JP2015207463A - 蓄電装置の端子カバー - Google Patents

Abstract

【課題】取り扱いが容易で電極端子の短絡を好適に抑えることのできる蓄電装置の端子カバーを提供する。【解決手段】二次電池１０は、先端がケース１２外に突出した状態の正極端子４１や、ケース１２と正極端子４１との間に配置されてケース１２及び正極端子４１の間を絶縁する絶縁カバー１９を備える。端子カバー７０は、絶縁カバー１９と一体に設けられて正極端子４１の周囲全周を囲う形状のベース壁部７１と、正極端子４１の周囲全周を囲う形状の可動壁部７５とを備える。可動壁部７５は、正極端子４１の先端が内部に没入した状態になる位置から外部に露出した状態になる位置までの範囲で、ベース壁部７１に対してケース１２から離間する方向及びケース１２に近接する方向に移動可能である。端子カバー７０は、可動壁部７５をケース１２から離間する方向に付勢する圧縮コイルばね８０を備える。【選択図】図４

Description

本発明は、蓄電装置の端子カバーに関するものである。

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。この種の二次電池としては、内部と外部とを連通する挿通孔を有するケースや、挿通孔に挿通した状態であり且つ先端がケースの外方に突出した状態で同ケースに設けられた電極端子、ケースと電極端子との間に配置されて同ケース及び電極端子の間を絶縁する絶縁カバーなどを備えたものが知られている（例えば特許文献１参照）。

従来、上記二次電池の組み立て過程や組み立て後の保管時、あるいは車両の補修に際して二次電池が取り外されたとき等といった二次電池が固定されていないときに、電極端子にその露出部分を覆う形状の端子カバーを取り付けることが多用されている。こうした端子カバーにより、二次電池の転倒などに起因する電極端子への不要な接触による短絡が回避される。

特開２０１２−２８３０８号公報

ここで、上記端子カバーは不要に外れるおそれがある。また、バスバーなどの回路部材の電極端子への接続に際して端子カバーを電極端子から取り外したときに、同端子カバーの仮置き場所や保管場所に困るといった問題もある。上記端子カバーは、こうした点において改善の余地がある。

この発明は、上記従来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、取り扱いが容易で電極端子の短絡を好適に抑えることのできる蓄電装置の端子カバーを提供することにある。

上記課題を達成するための端子カバーは、内部と外部とを連通する挿通孔を有するケースと、前記挿通孔に挿通された状態で前記ケースに設けられて先端が前記ケース外に突出した状態の電極端子と、前記ケースと前記電極端子との間に配置されて前記ケース及び前記電極端子の間を絶縁する絶縁カバーと、を備える蓄電装置に適用される。そして、上記端子カバーは、前記絶縁カバーと一体に設けられて前記電極端子の周囲全周を囲う形状のベース壁部と、前記電極端子の周囲全周を囲う形状をなし、前記電極端子の先端が内部に没入した状態になる位置から外部に露出した状態になる位置までの範囲で、前記ベース壁部に対して前記ケースから離間する方向及び前記ケースに近接する方向に移動可能な可動壁部と、前記可動壁部を前記ケースから離間する方向に付勢する付勢部と、を有する。

上記端子カバーによれば、前述した回路部材（例えばバスバー）が電極端子に接続されていないときには、付勢部の付勢力によって可動壁部が、その可動範囲におけるケースから最も離間した位置、すなわち電極端子の先端が内部に没入した状態の位置になる。そのため、端子カバーによって電極端子の短絡を抑えることができる。一方、電極端子に前記回路部材を接続するときには、付勢部の付勢力に抗して可動壁部をケースに近接する方向に移動させることにより、電極端子の先端が外部に露出する位置まで可動壁部を移動させることができる。そのため、端子カバーが蓄電装置に設けられた状態のままで、同端子カバーに遮られることなく電極端子に上記回路部材を接続することが可能になる。したがって、上記端子カバーが蓄電装置から不要に外れてしまうことがなく、前記回路部材を電極端子に接続した後に端子カバーの仮置き場所や保管場所に困ったりすることもない。しかも上記端子カバーは絶縁カバーに一体に設けられているため、絶縁カバーと共に端子カバーをケースに取り付けることにより、同端子カバーを蓄電装置に容易に取り付けることができる。このように、取り扱いが容易な端子カバーによって電極端子の短絡を好適に抑えることができる。

上記端子カバーにおいて、前記絶縁カバーと前記ベース壁部とが一体形成されているとよい。
上記端子カバーによれば、蓄電装置の部品点数が少なくなって組み立て作業の工数が少なくなるため、コストダウンを図ることができる。

上記端子カバーにおいて、前記ベース壁部及び前記可動壁部は、同一中心で延びる円筒形状をなし、その一方に形成された環状凹部に他方の端部が挿入された状態になっており、前記付勢部は、前記ベース壁部及び前記可動壁部の一方の前記環状凹部への他方の侵入に伴い圧縮される状態で、前記環状凹部の内部に配置された圧縮コイルばねであることが好ましい。

上記端子カバーによれば、電極端子に前記回路部材が接続されていないときには、端子カバーが伸長するように、圧縮コイルばねの付勢力によってベース壁部から離間する方向に可動壁部を移動させることができる。しかも、電極端子に前記回路部材を接続するときには、端子カバーが短縮するように、圧縮コイルばねの付勢力に抗してベース壁部に近接する方向に可動壁部を移動させることができる。

上記端子カバーにおいて、前記可動壁部は、前記電極端子の周囲を囲む筒形状で延びる周壁部と、同周壁部の二つの開口のうちの前記離間する方向側の開口を塞ぐ形状の蓋部と、当該蓋部に形成された貫通孔とを有することが好ましい。

上記端子カバーによれば、電極端子に前記回路部材が接続されていないときには、周壁部に加えて蓋部によっても電極端子が覆われるようになるため、同蓋部の分だけ電極端子の先端側からの同電極端子への不要な接触が生じにくくなり、電極端子の短絡を好適に抑えることができる。しかも、電極端子に前記回路部材を接続するときには、電極端子の先端を、上記蓋部の貫通孔を介して可動壁部の外部に露出させることができる。

前記蓄電装置として、二次電池を採用することができる。

本発明によれば、取り扱いの容易な端子カバーによって電極端子の短絡を好適に抑えることができる。

一実施形態の端子カバーが適用される蓄電装置の分解斜視図。 同蓄電装置の斜視図。 電極組立体の構成要素を示す斜視図。 端子カバー及びその周辺の断面図。 端子カバー及びその周辺の断面図。 他の実施形態の端子カバー及びその周辺の断面図。

以下、蓄電装置の端子カバーの一実施形態について説明する。
図１または図２に示すように、蓄電装置としての二次電池１０において、金属製（例えば、アルミニウム）のケース１２には電極組立体２０が収容されている。ケース１２は、開口部１３ｄを有する直方体状のケース本体１３と、ケース本体１３の開口部１３ｄを閉塞する矩形平板状の蓋１４とからなる。蓋１４は、所定の間隔をあけて並設された一対の挿通孔１４ｂを有する。本実施形態の二次電池１０は、その外周が角型をなす角型のリチウムイオン電池である。

図３に示すように、電極組立体２０は、正極電極２１と負極電極２２とを備えるとともに、正極電極２１と負極電極２２の間を絶縁するセパレータ２３を介在させて層状をなす積層体とされている。正極電極２１の一辺方向（長辺方向）の一部には、正極集電タブ３１が設けられている。正極集電タブ３１は、電極組立体２０を構成する各正極電極２１において同位置に同一形状で形成されている。また、負極電極２２の一辺方向（長辺方向）の一部には負極集電タブ３２が設けられている。負極集電タブ３２は、電極組立体２０を構成する各負極電極２２において同位置に同一形状で形成されている。

図１に示すように、電極組立体２０を構成する正極電極２１は、それぞれの正極集電タブ３１が積層方向に沿って列状に配置されるように積層される。同様に、電極組立体２０を構成する負極電極２２は、それぞれの負極集電タブ３２が、正極集電タブ３１と重ならないように積層方向に沿って列状に配置されるように積層される。そして、複数の正極集電タブ３１は、電極組立体２０における積層方向の一端から他端までの範囲に集められる。また、複数の負極集電タブ３２も同様に、電極組立体２０における積層方向の一端から他端までの範囲に集められる。

電極組立体２０は、正極集電タブ３１を集めてなる正極タブ群４５を備える。この正極タブ群４５の少なくとも最外の正極集電タブ３１が、正極導電部材３３に溶接されている。また、電極組立体２０は、負極集電タブ３２を集めてなる負極タブ群４６を備える。この負極タブ群４６の少なくとも最外の負極集電タブ３２が負極導電部材３７に溶接されている。

図１または図４に示すように、正極導電部材３３には電極端子としての正極端子４１が溶接されるとともに、負極導電部材３７には電極端子としての負極端子４２が溶接されている。正極端子４１及び負極端子４２は、それぞれ八角板状をなす鍔部４３を有する。なお鍔部４３において、蓋１４の内面１４ａに対向する面を座面４３ａとするとともに、鍔部４３の厚み方向に座面４３ａと反対側の面を電極組立体側端面４３ｂとする。鍔部４３の中央からは円筒状の極柱部４４が立設され、座面４３ａは極柱部４４を取り囲んでいる。極柱部４４は、外周面に雄ねじ４４ａを有するとともに、内周面に雌ねじ４４ｂを有する。

鍔部４３には、合成樹脂（例えば、ポリフェニレンサルファイド［ＰＰＳ］）製の絶縁部材５０が装着されている。絶縁部材５０の一部分は、鍔部４３の座面４３ａと蓋１４の内面１４ａとの間に配置される蓋側絶縁板５１である。また、絶縁部材５０の一部分は、蓋側絶縁板５１の端縁に配置されるケース側絶縁板５２であり、このケース側絶縁板５２は蓋１４から離れる方向に向けて延びている。ケース側絶縁板５２は矩形板状であり、蓋側絶縁板５１に対し垂直に延びている。ケース側絶縁板５２において、蓋１４から離れた側の先端には、電極組立体側絶縁板５３が蓋側絶縁板５１と同じ方向に向けて、かつ電極組立体側端面４３ｂに沿って延設されている。電極組立体側絶縁板５３は矩形板状であり、鍔部４３と電極組立体２０との間に介装されている。鍔部４３の座面４３ａ上には、シール部材としてのＯリング５６が極柱部４４を取り囲む状態で設けられている。

そして、絶縁部材５０における蓋側絶縁板５１により、蓋１４と、正極端子４１及び負極端子４２とが電気的に絶縁されている。また、ケース側絶縁板５２により、ケース本体１３と、正極端子４１及び負極端子４２とが電気的に絶縁されている。さらに、電極組立体側絶縁板５３により、電極組立体２０と、正極端子４１及び負極端子４２とが電気的に絶縁されている。

極柱部４４は、蓋１４の挿通孔１４ｂからケース１２の外部に突出（露出）している。そして、正極端子４１及び負極端子４２の鍔部４３は、極柱部４４の両端部のうちケース本体１３内側に位置する端部に設けられている。蓋１４の挿通孔１４ｂの内周面と、極柱部４４の外周面とは、絶縁カバー１９によって絶縁されている。

絶縁カバー１９は、円環状の筒状部２４と、この筒状部２４の軸方向の一端から径方向外方へ延設されたフランジ部２５とを有する。筒状部２４は、挿通孔１４ｂの内周面と、極柱部４４の外周面との間に介装されている。フランジ部２５は、蓋１４の外面において挿通孔１４ｂの周囲に設けられている。この絶縁カバー１９には、正極端子４１または負極端子４２の周囲を覆う形状の端子カバー７０が一体に設けられている。この端子カバー７０の具体構成については後に詳述する。

極柱部４４の雄ねじ４４ａにはナット５５が螺合されている。そして、蓋１４の外面における挿通孔１４ｂの周縁とナット５５の蓋１４側の端面との間には絶縁カバー１９のフランジ部２５が挟圧されており、フランジ部２５によってナット５５と蓋１４が絶縁されている。また、ナット５５が極柱部４４に螺合されることによって、ナット５５と鍔部４３との間に、フランジ部２５、蓋１４、Ｏリング５６及び蓋側絶縁板５１が挟圧されるとともに極柱部４４が蓋１４に締結固定されている。この締結状態では、Ｏリング５６は、圧縮状態で蓋１４の内面１４ａ及び鍔部４３の座面４３ａに密接し、挿通孔１４ｂの周囲をシールしている。

図１に示すように、二次電池１０同士を電気的に接続するバスバー６０は、矩形板状であり、一対の挿通部６０ａを有する。バスバー６０は、極柱部４４の先端面に支持されている。極柱部４４の雌ねじ４４ｂには、ボルト６１が螺合されている。よって、極柱部４４の雌ねじ４４ｂは、鍔部４３とは反対側の端部に設けられており、この雌ねじ４４ｂには、バスバー６０を極柱部４４に固定するボルト６１が螺合されている。このボルト６１によってバスバー６０が極柱部４４の先端面に押し当てられるとともに、極柱部４４とバスバー６０が導通している。

以下、前記端子カバー７０の詳細について説明する。
図２または図４に示すように、端子カバー７０は円筒形状のベース壁部７１を有する。このベース壁部７１は、間隔を置いて円筒形状で延びる外筒部７２と内筒部７３とからなる二重筒形状であり、外筒部７２と内筒部７３との間に環状凹部７４を有する。内筒部７３の突端（図４における上方側の端部）には、外筒部７２側に向けて円環状で突出する形状の係合部７１ａを有する。このベース壁部７１は、極柱部４４及びナット５５の周囲全周を囲うように極柱部４４の外面に沿う方向に延びている。ベース壁部７１は、合成樹脂（例えば、ＰＰＳ）製であり、絶縁カバー１９のフランジ部２５の外縁端から突出する形状で同フランジ部２５と一体に形成されている。

また、端子カバー７０は、極柱部４４の周囲全周を囲うように同極柱部４４の外面に沿う形状の可動壁部７５を備える。この可動壁部７５は、合成樹脂（例えば、ＰＰＳ）製であり、上記ベース壁部７１と同一中心で延びる円筒形状の周壁部７６を有する。上記周壁部７６は、上記蓋１４側の端部（図４における下方側の端部）に、極柱部４４側に向けて円環状で突出する形状の係合部７５ａを有する。端子カバー７０では、周壁部７６の上記係合部７１ａ側の端部がベース壁部７１の環状凹部７４内に挿入された状態になっている。そして、周壁部７６はベース壁部７１の環状凹部７４に侵入可能になっている。

ベース壁部７１の環状凹部７４の内部には付勢部としての圧縮コイルばね８０が封入されている。この圧縮コイルばね８０は環状凹部７４の内部全周にわたって延びる形状である。圧縮コイルばね８０は、周壁部７６の上記係合部７５ａ側の端部と環状凹部７４の底部７４ａとの間に挟持されており、周壁部７６の環状凹部７４への侵入に伴い圧縮される状態になっている。この圧縮コイルばね８０により、周壁部７６が蓋１４から離間する方向、すなわち環状凹部７４から脱出する方向に付勢されている。

次に、本実施形態の端子カバー７０による作用について説明する。
端子カバー７０は、周壁部７６が環状凹部７４から脱出する方向に移動したときに、周壁部７６の係合部７５ａとベース壁部７１の係合部７１ａとが係合して、周壁部７６の脱出方向への移動が規制される構造になっている。

図４に示すように、電極端子（正極端子４１または負極端子４２）にバスバー６０が接続されていないときには、ベース壁部７１の環状凹部７４内の圧縮コイルばね８０によって可動壁部７５が蓋１４から離間する方向に付勢されている。そのため、可動壁部７５の位置が、周壁部７６の係合部７５ａとベース壁部７１の係合部７１ａとが係合する位置、すなわち蓋１４から最も離間した位置になる。そして、このとき可動壁部７５が、電極端子の先端が可動壁部７５の内部に没入した状態の位置になる。

一方、図５に示すように、電極端子にバスバー６０を接続するときには、同バスバー６０によって圧縮コイルばね８０の付勢力に抗して可動壁部７５の先端（図５における上端）が押圧されることにより、可動壁部７５が蓋１４に近接する方向に移動するようになる。そして、こうした可動壁部７５の移動（図中に黒塗りの矢印で示す）により、電極端子の先端が可動壁部７５の外部に露出した状態になる。すなわち、電極端子にバスバー６０を接続するときには、電極端子の先端が可動壁部７５の外部に露出する位置まで同可動壁部７５が移動するようになる。

このように上記端子カバー７０の可動壁部７５は、電極端子の先端が可動壁部７５の内部に没入した状態になる位置から同可動壁部７５の外部に露出した状態になる位置までの範囲で、ベース壁部７１に対して蓋１４から離間する方向及び同蓋１４に近接する方向に移動可能になっている。

本実施形態によれば、以下に記載する効果が得られるようになる。
（１）電極端子にバスバー６０が接続されていないときには、電極端子の先端が可動壁部７５の内部に没入した状態になるため、端子カバー７０によって電極端子の短絡を抑えることができる。また、電極端子にバスバー６０を接続するときには、電極端子の先端が可動壁部７５の外部に露出した状態になるため、端子カバー７０が二次電池１０に設けられた状態のままで、同端子カバー７０に遮られることなく電極端子にバスバー６０を接続することができる。したがって、端子カバー７０が二次電池１０から不要に外れてしまうことがなく、バスバー６０を電極端子に接続した後に端子カバー７０の仮置き場所や保管場所に困ったりすることもない。しかも端子カバー７０は絶縁カバー１９に一体に設けられているため、絶縁カバー１９と共に端子カバー７０を蓋１４に取り付けることにより、同端子カバー７０を二次電池１０に容易に取り付けることができる。このように、取り扱いが容易な端子カバー７０によって電極端子の短絡を好適に抑えることができる。

（２）端子カバー７０が絶縁カバー１９と一体形成されている分だけ二次電池１０の部品点数が少なくなって組み立て作業の工数が少なくなるため、コストダウンを図ることができる。また、加工の困難な薄い平板形状の蓋１４に端子カバーが設けられたものと比較して、端子カバー７０を容易に二次電池１０に取り付けることもできる。

（３）電極端子にバスバー６０が接続されていないときには、端子カバー７０が伸長するように可動壁部７５を移動させることができる。しかも、電極端子にバスバー６０を接続するときには、端子カバー７０が短縮するように可動壁部７５を移動させることができる。

（４）電極端子からバスバー６０を取り外したときに、圧縮コイルばね８０の付勢力によって、内部に電極端子が没入する位置（図４に示す位置）まで可動壁部７５が自動的に移動するようになる。そのため、バスバー６０の取り外しに際して、端子カバー７０によって電極端子を保護するための作業が必要なく、電極端子を好適に保護することができる。

なお、上記実施形態は、以下のように変更して実施してもよい。
○ 図６に示すように、絶縁カバー９０と端子カバー１００とを別体にしてもよい。この場合、フランジ部２５の外周面に雄ねじ９１を有する絶縁カバー９０を採用するとともにベース壁部７１の内面に雌ねじ１０１を有する端子カバー１００を採用し、雄ねじ９１を雌ねじ１０１に螺合することによって絶縁カバー９０に端子カバー１００を一体化することができる。その他、フランジ部２５の外周面とベース壁部７１の内周面とを接着や溶着によって一体化することもできる。

○ ベース壁部７１の環状凹部７４の内部に、同環状凹部７４の内部全周にわたって延びる形状の圧縮コイルばね８０を一つのみ配設することに限らず、間隔をおいて複数の圧縮コイルばねを配設してもよい。

○ 可動壁部７５に、周壁部７６の二つの開口のうちの前記蓋１４から遠い側の開口の一部を塞ぐ形状の蓋部と、同蓋部に設けられた貫通孔とを配設してもよい。この貫通孔の形状は、ナット５５を極柱部４４の雄ねじ４４ａに締結するための工具を可動壁部７５の内部に挿入可能な形状（例えば円形状）であればよい。

こうした二次電池によれば、電極端子にバスバー６０が接続されていないときには、周壁部７６に加えて蓋部によっても電極端子が覆われるようになるため、同蓋部の分だけ電極端子の先端側からの同電極端子への不要な接触が生じにくくなり、電極端子の短絡を好適に抑えることができる。しかも、電極端子にバスバー６０を接続するときには、可動壁部７５の蓋部をバスバー６０によって押圧することにより、蓋部の貫通孔を介して電極端子の先端が可動壁部７５の外部に露出する位置まで同可動壁部７５を移動させることができる。そのため、可動壁部７５に蓋部が設けられているとはいえ、同蓋部に遮られることなく電極端子にバスバー６０を接続することができる。

○ ベース壁部７１及び可動壁部７５として、断面楕円状の楕円筒形状のものや断面多角形状の角筒形状のものなど、円筒形状以外の任意の筒形状のものを採用することができる。

○ 端子カバーを、可動壁部が内部に環状凹部を有する構造であり、且つベース壁部の端部が環状凹部内に挿入されている構造にしてもよい。
○ 電極組立体２０は、帯状の正極電極２１と負極電極２２との間に帯状のセパレータ２３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１２の形状は、円柱状や、楕円柱状に形成してもよい。
○ 蓄電装置はニッケル水素二次電池や、電気二重層キャパシタとして具体化してもよい。

１０…二次電池、１２…ケース、１４…蓋、１４ｂ…挿通孔、１９，９０…絶縁カバー、２０…電極組立体、２４…筒状部、２５…フランジ部、４１…正極端子、４２…負極端子、４４…極柱部、７０，１００…端子カバー、７１…ベース壁部、７２…外筒部、７３…内筒部、７４…環状凹部、７５…可動壁部、７６…周壁部、８０…圧縮コイルばね。

Claims (5)

1. 内部と外部とを連通する挿通孔を有するケースと、前記挿通孔に挿通された状態で前記ケースに設けられて先端が前記ケース外に突出した状態の電極端子と、前記ケースと前記電極端子との間に配置されて前記ケース及び前記電極端子の間を絶縁する絶縁カバーと、を備えた蓄電装置に設けられた端子カバーであって、
   当該端子カバーは、
   前記絶縁カバーと一体に設けられて前記電極端子の周囲全周を囲う形状のベース壁部と、
   前記電極端子の周囲全周を囲う形状をなし、前記電極端子の先端が内部に没入した状態になる位置から外部に露出した状態になる位置までの範囲で、前記ベース壁部に対して前記ケースから離間する方向及び前記ケースに近接する方向に移動可能な可動壁部と、
   前記可動壁部を前記ケースから離間する方向に付勢する付勢部と、を有することを特徴とする蓄電装置の端子カバー。
2. 前記絶縁カバーと前記ベース壁部とが一体形成されている請求項１に記載の蓄電装置の端子カバー。
3. 前記ベース壁部及び前記可動壁部は、同一中心で延びる円筒形状をなし、その一方に形成された環状凹部に他方の端部が挿入された状態になっており、
   前記付勢部は、前記ベース壁部及び前記可動壁部の一方の前記環状凹部への他方の侵入に伴い圧縮される状態で、前記環状凹部の内部に配置された圧縮コイルばねである請求項１または請求項２に記載の蓄電装置の端子カバー。
4. 前記可動壁部は、前記電極端子の周囲を囲む筒形状で延びる周壁部と、同周壁部の二つの開口のうちの前記離間する方向側の開口を塞ぐ形状の蓋部と、当該蓋部に形成された貫通孔とを有する請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載の蓄電装置の端子カバー。
5. 前記蓄電装置は二次電池である請求項１〜請求項４のいずれか一項に記載の蓄電装置の端子カバー。