(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
車両や電子機器の高性能化に伴い、蓄電デバイスの充放電の制御にも大電流が必要になる場合がある。しかし、蓄電デバイスと回路基板とを、リード線で接続した場合、大電流を流すには、リード線を太くする必要がある。しかし、リード線が太い場合、蓄電デバイスと回路基板との間の限られたスペースに収容し難い。リード線を収容するために、蓄電デバイスと回路基板との間のスペースを大きくすると、小型化の観点から不利である。
【0006】
本発明の目的は、大電流を流すことができるとともに、蓄電デバイスモジュールを小型化できる接続部品、およびそれを用いた蓄電デバイスモジュールを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【0007】
本発明の一局面は、蓄電デバイスの充放電を制御する制御回路および端子電極を備える回路基板と、前記蓄電デバイスの外部端子とを接続するための導電性の接続部品であって、
柱状部と、
前記柱状部の軸方向における第1端部に形成され、かつ前記外部端子と接続される第1接続部と、
前記柱状部の軸方向における第2端部に形成され、かつ前記回路基板の前記端子電極と面接触させるための平坦面を有する第2接続部と、を備え
、
前記柱状部は、前記柱状部の軸方向に対して垂直な断面積が10〜50mm2であり、高さが25mm以下であり、
前記第1接続部は、前記柱状部に対して垂直に延びる第1板状部を有し、
前記第1板状部は、前記外部端子が貫通する第1貫通孔を有する接続部品に関する。
【0008】
本発明の他の一局面は、2つ以上の蓄電デバイスを含む群と、
前記蓄電デバイスの充放電を制御する制御回路および端子電極を備える回路基板と、
前記蓄電デバイスと前記回路基板との間を電気的に接続する
上記の接続部品と、
隣接する前記蓄電デバイス間を電気的に接続する接合部材と、を備え、
前記蓄電デバイスは、発電要素と、前記発電要素を収容する角型ケースと、を備え、
前記角型ケースは、金属容器と、前記金属容器の開口を塞ぐ封口板と、を備え、
前記封口板は、外部端子を有し、
前記2つ以上の蓄電デバイスの前記封口板は、前記群の一方の端部に、整列して配置され、
前記回路基板は、前記端子電極が前記外部端子と対向するように配置されている、蓄電デバイスモジュールに関する。
【発明の効果】
【0009】
本発明の上記局面に係る接続部品は、省スペースながらも大電流を流すことができる。よって、蓄電デバイスモジュールを小型化するのに有用である。
【発明を実施するための形態】
【0011】
[発明の実施形態の説明]
最初に、本発明の実施形態の内容を列記して説明する。
本発明の一実施形態に係る接続部品は、蓄電デバイスの充放電を制御する制御回路および端子電極を備える回路基板と、蓄電デバイスの外部端子とを接続するための導電性の接続部品である。接続部品は、柱状部と、柱状部の軸方向における一方の端部(第1端部)に形成され、かつ外部端子と接続される第1接続部と、柱状部の軸方向における他方の端部(第2端部)に形成され、かつ回路基板の端子電極と面接触させるための平坦面を有する第2接続部と、を備える。
【0012】
本発明の他の一実施形態は、2つ以上の蓄電デバイスを含む群と、蓄電デバイスの充放電を制御する制御回路および端子電極を備える回路基板と、蓄電デバイスと回路基板との間を電気的に接続する上記の接続部品と、隣接する蓄電デバイス間を電気的に接続する接合部材と、を備える蓄電デバイスモジュールに関する。ここで、蓄電デバイスは、発電要素と、発電要素を収容する角型ケースと、を備える。角型ケースは、金属容器と、金属容器の開口を塞ぐ封口板と、を備え、封口板は、外部端子を有する。2つ以上の蓄電デバイスの封口板は、群の一方の端部に、整列して配置される。回路基板は、端子電極が外部端子と対向するように配置されている。
【0013】
接続部品に柱状部を設け、柱状部を導電経路とすることで、リード線とは異なり、導電経路の大きな断面積を確保することができる。また、柱状部の第1端部に、平坦面を有する第1接続部が形成されていることで、面接触により回路基板と容易に電気的に接続させることができる。これらの作用により、接続部品に大電流を流すことができる。また、柱状部は、リード線のように収容する際にかさばらないため、回路基板と蓄電デバイスとの間に形成されるスペースを小さくすることができる。よって、蓄電デバイスモジュールを小型化するのに有利である。
【0014】
蓄電デバイスを設計変更する際には、封口板の設計を変更するよりも、蓄電デバイスの高さ方向における設計を変更する方が容易である。本発明の実施形態では、接続部品を上記のような構成とすることで、封口板に形成された外部端子に対向するように、回路基板を設置することができるため、蓄電デバイスの設計変更に対応し易い。
【0015】
第1接続部は、柱状部に対して垂直に延びる第1板状部を有し、第1板状部は、外部端子が貫通する貫通孔(第1貫通孔)を有することが好ましい。第1板状部に第1貫通孔を形成することで、蓄電デバイスの外部端子の形状に大きく影響されることなく、外部端子と接続部品とを容易に電気的に接続させることができる。
【0016】
好ましい実施形態では、第2接続部は、第2端部に形成された中空部と、中空部における内壁に形成された螺子溝と、を備え、回路基板は、第2接続部に螺子止めされる。他の好ましい実施形態では、第2接続部は、柱状部に対して垂直に延びる板状部(第2板状部)を有し、第2板状部は、平坦面と貫通孔(第2貫通孔)とを有し、回路基板は、第2貫通孔を貫通する締結部材で第2接続部に固定される。リード線は、溶接により回路基板に固定されるが、これらの実施形態では、回路基板を螺子や締結部材により接続部品に固定することができるため、溶接は不要である。よって、作業工程を単純化できる。ただし、接続の信頼性を高めるために、溶接を併用してもよい。
【0017】
平坦面と端子電極との接触面積は、20mm
2以上であることが好ましい。接触面積が大きいことで、大電流を、さらに流し易くなる。
【0018】
蓄電デバイスモジュールを構成する蓄電デバイスの種類は、特に限定されないが、電池および/またはキャパシタ(もしくはコンデンサ)が挙げられる。電池の種類は特に限定されないが、非水電解質電池、鉛蓄電池、ニッケル水素蓄電池などの化学電池が挙げられる。キャパシタ(もしくはコンデンサ)の種類も特に限定されないが、電気二重層キャパシタ、リチウムイオンキャパシタ、レドックスキャパシタなどが挙げられる。本発明の実施形態に係る蓄電デバイスモジュールには、いずれの蓄電デバイスを用いても上記の効果を得ることができる。
【0019】
[発明の実施形態の詳細]
本発明の実施形態に係る接続部品および蓄電デバイスモジュールの具体例を、適宜図面を参照しつつ以下に説明する。なお、本発明はこれらの例示に限定されるものではなく、添付の特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内での全ての変更が含まれることが意図される。
【0020】
図1は、複数の蓄電デバイスを含む群(単にデバイス群とも言う)を示す斜視図である。
蓄電デバイス100は、発電要素と、発電要素を収容する角型ケースとを備える。角型ケースは、上部が開口した有底角型の金属容器101と、上部開口を塞ぐ封口板103とで構成されている。金属容器101の開口形状は、細長い長方形またはこれに近似した形状である。金属容器101は、例えばアルミニウムまたはアルミニウム合金製である。
【0021】
封口板103の一方側寄りには、封口板を貫通する第1外部端子105が設けられ、封口板の他方側寄りには、封口板を貫通する第2外部端子107が設けられている。第1外部端子105と第2外部端子107とは逆極性を有し、いずれも突起状または柱状である。第1外部端子105と第2外部端子107は、蓄電デバイス100の対称な位置に対称な形状で配置されている。封口板103の中央には、蓄電デバイス100の内圧が上昇したときに、内部で発生したガスを放出するためのガス抜き弁109が設けられている。複数の蓄電デバイス100の封口板103は、デバイス群の一方の端部(第1端部または上端部)に整列して配置されている。
【0022】
図2は、接合部品405と蓄電デバイス100との接続関係を示している。
複数の蓄電デバイス100は、第1外部端子105と第2外部端子107とが交互に隣り合うように配置されてデバイス群を構成し、絶縁性のホルダー内に収容されている。ホルダーは、デバイス群の一方の端部(第1端部または上端部)を収容する第1ケース200と、第1端部と対向する他方の端部(第2端部または下端部)と収容する第2ケース300とを備える。ホルダーで一体化された蓄電デバイス(デバイス群)は、外装ケース500に収容してもよい。外装ケース500に収容された蓄電デバイスの側面を、更に拘束プレート550で固定してもよい。
【0023】
隣接する蓄電デバイス100は、金属板(バスバー(busbar))401などの接続部材を用いて接続される。全ての蓄電デバイス100を直列に電気的に接続する場合には、複数のバスバー401(蓄電デバイスの数がn個であれば(n−1)個のバスバー)を用いて、最近接する異なる極性の外部端子同士が、第1外部端子側と第2外部端子側とで交互に接続される。なお、図示例では、外部端子105(107)が雄螺子となり、バスバー401をナット403により固定する場合を示している。
【0024】
デバイス群の最も外側に配置される2つの蓄電デバイス100の一方の第1外部端子105および他方の第2外部端子107は、回路基板の端子電極(具体的には、出力端子または入力端子)と、接続部品405を用いて接続される。一方、バスバー401により接続されない外部端子同士は絶縁される。
【0025】
図3は、外装ケース500に収容されたデバイス群と、回路基板600との関係を示している。また、
図4に、蓄電デバイス100の外部端子105と回路基板600との接続部を、断面図により示す。
外部端子105および107が形成されたデバイス群の上端部は、カバープレート570により覆われ、外部端子および接続構造は外部から隔絶される。これにより、外部端子間の絶縁がより確実に確保される。そして、カバープレート570上には、蓄電デバイス100の充放電を制御する制御回路を備える回路基板600が配置される。
【0026】
カバープレート570は、複数の蓄電デバイス100を含むデバイス群の上端部と回路基板600との間に配置される。そのため、カバープレート570に、貫通孔(第3貫通孔)571を形成し、柱状部405cを第3貫通孔571に貫通させた状態としてもよい。第3貫通孔571の周縁部と、柱状部405cとの間には、カバープレート570と柱状部405cとを絶縁するガイド部品575を介在させてもよい。
【0027】
図5Aは、
図2または
図3で用いた本発明の一実施形態に係る接続部品405の斜視図である。
図5Aの接続部品の側面図を
図5Bに、平面図を
図5Cにそれぞれ示す。
図2および
図3(または
図4)に示すように、蓄電デバイスの封口板に形成された外部端子105(107)と、回路基板600の端子電極601とは、接続部品405を介して接続される。
【0028】
接続部品405は、柱状部405cと、柱状部405cの軸方向における一方の端部(第1端部)に形成された第1接続部405fと、他方の端部(第2端部)に形成された平坦面405eを有する第2接続部405gとを備えている。第1接続部405fは、柱状部405cに対して垂直に延び、蓄電デバイスの外部端子105(107)と接続される。図示例では、第1接続部405fは、蓄電デバイスの外部端子105(107)と接続するための第1板状部405bと、外部端子105(107)が貫通する第1貫通孔405aとを有する。柱状部405cは、円柱状であり、貫通孔405aと間隔を隔てて第1板状部405bから上方に延びるように形成されている。第2接続部405gは、柱状部405cの第2端部に形成された中空部405dを有してもよい。中空部405dの内壁に螺子溝を形成して第2接続部405gを雌螺子としてもよい。
【0029】
柱状部405cの第2端部に平坦面405eを有する第2接続部が形成されていることで、回路基板600の下面に露出する端子電極601と当接させることができる。よって、接続部品405と回路基板600(の端子電極601)との電気的接続が達成される。この状態で、雄螺子590を第2接続部405gの雌螺子に締め付けると、第2接続部405gの平坦面405eと回路基板600の端子電極601とを強固に面接触させることができ、電気的接続をさらに高めることができる。
【0030】
第1接続部405fの第1板状部405bには、貫通孔(第1貫通孔)405aが形成されている。第1貫通孔405aに蓄電デバイスの外部端子105を貫通させた状態とすることで、外部端子105と第1接続部405g(具体的には、板状部405b)とを接触させることができる。よって、接続部品405と蓄電デバイスの外部端子105との電気的接続が達成される。第1接続部405f、より具体的には、第1貫通孔405aおよび/または第1板状部405bは、外部端子の形状に合わせて作製することができる。例えば、ボルト状の外部端子に対しては、外部端子を第1貫通孔405aに貫通させた状態で、ナットを用いて第1板状部405bを、蓄電デバイスに対して加締め付けることで、接続部品405と外部端子との電気的接続をさらに強固にすることができる。
【0031】
接続部品405の柱状部405cは、蓄電デバイス(またはデバイス群)と、回路基板600との間に形成されるスペースの大きさに合わせた高さを有する。柱状部405cはリード線とは異なり、折り畳んで収容する必要がないため、蓄電デバイスと回路基板600との間のスペースを小さくすることができる。柱状部405cでは、リード線に比べて、断面積を大きくできるため、大電流を流し易い。
【0032】
図6は、本発明の他の一実施形態に係る接続部品の斜視図である。接続部品505は、柱状部505cと、蓄電デバイスの外部端子と接続するための第1接続部505fと、回路基板の端子電極と接続するための第2接続部505gとを備えている。第1接続部505fは、
図5Aの場合と同様に、柱状部505cに対して垂直に延びる第1板状部505bを有している。第1板状部505bには、第1貫通孔505aが形成されており、
図5Aの実施形態と同様に、接続部品505と、蓄電デバイスの外部端子との電気的接続が確保される。
【0033】
第2接続部505gは、柱状部505cの第2端部において、柱状部505cに対して垂直に延びる第2板状部505hを有し、第2板状部505fは、平坦面505eを有する。このような平坦面505eを形成することで、回路基板の端子電極と面接触させることができ、接続部品505に大電流を流すことができる。
【0034】
第2板状部505hには、貫通孔(第2貫通孔)505iを形成してもよい。この場合、第2貫通孔505iを貫通する締結部材を用いて、回路基板(の端子電極)を第2接続部505gの平坦面505eに対してより強固に面接触させることができ、電気的接続をさらに高めることができる。
【0035】
本実施形態でも、柱状部505cは、
図5Aの場合と同様に、第1貫通孔505aと間隔を隔てて第1板状部505bから上方に延びるように形成されている。柱状部505cは、角柱状(またはある程度の厚みを有する板状)であることで、リード線に比べて、断面積が大きくなり、大電流が流れ易い。接続部品505は、リード線のようにかさばらないため、省スペースである。
【0036】
本実施形態の接続部品505を用いる場合にも、接続部品405の場合と同様に、蓄電デバイスと回路基板との間には、カバープレートを配置してもよく、カバープレートには、必要に応じて、第3貫通孔を形成してもよい。また、必要に応じて、ガイド部品を用いてもよい。
【0037】
以下、接続部品および蓄電デバイスモジュールについてより詳細に説明する。
接続部品は、蓄電デバイスの外部端子と、回路基板の端子電極とを電気的に接続するため、導電性である。接続部品を構成する材料としては、例えば、アルミニウム、アルミニウム合金、銅、および銅合金などが挙げられる。材料は、蓄電デバイスの種類や接続する外部端子の極性などに応じて適宜選択できる。例えば、接続部品を外部正極端子に接続する場合、アルミニウムまたはアルミニウム合金を材料として用いてもよく、外部負極端子に接続する場合、銅または銅合金を材料として用いてもよい。
【0038】
接続部品の第1板状部および第1貫通孔の形状は、それぞれ、第1板状部と外部端子との電気的接続を妨げない限り、特に制限されない。蓄電デバイスに対して安定に固定できるように、第1板状部の底面は平坦面を有することが好ましい。
第1貫通孔のサイズ(具体的には直径)は、貫通させる外部端子のサイズに応じて適宜設定でき、例えば、3.5mm以上(例えば、3.5〜20mm)であり、6mm以上(例えば、6〜20mm)であることが好ましい。
【0039】
第1板状部と外部端子とは、締結部材を用いて固定できる。締結部材は、外部端子の形状などに応じて適宜選択できる。締結部材は、第1板状部と外部端子とを固定できればよく、
図4の実施形態に示すようなナットに限らず、公知のものが使用できる。締結部材で固定する際には、必要に応じて、ワッシャなどを用いてもよい。
【0040】
柱状部は、第1板状部に対して垂直方向に延びるように形成される。接続部品を蓄電デバイスに固定する際には、柱状部は、蓄電デバイスの外部端子が形成される封口板に対しても垂直になる。第1板状部に対して柱状部を垂直にすることにより、蓄電デバイスと回路基板とをできるだけ短い距離で接続することができる。よって、蓄電デバイスと回路基板との間に形成されるスペースを小さくすることができるとともに、接続部品を流れる際の電流の損失を抑制し易い。柱状部の高さは、5〜25mmであることが好ましく、7〜20mmまたは7〜15mmであってもよい。
【0041】
柱状部の形状は、特に制限されず、円柱状(楕円柱状も含む)または角柱状のいずれでもよい。角柱状には、
図6に示すようなある程度の厚みを有する板状も含まれる。
【0042】
柱状部の断面積(柱状部の軸方向に対して垂直な断面積)は、接続部品に流れる電流の大きさを考慮して決定できる。大電流を流す観点からは、柱状部の断面積はできるだけ大きいことが好ましい。柱状部の断面積は、例えば、10mm
2以上(例えば、10〜50mm
2)であり、20mm
2以上(例えば、20〜40mm
2)であることが好ましい。なお、柱状部の断面積は、柱状部が
図5Aに示すような中空部を有する場合には、中空部が形成されていない領域において決定される。柱状部が、
図6に示されるような板状である場合、厚みを調整することで、流れる電流の大きさを調整してもよい。板状の柱状部の厚みは、例えば、0.5mm以上(例えば、0.5〜10mm)であり、好ましくは1mm以上(例えば、1〜10mm)または1.5mm以上(例えば、1.5〜10mm)である。
【0043】
柱状部の第2端部の形状は、回路基板の端子電極と面接触できる平坦面を有する限り特に制限されない。平坦面は、柱状部の軸方向に対して垂直に形成される。平坦面には、回路基板の底面に形成された端子電極が接触するように回路基板を載置する。柱状部の第2端部に平坦面を直接形成してもよく、柱状部の第2端部(具体的には先端部)から垂直に延びるように板状部(第2板状部)などを形成し、この第2板状部に平坦面を形成してもよい。第2板状部の形状は、第1板状部と同様に適宜決定できる。
【0044】
柱状部の第2端部に平坦面を設けることで、回路基板(特に、端子電極)と接続部品とを面接触させて電気的接続を確保することができる。端子電極と、接続部品の第2接続部(平坦面)との接触面積を大きくすることができるため、大電流を流すことができる。柱状部の第2端部(平坦面)と端子電極との接触面積は、例えば、10mm
2以上であり、20mm
2以上(例えば、20〜100mm
2)であることが望ましく、20〜50mm
2であってもよい。
【0045】
第2接続部、具体的には、柱状部の第2端部(または第2端部に形成された第2板状部)には、回路基板を接続部品に固定するために中空部または貫通孔(第2貫通孔)を形成してもよい。中空部または第2貫通孔は、回路基板と接続部品とを、締結部品で固定するために使用される。中空部または第2貫通孔の形状は、締結部品の形状に応じて適宜決定される。第2貫通孔を形成する場合、第2貫通孔を貫通する締結部材を用いて、回路基板を第2端部に固定してもよい。締結部品としては、公知のもの、例えば、螺子、ボルトおよびナットなどが例示できる。なお、平坦面と端子電極との上記の接触面積には、螺子などの締結部品を介した接触面積は含まれないものとする。
【0046】
例えば、螺子を用いる場合には、柱状部の第2端部に形成された第2接続部に、螺子溝を有する中空部を形成し、回路基板を第2接続部に対して螺子止めにより固定することができる。ボルトおよびナットを利用する場合には、ボルトを、回路基板に形成された貫通孔と第2貫通孔とに通し、ボルトの螺子山に対してナットを締め付けることで回路基板と接続部品とを接続する。このとき、回路基板の底面に配された端子電極と、第2板状部の平坦面とを面接触させた状態とする。いずれの締結部材を用いる場合でも、必要に応じて、ワッシャを用いてもよい。
【0047】
本発明の一実施形態に係る蓄電デバイスモジュールは、少なくとも1つの蓄電デバイスを含んでいればよいが、2つ以上の蓄電デバイスを含むデバイス群を含むことが好ましい。デバイス群において、隣接する蓄電デバイスは、バスバーなどの公知の接続部材で、電気的に接続されていてもよい。この電気的な接続は直列および並列のいずれであってもよい。
【0048】
本発明の実施形態では、接続部品の平坦面に回路基板を載置して電気的に接続するため、端子電極は、回路基板の底面に露出した状態で形成されていることが望ましい。回路基板は、必要に応じて、公知の要素を有してもよい。
【0049】
蓄電デバイスと回路基板との間には、回路基板を保護するカバープレートを配置してもよく、絶縁性の枠体を配置してもよい。枠体を設けることで、回路基板と蓄電デバイスとの不必要な電気的接触を抑制できる。枠体を構成する絶縁性材料としては、特に制限されず、ポリエチレン、ポリプロピレンなどのポリオレフィンなどが挙げられる。
【0050】
複数の蓄電デバイスを収容するホルダーを構成する第1ケースおよび第2ケースは、それぞれ絶縁性を有し、かつ軽量性に優れる樹脂製部品であることが好ましい。第1ケースおよび第2ケースは、例えば、ポリオレフィンおよび/またはポリオレフィンを含む樹脂組成物の成形品であることが好ましい。ポリオレフィンとしては、耐熱性に優れるポリプロピレンが好ましい。