JP2008192552A

JP2008192552A - 電極

Info

Publication number: JP2008192552A
Application number: JP2007028075A
Authority: JP
Inventors: Gouhan Tsuchiya; 豪範土屋
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2007-02-07
Filing date: 2007-02-07
Publication date: 2008-08-21

Abstract

【課題】かしめにより固定された電極において、リベット先端側における応力集中を緩和することができる電極を提供する。
【解決手段】電極２１は、電池モジュールの筐体の内部から延び、電池モジュールの筐体の外部でかしめられて先端が拡大した、導通部となる金属製のリベット５１と、貫通孔が設けられた部分を有し、リベット５１が該貫通孔を貫通して電池モジュールの筐体に固定された金属端子４１とを備えている。金属端子４１の貫通孔の少なくともリベット５１の先端側をリベット５１の先端側に向かって拡大するテーパ孔としている。
【選択図】図３

Description

この発明は、電極に関し、より詳しくは電池モジュールの電極に関する。

ハイブリッド車両や電気自動車に搭載されるバッテリ装置は、直列または並列に接続された複数の電池モジュールを有している。電池モジュールには、電極が設けられており、電極の金属端子は、電池モジュールの筐体に固定されている。

特許文献１（特開２０００−２０８１３０号公報）には電池モジュールの金属端子を筐体に固定する手段として、リベット状の部材の先端を拡大変形させる、かしめを用いたものが開示されている。リベット状の部材は、板状の部材の表面に直交する方向に穿設された孔を貫通し、先端部が直角に屈曲するまで外側に押し広げられ、板状の部材の反対面に当接している。
特開２０００−２０８１３０号公報

特許文献１に記載の構造においては、上記のようにリベット状の部材は、その先端部が直角方向に屈曲するまで押し広げられている。そのため、リベット状の部材に加わった応力は、リベット状の部材の先端部における直角に折れ曲がった屈曲部に集中する恐れがある。

この発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、かしめにより固定された電極において、リベット先端側における応力集中を緩和することができる電極を提供する目的とする。

この発明に基づいた電極に従えば、電池モジュールの筐体の内部から延び、電池モジュールの筐体の外部でかしめられて先端が拡大した、導通部となる金属製のリベットと、貫通孔が設けられた部分を有し、上記リベットが該貫通孔を貫通することで上記電池モジュールの筐体に固定された金属端子とを備えている。上記金属端子の上記貫通孔の少なくとも上記リベットの先端側を上記リベットの先端側に向かって拡大するテーパ孔としている。

上記電極において好ましくは、上記テーパ孔の傾斜角は、上記貫通孔の中心軸から３０°以上、５０°未満である。

上記電極において上記リベットは、アルミニウムまたは銅で構成してもよい。
上記電極において好ましくは、上記リベットが貫通した弾性部材をさらに備え、上記弾性部材はその反発力により上記金属端子を上記かしめ部に向かって押圧している。

本発明に係る電極によると、電極を固定するリベット先端側における応力集中を緩和することができ、また、電極の導通を確実にすることができる。

以下、この発明に基づいた実施の形態における電極の構造について、図を参照しながら説明する。

図１は、本実施の形態におけるバッテリ装置の構造を示す平面図である。図１に示すように、バッテリ装置１は、複数の電池モジュール１１を有している。図１に示すバッテリ装置１では、その主表面が相互に平行になるように２列に配列している。ここでは、電池モジュール１１を２列に配列した例を示したが、１列であってもよいし、３列以上であってもよい。

各電池モジュール１１は、正極および負極を構成する電極２１をそれぞれ有している。隣接して配置された電池モジュール１１の電極２１は、相互にバスバー８１で接続されている。バスバー８１は、板状の金属で構成されている。

配列された複数の電池モジュール１１の端部には拘束板９１が設けられている。拘束板９１は配列された複数の電池モジュール１１に、両端部から圧縮する方向の力を加える。これにより、配列された電池モジュール１１を保持すると共に、各電池モジュールに適度な圧力を加え、電池セルの膨張を防止する。

配列された複数の電池モジュール１１の反対側の端部にも、図示しない同様の拘束板が設けられている。両拘束板９１の間は、図示しない連結部材で連結されている。

図２は、本実施の形態におけるバッテリ装置の縦断面図である。電池モジュール１１は、内部に電池セル１２を有している。電池セル１２は、電池ケース１３に収容されている。電池セル１２は、充放電可能な２次電池であれば特に限定されない。たとえば、ニッケル水素電池であってもよいし、リチウムイオン電池であってもよい。また、図２では、ひとつの電池ケース１３にひとつの電池セル１２を収容した場合を示したが、複数の電池セルを収容してもよい。

電池ケース１３は、電池ケース本体１３ａと蓋体１３ｂとで構成されている。強度を確保するために、電池ケース１３は、たとえば亜鉛メッキ処理された鋼板で形成する。電池ケース本体１３ａは、内部に空間を有し、上面のみが開放した箱状である。蓋体１３ｂは板状である。蓋体１３ｂには、正極と負極とをそれぞれ構成する一対の電極２１が取り付けられている。これらの電極２１は、電池ケース１３に収容された電池セル１２に電気的に接続されている。

電極２１はＺ字型に折曲された金属端子４１と、金属端子４１から先端が上向きに突出するボルト３１と、金属端子４１を蓋体１３ｂに固定するリベット５１とを有している。

金属端子４１は、蓋体１３ｂに固定される下片４１ａと、下片４１ａから直角に折れ曲がり、蓋体１３ｂから離れる方向に延びる接続片４１ｂと、接続片４１ｂに連続し下片と平行な上片とを有するＺ字型である。下片４１ａおよび上片には貫通孔が設けられている。下片４１ａの貫通穴をリベット５１が貫通し、上片の貫通穴をボルト３１が貫通する。

ボルト３１の下端には拡大部が設けられている。拡大部は、ボルト３１の軸部より拡大して抜け止めを構成するものであり、平面視矩形に構成されている。ここでは、拡大部を平面視矩形に構成しているが、六角形などの他の多角形を採用してもよい。

図３は、本実施の形態の電極の構造を示す縦断面図である。金属端子４１の下片４１ａと、蓋体１３ｂとの間には絶縁体４３が設けられている。絶縁体４３は、金属端子４１と蓋体１３ｂとを絶縁すると共に、蓋体１３ｂの貫通孔を密閉するガスケットとしても機能する。

絶縁体４３は蓋体１３ｂの上面に沿う絶縁体本体と、絶縁体本体の外周から上方向に突出し、金属端子４１の下片４１ａの外周を囲む周囲壁４５とを有している。絶縁体４３は、絶縁できる材料であれば特に限定されないが、たとえば合成樹脂により構成することができる。ここでは、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）樹脂またはナイロンを用いている。

絶縁体４３の基板部４４の下面には、蓋体１３ｂの貫通孔に挿入されるリング状の突出部４４ａが設けられている。基板部４４の上面には、金属端子４１の下片４１ａが配置されるが、基板部４４の外周には、金属端子４１の下片４１ａの外周を覆う周囲壁４５が設けられている。金属端子４１の下片４１ａを周囲壁４５で囲むことで、金属端子４１と蓋体１３ｂとの絶縁をより確実にしている。

リベット５１の下端には、矩形金属板からなる台座部５２が設けられている。台座部５２には、図３に示すように、下向きに延びる端子７１が接続されており、端子７１は電池セル１２に電気的に接続されている。

台座部５２の上面と蓋体１３ｂの下面との間には、ガスケット５９が配設されている。ガスケット５９はリベット５１の軸部外周に密着するように設けられている。ガスケット５９の上面は蓋体１３ｂおよび絶縁体４３の突出部４４ａに密着し、電池ケース１３の密閉性を確保している。

ガスケット５９としては、比較的柔軟で反発性に富む材料で、かつ、電池ケース１３の内部環境で劣化しにくい材料が好ましい。たとえば、合成ゴムを用いることができる。ここでは、エチレン−プロピレン−ジエンゴム（ＥＰＤＭ）を用いている。ガスケット５９は、圧縮された状態で配設されており、蓋体１３ｂおよび絶縁体４３を介して、下片４１ａをリベット５１の先端方向に押圧している。

金属端子４１の下片４１ａにはリベット５１が貫通した貫通孔が設けられている。貫通孔のリベット５１の先端側はリベット５１の先端側に向かって孔径が拡大するテーパ孔としている。言い換えると、貫通孔は、孔径が徐々に拡大する拡大孔としている。貫通孔の内壁面はリベット５１の先端側に向かって孔径が拡大するように直線的に傾斜している。ここでは、金属端子４１の下片４１ａの厚みの全てに亙って、貫通孔の内周面が傾斜面４２となったテーパ孔としている。

リベット５１の先端部は、かしめられて外側に広がっている。言い換えると、リベット５１の先端部は、拡管されて外側に広がっている。リベット５１の先端部は、貫通孔の傾斜面４２に沿って斜めに広がって傾斜部５１ａを構成した後、下片４１ａの表面に沿い、リベット５１の軸に対して直角に広がる直角部５１ｂを構成している。図３に示す傾斜面４２の傾斜角θは、ここでは４５°としている。

リベット５１は導電体としても機能することから、導電性に優れた金属材料で構成することが好ましい。ここでは、正極をアルミニウム、負極を銅で構成している。

図４は、電極に作用している力を説明する断面図である。上述のように、ガスケット５９は圧縮された状態で取り付けられており、その反発力により台座部５２と蓋体１３ｂとに両者の間を広げる方向の力を与えている。この反発力は、リベット５１の軸部を引き下げる方向の力を与える。これにより、リベット５１の傾斜部５１ａの外周面は、傾斜面４２に押し付けられる。傾斜面４２からリベット５１の傾斜部５１ａには、リベット５１を縮径する方向の内側向きの力が反力として加わる。

金属端子４１に力が加わったときも同様であり、その力は主として、リベット５１の傾斜部５１ａの外周面と貫通孔の傾斜面４２とが相互に加圧し合う力として伝達される。

傾斜部５１ａと傾斜面４２とが押し合うことで外力に対抗するので、応力の集中を緩和することができる。また、外力が加わったときには、リベット５１に対しては、主として圧縮応力が加わるので、リベット５１への応力集中を低減することができる。本実施の形態のように、導電性の観点からリベット５１をアルミニウムや銅などの比較的強度が低い金属材料で構成した場合には特に有効であり、導電性の確保と、強度の確保とを両立することができる。

また、リベット５１は、端子７１と金属端子４１とを接続する導電体としても機能する。ガスケット５９の反発力により、傾斜部５１ａと傾斜面４２とが常に押し合う構造を採用しているので、両者を常に密着させることができる。これにより、傾斜部５１ａおよび傾斜面４２の接触面の酸化を防ぎ、長期間に亙って両者の導通を確実なものとすることができる。

これらの作用を考慮すると、貫通孔の傾斜角θは３０°以上であることが好ましい。３０°未満であると、傾斜部５１ａと傾斜面４２との密着が不十分となり、上記のような効果が低減する。また、傾斜角θは、５０°未満であることが好ましい。傾斜角θが５０°以上であると、リベット５１をかしめるとき、先端部の拡大量が大きくなりすぎて、直角部５１ｂの外周部が割れる恐れがある。

図５は、本実施の形態の電極の分解斜視図であり、図６ないし図８は本実施の形態のリベットのかしめ工程を示す断面工程図である。図５に示すように、リベット５１を、ガスケット５９、蓋体１３ｂ、絶縁体４３および金属端子４１に貫通させる。リベット５１には、先端の中心部に予め孔が設けられている。

リベット５１をこれらに貫通させた後、リベット５１の先端の孔に向かって、図６に示すような、先端が円錐形の金型１０１を押し付ける。同時にリベット５１の下方から上面が平らな金型１１１を押し付ける。金型１０１の先端の傾斜は、下片４１ａの貫通孔の傾斜面４２の傾斜角と一致するようにしておく。

金属端子４１の下片４１ａには、予めテーパ状の貫通孔を設けておく。テーパ孔は、直線状の貫通孔を形成した後、ドリル加工またはプレス加工により形成することができる。

金型１０１および金型１１１を押し付けることで、図７に示すように、リベット５１の先端部は、放射状に広がり、その外周面の下端部が貫通孔の傾斜面４２に沿う。このときガスケット５９は圧縮され、ある程度圧縮された状態で保持される。

さらに、図８に示すような金型を用いて、リベット５１の先端部をさらに拡径させる。これによりリベット５１の先端部は、下片４１ａの表面に沿う状態まで屈曲され、かしめ工程は完了する。

このようにかしめ工程を、リベット５１の先端を傾斜面４２に沿うように変形させる第１工程と、さらに拡径させる第２工程の２工程で行なうことにより、リベット５１の先端部の外周面と傾斜面４２とを確実に密着させることができる。但し、金型１０１と金型１０２とを組み合わせた形状の金型を用いて、１工程でかしめを行なうようにしてもよい。その場合には、比較的遅い速度で金型を降下させることで、リベット５１を徐々に変形させる必要がある。

本実施の形態では、金属端子４１の下片４１ａの厚みの全てに亙って、貫通孔の内側面が傾斜するようにしたが、金属端子４１の厚みに応じて、図９に示すように、金属端子４１の表面側のみを傾斜させるようにしてもよい。

なお、今回開示した上記実施の形態はすべての点で例示であって、限定的な解釈の根拠となるものではない。したがって、本発明の技術的範囲は、上記した実施の形態のみによって解釈されるのではなく、特許請求の範囲の記載に基づいて画定される。また、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれる。

この発明に基づいた実施の形態におけるバッテリ装置の構造を示す平面図である。この発明に基づいた実施の形態におけるバッテリ装置の構造を示す縦断面図である。この発明に基づいた実施の形態における電極の構造を示す縦断面図である。この発明に基づいた実施の形態における電極に作用している力を説明する断面図である。この発明に基づいた実施の形態における電極の分解斜視図である。この発明に基づいた実施の形態におけるリベットのかしめ工程を示す断面工程図である。この発明に基づいた実施の形態におけるリベットのかしめ工程を示す断面工程図である。この発明に基づいた実施の形態におけるリベットのかしめ工程を示す断面工程図である。この発明に基づいた実施の形態における金属端子の変形例を示す断面図である。

符号の説明

１バッテリ装置、１１電池モジュール、１２電池セル、１３電池ケース、１３ａ電池ケース本体、１３ｂ蓋体、２１電極、３１ボルト、４１金属端子、４１ａ下片、４１ｂ接続片、４２傾斜面、４３絶縁体、４４基板部、４４ａ突出部、４５周囲壁、５１リベット、５１ａ傾斜部、５１ｂ直角部、５２台座部、５９ガスケット、７１端子、８１バスバー、９１拘束板、１０１，１０２，１１１金型。

Claims

電池モジュールの筐体の内部から延び、電池モジュールの筐体の外部でかしめられて先端が拡大した、導通部となる金属製のリベットと、
貫通孔が設けられた部分を有し、前記リベットが該貫通孔を貫通することで前記電池モジュールの筐体に固定された金属端子と、を備え、
前記金属端子の前記貫通孔の少なくとも前記リベットの先端側を前記リベットの先端側に向かって拡大するテーパ孔とした、電極。
前記テーパ孔の傾斜角は、前記貫通孔の中心軸から３０°以上、５０°未満である、請求項１に記載の電極。
前記リベットは、アルミニウムまたは銅で構成されている、請求項１または２に記載の電極。
前記リベットが貫通した弾性部材をさらに備え、
前記弾性部材はその反発力により前記金属端子を前記かしめ部に向かって押圧している、請求項１から３のいずれかに記載の電極。