JP2016219380A - 車載用電池の端子構造 - Google Patents

Abstract

【課題】内部端子外周部に形成されている絶縁部材等に過度の圧力がかかり変形してしまうことを抑制しつつ、内部端子と外部端子との導通を確保する端子構造を提供する。【解決手段】発電要素を収容するケースを上方から覆い、第１の孔を有する蓋部材３０と、蓋部材３０の上方に設けられ、第２の孔を有する外部端子５０と、蓋部材３０と外部端子５０との間に設けられ、蓋部材３０と外部端子５０とを絶縁し、第３の孔を有する絶縁部材４０と、外部端子５０と発電要素とを電気的に接続する内部端子１０とを有し、内部端子１０は、第１の孔と第２の孔と第３の孔とを通る軸部と、軸部上方に設けられ、外部端子５０をかしめるかしめ部１３とを有し、かしめ前においては、外部端子５０の第２の孔を形成する内周部Ｄが上方に曲げられており、かしめ後においては、かしめ部１３によって下方に押し付けられた内周部が軸部を押し付ける電池端子構造。【選択図】図４

Description

本明細書に開示の技術は、車載用電池において、内部端子を外部端子にかしめ、これらの間に絶縁部材とガスケットと蓋部材とを固定することで形成される端子構造である。

特許文献１には、車載用電池において、ガスケット、蓋部材、絶縁部材、外部端子が順に積層されてなる積層体に形成された孔に挿入され、外部端子上に突出する内部端子に、拡径方向の圧縮力を付与することで、内部端子により内部端子外周側に形成されている外部端子、ガスケット等を固定する方法が開示されている。さらに、かしめ時に、内部端子のうち積層体の孔内に形成されている軸部分に押圧機構を挿入し、内部端子の軸部分の外周面を径方向に拡張させ、外部端子の孔の内周面と接触させることで、内部端子と外部端子との導通を確保している。

特開２００９−３７８１７

この背景技術では、内部端子と外部端子との導通を確保することは可能であるが、内部端子外周面が径方向に拡張されることで、内部端子外周側に形成されている蓋部材等に過度の圧力がかかる。そのため、蓋部材等の強度を保つために構造上の工夫が必要であり、結果として製造が複雑になっていた。

本発明は、上述した実情に鑑みてなされたものであり、内部端子外周側に形成されている蓋部材等の製造が複雑になることを回避しつつ内部端子と外部端子との導通確保が可能な車載用電池の端子構造に関する技術を提供する。

本発明の端子構造は、発電要素を収容するケースを上方から覆い、第１の孔を有する蓋部材と、前記蓋部材の上方に設けられ、第２の孔を有する外部端子と、前記蓋部材と前記外部端子との間を接続するよう設けられ、前記蓋部材と前記外部端子とを絶縁し、第３の孔を有する絶縁部材と、前記第１の孔と前記第２の孔と前記第３の孔とを通る軸部と、前記外部端子をかしめるかしめ部とを有し、前記外部端子と前記発電要素とを電気的に接続する内部端子と、を有し、前記外部端子が前記かしめ部により上方からかしめられることで形成される電池端子構造において、前記かしめ前においては、前記外部端子は、上方へ凸状に形成されている部分を有し、かつ、前記第２の孔の内径は、前記軸部の外径よりも大きく、前記かしめ後においては、前記凸状に形成されている部分が前記かしめ部により前記絶縁部材に近づく方向に押し付けられることにより、径方向において前記外部端子は前記軸部に接触されていること、を特徴とする電池端子構造である。

外部端子は、上方へ凸状に形成されている部分を有しているため、凸状に形成されている部分に対してかしめ部により上方から圧力が加わった場合には、凸状に形成されている部分が絶縁部材に沿うような形状になる。このとき、外部端子は水平方向に延びた状態になっているため、凸状に形成されていた際の起伏の上下方向の長さが水平方向に延びることになり、外部端子の孔側における内周面は、孔の中心部に近付く。よって、外部端子の孔の内径は小さくなり、外部端子の孔の内周面は内部端子の外周面に接触する。

本発明の車載用電池の端子構造によれば、内部端子外周部に形成されている蓋部材等の製造が複雑になることを回避しつつ、内部端子と外部端子との導通を確保することが可能である。

実施形態に係る電池の上面斜視図。 実施形態に係る端子部の断面図。 実施形態に係る端子部の製造過程を示す断面図。 実施形態に係る端子部の製造過程を示す断面図。

本発明の実施形態に係る車載用電池の端子部２について、図１を参照しながら説明する。図１は、実施形態に係る電池の上面斜視図である。実施形態に係る電池１００は、例えば角型リチウムイオン二次電池であって、図１に示すように、蓋部材３０、ケース６０、端子部２、正極締結部材３、負極締結部材４、安全弁５、注液栓６、端子部７を有している。ケース６０は、開口を有し電池の発電要素を内部に収容する筐体であり、蓋部材３０によって開口が覆われている。安全弁５は、ケース６０内部の圧力の急上昇を防止するための部材であり、注液栓６は、電解液をケース６０内に注入するための注液口を封止する栓である。端子部２は、蓋部材３０上面においては、内部端子１０、外部端子５０によって形成されている。内部端子１０は、後述するように、上方から外部端子５０に押し付けられていることによって、ガスケット２０、蓋部材３０、絶縁部材４０を固定している。端子部２は、負極締結部材４と外部端子５０を介して接続されており、端子部７は、正極締結部材３と図示しない外部端子を介して接続されている。以下では、端子部２について詳述するが、端子部７についても端子部２と同様の構成を有している。

次に、図２〜４を参照しながら端子部２の構成部品について説明する。図２は、実施形態に係る端子部２の断面図であり、図１の端子部２のＸ−Ｘ断面図である。図３は、実施形態に係る端子部２の製造過程を示すＸ―Ｘ断面図であり、図２の端子部２に内部端子１０が挿入されていない状態を示している。図４は、実施形態に係る端子部２の製造過程を示すＸ―Ｘ断面図であり、図２の端子部２において、内部端子１０により外部端子５０がかしめられる前の状態を示している。

図２を用いて端子部２について説明する。端子部２は、ガスケット２０、蓋部材３０、絶縁部材４０、外部端子５０を順に積層し、ガスケット２０から外部端子５０までを通るように内部端子１０が挿入され、内部端子１０により外部端子５０がかしめられることで形成される。ここで、ガスケット２０及び絶縁部材４０においては、後述する孔の内径の大きさは、φＹであり、外部端子５０においては、後述する孔の内径の大きさは、φＸ´となっている。以下、図３、４を用いて、端子部２が形成される過程を説明する。

まず、図３に示すように、ガスケット２０、蓋部材３０、絶縁部材４０、外部端子５０は順に積層され、これらの内部にはガスケット２０から外部端子５０までを貫く孔Ａを有している。以下、端子部２のうち外部端子５０が形成されている側を上面側、ガスケット２０が形成されている側を下面側とする。

ガスケット２０は、蓋部材３０の下面及び内周面、絶縁部材４０の下面と接しており、内径がφＹである孔を有している。ガスケット２０は、気密性、液密性を向上させるためのシール部材であって、後述する蓋部材３０の内周面と接するように形成されることで蓋部材３０を液密に封止している。また、ガスケット２０は、電気絶縁性を有しており、蓋部材３０と孔Ａ内に挿入される後述する内部端子１０とを電気的に絶縁する。ガスケット２０は、孔を有する円柱状の頭部２１と、頭部２１よりも外径が大きく頭部２１における孔と内径が等しい孔を有する中央部２２と、外径が中央部２２と等しく、頭部２１及び中央部２２の孔の内径よりも大きい内径の孔を有する底部２３を、底部２３、中央部２２、頭部２１の順に積層された形状によって構成されている。

蓋部材３０は、ガスケット２０の中央部２２の上面及び頭部２１の外周面、絶縁部材４０の下面と接しており、内径がφＹよりも大きい孔を有している。蓋部材３０は、ケース６０の蓋であって、ケース６０内部に収容された発電要素を覆っている。

絶縁部材４０は、蓋部材３０の上面、ガスケット２０の頭部２１の上面、外部端子５０の下面と接しており、内径がφＹである孔を有している。絶縁部材４０は、電気絶縁性を有しており、蓋部材３０と外部端子５０とを電気的に絶縁している。絶縁部材４０は、外部端子５０が凸状をなしている部分の下方に位置する部分、つまり、孔に近い部分が、孔に遠い部分よりも厚く形成されている。

外部端子５０は、孔を有しており、蓋部材３０の上方側であり、絶縁部材４０の上面と接している。ここで、上方とは、端子部２のうち外部端子５０の上面側を上方、ガスケット２０の下面側を下方とする。外部端子５０を形成する材料としては、従来の電池で使用される材質であれば制限はなく、例えば正極用であればアルミニウム、負極用であれば銅である。外部端子５０は、図１に示す負極締結部材４を介して、図示しないバスバーと接続されている。

外部端子５０のうち孔Ａ側において上方に突出している面を内周面Ｄとする。外部端子５０は、図３のようにかしめ前においては、孔Ａ中心部にむかうにつれて内周面Ｄが上方へ凸状に形成されている部分を有する皿バネ形状をなしており、弾性を有している。外部端子５０の孔Ａの内径φＸは、絶縁部材４０及び蓋部材３０によって形成されている積層体の孔Ａの内径φＹよりも大きい。外部端子５０は、上方からの圧力によって撓み、上方に突出している部分が絶縁部材４０に沿う形状になり、水平方向に延びた状態にまで変形する。

外部端子５０と絶縁部材４０とは、上下方向で接しており、外部端子５０と絶縁部材４０との間には、孔Ａから遠い部分においては、隙間は存在していない。つまり、孔Ａから遠い部分においては、絶縁部材４０が、外部端子５０の皿バネ形状に合わせ蓋部材３０と外部端子５０との隙間がなくなるように形成されていることが好ましい。

次に、図４を用いて、上述した孔Ａ内に内部端子１０が挿入される様子について説明する。内部端子１０の材料としては、外部端子５０の材料と同様に、アルミニウムや銅であってよく、底部１１、頭部１４によって形成されている。底部１１は、円柱状をなしており、下面側において図１のケース６０内の発電要素と電気的に接続されている。頭部１４は、蓋部材３０、絶縁部材４０、外部端子５０に形成された孔を通っており、外部端子５０の上方にまで延びている。頭部１４は、軸部１２、かしめ部１３を有している。軸部１２は、円柱状をなし、底部１１の上面であり、かしめ部１３の下面に形成されており、蓋部材３０、絶縁部材４０、外部端子５０の孔を通っている。かしめ部１３は、円柱状の形状において上方から凹状に窪みが形成された形状をなしている。軸部１２及びかしめ部１３の外周面を外周面Ｃとする。かしめ部１３は、軸部１２の上面に形成されており、外部端子５０の内周面Ｄよりも上方にまで延在するように形成されている。ここで、軸部１２及びかしめ部１３の外径は、絶縁部材４０、ガスケット２０の孔の内径φＹと等しく、外部端子５０の孔内径φＸよりも小さい。

底部１１は、ガスケット２０の下面及び内周面と接しており、軸部１２は外周面Ｃにおいてガスケット２０、絶縁部材４０と接している。ここで、外部端子５０の内周面Ｄは、上方に凸状に位置しており、外部端子５０の孔内径φＸは、内部端子１０の軸部１２及びかしめ部１３の外径よりも大きいことから、外部端子５０の内周面Ｄは、内部端子１０の外周面Ｃとは接していない。

次に、内部端子１０を外部端子５０にかしめることで、端子部２を形成する様子について説明する。図４に示す内部端子１０のかしめ部１３に上方から圧力を加え、径方向に押し広げることで、内部端子１０の底部１１とかしめ部１３との間において、外部端子５０と絶縁部材４０と蓋部材３０とガスケット２０とが押さえつけられ、外部端子５０と絶縁部材４０と蓋部材３０とガスケット２０とが固定される。

このとき、外部端子５０は、かしめ部１３により上方から圧力が加えられることで、上方に凸状に形成されている部分が、絶縁部材４０に沿い、外部端子５０は水平方向に孔Ａ中心部へ延びた形状になる。ここで、外部端子５０においては、凸状に形成されている際の起伏の上下方向の長さが水平方向に延びることになる。そのため、凸状に形成されている部分が上方から抑えつけられ水平方向に延びた場合には、外部端子５０の内周面Ｄは孔Ａの中心部によることになる。したがって、図２に示すように、外部端子５０の孔の内径は、φＸよりも小さい内径φＸ´になり絶縁部材４０及びガスケット２０の孔の内径φＹよりもわずかに小さくなっている。そのため、外部端子５０の内周面Ｄが内部端子１０の外周面Ｃと接触する。

絶縁部材４０は、孔に近い部分において厚くなるように形成されていることから、図２に示すように、外部端子５０が水平方向に延在し、上方から圧力が加わることにより絶縁部材４０がガスケット２０に接触している。これにより、ガスケット２０が内部端子１０を接触する。

上述した端子部２によれば、外部端子５０は、孔側において上方に凸状に形成されており、上方から圧力が加えられた場合には、図２に示すように外部端子５０の孔の内周面は内部端子１０に接触する。したがって、外部端子５０の孔の内径が縮小することから、外部端子５０と内部端子１０とを径方向で接触させるために、内部端子１０の外周面を拡張させる必要がない。そのため、内部端子１０の外周側に形成されている蓋部材３０等に過度の圧力がかかることを抑制しつつ、内部端子１０と外部端子５０とを接触させ、導通を確保することができる。したがって、蓋部材等の強度を保つために構造上の工夫をする必要がなく、製造が複雑になることを抑制できる

また、内部端子１０を上方から外部端子５０に押し付けることで、外部端子５０の孔の内径はφＸ´に縮小するため、押圧機構を用いることなく、かしめ時に内部端子１０が外部端子５０にかける圧力により内部端子１０と外部端子５０とを径方向において接触させて導通を確保することができる。

上述した端子部２によれば、外部端子５０が皿バネ形状をなしており、かしめ前の状態においては、内部端子１０の軸部１２の内径は、図４における外部端子５０の孔の内径φＸよりも小さい。このことによって、内部端子１０を孔Ａに挿入する際に、内部端子１０の外周面Ｃが、外部端子５０の内周面Ｄに接触しない。このように、圧入工法によらずに、内部端子１０が孔Ａに挿入されることから、挿入時に金属異物が発生するおそれが低くなる。そのため、電池１の信頼性を向上させることができる。

また、上述したように絶縁部材４０は、外部端子５０が上方に向けて凸状に形成されている部分の下方に位置している部分、つまり、本実施形態においては、孔Ａから近い部分においては、その他の部分である孔Ａから遠い部分と比較して、より厚く形成されている。そのため、内部端子１０によって外部端子５０をかしめた後においても、内部端子１０から外部端子５０へと伝わる力を絶縁部材４０を介してガスケット２０に伝えることができ、ガスケット２０のシールド性を確保することができる。より詳細には、図２に示すように外部端子５０が内部端子１０にかしめられた後においては、外部端子５０が、図３に示すようなかしめ前の皿バネ形状に戻ろうとする力が働く。これによって、外部端子５０の内周面Ｄが、上方に凸状をなすように変形していった場合であっても、絶縁部材４０は孔Ａに近い部分においては厚く形成されていることから、外部端子５０と絶縁部材４０とが孔Ａに近い部分においても接した状態を保つことができる。そのため、内部端子１０から外部端子５０にかけられる圧力が絶縁部材４０を介してガスケット２０に加わることから、ガスケット２０によって、内部端子１０と蓋部材３０との間を十分に封止することができる。

(その他の実施例)
また、上記に示す端子部２において、かしめ前には外部端子５０は皿バネ形状であると示したが、このような形状に限らない。外部端子５１は、孔を有し、水平方向から先端が鋭角をなすように凸状に突出していてもよい。このような外部端子５１によれば、かしめ時に内部端子１０の上方から加わる圧力により凸状の部分が下方に押さえつけられ、外部端子５１の内周面は固定されていないことから、絶縁部材４０に沿うように孔中心部に向けて延びた形状になる。これにより、外部端子５０と絶縁部材４０とが接した状態で外部端子５１が孔中心部に向けて延びた状態になり、外部端子５１の内周面は中心部へと近付く。したがって、外部端子５１の内周面と内部端子１０とを接触させることができる。

以上、実施例について詳細に説明したが、これらは例示にすぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例をさまざまに変形、変更したものが含まれる。実施例においては、リチウムイオン二次電池を例に挙げたが、発電要素自体はアルカリ蓄電池系その他の電池系であってもよい。

本明細書または図面に説明した技術要素は、単独あるいは各種の組み合わせによって技術有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組み合わせに限定されるものではない。

２ 端子部
１０ 内部端子
２０ ガスケット
３０ 蓋部材
４０ 絶縁部材
５０ 外部端子
６０ ケース
１００ 車載用電池
Ｃ 外周面
Ｄ 外周面

Claims (2)

1. 発電要素を収容するケースを上方から覆い、第１の孔を有する蓋部材と、
   前記蓋部材の上方に設けられ、第２の孔を有する外部端子と、
   前記蓋部材と前記外部端子との間に設けられ、前記蓋部材と前記外部端子とを絶縁し、第３の孔を有する絶縁部材と、
   前記外部端子と前記発電要素とを電気的に接続する内部端子と、
   を有し、
   前記内部端子は、前記第１の孔と前記第２の孔と前記第３の孔とを通る軸部と、前記軸部上方に設けられ、前記外部端子をかしめるかしめ部とを有し、
   前記外部端子が前記かしめ部により上方から押し付けられることで形成される電池端子構造において、
   前記かしめ前においては、前記外部端子の前記第２の孔を形成する内周部が上方に曲げられており、
   前記かしめ後においては、前記かしめ部によって下方に押し付けられた前記内周部が前記軸部を押し付けることで形成される電池端子構造。
2. 前記蓋部材と前記内部端子との間にガスケットを、
   更に有し、
   前記かしめ前においては、前記絶縁部材において、前記第３の孔から近くに位置する部分は、前記第３の孔から遠くに位置する部分よりも厚いこと、
   を特徴とする請求項１に記載の電池端子構造。