JP6985986B2 - 蓄電素子モジュール - Google Patents

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Description

本明細書に開示された技術は、蓄電素子モジュールに関し、詳しくは、蓄電素子間の接続構造に関する。
従来、複数の蓄電素子を備えてなる蓄電素子モジュールとして、例えば特許文献１のものが知られている。この電池モジュールにおいては、複数の電池パックはそれぞれ上面が平坦な電極面とされた電極端子を備え、バスバーは板材から形成された略長方形状をなしている。複数の電池パックは、隣り合う電極端子が異なる極性となるように並べられ、電極端子が形成されている面には配線モジュールが取り付けられている。配線モジュール内に配置されたバスバーと電極端子とは、バスバーと電極端子とが重ねられた部分にレーザー溶接を行うことで、電気的に接続されている。
特開２０１６−１００２４８号公報
しかし当該技術においては、隣り合う電池パックにおいて電極端子が形成されている面同士の高さ位置が寸法公差等により異なる場合に、板状のバスバーをどのように両電極面に接触させるかについて明らかにされていない。
本明細書に開示された技術に係る蓄電素子モジュールは、複数の蓄電素子と、前記複数の蓄電素子同士を接続するバスバーとを備える蓄電素子モジュールであって、前記複数の蓄電素子の一つの電極に設けられ、基端よりも突出端が小径となる形態で上方に突出した位置決めボスと、前記バスバーに貫通形成された貫通孔とを備え、前記位置決めボスの前記基端と前記突出端との間の高さ位置において、前記バスバーが前記位置決めボスに載置されるとともに前記貫通孔の孔縁が前記位置決めボスの周囲に配され、前記孔縁と前記位置決めボスとに連なる接合部が形成されている。
この構成によれば、位置決めボスの基端と突出端との間の高さ位置において、孔縁によって位置決めボスを包囲しつつバスバーを位置決めボスに載置し、この状態で孔縁と位置決めボスとの間に接合部を形成すればよい。すなわちバスバーを蓄電素子に対して位置決めした状態で接合部が形成できるから、接合すべき部位の特定が容易となる。また、バスバーは電極１２から突出した位置決めボスに載置されるから、電極１２の高さ位置が他の蓄電素子の電極の高さ位置よりも高い場合にも、電極１２に干渉することなく他の蓄電素子との間にバスバーを傾斜させて位置決めボスに配置することができる。また、貫通孔はバスバーに貫通形成されているから、孔縁と位置決めボスとが接近または近接した部位を上方から見て特定し、接合部を形成することができる。
本明細書に開示された技術に係る実施態様として、次の構成が好ましい。
（１）前記複数の蓄電素子は、それぞれ前記位置決めボスが設けられ前記位置決めボスを互いに一方向に並べて配置された第一蓄電素子および第二蓄電素子によって構成され、前記バスバーは、互いに前記一方向に並びそれぞれ前記一方向に延びた長孔形状をなす一対の前記貫通孔を備え、前記一方向に対して直交する方向において、前記貫通孔は、前記位置決めボスの前記基端よりも小径とされ、前記突出端よりも大径とされている。
この構成によれば、各貫通孔は互いに一方向に並びそれぞれ一方向に延びる長孔形状をなしているから、位置決めボス同士が位置公差により正規の位置よりも遠く配置された場合にも、当該一方向において貫通孔の孔縁が干渉することを回避することができる。また、当該一方向に対して直交する方向において、貫通孔は位置決めボスの基端よりも短寸とされ、突出端よりも長寸であるから、位置決めボスの基端と突出端との間の高さ位置において貫通孔を位置決めボスの周囲に確実に配置し接合部を形成することができる。
（２）前記接合部は、前記一方向と直交する方向において前記位置決めボスを介して互いに並ぶ第一接合部と第二接合部とを備えている。
この構成によれば、接合部を形成する際に、第一接合部および第二接合部を形成する際に、位置決めボスの位置を基準として接合すべき部位を特定することができる。
（３）前記位置決めボスは、前記基端から前記突出端に向かって先細りとなる円錐台形状をなしている。
この構成によれば、位置決めボスの基端と突出端との間の任意の位置に貫通孔の孔縁を引っ掛けることができるから、貫通孔の前記位置決めボスの並び方向に対して直交する方向における直径の設定自由度が高まる。
（４）前記位置決めボスは、前記基端を有して前記電極から突出した台座部と、前記台座部の突出端から突出し前記突出端を有する柱状部とを備え、前記貫通孔は前記柱状部の基端よりも大径とされ、前記台座部の突出端は前記貫通孔よりも大径とされている。
本明細書に開示された技術に係る蓄電素子モジュールによれば、隣り合う蓄電素子の高さ方向におけるずれを吸収することができる。
実施形態１の蓄電素子の１つを斜め上方から見た図 実施形態１の蓄電素子モジュールを示す側面図 蓄電素子モジュールを示す上面図 図３のＡ−Ａ線における断面図 実施形態２の蓄電素子モジュールを示す側面図 図５のＢ−Ｂ断面図 実施形態３の蓄電素子モジュールを示す上面図
＜実施形態１＞
実施形態１を、図１から図４によって説明する。
本実施形態は、車両などに搭載されて使用される蓄電素子モジュール１であって、図３に示すようにモジュールケースＭＣ内に収容された複数（本実施形態では２つ）の蓄電素子１０，１１０と、蓄電素子１０，１１０を互いに接続したバスバー３０とによって構成されている。以下においては、図３における左右方向を前後方向（一方向の一例）とし、上下方向は図１を基準として説明する。また、各部材の寸法については、左右方向における寸法を幅ということがある。
複数の蓄電素子１０，１１０のうち、第一蓄電素子１０は、図１に示すように、前後に扁平な直方体形状の素子本体１１と、素子本体１１の上面に設けられた電極１２とを備えている。電極１２の上面は、平坦面とされている。
第一蓄電素子１０の電極１２には、図１から図３に示すように、バスバー３０を電極１２に対して位置決めするための位置決めボス２０が設けられている。位置決めボス２０は導電性の金属材料から形成され、電極１２の上面から上方に突出している。位置決めボス２０は、上方からみて円形状をなす基端２０Ｂと、基端２０Ｂと同心の円形状をなす突出端２０Ｄとを有し、基端２０Ｂから突出端２０Ｄに向かって先細りとなる円錐台形状とされている。すなわち、位置決めボス２０の突出端２０Ｄは、基端２０Ｂよりも小径となっている。基端２０Ｂと突出端２０Ｄの間には、上方に向かって内方に傾斜するテーパ周面２０Ｒが形成されている。第二蓄電素子１１０の構成は、電極１２の極性が第一蓄電素子１０の電極１２と異なる他は第一蓄電素子１０と同様であるため、説明を省略する。
第一蓄電素子１０および第二蓄電素子１１０は、図２および図３に示すように、互いに電極１２同士を前後方向に並べて配置されている。ここで、第一蓄電素子１０、第二蓄電素子１１０、およびこれらを収容するモジュールケースＭＣには、それぞれ寸法公差があるため、モジュールケースＭＣに収容された第一蓄電素子１０の電極１２と第二蓄電素子１１０の電極１２は、それぞれ位置公差を含んだ高さ位置に配置され、互いに対して高さ方向において位置ずれした状態となっている。本実施形態においては、第一蓄電素子１０の電極１２が第二蓄電素子１１０の電極１２に対して相対的に上方に位置ずれしているものとし、かつこれらの位置公差が上下それぞれの方向に最大であるものとして説明する。
バスバー３０は、銅やアルミ等の導電性の金属材料から、図２および図３に示すように、長方形の板状に形成されるとともに、前後一対の貫通孔４０が板面に対して垂直に貫通形成されている。貫通孔４０の前後方向における中心間の距離は、第一蓄電素子１０および第二蓄電素子１１０の各位置決めボス２０が位置公差のない正規位置に配されたときの各位置決めボス２０の軸心の離間距離と同程度とされている。バスバー３０は、各貫通孔４０にそれぞれ位置決めボス２０を挿通させ、これらに対して接合されている。これにより、各蓄電素子１０，１１０の電極１２は、各位置決めボス２０およびバスバー３０を介して互いに電気的に接続されている。
各貫通孔４０は、詳しくは、図３に示すように、前後方向に長い長孔形状をなしており、その孔縁４１は、端部側円弧部４１Ｆと、中心側円弧部４１Ｂと、端部側円弧部４１Ｆの左右後端と中心側円弧部４１Ｂの左右前端同士をそれぞれ連結する左右一対の直線部４１Ｓとによって構成されている。各直線部４１Ｓは直線形状をなし、互いに対して平行に延びている。一対の直線部４１Ｓの左右方向における離間距離（言い換えれば、貫通孔４０の最大幅）は、位置決めボス２０の基端２０Ｂにおける直径よりも小さく、かつ位置決めボス２０の突出端２０Ｄにおける直径よりも大きく設定されている。
端部側円弧部４１Ｆおよび中心側円弧部４１Ｂの円弧形状、ならびに直線部４１Ｓの長さは、第一蓄電素子１０と第二蓄電素子１１０との上下方向における位置公差が最大となった場合にも、両円弧部４１Ｆ，４１Ｂが位置決めボス２０の外周面に干渉しないように設定されている。
これにより、各貫通孔４０の孔縁４１は、図２に示すように、前後方向においては端部側円弧部４１Ｆおよび中心側円弧部４１Ｂが位置決めボス２０のテーパ周面２０Ｒから離間して配置されている。
ここで、第一蓄電素子１０の電極１２および第二蓄電素子１１０の電極１２が上述の通り異なる高さ位置に配置されているため、これらから突出する各位置決めボス２０に載置されたバスバー３０は、後方に向かって下方に傾斜した姿勢となっている。バスバー３０の各位置決めボス２０への載置位置を決定する位置決めボス２０の直径と貫通孔４０の幅との寸法関係は、図２に示すように、バスバー３０の傾斜角度が最大とされたときにも、第一蓄電素子１０および第二蓄電素子１１１０の各素子本体１１および各電極１２に干渉しない程度の高さ位置に配置されるように設定されている。
各貫通孔４０の孔縁４１は、左右方向においては、図４に示すように、位置決めボス２０の基端２０Ｂと突出端２０Ｄとの間の高さ位置において、各直線部４１Ｓのうち前後方向における中心部分が、位置決めボス２０のうち幅が最大となる部分（直径部分）のテーパ周面２０Ｒに載置されている。この部分およびその周囲においてテーパ周面２０Ｒと直線部４１Ｓとが直近に近接した部分が、図示しないレーザー溶接手段によって上方からレーザー溶接されることで、バスバー３０と位置決めボス２０とを電気的に接続する接合部５０（第一接合部５０Ｌおよび第二接合部５０Ｒ）が形成されている。すなわち、第一接合部５０Ｌと第二接合部５０Ｒとは、位置決めボス２０を介して左右に並んで形成されている。
レーザー溶接の際には、位置決めボス２０の左右方向における径が最大となる直径部分が上方から検知され、この両側方が接合箇所として決定される。このとき、円錐台形状をなす位置決めボス２０をバスバー３０を拡張した仮想平面で切断した仮想切断面が左右方向に扁平な楕円形状となることから、バスバー３０の傾斜角度が大きいほど、接合部５０Ｌ，５０Ｒも長寸となり、電気的接続状態の安定度が高まる。
なお、上述においては各蓄電素子１０，１１０が互いに対して高さ方向において位置ずれして配置された場合を説明したが、本実施形態においては位置決めボス２０は円錐台形状とされるとともに各貫通孔４０は互いとの並び方向に長い長孔形状とされているから、各蓄電素子１０，１１０の左右方向および前後方向における位置ずれにも対応することができる。
本実施形態の構成によれば、蓄電素子モジュール１は、複数の蓄電素子１０，１１０と、前記複数の蓄電素子１０，１１０同士を接続するバスバー３０とを備える蓄電素子モジュール１であって、前記複数の蓄電素子１０，１１０の一つの電極１２に設けられ、基端２０Ｂよりも突出端２０Ｄが小径となる形態で上方に突出した位置決めボス２０と、前記バスバー３０に貫通形成された貫通孔４０とを備え、前記位置決めボス２０の前記基端２０Ｂと前記突出端２０Ｄとの間の高さ位置において、前記バスバー３０が前記位置決めボス２０に載置されるとともに前記貫通孔４０の孔縁４１が前記位置決めボス２０の周囲に配され、前記孔縁４１と前記位置決めボス２０とに連なる接合部５０が形成されている。
この構成によれば、位置決めボス２０の基端２０Ｂと突出端２０Ｄとの間の高さ位置において、孔縁４１によって位置決めボス２０を包囲しつつバスバー３０を位置決めボス２０に載置し、この状態で孔縁４１と位置決めボス２０との間に接合部５０を形成すればよい。すなわちバスバー３０を蓄電素子１０，１１０に対して位置決めした状態で接合部５０が形成できるから、接合すべき部位の特定が容易となる。また、バスバー３０は電極１２から突出した位置決めボス２０に載置されるから、電極１２の高さ位置が他の蓄電素子１０，１１０の電極１２の高さ位置よりも高い場合にも、電極１２に干渉することなく他の蓄電素子１０，１１０との間にバスバー３０を傾斜させて位置決めボス２０に配置することができる。また、貫通孔４０はバスバー３０に貫通形成されているから、孔縁４１と位置決めボス２０とが接近または近接した部位を上方から見て特定し、接合部５０を形成することができる。
また、前記複数の蓄電素子１０，１１０は、それぞれ前記位置決めボス２０が設けられ前記位置決めボス２０を互いに一方向に並べて配置された第一蓄電素子１０および第二蓄電素子１１０によって構成され、前記バスバー３０は、互いに前記一方向に並んだ長孔形状をなす一対の前記貫通孔４０を備え、前記一方向に対して直交する方向において、前記貫通孔４０は、前記位置決めボス２０の前記基端０Ｂよりも小径とされ、前記突出端２０Ｄよりも大径とされている。
この構成によれば、各貫通孔４０は互いに一方向に並びそれぞれ一方向に延びる長孔形状をなしているから、位置決めボス２０同士が位置公差により正規の位置よりも遠く配置された場合にも、当該一方向において貫通孔４０の孔縁４１が干渉することを回避することができる。また、当該一方向に対して直交する方向において、貫通孔４０は位置決めボス２０の基端２０Ｂよりも小径とされ、突出端２０Ｄよりも大径であるから、位置決めボス２０の基端２０Ｂと突出端２０Ｄとの間の高さ位置において貫通孔４０を位置決めボス２０の周囲に確実に配置し接合部５０を形成することができる。
また、前記接合部５０は、前記一方向と直交する方向において前記位置決めボス２０を介して互いに並ぶ第一接合部５０Ｌと第二接合部５０Ｒとを備えている。
この構成によれば、第一接合部５０Ｌおよび第二接合部５０Ｒを形成する際に、位置決めボス２０の位置を基準として接合すべき部位を特定することができる。
また、前記位置決めボス２０は、前記基端２０Ｂから前記突出端２０Ｄに向かって先細りとなる円錐台形状をなしている。
この構成によれば、位置決めボス２０の基端２０Ｂと突出端２０Ｄとの間の任意の位置に貫通孔４０の孔縁４１を載置することができるから、貫通孔４０の前記位置決めボス２０の並び方向に対して直交する方向における直径の設定自由度が高まる。
＜実施形態２＞
次に、実施形態２を図５および図６によって説明する。本実施形態の蓄電素子モジュール１００１は、実施形態１の位置決めボス２０の構成を変更したものである。実施形態１と対応する構成については、実施形態１の符号に１０００を足した符号を用いるものとする。実施形態１と同じ構成、作用、および効果についてはその説明を省略するものとし、実施形態１と同じ構成については同一の符号を用いるものとする。
位置決めボス１０２０は、図５に示すように、基端１０２０Ｂから上方に向かって突出し、その突出端１０２１Ｄに向かってやや先細りとなる円錐台形状の台座部１０２１と、台座部１０２１の突出端１０２１Ｄから上方に突出し、その突出端１０２０Ｄに向かって次第に先細りとなる円錐台形状の柱状部１０２２とを備えている。台座部１０２１の突出端１０２１Ｄは、柱状部１０２２の基端１０２２Ｂよりも大径とされている。
バスバー１０３０の貫通孔１０４０の孔縁１０４１のうち、一対の直線部１０４１Ｓ間の左右方向における離間距離（すなわち、貫通孔１０４０の最大幅）は、柱状部１０２２の基端１０２０Ｂの直径よりも僅かに大きく、台座部１０２１の突出端１０２１Ｄの直径よりも小さく設定されている。
円弧部１０４１Ｆ、１０４１Ｂの円弧形状、および、直線部１０４１Ｓの前後方向における長さは、各電極１２同士の高さ方向の位置ずれが最大となった場合にも、柱状部１０２２と直線部１０４１Ｓとの接触に干渉しない形状および寸法に設定されている。
これにより、第一蓄電素子１０および第二蓄電素子１１０の双方において、バスバー１０３０は、台座部１０２１の突出端１０２１Ｄにおける後端部分に載置されている（図５参照）。バスバー１０３０の各孔縁４１のうち、一対の直線部１０４１Ｓは、柱状部１０２２のテーパ周面１０２２Ｒから側方に僅かに離間して配置され、これらに連なる接合部１０５０Ｌ，１０５０Ｒが形成されている（図６参照）。
すなわち、本実施形態の構成によれば、前記位置決めボス１０２０は、前記基端１０２０Ｂを有して前記電極１２から突出した台座部１０２１と、前記台座部１０２１の突出端１０２１Ｄから突出し前記突出端１０２０Ｄを有する柱状部１０２２とを備え、前記貫通孔１０４０は前記柱状部１０２２の基端１０２２Ｂよりも大径とされ、前記台座部１０２１の突出端１０２１Ｄは前記貫通孔１０４０よりも大径とされている。
この構成によれば、バスバー１０３０は台座部１０２１の突出端１０２１Ｄに載置されるから、接合部１０５０Ｌ，１０５０Ｒを形成する際のバスバー１０３０の姿勢を安定させることができる。また、バスバー１０３０（直線部４１Ｓは柱状部１０２２のテーパ周面１０２２Ｒと接触している必要がなく、レーザー溶接が可能な程度に近接して配置されればよいから、テーパ周面１０２２Ｒおよび貫通孔１０４０の寸法設定が容易となる。
＜実施形態３＞
次に、実施形態３を図７によって説明する。本実施形態の蓄電素子モジュール２００１は、実施形態１の位置決めボス２０および貫通孔４０の構成を変更したものであって、実施形態１と対応する構成については、実施形態１の符号に２０００を足した符号を用いるものとする。実施形態１と同じ構成、作用、および効果についてはその説明を省略するものとし、実施形態１と同じ構成については同一の符号を用いるものとする。
実施形態１の位置決めボス２０は円錐台形状とされているのに対し、本実施形態の位置決めボス２０２０は、基端２０２０Ｂおよび突出端２０２０Ｄが互いに相似の長円形状をなす錐台形状とされている。これに対応して、バスバー２０３０に形成された各貫通孔２０４０の各直線部２０４０Ｓは、実施形態１よりも前後に長い寸法設定とされている。
この構成によれば、図６に示すように、実施期形態１の場合よりも接合部２０５０Ｌ，２０５０Ｒの前後寸法が長寸化するから、電気的接続状態の安定度がいっそう高まる。したがって、蓄電素子間の左右方向における位置公差が無視できる程度に小さい場合に有用である。
＜他の実施形態＞
本明細書に開示された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、例えば次のような形態で実施することが可能である。
（１）上記実施形態においては複数の蓄電素子１０，１１０のうち、第一蓄電素子１０および第二蓄電素子１１０の両方に位置決めボス２０が設けられ、バスバー３０は一対の貫通孔４０を備える構成としたが、位置決めボスおよび貫通孔の数はこれに限らない。例えば、複数の蓄電素子のいずれか一つのみに位置決めボスが設けられ、バスバーは貫通孔を一つのみ備える構成としてもよい。この場合、位置決めボスの設けられていない蓄電素子の電極には、例えばバスバーのうち貫通孔が設けられていない端部を直接載置し、これらに連なる接合部を形成することで、これらを電気的に接続することができる。
（２）上記実施形態においては各位置決めボス２０を上方から見て円または前後に長い長円形状とするとともに、全体（実施形態１および実施形態３）またはその一部（実施形態２の柱状部）が上方に向かって先細りとなる形状としたが、位置決めボスの形状はこれに限らない。例えば、実施形態１の位置決めボスを電極から上方に突出する半球形状としてもよいし、実施形態２の柱状部を基端から突出端に亘って同径としてもよい。
（３）上記実施形態においては、各貫通孔４０は円弧形状の端部側円弧部４１Ｆおよび中心側円弧部４１Ｂと、直線形状の直線部４１Ｓとによって構成された長孔形状としたが、貫通孔の構成および形状はこれに限らない。例えば、端部側円弧部を省いて、バスバーの前後方向における一端側に開口するスリット形状の貫通孔としてもよい。または、例えば中心側円弧部を省いて（すなわち両貫通孔の間の部分を切り欠いた形状として）２つの貫通孔を連結した１つの貫通孔とし、ここに２本の位置決めボスを挿通させる構成としてもよい。
（４）上記実施形態においては、接合部５０は位置決めボス２０の両側方に形成された構成としたが、接合部の数および位置はこれに限らない。例えば実施形態２において、接合部を位置決めボスの一側方のみに形成された構成としてもよいし、バスバーと台座部とが接触した部分を接合しこれを接合部としてもよい。この場合も、レーザー溶接の際には、例えば位置決めボスの中心点を上方から検知し、これを基準としてバスバーと台座部とが接触した部分を推定することができる。
（５）上記実施形態においては、接合部５０をレーザー溶接により接合するものとしたが、接合手段はこれに限らず、例えばろう付けを採用してもよい。この場合も、接合すべき部位を上方から検知し、上方から銀ろうやはんだ等の接合材料を滴下することで、接合部を形成することができる。
１０，１１０：蓄電素子
１０：第一蓄電素子
１１０：第二蓄電素子
１２：電極
２０：位置決めボス
２０Ｂ、１０２０Ｂ：基端
２０Ｄ、１０２０Ｄ：突出端
３０：バスバー
４０：貫通孔
５０：接合部
５０Ｌ：第一接合部
５０Ｒ：第二接合部
１０２０：位置決めボス
１０２１：台座部
１０２１Ｄ：（台座部の）突出端
１０２２：柱状部
１０２２Ｂ：（柱状部の）基端
１０４０：貫通孔

Claims (4)

  1. 複数の蓄電素子と、前記複数の蓄電素子同士を接続するバスバーとを備える蓄電素子モジュールであって、
    前記複数の蓄電素子の一つの電極に設けられ、基端よりも突出端が小径となる形態で上方に突出した位置決めボスと、
    前記バスバーに貫通形成された貫通孔とを備え、
    前記位置決めボスの前記基端と前記突出端との間の高さ位置において、前記バスバーが前記位置決めボスに載置されるとともに前記貫通孔の孔縁が前記位置決めボスの周囲に配され、前記孔縁と前記位置決めボスとに連なる接合部が形成されており、
    前記複数の蓄電素子は、それぞれ前記位置決めボスが設けられ前記位置決めボスを互いに一方向に並べて配置された第一蓄電素子および第二蓄電素子によって構成され、
    前記バスバーは、互いに前記一方向に並びそれぞれ前記一方向に延びた長孔形状をなす一対の前記貫通孔を備え、
    前記一方向に対して直交する方向において、前記貫通孔は、前記位置決めボスの前記基端よりも小径とされ、前記突出端よりも大径とされている蓄電素子モジュール。
  2. 前記接合部は、前記一方向と直交する方向において前記位置決めボスを介して互いに並ぶ第一接合部と第二接合部とを備えている請求項１に記載の蓄電素子モジュール。
  3. 前記位置決めボスは、前記基端から前記突出端に向かって先細りとなる円錐台形状をなしている請求項１または請求項２に記載の蓄電素子モジュール。
  4. 前記位置決めボスは、前記基端を有して前記電極から突出した台座部と、前記台座部の突出端から突出し前記突出端を有する柱状部とを備え、
    前記貫通孔は前記柱状部の基端よりも大径とされ、前記台座部の突出端は前記貫通孔よりも大径とされている請求項１または請求項２に記載の蓄電素子モジュール。
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