JP2019133741A - 蓄電モジュール - Google Patents

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Abstract

【課題】大電流を連続放出可能で、且つ圧接強度が確保される蓄電モジュールを提供すること。【解決手段】蓄電モジュールは、少なくとも２つの蓄電セル本体と、一つの蓄電セル本体の内部から、積層方向と交わる方向に段差なく突出した、０．４ｍｍを超え１ｍｍ以下の積層方向の厚みを有する板状のアルミニウム正極端子と、アルミニウム正極端子と積層方向視で重なりを有し、重なり合う蓄電セル本体の内部から段差なく突出した高硬度負極端子と、アルミニウム正極端子の表面に設けられた少なくとも一つの超音波圧接のホーン跡と積層方向視で重なる領域で、アルミニウム正極端子と高硬度負極端子とが溶着することにより形成された超音波圧接部とを備える。全体として、アルミニウム正極端子が突出する突出方向とアルミニウム正極端子の表面上で交わる幅方向におけるホーン跡の幅が、突出方向におけるホーン跡の長さよりも長くなるように形成されている。【選択図】図４

Description

本発明は、蓄電モジュールに関する。
近年、ビークルの動力源としてモータを利用しようとする動きがある。これに伴い、モータに電力を供給する蓄電モジュールの技術も発展してきている。
ビークルには、大きな電力を蓄えることが可能な、耐振動性及び放熱性に優れた蓄電モジュールの搭載が望まれている。近年では、直列に接続された複数の扁平型の単電池を有する電池モジュールとしての組電池が開発されている。ビークル等の駆動には大きなエネルギーが要求される。この要求に応えるため、単電池は大型化する傾向を有する。
蓄電モジュールとしては、例えば、リチウムイオン電池モジュールが挙げられる。このような蓄電モジュールにおける単電池は、正極タブ及び負極タブを備えている。単電池の正極タブ及び負極タブは超音波接合されている。これによって、複数の単電池が直列接続される。
例えば特許文献１には、超音波接合の接合構造に関する技術が提案されている。
特許第４９４６０９８号公報
上述したように、直列接続された複数の単電池を備える組電池において、個々の組電池は大型化する傾向にある。このため、例えば、悪路走行中などにビークルに振動が加わると、ビークルに搭載された組電池の電極タブに大きな振動が伝わり易くなる。組電池には、振動に耐え得るような電極タブの接合強度を確保することが要求されている。
ところで、組電池の組立工程において、一方の単電池と別の単電池とに備えられた電極タブ同士が超音波接合される時、超音波接合装置によって電極タブに振動が加えられる。この時、電極タブに応力がかかってしまう。このため、電極タブの接合強度を確保することが困難となる場合がある。例えば、電極タブ同士が超音波接合される時、電極タブの接合部は、超音波接合装置のホーンとアンビルに挟持される。このため、電極タブの接合部から端部までの材料部分が、アンビルとホーンとに挟持される接合部に振り回される現象が起きる。この結果、接合部との境界に疲労による亀裂が発生する場合がある。
特許文献１の超音波接合の接合構造では、電極タブに屈曲成形部が形成されている。これによって、応力の吸収が図られる。例えば、アルミニウム板からなる上板において屈曲成形部が形成される。これにより、厚さ０．４ｍｍのアルミニウム板と、厚さ０．２ｍｍの銅板を重ね合わせた構造において、亀裂の発生の防止を図ろうとしている。
組電池には、例えばモータ等に供給可能な電流の増大、及び、電力の供給を継続可能な期間の長期化が求められている。つまり、組電池には、容量の増大が求められている。組電池に対する容量増大の要求に応じて、組電池を構成する単電池の容量が増大する傾向にある。単電池の容量増大に伴い、単電池からの電流を伝導する電極タブには、許容電流の増大が求められる。ところが、電極タブの幅の増大は、単電池自体の幅による制約を受ける。そこで、電極タブの許容電流を増大するため、電極タブの厚さを増大することが考えられる。
しかしながら、電極タブとしてのアルミニウム板の厚さが０．４ｍｍを超えると、特許文献１の技術に基づく接合構造では、接合強度を確保することが困難となる場合がある。厚さが０．４ｍｍを超えると、電極タブの剛性が高くなるため、屈曲成形部における応力吸収の能力が低下する。しかも、屈曲成形部には、構造上応力が集中しやすい。このため、屈曲成形部において電極タブに割れが生じ易くなってしまう。
本発明の目的は、大電流を連続放出可能で、且つ接合強度が確保された電池モジュールを提供することである。
本発明は、上述した課題を解決するために、以下の構成を採用する。
（１） 蓄電モジュールであって、
前記蓄電モジュールは、
積層された少なくとも２つの蓄電セル本体と、
前記少なくとも２つの蓄電セル本体のうちの一つの蓄電セル本体の内部から、前記積層方向と交わる方向に段差なく突出した、０．４ｍｍを超え１ｍｍ以下の前記積層方向の厚みを有する板状のアルミニウム正極端子と、
前記アルミニウム正極端子と前記積層方向視で重なりを有し、前記一つの蓄電セル本体と前記積層方向に重なり合う蓄電セル本体の内部から段差なく突出した、アルミニウムより高い硬度を有する導電性材料からなる板状の高硬度負極端子と、
０．４ｍｍを超え１ｍｍ以下の厚みを有し段差なく突出した前記アルミニウム正極端子の表面に設けられた少なくとも一つの超音波圧接のホーン跡と前記積層方向視で重なる領域で、段差なく突出した前記アルミニウム正極端子と段差なく突出した前記高硬度負極端子とが溶着することにより形成された超音波圧接部であって、前記少なくとも一つの超音波圧接のホーン跡は、全体として、前記アルミニウム正極端子が突出する突出方向と前記アルミニウム正極端子の表面上で交わる幅方向におけるホーン跡の幅が、前記突出方向におけるホーン跡の長さよりも長くなるように形成されている、超音波圧接部とを備える。
（１）の蓄電モジュールによれば、アルミニウム正極端子が０．４ｍｍを超える厚みを有する。このため、蓄電セル本体の大容量化に対応することが可能である。（１）の蓄電モジュールは、大電流の連続放出が可能である。
板状のアルミニウム正極端子は、蓄電セル本体から段差なく突出している。積層方向に重なり合う蓄電セル本体から、アルミニウムより高い硬度を有する導電性材料からなる板状の高硬度負極端子が段差なく突出している。（１）の蓄電モジュールは、アルミニウム正極端子と高硬度負極端子が溶着した超音波圧接部を備えている。超音波圧接部は、通常、アルミニウム正極端子と高硬度負極端子が積層方向視で重なる部分の少なくとも一部が圧接されるとともに超音波の振動を受けることによって形成される。超音波圧接では、超音波圧接装置の共振体としてのホーンと受け治具としてのアンビルとの間に、アルミニウム正極端子と高硬度負極端子が重なった状態で挟み込まれる。アルミニウム正極端子にホーンから超音波振動が加えられる。圧接対象と接触するホーンの接触面には、細かな突起が設けられている。（１）の蓄電モジュールにおけるアルミニウム正極端子は、超音波圧接のホーン跡を有する。このようなホーン跡は、アルミニウム正極端子にホーンが押し当てられることによって形成されることができる。超音波圧接部は、ホーン跡と前記積層方向視で重なる領域に設けられる。
超音波圧接の工程において、ホーンからアルミニウム正極端子に直接振動が加えられる。アルミニウム正極端子は０．４ｍｍを超える厚みを有するため、高い剛性を有する。このため、重量が大きい蓄電セル本体に対し強く固定される。また、０．４ｍｍを超える厚みを有するアルミニウム正極端子は、重量が大きい。このため、アルミニウム正極端子は全体として動きにくい。他方、アルミニウム正極端子は、高硬度負極端子よりも低い硬度を有している。即ち、アルミニウム正極端子は高硬度負極端子に対し相対的に柔らかい材料で形成されている。このため、アルミニウム正極端子のうち、ホーンに設けられた突起に接触する部分は、突起からの振動を直接に受け局所的に振動しやすい。
アルミニウム正極端子は全体として動きにくく、ホーンに設けられた突起に接触する部分は局所的に振動しやすい。この結果、超音波圧接において、アルミニウム正極端子のうち、ホーンの突起と接触する部分と、周辺部分との相対的な変位量が大きい。このため、ホーンの振動のエネルギーが高い効率で両端子の接触部分に到達する。

このため、超音波圧接部における圧接強度が確保される。
また、アルミニウム正極端子及び高硬度負極端子は、２つの蓄電セル本体の各々から段差なしに突出し、超音波圧接部で接合されている。このため、蓄電セル本体から突出したアルミニウム正極端子及び高硬度負極端子は、超音波圧接部に向かって互いに近づくように斜めに延びる。ホーン跡は、全体として、突出方向への長さよりも長い幅を有する。このため、超音波圧接の処理でアルミニウム正極端子及び高硬度負極端子がホーンとアンビルとの間に挟まれる直前に、超音波圧接部となる領域におけるアルミニウム正極端子と高硬度負極端子との間隔について、場所ごとの差が小さい。従って、超音波圧接部となる領域において、アルミニウム正極端子及び高硬度負極端子がホーンとアンビルとに押しつけられ変位する距離について、場所ごとの差が抑えられる。よって、超音波圧接において、アルミニウム正極端子及び高硬度負極端子に割れ等の損傷が生じる事態の発生が抑えられる。従って、超音波圧接部における圧接強度が確保される。
アルミニウム正極端子における全体としてのホーン跡の幅は、少なくとも一つのホーン跡の突出方向へ投影された像の長さに相当する。少なくとも一つのホーン跡の突出方向へ投影された像の長さは、一つのホーン跡を突出方向と垂直な仮想面に投影した像の長さである。例えば複数のホーン跡のそれぞれの投影像が離れている場合、投影された像の長さは、それぞれの投影像の長さの和である。また、例えば複数のホーン跡のそれぞれの投影像が重なる場合、投影された像の長さは、重なった投影像の長さである。また、アルミニウム正極端子における全体としてのホーン跡の長さは、少なくとも一つのホーン跡が幅方向へ投影された像の長さに相当する。少なくとも一つのホーン跡が幅方向へ投影された像の長さは、一つのホーン跡を幅方向と垂直な仮想面に投影した像の長さである。例えば複数のホーン跡のそれぞれの投影像が離れている場合、投影された像の長さは、それぞれの投影像の長さの和である。また、例えば複数のホーン跡のそれぞれの投影像が重なる場合、投影された像の長さは、重なった投影像の長さである。
ホーン跡は、超音波圧接装置のホーンが押し当てられることによって形成される跡である。超音波圧接装置のホーンに設けられた接触面は、圧接対象と接する。ホーンの接触面には、複数の細かな突起が配列されている。ホーン跡は、これらの突起が入り込んでできた凹部の配列で構成される。ホーン跡は、複数の凸部の配列で構成されるアンビルの跡とは対照的な形状を有する。
高硬度負極端子は、蓄電セル本体の電気端子に適した導電性材料で形成される。アルミニウムより高い硬度を有する高硬度負極端子の材料の一例として、銅又はニッケル等の金属が挙げられる。
次に、（１）でいう段差（ｓｔｅｐ）について説明する。アルミニウム正極端子及び高硬度負極端子の各々は、蓄電セル本体の内部から、蓄電セル本体の周縁部に設けられた開口を通って、蓄電セル本体の外部に露出するように設けられている。アルミニウム正極端子及び高硬度負極端子の各々は、蓄電セル本体の開口において蓄電セル本体の周縁部と接合されている。これにより、蓄電セル本体の各開口は封止されている。従って、アルミニウム正極端子及び高硬度負極端子の各々は、蓄電セル本体の開口を封止するように蓄電セル本体の周縁部と接合された封止部分と、超音波圧接部が形成された圧接部分と、封止部分と圧接部分との間に位置する中間部分とを有する。蓄電セル本体から突出方向Ｌに見ると、封止部分と、中間部分と、圧接部分とが、この順に並ぶ。アルミニウム正極端子の封止部分と中間部分と圧接部分とが、積層方向Ｔ（図１参照）において同じ位置（高さ）に位置する場合、アルミニウム正極端子は、段差無く突出している。また、アルミニウム正極端子の封止部分及び圧接部分の各々が積層方向Ｔにおいて異なる位置（高さ）に位置している場合であっても、封止部分と中間部分とが連続する曲面（湾曲面）又は平面を成し、且つ中間部分と圧接部分とが連続する曲面（湾曲面）又は平面を成していれば、アルミニウム正極端子は、段差無く突出している。また、アルミニウム正極端子の封止部分及び圧接部分の各々が突出方向Ｌに延び且つ積層方向Ｔにおいて異なる位置（高さ）に位置している場合であっても、突出方向Ｌに延びる封止部分と圧接部分とが、中間部分を介して、全体として、連続する曲面を成している場合にも、アルミニウム正極端子は、段差無く突出している。アルミニウム正極端子の封止部分と中間部分とは実質的に角を成さないように連続し、且つ中間部分と圧接部分とは実質的に角を成さないように連続する場合にも、アルミニウム正極端子は、段差無く突出している。段差なしに突出する形状は、滑らかな曲面を有する形状を含む。段差なしの形状は、例えば、幅方向Ｗ（図１参照）に延びる線に沿った折れ曲がりなしの形状を含まない。段差なしに突出する形状は、例えば湾曲する形状を含む。高硬度負極端子についても、アルミニウム正極端子と同様である。上記（１）の構成では、アルミニウム正極端子及び高硬度負極端子の双方が、段差無く突出している。これに対し、蓄電モジュールのアルミニウム正極端子又は高硬度負極端子のいずれか一方が段差を有している場合、前記蓄電モジュールは上記（１）の要件を具備しない。特許文献１（特許第４９４６０９８号公報）では、例えば、特許文献１の図４に示されるように、正極端子の封止部分と中間部分と圧接部分とがクランク状を成している。特許文献１では、封止部分と中間部分とが、連続する曲面（湾曲面）又は平面を成しておらず、角を成している。また、特許文献１では、中間部分と圧接部分とが、連続する曲面（湾曲面）又は平面を成しておらず、角を成している。特許文献１の構成は、上記（１）の要件を具備しない。
また、本発明は、以下のような構成を採用することができる。
（２） （１）の蓄電モジュールであって、
前記少なくとも一つの超音波圧接のホーン跡は、全体として、前記アルミニウム正極端子の前記幅方向における長さの１／３以上である幅を有する。
（２）の蓄電モジュールによれば、アルミニウム正極端子と高硬度負極端子が、アルミニウム正極端子の幅方向における長さの１／３以上に亘って圧接されている。このため、超音波圧接部における圧接強度が確保されるとともに、端子の幅に対応した十分な電気的接続が確保される。
（３） （１）又は（２）の蓄電モジュールであって、
前記少なくとも一つのホーン跡は、複数のホーン跡であり、
前記複数のホーン跡の各々の前記突出方向の長さが、前記複数のホーン跡の各々の前記幅方向の長さよりも短い。
（３）の蓄電モジュールの超音波圧接部は、例えば、アルミニウム正極端子と高硬度負極端子においてホーンとアンビルに挟む領域を順次ずらしながら、複数回に亘り超音波圧接の作業を実施することにより形成できる。１回の超音波圧接の処理により、１つの超音波圧接のホーン跡が形成される。ホーン跡の各々の突出方向の長さが、前記幅方向の長さより短いので、各回の超音波圧接の処理において、アルミニウム正極端子及び高硬度負極端子がホーンとアンビルとに押しつけられ変位する距離について、場所ごとの差が抑えられる。従って、超音波圧接において、アルミニウム正極端子及び高硬度負極端子に割れ等の損傷が生じる事態の発生が抑えられる。
（４） （１）から（３）いずれか１の蓄電モジュールであって、
前記アルミニウム正極端子の剛性は、前記高硬度負極端子の剛性よりも高い。
（４）の蓄電モジュールによれば、ホーン跡が設けられるアルミニウム正極端子の剛性が高硬度負極端子の剛性よりも高い。このため、アルミニウム正極端子の、蓄電セル本体に対する固定力が大きい。従って、ホーンが有する突起と接触する部分の、接触しない部分に対する相対的な変位量がより大きい。このため、超音波圧接部における圧接強度がより確保される。
（５） （１）から（４）いずれか１の蓄電モジュールであって、
前記アルミニウム正極端子の厚みは前記高硬度負極端子の厚みよりも大きい。
（５）の蓄電モジュールは、超音波圧接の処理において、振動を印加するホーンが、相対的に薄い高硬度負極端子ではなく、厚いアルミニウム正極端子に押し当てられる。厚いアルミニウム正極端子は、薄い高硬度負極端子と比べて、全体としての慣性が大きい。このため、端子において、ホーンが有する突起と接触する部分の、接触しない部分に対する相対的な変位量がより大きい。このため、超音波圧接部における圧接強度がより確保される。
（６） （５）の蓄電モジュールであって、
前記高硬度負極端子は、前記アルミニウム正極端子よりも大きく湾曲している。
（６）の蓄電モジュールによれば、アルミニウム正極端子よりも薄い高硬度負極端子が、アルミニウム正極端子よりも大きく湾曲することによって、アルミニウム正極端子の湾曲の程度が抑えられる。このため、相対的に厚いアルミニウム正極端子に生じる機械的なストレスが軽減される。このため、超音波圧接部における圧接強度がより確保される。
（７） （６）の蓄電モジュールであって、
前記蓄電セル本体から突出したアルミニウム正極端子の先端は、前記アルミニウム正極端子と接する前記高硬度負極端子の先端よりも突出している。
（７）の蓄電モジュールによれば、アルミニウム正極端子の先端が高硬度負極端子の先端よりも突出していることによって、高硬度負極端子のより大きな湾曲が確保される。この結果、相対的により厚いアルミニウム正極端子に生じる機械的なストレスが軽減される。このため、超音波圧接部における圧接強度がより確保される。
本発明の蓄電モジュールによれば、大電流を連続放出可能で、且つ圧接強度が確保される。
本発明の一実施形態の蓄電モジュールを示す斜視図である。 図１に示す蓄電モジュールの側面図である。 図１に示す蓄電モジュールの部分拡大図である。 図１に示す蓄電モジュールの部分平面図である。 図４に示す蓄電モジュールの５−５線断面を示す部分断面図である。 超音波圧接部を形成するための超音波圧接工程を説明する概略図である。
以下、本発明を、好ましい実施形態に基づいて図面を参照しつつ説明する。
図１は、本発明の一実施形態の蓄電モジュールを示す斜視図である。図２は、図１に示す蓄電モジュールの側面図である。図３は、図１に示す蓄電モジュールの部分拡大図である。
図１に示す蓄電モジュール１００は、４つの蓄電セル１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ，１０Ｄを備えている。４つの蓄電セル１０Ａ〜１０Ｄは、互いに同じ構成を有している。蓄電セル１０Ａ〜１０Ｄのそれぞれは平板状である。４つの蓄電セル１０Ａ〜１０Ｄは積層されている。蓄電セル１０Ａ〜１０Ｄが積層される方向を積層方向Ｔと称する。なお、４つの蓄電セル１０Ａ〜１０Ｄの間には、例えば放熱板等、蓄電セルとは別の部材が介在してもよい。
蓄電セル１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ，１０Ｄは、蓄電セル本体１１Ａ，１１Ｂ，１１Ｃ，１１Ｄと、アルミニウム正極端子１２Ａ，１２Ｂ，１２Ｃ，１２Ｄと、高硬度負極端子１３Ａ，１３Ｂ，１３Ｃ，１３Ｄとそれぞれを有している。４つの蓄電セル１０Ａ〜１０Ｄは、電気的に直列に接続されている。なお、蓄電モジュール１００の平面視において、アルミニウム正極端子１２Ａ及び高硬度負極端子１３Ａが突出する方向を突出方向Ｌと称する。アルミニウム正極端子１２Ａ上で突出方向Ｌと交わる方向を幅方向Ｗと称する。
４つの蓄電セル１０Ａ〜１０Ｄは、突出方向Ｌにおけるアルミニウム正極端子１２Ａ〜１２Ｄと高硬度負極端子１３Ａ〜１３Ｄの位置が互い違いに配置されるように積層方向Ｔに積層されている。蓄電セル１０Ａのアルミニウム正極端子１２Ａと、蓄電セル１０Ａと積層方向Ｔに重なり合う蓄電セル１０Ｂの高硬度負極端子１３Ｂとの間には、超音波圧接部１４Ａが設けられている。また、アルミニウム正極端子１２Ｂと高硬度負極端子１３Ｃとの間には、超音波圧接部１４Ｂが設けられている。アルミニウム正極端子１２Ｃと高硬度負極端子１３Ｄとの間には、超音波圧接部１４Ｃが設けられている。図３には、３つの超音波圧接部１４Ａ，１４Ｂ，１４Ｃのうち、２つの超音波圧接部１４Ａ，１４Ｃのみが示されている。
このように、図１に示す蓄電モジュール１００は、蓄電セル本体１１Ａ〜１１Ｄと、アルミニウム正極端子１２Ａ，１２Ｂ，１２Ｃ，１２Ｄと、高硬度負極端子１３Ａ，１３Ｂ，１３Ｃ，１３Ｄと超音波圧接部１４Ａ，１４Ｂ，１４Ｃとを備えている。
蓄電モジュール１００は、ビークル駆動用蓄電モジュールである。ただし、蓄電モジュール１００は、ビークル以外の装置に用いられてもよい。蓄電モジュール１００は、例えばビークル等の装置に搭載され、電源として機能する。蓄電モジュール１００は、例えば、図示しないケースに収容され蓄電パックを構成する。蓄電モジュール１００は、１００Ａ以上の電流を連続出力できる。蓄電モジュール１００は、例えば、１００Ａ以上の電流を１５分以上連続出力できる。ただし、蓄電モジュール１００が連続出力できる時間は、１５分未満であってもよい。また、蓄電モジュール１００が連続出力できる最大電流は、１００Ａ未満であってもよい。
蓄電セル１０Ａの各要素について説明する。残りの蓄電セル１０Ｂ〜１０Ｄの構成は、蓄電セル１０Ａと同じである。
蓄電セル本体１１Ａは、平板状である。蓄電セル本体１１Ａは、その内部に、図示しない正極、負極、及びセパレータを有している。正極、負極、及びセパレータは可撓性を有するシート状の収容体１１１Ａに収容されている。収容体１１１Ａとしては、例えば、樹脂ラミネート金属箔が挙げられる。図示しない正極、負極、及びセパレータは、収容体１１１Ａの中で積層方向Ｔに積層されている。
アルミニウム正極端子１２Ａ、及び高硬度負極端子１３Ａの各々は、蓄電セル本体１１Ａの内部から、蓄電セル本体１１Ａの周縁部Ｓに設けられた開口を通って、蓄電セル本体１１Ａの外部に露出するように設けられている。アルミニウム正極端子１２Ａ、及び高硬度負極端子１３Ａの各々は、蓄電セル本体１１Ａの開口において蓄電セル本体１１Ａの周縁部Ｓと接合されている。これにより、蓄電セル本体１１Ａの各開口は封止されている。
アルミニウム正極端子１２Ａは、アルミニウムからなる板状の部材である。アルミニウム正極端子１２Ａは、蓄電セル本体１１Ａの内部から突出している。アルミニウム正極端子１２Ａは、蓄電セル本体１１Ａから段差なく突出している。アルミニウム正極端子１２Ａは、蓄電セル１０Ａの正極端子である。アルミニウム正極端子１２Ａは、蓄電セル本体１１Ａの内部で、図示しない正極と電気的に接続されている。アルミニウム正極端子１２Ａは、１００Ａ以上の電流を連続通電可能な厚みを有する。アルミニウム正極端子１２Ａの積層方向Ｔでの厚みは、０．４ｍｍを超え１ｍｍ以下である。アルミニウム正極端子１２Ａの厚みは、１００Ａの電流の仕様に、余裕を見込む観点から、０．５ｍｍ以上１ｍｍ以下が好ましい。
高硬度負極端子１３Ａは、板状の部材である。高硬度負極端子１３Ａは、アルミニウムより高い硬度を有する導電性材料からなる部材である。高硬度負極端子１３Ａは、例えば、銅からなる部材である。高硬度負極端子１３Ａは、メッキ加工された表面を有している。但し、高硬度負極端子１３Ａは、メッキ加工されていなくともよい。高硬度負極端子１３Ａは、蓄電セル本体１１Ａの内部から突出している。高硬度負極端子１３Ａは、蓄電セル本体１１Ａから段差なく突出している。本実施形態において、高硬度負極端子１３Ａは、蓄電セル本体１１Ａの内部からアルミニウム正極端子１２Ａが突出する向きとは逆向きに突出している。高硬度負極端子１３Ａは、蓄電セル１０Ａの負極端子である。高硬度負極端子１３Ａは、蓄電セル本体１１Ａの内部で、図示しない負極と電気的に接続されている。
高硬度負極端子１３Ａの積層方向Ｔでの厚みは、アルミニウム正極端子１２Ａの厚みより小さい。銅の導電率は、アルミニウムよりも高いので、高硬度負極端子１３Ａは、アルミニウム正極端子１２Ａと同じ大きさの電流を許容することができる。
高硬度負極端子１３Ａの積層方向Ｔでの厚みは、１００Ａの電流を連続通電可能な仕様に適用する観点から、例えば、０．２４ｍｍを超え０．６ｍｍ以下である。高硬度負極端子１３Ａの厚みは、１００Ａ以上の電流に対し、余裕を見込んで０．３ｍｍ以上０．６ｍｍ以下が好ましい。本実施形態では、高硬度負極端子１３Ａの厚みはアルミニウム正極端子１２Ａの厚みより小さいので、高硬度負極端子１３Ａは、アルミニウム正極端子１２Ａより小さい曲げ剛性を有する。
４つの蓄電セル１０Ａ〜１０Ｄは、アルミニウム正極端子１２Ａと高硬度負極端子１３Ａが突出方向Ｌに互い違いに配置されるように積層方向Ｔに積層されている。４つの蓄電セル本体１１Ａ〜１１Ｄのうち、例えば一つの蓄電セル本体１１Ａから突出したアルミニウム正極端子１２Ａと、蓄電セル本体１１Ａと重なり合う蓄電セル本体１１Ｂから突出した高硬度負極端子１３Ｂとは、積層方向Ｔ視で重なりを有する。本実施形態では、アルミニウム正極端子１２Ａと高硬度負極端子１３Ｂとは、積層方向Ｔ視で重なっている。
アルミニウム正極端子１２Ａ及び高硬度負極端子１３Ｂは、蓄電セル本体１１Ａ，１１Ｂから突出方向Ｌに離れるのに従い互いに近づくように延びている。
図４は、図１に示す蓄電モジュール１００の部分平面図である。図５は、図４に示す蓄電モジュール１００の５−５線断面を示す部分断面図である。なお、図５において、蓄電セル本体内部の詳細は省略されている。
アルミニウム正極端子１２Ａ及び高硬度負極端子１３Ｂの接触部分には、超音波圧接部１４Ａが設けられている。超音波圧接部１４Ａは、アルミニウム正極端子１２Ａ及び高硬度負極端子１３Ｂが溶着することにより形成されている。超音波圧接部１４Ａは、超音波圧接によって形成される。
アルミニウム正極端子１２Ａには、３つの超音波圧接のホーン跡ＨＯａ，ＨＯｂ，ＨＯｃが設けられている。なお、超音波圧接のホーン跡の数は、少なくとも一つであればよく、特に限定されない。図４に示すように、超音波圧接部１４Ａは、超音波圧接のホーン跡ＨＯａ，ＨＯｂ，ＨＯｃと積層方向Ｔ視で重なる領域に設けられている。アルミニウム正極端子１２Ａ及び高硬度負極端子１３Ｂは、超音波圧接部１４Ａで接合されている。アルミニウム正極端子１２Ａ及び高硬度負極端子１３Ｂは、超音波圧接部１４Ａで電気的に接続されている。
アルミニウム正極端子１２Ａは、封止部分１２１Ａと、中間部分１２２Ａと、圧接部分１２３Ａとを有する。封止部分１２１Ａは、蓄電セル本体１１Ａの開口を封止するように蓄電セル本体１１Ａの周縁部Ｓと接合された部分である。圧接部分１２３Ａは、超音波圧接部１４Ａが形成された部分である。中間部分１２２Ａは、封止部分１２１Ａと圧接部分１２３Ａとの間に位置する部分である。アルミニウム正極端子１２Ａは、蓄電セル本体１１Ａから段差無く突出している。封止部分１２１Ａと中間部分１２２Ａとは、連続する曲面（湾曲面）を成している。また、中間部分１２２Ａと圧接部分１２３Ａとが、連続する曲面（湾曲面）を成している。封止部分１２１Ａと中間部分１２２Ａとは実質的に角を成さないように連続している。また、中間部分１２２Ａと圧接部分１２３Ａとは実質的に角を成さないように連続している。アルミニウム正極端子１２Ａは、折り目を有さない。アルミニウム正極端子１２Ａは、曲げ加工されていない。
高硬度負極端子１３Ｂは、アルミニウム正極端子１２Ａと同様に、封止部分１３１Ｂと、中間部分１３２Ｂと、圧接部分１３３Ｂとを有する。高硬度負極端子１３Ｂは、蓄電セル本体１１Ｂから段差無く突出している。封止部分１３１Ｂと中間部分１３２Ｂとは、連続する曲面（湾曲面）を成している。また、中間部分１３２Ｂと圧接部分１３３Ｂとが、連続する曲面（湾曲面）を成している。封止部分１３１Ｂと中間部分１３２Ｂとは実質的に角を成さないように連続している。また、中間部分１３２Ｂと圧接部分１３３Ｂとは実質的に角を成さないように連続している。高硬度負極端子１３Ｂは、折り目を有さない。高硬度負極端子１３Ｂは、曲げ加工されていない。
ホーン跡ＨＯａ，ＨＯｂ，ＨＯｃのそれぞれは、錐体状の穴ｈの配列である。より詳細には、穴ｈは、截頭錐体形状を有する。なお、ホーン跡の断面視形状は、特に限定されない。ホーン跡は、例えば、複数の凹部の配列からなる。錐体状の穴ｈの配列は、複数の凹部の配列の一例である。截頭錐体形状の穴ｈは、凹部の一例である。ホーン跡ＨＯａ，ＨＯｂ，ＨＯｃのそれぞれは、互いに同じ形状を有している。ホーン跡ＨＯａ，ＨＯｂ，ＨＯｃのそれぞれは、超音波圧接装置のホーン５１（図６参照）が押しつけられることによって形成される。ホーン跡ＨＯａ，ＨＯｂ，ＨＯｃのそれぞれの幅方向Ｗの長さＷａは、突出方向Ｌにおける長さＤａよりも長い。
３つのホーン跡ＨＯａ，ＨＯｂ，ＨＯｃは、３つのホーン跡ＨＯａ，ＨＯｂ，ＨＯｃの全体の幅方向Ｗの長さＷＡが、突出方向Ｌの長さＤＡよりも長くなるように形成されている。
アルミニウム正極端子１２Ａにおけるホーン跡ＨＯａ，ＨＯｂ，ＨＯｃの全体の幅方向Ｗの長さＷＡは、３つのホーン跡ＨＯａ，ＨＯｂ，ＨＯｃの突出方向Ｌへ投影された像の長さに相当する。本実施形態において、３つのホーン跡ＨＯａ，ＨＯｂ，ＨＯｃのそれぞれの突出方向Ｌへの投影像は離れている。全体としてのホーン跡ＨＯａ，ＨＯｂ，ＨＯｃの投影像の幅方向Ｗの長さＷＡ、即ち幅ＷＡは、ホーン跡ＨＯａ，ＨＯｂ，ＨＯｃのそれぞれの投影像の長さＷａ，Ｗｂ，Ｗｃの和である。
また、３つのホーン跡ＨＯａ，ＨＯｂ，ＨＯｃの突出方向Ｌの長さＤＡは、ホーン跡ＨＯａ，ＨＯｂ，ＨＯｃの幅方向Ｗへ投影された像の長さに相当する。３つのホーン跡ＨＯａ，ＨＯｂ，ＨＯｃのそれぞれの幅方向Ｗへ投影された像は重なっている。全体としてのホーン跡ＨＯａ，ＨＯｂ，ＨＯｃの突出方向Ｌの長さＤＡは、重なった投影像の長さである。
３つのホーン跡ＨＯａ，ＨＯｂ，ＨＯｃの全体の突出方向Ｌにおける長さＤＡは、幅方向Ｗの長さＷＡよりも短い。
３つのホーン跡ＨＯａ，ＨＯｂ，ＨＯｃの全体の幅方向Ｗの長さＷＡ、即ち幅ＷＡは、アルミニウム正極端子１２Ａの幅方向Ｗにおける長さＷｈの１／３以上である。つまり、幅方向Ｗについて、アルミニウム正極端子１２Ａ及び高硬度負極端子１３Ｂが、長さＷｈの１／３以上に亘って溶着している。
高硬度負極端子１３Ａには、３つのホーン跡ＨＯａ，ＨＯｂ，ＨＯｃに対応する位置に、超音波圧接のアンビル跡ＡＮ（図５参照）が形成されている。アンビル跡ＡＮは、ホーン跡ＨＯａ，ＨＯｂ，ＨＯｃを構成する穴ｈに相応した凸部の配列である。
図４及び図５に示す超音波圧接部１４Ａは、アルミニウム正極端子１２Ａと高硬度負極端子１３Ａの、積層方向Ｔ視で重なる部分の少なくとも一部が、圧接されるとともに超音波の振動を受けることによって形成される。
図６は、超音波圧接部１４Ａを形成するための超音波圧接工程を説明する概略図である。
超音波圧接工程では、超音波圧接装置５０が利用される。超音波圧接装置５０は、ホーン５１及びアンビル５２を備えている。ホーン５１は、超音波振動の共振体として機能する。圧接対象と接触するホーン５１の接触面には、突起５１ｐが配列している。突起５１ｐのそれぞれは、錐体状である。詳細には、突起５１ｐのそれぞれは、截頭錐体状である。アンビル５２は、受け治具として機能する。圧接対象と接触するアンビル５２の接触面には、ホーン５１の突起５１ｐに相応する位置に溝が形成されている。
アルミニウム正極端子１２Ａ及び高硬度負極端子１３Ａは重なった状態で、ホーン５１とアンビル５２の間に挟み込まれる。なお、ホーン５１とアンビル５２との間に挟み込まれる前のアルミニウム正極端子１２Ａ及び高硬度負極端子１３Ａには、段差が形成されておらず、例えば、曲げ加工を施されていない。アルミニウム正極端子１２Ａと高硬度負極端子１３Ａが、ホーン５１とアンビル５２によって圧接される。ホーン５１からアルミニウム正極端子１２Ａに直接振動が加えられる。特に、アルミニウム正極端子１２Ａのうち、少なくとも突起５１ｐと接触する部分が強い振動を受ける。
圧接されるとともに、振動を受けたアルミニウム正極端子１２Ａが高硬度負極端子１３Ａと溶着する。この結果、アルミニウム正極端子１２Ａにホーン跡ＨＯａ，ＨＯｂ，ＨＯｃが形成される。積層方向Ｔで、ホーン跡ＨＯａ，ＨＯｂ，ＨＯｃと重なる位置に超音波圧接部１４Ａが形成される。
本実施形態では、アルミニウム正極端子１２Ａに３つのホーン跡ＨＯａ，ＨＯｂ，ＨＯｃが設けられている。このような構成は、ホーン５１とアンビル５２の間に、アルミニウム正極端子１２Ａ及び高硬度負極端子１３Ａを、位置を変えながら３回挟み込むことによって形成される。
アルミニウム正極端子１２Ａの硬度は、高硬度負極端子１３Ａの硬度よりも小さい。しかし、アルミニウム正極端子１２Ａの厚みは、高硬度負極端子１３Ａの厚みよりも大きい。アルミニウム正極端子１２Ａは、大電流の連続通電を許容するため０．４ｍｍを超える厚みを有する。このため、アルミニウム正極端子１２Ａの剛性は、高硬度負極端子１３Ａの剛性よりも高い。アルミニウム正極端子１２Ａは、高い剛性を有しているため、重量が大きい蓄電セル本体１１Ａに対し強く固定される。また、０．４ｍｍを超える厚みを有するアルミニウム正極端子１２Ａは、大きな重量を有するので、大きな慣性を有する。このため、アルミニウム正極端子１２Ａは、例えば０．４ｍｍ以下の厚みを有するアルミニウム正極端子を有する場合と比べ、振動を与えても全体として動きにくい。
アルミニウム正極端子１２Ａは、この一方で、高硬度負極端子１３Ｂに対し柔らかい材料で形成されている。このため、アルミニウム正極端子１２Ａのうち、ホーン５１に設けられた突起５１ｐに接触する部分は、突起５１ｐからの振動を直接に受け局所的に振動しやすい。
アルミニウム正極端子１２Ａは全体として動きにくく、ホーン５１に設けられた突起５１ｐに接触する部分が局所的に振動しやすい。この結果、超音波圧接において、アルミニウム正極端子１２Ａのうち、ホーン５１の突起５１ｐと接触する部分の、その周辺部分に対する変位量が大きい。このため、ホーン５１の振動のエネルギーが高い効率で両端子１２Ａ，１３Ｂの接触部分に到達する。また、アルミニウム正極端子１２Ａは、０．４ｍｍを超える厚みを有する。このため、アルミニウム正極端子１２Ａのうちホーン５１の突起５１ｐによって絞り出されるように押された部分も、接合強度を確保するのに十分な厚みを有する。つまり、アルミニウム正極端子１２Ａは、十分な厚みを維持しつつ、高硬度負極端子１３Ａに食い込む。また、アルミニウム正極端子１２Ａは、１ｍｍ以下の厚みを有する。このため、突起５１ｐから受ける振動が高硬度負極端子１３Ａとの接触部分に効率よく伝わる。この結果、アルミニウム正極端子１２Ａと高硬度負極端子１３Ａとが、より強固に溶着する。このため、超音波圧接部１４Ａ（図５参照）における圧接強度が確保される。
また、アルミニウム正極端子１２Ａ及び高硬度負極端子１３Ｂは、２つの蓄電セル本体１１Ａ，１１Ｂの各々から段差なしに突出し、超音波圧接部１４Ａ（図５参照）で接合されている。このため、蓄電セル本体１１Ａ，１１Ｂから突出したアルミニウム正極端子１２Ａ及び高硬度負極端子１３Ｂは、蓄電セル本体１１Ａ，１１Ｂから離れるに従い、互いに近づくように延びる。図４に示すように、ホーン跡ＨＯａ，ＨＯｂ，ＨＯｃは、全体として、突出方向Ｌでの長さＤＡよりも長い幅方向Ｗでの長さＷＡを有する。このため、図６に示すように、アルミニウム正極端子１２Ａ及び高硬度負極端子１３Ｂがホーン５１とアンビル５２との間に挟まれる時に、アルミニウム正極端子１２Ａと高硬度負極端子１３Ｂとの間隔について、場所ごとの差が小さい。特に、突出方向Ｌにおける場所ごとの前記間隔の差が小さい。従って、超音波圧接部１４Ａ（図５参照）となる領域において、アルミニウム正極端子１２Ａ及び高硬度負極端子１３Ｂがホーン５１及びアンビル５２に押しつけられ変位する距離について、場所ごとの差が抑えられる。従って、アルミニウム正極端子１２Ａ及び高硬度負極端子１３Ｂがホーン５１及びアンビル５２に接触してから、ホーン５１及びアンビル５２による挟み込みが完了するまでの、アルミニウム正極端子１２Ａ及び高硬度負極端子１３Ｂの変形量が小さい。
また、ホーン跡ＨＯａ，ＨＯｂ，ＨＯｃの各々の突出方向Ｌの長さＤａが、幅方向Ｗの長さＷａ，Ｗｂ，Ｗｃよりも短い。このため、各回の超音波圧接の処理において、アルミニウム正極端子１２Ａ及び高硬度負極端子１３Ｂがホーン５１とアンビル５２とに押されて変位する距離について、場所ごとの差が抑えられる。
従って、超音波圧接において、アルミニウム正極端子１２Ａ及び高硬度負極端子１３Ｂに割れ等の損傷が生じる事態の発生が抑えられる。また、アルミニウム正極端子１２Ａと高硬度負極端子１３Ｂとが圧接される時に、アルミニウム正極端子１２Ａと高硬度負極端子１３Ｂとの圧接面において、圧力のバラツキが生じ難くなる。特に、突出方向Ｌにおいて、圧接面内における圧力のバラツキが生じ難くなる。その結果、超音波圧接部１４Ａの全体としての圧接強度の均一性が向上する。従って、超音波圧接部１４Ａ（図５参照）における圧接強度が確保される。
また、アルミニウム正極端子１２Ａ及び高硬度負極端子１３Ｂの双方は、２つの蓄電セル本体１１Ａ，１１Ｂの各々から段差なしに突出している。このため、例えば、高い剛性を有するアルミニウム正極端子１２Ａにホーン５１から振動が加えられた場合に、振動の応力が、特定の箇所に集中し難い。従って、アルミニウム正極端子１２Ａに損傷が生じる事態の発生が抑えられる。つまり、アルミニウム正極端子１２Ａ及び高硬度負極端子１３Ｂの良好な接続が確保される。
また、図５に示すように、本実施形態の蓄電モジュール１００において、高硬度負極端子１３Ｂは、アルミニウム正極端子１２Ａよりも大きく湾曲している。アルミニウム正極端子１２Ｂの先端は、高硬度負極端子１３Ｂの先端よりも突出している。このことによって、高硬度負極端子１３Ｂのより大きな湾曲が確保されている。このため、高硬度負極端子１３Ｂより厚いアルミニウム正極端子１２Ａに生じる機械的なストレスが軽減される。この結果、超音波圧接部１４Ａにおける圧接強度がより確保される。
図４に示すようにアルミニウム正極端子１２Ａ及び高硬度負極端子１３Ｂが、アルミニウム正極端子１２Ａの幅方向における長さＷｈの１／３以上に亘って圧接されている。このため、ホーン跡ＨＯａ，ＨＯｂ，ＨＯｃと重なる超音波圧接部１４Ａの全体について、圧接強度が確保されるとともに、端子１２Ａ，１３Ｂの幅Ｗｈに対応した十分な電気的接続が確保される。
以上、アルミニウム正極端子１２Ａと、高硬度負極端子１３Ａと、超音波圧接部１４Ａとについて説明した。以上の説明は、残りのアルミニウム正極端子１２Ｂ，１２Ｃと、高硬度負極端子１３Ｃ，１３Ｄと、超音波圧接部１４Ｂ，１４Ｃとについても適用される。
なお、上述した実施形態では、４つの蓄電セル１０Ａ〜１０Ｄを備えた蓄電モジュールの例を説明した。ただし、蓄電モジュールが備える蓄電セルの数は２以上であればよい。
また、本発明の蓄電モジュールの構成は、アルミニウム正極端子の先端が高硬度負極端子の先端よりも突出している構成に限られない。例えば、高硬度負極端子の先端が、アルミニウム正極端子の先端よりも突出してもよい。また、本発明の蓄電モジュールにおいて、高硬度負極端子は、アルミニウム正極端子よりも大きく湾曲していなくともよい。例えば、アルミニウム正極端子が高硬度負極端子よりも大きく湾曲していてもよい。
また、本発明の蓄電モジュールにおいて、アルミニウム正極端子の厚みは高硬度負極端子の厚みよりも小さくてもよい。例えば、高硬度負極端子の材料として、ニッケルが採用される場合、同じ電流を許容するアルミニウム正極端子の厚みは高硬度負極端子の厚みよりも小さくなる。この場合、アルミニウム正極端子の剛性は、高硬度負極端子の剛性よりも低くてもよい。
また、上述した実施形態では、高硬度負極端子１３Ａとアルミニウム正極端子１２Ａとが逆向きに突出した蓄電セル１０Ａ〜１０Ｄの例を説明した。但し、高硬度負極端子及びアルミニウム正極端子はこれに限られず、例えば、蓄電セルの同じ辺から同じ向きに並んで突出していてもよい。
また、本発明の蓄電モジュールにおいて、ホーン跡の各々の突出方向の長さは、幅方向の長さよりも長くてもよい。例えば、このようなホーン跡を幅方向により多く配置することによって、ホーン跡が、全体として、アルミニウム正極端子の幅方向における長さの１／３以上とすることが可能である。
またさらに、本発明の蓄電モジュールにおいて、ホーン跡が、全体として、アルミニウム正極端子の幅方向における長さの１／３未満であってもよい。ただし、超音波圧接部で許容される電流から、ホーン跡が、全体として、アルミニウム正極端子の幅方向における長さの１／２以上であることが好ましい。
上記実施形態に用いられた用語及び表現は、説明のために用いられたものであって限定的に解釈するために用いられたものではない。ここに示されかつ述べられた特徴事項の如何なる均等物をも排除するものではなく、本発明のクレームされた範囲内における各種変形をも許容するものであると認識されなければならない。本発明は、多くの異なった形態で具現化され得るものである。この開示は本発明の原理の実施形態を提供するものと見なされるべきである。それらの実施形態は、本発明をここに記載しかつ／又は図示した好ましい実施形態に限定することを意図するものではないという了解のもとで、実施形態がここに記載されている。ここに記載した実施形態に限定されるものではない。本発明は、この開示に基づいて当業者によって認識され得る、均等な要素、修正、削除、組み合わせ、改良及び／又は変更を含むあらゆる実施形態をも包含する。クレームの限定事項はそのクレームで用いられた用語に基づいて広く解釈されるべきであり、本明細書あるいは本願のプロセキューション中に記載された実施形態に限定されるべきではない。本発明は、クレームで用いられた用語に基づいて広く解釈されるべきである。
１００ 蓄電モジュール
１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ，１０Ｄ 蓄電セル
１１Ａ，１１Ｂ，１１Ｃ，１１Ｄ 蓄電セル本体
１２Ａ，１２Ｂ，１２Ｃ，１２Ｄ アルミニウム正極端子
１３Ａ，１３Ｂ，１３Ｃ，１３Ｄ 高硬度負極端子
１４Ａ，１４Ｂ，１４Ｃ 超音波圧接部
１１１Ａ，１１１Ｂ，１１１Ｃ，１１１Ｄ 収容体
ＨＯａ，ＨＯｂ，ＨＯｃ ホーン跡
Ｌ 突出方向
Ｔ 積層方向
Ｗ 幅方向

Claims (7)

  1. 蓄電モジュールであって、
    前記蓄電モジュールは、
    積層された少なくとも２つの蓄電セル本体と、
    前記少なくとも２つの蓄電セル本体のうちの一つの蓄電セル本体の内部から、前記積層方向と交わる方向に段差なく突出した、０．４ｍｍを超え１ｍｍ以下の前記積層方向の厚みを有する板状のアルミニウム正極端子と、
    前記アルミニウム正極端子と前記積層方向視で重なりを有し、前記一つの蓄電セル本体と前記積層方向に重なり合う蓄電セル本体の内部から段差なく突出した、アルミニウムより高い硬度を有する導電性材料からなる板状の高硬度負極端子と、
    ０．４ｍｍを超え１ｍｍ以下の厚みを有し段差なく突出した前記アルミニウム正極端子の表面に設けられた少なくとも一つの超音波圧接のホーン跡と前記積層方向視で重なる領域で、段差なく突出した前記アルミニウム正極端子と段差なく突出した前記高硬度負極端子とが溶着することにより形成された超音波圧接部であって、前記少なくとも一つの超音波圧接のホーン跡は、全体として、前記アルミニウム正極端子が突出する突出方向と前記アルミニウム正極端子の表面上で交わる幅方向におけるホーン跡の幅が、前記突出方向におけるホーン跡の長さよりも長くなるように形成されている、超音波圧接部とを備える。
  2. 請求項１記載の蓄電モジュールであって、
    前記少なくとも一つの超音波圧接のホーン跡は、全体として、前記アルミニウム正極端子の前記幅方向における長さの１／３以上である幅を有する。
  3. 請求項１又は２記載の蓄電モジュールであって、
    前記少なくとも一つのホーン跡は、複数のホーン跡であり、
    前記複数のホーン跡の各々の前記突出方向の長さが、前記複数のホーン跡の各々の前記幅方向の長さよりも短い。
  4. 請求項１から３いずれか１に記載の蓄電モジュールであって、
    前記アルミニウム正極端子の剛性は、前記高硬度負極端子の剛性よりも高い。
  5. 請求項１から４いずれか１に記載の蓄電モジュールであって、
    前記アルミニウム正極端子の厚みは前記高硬度負極端子の厚みよりも大きい。
  6. 請求項５に記載の蓄電モジュールであって、
    前記高硬度負極端子は、前記アルミニウム正極端子よりも大きく湾曲している。
  7. 請求項６に記載の蓄電モジュールであって、
    前記蓄電セル本体から突出したアルミニウム正極端子の先端は、前記アルミニウム正極端子と接する前記高硬度負極端子の先端よりも突出している。
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