JP6331088B2 - 蓄電モジュール - Google Patents

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Description

本発明は、蓄電モジュールに関する。
例えば電気自動車やハイブリッド車両に搭載される蓄電モジュールは、一般に、複数の蓄電素子を直列または並列に接続することにより構成されている(例えば特許文献1を参照)。
特開2014−86281号公報
蓄電モジュールは、外部の他の機器等に電源を供給する役割を有しており、多くの場合、他の機器等に接続され、電源を供給する外部接続端子を備えている。
上記特許文献1に記載の蓄電モジュールにおいては、複数の蓄電素子を積層してなる蓄電素子群に接続された外部接続用のバスバー(外部接続端子)が、蓄電素子群を収容するケースからケース外に突出するように配されているため、外部接続用のバスバーの突出寸法分の配置スペースが必要であった。
本発明は、小型化した蓄電モジュールを提供することを目的とする。
本発明は、側縁からリード端子が突出形成された蓄電素子を複数積層してなる蓄電素子群と、前記リード端子と接続されるとともに、外部機器と電気的に接続される端子部を有する外部接続端子と、前記蓄電素子群を収容するとともに前記外部接続端子の端子部が配される部分が開口したケースと、絶縁材料からなり前記ケースの開口した部分を覆うカバーと、を備え、前記外部接続端子の端子部は導電性の板材にナットを固定することにより設けられており、前記板材の板面は前記カバーの外側面に沿って配されており、前記ナットは前記カバーのナット受け部により支持されている畜電モジュールである。
本発明において、外部機器と電気的に接続される外部接続端子の端子部は、蓄電素子群を収容するケースの開口した部分を覆うカバーの外側面に沿って配されるので外部接続端子の端子部はカバーから端子部の厚み分しか外側に突出しない。その結果、本発明によれば小型化した蓄電モジュールを提供することができる。
また、本発明によれば、外部接続端子の端子部は絶縁材料からなるカバーにより支持されているので端子部はリード端子との間で絶縁性が保持されている。
本発明は以下の構成であってもよい。
前記カバーは、前記端子部を挟んで取り付けられる第1カバーと第2カバーとからなる構成であってもよい。
このような構成とすると、部品点数を少なくしつつ、カバーの取り付け作業を簡易なものとすることができる。
前記端子部は前記リード端子と干渉しない位置に配されていてもよい。
このような構成とすると、端子部の構造を簡易なものとしつつ、端子部とリード端子との接触による短絡を防止することができる。
前記蓄電素子の、前記リード端子が形成された側縁に取り付けられる保持部材を備え、前記保持部材の前記端子部と対応する部分には、前記端子部に接続される相手方端子を逃がす逃がし部が設けられていてもよい。
このような構成とすると端子部に接続される相手方端子とリード端子との接触を防止することができる。
前記外部接続端子の端子部は、前記蓄電素子の積層方向に沿う面に配されていてもよい。 このような構成とすると、端子部が蓄電素子の積層方向に沿う面に収まる。
本発明によれば、小型化した蓄電モジュールを提供することができる。
実施形態1の蓄電モジュールの斜視図 蓄電モジュールの平面図 図2のA−A線における断面図 図2のB−B線における断面図 蓄電モジュールの側面図 図5のC−C線における蓄電モジュールの断面図であって端子部に相手方端子を接続した状態を示す図断面図 蓄電ユニットを積層する様子を示す斜視図 蓄電素子を積層する様子を示す斜視図 蓄電素子を積層した様子を示す斜視図 蓄電素子を積層した様子を示す平面図 蓄電素子を積層した様子を示す側面図 図10のD−D線における断面図 外部接続部材の端子部の断面図 積層体にカバーを取り付ける様子を示す斜視図 蓄電モジュールの分解斜視図
<実施形態1>
本発明の実施形態1を図1ないし図15によって説明する。図面においては、複数の同一部材のうち一の部材にのみ符号を付し、他の同一部材については符号を省略する場合がある。以下の説明において、図2における左側を前方とし右側を後方とする。
本実施形態の蓄電モジュール10は、側縁からリード端子13が突出形成された蓄電素子12を複数(本実施形態では、6個)積層してなる蓄電素子群11と、リード端子13と電気的に接続されるとともに、外部機器(図示せず)と電気的に接続される端子部17を有する2つの外部接続端子16と、蓄電素子群11を収容するケース20と、ケース20の開口した部分(開口部分20A)を覆うカバー25と、を備える。
本実施形態において、蓄電素子群11を構成する蓄電素子12としては、二次電池、キャパシタ、コンデンサ等、必要に応じて任意の蓄電素子12を用いることができる。本実施形態に係る蓄電素子12としては、二次電池が用いられている。
本実施形態の蓄電モジュール10は、図7に示すように、保持部材32が取り付けられた伝熱部材40に蓄電素子12を載置してなる蓄電ユニット31を6つ積層してなる積層体30と積層体30を収容するケース20と、を備える。
(蓄電ユニット31)
積層体30を構成する6つの蓄電ユニット31は、下から順に第1蓄電ユニット31A、第2蓄電ユニット31B、第3蓄電ユニット31C、第4蓄電ユニット31D、第5蓄電ユニット31E、および第6蓄電ユニット31Fである。各蓄電ユニット31A,31B,31C,31D,31E,31Fは、長手方向の両端部にそれぞれ取り付けられた保持部材32と、伝熱部材40と、蓄電素子12と、を備える。
(伝熱部材40)
伝熱部材40は熱伝導性材料からなる板状の部材である。本実施形態では、熱伝導性材料として、熱伝導性に優れたアルミニウムまたはアルミニウム合金が用いられる。伝熱部材40の長手方向における両端部には、それぞれ絶縁樹脂材料からなる保持部材32が取り付けられており、伝熱部材40の上面には蓄電素子12が載置される。
(蓄電素子12)
蓄電素子12は、図10に示すように、上方から見て略長方形状をなしている。蓄電素子12は、略長方形状をなす一対のラミネートフィルムの側縁を溶着してなる容器14と、容器14の内部に収容された図示しない蓄電要素と、容器14の内部において蓄電要素に接続されると共に、容器14の側縁から外部に導出されるリード端子13(13A,13B)と、を備える。本実施形態では、容器14の一側縁(前方の側縁)から、正極リード端子13Aおよび負極リード端子13Bが導出されている。
蓄電素子12の前方の側縁においては、リード端子13の突出端の角部が保持部材32の蓄電素子保持部33に嵌り込んで、蓄電素子12の移動が規制されるようになっている。
本実施形態では、図8に示すように、蓄電素子12の積層方向(図8の上下方向)において隣り合うリード端子13A,13Bの端部には、端子間を接続するバスバー41が溶接により接続されており、当該バスバー41を介して蓄電素子12は電気的に接続されている。また、第1蓄電ユニット31A(最下段の蓄電ユニット)の蓄電素子12の負極リード端子13Bおよび第6蓄電ユニット31F(最上段の蓄電ユニット)の蓄電素子12の正極リード端子13Aには、それぞれ、外部機器と接続される外部接続端子16が接続されている。
本実施形態においては、積層方向(図3の上下方向)に重ねられた蓄電素子12同士は、逆極性のリード端子13A,13B同士がバスバー41を介して接続されることにより、直列に接続されている。
バスバー41は、アルミニウムまたはアルミニウム合金製であり、リード端子13と重なり合うように配される。バスバー41は、図12に示すように、断面U字状をなしており、積層方向において隣り合うリード端子13A,13Bと接続される2つの接続部42が間隔をあけて上下方向に配されるようになっている。
第1蓄電ユニット31Aにおいて、蓄電素子12の負極リード端子13Bは、保持部材32Aに配置された外部接続端子16(「第1外部接続端子16A」ともいう)に直接重ねられ、溶接により接合されている。また、第1蓄電ユニット31Aにおいて、蓄電素子12の正極リード端子13Aは、図9に示すように、溶接によりバスバー41(接続部42)と接合されている。
第2蓄電ユニット31B(下から二段目の蓄電ユニット)、第3蓄電ユニット31C(下から三段目の蓄電ユニット)、第4蓄電ユニット31D(下から四段目の蓄電ユニット)および第5蓄電ユニット31E(下から五段目の蓄電ユニット)においては、蓄電素子12の積層方向(図9の上下方向)において隣り合うリード端子13A,13Bに、それぞれバスバー41(接続部42)が接合されている(図9を参照)。
第6蓄電ユニット31F(最上段の蓄電ユニット)において、蓄電素子12の正極リード端子13Aは、保持部材32Dに配置された外部接続端子16(「第2外部接続端子16B」ともいう)に直接重ねられ溶接により接合されている(図9を参照)。また、第6蓄電ユニット31Fにおいて、蓄電素子12の負極リード端子13Bは、溶接によりバスバー41(接続部42)と接合されている。
リード端子13とバスバー41とを接合する方法およびリード端子13と外部接続端子16とを接合する方法としてはレーザー溶接、超音波溶接等の方法があげられる。
(保持部材32)
蓄電ユニット31の前方に配される保持部材32(32A,32B,32C)には、蓄電素子12のリード端子13の角部13Aが嵌り込む凹状の蓄電素子保持部33が形成されている。この蓄電素子保持部33により、リード端子13(蓄電素子12)は移動を規制される。
本実施形態では、保持部材32として、第1保持部材32A、第2保持部材32B、第3保持部材32Cおよび第4保持部材32Dを用いる。第1蓄電ユニット31Aを構成する2つの保持部材32のうち、前方の保持部材32が第1保持部材32Aであり、後方の保持部材32が第4保持部材32Dである。
第2蓄電ユニット31B、第3蓄電ユニット31C、第4蓄電ユニット31Dおよび第5蓄電ユニット31Eの前方の保持部材32が第2保持部材32Bであり、後方の保持部材32は第4保持部材32Dである。
第6蓄電ユニット31Fを構成する2つの保持部材32のうち、前方の保持部材32が第3保持部材32Cであり、後方の保持部材32が第4保持部材32Dである。
第1保持部材32A、第2保持部材32Bおよび第3保持部材32Cは、蓄電素子12のリード端子13が形成された側縁に取り付けられており、第4保持部材32Dは蓄電素子12のリード端子13が形成されていない側縁に取り付けられている。
各保持部材32A,32B,32C,32Dには、図6に示すように、伝熱部材40が差し込まれて取り付けられる伝熱部材取付部34が設けられている。また各保持部材32A,32B,32C,32Dの両端部にはケース20の蓋部23と底部に設けた挿通孔22,24と対応する位置に、積層体30をケース20に固定する固定部材(図示せず)が挿通される固定部材挿通孔35がそれぞれ設けられている。6つの蓄電ユニット31を積層した状態でケース20に収容することで、ケース20の挿通孔22,24と保持部材32A,32B,32C,32Dに設けた固定部材挿通孔35とが1つの貫通孔36を形成し、固定部材が挿通可能となる。
第2保持部材32Bにおいては長方形状の溶接孔37が2つ設けられている。溶接孔37と重なるようにリード端子13とバスバー41が配され、溶接孔37を通じてリード端子13とバスバー41との溶接が行われる。
第1保持部材32Aと第3保持部材32Cには長方形状の溶接孔37が1つ設けられるとともに、外部接続端子16を保持する接続部材保持部38が凹設されている。
本実施形態では、蓄電素子12のリード端子13が形成された側縁に取り付けられる第1保持部材32A、第2保持部材32Bおよび第3保持部材32Cには、図6に示すように、凹部39が設けられている。第1保持部材32A、第2保持部材32Bおよび第3保持部材32Cにそれぞれ設けられた凹部39は、外部接続端子16の端子部17と対応する部分に設けられ、端子部17に接続される相手方端子19(外部機器と蓄電モジュール10とを電気的に接続するための端子)を逃がす逃がし部として機能する。
(ケース20)
蓄電素子群11を収容するケース20は、熱伝導性に優れたアルミニウムまたはアルミニウム合金等の熱伝導材料からなる。ケース20は、図15に示すように、前方および上方が開口した収容部21と、収容部21の上方の開口を覆う蓋部23と、を備える。収容部21には、6つの蓄電ユニット31を積層してなる積層体30(蓄電素子群11)が収容されている。ケース20の前方で開口した開口部分20Aは外部接続端子16の端子部17が配される部分であり、当該開口部分20Aにはケース20とは別体のカバー25が取り付けられている。
収容部21の底部および蓋部23には、ケース20内部方向に突出した突出部21A,23Aがそれぞれ設けられている。収容部21の突出部21Aは第1蓄電ユニット31Aの伝熱部材40と接触しており、蓋部23の突出部23Aは第6蓄電ユニット31Fの蓄電素子12と接触している(図4を参照)。これによりケース20内で発生した熱が蓋部23の突出部23Aおよび収容部21の突出部21Aを介してケース20外に放出されるようになっている。
収容部21の底部および蓋部23には、上述したように、固定部材が挿通される挿通孔22,24が貫通して形成されている。
(カバー25)
ケース20の前方の開口部分20Aを覆うカバー25は、絶縁材料からなる。カバー25は、図14に示すように、外部接続端子16の端子部17を挟んで取り付けられる第1カバー26と第2カバー27とからなる。第1カバー26は図14における上方から取り付けられるようになっており、第2カバー27は図14における下方から取り付けられるようになっている。
第1カバー26には、第1保持部材32Aに保持されている第1外部接続端子16Aの端子部17の後面から突出するナット部17Aを受け入れるナット受け部26Aが形成されるとともに、第2外部接続端子16Bの上方に配されて第2カバー27とともに第2外部接続端子16Bを挟持する挟持片26Bを有する。
第2カバー27には、第3保持部材32Cに保持されている第2外部接続端子16Bの端子部17の後面から突出するナット部17Aを受け入れるナット受け部27Aが形成されるとともに、第1外部接続端子16Aの下方に配されて第1カバー26とともに第1外部接続端子16Aを挟持する挟持片27Bを有する。
(外部接続端子16)
外部接続端子16は、アルミニウムまたはアルミニウム合金製であり、リード端子13と重なり合うように配され接合される板状の端子接続部18と、外部機器との接続のための相手方端子19と接続される端子部17と、を有する。
第1保持部材32Aにより保持されている第1外部接続端子16Aは、図8に示すように、板状の端子接続部18と、端子接続部18の端部から垂直上方に起立する端子部17と、を有する。第3保持部材32Cにより保持されている第2外部接続端子16Bは板状の端子接続部18と、端子接続部18の端部から下方に垂下する端子部17とを有する。
端子部17は導電性の板材にナットを圧入することにより設けられている。端子部17は、図9に示すように、リード端子13と干渉しない位置に配される。端子部17は、カバー25の外側面25Aに沿って配されるとともに、当該カバー25により支持されている。端子部17は第1カバー26と第2カバー27により挟持されることで、絶縁保持されている。なお、カバー25は、端子部27と当接していてもよい。また、カバー25は通常は端子部17と離間しており、端子部17がケース20の内方に押されたときに端子部17と当接してもよい。
(蓄電モジュール10の組み立て方法)
第1保持部材32Aと第4保持部材32Dとを取り付けた伝熱部材40を1つ、第2保持部材32Bと第4保持部材32Dとを取り付けた伝熱部材40を4つ、および第3保持部材32Cと第4保持部材32Dとを取り付けた伝熱部材40を1つ用意する。第1保持部材32Aの接続部材保持部38に第1外部接続端子16Aを嵌めこんでおき、第3保持部材32Cの接続部材保持部38に第2外部接続端子16Bをはめ込んでおく。
次に、蓄電素子12を伝熱部材40の上に載置し、リード端子13の角部を保持部材32の蓄電素子保持部33に嵌めこむと、第1保持部材32Aおよび第3保持部材32Cにおいて、リード端子13が外部接続端子16の上に重ねられる。この状態において、外部接続端子16に接続されるリード端子13以外の各リード端子13は溶接孔37の上に配されている。蓄電素子12を保持部材32の取り付けられた伝熱部材40に載置することにより各蓄電ユニット31A,31B,31C,31D,31E,31Fが得られる。
第1蓄電ユニット31Aにおいて、第1外部接続端子16Aの端子接続部18と蓄電素子12の負極リード端子13Bとを溶接により接合し、蓄電素子12の正極リード端子13Aとバスバー41とを溶接により接合する。
次に第1蓄電ユニット31Aの上に第2蓄電ユニット31Bを重ねて、第1蓄電ユニット31Aの蓄電素子12の正極リード端子13Aと接合されたバスバー41と第2蓄電ユニット31Bの蓄電素子12の負極リード端子13Bとを溶接により接合する。これと同様の作業を繰り返して6つの蓄電ユニット31A,31B,31C,31D,31E,31Fを積層した後、第6の蓄電ユニット31Fにおいて第2外部接続端子16Bの端子接続部18と蓄電素子12の正極リード端子13Aとを溶接により接合すると図14に示すような積層体30が得られる。
この積層体30において、外部接続端子16の端子部17は、蓄電素子12の積層方向に沿う面(前面、後面、一対の側面)のうち前面に配されており、各端子部17はリード端子13とは干渉しない位置に配されている。
積層体30の前面に第1カバー26を上方から取り付けると、第1カバー26のナット受け部26Aに第1外部接続端子16Aの端子部17の後面から突出するナット部17Aが嵌りこみ、第1カバー26の挟持片26Bが第2外部接続端子16Bの端子部17の上側に配される。
積層体30の前面に第2カバー27を下方から取り付けると、第2カバー27のナット受け部27Aに第2外部接続端子16Bの端子部17の後面から突出するナット部17Aが嵌りこみ、第2カバー27の挟持片27Bが第1外部接続端子16Aの端子部17の下側に配される。
第1カバー26と第2カバー27とを取り付けた積層体30を、図15に示すように収容部21に収容し、収容部21の上方の開口部分21Bに蓋部23を取り付ける。すると、図1に示すように、本実施形態の蓄電モジュール10が得られる。
この状態においては、外部接続端子16の端子部17は、図3および図4に示すように、蓄電素子群11を収容するケース20の開口部分20Aを覆うカバー25の外側面に沿って配されるので、カバー25から端子部17の厚み分しか突出していない。
(本実施形態の作用、効果)
続いて、本実施形態の作用、効果について説明する。
本実施形態において、外部機器と電気的に接続される外部接続端子16の端子部17は、蓄電素子群11を収容するケース20の開口した部分(開口部分20A)を覆うカバー25の外側面に沿って配されるので外部接続端子16の端子部17はカバー25から端子部17の厚み分しか外側に突出しない。その結果、本実施形態によれば小型化した蓄電モジュール10を提供することができる。
また、本実施形態によれば、外部接続端子16の端子部17は絶縁材料からなるカバー25により支持されているので端子部17はリード端子13との間で絶縁性が保持されている。
特に、本実施形態によれば、端子部17が絶縁材料からなる第1カバー26と第2カバー27とで挟まれるので部品点数を少なくしつつ、カバー25の取り付け作業を簡易なものとすることができる。
また、本実施形態によれば、端子部17は導電性の板材にナットを圧入することにより設けられ、端子部17はリード端子13と干渉しない位置に配されているから、端子部17の構造を簡易なものとしつつ、端子部17とリード端子13との接触による短絡を防止することができる。
また、本実施形態によれば、蓄電素子12のリード端子13が形成された側縁に取り付けられる保持部材32の端子部17と対応する部分には、端子部17に接続される相手方端子19を逃がす凹部39(逃がし部)が設けられているから、相手方端子19とリード端子13との接触を防止することができる。
さらに、本実施形態によれば、外部接続端子16の端子部17は、蓄電素子12の積層方向に沿う面(前面)に配されているから、端子部17が蓄電素子12の積層方向に沿う面に収まる。
<他の実施形態>
本明細書で開示の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、例えば次のような実施形態であってもよい。
(1)上記実施形態では蓄電素子12の積層方向に平行な方向(図4における上下方向)から取り付ける2枚のカバー(第1カバー26および第2カバー27)からなるカバー25を示したが、これに限定されない。カバーは1枚あるいは3枚以上であってもよいし、蓄電素子の積層方向に対し交差する方向(例えば、積層方向に垂直な方向)から取り付ける構成であっても構わない。
(2)上記実施形態では導電性の板材にナットを圧入することにより設けた端子部17を備える例を示したが、ナットは溶接等により板材に固定されていてもよいし、バーリング加工などによりナットを設けてもよい。
(3)上記実施形態では、保持部材32の端子部17と対応する部分に端子部17に接続される相手方端子19を逃がす凹部39(逃がし部)が設けられている構成を示したが、逃がし部が設けられていないものであってもよい。
(4)上記実施形態では、外部接続端子16の端子部17が蓄電素子12の積層方向に沿う面に配されている例を示したが、端子部は蓄電素子の積層方向と沿う面以外に配されていてもよい。たとえば、ケースの蓋部やケースの底部などのように、蓄電素子の積層方向と交差する面に配されていてもよい。このような場合、外部接続端子の端子部が配される部分は絶縁材料からなるカバーが取り付けられている必要がある。
10…蓄電モジュール
11…蓄電素子群
12…蓄電素子
13…リード端子
13A…正極リード端子
13B…負極リード端子
16…外部接続端子
16A…第1外部接続端子
16B…第2外部接続端子
17…端子部
17A…ナット部
19…相手方端子
20…ケース
20A…開口部分(端子部が配される部分)
21…収容部
23…蓋部
25…カバー
25A…カバーの外側面
26…第1カバー
26B…挟持片
27…第2カバー
27B…挟持片
30…積層体
31…蓄電ユニット
32…保持部材
32A…第1保持部材
32B…第2保持部材
32C…第3保持部材
32D…第4保持部材
39…凹部(逃がし部)
41…バスバー

Claims (5)

  1. 側縁からリード端子が突出形成された蓄電素子を複数積層してなる蓄電素子群と、
    前記リード端子と接続されるとともに、外部機器と電気的に接続される端子部を有する外部接続端子と、
    前記蓄電素子群を収容するとともに前記外部接続端子の端子部が配される部分が開口したケースと、
    絶縁材料からなり前記ケースの開口した部分を覆うカバーと、を備え、
    前記外部接続端子の端子部は導電性の板材にナットを固定することにより設けられており、前記板材の板面は前記カバーの外側面に沿って配されており、前記ナットは前記カバーのナット受け部により支持されている畜電モジュール。
  2. 前記カバーは、前記端子部を挟んで取り付けられる第1カバーと第2カバーとからなる請求項1に記載の蓄電モジュール。
  3. 前記端子部は前記リード端子と干渉しない位置に配される請求項1または請求項2に記載の蓄電モジュール。
  4. 前記蓄電素子の、前記リード端子が形成された側縁に取り付けられる保持部材を備え、
    前記保持部材の前記端子部と対応する部分には、前記端子部に接続される相手方端子を逃がす逃がし部が設けられている請求項1ないし請求項3のいずれか一項に記載の蓄電モジュール。
  5. 前記外部接続端子の端子部は、前記蓄電素子の積層方向に沿う面に配されている請求項1ないし請求項4のいずれか一項に記載の蓄電モジュール。
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