JP6357971B2 - 蓄電装置 - Google Patents

Description

本発明は、蓄電装置に関する。

車載電源などに使用される蓄電装置として、電極組立体を収容するケースと、そのケースから外部に向けて突き出した外部接続用の端子部と、を備えるものがある。一方、製造過程における電解液などの付着や端子間短絡などを防止するため、こうした蓄電装置の端子部に保護キャップを取り付けることがある。従来、こうした保護キャップは、例えば特許文献１に見られるように、嵌め込みにより端子部に取り付けられている。

実公平２−３１９８４号公報

ところで、保護キャップを嵌め込みにより端子部に取り付ける場合、搬送中の振動などにより保護キャップが不用意に外れてしまう虞がある。これを防止するには、端子部に対する保護キャップの嵌め合いをきつくする必要があるが、そうした場合、端子部に対する保護キャップの取り付け、取り外しが困難となる。

本発明は、こうした実情に鑑みてなされたものであって、その解決しようとする課題は、端子部を保護する保護キャップの、取り付け、取り外しの作業性と、その不用意な外れの抑制とを両立することのできる蓄電装置を提供することにある。

上記課題を解決する蓄電装置は、電極組立体が収容されたケースを有する蓄電装置であって、前記ケースから外部に向けて突出している、当該蓄電装置を外部に電気的に接続するための端子部と、その端子部の外周に沿って螺旋状に延びる雄ネジ溝と、を有し、前記端子部には、保護キャップが前記雄ネジ溝に嵌って取り付けられ、前記端子部として正極側、負極側の２つの端子部を備えるとともに、正極側の端子部と負極側の端子部では、前記雄ネジ溝のネジ方向が逆向きとされている。

こうした蓄電装置では、端子部を保護するための保護キャップをネジ止めにより端子部に装着できるようになる。こうした場合、保護キャップを端子部から外すには、保護キャップを回転させる必要があるため、振動などで保護キャップが不用意に外れてしまうことが生じ難い。一方、不用意な外れを抑制するため、端子部に対する保護キャップの嵌め合いをきつくする必要がないため、端子部への取り付け、取り外しが困難となることもない。
また、両端子部に取り付けられる保護キャップの色や形状などを異ならせることで、組み付けに際して両端子部を容易に区別可能とすることが考えられる。ただし、そうした場合、端子部に他極用の保護キャップが誤って取り付けられると、蓄電装置の組み付け時に正極側、負極側の端子部を取り違えてしまう虞がある。そうした場合にも、正極側の端子部と負極側の端子部とで雄ネジ溝のネジ方向を逆向きとしておけば、保護キャップが誤った端子部には取り付けられなくなる。

上記蓄電装置について、前記端子部は、前記電極組立体に電気的に接続されるとともに、前記ケースを貫通する貫通孔を通じて同ケースの外部に突出した電極端子と、前記電極端子と前記ケースとの間に介在しており、前記電極端子における前記ケースから突出した部分の外周を覆う端子絶縁部材と、を有し、前記雄ネジ溝は、前記端子絶縁部材にあることが望ましい。

電極端子は、その機能上、材質や形状が限定され、雄ネジ溝の加工が困難なことがある。一方、端子絶縁部材は、材料や形状の自由度が比較的高く、雄ネジ溝を成型により形成できるなど、雄ネジ溝の形成が比較的容易である。よって、こうした場合には、端子部への雄ネジ溝の設置をより容易とすることができる。

本発明によれば、端子部を保護する保護キャップの、取り付け、取り外しの作業性と、その不用意な外れの抑制とを両立することができる。

蓄電装置の一実施形態としての二次電池の分解斜視図。 二次電池の外観を示す斜視図。 保護キャップ取付時の端子部及びその周辺の部分断面図。

以下、蓄電装置の一実施形態を、図１〜図３を参照して詳細に説明する。本実施形態の蓄電装置は、角型のリチウムイオン二次電池として構成されている。
図１又は図２に示すように、蓄電装置としての二次電池１０は、金属製のケース１１と、そのケース１１に収容されている電極組立体２０とを備える。ケース１１は、一方に開口した有底箱状のケース本体１２と、そのケース本体１２の開口部分を塞ぐ矩形平板形状の蓋１３とを備える。ケース本体１２と蓋１３とは、溶接などにより接合されている。

電極組立体２０は、正極電極、負極電極、セパレータを備える。正極電極は、正極金属箔（例えばアルミニウム箔）の両面に正極活物質を塗布して構成される。負極電極は、負極金属箔（例えば銅箔）の両面に負極活物質を塗布して構成される。セパレータは、電気伝導に係るイオンが透過可能な多孔質膜である。電極組立体２０は、電極間にセパレータを介在して、複数の正極電極と複数の負極電極とを交互に積層した構造とされている。

なお、正極電極は、正極金属箔の端部から突出した形状の正極集電タブ２１を備えている。また、負極電極は、負極金属箔の端部から突出した形状の負極集電タブ２２を備える。正極電極は、それぞれの正極集電タブ２１が積層方向に沿って列状に配置されるように積層されている。同様に、負極電極は、それぞれの負極集電タブ２２が、正極集電タブ２１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ている。

電極組立体２０は更に、正極タブ群２３と負極タブ群２４とを備えている。正極タブ群２３は、各正極電極の正極集電タブ２１を一つに纏めて折り返したものである。正極タブ群２３は、スポット溶接により正極導電部材３０に接合されている。同様に、負極タブ群２４は、各負極電極の負極集電タブ２２を一つに纏めて折り返したものである。負極タブ群２４は、スポット溶接により負極導電部材３１に接合されている。

正極導電部材３０及び負極導電部材３１は、一枚の金属板からなり、正極タブ群２３又は負極タブ群２４に接合されている、矩形平板状のタブ接合部３２と、そのタブ接合部３２に連続し、クランク状に湾曲した湾曲部３４と、その湾曲部３４に連続し、矩形平板状をなした端子接合部３３とを備える。

正極導電部材３０の端子接合部３３には、正極側の電極端子である正極端子４１が接合されている。また、負極導電部材３１の端子接合部３３には、負極側の電極端子である負極端子４２が接合されている。さらに端子接合部３３には、絶縁性の接合部カバー７０が装着されている。接合部カバー７０は、端子接合部３３と電極組立体２０との間に介在して、端子接合部３３及び電極組立体２０を電気的に絶縁している。

正極端子４１及び負極端子４２はそれぞれ、蓋１３の内面１３ａに直交する方向に延びる軸心を有した円板状の端子頭部４３を有する。端子頭部４３は、蓋１３の内面１３ａに対向する面に座面４３ａを有する。端子頭部４３の中央からは円筒状の端子軸部４４が立設され、座面４３ａは端子軸部４４を取り囲んでいる。端子軸部４４は、外周面に雄ネジ４４ａを有するとともに、内周面に雌ネジ４４ｂを有する。

端子頭部４３には、絶縁性の端子カバー５０が装着されている。端子カバー５０は、中央に貫通孔５０ａを有した円環板状の鍔部５１と、鍔部５１の外径部分から突き出した円筒状の筒部５２とを有する。端子カバー５０は、貫通孔５０ａに端子軸部４４を挿通した状態で、且つ筒部５２が端子頭部４３の外周面を覆う状態で、正極端子４１及び負極端子４２に装着されている。端子カバー５０は、端子頭部４３の座面４３ａと蓋１３の内面１３ａとの間に配置され、正極端子４１又は負極端子４２と蓋１３とを電気的に絶縁している。

端子頭部４３の座面４３ａ上には、Ｏリング５６が端子軸部４４を取り囲む状態で設けられている。Ｏリング５６は、端子カバー５０の貫通孔５０ａの内径部分に配置される。
端子軸部４４は、蓋１３に有る貫通孔１３ｂを通ってケース１１の外部に突き出している。貫通孔１３ｂには、ケース１１の外側から端子絶縁部材６０が装着されている。端子絶縁部材６０は、中央に円形の通孔を有した円環板状のリング部６１と、リング部６１の外径部分から垂直に突き出した円管状のフランジ部６２と、リング部６１の内径部分からフランジ部６２とは逆向きに垂直に突き出した円管状の嵌合部６３とを有する。嵌合部６３は、貫通孔１３ｂの内周面と端子軸部４４の外周面との間に挿入されている。なお、端子絶縁部材６０は、合成樹脂の成型品とされている。

端子軸部４４の雄ネジ４４ａには、ケース１１の外側からナット５５が螺合されて、端子軸部４４にナット５５が取着されている。蓋１３の外面における貫通孔１３ｂの周縁の部分とナット５５の蓋１３側の端面との間には、端子絶縁部材６０のリング部６１が挟持されており、このリング部６１により、ナット５５と蓋１３とが絶縁されている。また、貫通孔１３ｂの内周面と端子軸部４４の外周面との間に挿入された嵌合部６３によって、蓋１３と端子軸部４４とが絶縁されている。そして、フランジ部６２は、ナット５５の外周面を覆っている。

こうした二次電池１０の端子構造において、ケース１１の外部に突き出している部分が、二次電池１０を外部に電気的に接続するための端子部１４，１５となっている。具体的には、正極端子４１の端子軸部４４、その端子軸部４４に取着されているナット５５及び端子絶縁部材６０が正極側の端子部１４を構成し、負極端子４２の端子軸部４４、その端子軸部４４に取着されているナット５５及び端子絶縁部材６０が負極側の端子部１５を構成する。

図３に示すように、二次電池１０には、正極側、負極側の端子部１４，１５を保護するための保護キャップ９０ａ，９０ｂが取り付けられる。正極側の端子部１４に取り付けられる保護キャップ９０ａと負極側の端子部１５に取り付けられる保護キャップ９０ｂとは、異なる色とされている。例えば正極側の保護キャップ９０ａは赤色とされ、負極側の保護キャップ９０ｂは黒色とされている。保護キャップ９０ａ，９０ｂは、有蓋円管形状をなし、その内周面９１ａ、９１ｂに雌ネジ９２ａ，９２ｂを有している。

一方、端子絶縁部材６０のフランジ部６２は、その外周面に沿って螺旋状に延びる雄ネジ溝６４ａ，６４ｂを有している。そして、雄ネジ溝６４ａ、６４ｂにより、保護キャップ９０ａ、９０ｂの雌ネジ９２ａ、９２ｂと螺合する雄ネジが構成されている。雄ネジ溝６４ａ，６４ｂは、端子絶縁部材６０の成型時に形成されている。

なお、正極側の端子部１４に有る端子絶縁部材６０がそのフランジ部６２の外周面に有する雄ネジ溝６４ａと、負極側の端子部１５に有る端子絶縁部材６０がそのフランジ部６２の外周面に有する雄ネジ溝６４ｂとは、ネジ方向が逆向きとされている。そのため、正極側の保護キャップ９０ａがその内周面９１ａに有する雌ネジ９２ａと、負極側の保護キャップ９０ｂがその内周面９１ｂに有する雌ネジ９２ｂとでも、ネジ方向が逆向きとされている。

次に、本実施形態の二次電池１０の作用を説明する。
二次電池１０には、その製造がされてから組み付けを行うまでの期間に、端子部１４，１５を保護する保護キャップ９０ａ，９０ｂが取り付けられている。保護キャップ９０ａ，９０ｂは、各端子部１４，１５の端子絶縁部材６０がそのフランジ部６２の外周面に有する雄ネジ溝６４ａ，６４ｂにネジ止めすることで取り付けられる。二次電池１０の組み付け時には、保護キャップ９０ａ，９０ｂを取り外して、各端子部１４，１５を外部に露出させる。

次に、本実施形態の二次電池１０の効果を説明する。
（１）二次電池１０の端子部１４，１５に保護キャップ９０ａ，９０ｂを取り付けておくことで、電解液の付着や外部との導通、接触による傷などから端子部１４，１５を保護することができる。

（２）保護キャップ９０ａ，９０ｂを回転させなければ、端子部１４,１５から外せないため、振動などで保護キャップ９０ａ，９０ｂが端子部１４，１５から不用意に外れてしまうことが生じ難い。その結果、保護キャップ９０ａ，９０ｂの不用意な外れを抑制するために端子部１４，１５に対する嵌め合いをきつくする必要がなくなり、その取り付け、取り外しの作業性が悪化することもない。したがって、端子部１４，１５を保護する保護キャップ９０ａ,９０ｂの、取り付け、取り外しの作業性と、その不用意な外れの抑制とを両立することができる。

（３）正極側、負極側の保護キャップ９０ａ，９０ｂの色が異なっているため、二次電池１０の組み付けに際して、正極側、負極側の端子部１４，１５を容易に区別することができる。

（４）正極側の端子部１４と負極側の端子部１５とで雄ネジ溝６４ａ，６４ｂのネジ方向が逆向きとなっているため、保護キャップ９０ａ，９０ｂは、同極の端子部１４，１５にしか取り付けることができない。そのため、保護キャップ９０ａ，９０ｂの誤取り付けによる、組み付け時の端子部１４，１５の取り違えを防止できる。

（５）合成樹脂の成形品である端子絶縁部材６０に雄ネジ溝６４ａ，６４ｂがあるため、雄ネジ溝形成のための機械加工が不要となり、その形成が容易である。
なお、上記実施形態は、以下のように変更して実施することもできる。

○雄ネジ溝６４ａ，６４ｂのネジ方向を同じ向きとしてもよい。なお、雄ネジ溝６４ａ，６４ｂのネジ方向を逆向きとする代わりに、両雄ネジ溝６４ａ，６４ｂの深さやピッチを異ならせることでも、異なる極の端子部１４，１５への保護キャップ９０ａ，９０ｂの誤取り付けを防止することが可能である。

○正極側、負極側の保護キャップ９０ａ，９０ｂを同色としてもよい。また、正極側、負極側の保護キャップ９０ａ，９０ｂを共通部品としてもよい。ちなみに、外面に異なる文字、記号、模様を付したり、形状を異ならせたりすることでも、組み付け時の端子部１４，１５の区別を容易とすることができる。

○端子部１４，１５における端子絶縁部材６０以外の部材（例えばナット５５）が、保護キャップ９０ａ、９０ｂの取り付け用の雄ネジ溝６４ａ，６４ｂを備える構成としてもよい。

○電極組立体２０として、帯状の正極電極と負極電極とを、同じく帯状のセパレータを介して巻回されて積層構造となった巻回型の電極組立体を用いるようにしてもよい。
○ケース１１の形状を、円筒形状などの任意の形状に変更してもよい。

○二次電池１０をリチウムイオン以外の二次電池としてもよい。また、上記実施形態の蓄電装置を、電気二重層キャパシタとして構成してもよい。
上記実施形態及びその変形例から把握できる好適な一例について、以下に記載する。

（イ）電極組立体が収容されたケースを有する蓄電装置であって、前記ケースから外部に向けて突出している、当該蓄電装置を外部に電気的に接続するための端子部と、同端子部を覆う保護キャップと、同端子部の外周面に沿って螺旋状に延びており、前記保護キャップをネジ止めするための雄ネジ溝と、を備えることを特徴とする蓄電装置。

（ロ）前記端子部は、前記電極組立体に電気的に接続されるとともに、前記ケースを貫通する貫通孔を通じて同ケースの外部に突き出した電極端子と、その電極端子と前記ケースとの間に介在しており、前記電極端子における前記ケースから突出した部分の外周を覆う端子絶縁部材と、を有し、前記雄ネジ溝は、前記端子絶縁部材にある上記（イ）に記載の蓄電装置。

（ハ）前記端子部として正極側、負極側の２つの端子部を備えるとともに、正極側の端子部と負極側の端子部では、前記雄ネジ溝のネジ方向が逆向きとされている上記（イ）または（ロ）に記載の蓄電装置。

１０…蓄電装置としての二次電池、１１…ケース、１３ｂ…貫通孔、１４，１５…端子部、２０…電極組立体、４１…電極端子としての正極端子、４２…電極端子としての負極端子、４４…端子部としての端子軸部、５５…端子部としてのナット、６０…端子部としての端子絶縁部材、６４ａ，６４ｂ…雄ネジ溝。

Claims (2)

1. 電極組立体が収容されたケースを有する蓄電装置であって、
   前記ケースから外部に向けて突出している、当該蓄電装置を外部に電気的に接続するための端子部と、
   その端子部の外周面に沿って螺旋状に延びる雄ネジ溝と、
   を有し、
   前記端子部には、保護キャップが前記雄ネジ溝に嵌って取り付けられ、
   前記端子部として正極側、負極側の２つの端子部を備えるとともに、正極側の端子部と負極側の端子部では、前記雄ネジ溝のネジ方向が逆向きとされていることを特徴とする蓄電装置。
2. 前記端子部は、前記電極組立体に電気的に接続されるとともに、前記ケースを貫通する貫通孔を通じて同ケースの外部に突出した電極端子と、前記電極端子と前記ケースとの間に介在しており、前記電極端子における前記ケースから突出した部分の外周を覆う端子絶縁部材と、を有し、前記雄ネジ溝は、前記端子絶縁部材にある請求項１に記載の蓄電装置。