JP2019071377A - 蓄電モジュール - Google Patents

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Abstract

【課題】安定した電圧検出が可能であり、簡素な電圧検出構造を備える蓄電モジュールを提供すること。【解決手段】本発明に係る蓄電モジュールは蓄電セルと、電圧検出基板と、スペーサーとを具備する。蓄電セルは、蓄電素子と、蓄電素子の正極又は負極に電気的に接続された端子とを有する。電圧検出基板は、ランドと配線が設けられている。スペーサーは、導電性を有し、端子とランドに当接する。【選択図】図２

Description

本発明は、蓄電セルによって構成された蓄電モジュールに関する。
リチウムイオンキャパシタ等の蓄電セルは、上限電圧と下限電圧の範囲での使用が想定されており、この範囲を超えるとガスが発生し、安定した充放電を行うことが困難となる。このため、蓄電セルを内蔵する蓄電モジュールは蓄電セルの電圧を監視し、制御するように構成されている（例えば、特許文献１参照）。
具体的には、蓄電セルの端子と制御基板をケーブルで接続し、制御基板において蓄電セルの電圧を監視、制御する蓄電モジュールが一般的である。
特開２００５−２０３２６２号公報
しかしながら、この構成では蓄電モジュールに搭載される蓄電セルの数が増加すると、ケーブルの数が増加し、ケーブルの収容が複雑となる。また、蓄電セルが接続されるバスバーにピンを圧入し、このピンを制御基板に当接させてハンダ接続することも可能であるが、部品精度が要求され、バスバーに圧入されたピンは接触が不安定となるという問題がある。
以上のような事情に鑑み、本発明の目的は、安定した電圧検出が可能であり、簡素な電圧検出構造を備える蓄電モジュールを提供することにある。
上記目的を達成するため、本発明の一形態に係る蓄電モジュールは蓄電セルと、電圧検出基板と、スペーサーとを具備する。
上記蓄電セルは、蓄電素子と、上記蓄電素子の正極又は負極に電気的に接続された端子とを有する。
上記電圧検出基板は、ランドと配線が設けられている。
上記スペーサーは、導電性を有し、上記端子と上記ランドに当接する。
この構成によれば、蓄電セルの端子はスペーサーを介してランドに電気的に接続され、電圧検出基板を介しての電圧検出が可能である。蓄電セルの端子には配線等を接続する必要がなく、ハンダ接続の必要もないため、簡素な構造によって電圧検出が可能となっている。
上記蓄電モジュールは、絶縁性を有し、上記端子と上記電圧検出用基板の間に配置され、開口を有する電圧検出基板ホルダーをさらに具備し、
上記スペーサーは上記開口を介して上記端子と上記ランドに当接してもよい。
上記蓄電モジュールは上記電圧検出基板、上記スペーサー、上記電圧検出基板ホルダー及び上記端子に挿通され、上記電圧検出基板、上記スペーサー、上記電圧検出基板ホルダー及び上記端子を互いに固定するネジを具備してもよい。
上記蓄電モジュールは複数の上記蓄電セルを備え、それぞれの上記蓄電セルが備える上記端子と複数の上記ランドに複数の上記スペーサーがそれぞれ当接してもよい。
上記蓄電セルはリチウムイオンキャパシタであってもよい。
以上のように本発明によれば、安定した電圧検出が可能であり、簡素な電圧検出構造を備える蓄電モジュールを提供することが可能である。
本発明の実施形態に係る蓄電モジュールの斜視図である。 同蓄電モジュールの分解斜視図である。 同蓄電モジュールが備える蓄電セルの斜視図である。 同蓄電モジュールが備える蓄電セルの断面図である。 同蓄電モジュールが備える電圧検出ユニットの分解斜視図である。 同蓄電モジュールが備える電圧検出ユニットの分解斜視図である。 同蓄電モジュールが備える電圧検出ユニットの電圧検出基板の斜視図である。 同蓄電モジュールが備える電圧検出ユニットの斜視図である。 同蓄電モジュールが備える電圧検出ユニットの斜視図である。 同蓄電モジュールが備える電圧検出ユニットの断面図である。
本発明の実施形態に係る蓄電モジュールについて説明する。
［蓄電モジュールの構成］
図１は本実施形態に係る蓄電モジュール１００の斜視図であり、図２は、蓄電モジュール１００の分解斜視図である。これらの図に示すように蓄電モジュール１００は、筐体１１０、蓄電セル１２０、第１電圧検出ユニット１４０及び第２電圧検出ユニット１５０を備える。なお、以下の各図において相互に直交する３方向をそれぞれＸ方向、Ｙ方向及びＺ方向とする。
筐体１１０は、図２に示すように枠部材１１１、第１板部材１１２及び第２板部材１１３によって構成されている。
枠部材１１１は、合成樹脂等からなる枠状の部材である。枠部材１１１には蓄電セル１２０の正極端子及び負極端子にそれぞれ電気的に接続されたコネクタや蓄電セル１２０の制御回路を搭載した基板等が実装されている。
第１板部材１１２及び第２板部材１１３は、アルミニウム等の金属からなる板状の部材である。第１板部材１１２及び第２板部材１１３が枠部材１１１を挟むことによって、枠部材１１１、第１板部材１１２及び第２板部材１１３によって囲まれた収容空間Ｒが形成される。第１板部材１１２及び第２板部材１１３はネジ止め等によって枠部材１１１に固定される。
筐体１１０の構成はここに示すものに限られず、蓄電セル１２０を収容可能な収容空間を形成するものであればよい。
蓄電セル１２０は、充電及び放電が可能なセルである。図３は、蓄電セル１２０の斜視図である。図４は蓄電セル１２０の断面図であり、図３のＡ−Ａ線での断面図である。これらの図に示すように、蓄電セル１２０は、蓄電素子１２１、外装部材１２２、正極端子１２３及び負極端子１２４を備える。
蓄電素子１２１は、図４に示すように、正極１２５、負極１２６及びセパレータ１２７が積層されて構成されている。
正極１２５は、正極材料を含むシート状の部材であり、例えば集電箔に正極材料を積層したものとすることができる。集電箔は例えば多孔性のアルミニウム箔であり、正極材料は例えば活性炭等の正極活物質とバインダ樹脂等を混合したものである。
負極１２６は、負極材料を含むシート状の部材であり、例えば集電箔に負極材料を積層したものとすることができる。集電箔は例えば多孔性の銅箔であり、負極材料は例えばグラファイト等の負極活物質とバインダ樹脂等を混合したものである。
セパレータ１２７は、織布、不織布又は合成樹脂微多孔膜等からなるシート状の部材であり、正極１２５と負極１２６を絶縁する。
正極１２５及び負極１２６はセパレータ１２７を介して積層され、蓄電素子１２１を構成する。正極１２５及び負極１２６の層数は特に限定されない。蓄電素子１２１は、任意の電解液と共に外装部材１２２に収容されている。
外装部材１２２は、蓄電素子１２１を封止する。外装部材１２２は、金属箔の表裏両面を合成樹脂によって被覆したラミネートフィルムとすることができ、蓄電素子１２１の周縁において当該合成樹脂が熱融着されている。
なお、外装部材１２２は必ずしもラミネートフィルムでなくてもよく、蓄電素子１２１を封止可能な部材であればよい。
正極端子１２３は、正極１２５に電気的に接続され、外装部材１２２の間から外部に引き出されている。正極端子１２３はアルミニウム等からなる金属箔又は金属板とすることができる。正極端子１２３には孔１２３ａが設けられている。
負極端子１２４は、負極１２６に電気的に接続され、外装部材１２２の間から外装部材１２２の外部に引き出されている。負極端子１２４は銅等からなる金属箔又は金属板とすることができる。負極端子１２４には孔１２４ａが設けられている。
蓄電セル１２０は以上のような構成を有する。蓄電セル１２０の構成はここに示すものに限られず、リチウムイオンキャパシタ、リチウムイオン二次電池又は電気二重層キャパシタ等の充電及び放電が可能なものであればよい。
収容空間Ｒには、二つの蓄電セル１２０が重ねられた蓄電セル１２０の組が二組収容されているものとすることができる。また、収容空間Ｒに収容される蓄電セル１２０の数は限定されず、一つの蓄電セル１２０のみが収容されてよい。
第１電圧検出ユニット１４０は、蓄電セル１２０の電圧を検出するためのユニットである。図５及び図６は、第１電圧検出ユニット１４０の分解斜視図であり、図５は第１電圧検出ユニット１４０を表側から、図６は第１電圧検出ユニット１４０を裏側からみた斜視図である。
これらの図に示すように、第１電圧検出ユニット１４０は、電圧検出基板１４１、電圧検出基板ホルダー１４２、スペーサー１４３、ネジ１４４及び電圧検出基板ホルダーカバー１４５を備える。
電圧検出基板１４１は、蓄電セル１２０の正極端子１２３及び負極端子１２４と、蓄電モジュール１００が備える図示しない制御基板とを電気的に接続する。図７は電圧検出基板１４１の斜視図である。同図に示すように、電圧検出基板１４１には孔１４１ａが設けられ、その周囲にはランド１４１ｂが設けられている。ランド１４１ｂは金属等の導電性材料からなる。
電圧検出基板１４１の表裏面には配線１４１ｃが設けられている。配線１４１ｃはランド１４１ｂと基板端子１４１ｄ（図５参照）を電気的に接続する。
電圧検出基板ホルダー１４２は絶縁性材料からなり、電圧検出基板１４１を支持する。図６に示すように電圧検出基板ホルダー１４２には、開口１４２ａが設けられている。
スペーサー１４３は、アルミニウム等の導電性材料からなり、正極端子１２３とランド１４１ｂを電気的に接続し、又は負極端子１２４とランド１４１ｂを電気的に接続する。スペーサー１４３は円環状の形状を有するものとすることができる。
ネジ１４４は、電圧検出基板１４１、スペーサー１４３、電圧検出基板ホルダー１４２及び正極端子１２３又は電圧検出基板１４１、スペーサー１４３、電圧検出基板ホルダー１４２及び負極端子１２４に挿通され、これらを固定する。ネジ１４４は導電性材料又は絶縁性材料からなるものとすることができる。
電圧検出基板１４１、電圧検出基板ホルダー１４２、スペーサー１４３、ネジ１４４及び電圧検出基板ホルダーカバー１４５は組み合わされ、第１電圧検出ユニット１４０を構成する。図８及び図９は第１電圧検出ユニット１４０の斜視図であり、図８は第１電圧検出ユニット１４０を表側から、図９は第１電圧検出ユニット１４０を裏側からみた斜視図である。
スペーサー１４３は開口１４２ａを介してランド１４１ｂに当接され（図７参照）、孔１４１ａ及びスペーサー１４３にネジ１４４が挿通される。この状態で蓄電セル１２０に装着された後、電圧検出基板ホルダーカバー１４５が電圧検出基板ホルダー１４２に嵌め込まれる。
第２電圧検出ユニット１５０は、第１電圧検出ユニット１４０と同一の構成を有し、即ち電圧検出基板１４１、電圧検出基板ホルダー１４２、スペーサー１４３、ネジ１４４及び電圧検出基板ホルダーカバー１４５を備える。
［電圧検出基板の実装について］
図１０は、電圧検出基板１４１の実装態様を示す模式図である。図２に示すように、第１電圧検出ユニット１４０及び第２電圧検出ユニット１５０は、蓄電セル１２０の正極端子１２３及び負極端子１２４上に配置される。
図１０に示すように枠部材１１１にはバスバー１４６が設けられている。バスバー１４６は、絶縁性材料からなる板状部材に金属部材が固定されて構成されている。蓄電セル１２０は、正極端子１２３及び負極端子１２４がバスバー１４６の金属部分にそれぞれ当接するように配置され、バスバー１４６を介して蓄電モジュール１００の正極端子及び負極端子に電気的に接続される。
正極端子１２３及び負極端子１２４上には、スペーサー１４３を介して電圧検出基板ホルダー１４２が配置される。スペーサー１４３は、電圧検出基板ホルダー１４２に設けられた開口１４２ａを介して電圧検出基板１４１のランド１４１ｂに当接する。
これにより正極端子１２３及び負極端子１２４は、スペーサー１４３を介して電圧検出基板１４１に電気的に接続され、配線１４１ｃ（図７参照）を介して基板端子１４１ｄに電気的に接続される。基板端子１４１ｄは図示しない制御基板に接続され、各蓄電セル１２０の電圧が検出される。
ネジ１４４は、正極においては電圧検出基板１４１の孔１４１ａ、スペーサー１４３、正極端子１２３の孔１２３ａ及びバスバー１４６の孔１４６ａに挿通され、各部材を固定する。また、負極においてはネジ１４４は、電圧検出基板１４１の孔１４１ａ、スペーサー１４３、負極端子１２４の孔１２４ａ及びバスバー１４６の孔１４６ａに挿通され、各部材を互いに固定する。
即ち第１電圧検出ユニット１４０又は第２電圧検出ユニット１５０と、蓄電セル１２０及びバスバー１４６はネジ１４４によって互いに固定される。ネジ１４４によって各部品が接続されるため、各部品には高い加工精度が要求されない。また、電圧検出基板１４１の接続にハンダ付け等を行う必要がなく、ハンダ付けの熱による信頼性低下を防止することが可能である。
１００…蓄電モジュール
１２０…蓄電セル
１２１…蓄電素子
１２３…正極端子
１２４…負極端子
１４０…第１電圧検出ユニット
１４１…電圧検出基板
１４１ａ…孔
１４１ｂ…ランド
１４２…電圧検出基板ホルダー
１４３…スペーサー
１４４…ネジ
１４５…電圧検出基板ホルダーカバー
１５０…第２電圧検出ユニット

Claims (5)

  1. 蓄電素子と、前記蓄電素子の正極又は負極に電気的に接続された端子とを有する蓄電セルと、
    ランドと配線が設けられている電圧検出基板と、
    導電性を有し、前記端子と前記ランドに当接するスペーサーと
    を具備する蓄電モジュール。
  2. 請求項１に記載の蓄電モジュールであって、
    絶縁性を有し、前記端子と前記電圧検出用基板の間に配置され、開口を有する電圧検出基板ホルダーをさらに具備し、
    前記スペーサーは前記開口を介して前記端子と前記ランドに当接する
    蓄電モジュール。
  3. 請求項２に記載の蓄電モジュールであって、
    前記電圧検出基板、前記スペーサー、前記電圧検出基板ホルダー及び前記端子に挿通され、前記電圧検出基板、前記スペーサー、前記電圧検出基板ホルダー及び前記端子を互いに固定するネジを具備する
    蓄電モジュール。
  4. 請求項１から３のいずれか一項に記載の蓄電モジュールであって、
    複数の前記蓄電セルを備え、
    それぞれの前記蓄電セルが備える前記端子と複数の前記ランドに複数の前記スペーサーがそれぞれ当接する
    蓄電モジュール。
  5. 請求項１から４のいずれか一項に記載の蓄電モジュールであって、
    前記蓄電セルはリチウムイオンキャパシタである
    蓄電モジュール。
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