JP2008270460A - 蓄電ユニット - Google Patents

Abstract

【課題】良好な放熱性を確保し、かつ高さ誤差のある蓄電素子を確実に保持できる高信頼性が得られる蓄電ユニットを提供することを目的とする。
【解決手段】柱形状を有する複数の蓄電素子１１と、蓄電素子１１の電極間を接続するバスバー２１と、蓄電素子１１の底部２９が挿入される保持穴３３を有するとともに、底部２９の端面と当接する複数の弾性部３５を保持穴３３の底面に設けた下ケース３１と、蓄電素子１１の上部４５が挿入されるとともに、上部４５の端面の少なくとも一部が当接する上ケース４３とから構成され、弾性部３５は保持穴３３の底面において、保持穴３３の壁面側から中央上方に向かう片持ち梁形状に形成されるとともに、隣り合う弾性部３５の間、および保持穴３３の底面の中央部分を貫通孔３６とし、弾性部３５の変位幅は複数の蓄電素子１１の高さ誤差より大きくしたものである。
【選択図】図１

Description

本発明は主に車両の補助電源等として利用される蓄電ユニットに関するものである。

近年、地球環境保護の観点からハイブリッドシステムやアイドリングストップシステムを搭載した自動車（以下、車両という）の開発が急速に進められており、それに伴い車両の制動エネルギーを電気エネルギーとして回生するシステムや、急加速時等でハイブリッド車のモータ駆動を補助するシステムについて各種の提案がなされてきている。

このようなシステムにおいては、回生の場合は急変する制動エネルギーをできるだけ電気エネルギーとして蓄電素子に蓄える必要があり、モータ駆動補助の場合は車両を急加速できるだけの大電流を供給する必要があるので、いずれも蓄電素子としてバッテリよりも急速充放電特性に優れるキャパシタを用いたシステムが特に注目されている。

しかし、車両を急加速できるほどの電力を蓄えるためには大容量キャパシタ（例えば電気二重層キャパシタ）が必要となり、さらにこのキャパシタの充電電圧は２．２Ｖ程度で低いので、多数のキャパシタを接続して電圧を上げる必要がある。

このように多数の蓄電素子を保持し接続した構成例が下記特許文献１に記載されている。これは蓄電素子に円筒型電池を用いた蓄電ユニットの例であるが、図８に示すように円筒型電池１（透視図で示す）は、その両端を上下の支持体２の電池穴２ａに挿入することにより保持されている。この際、電池穴２ａには図８の下側の支持体２に示すように段差が設けてあるので、この段差に円筒型電池１の両端周囲部が当接することにより固定できる。支持体２には電極孔２ｂが設けられており、電極孔２ｂを通して円筒型電池１の両端に設けた電極が露出する構成となっている。露出した電極は図示しない接続板（バスバー）で接続される。接続板は溝２ｃに収納される。このような構成とすることにより、多数の蓄電素子を同時に保持できる蓄電ユニットが得られる。

また、円筒型電池１に替わりキャパシタを用いた蓄電ユニットをハイブリッド車に適用した時には、急加速時や回生時におけるキャパシタの充放電が短時間の内に何度も繰り返され、キャパシタの内部抵抗やバスバーとの接続抵抗に起因した発熱が発生する。これをそのまま放置すると、キャパシタが劣化して寿命が短くなり、信頼性が低減するのであるが、図８の構成によるとキャパシタが上下の支持体２により保持されるので、キャパシタの両端部以外が露出しており、さらにキャパシタの両端の電極も電極穴２ｂにより露出している。従って、発生した熱はこもることなく露出部分より放熱されるので、キャパシタの劣化を低減できる高信頼な蓄電ユニットが得られる。
特許第３７７７７４８号公報

このような蓄電ユニットは確かに多数の蓄電素子を保持することができると同時に良好な放熱性が得られるのであるが、このような蓄電ユニットを車両に搭載すると、次のような問題があった。

蓄電素子である円筒型電池１は例えば有底円筒の中に電池材料を投入後、上部を電極フタで封止する構造を有する。この場合、有底円筒は一般にプレスによる深絞り成型で製造されるので、円筒直径の誤差は小さい。一方、電極フタで封止を行う際は、絶縁部材を介して有底円筒と電極フタを重ね、これらの部材を同時にかしめることになるため、それぞれの部材の寸法誤差に加え、かしめ工程による誤差が加わるので、円筒直径の誤差に比べ円筒型電池１の高さ誤差は大きくなる。

このような高さ方向の誤差が大きい複数の円筒型電池１を図８に示す支持体２に挿入保持すると、電池穴２ａの段差は固定されているので、組み立てた時に上下の支持体２の間隔は高さが最も高い円筒型電池１により決定される。ゆえに、他の円筒型電池１は電池穴２ａの段差に確実に当接することができず、高さ誤差に応じた隙間が生じた状態で保持されることになる。この状態で円筒型電池１は接続板で接続されるので、高さの低い円筒型電池１は上下の接続板によりいわゆる宙吊り状態で保持されていることになる。

この蓄電ユニットに車両の振動が加わると、高さの低い円筒型電池１は電池穴２ａの段差との間に隙間があるので、円筒型電池１が隙間の範囲で高さ方向に振動することになる。この振動応力は電極と接続板の接続部分や接続板自体に印加されるので、接続部分の強度が弱まり接触抵抗が増大したり、接続板の変動応力による機械的疲労を起こす可能性があり、その結果、信頼性が低下するという課題があった。

本発明は、前記従来の課題を解決するもので、良好な放熱性を確保し、かつ高さ誤差のある多数の蓄電素子を確実に保持できる高信頼性が得られる蓄電ユニットを提供することを目的とする。

前記従来の課題を解決するために、本発明の蓄電ユニットは、柱形状を有する複数の蓄電素子と、前記蓄電素子の電極間を接続するバスバーと、前記蓄電素子の底部が挿入される保持穴を有するとともに、前記底部の端面と当接する複数の弾性部を前記保持穴の底面に設けた下ケースと、前記蓄電素子の上部が挿入されるとともに、前記上部の端面の少なくとも一部が当接する上ケースとから構成され、前記弾性部は前記保持穴の底面において、前記保持穴の壁面側から中央上方に向かう片持ち梁形状に形成されるとともに、隣り合う前記弾性部の間、および前記保持穴の底面の中央部分を貫通孔とし、前記弾性部の変位幅は複数の前記蓄電素子の高さ誤差より大きくしたものである。

本発明によれば、複数の弾性部が保持穴の壁面側から中央上方に向かう片持ち梁形状を有しているので、蓄電素子を下ケースに挿入した際に弾性部が蓄電素子の底部に当接して下方向に押さえられる。これにより、組み立てた時に弾性部が蓄電素子の高さ誤差を吸収するので、高さ誤差があっても全ての蓄電素子が確実に保持固定され、振動による電極とバスバーの接続部分や、バスバー自身への影響を低減できる。さらに、隣り合う弾性部の間と、保持穴の底面の中央部分が貫通孔であるので、蓄電素子の底部が露出し良好な放熱性が確保できる。これらのことから、高信頼性が得られる蓄電ユニットを実現できる。

以下、本発明を実施するための最良の形態について図面を参照しながら説明する。なお、ここでは車両用の蓄電ユニットの構成例について説明する。

（実施の形態１）
図１は本発明の実施の形態１における蓄電ユニットの一部分解斜視図である。図２は本発明の実施の形態１における蓄電ユニットの蓄電素子とバスバーの斜視図である。図３は本発明の実施の形態１における蓄電ユニットの下ケースの平面図である。図４は本発明の実施の形態１における蓄電ユニットの完成斜視図である。図５は本発明の実施の形態１における蓄電ユニットの断面図であり、（ａ）は下ケースへの蓄電素子の挿入時の一部断面図を、（ｂ）は完成後の断面図を示す。図６は本発明の実施の形態１における蓄電ユニットの他の構成の一部断面図であり、（ａ）は下ケースへの蓄電素子の挿入時の一部断面図を、（ｂ）は挿入後の一部断面図を示す。

図１において、電力を蓄える蓄電素子１１は例えば直径３ｃｍの円柱形状の電気二重層キャパシタである。蓄電素子１１の製法は従来の円筒型電池と同様である。従って、蓄電素子１１の一方の端面（図１では上面）にはかしめ工程により盛り上がった端面周囲部１３が形成される。なお、蓄電素子１１の円柱側面はアルミニウム製であり、負極になるように内部で接続されている。従って、蓄電素子１１の円柱側面は全体が側面電極１５を形成することになる。また、端面はアルミニウム製のフタであり、これをプレス成型することにより、端面周囲部１３よりも高さが高い半円状の端面電極１７が形成されている。端面電極１７は正極になるように内部で接続される。ゆえに、蓄電素子１１の円柱部分とフタ部分の間には絶縁部材（図示せず）が配されるようにしてかしめている。なお、フタ部分には端面電極１７以外の位置に調圧弁１９が設けてある。調圧弁１９は蓄電素子１１の内部に充填された電解液が気化した際に、それを逃がすためのものである。これにより、蓄電素子１１の内圧上昇を防ぐことができる。

次に、このような蓄電素子１１を複数個並べて互いに電気的、機械的に接続する際に用いるバスバー２１について説明する。バスバー２１は側面電極１５や端面電極１７と同一のアルミニウム製とした。なお、これらは同一の金属であれば他の金属でも構わないが、電気二重層キャパシタの内部電極がアルミニウム製であるため、内部電極を側面電極１５や端面電極１７に溶接接合する上で、これらもアルミニウム製としている。従って、後述するがバスバー２１を側面電極１５や端面電極１７に接合する際も溶接するので、バスバー２１もアルミニウム製としている。また、同一金属とすることで、溶接性が向上するだけでなく、湿気で局部電池を形成することがないので防食性も向上する。

バスバー２１は図２に示すように蓄電素子１１の側面にはめ込む円周部２２と、隣の蓄電素子１１の端面電極１７に溶接接続するための平坦部２３を有しており、これらは板厚０．５ｍｍのアルミニウム板をプレス成型することにより一体で得られる。なお、バスバー２１の形状は、端面電極１７に接続する部分（平坦部２３）と、側面電極１５に接続する部分（円周部２２）の間に屈曲部（図示せず）を設けてもよい。これにより、バスバー２１に加わる溶接時や車両振動時の応力、あるいは熱膨張による変位を屈曲部で吸収できるので、さらに信頼性が高まる。なお、屈曲部は平坦部２３に設ける方が加工しやすい。

バスバー２１は図２に示す方向で蓄電部１１の側面にはめ込まれ、側面電極１５と確実な電気的、機械的接続を得るために、レーザ溶接により接続される。レーザ溶接部位を図１の×印で示す。図１ではスポット状に多点を溶接しているが、これは溶接位置を順次ずらして線状に溶接接続してもよい。この場合はスポット状に比べ接続信頼性が向上する。このようにして、バスバー２１と一体になった蓄電素子１１が形成される。

なお、バスバー２１は複数の蓄電素子１１の内、最も高い電圧、または最も低い電圧のいずれかとなる側面電極１５を有する蓄電素子１１を除いた他の蓄電素子１１に接続されている。すなわち、本実施の形態１では図１に示すように蓄電素子１１を５個直列に接続する構成であり、側面電極１５が負極、端面電極１７が正極であるので、これら５個の蓄電素子１１を直列に接続すると、図１の最も手前の蓄電素子１１の側面電極１５が最も低い電圧となる。従って、最も手前の蓄電素子１１を除く他の４個の蓄電素子１１にバスバー２１が接続されている。なお、蓄電素子１１の内部接続を逆転させた場合は、最も手前の蓄電素子１１の側面電極１５は最も高い電圧となる。この場合であっても正極と負極が逆転するだけで、蓄電ユニットの構造は同じである。

最も手前の蓄電素子１１には、バスバー２１に代わり負極端子バスバー２５が接続されている。負極端子バスバー２５の構成はバスバー２１とほぼ同じであるが、隣の蓄電素子１１がないので端面電極１７に接続する部分が不要となる。しかし、蓄電ユニットの外部と電気的接続を行うために、負極端子バスバー２５には電力線や後述する外部バスバーと接続するためのネジ穴２７が設けられている。また、電力線や外部バスバーと接続しやすくするために、後述する上ケースの端部に嵌合するよう曲げ加工が施されている。この部分は図１の構造に限定されるものではなく、蓄電ユニットの形状や電力線の引き回し等により適宜変更すればよい。なお、最も手前の蓄電素子１１の側面電極１５と負極端子バスバー２５の接続は他の蓄電素子１１にバスバー２１を接続する場合と同じ方法で溶接されている。

こうしてバスバー２１、または負極端子バスバー２５が溶接接続された蓄電素子１１の底部２９は、下ケース３１に設けた保持穴３３に挿入される。この際、保持穴３３の直径は蓄電素子１１の外径より例えば０．１〜０．２ｍｍ程度大きくしているので、蓄電素子１１をスムーズに収納することができる。

下ケース３１は樹脂製であり、保持穴３３の底面には複数の弾性部３５が一体形成されている。弾性部３５の形状は保持穴３３の底面において、保持穴３３の壁面側から中央上方に向かう片持ち梁形状としている。本実施の形態１では弾性部３５として、図１に示すように扇型の片持ち梁を８個形成している。さらに、隣り合う弾性部３５の間、および保持穴３３の底面の中央部分を貫通孔３６としている。この貫通孔３６の形状を図３に示す。図３は下ケース３１を上面から見た際の平面図である。貫通孔３６は、保持穴３３の底面の中央部分に設けた円形の孔と、この円形の孔を中心にした８方向の放射状の孔とが連続した形状としている。なお、放射状の孔における保持穴３３の壁面側先端は図３に示すようにアールを設けている。これは、弾性部３５の前記壁面側における応力集中を軽減するためである。また、保持穴３３の底面の中央部分に設けた孔は円形としているので、弾性部３５の先端は円弧形状となるが、これは円弧形状に限定されるものではなく、例えば直線形状としてもよい。

前記したように、弾性部３５は保持穴３３の壁面側から中央上方に向かう片持ち梁形状であるので、その先端は保持穴３３の底面より高い位置になる。従って、蓄電素子１１の底部２９が弾性部３５に当接すると、弾性部３５の先端が図１の下方向に押し下げられる。この際、弾性部３５の先端における保持穴３３の底面からの高さ、すなわち弾性部３５の変位幅は、あらかじめ求めた複数の蓄電素子１１の高さ誤差よりも大きくなるようにしてあるので、どのような高さ誤差を有する蓄電素子１１が保持穴３３に挿入されても、弾性部３５が変位してその誤差を吸収するので、蓄電素子１１を確実に保持できる。

また、保持穴３３の底面には貫通孔３６が設けられているので、蓄電素子１１を保持穴３３に挿入しても、蓄電素子１１の底面は貫通孔３６により露出する。ゆえに、従来の構成のように放熱性が確保され、さらに貫通孔３６に通風するように蓄電ユニットを配すれば、さらなる放熱性が得られる。

なお、良好な放熱性を得るために、保持穴３３の底部において、貫通孔３６の面積（ここで、面積とは図３のように下ケース３１を上面から見た時の投影面積と定義する。以下同様。）を弾性部３５の全面積より大きくし、底部２９の端面をできるだけ露出する構成が望ましい。しかし、貫通孔３６の面積をあまりに大きくすると、次のような不具合が生じる。

すなわち、例えば図１の貫通孔３６における中央の円形の孔を大きくしすぎると、弾性部３５の長さが短くなる。従って、弾性部３５に蓄電素子１１の高さ誤差以上の変位幅を確保すると、蓄電素子１１を保持穴３３に挿入して蓄電ユニットを組み立てる際に、蓄電素子１１の底面に大きな応力が印加されてしまう。その結果、応力によっては弾性部３５が破損したり蓄電素子１１の底面が変形したりする可能性が生じる。

一方、貫通孔３６における放射状の孔の幅を大きくしすぎると、弾性部３５の幅が狭くなり、蓄電素子１１の保持力が弱くなる。その結果、車両振動等による応力に対して蓄電素子１１を十分に保持できなくなる可能性がある。

以上のことから、貫通孔３６の面積は弾性部３５が蓄電素子１１を十分保持できるだけの変位幅と保持力が確保できる範囲で、できるだけ大きくなるように設計することが望ましい。また、この際に弾性部３５の数も本実施の形態１では８個としたが、貫通孔３６の面積が上記条件においてできるだけ大きくなるように増減してもよい。これらの設計は使用する蓄電素子１１の大きさや重さ、さらに印加される車両振動や必要な放熱特性等の条件により変わるので、それらを考慮して適宜設計すればよい。

ここで、図１の構成説明に戻る。下ケース３１には後述する上ケースと強固に固定するために、あらかじめ固定棒３７を取り付けておく。本実施の形態１では４本の固定棒３７を用いた。固定棒３７は両端にメネジが形成されており、一方下ケース３１には固定ネジ穴３９が設けられている。従って、固定棒３７を固定ネジ穴３９の位置に配した状態で固定ネジ４１を締め込むことにより、下ケース３１と固定棒３７を固定している。この際、固定ネジ４１の頭部が下ケース３１から突出しないように、例えば固定ネジ４１を皿ネジにしている。

次に、蓄電素子１１を下ケース３１の保持穴３３に挿入する際、バスバー２１の平坦部２３は隣の蓄電素子１１の端面電極１７に被せる必要があるので、図１に示すように最も手前の蓄電素子１１から順に奥に向かって挿入していく。これにより、端面電極１７には隣の蓄電素子１１に接続したバスバー２１の平坦部２３が当接する。但し、図１で最も奥の蓄電素子１１の端面電極１７には隣の蓄電素子１１がないので、バスバー２１が被されない。ここには後述する正極端子バスバーが接続される。

蓄電素子１１を下ケース３１に挿入した後は、上ケース４３に蓄電素子１１の上部４５を挿入する。上ケース４３はバスバー２１や調圧弁１９が露出するように、上面から見ると「ロ」の字形状をしている。また、上ケース４３には蓄電素子１１の端面周囲部１３の一部が当接する当接部４７が設けられている。当接部４７は上ケースに一体形成されているので、当接部４７が各蓄電素子１１の固定位置の基準になる。なお、本実施の形態１では、当接部４７は端面周囲部１３の一部と当接する構成としたが、これは端面周囲部１３の全部が当接する形状としてもよい。また、上ケース４３にも固定棒３７と機械的に接続するために下ケース３１と同様の固定ネジ穴３９が設けられている。さらに、負極端子バスバー２５のネジ穴２７に対向する位置にインサートナット４９が埋め込まれている。なお、図１の最も奥の蓄電素子１１に設けた端面電極１７は最も高い電圧となるので、ここに外部配線を行うために正極端子バスバー５１が取り付けられるが、正極端子バスバー５１にも負極端子バスバー２５のネジ穴２７と同様のネジ穴（図示せず）を有している。従って、正極端子バスバー５１のネジ穴に対向する位置にもインサートナット（図示せず）が埋め込まれている。また、上ケース４３も下ケース３１と同じ樹脂製であるので、射出成型により上記した構成要素を一体形成している。

上ケース４３に蓄電素子１１の上部４５を挿入すると、蓄電素子１１の端面周囲部１３の一部が当接部４７に当接する。しかし、弾性部３５が蓄電素子１１を図１の上方向に押し上げる状態であるので、その分、上ケース４３と固定棒３７の間には隙間が生じた状態となる。ここで、前記隙間がなくなるように上ケース４３を押し下げた状態で固定ネジ４１を締め込む。その結果、上ケース４３と下ケース３１が接続固定される。

ここまで組み立てた状態を図４に示す。バスバー２１は隣の蓄電素子１１の端面電極１７上に被さるので、ここをレーザ溶接して電気的、機械的に接続する。この際、端面電極１７の高さは端面周囲部１３より高いので、バスバー２１が端面周囲部１３に接触して短絡することはない。また、レーザ溶接部分は図４の×印で示しているが、側面電極１５に対するレーザ溶接と同様に、スポット状に多点溶接しても線状に溶接してもよい。

この時、図４で最も奥の蓄電素子１１の端面電極１７には正極端子バスバー５１を被せ、これも他のバスバー２１と同様にレーザ溶接接続する。これにより、正極端子バスバー５１に外部配線を行うことができる。一方、負極端子バスバー２５は図４に示すように折り曲げ部分が上ケース４３と嵌合するので、負極端子バスバー２５にも外部配線を行うことができる。なお、本実施の形態１では外部配線を外部バスバー５３により行っている。外部バスバー５３は厚さ１ｍｍの銅製であり、その一部に屈曲部５５が一体形成されている。屈曲部５５は外部バスバー５３を固定した時に振動や熱膨張などによる応力を吸収するためのものである。また、ネジ固定を行うためのネジ穴５７も設けられている。従って、外部バスバー５３はネジ穴５７が負極端子バスバー２５のネジ穴２７と合致するように配してネジ５９をワッシャ６０とともにインサートナット４９に締め込むことにより、外部バスバー５３と負極端子バスバー２５を電気的に接続している。これは正極端子バスバー５１に対しても同様に接続している。なお、図４では省略しているが、外部バスバー５３の他端は別の蓄電ユニット６１に接続している。これにより、さらに多くの蓄電ユニット６１を接続することができる。

なお、隣り合う蓄電素子１１は、上ケース４３と下ケース３１に挿入した際に、隙間を有するようにしている。これにより、バスバー２１の平坦部２３が隙間の分、長くなるので、バスバー２１の変位が容易になる。その結果、当接部４７で蓄電素子１１が押し込まれた時に、バスバー２１が容易に変位できるので、他の蓄電素子１１のバスバー２１による押さえ付け等の影響が低減でき、各々の蓄電素子１１を、より独立して固定することができる。なお、バスバー２１に前記した屈曲部を設ければ、他の蓄電素子１１のバスバー２１による押さえ付け等の影響をさらに吸収できる。

ここで、図４の点線で示した部分の断面図を図５（ａ）、（ｂ）に示す。図５（ａ）は、あらかじめ下ケース３１に固定棒３７を取り付けた状態で、保持穴３３に蓄電素子１１の底部２９を矢印方向に挿入している様子を示す一部断面図である。また、図５（ｂ）は蓄電ユニット６１の完成時の断面図である。なお、図５（ａ）、（ｂ）では蓄電素子１１と保持穴３３の直径差によるクリアランスを省略している。

前記したように、弾性部３５は保持穴３３の壁面側から中央上方に向かう片持ち梁形状であるので、図５（ａ）の弾性部３５の先端は上方向に持ち上がっている。蓄電素子１１を保持穴３３に挿入し終わり、弾性部３５の先端に底部２９の端面が当接した状態で、蓄電素子１１の上部４５を上ケース４３に挿入し、上ケース４３を固定ネジ４１で固定棒３７に締め込むと、図５（ｂ）に示すように、蓄電素子１１は端面周囲部１３の一部が当接部４７により押し下げられる。但し、固定ネジ４１は皿ネジであるので、図５（ｂ）では図示していない。この構成により、蓄電素子１１の底部２９が弾性部３５を押し下げて固定される。この時の弾性部３５の変位幅は、図５（ｂ）に矢印で示したように、蓄電素子１１の高さ誤差より大きくしているので、当接部４７を基準として、蓄電素子１１の高さに誤差があったとしても、弾性部３５の変位量が変わることにより誤差を吸収できる。ゆえに、全ての蓄電素子１１を確実に固定することができ、溶接接続部分やバスバー２１への車両振動応力が低減され、高信頼性が得られる。また、弾性部３５の間と保持穴３３の底面の中央部分には貫通孔３６を設けているので、例えば下ケース３１の底面に通風するよう蓄電ユニット６１を配置することにより、貫通孔３６を介して蓄電素子１１で発生した熱が放散される。従って、良好な放熱性が確保でき、高信頼性が得られる。

以上の構成により、貫通孔３６による放熱性の向上、および蓄電素子１１の高さ誤差の弾性部３５による吸収のため、蓄電素子１１の発熱やバスバー２１の変動応力疲労が低減され、高信頼性が得られる蓄電ユニットを実現できた。

なお、図１〜図５の構成では、蓄電素子１１が側面電極１５を有する構成としたので、蓄電素子１１の底面にバスバー２１を取り付ける必要がなかったが、蓄電素子１１の構造上、柱形状の両端にのみ電極を有する場合は、蓄電素子１１の底面にもバスバー２１を接続する必要がある。この場合の蓄電ユニット６１の一部断面図を図６（ａ）、（ｂ）に示す。なお、図６（ａ）は、あらかじめ下ケース３１に固定棒３７を取り付けた状態で、保持穴３３に蓄電素子１１の底部２９を矢印方向に挿入している様子を示す一部断面図である。また、図６（ｂ）は蓄電素子１１の挿入後の一部断面図である。なお、図６（ａ）、（ｂ）においても蓄電素子１１と保持穴３３の直径差によるクリアランスを省略している。

バスバー２１は蓄電素子１１の底部２９における底面で接続されるとともに、他の蓄電素子１１と接続するために上部へ引き出される構造を有する。従って、図６（ａ）に示すように、底部２９におけるバスバー２１の断面はＬ字形状となる。この状態で、矢印の方向に底部２９を保持穴３３に挿入すると、弾性部３５の先端が底部２９の底面に当接して押し下げられるのであるが、前記底面にはバスバー２１が接続されているので、前記底面は図５のような平面ではない。この場合は、図６（ｂ）の太点線に示すように、バスバー２１が接続された部分の弾性部３５（右側２個）は、接続されていない部分の弾性部３５（左側２個）に比べ、バスバー２１の厚み分、大きく変位することになる。これにより、蓄電素子１１の高さ誤差だけでなくバスバー２１の厚みによる前記底面の不均一性をも弾性部３５が吸収するので、バスバー２１が前記底面で接続されるような構造であっても全ての蓄電素子１１を確実に固定することができ、高信頼性が得られる。なお、前記底面のどのような不均一性にも対応できるようにするためには、弾性部３５の数は多い方が望ましい。

また、本実施の形態１ではネジ５９をインサートナット４９で締め込む構成としたが、これはナットが当接する内幅を有するナット収納部を、上ケース４３の、ネジ穴２７と対向する位置に一体成型で設け、ナット収納部にナットを収納する構成としてもよい。この場合、ナットの角がナット収納部の内幅部分の壁面に当接するので、ナットが空回りすることなくネジ５９を締め込むことができる。これと同じ構成を正極端子バスバー５１側にも設けてもよい。

（実施の形態２）
図７は、本発明の実施の形態２における蓄電ユニットの組立方法を示す一部断面図であり、（ａ）は下ケースへの蓄電素子の挿入時の一部断面図を、（ｂ）は蓄電ユニットの完成後の一部断面図を、（ｃ）は組立台から蓄電ユニットの取り外し時の一部断面図を、（ｄ）は下ケース裏面への絶縁性高熱伝導グリス塗布時の一部断面図を、（ｅ）は下ケース裏面への絶縁性高熱伝導グリス塗布後の一部断面図を、（ｆ）は蓄電ユニットの台座への取り付け後の一部断面図を、それぞれ示す。なお、図７（ａ）〜（ｆ）において、蓄電素子１１と保持穴３３の直径差によるクリアランスは、わかりやすくするために実際よりも誇張して示している。

本実施の形態２の構成要素において、実施の形態１と同じものには同一の番号を付して詳細な説明を省略する。すなわち、本実施の形態２の特徴は、蓄電ユニット６１を複数個並べて蓄電装置を構成する際に、下ケース３１の底面に通風しないように並べても放熱性を確保できる点である。これを実現するために、本実施の形態２では、実施の形態１の構成に対して以下の構成を追加した。

１）下ケース３１を金属製の台座７１に固定することで、蓄電ユニット６１を複数個並べる構成とした。

２）蓄電素子１１の底部２９と台座７１の間、および下ケース３１と台座７１の間に絶縁性高熱伝導グリス７３を配した。

３）下ケース３１の台座７１との対向部分の一部に段差７４を設けた。

なお、金属製の台座７１として、本実施の形態２では熱伝導性が良好で軽量なアルミニウム製とした。また、絶縁性高熱伝導グリス７３は、例えばシリコン樹脂にセラミックス（アルミナ）製のフィラを混合した構成とした。また、段差７４は下ケース３１と一体で形成され、その高さは下ケース３１から台座７１へ、できるだけ良好な放熱性を得るために約０．２ｍｍとした。このように段差７４を設けることで、下ケース３１と台座７１が対向する部分に配される絶縁性高熱伝導グリス７３の厚みは段差７４の高さ（０．２ｍｍ）と等しくなる。その結果、複数の蓄電ユニット６１を台座７１に配置した際に、下ケース３１と台座７１の間の絶縁性高熱伝導グリス７３の厚みがそれぞれ等しくなるので、蓄電ユニット６１間の放熱バラツキを低減できる。

次に、上記のような構成を実現するための組立方法を図７により説明する。

まず図７（ａ）に示すように、あらかじめ固定棒３７を固定した下ケース３１を組立台７５に取り付ける。取り付けは、いずれも図示していないが、下ケース３１と一体で形成した固定部のネジ穴を介してネジを組立台７５に締め込むことで行う。

次に、保持穴３３の底面に絶縁性高熱伝導グリス７３を注入する。この時の注入量は蓄電ユニット６１の台座７１への取り付け後における底部２９と台座７１の間を埋めることができる量とし、あらかじめ決定しておく。本実施の形態２においては、所定量の絶縁性高熱伝導グリス７３の注入によって、図７（ａ）の点線で示したように、弾性部３５は絶縁性高熱伝導グリス７３に埋没する。従って、貫通孔３６には絶縁性高熱伝導グリス７３が充填された状態となる。なお、決定した量だけ絶縁性高熱伝導グリス７３を注入するために、ディスペンサを用いた。

次に、保持穴３３に蓄電素子１１の底部２９を矢印方向に挿入し、図示していないが、実施の形態１と同様に上ケース４３を固定棒３７に固定し、バスバー２１の溶接接続をすることにより、蓄電ユニット６１の組み立てを完了する。この時の下ケース３１近傍の断面図を図７（ｂ）に示す。底部２９を保持穴３３に挿入することにより、底部２９の底面が弾性部３５の先端と当接して、弾性部３５が押し下げられる。その結果、実施の形態１と同様に、蓄電素子１１の高さ誤差を吸収でき、確実な保持が可能となる。

また、底部２９の底面と保持穴３３の壁面と組立台７５で囲まれる空間が絶縁性高熱伝導グリス７３で満たされる。同時に、底部２９を保持穴３３に挿入することで、絶縁性高熱伝導グリス７３は両者の隙間（クリアランス部分）を通って上昇し、隙間を埋める。これらにより、底部２９と保持穴３３の隙間、すなわち前記空間と前記クリアランス部分において、全体が絶縁性高熱伝導グリス７３で満たされる。この際、絶縁性高熱伝導グリス７３を底部２９で圧縮しながら蓄電素子１１を保持穴３３に挿入するので、熱伝導を悪化させる気泡を生じることなく絶縁性高熱伝導グリス７３を配することができる。また、絶縁性高熱伝導グリス７３の一部は段差７４によって形成された、下ケース３１と組立台７５の隙間にも広がる。

次に図７（ｃ）に示すように、蓄電ユニット６１を組立台７５から取り外す。具体的には、両者を取り付けていたネジ（図示せず）を取り外してから蓄電ユニット６１を持ち上げる。この工程により絶縁性高熱伝導グリス７３は下ケース３１側と組立台７５側の両方に付着し、その表面は図７（ｃ）に示すように凹凸状となる。

そこで、この凹凸を平滑化すると同時に下ケース３１の底面に段差７４の高さ分の絶縁性高熱伝導グリス７３を塗布するために、取り外した蓄電ユニット６１の上下をひっくり返す。この時の状態を図７（ｄ）に示す。ここでスキージ７７を用いて、それを矢印方向に動かすことにより、段差７４以外の下ケース３１の底面に対し絶縁性高熱伝導グリス７３を塗布する。この際、実施の形態１で述べたように固定ネジ４１を皿ネジとしているので、固定ネジ４１の頭部が下ケース３１から飛び出していない。従って、図７（ｅ）に示すように、下ケース３１の全底面（段差７４を除く）に対してスキージ７７により一度に平滑に絶縁性高熱伝導グリス７３の塗布が行える。この際、万一オープンポア（開いた気泡）を有していても、再度スキージ７７により絶縁性高熱伝導グリス７３を塗布することで、オープンポアがない状態とすることができる。

その後、図７（ｆ）に示すように、蓄電ユニット６１を上下ひっくり返して元に戻し、その状態で台座７１にネジ（図示せず）で固定することで、蓄電ユニット６１の取り付けが完了する。

このような組立方法により、底部２９の底面と保持穴３３の壁面と台座７１で囲まれる空間、保持穴３３と底部２９のクリアランス部分、および下ケース３１と台座７１の間のそれぞれに気泡を生じることなく均一な量の絶縁性高熱伝導グリス７３を配することができるので、図７（ｆ）の矢印で示したように、蓄電素子１１の熱を台座７１にバラツキなく効率的に伝達することが可能となる。

以上の構成により、蓄電素子１１の底部２９が絶縁性高熱伝導グリス７３を介して台座７１と熱結合されることにより、下ケース３１の底面への通風ができない構成であっても効率的に放熱することができる上に、高さ誤差のある蓄電素子１１の確実な保持が可能となるので、高信頼な蓄電ユニットを実現できた。

なお、台座７１には放熱性をさらに改善するために、蓄電ユニット６１が固定される面の裏側にフィンを設けたり、台座７１の内部や外表面に冷却水を流す水路を設ける構成としてもよい。

また、本実施の形態２では蓄電ユニット６１を組み立てる際に、一旦組立台７５で組み立ててから台座７１に取り付ける工程としたが、工程を簡略化するために組立台７５を用いず最初から台座７１に下ケース３１を固定して組み立てる方法も考えられる。しかし、この場合は図７（ｃ）のように下ケース３１を組立台７５から外す工程がないため、絶縁性高熱伝導グリス７３が弾性部３５の裏面にも確実に充填されているか否かを確かめることができない上、もし充填されておらず気泡を有していた場合には、後からそこに絶縁性高熱伝導グリス７３を充填することができない。さらに、多数の蓄電ユニット６１を用いる蓄電装置であれば、台座７１が大面積となり、組立作業性が極めて悪くなる。これらの理由から、組立台７５を用いる工程が望ましい。

また、本実施の形態２では、下ケース３１に段差７４を一体で設ける構成としたが、これは段差７４の替わりに、下ケース３１と台座７１の間の一部に例えば厚さ０．２ｍｍのスペーサを介在させる構成としてもよい。スペーサの材料としては、少なくとも下ケース３１と同等か、それ以上の高熱伝導性材料（例えば金属やカーボン）とすればよい。これにより、段差７４を設けた場合に比べ、構成部品数は増えるものの、下ケース３１から台座７１へのさらなる放熱性の改善が図れる。

また、実施の形態１、２では蓄電素子１１が円柱形状であるとして説明したが、これは角柱形状でもよい。さらに、蓄電素子１１に電気二重層キャパシタを用いた構成を説明したが、これは電気化学キャパシタ等の他のキャパシタや二次電池等でもよい。

また、実施の形態１、２で述べた蓄電ユニット６１は車両の補助電源用に限定されるものではなく、一般の非常用補助電源等にも適用可能である。

本発明にかかる蓄電ユニットは、貫通孔による高放熱性と、蓄電素子の高さ誤差を弾性部が吸収する構成によるバスバーの変動応力疲労の低減とから高信頼性が得られるので、特に熱環境が厳しく、かつ振動を受ける車両用蓄電ユニット等として有用である。

本発明の実施の形態１における蓄電ユニットの一部分解斜視図 本発明の実施の形態１における蓄電ユニットの蓄電素子とバスバーの斜視図 本発明の実施の形態１における蓄電ユニットの下ケースの平面図 本発明の実施の形態１おける蓄電ユニットの完成斜視図 本発明の実施の形態１における蓄電ユニットの断面図であり、（ａ）下ケースへの蓄電素子の挿入時の一部断面図、（ｂ）完成後の断面図 本発明の実施の形態１における蓄電ユニットの他の構成の一部断面図であり、（ａ）下ケースへの蓄電素子の挿入時の一部断面図、（ｂ）挿入後の一部断面図 本発明の実施の形態２における蓄電ユニットの組立方法を示す一部断面図であり、（ａ）下ケースへの蓄電素子の挿入時の一部断面図、（ｂ）蓄電ユニットの完成後の一部断面図、（ｃ）組立台から蓄電ユニットの取り外し時の一部断面図、（ｄ）下ケース裏面への絶縁性高熱伝導グリス塗布時の一部断面図、（ｅ）下ケース裏面への絶縁性高熱伝導グリス塗布後の一部断面図、（ｆ）蓄電ユニットの台座への取り付け後の一部断面図 従来の蓄電ユニットの斜視図

符号の説明

１１ 蓄電素子
２１ バスバー
２９ 底部
３１ 下ケース
３３ 保持穴
３５ 弾性部
３６ 貫通孔
４３ 上ケース
４５ 上部
４７ 当接部
７１ 台座
７３ 絶縁性高熱伝導グリス
７４ 段差

Claims (7)

1. 柱形状を有する複数の蓄電素子と、
   前記蓄電素子の電極間を接続するバスバーと、
   前記蓄電素子の底部が挿入される保持穴を有するとともに、前記底部の端面と当接する複数の弾性部を前記保持穴の底面に設けた下ケースと、
   前記蓄電素子の上部が挿入されるとともに、前記上部の端面の少なくとも一部が当接する上ケースとから構成され、
   前記弾性部は前記保持穴の底面において、前記保持穴の壁面側から中央上方に向かう片持ち梁形状に形成されるとともに、
   隣り合う前記弾性部の間、および前記保持穴の底面の中央部分を貫通孔とし、
   前記弾性部の変位幅は複数の前記蓄電素子の高さ誤差より大きくした蓄電ユニット。
2. 前記保持穴の底部において、前記貫通孔の面積は前記弾性部の全面積より大きくした請求項１に記載の蓄電ユニット。
3. 前記下ケースが金属製の台座に固定されるとともに、前記底部と前記台座の間、および前記下ケースと前記台座の間には絶縁性高熱伝導グリスを配した請求項１に記載の蓄電ユニット。
4. 前記絶縁性高熱伝導グリスは樹脂にセラミックス製のフィラを混合した構成を有する請求項３に記載の蓄電ユニット。
5. 前記下ケースの前記台座との対向部分の一部に段差を設けた請求項３に記載の蓄電ユニット。
6. 前記下ケースと前記台座の間の一部にスペーサを介在させた請求項３に記載の蓄電ユニット。
7. 前記スペーサは前記下ケースと同等以上の高熱伝導性材料からなる請求項６に記載の蓄電ユニット。

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