JP2019046684A - 蓄電装置 - Google Patents

Abstract

【課題】電流遮断装置を備えた蓄電装置において、電気容量が小さくなることが抑制された蓄電装置を提供する。【解決手段】蓄電装置は、開口部が形成されたケース本体１５と、開口部を閉塞するようにケース本体１５に溶接された蓋１６とを含む収容ケース３と、蓋１６の外表面に設けられた外部端子と、電極１３を含み、収容ケース３内に設けられた電極体２と、収容ケース３内に設けられ、電極１３に接続された集電端子と、収容ケース３内に設けられており、収容ケース３内の内圧が所定圧になると、外部端子および集電端子の電気的な接続を遮断する電流遮断装置９と備え、蓋１６には、外方に向けて突出する突出部５０が形成されており、電流遮断装置９の少なくとも一部は、突出部５０内に配置された。【選択図】図２

Description

本開示は、蓄電装置に関する。

従来から電流遮断機構を備えた蓄電装置について各種提案されている（特許文献１，２を参照）。

たとえば、特開２０１５−１４１８７９号公報に記載された蓄電装置は、収容ケースと、電極体と、反転板と、リベットと、集電端子と、ホルダと、絶縁部材と、外部端子とを含む。

収容ケースは封止板を含む。絶縁部材は、封止板の上面に配置されている。外部端子は板状に形成されており、絶縁部材の上面に配置されている。

ホルダは絶縁材料によって形成されており、ホルダは封止板の下面に配置されている。ホルダは、封止板の下面側に配置された板状の本体部と、本体部の下面から下方に延びる脚部とを含む。

リベットは台座と筒部とを含み、台座はホルダの下面側に配置されている。リベットの筒部は、ホルダ、封止板、絶縁部材および外部端子に形成された貫通孔に挿入されている。筒部の上端部には張出部が形成されており、張出部は、外部端子の上面と係合している。

集電端子は板状の集電タブを含み、集電タブはホルダの脚部によって支持されている。集電タブは、リベットの台座から間隔をあけて配置されている。

反転板は、集電タブと、リベットの台座との間に配置されている。反転板の中央部は、集電タブに溶接されており、反転板の外周縁部は、リベットの台座に装着されている。

上記のように構成された蓄電装置においては、収容ケース内の内圧が上昇すると、反転板と集電タブとの間の溶接部が破断する。溶接部が破断すると、反転板が反転変形して、反転板が集電タブから離れる。これにより、外部端子と、集電端子との間の電気的な接続が切断される。

特開２０１４−１３７８９１号公報 特開平１１−１６２４３７号公報 特開２０１５−１４１８７９号公報

特開２０１５−１４１８７９号公報に記載された蓄電装置においては、電流遮断装置は、反転板とリベットとによって形成されている。

反転板およびリベットは、収容ケース内に収容されている。反転板およびリベットを収容ケース内に収容すると、反転板などを電極体から離す必要があることから、電極体と封止板との間にデッドスペースが生じやすい。

収容ケース内にデッドスペースが生じると、収容ケース内において、電極体を収容することができる容積が小さくなる。その結果、蓄電装置の電気容量が小さくなる。

本開示は、上記のような課題に鑑みてなされたものであって、その目的は、電流遮断装置を備えた蓄電装置において、電気容量が小さくなることが抑制された蓄電装置を提供することである。

本開示に係る蓄電装置は、開口部が形成されたケース本体と、開口部を閉塞するようにケース本体に溶接された蓋とを含む収容ケースと、蓋の外表面に設けられた外部端子と、電極を含み、収容ケース内に設けられた電極体と、収容ケース内に設けられ、電極に接続された集電端子と、収容ケース内に設けられており、収容ケース内の内圧が所定圧になると、外部端子および集電端子の電気的な接続を遮断する電流遮断装置とを備える。上記蓋には、外方に向けて突出する突出部が形成されており、上記電流遮断装置の少なくとも一部は、突出部内に配置されている。

上記の蓄電装置によれば、蓋に形成された突出部内に電流遮断装置が配置されているため、電極体と蓋との間の距離を小さくしたとしても、電流遮断機構と電極体との間の距離を確保することができる。その結果、収容ケース内における電極体の占有容積を大きくすることができ、電気容量を大きくすることができる。

本開示に係る蓄電装置によれば、電流遮断装置を備えた蓄電装置において、電気容量が小さくなることを抑制することができる。

蓄電装置１を示す正面図であって、一部断面視した正面図である。 正極外部端子７およびその周囲の構成を示す分解斜視図である。 正極外部端子７およびその周囲の構成を示す断面図であり、図１に示すＩＩＩ−ＩＩＩ線における断面図である。 正極外部端子７およびその周囲の構成を示す斜視図である。 反転板３０が反転変形した状態を示す断面図である。 蓄電装置１の製造工程を示す製造フロー図である。 蓋ユニット組立工程Ｓ１を示す正面図である。 電極体接続工程Ｓ２を示す正面図である。 収容工程Ｓ３を示す正面図である。 溶接工程Ｓ４を模式的に示す正面図である。 溶接工程Ｓ４において、正極外部端子７の周囲を示す斜視図である。 比較例に係る蓄電装置１Ａを示す正面図であり、一部を断面視した正面図である。 ＸＩＩＩ−ＸＩＩＩ線における断面図である。

図１から図１３を用いて、本実施の形態に係る蓄電装置１について説明する。図１から図１３に示す構成のうち、同一または実質的に同一の構成については、同一の符号を付して重複した説明を省略する場合がある。

図１は、蓄電装置１を示す正面図であって、一部断面視した正面図である。蓄電装置１は、電極体２と、収容ケース３と、正極集電端子４と、負極集電端子５と、電解液６と、正極外部端子７と、負極外部端子８と、電流遮断装置９とを含む。

電極体２は、正極シート１０と、セパレータ１１と、負極シート１２とを積層した状態で、巻回することで形成されている。電極体２は、扁平形状に形成されている。電極体２は、正極１３および負極１４を含む。正極１３は電極体２の一端側に形成されており、負極１４は電極体２の他端側に形成されている。

収容ケース３は、ケース本体１５と、蓋１６とを含む。ケース本体１５は、上方に向けて開口する開口部が形成されている。蓋１６は、ケース本体１５の開口部を閉塞するように配置されている。蓋１６の外周縁部は、ケース本体１５の開口部の開口縁部に溶接されている。

図２は、正極外部端子７およびその周囲の構成を示す分解斜視図である。図３は、正極外部端子７およびその周囲の構成を示す断面図であり、図１に示すＩＩＩ−ＩＩＩ線における断面図である。

図２および図３において、正極集電端子４は、脚部２０と、台座２１とを含む。脚部２０は、電極体２の正極１３に溶接されている。脚部２０は、上下方向に延びるように形成されており、台座２１は脚部２０の上端部に設けられている。台座２１は、蓋１６に沿って延びるように平坦板状に形成されている。なお、正極集電端子４は、たとえば、アルミニウムまたはアルミニウム合金によって形成されている。

台座２１の中央部付近には、脆弱部２２が形成されている。脆弱部２２の厚さは、台座２１のうち脆弱部２２の周囲に位置する部分の厚さよりも薄い。脆弱部２２の中央部には、貫通孔２３が形成されている。台座２１の外周側には、複数の貫通孔２４が間隔をあけて形成されている。

電流遮断装置９は、反転板３０と、リベット３１と、ホルダ３２と、ガスケット３３とを含む。反転板３０は、略円板形状に形成されている。反転板３０の中央部は、脆弱部２２に溶接されている。貫通孔２３は反転板３０によって閉塞されている。

リベット３１は、台座３５と、筒部３６とを含む。台座３５は、円板形状に形成されている。台座３５の下面には、凹部３８が形成されている。凹部３８は、円形形状に形成されている。凹部３８の内周縁部には、反転板３０の外周縁部が溶接されている。

リベット３１は、正極集電端子４の台座２１の上方に配置されている。このため、反転板３０の中央部が下方に向けて突出するように湾曲するように形成されてる。

筒部３６は、中空状に形成されており、筒部３６には、貫通孔３９が形成されている。貫通孔３９は、筒部３６の上端部から下方に向けて延び、凹部３８に達するように形成されている。

ホルダ３２は、板部４０と、複数の脚部４１とを含む。ホルダ３２は、絶縁材料によって形成されている。板部４０の中央部には、貫通孔４２が形成されている。

板部４０の下面には、リベット３１の台座３５が配置されており、貫通孔４２には、リベット３１の筒部３６が挿入されている。

脚部４１は、板部４０の角に設けられており、脚部４１は板部４０から下方に延びるように形成されている。各脚部４１は、台座２１に形成された貫通孔２４に挿入され、熱かしめにより結合されている。

ガスケット３３は、貫通孔４２から露出する台座３５の上面に配置されている。ガスケット３３は、台座４５と、筒部４６とを含む。ガスケット３３は、絶縁材料によって形成されている。

台座４５は、板状に形成されており、リベット３１の台座３５と蓋１６の下面との間に配置されている。筒部４６は、台座４５の中央部から上方に突出するように形成されている。筒部４６は中空状に形成されており、筒部４６には貫通孔４７が形成されている。貫通孔４７は台座４５の下面に達するように形成されている。

蓋１６は板状に形成されており、蓋１６には、上方に膨らむように形成された突出部５０が形成されている。そのため、蓋１６の下面側には、凹部５１が形成されている。突出部５０には、貫通孔５２が形成されている。凹部５１の上下方向の高さは、３ｍｍ程度である。

蓋１６には、下方に向けて突出するように形成された突出部５３を含み、この突出部５３によって蓋１６の上面には凹部が形成されている。

正極外部端子７は、インシュレータ５５と、端子ボルト５６と、端子板５７とを含む。インシュレータ５５は、蓋１６の上面に配置されている。

インシュレータ５５は、絶縁材料によって形成されている。インシュレータ５５の下面は、蓋１６の上面の形状に沿うように形成されている。インシュレータ５５の下面のうち、突出部５０と接触する部分には、貫通孔６０が形成されている。

インシュレータ５５の下面のうち、突出部５３によって形成された凹部に対応する位置には、下方に向けて突出する突出部５８が形成されている。この突出部５８によって、インシュレータ５５の上面には、凹部が形成されている。

端子ボルト５６は、インシュレータ５５の上面に配置されている。端子ボルト５６は、ヘッド部６１と、軸部６２とを含む。

ヘッド部６１は、突出部５８によってインシュレータ５５の上面に形成された凹部内に収容されている。

端子板５７は、板状に形成されており、端子板５７には、貫通孔６５と、貫通孔６６とが形成されている。貫通孔６５と貫通孔６０とは互いに連通するように配置されている。貫通孔６６には、端子ボルト５６の軸部６２が挿入されている。

図３において、リベット３１の筒部３６は、ホルダ３２の貫通孔４２と、ガスケット３３の貫通孔４７と、インシュレータ５５の貫通孔６０と、端子板５７の貫通孔６５に挿入されている。

かしめ部３７は、端子板５７の上面でかしめられている。リベット３１の台座３５とかしめ部３７とで正極外部端子７と、蓋１６と、ガスケット３３とを固定している。この時、ガスケット３３が圧縮されることで、気密性が確保されている。

リベット３１と蓋１６の下面との間には、ホルダ３２の板部４０と、ガスケット３３とが配置されている。ガスケット３３の筒部４６は、蓋１６の貫通孔５２の内周面と、リベット３１の筒部３６との間に配置されている。これにより、リベット３１と蓋１６とが電気的に絶縁されている。

図４は、正極外部端子７およびその周囲の構成を示す斜視図である。突出部５０は、載置面７０と、周面７１とを含む。

載置面７０は、平坦面状に形成されており、載置面７０には、正極外部端子７のインシュレータ５５が配置されている。

周面７１は載置面７０の外周縁部に接続されており、周面７１は、外方に膨らむような湾曲面形状とされている。

図３を参照して、上記のように構成された蓄電装置１は、正極１３と、正極外部端子７とは、正極集電端子４と、反転板３０と、リベット３１とを通して、電気的に接続されている。

そして、たとえば、電極体２内において内部短絡が生じると、電解液６が分解などして、気体が発生し、収容ケース３内の内圧が上昇する。

収容ケース３内の内圧が上昇すると、反転板３０の下面に荷重が加えられる。
そして、収容ケース３内の内圧が電流遮断装置の作動圧となると、反転板３０が反転変形して、脆弱部２２が破断する。

図５は、反転板３０が反転変形した状態を示す断面図である。反転板３０が反転変形すると、反転板３０の中央部が上方に向けて突出するように変形する。

反転板３０が反転変形すると、反転板３０は、正極集電端子４の台座２１から離れる。その結果、正極外部端子７と、電極体２の正極１３との間の電気的な接続が遮断される。

図３において、電流遮断装置９の反転板３０と、リベット３１と、ホルダ３２と、ガスケット３３とは、突出部５０の凹部５１内に収容されている。この図３に示す例においては、リベット３１の下端部および反転板３０の外周縁部は、凹部５１の開口縁部よりも上方に位置している。そして、下方に向けて突出する反転板３０の下端部が凹部５１よりも下方に位置している。このように、電流遮断装置９のすべてが凹部５１内に位置している必要はなく、電流遮断装置９の少なくとも一部が凹部５１内に位置しておればよい。なお、電流遮断装置９のすべてを凹部５１内に収容するようにしてもよい。

このため、図１に示すように、電極体２の上端部を蓋１６の下面の近傍に位置するようにしたとしても、電流遮断装置９と電極体２との間の距離を確保することができる。これにより、電極体２の上面と、蓋１６の下面との間に形成されるデッドスペースを低減することができる。

上記のように構成された蓄電装置１の製造方法について説明する。図６は、蓄電装置１の製造工程を示す製造フロー図である。蓄電装置１の製造工程は、蓋ユニット組立工程Ｓ１と、電極体接続工程Ｓ２と、収容工程Ｓ３と、溶接工程Ｓ４と、注液工程Ｓ５と、封止工程Ｓ６とを含む。

図７は、蓋ユニット組立工程Ｓ１を示す正面図である。蓋ユニット組立工程Ｓ１は、蓋１６に、正極集電端子４と、負極集電端子５と、電流遮断装置９と、正極外部端子７と、負極外部端子８とを組み付けて、蓋ユニット７５を形成する。

図８は、電極体接続工程Ｓ２を示す正面図である。電極体接続工程Ｓ２は、蓋ユニット７５に電極体２を溶接する工程である。具体的には、電極体２の正極１３に正極集電端子４を溶接する工程と、電極体２の負極１４に負極集電端子５を溶接する工程とを含む。

図９は、収容工程Ｓ３を示す正面図である。収容工程Ｓ３においては、蓋ユニット７５に溶接された電極体２をケース本体１５内に収容する工程である。この工程において、ケース本体１５の開口縁部に蓋１６が配置される。

図１０は、溶接工程Ｓ４を模式的に示す正面図である。溶接工程Ｓ４は蓋１６の外周縁部をケース本体１５の開口縁部に溶接する工程である。この工程においては、収容ケース３に向けてノズル７６からシールドガス７７を噴き付けた状態で、ケース本体１５の開口縁部と蓋１６の外周縁部とをレーザ溶接する。シールドガス７７は、たとえば、窒素ガスなどを採用することができる。シールドガス７７は蓋１６の上方から蓋１６に噴き付けられる。

この際、レーザＬをケース本体１５および蓋１６に照射すると、ケース本体１５および蓋１６の一部が溶融して、溶融部分からプルーム７８が噴き出る。プルーム７８は、金属元素を含む高温ガスである。

図１１は、溶接工程Ｓ４において、正極外部端子７の周囲を示す斜視図である。プルーム７８は、高温ガスであるため、プルーム７８がインシュレータ５５に触れると、インシュレータ５５が損傷するおそれがある。

その一方で、上方から蓋１６に向けて噴き出されたシールドガス７７は、端子板５７の上面や突出部５０の周面７１に沿って流れる。

特に、周面７１が湾曲面状に形成されているため、シールドガス７７は周面７１の表面に沿って流れやすい。その結果、シールドガス７７は、蓋１６の外周縁部上およびケース本体１５の開口縁部上を良好に流れる。

このため、レーザＬの照射位置からプルーム７８が噴出したとしても、プルーム７８は、外側に流れやすくなる。プルーム７８が外側に流れると、プルーム７８がインシュレータ５５に接触することを抑制することができる。これにより、インシュレータ５５が酸化したり、溶けたりすることを抑制することができる。

また、溶接部分にも、シールドガス７７が噴き付けられるため、レーザＬによって形成された溶融金属が空気と触れることを抑制することができ、溶融部分が酸化することを抑制することができる。

なお、本実施の形態においては、蓋１６のうち正極外部端子７の周囲に突出部５０を形成した例について説明したが、蓋１６のうち負極外部端子８の周囲に位置する部分に突出部を形成するようにしてもよい。

次に、比較例に係る蓄電装置１Ａと、蓄電装置１とを比較して蓄電装置１の優位性について説明する。

図１２は、比較例に係る蓄電装置１Ａを示す正面図であり、一部を断面視した正面図である。図１３は、ＸＩＩＩ−ＸＩＩＩ線における断面図である。

蓄電装置１Ａは、収容ケース３Ａと、電極体２Ａと、電流遮断装置９Ａとを含む。収容ケースと、電極体と、電流遮断装置との構成以外の構成においては、蓄電装置１Ａの構成部材は、蓄電装置１と実質的に同じである。

収容ケース３Ａは、蓋１６Ａを含む。蓋１６Ａには、突出部５０は形成されておらず、蓋１６Ａの上面は、平坦面状である。

電流遮断装置９Ａは、蓋１６Ａの下面に配置されている。蓋１６Ａは、平坦面状に形成されているため、電流遮断装置９Ａは、蓋１６Ａの下面より下方に位置している。

ここで、上下方向において、電極体２Ａの上端と、蓋１６Ａの下面との間の距離を距離Ｌ２とする。

次に、図３に示すように、蓄電装置１においては、電流遮断装置９の大部分は、凹部５１内に配置されている。そして、図１において、上下方向において、電極体２の上端部と、蓋１６の下面との間の距離を距離Ｌ１とする。

図３および図１２から明らかなように、距離Ｌ１は、距離Ｌ２よりも小さい。収容ケース３のケース本体１５と、収容ケース３Ａのケース本体１５Ａとは同じ構成である。

すなわち、上下方向において、電極体２の高さＨ１は、電極体２Ａの高さＨ２よりも高い。そして、凹部５１の上下方向の高さは３ｍｍであり、電流遮断装置９は３ｍｍ程度、凹部５１内に収容されている。

このため、電極体２の高さＨ１を電極体２Ａの高さＨ２よりも３ｍｍ高くすることができ、電極体２の容量は、電極体２Ａの容量よりも約４％程度、大きい。

すなわち、蓄電装置１によれば、収容ケース３の内容積を殆どかえずに、電極体２の容量を大きくすることができ、電気容量を大きくすることができる。

以上、本発明に基づいた各実施の形態について説明したが、今回開示された事項はすべての点で例示であって制限的なものではない。本発明の技術的範囲は特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

１，１Ａ 蓄電装置、２，２Ａ 電極体、３，３Ａ 収容ケース、４，５ 端子、６ 電解液、７ 正極外部端子、８ 負極外部端子、９，９Ａ 電流遮断装置、１０ 正極シート、１１ セパレータ、１２ 負極シート、１３ 正極、１４ 負極、１５，１５Ａ ケース本体、１６，１６Ａ 蓋、２０，４１ 脚部、２１，３５，４５ 台座、２２ 脆弱部、２３，２４，３９，４２，４７，５２，６０，６５，６６ 貫通孔、３０ 反転板、３１ リベット、３２ ホルダ、３３ ガスケット、３６，４６ 筒部、３７ かしめ部、３８，５１ 凹部、４０ 板部、５０，５３，５８ 突出部、５５ インシュレータ、５６ 端子ボルト、５７ 端子板、６１ ヘッド部、６２ 軸部、７０ 置面、７１ 周面、７５ 蓋ユニット、７６ ノズル、７７ シールドガス、７８ プルーム、Ｈ１，Ｈ２ 高さ、Ｌ レーザ、Ｌ１，Ｌ２ 距離、Ｓ１ 蓋ユニット組立工程、Ｓ２ 電極体接続工程、Ｓ３ 収容工程、Ｓ４ 溶接工程、Ｓ５ 注液工程、Ｓ６ 封止工程。

Claims (1)

1. 開口部が形成されたケース本体と、前記開口部を閉塞するように前記ケース本体に溶接された蓋とを含む収容ケースと、
   前記蓋の外表面に設けられた外部端子と、
   電極を含み、前記収容ケース内に設けられた電極体と、
   前記収容ケース内に設けられ、前記電極に接続された集電端子と、
   前記収容ケース内に設けられており、前記収容ケース内の内圧が所定圧になると、前記外部端子および前記集電端子の電気的な接続を遮断する電流遮断装置と、
   を備え、
   前記蓋には、外方に向けて突出する突出部が形成されており、
   前記電流遮断装置の少なくとも一部は、前記突出部内に配置された、蓄電装置。

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