JP2013145757A5 - - Google Patents
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Description
本発明は、単電池を挟持するスペーサを備えた電池モジュールに関するものである。
組電池は、複数の電池の端子間を接続杆で繋いで接続することが多い(例えば、特許文献1参照。)。このような電池の一例を図6に示す。この電池は、正負極の端子1、1が角型の電池ケースの蓋板2に取り付けられている。各端子1は、台座部1aの下方に突出する足部1bを、蓋板2の貫通孔2aにパッキン3を介して貫通させ、蓋板2の裏側で図示しないパッキンと集電板と共にかしめることにより固着している。また、この端子1は、台座部1aの上面から上方に向けてボルト部1cが突設されている。そして、接続杆4は、端部の貫通孔4aをこの端子1のボルト部1cに外嵌してナット5を螺着することにより接続固定するようになっている。
ところが、上記端子1は、台座部1aと接続杆4が圧接される界面の法線方向N、即ちボルト部1cの突設方向が蓋板2の板面と直角に交差するので、ナット5を締め付けるときのトルクTが足部1bと蓋板2とのかしめ部の軸回り方向に直接加わる。このため、従来の電池は、接続杆4の接続時に、端子1が足部1bでかしめにより固着されているにもかかわらず蓋板2や集電板に対し回転方向にずれるおそれがあり、このようなずれが生じると、端子1と集電板との間の接触抵抗が大きくなったり、蓋板2との間の気密性が低下するという問題が生じていた。
しかも、電池が非水電解質二次電池である場合には、正極の端子1に強度の弱いアルミニウムを用いることが多く、足部1bのかしめによる固着強度が弱くなるだけでなく、ユーザがインパクトレンチ等でナット5を締め付けると、ボルト部1cがねじ切れるおそれがあるという問題も生じていた。
また、端子1に、ボルト部1cに代えてリベットピン状の接続突起を突設し、接続杆4の端部の貫通孔4aにこの接続突起を通して先端をかしめた場合であっても、かしめ工具の回転によるトルクTが足部1bと蓋板2とのかしめ部の軸回り方向に直接加わるので、同様の問題が生じる。また、この場合、かしめ工具の強い押圧力が端子1を法線方向Nに沿って蓋板2に押し付ける方向に加わるので、蓋板2が下方に大きく撓んで端子1との間の気密性が低下するという問題も生じる。
さらに、端子1の足部1bが蓋板2の貫通孔2aを貫通して蓋板2の裏側で集電板に溶接により固着されているような場合であっても、この溶接部が剥がれて同様の問題が生じる。
なお、電池ケース(ラミネート外装体)から突出する端子に、突出方向に対して直交する貫通孔を形成し、この貫通孔にボルトを通して接続部材(端子間導電体)を接続固定する電池の発明が既に提案されている(特許文献2参照。)。しかしながら、この発明は、複数の電池の端子を1本のボルトで接続しようとするものであり、しかも、この電池は、発電要素の電極に接続したリードが電池ケースの外部にそのまま引き出されて端子となるようなものを前提としているため、もともと端子と電池ケースとの間の固着は問題とはならないものである。
また、電池ケースから突出する端子(リベット)の側面に設けられた平坦面に接続部材(配線板)を溶接接続する電池の発明も既に提案されている(特許文献3参照。)。しかしながら、端子と接続部材の接続固定に溶接を用いると、この溶接の際の熱が端子を通して直ちに電池ケース内に伝わるので、電池を損傷するおそれがあるという新たな問題が生じる。
一方、このような組電池では、例えば、電気自動車や電気自転車等の車両に搭載する場合における電池パックの選択の自由度を高めることが検討されている。
本発明は、電池パックの選択の自由度を高めることができる電池モジュールを提供しようとするものである。
請求項1の発明は、単電池と、前記単電池を挟持する少なくとも2枚のスペーサーと、前記2枚のスペーサーのうち一方のスペーサーに埋め込まれた接続部材と、を備え、前記接続部材は、前記単電池と、前記単電池と隣接する他の単電池とを電気的に接続する電池モジュールである。
請求項1の発明によれば、電池パックの選択の自由度を高めることができる。
(実施形態の概要)
初めに、本実施形態に係る蓄電素子の概要について説明する。
初めに、本実施形態に係る蓄電素子の概要について説明する。
本明細書に係る電池モジュールは、単電池と、前記単電池を挟持する少なくとも2枚のスペーサーと、前記2枚のスペーサーのうち一方のスペーサーに埋め込まれた接続部材と、を備え、前記接続部材は、前記単電池と、前記単電池と隣接する他の単電池とを電気的に接続する電池モジュールである。
この場合、単電池は、電池ケースに端子を取り付けた電池において、この端子は、接続部材と接続するために電池ケースから突出した接続部を備え、この接続部には、穿設方向が電池ケースと交差しない接続孔若しくは接続溝が穿設され、又は、突設方向が電池ケースと交差しない接続突起が突設され、この端子は、電池ケースの貫通孔を貫通する足部を備え、この足部は電池ケースの内側からかしめ、溶接又は圧接により固着され、接続部材は、電池ケースを挟持するためのスペーサに埋め込まれている形態が好ましい。
この形態によれば、端子の接続孔や接続溝、接続突起の穿設方向や突設方向が電池ケースと交差しないので、この端子に接続部材を接続する際のトルクや押圧力が、この端子の足部の電池ケースへのかしめ部や溶接部や圧接部に過度の負担を加えないようにすることができる。
なお、前記電池ケースは、容器状の電池容器と、この電池容器の開口部に取り付ける蓋板からなり、前記端子は、この蓋板に取り付けたものであることが好ましい。
このようにすれば、端子が蓋板に取り付けられるので、この端子に接続部材を接続する際のトルクや押圧力が、この端子の足部の蓋板へのかしめ部や溶接部や圧接部に過度の負担を加えないようにすることができる。
また、前記端子は、複数本の足部を備えたものであることが好ましい。
本明細書に係る電池モジュールの単電池によれば、端子の接続孔や接続溝、接続突起の穿設方向や突設方向が電池ケースと直角に交差しないので、端子の取り付け位置のずれによって、これらの穿設方向や突設方向が他の端子との間で平行にならない場合が生じる。しかしながら、端子の足部が複数本設けられていれば、これらの足部を電池ケースの貫通孔にそれぞれ通すことにより、端子の取り付けの際の位置決めを行うことができ、端子の接続孔や接続溝、接続突起の穿設方向や突設方向を他の端子との間で平行にして、接続部材によるこれらの端子間の接続を確実なものにすることができる。
また、前記端子は、接続部に接続孔が穿設されたものであり、前記接続部材は、端部に貫通孔を形成した接続杆であり、これら端子の接続孔と接続杆の貫通孔にボルトを通しナットを螺着することにより接続が行われるものであってもよい。
このようにすれば、端子と接続部材がボルトとナットによって容易かつ確実に接続されると共に、これらのボルトとナットの締め付けの際のトルクが端子の足部の電池ケースへのかしめ部や溶接部や圧接部に過度の負担を加えないようにすることができる。
また、前記端子は、接続部に接続孔が穿設されたものであり、前記接続部材は、端部に貫通孔を形成した接続杆であり、これら端子の接続孔と接続杆の貫通孔にリベットを通し先端をかしめることにより接続が行われるものであってもよい。
このようにすれば、端子と接続部材がリベットをかしめることによって容易かつ確実に接続されると共に、このリベットのかしめの際のトルクや押圧力が端子の足部の電池ケースへのかしめ部や溶接部や圧接部に過度の負担を加えないようにすることができる。
また、前記端子は、接続部にリベットピン状の接続突起が突設されたものであり、前記接続部材は、端部に貫通孔を形成した接続杆であり、この端子の接続突起を接続杆の貫通孔に通し先端をかしめることにより接続が行われるものであってもよい。
このようにすれば、接続部材が端子の接続突起をかしめることによって容易かつ確実に接続されると共に、この接続突起のかしめの際のトルクや押圧力が端子の足部の電池ケースへのかしめ部や溶接部や圧接部に過度の負担を加えないようにすることができる。
また、前記電池は非水電解質二次電池であり、正極側の前記端子はアルミニウム又はアルミニウム合金からなるものであってもよい。
このようにすれば、非水電解質二次電池のアルミニウムやアルミニウム合金からなる正極側の強度の弱い端子に過度のトルク等が加わるのを防止することができる。
以下、本発明の最良の実施形態について図1〜図5を参照して説明する。なお、これらの図においても、図6に示した従来例と同様の機能を有する構成部材には同じ番号を付記する。
本実施形態は、角型の非水電解質二次電池について説明する。この電池は、図1に示すように、金属製の角型容器状の電池容器6の上端開口部に、金属製の方形板状の蓋板2を嵌め込んで溶接により封止固着することにより電池ケースを構成している。この電池ケースの内部には、図示しない発電要素が収納されると共に非水電解液が充填される。発電要素は、正極と負極をセパレータを介して長円筒形に巻回したものであり、これらの正極と負極は、それぞれ図示しない集電板に接続されている。
蓋板2は、左右の端部に貫通孔2a(図1では左側の貫通孔2aは端子1の陰になっている)が形成され、これらの貫通孔2aに正負極の端子1、1が取り付けられる。各端子1は、平盤状の台座部1aと、この台座部1aの下面から下方に突出するリベットピン状の足部1bと、この台座部1aの上面から上方に立設する接続部1dとからなる。接続部1dは、前後方向を向く壁面を有する壁板状であり、これらの壁面を前後方向に貫通する接続孔1eが穿設されている。
本実施形態は、非水電解質二次電池について示すので、正極側の端子1は、正極電位で非水電解液に溶解しないアルミニウム又はアルミニウム合金が用いられ、負極側の端子1は、負極活物質と合金化しない銅又は銅合金等が用いられる。また、電池ケースの電池容器6と蓋板2は、ここではステンレス鋼板が用いられている。
各端子1は、下方に突出する足部1bを、蓋板2の貫通孔2aにパッキン3を介して貫通させ、蓋板2の裏側で先端部をかしめることにより固着している。この際、蓋板2の裏側では、足部1bに図示しないパッキンを介在させて、蓋板2との絶縁と封止を図ると共に、上記発電要素の電極に接続された集電板をも介在させてかしめることにより、この発電要素の電極と端子1との間の接続を行っている。
なお、実際の電池の組み立て工程では、発電要素の電極に接続された集電板と共に各端子1を蓋板2に取り付けた後に、この蓋板2を電池容器6の開口部に嵌め込んで溶接するようにしている。
上記構成の電池の端子1に接続杆4を接続固定するには、まず端子1の接続部1dの後方から接続孔1eにボルト7を通し、次にこの接続部1dの前方に突出したボルト7の先端部に接続杆4の端部の貫通孔4aを外嵌し、さらにこの接続杆4の前方に突出したボルト7の先端部にナット5を螺着する。従って、接続杆4は、端子1の接続部1dの垂直な前方面に圧接され、接続部1dの接続孔1eは、この圧接の界面の法線方向Nに沿って穿設されていることになるので、この接続孔1eの穿設方向は、蓋板2の板面に平行な方向となって、この蓋板2とは交差しない。
このため、ナット5を締め付けるときのトルクTは、端子1に対して、蓋板2の板面と平行な前後方向の軸(法線方向N)を中心に回転する方向に加わるので、このトルクTが端子1の足部1bと蓋板2とのかしめ部にのみ直接加わるようなことがなくなり、端子1と集電板との間の接触抵抗が大きくなったり、蓋板2との間の気密性が低下するおそれがなくなる。すなわち、端子1は、左右方向に十分な幅のある台座部1aがパッキン3を介して蓋板2に密着するので、ナット5を締め付けるときのトルクTは、この台座部1aの密着部全体に加わり、足部1bと蓋板2とのかしめ部のみに負担が掛かるようなことがなくなる。
しかも、本実施形態のように、正極側の端子1が強度の弱いアルミニウム又はアルミニウム合金からなる場合であっても、接続杆4を接続するためのボルト7やナット5は、十分に強度の強い鋼材等を用いることができるので、ユーザがインパクトレンチ等でナット5を締め付けたとしても、ボルト7がねじ切れるようなおそれは生じない。
本実施形態で示した非水電解質二次電池の単電池は、例えば次ぎのようにして電池パックが構成される。図2に示すように、複数個の単電池11は、樹脂製の2枚のスペーサー12、13の間に挟持されて電池モジュールが構成される。また、一方のスペーサー12には、予めインサート成形によって複数本の接続杆4が埋め込まれている。電池モジュールは、これらスペーサー12に埋め込まれた接続杆4によって、隣接する単電池11、11の端子1、1間を接続したり、端部の端子1に接続してさらに他の電池モジュールとの間の接続を可能にしている。図2の場合、端子1と接続杆4との接続は、上記ボルト7に代えてリベット14を貫通させ、上記ナット5に代えてこのリベット14の先端をかしめることにより接続した場合を示す。
この電池モジュールは、複数個を積層し、スペーサー12、13の取付孔12a、13a(図2では取付孔13aはスペーサー12の陰になっている)に図示しない通しボルトを通して固定することにより電池パックが完成する。このようにすれば、単電池11の接続数や積層数を増減させることにより、電池パックの電池容量等や寸法を自在に変更することができる。そして、これにより、例えば電気自動車や電気自転車等の車両に搭載する場合における電池パックの選択の自由度を高めることができる。
なお、上記実施形態では、端子1と接続杆4を図1のようにボルト7とナット5で接続する場合や図2のようにリベット14をかしめて接続する場合を示したが、図3に示すように、接続部1dの前方面から前方に向けてリベットピン状の接続突起1fを突設し、この接続突起1fを接続杆4の貫通孔4aに通して先端をかしめるようにしてもよい。この場合には、ボルト7とナット5とリベット14のいずれも使用しないので、部品点数を削減することができる。
上記のように、リベット14を用いたり、リベットピン状の接続突起1fを突設して、かしめにより接続した場合であっても、接続部1dの接続孔1eや接続突起1fは、端子1と接続杆4の圧接の界面の法線方向Nに沿って穿設されたり突設されていることになり、これらの穿設方向や突設方向は、蓋板2とは交差しないようになっている。このため、かしめの際のかしめ工具によるトルクTや法線方向Nの押圧力が端子1の足部1bと蓋板2とのかしめ部にのみ直接加わるようなことがなくなり、端子1と集電板との間の接触抵抗が大きくなったり、蓋板2との間の気密性が低下するおそれがなくなる。
また、図4(a)に示すように、端子1の接続部1dの接続孔1eをねじ孔とすることもできる。この場合、図1に示したナット5は不要となり、ボルト7を前方から接続杆4の貫通孔4aを通してこの接続孔1eのねじ孔に螺着することになる。さらに、図4(b)に示すように、端子1の接続部1dの前方面から前方に向けてボルト状の接続突起1fを突設することもできる。この場合、図1に示したボルト7は不要となり、この接続突起1fを接続杆4の貫通孔4aに通してナット5を螺着することになる。ただし、これら図4(a)と図4(b)の場合には、端子1が強度の弱いアルミニウム又はアルミニウム合金等からなる場合には、接続杆4の接続の際に接続孔1eのねじ孔や接続突起1fのボルト部がねじ切れるおそれは解消できない。
また、上記実施形態では、端子1に1本の足部1bが設けられている場合を示したが、図5(a)に示すように、2本の足部1bが設けられていてもよく、3本以上の足部1bを設けることもできる。このように足部1bが複数本設けられていれば、各足部1bを蓋板2の複数箇所の貫通孔2aにそれぞれ嵌入させることにより、端子1の上下方向の軸を中心にした回転方向の位置決めを確実に行うことができるので、接続部1dの前方面が正確に前方を向くように蓋板2に取り付けることができるようになる。従って、複数の電池を同じ方向に向けた場合に、これら各電池の端子1、1の接続部1dの前方面が全て正確に前方を向くようになっていれば、これらの電池の端子1、1間に接続された接続杆4がいずれの端子1においても接続部1dの前方面に確実に密着するようになるので、これらの接続杆4と端子1との密着が不十分なために接触抵抗が大きくなるのを防止することができる。
また、パッキン3による蓋板2との間の封止を確実に行うことができるのであれば、図5(a)に示す端子1のように、台座部1aを設けるのを省略することもできる。さらに、例えば溶接やハーメチックシール等を用いることにより端子1と蓋板2との間の封止が確実に行われるのであれば、必ずしもパッキン3を用いる必要はない。ただし、蓋板2が絶縁体でない限り、溶接等を用いるときは、端子1と蓋板2との絶縁が行われないので、正負いずれかの端子1だけを蓋板2に取り付ける場合に限られる。
ところで、接続杆4を端子1にレーザ溶接等によって接続するようなタイプの電池であれば、図5(b)に示すように、端子1の接続部1dには、平坦面である溶接面だけが形成されていれば足りる。
また、上記実施形態では、端子1の接続部1dに接続孔1eや接続突起1fが設けられる場合を示したが、接続孔1eに代えて、ボルト7やリベットが通るような接続溝を穿設してもよい。このような接続溝としては、例えば、接続孔1eの一部が切り欠かれたような形状の溝、即ち横断面がフラスコ形状の溝等がある。
また、上記実施形態では、端子1の接続部1dが角ばった方形である場合を示したが、少なくとも広い面積で接続杆4との圧接が可能な形状の面があれば、この形状は任意であり、例えば角部にそれぞれ面取りが設けられていてもよい。
また、上記実施形態では、端子1の足部1bが蓋板2にかしめによって固着される場合を示したが、この足部1bは、レーザ溶接やTIG溶接等の溶接や圧接によって固着されていてもよい。
また、上記実施形態では、電池ケースの蓋板2に端子1を取り付ける場合を示したが、電池ケースのいずれかの部位に取り付けられていればよく、例えば電池容器6に端子1を取り付ける場合でも同様に実施可能である。さらに、電池ケースは、上記実施形態のような電池容器6と蓋板2からなる角型のものに限らず、この電池ケースの形状や構成は任意である。
また、上記実施形態では、端子1に接続杆4を取り付ける場合を示したが、端子1に接続される導電性の接続部材であれば、必ずしも杆状(棒状)のものには限定されない。
また、上記実施形態では、非水電解質二次電池について説明したが、電池ケースに端子を取り付けたものであれば、他の種類の電池であっても、同様に実施可能である。
1 端子
1a 台座部
1b 足部
1c ボルト部
1d 接続部
1e 接続孔
1f 接続突起
2 蓋板
2a 貫通孔
3 パッキン
4 接続杆
4a 貫通孔
5 ナット
6 電池容器
7 ボルト
11 単電池
12 スペーサー
12a 取付孔
13 スペーサー
14 リベット
1a 台座部
1b 足部
1c ボルト部
1d 接続部
1e 接続孔
1f 接続突起
2 蓋板
2a 貫通孔
3 パッキン
4 接続杆
4a 貫通孔
5 ナット
6 電池容器
7 ボルト
11 単電池
12 スペーサー
12a 取付孔
13 スペーサー
14 リベット
Claims (1)
- 単電池と、
前記単電池を挟持する少なくとも2枚のスペーサーと、
前記2枚のスペーサーのうち一方のスペーサーに埋め込まれた接続部材と、を備え、
前記接続部材は、前記単電池と、前記単電池と隣接する他の単電池とを電気的に接続する電池モジュール。
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