JP2010225449A - 接続ユニット - Google Patents

Abstract

【課題】精度の高い電圧測定が可能な単電池の接続ユニットを提供する。
【解決手段】接続ユニット２０は、正極及び負極の電極端子１３Ａ，１３Ｂを有する複数個の単電池１１が横並びに配置された電池モジュール１０における隣り合う単電池１１の電極端子１３Ａ，１３Ｂ間を電気的に接続する複数の接続部材２１と、単電池１１の電圧を測定するための電圧検知線４０と、を備え、各接続部材２１は、電圧検知線４０を保持可能な保持部２３を有し、この保持部２３に電圧検知線４０が溶接される。
【選択図】図１

Description

本発明は、接続ユニットに関する。

電気自動車やハイブリッド車用の電池モジュールは、正極及び負極の電極端子を有する複数の単電池が横並びに配置されている。そして、隣り合う単電池の電極端子間をバスバーで接続することにより複数の単電池が直列や並列に接続されるようになっている。
ここで、複数の単電池を直列や並列に接続する場合、単電池間において電池電圧などの電池特性が不均一であると、電池の劣化を招くという問題がある。

そこで、車両用の電池モジュールにおいては、各単電池間の電圧に異常が生じる前に充電、放電を中止するため、各バスバーには、単電池の電圧を検知するための電圧検知線が端子金具を介して取り付けられている（特許文献１参照）。

特開２０００−３３３３４３号公報

ところで、電池モジュールの高い品質を維持するためには、電圧検知線を介して行われる単電池の電圧測定に高い精度が要求される。しかし、電圧検知線は、端子金具を介してバスバーに取り付けられるために端子金具の部分で生じる電圧降下や、端子金具とバスバーとの間の接触部分に生じる電圧降下により高い精度で電圧を検知できないという問題が懸念されていた。

本発明は上記のような事情に基づいて完成されたものであって、精度の高い電圧測定が可能な単電池の接続ユニットを提供することを目的とする。

本発明に係る接続ユニットは、正極及び負極の電極端子を有する複数個の単電池が横並びに配置された電池モジュールにおける隣り合う前記単電池の電極端子間を電気的に接続する複数の接続部材と、前記単電池の電圧を測定するための電圧検知線と、を備え、前記接続部材は、前記電圧検知線を保持可能な保持部を有し、この保持部に前記電圧検知線が溶接されるところに特徴を有する（手段１）。
手段１の構成によれば、電圧検知線が保持部に溶接されることで、接続部材と電圧検知線との間の電気抵抗を低下させることができ、精度の高い電圧測定を行うことができる。また、電圧検知線を保持部に保持可能とすることで、溶接作業が容易になる。さらに、接続部材と電圧検知線との間に端子金具が必要なくなるから、部品点数を減らして接続ユニットの軽量化を図ることができる。

手段１の構成に加えて、前記保持部は、前記電圧検知線を挟持することにより保持するようにしてもよい（手段２）。
手段２の構成のようにすれば、電圧検知線を確実に保持部に保持することができる。

手段１又は手段２の構成に加えて、前記各接続部材ごとに、前記単電池と前記接続部材との間に挟まれる基部を備え、前記基部には、隣接する基部と連結可能な連結部が設けられているようにしてもよい（手段３）。
手段３の構成によれば、隣り合う基部と基部との間を位置決めすることができる。

手段１ないし手段３のいずれかの構成に加えて、前記基部は、前記接続部材を超えて前記保持部側に延出される延出部を有し、この延出部には前記電圧検知線が配される溝部が形成されているようにしてもよい（手段４）。
手段４の構成によれば、溝部に電圧検知線を配することで、電圧検知線の配索が容易になる。

手段４の構成に加えて、前記溝部を覆うカバーが一端側を軸に開閉可能に構成されているようにしてもよい（手段５）。
手段５の構成によれば、カバーにより電圧検知線を保護することができる。また、電圧検知線の配索の際にはカバーを開放すればよいから、電圧検知線の配索が容易になる。

本発明によれば、精度の高い電圧測定が可能な単電池の接続ユニットを提供することができる。

実施形態１に係る接続ユニットが取り付けられた電池モジュールを表す斜視図 電池モジュールに単位ユニットが取り付けられた状態を表す斜視図 単位ユニットを分解した状態を表す斜視図 接続部材を表す斜視図 同側面図 同前面図 カバーの係止爪部が支持壁に係止された状態を拡大して表す図 基部を連結した状態を表すの図 電圧検知線を保持部に溶接した状態を表すの図 図９のカバーを閉じた状態を表す図 接続ユニットの端子挿通孔に電極端子を通した状態を表す図 図１１のナット締めを行って接続ユニットが電池モジュールに取り付けられた状態を表す図 実施形態２に係る接続部材を表す斜視図

＜実施形態１＞
以下、本発明の実施形態１を図１〜図１２を参照しつつ説明する。
本実施形態の電池モジュール１０は、図１に示すように、横並びに配置された複数の単電池１１と、複数の単電池１１を（直列に）接続する接続ユニット２０と、を備え、例えば、電気自動車またはハイブリッド自動車等の駆動源として使用されるものである。以下では、左右方向については図１２を基準とし、図１２の上方を前方、下方を後方として説明する。

図１に示すように、単電池１１は、内部に図示しない発電要素が収容された本体部１２と、本体部１２の上下方向の一方の端部と他方の端部にそれぞれ設けられる電極端子１３Ａ，１３Ｂ（正極を１３Ａ，負極を１３Ｂとして図示）と、を有する。各電極端子１３Ａ，１３Ｂは、ボルト状の端子が本体部１２の端面から垂直に突出している。各単電池１１の正負の向きは、互いに隣り合う単電池１１が逆向きになっており、これにより、互いに異極の電極端子１３Ａ，１３Ｂが隣り合うように構成されている。これら複数の単電池１１は図示しない保持板によって固定されている。なお、電極端子１３Ａ，１３Ｂは接続ユニット２０を挟んでナット１４で締付けられる。

接続ユニット２０は、単位ユニット２０Ａが複数連結されて構成されており（図２参照）、各単位ユニット２０Ａは、隣り合う電極端子１３Ａ，１３Ｂを（電気的に）接続する接続部材２１と、単電池１１と接続部材２１との間に配される基部３０と、単電池１１の電圧を測定するための電圧検知線４０と、を備えている。

接続部材２１は、銅、銅合金、アルミ、アルミ合金、ステンレス鋼（ＳＵＳ）等の金属からなり、図４に示すように、概ね長方形状の金属板材からなる導電接続部２２と、電圧検知線４０が保持される保持部２３と、が一体に形成（成形）されている。
導電接続部２２は、幅方向に長い長方形状であって、幅方向の両側は角部が取れて丸みを帯びた曲面となっている。導電接続部２２の幅方向の端部（各曲面の前後方向の中間部）には、直線状の位置決め端部２６が設けられている。
また、導電接続部２２には、電極端子１３Ａ，１３Ｂが挿通される端子挿通孔２４，２４が左右一対形成されている。

保持部２３は、導電接続部２２の前端部（前縁部）における幅方向の中間部に設けられており、電圧検知線４０を挟持可能な一対の挟持片２５，２５からなる。

一対の挟持片２５，２５は、共に、その基端部から上方側に向けて円弧状に湾曲した形状となっている。この一対の挟持片２５，２５の間には、挟持片２５の基端部から先端に至るまで一定の寸法の隙間が形成されており、その寸法は、電圧検知線４０の芯線４１の直径よりもわずかに狭くなっている。具体的には、挟持片２５，２５の間の寸法を、例えば、電圧検知線４０の直径の９０％（又は９０％以下）の寸法とすることができる。これにより一対の挟持片２５，２５の間に電圧検知線４０の芯線４１が通されると、電圧検知線４０の芯線４１が一対の挟持片２５，２５の間に所定の接触圧で挟持された状態に保持され、この後、後述する溶接が行われて固定される。

接続部材２１の成形方法は、金属板材に打ち抜き加工を施した後に、保持部２３の部分に曲げ加工を施すことにより成形することができる。この接続部材２１には溶接性を向上させるために、メッキ処理（Ｓｎ，Ｎｉ，Ａｇ，Ａｕ）を行っても良い。

なお、接続部材２１の厚みについては、電気自動車等において比較的大きな電流を通すため、ある程度の厚みが必要であり、この厚みであるために一般に用いられている周知のメス型の端子金具のように箱型等の形状に成形することは困難であるが、上記した保持部２３の形状であれば比較的容易に成形することができる。

基部３０は、図３に示すように、合成樹脂製で厚みの薄い部材であって、その上面は概ね正方形状をなす。そして、この基部３０の略後半分が接続部材２１が収容される接続部材収容部３１とされ、略前半分が接続部材２１を超えて保持部２３側に延出される延出部３４とされている。

接続部材収容部３１は、基部３０の上面のうち、接続部材２１が入る大きさ（四隅の隙間を残して位置決め端部２６が壁部３３に当接するように入る大きさ）の壁部３３で囲まれた長方形状をなす部分であり、この接続部材収容部３１には、一対の端子挿通孔３２，３２が形成されている。なお、延出部３４側の壁部３３は、幅方向の中間部が所定の間隔を空けるように分断されており、この部分に接続部材２１の保持部２３が位置するようになっている。

延出部３４は、そのほぼ全体に幅方向に延びる溝部３５が形成されている。具体的には、溝部３５は、前後方向については、保持部２３に近接する位置から溝部３５が形成されており（図１２参照）、幅方向には、基部３０の全幅に亘って形成されている。これにより、単位ユニット２０Ａが連結された場合には、隣り合う単位ユニット２０Ａの溝部３５同士が連なり、溝部３５内に電池ＥＣＵ等に延びる電圧検知線４０を収容することができる。

延出部３４の前端部は、図３に示すように、垂直に起立する前壁３６とされている。前壁３６は、接続部材収容部３１の壁部３３よりもわずかに高い。この前壁３６のうち、幅方向の一方の側（電圧検知線４０が導かれる側）には、溝部３５を覆うカバー３７が取り付けられている。カバー３７は、コ字状であって、前壁３６に連なる前端側がヒンジ３７Ａにより前壁３６と回動可能に接続され、後端側が先細のテーパ面３７Ｃを有する係止爪部３７Ｂとなっている（図７参照）。

接続部材収容部３１の前端側における左右一方の壁部３３の手前には、カバー３７を支持する支持壁３８が形成されている。この支持壁３８には、係止爪部３７Ｂに係止する長方形状の係止孔３８Ａが形成されている。カバー３７を閉じる際には、カバー３７のテーパ面３７Ｃと支持壁３８との当接により支持壁３８（又は係止爪部３７Ｂ）が撓み変形して係止爪部３７Ｂが係止孔３８Ａの孔縁に係止される。

図３に示すように、基部３０の左右の両端部における壁部３３には、隣接する基部３０と連結可能とするために、連結凸部３９Ａ及び連結凹部３９Ｂ（連結凸部３９Ａ及び連結凹部３９Ｂが本発明の「連結部」の一例）が設けられている。具体的には、基部３０の左側の端部からは扁平な板状の連結凸部３９Ａが突出しており、基部３０の右側の端部からは連結凹部３９Ｂが窪み形成されている。単位ユニット２０Ａの連結凸部３９Ａが隣り合う単位ユニット２０Ａの連結凹部３９Ｂに挿入されると連結凸部３９Ａと連結凹部３９Ｂとの間に生じる摩擦力により容易に離間しないように係止される。

電圧検知線４０は、芯線４１（導体）が絶縁層４２で覆われた被覆電線であり、その端末では、絶縁層４２が剥ぎ取られて芯線４１が露出している。芯線４１としては、単芯線や撚り線等を用いることが可能である。そして、露出した芯線４１の先端部が一対の挟持片２５，２５の間に挿されて挟持される。

この電圧検知線４０は、図示しない電池ＥＣＵに接続されている。この電池ＥＣＵは、マイクロコンピュータ、素子等が搭載されたものであって、単電池１１の電圧・電流・温度等の検知、各単電池１１の充放電コントロール等を行うための機能を備えた周知の構成のものである。

ここで、芯線４１と、芯線４１を挟持（保持）する一対の挟持片２５，２５との間は、図示しないレーザー溶接機を用いてレーザー溶接される。なお、他の公知の溶接法を用いることも可能である。例えば、一対の挟持片２５，２５の両側（外側）から治具等で挟み込み、抵抗溶接、超音波溶接、Ｔｉｇ溶接などを施しても良い。

なお、電池モジュール１０は、単電池１１を直列に接続してなるものであるため、図１に示すように、電池モジュール１０の下面側には、隣り合う異極の電極端子１３Ａ，１３Ｂを接続する接続部材２９（電圧検知線４０を有さないもの）が取り付けられているが、これと異なる構成として、上記した電圧検知線４０が溶接された接続ユニット（単位ユニット２０Ａが２個からなるもの）を取り付けて、電池モジュール１０の下面側の単電池１１間（電極端子１３Ａ，１３Ｂ間）についても電圧測定ができるようにしてもよい。

次に、接続ユニット２０の組立及び取り付け方法について説明する。
本実施形態では、６個の単電池１１を直列接続する場合について説明する。
６個の単電池１１の一方の面（図１の上面側）には、３個の単位ユニット２０Ａが取り付けられるため、３個の単位ユニット２０Ａを構成する３個の接続部材２１と、３個の基部３０とを用意する。

そして、図８に示すように、３個の基部３０をそれぞれ隣り合う基部３０の連結凸部３９Ａを連結凹部３９Ｂに挿入して連結するとともに、全ての基部３０について接続部材収容部３１に接続部材２１を配置する。なお、このときカバー３７は開放されている。

次に、３本の電圧検知線４０の端末部の被覆を剥がし、芯線４１の先端部をそれぞれ露出させ、図９に示すように、３本の露出した芯線４１の先端部を接続部材２１の保持部２３である一対の挟持片２５，２５の間にそれぞれ挟持させていく。

次に、３箇所の保持部２３とそこに挟持された各芯線４１についてレーザー溶接機等によりそれぞれ溶接していく。
そして、図１０に示すように、３箇所のカバー３７を全て閉じると係止爪部３７Ｂが支持壁３８に係止されてカバー３７の開放が規制される。
これにより接続ユニット２０が完成する。

次に、図１１に示すように、横並びに配置された複数の単電池１１の全ての電極端子１３Ａ，１３Ｂを接続ユニット２０の全ての端子挿通孔２４，３２に挿通させる。

次に、図１２に示すように、端子挿通孔２４，３２から突き出た電極端子１３Ａ，１３Ｂにナット１４を螺合させて締付けていく。そして、全ての電極端子１３Ａ，１３Ｂにナット１４を締付けると、接続ユニット２０が取り付けられた電池モジュール１０が完成する。

上記実施形態の構成によれば、以下の効果を奏する。
電圧検知線４０が保持部２３に溶接されることで、接続部材２１と電圧検知線４０との間の電気抵抗を低下させることができ、精度の高い電圧測定を行うことができる。また、電圧検知線４０は、保持部２３に保持された状態で溶接されるから溶接作業が容易になる。さらに、接続部材２１と電圧検知線４０との間に端子金具が必要なくなるから、部品点数を減らして接続ユニット２０の軽量化を図ることができる。

また、保持部２３は、一対の挟持片２５，２５で電圧検知線４０を挟持するから、電圧検知線４０を確実に保持部２３に保持することができる。

さらに、基部３０には、隣接する基部３０と連結可能な連結部３９Ａ，３９Ｂが設けられているから、基部３０と隣り合う基部３０との間を位置決めすることができ、接続ユニット２０の取り付け作業を簡素化することができる。

また、基部３０の延出部３４には電圧検知線４０が配される溝部３５が形成されているから、溝部３５に電圧検知線４０を配することで、電圧検知線４０の配索が容易になる。

さらに、溝部３５を覆うカバー３７が一端側を軸に開閉可能に構成されているから、カバー３７により電圧検知線４０を保護することができる。また、電圧検知線４０の配索の際にはカバー３７を開放すればよいから、電圧検知線４０の配索が容易になる。

＜実施形態２＞
次に、本発明の実施形態２を図１３を参照して説明する。以下、実施形態１と同一の構成については同一の符号を付して説明を省略する。
実施形態１の接続部材２１は、保持部２３としての一対の挟持片２５，２５の間に電圧検知線４０が挟持される構成であったが、実施形態２の接続部材５６は、図１３に示すように、保持部２３としての一対の保持片５５，５５のうちの一方の保持片５５に電圧検知線５０が巻きつけられて溶接されるものである。

一対の保持片５５，５５は、実施形態１の一対の挟持片２５，２５と同一の構成が用いられている。一方、電圧検知線５０は、電圧検知線４０よりもわずかに細いものが用いられている。そのため、一方の保持片５５，５５に電圧検知線５０の芯線５１を巻きつける際に電圧検知線５０を容易に保持片５５，５５の間に通すことができる。
このように、電圧検知線４０を保持片５５に巻きつけることで、電圧検知線４０を保持できるだけでなく、電圧検知線４０と保持片５５との接触面積が増え、保持片５５と電圧検知線５０とが確実に溶着されるため、接続部分の電気抵抗を低下させることができ、精度の高い電圧測定を行うことができる。

なお、他の構成として、一対の保持片５５，５５の間の寸法を、実施形態１の芯線４１が挟持される寸法よりも広くした一対の保持片としたり、芯線５１を巻きつける一本の保持片のみで保持部を構成してもよいが、本実施形態のように、実施形態１の挟持片２５，２５と同一構成の保持片５５，５５とすれば、電圧検知線５０を一対の保持片５５，５５の間に挟持させる場合と、保持片５５に巻き付ける場合とで接続部材を共通化することができる。

＜他の実施形態＞
本発明は上記記述及び図面によって説明した実施形態に限定されるものではなく、例えば次のような実施形態も本発明の技術的範囲に含まれる。
（１）上記実施形態では、接続部材２１は、異極の電極端子１３Ａ，１３Ｂを接続（単電池１１を直列接続）するものとしたが、これに限られず、同極の電極端子を接続（単電池１１を並列接続）するものでもよい。例えば、上記実施形態の電池モジュール１０に更に別の単電池１１を並列接続し、この並列接続における同極の電極端子を接続部材２１で接続するようにしたものでもよい。

（２）電圧検知線４０としてエナメル線を用いてもよい。この場合、保持部２３への溶接は、絶縁層４２を剥離せず溶接するヒュージングを行ってもよい。

（３）上記実施形態では、単位ユニット２０Ａを連結してから、電池モジュール１０に取り付けることとしたが、各単位ユニット２０Ａを電極端子１３Ａ，１３Ｂに取り付ける作業を順番に繰り返し行うことで、接続ユニット２０が電池モジュール１０に取り付けられるようにしてもよい。

（４）接続ユニット２０として、基部３０を有さないものでもよい。例えば、複数の接続部材２１のそれぞれに電圧検知線４０が溶接されたものを直接電極端子３１Ａ，３１Ｂを通して電池モジュールに取り付けてもよい。

（５）接続ユニット２０は、電圧検知線４０が溶接されたものを電池モジュール１０に取り付けたが、各接続部材２１を順番に電池モジュール１０に取り付けてから、電圧検知線４０を溶接する構成でもよい。

（６）単電池１１の数（接続する個数）については、上記実施形態の個数（６個）に限られず、これにより、接続ユニットについても、単位ユニット２０Ａを２個又は４個以上備えて構成されるものでもよい。
（７）実施形態１のように電圧検知線５０を挟持する挟持片２５，２５を有するものに限らず、電圧検知線５０を所定の位置（所定の範囲）に保持可能な保持部を有するものであればよい。例えば、一対の保持片の間に電圧検知線５０が保持されて幅方向に所定の範囲で位置決めされることにより保持されるものでもよい。

１０…電池モジュール
１１…単電池
１３Ａ…正極端子（電極端子）
１３Ｂ…負極端子（電極端子）
２０…接続ユニット
２０Ａ…単位ユニット
２１，５６…接続部材
２２…導電接続部
２３…保持部
２５，２５…挟持片
３０…基部
３５…溝部
３７…カバー
３９Ａ…連結凸部
３９Ｂ…連結凹部
４０，５０…電圧検知線
４１，５１…芯線
５５，５５…保持片

Claims (5)

1. 正極及び負極の電極端子を有する複数個の単電池が横並びに配置された電池モジュールにおける隣り合う前記単電池の電極端子間を電気的に接続する複数の接続部材と、
   前記単電池の電圧を測定するための電圧検知線と、を備え、
   前記接続部材は、前記電圧検知線を保持可能な保持部を有し、この保持部に前記電圧検知線が溶接されることを特徴とする接続ユニット。
2. 前記保持部は、前記電圧検知線を挟持することにより保持することを特徴とする請求項１記載の接続ユニット。
3. 前記各接続部材ごとに、前記単電池と前記接続部材との間に挟まれる基部を備え、
   前記基部には、隣接する基部と連結可能な連結部が設けられていることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の接続ユニット。
4. 前記基部は、前記接続部材を超えて前記保持部側に延出される延出部を有し、この延出部には前記電圧検知線が配される溝部が形成されていることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか一項に記載の接続ユニット。
5. 前記溝部を覆うカバーが一端側を軸に開閉可能に構成されていることを特徴とする請求項４に記載の接続ユニット。

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