JP5245300B2

JP5245300B2 - 電池

Info

Publication number: JP5245300B2
Application number: JP2007165468A
Authority: JP
Inventors: 雅和 ▲堤▼; 伸介吉竹; 丈佐々木
Original assignee: GS Yuasa International Ltd
Current assignee: GS Yuasa International Ltd
Priority date: 2007-06-22
Filing date: 2007-06-22
Publication date: 2013-07-24
Anticipated expiration: 2027-06-22
Also published as: JP2009004277A

Description

本発明は、電池ケースに端子を取り付けた電池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。
特開２００６−１４００２３（第３頁、第１図）特開２００６−２６０８７５特開２００６−６０１８１（第８頁、第１４−１５図）

本発明は、端子に穿設方向等が電池ケースと交差しない接続孔等を設けることにより、この端子の足部と電池ケースとの固着部に大きな負担を加えない電池を提供しようとするものである。

請求項１の発明は、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、前記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。

請求項１の発明によれば、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。

請求項１の発明によれば、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。

本発明の一実施形態を示すものであって、電池の端子の取り付け構造と、この端子に接続杆をボルトとナットで接続する構造を示す分解斜視図である。本発明の一実施形態を示すものであって、複数の単電池によって構成された電池モジュールの斜視図である。本発明の他の実施形態を示すものであって、電池の端子の取り付け構造と、この端子に接続杆をかしめによって接続する構造を示す分解斜視図である。本発明の他の実施形態を示すものであって、（ａ）接続孔をねじ孔とした端子と、（ｂ）接続孔に代えてボルト状の接続突起を設けた端子を示す斜視図である。（ａ）本発明の他の実施形態である２本の足部を設けた端子と、（ｂ）接続部に平坦面のみを設けた端子を示す斜視図である。従来例を示すものであって、電池の端子の取り付け構造と、この端子に接続杆をナットで接続する構造を示す分解斜視図である。

符号の説明

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

Claims

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前記電池ケースに固着され、
前記接続部材と前記接続部とは、トルクまたは押圧力が前記接続部に加わる手段によって接続され、
前記接続部材は、前記電池ケースを挟持するスペーサに埋め込まれている電池。
前記接続部材は、インサート成形によって前記スペーサに埋め込まれている請求項１に記載の電池。