JP6016031B2 - 蓄電モジュール - Google Patents

Description

本発明は、蓄電モジュールに関する。

内部に蓄電要素が収容されてなる蓄電素子の一例としてリチウムイオン電池やニッケル水素電池等の二次電池等が知られている。リチウムイオン電池等の二次電池は、複数個を接続することにより蓄電モジュールを構成する。このような蓄電モジュールとしては、例えば、特許文献１に記載されているものなどが知られている。

特開２０１３−１２４５８号公報

上記特許文献１には、端部から正極および負極のリード端子が突出する扁平形状の単電池を複数個、積層してなる蓄電モジュールが開示されている。この蓄電モジュールにおいて、積層方向において隣り合う単電池は、極性の相違する（逆極性の）リード端子同士を接続することにより直列に接続されている。
また、この蓄電モジュールにおいては、放熱性を高めるという観点から、隣り合う単電池の間には両面接着テープからなる熱伝導シートが配されている。

ところで、蓄電モジュールを構成する単電池が、金属箔に樹脂層を積層したラミネートフィルムの端縁を重ねて接合してなる容器を備えている場合、ラミネートフィルムの端縁において、樹脂層よりも内側の金属箔が露出することがある。

このような蓄電モジュールにおいて、導電性材料からなる伝導部材が配されていると、ラミネートフィルムの端縁から露出する金属箔と伝熱部材とが接触して短絡が発生することが懸念される。

本発明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、短絡を防止した蓄電モジュールを提供することを目的とする。

本発明は、蓄電要素を収容する容器、および前記蓄電要素に接続されるとともに前記容器の端縁から導出されるリード端子を有する蓄電素子と、前記蓄電素子を載置するとともに前記蓄電素子から発生する熱を外部に伝導する金属製の伝熱部材と、を備える蓄電モジュールであって、前記容器は、金属箔に樹脂層を積層したラミネートフィルムの端縁を重ねて、その間に前記リード端子を挟んだ状態で接合してなり、前記伝熱部材には、前記容器の前記リード端子が導出される端縁に沿って絶縁部が設けられている蓄電モジュールである。

本発明において、容器のリード端子が導出される端縁では、金属箔に樹脂層を積層したラミネートフィルムの端縁を重ねて、その間にリード端子を挟んだ状態で接合されているので、容器のリード端子が導出されている端縁においては金属箔が露出している可能性がある。しかしながら、本発明によれば、伝熱部材には、容器のリード端子が導出される端縁に沿って絶縁部が設けられているので、容器のリード端子が導出される端縁から金属箔が露出していたとしても、金属箔と導電性の部材との接触を防止することができ、これにより短絡を防止することができる。

本発明は以下の構成であってもよい。
前記絶縁部は前記容器の前記リード端子が導出される端縁から離れる方向に後退した段差から構成されていてもよい。
このような構成とすると、伝熱部材に段差を形成することにより絶縁部を設けることができるので、別途絶縁材料からなる絶縁部を設けるよりも簡易な構造とすることができる。

前記段差は前記伝熱部材を前記容器の前記リード端子が導出される端縁から離れる方向に折り曲げて形成された折り曲げ部からなる構成であってもよい。
このような構成とすると段差を形成するのに伝熱部材に折り曲げ加工を施すだけでよいので、加工が容易である。

前記伝熱部材のうち、少なくとも前記絶縁部の表面には、絶縁層が形成されていてもよい。
このような構成とすると短絡防止効果を確実なものとすることができる。

本発明によれば、短絡を防止した蓄電モジュールを提供することができる。

実施形態１の蓄電モジュールを示す斜視図 積層体を示す斜視図 最下層の蓄電ユニットを示す斜視図 最下層の蓄電ユニットの複数の蓄電素子、第１導電部材及び第２導電部材を示す斜視図 蓄電素子の斜視図 図２のＡ−Ａ線における断面図 図６の一部拡大断面図 伝熱部材の斜視図

＜実施形態１＞
本発明の実施形態１を図１ないし図８によって説明する。
本実施形態の蓄電モジュール１０は、例えば自動車等の車両のＩｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｓｔａｒｔｅｒ Ｇｅｎｅｒａｔｏｒ（ＩＳＧ）に用いられる。以下の説明において図１における左側を前方とし右側を後方とする。

（蓄電モジュール１０）
蓄電モジュール１０は、図１に示すように、全体として略直方体形状をなしており、略直方体状のケース１１に複数層の蓄電ユニット２２（下から順に２２Ａ，２２Ｂ，２２Ｃ，２２Ｄ，２２Ｅ，２２Ｆ）が積層されて構成された積層体２１が収容されており、積層体２１の端子３０，３２がケース１１を貫通して外部に導出されている。

（ケース１１）
ケース１１は、積層体２１が内部に配される筒状のケース本体１２と、ケース本体１２の前後の開口部１４を閉じる閉塞部材１９とを備えている。

ケース本体１２は、金属製であって、積層体２１が収容される箱形のロアケース１３と、ロアケース１３の上方を覆うアッパーケース１５とを備えている。
ロアケース１３は、上方及び前方が開放されるとともに後方の一部が開放されている。

ロアケース１３の底面の周縁部には、積層体２１を貫通させたボルト１７Ａを貫通して締結するための留め孔（図示せず）が貫通形成されている。

アッパーケース１５は、略長方形状であって、その中央部には、ケース１１の内方側に段差状に陥没する放熱面１６が形成されており、この放熱面１６の内面が最上層の蓄電ユニット２２Ｆにおける蓄電素子２３，２４，２５と接触することで蓄電素子２３，２４，２５の熱が放熱面１６を介して外部に放散される。

アッパーケース１５の上面の角部には、ボルト１７Ａとナット１７Ｂで締結するための留め孔が貫通形成されている。
また、アッパーケース１５の前端部には、閉塞部材１９を係止するための係止孔１８が形成されている。

閉塞部材１９は、合成樹脂製であって、ケース１１の前方および後方の開口部１４に嵌め入られる形状であり、前方側の閉塞部材１９（後方の閉塞部材は図示しない）には、端子３０，３２をケース１１の外部に導出する端子導出口２０が形成されている。閉塞部材１９の上面には、係止孔１８に嵌め入れられる係止凸部（図示せず）が形成されている。

（積層体２１）
積層体２１は、図２に示すように、複数層（本実施形態では６層）の蓄電ユニット２２Ａ，２２Ｂ，２２Ｃ，２２Ｄ，２２Ｅ，２２Ｆ（以下、「２２Ａ〜２２Ｆ」）を上下に積み重ねて構成されている。

（蓄電ユニット２２Ａ〜２２Ｆ）
各蓄電ユニット２２Ａ〜２２Ｆは、上下に隣り合う蓄電ユニット２２Ａ〜２２Ｆの前後の向きが反対になるように重ねられている。各蓄電ユニット２２Ａ〜２２Ｆは、リード端子２７Ａ，２７Ｂを有する複数（３つ）の蓄電素子２３，２４，２５と、蓄電素子２３，２４，２５の正極リード端子２７Ａと電気的に接続される第１端子部２９と、蓄電素子２３，２４，２５の負極リード端子２７Ｂと電気的に接続される第２端子部３１と、第１端子部２９と各蓄電素子２３，２４，２５の各正極リード端子２７Ａとを並列に接続する第１導電部材３３と、第２端子部３１と各蓄電素子２３，２４，２５の各負極リード端子２７Ｂとを並列に接続する第２導電部材３８と、複数の蓄電素子２３，２４，２５を保持する合成樹脂製の保持部材４３と、蓄電素子２３，２４，２５の底面に沿うように配され、蓄電素子２３，２４，２５の熱を外部に放散させる板状の伝熱部材５２とを備える。

（蓄電素子２３，２４，２５）
複数の蓄電素子２３，２４，２５は、共に、同一構成であり、図５に示すように、扁平な形状のラミネート型の電池である。複数の蓄電素子２３，２４，２５は、同一平面上に（扁平な面に沿うように）左右に一列に並べられて蓄電素子列を形成している。隣り合う蓄電素子２３，２４，２５の間にはわずかな隙間が設けられている。

各蓄電素子２３，２４，２５は、図示しない蓄電要素が収容されて端部が溶着（接合）されたラミネートフィルム２８からなる容器２６と、容器２６の端縁２８Ａから外方に導出される正極及び負極のリード端子２７Ａ，２７Ｂと、を有する。

容器２６を構成するラミネートフィルム２８は、詳細は図示しないが、金属箔の外側に樹脂層を積層したものである。金属箔としてはアルミニウム箔等があげられ、樹脂層としては、ポリエチレンテレフタレート、ナイロン等があげられる。金属箔の内側（蓄電要素側）には、ポリエチレンまたはポリプロピレン等からなる熱溶着層が設けられている。

ラミネートフィルム２８の端縁２８Ａ，２８Ｂのうち長手方向に沿った端縁２８Ｂは、図５に示すように、容器本体２６Ａ側に折り曲げられている。

ラミネートフィルム２８の端縁２８Ａ，２８Ｂのうち短手方向に沿った一方の端縁２８Ａからは、正極および負極のリード端子２７Ａ，２７Ｂが外側方向に導出されている。詳しくは、ラミネートフィルム２８の短手方向の一端縁２８Ａにおいて、正極負極のリード端子２７Ａ，２７Ｂは、上下に重ねて配されるラミネートフィルム２８の端縁２８Ａの間に挟まれた状態で接合されている。

（蓄電ユニット２２Ａ〜２２Ｆ間の接続構造）
第１端子部２９は、最下層（１層目）の蓄電ユニット２２Ａについては、図３に示すように、蓄電モジュール１０の全体の正極の端子３０とされ、外部の電線端末の端子（図示しない）に接続される。他の層（下から２〜６層）の蓄電ユニット２２Ｂ、２２Ｃ，２２Ｄ，２２Ｅ，２２Ｆの第１端子部２９は上下方向（積層方向）に隣り合う蓄電ユニット２２Ａ，２２Ｂ，２２Ｃ，２２Ｄ，２２Ｅの第２端子部３１と接続される。

なお、異なる層の第１端子部２９と第２端子部３１との接続は、図２に示すように、薄肉の金属板（銅板等）をクランク状に曲げて形成した接続端子４２を第１端子部２９及び第２端子部３１の双方に超音波溶接することにより、異なる層の第１端子部２９と第２端子部３１とが接続されている。

第２端子部３１は、１〜５層の蓄電ユニット２２Ａ，２２Ｂ，２２Ｃ，２２Ｄ，２２Ｅについては、２〜６層の蓄電ユニット２２Ｂ，２２Ｃ，２２Ｄ，２２Ｅ，２２Ｆの第１端子部２９と接続される。なお、最上層の蓄電ユニット２２Ｆの第２端子部３１は、図２に示すように、蓄電モジュール１０の全体の負極の端子３２とされ、外部の電線端末の端子（図示しない）に接続される。

第１端子部２９と第２端子部３１の間は、第１導電部材３３、蓄電素子２３，２４，２５、および第２導電部材３８によって接続されており、これにより、蓄電素子２３，２４，２５の数に応じた複数（本実施形態では３つ）の分流経路が形成されている。

第１導電部材３３及び第２導電部材３８は、金属板材をプレスにより打ち抜いて曲げ加工を施して形成したものであり、例えば、純アルミ、アルミ合金、銅または銅合金などの導電性材料からなる。

最下層の蓄電ユニット２２Ａの第１導電部材３３Ａは、図３および図４に示すように、第１端子部２９と、第１端子部２９と一体に形成され、第１端子部２９に連なる平板状の第１導電部材本体３５とを有し、第１導電部材本体３５は、第１端子部２９と各蓄電素子２３，２４，２５の各正極リード端子２７Ａとを並列に接続するように分岐された複数（３つ）の第１分岐路を有する。

第１端子部２９は、第１導電部材本体３５の端部がクランク状に屈曲されることで、第１導電部材本体３５とは異なる高さに形成されている。

第１導電部材本体３５は、第１端子部２９から蓄電素子２３，２４，２５の並び方向に沿って左右に延びており、その経路上で段差状に曲げ加工された曲げ部３４によりわずかに高さが変えられ、曲げ部３４よりも先には、延出方向の一方の側縁部に３つの蓄電素子２３，２４，２５の正極のリード端子２７Ａにそれぞれ接続される接続部３６Ａ，３６Ｂ，３６Ｃが形成されている。

他の蓄電ユニット２２Ｂ，２２Ｃ，２２Ｄ，２２Ｅ，２２Ｆにおいても、第１導電部材３３の曲げ部３４の先には３つの蓄電素子２３，２４，２５の正極リード端子２７Ａとそれぞれ接続される接続部３６Ａ，３６Ｂ，３６Ｃが形成されている。

蓄電ユニット２２の第１導電部材３３の上面のうち、蓄電素子２３，２４，２５の並び方向に沿って延びる所定の範囲（第２導電部材３８が下に重なる領域）には、他の部材から第１導電部材３３を絶縁するための図示しない絶縁シート（絶縁部材）が貼り付けられている。

最下層の蓄電ユニット２２Ａの第２導電部材３８Ａは、図３および図４に示すように、第２端子部３１と、第２端子部３１と一体に形成された第２導電部材本体４０とを有し、第２導電部材本体４０は、第２端子部３１と各蓄電素子２３，２４，２５の各負極の端子２７Ｂとを並列に接続するように分岐された複数（３つ）の第２分岐路を有する。

第２導電部材本体４０は、第２端子部３１から蓄電素子２３，２４，２５の並び方向に沿って左右に延びる部分を有し、その延出方向の一方の側縁部に蓄電素子２３，２４，２５の負極の端子２７Ｂに接続される接続部４１Ａ，４１Ｂ，４１Ｃが形成されている。また第２導電部材本体４０は、その経路上で段差状に曲げ加工された曲げ部３９によりわずかに高さが変えられている。

他の蓄電ユニット２２Ｂ，２２Ｃ，２２Ｄ，２２Ｅ，２２Ｆにおいても、３つの蓄電素子２３，２４，２５の負極リード端子２７Ｂとそれぞれ接続される接続部４１Ａ，４１Ｂ，４１Ｃが形成されている。第２導電部材３８の上面のうち、蓄電素子２３，２４，２５の並び方向に沿って延びる所定の範囲（第１導電部材３３が上に重なる領域）には、第１導電部材３３との間を絶縁するための図示しない絶縁シート（絶縁部材）が貼り付けられている。

なお、端部保持部材４９Ａ，４９Ｂには、それぞれ、上方に積層される蓄電ユニット２２Ａ〜２２Ｆを保持する保持爪３７が形成されている。第１導電部材３３および第２導電部材３８は、後述する中央保持部材４４と端部保持部材４９Ａ，４９Ｂとに亘って保持されている。

（保持部材４３）
保持部材４３は、合成樹脂製であって、図３に示すように、伝熱部材５２の上に配される中央保持部材４４と、伝熱部材５２の左右（前後）にそれぞれ配される端部保持部材４９Ａ，４９Ｂとを備える。

中央保持部材４４は、各蓄電素子２３，２４，２５を内側に嵌め入れて保持するために矩形に区画された区画部４６と、導電部材を保持する導電部材保持部４５と、を備えている。

各区画部４６には、蓄電素子２３，２４，２５を左右に並べて嵌め入れることが可能である。区画部４６と導電部材保持部４５との間には、蓄電素子２３，２４，２５のリード端子２７Ａ，２７Ｂが配されるとともに、この上にはリード端子２７Ａ，２７Ｂを覆うように長尺状の端子カバー５１が被せられている。

中央保持部材４４は、その左右に端部保持部材４９Ａ，４９Ｂに重ねられる固定部４７が突出しており、固定部４７が中央保持部材４４の上面に突出する被固定突部５０に嵌められて中央保持部材４４と端部保持部材４９Ａ，４９Ｂとが固定される。

端部保持部材４９Ａ，４９Ｂは、伝熱部材５２の板面に沿って伝熱部材５２の左右に延びており、その上面に第１導電部材３３及び第２導電部材３８を嵌め入れて保持する。

（伝熱部材５２）
伝熱部材５２は、中央保持部材４４及び端部保持部材４９Ａ，４９Ｂの大きさに応じた大きさの板状の部材であって、例えば、アルミニウムやアルミニウム合金等の金属製の熱伝導性材料からなる。

伝熱部材５２の長手方向における一対の側縁には、図８に示すように、上方に起立する起立壁５３が複数（４つ）間隔をあけて形成されている。この起立壁５３は、積層体２１をケース１１に収容したときにケース１１の内壁面に接触するように配置されて、蓄電素子２３，２４，２５から発生する熱をケース１１に伝導する機能を有する。蓄電素子２３，２４，２５から発生した熱は起立壁５３を介してケース１１に伝わり、ケース１１の外に放熱されるようになっている。

伝熱部材５２の短手方向における一対の側縁には端部保持部材を取り付けるための取付片５４が２つずつ突出形成されている。各取付片５４には端部保持部材４９Ａ，４９Ｂを取り付ける取付孔５４Ａが形成されている。

伝熱部材５２は、図６および図７に示すように中央の領域５２Ｂが、手前側の側縁領域５２Ａおよび奥側の側縁領域５２Ｃよりも高く形成されている。伝熱部材５２の図６における上面には、詳細は図示しないが、絶縁加工によりその表面に絶縁層が形成されている。絶縁層はアルマイト加工や絶縁樹脂を塗装することにより形成することができる。

伝熱部材５２の、図８における手前側の側縁領域５２Ａは、第１導電部材３３および第２導電部材３８を保持する導電部材保持部４５が配される領域であり、中央保持部材４４を固定する保持部材固定孔５５が両端部に設けられている。

伝熱部材５２の図８における手前側の側縁領域５２Ａには、蓄電素子２３，２４，２５のリード端子２７Ａ，２７Ｂが配されるようになっており、蓄電素子２３，２４，２５の正極リード端子２７Ａと第１導電部材３３の接続部３６Ａ，３６Ｂ，３６Ｃとを溶接するための窓部５６と、蓄電素子２３，２４，２５の負極リード端子２７Ｂと第２導電部材４０の接続部４１Ａ，４１Ｂ，４１Ｃとを溶接するための窓部５６とが設けられている。伝熱部材５２の図８における手前側の側縁領域５２Ａを端子接続領域５２Ａとする。

伝熱部材５２の中央の領域５２Ｂには、中央保持部材４４の取付片４４Ａを係止する保持部材取付孔５７が形成されている（図６および図７参照）。伝熱部材５２の中央の領域５２Ｂに取り付けられた中央保持部材４４の区画部４６には、３つの蓄電素子２３，２４，２５が、その扁平面を伝熱部材５２に接触するように載置された状態で保持されている。

さて、本実施形態において、伝熱部材５２の中央の領域５２Ｂは、段差５８，５９を経て、端子接続領域５２Ａおよび図８における奥側の側縁領域５２Ｃよりも高く形成されている。伝熱部材５２の中央の領域５２Ｂと端子接続領域５２Ａとの間の段差５９部分に沿って、ラミネートフィルム２８のリード端子２７Ａ，２７Ｂが導出される端縁２８Ａが配されるようになっている。伝熱部材５２の中央の領域５２Ｂと端子接続領域５２Ａとの間の段差５９は容器２６（ラミネートフィルム２８）のリード端子２７Ａ，２７Ｂが導出される端縁２８Ａから離れる方向に後退した構成である。

伝熱部材５２の端子接続領域５２Ａと中央の領域５２Ｂとの間の段差５９は、蓄電素子２３，２４，２５の容器２６のリード端子２７Ａ，２７Ｂが導出される端縁２８Ａから離れる方向に折り曲げることにより形成された折り曲げ部５９Ａからなる。折り曲げ部５９Ａはリード端子２７Ａ，２７Ｂの導出される容器２６の端縁２８Ａにおいて露出する金属箔と伝熱部材５２との接触に起因する短絡を防止する絶縁部である。

ラミネート型の蓄電素子２３，２４，２５においては、容器２６（ラミネートフィルム２８）の端縁２８Ａから、ラミネートフィルム２８の内側に配されている金属箔が露出することがあるが、伝熱部材５２に形成された段差５９により、容器２６（ラミネートフィルム２８）の端縁２８Ａが伝熱部材５２と接触しないようになっている。これにより、ラミネートフィルム２８の端縁２８Ａから金属箔が露出していたとしても、金属箔と伝熱部材５２との接触に起因する短絡を防止することができる。

（作用および効果）
本実施形態によれば、以下の作用及び効果を奏する。
本実施形態によれば、伝熱部材５２には、容器２６のリード端子２７Ａ，２７Ｂが導出される端縁２８Ａに沿って絶縁部（段差５９）が設けられているので、容器２６のリード端子２７Ａ，２７Ｂが導出される端縁２８Ａから金属箔が露出していたとしても、金属箔と導電性の部材との接触を防止することができ、これにより短絡を防止することができる。

特に本実施形態によれば、絶縁部は容器２６のリード端子２７Ａ，２７Ｂが導出される端縁２８Ａから離れる方向に後退した段差５９から構成されているから、伝熱部材５２に段差５９を形成することにより絶縁部を設けることができるので、別途絶縁材料からなる絶縁部を設けるよりも簡易な構造とすることができる。

さらに本実施形態によれば、段差５９は伝熱部材５２を容器２６のリード端子２７Ａ，２７Ｂが導出される端縁２８Ａから離れる方向に折り曲げて形成された折り曲げ部５９Ａからなる構成であるから、段差５９を形成するのに伝熱部材５２に折り曲げ加工を施すだけでよいので、加工が容易である。

加えて本実施形態によれば、伝熱部材５２のうち、少なくとも絶縁部の表面には、絶縁層が形成されているから、短絡防止効果を確実なものとすることができる。

＜他の実施形態＞
本発明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本発明の技術的範囲に含まれる。
（１）上記実施形態では、容器２６のリード端子２７Ａ，２７Ｂが導出される端縁２８Ａから離れる方向に後退した段差５９から構成される絶縁部を示したが、段差以外の構成であってもよい。
（２）上記実施形態においては絶縁部を構成する段差５９として、伝熱部材５２を容器２６のリード端子２７Ａ，２７Ｂが導出される端縁２８Ａから離れる方向に折り曲げて形成された折り曲げ部５９Ａからなるものを示したが、厚みを変えること等により段差を形成してもよい。
（３）上記実施形態では、絶縁処理により表面に絶縁層が形成された伝熱部材５２を示したが、絶縁層が形成されていないものや絶縁部の表面のみに、絶縁層が形成されている伝熱部材であってもよい。
（４）上記実施形態では、蓄電素子２３，２４，２５が電池である例を示したが、蓄電素子はコンデンサなどであってもよい。
（５）上記実施形態では、ＩＳＧ用の蓄電モジュール１０としたが、他の用途の蓄電モジュールに用いてもよい。

１０…蓄電モジュール
２１…積層体
２３，２４，２５…蓄電素子
２６…容器
２７Ａ…（正極）リード端子
２７Ｂ…（負極）リード端子
２８…ラミネートフィルム
２８Ａ…リード端子が導出される端縁
５２…伝熱部材
５２Ａ…端子接続領域（手前側の側縁領域）
５２Ｂ…中央の領域
５８…段差
５９…段差（絶縁部）
５９Ａ…折り曲げ部

Claims (2)

1. 蓄電要素を収容する容器、および前記蓄電要素に接続されるとともに前記容器の端縁から導出されるリード端子を有する蓄電素子と、
   前記蓄電素子を載置するとともに前記蓄電素子から発生する熱を外部に伝導する金属製の伝熱部材と、を備える蓄電モジュールであって、
   前記容器は、金属箔に樹脂層を積層したラミネートフィルムの端縁を重ねて、その間に前記リード端子を挟んだ状態で接合してなり、
   前記伝熱部材には、前記容器の前記リード端子が導出される端縁に沿って絶縁部が設けられており、
   前記絶縁部は前記容器の前記リード端子が導出される端縁から離れる方向に後退した段差から構成され、
   前記段差は前記伝熱部材を前記容器の前記リード端子が導出される端縁から離れる方向に折り曲げて形成された折り曲げ部からなる蓄電モジュール。
2. 前記伝熱部材のうち、少なくとも前記絶縁部の表面には、絶縁層が形成されている請求項１に記載の蓄電モジュール。

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