスバー２１の板状部２２には、必ずしも端子挿通孔２４，２４が設けられていなくてもよい。

（２）上記実施形態では、第２シート部材２６の固定部を貫通孔２７によって構成する例を示したが、これに限られない。固定部は、バスバー２１の係合部２３の構成に合わせて構成されればよい。

（３）上記実施形態では、図９に示されるように、バスバー２１の係合部２３の延出部２２Ｅが、第１シート部材側に埋没された状態で、第２シート部材２６が第１シート部材２５に載置されている構成を示したが、これに限られない。第２シート部材２６が第１シート部材２５に載置されている状態において、延出部２２Ｅは、必ずしも、第１シート部材側に埋没されていなくてもよい。

１０…蓄電素子群
１１…蓄電素子
１４…電極端子
２０Ａ…第１接続モジュール（接続モジュール）
２０Ｂ…第２接続モジュール（接続モジュール）
２１…バスバー
２２…板状部
２３…係合部
２３Ｅ…延出部
２３Ｐ…突起部
２５…第１シート部材
２６…第２シート部材
２７…貫通孔（固定部）
２８…接着材
Ｍ１…蓄電モジュール

Claims (4)

1. 正極及び負極の電極端子を有する複数の蓄電素子が並べられてなる蓄電素子群に取り付けられる接続モジュールであって、
   前記複数の蓄電素子の隣接する蓄電素子の正極及び負極の電極端子を接続する板状部を含む複数のバスバーと、
   伸縮性を有し、表面に粘着材が積層された第１シート部材と、
   前記第１シート部材上に間隔を置いて載置され、伸縮性を有さない硬質絶縁部材から成る複数の第２シート部材であって、各第２シート部材が各バスバーを個別に固定する固定部を有する複数の第２シート部材と、を備え、
   各バスバーは、
   前記板状部の幅方向の一端縁から延出し、前記第２シート部材の前記固定部に係合する係合部を有し、
   前記第１シート部材は、
   前記各バスバーが固定された状態の前記各第２シート部材を前記粘着材によって保持することによって、前記複数のバスバーを共通に保持し、
   隣接する第２シート部材間において、当該第１シート部材の長手方向に、少なくとも、隣接する蓄電素子の並び方向の電極ピッチの公差の合計値である最大公差の距離を伸縮可能である軟質絶縁部材から構成される、接続モジュール。
2. 請求項１に記載の接続モジュールにおいて、
   前記バスバーの前記係合部は、
   前記板状部の幅方向の一端縁から延出する延出部と、
   前記延出部の先端に形成された突起部を含み、
   前記第２シート部材の前記固定部は、前記バスバーの突起部が貫通される貫通孔によって構成される、接続モジュール。
3. 請求項２に記載の接続モジュールにおいて、
   前記係合部は、前記板状部の幅方向の一端縁の二か所に設けられ、
   前記延出部は、板状の形状を有し、先端の両側縁に前記突起部を含み、
   前記第２シート部材の前記固定部は、前記係合部に対応した位置にそれぞれ設けられ、各固定部は二個の貫通孔によって構成される、接続モジュール。
4. 請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の接続モジュールにおいて、
   前記第２シート部材は、前記バスバーの前記係合部の前記第２シート部材より下方に位置する部分が、前記第２シート部材と前記第１シート部材との間において前記第１シート部材側に埋没された状態で、前記第１シート部材に載置されている、接続モジュール。

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