JP6064878B2 - 蓄電モジュール - Google Patents

Description

本発明は、複数の蓄電装置を備える蓄電モジュールに関する。

蓄電装置として、リチウムイオン電池等の二次電池や、電気二重層キャパシタ等が知られている。この種の蓄電装置は、例えばバスバー（接続部材）を用いて直列に複数接続された蓄電モジュールの形態で使用される。特許文献１〜３には、この種の蓄電装置が開示されている。

特許文献１及び２に開示の蓄電装置は、ボルト型の電極端子を有し、電極端子とケースとの間に絶縁部材を介在することによって、ケースを電極端子から絶縁している。また、この蓄電装置では、電極端子とケースとの間にＯリング（シール部材）を介在し、シール用ナット（シール用固定部材）で締め付けることによって、ケースの密閉性を高め、電解液の漏れを防止している。また、この蓄電装置では、バスバーは、シール用ナットとバスバー用ナット（接続用固定部材）との間に挿み込まれている。

一方、特許文献３に開示の蓄電装置は、ボルト型の電極端子であって、中心軸に沿って嵌合孔を有する電極端子を有する。この蓄電装置でも、同様に、電極端子とケースとの間に絶縁部材を介在することによって、ケースを電極端子から絶縁している。また、この蓄電装置でも、同様に、電極端子とケースとの間にＯリング（シール部材）を介在し、シール用ナット（シール用固定部材）で締め付けることによって、ケースの密閉性を高め、電解液の漏れを防止している。また、この蓄電装置では、バスバーは、電極端子と、嵌合孔に嵌合するバスバー用ボルト（接続用固定部材）との間に挿み込まれている。この蓄電装置では、電極端子の上面とバスバーの下面との電気的な接触を損なわないように、シール用ナットの上面は、電極端子の上面よりも低く設計される。

特開２０１０−１７０９２０号公報 特開２００４−２５３２９５号公報 特開平９−９２２４１号公報

しかしながら、特許文献３に開示の蓄電装置では、シール用ナット（シール用固定部材）の上面が電極端子の上面よりも低いので、すなわち、シール用ナットの上面に空間が存在するので、絶縁部材としての樹脂部材のクリープや、使用時に加えられる振動等によって、シール用ナットが緩む虞がある。シール用ナットが緩むと、Ｏリング（シール部材）のつぶしが不十分となり、ケースの密閉性が損なわれる虞がある。その結果、電解液の漏れが発生し、蓄電装置の劣化を早める虞がある。

そこで、本発明は、蓄電装置の電極端子におけるシール用固定部材の緩みを抑制することが可能な蓄電モジュールを提供することを目的とする。

本発明の蓄電モジュールは、２つの蓄電装置と２つの蓄電装置を電気的に接続する接続部材とを備え、蓄電装置各々は、電極組立体を収容するケースと、ケースに設けられた一対の電極端子とを有する。電極端子各々は、（１）ケースの内面と対向する平板状の第１部分と、第１部分からケースの内部から外部へ向けて延在する棒状の第２部分とを有する導電性の端子本体部であって、第２部分は中心軸に沿って延在する孔を画する内周面を有する、端子本体部と、（２）端子本体部の外周面と嵌合するシール用固定部材と、（３）端子本体部の第１部分とケースとの間及びシール用固定部材とケースとの間のうち、少なくとも一方に挿入され、ケースを密閉するためのシール部材と、（４）端子本体部の内周面と嵌合し、端子本体部の第２部分と協働して接続部材を挟むことによって、接続部材を端子本体部の第２部分に固定する接続用固定部材とを有する。（５）シール用固定部材は、端子本体部の第１部分と協働してケース及びシール部材を挟むことによって、端子本体部をケースに固定すると共にケースを密閉する。そして、（６）蓄電モジュールは、シール用固定部材と接続部材との間に設けられ、接続部材からシール用固定部材へ向けて、弾性力をシール用固定部材に作用させる弾性部材を備える。

この蓄電モジュールによれば、弾性部材によって、蓄電装置の電極端子におけるシール用固定部材に弾性力を作用させるので、絶縁部材としての樹脂部材のクリープや、使用時に加えられる振動等によって、シール用固定部材が緩むことを抑制することができる。その結果、蓄電装置のケースの密閉性を維持することができ、電解液の漏れの発生を低減することができ（安全性向上）、蓄電装置の劣化を抑制することができる（寿命向上）。

上記した蓄電モジュールは、少なくとも端子本体部の第１部分とケースとの間に挿入され、前記端子本体部からケースを絶縁するための絶縁部材を有していてもよい。

また、上記した弾性部材は、皿状のばねであり、端子本体部及びシール用固定部材と接続部材との間に設けられていてもよい。

皿状のばねは、中心点から遠いほど弾性力が大きいという特性を有する。この点に関し、この構成によれば、弾性部材が端子本体部からシール用固定部材に渡って設けられるので、限られたスペースでも、弾性部材の直径を大きくすることができ、シール用固定部材に作用する弾性力を大きくすることができる。また、上記したように、皿状のばねは中心点に近いほど弾性力が小さいので、この構成によれば、端子本体部に作用する弾性力が小さく、端子本体部と接続部材との電気的な接触を阻害することを抑制することができる。

また、上記した弾性部材は、接続部材と一体化されていてもよい。この構成によれば、蓄電モジュールの組み立て作業が容易である。一方、弾性部材が接続部材と別体である場合、これらの部品の製造性が容易となる。

本発明によれば、蓄電装置の電極端子におけるシール用固定部材の緩みを抑制することができる。

本発明の一実施形態に係る蓄電モジュールを示す平面図である。 図１に示すII−II線に沿う蓄電装置の断面図である。 図１に示すIII−III線に沿う電極端子及びバスバー（接続部材）の拡大断面図である。 図１に示すバスバー（接続部材）を蓄電装置側から示す図である。 本発明の変形例に係る蓄電モジュールにおける電極端子及びバスバー（接続部材）の拡大断面図である。 図５に示すバスバー（接続部材）を蓄電装置側から示す図である。 本発明の変形例に係る蓄電モジュールにおける電極端子及びバスバー（接続部材）の拡大断面図である。 図７に示すバスバー（接続部材）を蓄電装置側から示す図である。

以下、図面を参照して本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、各図面において同一又は相当の部分に対しては同一の符号を附すこととする。

図１は、本発明の一実施形態に係る蓄電モジュールを示す平面図である。図１に示す蓄電モジュール１００は、４つの蓄電装置１と３つのバスバー（接続部材）２とを備える。蓄電装置１は、例えばリチウムイオン二次電池等の非水電解質二次電池であり、例えば金属性のバスバー２によって電気的に直列に接続されている。バスバー２の詳細は後述する。

図２は、図１に示すII−II線に沿う蓄電装置の断面図である。図２に示す蓄電装置１は、ケース１０と、電極組立体２０と、一対の電極端子３０，４０とを備える。ケース１０は、例えばアルミニウム等の金属によって形成され、内部に略直方体形状の空間を有する。ケース１０の内部には、電極組立体２０が収容されると共に、例えば有機溶媒系又は非水系の電解液１１が充填されている。また、ケース１０の内側面上には、例えば、絶縁フィルムを設けてもよい。ケース１０の一方面には、一対の電極端子、すなわち正極端子３０及び負極端子４０が配置されている。電極端子３０，４０の詳細は後述する。

電極組立体２０は、複数の正極（電極）２１及び複数の負極（電極）２２と、正極２１と負極２２との間に配置された複数のセパレータとを備えている。正極２１及び負極２２は、セパレータを介して交互に積層されている。

正極２１は、例えばアルミニウム箔からなる金属箔と、金属箔の両面に形成された正極活物質層とを有している。正極活物質層は、正極活物質とバインダとを含んで形成されている。正極活物質としては、例えば複合酸化物、金属リチウム、硫黄等が挙げられる。複合酸化物には、例えばマンガン、ニッケル、コバルト及びアルミニウムの少なくとも１つと、リチウムとが含まれる。また、正極２１の上縁部には、正極端子３０の位置に対応してタブ２１ａが形成されている。タブ２１ａは、正極２１の上縁部から上方に延び、導電部材２３を介して正極端子３０に接続されている。

一方、負極２２は、例えば銅箔からなる金属箔と、金属箔の両面に形成された負極活物質層とを有している。負極活物質層は、負極活物質とバインダとを含んで形成されている。負極活物質としては、例えば黒鉛、高配向性グラファイト、メソカーボンマイクロビーズ、ハードカーボン、ソフトカーボン等のカーボン、リチウム、ナトリウム等のアルカリ金属、金属化合物、ＳｉＯｘ（０．５≦ｘ≦１．５）等の金属酸化物、ホウ素添加炭素等が挙げられる。また、負極２２の上縁部には、負極端子４０の位置に対応してタブ２２ａが形成されている。タブ２２ａは、負極２２の上縁部から上方に延び、導電部材２４を介して負極端子４０に接続されている。

なお、セパレータの材料としては、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリプロピレン（ＰＰ）等のポリオレフィン系樹脂からなる多孔質フィルム、ポリプロピレン、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、メチルセルロース等からなる織布又は不織布等が例示される。

次に、電極端子３０，４０及びバスバー２について詳細に説明する。図３は、図１に示すIII−III線に沿う電極端子及びバスバーの拡大断面図であり、図４は、図１に示すバスバーを蓄電装置側から示す図である。なお、以下では、電極端子３０，４０を代表して負極端子４０について説明するが、正極端子３０も同一の構成を有している。

図３に示すように、電極端子４０は、端子ボルト（端子本体部）４１、シールナット（シール用固定部材）４４、バスバーボルト（接続用固定部材）４５、絶縁部材４６，４７、Ｏリング（シール部材）４８を備える。

端子ボルト４１の材料には、例えば金属が用いられる。端子ボルト４１は、平面視において略逆Ｔ字状をなしており、第１部分４２と第２部分４３とからなる。第１部分４２は、平板状をなしており、ケース１０の内面と対向するようにケース１０内に配置されている。第２部分４３は、棒状をなしており、ケース１０の貫通孔を介してケース１０の内部から外部へ向けて第１部分４２から延在している。また、第２部分４３は、中心軸Ｘに沿って延在する孔を画する内周面４３ａを有する。第２部分４３の外周面４３ｂには、ねじ山が形成されており、シールナット４４が嵌合される。また、第２部分４３の内周面４３ａには、ねじ溝が形成されており、バスバーボルト４５が嵌合される。

第１部分４２とケース１０との間には、第２部分４３を周回するように絶縁部材４６が配置されており、第２部分４３とケース１０との間、及び、ケース１０とシールナット４４との間には、第２部分４３を周回するように絶縁部材４７が配置されている。これらの絶縁部材４６，４７によって、ケース１０が端子ボルト４１から絶縁される。また、第１部分４２とケース１０との間には、第２部分４３を周回するようにＯリング４８が配置されている。なお、Ｏリング４８は、シールナット４４とケース１０との間に、第２部分４３を周回するように配置されてもよい。

シールナット４４は、端子ボルト４１の第１部分４２と協働してケース１０、絶縁部材４６，４７、及び、Ｏリング４８を挟むことによって、端子ボルト４１をケース１０に固定する。また、シールナット４４の締め付け作用とＯリングの弾性特性とによって、ケース１０が密閉される。

バスバーボルト４５は、端子ボルト４１の第２部分４３と協働してバスバー２を挟むことによって、バスバー２を端子ボルト４１の第２部分４３の上面（第２部分４３における第１部分４２とは反対側の面）に固定する。なお、端子ボルト４１の第２部分４３の上面とバスバー２の下面（バスバー２における第２部分４３と対向する側の面）との電気的な接触を損なわないように、シールナット４４の上面（シールナット４４におけるバスバー２と対向する面）は、端子ボルト４１の第２部分４３の上面よりも低く設計されている。

バスバー２は、図３及び図４に示すように、平板状の本体部３を有する。本体部３は、バスバーボルト４５に対応する位置に貫通孔３ａを有している。バスバー２の本体部３の下面（本体部３における端子ボルト４１及びシールナット４４側の面）には、弾性部（弾性部材）４が設けられている。すなわち、端子ボルト４１及びシールナット４４と、バスバー２の本体部３との間には、弾性部４が設けられている。

弾性部４は、弾性力を有し、一部分がバスバー２の本体部３の下面に接合されるとともに、一端がシールナット４４と当接する。本実施の形態の弾性部４は、例えば、本体部３と同一の金属材料からなり、皿状で本体側に凸になるように湾曲した形状によって弾性力を発生する皿ばねである。さらに本実施の形態の弾性部４について詳述すると、皿状の弾性部４は、バスバーボルト４５が挿通される貫通孔４ａを有しており、本体部３の貫通孔３ａと弾性部４の貫通孔４ａとが連通するようにバスバー２の本体部３の下面と貫通孔４ａの周囲の部分とが接合されている。そして、弾性部４は、本体部３の下面に接合された部分から外周縁に向かうに従い本体部３の下面から離れていくように形成され、外周縁がシールナット４４と当接する。

なお、本実施の形態では、弾性部４は本体部３と一体化されている。例えば、本体部３と弾性部４とは成型時に一体的に成型されてもよいし、別体に成型された後に接着されてもよい。

このように、本実施形態の蓄電モジュール１００によれば、バスバー（接続端子）２における弾性部（弾性部材）４によって、蓄電装置１の電極端子３０，４０におけるシールナット（シール用固定部材）４４の上面に、バスバー（接続部材）２からシールナット（シール用固定部材）４４へ向けて弾性力Ｆを作用させるので、絶縁部材４６，４７としての樹脂部材のクリープや、使用時に加えられる振動等によって、シールナット（シール用固定部材）４４が緩むことを抑制することができる。その結果、Ｏリング（シール部材）４８のつぶしを十分に維持することができ、蓄電装置１のケース１０の密閉性を維持することができ、電解液１１の漏れの発生を低減することができ（安全性向上）、蓄電装置１の劣化を抑制することができる（寿命向上）。

ところで、皿状のばねは、中心点（貫通孔４ａの中心）から遠いほど弾性力が大きいという特性を有する。この点に関し、本実施形態の蓄電モジュール１００によれば、弾性部（弾性部材）４が端子ボルト（端子本体部）４１の第２部分４３の上面からシールナット（シール用固定部材）４４の上面に渡って設けられるので、限られたスペースでも、弾性部（弾性部材）４の直径を大きくすることができ、シールナット（シール用固定部材）４４の上面に作用する弾性力Ｆを大きくすることができる。また、上記したように、皿状のばねは中心点に近いほど弾性力が小さいので、本実施形態の蓄電モジュール１００によれば、端子ボルト（端子本体部）４１の第２部分４３の上面に作用する弾性力が小さく、端子ボルト（端子本体部）４１の第２部分４３の上面とバスバー（接続部材）２の下面との電気的な接触を阻害することを抑制することができる。

また、本実施形態の蓄電モジュール１００によれば、弾性部（弾性部材）４がバスバー（接続部材）２と一体化されているので、蓄電モジュールの組み立て作業が容易である。

なお、本発明は上記した本実施形態に限定されることなく種々の変形が可能である。例えば、本発明の特徴は、２つ以上の蓄電装置と１つ以上のバスバー（接続部材）とを備える蓄電モジュールに適用可能である。

また、本発明の特徴は、絶縁部材４６，４７を備えない蓄電モジュールにも適用可能である。この場合、ケース１０の端子ボルト４１と対向する部分、及び、端子ボルト４１のケース１０と対向する部分のうちの少なくともどちらか一方に絶縁コーティングを施せばよい。また、ケース１０のシールナット４４と対向する部分、及び、シールナット４４のケース１０と対向する部分のうちの少なくともどちらか一方に絶縁コーティングを施せばよい。

また、本発明の弾性部材は本実施形態に限定されない。例えば、本実施形態では、弾性部材として皿状のばね、特に湾曲状の皿ばねを例示したが、皿状のばねとしては、端子ボルト（端子本体部）の上面と接する部分が平坦で、かつ、端子ボルトの上面とシールナットと接する部分との間の部分が平坦であるダイヤフラム形状のばねであってもよい（図５及び図６参照）。また、本実施形態では、弾性部材として、端子ボルト（端子本体部）の上面及びシールナット（シール用固定部材）の上面に渡って設けられる形態を例示したが、弾性部材は、シールナット（シール用固定部材）の上面のみに設けられる形態であってもよい（図７及び図８参照）。

また、本実施形態では、弾性部材として、可撓性を有する材料を用いて形状的に弾性力を発生するばねを例示したが、弾性部材は、弾性を有する材料を用いて弾性力を発生するゴム等であってもよい。この場合、端子本体部と接続部材との電気的な接触の阻害しないために、弾性部材は、シールナット（シール用固定部材）の上面のみに設けられる形態であることが好ましい。

また、本実施形態では、弾性部材が接続部材に一体化される形態を例示したが、弾性部材が接続部材と別体であってもよい。例えば、別体の弾性部材としては、上記した形態と同じ部材であってもよいし、スプリングワッシャなどの既存の部材であってもよい。この場合、これらの部品の製造性が容易である。

また、本実施形態では、積層型の電極組立体を有する蓄電装置を備える蓄電モジュールを例示したが、本発明の特徴は、巻回型等の様々な電極組立体を有する蓄電装置を備える蓄電モジュールにも適用可能である。

また、本実施形態では、蓄電装置として二次電池を備える蓄電モジュールを例示したが、本発明の特徴は、電気二重層キャパシタ等の様々な蓄電装置を備える蓄電モジュールにも適用可能である。

１００…蓄電モジュール、１…蓄電装置、２…バスバー（接続部材）、３…バスバーの本体部、４…弾性部（弾性部材）、１０…蓄電装置のケース、１１…電解液、２０…電極組立体、２１…正極（電極）、２１ａ…タブ、２２…負極（電極）、２２ａ…タブ、２３，２４…導電部材、３０…正極端子（電極端子）、４０…負極端子（電極端子）、４１…端子ボルト（端子本体部）、４２…端子ボルトの第１部分、４３…端子ボルトの第２部分、４３ａ…端子ボルトの内周面、４３ｂ…端子ボルトの外周面、４４…シールナット（シール用固定部材）、４５…バスバーボルト（接続用固定部材）、４６，４７…絶縁部材、４８…Ｏリング（シール部材）。

Claims (4)

1. ２つの蓄電装置と前記２つの蓄電装置を電気的に接続する接続部材とを備える蓄電モジュールであって、
   前記蓄電装置各々は、電極組立体を収容するケースと、前記ケースに設けられた一対の電極端子とを有し、
   前記電極端子各々は、
   前記ケースの内面と対向する平板状の第１部分と、前記第１部分から前記ケースの内部から外部へ向けて延在する棒状の第２部分とを有する導電性の端子本体部であって、前記第２部分は中心軸に沿って延在する孔を画する内周面を有する、前記端子本体部と、
   前記端子本体部の外周面と嵌合するシール用固定部材と、
   前記端子本体部の前記第１部分と前記ケースとの間及び前記シール用固定部材と前記ケースとの間のうち、少なくとも一方に挿入され、前記ケースを密閉するためのシール部材と、
   前記端子本体部の内周面と嵌合し、前記端子本体部の前記第２部分と協働して前記接続部材を挟むことによって、前記接続部材を前記端子本体部の前記第２部分に固定する接続用固定部材と、を有し、
   前記シール用固定部材は、前記端子本体部の前記第１部分と協働して前記ケース及び前記シール部材を挟むことによって、前記端子本体部を前記ケースに固定すると共に前記ケースを密閉し、
   前記シール用固定部材と前記接続部材との間に設けられ、前記接続部材から前記シール用固定部材へ向けて、弾性力を前記シール用固定部材に作用させる弾性部材を備える、
   蓄電モジュール。
2. 少なくとも前記端子本体部の前記第１部分と前記ケースとの間に挿入され、前記端子本体部から前記ケースを絶縁するための絶縁部材を有する、請求項１に記載の蓄電モジュール。
3. 前記弾性部材は、皿状のばねであり、前記端子本体部及び前記シール用固定部材と前記接続部材との間に設けられている、請求項１又は２に記載の蓄電モジュール。
4. 前記弾性部材は、前記接続部材と一体化されている、請求項１〜３の何れか一項に記載の蓄電モジュール。

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