JP2011076871A

JP2011076871A - 電池モジュール用端子

Info

Publication number: JP2011076871A
Application number: JP2009227415A
Authority: JP
Inventors: Sueyuki Motohashi; 季之本橋; Hiroki Saegusa; 宏樹三枝; Koichi Hayashi; 弘一林
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd; Calsonic Kansei Corp
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd; Marelli Corp
Priority date: 2009-09-30
Filing date: 2009-09-30
Publication date: 2011-04-14
Anticipated expiration: 2029-09-30
Also published as: JP5415209B2

Abstract

【課題】少ない工数で製造できる電池モジュール用端子を提供する。
【解決手段】複数の単電池１１１を積層するとともに電気的に接続してなるセルユニット１１を内蔵する電池モジュール１０に、電力を入力または出力する端子として組み込まれる電池モジュール用端子５０において、第１通孔５３が形成された導電体からなる端子本体５１と、ねじ部５２１と略円錐面状の座面５２６が形成された頭部５２２とを有し、前記座面に複数の凸部５２５が形成され、前記端子本体の第１通孔に圧入された導電体からなるボルト５２と、を備える。
【選択図】図１Ａ

Description

本発明は、二次電池モジュールの電力を入出力するための端子に関するものである。

複数の単電池の積層体を内蔵する電池モジュールにおいて電力の入出力端子として、金属製端子本体に対し、ナットを樹脂インサート成形により埋め込んだ電池モジュール用端子が知られている（特許文献１の図１３のプラス側出力端子１４０参照）。

特開２００６−２１０３１２号公報

しかしながら、上記従来の電池モジュール用端子は、樹脂インサート成形によりナットを固定する構成であるため、製造工数が大きいという問題があった。

本発明が解決しようとする課題は、少ない工数で製造できる電池モジュール用端子を提供することである。

本発明は、端子本体に形成された第１通孔に、頭部の略円錐面状の座面に複数の凸部が形成されたボルトを圧入した電池モジュール用端子によって、上記課題を解決するものである。

本発明によれば、ボルトを端子本体の第１通孔に圧入すると、座面に形成された凸部が端子本体の第１通孔に食い込むので、ボルトの回転方向の固着強度が向上する。したがって、少ない製造工数で電池モジュール用端子を製造することができる。

本発明の一実施の形態に係る電池モジュール用端子を示す斜視図である。図１Ａの電池モジュール用端子を反対側から見た斜視図である。図１Ａおよび図１Ｂのボルトを示す正面図である。図２Ａの底面図である。図１Ａおよび図１Ｂのボルトを端子本体に圧入する工程を示す断面図である。図１Ａおよび図１Ｂのボルトを端子本体に圧入した状態を示す断面図（図１Ａおよび図１ＢのIIIＢ−IIIＢ線に沿う断面図）である。本発明の一実施の形態を適用した電池モジュールを示す分解斜視図である。図４のセルユニットを示す分解斜視図である。図４の電池モジュールの完成状態を示す斜視図である。本発明の一実施の形態を適用した電池モジュール群の組立過程を示す分解斜視図である。図７Ａの電池モジュール群の完成状態を示す斜視図である。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
図１Ａおよび図１Ｂはそれぞれ本発明の一実施の形態に係る電池モジュール用端子を示す斜視図であり、互いに逆の方向から見た図である。

本例の電池モジュール用端子５０は、銅や鉄などの導電体からなる端子本体５１と、鉄またはステンレスなどの鋼材からなるボルト５２とを備える。端子本体５１は後述する単電池の積層体であるセルユニットの入出力端子に接続されるように適宜の形状に成形され、一端にボルト５２を圧入するための第１通孔５３が形成されている。

図２Ａはボルト５２を示す正面図、図２Ｂは底面図である。本例のボルト５２は、ねじ部５２１と、頭部５２２と、これらねじ部５２１と頭部５２２との間に形成された円筒部５２３とを備える。この場合、円筒部５２３の直径は、ねじ部５２１の外径よりも大きく形成されている。また、ボルト５２の円筒部５２３とねじ部５２１との間に、テーパ部５２４が形成されている。

ボルト５２の頭部５２２は、平坦な上面５２７と略円錐面状の座面５２６とを有した皿頭形状に形成されるとともに、その座面５２６に複数（ここでは８つ）の凸部５２５が形成されている。これらの凸部５２５は、座面５２６上において周方向に等間隔で配置されている。

一方、図１Ａ，図１Ｂおよび図３Ａに示すように、ボルト５２が圧入して固着される端子本体の第１通孔５３は、ボルト５２の円筒部５２３の直径よりも大きく頭部５２２の最大直径より小さい直径に形成されている。また、周方向に配置された複数の凸部５２５の先端が描く最大径は、第１通孔５３より大きく形成されている。なお、上述した通りこの端子本体５１の材質としては、ボルト５２の材質（例えば高炭素鋼やステンレス鋼）よりも軟らかい材質（例えば銅や軟鋼）が好ましく用いられる。

端子本体５１の第１通孔５３にボルト５２を圧入して固着するための固着方法としては、ボルト５２を、図３Ａに示すように端子本体５１の第１通孔５３に通した後、プレス加工によって端子本体５１に対して固着する方法が採られる。この場合、プレス加工は、ボルト５２の頭部５２２の上面５２７に当接するプレス上型Ａと、端子本体５１の第１通孔５３の周縁部に当接するプレス下型Ｂとを用いて行われる。

そして、プレス加工によって、図３Ｂに示すように、ボルト５２の頭部５２２の上面５２７と端子本体５１の上面５１１とが面一になるまで、ボルト５２の頭部５２２を、その座面５２６の略円錐面形状を利用して端子本体５１に対して圧入する。これにより、端子本体５１の第１通孔５３の周辺を、ボルト５２の頭部５２２の座面５２６および円筒部５２３の外周面に対して変形固着させる。

なお、プレス下型Ｂの上部には、ボルト５２のテーパ部５２４の円錐面と略平行な円錐面Ｂ１が形成され、これにより、固着後の端子本体５１の下面５１２には、ボルト５２のテーパ部５２４に繋がるようなテーパ状突出部５１３が形成されることになる。

このように構成された本例の電池モジュール用端子５０によれば、ボルト５２の頭部５２２の座面５２６および円筒部５２３の外周面に対して、端子本体５１の第１通孔５３の周辺を変形固着させることで、端子本体５１に対してボルト５２を強固に固着することができる。

この場合に、端子本体５１の第１通孔５３の周辺に、ボルト５２の頭部５２２の座面５２６に対応して形成される凹状の円錐面に対して、ボルト５２の座面５２６の複数の凸部５２５が食い込むことで、特にボルト５２の回転方向の固着強度が向上する。

またこの際、ボルト５２の頭部５２２の上面５２７と端子本体５１の上面５１１とが面一になるまで、ボルト５２の頭部５２２を端子本体５１に対して圧入することにより、当該ボルト５２の頭部５２２が端子本体５１の表面から突出しないようにすることができる。

上述した電池モジュール用端子５０は電池モジュールの入出力端子として具現化することができ、ボルト５２にナットを締め付けることでバスバーなどを固定することができる。そして、上述した通り圧入という簡単な工程によって端子本体５１にボルト５２が強固に固着されているので、特に回転方向に対する固着強度に優れているため、ナットを工具等により締め付けてもボルト５２が空回りすることなく締め付けることができる。

図４は本発明の一実施の形態を適用した電池モジュールを示す分解斜視図、図５は図４のセルユニットを示す分解斜視図、図６は図４の電池モジュールの完成状態を示す斜視図、図７Ａは本発明の一実施の形態を適用した電池モジュール群の組立過程を示す分解斜視図、図７Ｂは図７Ａの電池モジュール群の完成状態を示す斜視図である。

以下の実施形態では、図６に示す電池モジュール１０の入出力端子１０１，１０２に図１Ａおよび図１Ｂに示す電池モジュール用端子５０を適用し、この電池モジュール１０をさらに複数積層して図７Ｂに示す電池モジュール群１を構成したものを説明する。

セルユニット１１を構成する単電池１１１は、たとえばエネルギー密度が高いリチウムイオン二次電池を採用することができ、内部電極対、セパレータおよび電解液からなる発電要素が平面長方形状で可撓性を有する袋状外装部材によって密封されたシート状の電池を採用することができる。こうした扁平状リチウムイオン二次電池の内部構造や充放電原理は公知であるため、その詳細な説明は省略するが、袋状外装部材は熱可塑性樹脂製の内層と、金属箔製の中間層と、絶縁性樹脂製の外層とを備えるラミネートフィルムで形成され、発電要素が袋状外装部材に密封されるため、袋状外装部材の外部に導出される電極端子以外は電気絶縁性が確保されることになる。

図４に示すように、単電池１１１の積層体であるセルユニット１１は、単電池１１１を複数（詳細な図示は省略するが、同図に示す例では８つ）積み重ねて構成され、たとえば図５に示すように正極端子１１１Ａと負極端子１１１Ｃとが直接またはバスバーにより接続されている。これにより８つの単電池１１１が直列接続された回路構成となる。本例の電池モジュール用端子５０は、この単電池１１１の積層体であるセルユニット１１の両電極を構成する末端の単電池（図５に示す上下両端の単電池）に入出力端子として組み付けられる。

ケーシング１２は、図４および図６に示すように電池モジュール１０の外装部分を構成し、上述した単電池１１１の積層体であるセルユニット１１はこのケーシング１２内に収容される。ケーシング１２は、直方体状に形成された筒体１２１と、この筒体１２１の開口部を閉塞する蓋体１２２とを備え、これら筒体１２１および蓋体１２２はアルミニウム合金等により構成することができる。筒体１２１と蓋体１２２とは、たとえば巻き締め工法などにより勘合される。

図４に示すように、単電池１１１の積層体であるセルユニット１１の短辺側の両端には、樹脂などの絶縁体からなる絶縁性カバー１２３，１２４が装着され、この絶縁性カバー１２３，１２４により単電池１１１の電極端子１１１Ａ，１１１Ｃとケーシング１２との電気的絶縁性が確保されている。本例の絶縁性カバーの一方１２３（図４の手前側）は、単電池１１１の積層体であるセルユニット１１の入出力端子に装着された一対の電池モジュール用端子５０のボルト５２が挿通する一対の第２通孔１２５，１２５が両端に形成され、図６に示すように組み立てられた状態においてはボルト５２が電池モジュール１０の側面から突出する。

また、絶縁性カバー１２３の一対の第２通孔１２５，１２５の間には各単電池１１１の電池電圧を検出するための電圧センサの端子が装着される係合部１２６が形成されている。なお、図４および図６に示すように、他方の絶縁性カバー１２４（図４の奥側）は各単電池１１１の電池電圧を検出するための電圧センサの端子が装着される係合部１２６のみが形成されている。

図４および図６に示すように絶縁性カバー１２３に形成された一対の第２通孔１２５の近傍には、当該絶縁性カバー１２３と一体的に成形された一対の絶縁性障壁１２７，１２７が設けられている。この絶縁性障壁１２７は第２通孔１２５から突出するボルト５２よりさらに軸方向外側に向かって突出する長さに形成されており、一対の第２通孔１２５，１２５の近接する側、同図におけるそれぞれの中央側に設けられている。

この絶縁性障壁１２７は、電池モジュール１０の製造時（組立時）において作業者等が把持している金尺や治具などの導電体が一対のボルト５２，５２に接触し、電池が短絡するのを防止するために設けられている。したがって、一対の第２通孔１２５，１２５のうちの少なくとも一方の近接した位置に設けられ、好ましくは一対の第２通孔１２５，１２５の近傍それぞれに設けられ、好ましくは一対の第２通孔１２５，１２５の近接する側、同図の中央側に設けられる。絶縁性障壁１２７は一対のボルト５２，５２に導電体が接触するのを防止するための部材であるので、その機能が奏される限りその具体的形状等は特に限定されない。

図６に示すように組み立てられた電池モジュール１０は、さらに図７Ａおよび図７Ｂに示すように複数の電池モジュール１０（同図では１２個）が互いに積層され、電池モジュール群１とされる。このとき、各電池モジュール１０の電池モジュール用端子５０が設けられた側面が同じ向きになるように揃えて積層され、この側面にバスバー用サイドプレート２０が装着される。

バスバー用サイドプレート２０の本体は樹脂などの絶縁体から構成され、各電池モジュール１０の側面から突出するボルト５２を挿通する第３通孔２０１が形成され、隣接する第３通孔２０１との間にバスバー２０２が埋設されている。図７Ａに示す例では、一つの電池モジュール１０の正極端子（または負極端子）を構成するボルト５２とこれに隣接する電池モジュール１０の負極端子（または正極端子）を構成するボルト５２を接続するバスバー２０２が複数設けられているので、複数の電池モジュール１０が直列に接続されることになる。

そして、図７Ａに示すようにバスバー用サイドプレート２０の第３通孔２０１に電池モジュール１０から突出したボルト５２を挿通して当該バスバー用サイドプレート２０を仮固定したのち、ナット５４を用いて当該バスバー用サイドプレート２０を固定する。このナット５４を締め付ける際に、ボルト５２には締め付け方向のトルクが作用するが、上述したとおりボルト５２は端子本体５１に対して、特に回転方向には強固に固着されているので、空回り等が生じることを防止することができる。

また、電池モジュール１０のボルト５２にバスバー用サイドプレート２０の第３通孔２０１を挿通することで、当該バスバー用サイドプレート２０を仮固定できるので、当該バスバー用サイドプレート２０を別途の手段で位置決めしたり或いは保持したりする必要がなく、組み付け作業性が向上する。

以上説明した実施形態は、本発明の理解を容易にするために記載されたものであって、本発明を限定するために記載されたものではない。したがって、上記の実施形態に開示された各要素は、本発明の技術的範囲に属する全ての設計変更や均等物をも含む趣旨である。

１…電池モジュール群
１０…電池モジュール
１１…セルユニット
１１１…単電池
１１１Ａ…正極端子
１１１Ｃ…負極端子
１２…ケーシング
１２１…筒体
１２２…蓋体
１２３，１２４…絶縁性カバー
１２５…第２通孔
１２６…係合部
１２７…絶縁性障壁
２０…バスバー用サイドプレート
２０１…第３通孔
２０２…バスバー
５０…電池モジュール用端子
５１…端子本体
５２…ボルト
５２１…ねじ部
５２２…頭部
５２３…円筒部
５２４…テーパ部
５２５…凸部
５２６…座面
５２７…上面
５３…第１通孔
５４…ナット

Claims

複数の単電池を積層するとともに電気的に接続してなるセルユニットを内蔵する電池モジュールに、電力を入力または出力する端子として組み込まれる電池モジュール用端子において、
第１通孔が形成された導電体からなる端子本体と、
ねじ部と略円錐面状の座面が形成された頭部とを有し、前記座面に複数の凸部が形成され、前記端子本体の第１通孔に圧入された導電体からなるボルトと、を備えることを特徴とする電池モジュール用端子。
複数の単電池を積層するとともに電気的に接続してなるセルユニットと、
前記セルユニットの入力端子または出力端子としての請求項１に記載の一対の電池モジュール用端子と、
前記セルユニットの前記一対の電池モジュール用端子のボルトがそれぞれ挿通する一対の第２通孔が形成された絶縁性カバーと、を備えることを特徴とする電池モジュール。
請求項２に記載の電池モジュールにおいて、
前記絶縁性カバーの前記一対の第２通孔の少なくとも一方に、前記ボルトより軸方向外側へ突出する絶縁性障壁を有することを特徴とする電池モジュール。
請求項３に記載の電池モジュールにおいて、
前記絶縁性障壁は、前記一対の第２通孔の近接する側に設けられていることを特徴とする電池モジュール。
請求項２〜４のいずれか一項に記載の電池モジュールを複数積層する工程と、
前記積層された各電池モジュールの電池モジュール用端子の前記各ボルトに、バスバーに形成された第３通孔をそれぞれ挿通させて前記バスバーを仮固定する工程と、
前記各ボルトにナットを締め付けて前記バスバーを固定する工程と、を備えることを特徴とする電池モジュール群の製造方法。