JP6370256B2 - 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し、詳しくは、蓄電モジュールの配線部材のカバーの取付け構造に関する。
電気自動車やハイブリッド車等の車両用の蓄電モジュールは、正極及び負極の電極端子を有する蓄電素子が複数個並んで配列されており、隣り合う蓄電素子の電極端子間が接続部材で接続されることにより、複数の蓄電素子が直列や並列に接続されるようになっている。また、一般的な蓄電モジュールにおいては、接続部材と電極端子との接続部を絶縁保護するためにカバーが取り付けられている(例えば、特許文献1を参照)。
特開2011−60675号公報
上記特許文献1に記載のカバーは接続部材とセンサ部品等を同時に覆って保護する構成である。このカバーは、電線とバッテリ外側の板金等との干渉を防止するものであり、カバー自体は隣り合う位置に配される接続部材間を絶縁する機能は有していないため、接続部材間を絶縁する構造を設ける必要があった。
また、通常、蓄電素子群における蓄電素子の並び方向の電極ピッチの公差が存在し、その公差によって蓄電素子群とカバーとの間に位置ずれが生じる。そのような位置ずれを低減するカバーの取付け構造が所望されていた。
そこで、本明細書では、蓄電素子群とカバーとの間の位置ずれを低減しつつ、接続部材間の絶縁の信頼性を向上させる蓄電モジュールを提供する。
本明細書によって開示される蓄電モジュールは、正極および負極の電極端子を有する蓄電素子を複数並べてなる蓄電素子群と、前記蓄電素子群の各蓄電素子を分離する複数のセパレータと、前記蓄電素子群の前記電極端子間を電気的に接続する複数の接続部材と、前記接続部材を保持するシート部材と、を有する配線部材と、前記配線部材のカバーであって、複数の分割ブロックに分割されたカバーと、を備えた蓄電モジュールであって、前記分割ブロックは、隣接する分割ブロックの相対移動を可能に連結する連結部材と、前記セパレータに結合される第1結合部材と、前記セパレータに結合されたときに、隣り合う前記接続部材の間に配されて、当該接続部材同士の接触を防止する絶縁リブと、を有し、前記セパレータは、前記第1結合部材と結合する第2結合部材を有する。
本構成によれば、カバーの各分割ブロックは、セパレータに結合されている。そのため、蓄電素子寸法の公差に起因する電極間ピッチのばらつきの影響が、直接、分割ブロックに及ぶ。しかしながら、隣接する分割ブロック(カバー)は、連結部材によって、相対移動が可能である。それによって、電極間ピッチのばらつきに追従することができる。その際、分割ブロックがセパレータ(蓄電素子)に、直接、結合されていない構成と比べて、蓄電素子群とカバーとの間の位置ずれを低減することができる。それによって、分割ブロックの絶縁リブを接続部材の間により確実に位置させることができる。したがって、本構成によれば、蓄電素子群とカバーとの間の位置ずれを低減しつつ、接続部材間の絶縁の信頼性を向上させることができる。
上記蓄電モジュールにおいて、前記複数の分割ブロックの各分割ブロックは、所定数の前記蓄電素子および所定数の前記セパレータに対応して分割されたものであり、前記セパレータは、隣接する蓄電素子を分離する分離板と、前記分離板の両端部に設けられた一対の前記第2結合部材とを有し、前記分割ブロックは、前記所定数の前記セパレータのうち、一個の前記セパレータの前記一対の第2結合部材に対応した一対の前記第1結合部材を有するようにしてもよい。
本構成によれば、分割ブロックの第1結合部材は、所定数のセパレータのうち一個のセパレータに対して設けられる。そのため、同一分割ブロック内において、セパレータに結合された箇所を、蓄電素子のばらつき対応(追従)の基準とすることができる。
一方、例えば、分割ブロックに対応する複数のセパレータに対して第1結合部材を結合させると、分割ブロックのセパレータへの結合は強化される。しかしながら、各セパレータから同一の分割ブロックに対して、各蓄電素子のばらつきに対応した個別の力が働くことになる。このような個別の力は、分割ブロックに対してストレスとなり、破損等、分割ブロックの劣化の原因となる虞がある。
また、上記蓄電モジュールにおいて前記分割ブロックは、対向する一対の壁部を有し、前記一対の第1結合部材は、前記一対の壁部の外面において、対向する位置に設けられ、前記絶縁リブは、前記一対の第1結合部材の一方が設けられた壁部の内面において、前記一方の第1結合部材と対向する位置に設けられた基準絶縁リブを含み、前記第2結合部材は、前記分離板に対して、板厚方向の中心位置に設けられているようにしてもよい。
本構成によれば、第1結合部材が第2結合部材に結合された際、基準絶縁リブのリブ厚方向の中心位置と、分離板の板厚方向の中心位置とを位置合わせることができる。それによって、基準絶縁リブを隣接する接続部材のほぼ中間位置に配置することができる。そのため、基準絶縁リブが隣接する接続部材のほぼ中間位置に位置していない場合と比べて、同一分割ブロック内の他の絶縁リブの、隣接する接続部材の中間位置からのずれ量を低減できる。
また、上記蓄電モジュールにおいて、前記第1結合部材および前記第2結合部材は、嵌め合い構造によって構成され、前記第1結合部材は、鉤部を有し、前記第2結合部材は、前記第1結合部材の嵌め込みを誘導する誘導部と、前記誘導部に前記第1結合部材が嵌め込まれた際に、前記鉤部が引っ掛かる引掛け部と、を有するようにしてもよい。
本構成によれば、分割ブロック(カバー)をセパレータに結合する作業を効率化できる。
本発明によれば、蓄電素子群とカバーとの間の位置ずれを低減しつつ、接続部材間の絶縁の信頼性を向上させる蓄電モジュールを提供することができる。
一実施形態に係る配線部材のカバーを備える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線における一部断面図 カバーを外した状態の蓄電モジュールの斜視図 カバーを外した状態の蓄電モジュールの平面図 配線部材の斜視図 カバーの斜視図 カバーの裏面側から見た斜視図 第1結合部材の拡大図 セパレータの斜視図 第1結合部材と第2結合部材の結合状態を示す部分平面図 基準絶縁リブの位置を示す部分側面図 図2のB−B線における断面図
<実施形態>
本発明の一実施形態を図1ないし図13によって説明する。
蓄電モジュールM1は、図1および図2に示されるように、カバー40およびセパレータ50を備える。また、図3に示されるように、蓄電モジュールM1は、複数の蓄電素子11を並べてなる蓄電素子群10を備える。また、図4に示されるように、蓄電モジュールM1は、配線部材20を備える。
蓄電モジュールM1は、例えば、電気自動車またはハイブリッド自動車等の車両の駆動源として使用される。
また、以下の説明において、複数の同一部材については、一の部材に符号を付し、他の部材については符号および説明を省略することがある。
1.蓄電素子群
配線部材20が取り付けられる蓄電素子群10は、図3に示すように、複数個(本実施形態では24個)の蓄電素子11を並べて構成される。
蓄電素子11は、内部に図示しない蓄電要素が収容された扁平な直方体状の本体部12(図1参照)の上面から垂直に突出する正極および負極の電極端子部13を有する。
各電極端子部13は、図3および図4に示されるように、円盤状の端子台15と、端子台15から上方へ突出する円筒状の電極端子14とを備える。各電極端子14にはバスバー21の端子挿通孔22(図6参照)が挿通されるようになっている。電極端子14の側壁部分には、ナット16が螺合されるねじ山(図示せず)が形成されている。
電極端子14に挿通されたバスバー21と、端子台15とが接触することにより、バスバー21と電極端子14とが電気的に接続されるようになっている。複数の蓄電素子11は、図3における左右方向について隣り合う電極端子14の極性が反対になるように配置されている。
2.配線部材
配線部材20は、図5に示すように、蓄電素子11の並び方向(矢印X方向)に沿って蓄電素子群10に取り付けられ、複数の蓄電素子11を電気的に接続する機能を有する。配線部材20は、図6に示されるように、バスバー21、検知電線25、コネクタ26、およびシート部材27を含む。
2−1.バスバー
バスバー21は、銅、銅合金、ステンレス鋼(SUS)、アルミニウム等の金属からなり、隣り合う電極端子14,14間の寸法(電極ピッチ)に応じた長さの板状をなしている。バスバー21は接続部材の一例である。図5における上側両端部のバスバー21A以外のバスバー21には、電極端子14が挿通される一対の端子挿通孔22,22が、貫通形成されている。なお、図5における上側両端部のバスバー21Aには、端子挿通孔22が1つだけ貫通形成されている。端子挿通孔22の形状は、蓄電素子11の並び方向(矢印X方向)に長い長円形状をなす。
また、バスバー21の一側縁には、図6に示すように、検知電線25が取り付けられる電線取付部23が突出して設けられている。また、バスバー21の一側縁の両端部には、図6に示すように、バスバー21をシート部材27に保持させるためのシート保持部24がそれぞれ突出して設けられている。
2−2.検知電線
バスバー21に接続される検知電線25は、蓄電素子11の状態を検知する。なお、検知電線25は、本実施形態においては、各蓄電素子11の電圧を検知するためのものであり、コネクタ26を介して図示しない電池ECUに接続される。検知電線25は蓄電素子11の並び方向に沿って配索される。なお、検知電線25は電圧を検知するための検知電線に限られない。また、検知電線25は設けられなくてもよい。
電池ECUは、マイクロコンピュータ、素子等が搭載されたものであって、蓄電素子11の電圧・電流・温度等の検知、各蓄電素子11の充放電コントロール等を行うための機能を備えた周知の構成のものである。
検知電線25は、詳細は図示しないが、芯線を絶縁樹脂からなる絶縁被覆により被覆してなるものであり、検知電線25の端末は、電線取付部23を介してバスバー21に接続されている。
2−3.シート部材
シート部材27は、硬質樹脂の絶縁材料からなり、バスバー21および検知電線25を保持する。なお、シート部材27は、図6に示されるように、例えば、加熱プレス加工によって折り曲げられて壁部27W,27Wが形成されている。
シート部材27の材料としては、例えば、ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリスチレン(PS)、ポリカーボネート(PC)、ポリアミド(PA)等の絶縁材料が挙げられる。本実施形態において、シート部材27は、例えばポリカーボネート製シートなどの硬質樹脂製のシートである。言い換えれば、シート部材27は、ゴム弾性のない合成樹脂によって構成されている。シート部材27には、図6に示すように、シート部材27の長辺方向に開閉するスリット30が複数形成されている。スリット30が開閉することによって硬質樹脂製のシート部材27は、その長辺方向(長手方向)に伸縮することができる。ここで、シート部材27の長辺方向とは、シート部材27の長辺に沿った方向を意味し、図6の矢印X方向に相当する。シート部材27の長辺方向と、蓄電素子11の並び方向とは等しい。
詳しくは、シート部材27は、シート部材の長辺に沿った端部から反対側の長辺に沿った端部に向って形成された少なくとも1対(本実施形態では、5対)のスリット(30A,30B)を有する。また、各スリット30は、シート部材の幅よりも小さく、シート部材の幅の半分以上の長さを有する。
また、シート部材27において、隣り合うバスバー21,21の間に相当する位置には、凹状に切り欠かれた凹部35が形成されている(図6を参照)。このように、シート部材27に凹部35を形成することでバスバー21,21間の、シート部材27のシートの表面に沿った距離である沿面距離を長くすることによって、シート部材27を介してのバスバー21,21間の短絡が防止される。なお、スリット30は、凹部35の、沿面距離を長くする機能を兼ねている。
また、シート部材27には、図6に示されるように、バスバー21を保持するための保持部28が形成されている。図6に示されるように、保持部28にバスバー21のシート保持部24が結合されることによってバスバー21がシート部材27に保持させる。また、配置凹部29には、バスバー21の電線取付部23が配置される。
なお、シート部材27におけるスリット30の形成態様は、図6に示されたものに限られない。また、シート部材27は一枚のシートで構成されることに限られず、所定個数、例えば、3個に分割されて構成されてもよい。
また、シート部材27は、壁部27W,27Wによって空間部27Sを形成する形状とする例を示したが、これに限られない。シート部材27の形状は、例えば、壁部27W,27Wおよび空間部27Sを有しない平面形状としてもよい。
3.カバー
カバー40は、図7に示されるように、複数の分割ブロック、本実施形態では6個の分割ブロック(41A−41F)を含む。なお、以下の説明において、各分割ブロック(41A−41F)に共通な事項の説明には、分割ブロック41と記載する。
カバー40は、所定数の蓄電素子11、および所定数のセパレータ50に対応して分割されている。本実施形態では、図2等に示されるように、4個の蓄電素子11、および4個のセパレータ50に対応して分割されている。なお、分割ブロック41Aは、5個のセパレータ50に対応している。
分割ブロック41は、図8に示されるように、第1結合部材42、絶縁リブ43、および連結部材44を含む。また、分割ブロック41は、対向する一対の壁部47,47を有する。
分割ブロック41は、対応する所定数(本実施形態では4個)のセパレータ50のうち、1個のセパレータ50の一対の第2結合部材55(図10参照)に対応した一対の第1結合部材42,42を有する。詳しくは、このセパレータ50は、図2等に示されるように、対応する蓄電素子11の端から一番目と二番目の間に入るセパレータ50である。
一対の第1結合部材42,42は、図8に示されるように、一対の壁部47,47の外側面47A,47Aにおいて、対向する位置に設けられている。各第1結合部材42は、図9に示されるように、その先端部に鉤部42Aを有し、鉤部42Aを介してセパレータ50に結合される。
絶縁リブ43は、分割ブロック41の壁部47の内側面47Bの四か所に設けられている。各絶縁リブ43は、分割ブロック41がセパレータ50に結合されたときに、隣り合うバスバー21間に配されて、バスバー21同士の接触を防止する(図3参照)。また、絶縁リブ43は、一対の第1結合部材42,42の一方が設けられた一方の壁部47の内側面47Bには、一方の第1結合部材42と対向した位置に設けられる基準絶縁リブ43Aを含む。
連結部材44は、隣接する分割ブロック41の水平方向の移動を可能に連結する機能を有する。すなわち、連結部材44は、図8に示されるように、例えば、貫通孔45Aを有する貫通部45と、二個の分割ブロック41を連結する際に、隣接する分割ブロック41の貫通孔45Aに貫通する連結部46とを有する。貫通孔45Aに貫通する際、連結部46は、その貫通孔45Aに固定されない。この構成によって、電極端子14,14間のピッチの公差に追従して、分割ブロック41は水平方向に移動することができる。この機能によって、蓄電素子11の電極端子14,14間のピッチの公差に起因する位置ずれに追従できる。
4.セパレータ
セパレータ50は、図10示されるように、分離板51、底部52、一対の側板部53,53、および第2結合部材55を含む。分離板51は、側板部53,53および底部52の中央部に位置し、隣接する蓄電素子11を分離する。すなわち、二個のセパレータ50の間に、一個の蓄電素子11が配置される。
セパレータ50は、図10に示されるように、側板部53,53の上部に、言い換えれば、分離板51の両端部に一対の第2結合部材55を有する。第2結合部材55は、分割ブロック41の第1結合部材42と結合する。
第2結合部材55は、第1結合部材42の嵌め込みを誘う誘導部55Aと、誘導部55Aに第1結合部材42が嵌め込まれた際に、第1結合部材42の鉤部42Aが引っ掛かる引掛け部55Bとを有する(図13参照)。すなわち、本実施形態では、第1結合部材42および第2結合部材55は、嵌め合い構造によって構成される。
また、第2結合部材55は、分離板51に対して、板厚方向(図11の矢印X方向)の中心位置に設けられている。また、第1結合部材42が第2結合部材55と結合された際、第1結合部材42の中心位置と第2結合部材55の中心位置とは一致する。それによって、図11に示されるように、セパレータ50(詳しくは、分離板51)の中心軸CAと基準絶縁リブ43Aの中心軸CAとを一致させることができる。
そのため、基準絶縁リブ43Aは、隣接するバスバー21間の距離L1のほぼ中心に位置することができる(図12参照)。すなわち、基準絶縁リブ43Aは、隣接するバスバー21のほぼ中間位置に位置することができる。そのため、基準絶縁リブ43Aが隣接するバスバー21の中間位置に位置していない場合と比べて、同一分割ブロック41内の他の絶縁リブ43の、隣接するバスバー21の中間位置からのずれ量を低減できる。
5.蓄電モジュールの製造方法
5−1.配線部材の作製方法
硬質樹脂製シートを、例えば、抜き加工によって一括カットしてシート部材27を製造する。具体的には、隣り合うバスバー21の間の位置に凹部35と、スリット30とを交互に、それぞれ蓄電素子11の並び方向と交差する方向(図6の矢印Y方向)に形成する。
次いで、例えば加熱プレス加工によって、図6に示されるように、シート部材27を変形して、第1水平面27A、第2水平面27B、およびバスバー21の水平面とほぼ直交する方向(図1の矢印Z方向)の壁部27W,27Wを形成する。壁部27W,27Wによって空間部27Sが形成される(図3参照)。
硬質樹脂製シートの加工作業と同時または前後して、各検知電線25の端末を各バスバー21の電線取付部23に圧着して取り付けておく。
次に、シート部材27の保持部28に、バスバー21のシート保持部24によって、検知電線25が接続されたバスバー21を固定する。そして、検知電線25をシート部材27の長手方向に、壁部27W,27Wに沿って配すると、図6に示すような配線部材20が得られる。
5−2.配線部材およびカバーの組み付け方法
次に、配線部材20の蓄電素子群10への組み付け方法およびカバーの組み付け方法について説明する。複数の蓄電素子11を、隣り合う電極端子14が逆極性となるように並べておく。次いで、蓄電素子11を挟むようにして、セパレータ50と蓄電素子11とを交互に配置する。
次いで、各蓄電素子11の電極端子14が形成された面に配線部材20を載置する。本実施形態の配線部材20は、スリット30および凹部35等が設けられた硬質樹脂製のシート部材27を備えるので、蓄電素子群10における配線部材20の位置決めが容易に行える。
配線部材20を蓄電素子群10上に載置して、蓄電素子群10の各電極端子14をバスバー21の端子挿通孔22に挿通させたのち、各電極端子14にナット16を取り付けると、図4に示すような蓄電モジュールM1の構造となる。
配線部材の組み付けと同時または前後して、各分割ブロック41を連結部材44によって連結して、図8に示されるような、カバー40を準備しておく。次いで、各分割ブロック41の第1結合部材42を、対応するセパレータ50の第2結合部材55に結合させると、図1に示されるような蓄電モジュールM1が完成する。
6.本実施形態の効果
本実施形態によれば、カバー40の各分割ブロック41は、セパレータ50に、直接、結合されている。そのため、蓄電素子寸法の公差に起因する電極間ピッチのばらつきの影響が、直接、分割ブロック41に及ぶ。しかしながら、隣接する分割ブロック41は、連結部材44によって、相対移動が可能である。それによって、電極間ピッチのばらつきに追従することができる。
その際、分割ブロック41がセパレータ50(蓄電素子11)に、直接、結合されていない構成、例えば、分割ブロック41が配線部材20に結合される構成と比べて、蓄電素子群10とカバー40との間の位置ずれを低減することができる。言い換えれば、その位置ずれを最小にすることができる。それによって、分割ブロック41の絶縁リブ43をバスバー21の間により確実に位置させることができる。すなわち、図12に示されるバスバー間距離L1の、電極間ピッチのばらつきに起因する最小値Lminに対して、バスバー21間に絶縁リブ43を位置させるための設計を可能にできる。
したがって、本実施形態によれば、蓄電素子群10とカバー40との間の位置ずれを低減しつつ、バスバー21間の絶縁の信頼性を向上させることができる。
また、本実施形態によれば、分割ブロック41の第1結合部材42は、所定数(4個)のセパレータ50のうち1個のセパレータに対して設けられる。そのため、同一分割ブロック41内において、セパレータ50に結合された箇所を、蓄電素子11のばらつき対応(追従)の基準として、連結部材44によって、そのばらつきに追従することができる。一方、例えば、分割ブロック41に対応する複数のセパレータ50に対して第1結合部材42を結合させると、分割ブロック41(カバー)のセパレータ50への結合は強化される。しかしながら、各セパレータ50から同一の分割ブロックに対して、各蓄電素子11のばらつきに対応した個別の力が働くことになる。このような個別の力は、分割ブロック41に対してストレス(伸縮力)となり、破損等、分割ブロック41の劣化の原因となる虞がある。本実施形態によれば、そのようなストレスが分割ブロック41に働くことを抑制できる。
<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、第1結合部材42は、図9に示されるような、鉤部42Aを有する構成とし、第2結合部材55は、図10に示されるような、誘導部55Aおよび引掛け部55Bを有する構成としたが、第1結合部材42および第2結合部材55の構成は、これに限られない。例えば、第2結合部材55は誘導部55Aを有さない構成としてもよい。
あるいは、本実施形態とは逆に、第1結合部材42を、図10に示されるような誘導部および引掛け部を有する構成とし、第2結合部材55を、図9に示されるような鉤部を有する構成としてもよい。
(2)上記実施形態では、図6および図7に示されるように、分割ブロック41の一番端の絶縁リブ43に対向した位置に第1結合部材42を設ける例を示したが、必ずしもこれに限られない。例えば、端から二番目の絶縁リブ43に対向した位置に第1結合部材42を設けるようにしてもよい。
(3)上記実施形態では、図1等に示されるように、各セパレータ50に第2結合部材55を設ける例を示したが、これに限られない。例えば、第1結合部材42と結合するセパレータ50のみに第2結合部材55を設けるようにしてもよい。
M1…蓄電モジュール、10…蓄電素子群、11…蓄電素子、14…電極端子、20…配線部材、21…バスバー(接続部材)、27…シート部材、30…スリット、40…カバー、41A−41F…分割ブロック、42…第1結合部、42A…鉤部、43…絶縁リブ、43A…基準絶縁リブ、47…壁部、50…セパレータ、51…分離板、55…第2結合部、55A…誘導部、55B…引掛け部

Claims (4)

  1. 正極および負極の電極端子を有する蓄電素子を複数並べてなる蓄電素子群と、
    前記蓄電素子群の各蓄電素子を分離する複数のセパレータと、
    前記蓄電素子群の前記電極端子間を電気的に接続する複数の接続部材と、前記接続部材を保持するシート部材と、を有する配線部材と、
    前記配線部材のカバーであって、複数の分割ブロックに分割されたカバーと、を備えた蓄電モジュールであって、
    前記分割ブロックは、
    隣接する分割ブロックの相対移動を可能に連結する連結部材と、
    前記セパレータに結合される第1結合部材と、
    前記セパレータに結合されたときに、隣り合う前記接続部材の間に配されて、当該接続部材同士の接触を防止する絶縁リブと、を有し、
    前記セパレータは、前記第1結合部材と結合する第2結合部材を有する、蓄電モジュール。
  2. 前記複数の分割ブロックの各分割ブロックは、所定数の前記蓄電素子および所定数の前記セパレータに対応して分割されたものであり、
    前記セパレータは、隣接する蓄電素子を分離する分離板と、前記分離板の両端部に設けられた一対の前記第2結合部材とを有し、
    前記分割ブロックは、前記所定数の前記セパレータのうち、一個の前記セパレータの前記一対の第2結合部材に対応して結合する一対の前記第1結合部材を有する、請求項1に記載の蓄電モジュール。
  3. 前記分割ブロックは、対向する一対の壁部を有し、
    前記一対の第1結合部材は、前記一対の壁部の外側面において、対向する位置に設けられ、
    前記絶縁リブは、前記一対の第1結合部材の一方が設けられた壁部の内側面において、前記一方の第1結合部材と対向する位置に設けられた基準絶縁リブを含み、
    前記第2結合部材は、前記分離板に対して、板厚方向の中心位置に設けられている、請求項2に記載の蓄電モジュール。
  4. 前記第1結合部材および前記第2結合部材は、嵌め合い構造によって構成され、
    前記第1結合部材は、鉤部を有し、
    前記第2結合部材は、
    前記第1結合部材の嵌め込みを誘導する誘導部と、
    前記誘導部に前記第1結合部材が嵌め込まれた際に、前記鉤部が引っ掛かる引掛け部と、を有する、請求項1から請求項3のいずれか一項に記載の蓄電モジュール。
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