特許第5965350号(P5965350)IP Force 特許公報掲載プロジェクト 2022.1.31 β版

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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】5965350
(24)【登録日】2016年7月8日
(45)【発行日】2016年8月3日
(54)【発明の名称】蓄電モジュール
(51)【国際特許分類】
   H01M 2/20 20060101AFI20160721BHJP
   H01M 2/34 20060101ALI20160721BHJP
【FI】
   H01M2/20 A
   H01M2/34 B
【請求項の数】3
【全頁数】15
(21)【出願番号】特願2013-87086(P2013-87086)
(22)【出願日】2013年4月18日
(65)【公開番号】特開2014-212002(P2014-212002A)
(43)【公開日】2014年11月13日
【審査請求日】2015年6月10日
(73)【特許権者】
【識別番号】395011665
【氏名又は名称】株式会社オートネットワーク技術研究所
(73)【特許権者】
【識別番号】000183406
【氏名又は名称】住友電装株式会社
(73)【特許権者】
【識別番号】000002130
【氏名又は名称】住友電気工業株式会社
(73)【特許権者】
【識別番号】000003207
【氏名又は名称】トヨタ自動車株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】110001036
【氏名又は名称】特許業務法人暁合同特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】松村 暢之
(72)【発明者】
【氏名】高瀬 慎一
(72)【発明者】
【氏名】田中 徹児
(72)【発明者】
【氏名】山西 智紀
(72)【発明者】
【氏名】片山 順多
(72)【発明者】
【氏名】渡辺 広隆
【審査官】 田中 永一
(56)【参考文献】
【文献】 特開平06−310123(JP,A)
【文献】 特開2007−157382(JP,A)
【文献】 特開2010−123648(JP,A)
【文献】 特開2008−262751(JP,A)
【文献】 特開2012−243405(JP,A)
【文献】 特開2007−012487(JP,A)
【文献】 特開2007−095483(JP,A)
【文献】 特開2009−277605(JP,A)
(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
H01M 2/20 − 2/34
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
正極及び負極の電極端子部を有する複数の蓄電素子を並べて構成された蓄電モジュールであって、
前記電極端子部間を電気的に接続する接続部と、
前記接続部を押圧して曲げる押圧部とを備え、
前記押圧部に押圧されて曲げられた前記接続部が、当該接続部を有する蓄電素子の隣りの前記蓄電素子の前記電極端子部に接続されており、
隣り合う前記蓄電素子間を仕切るセパレータを備え、
前記押圧部は、前記セパレータに備えられている蓄電モジュール。
【請求項2】
前記隣の蓄電素子の前記電極端子部に重ねられた前記接続部が締結部材で締結されることで前記電極端子部間が接続されている請求項1に記載の蓄電モジュール。
【請求項3】
前記接続部は、隣り合う前記蓄電素子の一方の蓄電素子の前記電極端子部に一体的に固定されている請求項1又は請求項2に記載の蓄電モジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、蓄電モジュールに関する。
【背景技術】
【0002】
従来、電気自動車やハイブリッド車用の蓄電モジュールは、正極及び負極の電極端子を有する単電池が横並びに複数個配置されている。そして、隣り合う単電池の電極端子間を接続部材(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。
【0003】
特許文献1では、2個のバッテリにおける隣り合う2個のバッテリ端子をバスバーの2個の挿通孔のそれぞれに挿通し、各バッテリ端子にナットを締めつけることで隣り合うバッテリ間が電気的に接続されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【特許文献1】特開平11−067184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、上記構成では、電極端子間を電気的に接続する箇所のそれぞれについて、隣り合う2個の電極端子を2個のナットで2回締結する作業を行わなければならない。このような電極端子間を電気的に接続するための作業を減らすことができれば、蓄電モジュールの組付け作業の工数を減らすことが出来るため好ましい。
【0006】
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、蓄電モジュールの組付け作業の工数を減らすことを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0007】
本発明は、正極及び負極の電極端子部を有する複数の蓄電素子を並べて構成された蓄電モジュールであって、前記電極端子部間を電気的に接続する接続部と、前記接続部を押圧して曲げる押圧部とを備え、前記押圧部に押圧されて曲げられた前記接続部が、当該接続部を有する蓄電素子の隣りの前記蓄電素子の前記電極端子部に接続されている。
本構成によれば、押圧部が押圧して曲げられた接続部が隣りの蓄電素子の電極端子部に接続されているため、接続部を電極端子部に接続するための工程を減らすことができる。よって、蓄電モジュールの組付け作業の工数を減らすことが可能になる。
【0008】
上記構成の実施態様として以下の構成を有すれば好ましい。
・前記隣の蓄電素子の前記電極端子部に重ねられた前記接続部が締結部材で締結されることで前記電極端子部間が接続されている。
【0009】
・前記接続部は、隣り合う前記蓄電素子の一方の蓄電素子の前記電極端子部に一体的に固定されている。
接続部が隣り合う蓄電素子の一方の蓄電素子の電極端子部に一体的に固定されることで、隣り合う蓄電素子の電極端子部間を電気的に接続する作業を行う際に、複数の電極端子部のそれぞれについて接続作業を行う場合と比較して蓄電モジュールの組付け作業の工数を減らすことが可能になる。
【0010】
・隣り合う前記蓄電素子間を仕切るセパレータを備え、前記押圧部は、前記セパレータに備えられている。
このようにすれば、セパレータを利用して接続部を押圧して曲げることが可能になる。
【0011】
・前記セパレータは、前記接続部における前記押圧部に押圧される側とは反対側から前記接続部を支持する支持部を備えている。
このようにすれば、セパレータを利用して接続部を曲げる際に支持させることができる。
【発明の効果】
【0012】
本発明によれば、蓄電モジュールの組付け作業の工数を減らすことが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【0013】
図1】蓄電モジュールを示す斜視図
図2】蓄電モジュールを示す平面図
図3】蓄電モジュールを示す左側面図
図4】単電池を示す斜視図
図5】単電池を示す正面図
図6】単電池を示す左側面図
図7】一方のセパレータを示す斜視図
図8】一方のセパレータを示す正面図
図9】一方のセパレータを示す背面図
図10】他方のセパレータを示す斜視図
図11】他方のセパレータを示す正面図
図12】他方のセパレータを示す背面図
図13】単電池及びこの単電池に組付けられるセパレータを示す平面図
図14】単電池及びこの単電池に組付けられるセパレータを示す左側面図
図15】セパレータ付き単電池が間隔を空けて複数並んだ状態を示す斜視図
図16】セパレータ付き単電池が間隔を空けて複数並んだ状態を示す平面図
図17】セパレータ付き単電池が間隔を空けて複数並んだ状態を示す左側面図
図18】押圧部が接続部を押圧し始めた状態を示す左側面図
図19図18の状態から更に押圧部が接続部を押圧した状態を示す左側面図
図20図19の状態から接続部を締結可能な位置まで押圧部が押圧した状態を示す左側面図
【発明を実施するための形態】
【0014】
<実施形態1>
以下、本発明の実施形態1を図1図20を参照しつつ説明する。
本実施形態の蓄電モジュール10は、複数の単電池11(「蓄電素子」の一例)を並べて構成したものであり、例えば、電気自動車やハイブリッド自動車等の駆動源として使用される。以下では、前後方向については図2の下方を前方、上方を後方とし、左右方向については図2の方向を基準とし、上下方向については、図3の方向を基準として説明する。
【0015】
(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、前後方向に並んで配された複数個(本実施形態では4個)の単電池11(蓄電素子群)と、隣り合う単電池11間を仕切る複数個(本実施形態では4個)のセパレータ38A,38Bとを備えて構成されている。
(単電池11)
複数個の単電池11は、図4に示すように、内部に図示しない蓄電要素が収容された扁平な形状であって、扁平な直方体状の電池本体12と、電池本体12の上端面に設けられる正極及び負極の電極端子部21A,21B(本実施形態では、例えば、正極が21A,負極が21B)とを備えている。
【0016】
単電池11は、電池モジュール10内の位置に応じて電極端子部21Aの曲げ方向が変えられることで電極端子部21Aの形状の異なる2種類の単電池11A,11Bが形成される(図1参照)。
2種類の単電池11A,11Bは、互いに異極の電極端子部21A,21Bが隣り合うように交互に配置されており、これにより、複数の単電池11が直列に接続されている。
【0017】
電池本体12は、ケースで覆われており、その上面13には、図4に示すように、電極端子部21A,21Bを所定の位置に固定する合成樹脂製の固定部14,20が形成されている。
固定部14,20は、電極端子部21Aを固定する第1固定部14と、電極端子部21Bを固定する第2固定部20とを備える。
【0018】
第1固定部14は、電極端子部21Aを囲むように電池本体12の上面13から上方に突出する周壁部15を備える。
周壁部15は、周方向の所定の範囲が切欠かれた切欠部16を有し、この切欠部16から嵌入カバー18を挿通して嵌入カバー18を第1固定部14に取付け可能となっている。
【0019】
周壁部15には、切欠部16の部分から内側に係止部17が突出している。
係止部17の内壁には、係止凹部が形成されている。
嵌入カバー18は、合成樹脂製であって、左右方向に長い板状である。嵌入カバー18の縁部及び内部は、枠状に厚みを厚くして補強されている。
【0020】
嵌入カバー18には、第1固定部14から離脱しないように係止部17に係止される被係止部19を有する(図13参照)。
被係止部19は、先端側(後端側)が左右方向に撓み変形可能な撓み片であって、先端に外方に突出する係止爪が形成されている。
【0021】
第2固定部20は、電池本体12の上面13から所定の高さで突出している。
第2固定部20の突出寸法は、この第2固定部20上に配された電極端子部21Bに後述する接続部22が載置される高さとされている。
【0022】
(電極端子部21B)
電極端子部21Bは、第2固定部20の上に載置されるL字状の受け部32と、受け部32と内部の蓄電要素とを電気的に接続する中継接続部材35とを備える。
受け部32は、銅、銅合金、アルミニウム、アルミニウム合金、ステンレス鋼(SUS)等の金属からなり、板状の板状部33と、板状部33から立ち上がる棒状部34とが一体に形成されている。
【0023】
板状部33には、中継接続部材35が挿通される貫通孔が形成されている。
中継接続部材35は、金属製のリベットが用いられている。なお、中継接続部材としてネジ等の部材を用いることも可能である。
板状部33の貫通孔に中継接続部材35を通して電池本体12側との間でカシメつけることで、受け部32が電池本体12に固定されるとともに中継接続部材35を介して内部の蓄電要素と電気的に接続される。
(電極端子部21A)
電極端子部21Aは、当該電極端子部21Aを有する単電池11の隣りの単電池11の電極端子部21Bに接続される板状の接続部22を備える。
【0024】
(接続部22)
接続部22は、銅、銅合金、アルミニウム、アルミニウム合金、ステンレス鋼(SUS)等の金属からなり、第1固定部14に固定される帯状の被固定部23と、被固定部23の縁部から折り返すように延びる折り返し部28と、折り返し部28の先端から上方側(直交する方向)に立ち上がり隣りの単電池11の電極端子部21Bに接続可能な長さで延びる延出部27とを備える。
【0025】
被固定部23は、左右方向に帯状に延びており、電池本体12の蓄電要素と接続するための中継接続部材31が挿通される円形状の貫通孔が一端側に貫通形成されている。
中継接続部材31は、金属製のリベットが用いられている。なお、リベットに限らず、金属製のネジ等の部材(電気的に接続可能な部材)を用いることも可能である。
【0026】
被固定部23の貫通孔に中継接続部材31の一端側を通して電池本体12にかしめることで、被固定部23が電池本体12に固定されるとともに中継接続部材31を介して内部の蓄電要素と電気的に接続される。
折り返し部28の内側には、嵌入カバー18の縁部が嵌め入れられる。
嵌入カバー18は、被係止部19の係止爪が係止部17の係止凹部の内壁に係止されることで、嵌入カバー18が第1固定部14に固定される。
【0027】
折り返し部28に嵌め入れられた嵌入カバー18は、被固定部23を上方から押さえて固定する。
延出部27は、後述するセパレータ38A,38Bの押圧部47を押圧されて曲げられるものであり、押圧部47に曲げられる前は上方にストレートに延びており、押圧部47に曲げられた後は電極端子部21Bに締結される。
延出部27は、押圧部47による押圧で弾性変形可能な厚みで形成されており、延出部27の先端側には、やや左方側に寄った位置に円形状の締結孔26が貫通形成されている。
【0028】
締結孔26は、前後方向(単電池11の並び方向)に長い長円形状をなしている。
このように、締結孔26を長円形状とすることで、組み付け時の公差(前後方向の公差)を吸収できるようになっている。
【0029】
押圧部47に曲げられた後の延出部27は、図3に示すように、直角に曲げられる曲げ部29Aを有する。
曲げ部29Aと折り返し部28との間の曲げにより延出部27は弾性変形可能となっており、組み付け時や組付け後における単電池11間の前後方向、左右方向、及び、上下方向の公差を吸収する。
延出部27における曲げ部29Aが形成される位置の側縁には、図4に示すように、両側縁が切欠かれた凹部30が形成されている。
図4の接続部22は、プレス機により金属板材を展開形状に打ち抜いて曲げ加工を施して形成されている。
【0030】
なお、本実施形態の接続部22は、薄肉の金属板材から形成されているため、通常用いられている電極間の接続部材としてのバスバーよりも厚みを薄くした分だけ幅寸法(延出部27及び折り返し部28の幅寸法)が大きくなっている。このように厚みが薄くなっても幅広とされることで通電電流に応じた導体断面積は確保されている。
【0031】
(セパレータ38A,38B)
セパレータ38A,38Bは、合成樹脂製であって、形状の異なる2種類が用いられており、図7図10に示すように、隣り合う単電池11間を仕切る板状の本体部39と、本体部39の上端部に備えられ、接続部22を押圧して曲げる押圧部47と、本体部39の上端部に備えられ、押圧部47とは反対側から接続部22を支持する支持部45と、を備える。
2種類のセパレータ38A,38Bは、押圧部47及び支持部45の張り出す方向が異なる対称な形状である。
【0032】
本体部39は、長方形の板状をなしており、その周縁部に枠状に張り出した張出枠40を有する。
本体部39の上面部の張出枠40は、ほぼ全幅に亘って張り出し寸法を小さくするように切欠かれた切欠部40Aが形成されている。
本体部39の上端39Aにおける押圧部47と支持部45の間には、隣り合うセパレータ38A,38B間を連結するための第1連結部41が設けられている。
【0033】
第1連結部41は、U字状をなしており、本体部39の前方及び後方に本体部39よりも張り出している。
第1連結部41の前端部は、やや内側から段差状に前方に突出する嵌合部41Aとされており、この嵌合部41Aは、第1連結部41の後端部に嵌め入れられる。
【0034】
本体部39の下端部における左右の両側には、隣り合うセパレータ38A,38B間を連結するための第2連結部42が設けられている。
第2連結部42は、本体部39の側面から箱形に張り出しており、後端面に後方に突出する連結突部43が設けられるとともに、前端面に隣のセパレータ38A(38B)の連結突部43が挿通される連結孔44を有する。
連結突部43は、上下方向に長い板状をなす。
隣り合うセパレータ38A,38Bの第1連結部41及び第2連結部42が連結されることで、隣り合うセパレータ38A,38B間の上下方向及び左右方向の相対的移動が規制される。
【0035】
(支持部45)
支持部45は、本体部39の上端39Aにおける左右方向の一端側に設けられており、接続部22の幅に応じた幅に形成されており、後方側に張り出している。
支持部45の後方に延びる部分は、下端が一定の高さで、上端が先端側に向けて高くなるように形成されている。これにより、支持部45の先端側は、上下方向の寸法が徐々に先太になっている。
支持部45の後端面(先端面)は、図14に示すように、本体部39の後端(張出枠40の後端)とほぼ同じ位置に形成されている。支持部45は、セパレータ38A,38Bが単電池11に装着された際に、接続部22の延出部27に密着する。
【0036】
支持部45の上面は、接続部22を支持する側とは反対側がわずかに低くなるように傾斜している。
支持部45の後端面には、図8に示すように、矩形状の複数の凹部45Aが左右に並んで形成されている。
支持部45の前面における基端側には、矩形状に窪んだ複数の肉抜き部46が左右に並んで形成されている(図7参照)。
【0037】
(押圧部47)
押圧部47は、本体部39の上面から斜め前方に張り出す形状であって、本体部39に連なる基端部47Aと、基端部47Aからやや先細り状に前方側に突き出る突出部48とを有する。
突出部48の底面側(接続部22を押圧する側の底面)の丸みを帯びた面は、押圧面49とされている。
押圧面49の形状は、接続部22を押圧した際に接続部22を徐々にほぼ直交する方向に曲げることができる曲面とされる。
押圧面49には、やや窪んだ窪み部49Aが形成されており(図8参照)、この窪み部49Aの位置で接続部22がほぼ直角に屈曲される。
押圧部47の上面は、櫛刃状に肉抜きされた肉抜き部50とされている(図7参照)。押圧部47の底面の側縁には、板状の補強部47Bが形成されている。
【0038】
次に、蓄電モジュール10の組み付けについて説明する。
延出部27が上方に真っ直ぐに延びた状態(図4)の接続部22を有する複数の単電池11間に複数のセパレータ38A,38Bを交互に挟む。なお、本実施形態では、セパレータ38A,38Bの数は、単電池11よりも1個多くなっており、全ての単電池11がセパレータ38A,38B間に配されるようになっている。そして、セパレータ38A,38Bを支持部45が張り出す側から複数の単電池11に重ねるようにして装着する(図13図14参照)。これにより、複数(本実施形態では4個)のセパレータ付き単電池51を形成する(図15)。
この状態では、各セパレータ38A,38Bの支持部45が延出部27の前面に密着した状態となっている(図17)。
【0039】
次に、複数のセパレータ付き単電池51が重なる方向に近づけていく。
すると、押圧部47の先端がセパレータ付き単電池51の延出部27に当接して延出部27を支持部45のすぐ上の位置(曲げ部29Aとなる位置)から曲げていく(図18)。
そして、互いのセパレータ付き単電池51を更に近づけると、更に延出部27の曲げ部29Aが曲げられていき(図19)、延出部27の締結孔26に各電極端子部21Bの棒状部34が挿通される。
そして、延出部27の曲げ部29Aが直交する位置まで曲げられると(図20)、棒状部34にナット36を螺合させて電極端子部21Bに締結する(棒状部34及びナット36が「締結部材」の一例)。
そして、最前端の接続部22以外の全ての接続部22の延出部27を電極端子部21Bに締結すると電極端子部21A,21B間が接続され、最前端のセパレータ38Bを取り外すと電池モジュール10が形成される(図1)。
このように、蓄電モジュール10の組み付けの際に通常行われる単電池11をセパレータを介して重ね合わせる作業を行えば、接続部22を電極端子部21Bに取り付ける作業を別に行わなくても、棒状部34が締結孔26に挿通されて締結を行うことができる。
【0040】
上記実施形態によれば、以下の作用・効果を奏する。
本実施形態によれば、押圧部47が押圧して曲げられた接続部22が隣りの単電池11B,11A(蓄電素子)の電極端子部21A,21Bに接続されているため、接続部22を電極端子部21A,21Bに接続するための工程を減らすことができる。よって、蓄電モジュール10の組付け作業の工数を減らすことが可能になる。
【0041】
また、接続部22が隣り合う単電池11B,11Aの一方の単電池11B,11Aの電極端子部21Aに一体的に固定されることで、隣り合う単電池11B,11Aの電極端子部21A,21B間を電気的に接続する作業を行う際に、複数の電極端子部のそれぞれについて接続作業を行う場合と比較して蓄電モジュール10の組付け作業の工数を減らすことが可能になる。
【0042】
さらに、隣り合う単電池11B,11A間を仕切るセパレータ38A,38Bを備え、押圧部47は、セパレータ38A,38Bに備えられている。
このようにすれば、セパレータ38A,38Bを利用して接続部22を押圧して曲げることが可能になる。
【0043】
また、セパレータ38A,38Bは、接続部22における押圧部47に押圧される側とは反対側から接続部22を支持する支持部45を備えている。
このようにすれば、セパレータ38A,38Bを利用して接続部22を曲げる際に支持させることができる。
【0044】
<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、押圧部47をセパレータ38A,38Bに設けたが、これに限られず、他の部材に押圧部を設けてもよい。例えば、単電池(蓄電素子)に押圧部を設けて、隣の単電池(蓄電素子)の接続部を押圧するようにしてもよい。
【0045】
(2)上記実施形態では、セパレータ付き単電池51を重ねた際に押圧部47が接続部22を押圧する構成としたが、押圧部が接続部22を曲げることができる程度に押圧するのであれば、押圧部が接続部22を押圧する方法は、上記実施形態の方法に限られない。
【0046】
(3)上記実施形態では、各単電池11(11B)の一対の電極端子部21A,21Bのうちの一方の電極端子部21Aにのみ接続部22を設けたが、これに限られない、例えば、単電池(蓄電素子)の正極及び負極の電極端子部21A,21Bの双方に接続部22を設けるようにしてもよい。この場合、この接続部22を有する単電池の隣に、一対の電極端子部の双方に接続部22を設けない単電池(蓄電素子)を配置して複数の単電池を交互に並べて隣り合う単電池11の電極端子部21A,21B間を接続するようにしてもよい。
【0047】
(4)上記実施形態では、蓄電素子が電池である例を示したが、蓄電素子は、コンデンサなどであってもよい。
(5)上記実施形態では、電極端子部21Bの棒状部34にナット36を締結したが、これに限られず、電極端子部21Bにナットを設け、別部材のボルトをナットに螺合させて締結してもよい。
【0048】
(6)上記実施形態では、電極端子部21Aを正極とし、電極端子部21Bを負極としたが、電極端子部21Bを正極とし、電極端子部21Aを負極としてもよい。
(7)上記実施形態では、複数の単電池11を直列に接続する構成としたが、複数の単電池11を並列に接続してもよい。
(8)単電池11の個数は、上記実施形態の数に限られず、他の個数としてもよい。
【符号の説明】
【0049】
10...蓄電モジュール
11(11A,11B)...単電池(蓄電素子)
21A,21B...電極端子部
22...接続部
25...締結部
34...棒状部(締結部材)
36...ナット(締結部材)
38A,38B...セパレータ
39...本体部
45...支持部
47...押圧部
48...突出部
49...押圧面
49A...窪み部
51...セパレータ付き単電池
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