JP5780788B2 - バスバ、バスバモジュール、電源装置 - Google Patents

Description

本発明は、ハイブリッド自動車や電気自動車などに用いられる電源装置の複数の電池を直列に接続するバスバ、及び当該バスバを備えたバスバモジュール、及び当該バスバモジュールを備えた電源装置に関する。

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は、前記電動モータの駆動源としての電源装置が搭載されている。

電源装置は、一端に正の電極と他端に負の電極とが設けられた複数の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前記複数の電池は直列に接続されている。これら複数の電池は、正の電極と負の電極とが互いに隣り合う状態で、一方向に沿って並べられている。

前述した電源装置は、電池集合体の互いに隣り合う各電池の正の電極と負の電極とを接続部材によって接続して、前記電池集合体の複数の電池を直列に接続するバスバモジュールを備えている（例えば、特許文献１参照。）。前述した特許文献１に記載のバスバモジュールは、絶縁性の合成樹脂で構成された絶縁体枠と、互いに隣り合う電池の電力同士を接続するバスバと、前記バスバの電力を電動モータ等に供給する電線と、を備えている。

バスバは、前記電池集合体上に重ねられた前記絶縁体枠内に取り付けられ、互いに隣り合う電池の電極同士を電気的に接続するバスバ孔と、前記電線に電気的に接続される電線接続部と、を備えている。電線は、前記絶縁体枠の長手方向に沿って当該絶縁体枠内に配索され、前記バスバと１対１で対応して設けられている。

特開２０１０−１７０８８４号公報

しかしながら、前記した特許文献１に示された電源装置は、バスバの電線接続部に電気的に接続された電線が、隣り合う電池の電極同士を電気的に接続する複数のバスバ孔同士を結ぶ線上に対して直交する方向に接続されているため、絶縁体枠の長手方向に沿って配索された前記電線を略９０度屈曲させるスペースが必要であった。このため、絶縁体枠の幅方向にバスバモジュールが大型化するという問題があった。

本発明は、かかる問題を解決することを目的としている。即ち、本発明は、配索された電線を屈曲させずに電気的に接続するバスバ、および、当該バスバを備え前記電線が配索される絶縁体枠が小型化されたバスバモジュール、および、当該バスバモジュールを備えた電源装置を提供することを目的とする。

前記課題を解決し目的を達成するために、請求項１に記載された発明は、複数の電池が一方向に重ねられて構成された電池集合体の互いに隣り合う一つの電池の正の電極に接続されるバスバ孔及び他の電池の負の電極に接続されるバスバ孔が設けられた矩形の金属板と、前記金属板の縁部に連なり、導電性の芯線と当該芯線を被覆する絶縁性の被覆部とを備えた電線と接続される電線接続部と、を一体に備え、かつ、前記電線接続部には、前記電線が圧接される圧接刃が設けられ、前記圧接刃が、前記電線が圧入されるスリットを有するとともに、当該スリットの貫通方向が前記一方向となるように形成され、前記電線接続部の位置が、２つの前記バスバ孔間の外側で前記金属板の長辺側にあることを特徴とするバスバである。

複数の電池が一方向に重ねられて構成された電池集合体の互いに隣り合う一つの電池の正の電極に接続されるバスバ孔と、他の電池の負の電極に接続されるバスバ孔と、導電性の芯線と当該芯線を被覆する絶縁性の被覆部とを備えた電線と接続される電線接続部と、を備え、かつ、前記電線接続部には、前記バスバの縁から立設され前記一方向に対して平行方向に並設され前記電線が当該一方向に対して平行方向に接続される一対の圧接刃が設けられていることを特徴とするバスバである。前記電線接続部が、前記バスバの長手方向の一端側に設けられていてもよい。

請求項２に記載された発明は、複数の電池が一方向に重ねられて構成された電池集合体の互いに隣り合う一つの電池の正の電極と当該電池集合体の当該互いに隣り合う他の電池の負の電極とに直列に接続される複数のバスバと、前記一方向に対して平行方向に設けられ前記複数のバスバに接続される複数本の電線と、を備えたバスバモジュールにおいて、前記バスバとして、請求項１に記載のバスバを備えていることを特徴とするバスバモジュールである。
請求項３に記載された発明は、請求項２に記載された発明において、前記複数のバスバのそれぞれの前記電線接続部が、前記金属板から前記一方向と交差する同一の他方向に突出して設けられ、前記複数のバスバのそれぞれにおける前記金属板から前記圧接刃までの距離が、前記電線の布線ラインに対応して異なる長さに設定されていることを特徴とするものである。
請求項４に記載された発明は、請求項３に記載された発明において、前記複数のバスバが、前記一方向に並べて配置され、前記複数のバスバのそれぞれにおける前記金属板から前記圧接刃までの距離が、前記一方向の一端側から他端側に向かうにしたがって順次短くなるように設定されていることを特徴とするものである。

請求項５に記載された発明は、複数の電池が一方向に重ねられて構成された電池集合体と、前記電池集合体に取り付けられ当該電池集合体の複数の電池を直列に接続するバスバモジュールと、を備えた電源装置において、前記バスバモジュールとして、請求項２〜４のいずれか一項に記載のバスバモジュールを備えていることを特徴とする電源装置である。

バスバは、複数の電池が一方向に重ねられた方向に対して平行方向に一対の圧接刃が設けられているため、前記一方向に対して平行に配索される電線を略９０度屈曲させることなく、平行を保った状態で電線とバスバとが接続できる。

また、バスバは、電線接続部がバスバの長手方向の一端側に設けられているため、前記バスバが隣り合う電池の電極間で変形した場合であっても、その変形が電線接続部には及ばないため、当該電線接続部と電線との接続を確実に安定して維持できる。

また、バスバモジュールは、従来のように電線を略９０度屈曲させるスペースを設けなくて良いため、バスバモジュールを小型化することができる。

また、バスバモジュールは、バスバの電線接続部の変形が防止されるため、電線と前記電線接続部との電気的な接続を確実に安定して維持することができる。

また、電源装置は、前述したバスバモジュールを備えているため、バスバモジュールが小型化される上に、バスバと電線とを確実に安定して接続することができる。

本発明の第一の実施形態にかかる電源装置の分解斜視図である。 図１に示す電源装置のバスバモジュールの平面図である。 図２に示すバスバモジュールのバスバの斜視図である。 図３に示すバスバの構成を示す分解斜視図である。 自動布線機の一例を示す側面図である。 図５に示す自動布線機の部分拡大斜視図である。 図３に示すバスバが隣接する電池の電極に固定された状態を示す図である。 本発明の第二の実施形態にかかる電源装置のバスバを示す斜視図である。 図８に示すバスバが隣接する電池の電極に固定された状態を示す図である。

以下、本発明の実施形態について、図１〜図９を参照して説明する。

本発明の第一の実施形態にかかる電源装置１は、図１に示すように、電池集合体２と、前記電池集合体２の上面に取り付けられるバスバモジュール３と、を備えている。電池集合体２は、複数の電池５と、これらの複数の電池５を一方向Ｘに互いに重ねて固定する固定部材６と、を備えている。

複数の電池５は、図１に示すように、それぞれ、長方体状に形成された電池本体と、正の電極（以下、正極と記す）８と、負の電極（以下、負極と記す）９と、を備えている。正極８は、電池本体の上面の一端に設けられている。負極９は、電池本体の上面の他端に設けられている。正極８と負極９とは、導電性の金属で構成され、かつ、ナット８１が螺合される円柱状に形成されている。正極８と負極９とは、電池本体の上面に互いに間隔を空けて平行に設けられている。

複数の電池５は、図１に示すように、前記正極８と負極９とが設けられた上面が互いに略同一平面上に位置する状態で、互いに隣り合う電池５同士の前記正極８と前記負極９とが互いに隣り合うように、一方向Ｘに沿って並べられている。即ち、複数の電池５は、正極８と負極９とが交互に逆向きとなる状態で重ねられている。なお、以下、本明細書では、前述した方向Ｘは複数の電池５同士が重ねられた方向と記し、前記上面に平行で且つ重ねられた方向Ｘに対して直交する方向を幅方向Ｚと記し、前記重ねられた方向Ｘと幅方向Ｚとの双方に対して直交する方向を高さ方向Ｙと記す。なお、本実施形態では、電池５は、２８個設けられている。

固定部材６は、図１に示すように、一対のエンドプレート１２と、拘束バンド１１と、を備えている。一対のエンドプレート１２は、それぞれ、絶縁性の材料からなり且つ長方体状に形成されている。一対のエンドプレート１２は、互いの間に前述した複数の電池５を挟む格好で、電池集合体２の複数の電池５同士の重ねられた方向Ｘの両端部のそれぞれに配されている。

拘束バンド１１は、図１に示すように、絶縁性の材料からなり且つ帯板状に形成されている。拘束バンド１１は、複数（図示例では２つ）設けられており、電池集合体２の複数の電池５の上面に配されている。複数の拘束バンド１１は、複数の電池５同士の重ねられた方向Ｘと平行に配されると共に、複数の電池５同士の重ねられた方向Ｘと直交する方向に互いに間隔を空けて設けられている。

前述した構成の固定部材６は、図１に示すように、一対のエンドプレート１２の間に前述した複数の電池５を挟み、複数の拘束バンド１１の各々の長手方向の両端部がそれぞれナット等で各エンドプレート１２と固定され、複数の電池５を束ねて一体化して保持する。

バスバモジュール３は、図１に示すように、絶縁体枠としてのバスバプレート２０と、前記バスバプレート２０に収容される複数のバスバ３０と、前記バスバプレート２０に収容され前記複数のバスバ３０の各々に接続される電線５１と、を備えている。

バスバプレート２０は、絶縁性の合成樹脂で構成されている。バスバプレート２０は、図１に示すように、前述した重ねられた方向Ｘに沿って直線状に延在しており、電池集合体２の上面に設けられている。バスバプレート２０は、図１および図２に示すように、バスバ収容部２１と、電線収容部２２と、電線接続部収容部２３と、を備えている。

バスバ収容部２１は、図１に示すように、前記重ねられた方向Ｘに沿って並べられ且つ枠状に形成されている。バスバ収容部２１は、前記バスバ３０が嵌め込まれる形状に形成されている。バスバ収容部２１は、前記重ねられた方向Ｘに沿って並べられるバスバ３０と同数の２８個設けられているバスバ収容部２１は、その内側の平面形状が、バスバ３０の平面形状と略等しい矩形状に形成されている。バスバ収容部２１は、それぞれ、バスバ３０を一つ収容する。バスバ収容部２１には、それぞれ、バスバ３０の電線接続部３５を収容する電線接続部収容部２３が連設されている。

電線収容部２２は、図１に示すように、前記電池集合体２の幅方向の両端側で且つ前記バスバ収容部に沿って前記重ねられた方向Ｘに沿って直線状に設けられている。電線収容部２２は、図２に示すように、前記各々のバスバ収容部２１に連設され前記各々のバスバ３０に接続された複数本の電線５１が挿通される樋形状に形成されている。

電線接続部収容部２３は、図２に示すように、前記各々のバスバ収容部２１と前記電線収容部２２とに連設して設けられている。電線接続部収容部２３は、前記バスバ３０の電線接続部３５が収容される幅にスリット状に形成されている。

電線５１は、導電性の芯線と、絶縁性の被覆部とを備え、断面円形状に形成された所謂被覆電線とされている。芯線は、複数本の導線が撚られて形成されている。導線は、銅や銅合金等の導電性の金属からなる。被覆部は、ポリ塩化ビニル樹脂やポリエチレン樹脂などからなり、前記芯線の外周面に設けられ当該芯線を被覆している。このため、電線の外表面は、前記被覆部の外表面となっている。なお、芯線は、一本の導線から構成されても良い。複数の電線５１は、図示しない電圧検出回路に接続されている。電線５１は、前記自動車のモータに接続されて、当該モータに走行用の電力を供給する。

バスバ３０は、図３に示すように、前記電線５１が接続される電線接続部３５が設けられ略矩形の薄板状に形成された第一金属板３１と、前記第一金属板３１に積層され略矩形の薄板状に形成された第二金属板３２と、を備えている。バスバ３０は、導電性の金属にプレス加工が施されるなどして得られるものであり、本実施形態では、全部で２８個設けられている。バスバ３０は、図１に示すように、前記電池集合体２の上面の幅方向Ｚの両端側に１４個ずつ前記重ねられた方向Ｘに沿って直線状に並べられている。

第一金属板３１には、図４に示すように、前記第一金属板３１の長手方向に間隔を空けて開孔され一方が前記正極８に取り付けられ他方が前記負極９に取り付けられる二つのバスバ孔３４と、前記電線５１が接続される電線接続部３５と、が設けられている。バスバ孔３４は、ナット８１が螺合され円柱状に形成された前記正極８と前記負極９とが挿通される大きさの円形とされている。

電線接続部３５は、図４に示すように、前記第一金属板３１の前記電池集合体２の前記幅方向Ｚの外側よりの縁で且つ当該外側よりの縁の長手方向の中央部から、前記幅方向Ｚに平行に延設されている。電線接続部３５は、図４に示すように、前記第一金属板３１から延設された延長片３６と、前記延長片３６の先端部の両縁からＹ方向に立設され前記電線５１に圧接する一対の圧接刃３７と、を備えている。

電線接続部３５は、図２に示すように、電線収容部２２に配索される電線５１の布線ラインに応じて、幅方向Ｚに延長量が増加あるいは減少して形成されている。なお、延長量を一定とし、電線５１の布線ラインに対応した位置に圧接刃３７を設けるようにしても良い。

一対の圧接刃３７は、図４に示すように、Ｙ字形状に形成され、先端部が前記電線５１の被覆を切り裂く尖鋭部と、前記電線５１の被覆を突き破って芯線に電気的に接続するスリット３９と、を備えている。一対の圧接刃３７は、前記バスバ孔３４同士を結ぶ線上に平行する方向に並設されていると共に、圧接刃３７の厚さ方向が前記線上に平行する方向に形成されている。このため、一対の圧接刃３７は、前記重ねられた方向Ｘに対して平行に電線５１が圧入されて圧接接続される。

第二金属板３２には、図４に示すように、前記第二金属板３２の長手方向に間隔を空けて開孔され一方が前記正極８に取り付けられ他方が前記負極９に取り付けられる二つのバスバ孔４１が設けられている。バスバ孔４１は、前記第二金属板３２と前記第一金属板３１とが積層された際に、当該第一金属板３１に設けられたバスバ孔３４に連通すると共に、前記正極８と前記負極９とに取り付けられる位置に設けられている。バスバ孔４１は、前記第一金属板３１のバスバ孔３４よりも大径に形成されている。

以下、前述した構成の電源装置１の組立方法について説明する。まず、予め、バスバモジュール３のバスバプレート２０、バスバ３０、電線５１などを別々に製造しておき、各バスバプレート２０のバスバ収容部２１内に各バスバ３０を嵌め込む。このとき、バスバ３０の電線接続部３５を電線接続部収容部２３内に収容させる。なお、前記各バスバ３０は、バスバプレート２０にインサート成形することによって各バスバ収容部２１内に配置しても良い。

次いで、例えば、図５に示す自動布線機６１を用いて、電線５１の端部を前記電線接続部３５に接続すると共に、電線５１を前記電線収容部２２内に配索する。なお、作業員の手作業によって電線５１の端部を前記電線接続部３５に接続し、前記電線５１を前記電線収容部２２内に配索しても良い。

自動布線機６１は、固定フレーム６２と、前記固定フレーム６２上に設けられ前後方向（重ねられた方向Ｘ）と左右方向（幅方向Ｚ）とに移動する可動ステージ６３と、前記可動ステージ６３上に設けられ前記バスバプレート２０が載置される布線板と、前記固定フレーム６２の上方に設けられた上部フレーム６４と、前記上部フレーム６４の下面に設けられた布線ヘッド６５と、を備えている。自動布線機６１は、前記可動ステージ６３や布線ヘッド６５等が図示しないマイクロコンピュータによって制御されている。

布線ヘッド６５は、図５に示すように、前記上部フレーム６４に設けられ電線５１を引き込む電線引込管６８と、前記布線ヘッド６５のハウジング６６の下端に設けられ前記電線５１を供給する電線供給管６９と、前記ハウジング６６の側面に設けられ前記電線５１をバスバ３０の電線接続部３５に圧入させる圧接クリンパ６７と、が設けられている。

圧接クリンパ６７は、図５および図６に示すように、昇降可能に形成され、電線５１を圧入する逆Ｖ字形状の一対の圧接クリンパ６７が２つ前記重ねられた方向Ｘに平行に設けられている。

上述のように構成された自動布線機６１の可動ステージ６３上に設けられた布線板に、前記バスバ３０がバスバ収容部２２に収容されたバスバプレート２０を載置して固定する。次いで、布線ヘッド６５の圧接クリンパ６７をバスバプレート２０の電線収容部２２の前記重ねられた方向Ｘの一端に合わせ、前記電線供給管６９から供給された電線５１を前記一端から前記電線収容部２２内に沿って導入させる。

次いで、可動ステージ６３を、前記重ねられた方向Ｘの前記電線収容部２２の他端側に向かって、バスバ３０の電線接続部３５の位置にまで移動させる。次いで、圧接クリンパ６７を下降させ、前記電線接続部３５の圧接刃３７上に配索された電線５１を当該圧接刃３７に圧入する。このとき、電線５１の被覆部が引き裂かれ、芯線が圧接刃３７の切込部に圧接接続する。次いで、他のバスバ３０の電線接続部３５についても同様の操作を繰り返して、電線５１を連続して圧入する。

こうして組み立てられたバスバプレート２０を、電池集合体２の上面の幅方向Ｚの両端部に重ねると共に、バスバ３０のバスバ孔３４，４１内に互いに隣り合う電池５の一方の電池５の正極８と他方の電池の負極９とを挿通し、図７に示すように、前記正極８と前記負極９にナット８１をねじ込む。こうして、各バスバ３０を電池集合体２に固定することで、バスバモジュール３を電池集合体２に取り付ける。

前述のように、バスバ３０および電線５１が取り付けられたバスバプレート２０、即ちバスバモジュール３の全体が電池集合体２に重ねられて当該電池集合体２に取り付けられることで、電源装置１が組み立てられる。

本実施形態によれば、バスバ３０の電線接続部３５には、正極８に接続されるバスバ孔３４，４１と負極９に接続されるバスバ孔３４，４１とを結ぶ線上に対して平行（重ねられた方向Ｘ）に電線５１が圧入され当該電線５１の被覆部が突き破られて前記芯線に圧接される圧接刃３７が設けられているため、電線５１を略９０度屈曲させるスペースを電線収容部２２に設けなくて良い。このため、バスバモジュール３を小型化することができる。このため、小型化された電源装置１を提供することができる。

（第二の実施形態）
次に、本発明にかかる電源装置１の第二の実施形態について、図８および図９を参照して説明する。なお、前述した実施形態と同一部分には、同一の符号を付して説明を省略する。

電源装置１のバスバモジュール３に収容されたバスバ３０Ａは、図８に示すように、電線接続部３５Ａが設けられた第一金属板３１Ａと、第二金属板３２とが積層されて形成されている。

電線接続部３５Ａは、前記第一金属板３１Ａの前記電池集合体２の前記幅方向Ｚの外側よりの縁で且つ当該外側よりの縁の長手方向の一端側から、前記幅方向Ｚに平行に延設されている。

電線接続部３５Ａは、図８に示すように、前記第一金属板３１Ａから延設された延長片３６と、前記延長片３６の先端部の両縁からＹ方向に立設され前記電線５１に圧接する一対の圧接刃３７と、前記圧接刃３７によって被覆部が切り裂かれた電線５１の芯線を圧接接続するスリット３９と、を備えている。

本実施形態によれば、バスバ３０Ａの長手方向の一端側に電線接続部３５Ａが設けられているため、図９に示すように、隣り合う電池５同士の高さ方向Ｙの公差ｈによってバスバ３０Ａが変形した場合であっても、当該変形の影響を前記電線接続部３５Ａが受けないため、当該電線接続部３５と電線５１との接続信頼性が向上する。このため、バスバ３０と電線５１との接続が確実となり安定した接続状態を得られる電源装置１を提供することができる。

なお、前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 電源装置
２ 電池集合体
３ バスバモジュール
５ 電池
８ 正極（正の電極）
９ 負極（負の電極）
２０ 絶縁体枠
３０ バスバ
３４，４１ バスバ孔
３５ 電線接続部
３７ 圧接刃
Ｘ 一方向
ｈ 公差

Claims (5)

1. 複数の電池が一方向に重ねられて構成された電池集合体の互いに隣り合う一つの電池の正の電極に接続されるバスバ孔及び他の電池の負の電極に接続されるバスバ孔が設けられた矩形の金属板と、前記金属板の縁部に連なり、導電性の芯線と当該芯線を被覆する絶縁性の被覆部とを備えた電線と接続される電線接続部と、を一体に備え、かつ、
   前記電線接続部には、前記電線が圧接される圧接刃が設けられ、
   前記圧接刃が、前記電線が圧入されるスリットを有するとともに、当該スリットの貫通方向が前記一方向となるように形成され、
   前記電線接続部の位置が、２つの前記バスバ孔間の外側で前記金属板の長辺側にあることを特徴とするバスバ。
2. 複数の電池が一方向に重ねられて構成された電池集合体の互いに隣り合う一つの電池の正の電極と当該電池集合体の当該互いに隣り合う他の電池の負の電極とに直列に接続される複数のバスバと、
   前記一方向に対して平行方向に設けられ前記複数のバスバに接続される複数本の電線と、を備えたバスバモジュールにおいて、
   前記バスバとして、請求項１に記載のバスバを備えていることを特徴とするバスバモジュール。
3. 前記複数のバスバのそれぞれの前記電線接続部が、前記金属板から前記一方向と交差する同一の他方向に突出して設けられ、
   前記複数のバスバのそれぞれにおける前記金属板から前記圧接刃までの距離が、前記電線の布線ラインに対応して異なる長さに設定されていることを特徴とする請求項２に記載のバスバモジュール。
4. 前記複数のバスバが、前記一方向に並べて配置され、
   前記複数のバスバのそれぞれにおける前記金属板から前記圧接刃までの距離が、前記一方向の一端側から他端側に向かうにしたがって順次短くなるように設定されていることを特徴とする請求項３に記載のバスバモジュール。
5. 複数の電池が一方向に重ねられて構成された電池集合体と、前記電池集合体に取り付けられ当該電池集合体の複数の電池を直列に接続するバスバモジュールと、を備えた電源装置において、
   前記バスバモジュールとして、請求項２〜４のいずれか一項に記載のバスバモジュールを備えていることを特徴とする電源装置。

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