JP2011171192A - 二次電池の接続構造およびこれを備えた組電池 - Google Patents

Abstract

【課題】電池の電極端子を容易に、かつ、確実に接続することが可能な電池接続構造、およびこれを備えた組電池を提供する。
【解決手段】それぞれ電極端子２２、２３を有する複数の電池セル１２と、複数の電池セルの電極端子を互いに接続する導電部材３０とを備える電池接続構造であって、各電極端子は、第１段部２２ａ、２３ａと、この第１段部の上に位置し第１段部よりも小径の第２段部２２ｂ、２３ｂと、を有する段付形状に形成され、導電部材は、第１段部の径よりも小さく、かつ、前記第２段部の径とほぼ等しい径の開孔５０ａと、この開孔の周縁の少なくとも一部に形成された切欠き５０ｂと、を有する板状の端子接続部３０ａを備え、端子接続部は、電極端子の第２段部が開孔５０ａ内に嵌合された状態で第１段部上に接合される。
【選択図】図９

Description

本発明は、二次電池の出力端子を接続する接続構造、およびこれを備えた組電池に関する。

近年、電気自動車、ハイブリッド電気自動車、電動自転車の電源、あるいは、電気機器の電源として、二次電池が広く用いられている。例えば、非水系二次電池であるリチウムイオン二次電池は、高出力、高エネルギー密度を有することから、電気自動車等の電源として注目されている。また、更なる高容量化、高出力化を図るため、複数の二次電池をケース内に並べて配置し、これらの二次電池を並列あるいは直列に接続した組電池、あるいは、バッテリパックが用いられている。

組電池において、各二次電池（以下、電池セルと称する）は、正極および負極の電極端子を有し、複数の電池セルのうち、例えば隣接する２つの電池セルの電極端子は、バスバーのような導電部材で互いに接続されている。この場合、バスバーは、電極端子に対して位置決めされ、ねじ接合または溶接により電極端子に接続および固定される。

特開２００９−８７７２１号公報

組電池の組立において、電池セル間の接続に金属板などの変形しにくいバスバーを使用すると、電池セル間の組立誤差による電極端子の位置ズレが、そのまま金属接合部の密着性のズレになり、誤差を吸収することが困難となる。そのため、接続時には、バスバーと電極端子との密着性を保ちながら、各部材の隙間寸法を正確に管理する必要がある。

電池セル間の位置ズレを吸収できるように、バスバーの開口部を電極端子に比較して大きく取ると、電極端子とバスバーとの密着性を確保することが困難となる。

この発明は以上の点に鑑みなされたもので、その目的は、電池の電極端子を容易に、かつ、確実に接続することが可能な電池接続構造、およびこれを備えた組電池を提供することにある。

この発明の態様に係る接続構造は、それぞれ電極端子を有する複数の電池セルと、前記複数の電池セルの電極端子を互いに接続する導電部材とを備える電池接続構造であって、前記電極端子は、第１段部と、この第１段部の上に位置し第１段部よりも小径の第２段部と、を有する段付形状に形成され、前記導電部材は、前記第１段部の径よりも小さく、かつ、前記第２段部の径とほぼ等しい径の開孔と、この開孔の周縁の少なくとも一部に形成された切欠きと、を有する板状の端子接続部を備え、前記端子接続部は、前記電極端子の第２段部が前記開孔内に嵌合された状態で前記第１段部上に接合されることを特徴としている。

この発明の他の態様に係る組電池は、それぞれ電極端子を有し、並んで配設された複数の電池セルと、前記複数の電池セルを収容するケースと、前記複数の電池セルの電極端子同士を電気的に接続する導電部材と、を備え、前記電極端子は、第１段部と、この第１段部の上に位置し第１段部よりも小径の第２段部と、を有する段付形状に形成され、前記導電部材は、前記第１段部の径よりも小さく、かつ、前記第２段部の径とほぼ等しい径の開孔と、この開孔の周縁の少なくとも一部に形成された切欠きと、を有する板状の端子接続部を備え、前記端子接続部は、前記電極端子の第２段部が前記開孔内に嵌合された状態で前記第１段部上に接合されることを特徴としている。

上記構成によれば、電池の電極端子を容易に、かつ、確実に接続することが可能な電池接続構造、およびこれを備えた組電池を提供することができる。

図１は、この発明の第１の実施形態に係る組電池を示す斜視図。 図２は、前記組電池の分解斜視図。 図３は、蓋体およびバスバーを分解して示す前記組電池の分解斜視図。 図４は、前記組電池における電池セルを拡大して示す斜視図。 図５は、前記組電池におけるバスバーを示す斜視図。 図６は、電池セルと、電極端子に対して位置決めされたバスバーとを示す側面図。 図７は、前記電極端子にバスバーを接続した状態を示す電池セルの側面図。 図８は、前記組電池の電極端子の接続部を示す斜視図。 図９は、この発明の第２の実施形態に係る組電池の電池セルおよびバスバーを示す分解斜視図。 図１０は、前記第２の実施形態に係る組電池の電池セルの電極端子部分とバスバーとを示す側面図。 図１１は、前記第２の実施形態に係る組電池において、電池セルおよび電極端子に接合されたバスバーを示す斜視図。 図１２は、前記電池セルの電極端子にバスバーが接合され、溶接された状態を示す斜視図。

以下、図面を参照しながら、この発明の実施形態に係る電池接続構造を有する組電池について詳細に説明する。
（第１の実施形態）
図１および図２は、第１の実施形態に係る組電池を示す斜視図および分解斜視図である。図１および図２に示すように、組電池１０は、複数、例えば、１０個の電池セル（二次電池）１２を互いに所定の隙間を置いて整列配置した電池郡１４と、これらの電池郡を収容した矩形箱状のケース１６と、を備え、隣り合う電池セル１２の電極端子間は、導電部材としてのバスバー３０により電気的に接続されている。

図２および図４に示すように、各電池セル１２は、例えば、リチウムイオン電池等の薄型の非水系二次電池として構成されている。この電池セル１２は、アルミニウム等により形成された偏平な矩形箱状の外装容器１８と、外装容器１８内に非水電解液と共に収納された電極体２０と、を備えている。外装容器１８は、上端が開口した容器本体１８ａと、容器本体に溶接され容器本体の開口を閉塞した矩形板状の蓋体１８ｂとを有し、気密に形成されている。電極体２０は、例えば、正極板および負極板をその間にセパレータを介在させて渦巻き状に捲回し、更に、径方向に圧縮することにより、偏平な矩形状に形成されている。

正極端子２２および負極端子２３が蓋体１８ｂの長手方向両端部にそれぞれ設けられ、蓋体１８ｂから突出している。正極端子２２および負極端子２３は、電極体２０の正極および負極にそれぞれ接続されている。蓋体１８ｂの中央部には、ガス排気機構として機能する圧力開放弁２４が形成されている。この圧力開放弁２４は、蓋体１８ｂの約半分程度の板厚に形成されている。二次電池１２の異常モード等により外装容器１８内にガスが発生し、外装容器内の内圧が所定の値以上に上昇した際、圧力開放弁２４が開放され、内圧を下げて外装容器１８の破裂等の不具合を防止する。

図２、図４、図６に示すように、電池セル１２の正極端子２２および負極端子２３は、それぞれ段付形状に形成されている。詳細には、正極端子２２は、例えば、矩形状に形成され蓋体１８ｂ上に固定された第１段部２２ａと、この第１段部２２ａの上に位置し第１段部よりも小径の第２段部２２ｂと、を有している。最上段の第２段部２２ｂは、第１段部２２ａと同様に、例えば、矩形状に形成されている。第２段部２２ｂは、テーパー状の周面２２ｃを有し、第１段部２２ａから上方に向かってやや先細に形成されている。

負極端子２３は、例えば、矩形状に形成され蓋体１８ｂ上に固定された第１段部２３ａと、この第１段部２３ａの上に位置し第１段部２３ａよりも小径の第２段部２３ｂと、を有している。最上段の第２段部２３ｂは、第１段部２３ａと同様に、例えば、矩形状に形成されている。第２段部２３ｂは、テーパー状の周面２３ｃを有し、第１段部２３ａから上方に向かってやや先細に形成されている。

図１ないし図３に示すように、ケース１６は、底壁を有しているとともに上面が開口した矩形箱状のケース本体２６と、ケース本体２６の上面開口に嵌合され、上面開口を覆った矩形板状の蓋体２８と、を有している。ケース本体２６は例えば、アルミニウム合金により形成され、蓋体２８は絶縁性を有する合成樹脂等により形成されている。

ケース本体２６の底壁上に、例えば、絶縁性を有する合成樹脂により形成された位置決め板３２が装着されている。この位置決め板３２には、電池セル１２の数に対応した数、ここでは、１０個の係合溝３４が形成されている。各係合溝３４は、電池セル１２の外装容器１８の断面形状に対応した細長い矩形状に形成され、ケース底壁の幅方向に沿って延びている。また、複数の係合溝３４は、ケース底壁の長手方向に所定の間隔を置いて並んで設けられている。

蓋体２８の底面側には、電池セル１２の数に対応した図示しない１０個の係合溝が形成されている。これらの係合溝は、電池セル１２の外装容器１８の断面形状に対応した細長い矩形状に形成され、蓋体２８の幅方向に沿って延びている。これら複数の係合溝は、蓋体２８の長手方向に所定の間隔を置いて並んで設けられている。蓋体２８をケース本体２６の上面に被せた状態において、蓋体２８の複数の係合溝は、ケース底壁側に設けられた位置決め板３２の複数の係合溝３４と対向して位置している。

各電池セル１２は、外装容器１８の下端部が位置決め板３２の係合溝３４内に嵌合され、また、外装容器１８の上端部が蓋体２８の係合溝に係合された状態で、ケース１６内に収容されている。これにより、１０個の電池セル１２は、外装容器１８の主面同士が所定の隙間を置いて向い合った状態で一列に並んで保持されている。本実施形態において、隣合う２つの電池セル１２は、正極端子２２および負極端子２３の位置が逆となるように、互いに１８０度反転した状態で配列されている。すなわち、１０個の電池セル１２は、その配列方向に沿って、正極端子２２と負極端子２３と交互にかつ２列に並ぶように、配置されている。

ケース１６の蓋体２８は、それぞれ電池セル１２の電極端子に対向する複数の開口３６と、隣り合う開口３６間に形成され後述するバスバーの連結部が挿通される複数の開口３８と、各開口３６の両側に形成された一対の細長い透孔４０と、を有している。蓋体２８上には、複数のバスバーに電気的に接続される配線パターン４２が形成されている。更に、蓋体２８には、例えば、アルミニウム等で形成された排気パイプ４４が装着され、この排気パイプは、蓋体２８の長手方向の全長に渡って延びている。排気パイプ４４により形成されたガス排気流路は、蓋体２８に形成された図示しない複数の透孔を通して、各電池セル１２の圧力開放弁２４に連通している。何らかの異常により、電池セル１２の内圧が上昇し、圧力開放弁２４からガスが放出された場合、このガスは、ガス排気流路を通り排気パイプ４４の一端からケース１６外に排出される。

図１ないし図３、および図５ないし図８に示すように、複数の電池セル１２は、複数のバスバー３０により、直列に接続されている。バスバー３０は、導電材料、例えば、アルミニウム等からなる金属板を折曲げ成形して形成されている。バスバー３０は、一対の矩形状の端子接続部３０ａと、これらの端子接続部３０ａ間を延びる湾曲した連結部３０ｂと、を有している。各端子接続部３０ａには、電池セル１２の電極端子２２あるいは２３が嵌合する開孔５０ａが形成されている。開孔５０ａは、電極端子の第２段部２２ｂ、２３ｂに対応する矩形状に形成され、第１段部２２ａ、２３ａの径よりも小さく、かつ、第２段部の径とほぼ等しい径、つまり、大きさに形成されている。また、各端子接続部３０ａにおいて、開孔５０ａの周縁の少なくとも一部に切欠き５０ｂが形成されている。本実施形態においては、開孔５０ａの互いに対向する２辺にそれぞれ切欠き５０ｂが形成されている。

バスバー３０は、連結部３０ｂの近傍から端子接続部３０ａの表面に対して垂直な方向に延出した、接続端子５２を有している。接続端子５２は、バスバー３０と同一の導電材料、ここでは、アルミニウムにより、バスバー３０と一体に形成されている。接続端子５３は接続片として機能し、その延出端部は、ハンダに対して濡れ性の高い銅等の導電膜がコーティングされている。

バスバー３０は、開孔５０ａの両側において、各端子接続部３０ａからこの端子接続部３０ａの表面に対して垂直な方向に立ち上げられた一対の立ち上げ凸部５４を一体に有している。これらの立ち上げ凸部５４は、開孔５０ａの軸と平行な方向に沿って延びている。これらの立ち上げ凸部５４は、バスバー３０の位置決め、および、バスバーを電極端子に嵌合する際の押圧部として用いられる。なお、立ち上げ凸部５４は、２つに限らず、各端子接続部３０ａに１つとしてもよい。

上記のように構成されたバスバー３０は、図６ないし図７に示すように、端子接続部３０ａが電池セル１２の正極端子２２に接続され、他方の端子接続部３０ａが、隣合う他の電池セル１２の負極端子２３に接続されている。端子接続部３０ａは、開孔５０ａ内に電極端子２２あるいは２３の第２段部２２ｂあるいは２３ｂが嵌合した状態で、第１段部２２ａあるいは２３ａの上面に接合している。更に、バスバー３０の端子接続部３０ａは、開孔５０ａの周縁部の位置で、電極端子に溶接、例えば、レーザ溶接されている。溶接は、レーザ溶接に代えて電子ビーム溶接や抵抗溶接を用いてもよい。

バスバー３０を接合する際、図６および図７に示すように、バスバー３０は、立ち上がり凸部５４を基準として電池セル１２に対して位置決めされ、更に、立ち上がり凸部５４を上から押圧することにより、正極端子２２および負極端子２３の第２段部２２ｂ、２３ｂに嵌合される。この際、開孔５０ａの周縁に切欠き５０ｂが形成されていることから、端子接続部３０ａは電極端子の第２段部に合わせて変形することができ、適度な押し付け力で開孔５０ａに第２段部を容易に嵌合することができる。更に、端子接続部３０ａが電極端子の第１段部に当接することにより、電極端子に対する端子接続部３０ａの高さ方向位置を容易にかつ確実に位置決めすることができる。正極端子２２および負極端子２３の第２段部２２ｂ、２３ｂは、テーパー状の周面を有し先細に形成されていることから、バスバー３０を接合する際、第２段部をバスバーの開孔５０ａに一層容易に嵌合することができる。

図１および図２に示すように、複数のバスバー３０の内、電池郡１４の一端に位置する電池セル１２の正極端子２２に接合されたバスバー３０は、その一端部が上方へ折曲げられ、正極側の出力端子３３を形成している。また、複数のバスバー３０の内、電池郡１４の他端に位置する電池セル１２の負極端子２３に接合されたバスバー３０は、その一端部が上方へ折曲げられ、負極側の出力端子３１を形成している。

図１、図３、および図８に示すように、ケース１６の蓋体２８を被せることにより、各バスバー３０の連結部３０ｂは、蓋体２８の開口３８に挿通され、また、各立ち上げ凸部５４は、蓋体２８の対応する透孔４０に挿通されている。このように、各バスバー３０の立ち上げ凸部５４を蓋体２８の透孔４０に係合させることにより、組立の際、ケース１６内部の電池セル１２のガタツキを防止することができる。

各バスバー３０の接続端子５２は、蓋体２８に形成された透孔に挿通され、更に、配線パターン４２に電気的に接続されている。そして、バスバー３０は、接続端子５２および配線パターン４２を介して、図示しない電池監視用の回路基板に接続される。出力端子３１、３３は、それぞれ蓋体２８に形成された透孔に挿通され、蓋体２８の外側に突出している。

以上のように構成された組電池によれば、電池セルの電極端子とバスバーとの上述した電池接続構造を有していることから、電池セルの電極端子を容易に、かつ、確実に接続することができる。これにより、組立性の向上した組電池が得られる。

（第２の実施形態）
次に、第２の実施形態に係る組電池について説明する。図９、図１０、図１１、図１２は、第２の実施形態に係る組電池の電池セルおよびバスバーを示している。なお、第２の実施形態において、第１の実施形態と同一の部分には、同一の参照符号を付してその説明を省略する。

第２の実施形態によれば、電池セル１２の正極端子２２および負極端子２３は、それぞれ段付形状に形成されている。正極端子２２は、円形（円筒形）に形成され蓋体１８ｂ上に固定された第１段部２２ａと、この第１段部２２ａの上に位置し第１段部よりも小径の第２段部２２ｂと、を有している。最上段の第２段部２２ｂは、第１段部２２ａと同様に、例えば、円形に形成されている。第２段部２２ｂは、テーパー状の周面２２ｃを有し、第１段部２２ａから上方に向かってやや先細に形成されている。

負極端子２３は、円形に形成され蓋体１８ｂ上に固定された第１段部２３ａと、この第１段部２３ａの上に位置し第１段部２３ａよりも小径の第２段部２３ｂと、を有している。最上段の第２段部２３ｂは、第１段部２３ａと同様に、円形（円筒形）に形成されている。第２段部２３ｂは、テーパー状の周面２３ｃを有し、第１段部２３ａから上方に向かってやや先細に形成されている。

複数の電池セル１２は、複数のバスバー３０により、直列に接続されている。バスバー３０は、導電材料、例えば、アルミニウム等からなる金属板を折曲げ成形して形成されている。バスバー３０は、一対の矩形状の端子接続部３０ａと、これらの端子接続部３０ａ間を延びる湾曲した連結部３０ｂと、を有している。各端子接続部３０ａには、電池セル１２の電極端子２２あるいは２３が嵌合する開孔５０ａが形成されている。開孔５０ａは、電極端子の第２段部２２ｂ、２３ｂに対応する円形に形成され、第１段部２２ａ、２３ａの径よりも小さく、かつ、第２段部の径とほぼ等しい径、つまり、大きさに形成されている。また、各端子接続部３０ａにおいて、開孔５０ａの周縁の少なくとも一部に切欠き５０ｂが形成されている。本実施形態においては、開孔５０ａの互いに対向する２箇所にそれぞれ切欠き５０ｂが形成されている。

バスバー３０は、連結部３０ｂの近傍から端子接続部３０ａの表面に対して垂直な方向に延出した、接続端子５２を有している。接続端子５２は、バスバー３０と同一の導電材料、ここでは、アルミニウムにより、バスバー３０と一体に形成されている。接続端子５３は接続片として機能し、その延出端部は、ハンダに対して濡れ性の高い銅等の導電膜がコーティングされている。

上記のように構成されたバスバー３０は、端子接続部３０ａが電池セル１２の正極端子２２に接続され、他方の端子接続部３０ａが、隣り合う他の電池セル１２の負極端子２３に接続されている。端子接続部３０ａは、開孔５０ａ内に電極端子２２あるいは２３の第２段部２２ｂあるいは２３ｂが嵌合した状態で、第１段部２２ａあるいは２３ａの上面に接合している。更に、バスバー３０の端子接続部３０ａは、開孔５０ａの周縁部の位置で、電極端子に溶接、例えば、レーザ溶接されている。溶接は、レーザ溶接に代えて電子ビーム溶接や抵抗溶接を用いてもよい。

バスバー３０を接合する際、図９ないし図１２に示すように、バスバー３０は、電池セル１２に対して位置決めされ、上から押圧することにより、正極端子２２および負極端子２３の第２段部２２ｂ、２３ｂに嵌合される。この際、開孔５０ａの周縁に切欠き５０ｂが形成されていることから、端子接続部３０ａは電極端子の第２段部に合わせて変形することができ、適度な押し付け力で開孔５０ａに第２段部を容易に嵌合することができる。また、開孔５０ａおよび電極端子の第２段部は円形に形成されていることから、端子接続部３０ａの向きがわずかにずれた場合でも、第２段部を開孔５０ａに容易に嵌合することができる。更に、端子接続部３０ａが電極端子の第１段部に当接することにより、電極端子に対する端子接続部３０ａの高さ方向位置を容易にかつ確実に位置決めすることができる。

その他、第２の実施形態において、他の構成は前述した第１の実施形態と同一であり、前述した第１の実施形態と同様の作用効果を得ることができる。

なお、この発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化可能である。また、上記実施の形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。
電極端子の第２段部の形状は、円形、矩形に限らず、他の形状としてもよく、バスバーの開孔形状は、第２段部の形状に応じて変更することができる。電池群を構成する二次電池の数、ケースの形状、構造等は、前述した実施形態に限定されることなく、必要に応じて適宜変更可能である。

１０…組電池、１２…電池セル、１４…電池群、１６…ケース、１８…外装容器、
１８ａ…容器本体、１８ｂ…蓋体、２２…正極端子、２３…負極端子、
２２ａ、２３ａ…第１段部、２２ｂ、２３ｂ…第２段部、３０…バスバー、
３０ａ…端子接続部、５０ａ…開孔、５０ｂ…切欠き、５４…立ち上げ凸部

Claims (8)

1. それぞれ電極端子を有する複数の電池セルと、前記複数の電池セルの電極端子を互いに接続する導電部材とを備える電池接続構造であって、
   前記電極端子は、第１段部と、この第１段部の上に位置し第１段部よりも小径の第２段部と、を有する段付形状に形成され、
   前記導電部材は、前記第１段部の径よりも小さく、かつ、前記第２段部の径とほぼ等しい径の開孔と、この開孔の周縁の少なくとも一部に形成された切欠きと、を有する板状の端子接続部を備え、前記端子接続部は、前記電極端子の第２段部が前記開孔内に嵌合された状態で前記第１段部上に接合されることを特徴とする電池接続構造。
2. 前記第２段部および前記端子接続部の開孔は、円形に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の電池接続構造。
3. 前記第２段部および前記端子接続部の開孔は、矩形状に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の電池接続構造。
4. 前記第２段部は、テーパー状に形成された周面を有していることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載の電池接続構造。
5. 前記端子接続部は、それぞれ前記開孔の周縁に形成され、互いに対向して位置する複数の切欠きを有していることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載の電池接続構造。
6. 前記端子接続部は、前記開孔の近傍に設けられ前記開孔の軸方向に沿って突出する位置決め用の凸部を有していることを特徴とする請求項１に記載の電池接続構造。
7. それぞれ電極端子を有し、並んで配設された複数の電池セルと、
   前記複数の電池セルを収容するケースと、
   前記複数の電池セルの電極端子同士を電気的に接続する導電部材と、を備え、
   前記電極端子は、第１段部と、この第１段部の上に位置し第１段部よりも小径の第２段部と、を有する段付形状に形成され、
   前記導電部材は、前記第１段部の径よりも小さく、かつ、前記第２段部の径とほぼ等しい径の開孔と、この開孔の周縁の少なくとも一部に形成された切欠きと、を有する板状の端子接続部を備え、前記端子接続部は、前記電極端子の第２段部が前記開孔内に嵌合された状態で前記第１段部上に接合されることを特徴とする組電池。
8. 前記端子接続部は、前記開孔の近傍に設けられ前記開孔の軸方向に沿って突出する位置決め用の凸部を有し、
   前記ケースは、前記複数の電池セルおよび前記導電部材を覆う蓋体を備え、この蓋体は、それぞれ前記端子接続部の凸部が挿入される複数の孔を有していることを特徴とする請求項７に記載の組電池。

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