JP2015041610A - 蓄電装置 - Google Patents

Abstract

【課題】バスバーを回り止めするとともにバスバーと電極端子間の接続抵抗を小さくすることができる蓄電装置を提供する。【解決手段】バスバー３０は、電極端子２２，２３との接触面３１ａに形成された突条３３，３４を有する。電極端子２２，２３は、バスバー３０との接触面６０ａに開口する雌ねじ穴６２、および、バスバー３０との接触面６０ａに形成され突条３３，３４が係合する凹部６３，６４を有するとともに、雌ねじ穴６２の開口部を拡開するためのスリット６５，６６を有する。ボルト４０，４１におけるねじ部４３と頭部４４との間にテーパ部４５を有する。ボルト４０，４１のねじ部４３を電極端子２２，２３の雌ねじ穴６２に螺入してバスバー３０を締め付ける際にテーパ部４５により雌ねじ穴６２の開口部が拡開して電極端子２２，２３の凹部６３，６４がバスバー３０の突条３３，３４に密着している。【選択図】図２

Description

本発明は、蓄電装置に関するものである。

電池セルの電極端子に対するバスバーの取付構造において、バスバーを上下方向だけでなく水平方向においても電極端子と当接する構造を採用することで、回り止めの作用を持たせた構造が知られている（例えば特許文献１参照）。

特開２００９−８０９６３号公報

特許文献１のようにバスバーに設けた突起状の嵌合部を端子の外縁に配置し端子の側面と嵌合させて回り止めの作用を持つバスバーでは、バスバーが電極端子側面においても電極端子に当接している。しかしながら、この側面の作用は回り止めに留まり、接触面積の増加に伴う接続抵抗の低下には寄与していなかった。これは、上下方向は、多少の寸法誤差（公差）があっても、ボルトの締結により面同士が密接するのに対し、水平方向はそのような力が作用せず、大部分で隙間が生じることによるものである。

本発明の目的は、バスバーを回り止めするとともにバスバーと電極端子間の接続抵抗を小さくすることができる蓄電装置を提供することにある。

上記課題を解決する蓄電装置は、電極端子が本体部から突出するセルを複数並設して構成した蓄電モジュールと、隣接する前記セルの電極端子同士を電気的に接続する平板状のバスバーと、前記バスバーを貫通して前記電極端子に螺入される雄ねじ部品と、を有する蓄電装置であって、前記バスバーは、前記電極端子との接触面に形成された突条を有し、前記電極端子は、前記バスバーとの接触面に開口する雌ねじ穴、および、前記バスバーとの接触面に形成され前記突条が係合する凹部を有するとともに、前記雌ねじ穴の開口部を拡開するためのスリットを有し、前記雄ねじ部品におけるねじ部と頭部との間、および、前記電極端子における前記雌ねじ穴の開口部の少なくとも一方にテーパ部を有し、前記雄ねじ部品のねじ部を前記電極端子の雌ねじ穴に螺入して前記バスバーを締め付ける際に前記テーパ部により前記雌ねじ穴の開口部が拡開して前記電極端子の凹部を前記バスバーの突条に密着させてなることを要旨とする。

これによれば、バスバーにおいて電極端子との接触面に形成された突条が、電極端子においてバスバーとの接触面に形成された凹部に係合するので、バスバーを回り止めすることができる。また、電極端子における雌ねじ穴の開口部が拡開して電極端子の凹部がバスバーの突条に密着しているので、バスバーと電極端子間の接続抵抗を小さくすることができる。

上記蓄電装置において、前記突条は直線的に延びているとよい。
上記蓄電装置において、前記突条は複数個所に設けられているとよい。

本発明によれば、バスバーを回り止めするとともにバスバーと電極端子間の接続抵抗を小さくすることができる。

（ａ）は実施形態のリチウムイオン二次電池を模式的に示す平面図、（ｂ）はリチウムイオン二次電池を模式的に示す右側面図、（ｃ）はリチウムイオン二次電池を模式的に示す正面図。 （ａ）はリチウムイオン二次電池の電極端子部分を示す平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線での断面図。 （ａ）はバスバーを示す平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線での断面図。 （ａ）は電極端子を示す平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線での断面図。 バスバーの組付け工程を説明するためのリチウムイオン二次電池の電極端子部分の断面図。 バスバーの組付け工程を説明するためのリチウムイオン二次電池の電極端子部分の断面図。 別例を説明するためのリチウムイオン二次電池の電極端子部分を示す断面図。 別例を説明するためのリチウムイオン二次電池の電極端子部分を示す断面図。 （ａ）は別例を説明するためのバスバーの斜視図、（ｂ）は別例を説明するためのバスバーの斜視図。

以下、車載用リチウムイオン二次電池に具体化した一実施形態を図面に従って説明する。
なお、図面において、水平面を、直交するＸ，Ｙ方向で規定するとともに、上下方向をＺ方向で規定している。

図１に示すように、リチウムイオン二次電池１０は、複数の電池セルＣ１〜Ｃ９を並設して構成した蓄電モジュールとしての電池モジュール２０と、電池セル間を電気的に接続する平板状のバスバー３０と、ボルト４０，４１を有している。各電池セルＣ１〜Ｃ９は角型電池セルであり、電池セルＣ１〜Ｃ９の本体部２１が薄い四角箱型をなしている。本体部２１は、電槽（缶）と、電槽内に収容される正極とセパレータと負極とを積層して構成された電極組立体と、を有する。電池セルＣ１〜Ｃ９の本体部２１はＹ方向において並設して配置され、隣接する電池セルの本体部２１は側面が接触する状態で固定されている。

各電池セルＣ１〜Ｃ９は、本体部２１の上面から正極用の電極端子２２と負極用の電極端子２３が上方に突出している。図１において、電池セルＣ１は、本体部２１において左側に正極用の電極端子２２が配置され、右側に負極用の電極端子２３が配置されている。電池セルＣ２は、本体部２１において左側に負極用の電極端子２３が配置され、右側に正極用の電極端子２２が配置されている。以下、電池セルＣ３は本体部２１の左側に正極用の電極端子２２が右側に負極用の電極端子２３が、電池セルＣ４は本体部２１の左側に負極用の電極端子２３が右側に正極用の電極端子２２が、電池セルＣ５は本体部２１の左側に正極用の電極端子２２が右側に負極用の電極端子２３が配置されている。電池セルＣ６は本体部２１の左側に負極用の電極端子２３が右側に正極用の電極端子２２が、電池セルＣ７は本体部２１の左側に正極用の電極端子２２が右側に負極用の電極端子２３が配置されている。電池セルＣ８は本体部２１の左側に負極用の電極端子２３が右側に正極用の電極端子２２が、電池セルＣ９は本体部２１の左側に正極用の電極端子２２が右側に負極用の電極端子２３が配置されている。

電池セルＣ１〜Ｃ９は、本体部２１の上面において台座（ナット）２４を電極端子２２，２３が貫通する状態で配置されている。
バスバー３０は、Ｙ方向に延びている。バスバー３０は隣接する電池セルの電極端子２２，２３に締結されている。即ち、バスバー３０の一端側においてバスバー３０の上側からボルト４０がバスバー３０を貫通して電極端子２２に螺入され、ボルト４０によりバスバー３０が電池セルの電極端子２２に締結されている。バスバー３０の他端側においてバスバー３０の上側からボルト４１がバスバー３０を貫通して電極端子２３に螺入され、ボルト４１によりバスバー３０が電池セルの電極端子２３に締結されている。

このようにして、セル間接続用導電部材としてのバスバー３０により、隣接する電池セルの電極端子同士を電気的に接続して、各電池セルＣ１〜Ｃ９が直列接続されている。
バスバー３０と電極端子２２，２３との接続構造について図２，３，４を用いて詳しく説明する。

図３に示すように、バスバー３０は本体部３１が直線的に延びる銅製の平板よりなり、長辺方向であるＹ方向において両端部には円形の貫通孔３２が形成されている。なお、図３等において便宜上バスバー３０の片側の先端部のみ図示するが、他方の先端部においても同様な構成となっている。貫通孔３２にボルト４０，４１が通る。このように、バスバー３０は、両方の端部が電極端子２２，２３との接続部となっている。

図２に示すように、電池セルＣ１〜Ｃ９は、本体部２１の天板５０に貫通孔５１が形成されている。
銅製またはアルミ製の電極端子２２，２３は同一構成をなしている。図２に示すように、電極端子２２，２３の本体部６０は立設する柱状をなし、下端には鍔部６１を有する。図２に示すように、電極端子２２，２３の本体部６０が、電池セルＣ１〜Ｃ９の本体部２１の内部から天板５０の貫通孔５１を通して天板５０から上方に突出している。電極端子２２，２３の本体部６０の外周面と天板５０の貫通孔５１との間には絶縁樹脂カラー５２およびシール材５３が配置され、絶縁樹脂カラー５２およびシール材５３により電極端子２２，２３と天板５０とは絶縁されている。電極端子２２，２３の本体部６０の外周面は雄ねじが形成され、電極端子２２，２３の本体部６０における天板５０から上方に突出している部位に台座（ナット）２４が螺入されている。この台座（ナット）２４により電極端子２２，２３が天板５０に締結固定されている。電極端子２２，２３の本体部６０の上部は台座（ナット）２４より上方に突出している。電極端子２２，２３の本体部６０の上面にバスバー３０が配置されている。

図４に示すように、電極端子２２，２３の本体部６０の上面がバスバー３０との接触面６０ａであり、この接触面６０ａの中央には上面（接触面６０ａ）に開口する雌ねじ穴６２が形成され、雌ねじ穴６２は下方に延びている。図２に示すように、雌ねじ穴６２に対し、バスバー３０を貫通するボルト４０，４１のねじ部４３が螺入されている。

図３に示すように、バスバー３０の本体部３１の下面が電極端子２２，２３との接触面３１ａであり、この接触面３１ａには突条３３，３４が形成されている。各突条３３，３４は、それぞれバスバー３０の延設方向であるＹ方向に直線的に延びている。両突条３３，３４は、貫通孔３２を挟んで形成され、貫通孔３２から等距離に位置している。

図４に示すように、電極端子２２，２３の本体部６０の上面、即ち、バスバー３０との接触面６０ａには、バスバー３０の突条３３，３４に対応する凹部６３，６４が形成されている。各凹部６３，６４はそれぞれＹ方向に直線的に延び、電極端子２２，２３の本体部６０の上面に開口している。両凹部６３，６４は、中央の雌ねじ穴６２を、Ｘ方向において挟むように形成されている。

図２に示すように、電極端子２２，２３の本体部６０の凹部６３にバスバー３０の突条３３が係合しているとともに電極端子２２，２３の本体部６０の凹部６４にバスバー３０の突条３４が係合している。

図２，４に示すように、電極端子２２，２３の本体部６０における台座（ナット）２４から突出する部位には２本のスリット６５，６６が等角度で（１８０°毎に）形成されている。スリット６５，６６は電極端子２２，２３の本体部６０の上面、即ち、バスバー３０との接触面６０ａから垂直方向において、台座（ナット）２４の上面位置に相当する所定深さに形成されている。このスリット６５，６６により電極端子２２，２３の雌ねじ穴６２の開口部はＸ方向に拡開することができるようになっている。

ボルト４０，４１は同一構成をなしている。図２に示すように、ボルト４０，４１におけるねじ部４３と頭部４４との間にはテーパ部４５が形成され、テーパ部４５は上側ほど径が大きくなっている。

図２（ｂ）に示すように、電極端子２２，２３の本体部６０の凹部６３での内径側の側面６３ａとバスバー３０の突条３３の内径側の側面３３ａとが密接している。同様に、電極端子２２，２３の本体部６０の凹部６４での内径側の側面６４ａとバスバー３０の突条３４の内径側の側面３４ａとが密接している。これは次のように密接させている。図５，６に示すように、ボルト４０，４１のねじ部４３を電極端子２２，２３の本体部６０の雌ねじ穴６２に螺入してバスバー３０を締め付けるが、その際にテーパ部４５により電極端子２２，２３における雌ねじ穴６２の開口部が変形してＸ方向に拡開して、図２に示すように、拡開部６７が形成される。この拡開部６７は上側ほど多く開く。これにより、電極端子２２，２３の凹部６３，６４がバスバー３０の突条３３，３４に密着している。

次に、電池セル間の接続方法、即ち、リチウムイオン二次電池１０の電極端子２２，２３へのバスバー３０の組付け工程について説明する。
図５に示すように、絶縁樹脂カラー５２およびシール材５３により電極端子２２，２３と天板５０とを絶縁した状態で電極端子２２，２３の本体部６０における天板５０から上方に突出している部位に台座（ナット）２４を螺入して台座（ナット）２４により電極端子２２，２３を天板５０に締結する。

そして、電極端子２２，２３の本体部６０の上面にバスバー３０を配置する。このとき、電極端子２２，２３の本体部６０の凹部６３にバスバー３０の突条３３を係合するとともに電極端子２２，２３の本体部６０の凹部６４にバスバー３０の突条３４を係合する。このとき、突条３３，３４と凹部６３，６４とはガタがある。

引き続き、ボルト４０，４１のねじ部４３をバスバー３０の貫通孔３２を通して電極端子２２，２３の本体部６０の雌ねじ穴６２に螺入していく。すると、図５で示すようにボルト４０，４１のテーパ部４５が電極端子２２，２３の本体部６０の雌ねじ穴６２の開口端に接触する。更にボルト４０，４１を電極端子２２，２３の本体部６０の雌ねじ穴６２に螺入していくと、図６に示すように電極端子２２，２３の本体部６０の雌ねじ穴６２の上端部が拡開する。この拡開により、最終的には図２（ｂ）に示すように、電極端子２２，２３の本体部６０の凹部６３での内径側の側面６３ａとバスバー３０の突条３３の内径側の側面３３ａとが密接するとともに電極端子２２，２３の本体部６０の凹部６４での内径側の側面６４ａとバスバー３０の突条３４の内径側の側面３４ａとが密接する。

これにより、バスバー３０を上下方向だけでなく水平方向においても電極端子２２，２３と密接し、接触面積が増加して接触抵抗を小さくできる。即ち、上下方向においては多少の寸法誤差（公差）があってもボルト締結により面同士が密接する。一方、水平方向においては電極端子２２，２３の本体部６０の上部の拡開による水平方向の力が作用して水平方向にも面同士が密接する。

次に、作用について説明する。
電極端子２２，２３の本体部６０の上部における台座（ナット）２４より上方に突出する部位には拡開用の垂直方向に延びるスリット６５，６６が形成されているとともに、締結部材としてテーパ付きボルト４０，４１が用いられている。そして、バスバー３０をボルト締結する時に電極端子２２，２３の本体部６０の上部が拡開され、これに伴い電極端子２２，２３の本体部６０の凹部６３，６４もＸ方向において互いに離間する方向に移動される。その結果、バスバー３０の突条３３，３４に対し電極端子２２，２３の凹部６３，６４が密着する。つまり、バスバー３０の突条３３，３４の側面３３ａ，３４ａと電極端子２２，２３の凹部６３，６４の側面３３ａ，３４ａとが密接する。

バスバー３０の突条３３，３４が電極端子２２，２３の凹部６３，６４に係合しており、バスバー３０が回り止めされる。具体的には、バスバー３０で電池セル間を接続する工程においてボルト４０，４１の螺入によるバスバー３０の締結時にボルト４０，４１の頭部４４が回転する際にバスバーが回転することを防止できる。これにより、隣接する電池セルとの間で短絡やスパークが発生することが防止される。

また、バスバーの締結時にスリット６５，６６を付けた電極端子の上部が変形してバスバー３０の突条３３，３４が電極端子２２，２３の凹部６３，６４に絞め込まれるので、車載用のリチウムイオン二次電池１０において振動によるバスバー締結用のボルトの緩みが防止される。詳しくは、バスバーの組み付け後も、凹部６３，６４が突条３３，３４に対して外側に力を加え、電動式産業車両や自動車搭載時の振動や温度の上下に起因する緩みが発生しない。その結果、バスバー３０と電極端子２２，２３との間の接続抵抗が上昇することもない。

また、電極端子２２，２３については円柱状で真っ直ぐな雌ねじ穴を有する構成としたまま六角ボルトをテーパ付きの雄ねじを有する構成としており、バスバーと接触する電極端子などの寸法を変更することなく、凹部６３，６４と突条３３，３４の接触によるバスバーと電極端子との接触面積が増加する。その結果、両者の接続抵抗を減少させることができ、電池出力電圧や電力供給容量等の諸特性を向上させることができる。

また、電極端子２２，２３の上面にはバスバーの突条３３，３４と係合する凹部（受け溝）６３，６４を形成するので、その分だけ電極端子に用いる金属材料（銅またはアルミ）の使用量を節約することができる。

以上のごとく上記実施形態によれば、以下のような効果を得ることができる。
（１）蓄電装置としてのリチウムイオン二次電池１０の構成として、バスバー３０は、電極端子２２，２３との接触面３１ａに形成された突条３３，３４を有する。電極端子２２，２３は、バスバー３０との接触面６０ａに開口する雌ねじ穴６２、および、バスバー３０との接触面６０ａに形成され突条３３，３４が係合する凹部６３，６４を有するとともに、雌ねじ穴６２の開口部を拡開するためのスリット６５，６６を有する。雄ねじ部品としてのボルト４０，４１におけるねじ部４３と頭部４４との間にテーパ部４５を有する。ボルト４０，４１のねじ部４３を電極端子２２，２３の雌ねじ穴６２に螺入してバスバー３０を締め付ける際にテーパ部４５により雌ねじ穴６２の開口部が拡開して電極端子２２，２３の凹部６３，６４をバスバー３０の突条３３，３４に密着させた。その結果、バスバー３０において電極端子２２，２３との接触面３１ａに形成された突条３３，３４が、電極端子２２，２３においてバスバー３０との接触面６０ａに形成された凹部６３，６４に係合するので、バスバー３０を回り止めすることができる。また、電極端子２２，２３における雌ねじ穴６２の開口部が拡開して電極端子２２，２３の凹部６３，６４がバスバー３０の突条３３，３４に密着しているので、バスバーと電極端子間の接続抵抗を小さくすることができる。

（２）突条３３，３４は直線的に延び、複数個所に設けられているので、安定してバスバー３０を回り止めすることができる。
実施形態は前記に限定されるものではなく、例えば、次のように具体化してもよい。

・図７に示すように、ボルト４０，４１におけるねじ部４３と頭部４４の間にテーパ部４５を形成するとともに電極端子２２，２３の雌ねじ穴６２の開口部において段差７０を形成してもよい。他にも、図８に示すように、電極端子２２，２３の雌ねじ穴６２の開口部にテーパ部６８を形成するとともに、ボルト４０，４１のねじ部４３と頭部４４の間に段差７１を形成してもよい。

要は、雄ねじ部品としてのボルト４０，４１におけるねじ部４３と頭部４４との間、および、電極端子２２，２３における雌ねじ穴６２の開口部の少なくとも一方にテーパ部を有する構成であればよい。

・図９（ａ），（ｂ）に示すように、バスバーの本体部３１の下面の突条３３，３４については、同一断面形状であるため、押し出しあるいは引き抜き形成した部材を図中のカットラインＬｃで切断してバスバーを形成することもできる。なお、ボルトが通る貫通孔３２は別途形成する。図９（ａ）においては突条３３，３４はＹ方向に延びており、図３と同様な構成となる。図９（ｂ）においては突条３３，３４はＸ方向に延びている。つまり、突条は電流が流れる方向（Ｙ方向）に延びていても、電流が流れる方向に直交するＸ方向に延びていてもよい。要は、突条の延設方向は問わない。

・電極端子の雌ねじ穴の開口部を拡開できるようにすべく設けるスリットは、図４では１８０°毎に２本のスリット６５，６６を設けたが、スリットを１２０°毎に３本を設けたり、スリットを９０°毎に４本を設ける等してもよい。

・電極端子は、母材としての銅またはアルミに対しニッケルめっき等で防錆してもよい。
・蓄電装置はリチウムイオン二次電池であったが、これに限定されることなく、他にも例えば、鉛蓄電池、ニッケル水素電池、キャパシタ等であってもよい。

・蓄電装置（リチウムイオン二次電池１０）を搭載する車両は問わない。例えば、電気自動車、ハイブリッド車、燃料電池車、産業車両等に搭載するとよい。
・車載用以外の蓄電装置に適用してもよい。

１０…リチウムイオン二次電池、２０…電池モジュール、２１…本体部、２２，２３…電極端子、３０…バスバー、３１ａ…接触面、３３，３４…突条、４０，４１…ボルト、４３…ねじ部、４４…頭部、４５…テーパ部、６０ａ…接触面、６２…雌ねじ穴、６３，６４…凹部、６５，６６…スリット、６８…テーパ部、Ｃ１〜Ｃ９…電池セル。

Claims (3)

1. 電極端子が本体部から突出するセルを複数並設して構成した蓄電モジュールと、
   隣接する前記セルの電極端子同士を電気的に接続する平板状のバスバーと、
   前記バスバーを貫通して前記電極端子に螺入される雄ねじ部品と、
   を有する蓄電装置であって、
   前記バスバーは、前記電極端子との接触面に形成された突条を有し、
   前記電極端子は、前記バスバーとの接触面に開口する雌ねじ穴、および、前記バスバーとの接触面に形成され前記突条が係合する凹部を有するとともに、前記雌ねじ穴の開口部を拡開するためのスリットを有し、
   前記雄ねじ部品におけるねじ部と頭部との間、および、前記電極端子における前記雌ねじ穴の開口部の少なくとも一方にテーパ部を有し、
   前記雄ねじ部品のねじ部を前記電極端子の雌ねじ穴に螺入して前記バスバーを締め付ける際に前記テーパ部により前記雌ねじ穴の開口部が拡開して前記電極端子の凹部を前記バスバーの突条に密着させてなることを特徴とする蓄電装置。
2. 前記突条は直線的に延びていることを特徴とする請求項１に記載の蓄電装置。
3. 前記突条は複数個所に設けられていることを特徴とする請求項２に記載の蓄電装置。