JP2021009760A - 蓄電装置 - Google Patents

Abstract

【課題】溶接出力を抑えるとともに電気抵抗を低減しつつカシメ部の損傷を抑制できる蓄電装置を提供する。【解決手段】二次電池１０は、ケース１１の外面１４ｂに沿って配置された外部端子１８と、電極組立体と電気的に接続されるとともに、ケース１１及び外部端子１８を貫通する軸部１７２、及び軸部１７２における外部端子１８から突出した部分がかしめられたカシメ部１７３を有する引出端子１７と、カシメ部１７３と外部端子１８との溶接部Ａとを備える。外部端子１８は、バスバー３０が接続されるバスバー接続部位１８ａと、カシメ部１７３が接続される端子接続部位１８ｂとを一方向に並べて有する。カシメ部１７３は、バスバー接続部位１８ａと端子接続部位１８ｂとが並ぶ方向においてバスバー接続部位１８ａと軸部１７２との間に肉薄部１９を有する。溶接部Ａは、肉薄部１９におけるバスバー接続部位１８ａ寄りの縁部１９ａに沿って線状に設けられている。【選択図】図４

Description

本発明は、引出端子のカシメ部と外部端子との溶接部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、電動機などへの供給電力を蓄える蓄電装置としてリチウムイオン二次電池やニッケル水素二次電池などが搭載されている。

二次電池は、電極組立体を収容するケースと、ケースの外面に沿って配置された外部端子と、電極組立体と電気的に接続されるとともに、ケース及び外部端子を貫通する軸部、及び軸部における外部端子から突出した部分がかしめられたカシメ部を有する引出端子とを備える。このような二次電池は、外部端子にバスバーが接続されることにより、複数の二次電池が接続された二次電池モジュールとして使用される。

ところで、上記二次電池では、外部端子とカシメ部とが接触していれば、外部端子と引出端子との電気的な接続は確保できるものの、電気抵抗が大きくなる。したがって、例えば、特許文献１に開示される二次電池では、外部端子とカシメ部とを溶接することにより、電気抵抗を低減している。

なお、カシメ部と外部端子とを溶接して溶接部を形成する際、カシメ部の厚みが厚いほど、溶接部を形成するために必要な溶接出力が大きくなる。このため、例えば、特許文献１に開示される二次電池のように、カシメ部における溶接部を形成する箇所に肉薄部を設けることで、溶接出力を抑えることが考えられる。

特開２０１２−２８２４６号公報

ところで、例えば、二次電池モジュールの振動に伴いバスバーが振動することにより、各二次電池の外部端子がケースの外面から離れる方向に外力を受けることがある。すると、カシメ部も、ケースの外面から離れる方向に外部端子から外力を受ける。このとき、カシメ部に肉薄部が設けられていると、肉薄部が設けられていない場合と比較してカシメ部の強度が低下しているため、カシメ部が破損し易い。

本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、その目的は、溶接出力を抑えるとともに電気抵抗を低減しつつカシメ部の損傷を抑制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、電極組立体を収容するケースと、前記ケースの外面に沿って配置された外部端子と、前記電極組立体と電気的に接続されるとともに、前記ケース及び前記外部端子を貫通する軸部、及び前記軸部における前記外部端子から突出した部分がかしめられたカシメ部を有する引出端子と、前記カシメ部と前記外部端子との溶接部と、を備えた蓄電装置であって、前記外部端子は、バスバーが接続される第１接続部位と、前記カシメ部が接続される第２接続部位とを一方向に並べて有し、前記カシメ部は、前記第１接続部位と前記第２接続部位とが並ぶ方向において前記第１接続部位と前記軸部との間に肉薄部を有し、前記溶接部は、前記肉薄部における前記第１接続部位寄りの縁部に沿って線状に設けられていることを要旨とする。

これによれば、溶接部は、肉薄部に設けられているため、溶接部を形成する際の溶接出力を抑えることができる。
また、バスバーから引出端子までの通電経路は、カシメ部における第１接続部位と軸部との間に位置する部分を通過する経路の方が、軸部を挟んで第１接続部位とは反対側に位置する部位を通過する経路よりも短くなる。よって、カシメ部の肉薄部を第１接続部位と軸部との間に配置することで、電気抵抗を低減できる。

カシメ部がケースの外面から離れる方向に外部端子から外力を受ける際、カシメ部における第１接続部位と軸部との間に位置する部分には、軸部を挟んで第１接続部位と反対側に位置する部分と比較して外力が作用し易い。この外力が作用し易い部分に溶接部が設けられることで、カシメ部における第１接続部位と軸部との間に位置する部分が補強される。また、溶接部が線状に設けられることで、溶接部が点状に設けられる場合と比較して、溶接面積が増大する。よって、カシメ部の破損を抑制できる。

また、上記蓄電装置について、前記肉薄部は、前記軸部の軸中心を通過するとともに前記第１接続部位と前記第２接続部位とが並ぶ方向に延びる軸線に対して対称形状となるように前記軸部の周方向に延びており、前記軸部の径方向における前記肉薄部の幅は、前記第１接続部位と前記第２接続部位とが並ぶ方向において前記第１接続部位に最も近い部分から、前記軸部の周方向における端部に向かうにつれて小さくなるのが好ましい。

これによれば、軸部の径方向における肉薄部の幅が一定の場合と比較して、カシメ部がケースの外面から離れる方向に外部端子から外力を受けた際、肉薄部に応力が集中することを抑制できる。よって、カシメ部の破損をより抑制できる。

本発明によれば、溶接出力を抑えるとともに電気抵抗を低減しつつカシメ部の損傷を抑制できる。

二次電池の分解斜視図。 二次電池の部分断面図。 二次電池モジュールの斜視図。 二次電池の部分平面図。

以下、蓄電装置を二次電池に具体化した一実施形態を図１〜図４にしたがって説明する。
図１に示すように、蓄電装置としての二次電池１０は、ケース１１と、ケース１１に収容された電極組立体１２とを備える。ケース１１は、直方体状のケース本体１３と、ケース本体１３の開口部１３ａを閉塞する板状の蓋１４とを有する。ケース本体１３及び蓋１４はそれぞれ、ケース１１の壁部を構成している。本実施形態の二次電池１０は、その外観が角型をなす角型電池である。ケース１１を構成するケース本体１３と蓋１４は、何れも金属製（例えば、ステンレスやアルミニウム）である。また、本実施形態の二次電池１０は、リチウムイオン電池である。

蓋１４は、長方形状であり、長手方向に間隔を空けて並ぶ２つの貫通孔１４ｈを有する。蓋１４において、ケース１１の内部に臨む面を内面１４ａとし、ケース１１の外部に臨む面を外面１４ｂとする。

図示しないが、電極組立体１２は、複数の正極電極と、複数の負極電極と、複数のセパレータとを備える。電極組立体１２は、正極電極と負極電極との間にセパレータを介在させ、かつ相互に絶縁させた状態で積層した層状構造を備える。正極電極、負極電極、及びセパレータが積層される方向を積層方向とする。

正極電極及び負極電極はそれぞれ、矩形シート状の集電体と、集電体の両面に存在する活物質層とを有する。正極電極の集電体は、例えばアルミニウム箔であり、負極電極の集電体は、例えば銅箔である。また、正極電極及び負極電極はそれぞれ、集電体の一辺の一部から突出したタブを有する。タブは、活物質層が存在せず、集電体そのもので構成されている。正極電極及び負極電極は、正極のタブが積層方向に沿って列状に配置され、負極のタブが積層方向に沿って列状に配置されるように積層される。電極組立体１２は、正極のタブが寄せ集められて積層された正極タブ群１２ａと、負極のタブが寄せ集められて積層された負極タブ群１２ｂとを備える。

二次電池１０は、電極組立体１２と電気を授受する正極端子構造１５ａ及び負極端子構造１５ｂを備える。正極端子構造１５ａは、蓋１４の長手方向の一端側に配置され、負極端子構造１５ｂは、蓋１４の長手方向の他端側に配置される。

図２に示すように、正極端子構造１５ａ及び負極端子構造１５ｂはそれぞれ、板状の導電部材１６を備える。導電部材１６は、蓋１４の内面１４ａに沿うようにして、蓋１４の内面１４ａと電極組立体１２との間に配置される。正極端子構造１５ａの導電部材１６の下面は、正極タブ群１２ａと接合され、負極端子構造１５ｂの導電部材１６の下面は、負極タブ群１２ｂと接合される。よって、導電部材１６は、電極組立体１２と電気的に接続されている。

正極端子構造１５ａ及び負極端子構造１５ｂはそれぞれ、導電部材１６と電気的に接続された引出端子１７を備える。引出端子１７は、導電部材１６の上面と接合された板状の基部１７１と、基部１７１から延出する円柱状の軸部１７２とを有する。

正極端子構造１５ａ及び負極端子構造１５ｂはそれぞれ、蓋１４の外面１４ｂに沿って配置された板状の外部端子１８を備える。外部端子１８は長方形状である。外部端子１８の長手方向は蓋１４の長手方向と一致し、外部端子１８の短手方向は蓋１４の短手方向と一致している。

図３に示すように、外部端子１８は、バスバー３０が接合されることにより、バスバー３０と電気的に接続されている。よって、外部端子１８は、バスバー３０と接続される第１接続部位としてのバスバー接続部位１８ａを有する。複数の二次電池１０は、各二次電池１０の外部端子１８にバスバー３０が接続されることによって電気的に接続される。つまり、二次電池１０は、複数の二次電池１０が接続された二次電池モジュール１００として使用される。また、図１に示すように、外部端子１８は、引出端子１７の軸部１７２が挿通可能な貫通孔１８ｈを有する。バスバー接続部位１８ａは、外部端子１８の長手方向の一端部に位置し、貫通孔１８ｈは、外部端子１８の長手方向の他端部に位置する。

二次電池１０は、蓋１４の外面１４ｂと外部端子１８との間に配置された板状の絶縁部材２１を備える。絶縁部材２１は、蓋１４と外部端子１８とを絶縁する。絶縁部材２１は、引出端子１７の軸部１７２が挿通可能な貫通孔２１ｈを有する。

図２に示すように、軸部１７２は、蓋１４の貫通孔１４ｈ、絶縁部材２１の貫通孔２１ｈ、及び外部端子１８の貫通孔１８ｈの順に挿通されている。引出端子１７は、軸部１７２における外部端子１８の貫通孔１８ｈから突出した端部がかしめられることにより形成されたカシメ部１７３をケース１１の外部に有する。引出端子１７と外部端子１８とは、外部端子１８における絶縁部材２１と対向する面とは反対側の面にカシメ部１７３が接触することにより、電気的に接続されている。よって、外部端子１８は、カシメ部１７３と接続される第２接続部位としての端子接続部位１８ｂを有する。端子接続部位１８ｂは、外部端子１８の長手方向においてバスバー接続部位１８ａとは反対側の端部に位置する。つまり、外部端子１８は、一方向に並ぶバスバー接続部位１８ａ及び端子接続部位１８ｂを有する。バスバー接続部位１８ａと端子接続部位１８ｂとが並ぶ方向は、外部端子１８の長手方向と一致している。

図４に示すように、カシメ部１７３は、平面視円形状である。カシメ部１７３の中心Ｃ１７３は、軸部１７２の軸中心Ｃ１７２と一致している。カシメ部１７３の外周縁において、外部端子１８の長手方向においてバスバー接続部位１８ａ側に位置する端を第１端Ｅ１とする。また、カシメ部１７３の外周縁において、外部端子１８の短手方向の一端側に位置する端を第２端Ｅ２とし、外部端子１８の短手方向の他端側に位置する端を第３端Ｅ３とする。

カシメ部１７３は、軸部１７２の軸方向における厚みが他の部分よりも薄い肉薄部１９を有する。本実施形態の肉薄部１９は、軸部１７２の周方向に延びている。肉薄部１９は、カシメ部１７３の外周部における第２端Ｅ２から第３端Ｅ３までの半周に亘って位置している。つまり、肉薄部１９は、軸部１７２の軸中心Ｃ１７２を通過するとともに外部端子１８の長手方向に延びる軸線Ｌに対して対称形状である。軸部１７２の周方向における肉薄部１９の一端部は第２端Ｅ２に位置し、軸部１７２の周方向における肉薄部１９の他端部は第３端Ｅ３に位置する。また、肉薄部１９は、外部端子１８の長手方向においてバスバー接続部位１８ａと軸部１７２との間に位置している。肉薄部１９は、軸部１７２の径方向における幅が、第１端Ｅ１から第２端Ｅ２に向かうにつれて小さくなるとともに第１端Ｅ１から第３端Ｅ３に向かうにつれて小さくなる弓なり形状である。言い換えると、軸部１７２の径方向における肉薄部１９の幅は、外部端子１８の長手方向においてバスバー接続部位１８ａに最も近い部分から、軸部１７２の周方向における両端部に向かうにつれて小さくなっている。また、肉薄部１９のバスバー接続部位１８ａ寄りの縁部１９ａは、カシメ部１７３の外周縁と一致している。

なお、本実施形態では、以下のように肉薄部１９が形成される。まず、図示しない第１かしめ治具によって、軸部１７２における外部端子１８の上面から突出する端部を押し潰すことにより、軸部１７２の端部を径方向の外側に向けて押し広げる。これにより、軸部１７２の軸方向における厚みが略均一なカシメ部１７３が形成される。次に、図示しない弓なり形状の凸部を有する第２かしめ治具によって、カシメ部１７３を押し潰す。これにより、肉薄部１９が形成される。

図１に示すように、二次電池１０は、ケース１１の内部に配置され、ケース１１の内外をシールするシール部材２２を備える。シール部材２２は、筒部２２ａと、筒部２２ａの軸方向の一端部の外周面から突出する鍔部２２ｂとを有する。筒部２２ａは、蓋１４の貫通孔１４ｈの内周面と、引出端子１７の軸部１７２の外周面との間に配置される。鍔部２２ｂは、蓋１４の内面１４ａと引出端子１７の基部１７１の上面との間に配置される。外部端子１８、絶縁部材２１、及びシール部材２２の鍔部２２ｂは、引出端子１７の基部１７１とカシメ部１７３とによって挟持されることで蓋１４に固定される。また、鍔部２２ｂの一部は、蓋１４の内面１４ａと、引出端子１７の基部１７１の上面とによって圧縮される。

図２及び図４に示すように、二次電池１０は、引出端子１７のカシメ部１７３と外部端子１８とが溶接された溶接部Ａを備える。本実施形態では、カシメ部１７３と外部端子１８とは、レーザ溶接により溶接される。溶接部Ａは、肉薄部１９におけるバスバー接続部位１８ａ寄りの縁部１９ａ全体と外部端子１８とが溶接されることにより形成されるため、円弧状をなす。溶接部Ａは、カシメ部１７３の外周縁の第２端Ｅ２から第３端Ｅ３までの半周に亘って位置する。溶接部Ａは、外部端子１８の長手方向においてバスバー接続部位１８ａと肉薄部１９における溶接部Ａが形成されていない部分との間に位置する。

本実施形態の作用について説明する。
二次電池１０は、引出端子１７のカシメ部１７３と外部端子１８とが溶接された溶接部Ａを備える。このため、カシメ部１７３と外部端子１８との接触だけで引出端子１７と外部端子１８とが電気的に接続されている場合と比較して電気抵抗が低減される。

溶接部Ａは、カシメ部１７３の肉薄部１９に設けられている。このため、溶接部Ａがカシメ部１７３における肉薄部１９ではない部分に設けられる場合と比較して、溶接部Ａを形成する際の溶接出力を抑えることができる。

また、溶接部Ａが形成される肉薄部１９は、外部端子１８のバスバー接続部位１８ａと端子接続部位１８ｂとが並ぶ方向においてバスバー接続部位１８ａと軸部１７２との間に位置している。バスバー３０から引出端子１７までの通電経路は、カシメ部１７３におけるバスバー接続部位１８ａと軸部１７２との間に位置する部分を通過する経路の方が、軸部１７２を挟んでバスバー接続部位１８ａとは反対側に位置する部位を通過する経路よりも短くなる。よって、電気抵抗がより低減される。

カシメ部１７３が蓋１４の外面１４ｂから離れる方向に外部端子１８から外力を受ける際、カシメ部１７３におけるバスバー接続部位１８ａと軸部１７２との間に位置する部分には、軸部１７２を挟んでバスバー接続部位１８ａと反対側に位置する部分と比較して外力が作用し易い。この外力が作用し易い部分に溶接部Ａが設けられることで、カシメ部１７３におけるバスバー接続部位１８ａと軸部１７２との間に位置する部分が補強される。また、溶接部Ａが線状に設けられることで、溶接部Ａが点状に設けられる場合と比較して、溶接面積が増大する。よって、カシメ部１７３の破損を抑制できる。

本実施形態の効果について説明する。
（１）溶接部Ａは、カシメ部１７３の肉薄部１９に設けられているため、溶接部Ａを形成する際の溶接出力を抑えることができる。また、溶接部Ａが形成される肉薄部１９は、外部端子１８のバスバー接続部位１８ａと端子接続部位１８ｂとが並ぶ方向においてバスバー接続部位１８ａと軸部１７２との間に位置しているため、電気抵抗を低減できる。さらに、溶接部Ａは、肉薄部１９におけるバスバー接続部位１８ａ寄りの縁部１９ａに沿って設けられている。このため、カシメ部１７３におけるバスバー接続部位１８ａと軸部１７２との間に位置する部分が補強される。また、溶接部Ａが線状に設けられることで、溶接部Ａが点状に設けられる場合と比較して、溶接面積が増大する。よって、カシメ部１７３の破損を抑制できる。

（２）肉薄部１９は、軸部１７２の軸中心Ｃ１７２を通過するとともに外部端子１８の長手方向に延びる軸線Ｌに対して対称形状となるように軸部１７２の周方向に延びている。また、軸部１７２の径方向における肉薄部１９の幅は、外部端子１８の長手方向においてバスバー接続部位１８ａに最も近い部分から、軸部１７２の周方向における両端部に向かうにつれて小さくなっている。このため、軸部１７２の径方向における肉薄部１９の幅が一定の場合と比較して、カシメ部１７３が蓋１４の外面１４ｂから離れる方向に外部端子１８から外力を受けた際に、肉薄部１９に応力が集中することを抑制できる。よって、カシメ部１７３の破損をより抑制できる。

本実施形態は、以下のように変更して実施することができる。本実施形態及び変更例は、技術的に矛盾しない範囲で互いに組み合わせて実施することができる。
○ 肉薄部１９は、バスバー接続部位１８ａと端子接続部位１８ｂとが並ぶ方向において、カシメ部１７３におけるバスバー接続部位１８ａと軸部１７２との間に位置するのであれば、カシメ部１７３の外周縁よりも内側に位置していてもよい。

○ 肉薄部１９が、バスバー接続部位１８ａと端子接続部位１８ｂとが並ぶ方向において、カシメ部１７３におけるバスバー接続部位１８ａと軸部１７２との間に位置するのであれば、肉薄部１９の形状は適宜変更してもよい。肉薄部１９の形状は、例えば、軸部１７２の径方向における幅が一定である形状でもよいし、半円形状であってもよい。

○ 肉薄部１９は、カシメ部１７３の周方向の半周よりも短い範囲に設けられていてもよい。
○ 溶接部Ａは、肉薄部１９におけるバスバー接続部位１８ａ寄りの縁部１９ａ全体に沿って形成されていなくてもよい。

○ 溶接部Ａは、レーザ溶接以外の溶接方法によって形成されてもよい。
○ 正極端子構造１５ａにおいて、導電部材１６と引出端子１７とは一体化されていてもよい。同様に、負極端子構造１５ｂにおいて、導電部材１６と引出端子１７とは一体化されていてもよい。

○ 貫通孔１４ｈは、ケース本体１３に形成されていてもよい。
○ ケース１１に収容される電極組立体１２は、上記実施形態に記載した、いわゆる積層型の電極組立体に限定されず、帯状の正極の電極、帯状のセパレータ、及び帯状の負極の電極を積層して巻回した巻回型の電極組立体であってもよい。

○ 二次電池１０は、リチウムイオン二次電池でもよいし、他の二次電池であってもよい。要は、正極用の活物質と負極用の活物質との間をイオンが移動するとともに電荷の授受を行うものであればよい。

○ 蓄電装置は、例えばキャパシタなど、二次電池以外の蓄電装置にも適用可能である。

１０…蓄電装置としての二次電池、１１…ケース、１２…電極組立体、１４ｂ…外面、１７…引出端子、１８…外部端子、１８ａ…第１接続部位としてのバスバー接続部位、１８ｂ…第２接続部位としての端子接続部位、１９…肉薄部、１９ａ…縁部、３０…バスバー、１７２…軸部、１７３…カシメ部、Ａ…溶接部、Ｃ１７２…軸中心、Ｌ…軸線。

Claims (2)

1. 電極組立体を収容するケースと、
   前記ケースの外面に沿って配置された外部端子と、
   前記電極組立体と電気的に接続されるとともに、前記ケース及び前記外部端子を貫通する軸部、及び前記軸部における前記外部端子から突出した部分がかしめられたカシメ部を有する引出端子と、
   前記カシメ部と前記外部端子との溶接部と、
   を備えた蓄電装置であって、
   前記外部端子は、バスバーが接続される第１接続部位と、前記カシメ部が接続される第２接続部位とを一方向に並べて有し、
   前記カシメ部は、前記第１接続部位と前記第２接続部位とが並ぶ方向において前記第１接続部位と前記軸部との間に肉薄部を有し、
   前記溶接部は、前記肉薄部における前記第１接続部位寄りの縁部に沿って線状に設けられていることを特徴とする蓄電装置。
2. 前記肉薄部は、前記軸部の軸中心を通過するとともに前記第１接続部位と前記第２接続部位とが並ぶ方向に延びる軸線に対して対称形状となるように前記軸部の周方向に延びており、
   前記軸部の径方向における前記肉薄部の幅は、前記第１接続部位と前記第２接続部位とが並ぶ方向において前記第１接続部位に最も近い部分から、前記軸部の周方向における両端部に向かうにつれて小さくなる請求項１に記載の蓄電装置。