JP2009289611A - 電池、車両及び電池搭載機器 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 電池1は、発電要素80と、端子形成部11を有する電池ケース10と、正極外部接続端子71と接続する正極外部端子接続部32を有し端子形成部11を貫通してなる正極端子部材30と、負極外部接続端子72と接続する負極外部端子接続部52を有し端子形成部11を貫通してなる負極端子部材50と、正極端子外方部31と負極端子外方部51との間に架け渡され、これらを保持する第1保持部21及び第2保持部26を有し、第1保持部及び第2保持部に生じる移動を制限する形態の共通端子保持部材20と、を備える。
【選択図】 図1
Description
このような電池の中には、電池内部の発電要素と導通しつつ電池ケースの外側にまで導出された電極端子部材を備え、これに外部接続端子を接続しているものがある。例えば、特許文献1では、電極端子部材として、電池ケースの外部に位置する金属製のボルト、電池ケースの内部から外部に向けて突出し発電要素と導通する極柱、及び、ボルトと極柱とを電気的に接続させる金属製のボルト固定金具を備える電池(鉛蓄電池)が記載されている。この電池は、ボルト固定金具にボルト挿入口及び極柱挿入口を有する。このうちボルト挿入口には、その内側に雌ねじが形成してあるので、ボルトはそのボルト挿入口に固定される。一方、極柱挿入口には極柱が挿通され、極柱とボルト固定金具とが溶接によって互いに接合されている。
しかしながら、このように電池ケースに十分な深さの凹部を設けるのは、技術的に困難でコストがかかる。
このうち共通端子保持部材は、正極端子外方部に係合し、その正極外部端子接続部に正極外部接続端子を着脱する際に、正極端子外方部に生じる端子形成面に沿う方向への移動を制限して、これを保持する第1保持部を有している。また、負極端子外方部に係合し、その負極端子部材に負極外部接続端子を着脱する際に、負極端子外方部に生じる端子形成面に沿う方向への移動を制限して、これを保持する第2保持部を有している。
同様に、負極外部端子接続部に負極外部接続端子を着脱する際、負極端子外方部が、共回りなど、端子形成面に沿う方向へ移動しようとすると、この移動を制限している第2保持部を有する共通端子保持部材までもが、端子形成面に沿う方向へ移動しようとすることになる。
これにより、端子形成面上という限られたスペース内で正極端子外方部が、共回りなど、端子形成面に沿う方向に移動することを確実に防止できる。また、負極端子外方部が、共回りなど、端子形成面に沿う方向に移動することを防止できる。
また、負極端子部材についても同様に、この負極端子外方部が、端子形成面に沿う方向に移動することにより、この負極端子外方部と電池ケースの端子形成部との間のシール、あるいは、この負極端子部材の貫通部と電池ケースの端子形成部との間のシールが不十分となる不具合を防止できる。
このような電池において、電池ケース内の内圧が上昇して、電池ケースが膨張すると、上述のように安全弁部が移動するため、電池ケース内の部材、例えば発電要素が、安全弁部を塞いでしまい、安全弁が適切に動作できなくなる虞がある。
また、流路形成変形抑制部材としては、上述の要件を満たす構成を有していればよいが、例えば、端子形成部の厚み方向の断面を、E字型、王字形としたものが挙げられる。
また、車載した電池の負極外部端子接続部に負極外部接続端子を着脱する際も同様である。即ち、その着脱の際に、負極端子外方部と電池ケースの端子形成部との間のシール、あるいは、負極端子部材の貫通部と電池ケースの端子形成部との間のシールが不十分となる不具合を防止できる。
かくして、信頼性の高い車両とすることができる。
また、搭載した電池の負極外部端子接続部に負極外部接続端子を着脱する際も同様である。即ち、その着脱の際に、負極外方部と電池ケースの端子形成部との間のシール、あるいは、負極端子部材の貫通部と電池ケースの端子形成部との間のシールが不十分となる不具合を防止できる。
かくして、信頼性の高い電池搭載機器とすることができる。
次に、本発明の実施形態1について、図面を参照しつつ説明する。
まず、本実施形態1にかかる電池1について説明する。図1に電池1の斜視図を、図2にその電池1の部分破断断面図(図1のA−A部)を、図3に電池1の部分拡大断面図(図2のB部)を、図4に電池1の部分拡大断面図(図2のC部)を、それぞれ示す。
本実施形態1にかかる電池1は、矩形箱形の電池ケース10、正極端子部材30、負極端子部材50、共通端子保持部材20、発電要素80及び図示しない電解液を備える捲回形のリチウムイオン二次電池である(図1,図2参照)。
また、図示しない電解液は、エチレンカーボネート(EC)とエチルメチルカーボネート(EMC)との混合有機溶媒に溶質(LiPF6)を添加してなる有機電解液である。
また封口蓋11は、電池ケース本体18の開口部19を閉塞して、この電池ケース本体18に溶接されている。この封口蓋11は、正極内部端子部材36及び負極内部端子部材56を挿通可能な貫通孔11Kを有する(図3参照)。また、この封口蓋11は、十字状の溝部12Sを含む安全弁部12を、第1部位11Pと第2部位11Qとの間に有する(図6参照)。この安全弁部12は、一旦開弁すると安全弁の機能を失うワンウェイタイプの安全弁である。即ち、凹設されている溝部12Sの肉厚が、他の部位より薄くしてあり、電池ケース10の内側の気圧(ガス圧)が所定の開弁圧を超えたときに、溝部12Sが開裂して、開弁する。
また、封口蓋11には、図示しないアルミニウム部材の溶接により閉塞されてなる注液孔13を有する(図6参照)。この注液孔13は、製造時に電解液(図示しない)を電池ケース10内に注入するための貫通孔である。
また、正極連結板33の端子結合部33Nは、正極端子接続部材32の正極雄ねじ部32Bを挿通する結合部貫通孔33Qを有する。
また、脚部32Lは、第1軸線AX1の周方向への回転移動を抑制できるよう、共通端子保持部材20の後述の凹部24に嵌り込んで収納されている(図2,3参照)。
このうち、正極内部端子本体部37は、封口蓋11の貫通孔11Kよりも径大の略矩形板状のケース結合部37Sと、このケース結合部37Sから発電要素80の正極板81に向けて屈曲し、この正極板81と溶接してなる正極集電部37Tとを含む。
このガスケット79は、後述の共通端子保持部材20の突出部23と共に、正極内部端子本体部37と電池ケース10の封口蓋11との間をシールしている。これにより、電池ケース10内への水分や異物等の混入や、電池ケース10内からの電解液の漏出が防止される。
以上により、正極端子部材30は、発電要素80の正極板81の電位を、正極外部接続端子71が接続する正極端子接続部材32に電気的に導くことができる。
また、負極連結板53の端子結合部53Nは、負極端子接続部材52の負極雄ねじ部52Bを挿通する結合部貫通孔53Qを有する。
また、脚部52Lは、第2軸線AX2の周方向への回転移動を抑制できるよう、共通端子保持部材20の後述の凹部29に嵌り込んで収納されている(図4参照)。
このうち、負極内部端子本体部57は、封口蓋11の貫通孔11Kよりも径大の略矩形板状のケース結合部57Sと、このケース結合部57Sから発電要素80の負極板82に向けて屈曲し、この負極板82と溶接してなる負極集電部57Tとを含む。
このガスケット79は、後述の共通端子保持部材20の突出部28と共に、負極内部端子部材56と電池ケース10の封口蓋11との間をシールしている。このため、電池ケース10内への水分や異物等の混入や、電池ケース10内からの電解液の漏出が防止される。
以上により、負極端子部材50は、正極端子部材30と同様、発電要素80の負極板82の電位を、負極外部接続端子72が接続する負極端子接続部材52に電気的に導くことができる。
この共通端子保持部材20は、第1方向DAに延びる板形状の本体部25、その本体部25の第1方向DAの両側にそれぞれ位置し、階段形状の第1保持部21及び第2保持部26を有する(図1,5参照)。また、第1保持部21及び第2保持部26から封口蓋11側に突出してなる突出部22,27を有する。なお、この共通端子保持部材20は、例えば、正極外部端子部材31に正極外部接続端子71を着脱する際に、正極外部端子部材31及び第1保持部21に生じうる移動を制限できる程度には、各部に剛性を備えたものとしてある。
また、突出部23,28は、封口蓋11の貫通孔11Kに挿入されている。そして、突出部23,28には、絶縁貫通孔20Kが穿孔されている。なお、この絶縁貫通孔20Kには、正極内部端子部材36の正極かしめ部38、或いは、負極内部端子部材56の負極かしめ部58が挿通されている(図3,4参照)。
このため、正極端子接続部材32に正極外部接続端子71を着脱する際、この正極端子接続部材32にトルクが加っても、第1保持部21で、この正極端子接続部材32及び正極外部端子部材31の回転移動を制限している。
このため、負極端子接続部材52に負極外部接続端子72を着脱する際、この負極端子接続部材52にトルクが加っても、第2保持部26で、この負極端子接続部材52及び負極外部端子部材51の回転移動を制限している。
これにより、蓋外表面11F上という限られたスペース内で、正極外部端子部材31及び負極外部端子部材51が、いずれも封口蓋11の蓋外表面11Fに沿う方向に移動することを確実に防止できる。
また、負極外部端子部材51についても同様に、負極外部端子部材51が、蓋外表面11Fに沿う方向に移動することにより、この負極外部端子部材51と封口蓋11との間のシール、あるいは、負極内部端子部材56の負極かしめ部58と封口蓋11との間のシールが不十分となる不具合を防止できる。
このような電池2において、電池ケース内の内圧が上昇して、電池ケース10が膨張すると、上述のように安全弁部が移動するため、電池ケース内の部材、例えば発電要素80が、安全弁部12を塞いでしまい、溝部12Sからなる安全弁が適切に動作できなくなる虞がある。
まず、正極板81及び負極板82を、セパレータ83を介して捲回してなる発電要素80に、前述の正極内部端子部材36の正極集電部37T、及び、負極内部端子部材56の負極集電部57Tをそれぞれ溶接する。
図6に、かしめ前の正極内部端子部材36、ガスケット79、封口蓋11、正極外部端子部材31及び共通端子保持部材20の斜視図を示す。図6では示さないが、このうち、正極内部端子部材36は、上述の通り、発電要素80の正極板81と既に溶接されている。また、正極かしめ部38は、図6中、上方に開口する変形用穴38Hが設けられている。
まず、図6に示すように、正極端子接続部材32の脚部32Lを、共通端子保持部材20における第1保持部21の凹部24にはめ込む。そして、正極端子接続部材32の正極雄ねじ部32Bを、正極連結板33の結合部貫通孔33Qに挿通させる。
即ち、まず、負極端子接続部材52を負極連結板53に挿通する(図6参照)。さらに、負極かしめ部58を、ガスケット79のガスケット貫通孔79K、封口蓋11の貫通孔11K、共通端子保持部材20の絶縁貫通孔20K、及び、負極連結板53の固定部貫通孔53Pに、この順に挿通して、その先端側を負極連結板53よりも突出させる。
次に、正極端子部材30と同様に、拡径金型91、平面金型92及び押圧金型93を用いて、挿通した負極かしめ部58を塑性変形させて、これに負極連結板53を押圧させる(図7,8参照)。これにより、負極外部端子部材51が封口蓋11上に共通端子保持部材20を介して固定される。
次に、本発明の変形形態1にかかる電池101について、図1、図9〜図11を参照しつつ説明する。
本変形形態1の電池101では、電池ケース10内に変形抑制部材190を備えている点が前述の実施形態1と異なり、それ以外は同様である。
そこで、実施形態1と異なる点を中心に説明し、同様の部分の説明は省略または簡略化する。なお、同様の部分については同様の作用効果を生じる。また、同内容のものには同番号を付して説明する。
また、第4保持部196は、第3保持部191と同様、ガスケット79よりも径大の貫通孔196Kと、周縁部199とを有する。このうち周縁部199は、負極内部端子部材56のケース結合部57Sの周端面57Eを囲み、負極内部端子本体部57のケース結合部57Sの移動(回転移動等)を防止する。なお、変形抑制部材190は、第4保持部196において、負極内部端子部材56によって封口蓋11に固着されている。
また、結合部193は、図10に示すように、第2方向DBの寸法が上述のリブ部192より小さく(薄く)、複数のリブ部192,192同士の間を結んでいる。図12に示すように、この変形抑制部材190は、結合部193から構成される、平坦な結合部表面193Fを有する。この結合部表面193Fは、封口蓋11側とは反対に、電池ケース10の内部側、即ち発電要素80側に面している(図10参照)。
まず、実施形態1と同様に、正極板81及び負極板82を、セパレータ83を介して捲回してなる発電要素80に、前述の正極内部端子部材36の正極集電部37T、及び、負極内部端子部材56の負極集電部57Tをそれぞれ溶接する。
図13に、かしめ前の正極内部端子部材36、ガスケット79、封口蓋11、正極外部端子部材31及び共通端子保持部材20の斜視図を示す。図13では示さないが、このうち、正極内部端子部材36は、上述の通り、発電要素80の正極板81と既に溶接されている。また、正極かしめ部38は、図13中、上方に開口する変形用穴38Hが設けられている。
まず、実施形態1と同様にして、正極端子接続部材32の脚部32Lを、共通端子保持部材20における第1保持部21の凹部24にはめ込む。そして、正極端子接続部材32の正極雄ねじ部32Bを、正極連結板33の結合部貫通孔33Qに挿通させる。
その後、実施形態1と同様に、拡径金型91、平面金型92及び押圧金型93を用いて、正極かしめ部38を変形させる。これにより、正極かしめ部38は、その先端が正極連結板33を押圧している。かくして、正極端子部材30は封口蓋11に固定される。
その後、実施形態1と同様に、拡径金型91、平面金型92及び押圧金型93を用いて、負極かしめ部58を変形させる。これにより、負極かしめ部58は、その先端が負極連結板53を押圧している。かくして、負極端子部材50は封口蓋11に固定される。
なお、上述の固定工程後は、実施形態1と同様にして、本変形形態1にかかる電池101が完成する。
本実施形態2にかかる車両200は、前述した電池1,101を複数含むバッテリパック210を搭載したものである。具体的には、図14に示すように、車両200は、エンジン240、フロントモータ220およびリアモータ230を併用して駆動するハイブリッド自動車である。この車両200は、車体290、エンジン240、これに取り付けられたフロントモータ220、リアモータ230、ケーブル250、インバータ260、及び、矩形箱形状のバッテリパック210を有している。このうちバッテリパック210は、前述した実施形態1あるいは変形形態1にかかる電池1,101を複数、矩形箱形状のバッテリケース211の内部に収容してなる。
また、車載した電池1,101の負極端子接続部材52に負極外部接続端子72を着脱してバッテリパック210とする際も同様である。即ち、その着脱の際に、負極外部端子部材51と電池ケース10の封口蓋11との間のシール、あるいは、負極内部端子部材56の負極かしめ部58と封口蓋11との間のシールが不十分となる不具合を防止できる。
かくして、信頼性の高い車両200とすることができる。
また、本実施形態3のハンマードリル300は、前述した電池1,101を含むバッテリパック310を搭載したものであり、図15に示すように、バッテリパック310、本体320を有する電池搭載機器である。なお、バッテリパック310はハンマードリル300の本体320のうち底部321に可能に収容されている。
また、搭載した電池1,101の負極端子接続部材52に負極外部接続端子72を着脱してバッテリパック310とする際も同様である。即ち、その着脱の際に、負極外部端子部材51と電池ケース10の封口蓋11との間のシール、あるいは、負極内部端子部材56の負極かしめ部58と封口蓋11との間のシールが不十分となる不具合を防止できる。
かくして、ハンマードリル300を信頼性の高い電池搭載機器とすることができる。
例えば、実施形態1等では、電池1,101をリチウムイオン二次電池としたが、これ以外の二次電池、例えば、ニッケル水素二次電池、ニッケルカドミウム二次電池等に適用しても良い。また、一次電池に適用しても良い。さらに、実施形態1等では、電池1,101の電池ケース10を矩形形状の電池ケースとした。しかし、端子形成面上に正極端子部材の正極端子接続部材、及び、負極端子部材の負極端子接続部材を配置した電池ケース、例えば、一部に端子形成面を含む円筒形状等の電池ケースとしても良い。
10 電池ケース
11 封口蓋(端子形成部)
11F 蓋外表面(端子形成面)
11P 第1部位
11Q 第2部位
12 安全弁部
12S 溝部(安全弁)
20 共通端子保持部材
21 第1保持部
26 第2保持部
30 正極端子部材
31 正極外部端子部材(正極端子外方部)
32 正極端子接続部材(正極外部端子接続部,他端部)
37T 正極集電部(一端部)
38 正極かしめ部(貫通部)
50 負極端子部材
51 負極外部端子部材(負極端子外方部)
52 負極端子接続部材(負極外部端子接続部,他端部)
57T 負極集電部(一端部)
58 負極かしめ部(貫通部)
71 正極外部接続端子
72 負極外部接続端子
80 発電要素
81 正極板
82 負極板
190 変形抑制部材(流路形成変形抑制部材)
192 リブ部
193 結合部
193F 結合部表面
200 車両
300 ハンマードリル(電池搭載機器)
DA 第1方向((端子形成部の)厚み方向)
DB 第2方向(部位間方向)
GW ガス流路
Claims (8)
- 正極板及び負極板を含む発電要素と、
上記発電要素を収容してなり、少なくとも端子形成面をなす端子形成部が金属からなる電池ケースと、
一又は複数の金属部材からなり、上記正極板の電位を正極外部接続端子を接続させる正極外部端子接続部に電気的に導く正極端子部材であって、
一端部が上記電池ケース内で上記正極板に接続し、
貫通部が、上記端子形成部と絶縁され、この端子形成部との間を封止された状態で、この端子形成部を貫通して、上記電池ケース内から外部に導出され、
他端部が上記正極外部端子接続部とされてなる
正極端子部材と、
一又は複数の金属部材からなり、上記正極端子部材と離間し絶縁され、上記負極板の電位を負極外部接続端子を接続させる負極外部端子接続部に電気的に導く負極端子部材であって、
一端部で上記電池ケース内で上記負極板に接続し、
貫通部が、上記端子形成部と絶縁され、この端子形成部との間を封止された状態で、この端子形成部を貫通して、上記電池ケース内から外部に導出され、
他端部が上記負極外部端子接続部とされてなる
負極端子部材と、
上記端子形成面上に配置され、
上記正極端子部材のうち上記正極外部端子接続部を含み上記電池ケース外に位置する正極端子外方部と、上記負極端子部材のうち上記負極外部端子接続部を含み上記電池ケース外に位置する負極端子外方部との間に架け渡され、
上記正極端子外方部に係合し、上記正極外部端子接続部に上記正極外部接続端子を着脱する際に、上記正極端子外方部に生じる上記端子形成面に沿う方向への移動を制限して、これを保持する第1保持部、及び、
上記負極端子外方部に係合し、上記負極外部端子接続部に上記負極外部接続端子を着脱する際に、上記負極端子外方部に生じる上記端子形成面に沿う方向への移動を制限して、これを保持する第2保持部、を有してなる
共通端子保持部材であって、
上記正極外部端子接続部に上記正極外部接続端子を着脱する際に、上記第1保持部に生じる上記端子形成面に沿う方向への移動を、上記負極端子外方部と上記第2保持部との係合により制限すると共に、
上記負極外部端子接続部に上記負極外部接続端子を着脱する際に、上記第2保持部に生じる上記端子形成面に沿う方向への移動を、上記正極端子外方部と上記第1保持部との係合により制限する形態を有してなる
共通端子保持部材と、を備える
電池。 - 請求項1に記載の電池であって、
前記共通端子保持部材は、絶縁性を有し、
前記第1保持部は、
前記正極端子部材の前記正極端子外方部と前記電池ケースの前記端子形成部との間に介在して、両者を絶縁させてなり、
前記第2保持部は、
前記負極端子部材の前記負極端子外方部と前記電池ケースの前記端子形成部との間に介在して、両者を絶縁させてなる
電池。 - 請求項1または請求項2に記載の電池であって、
前記電池ケースの前記端子形成部は、
自身のうち、前記端子形成面の上方に、前記正極端子外方部が位置する第1部位と前記負極端子外方部が位置する第2部位との間に、上記電池ケースの内圧が所定値を超えた場合に開弁する安全弁を含む安全弁部を有し、
上記電池ケースは、
自身の内圧が上昇して膨張変形した場合に、変形前に比して、上記端子形成部の上記安全弁部がこの電池ケースの内側方向に移動するパターンの反り変形が、上記端子形成部に生じる形態を有し、
前記共通端子保持部材は、
少なくとも、上記第1保持部及び上記第2保持部において、上記端子形成部に固着されてなり、かつ、
上記電池ケースの内圧が上昇した場合に、上記端子形成部に生じる上記パターンの反り変形を抑制する形態を有する
電池。 - 請求項3に記載の電池であって、
前記電池ケース内に、上記電池ケースの内圧が上昇した場合に、前記端子形成部に生じる前記パターンの反り変形を抑制する形態の変形抑制部材を備える
電池。 - 請求項4に記載の電池であって、
前記変形抑制部材は、
前記共通端子保持部材とで前記端子形成部を挟むように配置され、
上記端子形成部に固着されてなり、
前記第1部位と前記第2部位とを結ぶ部位間方向に延びる複数のリブ部と、
上記部位間方向に直交する上記端子形成部の厚み方向の寸法が、上記リブ部より小さく、上記リブ部同士の間を結ぶ結合部と、を有し、
隣り合う上記リブ部同士とこれらを結ぶ結合部とで、上記部位間方向に延び、前記安全弁部に至るガス流路を構成してなる
流路形成変形抑制部材である
電池。 - 請求項5に記載の電池であって、
前記流路形成変形抑制部材は、
前記端子形成部の厚み方向のうち、上記端子形成部と反対側を向く面が、平坦とされてなる
電池。 - 請求項1〜請求項6のいずれか1項に記載の電池を搭載した車両。
- 請求項1〜請求項6のいずれか1項に記載の電池を搭載した電池搭載機器。
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