JP6149729B2

JP6149729B2 - 蓄電モジュール

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Publication number: JP6149729B2
Application number: JP2013549328A
Authority: JP
Inventors: 良樹濱; 明紀関; 孝之土屋; 秀秋上原; 貴弘松浦; 忠鹿間
Original assignee: Hitachi Chemical Co Ltd; Showa Denko Materials Co Ltd; Resonac Corp
Current assignee: Resonac Corp
Priority date: 2011-12-14
Filing date: 2012-12-14
Publication date: 2017-06-21
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Description

本発明は、蓄電モジュールに関するものである。

特開２０１０−２３９８２９号公報には、複数の電気二重層キャパシタからなるキャパシタ・ユニットと、キャパシタ・ユニットを収納する剛性を有する箱形のケースとを備えたキャパシタ・モジュール（蓄電モジュール）の一例が示されている。複数のキャパシタの電圧調整回路を含む制御回路は、ケースの内部に配置されている。

特開２０１０−２３９８２９号公報

従来の蓄電モジュールでは、制御基板を含めて、リチウムイオンキャパシタ等の容量の大きな蓄電素子をケースの内部に収納して、しかもケースの形状を小さくすることが求められている。また製造が容易な蓄電モジュールも求められている。

本発明の目的は、ケース内に制御基板と蓄電素子を収納して、しかも製造が容易な蓄電モジュールを提供することにある。

本発明が改良の対象とする蓄電モジュールは、リチウムイオンキャパシタ等の複数の蓄電素子と正極端子及び負極端子を備えた蓄電素子アセンブリと、蓄電素子アセンブリを収納する剛性を有する箱形のケースと、蓄電素子アセンブリの制御回路を備えた制御基板と、ケースに固定された正極出力端子及び負極出力端子とを備えている。例えば、ケースは、底壁部と、底壁部と対向する上壁部と、底壁部と上壁部との間に位置する４つの側壁部とから構成することができる。なお、本発明においては、上下左右の方向を特定せずに、ケースは、第１の壁部と、第１の壁部と対向する第２の壁部と、第１の壁部と第２の壁部との間に位置する第３乃至第６の壁部とから構成されている、と捉えることも可能である。

蓄電素子アセンブリとケースとの間には、正極端子と正極出力端子とを電気的に接続する正極接続ケーブルと、負極端子と負極出力端子とを電気的に接続する負極接続ケーブルと、制御基板とが配置される空間を形成する。

本発明では、蓄電素子アセンブリを、複数の蓄電素子が電気絶縁材料から構成された一対の蓄電素子ホルダの間に挟持されて構成された複数の蓄電素子ユニットから構成する。そして制御基板を保持する基板ホルダを、蓄電素子ユニットに含まれる１以上の蓄電素子ホルダに固定する。基板ホルダは、制御基板を蓄電素子アセンブリから離した状態で保持する構造を有する。このような基板ホルダを採用すると、ケース内に収納する前に、モジュールの構造物を組み立てることができる。そしてその構造物をケース内に収納することにより、蓄電モジュールを簡単に製造することができる。その上、ケース内に配置する制御基板を、基板ホルダを介して蓄電素子アセンブリの蓄電素子ホルダに対して確実に位置決め固定することができる。また制御基板と蓄電素子との間の電気絶縁距離を常に一定に維持して短絡の発生を防止することができる。

なお基板ホルダは基板固定部と該基板固定部の両側に配置されて互いに離れる方向に延びる一対のアーム部とを備えた構造とすることができる。なお２つの蓄電素子ユニットがそれぞれの蓄電素子ホルダを接触させた状態でケースの上壁部と対向するように蓄電素子アセンブリが構成されている場合には、基板ホルダの一対のアーム部の一方のアーム部を、２つの蓄電素子ユニットの接触した２つの蓄電素子ホルダにそれぞれ固定し、他方のアーム部を２つの蓄電素子ユニットの残りの接触した２つの蓄電素子ホルダにそれぞれ固定すればよい。このようにすると外部から振動が加わった場合でも、制御基板と蓄電素子との間の距離を一定に保つことができて、安全性を高めることができる。

そして正極接続ケーブルと負極接続ケーブルとが、ケースの上壁部が延びる方向に間隔をあけて配置され且つ前述の空間中に制御基板が位置するように、正極端子及び負極端子並びに正極出力端子及び負極出力端子の配置位置と、複数のキャパシタの相互間を接続する電気的接続構造とを定めてもよい。このような構成を採用すると、蓄電素子アセンブリの上に正極接続ケーブルと負極接続ケーブルと制御基板とを横並びで配置することができるので、制御基板をケース内に配置しても、ケースの寸法を小さくすることができる。また蓄電素子アセンブリの上に正極接続ケーブルと負極接続ケーブルと制御基板とを配置する構成にすると、ケース内での接続作業が容易になり、製造が容易な蓄電モジュールを提供することができる。

蓄電素子ユニットを用いる場合、電気的接続構造は、ホルダと複数のキャパシタとの間に配置されたバスバが蓄電素子に接続されて構成されているのが好ましい。バスバを用いて電気的接続構造を構成すると、限られたスペースの中で、電気的接続を実現できる。

ケースの構造は任意であるが、上壁部は、制御基板と対向する第１の壁部分と、該第１の壁部分と連続して該第１の壁部分と直交し且つ蓄電素子アセンブリに向かって延びる第２の壁部分と、該第２の壁部分と連続し第１の壁部分から離れる方向に延びる第３の壁部分とを有していてもよい。蓄電モジュールの上下左右の方向を特定しない場合には、第２の壁部は、制御基板と対向する第１の壁部分と、該第１の壁部分と連続して該第１の壁部分と直交する第２の壁部分と、該第２の壁部分と連続し前記第１の壁部分から離れる方向に延びる第３の壁部分とを有していてもよい。これらの場合において、第２の壁部分に正極出力端子及び負極出力端子を固定してもよい。このようにすると、正極出力端子及び負極出力端子を限られた空間の中に配置することができるので、ユニットの設置スペースを小さいものとすることができる。また、第２の壁部分には、制御基板に設けられたリード線接続部へリード線を導入することを許容する窓部を形成することもできる。

また側壁部を貫通するネジ部材の雄ネジ部を、蓄電素子ユニットのホルダに設けた雌ネジ部に螺合させることにより、蓄電素子アセンブリをケースに対して固定するようにしてもよい。このような固定構造を採用すると、蓄電素子アセンブリをケース内に挿入した後に、接着剤を用いることなく、蓄電素子アセンブリの固定を実現できる。

蓄電素子ユニットからは、一対の蓄電素子ホルダ間に形成される隙間を通して、複数本の制御用ケーブルが引き出されている。複数本の制御用ケーブルには、電圧測定用のケーブル、温度測定用のケーブル等が含まれる。

特に本発明においては、蓄電素子アセンブリとケースとの間に、正極端子と正極出力端子とを電気的に接続する正極接続ケーブルと、負極端子と負極出力端子とを電気的に接続する負極接続ケーブルと、制御回路に複数本の制御用ケーブルが電気的に接続された制御基板とが一緒に配置される空間が形成をする。そして蓄電素子アセンブリの正極端子及び負極端子を、この空間内に位置させるように、複数の蓄電素子ユニットのそれぞれの蓄電素子ホルダと複数の蓄電素子との間に配置した複数のバスバの形状と接続関係が定められている。

本発明のように制御用ケーブルを引き回して、しかも各蓄電素子ユニットにおけるバスバの形状と接続関係を定めると、制御基板等を配置するための空間を形成するために利用されないケースの壁部と蓄電素子アセンブリとの間に、ケーブルが引き回されることがない。そのため、発明によれば、ケース内にジャストフィットで蓄電素子アセンブリを収納することができ、蓄電モジュールの小型化を図ることができる。

なおケースの底壁部上に蓄電素子アセンブリを設置し、蓄電素子アセンブリと上壁部との間に前記空間を形成する場合には、複数の蓄電素子ユニットから引き出された複数本の制御用ケーブルは、全て蓄電素子アセンブリと底壁部及び側壁部との間を通すことなく前記空間内に引き回すことができる。その結果、簡単に且つスムーズに、蓄電素子アセンブリをケース内に挿入することができる。

この場合、蓄電素子アセンブリのケースの底壁部と対向する底面部及びケースの側壁部と対向する４つの側面部のうち少なくとも底面部と連続する部分が、摩擦低減用包囲材によって覆うのが好ましい。なお摩擦低減用包囲材は、上壁部を開放した状態のケース内に蓄電素子アセンブリを挿入する際の摩擦抵抗を低減できる材料により形成されている。このような摩擦低減用包囲材で蓄電素子アセンブリの一部を覆うと、ケース内への蓄電素子アセンブリの挿入がスムーズになる。したがって蓄電モジュールの組み立てが容易になる。

摩擦低減用包囲材は、１枚のシート材料を折り曲げて形成することができる。このような摩擦低減用包囲材を用いると、特注で成形した摩擦低減用包囲材を用いる必要がないので、安価に摩擦低減用包囲材を構成することができ、蓄電モジュールの製造コストを低減できる。

側壁部を貫通するネジ部材の雄ネジ部が、蓄電素子ユニットの蓄電素子ホルダに設けた雌ネジ部に螺合されて、蓄電素子アセンブリがケースに対して固定された構造を採用する場合、摩擦低減用包囲材は、４つの側壁面のうち雌ネジ部よりも底面側に位置する部分を覆うようにする。このようにすると摩擦低減用包囲材が、ネジ部材による固定作業の邪魔になることがない。

蓄電素子は、キャパシタ及び電池のいずれでもよい。また、蓄電素子は、正極板と負極板とがセパレータを介して積層されてなる極板群を捲回して円筒型の容器に封入して得られる円筒型蓄電素子であっても、複数枚の極板をセパレータを介して積層した積層型の極板群を容器に封入して得られる積層型蓄電素子であってもよい。

本発明をリチウムイオン・キャパシタモジュールに適用した第１の実施の形態の蓄電モジュールの斜視図である。蓄電モジュールのケース上壁部を除いた状態の内部構造の主要部分を示す平面図である。ケースの第１の上壁部分及び側壁部を除いた状態における蓄電モジュールの内部構造の主要部分を示す蓄電モジュールの正面図である。ケースの側壁部を除いた状態における蓄電モジュールの内部構造の主要部分を示す蓄電モジュールの側面図である。蓄電素子ユニットの分解組立斜視図である。蓄電素子ユニットの分解組立斜視図である。第２の実施の形態の蓄電モジュールのケースの側壁部を除いた状態における内部構造の主要部分を示す図である。第２の実施の形態の側壁部を除いた状態における蓄電モジュールの内部構造の主要部分を示す図である。第２の実施の形態の蓄電モジュールのケースの上壁部の一部を除いた状態の内部構造の主要部分を示す図である。（Ａ）乃至（Ｃ）は、２つの蓄電素子ユニット内のセル群を直列に接続するバスバの接続状態を説明するための図である。第２の実施の形態で用いる蓄電素子アセンブリの平面図である。（Ａ）乃至（Ｃ）は、第２の実施の形態で用いる蓄電素子アセンブリを摩擦低減用包囲材で部分的に覆った例の側面図、正面図及び平面図を示している。摩擦低減用包囲材を作るためのシートの平面図である。（Ａ）は第３の実施の形態の蓄電モジュールの平面図、（Ｂ）は背面図及び（Ｃ）は、側面図である。

以下、図面を参照して、本発明の蓄電モジュールの実施の形態について説明する。図１は、本発明をリチウムイオン・キャパシタモジュールに適用した第１の実施の形態の蓄電モジュール１０１の斜視図である。ケース１０３は、表面に防蝕塗料が塗布された金属板を箱形に成形した構造を有している。具体的に、ケース１０３は、一面が開口したケース本体１０４と、ケース本体１０４の上方に配置される上壁部１０７とから構成されている。上壁部１０７は、横断面形状がＬ字方を呈する第１の上壁部分１０７Ａと、該第１の上壁部分１０７Ａよりも高さの高い位置にある平板状の第２の上壁部分１０７Ｂとを備えている。第１の上壁部分１０７Ｂには、正極出力端子１０８Ａ及び負極出力端子１０８Ｂとが実装されている。なお、本実施の形態では、第１の上壁部分１０７Ａを構成する２つの壁部分１０７Ａａ及び１０７Ａｂのうち端子１０８Ａ及び１０８Ｂが固定される壁部分１０７Ａａが第２の壁部分であり、壁部分１０７Ａｂが第３の壁部分を構成し、第２の上壁部分１０７Ｂが第１の壁部分を構成している。正極出力端子１０８Ａ及び負極出力端子１０８Ｂは、接続端子部１０８Ｃが絶縁材料からなるガード１０８Ｄによって囲まれた構造を有する市販の端子部材である。

図２は蓄電モジュール１０１のケース１０３の上壁部１０７を除いた状態の内部構造の主要部分を示す平面図であり、図３は第１の上壁部分及びケース１０３の後述する側壁部１１３Ｂを除いた状態における蓄電モジュール１０１の内部構造の主要部分を示す蓄電モジュール１０１の正面図であり、図４はケース１０３の後述する側壁部１１１Ｂを除いた状態における蓄電モジュール１０１の内部構造の主要部分を示す蓄電モジュール１０１の側面図である。図１乃至図４に示されるように、ケース本体１０４は、底壁部１０９（第１の壁部）と、底壁部１０９と上壁部１０７（第２の壁部）との間に位置する４つの側壁部１１１Ａ（第３の壁部），１１１Ｂ（第４の壁部），１１３Ａ（第５の壁部），１１３Ｂ（第６の壁部）とから構成されている。４つの側壁部１１１Ａ，１１１Ｂ，１１３Ａ，１１３Ｂは、対向する一対の側壁部１１１Ａ，１１１Ｂと、一対の側壁部１１１Ａ，１１１Ｂが対向する方向と直交する方向に対向する一対の側壁部１１３Ａ，１１３Ｂとを含んでいる。一対の側壁部１１１Ａ，１１１Ｂは、長方形に近い輪郭形状を有しており、一対の側壁部１１３Ａ，１１３Ｂは、一つの角部に切り欠き部を備えた長方形の輪郭形状を有している。

図２乃至図４に示すように、蓄電モジュール１０１は、４本のリチウムイオンキャパシタをバスバで電気的に接続してなる蓄電素子ユニット１１５及び１１７をケース１０３内に収納している。図５には、蓄電素子ユニット１１５の分解組立斜視図が示されており、図６には蓄電素子ユニット１１７の分解組立斜視図が示されている。

図５に示した蓄電素子ユニット１１５は、セル集合体３と、第１及び第２の蓄電素子ホルダ５及び７とから構成される。セル集合体３は、一端に凸状電極９を有し且つ他端に面状電極１１を有する柱状電気化学セル（蓄電素子）の一種である柱状のリチウムイオンキャパシタ１３が４本並列配置されてなるセル群１５と、セル群１５に含まれる４本のリチウムイオンキャパシタ１３が延びる方向の両側にそれぞれ配置されて、４本のリチウムイオンキャパシタ１３の電極に溶接されるバスバ１７〜２０´とから構成される。この例では、５本のバスバ１７〜２０´により、４本のリチウムイオンキャパシタ１３が直列接続された配線パターンになるように、４本のリチウムイオンキャパシタ１３はそれぞれ向きを変えて配置されている。すなわちバスバ１７は上段左のリチウムイオンキャパシタ１３の凸状電極９が接続され、バスバ１８は上段右のリチウムイオンキャパシタ１３の面上電極が接続され、バスバ１９は左下段及び右下段のリチウムイオンキャパシタ１３の面状電極と凸状電極を接続し、バスバ２０は左上段及び下段のリチウムイオンキャパシタ１３の面状電極と凸状電極を接続し、バスバ２０´は右上段及び下段のリチウムイオンキャパシタ１３の凸状電極と面状電極を接続している。５本のバスバ１７〜２０´は、電気的接続構造の一部を構成している。

５本のバスバ１７〜２０´は、ニッケル、鉄、銅、アルミニウム等の抵抗値が低い導電性材料や銅材にスズメッキやニッケルメッキを施したものをプレス成形して形成したものである。なお４本のリチウムイオンキャパシタ１３により構成する配線パターンに応じて、使用するバスバの形状及び個数が異なるのは当然である。本実施の形態で用いるバスバ１７及び１８は、貫通孔１７Ａ及び１８Ａと端子部１７Ｂ及び１８Ｂを備えている。本実施の形態では、端子部１７Ｂが正極端子を構成する。そして端子部１８Ｂは、接続端子を構成する。

バスバ１９、２０及び２０´は、端子部は備えておらず、貫通孔１９Ａ乃至２０´Ａを備えている。貫通孔１７Ａ乃至２０´Ａは半田溜まりを形成したり、溶接の際の抵抗値を高めるために形成されている。本実施の形態では、バスバ１７〜２０´をハンダや抵抗溶接によりキャパシタ１３の電極（９，１１）に接続して、セル集合体３が事前に構成される。

第１の蓄電素子ホルダ５は、セル集合体３のリチウムイオンキャパシタ１３が延びる方向に位置する一端に嵌合されている。また第２の蓄電素子ホルダ７は、セル集合体３のリチウムイオンキャパシタ１３が延びる方向に位置する他端に嵌合されている。蓄電素子ホルダ５，７の構造を説明する。本実施の形態で使用する蓄電素子ホルダ５，７は、絶縁樹脂材料により一体に成形されており、底壁部２１と周壁部２２とを備えている。底壁部２１は、ほぼ矩形状の輪郭を有してセル集合体３の一端または他端と対向する。

底壁部２１の周縁部から立ち上がってセル集合体３側に延びる周壁部２２は、同じ長さ寸法を有し且つそれぞれ直交する第１乃至第４の側壁部２２Ａ〜２２Ｄによって構成されている。対向する第１及び第３の側壁部２２Ａ及び２２Ｃには、底壁部２１に形成した一対の底壁側開口部２１Ｅ及び２１Ｆと連通する２つの側壁側開口部２２Ｅ及び２２Ｆが形成されている。また第２の側壁部２２Ｂには、２つの側壁側開口部２２Ｇ及び２２Ｈが形成されており、第４の側壁部２２Ｄにも２つの側壁側開口部２２Ｉ及び２２Ｊが形成されている。２つの側壁側開口部２２Ｇ及び２２Ｈ並びに２つの側壁側開口部２２Ｉ及び２２Ｊは、一方向にバスバの端子部を出すことができる形状を有している。

底壁部２１には、その中心部に図１に示した支柱１６を固定するための図示しない頭部付きのネジを挿入する中心孔２３が形成されている。また底壁部２１の２つの辺には、中心孔２３に向かって凸となるように形成されて底壁部２１の厚み方向に貫通し且つ中心孔２３から離れる方向に開口する底壁側開口部２１Ｅ及び２１Ｆが形成されている。

また底壁部２１には、それぞれ電圧検出用リード線を通すことが可能な直径を有する貫通孔２４が４個形成されている。４個の貫通孔２４は、それぞれ中心孔２３の回りに９０°ずつ角度間隔を開けて形成されている。更に底壁部２１には、底壁部２１の４つの角部に対して想定される２本の対角線上にそれぞれ位置するように４つの貫通孔２５が形成されている。また底壁部２１には、前述の第２の仮想面Ｓ２が通る位置に、２つの雌螺子孔２６が形成されている。この雌螺子孔２６には、図１及び図２に示す螺子部材１１９が、ケース本体１０４を貫通して螺合される。その結果、蓄電素子アセンブリ１１８がケース１０３内に固定される。

第１乃至第４の側壁部２２Ａ〜２２Ｄと底壁部２１とによって囲まれる空間ＳＰは、すべての側壁側開口部２２Ｅ〜２２Ｊと連通し複数のバスバを受け入れる連続した空間である。具体的には、端部嵌合用凹部２８Ａ〜２８Ｄがすべて連通して連続した環状の空間ＳＰが形成されている。

なおバスバ１７は蓄電素子ホルダ５の端部嵌合用凹部２８Ｂ内に配置され、バスバ１８は蓄電素子ホルダ５の端部嵌合用凹部２８Ａ内に配置される。そしてバスバ１７の端子部１７Ｂは、側壁側開口部２２Ｈから外部に延び出ており、バスバ１８の端子部１８Ｂは、側壁側開口部２２Ｅから外部に延び出ている。バスバ１９は蓄電素子ホルダ５の連通する２つの端部嵌合用凹部２８Ｃ及び２８Ｄ内に配置され、バスバ２０はホルダ７の連通する２つの端部嵌合用凹部２８Ｂ及び２８Ｃ内に配置され、バスバ２０´はホルダ７の連通する２つの端部嵌合用凹部２８Ａ及び２８Ｄ内に配置される。

図６は蓄電素子ユニット１１７の構成を説明するために用いる斜視図を示している。この蓄電素子ユニット１１７は、図５の蓄電素子ユニット１１５と比べて、バスバ１７´の形状及び取り付け位置と、バスバ１８´の取り付け位置とが異なる。すなわち本実施の形態では、バスバ１７´が第１の蓄電素子ホルダ５の端子部１７´Ｂを露出するように側壁側開口部２２Ｆから出ている。またバスバ１８´が、端子部１８´Ｂを露出するように側壁側開口部２２Ｇから出すように配置されている。本実施の形態では、端子部１８´Ｂが負極端子を構成しており、端子部１７´Ｂが接続端子を構成している。その他の点は、図１の蓄電モジュール１の構成と同様である。

図２乃至図４に示すように、本実施の形態では、２つの蓄電素子ユニット１１５及び１１７を組み合わせて蓄電素子アセンブリ１１８を構成しており、蓄電素子アセンブリ１１８とケース１０３の上壁部１０７との間に、正極端子１７Ｂと正極出力端子１０８Ａとを電気的に接続する正極接続ケーブル１２７と、負極端子１８´Ｂと負極出力端子１０８Ｂとを電気的に接続する負極接続ケーブル１２９と、制御基板１２１とが配置される空間Ｓ（図３及び図４）が形成されている。図２においては、ケース１０３の上壁部１０７を除いてあるため、正極出力端子１０８Ａ及び負極出力端子１０８Ｂは図示していない。そのため正極接続ケーブル１２７と負極接続ケーブル１２９の一方の端部は、フリーな状態で示してある。

図２乃至図６には図示していないが、蓄電素子ユニット１１５及び１１７からは、それぞれ一対の蓄電素子ホルダ５と蓄電素子ホルダ７との間に形成される複数の隙間を通して、複数本の制御用ケーブルが空間Ｓ内に引き出されている。この複数本の制御用ケーブルは、一対の電圧測定用のケーブルと一対の温度測定用のケーブルを含んでいる。一対の電圧測定用のケーブルは、蓄電素子ユニットの両端電圧を後述する制御基板１２１上の制御回路に送信するためのものである。一対の温度測定用のケーブルは、温度を測定するために、蓄電素子ユニット内の１つのキャパシタ１３上に設置された温度センサから、測定温度に比例した信号を制御回路に送信するためのものである。なお本実施の形態では、蓄電素子アセンブリ１１８の正極端子１７Ｂ及び負極端子１８´Ｂを、空間Ｓ内に位置させるように、２つの蓄電素子ユニット１１５及び１１７のそれぞれの蓄電素子ホルダ５，７と４本のキャパシタ１３との間に配置したバスバ１７〜２０´の形状と接続関係を定めている。２つの蓄電素子ユニット１１５及び１１７から引き出された図示しない複数本の制御用ケーブルは、全て蓄電素子アセンブリ１１８とケース１０３の底壁部１０９及び側壁部１１１Ａ，１１１Ｂ，１１３Ａ，１１３Ｂの間を通ることなく空間Ｓ内に引き回されている。

なお本実施の形態では、２つの蓄電素子ユニット１１５及び１１７がそれぞれの蓄電素子ホルダ５，５（７，７）を接触させた状態でケース１０３の上壁部１０７と対向するように蓄電素子アセンブリ１１８が構成されている。そして本実施の形態では、図２に示すように、正極接続ケーブル１２７と負極接続ケーブル１２９とが、ケース１０３の上壁部１０７が延びる方向に間隔をあけて配置され且つ前述の空間Ｓの中に制御基板１２１が位置するように、正極端子１７Ｂ及び負極端子１８´Ｂ並びに正極出力端子１０８Ａ及び負極出力端子１０８Ｂの配置位置と、複数のキャパシタ１３の相互間を接続する電気的接続構造を定めている。このような構成を採用すると、蓄電素子アセンブリ１１８の上に正極接続ケーブル１２７と負極接続ケーブル１２９と制御基板１２１とを横並びで配置することができるので、制御基板１２１をケース１０３内に配置しても、ケース１０３の寸法を小さくすることができる。また蓄電素子アセンブリ１１８の上に正極接続ケーブル１２７と負極接続ケーブル１２９と制御基板１２１とを配置する構成にすると、ケース１０３内での接続作業が容易になり、製造が容易な蓄電モジュールを提供することができる。

本実施の形態では、制御基板１２１（図３及び図４）を保持する基板ホルダ１２３を、２つの蓄電素子ユニット１１５及び１１７を連結する連結部材として利用している。図２においては、基板ホルダ１２３を明示するために、制御基板１２１は除いてある。制御基板１２１を保持する基板ホルダ１２３は、制御基板１２１を蓄電素子アセンブリ１１８から離した状態で保持する構造を有している。具体的には、基板ホルダ１２３は基板固定部１２３Ａと該基板固定部１２３Ａの両側に配置されて互いに離れる方向に延びる一対のアーム部１２３Ｂ及び１２３Ｃとを備えている。基板固定部１２３Ａは、図２及び図３に示すように、アーム部１２３Ｂ及び１２３Ｃと連続する平板状部分１２３Ｄと、平板状部分の幅方向両側から起立する一対のフランジ部１２３Ｅとから構成される。一対のフランジ部１２３Ｅに制御基板１２１がネジ止めされる。

また本実施の形態では、基板ホルダ１２３の一対のアーム部の一方のアーム部１２３Ｂを、２つの蓄電素子ユニット１１５及び１１７の接触した２つの蓄電素子ホルダ５，５にそれぞれネジ１２５で固定し、他方のアーム部１２３Ｃを２つの蓄電素子ユニット１１５及び１１７の残りの接触した２つの蓄電素子ホルダ７，７にそれぞれネジ１２５で固定している。このようにすると外部から振動が加わった場合でも、制御基板１２１と蓄電素子との間の距離を一定に保つことができて、安全性を高めることができる。このような基板ホルダ１２３を採用すると、ケース１０３内に収納するまえに、モジュールの構造物を組み立てることができる。その上、ケース１０３内に配置する制御基板１２１を、基板ホルダ１２３を介して蓄電素子アセンブリ１１８の蓄電素子ホルダ５及び７に対して確実に位置決め固定することができる。

図７乃至９は本発明の第２の実施の形態の蓄電モジュール２０１の内部構造を示している。図７乃至図９には、図１乃至図４に示した第１の実施の形態と同様の部分に、図１乃至図４に示した符号の数に１００の数を加えた数の符号を付して説明を省略する。図７はケース２０３の側壁部２１３Ｂを除いた状態における蓄電モジュール２０１の内部構造の主要部分を示す蓄電モジュール２０１の正面図であり、図８はケース１０３の後述する側壁部１１１Ｂを除いた状態における蓄電モジュール２０１の内部構造の主要部分を示す蓄電モジュール１０１の側面図であり、図９は蓄電モジュール２０１のケース２０３の上壁部２０７の一部を除いた状態の内部構造の主要部分を示す平面図である。第２の実施の形態の蓄電モジュール２０１は、４本のリチウムイオンキャパシタをバスバで電気的に接続してなる４個の蓄電素子ユニット２３１，２３３，２３５及び２３７をケース２０３内に収納している。図１０（Ａ）乃至（Ｃ）は、２つの蓄電素子ユニット２３１及び２３３内のセル群２３２及び２３４と両セル群２３２及び２３４を直列に接続するバスバ２４１Ａ乃至２４１Ｅ及び２４３Ａ乃至２４３Ｄの接続状態を示している。図１０から明らかなように、本実施の形態では、セル群２３２及び２３４を構成する８本のリチウムイオンキャパシタ１１３が直列に接続されている。２つの蓄電素子ユニット２３５及び２３７内のセル群も図１０に示したセル群２３２及び２３４セル群と同様に構成されている。そこで図９には、２つの蓄電素子ユニット２３５及び２３７の出力端子を構成するバスバに符号２４１´Ａ及び２４１´Ｅを付してある。蓄電素子ユニット２３１のバスバ２４１Ａの端部が正極端子を構成し、蓄電素子ユニット２３５のバスバ２４１´Ｅの端部が負極端子を構成している。蓄電素子ユニット２３１のバスバ２４１Ａの端部が、蓄電素子ユニット２３５のバスバ２４１´Ａの端部と接続ケーブル２２６を介して接続され、蓄電素子ユニット２３１のバスバ２４１Ｅの端部が、蓄電素子ユニット２３５のバスバ２４１´Ｅの端部と接続ケーブル２２８を介して接続されている。その結果、８本のリチウムイオンキャパシタが直列接続された直列回路が、２本並列に接続された回路が構成されている。

図１０及び図１１に示すように、蓄電素子ユニット２３１及び２３３からは、それぞれ一対の蓄電素子ホルダ３０５と蓄電素子ホルダ３０７との間に形成される複数の隙間を通して、複数本の制御用ケーブル２３０が制御基板２３１側に引き出されている。また蓄電素子ユニット２３５及び２３７からも、それぞれ一対の蓄電素子ホルダ３０５と蓄電素子ホルダ３０７との間に形成される複数の隙間を通して、複数本の制御用ケーブル２３０´が制御基板２３１側に引き出されている。これら複数本の制御用ケーブルは、２３０及び２３０´は、一対の電圧測定用のケーブルと一対の温度測定用のケーブルを含んでいる。一対の電圧測定用のケーブルは、直列接続された２つの蓄電素子ユニットの両端電圧を制御基板２２１上の制御回路に送信するためのものである。一対の温度測定用のケーブルは、温度を測定するために、各蓄電素子ユニット内の１つのキャパシタ１１３上に設置された温度センサから、測定温度に比例した信号を制御回路に送信するためのものである。なお本実施の形態では、蓄電素子アセンブリ２１８の端子（２４１Ａ及び２４１Ｅ並びに２４１´Ａ及び２４１´Ｅ）を、空間Ｓ内に位置させるように、４つの蓄電素子ユニット２３１乃至２３７のそれぞれのバスバ（２４１Ａ乃至２４１Ｅ及び２４１並びに２４３Ａ乃至２４３Ｄ）の形状と接続関係が定められている。４つの蓄電素子ユニット２３１乃至２３７から引き出された図示しない複数本の制御用ケーブル２３０及び２３０´は、全て蓄電素子アセンブリ２１８とケース２０３の底壁部２０９及び側壁部２１１Ａ，２１１Ｂ，２１３Ａ，２１３Ｂとの間を通ることなく空間Ｓ内に引き回されている。図１１に示すように、複数本の制御用ケーブル２３０及び２３０´は、それぞれ雄型コネクタ２５１に接続されている。雄型コネクタ２５１は、制御基板２２１に設けた雌型コネクタ２５２に接続される。

本実施の形態のように制御用ケーブル２３０及び２３０´を引き回して、しかも各蓄電素子ユニット２３１乃至２３７におけるバスバ（２４１Ａ乃至２４１Ｅ及び２４１並びに２４３Ａ乃至２４３Ｄ）の形状と接続関係を定めると、制御基板２２１等を配置するための空間Ｓを形成するために利用されないケース２０３の壁部（２０９、２１１Ａ，２１１Ｂ，２１３Ａ，２１３Ｂ）と蓄電素子アセンブリ２１８との間に、ケーブルが引き回されることがない。そのため、本実施の形態によれば、ケース内にジャストフィットで蓄電素子アセンブリ２１８を収納することができ、蓄電モジュール２０１の小型化を図ることができる。

図１２（Ａ）乃至（Ｃ）は、第２の実施の形態で用いる蓄電素子アセンブリ２１８を摩擦低減用包囲材２５５で部分的に覆った例の側面図、正面図及び平面図を示している。図１２に示されるように、蓄電素子アセンブリ２１８のケース２０３の底壁部２０９と対向する底面部２１８Ａ及びケース２０３の側壁部２１１Ａ，２１１Ｂ，２１３Ａ，２１３Ｂと対向する４つの側面部２１８Ｂ乃至２１８Ｅのうち少なくとも底面部と連続する部分が、摩擦低減用包囲材２５５によって覆われている。この例では、ケース２０３の側壁部を貫通するネジ部材２１９の雄ネジ部が、蓄電素子ユニットの蓄電素子ホルダ３０５及び３０７に設けた雌ネジ部２２０に螺合されて、蓄電素子アセンブリ２１８がケース２０３に対して固定された構造を採用する。そのため摩擦低減用包囲材２５５は、４つの側壁面のうち雌ネジ部２２０よりも底面部２１８Ａ側に位置する部分を覆うようにしている。このようにすると摩擦低減用包囲材２５５が、ネジ部材２１９による固定作業の邪魔になることがない。

摩擦低減用包囲材は、上壁部２０７を開放した状態のケース２０３内に蓄電素子アセンブリ２１８を挿入する際の摩擦抵抗を低減でき且つ耐電解液性を有する材料（例えば、ポリカーボネートなどの樹脂シート）により形成されている。摩擦低減用包囲材２５５で蓄電素子アセンブリ２１８の一部を覆うと、ケース２０３内への蓄電素子アセンブリ２１８の挿入がスムーズになる。したがって蓄電モジュールの組み立てが容易になる。

なお本実施の形態では、摩擦低減用包囲材２５５を、図１３に示す１枚のシート材料２５７を折り曲げて形成している。作業性を高めるために、シート材料２５７には、予め折れ線を印刷してある。このようにシート材料２５７を折り曲げて形成した摩擦低減用包囲材２５５を用いると、特注で成形した摩擦低減用包囲材を用いる必要がないので、安価に摩擦低減用包囲材を構成することができ、蓄電モジュールの製造コストを低減できる。また摩擦低減用包囲材２５５は、トレイとしての機能を発揮する。そのため摩擦低減用包囲材２５５は蓄電素子アセンブリ２１８から異物が落下した場合、その異物を摩擦低減用包囲材２５５の内部に留めることができる。特に、摩擦低減用包囲材２５５が耐電解液性を有していれば、仮に蓄電素子から電解液が漏れた場合でも、その液体の異物（例えば電解液）を摩擦低減用包囲材２５５の内部に留めることができる。

上記いずれの実施の形態においても、底壁部を第１の壁部とし、上壁部を第２の壁部として、底壁部と上壁部との間に位置する４つの側壁部を第３乃至第６の壁部とした。しかしながら、第１乃至第６の壁部の定め方は、上記実施の形態における定め方に限定されるものではない。そこで図１４（Ａ）乃至（Ｃ）に示した本発明の第３の実施の形態の蓄電モジュール４０１では、図１乃至図４に示した第１の実施の形態と同様の部分に、図１乃至図４に示した符号の数に３００の数を加えた数の符号を付してあるが、第１乃至第６の壁部を以下のように定めている。すなわちケース本体４０４の側壁部４０９を第１の壁部とし、側壁部４０７を第２の壁部とし、上壁部４１１Ａ及び底壁部４１１Ｂを第３及び第４の壁部とし、側壁部４１３Ａ及び４１３Ｂを第５及び第６の壁部と定めている。また横断面形状がＬ字方を呈する第１の側壁部分４０７Ａを構成する二つの壁部分４０７Ａａ及び４０７Ａｂのうち端子４０８Ａ及び４０８Ｂが固定される壁部分４０７Ａａが第２の壁部分を構成し、壁部分４０７Ａｂが第３の壁部分を構成し、第２の側壁部分４０７Ｂが第１の壁部分を構成している。

また、本実施の形態では、壁部分４０７Ａａには、正極出力端子４０８Ａ及び負極出力端子４０８Ｂの他に、制御基板に設けられたリード線接続部へリード線を導入することを許容する窓部４３１が形成されている。

また、上記いずれの実施の形態においても、収納する複数の蓄電素子には円筒形の蓄電素子を用いているが、蓄電素子としては複数の極板を積層して構成した積層型の蓄電素子を複数重ねて収納するようにしてもよいのはもちろんである。

本発明によれば、ケース内に制御基板と蓄電素子を収納して、しかも製造が容易な蓄電モジュールを提供することができる。

１，１０１，２０１蓄電モジュール
３セル集合体
５，７，２０５，２０７蓄電素子ホルダ
１３，１１３リチウムイオンキャパシタ
１７，１８，１９，２０バスバ
１０３ケース
１０４ケース本体
１１５，１１７蓄電素子ユニット
１１８蓄電素子アセンブリ
１２１制御基板
１２３基板ホルダ
１２７正極接続ケーブル
１２９負極接続ケーブル

Claims

両端部に電極を有する柱状の複数の蓄電素子と正極端子及び負極端子を備えた蓄電素子アセンブリと、
前記蓄電素子アセンブリを収納する箱形のケースと、
前記蓄電素子アセンブリのための制御回路を備えた制御基板と、
前記ケースに固定された正極出力端子及び負極出力端子とを備えた蓄電モジュールであって、
前記蓄電素子アセンブリは、並列配置された前記複数の蓄電素子の両端部が電気絶縁材料から構成された一対の蓄電素子ホルダによって保持されて構成された複数の蓄電素子ユニットからなり、
前記蓄電素子ユニットからは前記一対の蓄電素子ホルダ間に形成される隙間を通して、複数本の制御用ケーブルが引き出されており、
前記蓄電素子アセンブリと前記ケースとの間には、前記正極端子と前記正極出力端子とを電気的に接続する正極接続ケーブルと、前記負極端子と前記負極出力端子とを電気的に接続する負極接続ケーブルと、前記制御回路に前記複数本の制御用ケーブルが電気的に接続された前記制御基板とが一緒に配置される空間が形成されており、
前記制御基板を保持する基板ホルダが、前記蓄電素子ユニットに含まれる１以上の前記蓄電素子ホルダに固定されており、
前記基板ホルダは前記制御基板を前記一対の蓄電素子ホルダ間に位置する前記複数の蓄電素子から離した状態で保持する構造を有しており、
前記蓄電素子アセンブリの前記正極端子及び負極端子を、前記空間内に位置させるように、前記複数の蓄電素子ユニットのそれぞれの前記蓄電素子ホルダと前記複数の蓄電素子との間に配置された複数のバスバの形状と接続関係が定められており、
前記基板ホルダは基板固定部と該基板固定部の両側に配置されて互いに離れる方向に延びる一対のアーム部とを備えており、
前記蓄電素子アセンブリは、２つの前記蓄電素子ユニットがそれぞれの前記蓄電素子ホルダを接触させた状態で前記ケースの上壁部と対向するように構成されており、
前記基板ホルダの一対のアーム部の一方の前記アーム部が、２つの前記蓄電素子ユニットの接触した２つの前記蓄電素子ホルダにそれぞれ固定され、他方の前記アーム部が２つの前記蓄電素子ユニットの残りの接触した２つの前記蓄電素子ホルダにそれぞれ固定されていることを特徴とする蓄電モジュール。
前記ケースは、底壁部と、前記底壁部と対向する上壁部と、前記底壁部と前記上壁部との間に位置する４つの側壁部とからなり、
前記底壁部上に前記蓄電素子アセンブリが設置され、
前記蓄電素子アセンブリと前記上壁部との間に前記空間が形成されており、
前記正極接続ケーブルと前記負極接続ケーブルとが前記上壁部が延びる方向に間隔をあけて配置され且つ前記間隔の中に前記制御基板が位置するように、前記正極端子及び前記負極端子並びに前記正極出力端子及び前記負極出力端子の配置位置と、前記複数の蓄電素子の相互間を接続する電気的接続構造とが定められていることを特徴とする請求項１に記載の蓄電モジュール。
両端部に電極を有する柱状の複数の蓄電素子と正極端子及び負極端子を備えた蓄電素子アセンブリと、
前記蓄電素子アセンブリを収納する箱形のケースと、
前記蓄電素子アセンブリのための制御回路を備えた制御基板と、
前記ケースに固定された正極出力端子及び負極出力端子とを備えた蓄電モジュールであって、
前記蓄電素子アセンブリは、並列配置された前記複数の蓄電素子の両端部が電気絶縁材料から構成された一対の蓄電素子ホルダによって保持されて構成された複数の蓄電素子ユニットからなり、
前記蓄電素子ユニットからは前記一対の蓄電素子ホルダ間に形成される隙間を通して、複数本の制御用ケーブルが引き出されており、
前記蓄電素子アセンブリと前記ケースとの間には、前記正極端子と前記正極出力端子とを電気的に接続する正極接続ケーブルと、前記負極端子と前記負極出力端子とを電気的に接続する負極接続ケーブルと、前記制御回路に前記複数本の制御用ケーブルが電気的に接続された前記制御基板とが一緒に配置される空間が形成されており、
前記制御基板を保持する基板ホルダが、前記蓄電素子ユニットに含まれる１以上の前記蓄電素子ホルダに固定されており、
前記基板ホルダは前記制御基板を前記一対の蓄電素子ホルダ間に位置する前記複数の蓄電素子から離した状態で保持する構造を有しており、
前記蓄電素子アセンブリの前記正極端子及び負極端子を、前記空間内に位置させるように、前記複数の蓄電素子ユニットのそれぞれの前記蓄電素子ホルダと前記複数の蓄電素子との間に配置された複数のバスバの形状と接続関係が定められており、
前記ケースは、底壁部と、前記底壁部と対向する上壁部と、前記底壁部と前記上壁部との間に位置する４つの側壁部とからなり、
前記底壁部上に前記蓄電素子アセンブリが設置され、
前記蓄電素子アセンブリと前記上壁部との間に前記空間が形成されており、
前記正極接続ケーブルと前記負極接続ケーブルとが前記上壁部が延びる方向に間隔をあけて配置され且つ前記間隔の中に前記制御基板が位置するように、前記正極端子及び前記負極端子並びに前記正極出力端子及び前記負極出力端子の配置位置と、前記複数の蓄電素子の相互間を接続する電気的接続構造とが定められていることを特徴とする蓄電モジュール。
前記電気的接続構造は、前記蓄電素子ホルダと複数の蓄電素子との間に配置されたバスバが前記蓄電素子に接続されて構成されている請求項２または３に記載の蓄電モジュール。
前記側壁部を貫通するネジ部材の雄ネジ部が、前記蓄電素子ユニットの前記蓄電素子ホルダに設けた雌ネジ部に螺合されて、前記蓄電素子アセンブリが前記ケースに対して固定されている請求項２または３に記載の蓄電モジュール。
前記上壁部は、前記制御基板と対向する第１の壁部分と、該第１の壁部分と連続して該第１の壁部分と直交し且つ前記蓄電素子アセンブリに向かって延びる第２の壁部分と、該第２の壁部分と連続し前記第１の壁部分から離れる方向に延びる第３の壁部分とを有しており、
前記第２の壁部分に前記正極出力端子及び負極出力端子が固定されている請求項１または３に記載の蓄電モジュール。
前記蓄電素子が捲回型のキャパシタである請求項１乃至６のいずれか１項に記載の蓄電モジュール。
前記ケースは、底壁部と、前記底壁部と対向する上壁部と、前記底壁部と前記上壁部との間に位置する４つの側壁部とからなり、
前記底壁部上に前記蓄電素子アセンブリが設置され、
前記蓄電素子アセンブリと前記上壁部との間に前記空間が形成されており、
前記複数の蓄電素子ユニットから引き出された前記複数本の制御用ケーブルは、全て前記蓄電素子アセンブリと前記底壁部及び側壁部の間を通ることなく前記空間内に引き回されている請求項１または３に記載の蓄電モジュール。
前記蓄電素子アセンブリの前記ケースの前記底壁部と対向する底面部及び前記ケースの前記側壁部と対向する４つの側面部のうち少なくとも前記底面部と連続する部分が、摩擦低減用包囲材によって覆われており、
前記摩擦低減用包囲材は、前記上壁部を開放した状態の前記ケース内に前記蓄電素子アセンブリを挿入する際の摩擦抵抗を低減できる材料により形成されている請求項１または３に記載の蓄電モジュール。
前記摩擦低減用包囲材は、１枚のシート材料を折り曲げて形成されている請求項９に記載の蓄電モジュール。
前記側壁部を貫通するネジ部材の雄ネジ部が、前記蓄電素子ユニットの前記蓄電素子ホルダに設けた雌ネジ部に螺合されて、前記蓄電素子アセンブリが前記ケースに対して固定されており、
前記摩擦低減用包囲材は、前記４つの側壁面のうち前記雌ネジ部よりも前記底面部側に位置する部分を覆っている請求項９に記載の蓄電モジュール。
前記ケースは、第１の壁部と、前記第１の壁部と対向する第２の壁部と、前記第１の壁部と前記第２の壁部との間に位置する第３乃至第６の壁部とからなり、
前記第２の壁部は、前記制御基板と対向する第１の壁部分と、該第１の壁部分と連続して該第１の壁部分と直交する第２の壁部分と、該第２の壁部分と連続し前記第１の壁部分から離れる方向に延びる第３の壁部分とを有しており、
前記第２の壁部分に前記正極出力端子及び負極出力端子が固定されていることを特徴とする請求項１または３に記載の蓄電モジュール。
前記第２の壁部分には、前記制御基板に設けられたリード線接続部へリード線を導入することを許容する窓部が形成されている請求項１２に記載の蓄電モジュール。