JP2020009565A - 蓄電装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】安全性の向上を図ることができる蓄電装置を提供する。【解決手段】正極端子120を有する蓄電素子100と、正極端子120に接続されるバスバー200とを備える蓄電装置10であって、正極端子120は、電流の流れる方向と直交する平面での断面積S1が、正極端子120とバスバー200との接触面積S2よりも小さいヒューズ部121aを有する。【選択図】図3
Description
本発明は、電極端子を有する蓄電素子と、当該電極端子に接続されるバスバーとを備える蓄電装置に関する。
従来、電極端子を有する蓄電素子と、当該電極端子に接続されるバスバーとを備える蓄電装置が広く知られている。例えば、特許文献1には、外部端子(電極端子)を備えた単電池(蓄電素子)と、当該外部端子に溶接されるバスバーとを備える組電池(蓄電装置)が開示されている。
上記従来のような構成の蓄電装置では、蓄電素子の電極端子とバスバーとの接触面積が小さい場合、大電流が流れる等の異常時に、当該電極端子とバスバーとの接触部分が溶断するおそれがある。本願発明者は、当該電極端子とバスバーとの接触部分が溶断すると、振動等によって、当該電極端子とバスバーとが再度接触したり離れたりして、導通と非導通とを繰り返す場合があることを見出した。このような場合、蓄電装置の安全性が懸念されるため、上記従来のような構成の蓄電装置において、安全性のさらなる向上が望まれる。
本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、安全性の向上を図ることができる蓄電装置を提供することを目的とする。
上記目的を達成するために、本発明の一態様に係る蓄電装置は、電極端子を有する蓄電素子と、前記電極端子に接続されるバスバーとを備える蓄電装置であって、前記電極端子は、電流の流れる方向と直交する平面での断面積が、前記電極端子と前記バスバーとの接触面積よりも小さいヒューズ部を有する。
これによれば、蓄電装置において、蓄電素子の電極端子は、電流の流れる方向と直交する平面での断面積が、電極端子とバスバーとの接触面積よりも小さいヒューズ部を有している。このように、電極端子のヒューズ部の当該断面積を、電極端子とバスバーとの接触面積よりも小さくする。これにより、大電流が流れる等の異常時には、電極端子のヒューズ部が溶断するため、電極端子とバスバーとの接触部分が溶断するのを抑制することができる。したがって、電極端子とバスバーとが導通と非導通とを繰り返すようなことを抑制することができるため、蓄電装置の安全性の向上を図ることができる。
また、前記電極端子と前記バスバーとは接合されて、接合部が形成されており、前記ヒューズ部は、前記断面積が、前記接合部に含まれる前記電極端子と前記バスバーとの境界面の面積よりも小さいことにしてもよい。
これによれば、蓄電素子の電極端子のヒューズ部は、電流の流れる方向と直交する平面での断面積が、電極端子とバスバーとの接合部に含まれる電極端子とバスバーとの境界面の面積よりも小さい。ここで、本願発明者は、電極端子とバスバーとが接合されている場合には、ヒューズ部の当該断面積が、接合部に含まれる電極端子とバスバーとの境界面の面積よりも大きいと、大電流が流れる等の異常時に、電極端子とバスバーとの接触部分が溶断しやすいことを見出した。このため、ヒューズ部の当該断面積を、当該接合部の当該境界面の面積よりも小さくする。これにより、大電流が流れる等の異常時には、ヒューズ部が溶断するため、電極端子とバスバーとの接触部分が溶断するのを抑制することができる。したがって、電極端子とバスバーとが導通と非導通とを繰り返すようなことを抑制することができるため、蓄電装置の安全性の向上を図ることができる。
また、前記ヒューズ部は、前記断面積が、前記バスバーにおける電流の流れる方向と直交する平面での断面積の最小値よりも小さいことにしてもよい。
これによれば、蓄電素子の電極端子のヒューズ部は、電流の流れる方向と直交する平面での断面積が、バスバーにおける電流の流れる方向と直交する平面での断面積の最小値よりも小さい。ここで、バスバーの当該断面積が小さいと、大電流が流れる等の異常時に、バスバーが溶断する。しかしながら、本願発明者は、例えばバスバーが健全な蓄電素子の近傍で溶断するような場合には、熱によって、当該健全な蓄電素子が損傷する等の不具合が生じるおそれがあることを見出した。このため、ヒューズ部の当該断面積を、バスバーの当該断面積よりも小さくする。これにより、大電流が流れる等の異常時には、ヒューズ部が溶断するため、バスバーが溶断するのを抑制することができる。したがって、当該健全な蓄電素子に不具合を生じさせるようなことを抑制することができるため、蓄電装置の安全性の向上を図ることができる。
また、前記蓄電素子は、さらに、前記電極端子に接続される集電体を有し、前記ヒューズ部は、前記断面積が、前記集電体における電流の流れる方向と直交する平面での断面積の最小値よりも小さいことにしてもよい。
これによれば、蓄電素子の電極端子のヒューズ部は、電流の流れる方向と直交する平面での断面積が、集電体における電流の流れる方向と直交する平面での断面積の最小値よりも小さい。ここで、集電体の当該断面積が小さいと、大電流が流れる等の異常時に、集電体が溶断する。しかしながら、本願発明者は、集電体が溶断すると、溶断時の溶融した金属が蓄電素子の内部に入り込み、蓄電素子の内部の部材を損傷させたり短絡を招いたりするおそれがあることを見出した。また、集電体が溶断すると、蓄電素子の内部の電力を放電することもできない。このため、ヒューズ部の当該断面積を、集電体の当該断面積よりも小さくする。これにより、大電流が流れる等の異常時には、ヒューズ部が溶断するため、集電体が溶断するのを抑制することができる。したがって、蓄電素子の内部の部材の損傷や短絡を抑制することができ、また、蓄電素子の内部の電力を放電することもできるため、蓄電装置の安全性の向上を図ることができる。
なお、本発明は、このような蓄電装置として実現することができるだけでなく、上記のヒューズ部を有する電極端子、または、当該電極端子を有する蓄電素子としても実現することができる。
本発明における蓄電装置によれば、安全性の向上を図ることができる。
以下、図面を参照しながら、本発明の実施の形態(及びその変形例)に係る蓄電装置について説明する。なお、以下で説明する実施の形態は、包括的または具体的な例を示すものである。以下の実施の形態で示される数値、形状、材料、構成要素、構成要素の配置位置及び接続形態、製造工程、製造工程の順序などは、一例であり、本発明を限定する主旨ではない。また、以下の実施の形態における構成要素のうち、最上位概念を示す独立請求項に記載されていない構成要素については、任意の構成要素として説明される。また、各図は、模式図であり、寸法等は必ずしも厳密に図示したものではない。さらに、各図において、同一または同様な構成要素については同じ符号を付している。
また、以下の説明及び図面中において、1つの蓄電素子における電極端子(つまり、正極端子及び負極端子)の並び方向、1つの蓄電素子における集電体(つまり、正極集電体及び負極集電体)の並び方向、または、蓄電素子の容器の短側面の対向方向をX軸方向と定義する。また、蓄電素子の並び方向、蓄電素子の容器の長側面の対向方向、当該容器の厚さ方向、または、バスバーの延設方向をY軸方向と定義する。また、蓄電装置の外装体本体と蓋との並び方向、蓄電素子の容器本体と蓋との並び方向、蓄電素子の容器の短側面の長手方向、または、上下方向をZ軸方向と定義する。これらX軸方向、Y軸方向及びZ軸方向は、互いに交差(本実施の形態では直交)する方向である。なお、使用態様によってはZ軸方向が上下方向にならない場合も考えられるが、以下では説明の便宜のため、Z軸方向を上下方向として説明する。また、以下の説明において、例えば、X軸方向プラス側とは、X軸の矢印方向側を示し、X軸方向マイナス側とは、X軸方向プラス側とは反対側を示す。Y軸方向及びZ軸方向についても同様である。
(実施の形態)
[1 蓄電装置の全般的な説明]
まず、本実施の形態における蓄電装置10の全般的な説明を行う。図1は、本実施の形態に係る蓄電装置10の外観を示す斜視図である。なお、同図は、外装体400を透視して外装体400内方を示した図となっており、外装体400(及び2つの外部端子410)は破線で示している。
[1 蓄電装置の全般的な説明]
まず、本実施の形態における蓄電装置10の全般的な説明を行う。図1は、本実施の形態に係る蓄電装置10の外観を示す斜視図である。なお、同図は、外装体400を透視して外装体400内方を示した図となっており、外装体400(及び2つの外部端子410)は破線で示している。
蓄電装置10は、外部からの電気を充電し、また外部へ電気を放電することができる装置である。例えば、蓄電装置10は、電力貯蔵用途や電源用途などに使用される電池モジュール(組電池)である。具体的には、蓄電装置10は、例えば、電気自動車(EV)、ハイブリッド電気自動車(HEV)またはプラグインハイブリッド電気自動車(PHEV)等の自動車、自動二輪車、ウォータークラフト、スノーモービル、農業機械、建設機械などの移動体の駆動用またはエンジン始動用のバッテリ等として用いられる。蓄電装置10は、例えば、3A以上の電流が流れる大型の(小型ではない)蓄電装置である。
図1に示すように、蓄電装置10は、複数の蓄電素子100(本実施の形態では、6つの蓄電素子100a〜100f)と、バスバー200及び300と、これら蓄電素子100等を収容する外装体400とを備えている。なお、蓄電装置10は、蓄電素子100間に配置されるスペーサ、蓄電素子100を拘束する拘束部材(サイドプレート)やエンドプレート、バスバー200等の位置決めを行うバスバーフレーム、蓄電素子100の充電状態や放電状態を監視するための回路基板やリレー等の電気機器なども備えていてもよいが、これらの図示は省略し、詳細な説明も省略する。
外装体400は、蓄電装置10の外装体を構成する略直方体形状(箱形)の容器(モジュールケース)である。つまり、外装体400は、蓄電素子100等の外方に配置され、これら蓄電素子100等を所定の位置に配置し、衝撃などから保護する。また、外装体400は、例えば、ポリカーボネート(PC)、ポリプロピレン(PP)、ポリエチレン(PE)、ポリフェニレンサルファイド樹脂(PPS)、ポリブチレンテレフタレート(PBT)またはABS樹脂等の絶縁材料により構成されている。外装体400は、これにより、蓄電素子100等が外部の金属部材などに接触することを回避する。
具体的には、外装体400は、箱形の本体部分と蓋部分とを有しており、外装体400内に蓄電素子100及びバスバー200、300等が収容される。また、外装体400には、2つの外部端子410が設けられている。この2つの外部端子410は、蓄電装置10の外部からの電気を充電し、また蓄電装置10の外部へ電気を放電するための正極側及び負極側の外部接続端子であり、アルミニウム、アルミニウム合金、銅または銅合金等の金属製の導電部材等で形成されている。なお、外装体400は、蓄電素子100間を仕切る仕切板等を有していてもよい。また、外装体400の形状及び材質は、上記には限定されない。
蓄電素子100は、電気を充電し、また、電気を放電することのできる二次電池(単電池)であり、より具体的には、リチウムイオン二次電池などの非水電解質二次電池である。本実施の形態では、6個の扁平な直方体形状(角形)の蓄電素子100(蓄電素子100a〜100f)が、直列に接続されて配置されている。この蓄電素子100の構成の詳細な説明については、後述する。
なお、蓄電素子100の個数は6個に限定されず、他の複数個数または1個であってもよい。また、蓄電素子100の形状は、直方体形状(角形)には限定されず、円柱形状や長円柱形状等であってもよいし、ラミネート型の蓄電素子とすることもできる。また、蓄電素子100は、非水電解質二次電池には限定されず、非水電解質二次電池以外の二次電池であってもよいし、キャパシタであってもよい。また、蓄電素子100は、二次電池ではなく、使用者が充電をしなくても蓄えられている電気を使用できる一次電池であってもよい。さらに、蓄電素子100は、固体電解質を用いた電池であってもよい。
バスバー200及び300は、複数の蓄電素子100の上方に配置される部材である。バスバー200及び300は、導電性の矩形状かつ平板状の部材であり、複数の蓄電素子100同士、及び、端部の蓄電素子100と外部端子410とを電気的に接続する。例えば、バスバー200及び300は、アルミニウムまたはアルミニウム合金等の金属製の導電部材等で形成されている。具体的には、バスバー200は、隣接する蓄電素子100において、一の蓄電素子100の電極端子と、他の蓄電素子100の電極端子とを電気的に接続する。また、バスバー300は、端部の蓄電素子100の電極端子と、外部端子410とを電気的に接続する。なお、図1では、バスバー300は、外部端子410との接続部分を省略して図示している。
例えば、バスバー200は、一端が蓄電素子100aの正極端子に溶接等により接合され、他端が蓄電素子100bの負極端子に溶接等により接合されることで、蓄電素子100aの正極端子と蓄電素子100bの負極端子とを電気的に接続する。このように、バスバー200は、複数の蓄電素子100(蓄電素子100a〜100f)を直列に順次接続する。さらに、バスバー300は、一端が蓄電素子100aの負極端子に溶接等により接合され、他端が負極側の外部端子410にボルト締結等により接合されることで、蓄電素子100aの負極端子と負極側の外部端子410とを電気的に接続する。同様に、バスバー300は、蓄電素子100fの正極端子と正極側の外部端子410とを電気的に接続する。これらバスバー200及び300が蓄電素子100の電極端子に接続(接合)される構成の詳細な説明については、後述する。
なお、バスバー200及び300は、複数の蓄電素子100を並列に接続するように配置されていてもかまわない。また、バスバー200及び300の材質は、特に限定されず、銅、銅合金、ステンレス鋼等の金属、または、金属以外の導電性の部材等で形成されていてもよいが、溶接可能な部材で形成されているのが好ましい。また、バスバー200及び300の形状も、特に限定されない。
[2 蓄電素子の詳細な説明]
次に、蓄電素子100(蓄電素子100a〜100f)について、詳細に説明する。なお、蓄電素子100a〜100fは、全て同様の構成を有するため、以下では、蓄電素子100として説明する。図2は、本実施の形態に係る蓄電素子100の構成を示す分解斜視図である。
次に、蓄電素子100(蓄電素子100a〜100f)について、詳細に説明する。なお、蓄電素子100a〜100fは、全て同様の構成を有するため、以下では、蓄電素子100として説明する。図2は、本実施の形態に係る蓄電素子100の構成を示す分解斜視図である。
図2に示すように、蓄電素子100は、容器本体111及び蓋体112からなる容器110と、正極端子120と、負極端子130とを備えており、容器110の内方には、正極集電体140と、負極集電体150と、電極体160とが収容されている。なお、蓋体112と正極端子120及び正極集電体140との間には、絶縁性及び気密性を高めるためにガスケット等が配置されているが、同図では省略して図示している。負極側についても、同様である。また、容器110の内部には、電解液(非水電解質)が封入されているが、図示は省略する。なお、当該電解液としては、蓄電素子100の性能を損なうものでなければその種類に特に制限はなく、様々なものを選択することができる。また、上記の構成要素の他、正極集電体140及び負極集電体150の側方に配置されるスペーサ、容器110内の圧力が上昇したときに当該圧力を開放するためのガス排出弁や電解液の注液部、または、電極体160等を包み込む絶縁フィルムなどが配置されていてもよい。
容器110は、矩形筒状で底を備える容器本体111と、容器本体111の開口を閉塞する板状部材である蓋体112とで構成されている。また、容器110は、電極体160等を内部に収容後、容器本体111と蓋体112とが溶接等されることにより、内部が密封される構造となっている。なお、容器本体111及び蓋体112の材質は特に限定されず、例えばステンレス鋼、アルミニウム、アルミニウム合金、鉄、メッキ鋼板など溶接可能な金属とすることができるが、樹脂を用いることもできる。
電極体160は、正極板と負極板とセパレータとが積層されて形成された蓄電要素(発電要素)である。ここで、電極体160が有する正極板は、アルミニウムまたはアルミニウム合金などの金属からなる長尺帯状の集電箔である正極基材層上に正極活物質層が形成されたものである。また、負極板は、銅または銅合金などの金属からなる長尺帯状の集電箔である負極基材層上に負極活物質層が形成されたものである。また、正極活物質層に用いられる正極活物質、負極活物質層に用いられる負極活物質としては、リチウムイオンを吸蔵放出可能なものであれば、適宜公知の材料を使用できる。
具体的には、電極体160は、正極板と負極板とが、セパレータを介して、巻回軸(本実施の形態ではX軸方向に平行な仮想軸)の方向に互いにずらして巻回されている。そして、正極板及び負極板は、それぞれのずらされた方向の端部に、活物質が塗工されず(活物質層が形成されず)基材層が露出した部分(活物質層非形成部)を有している。つまり、電極体160は、巻回軸方向の一端部(X軸方向マイナス側の端部)に、正極板の活物質層非形成部が積層されて束ねられた正極集束部161を有している。また、電極体160は、巻回軸方向の他端部(X軸方向プラス側の端部)に、負極板の活物質層非形成部が積層されて束ねられた負極集束部162を有している。なお、本実施の形態では、電極体160の断面形状として長円形状を図示しているが、円形状または楕円形状でもよい。
正極端子120は、電極体160の正極板に電気的に接続される電極端子であり、負極端子130は、電極体160の負極板に電気的に接続される電極端子である。つまり、正極端子120及び負極端子130は、電極体160に蓄えられている電気を蓄電素子100の外部空間に導出し、また、電極体160に電気を蓄えるために蓄電素子100の内部空間に電気を導入するための金属製の電極端子である。正極端子120及び負極端子130は、蓋体112に取り付けられている。
具体的には、正極端子120は、端子本体部121と、軸部122とを有している。端子本体部121は、バスバー200または300が接続(接合)される平板状かつ略矩形状の部位である。軸部122は、端子本体部121の下面(Z軸方向マイナス側の面)の中央部または外側寄り(X軸方向マイナス側寄り)の位置から、下方(Z軸方向マイナス側)に向けて突出する円柱状の部位である。この軸部122が、蓋体112の貫通孔112aと正極集電体140の貫通孔140aとに挿入されて、かしめられることにより、正極端子120が正極集電体140とともに蓋体112に固定される。負極端子130についても同様に、平板状かつ矩形状の端子本体部131と、円柱状の軸部132とを有している。そして、軸部132が、蓋体112の貫通孔112bと負極集電体150の貫通孔150aとに挿入されて、かしめられることにより、負極端子130が負極集電体150とともに蓋体112に固定される。
なお、正極端子120の材質は特に限定されないが、例えば、電極体160の正極基材層と同様、アルミニウムまたはアルミニウム合金などの金属で形成されている。また、負極端子130についても、材質は特に限定されないが、例えば、端子本体部131は、正極端子120と同様、アルミニウムまたはアルミニウム合金などの金属で形成され、軸部132は、電極体160の負極基材層と同様、銅または銅合金などの金属で形成されている。
ここで、正極端子120の端子本体部121は、ヒューズ機能を有するヒューズ部121aを有している。つまり、端子本体部121のX軸方向中央部またはX軸方向プラス側寄りの部位が、Y軸方向プラス側及びマイナス側に凹むことで、他の部位よりも断面積が小さいヒューズ部121aが形成されている。具体的には、ヒューズ部121aは、端子本体部121のY軸方向の幅が小さくなることで、電流の流れる方向(X軸方向)と直交する平面(YZ平面)での断面積が、端子本体部121の他の部位よりも小さくなっている部位である。これにより、ヒューズ部121aは、正極端子120に大電流が流れることで溶断し、正極端子120の導通状態を遮断する。
なお、本実施の形態では、ヒューズ部121aのZ軸方向の幅(厚み)は、端子本体部121の他の部位と同じであるが、ヒューズ部121aのZ軸方向の幅についても、端子本体部121の他の部位よりも小さくなっていてもよい。また、ヒューズ部121aの断面積が端子本体部121の他の部位よりも小さくなるのであれば、ヒューズ部121aのZ軸方向の幅は、端子本体部121の他の部位よりも大きくなっていてもよい。または、ヒューズ部121aのZ軸方向の幅が端子本体部121の他の部位よりも小さいことで、ヒューズ部121aの断面積が端子本体部121の他の部位よりも小さくなるのであれば、ヒューズ部121aのY軸方向の幅が端子本体部121の他の部位と同じか当該他の部位よりも大きくなっていてもよい。
このように、ヒューズ部121aは、正極端子120のうちの電流が流れる部分における、電流の流れる方向と直交する平面での断面積が、正極端子120の他の部位よりも小さくなっている部位である。つまり、ヒューズ部121aは、例えば、当該断面積が、電流が流れない部分よりも大きくなっていてもよく、正極端子120は、このようなヒューズ機能を有するヒューズ部121aを有している限り、その形状は特に限定されない。例えば、端子本体部121の形状は、上記には限定されず、Z軸方向から見た場合に、矩形状以外の多角形状、円形状、長円形状、または、楕円形状等であってもよいし、平板状ではなく湾曲した形状等でもあってもよい。
また、負極端子130についても、その形状は特に限定されないが、負極端子130は、ヒューズ部を有していない。つまり、正極端子120が有するヒューズ部121aは、電流の流れる方向と直交する平面での断面積が、負極端子130のうちの電流が流れる部分における、電流の流れる方向と直交する平面での断面積よりも小さくなるように形成されている。このヒューズ部121aの構成の詳細な説明については、後述する。
正極集電体140は、電極体160の正極集束部161側の端部と容器110との間に配置され、正極端子120と電極体160の正極板とに接続される導電性と剛性とを備えた部材である。また、負極集電体150は、電極体160の負極集束部162側の端部と容器110との間に配置され、負極端子130と電極体160の負極板とに接続される導電性と剛性とを備えた部材である。
具体的には、正極集電体140及び負極集電体150は、容器本体111の側壁から蓋体112に亘って当該側壁及び蓋体112に沿って屈曲状態で配置される導電性の板状部材である。正極集電体140及び負極集電体150は、蓋体112に固定的に接続(接合)されている。また、正極集電体140及び負極集電体150は、電極体160が有する積層された極板、つまり、正極集束部161及び負極集束部162にそれぞれ固定的に接続(接合)されている。この構成により、電極体160が、正極集電体140及び負極集電体150によって蓋体112から吊り下げられた状態で保持(支持)され、振動や衝撃などによる揺れが抑制される。
なお、正極集電体140の材質は、特に限定されないが、例えば、電極体160の正極基材層と同様、アルミニウムまたはアルミニウム合金などの金属で形成されている。また、負極集電体150の材質についても、特に限定されないが、例えば、電極体160の負極基材層と同様、銅または銅合金などの金属で形成されている。
ここで、正極集電体140は、上述の貫通孔140aが形成された端子接続部141と、端子接続部141のY軸方向両端部からZ軸方向マイナス側に向けて延設された2つの電極接続部142とを有している。端子接続部141は、正極端子120に接続(接合)される正極集電体140の基部である。つまり、端子接続部141は、正極集電体140の正極端子120側(上側、Z軸方向プラス側)に配置される平板状の部位であり、正極端子120に電気的及び機械的に接続される。
電極接続部142は、電極体160に接続(接合)される正極集電体140の脚部である。つまり、電極接続部142は、正極集電体140の電極体160側(下側、Z軸方向マイナス側)に配置される部位であり、電極体160に電気的及び機械的に接続される。具体的には、電極接続部142は、Z軸方向に延びる長尺状かつ平板状の部位であり、電極体160の正極集束部161のうちの2つの対向する平坦な集束部に、2つの電極接続部142がそれぞれ接合される。なお、負極集電体150についても、正極集電体140と同様の構成を有するため、負極集電体150の構成の詳細な説明は省略する。
[3 バスバーが蓄電素子の電極端子に接合される構成の詳細な説明]
次に、バスバー200及び300が蓄電素子100の電極端子に接合される構成について、詳細に説明する。図3は、本実施の形態に係るバスバー200が蓄電素子100の電極端子に接合された状態での構成を示す平面図である。具体的には、図3は、図1に示されたバスバー200が蓄電素子100aの正極端子120及び蓄電素子100bの負極端子130に溶接された状態を、Z軸方向プラス側から見た上面図である。また、図4は、本実施の形態に係るバスバー200と蓄電素子100の電極端子(同図では正極端子120)との接合部500を拡大して示す斜視図である。具体的には、図4は、図3に示された接合部500における正極端子120の端子本体部121とバスバー200との境界面510を示す斜視図である。なお、図3及び図4で示した以外のバスバー200及びバスバー300が蓄電素子100の電極端子に接合される構成についても、図3及び図4で示したバスバー200の場合と同様である。
次に、バスバー200及び300が蓄電素子100の電極端子に接合される構成について、詳細に説明する。図3は、本実施の形態に係るバスバー200が蓄電素子100の電極端子に接合された状態での構成を示す平面図である。具体的には、図3は、図1に示されたバスバー200が蓄電素子100aの正極端子120及び蓄電素子100bの負極端子130に溶接された状態を、Z軸方向プラス側から見た上面図である。また、図4は、本実施の形態に係るバスバー200と蓄電素子100の電極端子(同図では正極端子120)との接合部500を拡大して示す斜視図である。具体的には、図4は、図3に示された接合部500における正極端子120の端子本体部121とバスバー200との境界面510を示す斜視図である。なお、図3及び図4で示した以外のバスバー200及びバスバー300が蓄電素子100の電極端子に接合される構成についても、図3及び図4で示したバスバー200の場合と同様である。
これらの図に示すように、バスバー200は、隣り合う蓄電素子100の電極端子に載置されて当該電極端子に当接し、当該電極端子同士を電気的に接続している。具体的には、バスバー200が蓄電素子100の電極端子に接合されて、バスバー200と当該電極端子との接合部500が形成されている。例えば、バスバー200にレーザ光が照射され、バスバー200と蓄電素子100の電極端子とが接合(レーザ溶接)された接合部500が形成される。つまり、接合部500は、例えば、溶接によってバスバー200と当該電極端子とが溶融して結合された溶接部であり、本実施の形態では、Y軸方向に延びる長尺状かつ直線状に形成されている。
具体的には、バスバー200のY軸方向マイナス側の一端におけるX軸方向マイナス側の部位と、蓄電素子100aの正極端子120の端子本体部121におけるヒューズ部121aよりもX軸方向プラス側の部位とが溶接により接合され、接合部500が形成される。同様に、バスバー200のY軸方向プラス側の他端におけるX軸方向マイナス側の部位と、蓄電素子100bの負極端子130の端子本体部131におけるX軸方向プラス側の部位とが溶接により接合され、接合部500が形成される。これにより、バスバー200は、蓄電素子100aの正極端子120と蓄電素子100bの負極端子130とを電気的に接続する。
このような構成において、ヒューズ部121aは、電流の流れる方向と直交する平面での断面積が、蓄電素子100の電極端子とバスバー200との接触面積よりも小さく形成されている。つまり、図3に示すように、ヒューズ部121aは、電流の流れる方向(X軸方向)と直交する平面(YZ平面)での断面積S1が、蓄電素子100aの正極端子120とバスバー200との接触面積S2よりも、小さくなるように形成されている。なお、接触面積S2は、蓄電素子100aの正極端子120の端子本体部121とバスバー200とが接触(当接)している部分の面積である。同様に、ヒューズ部121aは、断面積S1が、蓄電素子100bの負極端子130の端子本体部131とバスバー200との接触面積よりも、小さくなるように形成されている。
また、ヒューズ部121aは、断面積S1が、接合部500に含まれる電極端子とバスバー200との境界面の面積よりも小さく形成されている。つまり、ヒューズ部121aは、図3に示すYZ平面における断面積S1が、図4に示す接合部500に含まれる正極端子120の端子本体部121とバスバー200との境界面510の面積S3よりも、小さくなるように形成されている。ここで、当該境界面510は、蓄電素子100aの正極端子120の端子本体部121とバスバー200との境界面のうちの接合部500に含まれる部分であり、図4においてハッチング(複数のドット)を施したXY平面に平行な面である。同様に、ヒューズ部121aは、断面積S1が、蓄電素子100bの負極端子130の端子本体部131とバスバー200との接合部500に含まれる端子本体部131とバスバー200との境界面の面積よりも、小さくなるように形成されている。
なお、接合部500の形状は、Y軸方向に延びる直線状には限定されず、Z軸方向から見て、X軸方向に延びる直線状、曲線状、円形状、円環状、角環状、X字状など、どのような形状であってもよい。また、1つの電極端子に対して、複数の接合部500が形成されていてもよい。この場合、面積S3は、当該複数の接合部500における当該電極端子とバスバー200との境界面の面積の合計値となる。
また、ヒューズ部121aは、断面積S1が、バスバー200における電流の流れる方向と直交する平面での断面積の最小値よりも小さく形成されている。つまり、図3に示すように、ヒューズ部121aは、YZ平面における断面積S1が、バスバー200における電流の流れる方向(Y軸方向)と直交する平面(XZ平面)での断面積S4よりも、小さくなるように形成されている。なお、断面積S4は、バスバー200のうちの電流が流れる部分における、電流の流れる方向と直交する平面での断面積の最小値である。
さらに、ヒューズ部121aは、断面積S1が、正極集電体140における電流の流れる方向と直交する平面での断面積の最小値よりも小さく形成されている。つまり、ヒューズ部121aは、図3に示すYZ平面における断面積S1が、図2に示す正極集電体140の電極接続部142における電流の流れる方向(Z軸方向)と直交する平面(XY平面)での断面積S5よりも、小さくなるように形成されている。なお、断面積S5は、正極集電体140のうちの電流が流れる部分における、電流の流れる方向と直交する平面での断面積の最小値であり、具体的には、正極集電体140が有する2つの電極接続部142におけるXY平面での断面積の合計値である。ただし、正極集電体140において、電極接続部142よりも端子接続部141の方が、電流の流れる方向と直交する平面での断面積が小さい場合には、断面積S5は、端子接続部141の断面積となる。同様に、ヒューズ部121aは、断面積S1が、負極集電体150における電流の流れる方向と直交する平面での断面積の最小値よりも小さくなるように形成されている。
[4 効果の説明]
以上のように、本発明の実施の形態に係る蓄電装置10によれば、蓄電素子100の正極端子120は、電流の流れる方向と直交する平面での断面積が、正極端子120とバスバー200との接触面積よりも小さいヒューズ部121aを有している。このように、正極端子120のヒューズ部121aの当該断面積を、正極端子120とバスバー200との接触面積よりも小さくする。これにより、大電流が流れる等の異常時には、正極端子120のヒューズ部121aが溶断するため、正極端子120とバスバー200との接触部分が溶断するのを抑制することができる。したがって、正極端子120とバスバー200とが接触したり離れたりして正極端子120とバスバー200とが導通と非導通とを繰り返すようなことを抑制することができるため、蓄電装置10の安全性の向上を図ることができる。
以上のように、本発明の実施の形態に係る蓄電装置10によれば、蓄電素子100の正極端子120は、電流の流れる方向と直交する平面での断面積が、正極端子120とバスバー200との接触面積よりも小さいヒューズ部121aを有している。このように、正極端子120のヒューズ部121aの当該断面積を、正極端子120とバスバー200との接触面積よりも小さくする。これにより、大電流が流れる等の異常時には、正極端子120のヒューズ部121aが溶断するため、正極端子120とバスバー200との接触部分が溶断するのを抑制することができる。したがって、正極端子120とバスバー200とが接触したり離れたりして正極端子120とバスバー200とが導通と非導通とを繰り返すようなことを抑制することができるため、蓄電装置10の安全性の向上を図ることができる。
また、ヒューズ部121aは、電流の流れる方向と直交する平面での断面積が、正極端子120とバスバー200との接合部500に含まれる正極端子120とバスバー200との境界面の面積よりも小さい。ここで、本願発明者は、正極端子120とバスバー200とが接合されている場合には、ヒューズ部121aの当該断面積が、接合部500に含まれる正極端子120とバスバー200との境界面の面積よりも大きいと、大電流が流れる等の異常時に、正極端子120とバスバー200との接触部分が溶断しやすいことを見出した。このため、ヒューズ部121aの当該断面積を、当該接合部500の当該境界面の面積よりも小さくする。これにより、大電流が流れる等の異常時には、ヒューズ部121aが溶断するため、正極端子120とバスバー200との接触部分が溶断するのを抑制することができる。したがって、正極端子120とバスバー200とが接触したり離れたりして正極端子120とバスバー200とが導通と非導通とを繰り返すようなことを抑制することができるため、蓄電装置10の安全性の向上を図ることができる。
また、ヒューズ部121aは、電流の流れる方向と直交する平面での断面積が、バスバー200における電流の流れる方向と直交する平面での断面積の最小値よりも小さい。ここで、バスバー200の当該断面積が小さいと、大電流が流れる等の異常時に、バスバー200が溶断する。しかしながら、本願発明者は、例えばバスバー200が健全な蓄電素子100の近傍で溶断するような場合には、熱によって、当該健全な蓄電素子100が損傷する等の不具合が生じるおそれがあることを見出した。このため、ヒューズ部121aの当該断面積を、バスバー200の当該断面積よりも小さくする。これにより、大電流が流れる等の異常時には、ヒューズ部121aが溶断するため、バスバー200が溶断するのを抑制することができる。したがって、当該健全な蓄電素子100に不具合を生じさせるようなことを抑制することができるため、蓄電装置10の安全性の向上を図ることができる。
また、ヒューズ部121aは、電流の流れる方向と直交する平面での断面積が、正極集電体140における電流の流れる方向と直交する平面での断面積の最小値よりも小さい。ここで、正極集電体140の当該断面積が小さいと、大電流が流れる等の異常時に、正極集電体140が溶断する。しかしながら、本願発明者は、正極集電体140が溶断すると、溶断時の溶融した金属が蓄電素子100の内部に入り込み、蓄電素子100の内部の部材を損傷させたり短絡を招いたりするおそれがあることを見出した。また、正極集電体140が溶断すると、蓄電素子100の内部の電力を放電することもできない。このため、ヒューズ部121aの当該断面積を、正極集電体140の当該断面積よりも小さくする。これにより、大電流が流れる等の異常時には、ヒューズ部121aが溶断するため、正極集電体140が溶断するのを抑制することができる。したがって、蓄電素子100の内部の部材の損傷や短絡を抑制することができ、また、蓄電素子100の内部の電力を放電することもできるため、蓄電装置10の安全性の向上を図ることができる。
また、ヒューズ部121aは、正極端子120の端子本体部121が凹むことで形成されている。つまり、端子本体部121を凹ませることで、ヒューズ部121aを形成することができる。このため、ヒューズ部121aを容易に形成することができるため、正極端子120を容易に作製することができる。
また、一般的に、正極端子120は、抵抗の高いアルミニウムで形成されているため、銅製の負極端子130に比べて、大電流が流れる等の異常時に高温になりやすく、溶断しやすい。このため、溶断しやすい正極端子120にヒューズ部121aを設け、溶断しにくい負極端子130にはヒューズ部を設けないことで、簡易な構成で、ヒューズ機能を実現することができる。
また、正極端子120とバスバー300とが接合される場合についても、上述と同様の効果を奏することができる。
[5 変形例の説明]
以上、本発明の実施の形態に係る蓄電装置10について説明したが、本発明は、この実施の形態に限定されるものではない。つまり、今回開示された実施の形態は、全ての点で例示であって制限的なものではなく、本発明の範囲は、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内での全ての変更が含まれる。
以上、本発明の実施の形態に係る蓄電装置10について説明したが、本発明は、この実施の形態に限定されるものではない。つまり、今回開示された実施の形態は、全ての点で例示であって制限的なものではなく、本発明の範囲は、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内での全ての変更が含まれる。
例えば、上記実施の形態では、正極端子120がヒューズ部121aを有していることとした。しかし、負極端子130がヒューズ部を有していることにしてもよい。つまり、正極端子120及び負極端子130がともにヒューズ部を有していることにしてもよいし、正極端子120はヒューズ部121aを有しておらず、負極端子130のみがヒューズ部121aと同様のヒューズ部を有していることにしてもよい。
また、上記実施の形態では、電極端子(正極端子120及び負極端子130)は、レーザ溶接により、バスバー200に接続されることとした。しかし、電極端子は、抵抗溶接または超音波接合等の溶接による接合や、かしめまたはボルト締結等の機械的な接合等によって、バスバー200に接続されることにしてもよい。つまり、接合部500は、溶接による接合部であってもよいし、機械的な接合部であってもよい。なお、接合部500が機械的な接合部の場合には、応力が加えられて電極端子とバスバー200とが互いに食い込んで一体化している部分における電極端子とバスバー200との境界面の面積が、図4における面積S3に対応する。また、接合部500が機械的な接合部の場合でも、電極端子とバスバー200との接触面積が図3における接触面積S2に対応するが、例えばボルト締結の場合には、ボルト及びナットのネジ部の接触部分も当該接触面積に含まれる。
また、上記実施の形態では、全ての蓄電素子100が、ヒューズ部121aを有していることとした。しかし、一部の蓄電素子100が、ヒューズ部121aを有していないことにしてもよい。
また、上記実施の形態及び上記変形例を任意に組み合わせて構築される形態も、本発明の範囲内に含まれる。
また、本発明は、このような蓄電装置10として実現することができるだけでなく、ヒューズ部121aを有する電極端子、または、当該電極端子を有する蓄電素子100としても実現することができる。
本発明は、リチウムイオン二次電池などの蓄電素子を備えた蓄電装置等に適用できる。
10 蓄電装置
100、100a〜100f 蓄電素子
110 容器
111 容器本体
112 蓋体
112a、112b、140a、150a 貫通孔
120 正極端子
121、131 端子本体部
121a ヒューズ部
122、132 軸部
130 負極端子
140 正極集電体
141 端子接続部
142 電極接続部
150 負極集電体
160 電極体
161 正極集束部
162 負極集束部
200、300 バスバー
400 外装体
410 外部端子
500 接合部
510 境界面
100、100a〜100f 蓄電素子
110 容器
111 容器本体
112 蓋体
112a、112b、140a、150a 貫通孔
120 正極端子
121、131 端子本体部
121a ヒューズ部
122、132 軸部
130 負極端子
140 正極集電体
141 端子接続部
142 電極接続部
150 負極集電体
160 電極体
161 正極集束部
162 負極集束部
200、300 バスバー
400 外装体
410 外部端子
500 接合部
510 境界面
Claims (4)
- 電極端子を有する蓄電素子と、前記電極端子に接続されるバスバーとを備える蓄電装置であって、
前記電極端子は、電流の流れる方向と直交する平面での断面積が、前記電極端子と前記バスバーとの接触面積よりも小さいヒューズ部を有する
蓄電装置。 - 前記電極端子と前記バスバーとは接合されて、接合部が形成されており、
前記ヒューズ部は、前記断面積が、前記接合部に含まれる前記電極端子と前記バスバーとの境界面の面積よりも小さい
請求項1に記載の蓄電装置。 - 前記ヒューズ部は、前記断面積が、前記バスバーにおける電流の流れる方向と直交する平面での断面積の最小値よりも小さい
請求項1または2に記載の蓄電装置。 - 前記蓄電素子は、さらに、前記電極端子に接続される集電体を有し、
前記ヒューズ部は、前記断面積が、前記集電体における電流の流れる方向と直交する平面での断面積の最小値よりも小さい
請求項1〜3のいずれか1項に記載の蓄電装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2018127673A JP2020009565A (ja) | 2018-07-04 | 2018-07-04 | 蓄電装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2018127673A JP2020009565A (ja) | 2018-07-04 | 2018-07-04 | 蓄電装置 |
Publications (1)
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JP2020009565A true JP2020009565A (ja) | 2020-01-16 |
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ID=69152042
Family Applications (1)
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---|---|---|---|
JP2018127673A Pending JP2020009565A (ja) | 2018-07-04 | 2018-07-04 | 蓄電装置 |
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Country | Link |
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-
2018
- 2018-07-04 JP JP2018127673A patent/JP2020009565A/ja active Pending
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