JP2016054063A - 電池モジュール - Google Patents

Abstract

【課題】電池セルが膨張してもバスバーによる電池セルの良好な接続状態を維持すること。
【解決手段】電池モジュール１０は、複数の電池セル１１を有している。各電池セル１１は、個別の電池ホルダ４０，７０に保持された状態で並設されている。各電池セル１１は、バスバー３０によって直列接続されている。バスバー３０は、屈曲部３１を有している。電池セル１１の並設方向に隣り合う接続端子１７同士の間には、電池ホルダ４０，７０に設けられた突出壁４９が設けられている。突出壁４９は、ケース１２からの接続端子１７の突出方向に向けて接続端子１７よりも突出している。
【選択図】図２

Description

本発明は、複数の電池セルをバスバーで接続した電池モジュールに関する。

複数の電池セルをバスバーで接続した電池モジュールとしては、例えば、特許文献１に記載されている。特許文献１では、異なる極性の接続端子が隣り合うように電池セルが並設されている。電池セルは、隣り合う接続端子をバスバーによって接続することで直列接続されている。

特開２０１４−６０１１１号公報

ところで、電池セルは使用に伴い電極に被膜が形成されていき、使用期間が長くなるにつれて膨張していく。電池セルが膨張すると、隣り合う電池セル同士の離間距離が長くなり、バスバーに応力が発生する。バスバーに応力が発生すると、電池セルからバスバーが外れたり、電池セルとバスバーとの接触抵抗が大きくなったりするなど、バスバーと電池セルとの良好な接続状態を維持できないおそれがある。

本発明の目的は、電池セルが膨張してもバスバーによる電池セルの良好な接続状態を維持することができる電池モジュールを提供することにある。

上記課題を解決する電池モジュールは、電極組立体が収容されたケースから突出する接続端子を有するとともに、異なる極性の前記接続端子が隣り合うように並設された複数の電池セルと、前記電池セルの並設方向に隣り合う前記接続端子を交互に接続することで前記電池セルを直列接続しているバスバーと、前記並設方向に隣り合う前記バスバーの間に設けられ、前記ケースからの前記接続端子の突出方向に向けて前記接続端子よりも突出している突出壁と、を備え、前記バスバーは、前記並設方向に交差する方向に突出するとともに、前記電池セルの膨張に伴い前記並設方向に伸長変形可能な屈曲部を有する。

これによれば、電池セルにバスバーを取り付けるときなどに、工具などの導電部材によって意図しない接続端子同士が接続されることが突出壁によって抑止される。このため、電池セルが短絡することが抑止され、電池セルの破損を抑止することができる。また、電池セルが膨張し、バスバーに応力が加わると、屈曲部が小さくなるように変形することでバスバーが電池セルの並設方向に伸張変形する。これにより、バスバーに加わる応力が小さくなり、バスバーが接続端子から離間したり、バスバーが破損したりすることが抑止される。したがって、電池セルが膨張しても、バスバーによる電池セルの良好な接続状態を維持することができる。

上記電池モジュールについて、前記屈曲部は、前記突出方向へ突出し、前記突出壁は、前記屈曲部よりも前記突出方向に突出していることが好ましい。
これによれば、突出壁を挟んで位置する接続端子同士は、バスバーによって接続されない。このため、バスバーによって誤った接続端子同士が接続されることが抑止され、電池セルの短絡を抑止することができる。

上記電池モジュールについて、前記バスバーによって互いに接続される前記接続端子の間には、前記突出方向へ前記接続端子よりも突出するとともに、前記屈曲部によって跨がれる接続壁を有することが好ましい。これによれば、接続壁を挟んで位置する接続端子同士が、バスバーとは異なる異物によって接続されることが抑止される。

上記電池モジュールについて、前記バスバーによって互いに接続される前記接続端子の間には、前記突出方向へ前記屈曲部よりも突出するとともに、前記屈曲部を間に挟んで前記バスバーの設置位置を区画する一対の区画壁を有することが好ましい。

これによれば、バスバーの位置決めを行いやすい。
上記電池モジュールについて、前記屈曲部は、前記電池セルが膨張したときでも前記接続壁から離間していることが好ましい。これによれば、電池セルが膨張しても、バスバーの屈曲部と接続壁が接しないため、バスバーが接続壁と接することでバスバーに力が加わり、バスバーと接続端子との良好な接続状態が阻害されることが抑止される。

上記電池モジュールについて、前記電池セルを保持する電池ホルダを備え、前記電池ホルダは、前記突出壁を有していることが好ましい。
これによれば、電池セルを電池ホルダに保持させることで、突出壁が電池セルの並設方向に隣り合うバスバーの間に位置するため、突出壁を容易に設けることができる。

本発明によれば、電池セルが膨張してもバスバーによる電池セルの良好な接続状態を維持することができる。

（ａ）は実施形態の電池モジュールを示す斜視図、（ｂ）は実施形態の電池モジュールの一部を拡大して示す斜視図。 （ａ）は実施形態の電池モジュールを示す断面図、（ｂ）は実施形態の電池セルの接続端子を拡大して示す断面図。 （ａ）及び（ｂ）は実施形態の第１電池ホルダを示す斜視図。 （ａ）及び（ｂ）は実施形態の第２電池ホルダを示す斜視図。 実施形態の電池モジュールを示す断面図。 変形例の電池モジュールの一部を拡大して示す斜視図。

以下、電池モジュールの一実施形態について説明する。
図１（ａ）、図１（ｂ）及び図２（ａ）に示すように、電池モジュール１０は、複数の電池セル１１を有している。各電池セル１１は、個別の電池ホルダ４０，７０に保持された状態で並設されている。第１電池ホルダ４０と第２電池ホルダ７０とは、交互に並設されている。各電池ホルダ４０，７０は、絶縁性の樹脂製である。各電池セル１１は、異なる極性の接続端子１７が電池セル１１の並設方向に隣り合うように並設されている。以下の説明において、「並設方向」とは「電池セル１１の並設方向」を示す。隣り合う電池セル１１の接続端子１７は、バスバー３０によって交互に接続されている。これにより、電池セル１１は直列接続されている。

各電池ホルダ４０，７０に保持された電池セル１１は、並設方向の両側に設けられた第１エンドプレート２８と、第２エンドプレート２９とによって挟持されている。第１エンドプレート２８には、第２エンドプレート２９に向けてボルトＢが挿通されており、第２エンドプレート２９を挿通したボルトＢにナットＮを螺合することで第１エンドプレート２８と第２エンドプレート２９とによって各電池ホルダ４０，７０に保持された電池セル１１が挟持されている。第１エンドプレート２８と第１エンドプレート２８に隣り合う電池セル１１との間には、板状の弾性部材２７が設けられている。

図２（ｂ）に示すように、電池セル１１は、ケース１２を有している。ケース１２の内部には、電極組立体１３が収容されている。ケース１２は、電極組立体１３を収容する有底筒状の本体１４と、本体１４の開口部を閉塞する蓋１５とを有している。電極組立体１３は、複数の正負の電極を積層したものである。蓋１５には、貫通孔１６が２箇所に設けられており、各貫通孔１６からは、接続端子１７が一つずつ突出している。２つの接続端子１７は、正極端子及び負極端子である。以下の説明において、「突出方向」とは、「接続端子１７のケース１２からの突出方向」を示す。

接続端子１７は、ケース１２内に設けられた基部１８を有している。基部１８は、導電部材１９を介して電極組立体１３に接続されている。基部１８からは、円柱状の軸部２０が延びている。軸部２０は、貫通孔１６からケース１２外に突出している。軸部２０は、ケース１２外に突出した部分の外周に雄ねじ２１を有している。そして、雄ねじ２１にナット２２が螺合されることで、ナット２２と基部１８によって蓋１５が挟みこまれ、接続端子１７が蓋１５に固定されている。軸部２０は、ケース１２外に突出した先端から基部１８に向けて延びるネジ孔２３を有している。ネジ孔２３は、内周面に雌ねじを有している。

貫通孔１６と軸部２０との間、及びナット２２と蓋１５との間には、接続端子１７と蓋１５とを絶縁する樹脂製の絶縁リング２４が介在されている。また、軸部２０の基端の外周には、Ｏリング２５が設けられている。Ｏリング２５は、基部１８と蓋１５との間に介在して、接続端子１７と蓋１５とを絶縁している。

図１（ｂ）及び図２（ａ）に示すように、バスバー３０は、金属板の中央部分を厚み方向に突出するように屈曲させることで、山型の屈曲部３１を有している。また、バスバー３０は、屈曲部３１の両側に平坦な接続部３２を有している。接続部３２には、厚み方向に貫通する貫通孔３３が設けられている。バスバー３０は、貫通孔３３を挿通したネジ３４が接続端子１７のネジ孔２３に螺合されることで接続端子１７に固定されている。

図３（ａ）及び（ｂ）に示すように、第１電池ホルダ４０は、矩形平板状の第１被覆壁４１を有している。第１被覆壁４１の長手方向両端には、第１被覆壁４１の厚み方向に延びる矩形平板状の第２被覆壁４２及び第３被覆壁４３が設けられている。第１被覆壁４１、第２被覆壁４２、第３被覆壁４３に囲まれる領域は、電池セル１１が収容される収容部Ｓとなる。

また、第２被覆壁４２における収容部Ｓを区画する面には、Ｕ字状をなすとともに、第２被覆壁４２の短手方向に開口する第１端子収容部４４が設けられている。第１端子収容部４４からは、第１立設壁４８が立設している。第１立設壁４８は、第２被覆壁４２と第３被覆壁４３の対向方向に延びる突出壁４９を有している。突出壁４９は、第２被覆壁４２の短手方向第１端部４２ａに連設されている。突出壁４９からは、第１端子収容部４４に沿って側壁５０が延設されている。

また、第３被覆壁４３における収容部Ｓを区画する面には、Ｕ字状をなすとともに、第３被覆壁４３の短手方向に開口する第２端子収容部５１が設けられている。第２端子収容部５１は、第１端子収容部４４と同一形状である。第２端子収容部５１からは、第２立設壁５５が立設している。第２立設壁５５は、第２被覆壁４２と第３被覆壁４３の対向方向に延びる接続壁５６を有している。接続壁５６は、第３被覆壁４３の短手方向第１端部４３ａに連設されている。接続壁５６の第２端子収容部５１からの立設方向の寸法は、第１端子収容部４４からの突出壁４９の立設方向の寸法よりも短い。接続壁５６からは、接続壁５６の立設方向に突出する一対の区画壁６０が立設している。一対の区画壁６０は、間に切欠５８が形成されるように間隔を空けて立設している。接続壁５６からは、第２端子収容部５１に沿って側壁５７が延設されている。

各端子収容部４４，５１には、柱状の柱部６１が連設されている。柱部６１の軸は、各被覆壁４２，４３の短手方向に延びている。柱部６１には、挿通孔６２が柱部６１の軸方向に貫通して設けられている。

第２被覆壁４２及び第３被覆壁４３の長手方向第１端部４２ｂ，４３ｂには、各被覆壁４２，４３と連設され、各被覆壁４２，４３の長手方向に延びる矩形平板状の延設壁６３が設けられている。

また、第２被覆壁４２及び第３被覆壁４３の長手方向第２端部４２ｃ，４３ｃには、柱状の脚部６４が設けられている。脚部６４の軸は、被覆壁４２，４３の短手方向に延びている。脚部６４には、挿通孔６５が脚部６４の軸方向に貫通して設けられている。

図４（ａ）及び（ｂ）に示すように、第２電池ホルダ７０は、第１立設壁４８及び第２立設壁５５が設けられている位置が異なる点を除いて、第１電池ホルダ４０と同一構成を有している。このため、同一部分に同一符号を付してその説明を省略する。

第２電池ホルダ７０は、第１立設壁４８及び第２立設壁５５が設けられている位置が、第１電池ホルダ４０と反転している。具体的にいえば、第２電池ホルダ７０の第１立設壁４８は、第３被覆壁４３に連設された第２端子収容部５１に設けられており、第２電池ホルダ７０の第２立設壁５５は、第２被覆壁４２に連設された第１端子収容部４４に設けられている。

図１（ｂ）及び図２（ａ）に示すように、電池ホルダ４０，７０に保持された電池セル１１を並設すると、電池セル１１の並設方向に隣り合う接続端子１７の間に突出壁４９、接続壁５６及び区画壁６０が位置する。突出壁４９、接続壁５６及び区画壁６０は、接続端子１７よりも突出方向に突出している。バスバー３０は、屈曲部３１によって接続壁５６を跨ぐことで並設方向に隣り合う接続端子１７同士を接続している。また、接続壁５６から立設した一対の区画壁６０は、接続壁５６を跨いで設けられた屈曲部３１を挟んでいる。したがって、屈曲部３１の頂は、一対の区画壁６０に挟まれた切欠５８に設置されており、一対の区画壁６０は、屈曲部３１を間に挟んでバスバー３０の設置位置である切欠５８を区画している。したがって、接続壁５６及び区画壁６０は、バスバー３０によって互いに接続される接続端子１７同士の間に設けられている。

図２（ａ）に示すように、並設方向に隣り合うバスバー３０同士の間には、突出壁４９が位置している。すなわち、突出壁４９は、バスバー３０によって互いに接続されない接続端子１７同士、換言すれば、異なるバスバー３０が接続された接続端子１７同士の間に位置している。突出壁４９は、バスバー３０の屈曲部３１よりも突出方向に突出している。具体的にいえば、突出壁４９は、屈曲部３１の頂における電池セル１１と対向する面よりも突出方向に突出している。したがって、バスバー３０の屈曲部３１の突出長は、接続壁５６を跨ぐことができ、かつ、突出壁４９を跨ぐことができないようになっている。

次に、本実施形態の電池モジュール１０の作用について説明する。
各電池セル１１にバスバー３０を固定するときなどに、工具などの導電部材が落下すると、並設方向に隣り合う接続端子１７同士の間に設けられた突出壁４９によって導電部材による接続端子１７同士の接続が抑止される。このため、意図しない接続端子１７同士が接続され、電池セル１１が短絡することが抑止される。

また、図５に示すように、電池セル１１は、使用に伴い電極の表面に被膜が形成されていく。この被膜が厚くなることで、電池セル１１は膨張していく。電池セル１１が膨張すると、並設方向に隣り合う接続端子１７同士が離間していく。接続端子１７が離間すると、バスバー３０には応力が加わり、屈曲部３１の傾斜が緩やかになるように変形する。すなわち、屈曲部３１は、電池セル１１が膨張したときに電池セル１１の並設方向に伸長変形可能なように、厚みや、太さ、傾斜角度などが設定されている。屈曲部３１が変形することで、バスバー３０に加わる応力は軽減される。

電池セル１１は、膨張しすぎると適切な充放電を行うことができないため、予め電池セル１１が適切に充放電を行うことができる膨張限界を求めておく。そして、バスバー３０の屈曲部３１の突出長は、電池セル１１の膨張量が膨張限界に達したときでも屈曲部３１と接続壁５６とが接しないように設定されている。製造段階の電池モジュール１０における並設方向に隣り合う接続端子１７間の距離と、各電池セル１１が膨張限界に達したときの電池モジュール１０における並設方向に隣り合う接続端子１７間の距離との差を求めておき、この差の分だけ接続部３２間の距離が離れたときの突出方向への屈曲部３１の短縮長を求めておく。そして、電池モジュール１０の製造時に、屈曲部３１と接続壁５６との離間距離が短縮長よりも長くなるように屈曲部３１の突出長を設定することで、電池セル１１が膨張限界まで膨張しても、屈曲部３１と接続壁５６とが接しない。

また、本実施形態では、第１エンドプレート２８と第１エンドプレート２８に隣り合う電池セル１１との間に弾性部材２７を設けている。電池セル１１が膨張したときに、この弾性部材２７が弾性変形して収縮することで、電池セル１１の膨張に伴うエンドプレート２８，２９への荷重の増加を吸収している。

したがって、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）並設方向に隣り合うバスバー３０の間には、突出壁４９が設けられているため、導電部材によって電池セル１１が意図しない部分で接続されることが抑止される。したがって、電池セル１１が短絡することが抑止され、電池セル１１の破損を抑止することができる。また、バスバー３０には、並設方向に交差する方向に突出する屈曲部３１が設けられている。電池セル１１の膨張に伴いバスバー３０に応力が加わると、屈曲部３１が変形することでバスバー３０が並設方向に伸張して、バスバー３０への応力が軽減される。このため、電池セル１１の膨張に伴いバスバー３０に応力が加わっても、接続部３２が接続端子１７から離間しにくく、バスバー３０と接続端子１７との接触抵抗が増加することが抑止されている。また、電池セル１１の膨張に伴いバスバー３０に加わる応力が、屈曲部３１の変形によって軽減されるため、バスバー３０が応力によって破損することが抑止される。したがって、バスバー３０による電池セル１１の良好な接続状態を維持することができる。

（２）突出壁４９は、バスバー３０の屈曲部３１よりも突出方向に突出している。突出壁４９を跨いでバスバー３０を取り付けることはできないため、バスバー３０によって誤った接続端子１７同士が接続されることが抑止されている。

（３）バスバー３０で互いに接続される接続端子１７同士の間に接続壁５６を設けている。接続壁５６は、接続端子１７よりも突出方向に突出しているため、バスバー３０とは異なる異物によって接続端子１７同士が接続されることが抑止されている。

（４）接続壁５６からは、バスバー３０の屈曲部３１を挟む区画壁６０が突出している。このため、区画壁６０によってバスバー３０の設置位置を区画することで、バスバー３０の位置決めを行うことができる。

（５）突出壁４９は、各電池ホルダ４０，７０に設けられている。このため、電池セル１１を保持した各電池ホルダ４０，７０を並設することで突出壁４９を設けることができ、容易に突出壁４９を設けることができる。

（６）電池セル１１が膨張しても、屈曲部３１と接続壁５６が接しないように屈曲部３１の突出長が設定されている。このため、屈曲部３１と接続壁５６とが接触することで、バスバー３０に力が加わり、接続端子１７とバスバー３０との接触抵抗が増加することが抑止される。

（７）第１エンドプレート２８と第１エンドプレート２８に隣り合う電池セル１１との間の弾性部材２７によって、電池セル１１の膨張を吸収している。このため、第１エンドプレート２８及び第２エンドプレート２９に加わる荷重を小さくすることができ、電池セル１１の膨張に伴う各エンドプレート２８，２９の破損を抑止している。

なお、実施形態は、以下のように変更してもよい。
○図６に示すように、バスバー３０は、突出方向とは異なる方向に突出する屈曲部８０を有していてもよい。この場合、接続壁８１には、屈曲部８０が挿通される切欠８２が厚み方向に貫通して設けられる。

○突出壁４９は、接続端子１７よりも突出方向に突出していればよく、屈曲部３１よりも突出方向に突出していなくてもよい。
○接続壁５６は、設けられていなくてもよい。

○接続壁５６には、屈曲部３１を挟む区画壁６０が設けられていなくてもよい。
○突出壁４９は、各電池ホルダ４０，７０とは異なる部材に設けられていてもよい。例えば、電池セル１１の絶縁リング２４から突出壁を立設させてもよいし、隣り合う電池セル１１の間に絶縁プレートを介在させて、絶縁プレートから突出壁を立設させてもよい。

○屈曲部３１と接続壁５６とが接触することの影響を許容することができれば、電池セル１１が膨張したときに、屈曲部３１と接続壁５６とが接触してもよい。
○電池ホルダ４０，７０は設けられていなくてもよい。この場合、電池ホルダ４０，７０とは異なる部材に突出壁４９を設ける。

○弾性部材２７は設けられていなくてもよい。

１０…電池モジュール、１１…電池セル、１２…ケース、１３…電極組立体、３０…バスバー、３１，８０…屈曲部、４０…第１電池ホルダ、４９…突出壁、５６，８１…接続壁、６０…区画壁、７０…第２電池ホルダ。

Claims (6)

1. 電極組立体が収容されたケースから突出する接続端子を有するとともに、異なる極性の前記接続端子が隣り合うように並設された複数の電池セルと、
   前記電池セルの並設方向に隣り合う前記接続端子を交互に接続することで前記電池セルを直列接続しているバスバーと、
   前記並設方向に隣り合う前記バスバーの間に設けられ、前記ケースからの前記接続端子の突出方向に向けて前記接続端子よりも突出している突出壁と、を備え、
   前記バスバーは、前記並設方向に交差する方向に突出するとともに、前記電池セルの膨張に伴い前記並設方向に伸長変形可能な屈曲部を有する電池モジュール。
2. 前記屈曲部は、前記突出方向へ突出し、
   前記突出壁は、前記屈曲部よりも前記突出方向に突出している請求項１に記載の電池モジュール。
3. 前記バスバーによって互いに接続される前記接続端子の間には、前記突出方向へ前記接続端子よりも突出するとともに、前記屈曲部によって跨がれる接続壁を有する請求項１又は請求項２に記載の電池モジュール。
4. 前記バスバーによって互いに接続される前記接続端子の間には、前記突出方向へ前記屈曲部よりも突出するとともに、前記屈曲部を間に挟んで前記バスバーの設置位置を区画する一対の区画壁を有する請求項２又は請求項３に記載の電池モジュール。
5. 前記屈曲部は、前記電池セルが膨張したときでも前記接続壁から離間している請求項３又は請求項４に記載の電池モジュール。
6. 前記電池セルを保持する電池ホルダを備え、
   前記電池ホルダは、前記突出壁を有している請求項１〜請求項５のうちいずれか一項に記載の電池モジュール。