JP5684912B2 - 電池モジュール用電極構成体 - Google Patents

Description

この発明は、ハイブリッドカーや電気自動車などの蓄電システムを構成する電池モジュールの一部となって、この電池モジュールの電極を構成する電極構成体の改良に関する。

ハイブリッドカーなどの蓄電システムは、複数の電池モジュールから構成されている。また、各電池モジュールは、扁平な板状をなす蓄電体セルを積み重ね状にケースに納めてなる。電池モジュールのケースには内部の蓄電体セルに電気的に接続された電極が設けられており、この電極を利用して電池モジュール外の端子への接続がなされる。かかる電池モジュールの電極は、前記ケースに二箇所以上設けられる。

このような電池モジュールにおいて前記電極にボルトを備えさせたものがある。（特許文献１参照）ボルトは端子板に形成された貫通孔を通じて軸部を外部に突き出している。端子板の内面には絶縁部材が添装されており、ボルトの頭部はこの絶縁部材で押さえられている。端子板と絶縁部材とはかしめ止めされている。（特許文献１の図３）この特許文献１のものでは、前記絶縁部材は移動制限部材に組み合わされており、前記端子板に外力が作用した場合、端子板からボルト、ボルトから絶縁部材、さらに、絶縁部材と移動制限部材へと力が伝達されるため、このような外力の作用時にガタつきが生じやすい。

特開２００９−２５９４２４号公報

この発明が解決しようとする主たる問題点は、この種の電極構成体を構成する通電部材と絶縁部材とを、より容易且つ適切に組み合わすことができるようにする点にある。

前記課題を達成するために、この発明にあっては、電池モジュール用電極構成体を、蓄電体セルをケースに納めてなる電池モジュールの電極を構成する電極構成体であって、
蓄電体セルに電気的に接続される内部接続部と、前記ケースの外部に露出する外部接続部とを備えた通電部材と、
この通電部材の外部接続部に形成された通し孔にケースの内方から通されてケースの外部に一部を突き出させると共に、この突き出された一部により複数の電池モジュールの電極同士を電気的に接続する部材を締結する締結部材と、
この締結部材と蓄電体セルとの間に位置する絶縁部材とを備えてなり、
外部接続部には、ケースの内方に延びて、間に前記絶縁部材を受け入れる一対の挟持部が形成されていると共に、
この挟持部と前記絶縁部材とにそれぞれ、前記受け入れに伴って係合し合う係合部が形成されてあるものとした。

この発明によれば、第一に、前記挟持部間に絶縁部材を受け入れさせることにより通電部材と絶縁部材とを係合により一体化させることができ、第二に、このように通電部材に一体化された絶縁部材によって締結部材が電池モジュールを構成するケース内に移動しないようにすることができ、これによりかかる締結部材による締結の信頼性を向上させることができる。また、この発明においては、通電部材は単一の絶縁部材と一体であるので、通電部材に外力が作用された場合、特許文献１のものに比しこのような外力の作用時にガタつきを生じ難い。

前記電極構成体の外部接続部側が、電池モジュールの内外を連通させる角穴状の連通部に挿通されるようにし、それと共に、この連通部への前記挿通時に、対応するこの連通部の内隅部の内側にそれぞれ納まってその内隅部にそれぞれ当接される外隅部を前記絶縁部材に形成させておくこともある。このようにした場合、前記締結にあたって生じるトルクを前記連通部の内隅部と絶縁部材の外隅部とによって受けさせることができる。

すなわち、この発明によれば、複数の電池モジュールの電極同士を電気的に接続する部材が締結される通電部材に対し、この通電部材と蓄電体セルとの間に配される絶縁部材を、容易且つ適切に組み合わせることができる。

図１は本発明の実施形態による電池モジュール及び複数の電池モジュール同士を電気的に接続させる部材の斜視構成図である。 図２は電池モジュールを構成するカバーと電極構成体とを分離した状態で示した斜視図である。 図３は電極構成体の平面図である。 図４は電極構成体の側面図である。 図５は電極構成体の底面図である。 図６は電極構成体の正面図である。 図７は電池モジュールの一部となった状態での電極構成体の断面図である。 図８は電極構成体の断面図である。 図９は本発明の実施形態において通電部材側と絶縁部材とを分離した状態の平面図である。 図１０は通電部材側と絶縁部材とを分離した状態の側面図である。 図１１は通電部材側と絶縁部材とを分離した状態の縦断面図である。 図１２は通電部材側と絶縁部材とを分離した状態の横断面図である。 図１３は絶縁部材の正面図である。 図１４は絶縁部材の背面図である。 図１５は電極構成体の他の構成例を示した分解斜視構成図である。 図１６は図１５の構成例の組み合わせ状態を示した要部断面構成図である。

以下、図１〜図１６に基づいて、この発明を実施するための形態について、説明する。この実施の形態にかかる電池モジュール用電極構成体は、ハイブリッドカーや電気自動車などの蓄電システム（蓄電ユニットなどとも称される。）を構成する電池モジュールＭ（蓄電モジュール、モジュールなどとも称される。）の一部となって、この電池モジュールＭの電極Ｍａを構成するものである。すなわち、かかる電極構成体は、電池モジュールＭ外において、複数の電池モジュールＭの電極Ｍａ同士を電気的に接続する部材Ｐに対し電気的に接続される電池モジュールＭの電極Ｍａを構成するものである。電池モジュールＭは、蓄電体セルＭｂとこれを納めるケースＭｃとを備えている。蓄電体セルＭｂは、扁平な板状を呈するように構成される。図示の例では、電池モジュールＭは、複数枚の蓄電体セルＭｂを積層状に配した状態で、扁平な箱状をなすケースＭｃに納めて構成されている。各蓄電体セルＭｂはケースＭｃ内において直列あるいは並列に接続される。

この実施の形態にかかる電池モジュール用電極構成体は、このように接続されて一体化された各蓄電体セルＭｂのうちの一つに設けられた端子、図示の例ではタブ状端子Ｍｂａ（図７）に電気的に接続される通電部材１を有し、この通電部材１を介して電池モジュールＭ外において複数の電池モジュールＭの電極Ｍａ同士を電気的に接続する前記部材Ｐと各蓄電体セルＭｂとを接続するものである。

電極構成体は、通電部材１と、締結部材としてのボルト体２と、絶縁部材３とを備えてなる。かかる通電部材１及びボルト体２は、導電性材料から構成される。また、絶縁部材３は、典型的には、合成樹脂から構成される。

電池モジュールＭの完成状態において、絶縁部材３は前記ケースＭｃ内に位置される。通電部材１は、蓄電体セルＭｂのタブ状端子Ｍｂａに電気的に接続される内部接続部１０と、前記部材Ｐに電気的に接続される外部接続部１１とを備えており、電池モジュールＭの完成状態において、この外部接続部１１のみを電池モジュールＭの外部に露出させる。（図１、図７）図示の例では、前記ケースＭｃは略長方形の幅広の両面Ｍｃａ、Ｍｃａと、この両面Ｍｃａ、Ｍｃａ間に亘る４つの厚さ側側面Ｍｃｂを有している。この４つの厚さ側側面Ｍｃｂのうち、ケースＭｃの幅方向に沿った一つの側面Ｍｃｂに形成された開口を通じて、ケースＭｃの外方に通電部材１の外部接続部１１が臨むようになっている。

通電部材１は、図示の例では、金属板に折り曲げ加工を施すことで、構成されている。内部接続部１０に対し外部接続部１１は中間部１２を介して一体に連接されている。内部接続部１０と中間部１２とはＬ字状を呈するように連接されている。内部接続部１０の一面と中間部１２の一面とは同面上に位置されておらず、両者の間には段差１３が形成されている。外部接続部１１は、中間部１２における内部接続部１０との連接側と反対の端末から中間部１２との間に直角を形成させるようにして立ち上がる立ち上がり部によって構成されている。より具体的には、外部接続部１１は、一辺を中間部１２の幅と略等しくさせた略正方形の板状を呈するように構成されており、この外部接続部１１の一辺と中間部１２の前記端末とが一体に連接されている。

外部接続部１１のその余の三辺にはそれぞれ、外部接続部１１との間に直角を形成させるようにして前記段差１３側に延びる挟持板部１４、１５の一端側が連接されている。中間部１２に対向する上側の挟持板部１４には方形の係合穴１６が貫通状態に形成されている。また、中間部１２の左右にそれぞれ位置される、左側の挟持板部１５と右側の挟持板部１５にはそれぞれ、この挟持板部１４、１５の延長方向に長く続く長穴状をなす係合穴１６が形成されている。

左側の挟持板部１５と上側の挟持板部１４との間及び左側の挟持板部１５と中間部１２との間、並びに、右側の挟持板部１５と上側の挟持板部１４との間及び右側の挟持板部１５と中間部１２との間には、絶縁部材３の後述するリブ状部３９の入り込む隙間１７が形成されている。

ボルト体２は、外周に雄ねじを備えた軸部２０と、平頭状をなす頭部２１とを有している。通電部材１の外部接続部１１には、このボルト体２の頭部２１は通さないが軸部２０は通す大きさの通し孔１１ａが、この外部接続部１１の内外を貫通するように形成されている。図示の例では、この通し孔１１ａの孔径はボルト体２の軸部２０の径よりもやや小さく、ボルト体２の軸部２０は外部接続部１１の内面側からこの通し孔１１ａをやや変形させながらこの通し孔１１ａに挿通・はめ込まれ外部接続部１１の外面から突き出されるようになっている。図示の例では、ボルト体２の軸部２０の先端側は無ネジ部２１ａとなっており、ナットＮの雌ネジ孔にボルト体２の軸部２０を挿通し易いようにしてある。

この実施の形態にあっては、前記複数の電池モジュールＭの電極Ｍａ同士を電気的に接続する部材Ｐを、かかるボルト体２を利用して通電部材１の外部接続部１１に電気的に接続するようにしている。具体的には、かかる部材Ｐに形成された貫通孔Ｐａにボルト体２の軸部２０を通した状態でこの軸部２０にナットＮを螺合させることで、かかる部材Ｐを外部接続部１１の外面に密着させて両者を電気的に接続させるようにしている。（図７）

一方、絶縁部材３は、前記通電部材１に組み合わされて、この外部接続部１１と蓄電体セルＭｂとの間に位置する。

図示の例では、絶縁部材３は、中空の直方体状を呈している。かかる絶縁部材３の前面３０と背面３１との間の距離は外部接続部１１の内面と前記段差１３までの距離に略等しく、また、かかる絶縁部材３のこの前面３０と背面３１との間に位置される四つの側面３２のうち、対向位置にある二つの側面３２、３２間の距離は前記上側の挟持板部１４と中間部１２との間の距離に略等しく、残りの二つの側面３２、３２間の距離は前記左側の挟持板部１５と右側の挟持板部１５との間の距離と略等しくなっている。

これにより、図示の例では、前記三箇所の挟持板部１４、１５と中間部１２との間に形成された空間内に、絶縁部材３の前面３０を先にして、この絶縁部材３を納め入れることができるようになっている。そして、この納め入れ状態において、絶縁部材３の前面３０が外部接続部１１の内面との間で前記ボルト体２の頭部２１を挟持するようになっている。（図７、図８）すなわち、この実施の形態にあっては、前記左側の挟持板部１５と右側の挟持板部１５とによって、外部接続部１１の内方に、間に前記絶縁部材３を受け入れる対をなす挟持部を形成させている。

それと共に、この実施の形態にあっては、かかる対をなす挟持部、すなわち、前記左側の挟持板部１５と右側の挟持板部１５の双方と、前記絶縁部材３とにそれぞれ、前記受け入れに伴って係合し合う係合部を形成させている。図示の例では、さらに、前記上側の挟持板部１４にも係合部を形成させている。

すなわち、前記絶縁部材３における、前記受け入れ時に左側の挟持板部１５に内接される左側の側面３２及び右側の挟持板部１５に内接される右側の側面３２にはそれぞれ係合突部３３が形成されていると共に、上側の挟持板部１４に内接される上側の側面３２に係合突部３３が形成されている。各係合突部３３は、前後方向に長く続く一対の割溝３５、３５と、この一対の割溝３５、３５の後端間に亘る割溝３６とによって絶縁部材３の一部を区分させてなる弾性片３４の外面に形成されている。各係合突部３３は絶縁部材３の側面３２よりも外方に突き出されており、前記受け入れは各弾性片３４の撓み込みにより許容され、この受け入れ終了位置において各弾性片３４は撓み戻して対応する前記係合穴１６に対応する係合突部３３が入り込み係合して前記受け入れ状態が維持されるようになっている。すなわち、この実施の形態にあっては、前記係合穴１６が挟持部側の係合部として機能し、前記係合突部３３が絶縁部材３側の係合部として機能するようになっている。なお、図示の例では、絶縁部材３の下側の側面には絶縁部材３の内部に連通する開放部３７が形成されている。

これにより、この実施の形態にかかる電極構成体にあっては、第一に、前記対をなす挟持部間に絶縁部材３を受け入れさせることにより通電部材１と絶縁部材３とを係合により一体化させることができる。すなわち、例えば、従来のようなかしめ止めを要することなく、容易に通電部材１と絶縁部材３とを一体化させることができる。第二に、このように通電部材１に一体化された絶縁部材３によってボルト体２が電池モジュールＭを構成するケース内に移動しないように保持することができる。すなわち、前記受け入れにより、前記絶縁部材３の一部、図示の例では前面３０が前記ボルト体２の頭部２０に対する当接部となる。具体的には、係合突部３３を挟持板部１４、１５の係合穴１６に係合させることにより、絶縁部材３はその前面３０をボルト体２の頭部２０に常時当接させる位置に強固に位置づけられる。

また、この実施の形態にあっては、電極構成体の外部接続部１１側が、電池モジュールＭの内外を連通させる角穴状の連通部Ｍｄに挿通されるようになっていると共に、この連通部Ｍｄへの前記挿通時に、対応するこの連通部Ｍｄの内隅部Ｍｄａの内側にそれぞれ納まってその内隅部Ｍｄａにそれぞれ当接される外隅部３８が絶縁部材３に形成してある。

図示の例では、絶縁部材３の隣り合う側面間にそれぞれリブ状部３９が形成されており、前記受け入れに伴ってこのリブ状部３９が前記隙間１７に入り込み、入り込んだこのリブ状部３９と三箇所の挟持板部１４、１５と中間部１２とにより、この箇所の断面外郭形状が内郭形状を四角形状とする前記連通部Ｍｄに倣った形状となるようにしてある。そして、かかる連通部Ｍｄに電極構成体の外部接続部１１側を挿通させた状態において、この連通部Ｍｄの内隅部Ｍｄａにそれぞれ前記リブ状部３９が位置されるようになっている。すなわち、この実施の形態にあっては、かかるリブ状部３９が前記外隅部３８として機能するようになっている。

図示の例では、かかるリブ状部３９は絶縁部材３の前面３０よりも前方に突き出しており、前記空間内に絶縁部材３を納め入れた状態において、リブ状部３９の前端３９ａは外部接続部１１の前面と略同じ位置に位置されるようになっている。

図示の例では、前記連通部Ｍｄは、角筒状部Ｍｅａを有するカバーＭｅのこの角筒状部Ｍｅａによって構成されている。かかるカバーＭｅは内側に蓄電体セルＭｂの端部を納める一対の横板部Ｍｅｃ、Ｍｅｃとこの一対の横板部Ｍｅｃ、Ｍｅｃ間に亘る縦板部Ｍｅｄとを有する断面コ字状の主体部Ｍｅｂとを備えている。前記角筒状部Ｍｅａはこの主体部Ｍｅｂの縦板部Ｍｅｄの外面から突き出すように形成されてカバーＭｅの内外を連通させている。かかるカバーＭｅは前記ケースＭｃの外側に角筒状部Ｍｅａの突きだし端側だけを臨ませるようにして納められる。（図１、図７）電極構成体の外部接続部１１側はかかるカバーＭｅの内側から角筒状部Ｍｅａ内に挿通され、この角筒状部Ｍｅａの突きだし端に外部接続部１１の外面が位置されるようになっている。

これにより、この実施の形態にかかる電極構成体にあっては、前記ボルト止めにあたって生じるトルクを前記連通部Ｍｄの内隅部Ｍｄａと絶縁部材３の外隅部３８とによって受けさせるようになっている。また、この実施の形態にあっては、連通部Ｍｄの内隅部Ｍｄａ間においては、この連通部Ｍｄの内面に、挟持板部１４、１５が面的に接してここでも前記トルクを受けるようになっている。従って、前記ボルト止めにあたってボルト体２と通電部材１とは共回りしてしまうことはない。なお、絶縁部材３の背面３１と蓄電体セルＭｂの端部との間の空間に図示しないスペーサーを配するようにしてあっても良い。このようにしておけば、前記ボルト止めにあたって仮に通電部材１と絶縁部材３との係合が解かれてもかかるスペーサーによってケースＭｃ内への絶縁部材３の移動の阻止が図られる。

図１５及び図１６は、以上に説明した図１〜図１４に示される例の上側の挟持板部１４を通電部材１は備えていない。この例では、外部接続部１１の内方の左右にそれぞれ前記挟持部を有しており、絶縁部材３はこの左右の挟持部間にその前面を外部接続部１１の内面に摺接させるようにしての中間部１２の板面に直交する向きからのスライド移動操作により上方から入れ込まれるようになっている。前記左右の挟持部はそれぞれ、外部接続部１１の縁部から内方に突き出す第一腕部１８ａと、この第一腕部１８ａの突きだし端から上方に延びる第二腕部１８ｂと、この第二腕部１８ｂの上端から外部接続部１１の内面側に突き出す鈎部１８ｃとから構成されている。絶縁部材３の左右にはそれぞれ、係合突部３３が形成されており、前記スライド移動操作の過程でこの係合突部３３に当接される挟持部が外向きに一旦撓み出した後、左右の挟持部間に絶縁部材３を入れ込みきった位置において内向きに撓み戻してこの係合突部３３の上方に前記鈎部１８ｃが引っ掛かるようになっている。すなわち、この例では、前記鈎部１８ｃが挟持部側の係合部として機能し、前記係合突部３３が絶縁部材３側の係合部として機能するようになっている。なお、この例では、絶縁部材３の前面３０にボルト体２の頭部２１の納まる溝状の凹み３０ａが形成されている。この凹み３０ａは絶縁部材３の前面３０の下辺で外方に開放されており、前記スライド移動操作時にボルト体２の頭部２１はこの凹み３０ａの開放された箇所から凹み３０ａ内に入り込む。凹み３０ａの上下方向中程の位置には凹み３０ａの幅方向に亘る仕切リブ３０ｂが形成されており、前記スライド移動操作の過程でこの仕切リブ３０ｂ側の弾性変形によりボルト体２の頭部２１はこの仕切リブ３０ｂを乗り越えると共に左右の挟持部間に絶縁部材３を入れ込みきった位置においてこの仕切リブ３０ｂと凹み３０ａの上端との間にガタなく納まるようになっている。（図１６）
２０１１年７月２８日に出願された日本国特許出願第２０１１−１６５１０６号の明細書、特許請求の範囲、図面及び要約書の全内容をここに引用し、本発明の明細書の開示として、取り入れるものである。

Claims (5)

1. 蓄電体セルをケースに納めてなる電池モジュールの電極を構成する電極構成体であって、
   蓄電体セルに電気的に接続される内部接続部と、前記ケースの外部に露出する外部接続部とを備えた通電部材と、
   この通電部材の外部接続部に形成された通し孔にケースの内方から通されてケースの外部に一部を突き出させると共に、この突き出された一部により複数の電池モジュールの電極同士を電気的に接続する部材を締結する締結部材と、
   この締結部材と蓄電体セルとの間に位置する絶縁部材とを備えてなり、
   外部接続部には、ケースの内方に延びて、間に前記絶縁部材を受け入れる一対の挟持部が形成されていると共に、
   この挟持部と前記絶縁部材とにそれぞれ、前記受け入れに伴って係合し合う係合部が形成されていることを特徴とする電池モジュール用電極構成体。
2. 絶縁部材の一部は、締結部材に対しケース内方から当接される当接部となっていることを特徴とする請求項１に記載の電池モジュール用電極構成体。
3. 締結部材はボルト体であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の電池モジュール用電極構成体。
4. 電極構成体の外部接続部側は、ケースに形成されたその内外を連通する角穴状の連通部に挿通されるようになっていると共に、
   前記絶縁部材に、前記連通部への前記挿通時に、前記連通部の内隅部の内側に位置されてこの内隅部に当接される外隅部が形成してあることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の電池モジュール用電極構成体。
   
5. 連通部の内隅部以外の内面に、挟持部が当接するようになっていることを特徴とする請求項４に記載の電池モジュール用電極構成体。

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