JP2015230200A - 温度センサの取付構造 - Google Patents

Abstract

【課題】温度センサの取付作業性および交換性に優れる温度センサの取付構造を提供する。【解決手段】一対の電極端子を有する複数個の単電池１１を並べてバスバー１５により接続してなる電池モジュール１０に取り付けられる温度センサ４０の取付構造であって、電池モジュール１０には電極端子およびバスバー１５を覆うカバー２０が設けられており、温度センサ４０は、単電池１１に向けて付勢されるばね部を有するとともに、単電池１１に伝熱的に接触可能な状態でカバー２０に保持されている。【選択図】図１０

Description

本発明は、温度センサの取付構造に関する。

電気自動車やハイブリッド車に使用される電池モジュール等の蓄電モジュールにおいては、出力を大きくするために、複数の単電池（蓄電素子）が横並びに接続されている。隣り合う単電池の電極端子間は、バスバーなどの接続部材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。

ところで、電池モジュールを高温状態で使用すると寿命が低下することがあり、リチウムイオン電池などを複数個接続してなる電池モジュールでは、充電の際に高温になることにより発火することがある。そこで、このような事態を避けるべく、電池モジュールには電池温度を検知するための温度センサが取り付けられる。このような温度センサは、例えば、隣り合う電極端子間を接続する接続部材等を収容する電池接続アセンブリに一体的に取付けることにより、電池モジュールへの取付作業を簡素化している（例えば特許文献１を参照）。

特開２０１１−２５８４１３号公報

しかしながら電池接続アセンブリには、接続部材や電圧検知端子、および、検知電線等の配線構造物がともに収容されるため、互いの配置に制約が生じたり、取付作業性や、メンテナンス時の交換性を損なう虞がある。

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、温度センサの取付作業性および交換性に優れる温度センサの取付構造を提供することを目的とする。

本発明は、一対の電極を有する複数個の蓄電素子を並べて接続部材により接続してなる蓄電モジュールに取り付けられる温度センサの取付構造であって、前記蓄電モジュールには前記電極および前記接続部材を覆うカバーが設けられており、前記温度センサは、前記蓄電モジュールに向けて付勢される付勢手段を有するとともに前記蓄電モジュールに伝熱的に接触可能な状態で前記カバーに保持されているところに特徴を有する。

本発明によれば、温度センサはカバーに保持され、カバーを蓄電モジュールに装着することにより蓄電モジュールに対して取り付けられる（伝熱的に接触する）構成であるから、蓄電モジュール側には温度センサ接触用の領域を設けるだけで取付専用の構造は不要である。また、例えば電圧検知端子等の他の構成要素の配置に関わらず温度センサをカバーに保持するための構造を設けることができる。すなわち、簡易な構成で温度センサを蓄電モジュールに簡単に取り付け可能であり、メンテナンス時の交換性にも優れる。

また温度センサは、蓄電モジュールに向けて付勢される付勢手段を有するから、蓄電素子と確実に接触可能となり、温度の検知精度を向上させることができる。

本発明は、以下の構成を有してもよい。

温度センサおよび前記カバーに、温度センサをカバーに対して正規姿勢で保持可能なガイド手段を設ける構成としてもよい。温度センサがカバーに対して正規姿勢で保持されていると、ひいては、温度センサを蓄電モジュールに対して正規姿勢で伝熱的に接触させることができるから、温度の検知精度をさらに向上させることができる。

温度センサは測温素子および測温素子から導出される温度検知線を備え、温度検知線は、測温素子から蓄電モジュールにおけるカバーの装着面に沿う方向に引き出すようにしてもよい。このような構成とすると、カバーの装着面に対して垂直方向に温度検知線を引き出す構成と比較して、温度センサを低背化させることができる。

さらに、温度センサを蓄電素子の一対の電極の間に宛がう構成とすることにより、蓄電素子の温度の検知精度をより向上させることができる。

一実施形態のカバーおよび電池モジュールの分解斜視図 カバーを電池モジュールに組み付けた状態の斜視図 カバーを電池モジュールに組み付けた状態の平面図 カバーの一部拡大平面図 カバーの裏面側の斜視図 カバーの裏面側の平面図 図３のＡ−Ａ断面図 図４のＢ−Ｂ断面図 図４のＣ−Ｃ断面図 図３のＤ−Ｄ断面図

一実施形態の温度センサの取付構造を図１ないし図１０によって説明する。

本実施形態の電池モジュール１０（蓄電モジュールの一例）は、例えば、電気自動車又はハイブリッド自動車等の、車両（図示せず）の駆動源として使用される。以下の説明においては、図１におけるＸ方向を前方とし、Ｘ方向と反対方向を後方とする。また、図１におけるＹ方向を左方とし、Ｙ方向と反対方向を右方とする。さらに、図１におけるＺ方向を上方とし、Ｚ方向と反対方向を下方とする。

（単電池１１）
単電池１１は、ケースの内部に図示しない発電要素を収容してなり、扁平な直方体形状をなしている。単電池１１の上面１１Ａには、長手方向の両端部寄りの位置に、一対の電極端子１２が上方に突出して形成されている。単電池１１の上面１１Ａは電極面とされる。一対の電極端子１２の一方は正極端子であり、他方は負極端子である。電極端子１２は、金属製の端子台（図示せず）から上方に向かって丸棒状に突出する電極ポスト１２Ａを備え、その電極ポスト１２Ａの外面にはねじ山が形成されている。単電池１１の各側面は合成樹脂製の絶縁枠部１４によって覆われている。

また、単電池１１の上面１１Ａの略中央には、単電池１１の内部で発生したガスを外部に排出するガス排出部１３が形成されている。絶縁枠部１４のうち、単電池１１の上面１１Ａに位置する部分は一部切り欠かれており、電極端子１２およびガス排出部１３が外部に露出されている。

（電池モジュール１０）
複数個の単電池１１は、隣り合う単電池１１の電極端子１２の極性が異なるように（正極と負極とが交互に配されるように）並べられており、単電池群を構成している。隣り合う単電池１１の電極ポスト１２Ａは、金属板材をプレス加工してなるバスバー１５（接続部材の一例）によって電気的に接続されて、電池モジュール１０を構成している。詳細には、バスバー１５は、電極ポスト１２Ａに形成されたねじ山に螺合されたナット１６によって、電極端子１２に固定されている。これにより、複数の単電池１１は直列接続されており、電池モジュール１０を構成している。なお、バスバー１５を構成する金属は、銅、銅合金、アルミニウム、アルミニウム合金、ステンレス等、必要に応じて任意の金属を適宜に選択できる。

（カバー２０）
電池モジュール１０の上面１０Ａには、カバー２０が取り付けられる。図１ないし図６に示すように、カバー２０は前後方向に細長い形状をなしている。

カバー２０は、複数（本実施形態では８つ）のカバーユニット２１Ａ、２１Ｂ、２１Ｃ、２１Ｄ、２１Ｅ、２１Ｆ、２１Ｇ、２１Ｈを前後方向に順に並べて、後述する連結手段によって連結することにより構成されている。

各カバーユニット２１Ａ〜２１Ｈは、図７に示すように、断面が略浅皿状をなしており、電池モジュール１０の上面１０Ａに対して略平行に配される上壁２２と、上壁２２のうち前後方向に延びる両側縁から斜め下方に向けて延びる一対の傾斜壁２３と、傾斜壁２３のうち上壁２２と反対側の側縁から下方に向けて延びる一対の側壁２４とを有する。図５および図６に示すように、上壁２２の幅方向（Ｙ方向、左右方向）の中央には、後述する温度センサ４０の温度検知線４３が配索される配索溝２５が、前後方向（Ｘ方向）に沿って設けられている。

配索溝２５の左右両側には、所定の距離を隔てて、下方（図５においては上方）に向けて延びる一対の補強壁２６が設けられている。これらの補強壁２６の下面２６Ａは、側壁２４の下面２４Ａよりも上方に配されている（図７参照）。さらに、配索溝２５の一対の溝壁２５Ａと補強壁２６との間には、上壁２２を貫通する開口２７が設けられており、単電池１１の内部で発生したガスを開口２７を通して外部に排出できるようになっている。

図５および図６に示すように、各カバーユニット２１の上壁２２のうち、後方側（図中左側）の左右両端部付近には、後方に向けて片持ち状に延びる一対の連結片２８が設けられているとともに、前方側の左右両端部付近には、連結片２８を受け入れ可能な一対の受け枠２９が設けられている（上述した連結手段）。隣り合うカバーユニット２１は、前方側のカバーユニット２１の連結片２８が、後方側のカバーユニット２１の受け枠２９内に挿通されることにより、前後方向の連結間隔が調整可能な状態で連結されている。

一方、側壁２４の下縁部には、下方に向けて延びる複数の係止片３１が設けられている。これらの係止片３１が電池モジュール１０の外面に設けられた係止突部１７に係止することにより、カバー２０が電池モジュール１０に対して取り付けられるようになっている。

８つのカバーユニット２１のうち、２１Ａ、２１Ｅ、２１Ｈの上壁２２には、後述する温度センサ４０を保持するための保持壁３２が設けられている。保持壁３２は、図５および図６に示すように、カバーユニット２１Ａ、２１Ｅの上壁２２の前端かつ左寄り（図６における上側）の位置、および、カバーユニット２１Ｈの後端かつ左寄りの位置に設けられている。

保持壁３２は、上壁２２から下方（図５の上方）に向けて略ロ字形状に突出した箱形形態をなす。ここで、保持壁３２の周壁のうち、前後方向に延びる一対の壁を側壁３３とし、一対の側壁３３を連結する前方側の壁を前壁３４、後方側の壁を後壁３５とよぶこととする。側壁３３の前後方向の幅は、前壁３４および後壁３５の左右方向の幅よりも長く設定されている。

一対の側壁３３および後壁３５は、カバー２０の上壁２２からほぼ同等の突出高さを有する一方、前壁３４は、一対の側壁３３および後壁３５よりも突出高さが低く設定されている。これにより、保持壁３２の周壁のうち前壁３４の下端部が凹状に切り欠かれた状態とされており、この凹状部分は後述する温度センサ４０の温度検知線４３を逃がす逃がし部３６とされている。

一方、保持壁３２の一対の側壁３３には、図８に示すように、その下端縁から逆略Ｔ字形状に切り欠かれた切欠き３７が設けられている。切欠き３７のうち、下側の幅広部分が後述する温度センサ４０の本体部４７を逃がすための第１逃がし部３７Ａであり、第１逃がし部３７Ａの上方側の幅狭部分は、温度センサ４０のガイド筒部４５を逃がすための第２逃がし部３７Ｂである。

図９に示すように、保持壁３２のうち、前壁３４および後壁３５の高さ方向の中央付近には、内側に向けて突出する係止部３４Ａ、３５Ａが設けられている。また、係止部３４Ａ、３５Ａの先端から前壁３４および後壁３５のそれぞれの下端にかけては、前壁３４および後壁３５から内側に向けて垂直方向に立ち上がるように、ガイド壁３４Ｂ、３５Ｂが設けられている。なお、前壁３４および後壁３５のうち、係止部３４Ａ、３５Ａより下側部分は、上側部分より内側にやや凹んだ形態とされている。

また、保持壁３２の内側のうち、前後方向における両端部寄りには、上壁２２から下方に向けてコ字形状に突出する一対の規制リブ３８が設けられている。規制リブ３８は、後述する温度センサ４０のばね部４６の上方側への移動を規制するためのものであり、その下面３８Ａは、係止部３４Ａ，３５Ａよりも高い位置に設定されている。

さらに保持壁３２の内側の中央部には、上壁２２から下方に向けて延びるガイドリブ３９（ガイド手段の一例）が設けられている。ガイドリブ３９は、断面略ロ字形状の角筒状であり、その下面３９Ａは係止部３４Ａ、３５Ａより下方側、かつ、第１逃がし部３７Ａの上部開口縁部３７Ａ１と略同一面とされている。またガイドリブ３９の先端は、面取り形状をなしている。

また、図５および図６に示すように、保持壁３２の一対の側壁３３のうち、配索溝２５側に位置する側壁３３の上端（図５の下端）かつ前端部からは、後述する温度検知線４３を配索溝２５内に導入するための導入溝２５Ｂが、配索溝２５と連結するように設けられている。

（温度センサ４０）
カバー２０の保持壁３２には、温度センサ４０が装着されている。温度センサ４０は、図９に示すように、合成樹脂からなる箱状のハウジング４１と、ハウジング４１の上面から垂直方向に立ち上がるように設けられた略四角筒状のガイド筒部４５（ガイド手段の一例）と、ガイド筒部４５の上端開口縁部のうち前後方向において対向する２辺から斜め上方に向けて互いに離間するように延出された一対の板状のばね部４６（付勢手段の一例）とを備える。

ハウジング４１の内部には測温素子４２が配されており、測温素子４２から温度検知線４３が導出されている。温度検知線４３は、ハウジング４１の前壁から前後方向に沿って、すなわち、カバー２０が電池モジュール１０に取り付けられた状態において、電池モジュール１０の上面１０Ａ（カバー２０の装着面）に沿うように前方側（図９の右側）に導出されるとともに、上方に向けて直角に屈曲されており、カバー２０の導入溝２５Ｂから配索溝２５内に配索されるようになっている。また、ハウジング４１内には充填材４４が充填されており、ハウジング４１内に測温素子４２および温度検知線４３を固定している。これらハウジング４１、測温素子４２、温度検知線４３、および充填材４４が一体化された部分を、本体部４７とよぶこととする。

本体部４７（ハウジング４１）の上面から立ち上がるように設けられた略四角筒状のガイド筒部４５は、その前後方向に延びる側壁４５Ａの外面が、ハウジング４１の前後方向に延びる側壁４１Ａの外面と面一になるように設定されている。

一方、一対のばね部４６は長尺な板状をなしており、ガイド筒部４５の上端開口縁部から斜め上方に向けて互いに離間する方向に延びる基部４６Ａと、基部４６Ａから屈曲されて斜め下方に向けて延びる第１中間部４６Ｂと、第１中間部４６Ｂから屈曲されて斜め上方に向けて延びる第２中間部４６Ｃと、第２中間部４６Ｃ屈曲されて斜め下方に向けて延びる先端部４６Ｄとから構成されている。すなわち、ばね部４６は、複数の屈曲部により略Ｚ形状に連続的に折り曲げられており、これにより、ばねとして作用するようになっている。なおばね部４６は、全体として、斜め上方に向けて延びるように設定されている。

温度センサ４０は、一対のばね部４６の先端部４６Ｄが保持壁３２の係止部３４Ａ，３５Ａに係止することにより、カバー２０の保持壁３２に保持されている。温度センサ４０は、カバー２０が電池モジュール１０に取り付けられる前の状態において、本体部４７（ハウジング４１）の上面が保持壁３２の下端面とほぼ面一となるように設定されている（図８および図９参照）。また、ハウジング４１およびガイド筒部４５の前後方向に延びる側壁４１Ａ、４５Ａの外面が、保持壁３２の側壁３３の外面とほぼ面一となるように予め設定されている（図６参照）。

以上のような本実施形態の温度センサ４０は、次のように電池モジュール１０に取り付けられる。まず、温度センサ４０の一対のばね部４６を、カバー２０の保持壁３２の内部に挿入する。温度センサ４０の一対のばね部４６は、先端部４６Ｄが保持壁３２の前壁３４および後壁３５に設けられたガイド壁３４Ｂ、３５Ｂにより互いに近づく方向に押圧されることにより、全体が圧縮されつつ、保持壁３２の奥方へ挿入される。またこの時、カバー２０のガイドリブ３９が温度センサ４０のガイド筒部４５内に進入することにより、温度センサ４０の保持壁３２内への挿入姿勢がガイドされる。

温度センサ４０が保持壁３２内の奥方へ挿入され、ばね部４６の先端部４６Ｄが係止部３４Ａ，３５Ａを越えると、ばね部４６は弾性復帰し、先端部４６Ｄが係止部３４Ａ，３５Ａの上面に係止する。これにより、温度センサ４０が抜け止めされ、保持壁３２へ保持された状態となる。この時、ばね部４６の先端部４６Ｄの一端側の屈曲部４６ｅは、カバー２０の規制リブ３８の下面３８Ａとわずかな隙間を介して対向した状態とされている。また、ガイドリブ３９はガイド筒部４５の高さにおける半分程度まで進入した状態とされている。さらに、温度センサ４０の本体部４７（ハウジング４１）の下面は、保持壁３２の下面よりも下方に突出した状態とされる（図８および図９参照）。

次に、温度センサ４０が保持されたカバー２０を、電池モジュール１０の上面１０Ａを覆うように取り付ける。すると、まず、温度センサ４０の本体部４７の下面が単電池１１の上面１１Ａに当接する。さらにカバー２０を電池モジュール１０に固定すべく押し付けると、本体部４７の下面は単電池１１の上面１１Ａにより上方へ向けて押圧される。これにより、本体部４７はばね部４６を圧縮させつつ保持壁３２の奥方へ挿入される。この時、ガイド筒部４５内にガイドリブ３９が進入するため、本体部４７のカバー２０に対する姿勢は正規の状態にガイドされる。またばね部４６は、屈曲部４６ｅが規制リブ３８に当接することにより上方側への移動が規制されているので、全体が上方へ移動することなく、圧縮されるようになっている。

さらに、本体部４７が保持壁３２内に挿入されるのに伴い、温度センサ４０のガイド筒部４５の側壁４５Ａが保持壁３２の第２逃がし部３７Ｂ内に進入するとともに、ハウジング４１の側壁４１Ａが第１逃がし部３７Ａ内に進入する。

そして、図１０に示すように、カバー２０の係止片３１が電池モジュール１０の係止突部１７に係止され、カバー２０が電池モジュール１０の上面１０Ａに装着された状態では、温度センサ４０の本体部４７は圧縮されたばね部４６により下方に向けて付勢された状態で単電池１１の上面１１Ａに接触した状態とされる。またこの時、ガイドリブ３９の先端（下端）はガイド筒部４５内において、ハウジング４１の上面とほぼ同等か、やや上方に位置するように予め設定されている。さらに、ハウジング４１の側壁４１Ａおよびガイド筒部４５の側壁４５Ａは、第１逃がし部３７Ａおよび第２逃がし部３７Ｂ内に進入した状態とされている。

このような本実施形態の温度センサ４０の取付構造によれば、カバー２０に温度センサ４０を保持させるだけで温度センサ４０を電池モジュール１０に取り付けることができるから、取付作業性に優れる。また、温度センサ４０は電池モジュール１０（単電池１１）に向けて付勢された状態で電池モジュール１０（単電池１１）に伝熱的に接触しているので、単電池１１の温度を正確に検知することができる。さらに、カバー２０にはその他電圧検知端子等の構成要素は設けられていないから、構造が簡単で、メンテナンス時の交換性にも優れる。

また、温度センサ４０はガイド筒部４５およびガイドリブ３９によりカバー２０に対して正規姿勢で保持されているから、温度センサ４０を電池モジュール１０（単電池１１）に対して正規姿勢で伝熱的に接触させることができ、温度の検知精度を向上させることができる。

さらに、温度検知線４３は、測温素子４２から単電池１１の並び方向に沿って引き出されているから、温度センサ４０を低背化させることができる。

＜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、温度センサ４０に設けたガイド筒部４５とカバー２０に設けたガイドリブ３９により、温度センサ４０のカバー２０に対する挿入姿勢をガイドするガイド機構を設けたが、ガイド機構は必ずしも必要でない。

（２）上記実施形態では、保持壁３２に温度センサ４０を逃がす切欠き３７（第１逃がし部３７Ａおよび第２逃がし部３７Ｂ）を設けたが、切欠き３７は必ずしも必要ではなく、保持壁３２の内部に温度センサ４０の全体を嵌め込む構成としてもよい。

（３）カバー２０に温度センサ４０を保持させる構成は、上記保持壁３２に限らず、他の保持構造としてもよい。

（４）温度センサ４０の電池モジュール１０（単電池１１）に対する付勢手段は、上記実施形態のばね部４６に限るものではない。

（５）上記実施形態では、ガイド筒部４５とばね部４６とを連続して一体に設ける構成としたが、本体部４７に対してそれぞれ別個に設ける構成としてもよい。

（６）上記実施形態では、温度検知線４３を測温素子４２から単電池１１の並び方向に沿って、すなわち、前後方向（Ｘ軸方向）に引き出す構成としたが、左右方向（Ｙ軸方向）に引き出す構成としてもよい。あるいは、電池モジュール１０の上面１０Ａに対して垂直方向に引き出す構成としてもよい。

（７）単電池１１に対する本体部４７の接触位置は、上記実施形態に限るものではない。

１０…電池モジュール（蓄電モジュール）
１０Ａ…上面（装着面）
１１…単電池（蓄電素子）
１２…電極端子（電極）
１５…バスバー（接続部材）
１７…係止突部
２０…カバー
２１…カバーユニット
３１…係止片
３２…保持壁
３７…切欠き
３７Ａ…第１逃がし部
３７Ｂ…第２逃がし部
３８…補助壁
３９…ガイドリブ（ガイド手段）
４０…温度センサ
４２…測温素子
４３…温度検知線
４５…ガイド筒部（ガイド手段）
４６…ばね部（付勢手段）
４７…本体部

Claims (4)

1. 一対の電極を有する複数個の蓄電素子を並べて接続部材により接続してなる蓄電モジュールに取り付けられる温度センサの取付構造であって、
   前記蓄電モジュールには前記電極および前記接続部材を覆うカバーが設けられており、
   前記温度センサは、前記蓄電モジュールに向けて付勢される付勢手段を有するとともに前記蓄電モジュールに伝熱的に接触可能な状態で前記カバーに保持されていることを特徴とする温度センサの取付構造。
2. 前記温度センサおよび前記カバーには、前記温度センサを前記カバーに対して正規姿勢で保持可能なガイド手段が設けられていることを特徴とする請求項１に記載の温度センサの取付構造。
3. 前記温度センサは測温素子および該測温素子から導出される温度検知線を備え、前記温度検知線は、前記測温素子から前記蓄電モジュールにおける前記カバーの装着面に沿う方向に引き出されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の温度センサの取付構造。
4. 前記温度センサは前記蓄電素子の一対の電極の間に宛がわれるように設定されていることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか一項に記載の温度センサの取付構造。

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