WO2013111264A1

WO2013111264A1 - 電池及び電池モジュール

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Publication number: WO2013111264A1
Application number: PCT/JP2012/051347
Authority: WO
Inventors: 神谷　正人; 平齋藤
Original assignee: トヨタ自動車株式会社
Priority date: 2012-01-23
Filing date: 2012-01-23
Publication date: 2013-08-01
Also published as: US9640791B2; CN104067415A; US20150295219A1; JP5936082B2; JPWO2013111264A1; CN104067415B

Abstract

　電池は、本体の外方に突出する外部端子と、前記本体内部からの電力を外部端子に取り出すための金属端子と、前記本体と外部端子及び金属端子との間を絶縁する絶縁部材を具備する。前記金属端子は、前記本体内部と接続され、前記本体において外部端子が突出する一面と同一平面に沿って延出される基部と、前記基部からさらに延出され、前記外部端子が固定される先端部とを有し、前記外部端子の先端面は、前記金属端子の先端部側が低く、基部側が高い傾斜面として形成される。本発明によれば、外部端子に外方（突出方向）からの荷重・衝撃が加えられた際の外部端子の倒れ方向をコントロールすることができ、外部端子と電池本体の接触を抑制できる。

Description

電池及び電池モジュール

　本発明は、本体外方に突出する外部端子を有する電池に関する。

　特許文献１には、電池本体に絶縁体を介して固定される基部、及び、基部から延出され、本体から所定距離を隔てて隔離される先端部を有する金属端子と、その先端部から本体外方に向けて突出する外部端子とを有する電極が開示されている。また、隣接する電池セルの外部端子間をバスバーで接続し、電池モジュールを形成する構造が開示されている。

特開２００９－３０１８７４号公報

　電池が落下した時、電池の使用時等、外部端子に外方からの衝撃が加わった場合に、外部端子が倒れて電池本体と接触し、外部端子と本体間で短絡が生じるおそれがある。従来の電池では、外部端子が倒れる際の倒れ方向がランダムになってしまうため、それらの不具合を抑制することが困難であった。
　このように、従来の電池では、外部端子に荷重・衝撃が加わった際に発生し得る不具合について十分な対策が取られているものがなかったのが実情である。

　本発明は、電池使用時、電池落下時等に外部端子に外方（突出方向）からの荷重・衝撃が加えられた場合に、外部端子と電池本体との接触を抑制する技術を提供する。

　本発明の第一態様である電池は、本体の外方に突出する外部端子と、前記本体内部からの電力を外部端子に取り出すための金属端子と、前記本体と外部端子及び金属端子との間を絶縁する絶縁部材を具備する。前記金属端子は、前記本体内部と接続され、前記本体において外部端子が突出する一面と同一平面に沿って延出される基部と、前記基部からさらに延出され、前記外部端子が固定される先端部とを有し、前記外部端子の先端面は、前記金属端子の先端部側が低く、基部側が高い傾斜面として形成される。

　前記外部端子は、その突出方向中途部に切欠きを有することが好ましい。

　前記外部端子の先端面の傾斜角度は１０°から７０°の範囲内に設定されることが好ましい。

　本発明の第二態様である電池モジュールは、電池を複数個接続することにより構成されるものであり、隣接する電池の外部端子同士をバスバーにて接続することによって得られる。
　電池モジュールにおいて、前記切欠きは、前記バスバーとの接続部位よりも上方に設けられることが好ましい。

　本発明によれば、外部端子に外方（突出方向）からの荷重・衝撃が加えられた際の外部端子の倒れ方向をコントロールすることができ、外部端子と電池本体の接触を抑制できる。

電池を示す図である。外部端子の先端面を示す拡大図である。外部端子に掛かる力を示す図である。外部端子の切欠きを示す図である。外部端子の切欠きに掛かる力を示す図である。電池モジュールを示す図である。電池モジュールの圧壊試験を示す図である。

　［電池］
　図１に示すように、電池１は、本体２から外方に向けて突出する外部端子１０、及び、外部端子１０と本体２内部とを接続する金属端子２０を具備する。
　本体２は、金属製の角型缶に構成され、その内部に充放電要素、電解液等を収納する。各金属端子２０は、充放電要素に接続された集電端子を介して本体２内と接続される。本体２と外部端子１０及び金属端子２０との間には絶縁部材３０が配置されており、これらの間の絶縁性が確保されている。

　外部端子１０は、絶縁部材３０を介して、角型の本体２の一面（上面）から外方に向けて突出して設けられる。本実施形態では、外部端子１０は、本体２の上面から垂直方向に延出されている。外部端子１０は、金属端子２０にそれぞれ固定される。
　外部端子１０は、電池１と外部機器を接続するために用いられる。例えば、外部端子１０として、外周におねじが形成されるボルトを適用できる。この場合、外部機器の接続端子、バスバー等をおねじに挿通し、ナット等を用いて簡易に締結可能である。

　金属端子２０は、本体２の内部から外部端子１０に電力を取り出すための電気経路である。金属端子２０は、本体２の上面に沿って延出される板状の部材として構成され、本体内部と接続される基部と、基部からさらに延出される先端部とを含む。金属端子２０は、基部において本体２の内部から延出される集電端子と接続され、先端部において外部端子１０と接続される。各金属端子２０は、絶縁部材３０を介して本体２に固定される。
　本実施形態では、金属端子２０は、本体２の上面（外部端子１０が突出する側の面）の長辺方向に延出され、絶縁部材３０を介して本体２の内部に接続される基部２１と、基部２１から本体２と離間する方向（上方）に延出される接続部２２と、接続部２２から基部と同方向に延出される先端部２３とによって平板をクランク状に折り曲げた形状に形成される。言い換えれば、金属端子２０は、基部２１、接続部２２、及び先端部２３によって側面視略Ｚ型に形成される。

　このように、外部端子１０は、金属端子２０を介して本体２の内部に収納される充放電要素と電気的に接続される。これとともに、外部端子１０及び金属端子２０は、絶縁部材３０を介して、本体２に対して電気的に絶縁され、かつ、物理的に離間した状態が保持されている。
　また、金属端子２０において本体２内部からの電力取出し側と外部端子１０が突出する側が本体２上面においてオフセットされている。これにより、外部端子１０が配置されている側と反対側、つまり、金属端子２０の基部２１の外方側には部材が配置されておらず、外側に向けて露出された状態となっている。

　［外部端子の先端面］
　図２に示すように、外部端子１０の先端面１１は、傾斜面として形成されている。
　先端面１１は、金属端子２０の先端部２３側から基部２１側に向けて上方に傾斜する。つまり、先端面１１は、本体２の上面において、本体２と絶縁されている金属端子２０の基部２１が存在する側が高くなるように傾斜しており、外部端子１０の突出側から本体２内部からの電力取出し側に向けて高くなるように傾斜している。

　図３に示すように、外部端子１０に外方（上方）からの力が加わった際、外部端子１０に掛かる力の方向が先端面１１の傾斜角度に応じて決定される。すなわち、先端面１１を傾斜面として形成することによって、上方から外部端子１０にかかる荷重・衝撃を側方に向けて掛けることができ、倒れ方向を所望の方向にコントロールできる。
　外部端子１０の倒れる先には、金属端子２０（の基部２１）が存在しており、外部端子１０が変形した場合に、金属端子２０上に倒れることとなる。金属端子２０は、本体２に対して絶縁されているため、外部端子１０に外力が加わって倒れた際にも外部端子１０と本体２が接触することがなく、短絡が生じるおそれがない。
　このように、外部端子１０の先端面１１を傾斜面として形成することによって、倒れ方向をコントロールできる。そして、先端面１１の傾斜方向を設定して、外部端子１０が本体２に対して絶縁されている金属端子２０の一部が存在する側に倒れるようにすることによって、外部端子１０の先端面１１に外力が加わった際の外部端子１０の変形方向を本体２から絶縁されている側に制限することができる。

　［外部端子の切欠き］
　図４に示すように、外部端子１０の突出方向中途部には切欠き１２が設けられる。切欠き１２は、例えば外部端子１０の外周をやすりで削ることによって得られる。
　切欠き１２は、外部端子１０の外周面から中心側に向けて設けられる。切欠き１２は、外部端子１０において、本体２の内部からの電力取出し側に設けられる。つまり、切欠き１２は、金属端子２０の基部２１側に設けられており、先端面１１の傾斜によって外部端子１０の倒れ方向として設定されている側に設けられる。

　このように、外部端子１０の一側に切欠き１２を設けることによって、外部端子１０に外力が加わった際に外部端子１０が所定方向に向けた外力が作用し易くなっている。
　図５に示すように、外部端子１０の先端面１１に外力が加わった場合に、切欠き１２に応力が集中して、切欠き１２の周囲から変形し易くなり、外部端子１０の変形を助長する。そして、切欠き１２を金属端子２０の基部２１側に設けることによって、外部端子１０の変形方向を、本体２に対して絶縁されている側に制限することができ、外部端子１０が倒れた際にも、外部端子１０と本体２との接触を防止することができる。

　なお、切欠き１２の深さ（外側面からの径方向の長さ）は、外部端子１０としての機能を発揮できる程度に設定される。言い換えれば、切欠き１２の深さは、電池１の使用時における外部端子１０の強度を満足する程度に設定される。例えば、切欠き１２は、外部端子１０の外周表面から中心部に向けて外径の半分程度の深さを有して形成されることが好ましい。
　切欠き１２は、外部端子１０の外周の一部に設けられる脆弱部として存在し、外部端子１０の変形モードに関与する。このような切欠き１２の代替としては、外部端子１０の外周の一部に強度の低い素材を用いて脆弱部を設ける構成としても良い。

　［電池モジュール］
　電池は、図６に示すように、複数の電池１を直列又は並列に接続した電池モジュールの状態でも使用される。この場合、電池１は本体２の幅狭方向に配列され、隣接する各電池１の外部端子１０をバスバー４０を用いて締結することによって電池モジュールとして構成される。バスバー４０は、金属製の平板部材であり、外部端子１０間を繋ぐ電気経路となる。つまり、各電池１は、バスバー４０によって電気的に接続される。
　電池モジュールでは、隣接する電池１がバスバー４０によって接続されている。この場合、バスバー４０も本体２に対して絶縁されているため、外部端子１０の倒れ方向は金属端子２０の基部２１側だけでなく、バスバー４０側であっても良い。つまり、電池１を電池モジュールとして使用する場合は、外部端子１０の先端面１１の傾斜方向、及び切欠き１２の配置を、隣接する電池１の外部端子１０を接続するバスバー４０側に倒れるように設定しても良い。

　電池１をバスバー４０を用いて接続する場合、各外部端子１０の切欠き１２は、バスバー４０が接続される部位よりも上方に設けられることが好ましい。

　［圧壊試験］
　図７に示すように、バスバーを用いて三つの電池を直列に接続した電池モジュールを複数種類用意して（電池モジュールＡ～Ｄ）、外部端子に対して上方から力を加えた際の短絡の発生割合を評価した。この試験には、ＳＵＳ３０４製の平板の下面に絶縁部材を付設した圧壊バーを用いて、電池モジュール上面に向けて１０ｍｍ／ｓｅｃで落下させ、外部端子が変形する（倒れる）まで押圧を続けた。圧壊バーによる外部端子の圧壊を５回行い、中央の電池セルの短絡数をカウントした。
　なお、電池モジュールＡ～Ｄの構成は略同じであり、外部端子の先端面の傾斜角度を０°、１０°、７０°、８０°とした点で異なっている。また、電池モジュールＡ～Ｄは、外部端子において、バスバーよりも上方に切欠きを有する。

　表１に圧壊試験の結果を示す。

　先端面の傾斜角度が１０°及び７０°の電池モジュールＢ・Ｃでは、短絡が発生しなかった。また、先端面を平坦面（０°）とした電池モジュールＡ及び先端面の傾斜角度を８０°とした電池モジュールＤでは、同じ割合で短絡が生じた。圧壊試験の結果により、外部端子の先端面の傾斜角度は、１０°～７０°の範囲が好ましいことが分かった。

　本発明は、本体の一面から外方に突出して設けられる外部端子を有する電池における外部端子と本体との接触を防止する技術に適用可能である。

　１：電池、２：本体、１０：外部端子、１１：先端面、１２：切欠き、２０：金属端子、：３０：絶縁部材

Claims

　本体の外方に突出する外部端子と、前記本体内部からの電力を外部端子に取り出すための金属端子と、前記本体と外部端子及び金属端子との間を絶縁する絶縁部材を具備する電池であって、
　前記金属端子は、前記本体内部と接続され、前記本体において外部端子が突出する一面と同一平面に沿って延出される基部と、前記基部からさらに延出され、前記外部端子が固定される先端部とを有し、
　前記外部端子の先端面は、前記金属端子の先端部側が低く、基部側が高い傾斜面として形成されることを特徴とする電池。
　前記外部端子は、その突出方向中途部に切欠きを有する請求項１に記載の電池。
　前記外部端子の先端面の傾斜角度は１０°から７０°の範囲内に設定される請求項１又は２に記載の電池。
　請求項１から３の何れか一項に記載の電池を複数個接続することにより構成される電池モジュールであって、
　隣接する各電池の外部端子は、バスバーによって接続される電池モジュール。
　前記切欠きは、前記バスバーとの接続部位よりも上方に設けられる請求項４に記載の電池モジュール。