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JP6210314B2 - 接続用部材および蓄電モジュール - Google Patents

接続用部材および蓄電モジュール Download PDF

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JP6210314B2 JP2014024092A JP2014024092A JP6210314B2 JP 6210314 B2 JP6210314 B2 JP 6210314B2 JP 2014024092 A JP2014024092 A JP 2014024092A JP 2014024092 A JP2014024092 A JP 2014024092A JP 6210314 B2 JP6210314 B2 JP 6210314B2
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Description

本発明は、接続用部材および蓄電モジュールに関する。
複数の電池セルを接続してなる電池モジュールにおいて、電池セルは、薄板状のリード線同士を超音波溶接等により接合することで接続されている(たとえば特許文献1を参照)。
超音波溶接により接続する場合には接合部を上下方向から挟んで接合するため、電池セルの積層間隔が狭い場合は、積層状態での接合が困難である。そのため、あらかじめ電池セルを所望の接続状態(直列、並列)となるように並べて、リード線同士を接合した後、電池セルを積層して積層体を作製し、積層体をケースに配設して電池モジュールを組み立てることが行われていた。
特開2012−227120号公報
上記特許文献1に記載の電池モジュールのように、積層前に、電池セルを並べてリード線同士を超音波溶接する溶接工程が必要であると、電池モジュールの組み立てに手間がかかるという問題があった。
本発明は、蓄電モジュールの組み立てを簡素化することを目的とする。
上記課題を解決するものとして本発明は、一側縁に正極及び負極のリード端子を有する複数の蓄電素子を並べてなる蓄電素子群に取り付けられて、複数の前記蓄電素子を電気的に接続する接続用部材であって、前記リード端子を挿通させて保持する複数の端子保持部と、前記端子保持部に取り付けられ、隣り合う前記リード端子を接続するための金属部材と、前記リード端子を前記端子保持部に案内するガイド部と、を有する接続用部材である。
また、本発明は、一側縁に正極及び負極のリード端子を有する複数の蓄電素子を並べてなる蓄電素子群と、前記蓄電素子群に取り付けられた接続用部材と、を備える蓄電モジュールである。
本発明においては、積層状態とした蓄電素子のリード端子はガイド部により端子保持部に案内されたのち、端子保持部に挿通される。端子保持部に挿通されたリード端子は、端子保持部に取り付けられている金属部材と接続され金属部材を介して隣り合うリード端子と電気的に接続される。
つまり、本発明においては、金属部材の取り付けられている端子保持部に案内されたリード端子を、端子保持部に保持した状態で、金属部材と接続することが可能なので、蓄電モジュールの組み立てが円滑に行える。その結果、本発明によれば、蓄電モジュールの組み立てを簡素化することができる。
本発明は以下の構成としてもよい。
前記ガイド部が、前記端子保持部が形成されている保持部材とは、別の部材で構成されていてもよい。
このような構成とすると、ガイド部を蓄電素子の接続状態(直列、並列)に合わせた構造を備える別の部材で構成することができるので、保持部材を蓄電素子の接続状態にかかわらず共用することができる。
前記金属部材が二種類の金属材料からなる構成であってもよい。
このような構成とすると、正極および負極のリード端子が相違する金属材料からなる場合に、接続されるリード端子に合わせた金属材料を選択することができ、レーザー溶接にも対応できる。
接続される前記蓄電素子の数に合わせて切断可能な切断線が形成されていてもよい。
このような構成とすると、蓄電素子の接続数ごとに、成形型を作る必要がない。
本発明によれば、蓄電モジュールの組み立てを簡素化することができる。
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 蓄電モジュールの正面図 蓄電モジュールの背面図 蓄電モジュールの側面図 金属部材が取り付けられた様子を示す蓄電素子群の斜視図 金属部材が取り付けられた様子を示す蓄電素子群の正面図 金属部材が取り付けられた蓄電素子群の側面図 蓄電素子群の斜視図 蓄電素子の斜視図 金属部材の斜視図 金属部材の正面図 金属部材の側面図 保持部材の正面図 切断前の保持部材の正面図 保持部材を背面側から示した斜視図 ガイド部材を正面側から示した斜視図 ガイド部材の背面図 接続用部材を背面側から示した斜視図 接続用部材の正面図 接続用部材の平面図 実施形態2の蓄電モジュールの斜視図 蓄電モジュールの平面図 蓄電モジュールの正面図 蓄電モジュールの背面図 蓄電モジュールの側面図 金属部材が取り付けられた蓄電素子群の斜視図 金属部材が取り付けられた蓄電素子群の側面図 ガイド部材を正面側から示した斜視図 ガイド部材の背面図 接続用部材を背面側から示した斜視図 接続用部材の正面図 実施形態3の蓄電モジュールの斜視図 蓄電モジュールの平面図 蓄電モジュールの正面図 蓄電モジュールの背面図 蓄電モジュールの側面図 金属部材が取り付けられた蓄電素子群の斜視図 金属部材が取り付けられた蓄電素子群の正面図 金属部材が取り付けられた蓄電素子群の側面図 ガイド部材を正面側から示した斜視図 ガイド部材の背面図 接続用部材を背面側から示した斜視図 接続用部材の正面図 他の実施形態で説明する金属部材の斜視図 図45の金属部材の側面図 他の実施形態で説明する金属部材の平面図 図47の金属部材の側面図
<実施形態1>
本発明の実施形態1を図1ないし図21によって説明する。以下の説明において、図2における下側を前方とし上側を後方とし、図3の上方を上とし下方を下とする。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を省略することがある。本実施形態の蓄電モジュールM1は、例えばIntegrated Starter Generator(ISG)用の蓄電モジュールM1として用いられる。
(蓄電モジュールM1)
蓄電モジュールM1は、図1〜図5に示すように、複数の蓄電素子11(本実施形態では6個の蓄電素子11)を並べてなる蓄電素子群10と、蓄電素子群10の一端部(前端部)に取り付けられた接続用部材20と、を備える。
蓄電素子群10は、図6〜図9に示すように、複数の蓄電素子11を積層してなる。本実施形態において蓄電素子群10は、積層方向において隣り合う蓄電素子11を、相違する極性のリード端子12A,12Bが重なり合う位置に配されるように積層してなり、直列に接続されている。
(蓄電素子11)
各蓄電素子11は図10に示すように、一側縁に正極および負極のリード端子12A,12Bを有する。詳しくは、各蓄電素子11は、図示しない蓄電要素と、蓄電要素を包むとともに側縁が溶着されたラミネートフィルム13と、蓄電要素に接続されるとともにラミネートフィルム13の溶着された一側縁から外側方向に導出されたリード端子12A,12Bと、を有する。
(リード端子12A,12B)
本実施形態において、正極のリード端子12Aはアルミニウム製またはアルミニウム合金製であり負極のリード端子12Aは銅製または銅合金製である。
図8に示すように、各蓄電素子11において、負極リード端子12Bは上方に折り曲げられ、正極リード端子12Aは下方に折り曲げられている。隣りあう蓄電素子11の極性の相違するリード端子12A,12B同士は、金属部材33を介して接続されている。最上段の蓄電素子11の負極のリード端子12Bは上方に折り曲げられて外部接続部材15に接続され、最下段の蓄電素子11の正極のリード端子12Aは下方に折り曲げられて外部接続部材15に接続されている。隣り合う蓄電素子11と電気的に接続されるリード端子12A,12Bは金属部材33にレーザー溶接により接続されている。
(外部接続部材15)
最上段の蓄電素子11に接続される外部接続部材15は、蓄電モジュールM1の負極として機能する負極端子15Aであり、最下段の蓄電素子11に接続される外部接続部材15は、蓄電モジュールM1の正極として機能する正極端子15Bである。
負極として機能する外部接続部材15は、銅又は銅合金製であり、正極として機能する外部接続部材15はアルミニウムまたはアルミニウム合金製である。外部接続部材15の円形孔が形成された部分は、外部機器と接続される端子部16である。
(接続用部材20)
蓄電素子群10に取り付けられて、蓄電素子11を電気的に接続する接続用部材20は、リード端子12A,12Bを挿通させて保持する複数の端子保持部22と、端子保持部22に取り付けられ、隣り合うリード端子12A,12Bを接続するための金属部材33と、リード端子12A,12Bを端子保持部22に案内するガイド部29と、を有する。
本実施形態の接続用部材20は、端子保持部22と、ガイド部29とが別部材に設けられている。詳しくは、接続用部材20は、端子保持部22が設けられた保持部材21と、保持部材21とは別体の部材であって、ガイド部29が設けられたガイド部材28と、金属部材33と、を備える。
(金属部材33)
金属部材33は、図11および図12に示すように、板状をなしており、その長さはリード端子12A,12Bの長手方向(図2における左右方向)の長さよりも長く設定されている。金属部材33は保持部材21の端子保持部22に取り付けられている。金属部材33の長手方向の両端部には保持部材21に係止される係止孔34が形成されている。
また、金属部材33は図13に示すように、側面視U字状をなしており、二種類の金属材料からなる。詳しくは、金属部材33は、図13における上側に配される銅又は銅合金製の第1金属部と、図13における下側に配されるアルミニウム又はアルミニウム合金製の第2金属部とからなる。金属部材33は冷間圧接等の公知の方法により製造することができる。
金属部材33の第1金属部は正極のリード端子12Aと接触するように配され、金属部材33の第2金属部は負極のリード端子12Bと接触するように配され、各金属部33A,33Bは各リード端子12A,12Bとレーザー溶接により接続されている。
(保持部材21)
保持部材21は絶縁樹脂材料からなり、図14および図16に示すようにプレート状をなしている。保持部材21(接続用部材20)には、図15に示すように、接続する蓄電素子11の数に合わせて切断可能な切断線21Aが形成されている。図15には、切断前の保持部材21を示している。
保持部材21には、図14に示すように、リード端子12A,12Bを挿通させて保持するスリット状の端子保持部22が7つずつ2列に並んで設けられている。本実施形態において図3の左側列の端子保持部22のうち、最上部の端子保持部22および最下部の端子保持部22には、外部接続部材15およびリード端子12A,12Bが保持される。
端子保持部22のうち、左側列の上から3番目および上から5番目の端子保持部22、ならびに右側列の上から2番目、上から4番目および上から6番目の端子保持部22には、金属部材33が取り付けられている。端子保持部22において、金属部材33の上側と下側には、それぞれリード端子12A,12Bが重ねられ保持される。
保持部材21の前面(正面側の面)の端子保持部22の両端部には、U字状のU字突部23が設けられている。U字突部23の内壁には、金属部材33の係止孔34に嵌りこみ金属部材33を係止する係止凸部24が形成されている。
保持部材21の後面(背面側の面)の端子保持部22の端部には、ガイド部材28が取り付けられる柱状の柱状突部25が設けられており、柱状突部25には、ガイド部材28に形成した取付凸部30を受け入れる取付孔26が設けられている。
(ガイド部材28)
ガイド部材28は、図17に示す側の面(前面)を前方に向けて保持部材21の後面に取り付けられるようになっている。ガイド部材28の前面には取付凸部30が設けられている。
ガイド部材28の、図18に示す側の面は背面側に配される面であり、リード端子12A,12Bおよび外部接続部材15を所定位置にガイドするガイド部29が形成されている。ガイド部29は傾斜面状をなしている(図17を参照)。
本実施形態のガイド部材28はガイド部29が左側と右側とで、積層方向(図17における上下方向)においてずれた位置に形成されている。
ガイド部材28を保持部材21に取り付けると、リード端子12A,12Bおよび外部接続部材15が配されるべき部分にスリット状の貫通孔31が形成される。リード端子12A,12Bはガイド部材28のガイド部29に案内され、スリット状の貫通孔31を挿通して対応する端子保持部22に配される。
(本実施形態の蓄電モジュールM1の組み立て方法)
6個の蓄電素子11を積層方向において隣り合うリード端子12A,12Bが逆極性となるように積層して蓄電素子群10を作製し、金属部材33を保持部材21の正面側に取り付けておく。
次に、ガイド部材28の取付凸部30を保持部材21の取付孔26に嵌め込んでガイド部材28を保持部材21に取り付けると、図19〜図21に示すような接続用部材20が得られる。
次に、蓄電素子群10を接続用部材20の後面(背面側の面)から取り付ける。蓄電素子群10を接続用部材20の後面に配して、各リード端子12A,12Bを接続用部材20の端子保持部22に挿通させると、リード端子12A,12Bはガイド部材28に設けたガイド部29に案内されながらスリット状の貫通孔31を挿通し、対応する端子保持部22に配され、隣り合う蓄電素子11のリード端子12A,12B同志が金属部材33を介して電気的に接続可能な状態となる(図3を参照)。
次に、接続用部材20の正面側から外部接続部材15を差し込んで取り付けたのち、リード端子12A,12Bと金属部材33、外部接続部材15とリード端子12A,12Bを、それぞれレーザー溶接により接合すると、図1に示すような、本実施形態の蓄電モジュールM1が得られる。
(本実施形態の作用および効果)
次に、本実施形態の作用および効果について説明する。
本実施形態においては、積層状態とした蓄電素子11のリード端子12A,12Bはガイド部29により端子保持部22に案内されたのち、端子保持部22に挿通される。端子保持部22に挿通されたリード端子12A,12Bは、端子保持部22に取り付けられている金属部材33と接続され金属部材33を介して隣り合うリード端子12A,12Bと電気的に接続される。つまり、本実施形態においては、金属部材33の取り付けられている端子保持部22に案内されたリード端子12A,12Bを、端子保持部22に保持した状態で、金属部材33と接続することが可能なので、蓄電モジュールM1の組み立てが円滑に行える。その結果、本実施形態によれば、蓄電モジュールM1の組み立てを簡素化することができる。
また、本実施形態によれば、ガイド部29が、端子保持部22が形成されている保持部材21とは、別の部材で構成されているから、ガイド部29を蓄電素子11の接続状態(直列、並列)に合わせた構造を備える別の部材で構成することができるので、保持部材21を蓄電素子11の接続状態にかかわらず共用することができる。
また、本実施形態によれば、金属部材33が二種類の金属材料からなる構成であるので、正極および負極のリード端子12A,12Bが相違する金属材料からなる場合に、接続されるリード端子12A,12Bに合わせた金属材料を選択することができ、レーザー溶接に好適である。
また、本実施形態によれば、保持部材21には接続される蓄電素子11の数に合わせて切断可能な切断線21Aが形成されているから、蓄電素子11の接続数ごとに別々の成形型を作る必要がない。
<実施形態2>
次に、本発明の実施形態2を図22ないし図32によって説明する。本実施形態の蓄電モジュールM2は、蓄電素子11の接続方法とガイド部材42(ガイド部43)の構成が実施形態1とは相違する。図23における下側を前方とし上側を後方とし、図24の上方を上とし下方を下とする。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を省略することがある。実施形態1と同様の構成については同一の符号を付し、重複した説明を省略する。
蓄電モジュールM2は、図22〜図26に示すように、蓄電素子群10と、蓄電素子群10の一端部(前端部)に取り付けられた接続用部材41と、を備える。蓄電素子群10は、図27および図28に示すように、複数の蓄電素子11を積層してなる。
本実施形態において蓄電素子群10は、積層方向において隣り合う蓄電素子11を2つずつ、同じ極性のリード端子12A,12A(または12B,12B)が重なり合う位置に配されるように積層してなり、並列に接続されている。
詳しくは、最上段(一番上)の蓄電素子11および上から2番目の蓄電素子11は、同じ極性のリード端子12A,12A(12B,12B)が上下に重なるように積層され、上から3番目の蓄電素子11および上から4番目の蓄電素子11は、同じ極性のリード端子12A,12A(12B,12B)が上下に重なるように積層され、上から5番目の蓄電素子11および最下段(上から6番目)の蓄電素子11は、同じ極性のリード端子12A,12A(12B,12B)が上下に重なるように積層される。そして、上から2番目の蓄電素子11と上から3番目の蓄電素子11とは逆極性のリード端子12A,12Bが上下に重なるように積層され、上から3番目の蓄電素子11と上から4番目の蓄電素子11とは逆極性のリード端子12A,12Bが上下に重なるように積層される。
リード端子12A,12Bは積層方向において隣り合うリード端子12A,12Bと接続可能に折り曲げられており、並列に接続されるリード端子12A,12A(12B,12B)同士は相互に接触するように配されている。
保持部材21は実施形態1と同じものであるが、金属部材33の取り付けられている位置が相違する。保持部材21の端子保持部22のうち、左側列の上から5番目の端子保持部22、ならびに右側列の上から3番目の端子保持部22には、金属部材33が取り付けられている(図24を参照)。端子保持部22において、金属部材33の上側と下側には、2枚のリード端子12A,12Bが重ねられ保持される。
保持部材21に取り付けられるガイド部材42は、図29〜図31に示すように、左右対称の形状をなしている。ガイド部43は左右対称の位置に設けられていることになる。図中44は取付凸部44である。
ガイド部材42を保持部材21に取り付けると、リード端子12A,12Bおよび外部接続部材15が配されるべき部分にスリット状の貫通孔45が形成される。リード端子12A,12Bはガイド部材42のガイド部43に案内され、スリット状の貫通孔45を挿通して対応する端子保持部22に配される。
その他の構成は実施形態1と概ね同様であるので、本実施形態においても実施形態1と同様の効果が得られる。
<実施形態3>
次に、本発明の実施形態3を図33ないし図44によって説明する。本実施形態の蓄電モジュールM3は、蓄電素子11の接続方法とガイド部材52(ガイド部53)の構成が実施形態1とは相違する。図34における下側を前方とし上側を後方とし、図35の上方を上とし下方を下とする。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を省略することがある。実施形態1と同様の構成については同一の符号を付し、重複した説明を省略する。
蓄電モジュールM3は、図33〜図37に示すように、蓄電素子群10と、蓄電素子群10の一端部(前端部)に取り付けられた接続用部材51と、を備える。蓄電素子群10は、図38〜図40に示すように、複数の蓄電素子11を積層してなる。
本実施形態において蓄電素子群10は、積層方向において隣り合う蓄電素子11を3つずつ、同じ極性のリード端子12A,12A(12B,12B)が重なり合う位置に配されるように積層してなり、並列に接続されている。
詳しくは、最上段(一番上)の蓄電素子11、上から2番目の蓄電素子11および上から3番目の蓄電素子11は、同じ極性のリード端子12A,12A,12A(12B,12B,12B)が上下に重なるように積層され、上から4番目の蓄電素子11、上から5番目の蓄電素子11および最下段(上から6番目)の蓄電素子11は、同じ極性のリード端子12A,12A,12A(12B,12B,12B)が上下に重なるように積層される。そして、上から3番目の蓄電素子11と上から4番目の蓄電素子11とは逆極性のリード端子12A,12Bが上下に重なるように積層される。
リード端子12A,12Bは積層方向において隣り合うリード端子12A,12Bと接続可能に折り曲げられており、並列に接続されるリード端子12A,12A,12A(12B,12B,12B)は接触するように配されている(図40を参照)。
保持部材21は実施形態1と同じものであるが、金属部材33の取り付けられている位置が相違する。保持部材21の端子保持部22のうち、右側列の上から4番目の端子保持部22には、金属部材33が取り付けられている。端子保持部22において、金属部材33の上側と下側には、2枚のリード端子12A,12Bが重ねられ保持される。
保持部材21に取り付けられるガイド部材52には、図41および図42に示す左側列の上端部および下端部、ならびに右側列の略中央にガイド部53が設けられている。図中54は取付凸部54である。
ガイド部材52を保持部材21に取り付けると、リード端子12A,12Bおよび外部接続部材15が配されるべき部分にスリット状の貫通孔55が形成される。リード端子12A,12Bはガイド部材52のガイド部53に案内され、スリット状の貫通孔55を挿通して対応する端子保持部22に配される。
その他の構成は実施形態1と概ね同様であるので、本実施形態においても実施形態1と同様の効果が得られる。
<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、ガイド部29が、端子保持部22が形成されている保持部材21とは、別の部材(ガイド部材52)で構成されている例を示したが、ガイド部と端子保持部とが一部材に形成されていてもよい。
(2)上記実施形態では金属部材33が二種類の金属材料からなる例を示したが、金属部材は一種類の金属材料からなるものであってもよいし三種類以上の金属材料からなるものであってもよい。
(3)上記実施形態ではU字状をなし上側と下側とで相違する金属材料からなる金属部材33を示したが、たとえば図45および図46に示すように相違する金属材料を2枚張り合わせてなる金属部材60や、図47および図48に示すように長手方向の左側と右側において相違する金属材料からなる金属部材70などであってもよい。図45〜図48中、60A,70Aは第1金属部、60B,70Bは第2金属部、61,71は端子保持部にと係止される係止孔である。
(4)上記実施形態では、7つの端子保持部22が2列に並んだ単位ごとに切断可能な保持部材21を示しているが、切断線21Aの形成位置はこれに限定されない。1〜6つの端子保持部ごとに切断線が形成されていてもよいし、8以上の端子保持部ごとに切断線が形成されていてもよいし、切断線を備えない保持部材であってもよい。
(5)上記実施形態では6つの蓄電素子11からなる蓄電素子群10を示したが、蓄電素子の数はこれに限定されない。7以上の蓄電素子からなる蓄電素子群であってもよいし5以下の蓄電素子からなる蓄電素子群であってもよい。
(6)上記実施形態ではリード端子12A,12Bと金属部材33とがレーザー溶接により接続されている例を示したが、リード端子と金属部材とはレーザー溶接以外の方法により接続されていてもよい。
10…蓄電素子群
11…蓄電素子
12A…正極のリード端子
12B…負極のリード端子
20,41,51…接続用部材
21…保持部材
21A…切断線
22…端子保持部
23…U字突部
24…係止凸部
25…柱状突部
26…取付孔
28,42,52…ガイド部材
29,43,53…ガイド部
30,44,54…取付凸部
31,45,55…貫通孔
33,60,70…金属部材
33A,60A,70A…第1金属部
33B,60B,70B…第2金属部
34…係止孔
M1,M2,M3…蓄電モジュール

Claims (5)

  1. 一側縁に正極及び負極のリード端子を有する複数の蓄電素子を並べてなる蓄電素子群に取り付けられて、複数の前記蓄電素子を電気的に接続する接続用部材であって、
    前記リード端子を挿通させて保持する複数の端子保持部と、
    前記複数の端子保持部の一部に取り付けられ、隣り合う前記リード端子を接続するための金属部材と、
    前記リード端子を前記端子保持部に案内するガイド部と、を有する接続用部材。
  2. 前記ガイド部が、前記端子保持部が形成されている保持部材とは、別の部材で構成されている請求項1に記載の接続用部材。
  3. 前記金属部材が二種類の金属材料からなる請求項1または請求項2に記載の接続用部材。
  4. 一側縁に正極及び負極のリード端子を有する複数の蓄電素子を並べてなる蓄電素子群に取り付けられて、複数の前記蓄電素子を電気的に接続する接続用部材であって、
    前記リード端子を挿通させて保持する複数の端子保持部と、
    前記端子保持部に取り付けられ、隣り合う前記リード端子を接続するための金属部材と、
    前記リード端子を前記端子保持部に案内するガイド部と、を有し、
    接続される前記蓄電素子の数に合わせて切断可能な切断線が形成されている接続用部材
  5. 一側縁に正極及び負極のリード端子を有する複数の蓄電素子を並べてなる蓄電素子群と、前記蓄電素子群に取り付けられた請求項1ないし請求項4のいずれか一項に記載の接続用部材と、を備える蓄電モジュール。
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