JP2009080963A

JP2009080963A - 端子間接続構造

Info

Publication number: JP2009080963A
Application number: JP2007247690A
Authority: JP
Inventors: Jo Sasaki; 丈佐々木; Masakazu Tsutsumi; 雅和堤
Original assignee: GS Yuasa Corp
Current assignee: GS Yuasa Corp
Priority date: 2007-09-25
Filing date: 2007-09-25
Publication date: 2009-04-16
Anticipated expiration: 2027-09-25
Also published as: JP5262042B2

Abstract

【目的】電池や電池端子側に特別な加工を施す必要がなく、接続桿の位置決めと固定、および端子の回転や損傷の防止を同時に満たし、信頼性の高い組電池の接続構造を提供することを解決課題とする。
【構成】発電要素を収納した外装体から突出した正極端子と負極端子とを備えた複数の電池同士の端子間を、接続棹を用いて電気的に接続する端子間接続構造であって、前記端子の上面に設けた平坦部と前記接続棹の平坦部とを当接させると共に、前記接続桿に設けた突起状の嵌合部を前記端子の外縁に配置し、前記端子の側面と嵌合させたことを特徴とする端子間接続構造とすることで、上記課題を解決できる。
【選択図】図１

Description

本発明は、複数の電池の端子間を接続した組電池の端子構造に関する。

大気汚染や二酸化炭素の増加等の環境問題、あるいは石油の枯渇や価格高騰の問題等により、電気自動車、電動バイク、電動自転車、シニアカー等の電動車両の早期実用化が望まれている。また、それらの普及のために、高性能な電池の開発が要望されている。
一般に、電動車両の駆動に必要な電力を満たすため、電池は直列や並列で接続された高電圧や高容量の組電池として車両に搭載される。したがって、電動車両の普及を実現するには、組電池の高信頼性の確保が必須であり、そのためには電池間の接続方法の改良が重要である。

電池を複数個配列し、隣接する電池の端子間を接続桿で接続するには、接続桿をボルトやナットで端子に固定する、あるいは端子に溶接する方法が取られる。しかし、接続桿の位置決めと固定が不十分な場合には、接続作業中に接続桿の位置ズレや脱落、溶接不良、あるいは端子の回転や損傷などが起こる場合があり、また、使用中に接続が緩んで抵抗が上昇するおそれがあった。既述のとおり、電動車両等に用いる組電池は、モーターを作動させるために高電圧である場合や、長距離走行を可能とするために高容量である場合が多く、接続桿の位置ズレや脱落で、万が一電池間を短絡させた場合には重大な事故につながる可能性がある。また、組電池の組立て中に電池の端子を破損したり、あるいは溶接位置や溶接強度の不具合が発生したりすると、たとえ一箇所の不良でも組電池全体が不良と見なされるため、端子間の接続構造は、信頼性の向上のみならず、安全性やコストの面からも非常に重要な設計要素である。接続桿をボルトやナットで端子に固定する方法では、締め付け時のトルクが端子に伝わり、端子近傍がダメージを受ける虞がある。

特許文献１には、接続桿を用いるものではないが、正負極端子へのケーブルの誤接続を防止するために、正極端子及び負極端子に相互に異なる形状の切欠きを設け、ケーブル先端の取り付け治具には前記それぞれの切り欠き形状に嵌合する形状の孔を形成しておくことからなる発明が記載されている。しかしながら、この方法では電池端子側に加工を施しておく必要があるうえ、ボルトの強度が低下するため、締結時のトルクでボルトが破損するおそれがある。

また、特許文献２には、端子に複数の突起部を設けて接続桿と勘合させる方法が提案されている（図５参照）。しかし、この方法でも、電池端子側に加工を施しておく必要があることに加え、端子形状が複雑となり高い加工精度が要求される上、長い電池モジュールの上下にあるプラス端子とマイナス端子の取り付け角度の精度も要求される。プラス端子とマイナス端子の角度がわずかにずれることで、バスバーが嵌合できなくなるためである。また、複数の突起を設けているものの、ボルト取り付け時のトルクを実際に受ける突起は限られており、端子の寸法に制限がある場合は、十分な回転防止機能を発揮できないおそれがある。電動自動車の一種であるハイブリッド電気自動車に搭載される電池においては、大電流の充放電による発熱が大きいため、放熱性を改良するために電池の薄型化が一つの開発傾向となっているが、薄型化にともない端子の寸法も制限されるようになり、特許文献２に示されるように端子部に複雑な加工を施す方法には限界が生じるようになった。

同様の課題は、特許文献３に示される先行技術にも当てはまる。特許文献３では、端子と接続桿との接触抵抗を低減するために、端子の頭頂面に螺子孔と環状の受け溝を形成し、この形状に相応する形状の突起体を接続桿側にも設け、嵌着させた後、固定用ボルトを螺子孔に捻じ込んで接続する方法が提案されているが、寸法の制限がある端子への受け溝加工は技術的に困難である場合や、受け溝を設けることで端子の強度が低下するため、車載時の振動等により受け溝が破損してしまうおそれがあった。端子形状がボルトである場合は、接続桿の位置決めと固定は比較的容易であるが、端子の回転や損傷は重要な問題となる。なお、特許文献３記載の発明は、締め付け時のトルクが端子に伝わることを防止できるものではない。

締め付け時のトルクが端子に伝わって端子の共回りを防止する手段として、例えば、特許文献４では電池内にリブや回転防止部材を設けて端子の回転を防止している。また、特許文献５ではケース蓋で端子を固定して回転を防止している。しかし、いずれにおいても電池側に加工を施す必要があり、部品点数も増加し、コストや信頼性の観点からは望ましくない解決方法といえる。

特許文献６では、気密パッキンに端子と嵌合する座面を設けて回転を防止しているが、気密性を維持する樹脂部品に回転トルクを直接掛けることは、信頼性の観点からは好ましくない。一方、組電池のエンドプレートで各電池の端子を一括に嵌合して回転を防止し、さらにエンドプレート中に接続桿を埋設して位置決めする方法が、特許文献７などで提案されているが、この方法でも複雑な形状を有する部品点数が増えることに加えて、端子の取り付け角度や電池の高さを精度よく揃えない限り、端子とエンドプレートとの嵌合が不十分となり、十分な回転防止機能を得られない点が問題であった。
特開２００１−９３５１０号公報特開２００１−１８５１０３号公報特開平９−２１９１８６号公報特開平９−２１３３０３号公報特開２００４−２０００２４号公報特開２００１−３５７８３３号公報特許第３７７４９７７号公報

本発明はかかる事情に対処するために発明されたものであり、電池や電池端子側に特別な加工を施す必要がなく、接続桿の位置決めと固定、および端子の回転や損傷の防止を同時に満たし、信頼性の高い組電池の接続構造を提供することを目的としている。

上述の課題を解決するために、本発明にかかる端子間接続構造は、発電要素を収納した外装体から突出した正極端子と負極端子とを備えた複数の電池同士の端子間を、接続棹を用いて電気的に接続する端子間接続構造であって、前記端子の上面に設けた平坦部と前記接続棹の平坦部とを当接させると共に、前記接続桿に設けた突起状の嵌合部を前記端子の外縁に配置し、前記端子の側面と嵌合させたことを特徴とする。

本発明によれば、接続桿が端子に嵌合されて位置が固定されるため、ボルト締めやナット締め、あるいは溶接時に接続桿へかかる応力により接続桿が移動したり脱落したりすることがなく、接続不良の発生率を低減できる。また、組電池の使用中に端子部へかかる様々な機械的ストレスに対する信頼性が向上する。端子の辺縁部で嵌合するため広い面積でトルクを受けることが可能であり信頼性が向上する。また、接続桿と端子との嵌合により隣接する電池の間隔が規定されるため、組電池の寸法精度や冷却性能が向上する利点も得られる。

図１〜図３は本発明の一実施形態を示すものであって、角形電池２個を本発明に係る接続桿4a とこの接続桿4a を用いて取り付けた組電池の組立斜視図である。それぞれの角形電池は、発電要素が収容された外装体1の開口部が正極端子3a及び負極端子3bを取り付けた蓋板2で封鎖されてなる。隣接する各電池において接続桿4aと端子3a,3bとはそれぞれの平坦部で接するとともに、接続桿4aに設けた突起状の接続桿嵌合部4bと端子3a,3bの側面が嵌合している。

図１の実施例では、端子と接続桿を勘合後、接続桿上部を溶接することにより端子と接続桿を固定する。

図２は、端子3a,3bがボルト部を有し、該ボルト部は端子上面に設けた平坦部からさらに上方に突出している場合の実施例、図３は端子3a,3bがナット形状である場合の実施例である。端子形状がボルト5bやナット5aである場合は、端子3a,3bに回転のトルクがかかるが、本実施例では端子3a,3bは複数の嵌合部で固定され、隣接する電池の端子3a,3bへトルクを分散できるため、端子3a,3bが回転しにくくなる。

このように、本発明によれば、溶接時の加圧や振動あるいは熱などのストレスで接続桿4aの位置がずれたり脱落したりする危険性が少ない。また、電池間の距離も一定に保たれる。

一般的に、端子や接続桿は厚板状やブロック状の金属が用いられるため強度が高く、したがって樹脂部品にトルクを受けさせる設計よりも回転防止機能は高い。また、端子形状を複雑な設計にする必要が無いため、低コストかつ高信頼性で汎用性が高く、例えば既存の組電池に対しても接続桿の形状を端子形状に即して変更するだけで上述の効果を得られる利点がある。シンプルな構造であるため、端子の寸法や形状に制限がある場合でも応用しやすい利点もある。

次に、比較例となる従来技術について説明する。図４は従来の接続桿4aとこの接続桿4aを取り付けた電池の一例の組立斜視図である。図４に示すように、接続桿4aと端子3a,3bとはそれぞれの平坦部で接しているが、位置ズレや回転防止を抑制する嵌合部を持たないため、溶接時のストレスで接続桿4aが動いて接続位置が安定しなかったり、あるいは接続桿4aが端子3a,3b上から脱落したりすることがあった。また、図５も従来までの接続桿4aとこの接続桿4aを取り付けた電池の一例の組立斜視図であり、接続桿4aに端子3a,3bの回転を防止する機能は無く、ナット5a締結時のトルクで端子3a,3bが自由に回転してしまうおそれがあった。

次に、接続桿と端子との嵌合の形態について説明する。図６〜図９は本発明による接続桿4aと端子3a,3bの組み合わせを示したもの、図１０〜図１１は従来技術を示したものである。図６〜図９に示すように、接続桿4aと端子3a,3bとの嵌合は、端子3a,3bの側面に接続桿4aの突起を沿わせる形としている。嵌合面積が広いほど本発明の効果はより強力となるが、図９に示すように各端子3a,3bの側面の一部と嵌合させる設計でも効果は得られる。目的を達成できる限り形状は問わない。

実施例に係る端子間接続構造を示す組電池斜視図である。実施例に係る端子間接続構造を示す組電池斜視図である。実施例に係る端子間接続構造を示す組電池斜視図である。比較例に係る端子間接続構造を示す組電池斜視図である。比較例に係る端子間接続構造を示す組電池斜視図である。実施例に係る接続桿を示す斜視図である。実施例に係る接続桿を示す斜視図である。実施例に係る接続桿を示す斜視図である。実施例に係る接続桿を示す斜視図である。比較例に係る接続桿を示す斜視図である。比較例に係る接続桿を示す斜視図である。

符号の説明

１外装体
２蓋板
３ａ正極端子
３ｂ負極端子
４ａ接続桿
４ｂ接続桿嵌合部
５ａナット
５ｂボルト

Claims

発電要素を収納した外装体から突出した正極端子と負極端子とを備えた複数の電池同士の端子間を、接続棹を用いて電気的に接続する端子間接続構造であって、前記端子の上面に設けた平坦部と前記接続棹の平坦部とを当接させると共に、前記接続桿に設けた突起状の嵌合部を前記端子の外縁に配置し、前記端子の側面と嵌合させたことを特徴とする端子間接続構造。