JP6688465B2

JP6688465B2 - 組電池

Info

Publication number: JP6688465B2
Application number: JP2017047236A
Authority: JP
Inventors: 裕喜永井; 晃士田丸; 僚各務; 岡本　夕紀; 夕紀岡本
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2017-03-13
Filing date: 2017-03-13
Publication date: 2020-04-28
Anticipated expiration: 2037-03-13
Also published as: JP2018152224A

Description

本発明は、組電池に関する。詳しくは、複数の単電池を備えた組電池に関する。

複数の単電池を電気的に接続した組電池は、車両駆動用の高出力電源等として広く利用されている。例えば特許文献１には、複数の単電池を所定の方向に沿って配置し、これら複数の単電池の外部端子間をバスバーで直列に接続した組電池が開示されている。特許文献１には、外部端子とバスバーとを接合する際に、上面が平坦な外部端子の上から平板形状のバスバーを重ねて、バスバーの上方からレーザー溶接することが記載されている。

特開２０１５−０１１８０７号公報

しかしながら、外部端子の近傍には、耐熱性の低い部材（低耐熱性部材）が配置されていることがある。具体的には、外部端子と電池ケースとの間にゴム製の絶縁部材（インシュレータ）が配置されていたり、電池ケースの直ぐ内側に樹脂製の絶縁部材（ガスケット）が配置されていたりすることがある。かかる場合、特許文献１の溶接接合の方法では、レーザー溶接時の熱が低耐熱性部材に伝達されて、低耐熱性部材が熱劣化することがあった。

本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的は、外部端子の近傍に配置された低耐熱性部材の熱劣化が抑制された組電池を提供することである。

本発明により、複数の単電池と、上記複数の単電池を電気的に接続するバスバーと、を備える組電池が提供される。上記複数の単電池は、それぞれ、電極と電解質とを有する発電要素と、上記発電要素を収容する電池ケースと、上記電池ケースの外部に付設され、上記電池ケースから離反する方向に向かって屈曲する屈曲部を有し、上記電極と電気的に接続されている外部端子と、を備える。上記バスバーは、平坦部と、上記平坦部から延びて、上記電池ケースに近接する方向に向かって屈曲する屈曲部と、を有する。上記外部端子と上記バスバーとは、上記外部端子の上記屈曲部と上記バスバーの上記屈曲部とが対向し、かつ、上記外部端子の上記屈曲部の先端と上記バスバーの上記平坦部とが当接するように配置されている。上記外部端子の上記屈曲部の先端と上記バスバーの上記平坦部とが当接する位置には、レーザー溶接部が形成されている。

上記組電池では、電池ケースから離れた位置にレーザー溶接部、すなわち外部端子とバスバーとの溶接接合部が設けられている。このことにより、レーザー溶接時の熱が外部端子の近傍に位置する低耐熱性部材（例えば樹脂部材やゴム部材）に伝達され難くなって、当該低耐熱性部材の熱劣化が抑制される。

第１実施形態に係る組電池を模式的に示す斜視図である。図１の（II）−（II）線断面図である。第２実施形態の外部端子とバスバーとを模式的に示す断面図である。

以下、適宜図面を参照しながら、ここで開示される組電池の一実施形態を説明する。なお、ここで説明される実施形態は、当然ながら特に本発明を限定することを意図したものではない。本発明は、本明細書に開示されている内容と当該分野における技術常識とに基づいて実施することができる。また、図面中の符号Ｕ、Ｄ、Ｆ、Ｒｒは、それぞれ上、下、前、後を意味するものとする。ただし、これらは説明の便宜上の方向であり組電池の設置態様を何ら限定するものではない。

＜第１実施形態＞
図１は、第１実施形態の組電池１を模式的に示す斜視図である。組電池１は、４つの単電池１０と、これら単電池１０を相互に電気的に接続する３つのバスバー２０と、を備えている。

４つの単電池１０はいずれも扁平な角型であり、同一形状を有している。４つの単電池１０は、一対の平坦な側面（幅広面）が対向するように、Ｘ方向（図１の前後方向）に沿って一列に並んでいる。４つの単電池１０は、図示しない拘束バンド等によって一体的に保持されている。４つの単電池１０は、バスバー２０によって直列に電気接続されている。ただし、単電池１０の形状や個数、配置、接続方法は特に限定されず、適宜変更することができる。また、４つの単電池１０の間には、例えば、単電池１０で発生する熱を効率よく放散させるための放熱部材や、長さ調整手段としてのスペーサ等が配置されていてもよい。

４つの単電池１０は、それぞれ、図示しない発電要素が、筐体となる電池ケースに収容されて構成されている。単電池１０の構成については従来と同様でよく、特に限定されない。４つの単電池１０は、典型的には充放電可能な二次電池、例えばリチウムイオン二次電池である。発電要素は、典型的には正極と負極と電解質とを有している。正極と負極とは、それぞれ、電荷担体を可逆的に吸蔵及び放出可能な活物質を含んでいる。なお、正極と負極とは、電極の一例である。電解質は、例えば、非水溶媒とリチウム塩等の支持塩とを含んでいる。電池ケースは、例えば、アルミニウム等の軽量な金属製である。

単電池１０の一の面（図１の上面）には、正極端子１２と負極端子１４とが配置されている。正極端子１２は、例えば、アルミニウム、ニッケル、ステンレス等の金属製である。正極端子１２は、電池ケースの内部に配置された正極と電気的に接続されている。負極端子１４は、例えば、銅、ニッケル、ステンレス等の金属製である。負極端子１４は、電池ケースの内部に配置された負極と電気的に接続されている。本実施形態では、正極端子１２と負極端子１４とは、それぞれ、平面視において矩形なプレート形状を有している。Ｘ方向に隣り合った単電池１０の正極端子１２と負極端子１４とは、バスバー２０で交互に接続されている。なお、正極端子１２と負極端子１４とは、外部端子の一例である。

バスバー２０は、導電性の連結部材である。バスバー２０は、例えば、アルミニウム、銅、ニッケル、ステンレス等の金属製である。バスバー２０の材質は、例えば正極端子１２および／または負極端子１４の材質と同じであってもよいし、異なっていてもよい。本実施形態では、バスバー２０は、平面視において矩形なプレート形状を有している。組電池１に用いられるバスバー２０の個数は、典型的には、（単電池の個数−１）個である。

図２は、図１の（II）−（II）線断面図である。図２には、正極端子１２とバスバー２０とを模式的に示している。なお、図２では正極端子１２を例としているが、負極端子１４についても、これと同様の構成とすることができる。

単電池１０では、電池ケースの上面１０ｕに正極端子１２が付設されている。正極端子１２は、電池ケース内の正極と導通されている。すなわち、電池ケースの上面１０ｕには、電池ケースの内部と外部とを連通する端子孔１０ｈが設けられている。端子孔１０ｈにはリベット３０が挿入されている。リベット３０は、上端と下端とを折り曲げることにより、電池ケースに固定されている。リベット３０は、電池ケースの内部（図２の上面１０ｕよりも下側）で、図示しない正極と電気的に接続されている。リベット３０は、電池ケースの外部（図２の上面１０ｕよりも上側）で、その外周面の一部が正極端子１２と当接されている。かかる構成により、正極から正極端子１２に至る導電経路が形成されている。単電池１０は、上記導電経路を介して充放電される。

端子孔１０ｈの周縁部において、正極から正極端子１２に至る導電経路は、第１絶縁部材３１と第２絶縁部材３２とによって電池ケースから絶縁されている。
すなわち、電池ケースの内部において、電池ケースの上面１０ｕとリベット３０との間には、円環状の第１絶縁部材（ガスケット）３１が配置されている。第１絶縁部材３１は、端子孔１０ｈの孔内（内表面）に沿うように上方に突出した円筒状の突起部を有している。リベット３０は、第１絶縁部材３１によって電池ケースの内表面から絶縁されている。また、電池ケースの外部において、電池ケースの上面１０ｕと正極端子１２との間には、矩形状の第２絶縁部材（インシュレータ）３２が配置されている。第２絶縁部材３２の中央部分には、リベット３０の外径に対応する開孔が形成されている。第２絶縁部材３２は、Ｘ方向の両端部分に、電池ケースの上面１０ｕから離反する方向に向かってＬ字状に折り曲げられた爪部を有している。リベット３０と正極端子１２とは、第２絶縁部材３２によって電池ケースの外表面から絶縁されている。

第１絶縁部材３１と第２絶縁部材３２とは、絶縁性材料で構成されている。絶縁性材料の具体例として、例えば、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）等の合成樹脂や、テトラフルオロエチレン・パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体、エチレン・プロピレンゴム等のゴム類等が挙げられる。第１絶縁部材３１と第２絶縁部材３２とは、同じ材料で構成されていてもよいし、異なる材料で構成されていてもよい。第１絶縁部材３１と第２絶縁部材３２とは、例えば、融点が３００℃以下、概ね１００〜３００℃、例えば２００〜３００℃程度の樹脂製であってもよい。第１絶縁部材３１および／または第２絶縁部材３２が耐熱性の低い材料、例えば上記のように融点の低い材料で構成されている場合、ここに開示される技術の効果がより良く発揮される。

一の単電池１０の正極端子１２は、バスバー２０を介して、Ｘ方向に隣り合った他の単電池１０の負極端子１４と導通される。以下では、正極端子１２とバスバー２０との接続構造について詳しく説明する。なお、図２では、バスバー２０を介して正極端子１２と導通される負極端子１４については図示を省略している。

正極端子１２は、例えば一枚の金属板を折り曲げて形成されたものであり、断面がコの字状である。正極端子１２は、電池ケースの上面１０ｕに平行な平坦部１２ｂと、平坦部１２ｂから延びる２つの屈曲部１２ａ、１２ｃとを有している。平坦部１２ｂの中央には、リベット３０の外径に対応する開孔が形成されている。屈曲部１２ａ、１２ｃは、Ｘ方向の両端部分に配置されている。屈曲部１２ａ、１２ｃは、電池ケースの上面１０ｕから離反する方向に向かって折り曲げられている。平坦部１２ｂと屈曲部１２ａ、１２ｃとの成す角θ_１は、典型的には１８０°未満であって、好ましくは９０°〜１５０°、例えば９５°〜１４５°であるとよい。

バスバー２０は、例えば一枚の金属板を折り曲げて形成されたものであり、断面がコの字状である。バスバー２０は、電池ケースの上面１０ｕに平行な平坦部２０ｂと、平坦部２０ｂから延びる２つの屈曲部２０ａ、２０ｃとを有している。屈曲部２０ａ、２０ｃは、Ｘ方向の両端部分に配置されている。屈曲部２０ａ、２０ｃは、電池ケースの上面１０ｕに近接する方向に向かって折り曲げられている。平坦部２０ｂと屈曲部２０ａ、２０ｃとの成す角θ_２は、典型的には１８０°未満であって、好ましくは９０°〜１５０°、例えば９５°〜１４５°であるとよい。正極端子１２の屈曲部１２ｃとバスバー２０の屈曲部２０ａとをより良く当接させる観点から、平坦部２０ｂと屈曲部２０ａとの成す角θ_２は、平坦部１２ｂと屈曲部１２ｃとの成す角θ_１と同じであるとよい。また、正極端子１２の屈曲部１２ｃの先端とバスバー２０の平坦部２０ｂとをより良く当接させる観点から、バスバー２０の平坦部２０ｂから屈曲部２０ａ、２０ｃへの立ち上り高さｄ_２は、正極端子１２の平坦部１２ｂから屈曲部１２ａ、１２ｃへの立ち上り高さｄ_１よりも小さい（つまり、ｄ_１＞ｄ_２である）ことが好ましい。

正極端子１２とバスバー２０とは、屈曲部１２ｃと屈曲部２０ａとが嵌め合わせられるように配置されている。そして、正極端子１２の屈曲部１２ｃの内側の面（平坦部１２ｂに近い側の面）と、バスバー２０の屈曲部２０ａの内側の面（平坦部２０ｂに近い側の面）とが対向され、当接されている。バスバー２０の屈曲部２０ａは、正極端子１２の屈曲部１２ｃに沿うように配置されている。また、正極端子１２の屈曲部１２ｃの先端は、バスバー２０の平坦部２０ｂと対向され、当接されている。本実施形態では、バスバー２０の平坦部２０ｂが、正極端子１２の屈曲部１２ｃの先端に沿うように配置されている。このことにより、正極端子１２とバスバー２０との接合性が高められている。

正極端子１２の屈曲部１２ｃの先端とバスバー２０の平坦部２０ｂとが当接される位置には、レーザー溶接部４０が形成されている。レーザー溶接部４０は、バスバー２０の平坦部２０ｂから、バスバー２０と正極端子１２との境界面を越えて、正極端子１２の屈曲部１２ｃまで達している。
レーザー溶接部４０は、例えば、次のような溶接方法によって形成することができる。まず、正極端子１２の上に、正極端子１２の屈曲部１２ｃとバスバー２０の屈曲部２０ａとを嵌め合わせるようにして、バスバー２０を重ねる。次に、バスバー２０の平坦部２０ｂと、正極端子１２の屈曲部１２ｃの先端とが当接された位置において、バスバー２０の真上方向からレーザーを照射する。これにより、バスバー２０の構成材料が溶融して、バスバー２０と正極端子１２とにまたがったレーザー溶接部４０を形成することができる。

以上のように、本実施形態の組電池１では、正極端子１２の屈曲部１２ｃの先端とバスバー２０の平坦部２０ｂとが当接される位置に、レーザー溶接部４０が配置されている。すなわち、電池ケースの上面１０ｕから高さｄ_１の分だけ離反する方向に（図２の上側に）離れた位置に、レーザー溶接部４０が配置されている。このことにより、レーザー溶接の際の熱が正極端子１２の近傍に配置された低耐熱性部材、例えば第１絶縁部材３１および／または第２絶縁部材３２に伝達され難くなる。その結果、低耐熱性部材の熱劣化が好適に抑制される。例えば、樹脂製の部材が溶融したり、ゴム製の部材の弾性が変化したりすることが抑制される。また、正極端子１２とバスバー２０とを嵌め合わせるように配置することで、両者の接合性をより高めることができる。

組電池１は各種用途に利用可能であるが、例えば、ハイブリッド車両等の移動体の動力源（駆動用電源）として好適に利用することができる。

＜第２実施形態＞
図３は、第２実施形態に係る単電池１０の正極端子１２と、バスバー２１とを模式的に示す断面図である。なお、バスバー２１以外の構成については上述した第１実施形態と同様のため、詳細な説明は割愛する。

バスバー２１は、例えば一枚の金属板を折り曲げて形成されたものであり、断面がＭ字状である。バスバー２１は、電池ケースの上面１０ｕに平行な３つの平坦部２１ｂ、２１ｄ、２１ｆと、平坦部２１ｂ、２１ｄ、２１ｆから延びる４つの屈曲部２１ａ、２１ｃ、２１ｅ、２１ｇと、を有している。屈曲部２１ａ、２１ｆは、Ｘ方向の両端部分に配置されている。平坦部２１ｂ、２１ｄ、２１ｆと、屈曲部２１ａ、２１ｃ、２１ｅ、２１ｇとは、Ｘ方向に交互に配置されている。

屈曲部２１ａ、２１ｇは、第１実施形態と同様に、電池ケースの上面１０ｕに近接する方向に向かって折り曲げられている。平坦部２１ｂと屈曲部２１ａ、および、平坦部２１ｆと屈曲部２１ｇとの成す角θ_２は、第１実施形態と同様である。また、バスバー２１の平坦部２１ｂ、２１ｆから屈曲部２１ａ、２１ｇへの立ち上り高さｄ_２は、第１実施形態と同様に、正極端子１２の立ち上り高さｄ_１よりも小さい（つまり、ｄ_１＞ｄ_２である）ことが好ましい。

屈曲部２１ｃ、２１ｅは、屈曲部２１ａ、２１ｇと同様に、電池ケースの上面１０ｕに近接する方向に向かって折り曲げられている。このことにより、バスバー２１は、平坦部２１ｄから延びるＸ方向の両端部分にそれぞれ凹状部を有している。すなわち、平坦部２１ｂと屈曲部２１ａ、２１ｃとからなる第１の凹状部と、平坦部２１ｆと屈曲部２１ｅ、２１ｇとからなる第２の凹状部と、を有している。２つの凹状部は、いずれも電池ケースの側に向かって凹んでいる。凹状部は、所謂、ダンパ効果によって、外力の影響を緩和する効果を発揮する。

凹状部は、その内部に正極端子１２の屈曲部１２ａ、１２ｃを収容可能なように構成されている。例えば、正極端子１２の屈曲部１２ｃは、バスバー２１の屈曲部２１ａ、２１ｃに挟み込まれ、バスバー２１の第１の凹状部、すなわち、平坦部２１ｂと屈曲部２１ａ、２１ｃとで囲まれた空間に配置されている。言い換えれば、正極端子１２とバスバー２１とは、屈曲部１２ｃと第１の凹状部とが嵌め合わせられるように配置されている。そして、正極端子１２の屈曲部１２ｃの内側の面（平坦部１２ｂに近い側の面）と、バスバー２１の屈曲部２１ａの内側の面（平坦部２１ｂに近い側の面）とが対向され、当接されている。バスバー２１の屈曲部２１ａは、正極端子１２の屈曲部１２ｃに沿うように配置されている。また、正極端子１２の屈曲部１２ｃの先端とバスバー２１の平坦部２１ｂとが対向され、当接されている。バスバー２１の平坦部２１ｂは、正極端子１２の屈曲部１２ｃの先端に沿うように配置されている。

以上のように、本実施形態の組電池１では、バスバー２１が凹状部を有している。また、本実施形態に係る組電池１では、正極端子１２の屈曲部１２ｃがバスバー２１の第１の凹状部に嵌め合わせられている。このことにより、第１実施形態における効果、すなわち、電池ケースの上面１０ｕからレーザー溶接部４０を離して、低耐熱性部材の熱劣化を抑制する効果に加えて、正極端子１２とバスバー２１との接合性をより良く高めて、位置ズレを抑制する更なる効果が発揮される。したがって、例えば、正極端子１２とバスバー２１との溶接接合部（レーザー溶接部４０）に外力が加わった場合にも、正極端子１２からバスバー２１が外れ難くなり、正極端子１２とバスバー２１との導通をより安定的に維持することができる。

以上、本発明を詳細に説明したが、上記実施形態および実施例は例示にすぎず、ここで開示される発明には上述の具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。

１組電池
１０単電池
１２正極端子（外部端子）
１４負極端子（外部端子）
２０、２１バスバー
４０レーザー溶接部

Claims

複数の単電池と、前記複数の単電池を電気的に接続するバスバーと、を備え、
前記複数の単電池は、それぞれ、
電極と電解質とを有する発電要素と、
前記発電要素を収容する電池ケースと、
前記電池ケースの外部に付設され、前記電池ケースから離反する方向に向かって屈曲する屈曲部を有し、前記電極と電気的に接続されている外部端子と、
を備え、
前記バスバーは、
平坦部と、
前記平坦部から延びて、前記電池ケースに近接する方向に向かって屈曲する屈曲部と、
を有し、
前記外部端子と前記バスバーとは、前記外部端子の前記屈曲部と前記バスバーの前記屈曲部とが対向し、かつ、前記外部端子の前記屈曲部の先端と前記バスバーの前記平坦部とが当接するように配置されており、
前記外部端子の前記屈曲部の先端と前記バスバーの前記平坦部とが当接する位置には、レーザー溶接部が形成されている、組電池。