JPWO2015122496A1

JPWO2015122496A1 - バスバモジュール

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Publication number: JPWO2015122496A1
Application number: JP2015562878A
Authority: JP
Inventors: 喜章市川; 航路小泉
Original assignee: Yazaki Corp
Current assignee: Yazaki Corp
Priority date: 2014-02-14
Filing date: 2015-02-13
Publication date: 2017-03-30
Anticipated expiration: 2035-02-13
Also published as: US20160322624A1; DE112015000809T5; JP6132937B2; WO2015122496A1; US10601015B2

Abstract

同一方向に重ね合わされた複数の電池（１１）の電池集合体（１２）が有する前記同一方向に連なる第１の電極列（１５）の電極端子（１３，１４）同士を電気的に接続するものであり、第１の電極列の内の隣り合う２つの電池の電極端子同士を電気的に接続する複数の第１バスバ（１７）と、電池集合体の第２の電極列（１６）の内の隣り合う２つの電池の電極端子（１３，１４）同士を電気的に接続する複数の第２バスバ（１７）と、複数の第１バスバを保持する樹脂製のケース（１８）と、複数の第２バスバを保持する樹脂製のケース（２０）と、これらのケース間を架橋する樹脂製の架橋部材（２４）と、を備え、架橋部材は、電池集合体におけるそれぞれの電極列が配置されている側に当該電池集合体に対して間隔を空けて配置した回路基板（２５）と、回路基板と電池集合体との間で当該回路基板に対して間隔を空けて配置した熱遮蔽板（２６）と、を支持すること。

Description

本発明は、バスバモジュールに関する。

電気自動車やハイブリッドカーなどの電動モータには、複数の電池を直列に接続して構成される電池パックが搭載される。この種の電池パックは、複数の電池（電池セル）の正極と負極の電極端子（以下、正極端子、負極端子と略す。）を隣り合わせて交互に配列し、隣り合う電池の正極端子と負極端子間をそれぞれバスバと称される導体で直列に接続して電池集合体を形成し、必要に応じて筺体に収容して用いられる。電池集合体の両端の電池の正極端子と負極端子は、電池パックの直流出力となる。この電池集合体には、バスバを樹脂製の保持部材に保持したバスバモジュールが取り付けられる。

この種の電池集合体を複数の電池を束ねて直方体状に形成する場合、例えば、電池集合体の１つの面には、正極端子と負極端子が交互に配列された２つの電極端子の列（以下、電極列という。）が形成される。電池集合体は、各電極列にそれぞれバスバモジュールが装着され、一対のバスバモジュール間に回路基板が配置される。この回路基板には、各電池の温度や電圧などを監視するための回路が実装されている。

ところで、電池パックを構成する電池には、充電可能な二次電池が使用される。しかしながら、この種の電池は、充電時や放電時に発熱することがある。電池が発熱して高温になると、電池の近傍に配置される回路基板に実装された回路素子が加熱されるおそれがある。

これに対し、各電池のガス抜き用の弁から放出されたガスを所定位置に誘導するための金属製のダクトをバスバの保持部材に沿って配置し、ダクトの上面に回路基板を取り付けた構造が開示されている（特許文献１参照）。これによれば、回路基板と電池との間にダクトが設けられるから、電池の熱によって回路基板が直接加熱されるのを防ぐことができる。

特開２０１３−１１４９５３号公報

しかしながら、特許文献１は、電池の発熱について十分な検討がされていないため、熱が伝わりやすい金属製のダクトの上面に回路基板が取り付けられている。したがって、電池の発熱に伴ってダクトが次第に高温になると、回路基板に実装された回路素子が高温に曝されるおそれがある。

本発明の課題は、回路基板の温度上昇を抑制することにある。

上記課題を解決するため、本発明は、同一方向に重ね合わされた複数の電池の電池集合体が有する前記同一方向に連なる一方の電極列の電極端子同士を電気的に接続するものであり、前記一方の電極列の内の隣り合う２つの前記電池の前記電極端子同士を電気的に接続する複数の第１バスバと、前記電池集合体が有する前記同一方向に連なる他方の電極列の電極端子同士を電気的に接続するものであり、前記他方の電極列の内の隣り合う２つの前記電池の前記電極端子同士を電気的に接続する複数の第２バスバと、複数の前記第１バスバを保持する樹脂製の第１保持部材と、複数の前記第２バスバを保持する樹脂製の第２保持部材と、前記第１保持部材と前記第２保持部材を架橋する樹脂製の架橋部材と、を備え、前記架橋部材は、前記電池集合体における前記電極列が配置されている側に当該電池集合体に対して間隔を空けて配置した回路基板と、該回路基板と前記電池集合体との間で当該回路基板に対して間隔を空けて配置した熱遮蔽板と、を支持することを特徴とする。

この場合において、前記熱遮蔽板は、前記電池集合体における当該熱遮蔽板との対向面と離間させて配置されるものとすることが望ましい。

また、前記架橋部材は、前記回路基板を当該回路基板の縁部に沿って支持する枠状の支持部を有し、前記熱遮蔽板は、前記支持部を介して前記回路基板を枠状に押し付けた状態で保持するように形成することが望ましい。

また、前記熱遮蔽板は、金属製の板であることが望ましい。

本発明によれば、回路基板の温度上昇を抑制することができる。

図１は、本発明のバスバモジュールが取り付けられた電池集合体の上面図である。図２は、バスバモジュールが取り付けられた電池集合体を図１のＡ−Ａ矢視の断面と共に斜めからみた斜視図である。図３は、本発明のバスバモジュールの架橋部材を拡大して示す部分斜視図である。図４は、図１のＡ−Ａ矢視断面図である。

以下、本発明に係るバスバモジュールの一実施形態について、図面を参照して説明する。本実施形態のバスバモジュールは、例えば電気自動車の電動機を駆動する直流電源となる電池パックに用いられる。図１に、本実施形態のバスバモジュール１０が装着された電池パックを示す。電池パックは、薄型の直方体状に形成されたリチウム電池などの電池１１をそれぞれ樹脂製の型枠に収容して複数配列することにより、直方体状の電池集合体１２として形成される。その電池集合体１２は、複数の電池１１が同一方向に重ね合わされたものであり、その複数の電池１１における一方の電極端子が前記同一方向に連なる一方の電極列と、その複数の電池１１における他方の電極端子が前記同一方向に連なる他方の電極列と、を有する。バスバモジュール１０は、一方の電極列の電極端子同士を電気的に接続する導体としての複数のバスバ１７（第１バスバ）と、他方の電極列の電極端子同士を電気的に接続する導体としての複数のバスバ１７（第２バスバ）と、を有する。以下で例示する第１バスバとは、一方の電極列の内の隣り合う２つの電池１１の電極端子同士を電気的に接続するものである。また、以下で例示する第２バスバとは、他方の電極列の内の隣り合う２つの電池１１の電極端子同士を電気的に接続するものである。ここで、電極列は、例えば、電極端子としての正極端子１３と負極端子１４とが交互に配置されるものでもよく、同一方向に連なる複数の正極端子１３の正極群と同一方向に連なる複数の負極端子１４の負極群とが交互に配置されるものでもよい。また、電極列は、同極の電極端子のみが連なるものであってもよい。具体的に、この例示の複数の電池１１は、正極端子１３と負極端子１４を隣り合わせて交互に配置され、隣り合う電池１１の正極端子１３と負極端子１４との間をそれぞれバスバで直列接続される。電池集合体１２の電池１１の直列数は、所望の直流電圧に応じて定まる。電池パックにおいては、電池集合体１２の両端に位置される一方の電池１１の正極端子１３（総正極）と他方の電池１１の負極端子１４（総負極）が、電池集合体１２の直流出力となる。

図２は、電池パックを図１のＡ−Ａ矢視の断面と共に斜めからみた図であり、バスバモジュール１０の断面を表している。矢印Ｘは、電池１１及び電池集合体１２についての第１方向であり、電池１１の配列方向、つまり、電池集合体１２の長手方向を示す。本実施形態では、図１の右側を電池１１の配列方向の奥側、左側を電池１１の配列方向の手前側とする。また、矢印Ｙは、電池１１及び電池集合体１２についての第２方向であり、電池１１の正極端子１３と負極端子１４との間における端子間距離方向及び電池集合体１２の幅方向を示し、矢印Ｚは、電池１１及び電池集合体１２についての第３方向であり、各電池１１及び電池集合体１２の高さ方向を示す。第１方向と第２方向と第３方向は、互いに直交している。以下の説明では、図１の上方を電池集合体１２の上方とする。これらの方向は、すべての図面の説明に適用される。

各電池１１には、電池１１の側面（上面）から突出する柱状の正極端子１３と負極端子１４とが各々配置されている。これらの電極端子（正極端子１３と負極端子１４）の外面には、ネジが形成される。電池集合体１２は、電池１１の配列方向に沿って、正極端子１３と負極端子１４が交互に配列された２つの電極列、つまり、第１の電極列１５と第２の電極列１６が配列される。これらの電極列１５，１６は、電池集合体１２の幅方向に分かれて互いに略平行に配列される。

本実施形態のバスバモジュール１０は、複数のバスバ１７（第１バスバ）を保持する樹脂性のケース１８（第１保持部材）と、複数のバスバ１７（第２バスバ）を保持する樹脂製のケース２０（第２保持部材）とを有して形成される。ケース１８が保持するバスバ１７は、第１の電極列１５の隣り合う正極端子１３と負極端子１４とを接続するものである。ケース２０が保持するバスバ１７は、第２の電極列１６の隣り合う正極端子１３と負極端子１４とを接続するものである。ケース１８は、電池集合体１２の第１の電極列１５に沿って取り付けられる。ケース２０は、電池集合体１２の第２の電極列１６に沿って取り付けられる。

各ケース１８，２０は、それぞれ底面から筒状に立ち上がる複数の囲い壁２２を有して形成される（図２，３）。これらの囲い壁２２は、電池集合体１２の長手方向に沿って互いに連なって配列される。各囲い壁２２の内側には、収容室２３が形成される。この収容室２３には、それぞれバスバ１７が１枚ずつ重ねられて保持される。各バスバ１７には、隣り合う電池１１の正極端子１３と負極端子１４の位置に合わせて一対の穴が穿設されている。バスバモジュール１０を電池集合体１２に組み付ける際には、各収容室２３に保持されたバスバ１７の穴と端子の穴にそれぞれ電極端子を挿入し、各電極端子のネジにナットを螺合することにより、各バスバ１７を各電極端子に締結する。これにより、バスバモジュール１０は、電池集合体１２に固定される。

バスバモジュール１０は、各ケース１８，２０が複数の樹脂製の架橋部材２４を介して互いに連なって形成される。架橋部材２４には、回路基板２５と熱遮蔽板２６が支持される。回路基板２５は、矩形状に形成され、ネジが通される複数の穴が穿設される。この回路基板２５には、各電池１１の温度や電圧などを監視して電池１１の異常を検知するための回路素子などが実装される。回路素子は、回路基板２５の上面と下面の少なくとも一方に実装される。熱遮蔽板２６は、金属製の板材にプレス加工などを施して形成される。この熱遮蔽板２６は、矩形状の底面の幅方向の両縁を立ち上げて断面が凹状をなして形成される。立ち上げた両縁の上端部には、図示していないが、ネジ用の複数の穴が穿設されたフランジ部が形成される。熱遮蔽板２６は、電池１１側からみると、回路基板２５の電池１１側の実装面の投影領域を含めた大きさに形成される。熱遮蔽板２６は、電池集合体１２と回路基板２５との間に介在させている。また、熱遮蔽板２６は、セラミックス製の板や金属製の板などで形成することができるが、加工性に優れ、製造コストを低廉に抑えられる点で、金属で形成されていることが好ましい。

図３は、バスバモジュール１０の全体像を表しており、図４は、電池集合体１２に取り付けられたバスバモジュール１０の断面を表している。図３に示すように、架橋部材２４は、矩形状の枠体である支持部２７を有して形成される。この支持部２７は、高さ方向の中央付近から内側に向かって段付き状に突出する延出部２８を有しており、断面Ｔ字状に形成される（図２，４）。すなわち、架橋部材２４は、支持部２７の内側に回路基板２５と熱遮蔽板２６が嵌め込まれることで、回路基板２５と熱遮蔽板２６に延出部２８が挟持される。これにより、回路基板２５と熱遮蔽板２６は、回路基板２５の穴と熱遮蔽板２６のフランジ部の穴にそれぞれネジ２９が通され、このネジ２９が締結されることで、支持部２７に固定される。また、熱遮蔽板２６は、回路基板２５の縁部に沿って、回路基板２５を枠状に押し付けた状態で保持されるようになっている。

支持部２７には、樹脂製の蓋部３０が上方から装着される。この蓋部３０は、矩形状の天板の左右方向（第２方向）の両縁を垂下させることにより、断面が凹状をなして形成される。蓋部３０は、図には表れていないが、下方に突出する係止部が、支持部２７に形成された係止突起と係合することにより、支持部２７に保持されるようになっている。このように蓋部３０で支持部２７を覆うことで、回路基板２５に異物が付着するのを防ぐことができる。

図４に示すように、回路基板２５と蓋部３０は、互いの対向面が離間して設けられる。また、回路基板２５と熱遮蔽板２６は、互いの対向面が離間して設けられる。すなわち、回路基板２５は、蓋部３０と熱遮蔽板２６と架橋部材２４（支持部２７）によって形成される直方体状の空間内に収容される。回路基板２５と蓋部３０との間、及び、回路基板２５と熱遮蔽板２６との間には、それぞれ断面が矩形状の空間が形成される。これらの空間は、少なくとも回路基板２５の実装面から突出する回路素子が非接触で配置される大きさに設定される。

架橋部材２４は、図３に示すように、支持部２７から延びる複数の連接部３１によってケース１８，２０とそれぞれ連なって形成される。すなわち、架橋部材２４は、各ケース１８，２０と一体成形され、各ケース１８，２０に両側から支持されるようになっている。支持部２７と各ケース１８，２０との間には、板材からなる第１の連接部３１ａと、電池１１の配列方向に例えばＳ字状に蛇行して延びる第２の連接部３１ｂとが形成される。第１の連接部３１ａは、比較的高い強度で架橋部材２４を支持する。一方、第２の連接部３１ｂは、電池１１の配列方向に蛇行する部分が配列方向に伸縮可能になっている。

各ケース１８，２０の収容室２３に保持された端子と接続される複数の電線は、例えば、各ケース１８，２０の側面から電池集合体１２の上面に沿って延出する電線保持部材３２の電線収容溝３３に沿って配索された後、回路基板２５の回路素子と電気的に接続される。電線保持部材３２は、下方へ突出する支柱３４が、電池集合体１２の上面と当接する。つまり、電線収容溝３３は、支柱３４に支持されるようになっている。

このようにして構成される本実施形態のバスバモジュール１０は、架橋部材２４によって、回路基板２５と熱遮蔽板２６と蓋部３０が一体化されて電池集合体１２に取り付けられる。架橋部材２４は、図４に示すように、熱遮蔽板２６が対向する電池集合体１２の上面と離間して配置されている。

以上述べたように、本実施形態において、回路基板２５と当該回路基板２５に対向する電池１１側との間には、熱遮蔽板２６が設けられている。そして、回路基板２５と熱遮蔽板２６との間には、熱伝導率が低い樹脂製の支持部２７を介在させている。さらに、回路基板２５は、熱遮蔽板２６と支持部２７と蓋部３０に包囲されている。したがって、電池１１が発熱した場合には、対流や熱伝導、熱放射のいずれの形態によっても、電池１１の熱が回路基板２５に伝わるのを抑制することができ、加熱による回路素子の機能低下を防ぐことができる。また、例えば、電池１１のガス抜き用の弁３６（図１，２）からガスが放出された場合には、弁３６と対向して配置される熱遮蔽板２６が、高温に曝されることも考えられる。しかしながら、本実施形態のバスバモジュール１０は、熱遮蔽板２６と電池１１との間に空間が形成されると共に、熱遮蔽板２６と回路基板２５との間に空間が形成されるから、熱遮蔽板２６の温度上昇が抑えられ、回路基板２５の温度上昇を抑制することができる。

また、本実施形態では、熱遮蔽板２６が対向する電池１１の側面（つまり、電池集合体１２における熱遮蔽板２６との対向面）と離間して配置されるから、電池１１の表面から熱遮蔽板２６に熱が直接伝わるのを防ぐことができ、さらに、例えば、弁３６から放出されたガスを所定位置に導くための流路を熱遮蔽板２６と電池１１との間に形成することができる。これにより、熱遮蔽板２６の温度上昇を抑制することができるから、回路基板２５は、上面側の基板面だけでなく、下面側（電池１１側）の基板面においても、熱の影響を少なくすることができ、両面の実装が可能になる。よって、本実施形態のバスバモジュール１０は、回路基板２５における回路の設計自由度を高めることができる。

また、本実施形態では、熱遮蔽板２６が、回路基板２５の基板面の縁部を縁部に沿って枠状に押圧する状態で支持部２７に保持されるから、回路基板２５の形状を剛性の高い熱遮蔽板２６によって保持することができる。これにより、本実施形態のバスバモジュール１０は、回路基板２５のゆがみや歪みなどの変形を防ぐことができる。また、本実施形態では、熱遮蔽板２６を金属で形成しているので、例えば、各電池１１や電線などから発生するノイズから回路基板２５の回路素子を保護することができる。なお、熱遮蔽板２６は、金属以外の熱遮蔽効果を有する材料で形成することもできる。

また、本実施形態では、回路基板２５をバスバモジュール１０に組み付けることにより、これらを一部品として取り扱うことができるから、特にバスバモジュール１０を電池集合体１２に組み付けるときの作業効率を高めることができる。

また、電池１１は、発熱前後の温度変化によって、膨張と収縮が繰り返される。特に、電池集合体１２の長手方向においては、比較的大きな寸法の変化が生ずることがある。この点、本実施形態では、ケース１８，２０の隣り合う囲い壁２２がヒンジ３５で連結されているから（図２）、電池１１の膨張と収縮に合わせて、ケース１８，２０が、長手方向に伸縮可能になっている。また、架橋部材２４は、各ケース１８，２０との間をそれぞれ第１の連接部３１ａと第２の連接部３１ｂにより連ねて形成されている。そして、第２の連接部３１ｂは、ケース１８，２０の伸縮に合わせて伸縮する。これにより、本実施形態のバスバモジュール１０は、電池１１の膨張、収縮によって、ケース１８，２０が膨張、収縮を繰り返しても、回路基板２５を保持する支持部２７の形状や寸法を維持することができるから、架橋部材２４の損傷を防ぐことができ、回路基板２５を確実に保持することができる。さらに、このバスバモジュール１０は、電池１１において正極端子１３と負極端子１４との間の間隔にバラツキが発生していたとしても、そのバラツキを第２の連接部３１ｂの伸縮作用によって吸収することができ、そのバラツキの発生している電池１１に対して組み付けることができる。このため、このバスバモジュール１０は、電池集合体１２への組み付けが可能になるので、この電池集合体１２に対する組み付け作業性についても向上させることができる。

以上、本発明の実施形態を図面により詳述してきたが、上記の実施形態は本発明の例示にしか過ぎないものであり、本発明は上記の実施形態の構成にのみ限定されるものではない。本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計の変更などがあっても、本発明に含まれることは勿論である。

例えば、本実施形態の架橋部材２４は、各ケース１８，２０と一体成形されたものであるが、各ケース１８，２０と架橋可能に形成されていれば、これに限られるものではない。すなわち、例えば、架橋部材２４は、各ケース１８，２０と別部品として形成し、各ケース１８，２０とそれぞれ連結可能に形成することもできる。

１０バスバモジュール
１１電池
１２電池集合体
１３正極端子
１４負極端子
１５第１の電極列
１６第２の電極列
１７バスバ（第１バスバ、第２バスバ）
１８ケース（第１保持部材）
２０ケース（第２保持部材）
２２囲い壁
２３収容室
２４架橋部材
２５回路基板
２６熱遮蔽板
２７支持部

Claims

同一方向に重ね合わされた複数の電池の電池集合体が有する前記同一方向に連なる一方の電極列の電極端子同士を電気的に接続するものであり、前記一方の電極列の内の隣り合う２つの前記電池の前記電極端子同士を電気的に接続する複数の第１バスバと、
前記電池集合体が有する前記同一方向に連なる他方の電極列の電極端子同士を電気的に接続するものであり、前記他方の電極列の内の隣り合う２つの前記電池の前記電極端子同士を電気的に接続する複数の第２バスバと、
複数の前記第１バスバを保持する樹脂製の第１保持部材と、
複数の前記第２バスバを保持する樹脂製の第２保持部材と、
前記第１保持部材と前記第２保持部材を架橋する樹脂製の架橋部材と、
を備え、
前記架橋部材は、前記電池集合体におけるそれぞれの前記電極列が配置されている側に当該電池集合体に対して間隔を空けて配置した回路基板と、該回路基板と前記電池集合体との間で当該回路基板に対して間隔を空けて配置した熱遮蔽板と、を支持するバスバモジュール。
前記熱遮蔽板は、前記電池集合体における当該熱遮蔽板との対向面と離間させて配置される請求項１に記載のバスバモジュール。
前記架橋部材は、前記回路基板を当該回路基板の縁部に沿って支持する枠状の支持部を有し、
前記熱遮蔽板は、前記支持部を介して前記回路基板を枠状に押し付けた状態で保持するように形成する請求項１又は２に記載のバスバモジュール。
前記熱遮蔽板は、金属製の板である請求項１乃至３のいずれかに記載のバスバモジュール。