JP2010123648A - 蓄電ユニット - Google Patents

Abstract

【課題】バスバーの作製容易性、溶接性向上、および生産性向上を同時に満たす蓄電ユニットを提供することを目的とする。
【解決手段】複数の蓄電素子１１と、互いに隣り合う蓄電素子１１において、一方の蓄電素子１１の側面電極１７と、他方の蓄電素子１１の端面電極１５を電気的に接続するバスバー１３と、を備え、バスバー１３は、側面電極１７と溶接される側面電極溶接部１９と、端面電極１５と溶接される平端部２１と、側面電極溶接部１９、および平端部２１の間に設けた折り曲げ部２２と、側面電極溶接部１９から外側に向かって、折り曲げ部２２が蓄電素子１１と接触しない位置まで曲げられた曲げ部２０とを有し、折り曲げ部２２の折り曲げ線と、曲げ部２０の折り曲げ線が実質的に平行になるように構成した。
【選択図】図２

Description

本発明は、蓄電素子に電力を蓄え、必要な時に放電する蓄電ユニットに関するものである。

従来、二次電池や大容量キャパシタ等の蓄電素子を複数個使用することにより電力を蓄える蓄電ユニット（キャパシタユニット）が、例えば特許文献１に提案されている。このキャパシタユニットには、複数のキャパシタ（蓄電素子）の内、隣り合うキャパシタ同士を電気的に接続するために、金属製のバスバーが用いられている。このバスバーをキャパシタに取り付ける際の斜視図を図５に示す。図５（ａ）はキャパシタとバスバーの溶接前の斜視図を、図５（ｂ）はキャパシタとバスバーの溶接後の斜視図を、それぞれ示す。

まず、図５（ａ）において、蓄電素子としてのキャパシタ１０９は、円柱形状を有し、円柱の上面に端面電極１１１が、円柱側面に側面電極１１３が、それぞれ設けられている。なお、端面電極１１１と側面電極１１３は図示しない絶縁材で電気的に絶縁された状態で固定されている。端面電極１１１には調圧弁１１５が構成されている。これにより、万一の電解液の気化によりキャパシタ１０９の内圧が上昇しても、圧力を逃がすように動作する。さらに、端面電極１１１には突出部１１９が構成されている。この部分が隣りのキャパシタ１０９のバスバー１２０と電気的に接続される。

次に、バスバー１２０について説明する。バスバー１２０はアルミニウム板をプレス成型することで構成され、側面電極１１３と接続される円周部１２１、突出部１１９と接続される平端部１２２、および図示しない回路基板と接続される端子部１３１からなる。

次に、バスバー１２０のキャパシタ１０９への取り付けを図５（ｂ）により説明する。バスバー１２０の円周部１２１はキャパシタ１０９の側面電極１１３にはめ込まれる。この状態で円周部１２１をレーザ溶接することで（図５（ｂ）の×印部分）、バスバー１２０と側面電極１１３を電気的、機械的に接続する。こうして完成したバスバー１２０とキャパシタ１０９の一体物は、隣のキャパシタ１０９の突出部１１９に平端部１２２をレーザ溶接することにより、電気的に接続される。これを必要な数量のキャパシタ１０９に対して溶接接続することで、キャパシタユニットにおける複数のキャパシタ１０９の高信頼な電気的接続ができる。
特開２００８−２０４９８４号公報

上記のキャパシタユニットによると、確かに高信頼な電気的接続ができ、かつ容易にバスバー１２０を作製することができるのであるが、バスバー１２０をキャパシタ１０９の側面電極１１３にはめ込む際に、円周部１２１がキャパシタ１０９の表面から離れてしまう可能性があった。この詳細を図６により説明する。

図６は隣り合うキャパシタ１０９の間にバスバー１２０を取り付けた状態の平面図である。上記したように、キャパシタ１０９の端面電極１１１と側面電極１１３は絶縁材を介して固定されるが、具体的には絶縁材を介して側面電極１１３の上端をかしめることで端面電極１１１を固定している。これにより、かしめ部分に相当する端面周囲部１１７は、図６に示すようにキャパシタ１０９の側面電極１１３より外側に膨らんだ形状となる場合がある。その結果、端面周囲部１１７の直径は、キャパシタ１０９の直径よりわずかに大きくなる。

この状態でバスバー１２０の円周部１２１を側面電極１１３にはめ込むと、端面周囲部１１７の膨らみにより、図６の太点線の丸印部分に示したように、バスバー１２０の一部が端面周囲部１１７に当接し、端面周囲部１１７の直下に隙間１３３ができる。従って、円周部１２１と側面電極１１３の間にも図６の太矢印で示したように隙間１３３が形成されてしまう。この状態で円周部１２１を溶接すると、隙間１３３が存在するため、側面電極１１３との溶接が不十分となる。これらのことから、端面周囲部１１７のかしめバラツキによっては端面周囲部１１７に膨らみが生じるため、円周部１２１と側面電極１１３の間に隙間１３３が形成され、溶接性が低下する可能性があるという課題があった。

さらに、図６に示すように、端面周囲部１１７が膨らんだ場合、かしめ加工による膨らみにバラツキが生じると、隙間１３３の間隔もばらつく。その結果、バスバー１２０と一体で設けた端子部１３１の位置もばらつく。端子部１３１は回路基板（図示せず）の端子穴に挿入されてハンダにより電気的に接続されるのであるが、キャパシタ１０９は複数あるので、端子部１３１も複数存在する。これら複数の端子部１３１を回路基板に全て同時に挿入する時、端子部１３１の位置がばらついていれば、同時挿入が困難になり生産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、バスバーの作製容易性、溶接性向上、および生産性向上を同時に満たすことができ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、複数の蓄電素子と、互いに隣り合う前記蓄電素子において、一方の前記蓄電素子の側面電極と、他方の前記蓄電素子の端面電極を電気的に接続するバスバーと、を備え、前記バスバーは、前記側面電極と溶接される側面電極溶接部と、前記端面電極と溶接される平端部と、前記側面電極溶接部、および前記平端部の間に設けた折り曲げ部と、前記側面電極溶接部から外側に向かって、前記折り曲げ部が前記蓄電素子と接触しない位置まで曲げられた曲げ部とを有し、前記折り曲げ部の折り曲げ線と、前記曲げ部の折り曲げ線が実質的に平行になるように構成されるものである。

本発明の蓄電ユニットによれば、バスバーには蓄電素子と接触しない位置まで曲げられた曲げ部を有するので、曲げ部が従来の端面周囲部１１７を回避する構成となる。その結果、端面周囲部１１７の膨らみがばらついても隙間１３３がほとんどなくなるので、溶接性を向上することができる。また、端子部１３１の位置バラツキも低減されるので、回路基板の挿入が容易になり、生産性を向上することができる。さらに、曲げ部はバスバーの一部を側面電極溶接部から外側に向かって、その折り曲げ線が、折り曲げ部の折り曲げ線と実質的に平行になるように曲げられることで構成されるので、バスバーの材料となる金属板材をプレス加工する際に、１回のプレス加工で折り曲げ部と曲げ部を同時に成型することが可能となり、バスバーを容易に作製できる。また、必要な金型も少なくなるので、生産性を向上することができる。これらのことから、バスバーの作製容易性、溶接性向上、および生産性向上を同時に満たすことができる蓄電ユニットを提供することが可能になるという効果が得られる。

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。

（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複数の蓄電素子を接続した際の斜視図である。図２は、本発明の実施の形態１における蓄電ユニットのバスバーによる蓄電素子の接続部分の拡大図である。

図１において、蓄電素子１１はバスバー１３により隣の蓄電素子１１と電気的に接続される構成としている。なお、ここでは６個の蓄電素子１１を全て直列に接続する構成とした。

ここで、蓄電素子１１とバスバー１３の接続について、図２を用いて説明する。

まず、蓄電素子１１は大容量で急速充放電特性に優れる電気二重層キャパシタを用いた。この蓄電素子１１は円柱形状を有し、その一端（図２では上端）には端面電極１５が構成されている。本実施の形態１では、端面電極１５を正極とした。また、蓄電素子１１の円柱形状はアルミニウム板を押し出し成型することにより形成されており、円柱の側面が側面電極１７を構成している。本実施の形態１では、側面電極１７を負極とした。なお、蓄電素子１１の底面も側面と一体で成型されているので負極となるが、本実施の形態１では底面への電気的接続を行わない構成とした。また、図２には示していないが、端面電極１５と側面電極１７の間は絶縁材を介在させることにより、電気的に絶縁を保つ構成としている。なお、端面電極１５と側面電極１７は従来と同様に、かしめにより固定されている。従って、かしめられた部分、すなわち端面周囲部１８は丸みを有する形状となる。ゆえに、かしめ加工のバラツキにより、端面周囲部１８の膨らみもバラツキを有する。

次に、バスバー１３の構成について説明する。バスバー１３は隣同士の蓄電素子１１を互いに電気的に接続する部材で、アルミニウムの板材をプレス加工により成型することで構成している。成型後のバスバー１３は略Ｌ字形状を有し、側面電極溶接部１９は側面電極１７の外周に沿った形状に曲げ加工が施されている。側面電極溶接部１９の上部には、図２の太点線の丸印で示したように曲げ部２０が構成されている。この曲げ部２０は側面電極溶接部１９から外側に向かって、すなわち側面電極溶接部１９と溶接される蓄電素子１１から離れるように構成される。この曲げ部２０の曲げ幅は、端面周囲部１８のかしめ加工による直径バラツキの最大値にマージンを加えた値としてあらかじめ決定している。これにより、かしめ加工のバラツキがあっても、バスバー１３が蓄電素子１１と接触することがほとんどなくなる。なお、曲げ部２０はプレス加工によりバスバー１３と一体成型されるので、バスバー１３の作製容易性も確保される。

一方、バスバー１３には、端面電極１５と溶接接続される平端部２１が形成されている。また、側面電極溶接部１９と平端部２１の間には折り曲げ部２２が設けられている。ここで、図２において、折り曲げ部２２の折り曲げ線と、曲げ部２０の折り曲げ線は、いずれも紙面に垂直方向となり、両者は実質的に平行関係となる。ここで、実質的に平行とは、プレス加工による公差範囲内で平行であるという意味と定義する。

平端部２１には端子部２３が一体で形成されている。さらに、折り曲げ部２２と平端部２１の間には、屈曲部２４が設けられている。これにより、平端部２１を隣の蓄電素子１１の端面電極１５に溶接接続する際に、位置ずれがあっても屈曲部２４で吸収することができるとともに、組立後の蓄電ユニット全体に外部から振動が加わっても、平端部２１と端面電極１５の溶接接続部分に加わる応力を屈曲部２４で緩和することができる。従って、振動により平端部２１と端面電極１５の溶接部分が外れる可能性を低減することができ、良好な耐振動性が得られる。

次に、バスバー１３を蓄電素子１１に接続した状態について図２により説明する。なお、図２は図１の太点線で示した四角形部分の拡大図である。

蓄電素子１１の側面電極１７にはバスバー１３の側面電極溶接部１９が溶接接続される。この時、側面電極溶接部１９は、側面電極１７の外周に合致する形状としているので、両者を密着させた状態で溶接することができ、高信頼な電気的、機械的接続が可能となる。また、蓄電素子１１の端面電極１５にはバスバー１３の平端部２１が溶接接続される。このように接続することで、次のような効果が得られる。

まず、バスバー１３には曲げ部２０が構成されているので、バスバー１３が端面周囲部１８と当接する可能性を低減できる。その結果、図２に示すように、側面電極１７と側面電極溶接部１９の間にほとんど隙間が発生しないため、両者の溶接性が向上する。

さらに、曲げ部２０を設けたことで側面電極１７と側面電極溶接部１９の間にほとんど隙間が発生しないため、端子部２３の位置におけるバラツキ幅が低減される。従って、回路基板（図示せず）への端子部２３の挿入が容易になり、生産性の向上も得ることができる。

また、曲げ部２０の折り曲げ線が、折り曲げ部２２の折り曲げ線と実質的に平行になるように構成したので、曲げ部２０と折り曲げ部２２を１回のプレス加工で同時に成型することができ、バスバー１３の作製が容易になる。さらに、プレス加工に必要な金型も少なくなるので、生産性が向上するとともに、低コスト化も図れる。

また、屈曲部２４を設けることにより、隣の蓄電素子１１の端面周囲部１８からバスバー１３までの距離が長くなるので、振動等によりバスバー１３が端面周囲部１８に接触して蓄電素子１１が短絡する可能性も低減している。

ここで、図１に戻り、バスバー１３を溶接接続した複数の蓄電素子１１に対し、隣の蓄電素子１１の端面電極１５と、バスバー１３の平坦部２１を溶接することにより、６個の蓄電素子１１が直列接続される。なお、この溶接は、各蓄電素子１１の端面電極１５が正確に隣のバスバー１３の平端部２１と接するように位置決めができる治具を用いて行っている。こうして形成した６個の蓄電素子１１を用いて、蓄電ユニットを構成することができる。なお、要求される電力仕様によっては、蓄電素子１１の個数を増減してもよい。

以上の構成により、バスバー１３に設けた曲げ部２０が端面周囲部１８を回避する構成となるので、側面電極１７と側面電極溶接部１９の間で隙間がほとんどなくなり、溶接性を向上できる。また、端子部２３の位置バラツキも低減されるので、回路基板の挿入が容易になり、生産性を向上できる。さらに、曲げ部２０はプレス加工で一体成型することができる上、曲げ部２０の折り曲げ線と、折り曲げ部２２の折り曲げ線が実質的に平行になるように構成しているので、プレス回数を削減することができる。従って、バスバー１３の作製容易性、溶接性向上、および生産性向上を同時に満たすことができる蓄電ユニットを実現できる。

（実施の形態２）
図３は、本発明の実施の形態２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４は、本発明の実施の形態２における蓄電ユニットの他のバスバーの斜視図であり、（ａ）は端子部取り付け前の斜視図を、（ｂ）は端子部取り付け後の斜視図を、それぞれ示す。

本実施の形態２における蓄電ユニットの内、バスバー１３以外の構成は実施の形態１と同じであるので、同一構成部分には同一の符号を付して詳細な説明を省略する。

本実施の形態２のバスバー１３において特徴となる構成は、端子部２３の位置である。すなわち、実施の形態１の端子部２３は、図１、図２に示したように、平端部２１の長さ方向に対し右側、または左側に形成されているが、本実施の形態２の端子部２３は、図３に示すように、平端部２１の先端に形成されている。このように構成することにより、次のような効果が得られる。

まず、バスバー１３の一部である端子部２３の折り曲げ線（図３の一点鎖線）は、曲げ部２０や屈曲部２４の折り曲げ線と、プレス機の公差範囲内で実質的に平行になる。このように曲げ加工を施すことで、１回のプレス工程で端子部２３、曲げ部２０、折り曲げ部２２、および屈曲部２４の曲げ加工が可能となる。従って、さらに工程が少なくなるとともに、金型も減らすことができ、実施の形態１よりも一層のバスバー１３の作製容易性、および生産性が向上する。

次に、図３の形状に曲げ加工を行う前におけるバスバー１３は、平端部２１の先端に端子部２３だけが飛び出した形状となっている。従って、曲げ加工の前に端子部２３だけをスズメッキすることが容易となる。なお、端子部２３をスズメッキするのは、回路基板とのハンダ付け性を向上するためである。従って、平端部２１の先端に端子部２３を設ける構成とすることにより、端子部２３にスズメッキ層が構成された状態でバスバー２１の一部を曲げることができるため、スズメッキを必要な部分（先端部（２３））だけに、かつ容易に施すことが可能になる。このような理由からも、さらなる生産性の向上を図ることができる。

ここで、図３の構成としても曲げ部２０（太点線部分）が存在するので、実施の形態１と同様に、溶接性が向上するとともに、端子部２３の位置バラツキも抑制され、回路基板への端子部２３の挿入が容易になるので、これによる生産性向上も得られる。

なお、図３において、端子部２３はバスバー１３と一体構成としたが、これは端子部２３のみを別体で構成してもよい。このような構成を図４に示す。

まず、図４（ａ）に示すように、バスバー１３における平端部２１の先端にはリベット穴６１が設けられている。なお、リベット穴６１はバスバー１３のプレス加工時に容易に設けることができる。一方、端子部２３は、略Ｌ字形状をしており、図４（ａ）における水平面にも端子部リベット穴６３が設けられている。なお、このような形状の端子部２３もアルミニウムをプレス加工することにより容易に成型できる。また、端子部２３には、あらかじめスズメッキ層が構成されている。この時、端子部２３自体が小さいため、スズメッキ層は端子部２３の全体に形成している。従って、図３の構成のように、スズメッキ層を端子部２３のみに構成する場合に比べ、スズメッキ工程が極めて容易になり、生産性がさらに向上する。

端子部２３は、端子部リベット穴６３が平端部２１のリベット穴６１と重なるように配置した状態で、アルミニウム製のリベット６５を挿入し、リベット６５の底部を圧縮して潰すことで固定される。この時のバスバー１３を図４（ｂ）に示す。端子部２３は、リベット６５を介してリベット穴６１に強固に固定されるので、高信頼性も得られる。

なお、図４の端子部２３はバスバー１３と別体であるので、アルミニウム製に限定されるものではなく、ハンダ付け性が良好な金属、例えば銅製としてもよい。これにより、スズメッキ工程が不要になる上、端子部２３の内部抵抗を低減することができる。

以上の構成により、端子部２３を容易に形成できる上、端子部２３のみにスズメッキ層を形成できるので、実施の形態１と同様の溶接性向上に加え、さらなるバスバー１３の作製容易性と生産性向上を同時に満たすことができる蓄電ユニットを実現できる。

なお、実施の形態１、２において蓄電素子１１には電気二重層キャパシタを用いたが、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でもよい。

本発明にかかる蓄電ユニットはバスバーの作製容易性、溶接性向上、および生産性向上を同時に実現できるため、特に多数の蓄電素子を充放電する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複数の蓄電素子を接続した際の斜視図 本発明の実施の形態１における蓄電ユニットのバスバーによる蓄電素子の接続部分の拡大図 本発明の実施の形態２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２における蓄電ユニットの他のバスバーの斜視図であり、（ａ）は端子部取り付け前の斜視図、（ｂ）は端子部取り付け後の斜視図 従来のキャパシタユニットのバスバーをキャパシタに取り付ける際の斜視図であり、（ａ）はキャパシタとバスバーの溶接前の斜視図、（ｂ）はキャパシタとバスバーの溶接後の斜視図 従来のキャパシタユニットの隣り合うキャパシタ間にバスバーを取り付けた状態の平面図

符号の説明

１１ 蓄電素子
１３ バスバー
１５ 端面電極
１７ 側面電極
１９ 側面電極溶接部
２０ 曲げ部
２２ 折り曲げ部
２３ 端子部
５３ 回路基板
６１ リベット穴
６５ リベット

Claims (5)

1. 複数の蓄電素子と、
   互いに隣り合う前記蓄電素子において、一方の前記蓄電素子の側面電極と、他方の前記蓄電素子の端面電極を電気的に接続するバスバーと、を備え、
   前記バスバーは、前記側面電極と溶接される側面電極溶接部と、
   前記端面電極と溶接される平端部と、
   前記側面電極溶接部、および前記平端部の間に設けた折り曲げ部と、
   前記側面電極溶接部から外側に向かって、前記折り曲げ部が前記蓄電素子と接触しない位置まで曲げられた曲げ部とを有し、
   前記折り曲げ部の折り曲げ線と、前記曲げ部の折り曲げ線が実質的に平行になるように構成される蓄電ユニット。
2. 前記バスバーは、回路基板と電気的に接続される端子部を有し、
   前記端子部は、前記端子部の折り曲げ線が前記曲げ部の折り曲げ線と実質的に平行になるように、前記バスバーの一部を曲げることにより構成される請求項１に記載の蓄電ユニット。
3. 前記端子部はスズメッキ層が構成された状態で前記バスバーの一部を曲げることにより構成される請求項２に記載の蓄電ユニット。
4. 前記バスバーはリベット穴を有し、
   回路基板と電気的に接続される端子部が、リベットを介して前記リベット穴に固定される構成とした請求項１に記載の蓄電ユニット。
5. 前記端子部はスズメッキ層が構成された状態で、前記リベットを介して前記リベット穴に固定される構成とした請求項４に記載の蓄電ユニット。

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