JP7132178B2 - バスバーモジュール - Google Patents

Description

本発明は、バスバーモジュールに関する。

例えば、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等の各種車両に搭載される電源装置は、電池集合体を構成する複数の単電池の電極に接続されるバスバーと、バスバーを収容するとともにバスバー等から延びる電線の配索経路を規制するケースとを有するバスバーモジュールを備えている（例えば、特許文献１参照）。
バスバーモジュールのバスバーは、ケースに設けられた板状の支持部によって下面側から支持され、各単電池の電極に対してナットによって締結される。

特開２０１１－６５８６３号公報

ところで、電池集合体を構成する複数の単電池は、その組付け状態によっては、高さ位置にばらつきが生じる。すると、隣接する単電池の電極同士をバスバーで接続する際に、締結位置が高さ方向にずれてしまい、ナットによる電極への締結状態が不安定となるおそれがあった。

本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、電池集合体を構成する単電池の電極に対してバスバーを円滑かつ安定的に固定して電気的に接続することが可能なバスバーモジュールを提供することにある。

前述した目的を達成するために、本発明に係るバスバーモジュールは、下記（１）～（３）を特徴としている。
（１） 複数の単電池で構成された電池集合体に組付けられるケースと、前記ケースに支持され、前記電池集合体の前記単電池の電極に電気的に接続される導電性金属板からなるバスバーと、を備えるバスバーモジュールであって、前記バスバーは、前記単電池の複数の前記電極を電気的に接続固定するための複数の電気接続部と、前記電気接続部の間に形成され、前記単電池から離れる方向へ突出する複数の凸型部と、を有し、前記ケースは、前記バスバーが収容されるバスバー収容部と、前記バスバー収容部に収容される前記バスバーの前記凸型部内に配置されて前記凸型部の裏面に当接して前記バスバーを支持する支持部と、を有し、前記バスバー収容部の周壁は、一対の長辺部と、一対の短辺部とから構成されており、前記短辺部が、前記長辺部の両端に連設され、前記支持部は、前記周壁の前記長辺部に架け渡されるように一体に形成されており、前記バスバー収容部の長手方向に間隔をあけて複数配置されており、前記支持部は、前記凸型部を構成する互いに平行に対向する一対の側板部の内側面同士の間隔よりも小さい幅寸法に形成されていることを特徴とするバスバーモジュール。
（２） 前記支持部は、前記凸型部の裏面に対して前記電気接続部の配列方向と直交する方向に線接触されることを特徴とする（１）に記載のバスバーモジュール。
（３） 前記バスバーは、３箇所以上の前記電気接続部が等間隔に形成されるとともに、前記電気接続部の間にそれぞれ前記凸型部が形成され、前記ケースは、前記バスバー収容部に収容される前記バスバーのそれぞれの前記凸型部に対応する前記支持部を備えることを特徴とする（１）または（２）に記載のバスバーモジュール。

上記（１）の構成のバスバーモジュールによれば、バスバーの電気接続部に電極を固定してバスバーを電極に電気的に接続する際に、支持部で支持されたバスバーの凸型部が容易に弾性変形する。したがって、隣接する単電池の電極にバスバーの組付け方向の位置ずれが生じていたとしても、凸型部が弾性変形することで位置ずれを容易に吸収することができる。このとき、支持部は、凸型部を構成する側板部の内側面同士の間隔よりも小さい幅寸法に形成されているので、支持部の側面が凸型部の側板部の内側面に当接して弾性変形を阻害させることがない。これにより、バスバーを電極に電気的に接続する際に、常に規定の固定力で安定的に電気接続部を電極に固定し、良好な接続信頼性を得ることができる。
上記（２）の構成のバスバーモジュールによれば、支持部が凸型部の裏面に対して電気接続部の配列方向と直交する方向に線接触する。これにより、隣接する単電池の電極にバスバーの組付け方向の位置ずれが生じた状態でバスバーが電極に電気的に接続された際に、バスバーを、支持部との接触箇所を支点として容易に傾かせることができる。これにより、単電池の電極の位置ずれをさらに容易に吸収させることができる。
上記（３）の構成のバスバーモジュールによれば、バスバーが３箇所以上の電気接続部で単電池の電極に固定される場合、隣接する３つ以上の単電池の電極は、バスバーの組付け方向の位置ずれが生じやすくなる。しかし、電気接続部の間に形成されたバスバーの凸型部が支持部で支持されることで、各電気接続部で固定される電極に位置ずれがあっても、電気接続部のそれぞれの間で支持部によって支持される凸型部が弾性変形して位置ずれを容易に吸収することができる。

本発明によれば、電池集合体を構成する単電池の電極に対してバスバーを円滑かつ安定的に固定して電気的に接続することが可能なバスバーモジュールを提供できる。

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。

図１は、本実施形態に係るバスバーモジュール及び電池集合体の斜視図である。 図２は、本実施形態に係るバスバーモジュールの平面図である。 図３は、バスバー収容部及びバスバーの斜視図である。 図４は、電池集合体の単電池の電極にナットによって締結されて組付けられるバスバーモジュールの断面図である。 図５は、電池集合体の単電池の電極に締結されて組付けられたバスバーモジュールの概略断面図である。 図６は、単電池に高さ方向のずれが生じた状態を示す図であって、図６（ａ）は電極への締結前におけるバスバーモジュールの概略断面図、図６（ｂ）は電極に対して締結した状態におけるバスバーモジュールの概略断面図である。 図７は、参考例に係るバスバーモジュールにおいて、単電池に高さ方向のずれが生じた状態で締結した際の概略断面図である。

以下、本発明に係る実施の形態の例を、図面を参照して説明する。
図１は、本実施形態に係るバスバーモジュール及び電池集合体の斜視図である。

図１に示すように、本実施形態に係るバスバーモジュール１０は、電池集合体１の上部に組付けられて電源装置２を構成する。電源装置２は、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を併用して走行するハイブリッド自動車等の各種車両に搭載されて用いられ、電動モータに動力を供給するものである。

電池集合体１は、一方向に沿って一列に配列され且つ互いに固定された複数の単電池３で構成されている。各単電池３は、直方体状の電池本体４と、この電池本体４の上面の一端寄り及び他端寄りからそれぞれ突出して設けられた一対の電極５と、を備えている。一対の電極５のうち一方は正極であり、他方は負極である。

各単電池３は、電池本体４が互いに接するように配列されている。電池集合体１は、互いに隣り合う４個の単電池３毎に電極５の極が揃えられており、この電極５の極が揃えられた４個の単電池３で一つの電池セットＢＳとされている。本例では、４個の単電池３からなる４つの電池セットＢＳを備えており、互いに隣接する単電池３の電池セットＢＳは、電極５の極が互い違いとなるように配置されている。

一対の電極５は、それぞれ、導電性の金属により形成されている。電極５は、板状の座板部６と、この座板部６の中心に立設された円柱状の極柱７とを有している。極柱７は、外周に雄ねじが形成されており、後述するナット６０が締結される。

図２は、本実施形態に係るバスバーモジュールの平面図である。
図２に示すように、バスバーモジュール１０は、ケース２０と、バスバー５０とを備えている。バスバーモジュール１０は、単電池３の各電池セットＢＳを直列に接続する。

ケース２０は、例えば、合成樹脂等によって一体に成形されており、複数のバスバー収容部２１を有している。

バスバー収容部２１は、複数の単電池３の配列方向に沿って二列に並べられている。バスバー収容部２１は、周壁部２２を有する枠体からなり、このバスバー収容部２１内にバスバー５０が収容される。

ケース２０は、バスバー収容部２１の配列に沿う二つの支持梁部２４を有しており、バスバー収容部２１は、それぞれ支持梁部２４に連結されて支持されている。二つの支持梁部２４は、ブリッジ部２５によって並列に連結されている。

一方の支持梁部２４には、電線配索溝部３１が設けられている。電線配索溝部３１は、上方側が開放された樋状に形成されている。また、他方の支持梁部２４の端部には、サーミスタ装着部２８が形成されており、このサーミスタ装着部２８には、単電池３の温度を検出するサーミスタ（図示略）が装着される。

支持梁部２４同士を連結するブリッジ部２５には、上方側が開放された樋状の電線配索溝部３２が設けられており、この電線配索溝部３２は、電線配索溝部３１に連設されている。

また、それぞれのバスバー収容部２１及びサーミスタ装着部２８には、上方側が開放された樋状の電線配索溝部３３が連設されている。一方の列のバスバー収容部２１に連設された電線配索溝部３３は、一方の支持梁部２４の電線配索溝部３１に連設され、他方の列のバスバー収容部２１及びサーミスタ装着部２８に連設された電線配索溝部３３は、ブリッジ部２５の電線配索溝部３２に連設されている。

ケース２０の電線配索溝部３１，３２，３３には、バスバー５０に電気的に接続される電圧検出用の電線（図示略）やサーミスタから延びる電線（図示略）が収容される。そして、これらの電線は、一方の支持梁部２４の電線配索溝部３１の端部から引き出され、電圧監視回路及び温度監視回路を備えた回路基板（図示略）に接続される。

図３は、バスバー収容部及びバスバーの斜視図である。図４は、電池集合体の単電池の電極にナットによって締結されて組付けられるバスバーモジュールの断面図である。図５は、電池集合体の単電池の電極に締結されて組付けられたバスバーモジュールの概略断面図である。

図３～図５に示すように、ケース２０のバスバー収容部２１に収容されるバスバー５０は、長尺に形成されている。バスバー５０は、導電性金属板に対して打抜き加工及び曲げ加工を行うことで形成されている。バスバー５０は、複数の電気接続部としての締結孔５１を有している。これらの締結孔５１は、電池集合体１の単電池３の配列方向に沿う電極５のピッチと同一ピッチで形成されている。締結孔５１は、電極５の極柱７の外径よりも僅かに大きな内径を有している。そして、これらの締結孔５１には、電極５の極柱７が挿通される。このバスバー５０の締結孔５１に通された電極５の極柱７には、ナット６０が螺合されて締め付けられる。これにより、バスバー５０における締結孔５１の縁部が電極５の座板部６とナット６０とで挟持された状態で締結（固定）され、バスバー５０と電極５とが電気的に接続される。

また、バスバー５０は、隣接する締結孔５１の間に凸型部５２を有している。凸型部５２は、上方へ突出する凸形状に形成されており、互いに対向する一対の側板部５３と、側板部５３の上縁に連設する上板部５４とを有している。

バスバー５０を収容する枠体からなるバスバー収容部２１の周壁２２は、一対の長辺部４１と、一対の短辺部４２とから構成されており、短辺部４２が、長辺部４１の両端に連設されている。このバスバー収容部２１は、複数の支持部４３を有している。これらの支持部４３は、周壁２２の長辺部４１に架け渡されるように一体に形成されており、バスバー収容部２１の長手方向に間隔をあけて配置されている。

支持部４３は、板状に形成されており、その上縁部は、断面視で円弧状に形成されている。支持部４３は、バスバー収容部２１に収容されるバスバー５０の締結孔５１の配列方向と直交する方向に延在されている。支持部４３は、板状に形成されたベース部４５に立設されている。ベース部４５は、支持部４３の下縁部において、両側方へ張り出すように一体に形成されている。支持部４３は、ベース部４５よりも幅狭に形成されている。支持部４３の幅寸法Ｗ１は、バスバー５０に形成された凸型部５２の側板部５３の内側面同士の間隔Ｗ２よりも小さくされている。

この支持部４３は、バスバー収容部２１に対して上方側からバスバー５０を収容させた状態で、バスバー５０の凸型部５２の略中央における下方側で、凸型部５２の内部に配置される。そして、支持部４３は、凸型部５２の上板部５４の裏面に当接してバスバー５０を支持する。また、バスバー収容部２１にバスバー５０が収容された状態で、ベース部４５は、バスバー５０の下面５０ａよりも凸型部５２の突出方向である上方側に配置される。これにより、バスバー収容部２１にバスバー５０が収容された状態で、支持部４３のベース部４５は、バスバー５０に対して電極５への締結方向にラップされる。

また、バスバー収容部２１は、長辺部４１に複数の係止爪４６を有しており、バスバー収容部２１に対して上方側からバスバー５０を収容した際に、バスバー５０の周縁が係止爪４６で係止される。これにより、バスバー５０は、その凸型部５２が支持部４３によって支持された状態でバスバー収容部２１に対して抜け止めされる。

上記構造のバスバーモジュール１０を電池集合体１に組付けるには、バスバーモジュール１０を電池集合体１の上部に載置させ、バスバー５０の締結孔５１に単電池３の電極５の極柱７を挿し込む。

次に、バスバー５０の締結孔５１に挿し込んだ電極５の極柱７にナット６０を螺合させて締め付けて締結させる。

これにより、バスバー５０における締結孔５１の縁部が電極５の座板部６とナット６０とで挟持され、バスバー５０と電極５とが電気的に接続される。

ところで、図６（ａ）に示すように、電池集合体１を構成する複数の単電池３は、その組付け状態によっては、高さ位置にばらつきが生じ、隣接する電極５の座板部６の上面からなる締結面に高さ方向の位置ずれＨが生じることがある。

しかし、本実施形態に係るバスバーモジュール１０では、バスバー５０の凸型部５２が弾性変形することで、図６（ｂ）に示すように、隣接する電極５の締結面の高さ方向の位置ずれＨを吸収することができる。

ここで、図７に示すものは、凸型部５２のない平板状のバスバー５０Ａを単電池３の電極５に締結する構造であり、締結孔５１同士の間において、バスバー５０の下面５０ａを板状の支持部４３Ａで支持している。

この構造では、電極５の座板部６の上面からなる締結面の高さ方向の位置ずれＨにより、ナット６０でバスバー５０Ａを電極５に締結する際に、ナット６０による電極５への締結状態が不安定となるおそれがある。例えば、高さが高い電極５にバスバー５０Ａを締結すると、バスバー５０Ａと高さが低い電極５の座板部６の上面との間に隙間が形成される。すると、この高さが低い電極５にバスバー５０Ａをナット６０で締結する際に大きな締結力が必要となる。したがって、位置ずれＨを有する際に、一定の締結力でナット６０を電極５に締結すると、高さが低い電極５では、バスバー５０Ａの締結が不完全となるおすれがある。

これに対して、本実施形態に係るバスバーモジュール１０によれば、バスバー５０の締結孔５１に電極５の極柱７を挿入してナット６０を螺合させてバスバー５０を電極５に締結する際に、支持部４３で支持されたバスバー５０の凸型部５２が容易に弾性変形する。したがって、隣接する単電池３の電極５にバスバー５０の組付け方向の位置ずれＨが生じていたとしても、凸型部５２が弾性変形することで位置ずれＨを容易に吸収することができる。このとき、支持部４３は、凸型部５２を構成する側板部５３の内側面同士の間隔Ｗ２よりも小さい幅寸法Ｗ１に形成されているので、支持部４３の側面が凸型部５２の側板部５３の内側面に当接して弾性変形を阻害させることがない。これにより、ナット６０によってバスバー５０を電極５に接続する際に、常に規定の締結力で安定的に締結し、良好な接続信頼性を得ることができる。

しかも、支持部４３が凸型部５２の上板部５４の裏面に対して締結孔５１の配列方向と直交する方向に線接触する。これにより、隣接する単電池３の電極５にバスバー５０の組付け方向の位置ずれＨが生じた状態でバスバー５０が電極５に締結された際に、バスバー５０を、支持部４３との接触箇所を支点として容易に傾かせることができる。これにより、単電池３の電極５の位置ずれＨをさらに容易に吸収させることができる。

また、バスバー５０が３箇所以上の締結孔５１で単電池３の電極５に締結される場合、隣接する３つ以上の単電池３の電極５は、バスバー５０の組付け方向の位置ずれＨが生じやすくなる。しかし、締結孔５１の間に形成されたバスバー５０の凸型部５２が支持部４３で支持されることで、各締結孔５１で締結される電極５に位置ずれＨがあっても、締結孔５１のそれぞれの間で支持部４３によって支持される凸型部５２が弾性変形して位置ずれＨを容易に吸収することができる。

尚、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、上述した実施形態のバスバー５０では、単電池３の複数の電極５を電気的に接続固定するための複数の電気接続部として締結孔５１が形成され、この締結孔５１に通された電極５の極柱７にナット６０が螺合されて締結固定される場合を例に説明した。本発明に係るバスバーの電気接続部はこれに限らず、電極に溶接により固定される溶接部とすることもできることは云うまでもない。

ここで、上述した本発明に係るバスバーモジュールの実施形態の特徴をそれぞれ以下［１］～［３］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（１）に組付けられるケース（２０）と、
前記ケース（２０）に支持され、前記電池集合体（１）の前記単電池（３）の電極（５）に電気的に接続される導電性金属板からなるバスバー（５０）と、
を備えるバスバーモジュール（１０）であって、
前記バスバー（５０）は、
前記単電池（３）の複数の前記電極（５）を電気的に接続固定するための複数の電気接続部（締結孔５１）と、
前記電気接続部（締結孔５１）の間に形成され、前記単電池（３）から離れる方向へ突出する複数の凸型部（５２）と、
を有し、
前記ケース（２０）は、
前記バスバー（５０）が収容されるバスバー収容部（２１）と、
前記バスバー収容部（２１）に収容される前記バスバー（５０）の前記凸型部（５２）内に配置されて前記凸型部（５２）の裏面に当接して前記バスバー（５０）を支持する支持部（４３）と、
を有し、
前記支持部（４３）は、前記凸型部（５２）を構成する側板部（５３）の内側面同士の間隔（Ｗ２）よりも小さい幅寸法（Ｗ１）に形成されている
ことを特徴とするバスバーモジュール。
［２］ 前記支持部（４３）は、前記凸型部（５２）の裏面に対して前記電気接続部（締結孔５１）の配列方向と直交する方向に線接触される
ことを特徴とする［１］に記載のバスバーモジュール。
［３］ 前記バスバー（５０）は、３箇所以上の前記電気接続部（締結孔５１）が等間隔に形成されるとともに、前記電気接続部（締結孔５１）の間にそれぞれ前記凸型部（５２）が形成され、
前記ケース（２０）は、前記バスバー収容部（２１）に収容される前記バスバー（５０）のそれぞれの前記凸型部（５２）に対応する前記支持部（４３）を備える
ことを特徴とする［１］または［２］に記載のバスバーモジュール。

１：電池集合体
３：単電池
５：電極
１０：バスバーモジュール
２０：ケース
２１：バスバー収容部
４３：支持部
５０：バスバー
５１：締結孔（電気接続部）
５２：凸型部
６０：ナット（締結具）
Ｗ１：幅寸法
Ｗ２：間隔

Claims (3)

1. 複数の単電池で構成された電池集合体に組付けられるケースと、
   前記ケースに支持され、前記電池集合体の前記単電池の電極に電気的に接続される導電性金属板からなるバスバーと、
   を備えるバスバーモジュールであって、
   前記バスバーは、
   前記単電池の複数の前記電極を電気的に接続固定するための複数の電気接続部と、
   前記電気接続部の間に形成され、前記単電池から離れる方向へ突出する複数の凸型部と、
   を有し、
   前記ケースは、
   前記バスバーが収容されるバスバー収容部と、
   前記バスバー収容部に収容される前記バスバーの前記凸型部内に配置されて前記凸型部の裏面に当接して前記バスバーを支持する支持部と、
   を有し、
   前記バスバー収容部の周壁は、一対の長辺部と、一対の短辺部とから構成されており、
   前記短辺部が、前記長辺部の両端に連設され、
   前記支持部は、前記周壁の前記長辺部に架け渡されるように一体に形成されており、前記バスバー収容部の長手方向に間隔をあけて複数配置されており、
   前記支持部は、前記凸型部を構成する互いに平行に対向する一対の側板部の内側面同士の間隔よりも小さい幅寸法に形成されている
   ことを特徴とするバスバーモジュール。
2. 前記支持部は、前記凸型部の裏面に対して前記電気接続部の配列方向と直交する方向に線接触される
   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。
3. 前記バスバーは、３箇所以上の前記電気接続部が等間隔に形成されるとともに、前記電気接続部の間にそれぞれ前記凸型部が形成され、
   前記ケースは、前記バスバー収容部に収容される前記バスバーのそれぞれの前記凸型部に対応する前記支持部を備える
   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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