JP2015088426A - 電池配線モジュール - Google Patents

Abstract

【課題】電池配線モジュールの小型化と電圧検出線の省線化を同時に図る。【解決手段】複数の電池１０が互いに異なる極性の電極を隣り合わせて配列されてなる電池集合体１００の二列の電極列１０ａ,１０ｂに取り付けられて、各電極列で隣り合う正極１１と負極１２をそれぞれ接続する複数の接続部材３と、接続部材に一端側が接続され、二列の電極列間に配設された電池電圧監視用の制御ユニット１６に他端側が接続される複数の電圧検出線５と、接続部材及び電圧検出線を電極列ごとにそれぞれ保持する保持部材６を備え、保持部材には、電圧検出線を配索するための電線配索部６４が電池の配列方向に沿って形成され、電線配索部は、複数の電池を複数の群に分けた各群に属する電圧検出線の他端側を制御ユニットへ向けて該電線配索部から引き出すための複数の電線引出口６６を有した構成とする。【選択図】 図２

Description

本発明は、電池配線ジュールに関し、具体的には電池配線モジュールに対する電圧検出用電線の配索構造に関する。

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を併用して走行するハイブリッド自動車等には電源装置が搭載される。電源装置は一端に正極、他端に負極が設けられた複数の電池（二次電池）から構成される電池集合体を備え、所望の電圧を得るために複数の電池は直列に接続されている。このため、これらの電池は正極と負極が隣り合うように交互に向きを入れ換えて並べられ、例えば一対のエンドプレートで挟持された状態で拘束バンド等により束ねられて一体化されている。

一体化された電池には、これらを直列に接続して両端電池の正極と負極から直流を出力するための電池配線モジュールが装着される。特許文献１には電池配線モジュールの一構成が例示されており、かかる電池配線モジュールは、隣接する電池の正極と負極を繋いで複数の電池を直列接続する複数の接続部材（バスバ）と、各バスバにそれぞれ接続される複数の電池電圧検出端子と、各電池電圧検出端子にそれぞれ接続される複数の電線（電圧検出線）と、バスバ及び電池電圧検出端子、電圧検出線をそれぞれ保持する保持部材を備えて構成されている。

特開２０１３−１０５５７１号公報

ところで、電気自動車やハイブリッド自動車の高性能化を図るためには、電源装置の高出力化が求められる。電源装置を高出力化させるための方策としては、例えば電池集合体を構成する電池数を増加させることが挙げられるが、この場合には電池数の増加に伴って電圧検出線の本数も増すこととなる。

電圧検出線は、一端側が電池電圧検出端子に接続され、保持部材に形成した電線配索部（配索路）に配索された後、他端側が電池電圧監視用の回路基板を含む制御ユニットに接続されるようになっている。その際、電線配索部には各電池電圧検出端子から回路基板に至る配索スペースを電圧検出線ごとにそれぞれ確保する必要がある。１スタックが数個の電池からなる場合であれば電圧検出線は数本に過ぎないため、その配索スペースもさほど要しないが、例えば１スタックが十数個や数十個の電池からなる場合には電圧検出線も十数本以上となり、配索スペースを大きくとる必要がある。特許文献１に開示の電池配線モジュールのように、１スタック分の十数本の電圧検出線を同一の電線配索部に配索してこれらの電圧検出線をまとめて回路基板に接続するためには、非常に大きな配索スペースを電線配索部に確保しなければならない。結果として、電線配索部が大きくなる分だけ電池配線モジュールの大型化を招くこととなり、１スタックの電池数が多くなるほど電池配索モジュールは大型化し易い。また、回路基板から離れて配置される電池の電圧検出線は、回路基板に近接して配置される電池の電圧検出線よりも電線長を伸ばす必要があるため、１スタックの電池数が多くなるほど、かかる電池配線モジュールを小型化する上で電圧検出線の省線化を図ることが重要となる。

本発明はこれを踏まえてなされたものであり、その解決しようとする課題は、電池配線モジュールの小型化と電圧検出線の省線化を同時に図ることにある。

上記課題を解決するため、本発明に係る電池配線モジュールは、複数の電池が互いに異なる極性の電極を隣り合わせて配列されてなる電池集合体の二列の電極列に取り付けられて、各電極列で隣り合う正極と負極をそれぞれ接続する複数の接続部材と、前記バスバに一端側が接続され、前記二列の電極列間にこれら電極列に沿って配設された電池電圧監視用の制御ユニットに他端側が接続される複数の電圧検出線と、前記接続部材及び前記電圧検出線を前記電極列ごとにそれぞれ保持する保持部材を備え、前記保持部材には、前記電圧検出線を配索するための電線配索部が前記電極列に沿って形成され、前記電線配索部は、前記複数の電池を複数の群に分けた各群に属する前記電圧検出線の他端側を前記制御ユニットへ向けて該電線配索部から引き出すための複数の電線引出口を有していることを特徴とする。

これによれば、電池集合体を構成する複数の電池を複数の群（電池群）に分割し、各電池群に属する電圧検出線の他端側を電線引出口から引き出すことができる。すなわち、電池集合体を構成する複数の電池に接続部材を介して接続された複数の電圧検出線を、所定本数ずつ（すべて同一本数であるか異なる本数であるかは問わない）分散させて電線引出口から引き出して制御ユニットと接続させることができる。したがって、電線配索部のいずれの箇所においても（つまり全長に亘って）電圧検出線の全線を配索させずに済むため、電線配索部に確保すべき配索スペースを小さくするとともに、電線配索部に配索される電圧検出線を適正数に抑えることができる。

この場合、前記制御ユニットは、前記電圧検出線の他端側を接続する複数の電線接続部を有した構成とし、前記電線配索部は、各電極列と前記制御ユニットの間にそれぞれ形成することができる。これにより、前記電線引出口を前記制御ユニットの電線接続部と対向して位置付けることが可能となり、電線引出口から引き出された電圧検出線を大きく迂回させることなくより短い配索距離で制御ユニットと接続させることができる。したがって、電線配索部における各電圧検出線の配索長さをそれぞれ短縮させることができるため、これらの電圧検出線の総延長を抑えて省線化できるとともに、電線配索部に確保すべき配索スペースを確実に小さくできる。

なお、電圧検出線の他端側を制御ユニットへ向けて電線配索部から容易に引き出すことが可能であれば、電線引出口の形態は特に限定されず、任意の形態とすることができる。例えば、前記電線配索部は、前記電池の配列方向に沿って延在する底部と、前記底部から起立する一対の壁部を有する樋状に形成し、前記電線引出口は、前記一対の壁部のうち制御ユニット側の壁部を切り欠いて形成した構成とすることができる。この場合、前記複数の電線引出口は、前記制御ユニット側の壁部に所定間隔をあけて形成することが可能である。

本発明によれば、電池配線モジュールの小型化と電圧検出線の省線化を同時に図ることができる。

本発明の一実施形態に係る電池配線モジュールの全体構成を示す斜視図である。 図１に示す電池配線モジュールを一部拡大して示す図である。 電線配索部及び電線引出口の構成を示す斜視図である。

以下、本発明の電池配線モジュールについて、添付図面を参照して説明する。図１は、本発明の一実施形態に係る電池配線モジュールの全体構成を示す斜視図である。本発明の電池配線モジュールは、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を併用して走行するハイブリッド自動車等に搭載された電源装置の電池集合体の接続用回路モジュールとすることができるが、その用途はこれに限定されるものではない。なお、以下の説明においては、図１に矢印Ｘで示す方向を前後方向、矢印Ｙで示す方向を左右方向、矢印Ｚで示す方向を上下方向という。なお、上下方向については、図１における上方へ向かう方向を上向き（上側）、下方へ向かう方向を下向き（下側）として特定する。ただし、これらの前後方向、左右方向及び上下方向は、例えば電池配線モジュールが車載された状態における各方向（例えば、自動車の前後方向、左右方向や上下方向）と必ずしも一致していなくともよい。

図１に示すように、電池配線モジュール１は、正極１１と負極１２を有する複数の電池１０が互いに異なる極性の電極を隣り合わせて配列されてなる電池集合体１００の二列の電極列１０ａ,１０ｂに取り付けられる。各電池１０は、例えば矩形の平板状をなし、上部の一端側に正極１１、他端側に負極１２がそれぞれ円柱状に突出してナットを螺合可能に構成することができる。これらの電池１０は、正極１１と負極１２が隣り合うように交互に向きを入れ換えて配置され、一対の板状部材（エンドプレート）１３の間に挟み込まれる。そして、これらのエンドプレート１３が締付部材（帯状のバンドや金属板等）１４で緊結されることで、複数の電池１０が束ねられて電池集合体１００が構成される。なお、隣り合う電池１０の間には、これらの電池１０を絶縁する部材（スペーサ）を介在させてもよい。また、電池１０は絶縁性を有する保持ケースで収容保持してもよい。

電池１０には、正極１１と負極１２の間（一例として、電極間の中間部位）にガス放出口（図示しない）が形成されている。かかるガス放出口は、例えば電池１０の電極面（正極１１及び負極１２が突出する面）を開口させ、該開口部分を薄い金属膜等で塞いで形成される。これにより、電池１０の内部でガスが発生して電池内の圧力が所定値以上に高くなると、金属膜を破断してガス放出口からガスが放出されるようになっている。このため、電池集合体１００には、放出されたガスを外部へ排出するための排煙ダクト１５が電池１０の上方に設けられている。排煙ダクト１５は、電池１０の配列方向（前後方向）に沿って延在しており、各電池１０のガス放出口と連通するガス流入口（図示しない）を有している。この場合、電池１０のガス放出口と排煙ダクト１５のガス流入口との連通部分にはシール部材（図示しない）が設けられており、これらの連通部分がシール部材で気密に保たれることで排煙ダクト１５のガス排出口（図示しない）以外からのガス漏れ防止が図られている。

図２に一部拡大して示すように、電池配線モジュール１は電池集合体１００の各電極列１０ａ,１０ｂで隣り合う正極１１と負極１２をそれぞれ接続する複数の接続部材３と、接続部材３に一端側が接続され、二列の電極列１０ａ,１０ｂ間にこれら電極列１０ａ,１０ｂに沿って配設された電池電圧監視用の制御ユニット１６に他端側が接続される複数の電圧検出線５と、接続部材３及び電圧検出線５を電極列１０ａ,１０ｂごとにそれぞれ保持する保持部材６を備えて構成されている。

なお、制御ユニット１６は各電池１０の電圧を検出し、検出された電圧値に基づいて各電池１０の充放電等の制御を行う電子部品であって、マイクロコンピュータ、各電池１０の電圧、電流や温度等の検出回路を有する回路基板を備え、これらがケース内に収容されて排煙ダクト１５の上部壁に取り付けられている。本実施形態では、略直方体状に制御ユニット１６が構成されており、その長手方向を電極列１０ａ,１０ｂに沿わせ、これらの列間の前後方向の一方寄り（一例として、排煙ダクト１５のガス排出口とは反対側）に位置付けられている。そして、制御ユニット１６は、電圧検出線５を介して各接続部材３とそれぞれ接続されることで、各電池１０と電気的に接続されている。これにより、各電池１０の電圧を電圧検出線５を介して制御ユニット１６に出力することができるようになっている。

接続部材３は、各電極列１０ａ,１０ｂで隣り合う正極１１と負極１２をそれぞれ電気的に接続するための導電性を有する部材である。その形態は特に限定されないが、本実施形態では接続部材３としてバスバ（以下、バスバ３と称する）を用いる場合を一例として想定している。バスバ３は、例えば導体平板を打ち抜き加工や折り曲げ加工等することによって形成され、隣り合う電池１０の正極１１及び負極１２が挿通される孔（電極孔）を有している。かかる電極孔に挿通して突出させた電極１１,１２にナット等を螺合させることで、バスバ３は電池集合体１００に固定され、隣り合う電池１０の正極１１と負極１２の間を繋いで直列接続する。なお、隣り合う電池１０の正極１１と負極１２を直列接続するバスバ３には二つの電極孔が形成され、電池集合体１００の総正極１１(１１ａ)及び総負極１２(１２ａ)に接続されるバスバには電極孔が一つのみ形成されている。総正極１１ａは前後方向の一端側に配置された電池１０の正極１１であり、総負極１２ａは前後方向の他端側に配置された電池１０の負極１２であって、総正極１１ａと総負極１２ａにより電池集合体１００からの直流出力が得られるようになっている。

バスバ３には、電圧検出線５を接合するための電線接合部４が形成されている。この場合、例えば絶縁被覆を剥離して導体を露出させた電圧検出線５を超音波接合や半田付け等によって電線接合部４に接合すればよい。なお、このようにバスバ３自体に電圧検出線５と電気的に接続させる電線接合部４を形成することに代えて、例えば導体平板を打ち抜き加工や折り曲げ加工等することによってバスバ３とは別体に形成した電圧検出端子を用いてバスバ３と電圧検出線５を電気的に接続させてもよい。この場合、電圧検出端子に圧着部を設け、電圧検出線５の導体を圧着部に接合すればよい。そして、バスバ３が接続する一方の電極（正極１１もしくは負極１２）を挿通する貫通孔を電圧検出端子に形成し、該貫通孔に挿通して突出させた電極１１,１２にナット等を螺合させることで、バスバ３とともに電圧検出端子を電池集合体１００に固定することができる。

電圧検出線５は、例えば導電性を有する導体と、該導体の外周を覆う絶縁被覆を備えた構成とすることができる。かかる導体は複数の芯線を撚り合わせた構成であってもよいし、単一の芯線で構成されていても構わない。

保持部材６は、樹脂等の絶縁材で構成され、ヒンジ（弾性を有する屈曲片）６ａにより複数連結されたバスバ収容部６１が電池集合体１００の電極列１０ａ,１０ｂに対応して前後方向に二列並んで一対をなして構成されている。バスバ収容部６１は、保持部材６の底部から枠状に起立された周壁６２で囲んで形成した収容室６３の中にバスバ３が一つずつ収容されるように構成されている。収容室６３に収容されたバスバ３は、周壁６２から突出させた爪部６ｂにより係止することでバスバ収容部６１に保持することができるようになっている。ただし、バスバ３の保持方法は爪部６ｂによる係止の他、接着剤による接合などであっても構わない。

図３に示すように保持部材６には、電圧検出線５を配索するための電線配索部６４が電極列１０ａ,１０ｂに沿って形成されている。この場合、電線配索部６４は、電池集合体１００の全長（前後方向の寸法）に亘って形成されており、その一部が制御ユニット１６（具体的にはその左右方向の側部）に沿って延在している。なお、図３は図２の電極列１０ａ側の電線配索部６４の構成を電圧検出線５の図示を省略して示す拡大図である。電線配索部６４は、電池１０の配列方向に沿って延在する底部と、該底部から起立する一対の壁部を有する樋状に形成されている。具体的には、収容室６３と周壁６２を挟んで左右方向の内側に周壁６２と並列して保持部材６の底部から配索壁６５を起立させることで、保持部材６の底部、周壁６２及び配索壁６５で囲まれた空間に電圧検出線５の配索スペースを形成している。

電線配索部６４は、複数の電池１０を複数の群に分けた各群に属する電圧検出線５の他端側を制御ユニット１６へ向けて該電線配索部６４から引き出すための複数の電線引出口６６を有している。つまり、各電線引出口６６からは複数の電圧検出線５のうちの一部の電圧検出線５の他端側がそれぞれ引き出されるようになっている。これにより、電池集合体を構成する複数の電池を複数の群（電池群）に分割し、各電池群に属する電圧検出線５の他端側を電線引出口６６から引き出すことができる。すなわち、電池集合体１００を構成する複数の電池１０にバスバ３を介して接続された複数の電圧検出線５を、所定本数ずつ（すべて同一本数であるか異なる本数であるかは問わない）分散させて電線引出口６６から引き出して制御ユニット１６と接続させることができる。なおこの場合、制御ユニット１６は、電圧検出線５の他端側を接続する複数の電線接続部１６１を有しており、これらの電線接続部１６１は、各電線引出口６６にそれぞれ一つずつ対応して設けられている。電線接続部１６１の構成（制御ユニット１６と電圧検出線５との電気的な接続の方法）は特に限定されないが、例えば電圧検出線５を着脱自在なコネクタ構造として、かかるコネクタに電圧検出線５の他端側に設けた接続用端子を接続させてもよいし、電圧検出線５の他端側を超音波接合や半田付け等によって接合させてもよい。コネクタ構造とした場合には、制御ユニット１６への電圧検出線５の接続及び制御ユニット１６からの電圧検出線５の取り外しを容易に行うことができる。

したがって、電線配索部６４のいずれの箇所においても（つまり全長(前後方向の長さ寸法)に亘って）電圧検出線５の全線を配索させずに済むため、電線配索部６４に確保すべき配索スペース（保持部材６の底部、周壁６２及び配索壁６５で囲まれた空間）を小さくすることができる。換言すれば、電線配索部６４に配索される電圧検出線５を適正数に抑えることができる。これにより例えば、周壁６２と配索壁６５の対向間隔を狭めることや周壁６２と配索壁６５の高さ（保持部材６の底部からの起立寸法(上下方向に対する寸法)）を低くすることが可能となる。この結果、電池配線モジュール１の小型化を図ることができ、例えば周壁６２と配索壁６５の対向間隔や高さを抑えた分だけ材料コストの低減や軽量化を図ることが可能となる。

本実施形態においては図１及び図２に示すように、電線配索部６４は各電極列１０ａ,１０ｂと制御ユニット１６の間にそれぞれ形成され、電線引出口６６は、制御ユニット１６の電線接続部１６１と対向して位置付けられている。このように電線引出口６６と電線接続部１６１を対向配置させることで、電線引出口６６から引き出された電圧検出線５を大きく迂回させることなくより短い配索距離で制御ユニット１６と接続させることができる。したがって、電線配索部６４における各電圧検出線５の配索長さをそれぞれ短縮させることができるから、これら電圧検出線５の総延長を短くすること（省線化）ができる。このような省線化により、例えば電圧検出線５の製造コストの低減や軽量化、さらには導体抵抗の低減を図ることが可能となる。加えて、多岐にわたる長さの電圧検出線５を用意する必要がないため電線長の均一化が図り易くなり、電圧検出線５の調達の観点からもコストの低減を図ることが可能となる。

電線引出口６６は電圧検出線５の他端側を制御ユニット１６へ向けて電線配索部６４から容易に引き出すことが可能であれば、その形態は特に限定されない。図１〜図３には、電線配索部６４の一対の壁部である周壁６２と配索壁６５のうち、制御ユニット１６側の壁部である配索壁６５を切り欠いて形成した電線引出口６６を一例として示している。この場合、電池集合体１００を構成する複数の電池１０を三つの電池群に分割し、電池配線モジュール１には、電極列１０ａ,１０ｂに対応して前後方向へ二列に構成された保持部材６の双方にそれぞれ三つずつ電線引出口６６を形成しているが、電線引出口（別の捉え方をすれば電池群）の数は二つであってもよいし、四つ以上であっても構わない。要するに、電圧検出線５を分散させて電線引出口で電線配索部６４から引き出すことができればよい。例えば、二列に構成された保持部材６の双方に異なる数の電線引出口を形成することも想定可能である。また、電線配索部６４から容易に引き出すことができれば、配索壁６５を貫通する貫通孔として電線引出口を形成することも想定可能である。

また図１〜図３には、配索壁６５（制御ユニット１６側の壁部）に異なる間隔をあけて三つの電線引出口６６を形成した構成としているが、これらの電線引出口６６は等間隔をあけて形成してもよい。要するに、電線配索部６４に配索される電圧検出線５を適正数に抑えることが可能であれば、複数の電線引出口は配索壁６５に所定間隔をあけて形成することができる。なおその際には、電線引出口を制御ユニットの電線接続部と対向配置させることが好ましい。

このように本実施形態によれば、電池配線モジュール１の小型化と電圧検出線５の省線化を同時に図ることができる。

以上、本発明を一実施形態に基づいて説明したが、上述した実施形態は本発明の例示に過ぎないものであり、本発明は上述した実施形態の構成のみに限定されるものではない。したがって、本発明の要旨の範囲で変形又は変更された形態で実施することが可能であることは、当業者にあっては明白なことであり、そのような変形又は変更された形態が本願の特許請求の範囲に属することは当然のことである。

１ 電池配線モジュール
３ 接続部材（バスバ）
５ 電圧検出線
１０ 電池
１０ａ，１０ｂ 電極列
１１ 正極
１２ 負極
１６ 制御ユニット
６４ 電線配索部
６６ 電線引出口
１００ 電池集合体

Claims (4)

1. 複数の電池が互いに異なる極性の電極を隣り合わせて配列されてなる電池集合体の二列の電極列に取り付けられて、各電極列で隣り合う正極と負極をそれぞれ接続する複数の接続部材と、
   前記接続部材に一端側が接続され、前記二列の電極列間にこれら電極列に沿って配設された電池電圧監視用の制御ユニットに他端側が接続される複数の電圧検出線と、
   前記接続部材及び前記電圧検出線を前記電極列ごとにそれぞれ保持する保持部材を備え、
   前記保持部材には、前記電圧検出線を配索するための電線配索部が前記電極列に沿って形成され、
   前記電線配索部は、前記複数の電池を複数の群に分けた各群に属する前記電圧検出線の他端側を前記制御ユニットへ向けて該電線配索部から引き出すための複数の電線引出口を有していることを特徴とする電池配線モジュール。
2. 前記制御ユニットは、前記電圧検出線の他端側を接続する複数の電線接続部を有しており、
   前記電線配索部は、各電極列と前記制御ユニットの間にそれぞれ形成され、
   前記電線引出口は、前記制御ユニットの電線接続部と対向して位置付けられていることを特徴とする請求項１に記載の電池配線モジュール。
3. 前記電線配索部は、前記電池の配列方向に沿って延在する底部と、前記底部から起立する一対の壁部を有する樋状に形成され、
   前記電線引出口は、前記一対の壁部のうち制御ユニット側の壁部を切り欠いて形成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の電池配線モジュール。
4. 前記複数の電線引出口は、前記制御ユニット側の壁部に所定間隔をあけて形成されていることを特徴とする請求項３に記載の電池配線モジュール。

Images