JP2015103309A - ケース、及びケースの封止方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】封止栓による注液孔の封止に際して、注液孔と封止栓との位置合わせを精度良く行うことのできるケース、及びそのケースの封止方法を提供する。【解決手段】ケース11の蓋体14は、二次電池の内部に電解液を注入するための注液孔14cと、凹部30とを有する。凹部30は、治具によって封止栓20を注液孔14cに挿入する際に、治具の位置を合わせるための位置決め部として機能する。注液孔14cは封止栓20によって封止される。【選択図】図4

Description

この発明は、内部に電解液を注入するための注液孔を有するケース、及びそのケースの封止方法に関する。
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装置としてリチウムイオン電池などの二次電池が搭載されている。この種の二次電池は、例えば特許文献1に記載されるように、ケースに電極組立体などの電池要素を収容し、そのケースの開口部を蓋体で閉塞している。また、二次電池のケースには、閉塞後のケース内に電解液を注入するための注液孔が設けられており、その注液孔は電解液の注入後に封止栓によって封止されている。
特許第4298950号
ところで、ケースの注液孔を封止栓によって封止する際には、注液孔への封止栓の挿入工程に要する時間を短縮するためや、ケースの注液孔周りに封止栓が衝突することを抑制するために、注液孔と封止栓との位置合わせを精度良く行うことが望まれていた。
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、封止栓による注液孔の封止に際して、注液孔と封止栓との位置合わせを精度良く行うことのできるケース、及びそのケースの封止方法を提供することにある。
上記課題を解決するためのケースは、蓄電装置の外装を構成するためのものであり、蓄電装置の内部に電解液を注入するための注液孔と、注液孔に封止栓を挿入するための治具の位置を合わせるための位置決め部と、を有している。
上記構成によれば、封止栓による注液孔の封止に際して、位置決め部によって治具の位置を合わせることができるため、注液孔と封止栓との位置を合わせた状態で封止栓を注液孔に挿入させることができる。したがって、注液孔と封止栓との位置合わせを精度良く行うことができる。
位置決め部としては、例えば凹部が好ましい。
上記構成によれば、治具を凹部に嵌め込むことによって治具の位置決めを行うことができるため、注液孔と封止栓との位置合わせを容易に行うことができる。
ケースとしては、例えば、蓄電装置の外装が、有底筒状のケース本体と、ケース本体の開口部を閉塞する蓋体とで構成されており、位置決め部及び注液孔が蓋体に位置するものを採用可能である。
ケースとしては、例えば内部に電極組立体を有するとともに、その外形が角型をなすものを採用可能である。こうしたケースにおいて、電極組立体と電気的に接続する電極端子が蓋体から突出する形態では、例えば、位置決め部が蓋体の変形量の変化点と電極端子との間に位置することが好ましい。
上記のように、蓋体における電極端子に近い位置では、電極端子によって蓋体の表面が押さえられるため、蓋体に変形が生じにくい。ここで、蓋体の変形が電極端子によって抑制されるのは、蓋体の電極端子の周りの所定範囲である。そして、蓋体において、その所定範囲の外縁が蓋体の変形量の変化点となり、そうした変化点を境に電極端子から離間した部分では蓋体の変形量が大きくなる。上記構成によれば、蓋体の変形量の変化点と電極端子との間の位置に、すなわち蓋体の変形が電極端子によって抑制される位置に、位置決め部を位置させることができる。このため、位置決め部による治具の位置合わせに際して、上記の蓋体の変形が影響することを抑制することができる。したがって、封止栓による注液孔の封止に際して、注液孔と封止栓との位置合わせをさらに精度良く行うことができる。
また、同様に、内部に電極組立体を有するとともに、その外形が角型をなすケースにおいて、電極組立体と電気的に接続する電極端子が当該ケースから突出する形態では、例えば、位置決め部が注液孔までの距離よりも電極端子までの距離の方が短くなる位置に位置することが好ましい。
ケースにおける電極端子に近い位置では、電極端子によってケースの表面が押さえられるため、ケースに変形が生じにくい。一方で、ケースにおける電極端子から離間した位置では、そうした電極端子による変形の抑制が作用しにくく、ケースの変形が大きくなる。上記構成によれば、電極端子に近い位置に位置決め部を位置させることにより、上記のようにケースの変形が電極端子によって抑制される位置に位置決め部を位置させることができる。このため、位置決め部による治具の位置合わせに際して、上記のケースの変形が影響することを抑制することができる。したがって、封止栓による注液孔の封止に際して、注液孔と封止栓との位置合わせをさらに精度良く行うことができる。
蓄電装置の好適な例としては、二次電池を挙げることができる。
上記課題を解決するためのケースの封止方法では、ケースが蓄電装置の外装を構成し、蓄電装置の内部に電解液を注入するための注液孔と、注液孔に封止栓を挿入するための治具の位置を合わせるための位置決め部と、を有する。そして、治具を位置決め部で位置決めした状態で封止栓を注液孔に挿入することにより、注液孔を封止栓で封止する。
上記構成によれば、封止栓による注液孔の封止に際して、位置決め部によって治具の位置を合わせることができるため、注液孔と封止栓との位置を合わせた状態で封止栓を注液孔に挿入させることができる。したがって、注液孔と封止栓との位置合わせを精度良く行うことができる。
本発明によれば、封止栓による注液孔の封止に際して、注液孔と封止栓との位置合わせを精度良く行うことができる。
二次電池の外観を示す斜視図。 蓋体の表面側から視認される注液孔と注液孔を封止する封止栓とを示す斜視図。 蓋体の表面を示す平面図。 ケースの部分断面図。 蓋体の変形態様を示す模式図。 治具によって封止栓を注液孔に挿入する前の状態を示す模式図。 治具によって封止栓を注液孔に挿入した後の状態を示す模式図。
以下、ケースを具体化した一実施形態を図1〜図7にしたがって説明する。
図1に示すように、蓄電装置としての二次電池10は、その外装を構成するケース11に電極組立体12が収容されている。また、ケース11には、電極組立体12とともに電解液も収容されている。ケース11は、有底筒状のケース本体13と、ケース本体13の電極組立体12を挿入する開口部13aを閉塞する板状の蓋体14とからなる。ケース本体13と蓋体14とは、何れも金属製(例えば、ステンレス製やアルミニウム製)である。また、この実施形態の二次電池10は、リチウムイオン電池である。
ケース本体13は、有底四角筒状であり、矩形板状の底壁13bと、底壁13bの四辺から立設された側壁13c,13d,13e,13fとを有する。底壁13bは、ケース本体13の開口部13aを閉塞する蓋体14と対向する。これらケース本体13の底壁13b及び側壁13c,13d,13e,13fと、蓋体14とが、ケース壁としてケース11を構成する。このようにケース11が角型の外形をなすため、この実施形態の二次電池10は、その外観が角型をなす角型電池となっている。また、二次電池10において、ケース本体13の開口部13aには蓋体14が溶接(例えばレーザ溶接)によって接合されている。ケース本体13の開口部13aの周りと開口部13aと接する蓋体14の周りとには溶接部Wが形成される。
電極組立体12は、正極電極、負極電極、及び正極電極と負極電極とを絶縁するセパレータとを有する。正極電極は、正極金属箔(例えばアルミニウム箔)の両面に正極活物質を塗工して構成される。負極電極は、負極金属箔(例えば銅箔)の両面に負極活物質を塗工して構成される。電極組立体12は、複数の正極電極と複数の負極電極とが交互に積層され、両電極の間にセパレータが介在されることにより、積層構造とされている。また、電極組立体12には、電極端子としての正極端子15及び負極端子16が電気的に接続されている。これら正極端子15及び負極端子16の各一部分が、蓋体14からケース11外に突出している。また、正極端子15及び負極端子16には、これらをケース11から絶縁するためのリング状の絶縁リング17aがそれぞれ取り付けられている。
図2に示すように、ケース11の蓋体14には、ケース11内に電解液を注入するための注液孔14cが穿設されている。注液孔14cは、円形状の孔であり、蓋体14をその厚み方向に貫通している。また、この実施形態の注液孔14cは、蓋体14の長手方向Lの中間位置よりも負極端子16の突出位置側にずれた位置に配設される。
注液孔14cは、封止栓20によって封止される。封止栓20は、蓋体14に固定されており、その一部がケース11外に露出している。この実施形態では、封止栓20は、金属製(例えば、ステンレス製やアルミニウム製)であり、注液孔14cを有する蓋体14と同一材質である。
封止栓20は、円柱状の頭部21と、頭部21の座面中央から突出する円柱状の軸部22とを有する。頭部21の径方向長さは、注液孔14cの径方向長さよりも大きい。頭部21は、注液孔14cを封止栓20によって封止した場合に、蓋体14の表面14a側に開口する注液孔14cの開口縁に覆い被せることのできる大きさである。なお、蓋体14の表面14aは、ケース本体13に蓋体14を接合した際にケース11の外面となる面である。また、軸部22の径方向長さは、注液孔14cの径方向長さと同程度の長さである。軸部22は、注液孔14cを封止栓20によって封止する際に、注液孔14cに挿入される。
図3及び図4に示すように、ケース11の蓋体14では、長手方向Lにおける注液孔14cと負極端子16との間に凹部30が位置する。凹部30は、蓋体14の表面14aに円形状に凹設されている。
蓋体14は、ケース本体13と溶接されることにより変形が生じる。蓋体14は、その中央部分が表面14a側に膨らむように変形する。図5に、蓋体14における変形量を変形線Sとして模式的に示す。
図5に示すように、蓋体14の長手方向Lの両端部分において、正極端子15及び負極端子16の突出部分周りの所定範囲では、蓋体14の変形が小さい。一方、蓋体14では、その所定範囲の外縁が蓋体14の変形量の変化点C1,C2となり、そうした変化点C1,C2を境に正極端子15及び負極端子16から離間した部分では、蓋体14の変形量が大きくなる。すなわち、変化点C1,C2は、蓋体14の変形量が急激に大きくなるように変化する部分である。そして、蓋体14では、長手方向Lにおける中間部分が最も変形した状態となる。
こうして蓋体14の変形量がその長手方向Lにおける位置によって異なるのは次の理由による。すなわち、蓋体14における正極端子15及び負極端子16の突出部分と近い位置では、これら正極端子15及び負極端子16によって蓋体14の表面14aが押さえられるため、蓋体14に変形が生じにくい。一方で、蓋体14における正極端子15及び負極端子16の突出部分から離間した位置では、そうした正極端子15や負極端子16による変形の抑制が作用しにくいため、蓋体14の変形が大きくなる。
この実施形態の注液孔14cは、蓋体14の長手方向Lにおいて、上記変化点C1と負極端子16の突出部分との間に位置する。また、凹部30は、蓋体14の長手方向Lにおいて、上記変化点C1と負極端子16の突出部分との間の位置であって、注液孔14cまでの距離よりも負極端子16までの距離の方が短くなる位置に位置する。すなわち、本実施形態の凹部30は、正極端子15までの距離よりも負極端子16までの距離の方が短くなる位置に位置する。なお、本実施形態での上記の各距離は、凹部30、注液孔14c、負極端子16、及び正極端子15の中心の間の距離である。
以下、本実施形態の作用について、注液孔14cの封止方法と併せて説明する。
ケース11への電解液の注入は、ケース本体13に電極組立体12などの電池要素を収容し、ケース本体13の開口部13aに蓋体14を接合した後に行われる。そして、注液孔14cの封止は、電解液の注入後に行う。注液孔14cの封止は、図2に示すように、蓋体14の表面14a側から封止栓20を注液孔14cに挿入して行う。
図6に示すように、注液孔14cへの封止栓20の挿入に際しては、まず治具40に封止栓20を取り付ける。治具40は、封止栓20を保持する保持部41と、保持部41を支持する円柱状の支持部42とを有する。そして、支持部42の端部が蓋体14の表面14a上を沿うように、治具40を移動させる。蓋体14の表面14aにおいて、支持部42の端部が凹部30上に行き着くと、支持部42の端部が蓋体14の凹部30に嵌る。これにより、凹部30が位置決め部として機能して、治具40の位置が固定されるため、治具40の位置決めがなされる。すなわち、治具40によって、封止栓20が蓋体14の注液孔14cの直上に位置した状態とされ、封止栓20と注液孔14cとの位置決めがなされる。なお、治具40では、支持部42が凹部30に嵌り、且つ支持部42の支持が凹部30によって可能なように、支持部42の径方向長さが凹部30の径方向長さよりも若干大きく設定される。また、保持部41及び支持部42は、支持部42が凹部30に嵌め込まれた状態において、保持部41を蓋体14の注液孔14cの直上に位置させるために、必要な寸法及び位置関係に設定される。
図7に示すように、治具40が蓋体14の凹部30に嵌め込まれた状態で、保持部41が支持部42に沿って蓋体14の表面14aに近づく方向に移動する。これにより、封止栓20の軸部22が注液孔14cに挿入され、注液孔14cが封止栓20で封止される。
したがって、上記実施形態によれば、以下に示す効果を得ることができる。
(1)封止栓20による注液孔14cの封止に際して、凹部30によって治具40の位置を合わせることができるため、注液孔14cと封止栓20との位置を合わせた状態で封止栓20を注液孔14cに挿入させることができる。したがって、注液孔14cと封止栓20との位置合わせを精度良く行うことができる。
(2)治具40の支持部42を凹部30に嵌め込むことによって治具40の位置決めを行うことができるため、注液孔14cと封止栓20との位置合わせを容易に行うことができる。
(3)凹部30は、蓋体14において、変化点C1と負極端子16との間の位置に、すなわち負極端子16に近い位置に位置させた。これにより、凹部30は、蓋体14の変形が負極端子16によって抑制される位置に位置させることができる。このため、凹部30による治具40の位置合わせに際して、蓋体14の変形が影響することを抑制することができる。したがって、封止栓20による注液孔14cの封止に際して、注液孔14cと封止栓20との位置合わせをさらに精度良く行うことができる。
(4)凹部30は、蓋体14の表面14aにプレス加工することによって形成することができる。したがって、治具40の位置決め部をプレス加工といった簡易な方法で形成することができる。
なお、上記実施形態は以下のように変更してもよい。
○ 治具40によって行う封止栓20での注液孔14cの封止方法は、上記実施形態で示した封止方法に限らない。例えば、保持部41から封止栓20を押し出すことのできる押し出し部を治具40に更に備えさせ、押し出し部によって保持部41から蓋体14の表面14aに近づく方向に封止栓20を押し出すことにより、封止栓20を注液孔14cに挿入させても良い。
○ 凹部30、注液孔14c、負極端子16、及び正極端子15の間の距離は、これらの中心の間の距離に限らない。例えば、凹部30、注液孔14c、負極端子16、及び正極端子15の外周上の点の間の距離であってもよい。
○ 変化点C1,C2は、蓋体14の変形態様によってその位置は変更しうる。例えば、図5に例示した位置と比較して変化点C1,C2の位置が蓋体14の長手方向Lにおける中間部分から離間し、変化点C1が負極端子16に近い位置となるとともに、変化点C2が正極端子15に近い位置となることもある。また、図5に例示した位置と比較して変化点C1,C2の位置が蓋体14の長手方向Lにおける中間部分に近接し、変化点C1が負極端子16から離間した位置となるとともに、変化点C2が正極端子15から離間した位置となることもある。
○ 凹部30は、蓋体14の長手方向Lにおいて、変化点C1と負極端子16の突出部分との間の位置であって、負極端子16までの距離と注液孔14cまでの距離とが等しくなる位置に位置させても良い。また、負極端子16までの距離よりも注液孔14cまでの距離の方が短くなる位置に位置させても良い。
○ 注液孔14c及び凹部30は、蓋体14の長手方向Lでの変化点C1と負極端子16との間において、注液孔14cが凹部30と負極端子16との間に位置するように、それぞれ位置させても良い。
○ 注液孔14c及び凹部30は、蓋体14の長手方向Lにおいて、変化点C2と正極端子15の突出部分との間の位置であって、凹部30が注液孔14cと正極端子15との間に位置するように、それぞれ位置させても良い。この形態の凹部30は、注液孔14cまでの距離よりも正極端子15までの距離の方が短くなる位置に位置させても良い。すなわち、凹部30は、負極端子16までの距離よりも正極端子15までの距離の方が短くなる位置に位置する。また、この形態の凹部30は、正極端子15までの距離と注液孔14cまでの距離とが等しくなる位置に位置させても良いし、正極端子15までの距離よりも注液孔14cまでの距離の方が短くなる位置に位置させても良い。
○ 注液孔14c及び凹部30は、蓋体14の長手方向Lでの変化点C2と正極端子15との間において、注液孔14cが凹部30と正極端子15との間に位置するように、それぞれ位置させても良い。
○ 注液孔14cは、蓋体14の長手方向Lにおいて、その中間部分に位置させても良いし、中間部分と変化点C1,C2との間に位置させても良い。こうした形態では、蓋体14において、凹部30の形成部分と注液孔14cの形成部分とで高低差が生じることとなる。しかしながら、蓋体14において、治具40の位置決めを行うための凹部30は変化点C1と負極端子16との間や変化点C2と正極端子15との間にあり、こうした凹部30が形成される部分は変形が抑制されるため、治具40が傾くことが抑制され、これにより封止栓20が傾いた状態で注液孔14cに挿入されることが抑制される。したがって、こうした形態によっても、上記実施形態と同様の効果を得ることができる。
○ 凹部30は、蓋体14の長手方向Lにおいて、その中間部分に位置させても良いし、中間部分と変化点C1,C2との間に位置させても良い。こうした形態では、蓋体14において、凹部30が位置する部分の変形量が大きいこととなる。しかしながら、凹部30に支持部42を嵌め込むことにより治具40の位置決めを行うことができるため、注液孔14cへの封止栓20の挿入に際して、封止栓20と注液孔14cとの位置決めを行うことはできる。したがって、こうした形態によっても、上記実施形態で得ることのできる効果(1)、(2)、(4)と同様の効果を得ることができる。
○ 正極端子15及び負極端子16は、ケース本体13の底壁13b及び側壁13c,13d,13e,13fのいずれかに配置しても良い。すなわち、注液孔14c及び凹部30が形成されるケース壁と、正極端子15及び負極端子16が形成されるケース壁とが、異なるケース壁であっても良い。こうした形態によっては、上記実施形態で得ることのできる効果(1)、(2)、(4)と同様の効果を得ることができる。
○ 注液孔14c及び凹部30は、ケース本体13の底壁13b及び側壁13c,13d,13e,13fのいずれかに配置しても良い。この形態においては、注液孔14c及び凹部30が形成されるケース壁と、正極端子15及び負極端子16が形成されるケース壁とが、同じケース壁であっても良いし、異なるケース壁であっても良い。
○ 凹部30は、矩形状等、円形状以外の形状であっても良い。ただし、この形態では、治具40の支持部42を凹部30に嵌め込むことができるように、支持部42の形状も凹部30の形状と合わせた形状に設定する。
○ 治具40の位置を合わせるための位置決め部として、凹部30に代えて凸部を採用しても良い。この形態では、凸部に治具40の支持部42を係合させることにより、治具40の位置決めを行うことができる。この形態において、凸部の形状は、円柱状であっても良いし、四角柱状等の円柱状以外の形状であっても良い。また、治具40の支持部42を上記凸部に係合させることができるように、支持部42の形状も上記凸部の形状と合わせた形状に設定する。
○ 注液孔14cの形状を、矩形状等、円状以外の孔としても良い。この形態では、注液孔14cに封止栓20の軸部22を挿入することにより封止栓20で注液孔14cが封止可能なように、封止栓20の軸部22の形状も、注液孔14cの形状と合わせて、四角柱状等、円柱状以外の形状に設定する。
○ 封止栓20の頭部21の形状は、頭部21の座面側で注液孔14cを覆い被せることができれば、その形状を変更しても良い。例えば、四角柱状でも良いし、円錐などの錐状でも良い。
○ ケース11の外観形状を変更しても良い。例えば、ケース11は立方体状でも良いし、円筒型でも良い。
○ 電極組立体12は、積層型に限らず、帯状の正極電極と帯状の負極電極を捲回して層状に積層した捲回型でも良い。
○ 二次電池10は、リチウムイオン二次電池であったが、これに限らず、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。
○ 二次電池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、定置用の蓄電装置に適用しても良い。
10…二次電池、11…ケース、12…電極組立体、13…ケース本体、13a…開口部、13b…底壁、13c,13d,13e,13f…側壁、14…蓋体、14a…表面、14c…注液孔、15…正極端子、16…負極端子、20…封止栓、21…頭部、22…軸部、30…凹部、40…治具、41…保持部、42…支持部、C1,C2…変化点。

Claims (7)

  1. 蓄電装置の外装を構成するためのケースであって、
    当該ケースは、前記蓄電装置の内部に電解液を注入するための注液孔と、前記注液孔に封止栓を挿入するための治具の位置を合わせるための位置決め部と、を有することを特徴とするケース。
  2. 前記位置決め部は凹部である請求項1に記載のケース。
  3. 前記蓄電装置の外装は、有底筒状のケース本体と、前記ケース本体の開口部を閉塞する蓋体とで構成されており、
    前記位置決め部及び前記注液孔は前記蓋体に位置する請求項1又は請求項2に記載のケース。
  4. 前記ケースは、内部に電極組立体を有するとともに、その外形は角型をなし、
    前記電極組立体と電気的に接続する電極端子が前記蓋体から突出し、
    前記位置決め部は、前記蓋体の変形量の変化点と前記電極端子との間に位置する請求項3に記載のケース。
  5. 前記ケースは、内部に電極組立体を有するとともに、その外形は角型をなし、
    前記電極組立体と電気的に接続する電極端子が当該ケースから突出し、
    前記位置決め部は、前記注液孔までの距離よりも前記電極端子までの距離の方が短くなる位置に位置する請求項1〜4のうち何れか一項に記載のケース。
  6. 前記蓄電装置は二次電池である請求項1〜5のうち何れか一項に記載のケース。
  7. 蓄電装置の外装を構成するためのケースの封止方法であって、
    当該ケースは、前記蓄電装置の内部に電解液を注入するための注液孔と、前記注液孔に封止栓を挿入するための治具の位置を合わせるための位置決め部と、を有し、
    前記治具を前記位置決め部で位置決めした状態で前記封止栓を前記注液孔に挿入することにより、前記注液孔を前記封止栓で封止することを特徴とするケースの封止方法。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107863464A (zh) * 2017-11-23 2018-03-30 惠州骏雄智能装备有限公司 动力型系列电池盖帽设备

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