WO2016017413A1

WO2016017413A1 - 蓄電装置

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Publication number: WO2016017413A1
Application number: PCT/JP2015/070076
Authority: WO
Inventors: 貴之弘瀬; 寛恭西原; 元章奥田
Original assignee: Toyota Industries Corp
Current assignee: Toyota Industries Corp
Priority date: 2014-07-30
Filing date: 2015-07-13
Publication date: 2016-02-04
Anticipated expiration: 2017-01-30
Also published as: JP2016031908A; JP5804156B1

Abstract

蓄電装置は、ケース及び電極端子を備える。電極端子は、ケースの壁部から突出した極柱部と、該極柱部の外周面に設けられた雄ねじ部とを有する。電極端子は、極柱部の先端面に設けられた治具用凹部を有する。治具用凹部の平面視形状は、真円以外の形状である。治具用凹部は、治具用凹部に挿入された治具に係合可能な係合部を有する。極柱部は、先端面での治具用凹部の開口縁に、先端面より凹んだ変形吸収部を有する。

Description

蓄電装置

　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。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する。この極柱部は外周面に雄ねじ部を備える。そして、このような構造にて、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。

　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が形成される。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が螺合される。

特開２０００－１４５７４２号公報

　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。この導通部材を極柱部に接続する方法として、極柱部に内周面を有する凹部を設け、そ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、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とで挟持される。

　しかし、極柱部の先端面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、ナットを螺合する際、極柱部において治具に係合した部分には、電極端子が回転しようとする力を受け止めることに伴う応力が発生する。その応力によって極柱部の先端面が盛り上がるように突出部が形成されてしまうことがある。すると、固定部材で導通部材を極柱部に固定した際、導通部材は、極柱部の先端面ではなく、先端面から盛り上がった突出部にしか接触しない。そのため、電極端子と導通部材との接触面積が減少してしまう。

　本発明の目的は、ナットを螺合する際に、極柱部の先端面に突出部が形成されることを抑制することができる蓄電装置を提供することにある。

　上記目的を達成するための蓄電装置は、壁部を有するケースと、前記ケース内に収容された電極組立体と、前記電極組立体と電気を授受する電極端子とを備える。前記電極端子は、前記ケースの前記壁部から突出した極柱部と、前記極柱部の外周面に設けられた雄ねじ部とを有する。前記雄ねじ部に螺合されたナットにより前記電極端子が前記壁部に締結されている。前記極柱部は、該極柱部の突出方向に位置する先端面を有する。前記電極端子は、前記先端面に設けられた治具用凹部を有する。前記治具用凹部の平面視形状が真円以外の形状であり、前記治具用凹部は、治具用凹部に挿入された治具に係合可能な係合部を有する。前記極柱部は、前記先端面での前記治具用凹部の開口縁に、前記先端面より凹んだ変形吸収部を有する。

一実施形態の電池モジュールの一部を破断して示す斜視図。図１の実施形態の二次電池の一部を破断して示す斜視図。図２の二次電池の電極端子を拡大して示す断面図。極柱部、治具用凹部、変形吸収部及び雌ねじ部を示す部分平面図。電極端子の治具用凹部に治具を挿入する状態を示す斜視図。（Ａ）は治具を治具用凹部に挿入し、ナットの締結を行った状態を示す部分断面図であり、（Ｂ）は（Ａ）の部分拡大図。電極端子と導通部材を拡大して示す断面図。

　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、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に収容されている電極組立体２４と、電極組立体２４と電気を授受する二つの電極端子３１とを備えている。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。二つの電極端子３１は、正極端子及び負極端子を含む。

　図３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、ともに銅製である。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が介装されている。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及び図４に示すように、極柱部３３の蓋体２３からの突出方向において、基部３２を基端、基部３２とは反対側を先端と定義する。極柱部３３は、突出方向の先端面３６に開口する治具用凹部３７を有する。この治具用凹部３７は、先端面３６から基部３２に向けて凹んでいる。治具用凹部３７は、極柱部３３の突出方向から見た平面視で真円以外の形状である。具体的には、治具用凹部３７の平面視形状は六角形状である。治具用凹部３７は、極柱部３３の基端に向けて先端面３６から六角形状に凹んでいる。そして、治具用凹部３７は、６つの内側面のうち、隣り合う内側面同士が交わって形成された角部に係合部３７ａを有する。治具用凹部３７は６つの係合部３７ａを等間隔おきに有する。

　図５並びに図６（Ａ）及び図６（Ｂ）に示すように、治具用凹部３７には、金属製の治具４８が係合可能である。治具４８は、軸方向全体に亘って断面六角形の棒状である。治具４８は、隣り合う側面同士が交わって形成された角部に係合突部４８ａを有する。治具４８は６つの係合突部４８ａを等間隔おきに有する。

　そして、図４に示すように、治具４８が治具用凹部３７に挿入されると、治具用凹部３７の６つの係合部３７ａと、治具４８の６つの係合突部４８ａが係合可能となり、係合箇所が形成されるようになっている。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。

　図３に示すように、電極端子３１は、治具用凹部３７より奥に雌ねじ部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に接続するために、上述の固定部材１２の軸部１２ａが螺合可能である。また、雌ねじ部３９の平面視の寸法（面積）は、治具用凹部３７の平面視の寸法（面積）より小さい。固定部材１２の軸部１２ａは、治具用凹部３７を貫通して雌ねじ部３９に螺合可能である。

　図３及び図４に示すように、極柱部３３は、治具用凹部３７の先端面３６での開口縁に沿って変形吸収部４０を有する。変形吸収部４０は、治具用凹部３７の平面視形状に合わせた平面視六角環状であり、治具用凹部３７の開口縁全体に亘って設けられている。そして、変形吸収部４０は、極柱部３３の突出方向において、係合部３７ａよりも先端面３６に近い位置にある。また、変形吸収部４０は、治具用凹部３７の開口縁に沿って、極柱部３３の先端面３６から凹んだ部分に設けられている。極柱部３３の突出方向に沿った断面では、変形吸収部４０は、先端面３６から基端に向かうに従い、極柱部３３の中心軸に向けて下り傾斜している。したがって、極柱部３３の突出方向に沿って、極柱部３３の基端から先端に向かうに従い、変形吸収部４０は拡径したテーパ形状である。

　このため、治具用凹部３７に治具４８が挿入された状態では、図６（Ｂ）の２点鎖線に示すように、変形吸収部４０と、治具４８の各側面との間には隙間Ｓが画定される。この隙間Ｓは、極柱部３３の突出方向に沿って基端から先端に向かう方向では徐々に広がっている。よって、変形吸収部４０は、極柱部３３の先端面３６から凹むことで形成された隙間Ｓ（領域）内に位置していることになる。

　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。
　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。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が載せられて、各貫通孔２５に各電極端子３１の極柱部３３が挿通される。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を介装される。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における積層方向の一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及び変形吸収部４０を上方に向けられる。

　図６（Ａ）及び図６（Ｂ）に示すように、各治具用凹部３７内に治具４８を挿入することにより、図４の２点鎖線に示すように、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が６箇所形成される。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が螺合される。

　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。このとき、極柱部３３における係合部３７ａには、電極端子３１が回転しようとする力を受け止めることに伴って応力が発生する。

　すると、図６（Ｂ）に示すように、その応力によって、極柱部３３には、先端面３６に向けて極柱部３３が盛り上がるように変形した変形部３３ａが形成される。しかし、この極柱部３３の変形は、隙間Ｓ内での変形吸収部４０の変形として発生しており、極柱部３３の変形は、変形吸収部４０に吸収されることとなる。変形吸収部４０は、変形部３３ａの体積よりも大きくなるように設定されている。

　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がバスバー１１の挿通孔１１ａに挿通され、その軸部１２ａが各電極端子３１の雌ねじ部３９に螺合される。そして、頭部１２ｂによって、バスバー１１が各極柱部３３の先端面３６に向けて押圧される。それにより、挿通孔１１ａの周囲に位置するバスバー１１の部分、即ち先端面３６と接触する部分が各先端面３６に押し付けられる。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。

　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）電極端子３１において、治具用凹部３７の開口縁に沿って先端面３６から凹む位置に変形吸収部４０が形成されている。このため、治具４８によって電極端子３１を回り止めした状態でナット３５を螺合した際、極柱部３３が変形しても、その変形は、先端面３６から凹んだ領域内での変形吸収部４０の変形として発生する。このため、極柱部３３が変形しても、先端面３６に突出部が形成されてしまうことが抑制される。その結果、電極端子３１にバスバー１１を固定した際、バスバー１１が突出部に乗り上げてしまうことがなく、バスバー１１を先端面３６の全面に接触させることができ、バスバー１１と電極端子３１との接触面積が減少することが無くなる。

　（２）変形吸収部４０は、治具用凹部３７の開口縁の全体に亘って設けられている。したがって、治具用凹部３７の内面のいずれの場所に変形が発生しても、その変形は変形吸収部４０での変形として吸収され、先端面３６に突出部が形成されてしまうことが無い。

　（３）変形吸収部４０は、極柱部３３の突出方向に沿って基端から先端に向かう程、拡径する形状とした。このため、治具用凹部３７に対する治具４８の挿入や、雌ねじ部３９へ固定部材１２を螺合する際の、軸部１２ａの挿入が行いやすくなる。

　（４）変形吸収部４０は、極柱部３３の突出方向に沿って基端から先端に向かう程、拡径するテーパ形状である。例えば、変形吸収部４０を、テーパ形状ではなく、雌ねじ部３９より大径、かつ同心円状とした場合と比べると、治具４８の係合突部４８ａと、治具用凹部３７の係合部３７ａとの係合面積を広く確保でき、電極端子３１の連れ回りを抑制できる。

　上記実施形態は以下のように変更してもよい。
　○　変形吸収部４０は、治具用凹部３７の開口縁の全体に亘って設けられず、例えば、一つの係合部３７ａに対応した開口縁に設けられていてもよいし、複数の係合部３７ａに対応した開口縁に設けられていてもよい。また、変形吸収部４０は、治具用凹部３７の開口縁の半分に沿って設けられていてもよい。すなわち、変形吸収部４０を設ける位置は、適宜変更してもよい。

　○　治具用凹部３７の平面視形状は、六角形状でなくてもよく、三角形状、四角形状、五角形状等、任意の多角形状でもよい。また、治具用凹部３７の平面形状は、楕円形状や、オーバルトラック形状等のように丸みを帯びた任意の形状でもよい。要は、治具用凹部３７に治具が係合でき、電極端子３１を回り止めできる真円以外の形状であれば、治具用凹部３７の平面視形状は任意に変更してもよい。

　○　変形吸収部４０は、極柱部３３の突出方向に沿って基端から先端に向かう程、拡径するテーパ形状でなくてもよく、極柱部３３の変形を凹み内で吸収できる形状であれば、その形状は適宜変更してもよい。

　○　実施形態では、電極端子３１に対するバスバー１１の接続は、雌ねじ部３９への固定部材１２の螺合によって行ったが、これに限らない。例えば、電極端子３１に対するバスバー１１の接続は、電極端子３１の先端面３６へのバスバー１１の溶接によって行ってもよい。

　○　実施形態では、電極端子３１は、バスバー１１を接続するための雌ねじ部３９を有する構成であったが、雌ねじ部３９は無くてもよい。
　○　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。

　○　電極端子３１の先端面３６に接続される部材は、電池モジュール１０を形成するために二次電池２０同士を接続するバスバー１１に限定されない。例えば、二次電池２０と外部機器とを接続する部材であってもよく、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、他の種類の二次電池であってもよい。
　○　本発明を電気二重層コンデンサ等の任意の蓄電装置に具体化してもよい。

Claims

　壁部を有するケースと、
　前記ケース内に収容された電極組立体と、
　前記電極組立体と電気を授受する電極端子とを備え、
　前記電極端子は、前記ケースの前記壁部から突出した極柱部と、前記極柱部の外周面に設けられた雄ねじ部とを有し、
　前記雄ねじ部に螺合されたナットにより前記電極端子が前記壁部に締結されており、
　前記極柱部は、該極柱部の突出方向に位置する先端面を有し、
　前記電極端子は、前記先端面に設けられた治具用凹部を有し、
　前記治具用凹部の平面視形状が真円以外の形状であり、前記治具用凹部は、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、
　前記極柱部は、前記先端面での前記治具用凹部の開口縁に、前記先端面より凹んだ変形吸収部を有する蓄電装置。
　前記変形吸収部は、前記開口縁の全体に亘って設けられている請求項１に記載の蓄電装置。
　前記蓄電装置は二次電池である請求項１又は請求項２に記載の蓄電装置。
　前記変形吸収部は、前記極柱部の突出方向において前記治具用凹部より先端に向かうに従い拡径している請求項１～３の何れか一項に記載の蓄電装置。
　前記壁部は、前記ケースの蓋体である請求項１～４の何れか一項に記載の蓄電装置。