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公開番号2021150131
公報種別公開特許公報(A)
公開日20210927
出願番号2020047948
出願日20200318
発明の名称蓄電装置
出願人株式会社豊田自動織機
代理人個人,個人
主分類H01M 50/50 20210101AFI20210830BHJP(基本的電気素子)
要約【課題】蓄電ユニットとシャント抵抗器との組み付け性を向上できる蓄電装置を提供すること。
【解決手段】蓄電装置10において、蓄電ユニット11の第1側面11cから延出方向Xに沿って負極接続タブ16が突出するとともに、シャント抵抗器81の一方の電極端子83が負極接続タブ16と電気的に接続されている。また、蓄電装置10において、回路基板は、基板主面が延出方向Xに交差する状態に蓄電ユニット11の第1側面11cに隣接する。負極接続タブ16は、積層方向の両面に平面状のタブ面16aを有するとともに、一対の電極端子83は、厚さ方向の両面に平面状の主面83cを有する。蓄電装置10において、負極接続タブ16の一方のタブ面16aと、一方の電極端子83の一方の主面83cとが沿う状態に接触して接続されている。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項1】
積層された複数のバイポーラ電極を有する蓄電モジュールと、
前記蓄電モジュールにおける前記バイポーラ電極の積層方向に集電体本体が積層されるとともに、前記集電体本体の積層方向に交差する延出方向へ前記集電体本体から突出する接続タブを有する集電体と、を含む蓄電ユニットを有するとともに、
抵抗体と、当該抵抗体を挟む一対の電極端子を並設方向に並べて有し、前記延出方向において前記蓄電ユニットに隣接するシャント抵抗器と、
前記一対の前記電極端子の電圧を計測する計測部が配置される回路基板と、
を有し、前記蓄電ユニットの面のうち、前記積層方向の両端面に交差する側面から前記延出方向に沿って前記接続タブが突出するとともに、一対の前記電極端子のうちの一方が前記接続タブと電気的に接続され、かつ前記回路基板の基板主面が前記延出方向に交差する状態に前記蓄電ユニットに隣接する蓄電装置であって、
前記接続タブは、前記積層方向の両面に平面状のタブ面を有するとともに、
前記一対の電極端子は、厚さ方向の両面に平面状の主面を有し、
前記接続タブの一方の前記タブ面と、一方の前記電極端子の一方の前記主面とが沿う状態に面接触して接続されていることを特徴とする蓄電装置。
続きを表示(約 270 文字)【請求項2】
前記シャント抵抗器と前記回路基板とは接続部材を介して電気的に接続され、前記接続部材は、前記シャント抵抗器に固定される平板状の抵抗側接続部と、前記回路基板に固定される平板状の基板側接続部とを有するとともに、前記抵抗側接続部と前記基板側接続部とは交差し、前記並設方向の一端側から前記シャント抵抗器及び前記回路基板を見た側面視では前記接続部材はL形状である請求項1に記載の蓄電装置。
【請求項3】
前記基板側接続部は、前記抵抗側接続部から突出する方向に並ぶ複数の固定位置調整部を有する請求項2に記載の蓄電装置。

発明の詳細な説明【技術分野】
【0001】
本発明は、複数のバイポーラ電極を有する蓄電モジュールと、接続タブを有する集電体と、を含む蓄電ユニットを有するとともに、接続タブと電気的に接続されるシャント抵抗器と、回路基板と、を有する蓄電装置に関する。
続きを表示(約 7,200 文字)【背景技術】
【0002】
従来、複数のバイポーラ電極を積層して形成された蓄電装置について各種提案されている。例えば、特許文献1の蓄電パックは、積層された複数のバイポーラ電極を有する蓄電ユニットと、正極集電板と、負極集電板と、正極端子と、負極端子と、を有する。蓄電ユニットは略直方体状である。蓄電ユニットは、複数の蓄電モジュールと複数の冷却板とを積層して構成されている。正極集電板は、蓄電ユニットの下端面に配置されている。正極端子は正極集電板に接続されている。負極集電板は蓄電ユニットの上端面に配置されている。負極端子は負極集電板に接続されている。
【0003】
正極端子は、蓄電ユニットの側面のうちの一つの短側面に面する正極集電板の辺部に接続されている。正極端子は、正極集電板の辺部から上方に延びるとともに、負極集電板の近傍において、蓄電ユニットの短側面から離れるように曲げられている。蓄電ユニットを上端面から見た平面視では、正極端子の先端部は矩形状である。
【0004】
負極端子は、蓄電ユニットの側面のうちの一つの短側面に面する負極集電板の辺部に接続されている。負極端子が接続された短側面は、正極端子が接続された短側面と同じである。負極端子は、蓄電ユニットの短側面から離れるように、負極集電体の辺部から突出している。蓄電ユニットを上端面から見た平面視では、負極端子の先端部は矩形状である。
【0005】
また、蓄電装置と、蓄電装置を電力源として駆動する負荷と、を備えた装置では、過電流が生じているか否かの判定や、蓄電装置の充電率を推定することを目的として蓄電装置の電流が計測されている。電流計測装置としては、シャント抵抗器と、シャント抵抗器の抵抗体を挟む一対の電極端子の電圧を計測する計測部を備える回路基板と、を有するものがある。例えば、特許文献2の電池制御装置は、シャント抵抗器と、計測部としての電流検出部を備える、回路基板としての電池制御基板とを有し、シャント抵抗器の一部は、電池制御基板上に配置されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0006】
特開2019−197670号公報
特許第6430218号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0007】
バイポーラ電極を複数有する蓄電ユニットにおいて、特許文献2のような電流計測装置を組み付けて、蓄電ユニットに流れる電流を計測することを発明者は考えた。この場合、シャント抵抗器の一方の電極端子と、蓄電ユニットの例えば負極端子とを電気的に接続させるが、回路基板は、当該回路基板の基板主面が蓄電ユニットの短側面に沿うように配置される。このため、シャント抵抗器の一方の電極端子の主面は、負極端子の主面に直交するように配置される。したがって、一方の電極端子と負極端子との間での電気的な抵抗を抑えつつ電気的に接続するには、電極端子の主面と負極端子の主面とに面接触する部分を有する導電用の別部材が必要となり、蓄電ユニットとシャント抵抗器との組み付け性が良くないという問題があった。
【0008】
本発明の目的は、蓄電ユニットとシャント抵抗器との組み付け性を向上できる蓄電装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0009】
上記問題点を解決するための蓄電装置は、積層された複数のバイポーラ電極を有する蓄電モジュールと、前記蓄電モジュールにおける前記バイポーラ電極の積層方向に集電体本体が積層されるとともに、前記集電体本体の積層方向に交差する延出方向へ前記集電体本体から突出する接続タブを有する集電体と、を含む蓄電ユニットを有するとともに、抵抗体と、当該抵抗体を挟む一対の電極端子を並設方向に並べて有し、前記延出方向において前記蓄電ユニットに隣接するシャント抵抗器と、前記一対の前記電極端子の電圧を計測する計測部が配置される回路基板と、を有し、前記蓄電ユニットの面のうち、前記積層方向の両端面に交差する側面から前記延出方向に沿って前記接続タブが突出するとともに、一対の前記電極端子のうちの一方が前記接続タブと電気的に接続され、かつ前記回路基板の基板主面が前記延出方向に交差する状態に前記蓄電ユニットに隣接する蓄電装置であって、前記接続タブは、前記積層方向の両面に平面状のタブ面を有するとともに、前記一対の電極端子は、厚さ方向の両面に平面状の主面を有し、前記接続タブの一方の前記タブ面と、一方の前記電極端子の一方の前記主面とが沿う状態に面接触して接続されていることを要旨とする。
【0010】
これによれば、蓄電ユニットとシャント抵抗器が、延出方向に隣接し、かつ回路基板の基板主面が延出方向に交差する構成では、回路基板が延出方向に沿って蓄電ユニットから延出することはなく、蓄電装置の大型化はない。このような蓄電装置において、接続タブと電極端子とを、タブ面と主面が互いに面接触する状態に配置し、接続タブと電極端子との間の電気的な抵抗を低く抑えた状態で電気的に接続できる。例えば、電極端子の主面に、接続タブの主面が直交する構成では、接続タブと電極端子との間の電気的な抵抗を低くするために、タブ面と主面の両方に面接触する部分を備える別部材が必要になる。しかし、タブ面と主面が互いに面接触する状態に配置することで、別部材を必要とせずにタブ面と主面とを電気的に接続でき、別部材を用いる場合と比べると電極端子と接続タブとの組み付け性を向上でき、蓄電ユニットとシャント抵抗器の組み付け性を向上できる。
【0011】
蓄電装置について、前記シャント抵抗器と前記回路基板とは接続部材を介して電気的に接続され、前記接続部材は、前記シャント抵抗器に固定される平板状の抵抗側接続部と、前記回路基板に固定される平板状の基板側接続部とを有するとともに、前記抵抗側接続部と前記基板側接続部とは交差し、前記並設方向の一端側から前記シャント抵抗器及び前記回路基板を見た側面視では前記接続部材はL形状であってもよい。
【0012】
これによれば、電極端子の主面と接続タブのタブ面とが互いに沿う状態に面接触する状態において、接続部材によって、回路基板の基板主面を、接続タブの延出方向に交差させた状態に回路基板を配置できる。
【0013】
蓄電装置について、前記基板側接続部は、前記抵抗側接続部から突出する方向に並ぶ複数の固定位置調整部を有してもよい。
これによれば、蓄電ユニットに対し、回路基板は予め定められた取付位置に取り付けられる一方で、蓄電ユニットにおける蓄電モジュールの数が変更されると、積層方向に沿った集電体の位置が変わる。このとき、固定位置調整部によって、回路基板に対する接続部材の固定位置を調整することで、集電体の位置変更に併せてシャント抵抗器の電極端子の位置を調整できる。その結果、集電体のタブ面に対し、電極端子の主面を沿わせることが容易となる。
【発明の効果】
【0014】
本発明によれば、蓄電ユニットとシャント抵抗器との組み付け性を向上できる。
【図面の簡単な説明】
【0015】
蓄電装置を示す斜視図。
電流計測装置を示す分解斜視図。
蓄電モジュールの内部構造を示す断面図。
シャント抵抗器、回路基板、接続部材を示す部分斜視図。
電流計測装置におけるシャント抵抗器を示す部分斜視図。
電流計測装置を示す断面図。
高さ調整後の電流計測装置を示す断面図。
【発明を実施するための形態】
【0016】
以下、蓄電装置を具体化した一実施形態を図1〜図7にしたがって説明する。
蓄電装置は、例えば、フォークリフト、ハイブリッド自動車、又は電気自動車等の各種車両のバッテリとして用いられる。
【0017】
図1に示すように、蓄電装置10は、蓄電ユニット11と、拘束部材21と、電流計測装置50とを備える。蓄電ユニット11は、複数の長四角平板状の蓄電モジュール12と、複数の長四角平板状の導電板13と、複数の蓄電モジュール12に電気的に接続される長四角平板状の負極集電体14及び長四角平板状の正極集電体17と、を板厚方向に積層して構成される。蓄電ユニット11において、複数の蓄電モジュール12、導電板13、負極集電体14及び正極集電体17が積層される方向を積層方向Dとする。
【0018】
蓄電ユニット11は、略直方体状である。蓄電ユニット11の六つの側面のうち、積層方向Dの第1端面を上端面11a、積層方向Dの第2端面を下端面11bとする。蓄電ユニット11の上端面11aと下端面11bを繋ぐ四つの側面のうち、上端面11aの一方向の両端に位置する側面を第1側面11cとし、上端面11aの一方向に直交する他方向の両端に位置する側面を第2側面11dとする。
【0019】
複数の蓄電モジュール12は、互いに直列に接続される。蓄電モジュール12は、バイポーラ電池であり、積層方向Dから見て長四角形状である。蓄電モジュール12は、例えばニッケル水素二次電池及びリチウムイオン二次電池等の二次電池、又は電気二重層キャパシタである。また、積層方向Dに沿って上端面11a又は下端面11bから蓄電ユニット11を見ることを平面視と称する場合がある。
【0020】
積層方向Dにおいて互いに隣り合う二つの蓄電モジュール12の間には導電板13が配置される。積層方向Dに隣り合う二つの蓄電モジュール12同士は、導電板13を介して互いに電気的に接続される。平面視において、導電板13は、蓄電モジュール12よりも一回り小さい。このため、蓄電ユニット11の上端面11aと下端面11bを繋ぐ四つの側面は、各側面に露出する蓄電モジュール12の側面を積層方向Dに繋ぐ面によって構成されている。つまり、蓄電ユニット11の第1側面11c及び第2側面11dは、各側面に露出する蓄電モジュール12の側面を積層方向Dに繋ぐ面によって構成されている。
【0021】
負極集電体14は、蓄電ユニット11の積層方向Dの上端に配置され、蓄電ユニット11の上端面11aを構成する。負極集電体14は、蓄電モジュール12に積層される集電体本体としての、長四角平板状の負極集電体本体15と、負極集電体本体15の一つの辺部から突出する、接続タブとしての負極接続タブ16と、を有する。蓄電ユニット11の平面視において、負極集電体本体15は、蓄電モジュール12の面積よりも一回り小さい面積を有する長四角形状の金属板である。負極接続タブ16は、積層方向Dの両面に平面状のタブ面16aを有する。
【0022】
負極接続タブ16は、蓄電ユニット11の一対の第1側面11cのうちの一方の第1側面11cから突出している。つまり、負極接続タブ16は、蓄電ユニット11の面のうち、積層方向Dの両端面に交差する第1側面11cから延出方向Xに沿って突出する。負極接続タブ16は、平面視長四角形状である。負極接続タブ16は、負極集電体本体15の積層方向Dに交差する延出方向Xへ負極集電体本体15から突出する。
【0023】
正極集電体17は、蓄電ユニット11の積層方向Dの下端に配置され、蓄電ユニット11の下端面11bを構成する。正極集電体17は、蓄電モジュール12に積層される集電体本体としての、長四角平板状の正極集電体本体18と、正極集電体本体18の一つの辺部から突出する接続タブとしての、正極接続タブ19と、を有する。蓄電ユニット11の平面視において、正極集電体本体18は、蓄電モジュール12の面積よりも一回り小さい面積を有する長四角形状の金属板である。正極接続タブ19は、積層方向Dの両面に矩形状のタブ面19aを有する。
【0024】
正極接続タブ19は、蓄電ユニット11の一対の第1側面11cのうちの一方の第1側面11cから突出している。つまり、正極接続タブ19は、蓄電ユニット11の面のうち、積層方向Dの両端面に交差する第1側面11cから延出方向Xに沿って突出する。正極接続タブ19は、負極接続タブ16が突出する第1側面11cから突出する。正極接続タブ19は、平面視長四角形状である。正極接続タブ19は、正極集電体本体18の板厚方向に交差する延出方向Xに沿って正極集電体本体18から突出する。
【0025】
拘束部材21は、蓄電ユニット11に対して積層方向Dに沿った拘束荷重を付加する部材である。拘束部材21は、蓄電ユニット11を積層方向Dに挟む一対のエンドプレート22と、一対のエンドプレート22同士を締結する締結ボルト23及びナット24と、を有する。エンドプレート22は、積層方向Dから見た平面視において、蓄電モジュール12、導電板13、負極集電体14、及び正極集電体17の面積よりも一回り大きい面積を有する金属板である。エンドプレート22の内側面には、電気絶縁性を有する絶縁板25が設けられている。絶縁板25により、一方のエンドプレート22と負極集電体14との間、及び他方のエンドプレート22と正極集電体17との間が絶縁される。
【0026】
各エンドプレート22の縁部には、蓄電ユニット11よりも外側の位置に図示しない挿通孔が設けられている。締結ボルト23は、一方のエンドプレート22の挿通孔から他方のエンドプレート22の挿通孔に向かって通され、他方のエンドプレート22の挿通孔から突出した締結ボルト23の先端部分には、ナット24が螺合されている。なお、ナット24に代わり、他方のエンドプレート22に雌ねじ部が設けられ、当該雌ねじ部に締結ボルト23が螺合されていてもよい。これにより、蓄電モジュール12、導電板13、負極集電体14、及び正極集電体17が一対のエンドプレート22によって挟持されて蓄電ユニット11としてユニット化されるとともに、蓄電ユニット11に対して積層方向Dに拘束荷重が付加される。
【0027】
図3に示すように、複数の蓄電モジュール12のそれぞれは、電極積層体31と、電極積層体31を封止する封止体32と、を備える。電極積層体31は、複数のセパレータ33と、複数のバイポーラ電極34と、負極終端電極35と、正極終端電極36と、を有する。電極積層体31において、複数のセパレータ33と、複数のバイポーラ電極34と、負極終端電極35と、正極終端電極36は、それぞれシート状である。複数のセパレータ33と、複数のバイポーラ電極34と、負極終端電極35と、正極終端電極36は、それぞれ厚さ方向に積層される。複数のセパレータ33と、複数のバイポーラ電極34と、負極終端電極35と、正極終端電極36とが積層された方向を、電極積層体31の積層方向D1とする。電極積層体31の積層方向D1は、蓄電モジュール12におけるバイポーラ電極34の積層方向であり、蓄電モジュール12、導電板13、負極集電体14及び正極集電体17の積層方向Dと一致する。
【0028】
負極終端電極35、複数のバイポーラ電極34、及び正極終端電極36は、その順で上から下へ積層方向D1に沿って積層される。積層方向D1において互いに隣り合う二つのバイポーラ電極34の間、積層方向D1において互いに隣り合う負極終端電極35とバイポーラ電極34との間、及び、積層方向D1において互いに隣り合う正極終端電極36とバイポーラ電極34との間のそれぞれには、セパレータ33が配置される。複数のバイポーラ電極34のそれぞれは、電極板34aと、正極34bと、負極34cと、を含む。電極板34aは、リチウムイオン二次電池の放電又は充電の間、バイポーラ電極34に電流を流し続けるための化学的に不活性な電子伝導体であり、例えば銅、ニッケル、アルミニウム、ステンレスの金属又は合金からなる板材からなり、矩形状を呈している。
【0029】
正極34bは、電極板34aの一面に設けられる。負極34cは、電極板34aの他面に設けられる。本実施形態では、平面視において、電極板34aの他面における負極34cの形成領域は、電極板34aの一面における正極34bの形成領域よりも一回り大きい。なお、バイポーラ電極34は、一面に正極34bが設けられた電極板と、一面に負極34cが設けられた電極板と、をそれぞれ正極34b及び負極34cが設けられていない面同士を重ね合わせることで形成された電極板34aによって構成されてもよい。
【0030】
電極積層体31において、一つのバイポーラ電極34の正極34bは、セパレータ33を挟んで積層方向D1に隣り合う他のバイポーラ電極34の負極34cと向かい合っている。電極積層体31において、一つのバイポーラ電極34の負極34cは、セパレータ33を挟んで積層方向D1に隣り合う他のバイポーラ電極34の正極34bと向かい合っている。
(【0031】以降は省略されています)

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