JP2009087721A - 二次電池の端子構造及び組電池 - Google Patents

Abstract

【課題】接触抵抗が減少し、発熱も少なく、レーザ溶接のためブロック状端子に負荷が加わらず、ブロック状端子部分に設けた絶縁材が損傷しない端子構造の提供。
【解決手段】正負極のいずれかの出力端子をねじ端子２により形成し、他極の出力端子をブロック状端子６により形成する。ねじ端子２にスペーサ４とバスバー３の挿入穴１０を差し込み、ナット５で接触抵抗が減少し、発熱も少ない。レーザ溶接のためブロック状端子６に負荷が加わらず、ブロック状端子６部分に設けた絶縁材が損傷しない。締結する。挿入穴１０をねじ端子２の外径よりも大径とし、隣接する電池間の位置ズレを吸収する。ナット５でバスバー３を締結するので、両者の密着性を確保でき接続抵抗が減少する。バスバー３の他方の端部に開口部を設け、その内側にブロック状端子６の先端を挿入して、両者をレーザ溶接する。
【選択図】図１

Description

本発明は、リチウムイオン電池などの二次電池の端子構造とこの端子構造を使用した組電池に関するものであって、特に、複数の電池をバスバーのような剛性の高い導電部材によって接続するのに適した技術に係るものである。

リチウムイオン電池などの二次電池を大電流を流す組電池として使用する場合、図２または図３に示すように、電池間を金属などのバスバーでねじ接合または金属接合している。すなわち、図２は、電池の出力端子とバスバーとをねじ接合した従来技術の一例であって、電池筐体１の上部に正極と負極の出力端子となるねじ端子２が設けられ、このねじ端子２に対してバスバー３をスペーサ４及びナット５を使用してねじ止めしている。

一方、図３は、電池の出力端子とバスバーとをレーザ溶接などの手法で金属接合した従来技術の一例であって、電池筐体１の上部に正極と負極の出力端子となるブロック状端子６が設けられ、その上部にバスバー３が溶接されている。この場合、図４に示すように、ブロック状端子６の先端には段部７が設けられ、バスバー３に設けられた開口部８がこの段部７の部分にはめ込まれた状態で、段部７の外周と開口部８の内周とが溶接部９によって固着されている。

この溶接による金属接合の場合、図３及び図４のような構造を採用しているのは、次のような理由による。すなわち、ブロック状端子６の先端にバスバー３を重ね合わせてスポット溶接のような加圧抵抗溶接を行うと、溶接時の負荷（加圧力）が端子に加わることになる。ところが、この種の電池は、筐体を正極又は負極として、その反対極の出力端子を筐体と樹脂などの絶縁材を用いて絶縁しているため、この端子に負荷を掛けると絶縁材が破損することにより絶縁性能が低下、電解液の漏出などの不具合を生ずる。特に、小型電池の場合、この絶縁構造のためのスペースに限りがあり、端子への負荷を吸収する構造にはしづらいという問題がある。

そこで、図３及び図４に示すように、電池同士のバスバーと電池端子との接続をレーザ溶接などの金属接合で行うことにより、出力端子への負荷をなくし、絶縁材の不良を防止する提案がなされている。この場合、バスバー３と各出力端子との接続抵抗値を低減し、発熱を防止するためには、予めバスバー３とブロック状端子６との密着性を保ちながら、各部材の隙間寸法を正確に管理する必要がある。

しかし、金属板などの変形しにくいバスバー３を使用すると、現実には図５に示すように、組み立ての際に接合する電池間の組立誤差による端子の位置ズレが、そのまま金属接合部の密着性のズレになるため誤差を吸収できない。だからといって、電池間の位置ズレ誤差を吸収できるように、開口部８をその内側にはめ込む段部７に比較して大きく取ると、ブロック状端子６とバスバー３との密着性を確保できない。

一方、前記図２に示すように、バスバー３と出力端子とをねじ接続とした場合、バスバー３に端子外径よりも大きな開口を有する端子挿入穴（丸穴）を穿孔しておけば、電池同士の組み付け誤差を吸収できる。しかし、この場合、前記の加圧抵抗溶接と同様に、ねじを締め付ける際に電池の絶縁樹脂に負荷がかかるため絶縁性能を損なうおそれがあった。

特開２００２−２１６７１６号公報 特開２００３−２９７４１３号公報 特開２００４−３２７３１１号公報 特開平８−９６７９０号公報

以上のように、従来技術のブロック状端子６による金属接合やねじ端子２によるねじ接合のいずれも、接続する電池間の端子の位置ズレの吸収ができないとか、端子の絶縁材に負荷が加わるとかの問題があり、複数の電池の端子間をバスバーの様な剛性の高い導電部材で接続する技術としては好ましいものではなかった。

特に、ねじ接合や金属接合によるバスバーと出力端子の接続構造としては、図２乃至図５に示した従来技術に限らず、前記特許文献１乃至４に示すように各種のものが提案されているが、いずれも、図示の従来技術のように、正極と負極で同一の接続構造（正負極ともねじ接合か、正負極とも金属接合）であり、剛性の高い導電部材を使用した端子の接続構造としては不適当なものであった。

本発明は前記のような従来技術の問題点を解決するために提案されたものであって、その目的は、導電部材と出力端子との優れた密着性を確保しつつ電池同士の組み付け誤差を吸収することができ、しかも、出力端子と電池筐体との間に設けられた絶縁材に負荷を加えることもない二次電池の端子構造及びその端子構造を使用した組電池を提供することにある。

前記の目的を達成するために、本発明の二次電池の端子構造は、出力端子について、正負極のいずれかの出力端子が導電部材をねじ接合するためのねじ端子により形成され、他極の出力端子が導電部材を金属接合するためのブロック状端子により形成されていることを特徴とする。また、前記ブロック状端子が二次電池の筐体と異極とされ、そのブロック状端子と電池筐体の間に両者を絶縁する絶縁材が配設されていることも、本発明の二次電池の端子構造の一態様である。

また、本発明は、複数の二次電池をその正極と負極間を導電部材によって接続してなる組電池において、各二次電池の正負極のいずれかの出力端子がねじ端子により形成され、他極の出力端子がブロック状端子により形成され、第１の二次電池のねじ端子に対して導電部材の一方の端部がねじ接合により固定され、第２の二次電池のブロック状端子に対して前記導電部材のねじ接合とは反対側の端部が溶接により固定されていることを特徴とする。

なお、前記導電部材が電池の出力端子との接合部に開口部を有し、前記ブロック状端子が導電部材の接合部に設けた前記開口部に挿入され、前記開口部周縁とブロック状端子とがレーザ溶接により接合された組電池も本発明の一態様である。

前記のような構成を有する本発明の二次電池の端子構造及び組電池では、ねじ端子に導電部材（例えばバスバー）をねじ接合することにより、ねじ端子と導電部材との接合位置に許容度を持たせて、隣接する電池間の位置ズレを吸収することができる。また、ねじで導電部材を締結するので両者の密着性を確保でき、接続抵抗が減少する。導電部材の他方の端部はブロック状端子に金属接合するので、接触抵抗が減少し、発熱も少ない。

本発明によれば、組電池の電池同士の組立誤差をねじ固定による端子挿入穴とねじの径差により吸収できることによる生産性の向上と共に電池の絶縁樹脂を損傷することなく、また、ねじ締結を片方の端子のみとし他方の端子を溶接とすることにより、両極の端子をねじ固定とするよりも組立工数と接続抵抗値を低減する効果が見込める。また、片方の端子のみをねじ固定としたので、組電池の内の１つが不良となった場合でも、不良電池１つを交換することが可能なため、両極の端子を溶接などした場合に比べてコストダウンを図れる。

（１）第１実施形態
以下、本発明の第１実施形態を図１に従って具体的に説明する。なお、前記各従来技術と同一の部分については、同一の符号を付し、説明は省略する。

本実施形態においては、電池筐体１の上部に正極と負極の出力端子が設けられているが、このうち一方の極の出力端子がねじ端子２によって構成され、このねじ端子２に対して剛性の高い導電部材であるバスバー３をスペーサ４及びナット５を使用してねじ止めしている。すなわち、バスバー３には、ねじ端子２の外径よりも大きな径を有するねじ端子挿入穴１０が設けられ、この挿入穴１０内にねじ端子２が挿入されて締結されている。

一方、電池筐体１の上部に設けられた他方の極の出力端子はブロック状端子６によって形成され、その上部にバスバー３がレーザ溶接により溶接されている。この場合ブロック状端子６の先端には段部７が設けられ、バスバー３に設けられた開口部８がこの段部７の部分にはめ込まれた状態で、段部７の外周と開口部８の内周とが溶接部９によって固着されている点は、図４に示した従来技術と同様である。

本実施形態において、このブロック状端子６は、電池筐体１と異極とされており、両者の間にはその絶縁を確保するための絶縁材が配設されている。すなわち、従来技術で説明したように、ねじ端子２に対してバスバーのような導電部材をねじ接合した場合にねじの締結力が端子に加わるので、ねじ端子側に絶縁材を配設すると締結力により損傷するおそれがあるが、本実施形態では絶縁材は締結力が加わることがないブロック状端子６側に配設されている。

前記のように本実施形態では各二次電池ごとにねじ端子２とブロック状端子６がそれぞれ設けられているので、この二次電池を複数個使用して組電池を構成するには、隣接する二次電池をその異極が対向するように並べ、その異極間をバスバー３によって接続する。この場合、バスバー３の一端は第１の二次電池における一方の極の端子（例えば、ブロック状端子６）に対して、金属接合により固着する。バスバー３の他端は、第２の二次電池における他方の極の端子（例えば、ねじ端子２）に対して、ねじ結合により固定する。

このようにすると、隣接する二次電池間の位置ズレは、ねじ結合部分においてねじ端子２とバスバー３の挿入穴１０との間に形成された隙間によって吸収される。一方、バスバー３とブロック状端子６との間では、二次電池間の位置ズレを吸収する必要がなくなるので、ブロック状端子６とバスバー３の開口部８との嵌め合いを隙間が無いものとすることができ、両者間の密着度を向上させることが可能となり、溶接部の範囲も大きくとることが可能になる。その結果、ブロック状端子６とバスバー３間の接続抵抗も低減し、接合部分での発熱も押さえることが可能になる。

更に、本実施形態では、締結力が加わるねじ端子２側には電気筐体１との絶縁を確保する絶縁材を設けることなく、レーザ溶接を使用した結果負荷が加わることがないブロック状端子６側に絶縁材を設けたため、接続時の負荷に起因する絶縁材の不良、損傷が発生するおそれもない。また、一方の端子がねじ端子によるねじ接合であるため、組電池を構成する二次電池の一部に故障や不良が発生した場合に、両方の端子を金属接合したものでは、個々の二次電池の交換が困難であるが、本実施形態によれば、ねじ接合部分を取り外すことで、電池を容易に交換できる利点もある。

（２）他の実施形態
本発明は、前記の実施形態に限定されるものではなく、次のような他の実施形態も包含するものである。

(1) ねじ端子２にバスバー３をねじ接合する場合、スペーサ４を使用することなく、予めブロック状端子６の高さに合わせて、ねじ端子２の根本部分にバスバー３を支持する段部を設けたもの。
(2) バスバー３に設けるねじ端子挿入穴１０と、ブロック状端子６の先端を挿入する開口部１０とを同一形状として、バスバー３をどちらの方向でも、ねじ端子またはブロック状端子に接合できるもの。

(3) バスバー３のブロック状端子６への接合部をカップ状（帽子状）の開口部とし、バスバー３の端部をブロック状端子６に被せた状態で、その外側からスポット溶接を行って接合することで、ブロック状端子６に加える負荷が絶縁材に伝わらないようにしたもの。
(4) 並列に配置された隣接する電池を接続するために、バスバー３がクランク状やＬ字状に形成されたもの。

(5) 電池に設けられた正極と負極の端子が、電池の上面（同一面）に併設されたもの以外に、電池の上部と側部、上部と底部というように異なる面にそれぞれ設けられており、その一方の端子がねじ接合され、他方の端子が金属接合（溶接）されているもの。
(6) ねじ端子として、図１のように雄ねじを使用する代わりに、端子の内部にねじを設けた雌ねじを使用し、この端子の雌ねじに対して、バスバー３をボルトや止めねじなどの雄ねじで締結するもの。
(7) 金属接合として、レーザ溶接以外にろう付け、半田付け、溶着、圧入、嵌合による接合手段を使用したもの。

本発明の最適な実施形態の構成を示す側面図。 従来の端子構造の一例を示す側面図。 従来の端子構造の他の例を示す側面図。 図３の端子構造の平面図。 図４におけるバスバーの開口部と端子間の隙間を示す拡大平面図。

符号の説明

１…電池筐体
２…ねじ端子
３…バスバー
４…スペーサ
５…ナット
６…ブロック状端子
７…段部
８…開口部
９…溶接部
１０…ねじ端子挿入穴

Claims (4)

1. 正負極のいずれかの出力端子が導電部材をねじ接合するためのねじ端子により形成され、他極の出力端子が導電部材を金属接合するためのブロック状端子により形成されていることを特徴とする二次電池の端子構造。
2. 前記ブロック状端子が二次電池の筐体と異極とされ、そのブロック状端子と電池筐体の間に両者を絶縁する絶縁材が配設されていることを特徴とする請求項１に記載の二次電池の端子構造。
3. 複数の二次電池をその正極と負極間を導電部材によって接続してなる組電池において、
   各二次電池の正負極のいずれかの出力端子がねじ端子により形成され、他極の出力端子がブロック状端子により形成され、
   第１の二次電池のねじ端子に対して導電部材の一方の端部がねじ接合により固定され、第２の二次電池のブロック状端子に対して前記導電部材のねじ接合とは反対側の端部が金属接合により固定されていることを特徴とする組電池。
4. 前記導電部材が、電池の出力端子との接合部に開口部を有し、
   前記ブロック状端子が、導電部材の接合部に設けた前記開口部に挿入され、
   前記開口部周縁とブロック状端子とがレーザ溶接により接合されていることを特徴とする請求項３に記載の組電池。

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