JP5423856B1 - 蓄電装置及び蓄電モジュール - Google Patents

Abstract

【課題】電極端子をケースに対して強固に締結させることができる蓄電装置及び蓄電モジュールを提供する。
【解決手段】正極端子２３は、ケース１１の貫通孔５０に挿通される筒状部４３を有している。筒状部４３の外周面には、ケース１１に対して正極端子２３を締結させる六角ナット５６がケース１１の外側から螺合される雄ねじ部４４を有すると共に、筒状部４３の内周面には、雄ねじ部４４とはねじ方向が逆回りの雌ねじ部４６を有している。
【選択図】図３

Description

本発明は、蓄電装置及び蓄電モジュールに関する。

従来から、車両などに搭載される蓄電装置としては、リチウムイオン二次電池やニッケル水素二次電池がよく知られている。このような二次電池は、正極電極と負極電極の間をセパレータで絶縁して層状に積層した電極組立体を有している（例えば、特許文献１参照）。

特許文献１に記載の二次電池は、各電極との間で電気を授受する電極端子を備えている。電極端子は、ケースの内側に収容される円盤部と、その円盤部から延びる棒状部とを有している。電極端子の棒状部は、ケースに形成された貫通孔を通じてケースの外部に突出している。また、電極端子の棒状部の外側面には雄ねじ部が形成されている。そして、電極端子の雄ねじ部にナットが螺合されることにより、電極端子がケースに対して締結固定されている。

特開２００４−２５３２９５号公報

ところで、車両の走行モータの電源として二次電池を使用する場合には、大電流充電や大電流放電及び大容量化が要求されるため、複数個の二次電池の電極端子をバスバーによって電気的に直列又は並列に接続した組電池として使用することもある。

そこで、上記の二次電池において、例えば、電極端子における棒状部の先端面に雌ねじ部を形成すると共に、この雌ねじ部にボルトを螺合させることにより、ボルトと電極端子との間にバスバーを締結することが考えられる。

しかしながら、この場合には、電極端子の雌ねじ部にボルトを螺合させる際に、ボルトから電極端子に伝わる回転トルクに基づき、電極端子がボルトと連れ回るように回転することがあり得る。そして、電極端子がボルトに連れ回るように回転すると、電極端子に対するナットの締め付けが緩むことにより、ケースに対する電極端子の締結力が低下する虞があった。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、ケースに対する電極端子の締結力が低下することを抑制できる蓄電装置及び蓄電モジュールを提供することにある。

上記課題を解決するため、請求項１に記載の発明は、ケースと、前記ケースに収容された電極組立体と、前記電極組立体との間で電気を授受する電極端子とを備えた蓄電装置であって、前記電極端子は、前記ケースの外側に一部が突出した筒状部を備え、前記筒状部の外周面には、前記ケースに対して前記電極端子を締結させるナットが前記ケースの外側から螺合される雄ねじ部を有すると共に、前記筒状部の内周面には、前記雄ねじ部とはねじ方向が逆回りの雌ねじ部を有することを要旨とする。

これによれば、電極端子の筒状部に設けられた雄ねじ部のねじ方向と雌ねじ部のねじ方向が逆回りとなっている。そして、電極端子の筒状部の雌ねじ部に対してケースの外部からボルトを螺合させる場合には、電極端子がボルトに連れ回って回転しようとすると、ナットが電極端子に対して電極端子の回動方向とは反対方向に相対回動しようとする。その結果、ナットから電極端子の筒状部の雄ねじ部に対して締め付け方向に回転トルクが作用する。したがって、電極端子に対するナットの締め付けが緩むことが抑制されるため、ケースに対する電極端子の締結力が低下することを抑制できる。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の蓄電装置において、前記電極端子には、当該電極端子と前記電極組立体の双方と電気的に接続された導電部材が接合されていることを要旨とする。

これによれば、電極端子の回転が導電部材によって規制されるため、電極端子の回転に起因して電極端子に対するナットの締め付けが緩むことが抑制される。したがって、ケースに対する電極端子の締結力が低下することを更に抑制できる。

請求項３に記載の発明は、請求項１又は請求項２に記載の蓄電装置において、前記雄ねじ部のねじ方向が左回り方向であり、前記雌ねじ部のねじ方向が右回り方向であることを要旨とする。

これによれば、雌ねじ部に螺合させるボルトとして、ねじ方向が右方向となる汎用性の高いボルトを用いることができる。
請求項４に記載の発明は、請求項１〜請求項３のうち何れか一項に記載の蓄電装置において、前記蓄電装置は、二次電池であることを要旨とする。

請求項５に記載の発明は、請求項１〜請求項４のうち何れか一項に記載の蓄電装置を複数接続して構成した蓄電モジュールであって、前記筒状部の前記雌ねじ部に螺合されたボルトと、前記筒状部において前記ケースから突出した先端面と前記ボルトとの間に締結され、複数の前記蓄電装置にそれぞれ設けられる前記電極端子同士と電気的に接続された端子接続部材とを更に備えたことを要旨とする。

これによれば、電極端子の筒状部の雌ねじ部に対してケースの外部からボルトを螺合させることにより、電極端子の筒状部に対して端子接続部材がボルトによって締結される。この場合、電極端子がボルトに連れ回って回転しようとすると、ナットが電極端子に対して電極端子の回動方向とは反対方向に相対回動しようとする。その結果、ナットから電極端子の筒状部の雄ねじ部に対して締め付け方向に回転トルクが作用する。そのため、ナットは、電極端子がボルトに連れ回って回転することを規制する回り止めとして機能する。したがって、ナットによって回転が規制された電極端子の筒状部の雌ねじ部に対してボルトを螺合させることにより、ボルトと電極端子の筒状部との間に端子接続部材を強固に締結することができる。

請求項６に記載の発明は、請求項５に記載の蓄電モジュールにおいて、前記筒状部の先端面は、前記筒状部の突出方向において前記ナットにおける前記ケースに接する端面とは反対側の端面よりも前記ケースから突出していることを要旨とする。

これによれば、電極端子の筒状部の雌ねじ部に対してボルトを螺合させた場合に、端子接続部材を電極端子の筒状部の先端面に強固に密着させることにより、電極端子の筒状部と端子接続部材との接触界面における電気抵抗を低減することができる。

本発明によれば、ケースに対する電極端子の締結力が低下することを抑制できる。

実施形態における二次電池の部分破断斜視図。 電極組立体の分解斜視図。 二次電池の要部拡大断面図。 正極端子部の分解斜視図。 組電池の斜視図。 バスバーが締結された正極端子部の要部拡大断面図。 バスバーが締結された変形例の正極端子部の要部拡大断面図。

以下、本発明を具体化した一実施形態を図１〜図６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、全体として扁平な略直方体状をなすケース１１を備えている。ケース１１は、扁平な矩形箱状をなす本体部材１２と、本体部材１２の開口部１２ａを閉塞する矩形平板状をなす蓋部材１３とからなる。本体部材１２及び蓋部材１３は、何れも金属（例えばステンレスやアルミニウム）によって構成されている。なお、本実施形態の二次電池１０は、リチウムイオン二次電池である。

また、ケース１１には、正極電極１５と負極電極１６とがセパレータ１７を間に介在させた状態で層状をなすように積層された電極組立体１８が収容されている。電極組立体１８は、図示しない絶縁部材によって覆われた状態でケース１１に収容されている。また、ケース１１には、電解液が注入されている。

図２に示すように、正極電極１５は、矩形シート状をなす正極金属箔１５ａの両面に正極活物質が塗布された正極活物質層１５ｂを有している。また、正極電極１５は、正極活物質が塗布されていない未塗工部１５ｃが正極金属箔１５ａの一方の長辺部１５ｄに沿って形成されている。また、正極電極１５は、未塗工部１５ｃの一部である正極タブ１５ｅが正極金属箔１５ａの長辺部１５ｄから突出している。負極電極１６も同様に、矩形シート状をなす負極金属箔１６ａの両面に負極活物質が塗布された負極活物質層１６ｂを有している。また、負極電極１６は、負極活物質が塗布されていない未塗工部１６ｃが負極金属箔１６ａの一方の長辺部１６ｄに沿って形成されている。また、負極電極１６は、未塗工部１６ｃの一部である負極タブ１６ｅが負極金属箔１６ａの長辺部１６ｄから突出している。

そして、正極電極１５は正極タブ１５ｅが重なるようにして一定方向に積層されると共に、負極電極１６は負極タブ１６ｅが重なるようにして一定方向に積層されている。この場合、正極電極１５及び負極電極１６は、正極電極１５の正極タブ１５ｅと負極電極１６の負極タブ１６ｅとが重ならない状態で積層されている。

図１に示すように、各正極タブ１５ｅは、電極組立体１８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て層状をなして積層されることにより正極タブ群２０を構成している。正極タブ群２０は、正極導電部材２１（図３参照）を介して正極端子部２２を構成する電極端子としての正極端子２３と電気的に接続されている。また、各負極タブ１６ｅは、電極組立体１８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て層状をなして積層されることにより負極タブ群２４を構成している。負極タブ群２４は、負極導電部材（図示略）を介して負極端子部２６を構成する電極端子としての負極端子２７と電気的に接続されている。正極端子２３及び負極端子２７は、電極組立体１８との間で電気を授受する。

次に、正極端子部２２の構成について説明する。なお、負極端子部２６の構成は正極端子部２２の構成と同じである。
図３及び図４に示すように、正極端子２３は、正極導電部材２１に対して接合される略直方体状の基部４２と、基部４２において正極導電部材２１に接合される端面４２ａとは反対側の端面４２ｂから突出した円筒状の筒状部４３とを有している。

また、筒状部４３の外周面には、ねじ方向が左回り方向となる雄ねじ部４４が筒状部４３の突出方向の全域に亘って形成されている。また、筒状部４３の内周面には、ねじ方向が右回り方向となる雌ねじ部４６が筒状部４３の突出方向の全域に亘って形成されている。すなわち、雄ねじ部４４のねじ方向と雌ねじ部４６のねじ方向とは互いに逆回りとなっている。

また、ケース１１において正極端子２３と対応する部位には、ケース１１の内外を連通する円形状の貫通孔５０が形成されている。この貫通孔５０の直径は、正極端子２３の筒状部４３の外径よりも若干大きく設定されている。そして、この貫通孔５０には、正極端子２３の筒状部４３がケース１１の内側から外側に向けて挿通されている。そのため、正極端子２３の筒状部４３の一部は、貫通孔５０を通じてケース１１の外部に突出している。

また、正極端子２３の基部４２とケース１１の内面との間には、弾性材料からなるＯリング５１が介設されている。Ｏリング５１は、正極端子２３の筒状部４３に対して外側から嵌められている。そして、Ｏリング５１は、正極端子２３の筒状部４３が挿通されたケース１１の貫通孔５０を囲むようにケース１１の内面に対して当接している。また、Ｏリング５１は、絶縁性を有しており、正極端子２３の基部４２とケース１１との間に介在して両部材を絶縁している。

また、ケース１１の貫通孔５０から突出した正極端子２３の筒状部４３には、厚み方向に貫通した貫通孔５２を有する絶縁材料からなるワッシャ５３が外側から嵌められている。このワッシャ５３においてケース１１の外面に接する端面５３ａには、貫通孔５２の孔縁に沿う円環状の凸部５４が形成されている。そして、ワッシャ５３の凸部５４は、正極端子２３の筒状部４３とケース１１の貫通孔５０の孔縁との間の隙間に進入することにより、正極端子２３の筒状部４３とケース１１との間に介在して両部材を絶縁している。

また、正極端子２３の筒状部４３の雄ねじ部４４には、ねじ方向が左回り方向となる雌ねじ部５５を有する金属製のナットとしての六角ナット５６が螺合されている。そして、六角ナット５６は、正極端子２３の筒状部４３の突出方向においてケース１１の外面に対してワッシャ５３を介して接している。なお、正極端子２３の筒状部４３におけるケース１１の貫通孔５０からの突出量Ｌ１は、ワッシャ５３の厚みＬ２と六角ナット５６の厚みＬ３の合計よりも大きい。そのため、正極端子２３の筒状部４３の先端面は、六角ナット５６においてワッシャ５３に接する端面５６ａとは反対側の端面５６ｂから突出している。

次に、ケース１１に対する正極端子部２２の組付方法について説明する。なお、ケース１１に対する負極端子部２６の組付方法は、ケース１１に対する正極端子部２２の組付方法と同じである。

まず、図３に示すように、ケース１１の貫通孔５０から突出した正極端子２３の筒状部４３にワッシャ５３が外側から嵌められた状態で、正極端子２３の筒状部４３の外周面に形成された雄ねじ部４４に対して六角ナット５６が螺合される。

すると、正極端子２３の筒状部４３に対する六角ナット５６の螺合に伴って、六角ナット５６はケース１１の外面との間に介在していたワッシャ５３に対して密着する。そして、六角ナット５６が正極端子２３の筒状部４３に対して更に螺合されると、正極端子２３の筒状部４３は、螺合された六角ナット５６によってケース１１の外部に向かう方向に付勢される。その結果、正極端子２３の基部４２がケース１１の内面に対してＯリング５１を介して押し付けられて密着することにより、正極端子２３がケース１１に対して締結される。

なお、正極端子２３の基部４２とケース１１の内面との間に介在するＯリング５１は、正極端子２３の基部４２によってケース１１の内面に押し付けられて密着する。そして、正極端子２３の筒状部４３が挿通されたケース１１の貫通孔５０をＯリング５１によって閉塞することにより、ケース１１の内部が液密状に封止される。

次に、上記のように構成された二次電池１０の作用を説明する。
図５に示すように、二次電池１０は、複数個を接続することで車両６０に搭載される蓄電モジュールとしての組電池６１となる。組電池６１とする場合、各二次電池１０は、正極端子部２２を構成する正極端子２３が隣り合う二次電池１０の負極端子２７に、負極端子部２６を構成する負極端子２７が隣り合う二次電池１０の正極端子２３にそれぞれ端子接続部材としてのバスバー７０を介して接続される。そして、本実施形態の二次電池１０では、両端子部２２，２６がケース１１に対して組み付けられた状態で、両端子部２２，２６を構成する両端子２３，２７の筒状部４３の雌ねじ部４６に締結用のボルト７１を螺合させることにより、両端子２３，２７の筒状部４３とバスバー７０とが締結固定される。

このとき、図６に示すように、本実施形態の二次電池１０では、バスバー７０の厚み方向に貫通する貫通孔７２が正極端子２３の筒状部４３の内周面に重ね合わされた状態で、バスバー７０の貫通孔７２にボルト７１の軸部７３が挿通される。そして、ボルト７１の軸部７３が正極端子２３の筒状部４３の内側に挿入されつつ、ボルト７１が雄ねじ部６３のねじ方向である右回り方向に回転する。すると、ボルト７１の雄ねじ部６３が筒状部４３の内周面に形成された雌ねじ部４６に対して螺合される。

この場合、ボルト７１の雄ねじ部６３から雌ねじ部４６を通じて正極端子２３に対して右回り方向に回転トルクが作用する。一方で、六角ナット５６は、ケース１１との間に介在するワッシャ５３に対して筒状部４３を中心とした周方向における摩擦力を伴って強固に密着している。そのため、正極端子２３がボルト７１から作用する回転トルクに基づいて回転しようとしても、六角ナット５６は、正極端子２３と一緒になって筒状部４３を中心とした周方向に回転することが規制される。そして、六角ナット５６は、正極端子２３に対して正極端子２３の回転方向となる右回り方向とは反対方向の左周り方向に相対回転することとなる。

すると、六角ナット５６の雌ねじ部５５のねじ方向は左回り方向であるため、六角ナット５６は、正極端子２３の筒状部４３に対する締め付けトルクを強める方向に正極端子２３に対して相対回転することとなる。そのため、正極端子２３に対する六角ナット５６の締め付けが緩むことが抑制される。

また、六角ナット５６は、正極端子２３がボルト７１に連れ回って右回り方向に回転することを規制する回り止めとして機能する。そのため、六角ナット５６によって回転が規制された正極端子２３に対してボルト７１が螺合されることにより、正極端子２３の筒状部４３に対してバスバー７０がボルト７１によって強固に締結される。

さらに、正極端子２３の筒状部４３は、螺合された六角ナット５６によってケース１１の外部に向かう方向に更に大きく付勢される。そのため、正極端子２３の基部４２とケース１１の内面との間に介在するＯリング５１は、正極端子２３の基部４２によってケース１１の内面に更に強固に押し付けられて密着する。

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）両端子２３，２７の筒状部４３に設けられた雄ねじ部４４のねじ方向と雌ねじ部４６のねじ方向が逆回りとなっている。そのため、両端子２３，２７の筒状部４３の雌ねじ部４６に対してケース１１の外部からボルト７１を螺合させる場合に、両端子２３，２７がボルト７１に連れ回って回転しようとすると、六角ナット５６から両端子２３，２７の雄ねじ部４４に対して締め付け方向に回転トルクが作用する。したがって、両端子２３，２７の筒状部４３に対する六角ナット５６の締め付けが緩むことが抑制されるため、ケース１１に対する両端子２３，２７の締結力が低下することを抑制できる。また、この場合、両端子２３，２７の基部４２とケース１１との間でＯリング５１が六角ナット５６によって強固に締結されるため、ケース１１の内部のシール性を信頼性良く確保することができる。

（２）両端子２３，２７には、両端子２３，２７と電極組立体１８の双方と電気的に接続された導電部材２１が接合されているため、両端子２３，２７の回転が導電部材２１によって規制される。そのため、両端子２３，２７が回転することに起因して、両端子２３，２７に対する六角ナット５６の締め付けが緩むことが抑制される。したがって、ケース１１に対する両端子２３，２７の締結力が低下することを更に抑制できる。

（３）両端子２３，２７の筒状部４３の雌ねじ部４６のねじ方向が右回り方向であるため、雌ねじ部４６に螺合させるボルト７１として、ねじ方向が右方向となる汎用性の高いボルト７１を用いることができる。

（４）六角ナット５６によって回転が規制された両端子２３，２７の筒状部４３の雌ねじ部４６に対してボルト７１を螺合させることにより、両端子２３，２７の筒状部４３とボルト７１との間にバスバー７０を強固に締結することができる。

（５）両端子２３，２７の筒状部４３の先端面は、ケース１１の貫通孔５０への筒状部４３の挿通方向において六角ナット５６の端面５６ｂよりもケース１１から突出している。そのため、両端子２３，２７の筒状部４３の雌ねじ部４６に対してボルト７１を螺合させた場合に、バスバー７０を両端子２３，２７の筒状部４３の先端面に強固に密着させることにより、両端子２３，２７の筒状部４３とバスバー７０との接触界面における電気抵抗を低減することができる。

（６）六角ナット５６によって回転が規制された両端子２３，２７の筒状部４３に対してボルト７１によってバスバー７０が締結される。そのため、両端子２３，２７においてバスバー７０と接する筒状部４３の先端面に導電性の低い酸化被膜が形成されたとしても、こうした酸化被膜はバスバー７０によって削り取られて除去される。したがって、両端子２３，２７の筒状部４３とバスバー７０との接触界面における電気抵抗を更に低減することができる。

なお、実施形態は、以下のように変更してもよい。
○ 実施形態において、図７に示すように、両端子２３，２７の筒状部４３の先端面が六角ナット５６の端面５６ｂと同一の高さに位置する構成してもよい。

この構成では、両端子２３，２７の筒状部４３の雌ねじ部４６に対してボルト７１が螺合された場合には、両端子２３，２７の筒状部４３の先端面だけでなく、六角ナット５６の端面５６ｂもバスバー７０に対して密着する。そのため、図７において破線の矢印で示すように、両端子２３，２７は、筒状部４３とバスバー７０との接触界面を通じてバスバー７０に電気を伝導させるだけでなく、六角ナット５６を経由してバスバー７０に電気を伝導させる。したがって、両端子２３，２７とバスバー７０との間での電気抵抗を低減することができる。

○ 実施形態において、両端子２３，２７の筒状部４３は、雄ねじ部４４のねじ方向が右回り方向とされ、雌ねじ部４６のねじ方向が左回り方向とされる構成としてもよい。
○ 実施形態において、両端子２３，２７の筒状部４３においてケース１１に収容される基端側の部位に雄ねじ部４４を形成することなく、両端子２３，２７の筒状部４３においてケース１１の貫通孔５０から突出する先端側の部位に雄ねじ部４４を形成する構成としてもよい。

○ 実施形態において、両端子２３，２７の筒状部４３は、必ずしも、その突出方向の全域が中空状に構成される必要はない。例えば、両端子２３，２７の筒状部４３は、その突出方向の途中位置から上方が中空状をなす有底筒状に構成されてもよい。

○ 実施形態において、両端子２３，２７の筒状部４３の雄ねじ部４４に螺合するナットは、六角ナット５６に限定されず、任意の形状を有するナットを採用することができる。

○ 実施形態において、両端子２３，２７の筒状部４３の雌ねじ部４６に螺合する部材は、両端子２３，２７の筒状部４３に対してバスバー７０を締結するためのボルト７１に限定されず、例えば、外部端子を両端子２３，２７の筒状部４３の雌ねじ部４６に対して螺合させる構成としてもよい。

○ 実施形態は、積層型の二次電池１０に具体化したが、帯状の正極と帯状の負極を巻回して層状に積層した巻回型の二次電池に具体化してもよい。
○ 実施形態の組電池６１を搭載する車両６０は、自動車でも良いし、産業用車両でも良い。

○ 実施形態において、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、ニッケル水素等の他の二次電池であってもよい。
○ 蓄電装置は、二次電池１０に限らず、例えば、電気二重層キャパシタやリチウムイオンキャパシタ等のようなキャパシタであってもよい。

１０…蓄電装置としての二次電池、１１…ケース、１８…電極組立体、２１…導電部材としての正極導電部材、２３…電極端子としての正極端子、２７…電極端子としての負極端子、４３…筒状部、４４…雄ねじ部、４６…雌ねじ部、５０…開口部、５６…ナットとしての六角ナット、５６ｂ…端面、６１…蓄電モジュールとしての組電池、７０…端子接続部材としてのバスバー、７１…ボルト。

Claims (6)

1. ケースと、前記ケースに収容された電極組立体と、前記電極組立体との間で電気を授受する電極端子とを備えた蓄電装置であって、
   前記電極端子は、前記ケースの外側に一部が突出した筒状部を備え、
   前記筒状部の外周面には、前記ケースに対して前記電極端子を締結させるナットが前記ケースの外側から螺合される雄ねじ部を有すると共に、
   前記筒状部の内周面には、前記雄ねじ部とはねじ方向が逆回りの雌ねじ部を有することを特徴とする蓄電装置。
2. 前記電極端子には、当該電極端子と前記電極組立体の双方と電気的に接続された導電部材が接合されている請求項１に記載の蓄電装置。
3. 前記雄ねじ部のねじ方向が左回り方向であり、前記雌ねじ部のねじ方向が右回り方向である請求項１又は請求項２に記載の蓄電装置。
4. 前記蓄電装置は、二次電池である請求項１〜請求項３のうち何れか一項に記載の蓄電装置。
5. 請求項１〜請求項４のうち何れか一項に記載の蓄電装置を複数接続して構成した蓄電モジュールであって、
   前記筒状部の前記雌ねじ部に螺合されたボルトと、
   前記筒状部において前記ケースから突出した先端面と前記ボルトとの間に締結され、複数の前記蓄電装置にそれぞれ設けられる前記電極端子同士と電気的に接続された端子接続部材と
   を更に備えたことを特徴とする蓄電モジュール。
6. 前記筒状部の先端面は、前記筒状部の突出方向において前記ナットにおける前記ケースに接する端面とは反対側の端面よりも前記ケースから突出している請求項５に記載の蓄電モジュール。