特開 2024-162348 蓄電セル

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024162348

(43)【公開日】2024-11-21

(54)【発明の名称】蓄電セル

(51)【国際特許分類】

   H01M 50/593 20210101AFI20241114BHJP

   H01M 50/55 20210101ALI20241114BHJP

   H01M 50/588 20210101ALI20241114BHJP

【ＦＩ】

H01M50/593

H01M50/55 101

H01M50/588

【審査請求】未請求

【請求項の数】1

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023077750

(22)【出願日】2023-05-10

(71)【出願人】

【識別番号】000003207

【氏名又は名称】トヨタ自動車株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001195

【氏名又は名称】弁理士法人深見特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】鈴木 健太郎

(72)【発明者】

【氏名】近藤 美那子

【テーマコード（参考）】

5H043

【Ｆターム（参考）】

5H043AA13

5H043AA19

5H043BA11

5H043CA05

5H043DA05

5H043GA23

5H043GA26

5H043JA02D

(57)【要約】

【課題】外部端子の位置を調整可能な蓄電セルを提供する。
【解決手段】蓄電セル１００は、蓄電要素を収容する収容ケース１０と、
第１方向Ｌに離間して収容ケース１０の外部に設けられた第１外部端子および第２外部端子と、第１外部端子および第２外部端子と収容ケース１０とを絶縁する絶縁体２５とを備え、第１外部端子および第２外部端子の各々は、貫通孔２３１ｈが設けられた端子板２３と、貫通孔２３１ｈに挿通された軸部２１１および軸部２１１の一端に頭部２１２を有するボルト２１とを含み、絶縁体２５は、端子板２３との間に頭部２１２を収容する収容部２５１を含み、貫通孔２３１ｈは、第１方向において、挿通された軸部２１１との間に空間部が形成されるように設けられており、収容部２５１は、第１方向において、頭部２１２との間に空間部が形成されるように設けられている。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

蓄電要素を収容する収容ケースと、
第１方向に離間して前記収容ケースの外部に設けられた第１外部端子および第２外部端子と、
前記第１外部端子および前記第２外部端子と前記収容ケースとの各々の間に設けられ、前記第１外部端子および前記第２外部端子と前記収容ケースとを絶縁する絶縁体と、を備え、
前記第１外部端子および前記第２外部端子の各々は、貫通孔が設けられた端子板と、前記貫通孔に挿通された軸部および前記軸部の一端に頭部を有するボルトと、を含み、
前記絶縁体は、前記端子板との間に前記頭部を収容する収容部を含み、
前記貫通孔は、前記第１方向において、挿通された前記軸部との間に空間部が形成されるように設けられており、
前記収容部は、前記第１方向において、前記頭部との間に空間部が形成されるように設けられている、蓄電セル。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、蓄電セルに関し、特に、車両に搭載される蓄電セルに関する。

【背景技術】

【0002】

従来の二次電池（蓄電セル）として、特許第４６７０９５８号公報（特許文献１）には、端子板とボルトとを含む外部端子が収容ケースに設けられた二次電池が開示されている。端子板は、絶縁体によって収容ケースと絶縁されており、ボルトが端子を上向きに貫通するように構成されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特許第４６７０９５８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

特許文献１における二次電池においては、正極端子および負極端子の各々が、端子板とボルトとによって構成されており、ボルトは端子に対して移動不能に固定されている。複数の二次電池は、所定の積層方向に積層された状態で、複数のバスバが組み込まれたバスバモジュールによって直列に接続される。

【0005】

複数の二次電池を積層した蓄電スタックを積層方向に所定の長さとなるように加圧した状態でパックケースに収容した場合に、積層方向と直交する方向に蓄電セルがずれることが起こり得る。この場合には、正極端子のボルトおよび負極端子のボルトが積層方向に沿って一列（直線状）に並ばず、バスバとボルトとの位置ずれが発生する。この場合には、バスバモジュールによって複数の二次電池の全てを接続できないことが起こり得る。複数の二次電池の全てを接続するためには、バスバモジュールの締結を解除してから蓄電スタックの位置調整を行ない、再度バスバモジュールを蓄電スタックに組み付けるため、手間がかかってしまう。

【0006】

本開示は、上記のような問題に鑑みてなされたものであり、本開示の目的は、外部端子の位置を調整可能な蓄電セルを提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本開示に基づく蓄電セルは、蓄電要素を収容する収容ケースと、第１方向に離間して上記収容ケースの外部に設けられた第１外部端子および第２外部端子と、上記第１外部端子および上記第２外部端子と上記収容ケースとの各々の間に設けられ、上記第１外部端子および上記第２外部端子と上記収容ケースとを絶縁する絶縁体と、を備える。上記第１外部端子および上記第２外部端子の各々は、貫通孔が設けられた端子板と、上記貫通孔に挿通された軸部および上記軸部の一端に頭部を有するボルトと、を含む。上記絶縁体は、上記端子板との間に上記頭部を収容する収容部を含む。上記貫通孔は、上記第１方向において、挿通された上記軸部との間に空間部が形成されるように設けられている。上記収容部は、上記第１方向において、上記頭部との間に空間部が形成されるように設けられている。

【0008】

上記構成によれば、貫通孔に挿通されたボルトの軸部と貫通孔との間に第１方向に空間部が形成されるように貫通孔が設けられており、かつ、ボルトの頭部と当該頭部を収容する絶縁体の収容部との間に第１方向に空間部が形成されるように収容部が設けられていることにより、第１外部端子および第２外部端子の各々で、第１方向にボルトを移動させることができる。これにより、第１外部端子および第２外部端子の位置を調整することができる。この結果、複数の蓄電セルを積層した蓄電スタックを積層方向に所定の長さとなるように加圧した状態でパックケースに収容した際に、第１方向に蓄電セルがずれた場合であっても、第１外部端子および第２外部端子の位置を調整することで、バスバモジュールをより確実に複数の蓄電セルに取り付けることができる。

【発明の効果】

【0009】

本開示によれば、外部端子の位置を調整可能な蓄電セルを提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】実施の形態に係る蓄電セルの斜視図である。

【図2】実施の形態に係る蓄電セルの外部端子およびその周辺構成を示す分解斜視図である。

【図3】図１に示すＩＩＩ－ＩＩＩ線に沿った概略断面図である。

【図4】図１に示すＩＶ－ＩＶ線に沿った概略断面図である。

【図5】実施の形態に係る蓄電装置において複数の蓄電セルが積層された状態を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0011】

以下、本開示の実施の形態について、図を参照して詳細に説明する。なお、以下に示す実施の形態においては、同一のまたは共通する部分について図中同一の符号を付し、その説明は繰り返さない。

【0012】

図１は、実施の形態に係る蓄電セルを示す斜視図である。図１を参照して、実施の形態に係る蓄電セル１００について説明する。

【0013】

蓄電セル１００は、車両駆動用であり、たとえば、ガソリンエンジンやディーゼルエンジン等の内燃機関と充放電可能なバッテリから電力供給されるモータとを動力源とするハイブリッド自動車や、外部充電が可能なプラグインハイブリッド自動車、電気自動車などに搭載される。

【0014】

図１に示すように、蓄電セル１００は、収容ケース１０、蓄電要素としての電極体１３、第１外部端子としての正極外部端子２０Ａ、第２外部端子としての負極外部端子２０Ｂ、および絶縁体としてのインシュレータ２５、２６を備える。

【0015】

収容ケース１０は、高さ方向Ｔ、幅方向Ｗ、および長さ方向Ｌを有する角型形状を有する。なお、高さ方向Ｔは、上下方向（鉛直方向）に平行である。長さ方向Ｌは、高さ方向Ｔに直交する。幅方向Ｗは、高さ方向Ｔおよび長さ方向Ｌに直交する。

【0016】

収容ケース１０は、有底角筒状の収容部１１と、収容部１１の開口を密閉する封口板１２とを含む。収容ケース１０は、内部に電極体１３を収容している。正極外部端子２０Ａおよび負極外部端子２０Ｂは、収容ケース１０の外部に設けられている。具体的には、正極外部端子２０Ａおよび負極外部端子２０Ｂは、封口板１２に取り付けられる。正極外部端子２０Ａおよび負極外部端子２０Ｂは、第１方向としての長さ方向Ｌに離間して設けられている。

【0017】

正極外部端子２０Ａは、長さ方向Ｌの一方側に配置されている。正極外部端子２０Ａは、ボルト２１および端子板２３を含む。ボルト２１および端子板２３は、導電性材料で形成されている。端子板２３は、ボルト２１に当接することにより当該ボルト２１と電気的に接続されている。

【0018】

正極外部端子２０Ａは、集電体（不図示）によって後述の正極集電部１４に電気的に接続されている。集電体には、電流の流れを遮断する電流遮断機構が設けられていてもよい。電流遮断機構は、収容ケース１０内の圧力が所定の値を超えると、正極外部端子２０Ａと正極集電部１４との電気的接続が遮断されるように設けられている。

【0019】

インシュレータ２５は、収容ケース１０の外部に設けられている。インシュレータ２５は、封口板１２の直上に重ねられている。インシュレータ２５は、ボルト２１および端子板２３と封口板１２との間に設けられている。インシュレータ２５は、ボルト２１および端子板２３と収容ケース１０（より特定的には封口板１２）とを電気的に絶縁している。インシュレータ２５は、たとえばＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）、テフロン（登録商標）、ナイロンおよびＰＥ（ポリエチレン）等の絶縁性材料から形成されている。

【0020】

負極外部端子２０Ｂは、長さ方向Ｌの他方側に配置されている。負極外部端子２０Ｂは、ボルト２２および端子板２４を含む。ボルト２２および端子板２４は、導電性材料で形成されている。端子板２４は、ボルト２２に当接することにより当該ボルト２２と電気的に接続されている。

【0021】

負極外部端子２０Ｂは、集電体（不図示）によって後述の負極集電部１５に電気的に接続されている。当該集電体には、上述の電流遮断機構は設けられていなくてもよい。

【0022】

インシュレータ２６は、収容ケース１０の外部に設けられている。インシュレータ２６は、封口板１２の直上に重ねられている。インシュレータ２６は、ボルト２２および端子板２４と封口板１２との間に設けられている。インシュレータ２６は、ボルト２２および端子板２４と封口板１２とを電気的に絶縁している。インシュレータ２６は、インシュレータ２５と同様の絶縁性材料から形成されている。

【0023】

電極体１３は、正極板、負極板およびセパレータ（いずれも図示せず）を有し、正極板および負極板は、セパレータを介して巻回される。電極体１３の両端には、正極集電部１４および負極集電部１５がそれぞれ設けられる。

【0024】

本実施の形態においては、電極体１３は、いわゆる巻回電極体である場合を例示して説明するがこれに限定されない。電極体１３は、正極板および負極板がセパレータを間に介在させた状態で積層された積層電極体であってもよい。電極体１３は、液状の電解質を用いるものであってもよいし、固体状の電解質を用いるものであってもよい。また、電極体１３に替えて、蓄電可能なキャパシタ等が採用されてもよい。

【0025】

図２は、実施の形態に係る蓄電セルの外部端子およびその周辺構成を示す分解斜視図である。図２を参照して、第１外部端子としての正極外部端子２０Ａおよびその周辺構成を説明するが、第２外部端子としての負極外部端子２０Ｂおよびその周辺構成は、正極外部端子２０Ａ側とほぼ同様の構成であるため、その説明については省略する。

【0026】

上述のように正極外部端子２０Ａは、ボルト２１および端子板２３を含んでいる。端子板２３は、長さ方向Ｌに沿って延在する。端子板２３は、第１部分２３１、第２部分２３２、ならびに、第１部分２３１および第２部分２３２を接続する接続部２３３を有する。

【0027】

第１部分２３１は、長さ方向Ｌにおいて、第２部分２３２よりも内側に配置されている。第１部分２３１は、板状形状を有する。第１部分２３１は、第２部分２３２よりも上方側に位置する。

【0028】

第１部分２３１には、貫通孔２３１ｈが設けられている。貫通孔２３１ｈは、厚み方向（高さ方向Ｔ）に第１部分２３１を貫通する。貫通孔２３１ｈは、長さ方向Ｌに長手形状となるように設けられている。貫通孔２３１ｈは、たとえば、長さ方向Ｌに長軸を有し、幅方向Ｗに短軸を有する楕円形状を有する。当該貫通孔２３１ｈには、後述するボルト２１の先端側（軸部２１１の上端側）が挿通される。

【0029】

第２部分２３２は、長さ方向Ｌにおいて、第１部分２３１よりも外側に配置されている。第２部分２３２は、板状形状を有する第２部分２３２は、第１部分２３１よりも下方側に位置する。

【0030】

第２部分２３２には、貫通孔２３２ｈが設けられている。貫通孔２３２ｈは、厚み方向（高さ方向Ｔ）に第２部分２３２を貫通する。貫通孔２３２ｈは、略円形形状を有する。

【0031】

ボルト２１は、軸部２１１、頭部２１２、およびフランジ部２１３を有する。軸部２１１は、高さ方向Ｔに沿って延在する。軸部２１１の一端（下端）には、頭部２１２が設けられている。頭部２１２の上端（より具体的には、軸部２１１と頭部２１２との境界部）には、フランジ部２１３が設けられている。フランジ部２１３は、幅方向Ｗおよび長さ方向Ｌに略平行となるように設けられている。フランジ部２１３が、端子板２３の第１部分２３１に当接することにより、ボルト２１と端子板２３とが電気的に接続される。

【0032】

軸部２１１の先端は、貫通孔２３１ｈに挿通された状態でナット８０に嵌合する。ナット８０によってフランジ部２１３と端子板２３とが当接した状態が維持される。

【0033】

インシュレータ２５は、第１収容部２５１および第２収容部２５２を有する。第１収容部２５１および第２収容部２５２は、長さ方向Ｌに並ぶように設けられている。第１収容部２５１は、長さ方向Ｌにおいて、第２収容部２５２よりも内側に位置する。

【0034】

第１収容部２５１は、上方に向けて開口する箱型形状を有する。第１収容部２５１は、底部２５３と周壁部とを有する。底部２５３は、略矩形形状を有する。周壁部は、底部２５３の周縁から起立するように設けられている。

【0035】

周壁部は、幅方向Ｗに対向する一対の側壁部２５１ａ，２５１ｂ、および長さ方向Ｌに対向する一対の側壁部２５１ｃ，２５１ｄを有する。第１収容部２５１には、ボルト２１の頭部２１２が収容される。

【0036】

第２収容部２５２は、上方に向けて開口する箱型形状を有する。第２収容部２５２の高さは、第１収容部２５１の高さよりも低い。第２収容部２５２の底部には、貫通孔２５２ｈが設けられている。貫通孔２５２ｈは、上述の貫通孔２３２ｈに対応する位置に設けられている。第２収容部２５２には、貫通孔２５２ｈと貫通孔２３２ｈとが連通するように、端子板２３の第２部分２３２が収容される。

【0037】

当該貫通孔２５２ｈ，２３２ｈには、上述の集電体と端子板２３とを接続するリベット３０が挿通されている。リベット３０は、収容ケース１０から上方に突出するように設けられている。リベット３０の先端は、貫通孔２５２ｈ，２３２ｈを貫通した状態で第２部分２３２にかしめ固定される。リベット３０は、不図示の絶縁部材によって収容ケース１０と絶縁されている。

【0038】

図３は、図１に示すＩＩＩ－ＩＩＩ線に沿った概略断面図である。図４は、図１に示すＩＶ－ＩＶ線に沿った概略断面図である。図３および図４を参照して、ボルト２１の固定態様について説明する。

【0039】

図３に示すように、頭部２１２が第１収容部２５１に収容された状態においては、幅方向における頭部２１２の端部は、ボルト２１が長さ方向Ｌに摺動可能となるように、一対の側壁部２５１ａ，２５１ｂに当接している。これにより、ボルト２１の軸周りの回動が規制されている。なお、ボルト２１がナット８０の締結力によって固定され、かつ、一対の側壁部２５１ａ，２５１ｂによって軸周りの回動が規制される限り、幅方向における頭部２１２の端部は一対の側壁部２５１ａ，２５１ｂに当接していなくてもよい。

【0040】

図４に示すように、頭部２１２が第１収容部２５１に収容された状態においては、貫通孔２３１ｈと軸部２１１との間に空間部Ｄ２が形成されている。すなわち、貫通孔２３１ｈは、長さ方向Ｌにおいて、軸部２１１との間に空間部Ｄ２が形成されるように設けられている。また、側壁部２５１ｃと頭部２１２との間に空間部Ｄ１が形成されている。すなわち、第１収容部２５１は、長さ方向Ｌにおいて、頭部２１２との間に空間部Ｄ１が形成されるように設けられている。

【0041】

当該空間部Ｄ１およびＤ２の少なくとも一方は、ボルト２１の可動領域を規定する。このような空間部Ｄ１，Ｄ２が設けられることにより、ナット８０を緩めた状態においては、ボルト２１が長さ方向Ｌに移動可能となる。長さ方向における空間部Ｄ１，Ｄ２の長さは、同一であってもよいし、異なっていてもよい。

【0042】

図５は、実施の形態に係る蓄電装置において複数の蓄電セルが積層された状態を示す図である。

【0043】

図５に示すように、実施の形態に係る蓄電装置１は、複数の蓄電セル１００と、複数のスペーサ４０と、ハウジング５０を備える。複数の蓄電セル１００と複数のスペーサ４０は、幅方向Ｗに平行となる積層方向Ｓに交互に積層されている。複数の蓄電セル１００は、積層方向Ｓに所定の長さとなるように加圧した状態でハウジング５０に収容される。この状態においては、たとえば、積層方向Ｓと直交する方向（長さ方向Ｌ）に蓄電セル１００がずれることが起こり得る。

【0044】

互いに隣り合う蓄電セル１００が長さ方向Ｌにずれて配置された場合には、破線で示すように、正極外部端子２０Ａのボルト２１と負極外部端子２０Ｂのボルト２２とが、積層方向に沿って一列に並ばない状況が起こり得る。

【0045】

このような場合において、上述のように位置ずれしたボルト２１、２２を長さ方向Ｌに移動させることにより、実線で示すように、ボルト２１、２２を積層方向に沿って一列で並んで配置される。この結果、複数の蓄電セル１００の位置を調整する場合と比較して手間をかけずに、複数のバスバが組み込まれたバスバモジュールを複数の蓄電セル１００に組み付けることができる。加えて、ボルト２１、２２がずれた状態でバスバモジュールを複数の蓄電セル１００に組み付ける場合と比較して、ボルト２１、２２に負荷される応力を低減することができる。

【0046】

以上、今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではない。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および範囲内でのすべての変更が含まれる。

【符号の説明】

【0047】

１ 蓄電装置、１０ 収容ケース、１１ 収容部、１２ 封口板、１３ 電極体、１４ 正極集電部、１５ 負極集電部、２０Ａ 正極外部端子、２０Ｂ 負極外部端子、２１，２２ ボルト、２３，２４ 端子板、２５，２６ インシュレータ、３０ リベット、４０ スペーサ、５０ ハウジング、８０ ナット、１００ 蓄電セル、２１１ 軸部、２１２ 頭部、２１３ フランジ部、２３１ 第１部分、２３１ｈ 貫通孔、２３２ 第２部分、２３２ｈ 貫通孔、２３３ 接続部、２５１ 第１収容部、２５１ａ，２５１ｂ，２５１ｃ，２５１ｄ 側壁部、２５２ 第２収容部、２５２ｈ 貫通孔、２５３ 底部、Ｄ１，Ｄ２ 空間部、Ｌ 長さ方向、Ｓ 積層方向、Ｔ 高さ方向、Ｗ 幅方向。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】