JP6315278B2 - 蓄電モジュール - Google Patents

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Description

本明細書に開示される技術は、蓄電モジュールに関する。
電気自動車やハイブリッド車用の蓄電モジュールにおいては、出力を大きくするために、複数の蓄電素子が横並びに接続されている。複数の蓄電素子は、隣り合う電極端子間をバスバーなどの接続部材で接続することにより、直列や並列に接続されるようになっている。
このような蓄電モジュールを高温状態で使用すると寿命が低下することがあり、リチウムイオン電池などを複数個接続してなる蓄電モジュールでは、充電の際に過度に高温になることがある。そこで、このような事態を避けるべく、蓄電モジュールには蓄電素子の温度を検知するための温度センサが取り付けられる。
温度センサとしては、例えば、バスバーやバスバーに重ねられる電圧検知端子等に対して重ねて配される平板状の検知部を備え、この検知部に挿通孔を形成したものがある。この挿通孔に、電極端子の電極ポスト、あるいは、電極端子の孔部に締結するボルトを挿通し、バスバーや電圧検知端子を電極端子に締結接続する際にこれらと共締めすることにより、温度センサを蓄電素子に熱的に取り付ける構成とされている。
特開２０１４−１９１９５３号公報
ところで近年、バスバーと電極端子との接続において、ボルトやナット等の締結に代えて、レーザー溶接による接続方法が提案されている。しかしこのような接続方法が採用された場合、上述した構成の温度センサをバスバーに固定するためには温度センサ専用の締結部材が必要となり、部品点数が増加する。
本明細書に開示される技術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、部品点数が少ない蓄電モジュールを提供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明細書に開示される技術は、正極及び負極の電極端子を有する蓄電素子と、前記電極端子に重ねられて複数の前記蓄電素子の隣り合う前記電極端子をレーザー溶接により電気的に接続するバスバーと、前記バスバーに取り付けられる温度検知部材と、を備え、前記電極端子に設けられた位置決め凸部と、前記バスバーに設けられた位置決め凹部とが係合することにより、前記電極端子と前記バスバーとが位置決めされており、前記温度検知部材は板状の取付部を備え、当該取付部は、前記バスバーのうち前記電極端子にレーザー溶接される領域以外の領域に重ねられるとともに、前記バスバーに対してレーザー溶接により取り付けられている、蓄電モジュールである。
上記構成によれば、温度検知部材の取付部をバスバーに重ねるとともに、レーザー溶接することにより、温度検知部材をバスバーに対して取り付けることができる。従って、温度検知部材をバスバーに対して固定する締結部材を設ける必要がなく、部品点数を少なくすることができる。
また、バスバーと電極端子とのレーザー溶接を行う際に、そのレーザー溶接設備を利用して、バスバーと取付部とのレーザー溶接をついでに行うことができ、そのようにした場合には、接続作業を簡略化することができる。
上述した蓄電モジュールは、以下の構成を有してもよい。
バスバーは、電極端子に重ねられる本体部と、当該本体部から延出されたバスバー側取付部とを有しており、温度検知部材の取付部はバスバー側取付部に重ねられている構成としてもよい。
蓄電モジュールは、バスバーおよび温度検知部材を保持する絶縁プロテクタをさらに備えていてもよい。
本明細書に開示される技術によれば、部品点数が少ない蓄電モジュールを得ることができる。
一実施形態の電池モジュールの斜視図 電池モジュールの平面図 電池モジュールの一部拡大平面図 温度検知部材をバスバーに取り付けた状態の斜視図 温度検知部材をバスバーに取り付けた状態の平面図 他の実施形態の温度検知部材をバスバーに取り付けた状態の平面図
一実施形態を、図１ないし図５を参照しつつ説明する。
本実施形態に係る電池モジュールＭは、電気自動車又はハイブリッド自動車等の車両（図示せず）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。電池モジュールＭは、単電池１１（蓄電素子の一例）を複数並べてなる単電池群１０と、単電池群１０に取り付けられた配線モジュール２０と、を備える（図１および図２参照）。
以下の説明において、図１における上側を上方とし、下側を下方とする。また、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。
（単電池群１０）
本実施形態の電池モジュールＭは、単電池１１を複数並べてなる単電池群１０を有する（図１参照）。単電池１１は扁平な略直方体形状をなしており、その内部には図示しない発電要素が収容されている。単電池１１の上面には、長手方向の両端部寄りの位置に、正極および負極の電極端子１２Ａ，１２Ｂが形成されている。正極の電極端子１２Ａおよび負極の電極端子１２Ｂは同形同大である。各電極端子１２Ａ，１２Ｂの中央部には、上方に突出する円柱状の位置決め凸部１３が設けられている。複数の単電池１１は、隣り合う電極端子１２が異なる極性となるように並べられ、単電池群１０を構成している。隣り合う単電池１１は、後述するバスバー２１により電気的に接続される。
（配線モジュール２０）
配線モジュール２０は、隣り合う単電池１１の正極の電極端子１２Ａおよび負極の電極端子１２Ｂに接続される金属製の複数のバスバー２１と、バスバー２１の温度を検知する温度検知部材４０と、バスバー２１および温度検知部材４０を保持する絶縁材料からなる絶縁プロテクタ３０と、を備える。
（バスバー２１）
バスバー２１は、図４および図５に示すように、全体として略正方形状をなして隣り合う電極端子１２の一部に重ねられる平板状の本体部２２と、電線５０に接続される接続部２５と、を有する。
接続部２５は、本体部２２の一縁部の中央部から、当該縁部の伸び方向と直交する方向に、かつ、本体部２２の板面に沿うように延出されており、基部側に設けられて電線５０の芯線５１に接続される平板状の芯線接続部２５Ａと、先端側に設けられて電線５０の外部被覆５２をかしめるバレル部２５Ｂとから構成されている。
本体部２２の縁部のうち、接続部２５と対向する位置には、バスバー２１を後述する絶縁プロテクタ３０（バスバー保持部３１）に対して位置決めし、抜け止めするための係止突起２３が突設されている。
また、本体部２２のうち、接続部２５および係止突起２３が設けられていない側の互いに対向する一対の縁部の中央部には、上述した単電池１１の位置決め凸部１３を嵌め入れるべく半円状に切り欠かれた位置決め凹部２４が、それぞれ形成されている。
さらに、接続部２５が設けられた縁部の一端側（図５の左上）には、後述する温度検知部材４０の検知部材側取付片４４と接続されるバスバー側取付片２６（バスバー側取付部の一例）が設けられている。バスバー側取付片２６は、接続部２５と平行に、すなわち、バスバー側取付片２６が設けられた縁部の伸び方向と直交する方向に、かつ、本体部２２の板面に沿うように延出されている。
バスバー２１は、銅、銅合金、ステンレス鋼（ＳＵＳ）、アルミニウム等からなる金属製の板材を所定の形状にプレス加工することにより形成されている。
（温度検知部材４０）
温度検知部材４０は、図４および図５に示すように、例えばサーミスタにより構成される温度検出素子４１と、伝熱板４２（取付部の一例）と、を備える。
サーミスタとしては、ＰＴＣサーミスタ、又はＮＴＣサーミスタを適宜に選択できる。また、温度検出素子４１としては、サーミスタに限られず、温度を検出可能であれば任意の素子を適宜に選択できる。
伝熱板４２は、銅、銅合金、ステンレス鋼（ＳＵＳ）、アルミニウム等の金属製の板材からなり、矩形状をなす載置部４３と、載置部４３の一縁部の一端部から当該縁部の伸び方向と直交する方向に、かつ、載置部４３の板面に沿って延出された検知部材側取付片４４（取付部の一例）と、を有する。すなわち、伝熱板４２全体は平面視略Ｌ字形状とされている。検知部材側取付片４４は、バスバー側取付片２６と同等の幅寸法とされており、バスバー側取付片２６に重ねられ、面接触する。
温度検出素子４１は、例えばエポキシ樹脂等の絶縁性の接着剤により、載置部４３の上面に予め固定されている。
温度検出素子４１には電線４５が接続されている。電線４５は、温度検出素子４１の側面から、載置部４３の板面に沿った方向に引き出されている。電線４５は、図示しない外部回路に接続されており、温度検出素子４１からの信号はこの電線４５を介して外部回路に送信されるようになっている。外部回路は、例えば図示しない電池ＥＣＵに配されて、温度検出素子４１からの信号によってバスバー２１の温度、すなわち、電極端子１２の温度を検知するようになっている。
（絶縁プロテクタ３０）
絶縁プロテクタ３０は、図１および図２に示すように、単電池１１の並び方向（図２における左右方向）に細長い形状をなしている。絶縁プロテクタ３０には、上下方向に開口すると共に外部と仕切ってバスバー２１を保持可能な仕切壁を有する複数のバスバー保持部３１が、２列に並んで設けられている。
これらの２列のバスバー保持部３１の間には、バスバー２１に接続された電線５０および温度検出素子４１に接続された電線４５を収容するための一対の電線収容溝３５が設けられている。電線収容溝３５は、一対の溝壁部３５Ａ，３５Ｂおよび底部３５Ｃを有して、バスバー保持部３１の並び方向（絶縁プロテクタ３０の長手方向）に沿って設けられている。
各バスバー保持部３１は、隣り合う一対の電極端子１２Ａ，１２Ｂを囲む大きさの平面視長方形状とされており、隣り合う一対の電極端子１２Ａ，１２Ｂの保護壁としても機能している。
一のバスバー保持部３１の仕切壁のうち、絶縁プロテクタ３０の外側に位置する外側壁３１Ａの伸び方向（図２の左右方向）の中央底部には、電極端子１２に重ねられたバスバー２１の係止突起２３を嵌め入れるための係止孔３２が設けられている（図１参照）。
また、一のバスバー保持部３１の仕切壁のうち、外側壁３１Ａと対向して配された内側壁３１Ｂの、伸び方向の中央部は、上下に亘って切り欠かれており、バスバー２１の接続部２５を通す第１通し部３３とされている（図３参照）。第１通し部３３により、バスバー２１の接続部２５を収容する溝状の第１連通溝３６とバスバー保持部３１とが、連通した状態とされている。
さらに、一のバスバー保持部３１の内側壁３１Ｂの伸び方向の一端寄りには、第１通し部３３と隣り合って、上下に亘って切り欠かれた第２通し部３４が形成されており、バスバー２１のバスバー側取付片２６を通せるようになっている。
複数のバスバー保持部３１のうち所定のバスバー保持部３１は、第２通し部３４により、第２連通溝３７と連なっている。第２連通溝３７は、図３に示すように、温度検知部材４０、および、温度検知部材４０（温度検出素子４１）に接続された電線４５の一部を収容するとともに、電線４５を電線収容溝３５側に導出するものである。
第２連通溝３７は、バスバー保持部３１の第２通し部３４から絶縁プロテクタ３０の内側に向けて内側壁３１Ｂと直交するように伸びるとともに、略Ｚ字形状に蛇行し、電線収容溝３５に対してその伸び方向と直交する方向に合流する形態をなしている。第２連通溝３７のうち、温度検知部材４０の載置部４３が配される部分は、他の部分より幅が広く形成された幅広部３７Ａとされている。この幅広部３７Ａの溝幅は、載置部４３の幅寸法より僅かに広い寸法に設定されている。温度検知部材４０（温度検出素子４１）に接続された電線４５は、第２連通溝３７に沿って、絶縁プロテクタ３０に蛇行して配索されるとともに、電線収容溝３５側に導出される。
電線収容溝３５の一対の溝壁部３５Ａ，３５Ｂのうち、バスバー保持部３１側の溝壁部３５Ａは一部が切り欠かれており、第２連通溝３７と連なって、バスバー保持部３１側から温度検知部材４０（温度検出素子４１）に接続された電線４５を電線収容溝３５内に導入可能としている。また、同じく溝壁部３５Ａのうち、第１通し部３３と対向する部分も切り欠かれており、バスバー２１の接続部２５に接続された電線５０を電線収容溝３５内に導入可能としている。
また、電線収容溝３５の一対の溝壁部３５Ａ，３５Ｂの上端縁には、電線収容溝３５から電線４５，５０のはみ出しを規制する規制片３８が、一方の溝壁部３５Ａ、３５Ｂから他方の溝壁部３５Ｂ、３５Ａ向けて突出して設けられている。
電線収容溝３５に配策された電線４５，５０は、電池モジュールＭの外部に導出され、例えばＥＣＵなどのようなコントロールユニット（図示せず）に接続されている。
（配線モジュール２０の組立方法）
本実施形態の配線モジュール２０を組み立てる際には、まず、超音波溶接により電線５０（芯線５１）が接続されたバスバー２１を、絶縁プロテクタ３０のバスバー保持部３１内に収容する。この時、バスバー２１の係止突起２３をバスバー保持部３１の係止孔３２に嵌め入れるとともに、接続部２５を第１連通溝３６内に収容し、電線５０を電線収容溝３５内に配索する。バスバー２１がバスバー保持部３１内に収容された状態において、バスバー側取付片２６は第２通し部３４に通された状態とされる。
次に、所定のバスバー保持部３１と連通された第２連通溝３７内に、温度検知部材４０を収容する。この時、温度検知部材４０の載置部４３を第２連通溝３７の幅広部３７Ａに配設するとともに、検知部材側取付片４４をバスバー側取付片２６に重ね合わせる。また、温度検出素子４１に接続された電線４５を、第２連通溝３７に沿って配索し、電線収容溝３５内に導入して収容する。
（単電池群１０への組み付け方法）
複数の単電池１１を、隣り合う電極端子１２Ａ，１２Ｂが異なる極性となるようにならべておき、バスバー２１および温度検知部材４０を配置した配線モジュール２０を、単電池群１０の電極端子１２Ａ，１２Ｂが形成されている面に取り付ける。
すると、バスバー２１の位置決め凹部２４内に単電池１１の位置決め凸部１３が配され、バスバー２１と電極端子１２との位置決めがなされる。
次に、各バスバー２１と電極端子１２とが重ねられた部分にレーザー溶接を行い、バスバー２１と電極端子１２とを電気的に接続するとともに、検知部材側取付片４４とバスバー側取付片２６とが重ねられた部分にレーザー溶接を行い、温度検知部材４０とバスバー２１とを熱的に接続する。この結果、充電または放電により単電池１１で発生した熱は、電極端子１２からバスバー２１へと伝達され、バスバー２１から温度検知部材４０へと伝達されることとなる。このようにして、電池モジュールＭが完成する。
（本実施形態の作用、効果）
本実施形態によれば、温度検知部材４０はバスバー２１に対してレーザー溶接により取り付けられる構成であるから、温度検知部材４０をバスバー２１に対して固定するための締結部材を設ける必要がなく、部品点数を少なくすることができる。
また、バスバー２１と電極端子１２とのレーザー溶接を行う際に、そのレーザー溶接設備を利用して、バスバー側取付片２６と検知部材側取付片４４とのレーザー溶接をついでに行うことができるから、取り付け作業を簡略化することができる。
＜他の実施形態＞
本明細書に開示される技術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技術的範囲に含まれる。
（１）上記実施形態では、バスバー２１にバスバー側取付片２６を設けるとともに、温度検知部材４０に検知部材側取付片４４を設け、これらを重ね合わせてレーザー溶接することにより両者を熱的に接続する構成としたが、これらの取付片２６，４４は必ずしも必要でなく、例えは、図６に示すように、温度検知部材１４０の伝熱板１４２を、バスバー１２１の本体部１２２に直接的に重ね合わせ、レーザー溶接を行う構成としてもよい。
（２）上記実施形態では、バスバー２１および温度検知部材４０を所定の位置に配した配線モジュール２０を単電池群１０に取り付け、バスバー２１および電極端子１２のレーザー溶接を行う際に、バスバー２１および温度検知部材４０のレーザー溶接を行う構成としたが、例えば、バスバー２１および温度検知部材４０を予めレーザー溶接により熱的に接続しておき、その後、絶縁プロテクタ３０内に一括に収容して、単電池群１０に取り付ける構成としてもよい。
（３）温度検知部材４０の構成は、上記実施形態に限るものではなく、本明細書に開示された技術を逸脱しない範囲で適宜変更することができる。例えば、図６に示すように、伝熱板１４２（取付部）の形状を、取付対象となるバスバー１２１の形態に合わせて変更することができる。
（４）また、バスバー２１や電極端子１２の形態も、上記実施形態に限るものではない。例えば図６に示すように、バスバー１２１の本体部１２２を、隣り合う電極端子１２全体を覆う略長方形状とし、接続部１２５を本体部１２２の一縁部の端部寄りに設ける形態としてもよい。
（５）上記実施形態では、バスバー２１の接続部２５と電線５０の芯線５１とを、超音波溶接により接続する構成を示したが、圧着等により接続する構成としてもよい。
Ｍ…電池モジュール
１０…単電池群
１１…単電池（蓄電素子）
１２Ａ，１２Ｂ…電極端子
２０…配線モジュール
２１…バスバー
２２…本体部
２５…接続部
２６…バスバー側取付片（バスバー側取付部）
３０…絶縁プロテクタ
３１…バスバー保持部
３５…電線収容溝
４０…温度検知部材
４１…温度検出素子
４２…伝熱板（取付部）
４３…載置部
４４…検知部材側取付片（取付部）
４５、５０…電線
５１…芯線

Claims (3)

  1. 正極及び負極の電極端子を有する蓄電素子と、
    前記電極端子に重ねられて複数の前記蓄電素子の隣り合う前記電極端子をレーザー溶接により電気的に接続するバスバーと、
    前記バスバーに取り付けられる温度検知部材と、を備え、
    前記電極端子に設けられた位置決め凸部と、前記バスバーに設けられた位置決め凹部とが係合することにより、前記電極端子と前記バスバーとが位置決めされており、
    前記温度検知部材は板状の取付部を備え、当該取付部は、前記バスバーのうち前記電極端子にレーザー溶接される領域以外の領域に重ねられるとともに、前記バスバーに対してレーザー溶接により取り付けられている、蓄電モジュール。
  2. 前記バスバーは、前記電極端子に重ねられる本体部と、当該本体部から延出されたバスバー側取付部とを有しており、前記温度検知部材の前記取付部は前記バスバー側取付部に重ねられている、請求項１に記載の蓄電モジュール。
  3. 前記バスバーおよび前記温度検知部材を保持する絶縁プロテクタをさらに備える、請求項１または請求項２に記載の蓄電モジュール。
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