(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
【発明を実施するための形態】
【0014】
<実施形態1>
本発明の実施形態1を
図1ないし
図10によって説明する。
本実施形態の蓄電モジュール10は、例えば自動車等の車両のIntegrated Starter Generator(ISG)に用いられる。以下の説明において
図1における左側を前方とし右側を後方とする。
【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、全体として略直方体形状をなしており、略直方体状のケース11に複数層の蓄電ユニット22(下から順に22A,22B,22C,22D,22E,22F)が積層されて構成された積層体21が収容されており、積層体21の端子30,32がケース11を貫通して外部に導出されている。
【0016】
(ケース11)
ケース11は、積層体21が内部に配される筒状のケース本体12と、ケース本体12の前後の開口14を閉じる閉塞部材19とを備えている。
ケース本体12は、金属製であって、積層体21が収容される箱形のロアケース13と、ロアケース13の上方を覆うアッパーケース15とを備えている。
【0017】
ロアケース13は、上方及び前方が開放されるとともに後方の一部が開放されている。
ロアケース13の底面の周縁部には、積層体21を貫通させたボルト17Aを貫通して締結するための留め孔(図示せず)が貫通形成されている。
【0018】
アッパーケース15は、略長方形状であって、その中央部には、ケース11の内方側に段差状に陥没する放熱面16が形成されており、この放熱面16の内面が最上層の蓄電ユニット22Fにおける蓄電素子23,24,25と接触することで蓄電素子23,24,25の熱が放熱面16を介して外部に放散される。
【0019】
アッパーケース15の上面の角部には、ボルト17Aとナット17Bで締結するための留め孔が貫通形成されている。
また、アッパーケース15の前端部には、閉塞部材19を係止するための係止孔18が形成されている。
【0020】
閉塞部材19は、合成樹脂製であって、ケース11の前方および後方の開口14に嵌め入られる形状であり、前方側の閉塞部材19(後方の閉塞部材は図示しない)には、端子30,32をケース11の外部に導出する端子導出口20が形成されている。閉塞部材19の上面には、係止孔18に嵌め入れられる係止凸部(図示せず)が形成されている。
【0021】
(積層体21)
積層体21は、
図2に示すように、複数層(本実施形態では6層)の蓄電ユニット22A,22B,22C,22D,22E,22F(以下、「22A〜22F」)を上下に積み重ねて構成されている。
【0022】
(蓄電ユニット22A〜22F)
各蓄電ユニット22A〜22Fは、上下に隣り合う蓄電ユニット22A〜22Fの前後の向きが反対になるように重ねられている。各蓄電ユニット22A〜22Fは、リード端子27A,27Bを有する複数(3つ)の蓄電素子23,24,25と、蓄電素子23,24,25の正極リード端子27Aと電気的に接続される第1端子部29と、蓄電素子23,24,25の負極リード端子27Bと電気的に接続される第2端子部31と、第1端子部29と各蓄電素子23,24,25の各正極リード端子27Aとを並列に接続する第1導電部材33と、第2端子部31と各蓄電素子23,24,25の各負極リード端子27Bとを並列に接続する第2導電部材38と、複数の蓄電素子23,24,25を保持する合成樹脂製の保持部材43と、蓄電素子23,24,25の底面に沿うように配され、蓄電素子23,24,25の熱を外部に放散させる板状の伝熱部材52とを備える。
【0023】
(蓄電素子23,24,25)
複数の蓄電素子23,24,25は、共に、同一構成であり、
図5に示すように、扁平な形状のラミネート型の電池である。複数の蓄電素子23,24,25は、同一平面上に(扁平な面に沿うように)左右に一列に並べられて蓄電素子列を形成している。隣り合う蓄電素子23,24,25の間にはわずかな隙間が設けられている。
【0024】
各蓄電素子23,24,25は、図示しない蓄電要素が収容されて端部が溶着(接合)されたラミネートフィルム28からなる容器26と、容器26の端縁28Aから外方に導出される正極及び負極のリード端子27A,27Bと、を有する。
【0025】
容器26を構成するラミネートフィルム28は、詳細は図示しないが、金属箔の外側に樹脂層を積層したものである。金属箔としてはアルミニウム箔等があげられ、樹脂層としては、ポリエチレンテレフタレート、ナイロン等があげられる。金属箔の内側(蓄電要素側)には、ポリエチレンまたはポリプロピレン等からなる熱溶着層が設けられている。
【0026】
ラミネートフィルム28の端縁28A,28Bのうち長手方向に沿った端縁28Bは、
図5に示すように、容器本体26A側に折り曲げられている。
【0027】
ラミネートフィルム28の端縁28A,28Bのうち短手方向に沿った一方の端縁28Aからは、正極および負極のリード端子27A,27Bが外側方向に導出されている。詳しくは、ラミネートフィルム28の短手方向の一端縁28Aにおいて、正極負極のリード端子27A,27Bは、上下に重ねて配されるラミネートフィルム28の端縁28Aの間に挟まれた状態で接合されている。
【0028】
(蓄電ユニット22A〜22F間の接続構造)
第1端子部29は、最下層(1層目)の蓄電ユニット22Aについては、
図3に示すように、蓄電モジュール10の全体の正極の端子30とされ、外部の電線端末の端子(図示しない)に接続される。他の層(下から2〜6層)の蓄電ユニット22B、22C,22D,22E,22Fの第1端子部29は上下方向(積層方向)に隣り合う蓄電ユニット22A,22B,22C,22D,22Eの第2端子部31と接続される。
【0029】
なお、異なる層の第1端子部29と第2端子部31との接続は、
図2に示すように、薄肉の金属板(銅板等)をクランク状に曲げて形成した接続端子42を第1端子部29及び第2端子部31の双方に超音波溶接することにより、異なる層の第1端子部29と第2端子部31とが接続されている。
【0030】
第2端子部31は、1〜5層の蓄電ユニット22A,22B,22C,22D,22Eについては、2〜6層の蓄電ユニット22B,22C,22D,22E,22Fの第1端子部29と接続される。なお、最上層の蓄電ユニット22Fの第2端子部31は、
図2に示すように、蓄電モジュール10の全体の負極の端子32とされ、外部の電線端末の端子(図示しない)に接続される。
【0031】
第1端子部29と第2端子部31の間は、第1導電部材33、蓄電素子23,24,25、および第2導電部材38によって接続されており、これにより、蓄電素子23,24,25の数に応じた複数(本実施形態では3つ)の分流経路が形成されている。
【0032】
第1導電部材33(接続部材の一例)及び第2導電部材38(接続部材の一例)は、金属板材をプレスにより打ち抜いて曲げ加工を施して形成したものであり、例えば、純アルミ、アルミ合金、銅または銅合金などの導電性材料からなる。なお、以下の説明において、「導電部材33,38」とは「第1導電部材33および第2導電部材38」を意味する。
【0033】
最下層の蓄電ユニット22Aの第1導電部材33Aは、
図4および
図5に示すように、第1端子部29と、第1端子部29と一体に形成され、第1端子部29に連なる平板状の第1導電部材本体35とを有し、第1導電部材本体35は、第1端子部29と各蓄電素子23,24,25の各正極リード端子27Aとを並列に接続するように分岐された複数(3つ)の第1分岐路を有する。
【0034】
第1端子部29は、第1導電部材本体35の端部がクランク状に屈曲されることで、第1導電部材本体35とは異なる高さに形成されている。
【0035】
第1導電部材本体35は、第1端子部29から蓄電素子23,24,25の並び方向に沿って左右に延びており、その経路上で段差状に曲げ加工された曲げ部34によりわずかに高さが変えられ、曲げ部34よりも先には、延出方向の一方の側縁部に3つの蓄電素子23,24,25の正極のリード端子27Aにそれぞれ接続される接続部36A,36B,36Cが形成されている。
【0036】
他の蓄電ユニット22B,22C,22D,22E,22Fにおいても、第1導電部材33の曲げ部34の先には3つの蓄電素子23,24,25の正極リード端子27Aとそれぞれ接続される接続部36A,36B,36Cが形成されている。
【0037】
蓄電ユニット22の第1導電部材33の上面のうち、蓄電素子23,24,25の並び方向に沿って延びる所定の範囲(第2導電部材38が下に重なる領域)には、他の部材から第1導電部材33を絶縁するための絶縁シート60が貼り付けられている。
【0038】
最下層の蓄電ユニット22Aの第2導電部材38Aは、
図4および
図5に示すように、第2端子部31と、第2端子部31と一体に形成された第2導電部材本体40とを有し、第2導電部材本体40は、第2端子部31と各蓄電素子23,24,25の各負極の端子27Bとを並列に接続するように分岐された複数(3つ)の第2分岐路を有する。
【0039】
第2導電部材本体40は、第2端子部31から蓄電素子23,24,25の並び方向に沿って左右に延びる部分を有し、その延出方向の一方の側縁部に蓄電素子23,24,25の負極の端子27Bに接続される接続部41A,41B,41Cが形成されている。また第2導電部材本体40は、その経路上で段差状に曲げ加工された曲げ部39によりわずかに高さが変えられている。
【0040】
他の蓄電ユニット22B,22C,22D,22E,22Fにおいても、3つの蓄電素子23,24,25の負極リード端子27Bとそれぞれ接続される接続部41A,41B,41Cが形成されている。第2導電部材38の上面のうち、蓄電素子23,24,25の並び方向に沿って延びる所定の範囲(第1導電部材33が上に重なる領域)には、第1導電部材33との間を絶縁するための図示しない絶縁シート60が貼り付けられている。
【0041】
なお、端部保持部材49A,49Bには、それぞれ、上方に積層される蓄電ユニット22A〜22Fを保持する保持爪37が形成されている。第1導電部材33および第2導電部材38は、後述する中央保持部材44と端部保持部材49A,49Bとに亘って保持されている。
【0042】
(伝熱部材52)
伝熱部材52は、中央保持部材44及び端部保持部材49A,49Bの大きさに応じた大きさの板状の部材であって、例えば、アルミニウムやアルミニウム合金等の金属製の熱伝導性材料からなる。
【0043】
伝熱部材52の長手方向における一対の側縁には、
図8に示すように、上方に起立する起立壁53が複数(4つ)間隔をあけて形成されている。この起立壁53は、積層体21をケース11に収容したときにケース11の内壁面に接触するように配置されて、蓄電素子23,24,25から発生する熱をケース11に伝導する機能を有する。蓄電素子23,24,25から発生した熱は起立壁53を介してケース11に伝わり、ケース11の外に放熱されるようになっている。
【0044】
伝熱部材52の短手方向における一対の側縁には端部保持部材を取り付けるための取付片54が2つずつ突出形成されている。各取付片54には端部保持部材49A,49Bを取り付ける取付孔54Aが形成されている。
【0045】
伝熱部材52は、
図6および
図8に示すように中央の領域52Bが、手前側の側縁領域52Aおよび奥側の側縁領域52Cよりも高く形成されている。
【0046】
伝熱部材52の中央の領域52Bには、中央保持部材44の取付片44Aを係止する保持部材取付孔57が形成されている(
図6参照)。伝熱部材52の中央の領域52Bに取り付けられた中央保持部材44の区画部46には、3つの蓄電素子23,24,25が、その扁平面を伝熱部材52に接触するように載置された状態で保持されている。
【0047】
伝熱部材52の中央の領域52Bは、段差58,59を経て、
図8における手前側の側縁領域52Aおよび奥側の側縁領域52Cよりも高く形成されている。伝熱部材52の中央の領域52Bと手前側の側縁領域52Aとの間の段差59部分に沿って、ラミネートフィルム28のリード端子27A,27Bが導出される端縁28Aが配されるようになっている。伝熱部材52の中央の領域52Bと手前側の側縁領域52Aとの間の段差59はラミネートフィルム28のリード端子27A,27Bが導出される端縁28Aから離れる方向に後退した構成である。
【0048】
伝熱部材52の段差59は、蓄電素子23,24,25の容器26のリード端子27A,27Bが導出される端縁28Aから離れる方向に折り曲げることにより形成された折り曲げ部59Aからなる。折り曲げ部59Aはリード端子27A,27Bの導出される容器26の端縁28Aにおいて露出する金属箔と伝熱部材52との接触に起因する短絡を防止する機能を有する。
【0049】
伝熱部材52の、
図8における手前側の側縁領域52Aは、第1導電部材33および第2導電部材38を保持する導電部材保持部45が配される領域であり、中央保持部材44を固定する保持部材固定孔55が両端部に設けられている。
【0050】
伝熱部材52の
図8における手前側の側縁領域52Aには、蓄電素子23,24,25のリード端子27A,27Bが配されるようになっており、蓄電素子23,24,25の正極リード端子27Aと第1導電部材33の接続部36A,36B,36Cとを挟みつけて接続するための挟みつけ部材70(
図10に模式的に図示)を挿通させる挿通孔56と、蓄電素子23,24,25の負極リード端子27Bと第2導電部材40の接続部41A,41B,41Cとを挟みつけて接続するための挟みつけ部材70を挿通させる挿通孔56とが設けられている。なお、
図10は、リードカバー51を取り付けた状態の断面図であるが、挟みつけ部材70はリードカバー51を取り付けない状態で、
図10の下方から挿入される。
【0051】
(保持部材43)
保持部材43は、合成樹脂等の絶縁材料からなり、
図3に示すように、伝熱部材52の上に重ねて配される中央保持部材44と、伝熱部材52の左右(前後)にそれぞれ配される端部保持部材49A,49Bとを備える。
【0052】
端部保持部材49A,49Bは、伝熱部材52の板面に沿って伝熱部材52の左右に延びており、その上面に第1導電部材33及び第2導電部材38を嵌め入れて保持する。
【0053】
中央保持部材44の
図3における左右の側縁からは、端部保持部材49A,49Bに重ねられる固定部47が突出しており、固定部47が中央保持部材44の上面に突出する被固定突部50に嵌められて中央保持部材44と端部保持部材49A,49Bとが固定される。
【0054】
中央保持部材44は、各蓄電素子23,24,25を内側に嵌め入れて保持するために矩形に区画された区画部46と、導電部材33,38を保持する導電部材保持部45と、伝熱部材52の挿通孔56の孔縁部56Aに嵌り込み、挿通孔56の孔縁部56Aの全域を覆って、導電部材33,38とリード端子27A,27Bを接続する挟みつけ部材70が挿通孔56の孔縁部56Aに直接接触するのを抑制する接触抑制部48と、を備える。
【0055】
各区画部46には、蓄電素子23,24,25を並べて嵌め入れることが可能である。区画部46には、伝熱部材52の保持部材取付孔57に係止される取付片44Aが下方に突出するように設けられている。
【0056】
区画部46と導電部材保持部45との間には、蓄電素子23,24,25のリード端子27A,27Bが配されるとともに、この上にはリード端子27A,27Bを覆うように長尺状の端子カバー51が被せられている(
図3を参照)。端子カバー51には、保持部材43に係止される固定爪51Aが設けられている。
【0057】
さて、区画部46と導電部材保持部45との間には、
図9および
図10に示すように、接触抑制部48が設けられている。接触抑制部48は、区画部46と導電部材保持部45との間の領域において、伝熱部材52の挿通孔56の孔縁部56Aに対応する位置に設けられている。
【0058】
接触抑制部48は、伝熱部材52の挿通孔56に対応する位置に挿通孔56よりも一回り小さく形成された開口部48Aと、開口部48Aの下側面から下方に突出形成され、伝熱部材52の挿通孔56の孔縁部56Aの外側面に沿って配される孔縁覆い部48Bと、から構成されている。
【0059】
開口部48Aの大きさと位置は、開口部48Aの口縁部分が、伝熱部材52の挿通孔56の孔縁部56Aの全周を覆うように設定されている。接触抑制部48の孔縁覆い部48Bの高さ寸法Xは、孔縁部56Aにおける伝熱部材52の厚さ寸法Yよりも大きく設定されている(
図10を参照)。
【0060】
中央保持部材44の接触抑制部48が伝熱部材52の挿通孔56内に嵌り込んで、一つの孔を形成するので、この孔に例えば超音波溶接で用いるホーンのアンビル(挟みつけ部材70の一例)を挿通させて、開口部48Aの上面側に配した導電部材33,38とリード端子27A,27Bとを接続する作業を行うことが可能である。挟みつけ部材70は導電性の部材であり、本実施形態ではリード端子27A,27Bの上方に配されるクリンパ(図示せず)とともに用いられる。
【0061】
第1導電部材33と正極リード端子27Aとの接続および第2導電部材38と負極リード端子27Bとの接続の作業において、開口部48Aと挿通孔56により形成された孔に挿通された挟みつけ部材70は、伝熱部材52の挿通孔56の孔縁部56Aを覆う接触抑制部48と接触するが、伝熱部材52の挿通孔56の孔縁部56Aには直接接触しないので、挟みつけ部材70を介して伝熱部材52とリード端子27A,27Bとが短絡しにくい。
【0062】
中央保持部材44の開口部48Aの両側には、各リード端子27A,27Bの両側に配されてリード端子27A,27B間を絶縁保護する保護壁61が設けられている。一の蓄電素子23,24,25から導出されるリード端子27A,27Bの間においては1つの保護壁61が設けられており、隣り合う蓄電素子23,24,25から導出されるリード端子27A,27Bの間には2つの保護壁61が設けられている。
【0063】
保護壁61のうち、端部に配されている保護壁61Aおよびその隣に配されている保護壁61Bには、第1導電部材33の接続部36Aまたはおよび第2導電部材の接続部41Aを固定する導電部材固定爪62が設けられている。
【0064】
端部から3番目に配されている2つの保護壁61Cには端子カバー51の固定爪51Aを係止するカバー係止孔63が形成されている。
【0065】
隣り合う蓄電素子23,24,25のリード端子27A,27Bの間に設けられた2つの保護壁61C,61Dの間には導電部材保持部45に配される絶縁シート60を抜け止めする絶縁部材係止爪64が形成されている。
【0066】
(作用および効果)
本実施形態によれば、以下の作用及び効果を奏する。
本実施形態において、伝熱部材52には挟みつけ部材70を挿通させる挿通孔56が設けられる一方、保持部材43には、伝熱部材52の挿通孔56の孔縁部56Aと挟みつけ部材70とが接触するのを防止する接触抑制部48が設けられている。したがって、本実施形態において、リード端子27A,27Bと第1および第2導電部材33,38との接続作業の際に、接触抑制部48により、伝熱部材52の挿通孔56に挿通させた挟み付け部材と伝熱部材52の挿通孔56の孔縁部56Aとの接触が抑制される。
その結果、本実施形態によれば、挟みつけ部材70を介してリード端子27A,27Bと伝熱部材52とが短絡するのを抑制することができ、短絡を防止した蓄電モジュール10を提供することができる。
【0067】
また、本実施形態によれば、接触抑制部48の高さ寸法Xは孔縁部56Aにおける伝熱部材52の厚さ寸法Yよりも大きく設定されているから、伝熱部材52の孔縁部56Aと挟みつけ部材70との接触を確実に抑制することができる。
【0068】
さらに、本実施形態によれば、接触抑制部48は孔縁部56Aの全周を覆っているから、伝熱部材52の孔縁部56Aと挟みつけ部材70とが接触したとしても短絡が発生しないので、短絡防止効果を確実なものとすることができる。
【0069】
<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、高さ寸法Xが孔縁部56Aにおける伝熱部材52の厚さ寸法Yよりも大きく設定されている接触抑制部48を示したが、高さ寸法が孔縁部における伝熱部材の厚さ寸法以下の接触抑制部であってもよい。
(2)上記実施形態においては、孔縁部56Aの全周を覆っている接触抑制部48を示したが、孔縁部の一部を覆う接触抑制部であってもよい。
(3)上記実施形態では、蓄電素子23,24,25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。
(4)上記実施形態では、ISG用の蓄電モジュール10としたが、他の用途の蓄電モジュールに用いてもよい。
(5)上記実施形態では、導電部材33,38(接続部材)とリード端子27A,27Bとを電気的に接続する挟みつけ部材70として、超音波溶接で用いるホーンのアンビルの例を示したが、これに限定されない。挟みつけ部材は、スポット溶接で用いる電極などであってもよい。