(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
上記特許文献1の端子構造では、固定部材とは別に絶縁部材を備えており、部品点数が多いことから、取付作業が煩雑であり、部品コストもかさむことが考えられる。一方、端子構造に用いる部品の点数を削減した場合であっても、端子部材とケースとの間の絶縁を十分に確保する必要がある。
【0005】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、端子部材とケースとの間の絶縁を確保しつつ、部品点数を削減できる端子構造、蓄電セル、及び蓄電モジュールを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0006】
本発明に係る端子構造は、電極を収容するケースを備えた蓄電装置における端子構造であって、ケースの内部と外部とを連通する連通孔を有するケースの一側面部と、連通孔においてケースの内部と外部とにわたって延在し、電極に電気的に接続された端子部材と、ケースの外部において端子部材に取り付けられ、端子部材を一側面部に固定する固定部材と、を備え、固定部材は、端子部材と一側面部とを絶縁する絶縁部を有し、絶縁部は、端子部材と連通孔との間で、ケースの外部から内部まで延在する延在部を有する。
【0007】
この端子構造によれば、1つの部材である固定部材によって、端子部材の一側面部への固定、及び端子部材と一側面部との間の絶縁、の双方がなされることから、部品点数を削減できる。また、端子部材と連通孔との間にケースの外部から内部まで延在部が延在していることから、端子部材と連通孔との間を確実に絶縁できる。したがって、この端子構造によれば、端子部材とケースとの間の絶縁を確保しつつ、部品点数を削減することが可能となる。
【0008】
また、本発明に係る端子構造では、固定部材は、端子部材に対する固定に供される金属製のインサートナットがインサートされた樹脂ナットであってもよい。樹脂ナットにおける端子部材との固定箇所には、比較的大きな締結トルクが作用する。このため、例えば樹脂ナット全体を樹脂製とした場合、締結トルクの大きさによっては固定箇所が破損する可能性がある。この点、この端子構造によれば、比較的強度が高い金属製のインサートナットによって樹脂ナットが端子部材に固定されることから、固定箇所における破損を抑制することが可能となる。
【0009】
また、本発明に係る端子構造では、端子部材は、ケースの内部において一側面部に対向する対向部を有し、一側面部と対向部とによって挟持される環状の封止部材を更に備え、延在部は、封止部材の内側面に対向する位置まで延在してもよい。この場合、端子部材と封止部材の内側面との間に延在部が延在していることから、封止部材の端子部材側への移動又は変形を抑制することができる。これにより、封止部材が端子部材側へ移動又は変形して端子部材と連通孔との間の隙間に入り込む(進入する)ことを防止でき、当該入り込みに起因するシール性の低下を抑制することが可能となる。
【0010】
また、本発明に係る端子構造では、延在部の先端部は、先細り形状を呈していてもよい。この場合、延在部を連通孔に進入させる際に、延在部の先端部が他の部材に引っ掛かることを抑制できる。したがって、組付作業性を向上することが可能となる。また、延在部と封止部材との接触部が直角ではなく鈍角となることから、封止部材を傷付けることを抑制でき、シール性の低下を抑制することが可能となる。
【0011】
また、本発明に係る端子構造では、端子部材は、連通孔においてケースの内部と外部とにわたって延在する金属製の突出部と、ケースの内部において一側面部に対向する対向部と、を有し、一側面部と対向部とによって挟持される環状の封止部材を更に備え、突出部には、突出部から封止部材の内側面に対向するように突出し、封止部材の連通孔への進入を規制する樹脂製の規制部が設けられていてもよい。この場合、規制部によって封止部材の連通孔への進入が規制されることから、当該進入に起因するシール性の低下を抑制することが可能となる。また、端子部材の一部を樹脂製とすることで端子部材における金属部分を減らすことができ、材料コストを低減することが可能となる。
【0012】
また、本発明に係る蓄電セルは、上記端子構造を備えてなる。また、本発明に係る蓄電モジュールは、当該蓄電セルを複数備えてなる蓄電モジュールであって、複数の蓄電セルの端子部材同士がバスバーによって電気的に接続されている。この蓄電セル及び蓄電モジュールでは、1つの部材である固定部材によって、端子部材の一側面部への固定、及び端子部材と一側面部との間の絶縁の双方がなされることから、部品点数を削減できる。また、端子部材と連通孔との間に、ケースの外部から内部まで延在部が延在していることから、端子部材と連通孔との間を確実に絶縁できる。したがって、この蓄電セル及び蓄電モジュールによれば、端子部材とケースとの間の絶縁を確保しつつ、部品点数を削減することが可能となる。
【0013】
また、本発明に係る端子構造は、電極を収容するケースを備えた蓄電装置における端子構造であって、ケースの内部と外部とを連通する連通孔を有するケースの一側面部と、連通孔においてケースの内部と外部とにわたって延在する金属製の突出部と、ケースの内部において一側面部に対向する対向部と、を有し、電極に電気的に接続された端子部材と、ケースの外部において端子部材に取り付けられ、端子部材を一側面部に固定する固定部材と、一側面部と対向部とによって挟持される環状の封止部材と、を備え、固定部材は、端子部材と一側面部とを絶縁する絶縁部を有し、突出部には、突出部から連通孔の内側面及び封止部材の内側面に対向するように突出し、封止部材の連通孔への進入を規制する樹脂製の規制部が設けられている。
【0014】
この端子構造によれば、1つの部材である固定部材によって、端子部材の一側面部への固定、及び端子部材と一側面部との間の絶縁、の双方がなされることから、部品点数を削減できる。また、規制部における連通孔の内側面と対向する部分により、端子部材と連通孔との間を確実に絶縁できる。この規制部は端子部材と一体に設けられているため、部品点数が増加してしまうこともない。したがって、この端子構造によれば、端子部材とケースとの間の絶縁を確保しつつ、部品点数を削減することが可能となる。さらに、この端子構造では、規制部によって封止部材の連通孔への進入が規制されることから、当該進入に起因するシール性の低下を抑制することが可能となる。また、端子部材の一部を樹脂製とすることで金属部分を減らすことができ、材料コストを低減することが可能となる。
【発明の効果】
【0015】
本発明によれば、端子部材とケースとの絶縁を確保しつつ、部品点数を削減できる端子構造、蓄電セル、及び蓄電モジュールを提供できる。
【発明を実施するための形態】
【0017】
以下、添付図面を参照して、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、図面の説明において同一又は相当要素には同一符号を付し、重複する説明は省略する。
【0018】
図1は、本発明に係る蓄電モジュールの一実施形態を示す平面図であり、
図2は、
図1に示した蓄電モジュールを構成する蓄電セルの内部構成を示す概略断面図である。
図1に示すように、蓄電モジュール1は、複数の蓄電セル3(蓄電装置)が放熱板22を介して配列された配列体23と、配列体23の配列方向の両端面それぞれに配置された一対の金属プレート24と、を備えている。
【0019】
蓄電セル3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る。各蓄電セル3は、バスバー25によって、隣接する蓄電セル3と電気的に直列に接続されている。バスバー25は、導電性金属により形成されており、例えば矩形板状を呈している。バスバー25は、ボルト26によって蓄電セル3の端子部材70に固定されており、これにより隣接する蓄電セル3の正極30と負極40とを電気的に接続している。すなわち、蓄電モジュール1では、蓄電セル3の端子部材70同士がバスバー25によって電気的に接続されている。この電気的接続の詳細については後述する。
【0020】
一対の金属プレート24は、蓄電モジュール1の側方で棒状の連結部材27によって連結されている。連結部材27の両端は、ボルト28によって締結されている。
【0021】
図2に示すように、蓄電セル3は、ケース10と電極組立体20とを備えている。ケース10は、例えば略直方体状の筐体であり、例えばアルミニウム等の金属により形成されている。
【0022】
電極組立体20は、ケース10に収容されている。電極組立体20は、複数の正極(電極)30及び複数の負極(電極)40と、正極30と負極40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30及び負極40は、セパレータを介して所定の方向(
図2の紙面奥行き方向)に沿って交互に積層されている。セパレータは、例えば微多孔膜であり、正極30と負極40との間で電解液を保持している。電解液は、例えば有機溶媒系又は非水系の電解液である。
【0023】
正極30は、例えばアルミニウム箔等の金属箔と、金属箔の両面に設けられた正極活物質層と、を有している。正極活物質層は、例えば、正極活物質とバインダとを含んで構成される。正極活物質としては、例えば、複合酸化物、金属リチウム、及び硫黄等が挙げられる。複合酸化物は、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、を含む。正極30は、上縁に形成されたタブ33を有する。タブ33には、正極活物質が担持されておらず、正極30は、タブ33を介して導電部材34に電気的に接続されている。
【0024】
負極40は、例えば銅箔等の金属箔と、金属箔の両面に設けられた負極活物質層と、を有している。負極活物質層は、例えば、負極活物質とバインダとを含んで構成される。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、及び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、並びに、ホウ素添加炭素等が挙げられる。負極40は、上縁に形成されたタブ43を有する。タブ43には、負極活物質が担持されておらず、負極40は、タブ43を介して導電部材44に電気的に接続されている。
【0025】
上記の構成を有する蓄電セル3には、
図3に示すような端子構造が用いられている。
図3は、
図2に示した蓄電セルの端子構造を示す断面図である。
図3に示すように、端子構造50は、蓋部材(一側面部)60と、端子部材70と、固定部材80と、絶縁部材100と、封止部材120と、を備えている。
図2に示すように、端子構造50は、正極30及び負極40のそれぞれにおいて用いられる。
図3では、正極30における端子構造50が示されている。
【0026】
蓋部材60は、ケース10の一側面部を構成する部材である。蓋部材60は、例えば、ケース10の上面を構成し、ケース10の蓋として機能する。蓋部材60は、ケース10と同様に、例えばアルミニウム等の金属により形成されている。蓋部材60は、ケース10の開口形状に対応するように、例えば長方形板状を呈している。蓋部材60は、例えば、その外縁部がケース10に溶接されることによってケース10に接合され、ケース10の内部を気密に封止する。蓋部材60の厚みは、例えば2.0mm程度である。
【0027】
蓋部材60は、ケース10の内部と外部とを連通する連通孔62を有している。つまり、連通孔62は、蓋部材60の内面60aから外面60bまで貫通している。連通孔62は、例えば上面視略円形状を呈している。連通孔62は、後述するように、ケース10内において電極組立体20に電気的に接続された端子部材70を、ケース10の外部に引き出すための孔である。この例では、連通孔62の内側面64は、蓋部材60の延在方向に対して垂直に延びている。連通孔62は、蓋部材60の長手方向における両端側それぞれに形成されている。
【0028】
端子部材70は、連通孔62においてケース10の内部から外部に突出する突出部72と、ケース10の内部において蓋部材60と対向する対向部74と、を有している。端子部材70は、正極30に接続される場合には例えばアルミニウム等の金属によって形成される。一方、端子部材70は、負極40に接続される場合には例えば銅等の金属によって形成される。
【0029】
突出部72は、略円筒形状を呈しており、連通孔62においてケース10の内部と外部とにわたって延在している。突出部72の外側面72aには、後述する固定部材80のインサートナット部85が締結される。外側面72aのうち、少なくともインサートナット部85が締結される部分には、インサートナット部85の締結のためのねじ溝が形成されている。また、突出部72の上面72bには、上述したバスバー25の固定用のボルト26が締結される締結孔73が形成されている。バスバー25は、上面72bで端子部材70に接触することにより端子部材70に電気的に接続されている。
【0030】
対向部74は、突出部72と一体に形成され、ケース10の内部において蓋部材60と対向する。すなわち、対向部74は、蓋部材60の内面60aと対向する領域74aを有する。対向部74は、例えば内面60aに沿うように平板状に延在している。対向部74は、中央部において突出部72の基端に接続されている。
【0031】
端子部材70は、正極30に電気的に接続されている。具体的には、対向部74から延設された集電板76が、導電部材34に電気的に接続されている。上述したように、導電部材34は、正極30のタブ33に電気的に接続されている(
図2参照)。これにより、端子部材70は、導電部材34を介して正極30に電気的に接続されている。なお、端子構造50を負極40に用いる場合には、端子部材70は導電部材44を介して負極40に電気的に接続される。
【0032】
固定部材80は、端子部材70を蓋部材60に対して固定する固定部材である。固定部材80は、例えば、端子部材70に対する固定に供されるインサートナット部85がインサートされた樹脂ナットである。固定部材80のインサートナット部85以外の部分は、絶縁性を有する樹脂材料により形成されており、端子部材70と蓋部材60とを電気的に絶縁する絶縁部90として機能する。
【0033】
インサートナット部85は、絶縁部90よりも強度が高い金属によって、例えばステンレス等の金属によって形成されている。インサートナット部85は、例えば絶縁部90の成形時に埋設されることによって絶縁部90にインサートされている。或いは、インサートナット部85は、例えば成形後の絶縁部90に圧入又は熱圧入されることによって絶縁部90にインサートされてもよい。インサートナット部85は、ケース10の外部において突出部72に取り付けられている。具体的には、インサートナット部85は、上述した突出部72の外側面72aに形成されたねじ溝に締結されている。
【0034】
絶縁部90は、例えばPPS(Poly Phenylene Sulfide Resin:ポリフェニレンサルファイド樹脂)等の樹脂材料によって形成されている。絶縁部90は、インサートナット部85がインサートされた本体部92と、本体部92と一体に形成された延在部94と、を有している。
【0035】
本体部92は、突出部72を囲むように形成され、例えば円環状を呈している。本体部92は、インサートナット部85と蓋部材60の外面60bとの間に介在する。本体部92の内周面は、突出部72の外側面72aに接触している。また、本体部92は、その外周部に突設された縁部96を有している。縁部96は、インサートナット部85の外周面を覆っている。本体部92の直径は、例えば24mm程度であり、本体部92の厚みは、例えば1mm程度である。
【0036】
延在部94は、本体部92の中央部から下方に延設されている。延在部94は、突出部72を囲むように円環状(筒状)を呈しており、本体部92と同心状に形成されている。延在部94は、突出部72と連通孔62の内側面64との間で、ケース10の外部から内部まで延在している。本実施形態では、延在部94の先端部は、蓋部材60の内面60aよりも下方に位置し、端子部材70の対向部74の近傍まで延びている。
【0037】
延在部94の先端部は、先細り形状を呈している。延在部94の直径は、例えば14mm程度である。絶縁部90は、蓋部材60の外面60b、蓋部材60の連通孔62の内側面64、端子部材70、及びインサートナット部85に接触しており、蓋部材60と端子部材70とを電気的に絶縁している。
【0038】
絶縁部材100は、蓋部材60と端子部材70の対向部74とを電気的に絶縁する部材であり、例えば、PPS等の樹脂材料によって形成されている。絶縁部材100は、本体部102と縁部104とを有している。本体部102は、突出部72を囲むように環状に形成されており、端子部材70の対向部74の領域74aと蓋部材60の内面60aとの間に介在している。縁部104は、本体部102の外周面に沿って環状に設けられており、対向部74の外周面の一部を覆っている。絶縁部材100は、蓋部材60の内面60a及び対向部74に接触しており、蓋部材60と対向部74とを電気的に絶縁している。
【0039】
封止部材120は、電解液のケース10外部への漏出を防止する封止部材である。封止部材120は、例えば、ゴム等の弾性を有する材料によって形成されたOリングである。封止部材120は、蓋部材60の内面60a、端子部材70、及び絶縁部材100の本体部102により画成された空間Sに配置されている。封止部材120は、蓋部材60の連通孔62の外径よりも内径が大きい円環状を呈している。封止部材120は、後述するように蓋部材60と端子部材70の対向部74との間で挟持され、これにより蓋部材60と対向部74との間を液密に封止する。
【0040】
本実施形態では、延在部94は、封止部材120の内側面と対向する位置まで延在している。つまり、延在部94の先端部は、端子部材70の突出部72と封止部材120の内側面との間に位置している。封止部材120は、内側面が延在部94に接触した状態で、蓋部材60と対向部74との間に挟持されている。なお、封止部材120は、延在部94との間に隙間を空けて配置されてもよい。封止部材120の外側面は、絶縁部材100に接触している。
【0041】
端子構造50は、以下のように組み立てられる。はじめに、端子部材70の対向部74に絶縁部材100及び封止部材120を配置する。次に、端子部材70の突出部72を蓋部材60の連通孔62に挿通させる。続いて、インサートナット部85を突出部72に締結する。このとき、延在部94は、内側面64によって連通孔62と突出部72との間に誘導される。これらにより、固定部材80の絶縁部90と端子部材70の対向部74との間に蓋部材60、絶縁部材100、及び封止部材120が挟持され、端子部材70が蓋部材60に固定される。その後、ボルト26を締結孔73に締結することにより、バスバー25を端子部材70に固定する。これにより、バスバー25が正極30(又は負極40)に電気的に接続される。
【0042】
以上説明した本実施形態に係る端子構造50によれば、1つの部材である固定部材80によって、端子部材70の蓋部材60への固定、及び端子部材70と蓋部材60との間の絶縁の双方がなされることから、部品点数を削減できる。また、端子部材70と連通孔62との間にケース10の外部から内部まで延在部94が延在していることから、端子部材70と連通孔62との間を確実に絶縁できる。したがって、端子構造50によれば、端子部材70とケース10との間の絶縁を確保しつつ、部品点数を削減することが可能となる。
【0043】
また、端子構造50によれば、比較的強度が高い金属製のインサートナット部85によって固定部材80(樹脂ナット)が端子部材70に固定されることから、固定箇所における破損を抑制することが可能となる。
【0044】
また、端子構造50によれば、端子部材70の突出部72と封止部材120の内側面との間に延在部94が延在していることから、封止部材120の突出部72側への移動又は変形を抑制することができる。これにより、封止部材120が突出部72側へ移動又は変形して突出部72と連通孔62との間の隙間に入り込むことを防止でき、当該入り込みに起因するシール性の低下を抑制することが可能となる。
【0045】
また、端子構造50によれば、延在部94の先端部が先細り形状を呈しているため、延在部94を連通孔62に進入させる際に、延在部94の先端部が他の部材に引っ掛かることを抑制できる。したがって、組付作業性を向上することが可能となる。また、延在部94と封止部材120との接触部が直角ではなく鈍角となることから、封止部材120を傷付けることを抑制でき、シール性の低下を抑制することが可能となる。
【0046】
本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。上記実施形態では、ケース10の蓋部材60(上面)に連通孔62が形成された例を説明したが、連通孔62は、ケース10の一側面部に形成されていればよく、例えば左右側面又は底面に形成されてもよい。
【0047】
上記実施形態では、連通孔62の内側面64が蓋部材60の延在方向に対して垂直に延びている例を説明したが、内側面64の少なくとも一部が蓋部材60の内部側から外部側に向けて広がるテーパー形状を呈していてもよい。例えば、内側面64は、内面60aから外面60bまで連続する直線形のテーパー形状をなしていてもよい。また、テーパー面は、湾曲していてもよい。また、内側面64の一部をテーパー形状としてもよい。これらの構成によれば、内側面64がテーパー形状を呈しているため、延在部94を連通孔62に進入させる際に、延在部94の先端部を端子部材70と連通孔62との間に良好に誘導できる。したがって、組付作業性を向上することが可能となる。
【0048】
上記実施形態では、固定部材80が、金属製のインサートナット部85を有する樹脂ナットである例を説明したが、固定部材80は、端子部材70に取り付け可能であればよく、例えばその全体が樹脂材料により形成された樹脂ナットであってもよい。
【0049】
上記実施形態では、延在部94の先端部が、封止部材120の内側面と対向する位置まで延在している例を説明したが、延在部94は、ケース10の外部から内部まで延在していればよく、上記実施形態の例に限られない。ここで、「延在部94がケース10の外部から内部まで延在している」とは、延在部94の先端部が少なくとも蓋部材60の内面60aよりも下方側まで延びていることを意図しており、延在部94の先端部と蓋部材60の内面60aとが同一平面上に位置する場合を含む。
【0050】
また、
図4に示される第1変形例の端子構造50Aのように構成してもよい。端子構造50Aでは、端子部材70Aの突出部72Aには、突出部72Aから封止部材120の内側面に対向するように突出し、封止部材120の連通孔62への進入を規制する樹脂製の規制部130Aが設けられている。規制部130Aは、例えば円環状を呈し、突出部72Aと一体に形成されている。突出部72Aには凹部78Aが設けられており、当該凹部78A内に規制部130Aの半径方向内側の一部が配置されている。この例では、規制部130Aは、外側面において封止部材120の内側面に接触している。規制部130Aの上面は、蓋部材60の内面60a及び延在部94の先端部と同一平面上に位置している。
【0051】
このような第1変形例の端子構造50Aによっても、上記実施形態と同様に、端子部材70Aとケース10との間の絶縁を確保しつつ、部品点数を削減することが可能となる。また、規制部130Aによって封止部材120の連通孔62への進入が規制されることから、当該進入に起因するシール性の低下を抑制することが可能となる。また、端子部材70Aの一部を樹脂製とすることで端子部材70Aにおける金属部分を減らすことができ、材料コストを低減することが可能となる。すなわち、端子部材70Aでは、突出部72Aに凹部78Aが設けられていることで金属部分が減らされている。
【0052】
また、
図5に示される第2変形例の端子構造50Bのように構成してもよい。端子構造50Bでは、端子部材70Bの突出部72Bには、突出部72Bから連通孔62の内側面64及び封止部材120の内側面に対向するように突出し、封止部材120の連通孔62への進入を規制する樹脂製の規制部130Bが設けられている。すなわち、規制部130Bは、連通孔62の内側面64に対向する第1部分131と、封止部材120の内側面に対向する第2部分132と、を有している。
【0053】
規制部130Bは、例えば円環状を呈し、突出部72Bと一体に形成されている。突出部72Bには凹部78Bが設けられており、当該凹部78B内に規制部130Bの半径方向内側の一部が配置されている。この例では、規制部130Bは、第1部分131の外側面において連通孔62の内側面64に接触し、第2部分132の外側面において封止部材120の内側面に接触している。また、絶縁部90には延在部94が設けられておらず、規制部130Bの上面は、蓋部材60の外面60bと同一平面上に位置している。なお、規制部130Bの上面は、蓋部材60の内面60aと外面60bとの間に位置していてもよい。
【0054】
このような第2変形例の端子構造50Bによっても、1つの部材である固定部材80によって、端子部材70Bの蓋部材60への固定、及び端子部材70と蓋部材60との間の絶縁、の双方がなされることから、部品点数を削減できる。また、規制部130Bの第1部分131により、端子部材70Bと連通孔62との間を確実に絶縁できる。この規制部130Bは端子部材70Bと一体に設けられているため、部品点数が増加してしまうこともない。したがって、端子構造50Bによれば、端子部材70Bとケース10との間の絶縁を確保しつつ、部品点数を削減することが可能となる。
【0055】
さらに、端子構造50Bでは、規制部130Bによって封止部材120の連通孔62への進入が規制されることから、当該進入に起因するシール性の低下を抑制することが可能となる。また、端子部材70Bの一部を樹脂製とすることで金属部分を減らすことができ、材料コストを低減することが可能となる。すなわち、端子部材70Bでは、突出部72Bに凹部78Bが設けられていることで金属部分が減らされている。
【0056】
なお、上記第1変形例では、規制部130Aの上面と延在部94の先端部とが、蓋部材60の内面60aと同一平面上に位置していたが、内面60aよりも上方又は下方に位置していてもよい。また、規制部130Aの上面と延在部94の先端部とは離間していてもよい。また、規制部130Aの外側面と封止部材120の内側面とは離間していてもよい。
【0057】
また、上記第2変形例では、絶縁部90に延在部94が設けられておらず、規制部130Bの上面が蓋部材60の外面60bと同一平面上に位置していたが、絶縁部90に延在部94が設けられ、延在部94の先端部と規制部130Bの上面とが内面60aと外面60bとの間に位置していてもよい。この場合、規制部130Bの上面と延在部94の先端部とは離間していてもよい。また、規制部130Bの外側面と、連通孔62の内側面64及び封止部材120の内側面とは離間していてもよい。