(57)【要約】【課題】組電池とプリント配線板との電気的接続の安定性を従来よりも向上させることができる電圧検出装置を提供する。【解決手段】電圧検出装置１は、複数の電池セル２１が複数のバスバー２２によって直列接続された組電池２と電気的に接続され、複数の電池セル２１の電圧を検出する電圧検出回路がプリント配線板１１上に実装されており、一端がプリント配線板１１に各々固定されると共に他端がバスバー２２に各々接触する複数の接続端子１２を備え、接続端子１２は、径が異なるように巻回されたコイルばねであり、径が異なる複数の巻回部がバスバー２２に接触する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の電池セルが複数のバスバーによって直列接続された組電池と電気的に接続され、複数の前記電池セルの電圧を検出する電圧検出回路がプリント配線板上に実装された電圧検出装置であって、
一端が前記プリント配線板に各々固定されると共に他端が前記バスバーに各々接触する複数の接続端子を備え、
前記接続端子は、径が異なるように巻回されたコイルばねであり、前記径が異なる複数の巻回部が前記バスバーに接触することを特徴とする電圧検出装置。
【請求項２】
前記複数の巻回部は、大径部と、前記大径部よりも小さい径を有する小径部とを備え、
前記大径部は、前記小径部よりも前記接続端子の前記他端側に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の電圧検出装置。
【請求項３】
前記プリント配線板は、前記接続端子に対応する複数の突部もしくは筒部又は窪み部を備え、
前記接続端子は、前記一端が前記突部もしくは筒部又は窪み部に外嵌もしくは挿入されることにより前記プリント配線板に固定されることを特徴とする請求項１または２に記載の電圧検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電圧検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ハイブリッド車や電気自動車に搭載されるバッテリシステムは、過充電等による電池の劣化を防止するために、電池の電圧に基づいて電池の充放電を制御する電源制御装置を備えている。
【０００３】
例えば、特許文献１には、複数のセルと、隣り合うセルの電極同士を電気的に接続する複数のバスバーと、基板モジュールと、を備える電池モジュールが開示されている。基板モジュールは、セルの電圧に基づいてセルの充放電を制御する制御基板（プリント配線板）と、制御基板とバスバーとを電気的に接続する複数のスプリングコネクタ（接続端子）とを有する。スプリングコネクタは、バスバーに対応して配置され、対応するバスバーに向かう方向（すなわち、スプリングコネクタの長手方向）に弾性的に伸縮可能なスプリングと、スプリングの先端に取り付けられてバスバーと接触するプローブピンとを有する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１６−１８６３４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、特許文献１の電池モジュールでは、スプリングの弾性力により、プローブピンがバスバーに対してスプリングコネクタの長手方向に押し付けられている。したがって、この電池モジュールでは、振動等によりバスバーがスプリングコネクタに対してスプリングコネクタの長手方向に変位した場合に、バスバーの変位に追随してスプリングが弾性的に伸縮するため、プローブピンとバスバーとの接触状態を保つことができる。
【０００６】
しかしながら、特許文献１の電池モジュールでは、例えばスプリングが追従できない変化率（速度）の振動がスプリングコネクタの長手方向に作用した場合には、プローブピンがバスバーから離れる。また、特許文献１の電池モジュールでは、例えばスプリングコネクタの長手方向と交差する方向（例えば直交する方向）に変位した場合、プローブピンがバスバー上をスライドすることになるが、この場合にプローブピンがバスバーから一時的に離れてしまう可能性がある。したがって、特許文献１の電池モジュールは、バスバーとスプリングコネクタとの電気的な接続、すなわち、セルと制御基板との電気的な接続が不安定である。
【０００７】
本発明は、前述した事情に鑑みてなされたものであり、組電池とプリント配線板との電気的接続の安定性を従来よりも向上させることができる電圧検出装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するために、本発明では、電圧検出装置に係る第１の解決手段として、複数の電池セルが複数のバスバーによって直列接続された組電池と電気的に接続され、複数の前記電池セルの電圧を検出する電圧検出回路がプリント配線板上に実装された電圧検出装置であって、一端が前記プリント配線板に各々固定されると共に他端が前記バスバーに各々接触する複数の接続端子を備え、前記接続端子は、径が異なるように巻回されたコイルばねであり、前記径が異なる複数の巻回部が前記バスバーに接触する、という手段を採用する。
【０００９】
また、本発明では、電圧検出装置に係る第２の解決手段として、上記第１の解決手段において、前記複数の巻回部は、大径部と、前記大径部よりも小さい径を有する小径部とを備え、前記大径部は、前記小径部よりも前記接続端子の前記他端側に配置されている、という手段を採用する。
【００１０】
また、本発明では、電圧検出装置に係る第３の解決手段として、上記第１または第２の解決手段において、前記プリント配線板は、前記接続端子に対応する複数の突部もしくは筒部又は窪み部を備え、前記接続端子は、前記一端が前記突部もしくは筒部又は窪み部に外嵌もしくは挿入されることにより前記プリント配線板に固定される、という手段を採用する。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、接続端子は、径が異なるように巻回されたコイルばねであり、また径が異なる複数の巻回部がバスバーに接触する。すなわち、バスバーに接触するコイルばねの延在距離（接触面積）が、径が異なる（バネ定数が異なる）複数の巻回部に亘るので、振動によって全ての巻回部がバスバーから離れることを防止あるいは抑制することが可能である。したがって、本発明によれば、組電池とプリント配線板との電気的接続の安定性を従来よりも向上させることができる電圧検出装置を提供することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の第１実施形態に係る電圧検出装置を備えるバッテリシステムの側面図である。
【図２】（ａ）は本発明の第１実施形態に係る電圧検出装置の要部拡大図であり、（ｂ）はコイルばねが圧縮された状態を説明する図であり、（ｃ）は（ａ）の横断面図である。
【図３】本発明の第２実施形態に係る電圧検出装置の要部拡大図である。
【図４】本発明の第１実施形態の変形例における電圧検出装置の要部拡大図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
（第１実施形態）
以下、図１及び図２を参照し、本発明の第１実施形態に係る電圧検出装置について説明する。なお、以下の図面において、各部材を認識可能な大きさとするために、各部材の縮尺を適宜変更している。
【００１４】
図１は、本実施形態の電圧検出装置１を備えるバッテリシステムＡの側面図である。バッテリシステムＡは、電圧検出装置１と組電池２とを備える。バッテリシステムＡは、例えば、電気自動車やハイブリッド自動車に備えられ、走行モータを駆動するインバータ等に高電圧（数百ボルト）の直流電力を供給する。
【００１５】
組電池２は、複数の電池セル２１と、複数のバスバー２２と、を備える。なお、図１においては、組電池２が６つの電池セル２１（２１−１〜２１−６）を有する構成を示している。しかしながら、図１は、説明のために簡素化した図面である。このため、実際の組電池２は、さらに多数の電池セル２１を備えている。
【００１６】
組電池２は、上記インバータを介して走行モータに直流電力を供給（放電）すると共に上記インバータを介して走行モータから回生した回生電力を充電可能な二次電池であり、例えばリチウムイオン電池からなる。電池セル２１は、略直方体形状である。
【００１７】
なお、バッテリシステムＡの設置姿勢は特に限定されない。ただし、以下の説明においては、説明の便宜上、図１の上下方向をバッテリシステムＡの上下方向と、図１の左右方向をバッテリシステムＡの左右方向と、上下方向及び左右方向に直交する方向をバッテリシステムＡの前後方向と定義する。すなわち、バッテリシステムＡにおいて、複数の電池セル２１は左右方向に配列されている。
【００１８】
各々の電池セル２１の上面の前後方向における両端部には、プラス端子２１ａ及びマイナス端子２１ｂが設けられている。隣接する電池セル２１では、プラス端子２１ａとマイナス端子２１ｂとの配置が互いに逆になる。すなわち、複数の電池セル２１において、プラス端子２１ａとマイナス端子２１ｂとは左右方向に交互に配置されている。なお、図１においては、電池セル２１に設けられるプラス端子２１ａ及びマイナス端子２１ｂのうち、電池セル２１の前側に配置される端子のみが示されている。
【００１９】
バスバー２２は導電性を有する板材（金属板）からなる。バスバー２２は、隣接する電池セル２１同士のプラス端子２１ａとマイナス端子２１ｂとを電気的に接続する。例えば、バスバー２２の左右方向の一端部は電池セル２１−１のプラス端子２１ａに固定されており、バスバー２２の左右方向の他端部は電池セル２１−１に隣接する電池セル２１−２のマイナス端子２１ｂに固定されている。
【００２０】
なお、図１においては、複数のバスバー２２のうち、電池セル２１の前側に配置されるバスバー２２のみが示されている。しかしながら、電池セル２１の後側にもバスバー２２が配置されている。例えば、後側のバスバー２２の左右方向の一端部は電池セル２１−２のプラス端子２１ａに固定されており、バスバー２２の左右方向の他端部は電池セル２１−２に隣接する電池セル２１−３のマイナス端子２１ｂに固定されている。
【００２１】
上記構成により、複数の電池セル２１は、複数のバスバー２２によって直列接続される。これにより、組電池２は、数百ボルトの高電圧を出力する。
【００２２】
図１に示されるように、電圧検出装置１は、プリント配線板１１と、複数のコイルばね（接続端子）１２と、を備える。電圧検出装置１は、組電池２の複数の電池セル２１と電気的に接続され、複数の電池セル２１のそれぞれの電圧を検出する。
【００２３】
プリント配線板１１は、複数の電池セル２１の電圧を検出する電圧検出回路等が実装された電子回路基板であり、不図示の配線パターンや各種の電子部品を有している。プリント配線板１１のコイルばね１２と対向する面（すなわち、プリント配線板１１の下面）には、コイルばね１２に対応して配置され、下方に向けて突出する複数の突部１１ａが形成される。
【００２４】
コイルばね１２は、複数のバスバー２２毎に設けられている。コイルばね１２の一端はプリント配線板１１に固定され、プリント配線板１１と電気的に接続される。コイルばね１２の他端は対応するバスバー２２に接触し、バスバー２２と電気的に接続される。コイルばね１２は、プリント配線板１１を構成する電子部品の一つである。
【００２５】
図２（ａ）に示されるように、コイルばね１２は、径が異なるように巻回される複数の巻回部を有する。本実施形態においては、コイルばね１２は、第１大径部１３（巻回部）と、第１大径部１３よりも小さい径にて巻回される小径部１４（巻回部）と、小径部１４よりも大きい径にて巻回される第２大径部１５（巻回部）と、を備える。第１大径部１３は、コイルばね１２の一端に設けられる。第２大径部１５は、コイルばね１２の他端に設けられる。小径部１４は、第１大径部１３と第２大径部１５との間に設けられる。
【００２６】
第１大径部１３と小径部１４との間には、第１大径部１３から小径部１４に向かって段階的に縮径して巻回される第１テーパ部１６（巻回部）が設けられる。小径部１４と第２大径部１５との間には、小径部１４から第２大径部１５に向かって段階的に拡径して巻回される第２テーパ部１７（巻回部）が設けられる。
【００２７】
第１大径部１３が突部１１ａに外嵌されることにより、コイルばね１２がプリント配線板１１に固定される。
【００２８】
プリント配線板１１を組電池２に上方から接近させると、まず、第２大径部１５がバスバー２２の上面に接触する。プリント配線板１１をさらに降下させると、コイルばね１２は上下方向（すなわち、コイルばね１２の長手方向）に圧縮される。図２（ｃ）に示されるように、小径部１４及び第２テーパ部１７の径は第２大径部１５の径よりも小さく形成されている。したがって、コイルばね１２が圧縮されると、図２（ｂ）に示されるように、小径部１４及び第２テーパ部１７は第２大径部１５の内側に入り込み、コイルばね１２の小径部１４から第２大径部１５に亘る部分がバスバー２２に接触する。この時、コイルばね１２の弾性力により、コイルばね１２はバスバー２２に対してコイルばね１２の長手方向に押し付けられている。
【００２９】
このようなバッテリシステムＡは、電圧検出装置１と組電池２とが各々別体として製造され、最終的に電圧検出装置１を組電池２に装着することにより完成する。すなわち、まず、端子面が上面となる姿勢にて複数の電池セル２１が隣接して配置され、隣接する電池セル２１同士のプラス端子２１ａとマイナス端子２１ｂとがバスバー２２によって接続される。これにより、複数の電池セル２１が全体として直列接続される組電池２が製造される。また、電圧検出装置１は、電圧検出回路が実装されたプリント配線板１１の突部１１ａにコイルばね１２の第１大径部１３が外嵌されることによって製造される。
【００３０】
そして、このような電圧検出装置１を組電池２に組み付ける場合、図１に示されるように、電圧検出装置１（プリント配線板１１）を組電池２に対して平行対峙させる。この状態で、電圧検出装置１（プリント配線板１１）を降下させることによって、コイルばね１２の第２大径部１５をバスバー２２の上面に接触させる。電圧検出装置１（プリント配線板１１）をさらに降下させることにより、コイルばね１２を圧縮させ、図２（ｂ）に示されるように、コイルばね１２の小径部１４から第２大径部１５に亘る部分をバスバー２２に接触させる。すなわち、プリント配線板１１とバスバー２２との対峙間隔を、小径部１４から第２大径部１５に亘る部分がバスバー２２に接触する状態となるように設定しておき、この対峙間隔となるまで電圧検出装置１（プリント配線板１１）を降下させる。この状態で、電圧検出装置１と組電池２との相対位置を固定する。これにより、電圧検出装置１の組電池２への組み付けが完了する。
【００３１】
バッテリシステムＡが電気自動車やハイブリッド自動車に備えられている場合、走行中の振動等により、バスバー２２のコイルばね１２に対する相対位置が変位することがある。
【００３２】
本実施形態によれば、接続端子は、径が異なるように巻回されたコイルばね１２であり、また径が異なる複数の巻回部（すなわち、コイルばね１２の小径部１４から第２大径部１５に亘る部分）がバスバー２２に接触する。すなわち、バスバー２２に接触するコイルばね１２の延在距離（接触面積）が、径が異なる（バネ定数が異なる）複数の巻回部に亘るので、振動によってコイルばね１２の全ての巻回部がバスバー２２から離れることを防止あるいは抑制することが可能である。したがって、本実施形態によれば、組電池２とプリント配線板１１との電気的接続の安定性を従来よりも向上させることができる電圧検出装置１を提供することが可能である。
【００３３】
また、コイルばね１２をバスバー２２に接触させることによってプリント配線板１１と組電池２とを電気的に接続する。したがって、はんだ付け等が不要であり、簡単かつ安価な構成にて、プリント配線板１１と組電池２とを電気的に接続することができる。
【００３４】
さらに、コイルばね１２の径が異なる複数の巻回部（コイルばね１２の小径部１４から第２大径部１５に亘る部分）がバスバー２２に接触するように、プリント配線板１１とバスバー２２との対峙間隔を設定している。すなわち、コイルばね１２が圧縮された状態でプリント配線板１１とバスバー２２とが対峙しているため、プリント配線板１１とバスバー２２との間の距離が小さくなる。したがって、バッテリシステムＡの上下方向における寸法を小さくすることができ、バッテリシステムＡの小型化が可能となる。
【００３５】
また、本実施形態においては、第２大径部１５（大径部）が、小径部１４よりもコイルばね１２の他端側に配置されている。すなわち、径が大きい第２大径部１５がバスバー２２側に配置されているため、コイルばね１２とバスバー２２との接触状態をより安定的に保つことができる。
【００３６】
また、本実施形態においては、プリント配線板１１は、コイルばね１２に対応する複数の突部１１ａを備え、コイルばね１２は、コイルばね１２の一端（第１大径部１３）が突部１１ａに外嵌されることにより、プリント配線板１１に固定される。この場合、はんだ付け等を用いることがない簡単な構成にて、コイルばね１２をプリント配線板１１に対して固定することができる。
【００３７】
（第２実施形態）
次に、図３を参照し、本発明の第２実施形態に係る電圧検出装置について説明する。なお、本実施形態においては、第１実施形態における構成要素と同一の部分については同一の符号を付し、その説明を省略し、異なる点についてのみ説明する。
【００３８】
本実施形態は、コイルばね（接続端子）の構成において、第１実施形態と異なる。図３に示されるように、本実施形態のコイルばね２１２は、大径部２１３（巻回部）と、大径部２１３よりも小さい径を有する小径部２１４（巻回部）と、を備える。大径部２１３は、コイルばね２１２の一端に設けられる。小径部２１４は、コイルばね２１２の他端に設けられる。大径部２１３と小径部２１４との間には、大径部２１３から小径部２１４に向かって段階的に縮径して巻回されるテーパ部２１５（巻回部）が設けられる。
【００３９】
大径部２１３が突部１１ａに外嵌されることにより、コイルばね２１２がプリント配線板１１に固定される。
【００４０】
プリント配線板１１を組電池２に上方から接近させると、まず、小径部２１４がバスバー２２の上面に接触する。また、プリント配線板１１をさらに降下させると、コイルばね２１２は上下方向（すなわち、コイルばね２１２の長手方向）に圧縮される。大径部２１３及びテーパ部２１５の径は小径部２１４の径よりも大きく形成されている。したがって、コイルばね２１２が圧縮されると、大径部２１３及びテーパ部２１５が小径部２１４の外側を取り囲むように、コイルばね２１２の大径部２１３から小径部２１４までの部分がバスバー２２に接触する。この時、コイルばね２１２の弾性力により、コイルばね２１２はバスバー２２に対してコイルばね２１２の長手方向に押し付けられている。
【００４１】
本実施形態においても、接続端子は、径が異なるように巻回されたコイルばね２１２であり、また径が異なる複数の巻回部（すなわち、コイルばね２１２の大径部２１３から小径部２１４までの部分）がバスバー２２に接触する。すなわち、バスバー２２に接触するコイルばね２１２の延在距離（接触面積）が、径が異なる（バネ定数が異なる）複数の巻回部に亘るので、振動によってコイルばね２１２の全ての巻回部がバスバー２２から離れることを防止あるいは抑制することが可能である。したがって、本実施形態においても、組電池２とプリント配線板１１との電気的接続の安定性を従来よりも向上させることができる電圧検出装置を提供することが可能である。
【００４２】
また、コイルばね２１２をバスバー２２に接触させることによってプリント配線板１１と組電池２とを電気的に接続する。したがって、はんだ付け等が不要であり、簡単かつ安価な構成にて、プリント配線板１１と組電池２とを電気的に接続することができる。
【００４３】
さらに、コイルばね２１２の径が異なる複数の巻回部（コイルばね２１２の大径部２１３から小径部２１４までの部分）がバスバー２２に接触するように、プリント配線板１１とバスバー２２との対峙間隔を設定している。すなわち、コイルばね２１２が圧縮された状態でプリント配線板１１とバスバー２２とが対峙しているため、プリント配線板１１とバスバー２２との間の距離が小さくなる。したがって、バッテリシステムの上下方向における寸法を小さくすることができ、バッテリシステムの小型化が可能となる。
【００４４】
なお、本発明は、図面を参照して説明した上記実施形態に限定されるものではなく、その技術的範囲において様々な変形例が考えられる。
【００４５】
例えば、第１実施形態において、コイルばね１２は、第１大径部１３がプリント配線板１１に設けられた突部１１ａに外嵌されることにより、プリント配線板１１に固定されたが、本発明はこれに限られない。
例えば、図４（ａ）に示されるように、プリント配線板１１の下面に、コイルばね１２に対応して配置され、下方に向けて突出する複数の筒部１１ｂが形成されていてもよい。コイルばね１２は、第１大径部１３が筒部１１ｂの内部に挿入されることによりプリント配線板１１に固定される。
また、図４（ｂ）に示されるように、プリント配線板１１の下面に、コイルばね１２に対応して配置され、上方に向けて窪む複数の窪み部１１ｃが形成されていてもよい。コイルばね１２は、第１大径部１３が窪み部１１ｃに挿入されることによりプリント配線板１１に固定される。
これらの場合であっても、はんだ付け等を用いることがない簡単な構成にて、コイルばね１２をプリント配線板１１に対して固定することができる。
【００４６】
また、コイルばね（接続端子）は、径が異なるように巻回され、径が異なる複数の巻回部がバスバーに接触するよう構成されていればよく、複数の巻回部の配置は上述の実施形態に限られない。
【００４７】
その他、本発明の趣旨に逸脱しない範囲で、前記実施形態における構成要素を周知の構成要素に置き換えることは適宜可能であり、また、前記した変形例を適宜組み合わせてもよい。
【符号の説明】
【００４８】
１…電圧検出装置、２…組電池、１１…プリント配線板、１２…コイルばね（接続端子）、１３…第１大径部（巻回部）、１４…小径部（巻回部）、１５…第２大径部（巻回部）、１６…第１テーパ部（巻回部）、１７…第２テーパ部（巻回部）、２１…電池セル、２２…バスバー、２１２…コイルばね（接続端子）、２１３…大径部（巻回部）、２１４…小径部（巻回部）、２１５…テーパ部（巻回部）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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