(57)【要約】【課題】結露または塩害により端子間が導通して短絡が生じることを防止することが可能な蓄電池を得る。【解決手段】間にセパレータを挟んだ正極および負極を巻回または積層した蓄電部分を容器６の内側に収容した蓄電池１であって、正極に接続され容器６の外側に露出した正極端子２と、負極に接続され容器６の外側に露出した負極端子３と、を備え、正極端子２と容器６の外側に露出した第一の導電体８１との接続部または負極端子３と容器６の外側に露出した第二の導電体８２との接続部の少なくともいずれか一方が被覆部９で被覆されている。【選択図】図１
2018106800.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
間にセパレータを挟んだ正極および負極を巻回または積層した蓄電部分を容器の内側に収容した蓄電池であって、
前記正極に接続され前記容器の外側に露出した正極端子と、
前記負極に接続され前記容器の外側に露出した負極端子と、
を備え、
前記正極端子と前記容器の外側に露出した第一の導電体との接続部または前記負極端子と前記容器の外側に露出した第二の導電体との接続部の少なくともいずれか一方が被覆部で被覆されている
ことを特徴とする蓄電池。
【請求項２】
前記被覆部は、シリコン樹脂である
ことを特徴とする請求項１に記載の蓄電池。
【請求項３】
前記被覆部は、セラミック製の粉末を結着し固めた材料である
ことを特徴とする請求項１に記載の蓄電池。
【請求項４】
前記被覆部は、ポリオレフィン樹脂、ポリビニルカーボネートまたはフッ素系ポリマー熱収縮素材である
ことを特徴とする請求項１に記載の蓄電池。
【請求項５】
前記被覆部の表面に凹凸が設けられている
ことを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の蓄電池。
【請求項６】
前記第一の導電体の前記被覆部に覆われていない表面および前記第二の導電体の前記被覆部に覆われていない表面には吸水材が設けられている
ことを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の蓄電池。
【請求項７】
複数の蓄電池を有する蓄電モジュールであって、
前記複数の蓄電池を収容したケースと、
前記ケースの外部に設けられ前記複数の蓄電池に接続された正極端子および負極端子と、
前記正極端子に接続された第一コネクタと、
前記負極端子に接続された第二コネクタと、
前記第一コネクタに接続された第一ケーブルと、
前記第二コネクタに接続された第二ケーブルと、
を備え、
前記第一ケーブルおよび前記第一コネクタの接続部と、前記第二ケーブルおよび前記第二コネクタの接続部と、前記第一コネクタおよび前記正極端子の接続部と、前記第二コネクタおよび前記負極端子の接続部と、が全て被覆部で被覆されている
ことを特徴とする蓄電モジュール。
【請求項８】
前記第一ケーブルの前記被覆部に覆われていない表面および前記第二ケーブルの前記被覆部に覆われていない表面には吸水材が設けられている
ことを特徴とする請求項７に記載の蓄電モジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電気自動車などに搭載される蓄電池および蓄電池を複数個組み合わせた蓄電モジュールに関する。
【背景技術】
【０００２】
ＥＶ（Ｅｌｅｃｔｒｉｃ  Ｖｅｈｉｃｌｅ）と略称される電気自動車または電力貯蔵用蓄電池システムに搭載される蓄電池としては、リチウムイオン二次電池、電気二重層キャパシタおよびリチウムイオンキャパシタが挙げられる。これらの蓄電池は、従来の携帯用機器のみならず、バックアップ電源、家庭用蓄電池システム、電気自動車、ＨＥＶ（Ｈｙｂｒｉｄ  Ｅｌｅｃｔｒｉｃ  Ｖｅｈｉｃｌｅ）と略称されるハイブリッド電気自動車、蓄電池駆動電車、データセンターのバックアップ用途またはスマートグリッドのような大型電源への適用拡大が進んでいる。これらの機器は屋内での使用のみならず、屋外で使用されることが多く、屋内で使用される場合に比べて、天候または設置地域起因の温度および湿度、気圧、塩気などの環境ストレスを受けやすい。
【０００３】
環境ストレスの中でも温度変化による結露、沿岸部に設置する場合は塩害等により、蓄電池の正極端子と負極端子との間で短絡が生じる場合がある。このような問題に対して、特許文献１では、結露水に起因した正負極端子間での短絡を防止する目的で、電池蓋の正負極端子間に撥水部を形成している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１５−１５９０１８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、フッ素系材料は板状の形状となっており柔軟性に乏しく、電池蓋上の端部まで密着させて形成するのは困難である。このため充放電または経年劣化による電池の変形により、缶壁との間に隙間が生じ、結露水が流れ込み液絡が生じて短絡してしまう可能性がある。また、重塩害の場合は塩分が撥水部で固着してしまい、固着部分を通じて導通してしまう可能性がある。
【０００６】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、結露または塩害により端子間が導通して短絡が生じることを防止することが可能な蓄電池を得ることを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、間にセパレータを挟んだ正極および負極を巻回または積層した蓄電部分を容器の内側に収容した蓄電池であって、正極に接続され容器の外側に露出した正極端子と、負極に接続され容器の外側に露出した負極端子と、を備える。本発明は、正極端子と容器の外側に露出した第一の導電体との接続部または負極端子と容器の外側に露出した第二の導電体との接続部の少なくともいずれか一方が被覆部で被覆されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、結露または塩害により端子間が導通して短絡が生じることを防止することが可能な蓄電池を実現できるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の実施の形態１に係る蓄電池の概略構成を示す図
【図２】実施の形態１に係る蓄電池の構成を示す分解構造図
【図３】本発明の実施の形態２に係る蓄電池の端子接続部を示す図
【図４】本発明の実施の形態３に係る蓄電池の端子接続部を示す図
【図５】本発明の実施の形態４に係る蓄電モジュールの構成を示す図
【図６】本発明の実施の形態５に係る電池パックの概略構成を示す図
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下に、本発明の実施の形態に係る蓄電池および蓄電モジュールを図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。
【００１１】
実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１に係る蓄電池１の概略構成を示す図である。実施の形態１に係る蓄電池１は、正極端子２および負極端子３を備えている。正極端子２および負極端子３の各々と電池蓋４の間には電池蓋４と両端子を絶縁する絶縁プレート５がそれぞれ設置されている。電池蓋４は蓄電部分を収容する容器である電池容器６と溶接され一体化されている。また、蓄電池１は、電池内部の圧力が開放圧力以上となった場合に開放して内部のガスを逃がすガス放出弁７を備えている。
【００１２】
さらに、蓄電池１の正極端子２および負極端子３には、蓄電池１と隣接する蓄電池の各端子と正極端子２および負極端子３とを接続するためのバスバー８１，８２がそれぞれ接続されている。バスバー８１，８２は端子を通す穴を有し、端子同士を接続するために蓄電池１の外部に露出して設けられた導電体である。具体的には、正極端子２および負極端子３にはそれぞれネジが形成されており、ナット８ａを締めることにより正極端子２と第一の導電体であるバスバー８１とが電気的に接続され、ナット８ｂを締めることにより負極端子３と第二の導電体であるバスバー８２とが電気的に接続されている。
【００１３】
そして、図１において、正極端子２および負極端子３のそれぞれがバスバー８１，８２と接続した状態で、正極端子２とバスバー８１との接続部および負極端子３とバスバー８２との接続部が被覆部である被覆材９により覆われている。図１では、接続部全体が被覆材９に覆われており、結露または塩害による正極端子２と負極端子３との間、さらに正極端子２および負極端子３と隣接する蓄電池との間の短絡を防止している。また、被覆材９により正極端子２および負極端子３の腐食を防ぐことも可能になる。なお、正極端子２とバスバー８１との接続部または負極端子３とバスバー８２との接続部のいずれか一方が被覆材９により覆われている場合もある。
【００１４】
被覆材９は、段差のある複雑な端子接続部においてもシール性が保たれることが望ましい。例えば、シリコン系のコーキング材またはシール材を用いることが好ましい。具体的にはポリアルキルシロキサンを含有したシリコン接着シール材が適しているがこれに限るものではない。上記したシリコン樹脂であるシリコン系のシール材の形状はゴム状、ゲル状、液体状のものがある。さらに、温度変化に対する耐性が強く、柔軟性があるものが望ましい。
【００１５】
また、被覆材９はセラミック製の粉末を結着して固めた材料、例えば、ロックウールまたは透水性セラミック等で形成されていても良い。特に、被覆材９にセラミック等の無機材料粉末を用いた場合は、長期使用により、水分が混入し欠けまたは割れが発生する可能性があるため、吸水性のあるセラミック粉末をシリコン系のシール材に混ぜ込んで使用することにより、適度な吸水性と絶縁性を保ち、蓄電池１の短絡を防止することができる。
【００１６】
図２は、実施の形態１に係る蓄電池１の構成を示す分解構造図である。蓄電池１においては、蓄電部分である巻回体１０の両端はそれぞれ集電体１１と溶接され、両端の集電体１１は、それぞれ正極端子２および負極端子３と接続される。巻回体１０および集電体１１は電池容器６の内部に収容され、電池蓋４で密閉されている。巻回体１０は、正極集電箔１２に形成された正極活物質層１３からなる正極１４と、負極集電箔１５に形成された負極活物質層１６からなる負極１７と、正極１４および負極１７を絶縁するセパレータ１８ａ，１８ｂとを、外側よりセパレータ１８ａ、負極１７、セパレータ１８ｂ、正極１４の順に重ねた上で巻いたものであり、扁平巻回構造またはこれに準ずる形状である。正極１４は集電体１１を介して正極端子２に電気的に接続され、負極１７は集電体１１を介して負極端子３に電気的に接続されている。
【００１７】
なお、巻回体１０は円柱状であっても良く、その場合は電池容器６が円筒形となる。また、蓄電部分は、巻回体１０の様に正極１４、負極１７、セパレータ１８ａ，１８ｂを重ねて巻回した構造でなくてもよく、正極および負極間にセパレータを挟んだものを交互に積層した積層体でも良い。
【００１８】
蓄電池１は、電池容器６内に巻回体１０および集電体１１を挿入し、電解液を注入した後に電池蓋４を被せて、電池容器６と電池蓋４との間をレーザ溶接することによって形成されている。
【００１９】
電池容器６は、アルミニウム、ステンレスまたは鉄といった金属製であり、通常は、角型または円筒形状であるが、ここでは角型であるとする。
【００２０】
正極端子２は、アルミニウムで形成することができる。負極端子３は、アルミニウム、銅またはニッケルめっきを施した銅で形成することができる。なお、正極端子２および負極端子３の材料は、上記の材料に限定されるわけではない。
【００２１】
また、バスバー８１，８２の被覆材９に覆われていない表面８１０，８２０、少なくともバスバー８１，８２の被覆材９に接する表面８１０，８２０には、水分を吸収し保持する吸水性の物質である吸水材が塗布されるなどして設けられていることが望ましい。吸水材としては、高分子吸収体またはセラミックなどの材料が望ましい。また、これらの材料粉末を被覆部である被覆材９に混合させてもよい。これにより、正極端子２とバスバー８１との接続部および負極端子３とバスバー８２との接続部に対する防水効果を高めることができる。
【００２２】
また、図１においては、バスバー８１，８２は同一方向に延伸するように設置されているが、バスバー８１とバスバー８２とが逆方向に延伸するように設置されていてもかまわない。これにより、結露または塩害による短絡を防止した上で、複数の蓄電池１を有する蓄電モジュールを柔軟に構成することが可能となる。
【００２３】
実施の形態２．
図３は、本発明の実施の形態２に係る蓄電池１の端子接続部を示す図である。図３は、蓄電池１の端子接続部の被覆部に熱収縮チューブ１９を使用した例である。熱収縮チューブ１９としては、耐熱、耐寒性に優れたポリオレフィン樹脂、ポリビニルカーボネートが好ましい。また、長期信頼性が必要な場合には、熱収縮チューブ１９としてフッ素系ポリマー熱収縮素材等が適している。これらの材料を用いた熱収縮チューブ１９は、加熱することによって端子接続部を密着させることが可能である。これにより、被覆部としての被覆効果を高めることができる。
【００２４】
また、図１に示した蓄電池１では正極端子２および負極端子３を含めた端子接続部全体を被覆部で被覆しているが、温度変化または塩害等が比較的少ない場合は、図３に示したように、正極端子２および負極端子３の上端などの一部は熱収縮チューブ１９で被覆せずに、正極端子２および負極端子３とバスバー８１，８２との接続部のみを熱収縮チューブ１９で被覆しても良い。
【００２５】
実施の形態３．
図４は、本発明の実施の形態３に係る蓄電池１の端子接続部を示す図である。図４に示すように、端子接続部の被覆部である被覆材９の表面には凹凸が設けられていることが好ましい。図４では、被覆材９の表面に突起部２０が形成されている。この様な形状とすることによって被覆部に付着した結露水が電池蓋４または電池容器６に流れ落ちるのを防いで短絡の可能性をさらに低減することができる。凹凸の形状は特に規定はなく、被覆部の斜面を結露水等の水が流れない程度の高さおよび間隔を有していればよい。
【００２６】
被覆材９が熱収縮素材の場合は、被覆部の場所によって加熱温度を変化させることにより突起部２０のような凹凸を設けることが可能である。場合によっては、被覆部全体の熱収縮を行った後で、部分的に加熱しても良い。
【００２７】
被覆材９がシリコンシール材の場合は、シリコンシール材を塗布した後に、硬化する前に針のような先端の尖った棒を表面に当てて突起部２０を形成することができる。
【００２８】
実施の形態４．
図５は、本発明の実施の形態４に係る蓄電モジュール１００の構成を示す図である。蓄電モジュール１００は、実施の形態１にかかる蓄電池１を複数個接続して蓄電モジュール１００とした場合の構成を示す斜視図である。
【００２９】
蓄電モジュール１００を構成する複数個の蓄電池１は、直列接続の場合、隣り合う列の蓄電池１同士の正極端子２と負極端子３とがバスバー８で互いに接続されている。導電体であるバスバー８は、銅、アルミニウムまたはニッケルなどの金属を材料とする板状または棒状の金属板であり、蓄電池１同士または蓄電池１と変換器とを接続する電力線の役割を担う。なお、蓄電池１同士の接続は直列接続に限らず、並列接続でもよい。並列接続の場合は、隣り合う複数の蓄電池の正極端子２同士が接続されかつ負極端子３同士が接続される。なお、バスバー８は、ニッケルまたはスズのめっきを施した銅を材料とすることも可能である。バスバー８は、設けられている穴に正極端子２または負極端子３を通してナットでねじ止めしているが、正極端子２および負極端子３に直接溶接される場合もある。実施の形態４に係る蓄電モジュール１００においても、結露または塩害により端子間が導通して短絡が生じることを防止することが可能となる。
【００３０】
図５は、蓄電池１が一列に並んだ蓄電モジュール１００を示しているが、複数の蓄電池１が複数の列に配列して設置されていても良い。また、図５では、隣り合う蓄電池１同士で隣接する正極端子２と負極端子３とを導電部材であるバスバー８で接続した構成を示している。しかし、これとは異なり、隣り合う蓄電池１で正極端子２同士および負極端子３同士が隣接する配置にして、隣り合う蓄電池１同士の正極端子２と負極端子３とを斜めに配置したバスバー８で相互に接続した構成であっても良い。
【００３１】
また、実施の形態１においては、電池容器６は角型であるとしたが、アルミニウム箔と樹脂膜とを積層して密着させたラミネートフィルムを用いたパウチ型であっても良い。
【００３２】
また、図１においては、正極端子２の接続部または負極端子３の接続部をそれぞれ被覆材９が別個に被覆しているが、図５に示したように互いに接続される正極端子２と負極端子３とが同一の被覆材９により被覆されていても良い。
【００３３】
また、蓄電池１は、バックアップ電源などに使用される鉛蓄電池またはリチウムイオン電池といった二次電池であって、蓄電モジュール１００全体がバックアップ電源である二次電池として機能してもよい。
【００３４】
実施の形態５．
図６は、本発明の実施の形態５に係る電池パック２００の概略構成を示す図である。電池パック２００は、バックアップ電源などに使用される鉛蓄電池またはリチウムイオン電池である。電池パック２００は、樹脂製のケース２０１およびケース蓋２０２を備え、ケース蓋２０２の上部に図示せぬ正極端子および負極端子が設けられており、ケース２０１の内部に蓄電モジュールが内蔵されている。なお、ケース２０１およびケース蓋２０２が一体化したケースになっていてもよい。したがって、正極端子および負極端子はケースの外部に設けられていればよい。
【００３５】
ケース２０１の内部に内蔵される蓄電モジュールの具体的な例は、図５に示した蓄電モジュール１００である。そして、図５のバスバー８に接続されていない正極端子２ａが図６のケース蓋２０２上部の正極端子に接続され、図５のバスバー８に接続されていない負極端子３ｂが図６のケース蓋２０２上部の負極端子に接続されている。
【００３６】
電池パック２００の端子部は、電力線ケーブル２２ａ，２２ｂおよびソケット式のコネクタ２１ａ，２１ｂで接続されている。第一ケーブルである電力線ケーブル２２ａに第一コネクタであるコネクタ２１ａは接続されており、第二ケーブルである電力線ケーブル２２ｂに第二コネクタであるコネクタ２１ｂは接続されている。そして、コネクタ２１ａがケース蓋２０２上部の正極端子に接続され、コネクタ２１ｂがケース蓋２０２上部の負極端子に接続されている。電力線ケーブル２２ａ，２２ｂは絶縁体で被覆されているが、コネクタ２１ａ，２１ｂとの接続部においては電線部が被覆されていない。また、コネクタ２１ａ，２１ｂにおいても導電部が露出している領域が存在する。
【００３７】
実施の形態５に係る電池パック２００のようにコネクタ２１ａ，２１ｂを介して電力線ケーブル２２ａ，２２ｂが接続されている端子構造の場合、電力線ケーブル２２ａ，２２ｂを伝って結露水がコネクタ２１ａ，２１ｂおよびケース蓋２０２上部の正極端子、負極端子まで流れてくるおそれがある。これを防止するために、図６に示すように、実施の形態５に係る電池パック２００においては、電力線ケーブル２２ａおよびコネクタ２１ａの接続部と、電力線ケーブル２２ｂおよびコネクタ２１ｂの接続部と、コネクタ２１ａおよびケース蓋２０２上部の正極端子の接続部と、コネクタ２１ｂおよびケース蓋２０２上部の負極端子の接続部とは、被覆材９により覆われている。したがって、コネクタ２１ａの全体およびコネクタ２１ｂの全体それぞれが被覆材９により覆われていることが望ましい。したがって、実施の形態５に係る電池パック２００においても、結露または塩害により端子間が導通して短絡が生じることを防止することが可能となる。
【００３８】
また、温度変化の激しい環境下で使用する場合には、電力線ケーブル２２ａ，２２ｂの被覆材９に覆われていない表面２２０ａ，２２０ｂ、少なくとも電力線ケーブル２２ａ，２２ｂの被覆材９に接する表面２２０ａ，２２０ｂには、水分を吸収し保持する吸水性の物質である吸水材が塗布されるなどして設けられていることが望ましい。吸水材としては、高分子吸収体またはセラミックなどの材料が望ましい。また、これらの材料粉末を被覆部である被覆材９に混合させてもよい。これにより、上記接続部に対する防水効果を高めることができる。
【００３９】
なお、電池パック２００が備える蓄電モジュールとしては、鉛蓄電池のみならず、複数のリチウムイオン電池が直並列に接続され容器内に収納されたものであってもかまわない。なお、電池パック２００全体を蓄電モジュールと呼んでもかまわない。
【００４０】
以上の実施の形態に示した構成は、本発明の内容の一例を示すものであり、別の公知の技術と組み合わせることも可能であるし、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、構成の一部を省略、変更することも可能である。
【符号の説明】
【００４１】
１  蓄電池、２，２ａ  正極端子、３，３ｂ  負極端子、４  電池蓋、５  絶縁プレート、６  電池容器、７  ガス放出弁、８，８１，８２  バスバー、８ａ，８ｂ  ナット、９  被覆材、１０  巻回体、１１  集電体、１２  正極集電箔、１３  正極活物質層、１４  正極、１５  負極集電箔、１６  負極活物質層、１７  負極、１８ａ，１８ｂ  セパレータ、１９  熱収縮チューブ、２０  突起部、２１ａ，２１ｂ  コネクタ、２２ａ，２２ｂ  電力線ケーブル、１００  蓄電モジュール、２００  電池パック、２０１  ケース、２０２  ケース蓋、２２０ａ，２２０ｂ，８１０，８２０  表面。
【図１】
2018106800.tif 000003
【図２】
2018106800.tif 000004
【図３】
2018106800.tif 000005
【図４】
2018106800.tif 000006
【図５】
2018106800.tif 000007
【図６】
2018106800.tif 000008