JP6308068B2 - 蓄電装置 - Google Patents

Description

本発明は、極柱部の雄ねじ部に螺合されたナットにより電極端子が壁部に締結されている蓄電装置に関する。

二次電池やキャパシタのような蓄電装置は再充電が可能であり、繰り返し使用することができるため電源として広く利用されている。一般に、容量の大きな二次電池（蓄電装置）はケースを備え、そのケース内に電極組立体及び電解液が収容されているとともに、電極組立体と電気を授受するための電極端子が、導電部材を介して電極組立体に接続されている。また、電極端子は、ケースの蓋を貫通して、ケース外に突出する極柱部を有し、この極柱部の外周面に雄ねじ部を備える。そして、電極組立体に接続された電極端子は、雄ねじ部にナットを螺合することで蓋に締結されている。

ところで、電極端子にナットを螺合する際、ナットと共に電極端子が連れ回りすると、電極端子に一体の導電部材がケースに接触して短絡の原因になる虞や、導電部材と電極組立体との接続部に応力が発生し、損傷する虞がある。そこで、ナットを螺合する際に電極端子の連れ回りを抑制するために、例えば、特許文献１に開示の技術を採用することが考えられる。具体的には、電極端子において、極柱部の先端面に治具が係合可能な凹部を形成し、その凹部に治具を係合させ、かつ治具を回転不能にした状態で、電極端子の雄ねじ部にナットを螺合し、治具と凹部との係合により、電極端子の連れ回りを抑制する。

特開２０００−１４５７４２号公報

ところで、二次電池は、電極端子における極柱部の先端面に外部の導通部材（例えば、バスバー）を接続して使用されるが、この導通部材を極柱部に接続する方法として、極柱部の内周面に雌ねじ部を形成しておき、この雌ねじ部にボルトのような固定部材を螺合する方法がある。このとき、外部の導通部材は、固定部材の挿通部を有する板状部材により形成され、この導通部材は極柱部の先端面と固定部材の頭部とで挟持される。

しかし、極柱部に治具を係合させて電極端子の回り止めを行う構造においては、先端面に凹部が必要となる。このため、固定部材で導通部材を極柱部に固定した際、導通部材は、極柱部の先端面のうち凹部以外の面にしか接触できず、凹部を設けたことで、導通部材との接触面積が減少してしまう。

本発明は、上記課題を解決するためになされたものであって、その目的は、極柱部の先端面に治具用凹部を有しながらも導通部材との接触面積の減少を抑えることができる蓄電装置を提供することにある。

上記問題点を解決するための蓄電装置は、電極組立体と、前記電極組立体を収容したケースと、前記電極組立体と電気を授受し、かつ前記ケースの壁部から突出した筒状の極柱部を有する電極端子と、前記電極端子を前記壁部に締結するため、前記極柱部の外周面に形成された雄ねじ部に螺合されたナットと、を有し、前記電極端子は、前記極柱部の軸方向における先端面に開口して前記極柱部の内周面に設けられた治具用凹部と、前記極柱部の内周面のうち、前記治具用凹部よりも奥に設けられた雌ねじ部と、を有し、前記雌ねじ部には、外部との導通部材を前記先端面に接触させて固定可能とする固定部材が螺合可能であり、前記治具用凹部は、該治具用凹部に挿入された治具に係合可能な係合部を有しており、前記極柱部の軸方向に前記電極端子を見た平面視において、前記治具用凹部の形状は真円以外の形状であることを要旨とする。

これによれば、固定部材によって導通部材を極柱部に固定した場合、極柱部の先端面に導通部材が押し付けられ、極柱部の先端面と導通部材が接触する。このとき、先端面の面積が広い程、導通部材と先端面との接触面積が広くなり、接触抵抗が小さくなって電気的に好ましい。極柱部の先端面の大きさは一定であるため、治具用凹部の開口面積が狭いほど、先端面の面積が広くなる。

雌ねじ部は、固定部材との螺合のためにその全てが先端面で開口している必要があるが、治具用凹部は治具が係合でき、かつ雌ねじ部を塞がない形状であれば、開口面積の大きさは考慮しなくてもよい。このため、導通部材と先端面との接触面積を考慮すれば、治具用凹部の開口面積は狭い方が好ましい。そこで、治具用凹部の形状を真円以外の形状とした。これにより、治具用凹部の形状を、係合部を除いた内周縁の一部が雌ねじ部の内周縁に近付いた形状とすることができ、治具用凹部の開口面積を狭くすることができる。その結果、極柱部の先端面において、治具用凹部が開口することで減少する面積を少なくし、先端面と導通部材との接触面積の減少を抑えることができる。

また、蓄電装置について、前記治具用凹部の内周縁のうち、前記係合部を除いた一部が前記雌ねじ部の内周縁に重なっているのが好ましい。
これによれば、治具用凹部の内周縁の一部を雌ねじ部の内周縁に重ねることで、その重ねた位置では治具用凹部の開口面積を最も狭くすることができる。

また、蓄電装置について、前記治具用凹部の内面のうち、前記雌ねじ部の内周縁に重なった内周縁に繋がる内面には、前記固定部材が螺合可能な治具側雌ねじ部が設けられていてもよい。

これによれば、固定部材を雌ねじ部に螺合する際、治具側雌ねじ部にも固定部材を螺合できる。このため、例えば、治具側雌ねじ部が無く、固定部材を雌ねじ部だけに螺合する場合と比べると、固定部材を螺合する際に、その固定部材の雄ねじに加わる力は軽減され、固定部材の雄ねじが破断することを抑制できる。

また、前記蓄電装置は二次電池である。

本発明によれば、極柱部の先端面に治具用凹部を有しながらも導通部材との接触面積の減少を抑えることができる。

電池モジュールを示す斜視図。 二次電池を示す斜視図。 （ａ）は治具用凹部の短軸に沿った断面図、（ｂ）は治具用凹部の長軸に沿った断面図。 電極端子における治具用凹部及び雌ねじ部を示す平面図。 ナットの締結作業を示す斜視図。 （ａ）は実施形態の電極端子における先端面を示す平面図、（ｂ）は参考例の電極端子における先端面を示す平面図。 電極端子と導通部材を拡大して示す断面図。 治具用凹部の別例を示す平面図。

以下、蓄電装置を二次電池に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、電池モジュール１０は複数の二次電池２０を備え、二次電池２０は外観が角型のリチウムイオン二次電池である。隣り合う二次電池２０同士は、導通部材としてのバスバー１１によって接続されている。

図１及び図７に示すように、バスバー１１は、矩形板状の金属板であり、長手方向の両側に挿通孔１１ａを有する。また、バスバー１１は、挿通孔１１ａに挿通された固定部材１２によって二次電池２０に固定されている。固定部材１２は、ボルト状であり、外周面に雄ねじを有する軸部１２ａと、軸部１２ａより大径をなす円板状の頭部１２ｂとを有する。

図２に示すように、蓄電装置としての二次電池２０は、その外形を構成するケース２１を備えている。ケース２１は、矩形筒状のケース本体２２と、ケース本体２２の開口部を塞ぐ矩形平板状の蓋体２３とから構成されている。二次電池２０は、ケース２１に収容された電極組立体２４と、電極組立体２４と電気を授受する電極端子３１とを備えている。二次電池２０は、電極端子３１を二つ備えており、二つの電極端子３１は蓋体２３の長手方向に間隔を空けて配置されている。電極端子３１は、正極端子と、負極端子である。

図３（ａ）及び図３（ｂ）に示すように、電極端子３１は、板状の基部３２を有している。基部３２の中央からは、円筒状の極柱部３３が立設している。極柱部３３と、基部３２とは、一体であり、ともに金属製である。極柱部３３は、外周面に雄ねじ部３４を有している。基部３２は、ケース２１内に位置しており、極柱部３３は、基部３２からケース２１外に向けて突出している。具体的にいえば、極柱部３３は、壁部としての蓋体２３に設けられた貫通孔２５を貫通してケース２１の外部に突出している。

そして、ケース２１外に突出した極柱部３３にナット３５を螺合することで、電極端子３１がケース２１に締結されている。貫通孔２５の内周面と極柱部３３の外周面との間には、円筒状をなす絶縁部材２７が設けられている。また、蓋体２３と基部３２の対向面同士の間には、貫通孔２５を囲むようにゴム製のシール部材２９が介装され、シール部材２９によって貫通孔２５がシールされている。また、電極端子３１の基部３２には、樹脂製及び円筒状の端子カバー５０が装着され、電極端子３１が蓋体２３から絶縁されている。

図３（ａ）、図３（ｂ）又は図４に示すように、極柱部３３は、その軸方向に沿って蓋体２３から突出しており、極柱部３３の突出方向と軸方向は平行である。極柱部３３の軸方向において、基部３２に近い端を基端、基部３２とは反対側の端を先端とすると、電極端子３１は、極柱部３３の基端に近い内周面に雌ねじ部３９を有する。この雌ねじ部３９には、バスバー１１を電極端子３１の極柱部３３に接続するための固定部材１２の軸部１２ａが螺合可能である。極柱部３３の軸方向に電極端子３１を見た平面視では、雌ねじ部３９の内周縁は円状である。なお、雌ねじ部３９の内周縁とは、雌ねじ部３９のねじ山の先端が位置する周縁のことであり、雌ねじ部３９の直径Ｒは、雌ねじ部３９の内周縁での直径である。

電極端子３１は、極柱部３３の軸方向において、雌ねじ部３９より先端側に設けられた治具用凹部３７を有する。よって、極柱部３３の軸方向において、雌ねじ部３９は治具用凹部３７より奥に位置する。治具用凹部３７は、極柱部３３の先端面３６に開口するように極柱部３３の内周面に設けられている。極柱部３３の軸方向に見た治具用凹部３７の平面視は真円以外の形状であり、本実施形態では楕円状である。治具用凹部３７を平面視した楕円において、長軸をＮ１とし、短軸をＮ２とすると、治具用凹部３７は、長軸Ｎ１の長さ（長径）及び短軸Ｎ２の長さ（短径Ｔ）が一定のまま、先端面３６から基部３２に向けて凹んでいる。

また、治具用凹部３７は、治具用凹部３７の内面のうち、短軸Ｎ２の両端に位置した部位に、治具側雌ねじ部３７ｂを有する。なお、治具用凹部３７の短軸Ｎ２の長さ（短径Ｔ）は、短軸Ｎ２の両端に位置するねじ山の先端同士を結んだ最短距離である。また、治具用凹部３７の短径Ｔは、雌ねじ部３９の直径Ｒと同じである。このため、平面視では、治具用凹部３７の内周縁のうち、短軸Ｎ２の両端に位置する部位（治具側雌ねじ部３７ｂのねじ山の先端）は、雌ねじ部３９の内周縁に重なり合っている。そして、治具側雌ねじ部３７ｂには、雌ねじ部３９に螺合される固定部材１２の軸部１２ａが螺合可能である。

治具用凹部３７は、治具用凹部３７の内面のうち、長軸Ｎ１の両端付近に、係合部３７ａを有する。各係合部３７ａは、平面視で弧状に湾曲した部位によって形成されている。そして、極柱部３３の先端面３６では、治具用凹部３７を除いた部分が、バスバー１１と接触可能な面となる。

図４及び図５に示すように、治具用凹部３７には、金属製の治具４８が挿入可能である。治具４８は、軸方向全体に亘って断面が楕円形の棒状であり、長軸の両端に位置する弧状の部位に係合突部４８ａを有し、治具４８は長軸の両端部に係合突部４８ａを有する。

そして、図４の２点鎖線に示すように、治具４８を治具用凹部３７に挿入すると、治具用凹部３７の２つの係合部３７ａと、治具４８の２つの係合突部４８ａが係合可能となり、係合箇所が２箇所形成される。また、治具４８は、係合突部４８ａを治具用凹部３７の係合部３７ａに係合させた状態で、先端面３６から突出する長さを有する。

次に、二次電池２０の製造方法について作用とともに説明する。
さて、図示しないが、電極組立体２４に一対の電極端子３１が溶接によって接続されるとともに、電極端子３１の基部３２にシール部材２９及び端子カバー５０が装着された状態で、端子カバー５０に蓋体２３を載せるとともに、各貫通孔２５に各電極端子３１の極柱部３３を挿通する。さらに、貫通孔２５の内周面と極柱部３３との間に絶縁部材２７を介装する。すると、図５に示すように、電極組立体２４と、電極端子３１と、シール部材２９と、端子カバー５０と、絶縁部材２７と、蓋体２３とが一体化される。

次に、電極組立体２４における積層方向一端面が下面となるように電極組立体２４を横倒しにした状態で、電極端子３１の治具用凹部３７を上方に向かせる。
図４に示すように、各治具用凹部３７内に治具４８を挿入し、治具４８の係合突部４８ａを治具用凹部３７の係合部３７ａに係合可能とした箇所を２箇所形成する。そして、両治具４８を、図示しない工具で回り止めした状態で各極柱部３３の雄ねじ部３４にナット３５を螺合する。その結果、ナット３５を雄ねじ部３４に螺合する際、回り止めされた治具４８の係合突部４８ａに対し、治具用凹部３７の係合部３７ａが係合し、ナット３５による電極端子３１の連れ回りが抑制される。そして、ナット３５の螺合が完了すると、各電極端子３１が蓋体２３に締結される。

次に、治具４８を治具用凹部３７から抜き取った後、電極組立体２４をケース本体２２内に収容するとともに、蓋体２３をケース本体２２に接合し、ケース２１を形成すると、二次電池２０が組立てられる。

図１及び図７に示すように、複数の二次電池２０を接続する場合は、固定部材１２の軸部１２ａをバスバー１１の挿通孔１１ａに挿通し、その軸部１２ａを各電極端子３１の雌ねじ部３９及び治具側雌ねじ部３７ｂに螺合する。そして、頭部１２ｂによって、バスバー１１を各極柱部３３の先端面３６に向けて押圧するとともに、挿通孔１１ａの周囲を各先端面３６に押し付ける。すると、バスバー１１によって、異なる二次電池２０が異なる極性の電極端子３１同士で電気的に接続される。

図６（ａ）に、本実施形態の治具用凹部３７を有する電極端子３１を示し、図６（ｂ）に、参考例として、平面視六角形状の治具用凹部４７を有する電極端子４９を示す。実施形態の電極端子３１と、参考例の電極端子４９は、共に同じ直径Ｒの雌ねじ部３９を有する。そして、実施形態の電極端子３１における先端面３６と、参考例の電極端子４９における先端面４９ａをドットハッチングで示す。

この場合、図６（ａ）に示すように、平面視が楕円状の治具用凹部３７を有する電極端子３１の方が、図６（ｂ）に示すような平面視が六角形状の治具用凹部４７を有する電極端子４９と比べて先端面３６での面積が広くなっている。これは、治具用凹部３７の内周縁を、雌ねじ部３９の内周縁に近付け、重ならせることで、先端面３６での治具用凹部３７の開口面積を狭くしたことによる。なお、治具用凹部３７の長軸Ｎ１の長さと、参考例の治具用凹部４７において、対向する角同士間の長さは同じとする。

上記実施形態によれば、以下のような効果を得ることができる。
（１）治具用凹部３７よりも奥に雌ねじ部３９を有する電極端子３１において、治具用凹部３７の平面視での形状を楕円とし、真円以外の形状とした。このため、雌ねじ部３９を治具用凹部３７を介して開口させる電極端子３１において、例えば、治具用凹部の平面視での形状が六角形状であり、治具用凹部の内周縁全てが雌ねじ部３９の内周縁よりも外へ離れた位置にある場合と比べると、治具用凹部３７の開口面積を狭くすることができる。よって、治具用凹部３７と雌ねじ部３９を連設した構成において、極柱部３３の先端面３６に関し、治具用凹部３７が開口することで減少する面積を少なくし、先端面３６とバスバー１１との接触面積の減少を抑えることができる。

（２）治具用凹部３７において、楕円の短軸Ｎ２の両端に位置する内周縁を雌ねじ部３９の内周縁に重ならせた。このため、治具用凹部３７において、短軸Ｎ２の延長線上となる位置で治具用凹部３７の開口面積を最も狭くすることができ、先端面３６において、短軸Ｎ２の延長線上に位置した部分で面積を最大に確保することができる。

（３）治具用凹部３７は、平面視の形状が楕円である。楕円状の治具用凹部３７は工具による切削により簡単に製造することができる。
（４）治具用凹部３７は、平面視において雌ねじ部３９の内周縁と重なる位置に治具側雌ねじ部３７ｂを有する。このため、バスバー１１を固定するための固定部材１２は、雌ねじ部３９だけでなく治具側雌ねじ部３７ｂにも螺合可能となる。よって、固定部材１２を雌ねじ部３９に螺合する際に、固定部材１２の雄ねじに加わる力は、雌ねじ部３９と治具側雌ねじ部３７ｂで受け止められ、雌ねじ部３９だけで受け止める場合よりも、力を受け止める面積が広くなる。このため、雌ねじ部３９だけに固定部材１２が螺合される場合と比べると、軸部１２ａが破断しにくくなる。

なお、上記実施形態は以下のように変更してもよい。
○ 治具用凹部の平面視での形状は、楕円状でなくてもよい。例えば、図８に示すように、治具用凹部５１の平面視での形状を、平面視円状の凹部本体５１ａと、凹部本体５１ａの内周縁から径方向に突出した係合部５１ｂとを含む真円以外の形状としてもよい。平面視において、凹部本体５１ａの内周縁のほとんどは、雌ねじ部３９の内周縁に重なり合っている。すなわち、治具用凹部５１の内周縁は、係合部５１ｂを除いた全ての内周縁が雌ねじ部３９の内周縁に重なり合っている。また、係合部５１ｂは、凹部本体５１ａの径方向に対向した位置に配置されている。

治具用凹部５１に係合する治具は、図示しないが、軸方向全体に亘って断面が円形で、かつ棒状の治具本体と、治具本体の外周面から突出した一対の係合突部とを有する。治具本体の直径は、凹部本体の直径より僅かに小さい。また、一対の係合突部は、治具本体の径方向に対向した外周面から突出しており、係合部５１ｂに挿入可能である。

そして、治具を治具用凹部５１に挿入すると、治具用凹部５１の２つの係合部５１ｂと、治具の２つの係合突部が係合可能となり、係合箇所が２箇所形成されるようになっている。

○ 治具用凹部の平面視での形状は、三角形状、四角形状、五角形状等、任意の多角形状でもよく、治具用凹部の平面視での形状は任意に変更してもよい。
○ 実施形態では、壁部をケース２１の蓋体２３に具体化したが、壁部はケース本体２２の側壁であってもよい。

○ 導通部材は、二次電池２０同士を導通するものに限定されない。例えば、導通部材が、外部機器の配線の先端に配置される端子であってもよく、この場合でも同様の効果が得られる。

○ 二次電池２０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よい。
○ 電気二重層コンデンサ等の蓄電装置に具体化してもよい。

次に、上記実施形態及び別例から把握できる技術的思想について以下に追記する。
（イ）前記治具用凹部は、前記平面視での形状が楕円状である蓄電装置。
（ロ）前記治具用凹部は、前記平面視での形状が円状の凹部本体と、該凹部本体の周縁から径方向に突出した係合部とを含む蓄電装置。

１１…導通部材としてのバスバー、１２…固定部材、２０…蓄電装置としての二次電池、２１…ケース、２３…壁部としての蓋体、２４…電極組立体、３１…電極端子、３３…極柱部、３４…雄ねじ部、３５…ナット、３６…先端面、３７，５１…治具用凹部、３７ａ，５１ｂ…係合部、３７ｂ…治具側雌ねじ部、３９…雌ねじ部、４８…治具。

Claims (4)

1. 電極組立体と、
   前記電極組立体を収容したケースと、
   前記電極組立体と電気を授受し、かつ前記ケースの壁部から突出した筒状の極柱部を有する電極端子と、
   前記電極端子を前記壁部に締結するため、前記極柱部の外周面に形成された雄ねじ部に螺合されたナットと、を有し、
   前記電極端子は、前記極柱部の軸方向における先端面に開口して前記極柱部の内周面に設けられた治具用凹部と、
   前記極柱部の内周面のうち、前記治具用凹部よりも奥に設けられた雌ねじ部と、を有し、
   前記雌ねじ部には、外部との導通部材を前記先端面に接触させて固定可能とする固定部材が螺合可能であり、
   前記治具用凹部は、該治具用凹部に挿入された治具に係合可能な係合部を有しており、
   前記極柱部の軸方向に前記電極端子を見た平面視において、前記治具用凹部の形状は真円以外の形状である蓄電装置。
2. 前記治具用凹部の内周縁のうち、前記係合部を除いた一部が前記雌ねじ部の内周縁に重なっている請求項１に記載の蓄電装置。
3. 前記治具用凹部の内面のうち、前記雌ねじ部の内周縁に重なった内周縁に繋がる内面には、前記固定部材が螺合可能な治具側雌ねじ部が設けられている請求項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のうちいずれか一項に記載の蓄電装置。