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JP6465354B2 - 蓄電モジュール - Google Patents

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Description

本明細書では、蓄電モジュールに関する技術を開示する。
電気自動車やハイブリッド自動車等の車両には、複数の蓄電素子を直列や並列に接続して構成された蓄電モジュールが備えられている。この種の蓄電モジュールには、電極端子間を接続する金属製の接続部材が絶縁性のプロテクタに収容されてなる配線モジュールが装着されたものがある。
特許文献１の電池配線モジュールには、合成樹脂製のプロテクタに、バスバーが載置される底板と、バスバーの抜けを阻止するロック片と、単電池側に突出する位置決め部とが備えられている。この位置決め部を電極部及び電極保持部に嵌合させて位置決めした後に、ボルト締めすることで電池配線モジュールが単電池群に組み付けられている。
特開２０１３−３３６３４号公報
ところで、特許文献１では、バスバーは単電池に対してボルト締めで固定されているが、プロテクタの底板やロック片とバスバーとの間には、クリアランスが形成されているため、プロテクタは、バスバー及び単電池に対してクリアランスの範囲で移動が許容されている。そのため、蓄電モジュールを例えば車両等の振動が生じる場所に設置すると、プロテクタが振動により蓄電素子に対してクリアランスの範囲を限度として移動する可能性がある。プロテクタがクリアランスの限度まで移動して底板やロック片がバスバーに接触すると、プロテクタ上の電線等の荷重がプロテクタを介してバスバーに加わり、バスバーの変形や破損等の不具合が懸念される。
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、絶縁プロテクタ側から接続部材に荷重が加わることを抑制することを目的とする。
本発明の蓄電モジュールは、正極及び負極の電極部を有する複数の蓄電素子と、前記複数の蓄電素子の前記正極及び負極間を接続し、前記蓄電素子に対して固定手段で固定される接続部材と、前記接続部材が収容される絶縁プロテクタと、を備え、前記絶縁プロテクタは、前記接続部材の一方の面に対向する対向部と、前記接続部材を包囲する仕切り壁と、を備え、前記仕切り壁は、前記接続部材の他方の面側からの離脱を規制し、撓み変形可能な離脱規制部を備え、前記接続部材を前記蓄電素子に対して前記固定手段で固定した状態で、前記対向部及び前記離脱規制部は、前記接続部材との間にそれぞれ第１クリアランスを有し、更に、前記絶縁プロテクタは、前記蓄電素子に対して前記絶縁プロテクタが離間する方向における、前記対向部と前記接続部材との間の第１クリアランスよりも小さい第２クリアランス以上の移動を規制するとともに、前記絶縁プロテクタの前記蓄電素子側への、前記離脱規制部と前記接続部材との間の第１クリアランスよりも小さい第２クリアランス以上の移動を規制する規制部を備える。

車両の振動等により、蓄電素子に対して絶縁プロテクタが振動した際に、対向部や離脱規制部が接続部材に接触して接続部材に荷重がかかることが懸念されるが、本構成によれば、絶縁プロテクタの規制部は、蓄電素子に対して第１クリアランスよりも小さい第２クリアランス以上の移動を規制するため、対向部や離脱規制部が接続部材に接触する前に、規制部により蓄電素子に対する絶縁プロテクタの移動を規制することができる。これにより、絶縁プロテクタが蓄電素子に対して振動しても対向部や離脱規制部が接続部材に接触しないため、絶縁プロテクタ側から接続部材に荷重が加わることを抑制することができる。
本発明の実施態様としては以下の態様が好ましい。
前記蓄電素子は、蓄電要素がケースに収容された本体部と、前記電極部とを有し、前記規制部は、前記ケースに係止する。
このようにすれば、蓄電素子のケースを利用して、規制部を蓄電素子に係止させることができる。
複数の前記接続部材を備え、前記絶縁プロテクタは、前記対向部及び前記離脱規制部を有して各前記接続部材が収容される複数の収容部と、前記複数の収容部を接続する接続部と、を備え、前記規制部は、前記接続部に設けられている。
本発明によれば、絶縁プロテクタ側から接続部材に荷重が加わることを抑制することができる。
蓄電モジュールを示す正面図 図１のＡ−Ａ断面図 図２の接続部材の近傍を拡大した図 図２の第１規制部及び第２規制部の近傍を拡大した図 配線モジュールを示す正面図 図１のＡ−Ａの位置における配線モジュールの断面図 配線モジュールが蓄電素子から離間する側に移動した状態を示す図 図７の接続部材の近傍を拡大した図 図７の第１規制部及び第２規制部の近傍を拡大した図 配線モジュールが蓄電素子側に移動した状態を示す図 図１０の接続部材の近傍を拡大した図 図１０の第１規制部及び第２規制部の近傍を拡大した図
＜実施形態１＞
実施形態１を図１〜図１２を参照しつつ説明する。
本実施形態の蓄電モジュール１０は、例えば電気自動車又はハイブリッド自動車等の車両に搭載されて、車両を駆動するための電源として使用される。以下では、Ｘ方向を左方、Ｙ方向を上方、Ｚ方向を前方として説明する。
（蓄電モジュール１０）
蓄電モジュール１０は、図１に示すように、左右一列に並んだ複数（本実施形態では７個）の蓄電素子１１と、複数の蓄電素子１１に取り付けられた配線モジュール２０とを備えている。各蓄電素子１１は、扁平な直方体状のケース１３の内部に蓄電要素（図示しない）が収容された本体部１２と、本体部１２の一面から突出する電極部１６Ａ，１６Ｂ（正極を１６Ａ，負極を１６Ｂとして図示）とを備える。
電極部１６Ａ，１６Ｂは、図２に示すように、先端部の金属が露出し、本体部１２側の外周が絶縁性の合成樹脂からなる外装部１７で覆われて外径が大きくなっている。ケース１３は、例えば合成樹脂又は金属製であって、配線モジュール２０が装着される平坦な板状の取付面部１３Ａを有する。取付面部１３Ａには、内方側に陥没した陥没部１４が形成されており、陥没部１４には、長方形状の被係止孔１５が貫通形成されている。隣り合う蓄電素子１１の向きは、隣り合う電極部１６Ａ，１６Ｂの極性が反対になるように配置されている。直列接続の端部に位置する電極部１６Ａ，１６Ｂは、図示しない電線を介して外部のインバータ等の機器に接続される。複数の蓄電素子１１は図示しない保持板によって固定されている。
（配線モジュール２０）
配線モジュール２０は、図５，図６に示すように、隣り合う電極部１６Ａ，１６Ｂ間を接続する複数の接続部材２１と、複数の接続部材２１を収容する絶縁プロテクタ２３とを備えて構成されている。
（接続部材２１）
接続部材２１は、長方形状であって、例えば銅、銅合金、アルミニウム、アルミニウム合金、ステンレス鋼（ＳＵＳ）等の金属板材からなる。接続部材２１は、電極部１６Ａ，１６Ｂの端面の全体を覆う大きさで形成され、角部寄りの周縁部が切り欠かれている。接続部材２１は、電極部１６Ａ，１６Ｂにレーザー溶接で溶接される（「固定手段」の一例）。これにより、接続部材２１と電極部１６Ａ，１６Ｂとは相対的に位置が固定された状態で電気的に接続されている。
なお、接続部材２１に、蓄電素子１１の電圧を検知するための電圧検知端子（図示しない）を重ねてもよい。この電圧検知端子に接続される電線は、図示しない外部のＥＣＵ（Engine Control Unit）に接続される。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。
（絶縁プロテクタ２３）
絶縁プロテクタ２３は、絶縁性の合成樹脂からなる複数の連結ユニット２３Ａを左右に連結して構成されている。各連結ユニット２３Ａは、接続部材２１を収容する複数の収容部２４と、複数の収容部２４を接続する接続部３３と、隣りの連結ユニット２３Ａの挿通部３２Ｂに挿通されて隣り合う連結ユニット２３Ａを連結する棒状の連結部３２Ａとを備えている。複数の連結ユニット２３Ａが連結されると、並び方向の位置をずらした複数の収容部２４の列が２列形成される。
各収容部２４は、図６に示すように、接続部材２１の一方の面２１Ａ（蓄電素子１１側の面）が対向するように接続部材２１を載置可能な対向部２５と、接続部材２１を角筒状に包囲する仕切り壁２７と、を備えている。対向部２５は、接続部材２１の幅方向の中間部に重なるように形成されており、所定の幅寸法で板状に延びている。対向部２５の両側は、電極部１６Ａ，１６Ｂが通る開口部２６とされている。仕切り壁２７は、蓄電素子１１の並び方向に沿って延びる一対の対向壁部と、一対の対向壁部間を連結する連結壁部とを備えている。
仕切り壁２７は、接続部材２１の他方の面２１Ｂ側（蓄電素子１１とは反対側）からの離脱を規制する複数の離脱規制部２９を備えている。複数の離脱規制部２９は、仕切り壁２７における一対の対向壁部の内面から内方に突出しており、複数の離脱規制部２９のうちの１又は複数は片持ち状に延びて撓み変形可能な離脱規制部２９Ａとされている。離脱規制部２９Ａを外側に撓ませて接続部材２１を対向部２５の上に配置すると、離脱規制部２９Ａが復元変形し、離脱規制部２９の爪状の先端部が接続部材２１の他方の面２１Ｂに対向することで、接続部材２１の離脱が規制される。
上記したように、接続部材２１は、対向部２５と離脱規制部２９の間に配されており、絶縁プロテクタ２３は、接続部材２１に対して、相対的に固定されていない。したがって、絶縁プロテクタ２３は、接続部材２１が固定される蓄電素子１１に対して、相対的に固定されておらず、移動が許容されている。具体的には、図３に示すように、対向部２５と離脱規制部２９との間に配された接続部材２１は、対向部２５と離脱規制部２９との間の寸法から接続部材２１の厚みを除いたＺ軸方向のクリアランス１Ａ＋１Ｂを有する。即ち、配線モジュール２０が蓄電素子１１に装着された状態では、対向部２５は、接続部材２１の一方の面２１Ａに対して第１クリアランス１Ａを有し、離脱規制部２９は、接続部材２１の他方の面２１Ｂに対して第１クリアランス１Ｂを有する。
収容部２４における蓄電素子１１が配される側の面には、図２に示すように、電極部１６Ａ，１６Ｂを嵌め入れる位置決め部３１が設けられており、位置決め部３１が電極部１６Ａ，１６Ｂの外装部１７に嵌合することで、絶縁プロテクタ２３が蓄電素子１１に対してＸＹ平面上で位置決めされる。
接続部３３は、図６に示すように、一対の溝部３４と、溝部３４間を連結する平板状の板状部３５と、蓄電素子１１に対する絶縁プロテクタ２３の移動を規制する一対の第２規制部３７Ａ，３７Ｂ（「規制部」の一例）と、を備えている。溝部３４は、例えば、接続部材２１に重ねられた電圧検知端子に接続された電線を通すことができるように、収容部２４の並び方向に沿って延びており、溝底から一対の溝壁が起立している。溝部３４と収容部２４との間は、図５に示すように、溝部３４と収容部２４とを連通する連通部２８が形成され、連通部２８に電線を通すことができるようになっている。接続部３３及び位置決め部３１における蓄電素子１１が配される側の端部（底面）は、図２に示すように、取付面部１３Ａに当接して絶縁プロテクタ２３の蓄電素子１１側への移動を規制する第１規制部３６（「規制部」の一例）とされている。
一対の第２規制部３７Ａ，３７Ｂは、板状部３５における蓄電素子１１側に設けられ、平行な一対の撓み片３８と一対の撓み片３８の各先端部から外方に段差状に突出する係止突部３９とを備え、一対の撓み片３８が互いに背き合う姿勢で配置されている。係止突部３９が被係止孔１５の孔縁に係止されることにより、蓄電素子１１に対する絶縁プロテクタ２３の離間が規制される。
ここで、配線モジュール２０が蓄電素子１１に装着された状態では、図４に示すように、絶縁プロテクタ２３の第１規制部３６は、蓄電素子１１に対して＋Ｚ方向について、第１クリアランス１Ｂよりも小さい第２クリアランス２Ｂ（２Ｂ＜１Ｂ）を有し、第２規制部３７Ａ，３７Ｂは、蓄電素子１１に対して−Ｚ方向について、第１クリアランス１Ａよりも小さい第２クリアランス２Ａ（２Ａ＜１Ａ）を有する。
次に、蓄電モジュール１０の組み付けについて説明する。
連結ユニット２３Ａを連結して絶縁プロテクタ２３を形成し、各収容部２４に接続部材２１を収容して配線モジュール２０を形成し（図５）、複数の蓄電素子１１を並べた蓄電素子群に配線モジュール２０を装着する。そして、接続部材２１を電極部１６Ａ，１６Ｂにレーザー溶接で接続する。これにより、蓄電モジュール１０が形成される（図１）。そして、蓄電モジュール１０を車両の所定の位置に収容する。
次に、車両の振動により蓄電モジュール１０が振動する場合について説明する。
（接続部材２１に対して絶縁プロテクタ２３が＋Ｚ方向に移動した場合）
図７に示すように、接続部材２１に対して絶縁プロテクタ２３が＋Ｚ方向に移動すると、図９に示すように、第２規制部３７Ａ，３７Ｂの係止突部３９が蓄電素子１１における被係止孔１５の孔縁に係止されて絶縁プロテクタ２３の＋Ｚ方向の移動が規制される。このとき、絶縁プロテクタ２３は、第２クリアランス２Ａ（２Ａ＜１Ａ）だけ移動しているが、接続部材２１と対向部２５の間は、図８に示すように、クリアランス３Ａ（３Ａ＞０）を有しているため、対向部２５は接続部材２１に当接しておらず、対向部２５から接続部材２１に荷重がかかることはない。
（接続部材２１に対して絶縁プロテクタ２３が−Ｚ方向に移動した場合）
図１０に示すように、絶縁プロテクタ２３が接続部材２１に対して−Ｚ方向に移動すると、図１２に示すように、第１規制部３６が蓄電素子１１の取付面部１３Ａに当接して絶縁プロテクタ２３の−Ｚ方向の移動が規制される。このとき、絶縁プロテクタ２３は、第２クリアランス２Ｂ（２Ｂ＜１Ｂ）だけ移動しているが、接続部材２１と離脱規制部２９の間は、図１１に示すように、クリアランス３Ｂ（３Ｂ＞０）を有しているため、離脱規制部２９は接続部材２１に当接しておらず、離脱規制部２９から接続部材２１に荷重がかかることはない。
本実施形態によれば、以下の作用、効果を奏する。
車両の振動等により、蓄電素子１１に対して絶縁プロテクタ２３が振動した際に、対向部２５や離脱規制部２９が接続部材２１に接触して接続部材２１に荷重がかかることが懸念されるが、本実施形態によれば、絶縁プロテクタ２３の第１規制部３６及び第２規制部３７Ａ，３７Ｂ（規制部）は、蓄電素子１１に対して第１クリアランスより１Ａ，１Ｂも小さい第２クリアランス２Ａ，２Ｂ以上の移動を規制するため、対向部２５や離脱規制部２９が接続部材２１に接触するよりも先に第１規制部３６及び第２規制部３７Ａ，３７Ｂ（規制部）が蓄電素子１１に接触することによって蓄電素子１１に対する絶縁プロテクタ２３の移動を規制することができる。これにより、絶縁プロテクタ２３が蓄電素子１１に対して振動しても対向部２５や離脱規制部２９が接続部材２１に接触しないため、振動に起因して絶縁プロテクタ２３側から接続部材２１に荷重が加わることを抑制することができる。
また、蓄電素子１１は、蓄電要素がケース１３に収容された本体部１２と、電極部１６Ａ，１６Ｂとを有し、第１規制部３６及び第２規制部３７Ａ，３７Ｂ（規制部）は、ケース１３に係止する。
このようにすれば、蓄電素子１１のケース１３を利用して、第１規制部３６及び第２規制部３７Ａ，３７Ｂを蓄電素子１１に係止させることができる。
また、複数の接続部材２１と、各接続部材２１が収容され、対向部２５及び離脱規制部２９を有する複数の収容部２４と、複数の収容部２４を連結する接続部３３と、を備え、第１規制部３６及び第２規制部３７Ａ，３７Ｂは、接続部３３に設けられている。
これにより、接続部３３の構成を利用して、絶縁プロテクタ２３側から接続部材２１に荷重が加わることを抑制することができる。
＜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、接続部材２１を電極部１６Ａ，１６Ｂにレーザー溶接で接続することとしたが、これに限られない。例えば、超音波溶接や抵抗溶接等としてもよい。また、溶接に限られず、他の固定手段としてもよい。例えば、ボルトやナットを固定手段とし、金属製の板状の接続部材にボルトの通し孔を貫通形成し、ボルト状の電極部を通し孔に通してナットで締結したり、ボルトの軸部を通し孔に通してナット状の電極部に締結するようにしてもよい。
（２）蓄電モジュール１０を構成する蓄電素子１１の数については、上記実施形態の数に限られず、任意の数とすることができ、配線モジュール２０の大きさも蓄電素子１１の数に応じて適宜設定することができる。
（３）蓄電素子１１は電池としたが、これに限られず、キャパシタ等であってもよい。
（４）蓄電モジュール１０の向きは、上記実施形態の向きに限られず、任意の向きで配置することができる。例えば、電極部１６Ａ，１６Ｂが上側に配される向きで蓄電素子１１を配置し、蓄電素子１１の上に配線モジュール２０を装着してもよい。この場合、複数の蓄電素子１１に対する配線モジュール２０の初期位置（移動前の位置）が、配線モジュール２０の重みにより、絶縁プロテクタ２３が蓄電素子１１に当接する位置（第２クリアランス２Ｂ＝０）となってもよい。
１０： 蓄電モジュール
１１： 蓄電素子
１３： ケース
１６Ａ，１６Ｂ： 電極部
２０： 配線モジュール
２１： 接続部材
２３： 絶縁プロテクタ
２３Ａ： 連結ユニット
２４： 収容部
２５： 対向部
２７： 仕切り壁
２９Ａ（２９）： 離脱規制部
３１： 位置決め部
３３： 接続部
３６： 第１規制部（規制部）
３７Ａ，３７Ｂ： 第２規制部（規制部）
第１クリアランス：１Ａ，１Ｂ
第２クリアランス：２Ａ，２Ｂ

Claims (3)

  1. 正極及び負極の電極部を有する複数の蓄電素子と、
    前記複数の蓄電素子の前記正極及び負極間を接続し、前記蓄電素子に対して固定手段で固定される接続部材と、
    前記接続部材が収容される絶縁プロテクタと、を備え、
    前記絶縁プロテクタは、前記接続部材の一方の面に対向する対向部と、前記接続部材を包囲する仕切り壁と、を備え、前記仕切り壁は、前記接続部材の他方の面側からの離脱を規制し、撓み変形可能な離脱規制部を備え、前記接続部材を前記蓄電素子に対して前記固定手段で固定した状態で、前記対向部及び前記離脱規制部は、前記接続部材との間にそれぞれ第１クリアランスを有し、
    更に、前記絶縁プロテクタは、前記蓄電素子に対して前記絶縁プロテクタが離間する方向における、前記対向部と前記接続部材との間の第１クリアランスよりも小さい第２クリアランス以上の移動を規制するとともに、前記絶縁プロテクタの前記蓄電素子側への、前記離脱規制部と前記接続部材との間の第１クリアランスよりも小さい第２クリアランス以上の移動を規制する規制部を備える、蓄電モジュール。
  2. 前記蓄電素子は、蓄電要素がケースに収容された本体部と、前記電極部とを有し、
    前記規制部は、前記ケースに係止する請求項１に記載の蓄電モジュール。
  3. 複数の前記接続部材を備え、
    前記絶縁プロテクタは、前記対向部及び前記離脱規制部を有して各前記接続部材が収容される複数の収容部と、前記複数の収容部を接続する接続部と、を備え、前記規制部は、前記接続部に設けられている請求項１又は請求項２に記載の蓄電モジュール。
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