JP2014143154A - 蓄電モジュール - Google Patents

Abstract

【課題】良好な導電経路を得るとともに、締結の緩みを抑制すること。
【解決手段】電極端子１２を、ナット２９によって蓋１７に締結する。そして、ナット２９に当接させた状態でバスバー１５を電極端子１２に溶接で接合する。これにより、電極端子１２とバスバー１５は、電極端子１２の表面を覆っていた酸化被膜が破れた状態で接合される。また、ナット２９は、蓋１７とバスバー１５の間に位置し、挟圧される。
【選択図】図２

Description

本発明は、蓄電装置をバスバーで電気的に接続した蓄電モジュールに関する。

ＥＶ（Electric Vehicle）やＰＨＶ（Plug in Hybrid Vehicle）などの車両には、原動機となる電動機への供給電力を蓄える蓄電モジュールが搭載されている。蓄電モジュールは、例えば、特許文献１に開示されるように、二次電池の電極端子をバスバーで電気的に接続して構成される。

特開２００９−８７７２１号公報

蓄電モジュールを構成する場合は、バスバーを通じて良好な導電経路を確保することが望ましい。また、二次電池の電極端子をケースに固定する方法としてねじ締結を採用する場合は、その締結状態が緩み難い構造であることが望ましい。

この発明は、このような従来の技術に存在する問題点に着目してなされたものであり、その目的は、良好な導電経路を得るとともに、締結の緩みを抑制できる蓄電モジュールを提供することにある。

上記課題を解決する蓄電モジュールは、ケースと、前記ケース内に収容された電極組立体と、前記ケースの挿通孔を通って前記ケースの外部に露出されるとともに前記電極組立体に電気的に接続された電極端子と、を有する蓄電装置を備え、前記蓄電装置の電極端子をバスバーで電気的に接続してなる蓄電モジュールにおいて、前記蓄電装置の電極端子は外周にねじ部を有し、前記ねじ部にナットが螺合されることによって前記ケースに締結されており、前記ケース、前記ナット、前記バスバーの順に並びかつ前記ナットと前記バスバーが互いに当接した状態で、前記電極端子と前記バスバーとを接合する接合部を備えた。

この構成によれば、バスバーは電極端子に直接、接合される。このため、電極端子とバスバーは、電極端子の表面を覆っていた酸化被膜が破れた状態で接合される。これにより、電極端子とバスバーとの間に良好な導電経路を得ることができる。また、バスバーは、ナットに当接された状態で電極端子に接合される。このため、ナットは、ケースとバスバーの間に位置し、挟圧される。これにより、ナットによる締結の緩みを抑制できる。

上記蓄電モジュールにおいて、前記接合部は、前記電極端子と前記バスバーを溶接した溶接部とすることができる。この構成によれば、溶接によって電極端子とバスバーを接合するので、導電性を向上させることができる。

上記蓄電モジュールにおいて、前記蓄電装置の電極端子は正極端子と負極端子であり、前記正極端子と前記負極端子は同一材料であることが好ましい。この構成によれば、正極端子とバスバー、及び負極端子とバスバーのそれぞれを良好に溶接することができ、導電性を向上させることができる。

上記蓄電モジュールにおいて、前記電極端子は、前記ねじ部よりも小径の小径部を有し、前記バスバーは、前記小径部が挿通される挿通孔を有し、前記溶接部は、前記小径部と前記バスバーが溶接されていることが好ましい。この構成によれば、電極端子に対してバスバーの位置決めを簡便に行うことができ、溶接を容易に行うことができる。

上記蓄電モジュールにおいて、前記接合部は、前記電極端子を前記バスバーに当接するように塑性変形させた当接部とすることができる。この構成によれば、接合工程を簡素化することができ、蓄電モジュールの製造コストの増加を抑制できる。

上記蓄電モジュールにおいて、前記バスバーは、前記電極端子が挿通される挿通孔を有し、前記当接部は、前記電極端子の挿通孔から突出した前記電極端子の先端部が前記バスバーに当接するように塑性変形されていることが好ましい。この構成によれば、電極端子に対してバスバーの位置決めを簡便に行うことができ、電極端子とバスバーを容易に当接させることができる。

本発明によれば、良好な導電経路を得るとともに、締結の緩みを抑制できる。

蓄電モジュールを示す斜視図。 第１の実施形態における電極端子とバスバーの接続構造を示す一部破断断面図。 第２の実施形態における電極端子とバスバーの接続構造を示す一部破断断面図。

（第１の実施形態）
以下、蓄電モジュールを具体化した第１の実施形態を図１及び図２にしたがって説明する。

図１に示すように、蓄電モジュール１０は、リチウムイオン電池などの蓄電装置としての二次電池１１を複数個、電気的に接続することによって構成される。各二次電池１１は極性の異なる電極端子１２，１３を備え、これらの電極端子１２，１３は二次電池１１のケース１４から外部に露出している。蓄電モジュール１０を構成する各二次電池１１は、一方の電極端子１２が隣り合う二次電池１１における極性の異なる他の電極端子１３に電気的に接続されるとともに、他方の電極端子１３が隣り合う二次電池１１における極性の異なる一方の電極端子１２に電気的に接続される。隣り合う二次電池１１の電極端子１２，１３同士は、端子接続部材であるバスバー１５によって接続される。バスバー１５は、金属製（例えば、アルミニウム製）の板状部材である。

二次電池１１は、ケース本体１６とケース本体１６の開口部を覆う蓋１７で構成されたケース１４内に、電極組立体１８及び電解液が収容されている。電極組立体１８は、極性の異なる電極を交互に積層するとともに、電極の間にセパレータを介在させた構造である。各電極はシート状であり、金属箔の両面に活物質層を有する。正極電極の金属箔は例えばアルミニウム箔であり、アルミニウム箔の両面に正極活物質層を有する。また、負極電極の金属箔は例えば銅箔であり、銅箔の両面に負極活物質層を有する。同極の電極は、これらの電極との間で電気を授受する金属製の導電部材と電気的に接続されており、導電部材を介して電極端子１２，１３に電気的に接続されている。例えば、正極電極は導電部材となるアルミニウム板を介して一方の電極端子１２に電気的に接続されている一方、負極電極は導電部材となる銅板を介して他方の電極端子１３に電気的に接続されている。

以下、電極端子１２の構造、及び電極端子１２とバスバー１５の接合構造について説明する。なお、電極端子１３の構造は電極端子１２の構造と同じであり、電極端子１３とバスバー１５の接続構造は電極端子１２とバスバー１５の接続構造と同じである。

図２に示すように、電極端子１２は、四角板状の基部１９と、基部１９から立設された円柱状の極柱部２０と、を有する。極柱部２０の外周の一部にはねじ部２１を有し、極柱部２０の先端側にはねじ部２１よりも小径の小径部２２を有する。ねじ部２１と小径部２２は、段差面２３を介して繋がっている。小径部２２の外周は螺刻されていない。

電極端子１２は、基部１９が導電部材２４上に接合されているとともに、極柱部２０の一部が蓋１７の外面１７ａと内面１７ｂを貫通する挿通孔１７ｃからケース１４の外部に露出している。極柱部２０のねじ部２１と小径部２２は、ケース１４の外部に露出している。電極端子１２の軸方向に直交する方向に沿う基部１９の断面積は、挿通孔１７ｃの開口面積よりも大きい。これにより、ケース１４の内部に位置する基部１９は、蓋１７の挿通孔１７ｃからケース１４の外部へ抜け出し不能となっている。

挿通孔１７ｃの内周と極柱部２０の外周との間には、絶縁部材２５が介装されており、挿通孔１７ｃと極柱部２０のそれぞれに当接している。これにより、絶縁部材２５は、電極端子１２と蓋１７（ケース１４）との間に位置する。絶縁部材２５は、円環状の筒状部２６と、筒状部２６の軸方向一端から径方向外方へ延設されたフランジ部２７と、を有する。筒状部２６は、挿通孔１７ｃの内周と極柱部２０の外周との間に介装されている。フランジ部２７は、蓋１７の外面１７ａにおいて挿通孔１７ｃの周囲に係止されている。絶縁部材２５は樹脂製であり、この絶縁部材２５によって挿通孔１７ｃの内周と極柱部２０の外周とが絶縁されている。また、基部１９の面上には、極柱部２０を囲む円環状のシール部材２８が設けられている。シール部材２８は、ケース１４の内部において蓋１７の内面１７ｂと基部１９の面との間に位置している。シール部材２８は、例えばＯリングである。

極柱部２０のねじ部２１には、ナット２９が螺合されている。蓋１７の外面１７ａと、ナット２９の蓋１７側の端面２９ａとの間には、絶縁部材２５のフランジ部２７が狭圧されており、フランジ部２７によって蓋１７とナット２９が絶縁されている。ナット２９が極柱部２０に螺合されることによって、ナット２９と基部１９との間に、フランジ部２７、蓋１７、及びシール部材２８が狭圧されるとともに電極端子１２が蓋１７（ケース１４）に締結される。この締結状態においてシール部材２８は、圧縮状態で蓋１７の内面１７ｂ及び基部１９の面に密接し、挿通孔１７ｃの周囲をシールしている。また、ナット２９を螺合した際、極柱部２０におけるねじ部２１と小径部２２との間の段差面２３は、ナット２９の端面２９ｂよりも下方に位置している。ナット２９の端面２９ｂは、ナット２９を極柱部２０のねじ部２１に螺合した際に絶縁部材２５のフランジ部２７に当接するナット２９の端面２９ａとは反対側に位置する面である。

バスバー１５は、極柱部２０の小径部２２が挿通される挿通孔１５ａを有する。挿通孔１５ａは、小径部２２を嵌挿可能な内径であり、極柱部２０のねじ部２１の外径よりも小さい内径を有する。バスバー１５は、小径部２２が挿通孔１５ａに挿通された状態で、かつ当接面であるナット２９の端面２９ｂに当接された状態で、電極端子１２に接合されている。この実施形態において電極端子１２とバスバー１５は、接合部としての溶接部３０によって接合されている。バスバー１５が接合された状態では、バスバー１５と蓋１７の外面１７ａとの間にナット２９が位置している。つまり、ケース１４（蓋１７）、ナット２９、バスバー１５の順に並びかつナット２９とバスバー１５が互いに当接した状態で、電極端子１２とバスバー１５とが接合される。

以下、蓄電モジュール１０の作用を説明する。
バスバー１５を二次電池１１の電極端子１２，１３に直接、溶接接合する場合には、溶接によって電極端子１２，１３の表面を覆っていた酸化被膜が破られ、その状態で接合される。これにより、電極端子１２，１３やバスバー１５の新生面同士が接触する。

また、ナット２９とバスバー１５を当接させた状態で電極端子１２，１３とバスバー１５を接合することにより、ナット２９はバスバー１５と蓋１７に挟まれた状態となる。このため、ナット２９は、バスバー１５と蓋１７との間で狭圧される。

したがって、本実施形態によれば、以下に示す効果を得ることができる。
（１）バスバー１５と電極端子１２，１３を直接接合することにより、良好な導電経路を得ることができる。

（２）また、ナット２９をバスバー１５と蓋１７とで挟圧することにより、締結の緩みを抑制できる。そして、絶縁部材２５やシール部材２８に経時的な変形（クリープ現象）が生じたとしても、二次電池１１の絶縁性やシール性を確保できる。

（３）また、溶接による接合のため、導電性を向上させることができる。また、蓄電モジュール１０を製造し易い。
（４）バスバー１５の挿通孔１５ａに極柱部２０の小径部２２を挿通させるので、電極端子１２，１３に対してバスバー１５の位置決めを簡便に行うことができ、溶接を容易に行うことができる。また、バスバー１５によってナット２９を確実に押し付けることができる。

（５）ナット２９の端面２９ｂよりも下方に段差面２３を位置させることで、バスバー１５をナット２９に対して確実に当接させることができる。これにより、バスバー１５によってナット２９を確実に押し付けることができる。

（第２の実施形態）
以下、蓄電モジュールを具体化した第２の実施形態を図３にしたがって説明する。なお、以下に説明する実施形態において既に説明した実施形態と同一構成については、同一符号を付すなどして、その重複する説明を省略又は簡略する。

図３に示すように、この実施形態における電極端子１２の極柱部２０は、外周にねじ部３１を有する。また、バスバー１５は、極柱部２０のねじ部３１を嵌挿可能な内径の挿通孔１５ｂを有する。

この実施形態において電極端子１２とバスバー１５は、当接部としてのかしめ部３２によって接合されている。かしめ部３２は、バスバー１５の挿通孔１５ｂから突出した極柱部２０の先端部２０ａの外径が挿通孔１５ｂの内径よりも大きくかつ先端部２０ａがバスバー１５に当接するまで先端部２０ａを塑性変形させている。

以下、蓄電モジュール１０の作用を説明する。
二次電池１１の電極端子１２，１３をバスバー１５に、かしめ部３２によって接合する場合は、極柱部２０の先端部２０ａを塑性変形させることによって先端部２０ａがバスバー１５の表面に食い込む。これにより、電極端子１２，１３の表面やバスバー１５の表面を覆っていた酸化被膜が破られる。また、極柱部２０の先端部２０ａを塑性変形させた場合には、極柱部２０が膨出してバスバー１５の挿通孔１５ｂの内周にも食い込むことにより、電極端子１２，１３の表面やバスバー１５の表面を覆っていた酸化被膜が破られる。酸化被膜が破られることにより、電極端子１２，１３やバスバー１５の新生面同士が接触する。

また、ナット２９とバスバー１５を当接させた状態で電極端子１２，１３とバスバー１５を接合することにより、ナット２９はバスバー１５と蓋１７に挟まれた状態となる。このため、ナット２９は、バスバー１５と蓋１７との間で狭圧される。

したがって、本実施形態によれば、第１の実施形態の効果（１），（２）に加えて、以下に示す効果を得ることができる。
（６）電極端子１２，１３とバスバー１５をかしめ部３２によって接合することにより、接合工程を簡素化することができ、蓄電モジュール１０の製造コストの増加を抑制できる。

（７）バスバー１５の挿通孔１５ｂに極柱部２０を挿通させるので、電極端子１２，１３に対してバスバー１５の位置決めを簡便に行うことができ、容易に塑性変形させることができる。

なお、上記実施形態は以下のように変更してもよい。
○ 二次電池１１において電極端子１２，１３である正極端子と負極端子を同一材料によって構成しても良い。例えば、負極電極の活物質としてチタン酸リチウムを用いた場合、正極端子と負極端子のそれぞれにアルミニウムを採用することができる。このように構成すれば、導電部材２４も同一材料（例えば、アルミニウム板）を用いることができる。これにより、正極端子とバスバー、及び負極端子とバスバーのそれぞれを良好に溶接することができ、導電性を向上させることができる。また、同一材料の電極端子１２，１３を用いることで作業性を向上できる。

○ 絶縁部材２５やシール部材２８の形状を変更しても良い。例えば、円環状でも良いし、円環以外の環状でも良い。また、シール部材２８は、環状のガスケットでも良い。
○ 実施形態の電極端子１２，１３とバスバー１５の接合構造は、正極端子と負極端子の両端子に適用しても良いし、何れか一方の端子に適用しても良い。

○ 極柱部２０に螺合するナット２９は、単数でも、複数でも良い。
○ 電極組立体１８は、シート状の電極を積層した構造に限らず、帯状の正極電極と負極電極との間に帯状のセパレータを介在させて、これらを捲回軸周りに渦捲き状に捲回して構成された捲回型としてもよい。

○ ケース１４の形状は、円柱状や、楕円柱状でも良い。
○ 電極端子１２，１３は、ケース本体１６を構成する側壁から、当該側壁に設けた挿通孔を通じて外部に露出されても良い。

○ 蓄電モジュール１０は、単一の二次電池１１によって構成しても良い。
○ 二次電池１１は、リチウムイオン二次電池に限らず、他の二次電池であっても良い。要は、正極活物質層と負極活物質層との間をイオンが移動するとともに電荷の授受を行うものであれば良い。また、蓄電装置としてキャパシタでも良い。

○ 実施形態の蓄電モジュール１０は、車両電源装置として自動車に搭載しても良いし、産業用車両に搭載しても良い。また、定置用の蓄電モジュールに適用しても良い。
○ 第１の実施形態において、ケース１４の外部に露出する極柱部２０の全体をねじ部としても良い。

○ 第１の実施形態において、バスバー１５がナット２９に当接可能であれば、極柱部２０の形状やバスバー１５の挿通孔の形状を変更しても良い。
○ 第２の実施形態において極柱部２０は、少なくともナット２９が螺合する部位にねじ部があれば良い。

次に、上記実施形態及び別例から把握できる技術的思想を追記する。
（イ）ケースと、ケース内に収容された電極組立体と、ケースの挿通孔を通ってケースの外部に露出されるとともに電極組立体に電気的に接続された電極端子と、を有する蓄電装置において、電極端子は外周にねじ部を有し、ねじ部にナットが螺合されることによってケースに締結されており、電極端子にはバスバーが接続され、ケース、ナット、バスバーの順に並びかつナットとバスバーが互いに当接した状態で、電極端子とバスバーとを接合する接合部を備えた蓄電装置。

１０…蓄電モジュール、１１…二次電池、１２，１３…電極端子、１４…ケース、１５…バスバー、１５ａ，１５ｂ…挿通孔、１７…蓋、１７ａ…外面、１７ｃ…挿通孔、１８…電極組立体、２０…極柱部、２０ａ…先端部、２１，３１…ねじ部、２２…小径部、２３…段差面、２９…ナット、２９ｂ…端面、３０…溶接部、３２…かしめ部。

Claims (6)

1. ケースと、前記ケース内に収容された電極組立体と、前記ケースの挿通孔を通って前記ケースの外部に露出されるとともに前記電極組立体に電気的に接続された電極端子と、を有する蓄電装置を備え、前記蓄電装置の電極端子をバスバーで電気的に接続してなる蓄電モジュールにおいて、
   前記蓄電装置の電極端子は外周にねじ部を有し、前記ねじ部にナットが螺合されることによって前記ケースに締結されており、
   前記ケース、前記ナット、前記バスバーの順に並びかつ前記ナットと前記バスバーが互いに当接した状態で、前記電極端子と前記バスバーとを接合する接合部を備えたことを特徴とする蓄電モジュール。
2. 前記接合部は、前記電極端子と前記バスバーを溶接した溶接部である請求項１に記載の蓄電モジュール。
3. 前記蓄電装置の電極端子は正極端子と負極端子であり、
   前記正極端子と前記負極端子は同一材料である請求項２に記載の蓄電モジュール。
4. 前記電極端子は、前記ねじ部よりも小径の小径部を有し、
   前記バスバーは、前記小径部が挿通される挿通孔を有し、
   前記溶接部は、前記小径部と前記バスバーが溶接されている請求項２又は請求項３に記載の蓄電モジュール。
5. 前記接合部は、前記電極端子を前記バスバーに当接するように塑性変形させた当接部である請求項１に記載の蓄電モジュール。
6. 前記バスバーは、前記電極端子が挿通される挿通孔を有し、
   前記当接部は、前記電極端子の挿通孔から突出した前記電極端子の先端部が前記バスバーに当接するように塑性変形されている請求項５に記載の蓄電モジュール。