JP2015228335A

JP2015228335A - 蓄電装置

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Publication number: JP2015228335A
Application number: JP2014113966A
Authority: JP
Inventors: 中村　知広; Tomohiro Nakamura; 知広中村; 泰有秋山; Yasunari Akiyama
Original assignee: Toyota Industries Corp
Current assignee: Toyota Industries Corp
Priority date: 2014-06-02
Filing date: 2014-06-02
Publication date: 2015-12-17
Anticipated expiration: 2034-06-02
Also published as: JP6318871B2

Abstract

【課題】短絡が発生することを抑制すること。
【解決手段】高絶縁壁２２の高さＮ１は、正極電極端子及び負極電極端子の露出部１８の高さＮ２よりも高い。また、高絶縁壁２２の高さＮ１は、露出部１８の上端面１８ａに固定されたボルト３１の上端面３１ｃから蓋１３の外面までの高さＮ３よりも高い。これにより、露出部１８の上端面１８ａにボルト３１を用いてバスバー３０を固定した場合であっても、ボルト３１の上端面３１ｃよりも端子カバー２０の高絶縁壁２２の上端面２２ａの方が高い位置にあるため、露出部１８が端子カバー２０で囲まれた内側の領域に位置し、露出部１８が外部に露出しない。
【選択図】図３

Description

本発明は、電極端子を絶縁する絶縁部材を有する蓄電装置に関する。

従来から、ＥＶ（Electric Vehicle）やＰＨＶ（Plug in Hybrid Vehicle）などの車両には、走行用モータへの供給電力を蓄える蓄電装置としての二次電池が搭載されている（例えば、特許文献１）。そして、蓄電モジュールは、前述した二次電池を複数備える。

特開平９−１２０８３６号公報

図６に示すように、蓄電モジュールを構成する場合、隣り合う二次電池５１の電極端子５４を、ボルト５３を用いてバスバー５２で接続する。しかしながら、電極端子５４の一部は二次電池５１の蓋部５５において露出しているため、二次電池５１の取扱い時に電極端子５４が外部に接触して短絡する虞があった。

この発明は、上記従来技術に存在する問題点に着目してなされたものであり、その目的は、短絡が発生することを抑制することができる蓄電装置を提供することにある。

上記問題点を解決するための蓄電装置は、金属製のケースと、前記ケース内に収容された電極組立体と、前記電極組立体と電気を授受する電極端子と、を備えた蓄電装置であって、前記ケースの外面に露出した前記電極端子の露出部を囲う絶縁部材を有し、前記絶縁部材の上端面は、前記露出部の上端面よりも高い位置にあることを要旨とする。

これによれば、絶縁部材の上端面が電極端子の露出部の上端面よりも高い位置にあることで、露出部が絶縁部材で囲まれた内側の領域に位置することになる。これにより、蓄電装置が転倒した場合、絶縁部材が外部に接触するため、短絡が発生することを抑制することができる。

また、蓄電装置について、前記絶縁部材は、高絶縁壁と低絶縁壁を有し、前記高絶縁壁の上端面は、バスバー固定部材を用いて前記露出部の上端面にバスバーを固定した状態において前記バスバーの上端面よりも高い位置にあるとともに、前記バスバー固定部材を用いて前記露出部の上端面に前記バスバーを固定した状態において前記バスバー固定部材の上端面よりも高い位置にある一方、前記低絶縁壁の上端面は、前記バスバー固定部材を用いて前記露出部の上端面に前記バスバーを固定した状態において前記バスバーの上端面よりも低い位置にあるとともに、前記バスバー固定部材を用いて前記露出部の上端面に前記バスバーを固定した状態において前記バスバー固定部材の上端面よりも低い位置にあることが好ましい。

これによれば、バスバー固定部材を用いて露出部の上端面にバスバーを固定した場合であっても、露出部、バスバー、及びバスバー固定部材が絶縁部材で囲まれた内側の領域に位置することになる。これにより、蓄電装置が転倒した場合、絶縁部材が外部に接触するため、短絡が発生することを抑制することができる。さらに、露出部にバスバーを取り付けるときに低絶縁壁が邪魔をしない。

また、蓄電装置について、前記絶縁部材は筒状であって、前記絶縁部材は、前記ケースに設けられた受入部と前記絶縁部材の周方向において係合する係合面を有する係合部を備えることが好ましい。

これによれば、係合部の係合面とケースの受入部とが係合することにより、絶縁部材の周方向への連れ回りを抑制することができるとともに、絶縁部材が連れ回りしないことでバスバーの組付性が向上する。

また、蓄電装置は二次電池である。

本発明によれば、短絡が発生することを抑制することができる。

二次電池を示す分解斜視図。蓄電モジュールを示す平面図。端子カバーが固定された電極端子を示す部分断面図。端子カバーの別例を示す分解斜視図。端子カバーの別例を示す分解斜視図。従来の電極端子の近傍を示す断面図。

以下、蓄電装置を二次電池に具体化した一実施形態を図面に従って説明する。
図１に示すように、蓄電装置としての二次電池１０は、金属製（例えば、ステンレス製やアルミニウム製）のケース１１を備えている。ケース１１は、四角箱状の容器１２と、容器１２の開口部分を閉塞する矩形平板状の蓋１３を有する。蓋１３には、平面視円形状の一対の挿通孔１３ｂが設けられている。また、蓋１３において一対の挿通孔１３ｂの間には、受入部としての平面視円弧状の一対の溝１３ｃが設けられている。

ケース１１には、電極組立体１４が収容されている。電極組立体１４には、正極電極端子１５と負極電極端子１６が電気的に接続されており、それぞれ電極組立体１４と電気を授受する。そして、正極電極端子１５及び負極電極端子１６には、ケース１１から絶縁するためのリング状の絶縁リング１７がそれぞれ取り付けられている。

電極組立体１４は、正極電極、負極電極、及び正極電極と負極電極とを絶縁するセパレータを有する。正極電極は、正極金属箔（アルミニウム箔）の両面に正極活物質層を備える。負極電極は、負極金属箔（銅箔）の両面に負極活物質層を備える。そして、電極組立体１４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。

正極電極端子１５及び負極電極端子１６は、蓋１３の挿通孔１３ｂを貫通してケース１１の外部に一部が露出（突出）している。以下、蓋１３の外部に位置する正極電極端子１５及び負極電極端子１６の露出箇所を露出部１８と示す。露出部１８は円柱状である。また、露出部１８の外周は雄ねじ部を有する一方で、露出部１８の内周は雌ねじ部を有する。

露出部１８の外周にはナット２６が螺合されている。蓋１３の外面１３ａと、ナット２６とは、絶縁リング１７によって絶縁されている。そして、ナット２６が露出部１８に螺合されることによって、正極電極端子１５及び負極電極端子１６がケース１１に取り付けられている。

蓋１３の外面１３ａには、露出部１８を囲うように、ケース１１から絶縁するための絶縁部材としての端子カバー２０が位置している。端子カバー２０は、樹脂製である。端子カバー２０は、筒状をなしている。

図３に示すように、端子カバー２０は、その壁高が高さＮ１である高絶縁壁２２と、その壁高が高さＮ２である低絶縁壁２３を有する。高絶縁壁２２の上端面２２ａと低絶縁壁２３の上端面２３ａは段差状に繋がっている。高絶縁壁２２と低絶縁壁２３との繋がりにより、端子カバー２０は、その一部を凹ませた凹部２４を有する。凹部２４の底面は、低絶縁壁２３の上端面２３ａでもある。また、凹部２４は、その内周において、高絶縁壁２２の上端面２２ａと低絶縁壁２３の上端面２３ａを繋ぐとともに、高絶縁壁２２の上端面から垂直に下る一対の側壁面２４ａを有する。

図１の説明に戻り、端子カバー２０の軸方向下端側には、軸方向へ延びる平面視円弧状の係合部としての取付片２５が延設されている。取付片２５の軸方向への長さは、蓋１３の厚みよりも短い。取付片２５の平面形状は、蓋１３の溝１３ｃの平面形状と略同一形状をなしており、溝１３ｃに取付片２５を嵌め込み可能である。また、取付片２５において、端子カバー２０の周方向に位置する一対の側壁は、溝１３ｃの内壁に当接する係合面２５ａを有する。

次に、蓄電モジュール４０について説明する。
なお、図２では、重複する符号の記載を省略している。
図１及び図２に示すように、蓄電モジュール４０は、複数の二次電池１０を有する。蓄電モジュール４０を構成する複数の二次電池１０は、並設された一方の二次電池１０の正極電極端子１５を隣り合う他方の二次電池１０の負極電極端子１６に、並設された一方の二次電池１０の負極電極端子１６を隣り合う他方の二次電池１０の正極電極端子１５に、それぞれバスバー３０を介して接続されている。バスバー３０は、矩形平板状であり、一対の挿通孔３０ａを有する。バスバー３０は、アルミニウム製である。

露出部１８の内部には、バスバー固定部材としてのボルト３１が螺合され、このボルト３１によってバスバー３０が露出部１８に接続されている。ボルト３１は、露出部１８の内周に螺合するボルトねじ部３１ａと、ボルトねじ部３１ａの軸方向一端の頭部３１ｂを有する。そして、ボルト３１の頭部３１ｂによってバスバー３０が露出部１８に向けて押し付けられてバスバー３０と露出部１８の上端面１８ａが面接触することで、バスバー３０と正極電極端子１５又は負極電極端子１６は導通している。

また、図２に示すように、接続対象となる一方の二次電池１０の正極電極端子１５と、接続対象となる他方の二次電池１０の負極電極端子１６に固定された各端子カバー２０は、凹部２４にバスバー３０を受け入れるべく、低絶縁壁２３が互いに向き合っている。

次に、端子カバー２０、及びバスバー３０が固定された電極端子の高さについて説明する。
図３に示すように、高絶縁壁２２の高さＮ１は、露出部１８の高さＮ４よりも高い。また、高絶縁壁２２の高さＮ１は、露出部１８の上端面１８ａに固定されたボルト３１の上端面３１ｃから蓋１３の外面１３ａまでの高さＮ３よりも高い。一方、低絶縁壁２３の高さＮ２は、露出部１８の高さＮ４と略同一であって、かつ露出部１８の上端面１８ａに固定されたバスバー３０の上端面３０ｂから蓋１３の外面１３ａまでの高さＮ５よりも低い。同様に、低絶縁壁２３の高さＮ２は、露出部１８の上端面１８ａに固定されたボルト３１の上端面３１ｃから蓋１３の外面１３ａまでの高さＮ３よりも低い。また、凹部２４の径方向における開口幅Ｎ６は、バスバー３０の幅Ｎ７と略同一である。このため、高絶縁壁２２の上端面２２ａと低絶縁壁２３の上端面２３ａを繋ぐ一対の側壁面２４ａは、バスバー３０に当接するバスバー当接部として機能する。

次に、二次電池１０の作用について説明する。
高絶縁壁２２の高さＮ１は、露出部１８の高さＮ４、及び露出部１８の上端面１８ａに固定されたボルト３１の上端面３１ｃから蓋１３の外面１３ａまでの高さＮ３よりも高い。よって、露出部１８が端子カバー２０で囲まれた内側の領域に位置し、露出部１８が外部に露出しない。

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）二次電池１０に本実施形態における端子カバー２０を採用すると、露出部１８が端子カバー２０で囲まれた内側の領域に位置し、露出部１８が外部に露出しない。これにより、短絡が発生することを抑制することができる。

（２）また、ケース１１と端子カバー２０を一体成形しなくても、絶縁製の端子カバー２０を金属製のケース１１に後付けするだけで正極電極端子１５及び負極電極端子１６の短絡を抑制することができる。このため、ケース１１と端子カバー２０を一体成形する場合に比して汎用性に富む。

（３）ボルト３１を用いて露出部１８の上端面１８ａにバスバー３０を固定した場合であっても、露出部１８、バスバー３０、及びボルト３１が端子カバー２０で囲まれた内側の領域に位置し、端子カバー２０から露出しない。これにより、二次電池１０が転倒した場合、端子カバー２０が外部に接触するため、短絡が発生することを抑制することができる。さらに、露出部１８にバスバー３０を取り付けるときに低絶縁壁２３が邪魔をせず、かつ凹部２４がガイド機能を果たすため、正極電極端子１５及び負極電極端子１６へのバスバー３０の組付性が向上する。

（４）取付片２５の係合面２５ａと蓋１３の溝１３ｃの内壁の係合、及び凹部２４の側壁面２４ａのバスバー３０への幅方向からの当接により、端子カバー２０とバスバー３０の双方の周方向への連れ回りを抑制することができる。

（５）バスバー３０を受け入れ可能な位置に低絶縁壁２３が位置するように端子カバー２０を取り付けることができるため、容易に位置決めすることができるとともに、バスバー３０の組付性が向上する。

（６）複数の電極端子を纏めて囲う端子カバーを採用した場合、一部に欠け等の不具合が生じたときにはその端子カバーを丸ごと交換しなければならないが、電極端子１個ずつに端子カバー２０をそれぞれ取り付けた場合であれば、不具合の生じた端子カバー２０のみを交換するだけで済み、手間がかからない。

なお、上記実施形態は以下のように変更してもよい。
○ 実施形態において、凹部２４の径方向における開口幅Ｎ６を、バスバー３０の幅Ｎ７よりやや長くし、凹部２４の径方向にゆとりを設けてもよい。

○ 実施形態では、接続対象となる一方の二次電池１０における正極電極端子１５及び接続対象となる他方の二次電池における負極電極端子１６の位置がどのような位置関係にあってもバスバー３０を接続できるよう、端子カバー２０において低絶縁壁２３を２箇所以上形成してもよい。

○ バスバー３０を取り付ける各二次電池１０の配置に合わせて、取付片２５や溝１３ｃの形成位置を適宜変更してもよい。また、実施形態のように二次電池１０を並設して蓄電モジュール４０が構成される場合、接続対象となる一方の二次電池１０の正極電極端子１５と、接続対象となる他方の二次電池１０の負極電極端子１６に固定された各端子カバー２０は、低絶縁壁２３が互いに向き合う。この場合、同一の二次電池１０の正極電極端子１５及び負極電極端子１６をそれぞれ囲う端子カバー２０では、低絶縁壁２３がそれぞれ１８０°反対方向の外側を向いている。つまり、複数の二次電池１０では、同極の電極端子に取り付けられた各端子カバー２０が同一方向に開口しているため、同極の電極端子同士をバスバー３０で接続することができない。すなわち、バスバー３０によって誤って同極の電極端子が接続されてしまうことがない。

○ 実施形態では、高絶縁壁２２のみを有する端子カバー２０に具体化してもよい。
○ 実施形態では、端子カバー２０が筒状であれば、平面視が円形状や四角形状などどのような形状であってもよい。

○ 実施形態では、露出部１８の全周が端子カバー２０によって囲まれていなくてもよい。例えば、端子カバー２０を平面視Ｕ字状としてもよい。ただし、端子カバー２０によって囲まれていない箇所の幅は、金属製物質（例えば、金属片や工具）が侵入し難い幅が好ましい。

○ 実施形態において、端子カバー２０に溝を設ける一方、蓋１３に取付片を設けてもよい。
○ ボルト３１を締結することで、端子カバー２０は、バスバー３０及び蓋１３の外面１３ａによって圧持されるため、取付片２５及び溝１３ｃを形成しなくてもよい。

○ 図４に示す端子カバー４５は、平面視がトラック形状をした有底筒状である。トラック形状とは、平行な２本の直線の端部を円弧で結んだ形状である。そして、端子カバー４５の底板４５ａの外側には、端子カバー４５の軸方向に突出する突出部４６が形成されている。突出部４６も、トラック形状をしている。図４に示す例では、突出部４６の底板４５ａと同一形状であって、突出部４６を挿通可能な大きさに形成された挿通孔１３ｂが蓋１３の外面１３ａに形成されている。この挿通孔１３ｂに突出部４６を挿通することで、蓋１３に端子カバー４５が取り付けられる。図４に示す例では、突出部４６及び挿通孔１３ｂがトラック形状であるため、突出部４６と挿通孔１３ｂの内壁が二面で面接触する。これにより、端子カバー４５が周方向に沿って連れ回りしない。

○ また、挿通孔１３ｂの内壁と突出部４６が二面以上で面接触するよう、突出部４６及び挿通孔１３ｂの形状を三角柱状や四角柱状としてもよい。
○ 実施形態では、端子カバー２０を蓋１３の外面に取り付けて使用していたが、端子カバー２０を蓋１３の挿通孔１３ｂに挿入して蓋１３に取り付ける態様であってもよい。

○ 図５に示すように、端子カバーの蓋１３への取付方法は、実施形態の方法に限られない。図５では、端子カバー２０の外周面であって、軸方向下端側に複数（この例では４片）の羽根４７が、軸方向と直交する方向に等間隔おきに延設されている。一方、蓋１３の外面１３ａには、羽根４７と対向する位置に、羽根４７と同数の突起１３ｄが突設されている。この構成によれば、ボルト３１の締結時に羽根４７が突起１３ｄに当接するため、端子カバー２０の周方向に沿った連れ回りを抑制することができる。

○ 実施形態において、高絶縁壁２２の高さＮ１は、露出部１８の高さＮ４よりも高ければ、露出部１８の上端面１８ａに固定されたボルト３１の上端面３１ｃから蓋１３の外面１３ａまでの高さＮ３よりも低くてもよい。この場合、ナット２６及びバスバー３０の表面を絶縁材料で被膜することが好ましい。

○ 端子カバー２０は、樹脂製に限らず、ゴム製としてもよい。
○ ケース１１の形状は、円柱状や楕円柱状であってもよい。
○ 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。

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）前記高絶縁壁の上端面と前記低絶縁壁の上端面は段差状に繋がっており、前記高絶縁壁の上端面と前記低絶縁壁の上端面を繋ぐ一対の側壁面は、前記バスバーに当接するバスバー当接部である蓄電装置。

Ｎ１〜Ｎ５：高さ、Ｎ６…開口幅、Ｎ７…バスバーの幅、１０…蓄電装置としての二次電池、１１…ケース、１３…蓋、１３ａ…蓋の外面、１３ｃ…受入部としての溝、１４…電極組立体、１５…正極電極端子、１６…負極電極端子、１８…電極端子の露出部、２０…絶縁部材としての端子カバー、２２…高絶縁壁、２２ａ…高絶縁壁の上端面、２３…低絶縁壁、２３ａ…低絶縁壁の上端面、２５…係合部としての取付片、２５ａ…取付片の係合面、２６…ナット、３０…バスバー、３０ｂ…バスバーの上端面、３１…バスバー固定部材としてのボルト、３１ｃ…ボルトの上端面、４０…蓄電モジュール。

Claims

金属製のケースと、
前記ケース内に収容された電極組立体と、
前記電極組立体と電気を授受する電極端子と、を備えた蓄電装置であって、
前記ケースの外面に露出した前記電極端子の露出部を囲う絶縁部材を有し、
前記絶縁部材の上端面は、前記露出部の上端面よりも高い位置にあることを特徴とする蓄電装置。
前記絶縁部材は、高絶縁壁と低絶縁壁を有し、
前記高絶縁壁の上端面は、バスバー固定部材を用いて前記露出部の上端面にバスバーを固定した状態において前記バスバーの上端面よりも高い位置にあるとともに、前記バスバー固定部材を用いて前記露出部の上端面に前記バスバーを固定した状態において前記バスバー固定部材の上端面よりも高い位置にある一方、
前記低絶縁壁の上端面は、前記バスバー固定部材を用いて前記露出部の上端面に前記バスバーを固定した状態において前記バスバーの上端面よりも低い位置にあるとともに、前記バスバー固定部材を用いて前記露出部の上端面に前記バスバーを固定した状態において前記バスバー固定部材の上端面よりも低い位置にある請求項１に記載の蓄電装置。
前記絶縁部材は筒状であって、
前記絶縁部材は、前記ケースに設けられた受入部と前記絶縁部材の周方向において係合する係合面を有する係合部を備えた請求項１又は請求項２に記載の蓄電装置。
前記蓄電装置は二次電池である請求項１〜請求項３のうちいずれか一項に記載の蓄電装置。