JP6335864B2

JP6335864B2 - バスバー保持構造

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Publication number: JP6335864B2
Application number: JP2015228035A
Authority: JP
Inventors: 克今井; 泰孝宮崎
Original assignee: Yazaki Corp
Current assignee: Yazaki Corp
Priority date: 2015-11-20
Filing date: 2015-11-20
Publication date: 2018-05-30
Anticipated expiration: 2035-11-20
Also published as: DE102016222703B4; US9871361B2; US20170149225A1; JP2017098042A; DE102016222703A1

Description

本発明は、バスバー保持構造に関する。

ハイブリッド自動車や電気自動車等の車両においてモータを駆動するための電力変換装置に接続される車載用の電池パックでは、多数の電池セルの正極端子と負極端子が隣り合うように交互に逆向きに重ね合わされて横並びに配置されて電池モジュールが構成されている。そして、隣り合う電池セルの電極端子間をバスバーなどの接続部材で接続することにより、複数の電池セルが直列や並列に接続されるようになっている。
上記構成の電池モジュールを組み立てる際には、複数箇所の電極端子間をバスバーで接続する必要がある。そこで、接続する電極端子間の数に応じて、バスバーを絶縁樹脂の電線配索体におけるバスバー収容部に収容したバスバーモジュールが用いられている。

そこで、バスバーの位置決め等を確実にしつつ複数のバスバーを個々に収容固定することができる複数のバスバー固定部（バスバー収容部）を備えたバスバーモジュールが提案されている（例えば、特許文献１参照）。
図５の（ａ）に示すように、従来のバスバーモジュールは、複数のバスバー５０１を個々に収容固定するバスバー固定部５０２を複数有している。

バスバー５０１は、図５の（ｂ）に示すように、バスバー固定部５０２に収容固定された上で隣り合う電池を直列に接続することができるように形成されている。バスバー５０１は、円形状に貫通する一対の電池接続穴５０３を有する。この一対の電池接続穴５０３は、スタッドボルト状の電極を挿通する部分として形成される。一対の電池接続穴５０３の周縁部は、ナットと電池の座面とにより挟み込まれる部分として形成される。

バスバー固定部５０２は、図５の（ｃ）に示すように、外形が長方形となる底壁５０７と、この底壁５０７の端部に連続する枠形状の側壁５０８とを有する。
底壁５０７には、一対の開口部５０９と、中央受け部５１０とが形成されている。一対の開口部５０９は、電池の電極の座面に対応する部分として形成される。中央受け部５１０は、一対の開口部５０９の間に位置してバスバー５０１の中央を受けることができるようにブリッジ形状に形成される。

側壁５０８は、バスバー長手方向に平行な一対の長側壁５１３と、バスバー長手方向に対し直交する方向に平行な一対の短側壁５１４とにより構成され、バスバー５０１の外形に合わせて配置形成される。バスバー長手方向に平行な一対の長側壁５１３には、内側に小さく突出する爪状のバスバー係止突起５１５がそれぞれ形成される。この一対のバスバー係止突起５１５は、中央受け部５１０の位置に合わせて配置形成され、中央受け部５１０から壁高さ方向にバスバー５０１の厚み分だけ離れた位置に配置形成される。

バスバー固定部５０２にバスバー５０１を収容固定する際には、バスバー５０１がバスバー固定部５０２の側壁５０８内に押し込まれ、中央受け部５１０と一対のバスバー係止突起５１５とにより挟まれた状態に固定される。また、バスバー５０１は、この外形部分が底壁５０７に受け止められるとともに、バスバー固定部５０２の側壁５０８により囲まれてガタ付なく保持された状態に固定される。

特開２００４−３１０４９号公報

ところで、バスバー５０１は、一対の電池接続穴５０３の周縁部がナットと電池の電極の座面とにより挟み込まれて通電される構造である。そのため、バスバー固定部５０２は、底壁５０７の開口部５０９に電池の電極の座面を入れ込む構造とされている。更に、バスバー固定部５０２は、底壁５０７がバスバー５０１の外形部分を受け止めるとともに、側壁５０８がバスバー５０１を囲むことにより、バスバー５０１をガタ付なく保持した状態に固定している。
従って、上記従来技術におけるバスバー５０１及びバスバー固定部５０２は大型化し、製造コストが高くなると共に重量が重くなる傾向があった。
また、バスバー固定部５０２にバスバー５０１を収容固定する際には、一対の長側壁５１３にそれぞれ形成された一対のバスバー係止突起５１５を長側壁５１３の外側に弾性変形させながら押し込まなければならず、バスバー５０１の挿入力が高くなって作業性がよくないという問題もあった。

本発明は上記状況に鑑みてなされたもので、その目的は、バスバーの位置決め等を確実にしつつ無駄な部分を削減し、バスバーモジュールを小型・軽量化して製造コストを低減できるバスバー保持構造を提供することにある。

本発明に係る上記目的は、下記構成により達成される。
（１）複数の単電池で構成された電池集合体の各単電池を互いに電気的に接続する複数のバスバーを絶縁樹脂製の電線配索体に保持するためのバスバー保持構造であって、
前記バスバーが載置される底壁と、前記底壁の外縁の一部に連なって立設される隔壁と、前記隔壁に設けられ、前記バスバーの一側縁を前記電線配索体に係止する係止部と、前記底壁に垂設され、前記バスバーに形成された貫通孔に嵌合される第１突起と、を備え、
前記電線配索体のバスバー保持部には、前記隔壁以外に前記バスバーを囲む周壁が存在せず、
前記第１突起に対する前記バスバーの傾き角度を制限して前記バスバーに対する前記係止部の係止が外れないように、前記第１突起と前記貫通孔との嵌合隙間が設定されていることを特徴とするバスバー保持構造。

上記（１）の構成のバスバー保持構造によれば、底壁に垂設される第１突起とバスバーに形成される貫通孔との嵌合隙間と、底壁に対する係止部の高さとを設定するだけで、バスバーを電線配索体に保持することができる。
そこで、電線配索体にはバスバーを囲む周壁が必要なく、小型化が可能となって、コストダウンや軽量化を図ることができる。また、バスバーを底壁に当接するまで挿入する際に挿入抵抗となる係止部が１つしかない為、バスバーの挿入力が低減される。

（２）前記底壁に垂設され、前記バスバーに形成された係合部に係合する第２突起を備えることを特徴とする上記（１）に記載のバスバー保持構造。

上記（２）の構成のバスバー保持構造によれば、底壁に垂設された第１突起と第２突起により、バスバーは第１突起を中心とする回転が規制され、位置決めが確実にされる。
そこで、バスバーを各単電池の電極端子に接続する際、バスバーが不所望に回転して接続作業に支障をきたすことがない。例えば、バスバーが電池の電極端子に超音波溶着される際、ホーンの振動でバスバーが回転して超音波振動エネルギーが溶着部に十分に伝わらなくなることを防止できる。また、例えば、バスバーがナットと電池の電極の座面とにより挟み込まれて通電される構造の場合でも、ナットを電極に螺着する際の回転トルクによりバスバーがナットと伴に回転してしまい、十分な締付力が得られなくなることを防止できる。

（３）前記貫通孔が前記バスバーの中央部に形成され、前記係合部が前記貫通孔を挟んで対称となるように前記バスバーの周縁部に一対形成されることを特徴とする上記（２）に記載のバスバー保持構造。

上記（３）の構成のバスバー保持構造によれば、バスバーの貫通孔を第１突起に挿入する際、何れか一方の係合部が第２突起に係合することができる。
そこで、バスバーを電線配索体に保持させる際には、バスバーの組付け方向が規制されず、組付け作業性が向上する。

本発明に係るバスバー保持構造によれば、バスバーの位置決め等を確実にしつつ無駄な部分を削減し、バスバーモジュールを小型・軽量化して製造コストを低減できる。

以上、本発明について簡潔に説明した。更に、以下に説明される発明を実施するための形態（以下、「実施形態」という。）を添付の図面を参照して通読することにより、本発明の詳細は更に明確化されるであろう。

本発明の一実施形態に係るバスバー保持構造を備えたバスバーモジュールを電池集合体に取り付ける直前の状態を示す部分斜視図である。図１に示したバスバーモジュールの要部拡大分解斜視図である。（ａ），（ｂ）は図１に示したバスバーモジュールのバスバー保持構造を説明するための要部断面図である。図３の（ｂ）に示したバスバーの状態を示す部分斜視図である。（ａ）は、従来のバスバー及びバスバー固定部を示す平面図、（ｂ）は（ａ）に示したバスバーの平面図、（ｃ）は（ａ）に示したバスバー固定部の平面図である。

以下、本発明に係るバスバー保持構造の実施形態について、図面を参照しながら説明する。
図１に示すように、本実施形態のバスバー保持構造を備えたバスバーモジュール１は、複数の単電池３で構成された電池集合体２に取り付けられ、電動モータを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の電動モータに、電池集合体からの電力を供給する。

図１及び図２に示すように、本発明の一実施形態に係るバスバーモジュール１は、電池集合体２の各単電池３を互いに電気的に接続する複数のバスバー６と、複数のバスバー６の表面にそれぞれ溶接接続される電圧検出用端子９が接続された電圧検出線（電線）Ｗと、絶縁樹脂製の電線配索体２０と、を備える。

電池集合体２は、複数の単電池３と、これら複数の単電池３を互いに重ねて固定する部材（図示せず）と、を有している。それぞれの単電池３は、直方体状の電池本体と、この電池本体の上面の一端及び他端からそれぞれ突出した電極端子である一対のプラス端子４及びマイナス端子５と、を有している。プラス端子４及びマイナス端子５は、導電性の金属により上面が矩形の凸状に形成されている。電池集合体２は、複数の単電池３が、プラス端子４とマイナス端子５が隣り合うように、交互に逆向きに重ね合わされている。電池集合体２は、プラス端子４とマイナス端子５をバスバー６で連結することにより、単電池３と隣接する単電池３との直列接続回路が形成され、高圧直流電圧が得られる。

本実施形態に係るバスバー６は、図２に示すように、導電性の金属板にプレス加工が施されるなどして得られるものであり、矩形板状の中央部に形成された貫通孔６１を通る直線を挟んで線対称となるように、周縁部（対向する長辺部）に係合部６３が一対形成されている。貫通孔６１は円形の開口形状を有し、係合部６３は半円状の切欠き形状を有する。これらバスバー６の貫通孔６１と係合部６３には、後述するバスバー保持部１０の第１突起２１と第２及び第３突起２３，２５が嵌合される。

バスバー６は、長手方向両端部分がそれぞれプラス端子４及びマイナス端子５に溶接接続されることで、単電池３に固定される。勿論、本発明に係るバスバーがプラス端子及びマイナス端子にナット（図示せず）が螺合される場合には、バスバーには一対の端子孔が形成される。

本実施形態に係る電線配索体２０は、バスバー６が保持されて複数の単電池３の並び方向に並んで設けられる複数のバスバー保持部１０と、複数の電圧検出線Ｗを複数の単電池の重なり方向に沿って収容する電線配索部７と、バスバー保持部１０と電線配索部７とを連結する連結部８と、を有する。電線配索体２０は、電線配索部７の長手方向に沿って等間隔に配置された複数の連結部８の先端側に設けられたバスバー保持部１０が、櫛歯に配置されて絶縁樹脂により一体成形されている。

個々のバスバー６は、電線配索体２０のバスバー保持部１０に保持される。バスバー保持部１０は、バスバー６の長手方向中央部を支持する矩形板状の底壁１１と、底壁１１の外縁の一部（一側縁）に連なって立設される隔壁１３と、隔壁１３に設けられる係止部１５と、底壁１１に垂設される円柱状の第１突起２１と、第１突起２１を通る直線を挟んで線対称となるように底壁１１に垂設される第２突起２３及び第３突起２５と、バスバー保持構造を構成している。

下端が底壁１１の一側縁に連なった隔壁１３は、上端が連結部８の先端に連なっている。隔壁１３の上端には、後述する電圧検出用端子９の位置決め孔１００に嵌合する位置決めピン８５が突設されている。
係止部１５は、バスバー６の一側縁を電線配索体２０に係止するため隔壁１３に設けられ、底壁１１側に小さく突出する爪状のバスバー係止突起１５ａが先端に形成された係止ランスである。この係止部１５は、底壁１１の位置に合わせて配置形成され、底壁１１から壁高さ方向にバスバー６の厚み分だけ離れた位置にバスバー係止突起１５ａが配置形成される。即ち、係止部１５は、底壁１１に対するバスバー係止突起１５ａの高さ寸法ｈが設定される（図３の（ｂ）参照）。

図３の（ａ）に示すように、底壁１１に垂設された第１突起２１は、外径寸法ｄを有する円柱状に形成されてバスバー６に形成された貫通孔６１に嵌合される。バスバー６の貫通孔６１は、内径寸法Ｄを有する円形の開口形状を有する。
そして、図３の（ｂ）に示すように、第１突起２１に対するバスバー６の傾き角度を制限してバスバー６の一側縁に対するバスバー係止突起１５ａの係止が外れないように、第１突起２１と貫通孔６１との嵌合隙間が設定される。

即ち、第１突起２１の外径寸法ｄと貫通孔６１の内径寸法Ｄとを適宜設定することで、第１突起２１と貫通孔６１との嵌合隙間が決定され、第１突起２１に対するバスバー６の傾き角度が規定される。更に、底壁１１に対するバスバー係止突起１５ａの高さ寸法ｈが設定されることで、バスバー６が傾いた際のバスバー係止突起１５ａに対するバスバー６の一側縁におけるかかり代が確保されるので、バスバー６はバスバー保持部１０から外れることがない。

更に、第１突起２１を通る直線を挟んで線対称となるように底壁１１に垂設された第２突起２３と第３突起２５は、図２に示すように、バスバー６の対向する長辺部に形成された一対の係合部６３にそれぞれ係合される。第２突起２３は、底壁１１の先端縁側に垂設されており、底壁１１の基端側に垂設された第３突起２５は、隔壁１３と一体に形成されている。一対の係合部６３が第２突起２３と第３突起２５に係合したバスバー６は、円柱状の第１突起２１を中心とする回転が規制され、位置決めが確実にされる。

隔壁１３の上端に連なる連結部８には、電圧検出線Ｗの一端に接続された電圧検出用端子９が配置される。連結部８は、対向する一対の側壁８１Ａ，８１Ｂにより、電圧検出用端子９の電線接続部９３を収容する収容空間を形成している。連結部８に配置された電圧検出用端子９は、側壁８１Ａ，８１Ｂ間に挟持された仮固定部９９がバスバー保持部１０に仮保持される。

電圧検出用端子９は、バスバー６に溶接接続される電気接続部９１と、電圧検出線Ｗが接続される電線接続部９３と、電気接続部９１と電線接続部９３との間に設けられ、バスバー保持部１０に仮固定される仮固定部９９と、を備えた断面クランク状に形成されている。
電気接続部９１は、矩形平板状に形成され、レーザ溶接等によりバスバー６の上面に溶接接続される。電線接続部９３は、電圧検出線Ｗの端末における絶縁被覆を剥いて露出させた心線を圧着する導体圧着部９４と、絶縁被覆の上から電線端末を圧着する被覆圧着部９２とを有する。仮固定部９９は、連結部８の側壁８１Ａ，８１Ｂ間で挟持されると共に、位置決め孔１００に位置決めピン８５が嵌合されて位置決めされる。

電線配索部７は、矩形板状の底壁７３と、該底壁７３の幅方向に相対する両縁部から垂直に立設した一対の側壁７５Ａ，７５５Ｂと、からなる断面略Ｕ字状の樋形状に形成されている。
電線配索部７は、バスバー保持部１０の並び方向に沿った一側縁に設けられ、連結部８を介して各バスバー保持部１０に接続されている。そこで、電線配索部７は、各連結部８から導出される電圧検出線Ｗを単電池の重なり方向に沿って配索する配索空間となる。

なお、電線配索部７には、側壁７５Ａ，７５Ｂの上端縁に電線抑え部を一体に形成してもよい。また、上方開口を塞ぐように矩形板状の蓋部が被せられてもよい。蓋部は、両縁部（長辺部）のうち一方の縁部の一部がヒンジを介して、電線配索部７の一方の側壁７５Ａに回動可能に連設される。

電線配索部７の配索空間に配索される電線としての電圧検出線Ｗは、導体である心線を絶縁被覆で被覆した被覆電線である。電圧検出線Ｗは、その一端において、電圧検出用端子９の電線接続部９３に圧着されている。電圧検出線Ｗの他端は、図示しない電圧検出回路に接続される。
なお、本発明に係る電線は、本実施形態の被覆電線に限らず、導体である単線を絶縁被覆で被覆したものや、フラットケーブルなど種々の電線を用いることができる。

上述したように本実施形態のバスバーモジュール１におけるバスバー保持構造によれば、図３の（ａ）に示すように、バスバー保持部１０における底壁１１に垂設される第１突起２１の外径寸法ｄとバスバー６に形成される貫通孔６１の内径寸法Ｄとを適宜設定することで、第１突起２１と貫通孔６１との嵌合隙間を設定すると共に、底壁１１に対する係止部１５におけるバスバー係止突起１５ａの高さ寸法ｈを設定するだけで、バスバー６を電線配索体２０に保持することができる。
そこで、本実施形態に係る電線配索体２０にはバスバー６を囲む周壁が必要なく、小型化が可能となって、コストダウンや軽量化を図ることができる。また、バスバー６を底壁１１に当接するまで挿入する際に挿入抵抗となる係止部１５が１つしかない為、従来に比べてバスバー６の挿入力が低減される。

また、本実施形態のバスバーモジュール１におけるバスバー保持構造によれば、図２に示すように、バスバー保持部１０における底壁１１には、バスバー６に形成された係合部６３に係合する第２突起２３が垂設されている。そこで、底壁１１に垂設された第１突起２１と第２突起２３により、バスバー６は第１突起２１を中心とする回転が規制され、位置決めが確実にされる。
従って、例えば、バスバー６がプラス端子４及びマイナス端子５に超音波溶着される際には、ホーンの振動でバスバー６が回転して超音波振動エネルギーが溶着部に十分に伝わらなくなることを防止できる。また、例えば、バスバーがナットと電池の電極の座面とにより挟み込まれて通電される構造の場合でも、ナットを電極に螺着する際の回転トルクによりバスバーがナットと伴に回転してしまい、十分な締付力が得られなくなることを防止できる。

また、本実施形態のバスバーモジュール１におけるバスバー保持構造によれば、貫通孔６１がバスバー６の中央部に形成され、係合部６３が貫通孔６１を通る直線を挟んで線対称となるようにバスバー６の長辺部に一対形成されている。そして、底壁１１には、第１突起２１を通る直線を挟んで線対称となるように第２突起２３と第３突起２５とが垂設されている。
そこで、バスバー６の貫通孔６１を第１突起２１に挿入する際、一対の係合部６３が第２突起２３及び第３突起２５にそれぞれ係合することができる。その結果、バスバー６を電線配索体２０に保持させる際には、バスバー６の組付け方向が規制されず、組付け作業性が向上する。

従って、上記実施形態のバスバー保持構造によれば、バスバー６の位置決め等を確実にしつつ無駄な部分を削減し、バスバーモジュール１を小型・軽量化して製造コストを低減できる。

ここで、上述した本発明に係るバスバー保持構造の実施形態の特徴をそれぞれ以下に簡潔に纏めて列記する。
［１］複数の単電池（３）で構成された電池集合体（２）の各単電池を互いに電気的に接続する複数のバスバー（６）を絶縁樹脂製の電線配索体（２０）に保持するためのバスバー保持構造であって、
前記バスバーが載置される底壁（１１）と、
前記底壁の外縁の一部に連なって立設される隔壁（１３）と、
前記隔壁に設けられ、前記バスバーの一側縁を前記電線配索体に係止する係止部（１５）と、
前記底壁に垂設され、前記バスバーに形成された貫通孔（６１）に嵌合される第１突起（２１）と、を備え、
前記第１突起に対する前記バスバーの傾き角度を制限して前記バスバーに対する前記係止部の係止が外れないように、前記第１突起と前記貫通孔との嵌合隙間が設定されていることを特徴とするバスバー保持構造。
［２］前記底壁（１１）に垂設され、前記バスバー（６）に形成された係合部（６３）に係合する第２突起（２３）を備えることを特徴とする上記［１］に記載のバスバー保持構造。
［３］前記貫通孔（６１）が前記バスバー（６）の中央部に形成され、
前記係合部（６３）が前記貫通孔を挟んで対称となるように前記バスバーの周縁部に一対形成されることを特徴とする上記［２］に記載のバスバー保持構造。

なお、本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、適宜、変形、改良、等が可能である。その他、上述した実施形態における各構成要素の材質、形状、寸法、数、配置箇所、等は本発明を達成できるものであれば任意であり、限定されない。
例えば、上記実施形態においては、第１突起２１の断面形状と貫通孔６１の開口形状は円形にされたが、本発明はこれに限らず、多角形や楕円形等の種々の形状を採りうる。即ち、断面非円形の第１突起に嵌合する貫通孔の開口形状を第１突起の断面形状に対応した非円形とすることで、第２突起を用いることなくバスバーの回転を規制することができる。

１…バスバーモジュール
２…電池集合体
３…単電池
４…プラス端子
５…マイナス端子
６…バスバー
７…電線配索部
８…連結部
９…電圧検出用端子
１０…バスバー保持部
１１…底壁
１３…隔壁
１５…係止部
２０…電線配索体
２１…第１突起
２３…第２突起
２５…第３突起
６１…貫通孔
６３…係合部

Claims

複数の単電池で構成された電池集合体の各単電池を互いに電気的に接続する複数のバスバーを絶縁樹脂製の電線配索体に保持するためのバスバー保持構造であって、
前記バスバーが載置される底壁と、
前記底壁の外縁の一部に連なって立設される隔壁と、
前記隔壁に設けられ、前記バスバーの一側縁を前記電線配索体に係止する係止部と、
前記底壁に垂設され、前記バスバーに形成された貫通孔に嵌合される第１突起と、を備え、
前記電線配索体のバスバー保持部には、前記隔壁以外に前記バスバーを囲む周壁が存在せず、
前記第１突起に対する前記バスバーの傾き角度を制限して前記バスバーに対する前記係止部の係止が外れないように、前記第１突起と前記貫通孔との嵌合隙間が設定されていることを特徴とするバスバー保持構造。
前記底壁に垂設され、前記バスバーに形成された係合部に係合する第２突起を備えることを特徴とする請求項１に記載のバスバー保持構造。
前記貫通孔が前記バスバーの中央部に形成され、
前記係合部が前記貫通孔を挟んで対称となるように前記バスバーの周縁部に一対形成されることを特徴とする請求項２に記載のバスバー保持構造。