JP6355935B2 - 電池モジュールの配線接続構造 - Google Patents

Description

本発明は、電池モジュールの配線接続構造に係り、特に、複数の電池セルを重ね合わせて構成した電池モジュールの電圧監視用の配線を接続するための電池モジュールの配線接続構造に関するものである。

近年、電気自動車やハイブリット自動車などの電気モータの駆動力を利用した自動車が注目されている。このような自動車の電気モータを駆動するための高電圧、高出力の電源として、複数の電池セルを組み合わせた電池モジュールが多く用いられている。

このような電池モジュールは、複数の電池セルの電極ポストをバスバーで接続することにより、各電池セルを直列に接続して使用するものであり、この場合に、各電池セルの電極ポスト間に電圧監視線を接続し、電池セルの各電極ポスト間の電圧値を監視することが行われている。

このような電池モジュールにおいて、電圧検知用の配線を接続する技術として、従来、電池パック本体に組み合わされる絶縁枠体に、電池セルの所定の＋端子および−端子を接続する状態に複数のバスバーを配設し、この配設領域以外の絶縁枠体の領域にフラットケーブルを配設し、このフラットケーブルの各導体線間に所定状に切り込みを入れ根元を残して切り離した導体線を所定のバスバーに溶接するようにした技術が開示されている（例えば、特許文献１を参照）。

特開２０１０‐１１４０２５号公報

しかしながら、前記特許文献１に記載の発明においては、電圧監視線にフラットケーブルを用いており、各導体線間に所定状に切込みを入れて根元を残して切り離した導体線を所定のバスバーに溶接するようにしているが、電圧監視線を組み付ける際に、フラットケーブルを折り曲げたり、溶接するといった作業が必要となり、また、電池セルの端子を接続するバスバーに電圧監視線を溶接などにより接続してしまうと、容易に取り外すことができない構造となってしまい、故障時の交換やメンテナンスが極めて困難になってしまうという問題を有している。

本発明は、前記した点に鑑みてなされたものであり、電極ポストと電圧監視線とを容易に接続することができ、メンテナンスを容易に行うことのできる電池モジュールの配線接続構造を提供することを目的とするものである。

前記目的を達成するために本発明に係る電池モジュールの配線接続構造は、電池セルの電極ポストおよび電極間バスバーを覆う一方のケースと、前記一方のケースに係合され電圧監視線を備えた他方のケースとを備え、前記一方のケースに前記他方のケースを係合させる際に、前記電圧監視線と前記電極ポストとが電気的に接続され、前記電圧監視線に前記電極ポスト側に露出する電極部を形成し、前記電極部と前記電極ポストとの電気的接続部分の少なくとも一方は、突部を備え、前記突部は、前記電圧監視線の基材を前記電極ポスト側に膨出させて形成されていることを特徴とする。

この構成によれば、一方のケースに他方のケースを係合させた状態で、電圧監視線と電極ポストとを電気的に接続させるようにしているので、接続コネクタを電圧監視ユニットに接続することにより、電池セルの電圧値を監視することができるものである。また、電圧監視線の基材を電極ポスト側に膨出させて突部を形成することにより、適正に突部を形成させることができ、上部ケースの電圧監視線と電極ポストの上端面とを確実に接触させることができるものである。

また、本発明は、電池セルの電極ポストおよび電極間バスバーを覆う一方のケースと、前記一方のケースに係合され電圧監視線を備えた他方のケースとを備え、前記一方のケースに前記他方のケースを係合させる際に、前記電圧監視線と前記電極ポストとが電気的に接続され、前記電圧監視線に前記電極ポスト側に露出する電極部を形成し、前記電極部と前記電極ポストとの電気的接続部分の少なくとも一方は、突部を備え、前記突部は、前記電極ポストの先端面を前記電圧監視線側に膨出させて形成されていることを特徴とする。
この構成によれば、一方のケースに他方のケースを係合させた状態で、電圧監視線と電極ポストとを電気的に接続させるようにしているので、接続コネクタを電圧監視ユニットに接続することにより、電池セルの電圧値を監視することができるものである。また、電極ポストの先端面を電圧監視線側に膨出させて突部を形成することにより、適正に突部を形成させることができ、電圧監視線と電極ポストの上端面とを確実に接触させることができるものである。

また、本発明は、電池セルの電極ポストおよび電極間バスバーを覆う一方のケースと、前記一方のケースに係合され電圧監視線を備えた他方のケースとを備え、前記一方のケースに前記他方のケースを係合させる際に、前記電圧監視線と前記電極ポストとが電気的に接続され、前記電圧監視線に前記電極ポスト側に露出する電極部を形成し、前記電極部と前記電極ポストとの電気的接続部分の少なくとも一方は、突部を備え、前記電圧監視線の導電部を貫通して電気的に接続するピアス端子を用い、前記ピアス端子を前記電極部および前記突部として機能させたことを特徴とする。
この構成によれば、一方のケースに他方のケースを係合させた状態で、電圧監視線と電極ポストとを電気的に接続させるようにしているので、接続コネクタを電圧監視ユニットに接続することにより、電池セルの電圧値を監視することができるものである。また、電圧監視線の導電部を貫通して電気的に接続するピアス端子を用い、ピアス端子を電極部および突部として機能させるようにしているので、ＦＦＣやＦＰＣなどを用いて電圧監視線を製造する場合に、電圧監視線にあらかじめ電極部を形成したり、基材を膨出加工する必要がなく、電極部に相当する位置に導電部を形成するだけで、簡単に電極部および突部を形成することができ、電圧監視線と電極ポストの上端面とを確実に接触させることができるものである。

また、本発明は、前記構成において、前記電圧監視線は、ＦＦＣまたはＦＰＣにより形成されていることを特徴とする。この構成によれば、電圧監視線を、ＦＦＣまたはＦＰＣにより形成することにより、電圧監視線の組付け作業の簡素化を図ることができるとともに、電圧監視線をまとめて配線することが可能となり、電圧監視線の小型・軽量化を図ることが可能となる。

また、本発明は、前記構成において、前記電圧監視線に、電圧監視ユニットとの接続コネクタを一体に接続したことを特徴とする。この構成によれば、電圧監視線に、電圧監視ユニットとの接続コネクタを一体に接続することにより、電圧監視線と電圧監視ユニットの接続作業の簡素化を図ることができるものである。

本発明によれば、一方のケースに他方のケースを係合させた状態で、電圧監視線と電極ポストとを電気的に接続するようにしているので、一方のケースに他方のケースを係合させるだけで、容易に電極ポストと電圧監視線とを電気的に接続することができる。また、電圧監視線を他方のケースに取付けることにより、従来のように、電極ポストに電圧監視線を溶接などにより接続する作業が不要となるので、電圧監視線の組付け作業の簡素化を図ることができ、メンテナンスも容易に行うことができる。さらに、電圧監視線をＦＦＣやＦＰＣなどにより構成することにより、電圧監視線をまとめて配線することが可能となり、電圧監視線の小型・軽量化を図ることが可能となる。

また、電極部としてピアス端子を用いることにより、ＦＦＣやＦＰＣなどを用いて電圧監視線を製造する場合に、電圧監視線にあらかじめ電極部を形成したり、基材を膨出加工する必要がなく、電極部に相当する位置に導電部を形成するだけで、簡単に電極部および突部を形成することが可能となる。さらに、電圧監視線に、電圧監視ユニットとの接続コネクタを一体に接続することにより、電圧監視線と電圧監視ユニットの接続作業の簡素化を図ることができる。

本発明に係る配線接続構造を適用した電池モジュールの実施形態を示す概略斜視図 本発明に係る電池モジュールの配線接続構造の実施形態を示す概略斜視図 本発明に係る電池モジュールの配線接続構造の上部ケースおよび下部ケース部分を示す断面図 本発明に係る電池モジュールの配線接続構造の上部ケースおよび下部ケース部分における突部の変形例を示す断面図 本発明に係る電池モジュールの配線接続構造の上部ケースおよび下部ケース部分における突部の他の変形例を示す断面図 本発明に係る電池モジュールの配線接続構造の上部ケースおよび下部ケース部分における突部の他の変形例を示す断面図

以下、本発明を実施の形態について、図面を参照して説明する。
図１は、本発明に係る配線接続構造を適用した電池モジュールの実施形態を示したものであり、図１に示すように、電池モジュール１は、複数の電池セル２，２…を並べて配列することにより構成されている。

電池セル２は、図１に示すように、幅方向の厚さ寸法が小さく形成された直方体形状を有しており、電池セル２の上面両側には、棒状を有する電極ポスト３としての正極ポスト３ａおよび負極ポスト３ｂがそれぞれ突出形成されている。そして、所定の個数の電池セル２を立設させた状態で並べて配置されており、電池セル２は、隣接する電池セル２の電極ポスト３が互いに正極ポスト３ａと負極ポスト３ｂとが交互に並ぶように、互い違いに向きを変えて配列するように構成されている。

次に、電池モジュール１の配線接続構造について説明する。

電池モジュール１の配線接続構造は、図１および図２に示すように、一方のケースとしての下部ケース１１と、バスバー１２と、他方のケースとしての上部ケース１３とから構成されている。

下部ケース１１は、絶縁性および可撓性を有する合成樹脂などで形成されている。下部ケース１１は、隣接する２つの電池セル２の隣接する２つの電極ポスト３に跨る平面四角形状を有するバスバー保持枠１４を備えており、バスバー保持枠１４の外周は、電極ポスト３の高さよりわずかに大きい高さ寸法を有するように形成されている。そして、バスバー保持枠１４の内側上面には、平板状のバスバー１２が配設されており、バスバー保持枠１４およびバスバー１２には、電極ポスト３を受け入れる貫通孔１２ａ，１４ａがそれぞれ形成されている。

そして、電極ポスト３の外周には、図示していないが雄ねじが形成されるようになっており、電極ポスト３にバスバー保持枠１４およびバスバー１２のそれぞれ貫通孔１２ａ，１４ａに電極ポスト３を挿入した状態で、電極ポスト３の雄ねじにナット（図示せず）を締め付けることにより、電極ポスト３に対して、下部ケース１１のバスバー保持枠１４およびバスバー１２を固定するように構成されている。そして、このようにバスバー保持枠１４を固定した状態で、バスバー１２により各電極ポスト３を電気的に接続するものであり、この状態で、各電池セル２，２…は、直列に接続されるように構成されている。

また、バスバー保持枠１４の端縁は、隣接するバスバー保持枠１４の端縁と互いに支持片１５を介して連結されており、この支持片１５は、隣接するバスバー保持枠１４の間隔より長い寸法に形成されている。これにより、支持片１５は、所定の弛みを持って各バスバー保持枠１４を連結することになり、これにより、隣接するバスバー保持枠１４は、互いに近接したり離隔したりする自由度を有することになる。その結果、各バスバー保持枠１４が電極ポスト３に固定された際に、電池セル２の各電極ポスト３の位置ずれを吸収することができるように構成されている。

また、上部ケース１３は、下部ケース１１と同様に、絶縁性と可撓性を有する合成樹脂などで形成されており、上部ケース１３は、支持片１５により連結された各バスバー保持枠１４の全体の長さ寸法とほぼ同様の長さ寸法を有するように構成されている。そして、上部ケース１３は、バスバー保持枠１４の内側に嵌合されるようにバスバー保持枠１４の内側寸法とほぼ同様に形成された嵌合枠１６が、各バスバー保持枠１４に対応するように形成されている。上部ケース１３の嵌合枠１６は、下部ケース１１の各バスバー保持枠１４に対してそれぞれ連結片１７を介して連結されており、上部ケース１３、下部ケース１１および連結片１７は、一体に形成されている。

また、上部ケース１３の嵌合枠１６の外周面には、それぞれ係合爪１８，１８…が突出形成されており、一方、下部ケース１１のバスバー保持枠１４の外周面には、嵌合枠１６の係合爪１８が係合される係合孔１９，１９…が形成されている。そして、上部ケース１３を連結片１７を折り曲げるように撓ませてほぼ１８０°反転させることにより、上部ケース１３の嵌合枠１６を下部ケース１１のバスバー保持枠１４の内側に嵌合した状態で、嵌合枠１６の係合爪１８をバスバー保持枠１４の係合孔１９に係合させることにより、上部ケース１３の嵌合枠１６を下部ケース１１のバスバー保持枠１４に嵌合した状態で保持できるように構成されている。

上部ケース１３の内部には、電圧監視線２１が収容されており、この電圧監視線２１の一端は、上部ケース１３の一端に形成された開口から外部に取出されるように構成されている。この電圧監視線２１は、例えば、ＦＦＣ（フレキシブルフラットケーブル）やＦＰＣ（フレキシブルプリント基板）などの可撓性を有する接続配線により構成されている。上部ケース１３の一端から外部に取出された電圧監視線２１の一端には、図示しない電圧監視ユニットに接続するための接続コネクタ２２が接続されており、電圧監視ユニットにより、電池セル２の過充電や過放電などを防止するために電圧値を監視するように構成されている。

また、上部ケース１３を下部ケース１１に係合保持させた状態で、上部ケース１３の電極ポスト３に対応する位置には、電極ポスト３の上端面に電気的に接触する電極部２３が形成されている。この電極部に相当する部分の電圧監視線の基材２５は除去されており、これにより、電極部は、電極ポスト３側に露出するように形成されている。

また、本実施形態においては、電極部２３には、突部２４が形成されており、上部ケース１３を下部ケース１１に係合保持させた状態で、上部ケース１３の電極部２３と電極ポスト３の上端面とを密着させることができるように構成されている。このように突部２４を形成するようにしたのは、電池セル２や配線モジュールの製造過程において、電池セル２のケースの製造誤差、電極ポスト３の長さ寸法誤差、下部ケース１１または上部ケース１３の製造誤差などが生じるおそれがあり、このような誤差により、上部ケース１３を下部ケース１１に係合させた状態で、上部ケース１３の電極部２３と電極ポスト３の上端面とが非接触状態になることを防止するためである。このとき、突部２４を形成することにより、上部ケース１３を下部ケース１１に係合させた状態で、上部ケース１３の電極部２３と電極ポスト３の上端面とが密着される際に、上部ケース１３に電極ポスト３の上端面による押圧力が加わることがあるが、上部ケース１３は、可撓性材料で構成されているので、上部ケース１３が電極ポスト３による押圧力に応じて撓むことにより、前述の押圧力を吸収することができるものである。

ここで、本実施形態においては、図３に示すように、電圧監視線２１として、ＦＦＣやＦＰＣなどを用いる場合に、電圧監視線２１を製造する際に、ＦＦＣやＦＰＣなどの電極部２３に相当する位置の基材２５を膨出させることにより、突部２４を形成するように構成されている。本実施形態においては、突部２４を形成するその他の手段として、例えば、図４に示すように、上部ケース１３の電極部２３に相当する位置を膨出させることにより、突部２４を形成するようにしてもよい。

また、図５に示すように、電圧監視線２１として、ＦＦＣやＦＰＣなどを用いる場合に、電圧監視線２１の導電部２６に、この導電部２６を貫通する貫通ピン２７を貫通させて、導電部２６と貫通ピン２７とを電気的に接続させるようにしたピアス端子２８と呼ばれる端子を用いるようにしてもよい。この場合においては、例えば、貫通ピン２７の先端部を電圧監視線２１の導電部２６を貫通させた状態で曲折させることにより、このピアス端子２８の曲折部分を、電極部２３および突部２４として機能させるようにしてもよい。このような構成とすることにより、ＦＦＣやＦＰＣなどを用いて電圧監視線２１を製造する場合に、電圧監視線２１にあらかじめ電極部２３を形成したり、基材２５を膨出加工する必要がなく、電極部２３に相当する位置にピアス端子２８かしめるだけで、簡単に電極部２３および突部２４を形成することが可能となる。さらに、図６に示すように、上部ケース１３の電極部２３ではなく、電極ポスト３の先端面を膨出させて電極ポスト３側に突部２４を形成するようにしてもよい。

本実施形態においては、まず、電池セル２を並べて配置した状態で、電極ポスト３にバスバー保持枠１４およびバスバー１２のそれぞれ貫通孔に電極ポスト３を挿入し、電極ポスト３の雄ねじにナットを締め付けるなどして、電極ポスト３に対して下部ケース１１のバスバー保持枠１４を固定する。そして、上部ケース１３を連結片１７を折り曲げるように撓ませてほぼ１８０°反転させることにより、上部ケース１３の嵌合枠１６を下部ケース１１のバスバー保持枠１４の内側に嵌合した状態で、嵌合枠１６の係合爪１８をバスバー保持枠１４の係合孔１９に係合させることにより、上部ケース１３の嵌合枠１６を下部ケース１１のバスバー保持枠１４に嵌合させる。
この状態で、電極ポスト３と電極部２３とが電気的に接続され、接続コネクタ２２を電圧監視ユニットに接続することにより、電池セル２の電圧値を監視することができるようになっている。

以上述べたように、本実施形態においては、電極ポスト３に固定された下部ケース１１に対して上部ケース１３を係合させることにより、電極ポスト３と電極部２３とを電気的に接続するようにしているので、上部ケース１３を下部ケース１１に係合させるだけで、容易に電極ポスト３と電極部２３とを電気的に接続することができる。また、電圧監視線２１を上部ケース１３に一体に取付けるようにしているので、従来のように、電極ポスト３に電圧監視線２１を溶接などにより接続する作業が不要となり、電圧監視線２１の組付け作業の簡素化を図ることができる。さらに、電圧監視線２１をＦＦＣやＦＰＣなどにより構成することにより、電圧監視線２１をまとめて配線することが可能となり、電圧監視線２１の小型・軽量化を図ることが可能となる。

また、電極部２３としてピアス端子２８を用いることにより、ＦＦＣやＦＰＣなどを用いて電圧監視線２１を製造する場合に、電圧監視線２１にあらかじめ電極部２３を形成したり、基材２５を膨出加工する必要がなく、電極部２３に相当する位置に導電部２６を形成するだけで、簡単に電極部２３および突部２４を形成することが可能となる。さらに、電圧監視線２１として、上部ケース１３に配設する程度の簡素な形状のＦＦＣまたはＦＰＣを用い、電極ポスト３に相当する位置にのみ電極部２３を形成すればよいので、電圧監視線２１を特殊な形状としたり、電圧監視線２１に切り込みを形成するなどの加工が不要となり、容易に製造することができる。

なお、前記実施形態においては、下部ケース１１の各バスバー保持枠１４を支持片１５により連結するとともに、上部ケース１３の各嵌合枠１６を一体に形成するようにした例について説明したが、下部ケース１１の各バスバー保持枠１４を支持片１５で連結せずに、それぞれ独立して構成するようにしてもよいし、また、上部ケース１３の各嵌合枠１６をそれぞれ独立して構成するようにしてもよい。

また、本発明は前記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨に基づいて種々の変形が可能である。

１ 電池モジュール
２ 電池セル
３ 電極ポスト
３ａ 正極ポスト
３ｂ 負極ポスト
１１ 下部ケース
１２ バスバー
１３ 上部ケース
１４ バスバー保持枠
１５ 支持片
１６ 嵌合枠
１７ 連結片
１８ 係合爪
１９ 係合孔
２１ 電圧監視線
２２ 接続コネクタ
２３ 電極部
２４ 突部
２５ 基材
２６ 導電部
２７ 貫通ピン
２８ ピアス端子

Claims (5)

1. 電池セルの電極ポストおよび電極間バスバーを覆う一方のケースと、前記一方のケースに係合され電圧監視線を備えた他方のケースとを備え、前記一方のケースに前記他方のケースを係合させる際に、前記電圧監視線と前記電極ポストとが電気的に接続され、
   前記電圧監視線に前記電極ポスト側に露出する電極部を形成し、前記電極部と前記電極ポストとの電気的接続部分の少なくとも一方は、突部を備え、
   前記突部は、前記電圧監視線の基材を前記電極ポスト側に膨出させて形成されていることを特徴とする電池モジュールの配線接続構造。
2. 電池セルの電極ポストおよび電極間バスバーを覆う一方のケースと、前記一方のケースに係合され電圧監視線を備えた他方のケースとを備え、前記一方のケースに前記他方のケースを係合させる際に、前記電圧監視線と前記電極ポストとが電気的に接続され、
   前記電圧監視線に前記電極ポスト側に露出する電極部を形成し、前記電極部と前記電極ポストとの電気的接続部分の少なくとも一方は、突部を備え、
   前記突部は、前記電極ポストの先端面を前記電圧監視線側に膨出させて形成されていることを特徴とする電池モジュールの配線接続構造。
3. 電池セルの電極ポストおよび電極間バスバーを覆う一方のケースと、前記一方のケースに係合され電圧監視線を備えた他方のケースとを備え、前記一方のケースに前記他方のケースを係合させる際に、前記電圧監視線と前記電極ポストとが電気的に接続され、
   前記電圧監視線に前記電極ポスト側に露出する電極部を形成し、前記電極部と前記電極ポストとの電気的接続部分の少なくとも一方は、突部を備え、
   前記電圧監視線の導電部を貫通して電気的に接続するピアス端子を用い、前記ピアス端子を前記電極部および前記突部として機能させたことを特徴とする電池モジュールの配線接続構造。
4. 前記電圧監視線は、ＦＦＣまたはＦＰＣにより形成されていることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の電池モジュールの配線接続構造。
5. 前記電圧監視線に、電圧監視ユニットとの接続コネクタを一体に接続したことを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の電池モジュールの配線接続構造。

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