JP6062266B2 - バスバモジュール及び電源装置 - Google Patents

Description

本発明は、バスバモジュール及び電源装置に係り、特に、複数の電池を直列に接続するためのバスバモジュールと、当該バスバモジュールを有する電源装置に関する。

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ト自動車などには、前記電動モータの駆動源として上記電源装置が搭載されている。この電源装置には、特許文献１に記載されたようなバスバモジュールが設けられている。

バスバモジュールは、図５、図６に示すように、一端に正の電極１２２、他端に負の電極１２３を有する電池１２０を交互に逆向きに重ね合わせて形成した電池集合体１０２に取り付けられて、重ね合わせた電池１２０同士を直列に接続するものであり、複数の電池１２０を直列に接続するように直線状に並ぶように２列に配列された複数のバスバ１０３と、各バスバ１０３に接続されるとともに複数のバスバ１０３が配列される方向（配索方向Ｘ）に沿って配索される一対のＦＦＣ１０４と、複数のバスバ１０３及び、一対のＦＦＣ１０４を収容する一対のケース１０５と、を備えている。このようなバスバモジュール１０１は、図５に示すように、電池集合体１０２の上面に重ねられた状態で、ナット１０２Ａが各電池１２０の電極１２２、１２３に螺合されることにより、各バスバ１０３が、隣り合う電池１２０の電極１２２、１２３を電気接続して、電池集合体１０２に組み付けられる。

ＦＦＣ１０４は、図６に示すように、互いに間隔をあけて設けられた複数の導体１４０（１４０₁〜１４０_n）と、これら複数の導体１４０₁〜１４０_nを絶縁するとともに被覆する被覆部１４１と、を備えている。ＦＦＣ１０４は、複数の導体１４０₁〜１４０_nが、バスバ１０３の接続片１３１（後述する）が立設する方向Ｙと同じ方向に並んで設けられている。

各バスバ１０３は、図６に示すように、平板状のバスバ本体１３０と、このバスバ本体１３０から立設して形成されて、ＦＦＣ１０４の１つの導体１４０_nに接続される接続片１３１と、を備えて構成されている。

ケース１０５は、図６に示すように、複数のバスバ１０３を収容するバスバ収容部１５１と、このバスバ収容部１５１に組み付けられて、バスバ収容部１５１との間にＦＦＣ１０４を挟んで保持するＦＦＣ覆い部１５２と、を別体で備えている。バスバ収容部１５１は、配列方向Ｘに沿って並べられるとともに各バスバ１０３を収容する収容部１５３と、これら収容部１５３同士を連結する連結部１５４と、を備えている。ＦＦＣ覆い部１５２は、配列方向Ｘの全長に亘って設けられているとともに、配列方向Ｘに沿って途切れることなく連続して設けられている。

各収容部１５３は、各バスバ１０３が載置される長方形状の載置部１５３Ａと、この載置部１５３Ａから立設された４つの隔壁１５３Ｂと、を備えて有底の枠状に形成されている。４つの隔壁１５３Ｂのうち、ＦＦＣ覆い部１５２側の１つの隔壁１５３Ｂには、バスバ１０３の接続片１３１を挿通させるスリット１５５が形成されている。このスリット１５５は、１つの隔壁１５３Ｂの中央部に設けられている。

上述した従来のバスバモジュール１０１は、各収容部１５３に各バスバ１０３が収容されるとともに、バスバ１０３の接続片１３１が、収容部１５３のスリット１５５から挿通されて、外部に導出された状態で、１番端のバスバ１０３（１番目のバスバ１０３）の接続片１３１₁がＦＦＣ１０４の一番下の導体１４０₁に超音波接合され、２番目のバスバ１０３の接続片１３１₂がＦＦＣ１０４の２番目の導体１４０₂に超音波接合され、ｎ番目のバスバ１０３の接続片１３１_nがＦＦＣ１０４のｎ番目の導体１４０_nに超音波接合されることにより、各バスバ１０３は、ＦＦＣ１０４の異なる各導体１４０₁〜１４０_nに電気的に接続されている。

このようなバスバモジュール１０１において、各バスバ１０３は、当該バスバ１０３を収容する収容部１５３の４つの隔壁１５３Ｂによって取り囲むとともに、ＦＦＣ１０４を、バスバ収容部１５１と、ＦＦＣ覆い部１５２との間に挟んで保持することにより外部から絶縁させていた。

特開２０１２−１０９１９６号公報

しかしながら、上述した従来のバスバモジュール１０１において、各バスバ１０３は、当該バスバ１０３を収容する収容部１５３の４つの隔壁１５３Ｂによって取り囲むとともにＦＦＣ覆い部１５２を設けて、外部から絶縁されていたから、バスバ１０３を外部から絶縁させるための樹脂使用量が多くなり、製造コストを低減することができなかった。また、バスバ収容部１５１との間にＦＦＣ１０４を保持するＦＦＣ覆い部１５２は、バスバ収容部１５２と別体に設けられていたから、部品点数が増加するという問題があった。

本発明は、樹脂使用量を低減することで製造コストを低減することができるバスバモジュール及び電源装置を提供することを目的とする。

請求項１に記載の本発明は、複数の電池を直列に接続するように直線上に並ぶように配列された複数のバスバと、前記各バスバを収容する複数の収容部と、前記各バスバに接続されるとともに前記バスバが配列される方向に沿って配索されるフラット回路体と、を備えたバスバモジュールであって、前記各収容部は、前記各バスバが載置される載置部と、該載置部から立設するとともに互いに対向した一対の対向壁部と、該一対の対向壁部に連続された連続壁部と、前記連続壁部と対向する位置に、前記フラット回路体が取り付けられる一対の取付壁部と、を備え、前記各収容部は、前記一対の取付壁部との間に前記フラット回路体を挟む一対の押さえ片と、該一対の押さえ片を前記一対の取付壁部に回動自在に連結する一対のヒンジ部と、をさらに備え、前記連続壁部と対向する位置に開口を有し、
前記フラット回路体は、その幅方向が前記対向壁部が立設する方向に沿う格好で、前記開口を塞ぐように前記収容部に取り付けられ、前記取付壁部には、前記フラット回路体と前記押さえ片とを貫通して、前記押さえ片に係止する突起部が設けられ、前記取付壁部と前記押さえ片との間に前記フラット回路体が挟持されることを特徴とするバスバモジュールである。

請求項２に記載の本発明は、請求項１に記載の本発明において、前記一対の取付壁部は、互いに間隔をあけて設けられ、前記開口が前記間隔により構成されることを特徴とする。

請求項３に記載の本発明は、正極及び負極が交互に逆向きに重ね合わされた複数の電池から構成された電池集合体と、請求項１又は請求項２記載のバスバモジュールと、を備えたことを特徴とする電源装置である。

請求項１、３記載の本発明によれば、複数の電池を直列に接続するように直線上に並ぶように配列された複数のバスバと、各バスバを収容する複数の収容部と、各バスバに接続されるとともにバスバが配列される方向に沿って配索されるフラット回路体と、を備えたバスバモジュールであって、各収容部は、各バスバが載置される載置部と、該載置部から立設するとともに互いに対向した一対の対向壁部と、該一対の対向壁部に連続された連続壁部と、を備え、連続壁部と対向する位置に開口を有し、フラット回路体は、その幅方向が対向壁部が立設する方向に沿う格好で、開口を塞ぐように収容部に取り付けられているから、従来は、バスバを、収容部を構成する隔壁により取り囲むとともに、ＦＦＣ覆い部を設けて、外部から絶縁していたが、隔壁及び、ＦＦＣ覆い部の代わりにフラット回路体を構成する絶縁体がバスバを外部から絶縁するから、フラット回路体が配索される位置に開口を設けることができ、これにより、樹脂使用量を低減することができ、製造コストを低減することができる。
また、各収容部は、一対の取付壁部との間にフラット回路体を挟む一対の押さえ片と、該一対の押さえ片を一対の取付壁部に回動自在に連結する一対のヒンジ部と、をさらに備え、取付壁部には、フラット回路体と押さえ片とを貫通して、押さえ片に係止する突起部が設けられ、取付壁部と押さえ片との間にフラット回路体が挟持されるから、部品点数を増加させることなく、フラット回路体を収容部に確実に取り付けることができる。また、各電池の電極の形成位置に、公差寸法範囲内のばらつきが生じた場合であっても、各バスバの電池の電極への接続位置の移動に伴って各収容部が移動されるのに加えて、各バスバとフラット回路体との接続部分は、その両側が一対の押さえ片により取付壁部に固定されているから、各バスバとフラット回路体との相対移動が規制され、各バスバとフラット回路体との接続部分に応力がかかる虞れがなくなり、各バスバとフラット回路体との接続状態を安定的に維持することができる。

また、複数の収容部が別体で構成されて隣り合う収容部同士が連結されていない場合であっても、フラット回路体が配索されることにより、フラット回路体が隣り合う収容部を跨いで複数の収容部間に掛け渡されることとなり、フラット回路体が隣り合う収容部同士を連結させることができる。即ち、隣り合う収容部同士を連結するための連結部材を成形しなくとも、フラット回路体が連結部材の代わりに隣り合う収容部同士を連結させるから、より一層、樹脂使用量を低減することができ、より一層、製造コストを低減することができる。

請求項２記載の本発明によれば、各収容部は、連続壁部と対向する位置に、フラット回路体が取り付けられる一対の取付壁部を備え、一対の取付壁部は、互いに間隔をあけて設けられて前記開口を構成するから、一対の取付壁部が設けられていることにより、フラット回路体を収容部に確実に取り付けることができる。

本発明の一実施の形態にかかる電源装置を示す分解斜視図である。 図１に示された電源装置を示す平面図である。 図２に示された電源装置を別の角度から見た平面図である。 （Ａ）は、図１に示された電源装置を構成する収容部の押さえ片が、突起部によって係止される前の状態を示す斜視図であり、（Ｂ）は、（Ａ）に示された押さえ片が、突起部によって係止された状態を示す斜視図である。 従来の電源装置を示す分解斜視図である。 図５に示された電源装置を構成するバスバモジュールの分解斜視図である。

以下、本発明の一実施の形態にかかるバスバモジュール及び電源装置を図１乃至図４を参照して説明する。

本発明のバスバモジュール１は、図１に示すように、電池集合体２の上面に取り付けられて電源装置１０を構成するものである。即ち、前記電源装置１０は、電池集合体２と、この電池集合体２の上面に取り付けられる一対のバスバモジュール１と、で構成されている。また、この電源装置１０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とを併用して走行するハイブリッド自動車などに搭載され、前記電動モータに電力を供給するものである。

電池集合体２は、図１に示すように、複数の電池２０と、これら複数の電池２０を互いに重ねて固定する固定部材（図示しない）と、を有している。これらの複数の電池２０は、当該電池２０の重なり方向に沿って正極２２及び負極２３が直線上に交互に並ぶように配列されている。また、図１中の矢印Ｘは、複数の電池２０の重なり方向、バスバ３の配列方向及び、バスバモジュール１の長手方向を示し、矢印Ｚは、バスバモジュール１の幅方向を示し、矢印Ｙは、各電池２０の高さ方向、即ちバスバモジュール１の高さ方向及び、上下方向を示している。

各電池２０は、箱型の筐体内に電解液が充填された電池本体２１と、この電池本体２１の上面における長手方向Ｚの両端部からそれぞれ突出した正極２２（請求項中の「電極」に相当）及び負極２３（請求項中の「電極」に相当）と、を有している。これら正極２２及び負極２３は、それぞれ、導電性の金属により円柱状に形成されており、その外周面には、ナット２Ａと螺合するネジ溝が形成されている。

各バスバモジュール１は、前述した複数の電池２０を直列接続するものであり、図１に示すように、互いに隣り合う電池２０の正極２２と負極２３とを接続することで複数の電池２０を直列に接続する複数のバスバ３と、各バスバ３に電気的に接続されるＦＦＣ（Flexible Flat Cable）４と、これらの複数のバスバ３及び、ＦＦＣ４などを収容するケース５と、を有している。

複数のバスバ３は、それぞれ、金属板にプレス加工等が施されて得られるものであり、図１、図２にも示すように、板状の金属板に、互いに隣り合う電池２０の正極２２及び負極２３を挿通する一対の電極挿通孔３ａが形成された構成である。このバスバ３は、一対の電極挿通孔３ａに挿通された正極２２及び負極２３にナット２Ａ（図１に示す）が螺合されることで、これら正極２２及び負極２３に固定されるとともに電気的に接続される。

ＦＦＣ４は、互いに間隔をあけて設けられた複数の導体４Ａと、これらの導体４Ａを被覆する絶縁性の被覆部４Ｂと、を備えて構成されている。複数の導体４Ａは、図４（Ａ）にも示すように、導体４₁、４₂、４₃、４₄、４_nと、で構成されていて、これらの導体４₁、４₂、４₃、４₄、４_nが並ぶ方向（ＦＦＣ４の幅方向）は、矢印Ｙ方向に沿って設けられ、収容部５０の開口５４を塞ぐように収容部５０に取り付けられている。被覆部４Ｂには、収容部５０に設けられた突起部５８を貫通させる貫通孔４ａが、ＦＦＣ４の長手方向（矢印Ｘ方向）に沿って複数形成されている。これらの貫通孔４ａは、ＦＦＣ４の上端部に設けられているとともに、導体４Ａが設けられていない位置に形成されている。

このようなＦＦＣ４は、例えば、導体４_nの数が、バスバ３と同じ数だけ設けられ、図１にも示すように、ＦＦＣ４の１番下に位置する導体４₁が、図１に示された左端のバスバ３₁に接続され、ＦＦＣ４の２番目に位置する導体４₂が、図１に示された真ん中のバスバ３₂に接続され、ＦＦＣ４の３番目に位置する導体４₃が、図１に示された右端のバスバ３₃に接続される。詳しく説明すると、図２に示すように、導体４₁は、バスバ３₁の矢印Ｘ方向の中央部近辺で切断されて形成された端末が、被覆部４Ｂから外部に露出させた状態で、バスバ３₁に電気接触され、例えば半田を用いるなど公知の方法で接触状態が維持されて接続される。

ケース５は、電池集合体２の上面に重ねられるものであり、このケース５は、各バスバ３及び、ＦＦＣ４を収容する複数の収容部５０と、隣り合う収容部５０同士を連結する連結部材５０Ａと、を備えて構成されている。

各収容部５０は、図４（Ａ）に示すように、それぞれ、バスバ３を表面上に位置付ける長方形板状の載置部５１と、この載置部５１の長手方向（矢印Ｘ方向）の両縁から立設するとともに互いに対向した一対の対向壁部５２と、この載置部５１の幅方向（矢印Ｚ方向）の一方の縁から立設するとともに一対の対向壁部５２に連続して形成された連続壁部５３と、この載置部５１の幅方向の他方の縁から立設するとともに互いに間隔をあけて非連続に形成されているとともに、ＦＦＣ４が取り付けられる一対の取付壁部５５Ａ、５５Ｂと、を備え、連続壁部５３と対向する位置に開口５４を有している。この開口５４は、非連続に形成された一対の取付壁部５５Ａ、５５Ｂの間隔により構成されている。載置部５１には、電池２０の正極２２、及び負極２３が挿通される一対の電極挿通孔（図示しない）が形成されている。

また、各収容部５０には、図３、図４（Ａ）に示すように、一対の取付壁部５５Ａ、５５Ｂとの間にＦＦＣ４を挟む一対の押さえ片５６Ａ、５６Ｂと、一対の押さえ片５６Ａ、５６Ｂを一対の取付壁部５５Ａ、５５Ｂに回動自在に連結する一対のヒンジ部５７Ａ、５７Ｂと、が設けられている。各押さえ片５６Ａ、５６Ｂは、板状に形成され、その面方向の大きさが、各取付壁部５５Ａ、５５Ｂの外面と略同じ大きさに形成されている。即ち、一対の押さえ片５６Ａ、５６Ｂは、互いに間隔をあけて形成されているとともに、一対の取付壁部５５Ａ、５５Ｂ間の間隔と同じ位置に、同じ長さだけの間隔が形成されている。また、各押さえ片５６Ａ、５６Ｂには、各取付壁部５５Ａ、５５Ｂに設けられた突起部５８を貫通させる貫通孔５ａが形成されている。各ヒンジ部５７Ａ、５７Ｂは、撓み易くするために薄肉の板状に形成され、かつ、その長手方向（矢印Ｙ方向）の一端が各取付壁部５５Ａ、５５Ｂの下端部に連続して設けられているとともに、他端が各押さえ片５６Ａ、５６Ｂに連続して設けられている。各ヒンジ部５７Ａ、５７Ｂは、矢印Ｘ方向を中心として１８０度回動自在に設けられている。

突起部５８は、図４（Ａ）に示すように、各取付壁部５５Ａ、５５Ｂの外面から突出した板状の突起本体５８Ａと、突起本体５８Ａから矢印Ｘ方向に突出して設けられて、押さえ片５６Ａ、５６Ｂに形成された貫通孔５ａの周縁に係止する係止部５８Ｂと、を備えている。各押さえ片５６Ａ、５６Ｂに形成された貫通孔５ａ及び、ＦＦＣ４に形成された貫通孔４ａは、略同一形状に形成されているとともに、その長手方向（矢印Ｘ方向）が、突起本体５８Ａの矢印Ｘ方向の寸法と略等しい寸法に形成されている。

さらに各収容部５０には、図４（Ａ）に示すように、収容部５０の載置部５１に載置されたバスバ３を収容部５０に嵌めて固定するためのロック部５９が設けられている。ロック部５９は、各対向壁部５２及び、連続壁部５３の中央部に設けられている。

続いて、各バスバ３を各収容部５０に収容するとともに、ＦＦＣ４を収容部５０に取り付ける手順を、図４（Ａ）（Ｂ）を参照して説明する。まず、バスバ３、ＦＦＣ４、ケース５などを別々に製造しておく。そして、各バスバ３をケース５の各収容部５０の載置部５１に近づけ押し込んで、各バスバ３をロック部５９にロックさせて、各収容部５０に収容する。ＦＦＣ４を、その幅方向が矢印Ｙ方向に沿う格好で、ＦＦＣ４の貫通孔４ａを突起部５８の各々に挿通させ、ヒンジ部５７Ａ、５７Ｂを変形させて、押さえ片５６Ａ、５６Ｂを回動させて、押さえ片５６Ａ、５６Ｂの貫通孔５ａを突起部５８に近づけて、押さえ片５６Ａ、５６Ｂの貫通孔５ａを突起部５８に押し込む。押さえ片５６Ａ、５６Ｂの貫通孔５ａが弾性変形することで係止部５８Ｂが貫通孔５ａ内に挿通され、貫通孔５ａが係止部５８Ｂを通過した後に、係止部５８Ｂが、貫通孔５ａの周縁に係止する。こうして、一対の取付壁部５５Ａ、５５Ｂと一対の押さえ片５６Ａ、５６Ｂとの間にＦＦＣ４が挟持されて、ＦＦＣ４が収容部５０に取り付けられる。

このようなバスバモジュール１、及び電源装置１０によれば、複数の電池２０を直列に接続するように直線上に並ぶように配列された複数のバスバ３と、各バスバ３を収容する複数の収容部５０と、各バスバ３に接続されるとともにバスバ３が配列される方向Ｘに沿って配索されるＦＦＣ（フラット回路体）４と、を備え、各収容部５０は、各バスバ３が載置される載置部５１と、該載置部５１から立設するとともに互いに対向した一対の対向壁部５２と、該一対の対向壁部５２に連続された連続壁部５３と、を備え、連続壁部５３と対向する位置に開口５４を有し、ＦＦＣ４は、その幅方向が対向壁部５２が立設する方向Ｙに沿う格好で、開口５４を塞ぐように収容部５０に取り付けられ、ＦＦＣ４を構成する絶縁体（被覆部４Ｂ）がバスバ３を外部から絶縁するから、ＦＦＣ４が配索される位置に開口５４を設けることができ、これにより、樹脂使用量を低減することができ、製造コストを低減することができる。

なお、上述した実施形態では、ケース５は、各バスバ３及び、ＦＦＣ４を収容する複数の収容部５０と、隣り合う収容部５０同士を連結する連結部材５０Ａと、を備えて構成されていたが、連結部材５０Ａは省略してもよい。即ち、ＦＦＣ４が隣り合う収容部５０間にも掛け渡されることとなり、ＦＦＣ４が連結部材５０Ａの代わりに隣り合う収容部５０同士を連結させることができるから、連結部材５０Ａは省略してもよい。

また、上述した実施形態では、一対の取付壁部５５Ａ、５５Ｂと一対の押さえ片５６Ａ、５６Ｂとの間にＦＦＣ４が挟持されることで、ＦＦＣ４が収容部５０に取り付けられていたが、本発明はこれに限ったものではなく、ＦＦＣ４は、一対の対向壁部５２の端面に接着剤を用いて固定されていてもよく、両面テープを用いて固定されていてもよい。その場合には、一対の取付壁部５５Ａ、５５Ｂ及び、一対の押さえ片５６Ａ、５６Ｂは省略することができる。

また、上述した実施形態では、導体４₁は、バスバ３₁の矢印Ｘ方向の中央部近辺で切断されて形成された端末が、被覆部４Ｂから外部に露出させた状態で、バスバ３₁に電気接触され、公知の方法で接触状態が維持されて接続されていたが、本発明はこれに限ったものではなく、従来技術に示したバスバのように、当該バスバに接続片を設け、接続片と接続される導体とを超音波接合することで、バスバとＦＦＣとを電気接続してもよい。

また、上述した実施形態では、フラット回路体として、複数の導体４Ａと、これら導体４Ａを被覆する被覆部４Ｂと、を有するＦＦＣ４を用いたが、互いに平行な複数の芯線と、各芯線を被覆する被覆部と、互いに隣り合う被覆部同士を連結する連結部と、で構成されたフラットケーブルを用いてもよく、連結部を有さずに、互いに隣り合う被覆部同士が連結されたリボン線が用いられてもよい。また、請求項中の「フラット回路体」として、ＦＰＣ（Flexible Printed Circuits）を用いてもよい。

また、上述した実施形態は本発明の代表的な形態を示したに過ぎず、本発明は、実施形態に限定されるものではない。即ち、本発明の骨子を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。

１ バスバモジュール
２ 電池集合体
３ バスバ
４ ＦＦＣ（フラット回路体）
１０ 電源装置
５０ 収容部
５１ 載置部
５２ （一対の）対向壁部
５３ 連続壁部
５４ 開口
５５Ａ、５５Ｂ （一対の）取付壁部
５６Ａ、５６Ｂ （一対の）押さえ片
５７Ａ、５７Ｂ （一対の）ヒンジ部
５８ 突起部

Claims (3)

1. 複数の電池を直列に接続するように直線上に並ぶように配列された複数のバスバと、
   前記各バスバを収容する複数の収容部と、
   前記各バスバに接続されるとともに前記バスバが配列される方向に沿って配索されるフラット回路体と、を備えたバスバモジュールであって、
   前記各収容部は、前記各バスバが載置される載置部と、該載置部から立設するとともに互いに対向した一対の対向壁部と、該一対の対向壁部に連続された連続壁部と、前記連続壁部と対向する位置に、前記フラット回路体が取り付けられる一対の取付壁部と、を備え、
   前記各収容部は、前記一対の取付壁部との間に前記フラット回路体を挟む一対の押さえ片と、該一対の押さえ片を前記一対の取付壁部に回動自在に連結する一対のヒンジ部と、をさらに備え、
   前記連続壁部と対向する位置に開口を有し、
   前記フラット回路体は、その幅方向が前記対向壁部が立設する方向に沿う格好で、前記開口を塞ぐように前記収容部に取り付けられ、
   前記取付壁部には、前記フラット回路体と前記押さえ片とを貫通して、前記押さえ片に係止する突起部が設けられ、前記取付壁部と前記押さえ片との間に前記フラット回路体が挟持されることを特徴とするバスバモジュール。
2. 前記一対の取付壁部は、互いに間隔をあけて設けられ、前記開口が前記間隔により構成されることを特徴とする請求項１記載のバスバモジュール。
3. 正極及び負極が交互に逆向きに重ね合わされた複数の電池から構成された電池集合体と、
   請求項１又は請求項２記載のバスバモジュールと、を備えたことを特徴とする電源装置。

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