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JP2017157276A - 配線モジュール - Google Patents

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Abstract

【課題】過電流保護素子を備える配線モジュールを小型化する。
【解決手段】配線モジュール20は、正極及び負極の電極端子13A,13Bを有する複数の蓄電素子11の電極端子13A,13Bに接続される複数のバスバー21A,21Bと、蓄電素子11の状態を検知するためにバスバー21A,21Bに電気的に接続された複数の検知電線30と、複数のバスバー21A,21Bと複数の検知電線30との間に接続された複数の過電流保護素子26と、複数のバスバー21A,21B、複数の検知電線30及び複数の過電流保護素子26が配される絶縁プロテクタ40と、を備え、絶縁プロテクタ40は、バスバー21A,21Bが配されるバスバー配設部43と、バスバー配設部43とは異なる領域に延出され、過電流保護素子26が配される複数の延出部51A,51Bと、を備え、複数の延出部51A,51Bは、複数段に重ねられている。
【選択図】図2

Description

本明細書では、配線モジュールに関する技術を開示する。
従来、電気自動車やハイブリッド自動車等の車両には、複数の蓄電素子を並べて構成された蓄電モジュールが搭載されている。蓄電モジュールには、バスバーが収容された配線モジュールが装着されており、複数の蓄電素子の隣り合う電極端子間がバスバーで接続されることにより、複数の蓄電素子が直列や並列に接続されている。特許文献1の電池配線モジュールは、バスバーの上に電圧検知端子が重ねられており、電圧検知端子に接続された検知電線は、樹脂プロテクタの上に配索されて、外部のECUに接続されている。
特開2013−97962号公報
ところで、電圧検知端子に接続される検知電線に、過電流が流れることを規制する過電流保護素子を接続することが考えられる。この場合、過電流保護素子を樹脂プロテクタの平面上に配置すると、過電流保護素子のスペースを確保するために樹脂プロテクタの平面上の面積が大きくなり、配線モジュールの小型化の要請に反するという問題がある。
本明細書に開示された技術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、過電流保護素子を備える配線モジュールを小型化することを目的とする。
本明細書に記載された配線モジュールは、正極及び負極の電極端子を有する複数の蓄電素子の前記電極端子に接続される複数のバスバーと、前記蓄電素子の状態を検知するために前記バスバーに電気的に接続された複数の検知電線と、前記複数のバスバーと前記複数の検知電線との間に接続された複数の過電流保護素子と、前記複数のバスバー、前記複数の検知電線及び前記複数の過電流保護素子が配される絶縁プロテクタと、を備え、前記絶縁プロテクタは、前記バスバーが配されるバスバー配設部と、前記バスバー配設部とは異なる領域に延出され、前記過電流保護素子が配される複数の延出部と、を備え、前記複数の延出部は、複数段に重ねられている。
本構成によれば、複数の過電流保護素子は、複数段に重ねられた複数の延出部に配されるため、絶縁プロテクタの同一平面上に全ての過電流保護素子を配置する構成と比較して、同一平面上における絶縁プロテクタの面積を小さくすることが可能になる。これにより、例えば車両等において平面上のスペースが限られていても、余っている高さ方向(前記平面と直交する方向)のスペースを有効に活用して絶縁プロテクタを配置することが可能になる。このように絶縁プロテクタの配置される面積が小さくなることで、配線モジュールを小型化することが可能になる。
本明細書に記載された技術の実施態様としては以下の態様が好ましい。
前記過電流保護素子は、前記バスバーが前記電極端子間を接続する方向と直交する方向に対して傾斜した方向に接続されている。
このようにすれば、バスバーが電極端子間を接続する方向と直交する方向に過電流保護素子が接続されている構成と比較して、バスバーが電極端子間を接続する方向と直交する方向について、絶縁プロテクタの寸法を小さくすることができるため、配線モジュールを小型化することが可能になる。
前記バスバーは、前記電極端子間を電気的に接続する極間導通部と、前記過電流保護素子に接続される接続部とを備え、前記接続部は、前記電極端子間を接続する方向と直交する方向に対して傾斜した方向に延びている。
このようにすれば、バスバーと過電流保護素子との接続を容易に行うことができる。
前記絶縁プロテクタは、共に前記バスバー配設部及び前記延出部を備える第1ユニットと第2ユニットとを組み合わせて構成されている。
このようにすれば、第1ユニットと第2ユニットとを組み合わせて絶縁プロテクタを形成することで、絶縁プロテクタの製造を容易に行うことができる。
前記絶縁プロテクタは、異なる領域の複数の前記バスバー配設部を備え、前記延出部は、前記複数のバスバー配設部間の領域に配置されている。
本明細書に記載された技術によれば、過電流保護素子を備える配線モジュールを小型化することができる。
実施形態1の蓄電モジュールを示す斜視図 カバーを外した状態の配線モジュールを示す斜視図 カバーを外した状態の配線モジュールを示す平面図 図3のA−A断面図 図3のB−B断面図 配線モジュールを示す左側面図 第1バスバーを示す平面図 第2バスバーを示す平面図 第2バスバーを示す左側面図 第1ユニットを示す斜視図 第1ユニットを示す平面図 第1分割配線モジュールを示す平面図 第2ユニットを示す斜視図 第2ユニットを示す平面図 実施形態2の第1分割配線モジュール及び第2分割配線モジュールを示す斜視図 カバーを開放した状態の第2分割配線モジュールを示す平面図 カバーを開放した状態の第2分割配線モジュールを示す正面図 カバーを開放した状態の第2分割配線モジュールを示す左側面図
実施形態1を図1〜図14を参照して説明する。
本実施形態の配線モジュール20は、複数の蓄電素子11が並べられた蓄電素子群に装着されて蓄電モジュール10を構成する。蓄電モジュール10は、電気自動車やハイブリッド自動車等の車両に搭載されて、車両を駆動するための電源として使用される。配線モジュール20は、任意の向きで配置可能であるが、以下では、X方向を左方、Y方向を前方、Z方向を上方として説明する。
(蓄電モジュール10)
蓄電モジュール10は、図1に示すように、一列に並んだ複数(本実施形態では13個)の蓄電素子11と、複数の蓄電素子11に取り付けられる配線モジュール20とを備えている。各蓄電素子11は、蓄電要素(図示しない)が収容された扁平な直方体状の本体部12と、本体部12の一面から突出する電極端子13A,13B(正極を13A,負極を13Bとして図示)とを備える。
各電極端子13A,13Bは、撓み変形可能な柔軟性を有している。各電極端子13A,13Bは、配線モジュール20の端子挿通孔47に挿通されるとともに、対応する電極端子13A,13Bの先端側が互いに向き合う方向にL字状に曲げられてバスバー21A,21Bの上に重なっている。そして、この重ねられた電極端子13A,13B及びバスバー21A,21Bは、溶接等により互いに固定されている。隣り合う蓄電素子11の向きは、隣り合う電極端子13A,13Bの極性が反対になるように配置されているため、電極端子13A,13B間が接続されることで複数の蓄電素子11は直列に接続されている。直列接続の端部に位置する電極端子13A,13Bは、図示しない電線を介して外部のインバータ等の機器に接続される。
(配線モジュール20)
配線モジュール20は、図2,図3に示すように、複数のバスバー21A,21Bと、一方のリード部28が各バスバー21A,21Bに接続された複数の過電流保護素子26と、各過電流保護素子26の他方のリード部28に電気的に接続された複数の検知電線30と、複数のバスバー21A,21B、複数の検知電線30及び複数の過電流保護素子26が配される絶縁プロテクタ40とを備えている。この配線モジュール20は、複数のバスバー21Aを備える第1分割配線モジュール20Aと、複数のバスバー21Bを備える第2分割配線モジュール20Bを組み合わせて構成されている。
(バスバー21A,21B)
複数のバスバー21A,21Bは、板状であって、第1分割配線モジュール20Aに備えられる第1バスバー21Aと、第2分割配線モジュール20Bに備えられる第2バスバー21Bとを有する。第1バスバー21Aは、図7に示すように、電極端子13A,13B間を接続する極間導通部22と、過電流保護素子26側に延出されて、過電流保護素子26に接続される接続部23Aとを備える。第2バスバー21Bは、図8,図9に示すように、電極端子13A,13B間を接続する極間導通部22と、過電流保護素子26側に延出されて、過電流保護素子26に接続される接続部23Bとを備える。
極間導通部22は、電極端子13A,13B間の接続方向(X方向)と直交する方向(Y方向)に長い長方形状とされている。接続部23A,23Bは、電極端子13A,13B間の接続方向と直交する方向(Y方向)に対して傾斜する方向に延びている(経路が曲げられている)。より詳しくは、接続部23A,23Bは、電極端子13A,13B間の接続方向と直交する方向(Y方向)に対して約45度の角度で曲がった方向に延びている。第1バスバー21Aの極間導通部22と接続部23Aとは面一に形成されているが、第2バスバー21Bの接続部23Bは、極間導通部22とは異なる高さに平行に延びており、極間導通部22と接続部23Bとの間には、段差部24が形成されている。
直列接続の端部に位置する電極端子13A,13Bは、図1,図2に示すように、中継バスバー25を介して外部接続端子35A,35Bに接続されている。中継バスバー25は、板状であって、バスバー21A,21Bよりも幅広に形成されている。外部接続端子35A,35Bの頭部は、絶縁プロテクタ40または中継バスバー25に圧入等により固定される。
(過電流保護素子26)
過電流保護素子26は、アキシャルリードタイプのヒューズとされ、図3,図12に示すように、素子本体27と、素子本体27の両端部から素子本体27の中心軸方向に導出された一対のリード部28とを有する。素子本体27は、例えば一対のリード部28間を連結する低融点合金と、低融点合金を覆う絶縁性の合成樹脂ケース、金属ケース又はガラス管を備える。リード部28は、直線状に延びており、例えば軟銅線がスズメッキされたものを用いることができる。一方のリード部28は、接続部23A,23Bに例えば抵抗溶接、超音波溶接、半田付け等により接続され、他方のリード部28は、スプライス端子32のバレル部に圧着される。
スプライス端子32は、一対のバレル部と、一対の筒状のバレル部間を連結する板状の連結部を備えており、一方のバレル部にリード部28を配し、他方のバレル部に検知電線30の導体部を配して各バレル部を圧着金型等により加締めて圧着することで、過電流保護素子26と検知電線30との間がスプライス端子32を介して接続される。なお、スプライス端子32は、本実施形態の形状に限られず、公知の種々の形状のスプライス端子を用いることができる。
(検知電線30)
検知電線30は、蓄電素子11の電圧(状態)を検知するための信号が送出されるものであり、導体部の周囲を絶縁被覆(絶縁層)で覆って構成され、先端部は絶縁被覆が除去されて導体部が露出している。検知線は、図示しない外部のECU(Electronic Control Unit)に接続される。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、蓄電素子11の電圧・電流・温度等の検知、各蓄電素子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。検知電線30とバスバー21A,21Bとの間が過電流保護素子26及びスプライス端子32で接続された状態では、過電流保護素子26の軸方向は接続部23A,23Bが延びる方向に沿う方向とされている。
(絶縁プロテクタ40)
絶縁プロテクタ40は、絶縁性の合成樹脂製であって、図2に示すように、複数の第1バスバー21Aが配される第1ユニット42Aと複数の第2バスバー21Bが配される第2ユニット42Bとを組み合わせて連結して構成されている。第1ユニット42A及び第2ユニット42Bは、共に、図10,図13に示すように、複数のバスバー21A(又はバスバー21B)が配されるバスバー配設部43と、バスバー配設部43に連なって当該バスバー配設部43とは異なる領域に延出され、過電流保護素子26及び検知電線30が配される延出部51A,51Bと、外部接続端子35A(又は外部接続端子35B)が装着される外部接続部54とを備えている。
(バスバー配設部43)
バスバー配設部43は、各バスバー21A(又はバスバー21B)が載置される複数のバスバー載置部44と、隣り合うバスバー載置部44の間に配される隔壁45と、バスバー載置部44と仕切り部との間に貫通形成された端子挿通孔47とを備えている。複数のバスバー載置部44は、バスバー配設部43に等間隔で並んで設けられ、バスバー配設部43の全幅に亘って形成されており、長方形状の上面が平坦な載置面とされ、極間導通部22を載置可能とされている。隔壁45は、バスバー配設部43の全幅に亘って形成されており、上面に溝46が切り欠かれている。端子挿通孔47は、電極端子13A,13Bを挿通可能なスリット状であって、各電極端子13A,13Bの位置に応じてバスバー配設部43に貫通形成されている。バスバー配設部43の外側の端縁部には、端壁49が起立している。なお、端壁49の内面等にバスバー21A,21Bの離脱を規制する離脱規制片を設けてもよい。
(延出部51A,51B)
延出部51A,51Bは、長方形の板状であって、上面は、過電流保護素子26及び検知電線30が載置される平坦な載置面65とされている。載置面65からは、複数の仕切り壁52が並んで起立している。仕切り壁52は、板状であって、X方向及びY方向に対して所定角度(本実施形態では約45度)傾斜した方向に延びている。延出部51A,51Bの外側の端縁部には、端壁53が載置面65から起立している。延出部51A,51B上に検知電線30が配されると、検知電線30は端壁53の内側で曲げられて端壁53に沿うように配索され、延出部51A,51Bの一方(X方向)側に纏められる(図3参照。図3等では検知電線30の先端側のみ図示され、他は図面上省略されている)。
ここで、バスバー配設部43に対する延出部51A,51Bの高さ位置は、第1ユニット42Aについては、バスバー配設部43の上面(バスバー載置部44の上面)よりも延出部51A,51Bの載置面65が低い位置に形成されているが、第2ユニット42Bについては、バスバー配設部43の上面(バスバー載置部44の上面)の上面よりも延出部51A,51Bの載置面65が高い位置に形成されている。これにより、第1ユニット42Aと第2ユニット42Bが組み合わされると延出部51A,51Bが上下に重なるようになっている。
第1ユニット42Aにおける延出部51Aの前後の端部には、それぞれ被係止部56が設けられ、第2ユニット42Bにおける延出部51Bの前後の端部には、それぞれ第1ユニット42Aの被係止部56に係止する係止部59が設けられている。被係止部56は、図5に示すように、上下方向に係止孔56Aが貫通形成されているとともに、内壁から係止突部57が突出している。係止部59は、撓み変形可能な撓み片の先端部に係止爪60が形成されている。係止爪60が係止突部57の下端部に係止されることで、第1ユニット42Aと第2ユニット42Bとが組付けられた状態に保持される。
外部接続部54は、第1ユニット42A及び第2ユニット42Bの角部に設けられ、ボルト状の外部接続端子35A,35Bの頭部を嵌め入れると外部接続端子35A,35Bの回転が規制される。
第2ユニット42Bの延出部51Bは、図1に示すように、カバー63で覆われている。カバー63は、長方形の板状であって、外周縁部には、撓み変形可能な枠状のカバー被係止部64が下方に突出している。カバー被係止部64は、延出部51B側に突設されたカバー係止部41Aに係止されてカバー63が閉じた状態に保持される。
次に、配線モジュール20の組付けについて説明する。
過電流保護素子26及び検知電線30を接続部23A,23Bに接続したバスバー21A,21Bを第1ユニット42A及び第2ユニット42Bにそれぞれ装着し、第1分割配線モジュール20A(図12)及び第2分割配線モジュール20Bを形成する。
次に、第2分割配線モジュール20Bの延出部51Bを第1分割配線モジュール20Aの延出部51Aの上に重ねて被係止部56を係止部59に係止させることにより、配線モジュール20が形成される(図2)。この配線モジュール20の端子挿通孔47に複数の蓄電素子11の電極端子13A,13Bを通し、電極端子13A,13Bをバスバー21A,21Bと共に溶接等することにより蓄電モジュール10が形成される。
本実施形態によれば、以下の作用、効果を奏する。
配線モジュール20は、正極及び負極の電極端子13A,13Bを有する複数の蓄電素子11の電極端子13A,13Bに接続される複数のバスバー21A,21Bと、蓄電素子11の状態を検知するためにバスバー21A,21Bに電気的に接続された複数の検知電線30と、複数のバスバー21A,21Bと複数の検知電線30との間に接続された複数の過電流保護素子26と、複数のバスバー21A,21B、複数の検知電線30及び複数の過電流保護素子26が配される絶縁プロテクタ40と、を備え、絶縁プロテクタ40は、バスバー21A,21Bが配されるバスバー配設部43と、バスバー配設部43とは異なる領域に延出され、過電流保護素子26が配される複数の延出部51A,51Bと、を備え、複数の延出部51A,51Bは、複数段に重ねられている。
本実施形態によれば、複数の過電流保護素子26は、複数段に重ねられた複数の延出部51A,51Bに配されるため、絶縁プロテクタ40の同一平面上に全ての過電流保護素子26を配置する構成と比較して、同一平面上における絶縁プロテクタ40の面積を小さくすることが可能になる。これにより、例えば車両等において平面上のスペースが限られていても、余っている高さ方向(前記平面と直交する方向)のスペースを有効に活用して絶縁プロテクタ40を配置することが可能になる。このように絶縁プロテクタ40の配置される面積が小さくなることで、配線モジュール20を小型化することが可能になる。
また、過電流保護素子26は、バスバー21A,21Bが電極端子13A,13B間を接続する方向と直交する方向に対して傾斜した方向に接続されている。
このようにすれば、例えばバスバー21A,21Bが電極端子13A,13B間を接続する方向と直交する方向に過電流保護素子26が接続されている構成と比較して、バスバー21A,21Bが電極端子13A,13B間を接続する方向と直交する方向について、絶縁プロテクタ40の長さを小さくすることができるため、配線モジュール20を小型化することが可能になる。
また、バスバー21A,21Bは、電極端子13A,13B間を電気的に接続する極間導通部22と、過電流保護素子26に接続される接続部23A,23Bとを備え、接続部23A,23Bは、電極端子13A,13B間を接続する方向と直交する方向に対して傾斜した方向に延びている。
このようにすれば、バスバー21A,21Bと過電流保護素子26との接続を容易に行うことができる。
また、絶縁プロテクタ40は、共にバスバー配設部43、及び、延出部51A(又は延出部51B)を備える第1ユニット42Aと第2ユニット42Bとを組み合わせて構成されている。
このようにすれば、第1ユニット42Aと第2ユニット42Bとを組み合わせて絶縁プロテクタ40を形成することで、絶縁プロテクタ40の製造を容易に行うことができる。
また、絶縁プロテクタ40は、異なる領域の複数のバスバー配設部43を備え、延出部51A,51Bは、複数のバスバー配設部43間の領域に配置されている。
このようにすれば、複数のバスバー配設部43間の領域に延出部51A,51Bを纏めることができる。
<実施形態2>
次に、実施形態2を図15〜図18を参照して説明する。
実施形態2は、実施形態1と異なり、カバー72は、第2ユニット70Bの延出部71にヒンジ部73を介して接続されているものである。他の構成は、実施形態1と同一であるため、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。
図15に示すように、分割配線モジュール70は、絶縁性の合成樹脂製の第2ユニット70Bを備え、この第2ユニット70Bの延出部71の前端部には、一対のヒンジ部73が設けられ、延出部71とカバー72との間は、一対のヒンジ部73で接続されている。ヒンジ部73は、撓み変形可能な厚みの帯状であって、延出部71及びカバー72と一体に形成されている。カバー72は、長方形の板状であって、ヒンジ部73とは反対側の端縁には、図16,図17に示すように、撓み変形可能な枠状のカバー被係止部75が設けられている。ヒンジ部73を軸としてカバー72を回動させることで延出部71に対してカバー72が開閉される。カバー被係止部75が延出部71側に突設されたカバー係止部41Aに係止されることにより、カバー72が閉じた状態に保持される。
<他の実施形態>
本明細書に記載された技術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明細書に記載された技術の技術的範囲に含まれる。
(1)上記実施形態では、延出部51A,51B(71)は、2段に重ねられていたが、これに限られず、3段以上に重ねられていてもよい。
(2)上記実施形態では、第1ユニット42Aと第2ユニット42B(70B)を組み合わせて配線モジュールを形成していたが、これに限られず、第1ユニット42Aと第2ユニット42B(70B)を一体に形成した絶縁プロテクタとしてもよい。
(3)バスバー21A,21Bに対する過電流保護素子26の接続方向は、上記実施形態の方向に限られない。例えば、バスバー21A,21Bが電極端子13A,13B間を接続する方向と直交する方向に過電流保護素子26が接続されていてもよい。また、極間導通部22に対して接続部23A,23Bが延びる方向についても、過電流保護素子26の接続方向に応じて適宜変更することができる。
(4)上記実施形態の蓄電素子11は電池としたが、これに限られない。蓄電素子として、例えばキャパシタとしてもよい。
(5)上記実施形態では、過電流保護素子26はヒューズとしたが、これに限られない。過電流保護素子として、例えばヒュージブルリンク電線やPTCサーミスタ等としてもよい。ヒュージブルリンク電線は、過電流の通電により溶断する素材を用いた電線であって、多数の金属素線が撚り合わされてなる撚線の周囲が絶縁層で包囲されており、その端末部は、絶縁層が除去されて撚線が露出している。撚線の素材は、例えば銅錫合金や亜鉛アルミ合金等を用いることができる。過電流保護素子としてヒュージブルリンク電線を用いると、バスバーや電線との接続を圧着で行うことができるため、バスバー等との接続のための抵抗溶接、超音波溶接、半田付けを省略することが可能になる。また、ヒュージブルリンク電線は、折り曲げたりすることが容易な可撓性を有するため、レイアウトの自由度を向上させることが可能になる。
10: 蓄電モジュール
11: 蓄電素子
13A,13B: 電極端子
20: 配線モジュール
20A,21B,70:分割配線モジュール
21A: 第1バスバー(バスバー)
21B: 第2バスバー(バスバー)
22: 極間導通部
23A,23B: 接続部
26: 過電流保護素子
30: 検知電線
32: スプライス端子
40: 絶縁プロテクタ
42A: 第1ユニット
42B,70B: 第2ユニット
43: バスバー配設部
51A,51B,71: 延出部
56: 被係止部
59: 係止部
63,72: カバー
73: ヒンジ部

Claims (5)

  1. 正極及び負極の電極端子を有する複数の蓄電素子の前記電極端子に接続される複数のバスバーと、
    前記蓄電素子の状態を検知するために前記バスバーに電気的に接続された複数の検知電線と、
    前記複数のバスバーと前記複数の検知電線との間に接続された複数の過電流保護素子と、
    前記複数のバスバー、前記複数の検知電線及び前記複数の過電流保護素子が配される絶縁プロテクタと、を備え、
    前記絶縁プロテクタは、前記バスバーが配されるバスバー配設部と、前記バスバー配設部とは異なる領域に延出され、前記過電流保護素子が配される複数の延出部と、を備え、
    前記複数の延出部は、複数段に重ねられている、配線モジュール。
  2. 前記過電流保護素子は、前記バスバーが前記電極端子間を接続する方向と直交する方向に対して傾斜した方向に接続されている請求項1に記載の配線モジュール。
  3. 前記バスバーは、前記電極端子間を電気的に接続する極間導通部と、前記過電流保護素子に接続される接続部とを備え、
    前記接続部は、前記電極端子間を接続する方向と直交する方向に対して傾斜した方向に延びている請求項2に記載の配線モジュール。
  4. 前記絶縁プロテクタは、共に前記バスバー配設部及び前記延出部を備える第1ユニットと第2ユニットとを組み合わせて構成されている、請求項1から請求項3のいずれか一項に記載の配線モジュール。
  5. 前記絶縁プロテクタは、異なる領域の複数の前記バスバー配設部を備え、前記延出部は、前記複数のバスバー配設部間の領域に配置されている、請求項1から請求項4のいずれか一項に記載の配線モジュール。
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