JP6780385B2

JP6780385B2 - 電池用のバスバー

Info

Publication number: JP6780385B2
Application number: JP2016171541A
Authority: JP
Inventors: 宮崎　浩司; 浩司宮崎; 昌彦北村
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2016-09-02
Filing date: 2016-09-02
Publication date: 2020-11-04
Anticipated expiration: 2036-09-02
Also published as: JP2018037364A

Description

本発明は、複数の電池を電気的に接続する電池用のバスバーに関し、特に、ヒューズを有する電池用のバスバーに関する。

ハイブリッド自動車や電気自動車等の電動車両には、走行用モータに供給する作動電力を蓄電する電池パックが搭載されている。この電池パックでは、複数の筒状電池（円筒電池や角筒電池等）を起立保持するとともに、複数の筒状電池の電極端子をバスバーによって電気的に接続している。また、バスバーは、ヒューズを介して複数の筒状電池の電極端子に接続している（例えば、特許文献１参照）。特に、特許文献１に記載のヒューズは導線によって構成されている。

特開２０１４−１１０１３９号公報

電動車両の走行時や電動車両の輸送時に発生する振動によって電池パックも振動する。この振動により各筒状電池も振動するので、各筒状電池とバスバーとは、電動車両の前後方向、左右方向、上下方向のそれぞれに相対的に移動する。この相対的な移動によって、ヒューズに応力が作用し、応力がヒューズの一部に集中して作用するとヒューズが破断する可能性がある。特に、特許文献１に記載のヒューズは細い導線によって構成されているので、各筒状電池とバスバーとの相対移動によって破断する可能性が高い。

ヒューズ破断対策として、例えば、ヒューズの直径を大きくしてヒューズの剛性を向上すること、あるいは、各筒状電池の振動を低減するために、各筒状電池に防振構造を施すこと等が考えられる。しかし、前者の対策では、ヒューズの直径を大きくすると溶断し難くなり、ヒューズとしての機能を果たさなくなってしまう。また、後者の対策では、防振構造が必要になり、コストアップ、大型化、重量増加等の課題が発生する。

そこで、本発明では、振動によるヒューズ破断を抑制することを目的とする。

本発明の電池用のバスバーは、複数の電池の各電極端子と、前記各電極端子から離間して配置される板状のバスバー本体部とをヒューズを介して連結する電池用のバスバーであって、前記ヒューズは、１巻きよりも多く巻かれ、平面視において少なくとも一部が同じ形状で重なった円形部を有するとともに、前記バスバー本体部と複数の前記電池との相対移動を許容する弾性を有することを特徴とする。

本発明によれば、ヒューズが振動しても、ヒューズの一部への応力集中が緩和されるので、振動によるヒューズ破断を抑制することができる。

電池パックの分解斜視図である。電池パックのＡ方向から見た短手方向の断面図である。ヒューズの詳細図である。ヒューズの概略断面図である。ヒューズの変形例の詳細図である。ヒューズの変形例の概略断面図である。

以下、本発明の実施形態を図面を参照して説明する。図１、２は本実施形態の要部構成を示す図であり、図１は分解斜視図、図２は図１中のＡ方向から見た断面図である。以下の説明において、上下左右、側方、手前、奥などの方向を表す語句は、特段の断りがない限り、説明に用いている図における方向を示し、電池パック１０が実際に設置される方向とは関連しない。

ハイブリッド自動車や電気自動車等の電動車両に搭載される電池パック１０は、複数の電池１２を収容する。複数の電池１２は、所定の電気的接続がなされて、組電池を形成している。電池１２の形状は筒状、例えば略円柱状であり、円柱の一端に正極が、他端に負極がそれぞれ設けられている。この電池パック１０においては、電池１２は、正極のある端を上にして配置されている。各電池１２は、その下端部が電池ホルダ１４に設けられた収容孔１６に収容されて、電池ホルダ１４に保持される。電池ホルダ１４は略板形状であり、板平面に収容孔１６が二次元的に配置されている。この実施形態では、収容孔１６は、図１において右手前から左奥に向けて延びる列が４列配置され、隣の列の収容孔１６同士は、半ピッチずれて配置されている。各収容孔１６は、電池１２の円柱形状と嵌まり合う円筒形状であり、この円筒内に電池１２が挿入され、電池ホルダ１４に保持される。収容孔１６の円筒中心軸線方向の長さは、保持した電池１２がぐらつかないよう十分な長さとなっている。収容孔１６は、電池ホルダ１４を、その板厚方向において貫通しており、電池１２の下端は下方に露出している。

電池ホルダ１４に保持され二次元的に配列された電池１２全体の側方および上方を囲うように保持ケース１８が設けられている。保持ケース１８は、その下端が電池ホルダ１４の上面に当接した状態で、電池ホルダ１４に固定されている。保持ケース１８は、その上端近傍に天井板２０を有する。天井板２０には、配列された各電池１２にそれぞれ対応する保持開口２２が設けられている。保持開口２２は、図２に示すように周縁に段が形成されており、段の部分が各電池１２の上端の周縁に係合して、各電池１２をその上端にて保持する。

天井板２０の上方には正極バスバー２４が配置されている。正極バスバー２４は各電池１２の正極に電気的に接続している。正極バスバー２４は、４枚設けられている。電池ホルダ１４の下方には、負極バスバーモジュール２８が配置されている。負極バスバーモジュール２８は、４枚の負極バスバー３０を樹脂モールド成形により一体にしたものである。負極バスバー３０は、負極接続線３２を介して各電池１２の負極に電気的に接続している。さらに、正極バスバー２４の３枚と負極バスバー３０の３枚を電気的に接続する群間バスバー３４が保持ケース１８の側面に沿って斜め下方に延びている。各バスバーおよび電池の電気的な接続関係は後に詳述する。

図２に示すように、天井板２０および正極バスバー２４の上方全体は上方カバー３６に覆われ、また保持ケース１８の群間バスバー３４が設けられた側面および群間バスバー３４は側方カバー３８によって覆われている。なお、図１において、上方カバー３６および側方カバー３８は省略されている。電池ホルダ１４の下方には排気室カバー４０が配置され、電池ホルダ１４と排気室カバー４０によって負極バスバーモジュール２８が挟持されている。電池ホルダ１４と排気室カバー４０の間に排気室４２が形成される。

複数の電池１２は、電池パック１０の長手方向に関して４つの群に分かれており、これらの群に４枚の正極バスバー２４および４枚の負極バスバー３０が対応している。図１において、４つの群について、右手前の群を第１電池群、第１電池群から左奥に順に第２電池群、第３電池群、第４電池群と記す。第１電池群に対応する正極バスバーおよび負極バスバーを第１正極バスバー２４−１および第１負極バスバー３０−１と記し、第２電池群以降の電池群に対応する正極および負極バスバーについても電池群と同じ序数（第２、第３、第４）を記して説明する。

第１電池群に属する電池１２は、第１正極バスバー２４−１、および第１負極バスバー３０−１により並列接続されている。第２電池群以降の電池群に関しても、その電池群に属する電池は、対応する正極および負極バスバーによって並列接続されている。第１正極バスバー２４−１と第２負極バスバー３０−２が第１群間バスバー３４−１により電気的に接続される。第１群間バスバー３４−１は、第１正極バスバー２４−１と一体に形成されており、その反対側の端において第２負極バスバー３０−２の端子３０ａ−２に電気的に接続されている。これにより、第１電池群と第２電池群が直列接続される。第２正極バスバー２４−２と一体の第２群間バスバー３４−２が第３負極バスバーの端子３０ａ−３に接続され、第２電池群と第３電池群が直列接続される。第３電池群と第４電池群についても同様に第３群間バスバー３４−３により直列接続される。第４正極バスバー２４−４には、電池パック１０と外部機器とを接続するための外部接続端子（不図示）が接続されている。第１負極バスバー３０−１の端子３０ａ−１には、もう１つの外部接続端子（不図示）に接続されるバスバー（不図示）が接続されている。以上のように複数の電池は、電気的に並列接続された電池により電池群を形成し、そして各電池群は電気的に直列接続されている。

図３、４を参照して、正極バスバー２４の構成について詳しく説明する。正極バスバー２４は、板状のバスバー本体部２４ａと、各電池１２の電極端子１２ａにそれぞれ固着する固着部２４ｂと、バスバー本体部２４ａと各固着部２４ｂとをヒューズ５０を介してそれぞれ連結する連結部２４ｃとを備えている。なお、図３、４では、一つの電池１２の電極端子１２ａに対応する固着部２４ｂ及び連結部２４ｃを示しているが、板状のバスバー本体部２４ａは、複数の電池１２の電極端子１２ａに対応する複数の固着部２４ｂ及び複数の連結部２４ｃを備えている。

バスバー本体部２４ａは、各電池１２の電極端子１２ａから離間して配置されている。バスバー本体部２４ａには、各電池１２および各保持開口２２にそれぞれ対応して開口４４が形成されており、開口４４の縁から内側に向けて連結部２４ｃが延出している。連結部２４ｃの延出した先端には、固着部２４ｂが形成されている。連結部２４ｃの途中部分には、細い導線からなるヒューズ５０が形成されており、連結部２４ｃが接続している電池１２に過大な電流が流れるとヒューズ５０が溶断する。

ヒューズ５０は、バスバー本体部２４ａの平面視において螺旋形状であり、１巻きまたは２巻きの渦を巻いている。また、ヒューズ５０は、バスバー本体部２４ａと電池１２との相対移動を許容する弾性を有している。すなわち、図４に示すように、ヒューズ５０は、バスバー本体部２４ａから電池１２に向かって、螺旋の直径が小さくなる円錐ばねである。

ここで、ヒューズ５０の弾性（ばね定数）の設定について説明する。ヒューズ５０の線径を太くすると、弾性（ばね定数）が大きくなり、また、巻き数を多く、コイル径を大きくすると、弾性（ばね定数）は小さくなる。これらのばね定数の特性、バスバー本体部２４ａと電池１２との間隔、ヒューズ５０の溶断特性（線径）等に基づいて、ヒューズ５０が、バスバー本体部２４ａと電池１２との相対移動を許容する弾性を有するように、そのばね定数を設定する。例えば、ヒューズ５０の螺旋の巻き数が０．５巻き程度では、バスバー本体部２４ａと電池１２との相対移動を許容する弾性を得ることは困難であり、ヒューズ５０の螺旋の巻き数は少なくとも１巻き以上必要であり、好ましくは１巻きから２巻き必要である。

電動車両の走行時や電動車両の輸送時に発生する振動により電池パック１０も振動する。この振動によってバスバー本体部２４ａと電池１２とが相対移動する。相対移動としては、図３、４において、矢印Ｆ１、Ｆ２、Ｆ３で示すように、電動車両の前後方向、左右方向、上下方向、または、これら各方向を組み合わせた方向の相対移動（振動）がある。

このような相対移動（振動）によってヒューズ５０も振動した場合、ヒューズ５０は、螺旋形状の全体において弾性変形することによって、その相対移動（振動）を吸収し、ヒューズ５０の一部分への応力集中が緩和する。この結果、相対移動（振動）によるヒューズ５０の破断を抑制することができる。

また、ヒューズ５０の形状及び弾性の設定により、ヒューズ５０の破断を抑制することができるので、破断防止のためのヒューズ５０の剛性向上が必要なく、また、電池１２の防振対策も必要なくなり、コストアップ、大型化、重量増加を抑制することができる。

次に、ヒューズ５０の変形例について説明する。図５、６に示すように、ヒューズ６０は、バスバー本体部２４ａの平面視において略円形状である。また、ヒューズ６０は、バスバー本体部２４ａと電池１２との相対移動を許容する弾性を有している。すなわち、ヒューズ６０はコイルばねである。この場合、ヒューズ６０のコイル巻き数は少なくとも１巻き以上必要であり、好ましくは１巻きから２巻き必要である。

コイルばね形状であるヒューズ６０を用いた場合も、ヒューズ５０と同様に、バスバー本体部２４ａと電池１２との相対移動（振動）により、ヒューズ６０も振動したとき、ヒューズ６０は、コイルばね全体が弾性変形することによって、その相対移動（振動）を吸収し、ヒューズ６０の一部分への応力集中が緩和する。この結果、相対移動（振動）によるヒューズ６０の破断を抑制することができる。

１０電池パック、１２電池、１２ａ電極端子、１４電池ホルダ、１６収容孔、１８保持ケース、２０天井板、２２保持開口、２４正極バスバー、２４ａバスバー本体部、２４ｂ固着部、２４ｃ連結部、２８負極バスバーモジュール、３０負極バスバー、３２負極接続線、３４群間バスバー、３６上方カバー、３８側方カバー、４０排気室カバー、４２排気室、４４開口、５０，６０ヒューズ。

Claims

複数の電池の各電極端子と、前記各電極端子から離間して配置される板状のバスバー本体部とをヒューズを介して連結する電池用のバスバーであって、
前記ヒューズは、１巻きよりも多く巻かれ、平面視において少なくとも一部が同じ形状で重なった円形部を有するとともに、前記バスバー本体部と複数の前記電池との相対移動を許容する弾性を有することを特徴とする電池用のバスバー。