JP6814389B2

JP6814389B2 - 組電池

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Publication number: JP6814389B2
Application number: JP2017077840A
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: 2017-04-10
Filing date: 2017-04-10
Publication date: 2021-01-20
Anticipated expiration: 2037-04-10
Also published as: KR20180114511A; US10763483B2; JP2018181552A; CN108695457B; KR102115145B1; CN108695457A; US20180294465A1

Description

本発明は、組電池に関する。詳しくは、二次電池を単電池とし、当該単電池が複数配列されてなる組電池に関する。

リチウムイオン二次電池やニッケル水素電池などの二次電池あるいはキャパシタなどの蓄電素子を単電池とし、当該単電池を複数備えた組電池は、車両搭載用電源あるいはパソコンや携帯端末等の電源として重要性が高まっている。特に、軽量で高エネルギー密度が得られるリチウムイオン二次電池を単電池とした組電池は、車両搭載用の高出力電源等に好ましく用いられている。

かかる組電池は、例えば、複数の単電池の各々を所定の配列方向に沿って配列し、隣接して配置された単電池の外部端子間をバスバーによって電気的に接続することによって構築される。かかる組電池の構築に用いられるバスバーには、例えば、板状の導電部材が用いられる。かかるバスバーによって複数の単電池が接続された組電池の一例が特許文献１に記載されている。

国際公開第２０１４／０５０３２９号

特許文献１には、バスバーによって複数の蓄電素子が接続された電池モジュールにおいて、バスバーに形成された薄肉部に該薄肉部の内側面部から所定距離内側に離間した位置の閉じた矩形状の経路の全周または複数の直線状の辺に沿ってレーザ光を照射して、該薄肉部と蓄電素子の外部端子とを溶接することが提案されている。同文献には、かかる構成によって、蓄電素子の外部端子への熱損傷を軽減し得ることが記載されている。しかし、特許文献１のように単電池の外部端子とバスバーとが溶接固定された組電池を車両などの移動体に搭載すると、移動時の振動や外部からの衝撃などによって組電池を構成する各単電池が相対的に移動し、バスバーと外部端子との溶接部に応力が繰り返し掛かって、当該溶接部が破損する場合があり得る。溶接部の破損は、バスバーが外部端子から外れる要因となり得るため、好ましくない。

本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その主な目的は、バスバーと外部端子との溶接箇所の破損を抑制することができる組電池を提供することである。

ここで提案される組電池は、複数の単電池が所定方向に配列されて構成された組電池である。この組電池は、正極および負極を有する電極体と、該電極体を収容する電池ケースと、該電池ケースの外部に付設された外部端子とを備える単電池を複数備えている。前記複数の単電池は、隣接する単電池間において一方の外部端子と他方の外部端子とがバスバーを介して互いに連結されている。前記バスバーは、前記配列方向に延びた板状の部材であって、前記外部端子のそれぞれに重ね合わされた一対の端子接続部と、該一対の端子接続部間を連結する連結部とを有している。前記バスバーの端子接続部と前記外部端子とが重なっている部位には、線状の溶接部が形成されている。前記線状の溶接部は、前記端子接続部の面内において、非環状であり、前記配列方向と直交する方向に延びた直線部と、前記直線部の両端からそれぞれ延びて、前記連結部が位置する側とは反対側に向かって湾曲した２つの円弧部とを有している。かかる構成によれば、バスバーと外部端子との溶接部の破損を効果的に抑制することができる。

本明細書において「単電池」とは、組電池を構成するために相互に直列接続され得る個々の蓄電素子を指す用語であり、特に限定しない限り種々の組成の電池、キャパシタを包含する。また、「二次電池」とは、繰り返し充電可能な電池一般をいい、リチウムイオン二次電池、ニッケル水素電池等のいわゆる蓄電池を包含する。
リチウムイオン二次電池を構成する蓄電素子は、ここでいう「単電池」に包含される典型例であり、そのような単電池を複数備えて成るリチウムイオン二次電池モジュールは、ここで開示される「組電池」の典型例である。

ここに開示される組電池の好ましい一態様では、前記直線部は、前記配列方向において、前記バスバーの端子接続部と前記外部端子とが重なっている部位の中心点から偏位した位置に形成されている。このようにすれば、溶接部の打ち直しや予備溶接のスペースを確保しやすくなる。

ここに開示される組電池の好ましい一態様では、前記直線部の前記配列方向と直交する方向の長さＬと、前記円弧部の半径Ｒとの関係が（Ｒ／Ｌ）＜０．２を満たす。このような直線部の長さＬと円弧部の半径Ｒとの関係であると、上記溶接部の破損をより効果的に抑制することができる。

ここに開示される組電池の好ましい一態様では、前記円弧部の中心角θが、３０度以上１２０度以下である。このような円弧部の中心角θの範囲内であると、上記溶接部の破損をより効果的に抑制することができる。

一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断面を模式的に示す図である。一実施形態に係るバスバーと外部端子との溶接箇所を模式的に示す図である。一実施形態に係る溶接部の形状を模式的に示す図である。参考例に係る溶接部の形状を模式的に示す図である。参考例に係る溶接部の形状を模式的に示す図である。参考例に係る溶接部の形状を模式的に示す図である。他の実施形態に係る溶接部の形状を模式的に示す図である。他の実施形態に係る溶接部の形状を模式的に示す図である。

以下、図面を参照しながら、本発明による実施の形態を説明する。なお、本明細書において特に言及している事項以外の事柄であって本発明の実施に必要な事柄（例えば、本発明を特徴付けない電極体の一般的な構成および製造プロセス）は、当該分野における従来技術に基づく当業者の設計事項として把握され得る。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、以下の図面においては、同じ作用を奏する部材・部位には同じ符号を付して説明している。また、各図における寸法関係（長さ、幅、厚さ等）は実際の寸法関係を反映するものではない。なお、本明細書中のＡ〜Ｂは、Ａ以上Ｂ以下をいう。

本発明に係る組電池は、充放電可能な二次電池を単電池とし、そのような単電池を複数個直列に接続して成る組電池であればよく、単電池の構成は特に制限されない。ニッケル水素電池、電気二重層キャパシタ等が本発明の実施に好適な単電池の構成として挙げられる。特に本発明の実施に好適な単電池の構成はリチウムイオン二次電池である。リチウムイオン二次電池は高エネルギー密度で高出力を実現できる二次電池であるため、高性能な組電池、特に車両搭載用組電池（電池モジュール）を構築することができる。
特に限定することを意図したものではないが、以下、電池構成としてリチウムイオン二次電池を例にして本発明を詳細に説明する。

図１は本実施形態に係る組電池１００を模式的に示す斜視図である。図２は、図１のＩＩ‐ＩＩ断面を模式的に示す図である。図１および図２に示すように、組電池１００は、
複数（図１では４個）の充放電可能な単電池１０が所定方向に配列されて構成されている。隣接して配置された各単電池１０は、バスバー４０によって相互に電気的に接続されている。なお、以下では、単電池１０の並んだ配列方向をＹ方向といい、単電池１０の高さ方向をＺ方向といい、Ｙ方向およびＺ方向に対して直交し単電池１０の長辺に沿う幅方向をＸ方向という。ただし、これらは説明の便宜上の方向であり組電池１００の設置態様を何ら限定するものではない。

複数の単電池１０のそれぞれは、従来の組電池に装備される単電池と同様、典型的には所定の電池構成材料を具備する電極体（図示せず）と、該電極体を収容する電池ケース２０と、該電池ケース２０の外部に付設された外部端子３０、３２とを備える。

電極体は、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。リチウムイオン二次電池の場合、電荷担体はリチウムイオンである。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２０は、電極体と電解質とを収容する容器である。本実施形態において、電池ケース２０は、箱型（角型直方体形状）の外形を有している。この実施形態では、電池ケース２０は、上面が開放された扁平なケース本体２２と、当該上面の開口部を塞ぐ蓋体２４とから構成されている。電池ケース２０の材質は、従来の単電池で使用されるものと同じであればよく特に制限はない。車両等への搭載に適するという観点から、本構成の実施に好適なものとしては、比較的軽量である材質が挙げられる。例えば、金属（例えばアルミニウム、スチール）製のケース、合成樹脂（例えばポリエチレン、ポリプロピレン等のポリオレフィン系樹脂、あるいはポリエチレンテレフタレート、ポリテトラフルオロエチレン、ポリアミド系樹脂等の高融点樹脂）製のケース等を好ましく用いることができる。本実施形態に係るケース２０はアルミニウム製である。

電池ケース２０の上面（ここでは蓋体２４）には、外部端子３０、３２が付設されている。この例では、外部端子３０は正極端子３０である。外部端子３２は負極端子３２である。正極端子３０と負極端子３２とは、幅方向Ｘ（図１の左右方向）において、単電池１０の両端部分に配置されている。正極端子３０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３０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３２は、例えば、銅、ニッケル、ステンレス等の金属製である。溶接性の観点から、負極端子３２は、アルミニウムもしくはアルミニウムと銅とのクラッドで構成されていてもよい。負極端子３２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。

正極端子３０および負極端子３２は、それぞれ、上端が矩形な平板形状に形成されている。正極端子３０および負極端子３２は、それぞれ、単電池１０の上面（ここでは蓋体２４）と平行な平坦面３０ａ、３２ａを有している。この実施形態では、正極端子３０は、幅方向Ｘの長さが配列方向Ｙの長さよりも長い。負極端子３２は、幅方向Ｘの長さが配列方向Ｙの長さよりも長い。ただし、正極端子３０および負極端子３２の形状やサイズ、配置等は特に限定されず、適宜変更することができる。正極端子３０および負極端子３２の平坦面３０ａ、３２ａの厚みは特に限定されないが、例えば０．５ｍｍ〜１０ｍｍ、典型的には１ｍｍ〜８ｍｍ、例えば２ｍｍ〜６ｍｍであり得る。

正極端子３０は、電池ケース２０内の正極と導通されている。すなわち、電池ケース２０の上面（ここでは蓋体２４）には、電池ケース２０の内部と外部とを連通する端子孔２６ａが設けられている。端子孔２６ａにはリベット３４ａが挿入され、嵌合されている。リベット３４ａは、上端と下端とを折り曲げることにより、電池ケース２０の蓋体２４に固定されている。リベット３４ａは、電池ケース２０の内部で、図示しない正極と電気的に接続されている。リベット３４ａは、電池ケースの外部で、その外周面の一部が正極端子３０と当接されている。これにより、正極から正極端子３０に至る導電経路が形成されている。

負極端子３２は、電池ケース２０内の負極と導通されている。負極端子３２についても正極端子３０と同様の構成を有する。すなわち、電池ケース２０の上面（ここでは蓋体２４）には、電池ケース２０の内部と外部とを連通する端子孔２６ｂが設けられている。端子孔２６ｂにはリベット３４ｂが挿入され、嵌合されている。リベット３４ｂは、上端と下端とを折り曲げることにより、電池ケース２０の蓋体２４に固定されている。リベット３４ｂは、電池ケース２０の内部で、図示しない負極と電気的に接続されている。リベット３４ｂは、電池ケースの外部で、その外周面の一部が負極端子３２と当接されている。これにより、負極から負極端子３２に至る導電経路が形成されている。

なお、端子孔２６ａの周縁部において、正極から正極端子３０に至る導電経路は、第１絶縁部材６０ａと第２絶縁部材６２ａとによって電池ケース２０から絶縁されている。また、端子孔２６ｂの周縁部において、負極から負極端子３２に至る導電経路は、第１絶縁部材６０ｂと第２絶縁部材６２ｂとによって電池ケース２０から絶縁されている。第１絶縁部材６０ａ、６０ｂと第２絶縁部材６２ａ、６２ｂ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６０ａ、６０ｂと第２絶縁部材６２ａ、６２ｂ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。

組電池１００は、図１および図２に示すように、複数（典型的には４個以上、例えば４個〜１００個、例えば１０個以上）の単電池１０が直列に接続されて構成されている。各単電池１０が備える電池ケース２０には、前述のように、電極体の正極と電気的に接続する正極端子３０および負極と電気的に接続する負極端子３２が設けられている。また、複数の単電池１０は、それぞれの正極端子３０および負極端子３２が交互に配置されるように、単電池１０の向きを交互に逆向きにした状態で配列される。すなわち、隣接する単電池１０の正極端子３０と負極端子３２同士が隣り合うように、配列方向Ｙに並んで配列される。そして、隣接する単電池１０間において一方の正極端子３０と他方の負極端子３２とがバスバー４０によって電気的に接続されている。なお、組電池１００を構成する単電池１０の形状やサイズ、個数、配置、接続方法等は特に限定されず、適宜変更することができる。また、各単電池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などが配置されていてもよい。

バスバー４０は、配列方向Ｙに延びた板状の導電性部材である。バスバー４０は、例えば、アルミニウム、銅、ニッケル、ステンレス等の金属材料によって形成されている。バスバー４０は、正極端子３０および負極端子３２のそれぞれに重ね合わされた一対の端子接続部４２ａ、４２ｂと、該一対の端子接続部４２ａ、４２ｂの間に介在される連結部４４と、を有している。配列方向Ｙにおいて、端子接続部４２ａ、４２ｂは、バスバー４０の両端部分に配置され、連結部４４はバスバー４０の中間部分に配置されている。バスバー４０は、例えば一枚の金属板をプレス加工することにより形成されている。バスバー４０の板厚は特に限定されないが、例えば０．１ｍｍ〜５ｍｍ、典型的には０．５ｍｍ〜２ｍｍであり得る。

連結部４４は、２つの端子接続部４２ａ、４２ｂ間を連結している部分である。この実施形態では、連結部４４の幅方向Ｘの長さが配列方向Ｙの長さよりも長い。また、連結部４４は、高さ方向Ｚにおいて、端子接続部４２ａ、４２ｂよりも上方に位置するように屈曲した１つの凸部４６と、端子接続部４２ａ、４２ｂよりも下方に位置するように屈曲した１つの凹部４８とを有している。凸部４６と凹部４８とは、配列方向Ｙに沿って並んで配置されている。このように、連結部４４に凸部４６と凹部４８とを設けて屈曲させることにより、振動等によりバスバー４０に加わった応力（特に配列方向Ｙおよび高さ方向Ｚの負荷による応力）を効果的に緩和することができる。なお、凸部４６および凹部４８の数は１つに限定されない。凸部４６および／または凹部４８が２つ以上の複数であってもよい。凸部４６と凹部４８とは、同じ数であってもよいし、異なっていてもよい。例えば、２つの凸部４６と、該２つの凸部４６の間に位置する１つの凹部４８とを備えた連結部４４であってもよい。凸部４６の端子接続部４２ａからの高さは、例えば０．１ｍｍ〜３ｍｍ、典型的には１ｍｍ〜２ｍｍ（例えば１．５ｍｍ）であり得る。凹部４８の端子接続部４２ａからの高さ（深さ）は、例えば０．１ｍｍ〜３ｍｍ、典型的には０．５ｍｍ〜１ｍｍ（例えば１ｍｍ）であり得る。

端子接続部４２ａ、４２ｂは、正極端子３０および負極端子３２と接続される部分である。この実施形態では、端子接続部４２ａ、４２ｂは、正極端子３０および負極端子３２の平坦面３０ａ、３２ａに沿う平板形状を有している。端子接続部４２ａは、正極端子３０の平坦面３０ａに重ね合わされるように配置されている。端子接続部４２ｂは、負極端子３２の平坦面３２ａに重ね合わされるように配置されている。端子接続部４２ａ、４２ｂの幅方向Ｘの長さＬａは、配列方向Ｙの長さＬｂよりも長い。特に限定されるものではないが、端子接続部４２ａ、４２ｂの幅方向Ｘの長さＬａは、例えば１０ｍｍ〜１００ｍｍ、典型的には２５ｍｍ〜５０ｍｍであり得る。端子接続部４２ａ、４２ｂの配列方向Ｙの長さＬｂは、例えば５ｍｍ〜８０ｍｍ、典型的には１５ｍｍ〜４０ｍｍであり得る。端子接続部４２ａ、４２ｂは、平面視において単電池１０の正極端子３０および負極端子３２と同じ形状である。端子接続部４２ａ、４２ｂの平面視における面積は、正極端子３０および負極端子３２の平面視における面積と同じであるか、それよりも小さい。端子接続部４２ａ、４２ｂは、正極端子３０および負極端子３２の平坦面３０ａ、３２ａと溶接されている。端子接続部４２ａ、４２ｂと外部端子３０、３２との溶接方法は特に限定されない。例えば、レーザ溶接、抵抗溶接（例えばスポット溶接）等の公知の溶接方法を採用し得る。この実施形態では、端子接続部４２ａ、４２ｂと外部端子３０、３２とは、レーザ溶接により貫通溶接されている。

図３は、外部端子３０、３２と溶接されたバスバー４０の周辺を示す平面図である。図１〜図３に示すように、端子接続部４２ａ、４２ｂと外部端子３０、３２とが重なっている部位には、線状の溶接部（典型的には溶接痕）５０が形成されている。線状の溶接部５０は、平面視（すなわち端子接続部４２ａ、４２ｂの面内）において、非環状であって、直線部５２と、２つの円弧部５４ａ、５４ｂとを有している。なお、ここでいう非環状とは、平面視において、線状の溶接部５０の始点５６ａと終点５６ｂとが閉じていない（連結されていない）開いた線形状であることを意味する。

直線部５２は、端子接続部４２ａ、４２ｂの面内において、溶接部５０のうち、配列方向Ｙと直交する方向（すなわち幅方向Ｘ）に直線状に延びている部位である。直線部５２の幅方向Ｘの長さＬ（図４）は、例えば端子接続部４２ａ、４２ｂの幅方向Ｘの長さＬａ（図３）の１０％以上（すなわちＬ≧０．１Ｌａ）であり得る。バスバー４０に加わった応力（特にＺ方向の負荷による応力）をより良く緩和する等の観点から、直線部５２の上記長さＬは、上記長さＬａの好ましくは１５％以上、より好ましくは２０％以上、さらに好ましくは２５％以上、特に好ましくは３０％以上である。直線部５２の上記長さＬの上限値は特に限定されないが、例えば上記長さＬａの８０％以下（すなわちＬ≦０．８Ｌａ）であり得る。外部端子３０、３２や第１絶縁部材６０ａ、６２ａにおける溶接時の熱損傷を抑制する等の観点から、直線部５２の上記長さＬは、上記長さＬａの好ましくは７５％以下、より好ましくは６０％以下、さらに好ましくは５０％以下、特に好ましくは４０％以下である。ここに開示される技術は、上記直線部５２の幅方向Ｘの長さＬが端子接続部４２ａ、４２ｂの幅方向Ｘの長さＬａの２５％以上３５％以下である態様で好ましく実施され得る。特に限定されないが、上記直線部５２の幅方向Ｘの長さＬは、例えば３ｍｍ〜２０ｍｍ、典型的には６ｍｍ〜１５ｍｍ（好ましくは８ｍｍ〜１２ｍｍ）である。

この実施形態では、直線部５２は、配列方向Ｙにおいて、端子接続部４２ａ、４２ｂと外部端子３０、３２とが重なっている部位の中心点Ｃから偏位した位置に形成されている。図示した例では、直線部５２は、配列方向Ｙにおいて、端子接続部４２ａ、４２ｂの中心点Ｃから連結部４４が位置する側（すなわちバスバー４０の中央側）に偏位した位置に形成されている。好ましい一態様では、配列方向Ｙにおいて、端子接続部４２ａ、４２ｂの中心点Ｃから直線部５２の中心位置までの距離（最短距離）は、端子接続部４２ａ、４２ｂの配列方向Ｙの長さＬｂの１５％以上、好ましくは２０％以上、より好ましくは２５％以上、さらに好ましくは３０％以上である。また、中心点Ｃから直線部５２の中心位置までの上記距離は、上記長さＬｂの７５％以下、好ましくは６０％以下、より好ましくは５０％以下、さらに好ましくは４０％以下である。中心点Ｃから直線部５２の中心位置までの上記距離は、例えば３ｍｍ以上１５ｍｍ以下、好ましくは５ｍｍ以上１０ｍｍ以下であり得る。

２つの円弧部５４ａ、５４ｂは、端子接続部４２ａ、４２ｂの面内において、溶接部５０のうち、直線部５２の両端からそれぞれ円弧状に延びている部位である。円弧部５４ａ、５４ｂは、直線部５２の両端からそれぞれ延びて、連結部４４が位置する側（すなわちバスバー４０の中央側）とは反対側に向かって湾曲している。円弧部５４ａ、５４ｂの半径Ｒ（図４）は、例えば端子接続部４２ａ、４２ｂの配列方向Ｙの長さＬｂ（図３）の５０％以下（すなわちＲ≦０．５Ｌｂ）であり得る。バスバー４０に加わった応力（特にＸ方向およびＺ方向の負荷による応力）をより良く緩和する等の観点から、円弧部５４ａ、５４ｂの上記半径Ｒは、好ましくは４０％以下、より好ましくは３０％以下、さらに好ましくは２０％以下である。上記半径Ｒは、例えばＬｂの１０％以下であってもよく、典型的には５％以下であってもよい。円弧部５４ａ、５４ｂの上記半径Ｒの下限値は０（ゼロ）以上であれば特に限定されないが、例えば上記長さＬｂの０．１％以上（すなわちＲ≧０．０１Ｌｂ）であり得る。円弧部５４ａ、５４ｂの上記半径Ｒは、Ｌｂの好ましくは０．５％以上、より好ましくは１％以上、さらに好ましくは２％以上である。ここに開示される技術は、円弧部５４ａ、５４ｂの半径Ｒが端子接続部４２ａ、４２ｂの配列方向Ｙの長さＬｂの３％以上１０％以下である態様で好ましく実施され得る。特に限定されないが、上記円弧部５４ａ、５４ｂの半径Ｒは、例えば０．１ｍｍ〜５ｍｍ、典型的には０．５ｍｍ〜３ｍｍ（好ましくは０．８ｍｍ〜２ｍｍ）である。

好ましい一態様では、直線部５２の幅方向Ｘの長さＬと、円弧部５４ａ、５４ｂの半径Ｒとの関係が（Ｒ／Ｌ）＜０．２を満たす。このように溶接部５０の寸法形状を設定することにより、振動等によりバスバー４０に加わった応力（特にＸ方向およびＺ方向の負荷による応力）をより良く緩和することができる。応力緩和等の観点からは、上記比（Ｒ／Ｌ）は、好ましくは０．１８以下、より好ましくは０．１５以下、さらに好ましくは０．１２以下である。上記比（Ｒ／Ｌ）の下限値は０（ゼロ）以上であれば特に限定されないが、例えば０．０１以上とすることが適当であり、好ましくは０．０３以上、より好ましくは０．０５以上、さらに好ましくは０．０８以上である。

円弧部５４ａ、５４ｂの中心角θ（図４）は特に限定されないが、例えば３０度以上１２０度以下であり得る。このような円弧部５４ａ、５４ｂの中心角θの範囲内であると、振動等によりバスバー４０に加わった応力（特にＸ方向およびＺ方向の負荷による応力）をより良く緩和することができる。応力緩和等の観点からは、上記中心角θは、好ましくは４５度以上１１５度以下、より好ましくは６０度以上１１０度以下、さらに好ましくは７５度以上１００度以下である。ここに開示される技術は、円弧部５４ａ、５４ｂの中心角θが８５度以上９５度以下である態様で好ましく実施され得る。

溶接部５０の幅Ｗ（図４）は特に限定されないが、概ね０．１ｍｍ以上であることが好ましい。接合強度等の観点からは、溶接部５０の幅Ｗは、好ましくは０．３ｍｍ以上、より好ましくは０．５ｍｍ以上、さらに好ましくは０．８ｍｍ以上である。また、溶接部５０の幅Ｗは、典型的には３ｍｍ以下にすることが適当である。熱損傷を抑制する等の観点からは、溶接部５０の幅Ｗは、例えば２．５ｍｍ以下、典型的には２ｍｍ以下であってもよい。また、平面視における溶接部５０の接合面積は特に限定されないが、概ね３ｍｍ^２以上であることが好ましい。接合強度等の観点からは、溶接部５０の接合面積は、好ましくは５ｍｍ^２以上、より好ましくは７ｍｍ^２以上、さらに好ましくは９ｍｍ^２以上である。また、溶接部５０の接合面積は、典型的には３０ｍｍ^２以下にすることが適当である。熱損傷を抑制する等の観点からは、溶接部５０の接合面積は、例えば２０ｍｍ^２以下、典型的には１５ｍｍ^２以下であってもよい。

以上より、本実施形態に係る組電池１００は、図１〜図４に示すように、正極および負極を有する電極体と、該電極体を収容する電池ケース２０と、該電池ケース２０の外部に付設された外部端子３０、３２とを備える単電池１０を複数備えている。複数の単電池１０は、隣接する単電池１０間において一方の外部端子３０と他方の外部端子３２とがバスバー４０を介して互いに連結されている。バスバー４０は、配列方向Ｙに延びた板状の部材であって、外部端子３０、３２のそれぞれに重ね合わされた一対の端子接続部４２ａ、４２ｂと、該一対の端子接続部４２ａ、４２ｂ間を連結する連結部４４と、を有している。バスバー４０の端子接続部４２ａ、４２ｂと外部端子３０、３２とが重なっている部位には、線状の溶接部５０が形成されている。線状の溶接部５０は、端子接続部４２ａ、４２ｂの面内において、非環状であり、配列方向Ｙと直交する方向（幅方向Ｘ）に延びた直線部５２と、直線部５２の両端からそれぞれ延びて、連結部４４が位置する側とは反対側に向かって湾曲した２つの円弧部５４ａ、５４ｂとを有している。かかる構成によれば、図５〜図７に示す電池構造のように、線状の溶接部５０が円形状や直線状に設けられたときに起こり得る、溶接部５０の破損（ひいてはバスバーの外れ）を抑制することができる。

具体的には、移動時の振動や外部からの衝撃などによって組電池１００を構成する各単電池１０が相対的に移動すると、バスバー４０と外部端子３０、３２との溶接部５０に応力が繰り返し掛かる場合がある。
その際、図５に示すように、線状の溶接部５０が円形状に設けられていると、バスバー４０を介して相対する各単電池１０の幅方向Ｘの相対移動（ひいては幅方向Ｘの負荷）により生じた応力は、幅方向Ｘに延びた円弧部分によって分散され得るものの、各単電池１０の高さ方向Ｚの相対移動（ひいては高さ方向Ｚの負荷）により生じた応力は、溶接部５０の配列方向Ｙの端部（特に連結部４４が位置する側の端部５８）に一点集中しやすい。そのため、該高さ方向Ｚの負荷により生じた応力で溶接部５０が破損する可能性がある。
また、図６に示すように、線状の溶接部５０が直線状に設けられていると、バスバー４０を介して相対する各単電池１０の高さ方向Ｚの相対移動（ひいては高さ方向Ｚの負荷）により生じた応力は、幅方向Ｘに延びた直線部分によって分散され得るものの、各単電池１０の幅方向Ｘの相対移動（ひいては幅方向Ｘの負荷）により生じた応力は、溶接部５０の幅方向Ｘの両側の端部５９に集中しやすい。そのため、該幅方向Ｘの負荷により生じた応力で溶接部５０が破損する可能性がある。
さらに、図７に示すように、線状の溶接部５０が直線部および円弧部を有するように設けられている場合でも、該円弧部が直線部の両端から延びて連結部４４が位置する側に向かって湾曲していると、バスバー４０を介して相対する各単電池１０の幅方向Ｘの相対移動（ひいては幅方向Ｘの負荷）により生じた応力は、配列方向Ｙに湾曲して延びた円弧部によって分散され得るものの、各単電池１０の高さ方向Ｚの相対移動（ひいては高さ方向Ｚの負荷）により生じた応力は、溶接部５０の配列方向Ｙの端部（特に連結部４４が位置する側の端部５５）に集中しやすい。そのため、該高さ方向Ｚの負荷により生じた応力で溶接部５０が破損する可能性がある。

これに対し、上記の通り、本実施形態に係る組電池１００では、図１〜図４に示すように、線状の溶接部５０が非環状であり、配列方向Ｙと直交する方向（幅方向Ｘ）に延びた直線部５２と、直線部５２の両端からそれぞれ延びて、連結部４４が位置する側とは反対側に向かって湾曲した２つの円弧部５４ａ、５４ｂとを有しているので、バスバー４０を介して相対する各単電池１０の幅方向Ｘの相対移動（ひいては幅方向Ｘの負荷）により生じた応力は、配列方向Ｙに湾曲して延びた円弧部５４ａ、５４ｂによって分散され得る。また、各単電池１０の高さ方向Ｚの相対移動（ひいては高さ方向Ｚの負荷）により生じた応力は、幅方向Ｘに延びた直線部５２によって分散され得る。そのため、上記幅方向Ｘおよび高さ方向Ｚの負荷により生じた応力で溶接部５０が破損するような事態が生じ難い。その結果、バスバー４０の外れを抑制することが可能となる。

また、上記実施形態では、直線部５２は、配列方向において、バスバー４０の端子接続部４２ａ、４２ｂと外部端子３０、３２とが重なっている部位の中心点Ｃから偏位した位置に形成されている。このようにすれば、溶接部５０の打ち直しや予備溶接のスペースを確保しやすくなる。すなわち、端子接続部４２ａ、４２ｂと外部端子３０、３２とを重ねて貫通溶接する場合、バスバー４０の浮きや溶接欠陥などによって所望の接合面積が得られないことがあり、打ち直し若しくは予備溶接が必要な場合がある。また、使用後の単電池１０に対して再生処理を行ってリサイクルする場合も、外部端子３０、３２にバスバー４０を再度溶接して取り付ける必要がある。このような打ち直し若しくは予備溶接が必要な場合でも、直線部５２が中心点Ｃから偏位した位置に形成されているので、溶接のスペースを確保しやすくなる。また、上記実施形態では、直線部５２は、配列方向Ｙにおいて、中心点Ｃから連結部４４が位置する側に偏位している。このようにすれが、高さ方向Ｚの負荷により生じた応力をより効果的に緩和して溶接部５０の破損を確実に抑制することができる。

上述した実施形態では、溶接部５０は、直線部５２と、２つの円弧部５４ａ、５４ｂとを有している。溶接部５０の形状はこれに限定されない。例えば、図８および図９に示すように、溶接部５０は、円弧部５４ａ、５４ｂの端部から直線状に延びた延長部５３ａ、５３ｂを有していてもよい。図８の例では、円弧部５４ａ、５４ｂの中心角θが９０度未未満（例えば３０度〜４５度）に設定されている。図９の例では、円弧部５４ａ、５４ｂの中心角θが９０度に設定されている。延長部５３ａ、５３ｂの長さは特に限定されないが、例えば０．５ｍｍ〜１０ｍｍ、典型的には１ｍｍ〜８ｍｍであり得る。このように円弧部５４ａ、５４ｂから延在した延長部５３ａ、５３ｂを設けた場合でも、上述した作用効果を得ることができる。ただし、上述した実施形態の如く、延長部５３ａ、５３ｂを有しない溶接部５０の方が、応力をより効果的に緩和する観点からは好適である。

本発明者は、かかる組電池１００の作用効果について試験的に評価した。

ここで、評価用組電池を構成する単電池として角型のリチウムイオン二次電池を４個用意した。この単電池１０は、図１〜図４に示すように、電極体を収容する電池ケース２０と、該電池ケース２０の外部に付設された正極端子３０および負極端子３２とを備えている。４個の単電池１０は、隣接する単電池１０間において一方の正極端子３０と他方の負極端子３２とがバスバー４０を介して互いに連結されている。バスバー４０は、配列方向Ｙに延びた板状の部材であって、正極端子３０および負極端子３２のそれぞれに重ね合わされた２つの端子接続部４２ａ、４２ｂと、該２つの端子接続部４２ａ、４２ｂ間を連結する連結部４４と、を有している。バスバー４０の端子接続部４２ａ、４２ｂと正極端子３０および負極端子３２とが重なっている部位には、線状の溶接部５０が形成されている。線状の溶接部５０は、非環状であって、幅方向Ｘに延びた直線部５２と、直線部５２の両端からそれぞれ延びて、連結部４４が位置する側とは反対側に向かって湾曲した２つの円弧部５４ａ、５４ｂとを有している。

サンプル１〜３は、溶接部５０の寸法（溶接部５０の中心線寸法）が異なる。サンプル１は、直線部５２の幅方向Ｘの長さＬを１０ｍｍとし、円弧部５４ａ、５４ｂの半径Ｒを１ｍｍとし、円弧部５４ａ、５４ｂの中心角θを９０度とし、接合面積を１３．１ｍｍ^２とした。サンプル２は、直線部５２の幅方向Ｘの長さＬを１０ｍｍとし、円弧部５４ａ、５４ｂの半径Ｒを２ｍｍとし、円弧部５４ａ、５４ｂの中心角θを９０度とし、接合面積を１６．３ｍｍ^２とした。サンプル３は、直線部５２の幅方向Ｘの長さＬを１０ｍｍとし、円弧部５４ａ、５４ｂの半径Ｒを３ｍｍとし、円弧部５４ａ、５４ｂの中心角θを９０度とし、接合面積を１９．４ｍｍ^２とした。
また、サンプル４では、図９に示すように、溶接部５０において、円弧部５４ａ、５４ｂの端部から直線状に延びた延長部５３ａ、５３ｂをさらに形成した。本例は、直線部５２の幅方向Ｘの長さＬを１０ｍｍとし、円弧部５４ａ、５４ｂの半径Ｒを１ｍｍとし、円弧部５４ａ、５４ｂの中心角θを９０度とし、接合面積を１５．１ｍｍ^２とした。
また、サンプル５では、溶接部５０において、円弧部５４ａ、５４ｂを形成せずに、直線部５２のみを形成した。本例は、直線部５２の幅方向Ｘの長さＬを１３ｍｍとし、接合面積を１３ｍｍ^２とした。
サンプル１〜５は、溶接部５０の幅Ｗは１ｍｍで一定とした。

各サンプルの組電池について、バスバー４０によって接続された外部端子３０、３２のうち、一方の外部端子との接続部分を支点として組電池を幅方向Ｘおよび高さ方向Ｚにそれぞれ０．１５ｍｍ変位させた際に、他方の外部端子との接続部分に掛かる応力を、応力解析ソフト（Ａｂａｑｕｓ／ＣＡＥ）を使用して解析した。解析結果を表１に示す。

表１に示すように、溶接部に直線部および円弧部を設けたサンプル１〜４は、直線部のみを設けたサンプル５に比べて、Ｘ方向（幅方向）負荷時の応力が緩和されていた。特に、直線部および円弧部のみを設けたサンプル１〜３は、直線部のみを設けたサンプル５に比べて、Ｘ方向負荷時の応力に加えて、Ｚ方向（高さ方向）負荷時の応力も緩和されていた。この結果から、バスバーと外部端子との溶接部に直線部および円弧部を設けることにより、バスバーと外部端子との溶接箇所に掛かる応力を緩和して当該接続箇所の破損を適切に抑制し得ることが確認できた。

以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示にすぎず、請求の範囲を限定するものではない。請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。

１０単電池
２０電池ケース
２２ケース本体
２４蓋体
３０正極端子
３２負極端子
４０バスバー
４２ａ、４２ｂ端子接続部
４４連結部
５０溶接部
５２直線部
５４ａ、５４ｂ円弧部
１００組電池

Claims

複数の単電池が所定方向に配列されて構成された組電池であって、
正極および負極を有する電極体と、該電極体を収容する電池ケースと、該電池ケースの外部に付設された外部端子とを備える単電池を複数備えており、
前記複数の単電池は、隣接する単電池間において一方の外部端子と他方の外部端子とがバスバーを介して互いに連結されており、
前記バスバーは、前記配列方向に延びた板状の部材であって、前記外部端子のそれぞれに重ね合わされた２つの端子接続部と、該２つの端子接続部間を連結する連結部とを有しており、
前記バスバーの端子接続部と前記外部端子とが重なっている部位には、線状の溶接部が形成されており、
前記線状の溶接部は、前記端子接続部の面内において、
非環状であって、
前記配列方向と直交する方向に延びた直線部と、
前記直線部の両端からそれぞれ延びて、前記連結部が位置する側とは反対側に向かって湾曲した２つの円弧部と
を有している、組電池。
前記直線部は、前記配列方向において、前記端子接続部と前記外部端子とが重なっている部位の中心点から偏位した位置に形成されている、請求項１に記載の組電池。
前記直線部の前記配列方向と直交する方向の長さＬと、前記円弧部の半径Ｒとの関係が（Ｒ／Ｌ）＜０．２を満たす、請求項１または２に記載の組電池。
前記円弧部の中心角θが、３０度以上１２０度以下である、請求項１〜３の何れか一つに記載の組電池。