JP6030767B2 - 蓄電モジュール - Google Patents

Description

本発明は、蓄電モジュールに関する。

従来、リチウムイオン電池などの複数の蓄電素子を収納する筐体を備え、筐体を構成する一対の側板によって蓄電素子を両側から挟み込んで支持する蓄電モジュールが知られている（特許文献１）。側板には、複数の蓄電素子のそれぞれに対応して貫通孔が設けられ、各貫通孔は蓄電素子の電極端子面によって塞がれている。蓄電素子の両端部は一対の側板の貫通孔に嵌めこまれて、蓄電素子の位置が拘束されている。側板によって位置決めされた蓄電素子の電極端子面には、導電部材が溶接されている。

蓄電素子の位置を拘束する側板の材質はポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）であるのに対し、蓄電素子同士を電気的に接続する導電部材の材質は銅であり、両者の材質が異なっている。ＰＢＴの線膨張係数は、６．０×１０^−５[１／Ｋ]程度であり、銅の線膨張係数は、１．７×１０^−５[１／Ｋ]程度である。このため、たとえば蓄電モジュールの温度が上昇し、側板が熱膨張すると、蓄電素子間の距離が増加する。蓄電モジュールの温度上昇に伴って導電部材も熱膨張するが、銅の線膨張係数はＰＢＴの線膨張係数よりも小さいため、熱膨張差が生じる。その結果、導電部材と蓄電素子の電極端子との溶接部に熱変化に起因する応力が発生する。

特許文献１に記載の蓄電モジュールでは、蓄電素子の位置を拘束する側板が、剛性のある金属板からなる入口流路形成板、出口流路形成板、入口側案内板および出口側案内板に、ねじ等などの固定手段により結合されている。上記流路形成板や案内板が、たとえば線膨張係数が２．１×１０^−５［１／Ｋ］程度のアルミダイキャストなどで形成されている場合、側板の温度変化に起因する変形が上記流路形成板や案内板によって抑制される。

日本国特開２０１１−２１６４００号公報

特許文献１に記載の蓄電モジュールでは、筐体を構成する入口流路形成板、出口流路形成板、入口側案内板および出口側案内板が金属板で形成されており、重量増加およびコスト増加の原因となっている。そこで、重量やコストを抑えつつ、熱変化に起因して発生する溶接部の応力を効果的に緩和する対策が望まれていた。

本発明の第１の態様によると、複数の蓄電素子が導電部材によって電気的に接続された蓄電モジュールは、導電部材は、隣り合う一対の蓄電素子における電極端子のそれぞれに溶接される一対の電極接続部と、一対の電極接続部のそれぞれに一対の弾性変形部を介して接続される基部と、基部に接続され、蓄電素子の端子電圧を検出する電圧検出端子とを有し、電圧検出端子は、基部から立ち上がる立ち上がり部と、基部に対向して配置される端子部とを有し、弾性変形部は、基部から端子部に向かって突出する屈曲部を有している。

本発明によれば、蓄電素子の電極端子と導電部材との溶接部に発生する応力を緩和することができる。

本発明の実施の形態に係る蓄電装置の外観斜視図。 上蓋を取り外した状態の蓄電装置の外観斜視図。 本発明の実施の形態に係る蓄電モジュールの外観斜視図。 図３の蓄電モジュールの分解斜視図。 一方の側に配置される電圧検出基板、カバーおよび複数のバスバーを取り外した蓄電モジュールを示す外観斜視図。 保持ケースの分解斜視図。 保持ケースの分解断面図。 保持ケースの保持構造を示す図。 図８の部分拡大図。 他方の側に配置される電圧検出基板、カバーを取り外した蓄電モジュールを示す外観斜視図。 バスバーの外観斜視図。 図３のＸＩＩ−ＸＩＩ線に沿う平面で切断した断面模式図。 図３のＸＩＩＩ−ＸＩＩＩ線に沿う平面で切断した断面模式図。 隣り合う一対の蓄電素子同士を接続するバスバーの屈曲部が変形する様子を示す模式図。 従来例、比較例および本実施の形態に係るバスバーを示す模式図。 本発明の変形例に係る蓄電モジュールに用いられるバスバーを示す図。 本発明の変形例に係る蓄電モジュールに用いられるバスバーを示す図。

以下、図面を参照して、本発明をエンジンと電動機の双方によって駆動されるハイブリッド型の電気自動車や電動機のみによって走行する純粋な電気自動車に搭載される蓄電装置に組み込まれる蓄電モジュールに適用した実施の形態について説明する。

図１および図２を参照して、蓄電装置１の全体構成について説明する。図１は、本発明の実施の形態に係る蓄電装置１の外観斜視図であり、図２は、上蓋を取り外した状態の蓄電装置１の外観斜視図である。

蓄電装置１は、モジュール筐体内に蓄電モジュール１０と制御ユニット４とを収容している。モジュール筐体は、内部に収容空間を有する略直方体形状の筐体であり、下ケース１１と、上蓋１２とを有している。下ケース１１は上方が開口された浅底の矩形箱状とされている。上蓋１２は、平板状とされ、下ケース１１の上部開口を塞ぐように下ケース１１に取り付けられている。

上蓋１２および下ケース１１は、金属製の薄板にプレス加工等がなされることにより形成される。モジュール筐体内には、３つの蓄電モジュール１０が、互いにその長手方向が平行となるように、並べて配設されている。３つの蓄電モジュール１０は、電気的に接続されている。

図３は、本発明の実施の形態に係る蓄電モジュール１０の外観斜視図である。図４は蓄電モジュール１０の分解斜視図である。各蓄電モジュール１０は、同様の構成とされているため、一の蓄電モジュール１０を代表して説明する。図３に示すように、蓄電モジュール１０は略直方体形状を呈しており、図４に示すように、蓄電モジュール１０は複数の蓄電素子９０がバスバー４０によって電気的に接続されてなる。蓄電モジュール１０は、複数の蓄電素子９０と、複数のバスバー４０と、複数の蓄電素子９０を保持する保持ケース２０と、電圧検出基板５０と、カバー６０とを含んで構成される。複数の蓄電素子９０は、それぞれ円柱状とされ、互いに中心軸ＣＡが平行となるように配置されている（図８参照）。

なお、以下の説明において、蓄電モジュール１０の長さが最も長い方向、すなわち蓄電モジュール１０の長手方向をＸ方向と定義する。蓄電素子９０の中心軸方向をＹ方向と定義する。蓄電モジュール１０の長さが最も短い方向、すなわち蓄電モジュール１０の短手方向をＺ方向と定義する。Ｘ方向およびＹ方向、Ｚ方向は、互いに直交する。

図４では、Ｙ方向における一方の側の電圧検出基板５０、カバー６０、バスバー４０等の分解図を示しており、Ｙ方向における他方の側の電圧検出基板、カバー、バスバー等の構成については結合されたままとしている。図５は、一方の側に配置される電圧検出基板５０、カバー６０および複数のバスバー４０を取り外した蓄電モジュール１０を示す外観斜視図である。図４に示す蓄電モジュール１０の一方の側の電圧検出基板５０、カバー６０およびバスバー４０等と、図示しない他方の側の電圧検出基板、カバーおよびバスバー等は、同様の構成とされている。

図４および図５に示すように、蓄電モジュール１０に組み込まれる蓄電素子９０は、リチウムイオン電池であり、公称電圧は３．６ボルトである。蓄電素子９０は、電解液が注入された円筒形状の電池容器の内部に捲回電極群等の構成部品が収容されている。蓄電素子９０の中心軸方向の一端面は正極端子面とされ、他端面は負極端子面とされている。蓄電素子９０の正極側および負極側のそれぞれには安全弁が設けられている。安全弁は、過充電などの異常によって電池容器の内部の圧力が所定の圧力になったときに開裂し、電池容器の内部に発生したガスを電池容器の外部に噴出させて、電池容器の内部の圧力を減少させる。

保持ケース２０は、蓄電素子９０を積層配置した状態で保持する構成を有している。保持ケース２０は、複数本の蓄電素子９０を並列に配置した状態で、各蓄電素子９０の位置を拘束している。

蓄電モジュール１０には、上層（図示上側）および下層（図示下側）のそれぞれに蓄電素子９０が７つずつ、等間隔に配列されている。上層の蓄電素子９０と、下層の蓄電素子９０とは、Ｘ方向に半ピッチだけ変位された状態で保持されている。これにより、下層の蓄電素子９０と上層の蓄電素子９０とを近接させた状態で配置することができ、蓄電モジュール１０のＺ方向の寸法を小さくできる。

上層の蓄電素子９０と下層の蓄電素子９０とは、各蓄電素子９０の正極端子と負極端子の向きが逆向きとなるように配置されている。上層の蓄電素子９０のＹ方向一端は負極端子を構成し、他端は正極端子（図４において不図示）を構成している。下層の蓄電素子９０のＹ方向一端は正極端子を構成し、他端は負極端子（図４において不図示）を構成している。

保持ケース２０は、ポリブチレンテレフタレート（以下、ＰＢＴと記す）などの絶縁性を有する樹脂からなる下保持部材２０３と中保持部材２０２と上保持部材２０１の３つの部材からなり、下保持部材２０３と中保持部材２０２により下層の蓄電素子９０を挟み込んで保持し、中保持部材２０２と上保持部材２０１により上層の蓄電素子９０を挟み込んで保持する。

図６〜図９を参照して保持ケース２０による蓄電素子９０の保持構造について詳しく説明する。図６は保持ケース２０の分解斜視図であり、図７は保持ケース２０の分解断面図である。なお、図６は、図５の蓄電モジュール１０を反対側から見たときの分解斜視図である。

図６および図７に示すように、下保持部材２０３は、一定の横幅（Ｙ方向長さ）でＸ方向に延在する平板状の下面部２２２と、下面部２２２の短手方向（Ｙ方向）の両側端から上方に起立して対峙する一対の下縦壁面部２２３を有する。下保持部材２０３の下面部２２２は保持ケース２０の下面部を構成し、下縦壁面部２２３は保持ケース２０の側板２１０の下部を構成する。

一対の下縦壁面部２２３には、下層の各蓄電素子９０の下側部分をそれぞれ保持する下層下保持部２２４と、下層下保持部２２４に保持された蓄電素子９０の中心軸方向両側の端面の中央部分をそれぞれ露出させる開口窓部２２５が設けられている。

各下層下保持部２２４は、蓄電素子９０の端部の外周面に接面するように下縦壁面部２２３の上縁部から下面部２２２に向かって半円弧状に切り欠かれた下層下凹陥面と、蓄電素子９０の中心軸方向の端面に対向する対向面とを有している。

中保持部材２０２は、一定のＺ方向長さでＸ方向に延在して互いに対向する一対の中縦壁面部２３２と、中縦壁面部２３２の長手方向（Ｘ方向）の両端において、一対の中縦壁面部２３２同士を接続する端面部２３３を有する。中保持部材２０２が下保持部材２０３の上に重ねて結合されると、下保持部材２０３の各下縦壁面部２２３の上部に各中縦壁面部２３２が連続して接続される。中保持部材２０２の中縦壁面部２３２は保持ケース２０の側板２１０のＺ方向中央部を構成し、中保持部材２０２の各端面部２３３は保持ケース２０の各端面部を構成する。一対の端面部２３３のうちの一方には冷却風の入口としての開口部２１６が形成され、他方には冷却風の出口としての開口部２１７が形成される。

一対の中縦壁面部２３２には、下保持部材２０３に保持された各蓄電素子９０の上側部分をそれぞれ保持する下層上保持部２３４と、上層の各蓄電素子９０の下側部分をそれぞれ保持する上層下保持部２３６とが設けられている。中縦壁面部２３２には、下層上保持部２３４に保持された蓄電素子９０の中心軸方向両側の端面の中央部分と、上層下保持部２３６に保持された蓄電素子９０の中心軸方向両側の端面の中央部分をそれぞれ露出させる開口窓部２３５，２３７が設けられている。

各下層上保持部２３４は、蓄電素子９０の端部の外周面に接面するように中縦壁面部２３２の下縁部から上縁部に向かって半円弧状に切り欠かれた下層上凹陥面と、蓄電素子９０の中心軸方向の端面に対向する対向面を有している。

各上層下保持部２３６は、蓄電素子９０の端部の外周面に接面するように中縦壁面部２３２の上縁部から下縁部に向かって半円弧状に切り欠かれた上層下凹陥面と、蓄電素子９０の中心軸方向の端面に対向する対向面を有している。

各下層上保持部２３４と各上層下保持部２３６とは、互いに中保持部材２０２の長手方向に半ピッチだけずれた位置に配置されている。換言すれば、隣り合う下層上保持部２３４の間に、上層下保持部２３６の中心が位置し、隣り合う上層下保持部２３６の間に、下層上保持部２３４の中心が位置している。

上保持部材２０１は、一定の横幅（Ｙ方向長さ）でＸ方向に延在する平板状の上面部２４２と、上面部２４２の短手方向（Ｙ方向）の両側端から垂下して対峙する一対の上縦壁面部２４３を有する。上保持部材２０１の上面部２４２は保持ケース２０の上面部を構成し、上縦壁面部２４３は保持ケース２０の側板２１０の上部を構成する。

一対の上縦壁面部２４３には、上層の各蓄電素子９０の上側部分をそれぞれ保持する上層上保持部２４４と、上層上保持部２４４に保持された蓄電素子９０の中心軸方向両側の端面の中央部分をそれぞれ露出させる開口窓部２４５が設けられている。

各上層上保持部２４４は、蓄電素子９０の端部の外周面に接面するように上縦壁面部２４３の下縁部から上面部２４２に向かって半円弧状に切り欠かれた上層上凹陥面と、蓄電素子９０の中心軸方向の端面に対向する対向面とを有している。

上保持部材２０１、中保持部材２０２および下保持部材２０３のそれぞれには、締結ねじ２６３が挿通される複数のボス部２７１，２７２，２７３が設けられている。締結ねじ２６３が、上保持部材２０１および中保持部材２０２のボス部２７１，２７２のねじ孔にねじ込まれることで上保持部材２０１と中保持部材２０２とが結合される。締結ねじ２６３が中保持部材２０２と下保持部材２０３のボス部２７２，２７３にねじ込まれることで中保持部材２０２と下保持部材２０３とが結合される。

中保持部材２０２の下層上保持部２３４と、下保持部材２０３の下層下保持部２２４とは、協働して蓄電素子９０の中心軸方向と径方向への移動を規制した状態で下層の蓄電素子９０を保持する。中保持部材２０２の上層下保持部２３６と、上保持部材２０１の上層上保持部２４４とは、協働して蓄電素子９０の中心軸方向と径方向への移動を規制した状態で上層の蓄電素子９０を保持する。

図８は保持ケース２０の保持構造を示す図である。図９は図８の部分拡大図であり、下層の蓄電素子９０の保持構造を示している。図８および図９に示すように、下保持部材２０３には、蓄電素子９０の外周面の半径より僅かに大きい半径の半円弧状の下層下凹陥面が形成され、この下層下凹陥面に沿って略Ｍ字状の弾性変形可能な押圧部２２６が下面部２２２に一体的に形成されている。

中保持部材２０２には、蓄電素子９０の外周面の半径より僅かに大きい半径の半円弧状の下層上凹陥面が形成され、この下層上凹陥面には２つの突起部２３８が形成されている。押圧部２２６は蓄電素子９０の中心軸ＣＡを含むＹＺ平面上に形成され、２つの突起部２３８は中心軸ＣＡを含むＹＺ平面に対して面対称に形成されている。下保持部材２０３の下層下凹陥面と中保持部材２０２の下層上凹陥面とが合わさると、円形状の凹陥面が形成され、この円形状の凹陥面で蓄電素子９０の軸方向端部を径方向外側から囲む。

図８に示すように、上保持部材２０１には、蓄電素子９０の外周面の半径より僅かに大きい半径の半円弧状の上層上凹陥面が形成され、この上層上凹陥面に沿って略Ｍ字状の弾性変形可能な押圧部２４６が上面部２４２に一体的に形成されている。

中保持部材２０２には、蓄電素子９０の外周面の半径より僅かに大きい半径の半円弧状の上層下凹陥面が形成され、この上層下凹陥面には２つの突起部２３９が形成されている。押圧部２４６は蓄電素子９０の中心軸ＣＡを含むＹＺ平面上に形成され、２つの突起部２３９は中心軸ＣＡを含むＹＺ平面に対して面対称に形成されている。中保持部材２０２の上層下凹陥面と上保持部材２０１の上層上凹陥面とが合わさると、円形状の凹陥面が形成され、この円形状の凹陥面で蓄電素子９０の軸方向端部を径方向外側から囲む。

図９に示すように、下層の蓄電素子９０において、一方の突起部２３８と蓄電素子９０の外周面との接触点をＡ、他方の突起部２３８と蓄電素子９０の外周面との接触点をＢ、押圧部２２６と蓄電素子９０の外周面との接触点をＣとする。Ｃ点は、中心軸ＣＡを含むＹＺ平面上に設定され、Ａ点およびＢ点は、中心軸ＣＡを含むＹＺ平面に対して面対称の位置に設定することが好ましい。

この構成により、下層の蓄電素子９０は、下保持部材２０３の押圧部２２６によって上方に押圧された状態で中保持部材２０２の２つの突起部２３８に接触している。これにより、下層の蓄電素子９０は、３点で３方向からバランスよく保持され、押圧部２２６と突起部２３８とによって、その位置が拘束されている。

なお、上層の蓄電素子９０も同様に保持されている。図８に示すように、上層の蓄電素子９０は、上保持部材２０１の押圧部２４６によって下方に押圧された状態で中保持部材２０２の２つの突起部２３９に接触している。これにより、上層の蓄電素子９０は、３点で３方向からバランスよく保持され、押圧部２４６と突起部２３９とによって、その位置が拘束されている。

このように、保持ケース２０によって各蓄電素子９０の位置が拘束されているため、配列された蓄電素子９０の外周の直径が僅かに異なる場合でも、上下の押圧部２２６，２４６が変形して外周面の直径の公差を吸収することができる。

下保持部材２０３、中保持部材２０２および上保持部材２０１が結合されると、保持ケース２０のＹ方向両側の側板２１０のそれぞれに、蓄電素子９０のＹ方向両側の端面をそれぞれ露出させる円形の開口窓２１１が形成される（図４、図５ではＹ方向の一方の側板２１０のみを図示、図１０ではＹ方向の他方の側板２１０のみを図示）。上層の蓄電素子９０の電極端子面を露出する開口窓２１１は、上保持部材２０１の開口窓部２４５と、中保持部材２０２の開口窓部２３７とで形成される。下層の蓄電素子９０の電極端子面を露出する開口窓２１１は、下保持部材２０３の開口窓部２２５と、中保持部材２０２の開口窓部２３５とで形成される。

開口窓２１１から露出された蓄電素子９０の電極端子面、すなわち正極端子面および負極端子面にはバスバー４０が溶接され、隣り合う上層の蓄電素子９０と下層の蓄電素子９０とが電気的に接続される。

図１０は、他方の側に配置される電圧検出基板５０、カバー６０を取り外した蓄電モジュール１０を示す外観斜視図であり、図５の蓄電モジュール１０を反対側から見た斜視図である。図１０に示すように、バスバー４０は、隣り合う上層の蓄電素子９０と下層の蓄電素子９０とを電気的に接続する銅製の板状導電部材である。

図１１（ａ）はバスバー４０の外観斜視図であり、図１１（ｂ）は図１１（ａ）のバスバー４０を反対側から見た外観斜視図である。図１５（ｃ）および図１５（ｄ）は、バスバー４０の形状を説明するための図である。図１５（ｃ）は、本実施の形態に係るバスバーを模式的に示した斜視図であり、図１５（ｄ）は図１５（ｃ）のＤ方向から見た側面図である。図１５（ｃ）および図１５（ｄ）において、長孔４５１や接合部４５２、貫通孔４５５ａ，４５５ｂおよびめねじ部４１７の図示は省略している。

図１１、図１５（ｃ）および図１５（ｄ）に示すように、バスバー４０は、基部４５６と、一対の電極接続部４５７と、一対の屈曲部４５８と、電圧検出端子４１０とを有している。バスバー４０は、平板状の素材にプレスによる切断、曲げ加工等がなされることにより形成される。基部４５６は、矩形平板状であり、一端側に屈曲部４５８を介して略円板状の電極接続部４５７が接続され、他端側に屈曲部４５８を介して略円板状の電極接続部４５７が接続されている。一方の電極接続部４５７は上層の蓄電素子９０の正極端子面（または負極端子面）に溶接され、他方の電極接続部４５７は下層の蓄電素子９０の負極端子面（または正極端子面）に溶接される。

バスバー４０は、基部４５６および電極接続部４５７がそれぞれＸＺ平面に平行に配置される（図１２、図１３参照）。図１５（ｄ）に示すように、一対の電極接続部４５７は、蓄電素子９０の電極端子との接触面が同一平面Ｔ上に位置している。

基部４５６には、断面Ｌ字状の電圧検出端子４１０が一体的に形成されている。電圧検出端子４１０は、基部４５６の一辺からカバー６０側（図１３において＋Ｙ方向）に向かって９０度屈曲され、基部４５６から立ち上がる立ち上がり部４１０ａと、立ち上がり部４１０ａの先端部から９０度屈曲され、基部４５６に対向して配置された端子部４１０ｂとを有している。

基部４５６と各電極接続部４５７とを接続する屈曲部４５８は、基部４５６の一辺に沿って延在し、基部４５６から端子部４１０ｂに向かって突出している。屈曲部４５８は、基部４５６から端子部４１０ｂに向かって９０度屈曲した内側平板部と、内側平板部の先端部から１８０度屈曲された湾曲部と、湾曲部の端部から電極接続部４５７まで延在する外側平板部とを有し、その断面形状はＵ字状を呈している。屈曲部４５８は、後述するように、一対の電極接続部４５７が互いに離れる方向に移動したとき、あるいは、互いに近づく方向に移動したときに弾性変形する。さらに、屈曲部４５８は、後述するように、基部４５６が蓄電素子９０に近づく方向（図１３において−Ｙ方向）に移動したときに弾性変形する。

図１５（ｃ）および図１５（ｄ）では、電極接続部４５７に接合される蓄電素子９０の中心軸ＣＡを図示している。一対の屈曲部４５８は、一対の蓄電素子９０の中心軸ＣＡ間の中心において、一対の蓄電素子９０のそれぞれの中心軸ＣＡを含む一平面と直交する平面Ｓに対して面対称形状とされている。このため、図１５（ｄ）に示すように、一対の中心軸ＣＡ同士を結ぶ線分の中心に位置する平面Ｓから一対の屈曲部４５８のうちの一方までの距離Ｌ１と他方までの距離Ｌ２とは等しい（Ｌ１＝Ｌ２）。

図１５（ｄ）に示すように、屈曲部４５８の基部４５６を基準とした高さ寸法ｐは、電圧検出端子４１０の基部４５６を基準とした高さ寸法ｑ以下とされている（ｐ≦ｑ）。換言すれば、屈曲部４５８の頂点が、端子部４１０ｂよりも外方に突出していない。なお、電圧検出端子４１０の基部４５６を基準とした高さ寸法ｑは、図１３に示すように、ナット４７０とボルト７０で接続端子５０４と端子部４１０ｂとを締結可能な寸法となるように、ナット４７０の高さとボルト７０の突出し長さを考慮して設定される。

図１１（ａ）（ｂ）に示すように、バスバー４０の各電極接続部４５７には長孔４５１が１つずつ形成されている。バスバー４０の各電極接続部４５７には蓄電素子９０の電極端子面との接合部４５２が２つずつ形成されている。接合部４５２は、端子部４１０ｂ側の面が僅かに窪み、反対側の面が僅かに突出している。長孔４５１は、バスバー４０の電極接続部４５７と蓄電素子９０の電極端子面とをアーク溶接する際に、電流の流れを調整する機能を有している。バスバー４０の基部４５６には、側板２１０に設けられたガイドピン２１４ａ，２１４ｂ（図５参照）が挿入される貫通孔４５５ａ，４５５ｂが形成されている。

図１２は図３のＸＩＩ−ＸＩＩ線に沿うＹＺ平面で切断した断面模式図であり、断面部分のみを模式的に示している。バスバー４０は、基部４５６の各貫通孔４５５ａ，４５５ｂが、側板２１０の各ガイドピン２１４ａ，２１４ｂ（図５参照）に嵌合するように側板２１０に装着される。バスバー４０が側板２１０に装着されると、バスバー４０の両電極接続部４５７（図１２において一方の電極接続部４５７のみを図示）は、開口窓２１１に入り込み、蓄電素子９０の電極端子面（正極端子面または負極端子面）と当接する。バスバー４０の電極接続部４５７と蓄電素子９０の電極端子面とは、たとえば、溶接トーチ（不図示）を接合部４５２に位置決めして接合部４５２と蓄電素子９０とをアーク溶接することにより接合される。

図１３は、図３のＸＩＩＩ−ＸＩＩＩ線に沿うＸＹ平面で切断した断面模式図であり、断面部分のみを模式的に示している。図１３に示すように、端子部４１０ｂの基部４５６側の面には、ナット４７０が固着されている。端子部４１０ｂの中央には円形状の開口部４１１が設けられており、この開口部４１１にナット４７０の基端部４７１がかしめ固定されている。ナット４７０には、カバー６０側の端部から蓄電素子９０側に向かって貫通する貫通孔が設けられている。この貫通孔のうち、カバー６０側の端部から所定長さまでが非めねじ部とされ、非めねじ部の端部から蓄電素子９０側の端部までがめねじ部（有効ねじ部）４１７とされている。

図４に示すように、電圧検出基板５０は、ほぼ矩形状とされ、ＸＺ平面と平行になるように配置される。電圧検出基板５０は、各蓄電素子９０の端子電圧を検出する電圧検出回路（不図示）を有している。電圧検出基板５０の一方の端部には、電圧検出線（不図示）を接続するためのコネクタ（不図示）等が設けられ、電圧検出基板５０の電圧検出回路（不図示）が電圧検出線（不図示）によって制御装置（不図示）に接続されている。電圧検出基板５０は、各バスバー４０が取り付けられた後、保持ケース２０の側板２１０に取り付けられる。

側板２１０のＺ方向の中央部分には、複数のボス２１８がＸ方向に並んで設けられている。図１３に示すように、ボス２１８は、Ｙ方向に突設され、止めねじ８０が螺合されるめねじ部２１８ａを有している。めねじ部２１８ａ（有効ねじ部）は、ボス２１８の先端面から所定長さ延在し、先端面側には面取りが施されている。電圧検出基板５０は、保持ケース２０の側板２１０のボス２１８に設けられためねじ部２１８ａに止めねじ８０が螺合されることで、保持ケース２０に固定される。

図４、図１２および図１３に示すように、電圧検出基板５０には、側板２１０に取り付けられた状態において各バスバー４０の端子部４１０ｂに対向する部位のそれぞれに円形状の開口部５０３が形成されている。各開口部５０３には、端子部４１０ｂに電気的に接続される接続端子５０４が配置される。図１２および図１３に示すように、電圧検出端子４１０と接続端子５０４とはボルト７０とナット４７０によって接続されている。

図１３に示すように、接続端子５０４は、端子部４１０ｂに当接される平板部５４１と、平板部５４１の−Ｘ方向端部から＋Ｙ方向、すなわち電圧検出基板５０に向かって９０度屈曲された挿通部５４２とを備え、平板部５４１と挿通部５４２とでＬ字状断面を呈している。

平板部５４１には、ボルト７０の軸部７０２が挿通される貫通孔（以下、ボルト孔５４１ｈと記す）が設けられている。挿通部５４２の先端部は、図１３において模式的に示すように、電圧検出基板５０の貫通孔に挿通され、電圧検出基板５０に設けられた電圧検出回路５０１に、はんだ５１４により接合されている。

電圧検出基板５０には、止めねじ８０の軸部８０２が挿通される貫通孔（以下、ねじ孔５０８と記す）が設けられている。ボス２１８の先端面に電圧検出基板５０が当接された状態で、止めねじ８０の軸部８０２がねじ孔５０８に挿通され、止めねじ８０の軸部８０２に設けられたおねじ部がボス２１８のめねじ部２１８ａに螺合される。

止めねじ８０が所定量締め付けられると、止めねじ８０の頭部８０１の座面と、ボス２１８の先端面とによって電圧検出基板５０が挟持され、電圧検出基板５０が保持ケース２０に固定される。

電圧検出基板５０が止めねじ８０により固定されると、接続端子５０４の平板部５４１がバスバー４０の端子部４１０ｂに当接される。ボルト７０の軸部７０２は、接続端子５０４のボルト孔５４１ｈおよび端子部４１０ｂの開口部４１１に挿通され、ボルト７０の軸部７０２に設けられたおねじ部がナット４７０のめねじ部４１７に螺合される。

ボルト７０の頭部７０１の座面と、接続端子５０４の平板部５４１との間にはワッシャ―７５が配置されている。ボルト７０が所定量締め付けられると、ボルト７０の頭部７０１の座面とバスバー４０の端子部４１０ｂとによって、接続端子５０４の平板部５４１およびワッシャ―７５が挟持され、バスバー４０の電圧検出端子４１０と接続端子５０４とが電気的に接続される。これにより、バスバー４０と電圧検出基板５０の電圧検出回路５０１とが、接続端子５０４を介して電気的に接続される。

図３および図４に示すように、カバー６０は、ＰＶＣ（ポリ塩化ビニル）などの絶縁性を有する樹脂を成形してなり、側板２１０と電圧検出基板５０の全体を覆うように構成されている。カバー６０は、ほぼ矩形状の側方覆い部６０１と、側方覆い部６０１の＋Ｚ方向端部から保持ケース２０に向かって延在する上方覆い部６０２と、側方覆い部６０１の−Ｚ方向端部から保持ケース２０に向かって延在する下方覆い部６０３とを有している。

図１２に示すように、上方覆い部６０２の先端には、＋Ｚ方向（図示上方）に屈曲されてなる取付部６２１が設けられている。下方覆い部６０３の先端には、−Ｚ方向（図示下方）に屈曲されてなる取付部６３１が設けられている。

保持ケース２０の＋Ｚ方向端部には、−Ｚ方向が開口された溝２１２が設けられている。溝２１２は、Ｘ方向に沿って所定長さで延在し、保持ケース２０の複数箇所に設けられている。同様に、保持ケース２０の−Ｚ方向端部には、＋Ｚ方向が開口された溝２１３が設けられている。溝２１３は、Ｘ方向に沿って所定長さで延在し、保持ケース２０の複数箇所に設けられている。

カバー６０は、上方覆い部６０２が−Ｚ方向（図示下方）に向かって押圧され、下方覆い部６０３が＋Ｚ方向（図示上方）に向かって押圧されると、上方覆い部６０２と下方覆い部６０３との距離が近づくように弾性変形可能な構成とされている。このため、作業者は、カバー６０の外方から押圧力を付与して、カバー６０の取付部６２１と取付部６３１との距離が短くなるようにカバー６０を弾性変形させることで、各溝２１２，２１３から各取付部６２１，６３１を取り外すことができる。カバー６０を保持ケース２０に取り付ける際、作業者は、カバー６０の外方から押圧力を付与して、カバー６０を弾性変形させ、各溝２１２，２１３に各取付部６２１，６３１を対向配置させた後、カバー６０の外方からの押圧力を除去することで、各取付部６２１，６３１がそれぞれ各溝２１２，２１３に嵌め込まれる。

図１４（ａ）（ｂ）は、隣り合う一対の蓄電素子９０同士を接続するバスバー４０の屈曲部４５８が変形する様子を示す模式図である。図１４（ａ）は弾性変形前の状態を示し、図１４（ｂ）は弾性変形後の状態を示している。なお、図１４（ａ）（ｂ）では、わかりやすくするために、変形量を誇張して示している。図１４（ａ）（ｂ）では、電極接続部４５７と蓄電素子９０の電極端子面との溶接部Ｗをハッチングで模式的に示し、保持ケース２０等、蓄電素子９０およびバスバー４０以外の構成部品の図示については省略している。

本実施の形態では、蓄電素子９０の位置を拘束する保持ケース２０の材質はＰＢＴであるのに対し、蓄電素子９０同士を電気的に接続するバスバー４０の材質は銅であり、両者の材質が異なっている。ＰＢＴの線膨張係数は、６．０×１０^−５[１／Ｋ]程度であり、銅の線膨張係数は、１．７×１０^−５[１／Ｋ]程度である。このため、たとえば蓄電モジュール１０の温度が上昇し、保持ケース２０が熱膨張すると、隣り合う蓄電素子９０間の距離が増加する。蓄電モジュール１０の温度上昇に伴ってバスバー４０も熱膨張するが、銅の線膨張係数はＰＢＴの線膨張係数よりも小さいため、熱膨張差が生じる。

本実施の形態では、基部４５６の両端部に弾性的に変形する屈曲部４５８が設けられている。このため、保持ケース２０の温度が上昇あるいは低下することにより、隣り合う一対の蓄電素子９０間の距離Ｎが増加あるいは減少すると、距離Ｎの変動に伴って一対の屈曲部４５８のそれぞれが変形する。その結果、電極接続部４５７と電極端子面との溶接部Ｗに発生する応力が緩和される。

図１４（ａ）は、保持ケース２０およびバスバー４０の温度が常温（たとえば、２０度）である状態を示し、常温下では屈曲部４５８は変形していない。保持ケース２０およびバスバー４０の温度がたとえば６０度程度まで上昇すると、隣り合う一対の蓄電素子９０同士が互いに離れる方向に移動して距離Ｎが増加する。距離Ｎが増加すると、図１４（ｂ）に示すように、屈曲部４５８が電極端子面に固着される電極接続部４５７によって外方に引っ張られ、Ｕ字状の屈曲部４５８の開口側が開くように変形し、バスバー４０が長手方向に伸長する。その結果、電極接続部４５７と電極端子面との溶接部Ｗに発生する応力を緩和することができる。

図示しないが、保持ケース２０およびバスバー４０の温度がたとえば−４０度程度まで低下すると、隣り合う一対の蓄電素子９０同士が互いに近づく方向に移動して距離Ｎが減少する。距離Ｎが減少すると、屈曲部４５８が電極端子面に固着される電極接続部４５７によって内方に押圧され、Ｕ字状の屈曲部４５８の開口側が閉じるように変形し、バスバー４０が長手方向に収縮する。その結果、電極接続部４５７と電極端子面との溶接部Ｗに発生する応力を緩和することができる。

上述した本実施の形態によれば、以下のような作用効果を奏することができる。
（１）バスバー４０は、隣り合う一対の蓄電素子９０における電極端子のそれぞれに溶接される一対の電極接続部４５７と、一対の電極接続部４５７のそれぞれに一対の屈曲部４５８を介して接続される基部４５６と、基部４５６に接続され、蓄電素子９０の端子電圧を検出する電圧検出端子４１０とを有している。屈曲部４５８が弾性的に変形できる構成とされているため、バスバー４０の材質と、蓄電素子９０を保持する保持ケース２０の材質が異なっている場合、すなわち両者の線膨張係数が異なっている場合に、熱変化に起因して、電極接続部４５７と蓄電素子９０の電極端子面との溶接部Ｗに発生する応力を緩和することができる。

（２）一対の屈曲部４５８を設けることで、熱変化に起因して溶接部Ｗに発生する応力を緩和させるようにした。ＰＢＴよりも線膨張係数の小さい材質、たとえば線膨張係数が２．１×１０^−５［１／Ｋ］程度のアルミダイキャストからなる金属ケースを保持ケース２０の全体に密着させて覆うことで、保持ケース２０の熱膨張を抑え、溶接部Ｗに発生する応力を緩和させる場合、重量やコストが増加するおそれがある。これに対して、本実施の形態では、保持ケース２０の温度変化に起因する変形を抑制するための金属ケースを設ける必要がなく、重量やコストの低減を図ることができる。

（３）図１５（ｄ）に示すように、基部４５６から電圧検出端子４１０の端子部４１０ｂに向かって突出する断面Ｕ字状の屈曲部４５８が弾性変形部として形成されている。屈曲部４５８の基部４５６を基準とした高さ寸法ｐは、電圧検出端子４１０の基部４５６を基準とした高さ寸法ｑ以下とされている。このため、電圧検出端子４１０の端子部４１０ｂに接続される接続端子５０４と屈曲部４５８とが接触することが防止されている。

図１５（ａ）は従来例に係るバスバー８４０を示す斜視図であり、図１５（ｂ）は比較例に係るバスバー９４０を示す斜視図である。図１５（ｃ）および図１５（ｄ）は、本実施の形態に係るバスバー４０を模式的に示した図である。従来例では、バスバーが図１５（ａ）に示すように、矩形平板状の基部８５６と、基部８５６の両端側に位置する電極接続部８５７とを有し、基部８５６と電極接続部８５７とは、垂直部を介して接続され、ステップ状を呈している。

従来においてもバスバー８４０は、一対の蓄電素子９０に溶接により接合されるため、溶接部には一対の蓄電素子９０の相対位置の変化や電圧検出端子と接続端子とをボルトで締結する際に溶接部に発生する応力を緩和させる機能を持たせる必要がある。基部８５６の幅寸法をｊ、高さ寸法をｋ、長さ寸法をｍ、板厚をｎとする。応力を緩和させることに関して、高さ寸法ｋおよび長さ寸法ｍは、大きくするほど好ましく、幅寸法ｊおよび板厚ｎを小さくするほど好ましい。このため、スペース、重量、強度、電気的性能を考慮した上で、応力をできるだけ緩和するように、各寸法が設定される。

図１５（ｂ）に示すように、比較例に係るバスバー９４０は、従来のバスバー８４０に、Ｌ字状の電圧検出端子４１０を設けたものである。比較例では、バスバー９４０の高さ寸法が大きくなってしまい、蓄電モジュール１０のサイズが大きくなってしまうおそれがある。本実施の形態では、図１５（ｃ）および図１５（ｄ）に示すように、基部４５６を電極接続部４５７に近づけて配置し、基部４５６の両端側に端子部４１０ｂ側に突出する屈曲部（弾性変形部）４５８を設けるようにした。このため、バスバー全体の高さ寸法を低減することができる。なお、屈曲部４５８の頂点は、上述したように、端子部４１０ｂの高さを超えないように設定されているため、屈曲部４５８が接続端子５０４に接触することが防止されている。さらに、本実施の形態では、弾性変形可能な屈曲部４５８が設けられているため、図１５（ａ）や図１５（ｂ）に示される従来例および比較例に比べて、より効果的に応力を緩和することができる。

（４）一対の屈曲部４５８は、一対の蓄電素子９０の中心軸ＣＡ間の中心に位置する平面Ｓから一対の屈曲部４５８のそれぞれまでの距離Ｌ１，Ｌ２が等しくなるように（Ｌ１＝Ｌ２）、一対の蓄電素子９０のそれぞれの中心軸ＣＡを含む一平面と直交する平面Ｓに対して面対称形状とされている。これにより、一対の電極端子面のうちの一方と電極接続部４５７との溶接部に発生する応力と、一対の電極端子面のうちの他方と電極接続部４５７との溶接部に発生する応力とを均等にすることができる。

（５）端子部４１０ｂの基部４５６側の面にナット４７０を固着し、ボルト７０と、ナット４７０により接続端子５０４と端子部４１０ｂとを締結する構成とした。このため、ボルト７０をナット４７０にねじ込む際、端子部４１０ｂはボルト７０の頭部７０１によって基部４５６側に向かって押圧される。このとき、Ｕ字状の屈曲部４５８が変形するため、電極接続部４５７と電極端子面との溶接部に作用する応力を抑えることができる。

なお、次のような変形も本発明の範囲内であり、変形例の一つ、もしくは複数を上述の実施形態と組み合わせることも可能である。
［変形例］
（１）上記した実施の形態では、バスバー４０の材質が銅、保持ケース２０の材質がＰＢＴである場合を例に説明したが、本発明はこれに限定されず、それぞれ、種々の材質を選定することができる。たとえば、バスバー４０は、ニッケルなど他の金属材料によって形成してもよい。バスバー４０の材質の線膨張係数と保持ケース２０の材質の線膨張係数とが異なる場合に本発明を適用することにより、熱変化に起因した電極接続部４５７と電極端子面との溶接部に発生する応力を緩和することができる。

（２）上記した実施の形態では、一対の屈曲部４５８が平面Ｓに対して面対称形状とされていたが、本発明はこれに限定されない。たとえば、図１６（ａ）に示すように、一対の屈曲部４５８Ａ，４５８Ｂのうちの一方の高さ寸法ｐ１が、他方の高さ寸法ｐ２よりも大きくてもよい（ｐ１＞ｐ２）。図１６（ｂ）に示すように、一対の屈曲部４５８Ｃ，４５８Ｄのうちの一方は平面Ｓに近い位置に配置され、他方は平面Ｓから離れた位置に配置されていてもよい。換言すれば、一対の屈曲部４５８Ｃ，４５８Ｄのそれぞれから平面Ｓまでの距離ｕ１，ｕ２が異なっていてもよい（ｕ１≠ｕ２）。

（３）上記した実施の形態では、基部４５６と電極接続部４５７との間に屈曲部４５８を１つ設ける例について説明したが、本発明はこれに限定されない。図１６（ｃ）および図１６（ｄ）に示すように、屈曲部４５８の数は、２つ以上あってもよい。

（４）上記した実施の形態では、屈曲部４５８の断面形状がＵ字状である場合を例に説明したが本発明はこれに限定されない。たとえば、図１７（ａ）および図１７（ｂ）に示すように断面形状がＶ字状や円弧状であってもよく、上述した隣り合う一対の蓄電素子９０間の間隔が変化する際に弾性的に変形できる種々の形状を採用することができる。

（５）上記した実施の形態では、端子部４１０ｂの基部４５６側の面にナット４７０を固着する例について説明したが、本発明はこれに限定されない。ナット４７０を固着させることに代えて、ボルト７０の軸部７０２を端子部４１０ｂの開口部４１１に挿通させた状態で、ボルト７０の頭部７０１を端子部４１０ｂの基部４５６側の面に固着させておき、ナット４７０とボルト７０により接続端子５０４と端子部４１０ｂとを締結するようにしてもよい。

（６）上記した実施の形態では、押圧部２２６を下保持部材２０３に設け、押圧部２４６を上保持部材２０１に設け、突起部２３８，２３９を中保持部材２０２に設ける例について説明したが、本発明はこれに限定されない。たとえば、下保持部材２０３に２つの突起部を形成し、中保持部材２０２の下方に押圧部を形成し、中保持部材２０２の上方に押圧部を形成し、上保持部材２０１の下方に２つの突起部を形成してもよい。

（７）下保持部材２０３と中保持部材２０２と上保持部材２０１の３つの部材を結合することで保持ケース２０を構成したが、本発明はこれに限定されない。各蓄電素子９０の位置を拘束できる種々の拘束部材を採用することができる。

（８）上記した実施の形態では、円柱状の蓄電素子９０を複数備えた蓄電モジュール１０について説明したが、蓄電素子９０の形状は、円柱状に限定されない。たとえば、角柱状の蓄電素子を複数備えた蓄電モジュールに本発明を適用してもよい。

（９）上記した実施の形態では、一対の電極接続部４５７のそれぞれにおける蓄電素子９０の電極端子との接触面が同一平面Ｔ上に位置している例（図１５（ｄ）参照）について説明したが、本発明はこれに限定されない。

（１０）リチウムイオン電池を蓄電素子の一例として説明したが、ニッケル水素電池などその他の二次電池にも本発明を適用できる。さらに、電気二重層キャパシタやリチウムイオンキャパシタを蓄電素子とした蓄電モジュールなどにも本発明を適用できる。

（１１）上記した実施の形態では、電気自動車に本発明を適用した例について説明したが、本発明は、これに限定されない。他の電動車両、たとえばハイブリッド電車などの鉄道車両、バスなどの乗合自動車、トラックなどの貨物自動車、バッテリ式フォークリフトトラックなどの産業車両の車両用電源装置を構成する蓄電装置に組み込まれる蓄電モジュールにも本発明を適用できる。

本発明は、上記した実施の形態に限定されるものでなく、発明の要旨を逸脱しない範囲で自由に変更、改良が可能である。

次の優先権基礎出願の開示内容は引用文としてここに組み込まれる。
日本国特許出願２０１３年第１６６８０２号（２０１３年８月９日出願）

１ 蓄電装置、４ 制御ユニット、１０ 蓄電モジュール、１１ 下ケース、１２ 上蓋、２０ 保持ケース、４０ バスバー、５０ 電圧検出基板、６０ カバー、７０ ボルト、９０ 蓄電素子、２０１ 上保持部材、２０２ 中保持部材、２０３ 下保持部材、２１０ 側板、２１１ 開口窓、２１２ 溝、２１３ 溝、２１４ａ，２１４ｂ ガイドピン、２１６ 開口部、２１７ 開口部、２１８ ボス、２１８ａ めねじ部、２２２ 下面部、２２３ 下縦壁面部、２２４ 下層下保持部、２２５ 開口窓部、２２６ 押圧部、２３２ 中縦壁面部、２３３ 端面部、２３４ 下層上保持部、２３５ 開口窓部、２３６ 上層下保持部、２３７ 開口窓部、２３８ 突起部、２３９ 突起部、２４２ 上面部、２４３ 上縦壁面部、２４４ 上層上保持部、２４５ 開口窓部、２４６ 押圧部、２７１，２７２，２７３ ボス部、４１０ 電圧検出端子、４１０ａ 立ち上がり部、４１０ｂ 端子部、４１１ 開口部、４１７ めねじ部、４５１ 長孔、４５２ 接合部、４５５ａ，４５５ｂ 貫通孔、４５６ 基部、４５７ 電極接続部、４５８ 屈曲部、４７０ ナット、４７１ 基端部、５０１ 電圧検出回路、５０３ 開口部、５０４ 接続端子、５０８ ねじ孔、５４１ 平板部、５４１ｈ ボルト孔、５４２ 挿通部、６０１ 側方覆い部、６０２ 上方覆い部、６０３ 下方覆い部、６２１ 取付部、６３１ 取付部、７０１ 頭部、７０２ 軸部、８０１ 頭部、８０２ 軸部、８４０ バスバー、８５６ 基部、８５７ 電極接続部、９４０ バスバー

Claims (5)

1. 複数の蓄電素子が導電部材によって電気的に接続された蓄電モジュールであって、
   前記導電部材は、隣り合う一対の蓄電素子における電極端子のそれぞれに溶接される一対の電極接続部と、一対の電極接続部のそれぞれに一対の弾性変形部を介して接続される基部と、前記基部に接続され、前記蓄電素子の端子電圧を検出する電圧検出端子とを有し、
   前記電圧検出端子は、前記基部から立ち上がる立ち上がり部と、前記基部に対向して配置される端子部とを有し、
   前記弾性変形部は、前記基部から前記端子部に向かって突出する屈曲部を有している蓄電モジュール。
2. 請求項１に記載の蓄電モジュールにおいて、
   前記屈曲部の前記基部を基準とした高さ寸法は、前記電圧検出端子の前記基部を基準とした高さ寸法以下である蓄電モジュール。
3. 請求項１に記載の蓄電モジュールにおいて、
   前記一対の蓄電素子は、それぞれ円柱状とされ、互いに中心軸が平行となるように配置され、
   前記一対の弾性変形部は、前記一対の蓄電素子の中心軸間の中心から前記一対の弾性変形部のそれぞれまでの距離が等しくなるように、前記一対の蓄電素子のそれぞれの中心軸を含む一平面と直交する平面に対して面対称形状とされている蓄電モジュール。
4. 請求項２に記載の蓄電モジュールにおいて、
   前記端子部には、ボルトの軸部が挿通される開口部が設けられ、
   前記端子部の前記基部側の面には、ナットまたは前記ボルトの頭部が固着されている蓄電モジュール。
5. 請求項１に記載の蓄電モジュールにおいて、
   前記蓄電素子の位置を拘束する拘束部材を備え、
   前記拘束部材の線膨張係数は、前記導電部材の線膨張係数とは異なっている蓄電モジュール。
   

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