(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
複数の蓄電素子と、前記複数の蓄電素子を接続する接続導体と、前記蓄電素子を収容する金属製のケースと、前記蓄電素子を保持する保持部材と、を備える蓄電モジュールであって、
前記保持部材は、前記蓄電素子が嵌め入れられるキャップと、前記ケースに固定される固定部と、前記キャップと前記固定部との間に弾性伸縮可能に設けられ、樹脂で構成される樹脂弾性部と、を備える蓄電モジュール。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
しかし、特許文献1の場合はバスバーを所定の波形形状に精密加工することが要求されるため、製造コストの削減が難しい。また、特許文献2の場合は、電極端子とバスバーの間が溶接リングにより隙間なく埋められて溶接固定されているため、電池セルが熱により膨張し電極端子間の距離が変化した際にその変化分を逃がす余地がなく、電極端子に負担が過大にかかるおそれがある。
【0006】
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、蓄電モジュールにおいて各蓄電素子の公差および熱膨張による寸法差を解消し、組み付けを容易にするとともに電極におけるストレスを軽減することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0007】
本明細書に開示された技術に係る蓄電モジュールは、複数の蓄電素子と、前記蓄電素子を接続する接続導体と、前記蓄電
素子を収容する金属製のケースと、前記蓄電素子を保持する保持部材と、を備える蓄電モジュールであって、前記保持部材は、前記蓄電素子が嵌め入れられるキャップと、前記ケースに固定される固定部と、前記キャップと前記固定部との間に弾性伸縮可能に設けられ、樹脂で構成される樹脂弾性部と、を備えることに特徴を有する。
【0008】
この構成によれば、蓄電素子は保持部材を介してケースに固定されるから、蓄電素子とケースとの相対的な位置を保持部材に備えられた樹脂弾性部の弾性伸縮により調整することができる。これにより、ケースに蓄電素子を固定する際に、各蓄電素子の寸法誤差を吸収し、電極と接続導体との接続箇所に負担をかけることなく容易に作業を行うことができる。また、保持部材と金属ケースに熱膨張率の相違による寸法差が生じた場合にも、その寸法差を樹脂弾性部の弾性伸縮により吸収することができる。
【0009】
本明細書に開示された技術に係る実施態様として、次の構成が好ましい。
【0010】
(1)前記樹脂弾性部は、前記保持部材の長手方向における少なくとも一端側に配されている。
【0011】
この構成によれば、合成樹脂製の保持部材と金属ケースの熱膨張率の相違による寸法差が累積して大きくなりがちな保持部材の長手方向の少なくとも一端側に伸縮可能な樹脂弾性部が配されているから、この寸法差を効果的に吸収することができる。
【0012】
(2)各前記蓄電素子は、前記接続導体に固定される電極と、前記ケース内に収容される蓄電素子本体と、を備え、前記キャップは前記蓄電素子本体と前記接続導体との間に配され、前記ケース内には、各前記蓄電素子本体を前記キャップに向かって付勢する弾性片が設けられている。
【0013】
この構成によれば、蓄電素子のうち電極が接続導体に固定され、接続導体と蓄電素子本体との間にキャップが配され、蓄電素子本体が弾性片によりキャップに向かって付勢されるから、電極においてストレスを生じることなく蓄電素子本体をキャップと弾性片との間に保持することができる。
【0014】
(3)前記キャップには前記接続導体に当接可能な導体受け部が設けられている。
【0015】
この構成によれば、キャップは導体受け部において接続導体に当接できるから、電極が接続導体から受ける押圧力を分散させ、電極におけるストレスを軽減することができる。
【発明の効果】
【0016】
本明細書に開示された技術に係る蓄電モジュールによれば、蓄電モジュールにおいて各蓄電素子の公差および熱膨張による寸法差を解消し、組み付けを容易にするとともに電極におけるストレスを軽減することができる。
【発明を実施するための形態】
【0018】
<実施形態1>
本明細書に開示された技術に係る実施形態1を、
図1から
図7によって説明する。なお以下では、図示におけるX方向を右方、Y方向を前方、Z方向を上方として説明する。また、以下の説明においては、複数の同一部材については一の部材にのみ符号を付し、他の部材の符号を省略することがある。
【0019】
本実施形態の蓄電モジュールBMは、主電源とは別途設けられたサブ電源として車両に搭載されるものである。蓄電モジュールBMは、
図1に示すように、複数本(本実施形態では3本)の蓄電素子10と、回路基板20(接続導体の一例)と、保持部材40と、ケース50と、ホルダ60と、を備えている。蓄電素子10と回路基板20とはネジ30により一体に固定されてケース50に収容され、蓄電素子10に被せられた保持部材40を介してケース50に固定されている。ホルダ60はケース50内に配され、各蓄電素子10を包囲している。ケース50にはケースカバー51が被せられている。
【0020】
蓄電素子10は、
図3に示すように、円柱形状の蓄電素子本体11(蓄電素子本体の一例)と、蓄電素子本体11の上面から突出する一対の電極12とを備えている。各電極12は、円筒形状のベース部13およびベース部13よりも小径のスペーサ部14を軸心を揃えて上下に重ねた形状に一体に形成されている。ベース部13の上面は、後述する回路基板20を支持するための電極肩部13Aとなっている。各電極12には、上方に開口するネジ部15が形成されている。なお、蓄電素子本体11の上面は、後述する保持部材40の突き当て面44に当接する本体肩部11Aとなっている。
【0021】
回路基板20は平板形状の積層基板であり、電極12のスペーサ部14の高さ寸法と同等かまたはそれよりも僅かに厚い程度とされている。回路基板20は、6つの貫通孔21(21A〜21F)と、複数の貫通孔21間を導通させるための電力用パターン22と、を備え、前述の電極肩部13
Aに載置されている。
【0022】
各貫通孔21は左右に長い長円形状をなしており、その短軸寸法は、蓄電素子10の電極12のうちスペーサ部14の直径より僅かに大きく、ベース部13の直径よりは小さく形成されている。各貫通孔21には、各電極12のスペーサ部14が挿通され、ネジ部15にネジ30が螺合されている。これにより、回路基板20は電極12に固定されている。ネジ30は、頭部31と軸部32とを一体に備える周知のものである。ネジ30は、軸部32が電極12のネジ部15に挿通され螺合されるとともに、頭部31は回路基板20の上面に当接し、これを電極12のベース部13に対して押圧している。また、頭部31は電極12のスペーサ部14の上面にも当接し、これに支持されている。
【0023】
電力用パターン22は、複数の貫通孔21を包囲して形成されている。本実施形態においては、隣り合う蓄電素子10の正極と負極とがそれぞれ挿通される2つの貫通孔21Bおよび21C、ならびに21Dおよび21Eをそれぞれ包囲して形成されている。各電力用パターン22は、
図4に示すように、2層のパターン層22A、22Bからなり、うち下層のパターン層22Bは回路基板20の下面に露出している。また、各貫通孔21の内壁にはメッキ層23が各パターン層22A、22Bと連続して形成されている。これにより、メッキ層23と各パターン層22A、22Bとが全体として一つの接続導体を形成している。回路基板20が各電極12(ベース部13の電極肩部13A)に載置された状態においては、各電極12は下層のパターン層22Bに接触し、接続導体全体により電気的に接続されている。
【0024】
このように、各蓄電素子10は各電極12において、回路基板20に形成された電力用パターン22により電気的に接続されるとともに、回路基板20に一体に固定されている。
【0025】
保持部材40は樹脂を含む絶縁材により形成され、
図5および
図6に示すように、キャップ41と、固定部42と、樹脂弾性部43と、を備えている。なお本実施形態の保持部材40は、ガラス入りPBT(ポリブチレンテレフタレート)を金型の左右方向(長手方向)に流し込んで略平板形状に形成されている。これにより、保持部材40の長手方向の熱伸縮が軽減されている。
【0026】
保持部材40のキャップ41は略平板形状をなし、下方に開口する3つの外嵌凹部41Bと、上下に開口する3つの挿通孔41Aと、を備えている。各外嵌凹部41Bは横断面が円形状をなし、その直径は、蓄電素子本体11の直径よりもやや大寸であり、かつ後述のホルダ60に設けられた収容凹部61の1辺よりも小寸となっている。各外嵌凹部41Bの頂面は、蓄電素子10の本体肩部11Aが当接する突き当て面44となっている。各挿通孔41Aは横断面が各外嵌凹部41Bよりも小径の円形状をなしている。各挿通孔41
Aは各外嵌凹部41Bと同軸状に配され、各外嵌凹部41Bの内部空間と連通している。また、キャップ41の上面側には、扁平な円柱形状の基板受け部41Cが複数突設されている。各基板受け部41Cは、各挿通孔41Aの間に、前後それぞれ一つずつ配されている。
【0027】
キャップ41は、
図4に示すように、蓄電素子本体11と回路基板20との間に配されている。外嵌凹部41Bには、蓄電素子本体11の上端が嵌め入れられ、突き当て面44に本体肩部11Aが当接している。蓄電素子本体11の周面と外嵌凹部41Bの内周壁との間にはクリアランスWが設けられている。挿通孔41Aには各電極12のベース部13が挿通されている。
【0028】
保持部材40の固定部42は、保持部材40の左右両端に形成されている。固定部42は、前後に長い幅広部42Aと、幅広部42Aの前後方向における中心から側方に張り出し形成された延出部42Bとを備えている。延出部42Bの中央には、固定孔42Cが貫通して設けられている。
【0029】
保持部材40の樹脂弾性部43は、キャップ41と同一平面において伸縮可能な蛇腹形状をなす4本の板ばね片43Aにより構成されている。各板ばね片43Aは、キャップ41の両側端における前後端部と、各固定部42の幅広部42Aのキャップ41側の側端における前後端部を連結して配されている。本実施形態においては、各板ばね片43Aは上面視でV字形状をなし、その上下厚みはキャップ41と同等に形成されている。これにより、樹脂弾性部43は、キャップ41と各固定部42との間で弾性的に伸縮し、キャップ41を各固定部42の間において左右方向に変位可能に保持している。
【0030】
ケース50は、
図3に示すように、上方に開口する中空の直方体形状のケース本体50Aと、タブ部50Bと、を備えている。タブ部50Bは、ケース本体50Aの側面上縁部から側方に張り出し形成されている。タブ部50Bの中心には、ボルト挿通孔50Cが設けられている。
【0031】
タブ部50Bおよびボルト挿通孔50Cには、
図1に示すように、保持部材40のうち固定部42および固定孔42Cがそれぞれ重ねて配されている。固定孔42Cおよびボルト挿通孔50Cにはボルト70が上方から挿通され、ボルト挿通孔50Cの下面側に配されたナット71に螺合されている。これにより、保持部材40のキャップ41は、樹脂弾性部43を介して固定部42によりケース50に固定されている。
【0032】
ホルダ60は樹脂を含む絶縁材により形成され、図示しない手段によりケース本体50A内に固定されている。ホルダ60には収容凹部61が3つ、左右に並んで形成されている。各収容凹部61は、
図7に示すように、断面が略正方形で上方に開口する角筒形状をなしている。ホルダ60とケース本体50Aの内壁との間には、ケース本体50Aの内壁の全周に亘ってクリアランスが設けられている。
【0033】
各収容凹部61の底面における中央には、弾性片62が形成されている。本実施形態の弾性片62は、
図7に示すように、収容凹部61の底面の一部を切り起こした形状に形成された2枚のタブ片により構成されている。各タブ片は、左右方向における外側の辺を基端として、
図3に示すように、収容凹部61の底面から斜め上方に突出している。
【0034】
図1に示すように、蓄電素子10がケース50に収容された状態においては、蓄電素子本体11は保持部材40の突き当て面44に当接して上方への変位が規制されるとともに、下方においては各弾性片62に支持され(すなわち保持部材40と弾性片62により挟持され)、収容凹部61の底面から浮いた状態で保持されている。なお各蓄電素子本体11には寸法誤差があるが、各弾性片62が個別に弾性変形し各蓄電素子本体11の下端位置を各々異なる高さレベルとすることでその寸法誤差を吸収している。また、蓄電素子本体11は上端においてキャップ41の外嵌凹部41Bにより水平方向の変位が規制されており、これにより収容凹部61の内周壁との間に十分なクリアランスが保たれている。回路基板20は、各電極12のベース部13および保持部材40(キャップ41)の基板受け部41Cにより支持されるとともに、各電極12に螺合されたネジ30により上方への変位を規制されている。
【0035】
かかる蓄電モジュールBMの組み立て手順を例示する。
【0036】
まず、3本の蓄電素子10を正極と負極とが交互に並んで配されるように向きを揃えて並べる。そして、保持部材40のキャップ41を各蓄電素子本体11の上端に外嵌し、本体肩部11Aに載置する。そして、キャップ41の上に回路基板20を被せ、キャップ41の挿通孔41Aから突出したスペーサ部14を貫通孔21に挿通させつつベース部13に載置する。そして、電極12(スペーサ部14)のネジ部15にネジ30を挿入し、螺合して、各蓄電素子10と回路基板20とを一体的に固定する。
【0037】
そして、各蓄電素子10と回路基板20とを一括して持ち上げ、ケース50内に配されたホルダ60の各収容凹部61内に各蓄電素子本体11を挿入する。すると、各蓄電素子本体11は各弾性片62の先端に支持され、各収容凹部61の底面から各々浮いた状態で静止する。
【0038】
最後に、保持部材40の樹脂弾性部43を適宜側方へ弾性的に伸縮させて各固定孔42Cをケース50の各ボルト挿通孔50Cに位置合わせしつつ、固定孔42Cおよびボルト挿通孔50Cに対し上方からボルト70を挿通させ、下方に配したナット71に螺合する。すると、螺合が進むに従い、保持部材40の固定部42がケース50のタブ部50Bに向かって引き寄せられる。これに伴い、各蓄電素子10およびそれらに一体的に固定された回路基板20が下方に抑え込まれ、各蓄電素子本体11が各弾性片62を弾性変形させつつ各収容凹部61の底面に向かって進入する。そして、螺合が完了し、保持部材40がケース50に固定されると、蓄電素子本体11が弾性片62により上方に(すなわちキャップ41に向かって)付勢されるとともにキャップ41によって上方への変位を規制された状態で、収容凹部61の内周壁から離間してケース50内に収容された蓄電モジュールBMが得られる。
【0039】
なお組み立て手順は上述に限らず、例えばまずケース50内に配された各収容凹部61に各蓄電素子10を挿入し、各弾性片62に載置してから保持部材40および回路基板20を順に被せて電極12にネジ30を螺合し、最後に保持部材40をケース50に固定してもよい。
【0040】
このように、本実施形態の蓄電モジュールBMは、複数の蓄電素子10と、蓄電素子10を接続する
回路基板20と、蓄電
素子10を収容する金属製のケース50と、蓄電素子10を保持する保持部材40と、を備える蓄電モジュールBMであって、保持部材40は、蓄電素子10が嵌め入れられるキャップ41と、ケース50に固定される固定部42と、キャップ41と固定部42との間に弾性伸縮可能に設けられ、樹脂で構成される樹脂弾性部43と、を備える。
【0041】
この構成によれば、各蓄電素子10は保持部材40を介してケース50に固定されているから、各蓄電素子10とケース50との相対的な位置を樹脂弾性部43の弾性伸縮により調整することができる。これにより、ケース50に各蓄電素子10を固定する際に、各蓄電素子10の寸法誤差を吸収し、電極12と回路基板20との接続箇所にストレスを与えることなく容易に作業を行うことができる。また、合成樹脂製の保持部材40と金属製のケース50に熱膨張率の相違による寸法差が生じた場合にも、その寸法差を樹脂弾性部43の弾性伸縮により吸収することができる。
【0042】
また、上記の構成によれば、合成樹脂製の保持部材40と金属製のケース50に熱膨張率の相違による寸法差が累積して大きくなりがちな保持部材40の長手方向の少なくとも一端側に弾性的に伸縮可能な樹脂弾性部43が配されているから、この寸法差を効果的に吸収することができる。
【0043】
また、蓄電素子10は各々が個別に各弾性片62によりキャップ41へ向かって付勢されているから、各蓄電素子10の寸法誤差や個別の熱膨張による寸法変化に関わらず各蓄電素子10を弾性片62とキャップ41との間に保持することができる。また、蓄電素子10のうち電極12が回路基板20に接続され、蓄電素子本体11がキャップ41と弾性片62との間に挟持されるから、電極12にストレスを与えることなく蓄電素子10を保持することができる。
【0044】
また、キャップ41には回路基板20に当接可能な
基板受け部41Cが設けられているから、電極12が回路基板20から受ける押圧力を分散させ、回路基板20および電極12におけるストレスを軽減することができる。特に本実施形態のようにネジ30を電極12に螺合する構成の場合、ネジ30の締結力が回路基板20と電極12との当接箇所に集中することを抑制することができる。
【0045】
また、各蓄電素子10のうち、電極12は回路基板20に固定されているが、蓄電素子本体11は収容凹部61の内周壁から全周に亘って離間し、弾性変形可能な弾性片62に支持された状態で収容凹部61内に収容されている。したがって、蓄電素子本体11が熱などにより内圧が高まり膨張した場合にも、電極12と回路基板20との固定部位を中心として弾性片62を下方へ弾性変形させつつ収容凹部61の内部空間において膨張することができる。
【0046】
<実施形態2>
次に、本明細書に開示された技術に係る実施形態2を
図8および
図9によって説明する。
【0047】
本実施形態の蓄電モジュールBM100においては、回路基板20の代わりに複数のバスバー120(接続導体の一例)により、各蓄電素子110を電気的に接続している。そして、保持部材140には基板受け部41Cの代わりにバスバー位置決め部141C(導体受け部の一例)を設け、ここにバスバー120を載置する構成としている。その他の構成は実施形態1と同様であるため、説明を省略する。
【0048】
<他の実施形態>
本明細書に開示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、例えば次のような形態で実施することが可能である。
【0049】
(1)上記実施形態においては、保持部材40に蓄電素子10に対応した数の挿通孔41Aおよび3つの外嵌凹部41Bを設けたが、挿通孔41Aおよび3つの外嵌凹部41Bを設ける代わりに電極12に対応した数の挿通孔を設け、ここに各電極を挿通させてもよい。この場合、接続導体が電極との固定部位の近傍において挿通孔により支持されるので、接続導体と電極との接続部位におけるストレスをよりいっそう軽減することができる。
【0050】
(2)上記実施形態においては弾性片62として一対のタブ片を各収容凹部161の底面から起立させているが、弾性片はこれに限らず、例えば2つの板バネを各収容凹部の内側壁において軸を挟んだ位置に形成し、これらを上方に向かって突出させてもよく、または絶縁性のコイルばねを採用し、軸心を立てて各収容凹部の底面に配してもよい。要は蓄電素子本体をケースから絶縁した状態でキャップに向かって付勢できればよい。また、例えば各電極とバスバーとがレーザ溶接等により強固に固定され、蓄電素子をバスバーから懸垂させた状態で電気的接続を確実に維持できる場合には、弾性片は省略してもよい。
【0051】
(3)上記実施形態においては蓄電素子10は3本としているが、蓄電素子の本数はこれに限らず、例えば1本でもよい。また上記実施形態においては各蓄電素子10を直列接続しているが、例えば各蓄電素子を並列接続する構成としてもよい。
【0052】
(4)上記実施形態1においては基板受け部41Cを扁平な円柱形状としているが、基板受け部の形状はこれに限らず、例えば回路基板に向かって突出する細いピン形状の基板受け部を多数設けてもよい。また、下方からの押圧力を所定の範囲内に抑制できる場合には、基板受け部は省略してもよい。
【0053】
(5)上記実施形態においては、保持部材40全体がガラス入りPBTから形成されているが、保持部材40は他の樹脂材料から形成されてもよい。また、保持部材40のうち、樹脂弾性部43を樹脂から形成し、キャップ41および固定部42の両方またはその一方は樹脂以外の材料から形成する構成としてもよい。