(57)【要約】  電極部材は、金属薄板からなる基板部と、電池の電極端子と接続される接続部と、基板部と接続部とを電気的に接続するヒューズと、を備える。電池の長手方向と直行する平面において、ヒューズの長さは接続部の幅よりも大きい。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属薄板からなる基板部と、
電池の電極端子と接続される接続部と、
前記基板部と前記接続部とを電気的に接続するヒューズと、
を備えた電極部材であって、
前記電池の長手方向と直行する平面において、前記ヒューズの長さは前記接続部の幅よりも大きい、電極部材。
【請求項２】
前記ヒューズは、屈曲部を備え、
前記ヒューズは、前記屈曲部を境界とする複数のヒューズ部分より構成されており、
前記電池の長手方向と直行する平面において、前記複数のヒューズ部分のうち少なくとも１箇所の長さが、前記接続部の幅よりも大きい、請求項１に記載の電極部材。
【請求項３】
前記ヒューズは、屈折部を介して前記接続部と電気的に接続されており、
前記屈折部は、前記ヒューズが配置される面よりも前記電池の長手方向に屈折しており、
前記電池の長手方向と直行する平面において、前記屈折部の幅は、前記ヒューズの幅よりも広い、請求項１又は２に記載の電極部材。
【請求項４】
前記接続部は、摘まみを備え、
前記摘まみは、前記接続部が配置される面よりも前記電池の長手方向に屈折している、請求項１から３のいずれか１項に記載の電極部材。
【請求項５】
前記電極部材は、複数の電池を電気的に接続する集電板と一体的に構成され、
前記電極部材は、前記集電板に形成された開口部に配置され、
前記電池の長手方向と直行する平面において、前記開口部の形状は、前記屈曲部と対向する部分において、前記屈曲部から離れる方向に凸形状となるように開口されている、請求項２に記載の電極部材と一体的に構成される集電板。
【請求項６】
複数の電池と、前記複数の電池を保持するホルダと、を備える電池ブロックであって、
前記複数の電池の正極端子は、正極集電板により電気的に接続され、
前記電極部材は、前記正極集電板の開口部に配置され、
前記接続部は、前記電池の正極端子と接続され、
前記屈曲部は、前記正極端子と重畳しないように配置される、
請求項２に記載の電極部材を備える電池ブロック。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、電極部材および集電板、電池ブロックに関する。
【背景技術】
【０００２】
電気自動車等のモータ駆動用の電源として、又は家庭用若しくは産業用の電源として、複数の電池を並列や直列に接続して、充電容量と出力電圧を大きくした電池モジュールが利用されている。電池モジュールにおいて、複数の電池の電極端子は、共通の集電板に接続されている。複数の電池のうちの１つの電池に過剰の電流が流れた場合には、電池モジュール自体が短絡する恐れがある。短絡を防止するために、集電板と電池とを遮断するためのヒューズが設けられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】国際公開第２０１２／１６４８８４号
【発明の概要】
【０００４】
特許文献１には、金属板と、電池に接続される接続部と、ヒューズ部と、絶縁性樹脂膜を有するヒューズ板について記載されている。引用文献１のヒューズ部は、微細な金属配線で構成されており、ヒューズ部が振動によって切断されるのを防ぐために、ヒューズ部に絶縁性樹脂膜を貼り付けている。しかし、絶縁性樹脂膜を採用することにより、部品点数が増え、工数も増えることになる。
【０００５】
本発明に係る電極部材は、金属薄板からなる基板部と、電池の電極端子と接続される接続部と、基板部と接続部とを電気的に接続するヒューズと、を備える。電池の長手方向と直行する平面において、ヒューズの長さは接続部の幅よりも大きい。
【０００６】
本発明に係る電極部材は、ヒューズの長さを確保し、振動を吸収するのに有利な構成である。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】図１は実施形態１に係る電池ブロックの外観を示す斜視図である。
【図２】図２は電池ブロックの分解斜視図である。
【図３】図３は電池の断面図である。
【図４】図４は実施形態１に係る電極部材を上面から見た、電池ブロックの部分拡大図である。
【図５】図５は電極部材の上面図である。
【図６】図６は電極部材の斜視図である。
【図７】図７は実施形態１に係る図４のＡ−Ａ断面図であり、図４の矢印Ａの方向から見た断面図である。
【図８】図８は実施形態２に係る電極部材を上面から見た、電池ブロックの部分拡大図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下、実施形態の例について、図面を参照して具体的に説明する。参照される各図において、実質的に同一の構成に対する重複説明を省略する場合がある。
１．実施形態１
図１乃至図７を用いて、実施形態１について説明する。図１は、実施形態１に係る電池ブロック１００の斜視図である。図２は、電池ブロック１００の分解斜視図である。図３は、電池１２の断面図である。図４は、実施形態１に係る電極部材１９を上面から見た、電池ブロック１００の部分拡大図である。図５は、電極部材１９の上面図である。図６は、電極部材１９の斜視図である。図７は、図４のＡ−Ａ断面図であり、図４の矢印Ａの方向から見た断面図である。図１において、互いに直行する３軸方向として、長さ方向Ｘ、幅方向Ｙ、高さ方向Ｚを規定した。長さ方向Ｘおよび幅方向Ｙは、電池１２の二次元的配置の配置方向を示すが、本開示では、電池ブロック１００の寸法の大きいほうを長さ方向Ｘ、小さいほうを幅方向Ｙとした。高さ方向は、電池１２の長手方向であり、実施形態１では、電池１２の負極端子側をプラスの方向とした。３軸方向は、実施形態１に係る他の図面においても、同様である。
【０００９】
複数の電池１２が並列に接続され、電池ブロック１００が構成される。複数の電池１２は、１つの電池ホルダ１３の保持部に保持される。実施形態１では、１つの電池ホルダ１３に対して２１個の電池１２が保持される。電池ホルダ１３は、各電池１２の正極端子側を一方側にそろえ、各電池１２の負極端子側を他方側にそろえて、電池１２を保持する。
【００１０】
電池ホルダ１３は、複数の電池１２の均熱化を図るために、熱伝導性の良い材料で成形される。電池ホルダ１３は、例えばアルミニウムを主材料とした金属を押出成形することにより成形される。電池ホルダ１３は、複数の電池１２を保持するために、保持部として複数の貫通孔が設けられる。実施形態１では、複数の貫通孔は、千鳥型に配置される。電池ホルダ１３に保持される電池１２も、千鳥型に配置される。
【００１１】
電池１２は、充放電可能な二次電池である。二次電池としては、円筒型のリチウムイオン電池を想定する。これ以外に、ニッケル水素電池、アルカリ電池、ナトリウム電池等を用いてもよい。電池１２は電極群４を有する。電極群４は正極１と、正極１に対向する負極８とをセパレータ２を介して捲回することで形成されている。正極１は集電体１Ａと正極活物質を含む正極層１Ｂとから構成されている。負極８は集電体８Ａと負極活物質を含む負極層８Ｂとから構成されている。正極１には例えばアルミニウム製のリード１Ｃが接続され、負極８には例えば銅製のリード８Ｃが接続されている。リード８Ｃはケース５の内底面に接続されているので、ケース５の外底面は負極端子５Ａとして機能する。
【００１２】
電極群４は、上下に絶縁板７Ａ、７Ｂが装着された状態でケース５に挿入される。リード１Ｃの端部は封口板６Ａに、リード８Ｃの端部はケース５の底部にそれぞれ溶接されている。ケース５内には、リチウムイオンを伝導する非水電解質（図示せず）が注入されている。
【００１３】
ケース５の開放端部は、ガスケット６Ｂを介して正極端子６Ｃ、ＰＴＣ素子などの電流遮断部材６Ｆおよび封口板６Ａに対しかしめられている。正極端子６Ｃには、電極群４の不具合によって安全弁などのベント機構６Ｅが開放された際に放出されるガスを排出するための排気孔６Ｄが設けられている。
【００１４】
なお、ガスを排出するための機構が負極端子５Ａ側に設けられる場合には、ベント機構６Ｅおよび排気孔６Ｄは不要である。
【００１５】
電池ブロック１００では、正極端子６Ｃ側に正極集電板１４が配置され、負極端子５Ａ側に負極集電板１６が配置される。正極集電板１４および負極集電板１６は、導電性の板材で構成される。正極集電板１４は、正極端子６Ｃとリード端子等を介して接続される。負極集電板１６は、負極端子５Ａに電極部材１９を介して接続される。正極集電板１４と負極集電板１６により、１つの電池ブロックに含まれる複数の電池１２は、電気的に並列に接続される。
【００１６】
正極側絶縁部品１８は、電池ホルダ１３と正極集電板１４との間に配置され、これらの間を電気的に絶縁する。負極側絶縁部品２０は、電池ホルダ１３と負極集電板１６との間に配置され、これらの間を電気的に絶縁する。正極側絶縁部品１８と正極集電板１４との間には、絶縁性の補強部品２２が配置される。補強部品２２は、例えばガラスエポキシ樹脂で形成される。
【００１７】
正極側絶縁部品１８と負極側絶縁部品２０は、電池１２の電極に対応する部分が開口されている。正極集電板１４は、正極側絶縁部品１８の開口された部分を介して、正極端子６Ｃと電気的に接続される。負極集電板１６は、負極側絶縁部品２０の開口された部分を介して、負極端子５Ａと電気的に接続される。
【００１８】
図４乃至図７を参照して、電極部材１９について説明する。
【００１９】
図４に示されるように、電極部材１９は、負極集電板１６の開口部に形成され、電池ブロック１００として組み立てられたとき、外部に露出した状態となる。また、電極部材１９は、負極側絶縁部品２０の開口を介して負極端子５Ａの表面に接触している。
【００２０】
電極部材１９は、負極集電板１６を構成する電気伝導性を有する金属薄板において、各電池１２に対応する位置に配置されている。電極部材１９は、負極集電板１６を構成する金属薄板を、例えば打ち抜き加工し、圧延加工し、曲げ加工することにより、負極集電板１６と一体的に形成される。
【００２１】
電極部材１９は、電気伝導性を有する金属薄板からなる基板部２１と、負極端子５Ａの表面に接続される接続部２３と、屈折部３１を介して基板部２１と接続部２３との間を電気的に接続するヒューズ２５と、接続部２３とヒューズ２５とを電気的に接続する屈折部３１と、接続部２３に設けられた摘まみ３３を備える。
【００２２】
電極部材１９は、負極集電板１６を構成する金属薄板を打ち抜き加工し、圧延加工し、曲げ加工することにより、形成される。金属薄板を圧延加工する際に金属薄板はマイナスＺ方向に押圧され、電極部材１９の厚みは、負極集電板１６の厚みよりも薄くなる。電極部材１９の厚みは、ヒューズ２５の厚みでもある。
【００２３】
基板部２１は、負極集電板１６とヒューズ２５との間に設けられる。基板部２１と負極集電板１６との境界において、金属薄板のＺ方向の厚みが薄い部分は基板部２１に含まれる。基板部２１とヒューズ２５との境界において、ＸＹ平面における金属薄板の幅が細い部分はヒューズ２５に含まれる。
【００２４】
図４における基板部２１は、ヒューズ２５との境界部分において、負極集電板１６側に凹形状となるような切り欠き部２７が形成されている。切り欠き部２７を設けず、例えば、基板部２１とヒューズ２５により形成される角度が直角となる場合、振動により直角部分が裂ける恐れがある。切り欠き部２７を設けることにより、振動によって電極部材１９が裂けるのを抑制することができる。
【００２５】
ヒューズ２５は、基板部２１と接続部２３とを電気的に接続する。ヒューズ２５は、図４において、電極部材１９の線幅が細い部分である。線幅とは、ヒューズ２５の幅である。ヒューズ２５は、複数のヒューズ部分で構成される。複数のヒューズ部分とは、第１ヒューズ部２５ａ、第２ヒューズ部２５ｂ、第３ヒューズ部２５ｃである。第１ヒューズ部２５ａと第２ヒューズ部２５ｂとの境界部分および第２ヒューズ２５ｂと第３ヒューズ部２５ｃとの境界部分には、屈曲部２９が設けられる。
【００２６】
ヒューズ２５は、負極端子５Ａに対して流出入する電流値が所定の閾値を越えたときに、発熱によって溶断され、該電池１２を負極集電板１６より電気的に切り離す機能を有する。ヒューズ２５の溶断電流は、ヒューズ２５の長さと幅と厚みで規定される。幅と厚みをヒューズ２５の断面積と言い換えることができるため、ヒューズの溶断電流は、ヒューズ２５の長さと断面積で規定できると言い換えられる。ヒューズ２５の長さとは、基板部２１とヒューズ２５との境界から第１ヒューズ部２５ａと第２ヒューズ部２５ｂとの境界までの長さと、第１ヒューズ部２５ａと第２ヒューズ部２５ｂとの境界から第２ヒューズ部２５ｂと第３ヒューズ部２５ｃとの境界までの長さと、第２ヒューズ部２５ｂと第３ヒューズ部２５ｃとの境界からヒューズ２５と屈折部３１との境界までの長さを足し合わせたものである。ヒューズ２５の幅とは、ＸＹ平面において、ヒューズ２５の長さ部分と直行する部分の幅である。ヒューズ２５の厚みとは、ヒューズ２５のＺ方向の厚みである。
【００２７】
ここで、ヒューズ２５の断面積を大きくできれば、ヒューズ２５の振動に対する強度を強化することができる。ヒューズ２５を長くすれば、電池１２の長手方向（Ｚ方向）の振動によるストレスを、ヒューズ２５の長さによって吸収することができる。本実施形態の場合、基板部２１からヒューズ２５が延びる方向をＸ方向とし、接続部２３に直線的に向かう方向と相違させて接続部２３の周りを囲う方向にしているので、ヒューズ２５を長くするのに有利な構成となっている。
【００２８】
ヒューズ２５は、ヒューズ２５の長さが長いほど、ヒューズ２５の溶断電流を小さくでき、ヒューズ２５の長さが短いほど、大きな溶断電流が必要となる。また、ヒューズ２５は、ヒューズ２５の断面積が小さいほど、ヒューズ２５の溶断電流を小さくでき、ヒューズ２５の断面積が大きいほど、大きな溶断電流が必要となる。
【００２９】
したがって、ヒューズ２５を長くすれば、ヒューズ２５の断面積を大きくしたとしても、小さな溶断電流でヒューズ２５を溶断させることができる。
【００３０】
ヒューズ２５の長さについて、ヒューズ２５の長さが接続部２３の幅よりも大きい場合、ヒューズ２５は、電池１２の長手方向の振動によるストレスを、ヒューズ２５の長さによって吸収できる。ヒューズ２５の長さについて、第１ヒューズ部２５ａまたは第２ヒューズ部２５ｂ、第３ヒューズ部２５ｃの少なくとも一辺の長さが、接続部２３の幅よりも大きくすることが、より好ましい。接続部２３の幅とは、接続部２３のＸＹ平面における幅をいう。
【００３１】
ヒューズ２５は、その長さの中心付近で溶断する。長さの中心付近に屈曲部２９が配置されている場合、屈曲部２９において溶断させることができる。本実施形態の場合、第１ヒューズ部２５ａと第２ヒューズ部２５ｂとの境界部分に配置された屈曲部２９にて、ヒューズ２５を溶断させることができる。
【００３２】
屈折部３１は、接続部２３とヒューズ２５とを連結し、電気的に接続する。接続部２３は、負極端子５Ａと接触するが、ヒューズ２５および基板部２１は、負極端子５ＡからプラスＺ方向に離れた位置に配置される。屈折部３１は、接続部２３とヒューズ２５とを接続するために、Ｚ方向に屈折する。屈折部３１が屈折していることで、負極集電板１６が電池ブロック１００として組み立てられたときに、電極部材１９と一体的に構成されている負極集電板１６が、負極側絶縁板９に形成された開口を介して、負極端子５Ａと電気的に接続される。
【００３３】
屈折部３１の幅は、屈折部３１のＸ方向の大きさである。屈折部３１の幅は、ヒューズ２５の幅よりも広いことが好ましい。屈折部３１の幅がヒューズ２５の幅よりも広いため、屈折部３１は、負極端子５Ａとヒューズ２５との距離を保つ突っ張りとして機能する。また、屈折部３１の幅がヒューズ２５の幅よりも狭い場合、屈折部３１が負極端子５Ａと接触すると、屈折部３１を溶断させる程度の溶断電流が屈折部３１に流れ、電極部材１９の意図しない切断が生じる可能性がある。
【００３４】
摘まみ３３は、接続部２３からみてプラスＺ方向に折れ曲がっている。接続部２３が負極端子５Ａの表面に例えば溶接等によって接合されたときに、摘まみ３３を摘むことにより、接合の状態を確認する。なお、接合状態を確認する方法として、他の方法を採用する場合には、摘まみ３３を設ける必要はない。
【００３５】
電極部材１９が形成される負極集電板１６の開口部の形状について説明する。ＸＹ平面における負極集電板１６の開口部の形状は、屈曲部２９と対向する箇所において屈曲部２９から離れる方向に凸となるように開口されている。また、負極集電板１６の開口部の形状は、屈折部３１の角３１ａと対向する箇所においても、角３１ａから離れる方向に凸となるように開口されている。これは、ヒューズ２５と負極集電板１６との絶縁距離を担保するためである。
２．実施形態２
実施形態１では、電極部材１９は、負極集電板１６側に形成され、負極端子５Ａと電気的に接続される実施例について説明した。実施形態２では、電極部材１９が、正極集電板１４側に形成され、正極端子６Ｃと電気的に接続される実施例について説明する。
【００３６】
図８は、実施形態２に係る電極部材を上面から見た、電池ブロックの部分拡大図である。実施形態２では、正極集電板１４は、正極端子６Ｃに電極部材１９を介して接続される。負極端子５Ａと負極集電板とは、リード端子等を介して接続される。実施形態２に係る電池では、ガスを排出するための機構が負極端子５Ａ側に設けられる電池を用いることが好ましい。実施形態２の他の構成については、実施形態１と同様である。
【００３７】
図８において、正極端子６Ｃは、破線の内側部分である。接続部２３は、正極端子６Ｃと接続される。電極部材１９は、屈曲部２９が正極端子６Ｃと重畳しないように、配置される。屈曲部２９が正極端子６Ｃと重畳しないよう配置されるため、屈曲部２９にてヒューズ２５が溶断した際に、断線した部分が正極端子６Ｃと接触するのを抑制できる。
３．他の事項について
実施形態１および２では、２箇所の屈曲部２９を備える電極部材１９について説明したが、屈曲部２９の数は２箇所に限定されるものではない。
【００３８】
実施形態１および２では、第１ヒューズ部２５ａと第２ヒューズ部２５ｂが形成する屈曲部２９の角度および第２ヒューズ部２５ｂと第３ヒューズ部２５ｃが形成する屈曲部２９の角度は、直角であるが、屈曲部の角度は直角に限定されるものではない。
【００３９】
実施形態１および２では、電極部材と集電板（正極集電板または負極集電板）とを一体的に形成したものを用いたが、電極部材を構成する金属薄板と集電板を構成する金属薄板とを別々に形成し、これらの金属薄板を溶接等により一体化したような電極部材と集電板を用いることもできる。
【産業上の利用可能性】
【００４０】
本開示に係る電極部材は、電気自動車等のモータ駆動用の電源、バックアップ電源等を構成する電池ブロックに有用である。
【符号の説明】
【００４１】
１  正極、１Ａおよび８Ａ  集電体、１Ｂ  正極層、１Ｃおよび８Ｃ  リード、２  セパレータ、４  電極群、５  ケース、５Ａ  負極端子、６Ａ  封口板、６Ｂ  ガスケット、６Ｃ  正極端子、６Ｄ  排気孔、６Ｅ  ベント機構、６Ｆ  電流遮断部材、７Ａおよび７Ｂ  絶縁板、８  負極、８Ｂ  負極層、１２  電池、１３  電池ホルダ、１４  正極集電板、１６  負極集電板、１８  正極側絶縁部品、１９  電極部材、２０  負極側絶縁部品、２１  基板部、２２  補強部品、２３  接続部、２５  ヒューズ、２７  切り欠き部、２９  屈曲部、３１  屈折部、３３  摘まみ、１００  電池ブロック
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
2016072054.tif 000008
【図７】
2016072054.tif 000009
【図８】
2016072054.tif 000010
【国際調査報告】
2016072054.tif 000011
2016072054.tif 000012
2016072054.tif 000013
2016072054.tif 000014