JP6044454B2 - 蓄電装置モジュール - Google Patents

Description

本発明は、異なる蓄電装置の正極電極端子と負極電極端子を導通部材で接続して構成された蓄電装置モジュールに関する。

ＥＶ（Electric Vehicle）やＰＨＶ（Plug in Hybrid Vehicle）などの車両には、原動機となる電動機への供給電力を蓄える蓄電装置モジュールが搭載されている。蓄電装置モジュールは、蓄電装置としての二次電池について、複数の二次電池同士の電極端子を導通部材で電気的に接続して構成される。接続方法としては、両方の電極端子をねじ端子とし、導通部材をナットで締結する構造が一般的に用いられている。また、導通部材の一端を二次電池に溶接固定する構造も提案されており、例えば、正極及び負極のいずれか一方の電極端子をねじ端子とするとともに、他方の電極端子をブロック状端子とし、ねじ端子に対し導通部材をナットで締結するとともに、ブロック状端子に導通部材を溶接して接続する方法がある（例えば、特許文献１参照）。

特開２００９−８７７２１号公報

ところで、正極の電極端子がアルミニウム製で、負極の電極端子が銅製の二次電池がある。このような二次電池では、正極の電極端子は、大気に曝されると、容易にその表面に酸化皮膜が形成されてしまう。酸化皮膜は導電率が低く、導通部材をナットで締結する構造において、このような酸化皮膜が電極端子と導通部材との間に介在すると、電極端子と導通部材との接触抵抗が増大してしまう。そこで、正極の電極端子を特許文献１のようにブロック状端子とするとともに、負極の電極端子をねじ端子とし、導通部材をアルミニウム製として、正極の電極端子と導通部材とを溶接することで、正極の電極端子側での酸化皮膜による接触抵抗の増大を抑えることができる。しかし、アルミニウム製の導通部材の表面にも容易に酸化皮膜が形成されてしまい、負極の電極端子と導通部材との間に酸化皮膜が介在し、負極における電極端子と導通部材との接触抵抗が増大してしまう。

本発明は、アルミニウム系金属材料よりなる導通部材を用いつつ、正極電極端子及び負極電極端子のいずれも導通部材との接触抵抗が増大することを防止することができる蓄電装置モジュールを提供することにある。

上記問題点を解決するために、請求項１に記載の蓄電装置モジュールは、アルミニウム系金属材料よりなる正極電極端子、及び銅系金属材料よりなる負極電極端子を備え、前記正極電極端子及び前記負極電極端子の備える極柱部がケースの壁部から突出した蓄電装置が複数並設されるとともに、異なる蓄電装置の前記正極電極端子と前記負極電極端子を導通部材で接続して構成された蓄電装置モジュールであって、前記導通部材はアルミニウム系金属材料よりなる本体を備え、前記本体を貫通する挿通部を有するとともに、前記本体の表面における少なくとも前記挿通部の周囲で、かつ前記負極電極端子の極柱部との接触部にメッキ層を有しており、前記メッキ層は、スズによって形成されており、少なくとも前記負極電極端子は、前記極柱部にねじ部を有し、前記正極電極端子の極柱部と前記導通部材とは溶接によって接続されるとともに、前記負極電極端子の極柱部と前記導通部材とは、締結部材を前記ねじ部に螺合することによって接続されており、前記締結部材は前記メッキ層と接触していることを要旨とする。

これによれば、アルミニウム系金属材料の正極電極端子が大気に曝されると、表面に、容易に酸化皮膜が形成されるが、正極電極端子の極柱部と導通部材とは溶接によって接続されるため、溶接の熱によって酸化皮膜は消滅する。このため、溶接された正極電極端子の極柱部と導通部材との間に酸化皮膜は介在せず、正極電極端子と導通部材との接触抵抗が酸化皮膜によって増大することが無い。また、正極電極端子の極柱部と導通部材は同種金属（アルミニウム系金属）であるため、溶接を簡単かつ確実に行うことができる。

一方、導通部材において、本体の表面のうちメッキ層が設けられた箇所は、メッキ層により酸化皮膜が形成されることが防止される。このため、負極電極端子の極柱部と、導通部材とを締結部材で締結し、接続したとき、負極電極端子の極柱部と導通部材の接触部との間に酸化皮膜が介在せず、負極電極端子と導通部材との接触抵抗が酸化皮膜によって増大することが無い。

なお、アルミニウム系金属材料は、純アルミニウム及びアルミニウム合金を含み、銅系金属材料は、銅及び銅合金を含む。
また、蓄電装置モジュールについて、前記導通部材は、前記本体の表面全てに前記メッキ層を有するのが好ましい。

これによれば、例えば、導通部材の本体において、負極電極端子の極柱部との接触部だけにメッキ層を形成する場合と比べて、メッキ層の形成を簡単に行うことができる。
また、蓄電装置モジュールについて、前記蓄電装置は二次電池である。

本発明によれば、アルミニウム系金属材料よりなる導通部材を用いつつ、正極電極端子及び負極電極端子のいずれも導通部材との接触抵抗が増大することを防止することができる。

電池パックを示す分解斜視図。 電池パックを示す斜視図。 導通部材と負極電極端子との締結状態を示す図２の３−３線断面図。 導通部材と正極電極端子とを溶接した状態を示す図２の４−４線断面図。 （ａ）及び（ｂ）は導通部材におけるメッキ層の別例を示す斜視図。

以下、蓄電装置モジュールを電池パックに具体化した一実施形態を図１〜図４にしたがって説明する。
図１及び図２に示すように、電池パック７１は、蓄電装置としての二次電池１０を複数並設するとともに、異なる二次電池１０同士を導通部材６０で直列接続して構成されている。

図１、図３及び図４に示すように、二次電池１０は、金属製のケース１２を備え、ケース１２には電極組立体２０及び電解液１８が収容されている。また、ケース１２は、開口部１３ｄを有する直方体状のケース本体１３と、ケース本体１３の開口部１３ｄを閉塞する矩形平板状の蓋１４とからなる。ケース本体１３と蓋１４は、何れも金属製（例えば、ステンレスやアルミニウム合金）であり、ケース本体１３と蓋１４はレーザー溶接によって接合されている。また、本実施形態の二次電池１０は、その外周が角型をなす角型電池であり、電解液１８として非水電解液を用いるリチウムイオン電池である。

電極組立体２０は、複数の正極電極と、複数の負極電極が交互に積層されるとともに、両電極の間にセパレータが介在された積層構造である。電極組立体２０は、複数の正極電極の有する正極集電タブ３１ａを積層した正極タブ群３１を備えるとともに、複数の負極電極の有する負極集電タブ３２ａを積層した負極タブ群３２を備える。正極タブ群３１の少なくとも最外の正極集電タブ３１ａが、正極導電部材３３と溶接されるとともに、負極タブ群３２の少なくとも最外の負極集電タブ３２ａが負極導電部材３７と溶接されている。

図３及び図４に示すように、正極導電部材３３には、アルミニウム系金属材料としてのアルミニウム合金製の正極電極端子４１が溶接されるとともに、負極導電部材３７には、銅系金属材料としての銅製の負極電極端子４２が溶接されている。正極電極端子４１、及び負極電極端子４２は、それぞれ電極組立体２０と電気を授受する。正極電極端子４１は四角板状をなす基部４３を有するとともに、負極電極端子４２は四角板状をなす基部４４を有する。正極電極端子４１及び負極電極端子４２の基部４３，４４の中央からは円筒状の極柱部４５，４６が立設されるとともに、極柱部４５，４６の外周面に雄ねじ部４５ａ，４６ａを有する。また、各極柱部４５，４６において、蓋１４からの突出方向の先端に位置する面を、円環状の先端面４５ｆ，４６ｆとすると、極柱部４５，４６は、先端面４５ｆ，４６ｆから極柱部４５，４６の軸方向に沿って円穴状に凹む雌ねじ穴４８，４９を備える。そして、極柱部４５，４６は、雌ねじ穴４８，４９の内周面に、ねじ部としての雌ねじ部４８ａ，４９ａを有する。

基部４３，４４において、蓋１４の内面１４ａに対向する面を座面４３ａ，４４ａとするとともに、基部４３，４４の厚み方向に座面４３ａ，４４ａと反対側の面を組立体側端面４３ｂ，４４ｂとする。基部４３，４４には、樹脂製の端子カバー５０が装着されている。端子カバー５０は、基部４３，４４の座面４３ａ，４４ａと、蓋１４の内面１４ａとの間に配置される蓋側絶縁板５１を備える。蓋側絶縁板５１は、極柱部４５，４６が挿入される挿入部５１ａを有する。蓋側絶縁板５１は、該蓋側絶縁板５１の側縁から蓋１４から離れる方向に延びるケース側絶縁板５２を備える。ケース側絶縁板５２は矩形板状であり、蓋側絶縁板５１に対し垂直に延びている。ケース側絶縁板５２において、蓋１４から離れた側の先端には、組立体側絶縁板５３が蓋側絶縁板５１と同じ方向に向けて、かつ組立体側端面４３ｂ，４４ｂに沿って延設されている。ケース側絶縁板５２は矩形板状に形成されている。

蓋側絶縁板５１の挿入部５１ａには極柱部４５，４６が挿入され、蓋側絶縁板５１が極柱部４６，４６のほぼ全周を取り囲んでいる。また、蓋側絶縁板５１は基部４３，４４の座面４３ａ，４４ａ上に支持されている。基部４３，４４の座面４３ａ，４４ａ上には、Ｏリング５６が極柱部４５，４６を取り囲む状態に設けられている。組立体側絶縁板５３は、基部４３，４４の組立体側端面４３ｂ，４４ｂより電極組立体２０側に配置されている。また、組立体側絶縁板５３は、基部４３，４４と電極組立体２０との間に介装されている。

そして、端子カバー５０における蓋側絶縁板５１により、蓋１４と正極電極端子４１及び負極電極端子４２が電気的に絶縁されている。また、ケース側絶縁板５２により、ケース本体１３と、正極電極端子４１及び負極電極端子４２とが電気的に絶縁されている。さらに、組立体側絶縁板５３により、電極組立体２０と正極電極端子４１及び負極電極端子４２とが電気的に絶縁されている。

極柱部４５，４６は、蓋１４の透孔１４ｂを貫通してケース１２の外部に突出（露出）している。よって、本実施形態では、蓋１４がケース１２の壁部を構成している。蓋１４の透孔１４ｂの内周面と、極柱部４５，４６の外周面とは、絶縁部材１９によって絶縁されている。絶縁部材１９は、筒状部２４と、この筒状部２４の軸方向一端縁に設けられたフランジ部２５と、を有する。筒状部２４は、透孔１４ｂの内周面と、極柱部４５，４６の外周面との間に介装されている。フランジ部２５は、蓋１４の外面１４ｃにおいて透孔１４ｂの周囲に係止されている。

極柱部４５，４６の雄ねじ部４５ａ，４６ａにはナット５５が螺合されている。蓋１４の外面１４ｃと、ナット５５との間には、絶縁部材１９のフランジ部２５が挟圧され、フランジ部２５によってナット５５と蓋１４が絶縁されている。また、ナット５５と基部４３，４４との間に、フランジ部２５、蓋１４、Ｏリング５６及び蓋側絶縁板５１が狭圧されるとともに正極電極端子４１及び負極電極端子４２が蓋１４に締結されている。この締結状態では、Ｏリング５６は、圧縮状態で蓋１４の内面１４ａ及び基部４３，４４の座面４３ａ，４４ａに密接し、透孔１４ｂの周囲をシールしている。

図１及び図２に示すように、複数の二次電池１０同士は、正極電極端子４１が、隣り合う別の二次電池１０の負極電極端子４２に、負極電極端子４２が隣り合う別の二次電池１０の正極電極端子４１にそれぞれ導通部材６０を介して直列接続され、接続された複数の二次電池１０によって電池パック７１が構成されている。

図１、図３及び図４に示すように、二次電池１０同士を電気的に接続する導通部材６０は、アルミニウム系金属材料としてのアルミニウム合金製の本体６２を有するとともに、矩形状の本体６２の表面全面を被覆するメッキ層６３を有し、メッキ層６３はスズ製である。なお、スズも表面に酸化皮膜を生じることがあるが、スズの酸化皮膜は割れやすく、締結作業時などで容易に割れ、又は剥離し、接触抵抗への影響は少ない。導通部材６０は、長手方向の一端側に、本体６２を厚み方向に貫通する挿通部６０ａを有し、本体６２の表面のうち挿通部６０ａの周囲及び内周面もメッキ層６３で被覆されている。

図３に示すように、電池パック７１において、導通部材６０は、負極電極端子４２の極柱部４６に対し、締結部材６１によって締結されている。締結部材６１は、雌ねじ部４９ａに螺合する締結用雄ねじ部６１ａと、締結用雄ねじ部６１ａの軸方向一端の頭部６１ｂとを有する。

負極電極端子４２において、極柱部４６の先端面４６ｆには、導通部材６０の長手方向一端側（挿通部６０ａ側）が、挿通部６０ａを雌ねじ穴４９に連通させた状態で支持されるとともに、挿通部６０ａに挿通された締結部材６１の締結用雄ねじ部６１ａが雌ねじ穴４９の雌ねじ部４９ａに螺合されている。そして、導通部材６０は、締結部材６１の頭部６１ｂと、極柱部４６の先端面４６ｆとの間に挟持されている。本体６２の表面において、挿通部６０ａの周囲で、かつ極柱部４６の先端面４６ｆと対向する円環状の部位はメッキ層６３を介して先端面４６ｆに面接触しており、負極電極端子４２と導通部材６０が電気的に接続されている。したがって、導通部材６０の本体６２において、挿通部６０ａを円環状に囲む部位が接触部Ｓとなっている。

図４に示すように、正極電極端子４１において、極柱部４５の先端面４５ｆには、導通部材６０の長手方向他端側が溶接によって接合され、極柱部４５と導通部材６０の間に溶接部Ｙが形成されている。正極電極端子４１と導通部材６０との溶接の際、メッキ層６３は溶接の熱によって溶融し、本体６２と極柱部４５が接合されるとともに、正極電極端子４１と導通部材６０は電気的に接続される。

次に、電池パック７１の作用を記載する。
正極電極端子４１の極柱部４５と導通部材６０とは溶接部Ｙによって接続されている。また、負極電極端子４２の極柱部４６と導通部材６０とは締結部材６１による締結によって接続されている。

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）導通部材６０の本体６２をアルミニウム合金製とし、正極電極端子４１の極柱部４５と導通部材６０を溶接で接続した。このため、本体６２の表面に酸化皮膜が形成されていても、溶接時の熱により酸化皮膜及びメッキ層６３が消滅し、導通部材６０及び正極電極端子４１がアルミニウム合金製であっても、正極電極端子４１の極柱部４５と導通部材６０との間に酸化皮膜が介在せず、酸化皮膜による接触抵抗の増大を無くすことができる。

一方、導通部材６０において、本体６２における接触部Ｓにはメッキ層６３が設けられ、メッキ層６３によって接触部Ｓに酸化皮膜が形成されることが防止されている。このため、負極電極端子４２の極柱部４６と、本体６２の接触部Ｓとの間に酸化皮膜が介在せず、酸化皮膜による接触抵抗の増大を無くすことができる。したがって、アルミニウム合金製の導通部材６０を用いながらも、正極電極端子４１及び負極電極端子４２のいずれでも導通部材６０との間での接触抵抗が増大せず、電池パック７１の出力低下を防止できる。

（２）アルミニウム合金製の正極電極端子４１には酸化皮膜が形成されるため、導通部材６０と、極柱部４５の先端面４５ｆとの間に介在しないようにするため、極柱部４５の先端面４５ｆに部分的にメッキ層を設けることが考えられる。しかし、部分的にメッキ層を設けるためには、メッキ自体の工程の他に、マスキングなどの工程を必要とし、コストが嵩むため好ましくない。また、正極電極端子４１の表面全体にメッキ層を設けることも考えられるが、ケース１２内において、メッキ層が電解液１８に接触すると、電解液１８に影響を及ぼして好ましくない。本実施形態では、正極電極端子４１にはメッキ層を設けず、導通部材６０にメッキ層６３を設けている。導通部材６０は、矩形板状であり、かつケース１２の外に設けられる。このため、メッキ層６３を用いて酸化皮膜が形成されないようにしつつも、製造コストを抑え、かつ電解液１８にも影響を及ぼさない。

（３）導通部材６０と負極電極端子４２は締結部材６１によって締結されている。このため、アルミニウム合金製の導通部材６０と、銅製の負極電極端子４２とを溶接しなくてもよく、導通部材６０と負極電極端子４２を確実に電気的に接続することができる。

（４）導通部材６０において、本体６２の表面全面にメッキ層６３が設けられている。このため、導通部材６０の本体６２において、負極電極端子４２の極柱部４６との接触部Ｓだけにメッキ層６３を設ける場合と比べると、メッキ層６３を簡単に設けることができるとともに、導通部材６０の製造コストを抑えることができる。

（５）メッキ層６３はスズによって形成されており、安価に設けることができる。また、スズは、はんだ並みに柔らかい金属であるため、導通部材６０を締結部材６１の頭部６１ｂで極柱部４６の先端面４６ｆに押し付けたとき、先端面４６ｆになじみ易く、導通部材６０と先端面４５ｆとを確実に接触させることができる。

なお、上記実施形態は以下のように変更してもよい。
○ 図５（ａ）に示すように、導通部材６０の本体６２において、負極電極端子４２における極柱部４６の先端面４６ｆとの接触部Ｓのみにメッキ層６３を設けてもよい。

また、図５（ｂ）に示すように、導通部材６０の本体６２において、正極電極端子４１の先端面４５ｆとの溶接部Ｙとなり得る部位を除いてメッキ層６３を設けてもよい。
○ 実施形態では、負極電極端子４２における極柱部４６の先端面４６ｆに導通部材６０を支持させ、挿通部６０ａに挿通した締結部材６１を極柱部４６の雌ねじ部４９ａに螺合したが、負極電極端子４２と導通部材６０の締結方法はこれに限らない。

負極電極端子４２の雄ねじ部４６ａに支持ナットを螺合するとともに、負極電極端子４２と支持ナットを電気的に接続する。この場合、支持ナットは極柱部４６の一部を構成する。また、導通部材６０の挿通部６０ａを、極柱部４６が挿通可能に拡径する。そして、導通部材６０の挿通部６０ａに極柱部４６を挿通するとともに、支持ナット上に導通部材６０を支持させる。さらに、極柱部４６の雄ねじ部４６ａに、締結部材としての締結ナットを螺合し、支持ナットと締結ナットで導通部材６０を挟持し、導通部材６０を負極電極端子４２に締結するとともに、電気的に接続する。

この場合、導通部材６０において、挿通部６０ａの周囲で、かつ支持ナットに接触する接触部にメッキ層６３を設ける。また、極柱部４６の雄ねじ部４６ａがねじ部を構成する。

○ 正極電極端子４１において、雌ねじ穴４８及び雌ねじ部４８ａは無くてもよい。
○ メッキ層６３は、スズではなくニッケルで形成してもよい。
○ 実施形態では、ケース１２の壁部を蓋１４に具体化したが、ケース本体１３の側壁又は底壁をケース１２の壁部とし、それら側壁や底壁から極柱部４５，４６を突出させてもよい。

○ 電極組立体２０において、正極集電タブ３１ａ及び負極集電タブ３２ａがそれぞれ電極組立体２０の異なる端面から突出する構成としてもよい。
○ 二次電池１０は、リチウムイオン二次電池に限らず、ニッケル水素二次電池やニッケルカドミウム二次電池等の他の二次電池であってもよい。

○ 二次電池１０は電解液が必須ではなく、例えば、セパレータが高分子電解質で形成されていてもよい。
○ 蓄電装置は、二次電池１０に限らず、例えば、電気二重層キャパシタやリチウムイオンキャパシタであってもよい。

○ 電極組立体２０は正極導電部材３３及び負極導電部材３７を備えておらず、正極タブ群３１が正極電極端子４１に直接溶接され、負極タブ群３２が負極電極端子４２に直接溶接されていてもよい。

○ 導通部材６０は、電池パック７１において、二次電池１０同士を導通するものに限定されない。例えば、導通部材が、外部機器の配線の先端に配置される端子であってもよく、この場合でも同様の効果が得られる。

次に、上記実施形態及び別例から把握できる技術的思想について以下に追記する。
（イ）前記導通部材は、前記本体の表面のうち前記負極電極端子の前記極柱部との接触部のみにメッキ層を有する蓄電装置モジュール。

（ロ）前記導通部材は、前記本体の表面のうち前記正極電極端子との溶接部を除く全てにメッキ層を有する蓄電装置モジュール。
（ハ）前記ねじ部は、前記極柱部の前記壁部からの突出方向の先端面から凹む雌ねじ部であり、前記締結部材は、前記導通部材の挿通孔に挿通されるとともに、前記雌ねじ部に螺合されている蓄電装置モジュール。

Ｓ…接触部、１０…蓄電装置としての二次電池、１２…ケース、１４…壁部としての蓋、４１…正極電極端子、４２…負極電極端子、４５，４６…極柱部、４９ａ…ねじ部としての雌ねじ部、６０…導通部材、６０ａ…挿通部、６１…締結部材、６２…本体、６３…メッキ層、７１…蓄電装置モジュールとしての電池パック。

Claims (3)

1. アルミニウム系金属材料よりなる正極電極端子、及び銅系金属材料よりなる負極電極端子を備え、前記正極電極端子及び前記負極電極端子の備える極柱部がケースの壁部から突出した蓄電装置が複数並設されるとともに、異なる蓄電装置の前記正極電極端子と前記負極電極端子を導通部材で接続して構成された蓄電装置モジュールであって、
   前記導通部材はアルミニウム系金属材料よりなる本体を備え、前記本体を貫通する挿通部を有するとともに、前記本体の表面における少なくとも前記挿通部の周囲で、かつ前記負極電極端子の極柱部との接触部にメッキ層を有しており、
   前記メッキ層は、スズによって形成されており、
   少なくとも前記負極電極端子は、前記極柱部にねじ部を有し、
   前記正極電極端子の極柱部と前記導通部材とは溶接によって接続されるとともに、前記負極電極端子の極柱部と前記導通部材とは、締結部材を前記ねじ部に螺合することによって接続されており、前記締結部材は前記メッキ層と接触していることを特徴とする蓄電装置モジュール。
2. 前記導通部材は、前記本体の表面全てに前記メッキ層を有する請求項１に記載の蓄電装置モジュール。
3. 前記蓄電装置は二次電池である請求項１又は請求項２に記載の蓄電装置モジュール。