JP2014199716A - 電池パック - Google Patents

Abstract

【課題】電池モジュールが積層された電池パックにおいて、電池モジュール間を接続するバスバーの強度低下を防止する。
【解決手段】電池モジュール１００は、ケース１０の一側面に正極端子２０、負極端子２１が配設され、ケース１０の一側面に沿って配設された複数のバスバー７０ａ、７０ｂによって接続されている。バスバー７０ａ、７０ｂは、電池モジュール側へ延出する固定リブを有し、電池モジュール間に固定リブを配置させることで支持されている。
【選択図】図３

Description

本発明は、複数の電池を備えた電池モジュールを積層した電池パックに関する。

複数の電池をケースに収容して、所定の電圧及び容量を出力できるようにした電池パックは、種々の機器、車両等の電源として広く使用されている。中でも、汎用的な電池を並列・直列接続して、所定の電圧及び容量を出力する組電池をモジュール化し、この電池モジュールを種々組み合わせることによって、多種多様な用途に対応可能とする技術が採用され始めている。このモジュール化技術は、電池モジュールに収容する電池を高性能化することによって、電池モジュール自身の小型・軽量化が図られるため、電池パックを組み立てる際の作業性が向上するとともに、車両等の限られた空間へ搭載する際の自由度が向上するなど、様々なメリットを有する。

一般的に、電池モジュールは、複数の電池が電池ケース内に収容され、各電池の電極を電気的に直列又は並列接続した配線が、電池ケースの一側面に取り付けられた電極端子に接続された構成になっている（例えば、特許文献１参照）。そして、複数の電池モジュールを配列して電池パックを構成するとき、各電池モジュールの一側面に配設された外部端子同士を電気的に直列又は並列に接続して、所定の電圧及び容量を備えた電池パックを得ることができる。

特開２００７−０２６８９４号公報

電池モジュールは、その外形寸法や外部端子が、所定の大きさや位置に定まっているために、必要な個数の電池モジュールを配列することによって、容易に電池パックを組み立てることができる。そのとき、電池モジュールを、その電極端子（正極端子及び負極端子）が同じ方向を向くように配列（例えば、複数の電池モジュールを積層）することによって、各電池モジュール間の電気的接続も容易となる。

しかしながら、各電池モジュールを接続する接続部材（例えば、バスバー）は、その両端が、正極端子又は負極端子に固定されているだけなので、電池パックに衝撃等の外力が加わったとき、接続部材は、その両端が固定端となって振動する。そのため、接続部材に大きな応力が加わることによって、接続部材の強度が低下する畏れがある。そして、振動による撓みの発生が繰り返されると、接続部材が疲労破壊に至る畏れがある。特に、電気パックを車両等に搭載した場合、振動等の外力が電池パックに頻繁に加わるため、比較的短い接続部材でも、接続部材の撓みに起因する接続部材の強度低下、ひいては、疲労破壊が起きる畏れがある。

このような問題は、電池パックの信頼性の低下を招くことになる。また、このような疲労破壊等の現象は、接続部材の長さに依存するため、接続部材の仕様（特に、長さ）の設計自由度が増すほど、電池パックの信頼性にバラツキが生じ、安定した品質の電池パックの生産が難しくなる。

本発明は、かかる課題に鑑みなされたもので、その主な目的は、電池モジュールが積層
された電池パックにおいて、電池モジュール間を接続するバスバーの強度低下を防止し、信頼性の高い電池パックを提供することにある。

本発明は、上記課題を解決するために、複数の電池がケース内に収容された電池モジュールが積層された電池パックにおいて、電池モジュール間を接続するバスバーに固定リブを設け、該固定リブを電池モジュール間に配置して固定させることで、該バスバーを支持する構成を採用する。

このような構成により、バスバーを、余計な押さえ部材を用いることなく、バスバーの一部に設けた固定リブによって支持することにより、簡単な構成で、バスバーの撓みを防止することができる。これにより、バスバーの振動による強度低下を防止できるため、信頼性の高い電池パックが実現できる。

本発明に係る電池パックは、複数の電池がケース内に収容された電池モジュールが積層された電池パックであって、電池モジュールは、ケースの一側面に正極端子及び負極端子が配設されており、複数の電池モジュールは、前記ケースの一側面に沿って配設されたバスバーによって、各電池モジュールの前記正極端子及び前記負極端子が、それぞれ接続されており、バスバーは、電池モジュール側に延出する固定リブを隣り合う電池モジュールの間に配置して固定させることで支持されていることを特徴とする。

本発明によれば、複数の電池モジュールが積層された電池パックにおいて、電池モジュール間を接続するバスバーの撓みを、簡単な構成で防止することができ、これにより、信頼性の高い電池パックが実現できる。

本発明の一実施形態の電池パックに用いられる電池モジュール１００の斜視図 本発明の一実施形態における電池モジュールを複数個積層された電池パックの斜視図 本発明の一実施形態における電池モジュールを複数個積層された電池パックの構成を示した分解斜視図 本発明の一実施形態の電池パックに用いられるバスバーの構成を示した平面図 本発明の一実施形態における電池モジュールが電気的に接続された状態の電池パックの構成を示した（ａ）正面図、及び（ｂ）側面図

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、本発明は、以下の実施形態に限定されるものではない。また、本発明の効果を奏する範囲を逸脱しない範囲で、適宜変更は可能である。さらに、他の実施形態との組み合わせも可能である。

図１は、本発明の一実施形態における電池モジュール１００の構成を示した斜視図である。電池モジュール１００は、複数の電池（不図示）がケース１０内に収容されている。なお、電池モジュール１００に使用する電池の種類は、特に制限されないが、例えば、リチウムイオン電池やニッケル水素電池等を用いることができる。また、ノート型パソコン等の携帯用電子機器の電源として単体でも使用できる電池であってもよい。この場合、高性能の汎用電池を、電池モジュール１００の電池として使用することができるため、電池モジュール１００の高性能化、低コスト化をより容易に図ることができる。

図１に示すように、ケース１０の第１の側面（一側面）１１には、複数の電池の各電極
に接続された正極端子２０及び負極端子２１が配設されている。なお、電池間の電気的な接続は、直列でも並列でもよい。また、ケース１０に、連結部４０を設けておくことによって、電池モジュール１００をケース１０の第２の側面１２に垂直な方向（垂直方向）に積層したときに、隣り合う電池モジュール１００同士を連結部４０により、連結することができる。

図２は、電池モジュール１００が複数個（図では３個）、垂直方向に積層された電池パック２００の斜視図である。また、図３は、上記電池パックの構成を模式的に示した分解斜視図である。

図２及び図３に示すように、積層された複数の電池モジュール１００ａ、１００ｂ、１００ｃは、隣り合う電池モジュールの連結部４０のボルト穴同士を合わせてボルトで締め付けることで、互いに固定されている。また、ケース１０の第１の側面１１に沿って配設されたバスバー７０ａ、７０ｂによって、電池モジュール１００ａ、１００ｂ、１００ｃの正極端子２０ｂ、２０ｃ及び負極端子２１ａ、２１ｂが、それぞれ接続されている。

例えば、図２及び図３に示した例では、最下段の電池モジュール１００ｃの正極端子２０ｃは、バスバー７０ｂによって、中段の電池モジュール１００ｂの負極端子２１ｂに接続されている。また、中段の電池モジュール１００ｂの正極端子２０ｂは、バスバー７０ａによって、最上段の電池モジュール１００ａの負極端子２１ａに接続されている。これにより、電池モジュール１００ａ、１００ｂ、１００ｃは、電気的に直列接続されており、最上段の電池モジュール１００ａの正極端子２０ａ、最下段の電池モジュール１００ｃの負極端子２１ｃは、それぞれ、電池パック２００の正負の外部端子となる。

なお、バスバー７０ａ、７０ｂの正極端子２０ｂ、２０ｃ、及び負極端子２１ａ、２１ｂへの取付けは、例えば、それぞれに設けたボルト穴同士を合わせて、ボルト５０で締め付けることによって行うことができる。

図４は、本実施形態の一実施形態に係るバスバー７０ａの構成を示した平面図である。例えば、バスバー７０ａは、図４に示すように、電池モジュール１００ｂの正極端子２０ｂ及び電池モジュール１００ａの負極端子２１ａ間を接続する金属接続体７１Ａと、金属接続体７１Ａの少なくとも正極端子２０ｂ及び負極端子２１ａとの接続部位７２Ａ、７２Ａを除く部位を被覆する絶縁部材７３Ａとで構成されている。このように、金属接続体７１Ａを絶縁部材７３Ａによって被覆した場合は、短絡を防ぎ、電池パックの組み立て作業性が容易となる。なお、バスバー７０ｂの構成は、バスバー７０ａと同じであるため、図面は省略する。

図３に示すように、バスバー７０ａ、７０ｂは、積層された複数の電池モジュール１００ａ、１００ｂ、１００ｃ側に延出する固定リブ７５ａ、７５ｂを有している。そして、バスバー７０ａ、７０ｂが、図２に示すように、ケース１０の第１の側面１１に沿って配設されたとき、バスバー７０ａの固定リブ７５ａは、電池モジュール１００ａの底面及び電池モジュール１００ｂの上面に当接し、バスバー７０ｂの固定リブ７５ｂは、電池モジュール１００ｂの底面及び電池モジュール１００ｃの上面に当接して配置される。すなわち、バスバー７０ａは、電池モジュール１００ａと１００ｂとが連結部４０で締結されることで固定リブ７５ａが固定され、支持される。同様に、バスバー７０ｂは、電池モジュール１００ｂと１００ｃとが連結部４０で締結されることで固定リブ７５ｂが固定され、支持されている。

通常、バスバー７０ａ、７０ｂは、その両端にある接続部位７２Ａ、７２Ａを負極端子および正極端子に固定しているだけで、それ以外の部分は、ケース１０に当接している部
位を有していない。従って、このままの状態だと、バスバー７０ａ、７０ｂは、接続部位７２Ａ、７２Ａを固定端として振動する。しかしながら、本実施形態のように、バスバー７０ａ、７０ｂの接続部位７２Ａ、７２Ａの中間部に電池モジュール側に延出する固定リブ７５ａ、７５ｂを設け、電池モジュールの重みによって固定リブ７５ａ、７５ｂを固定し、バスバーを支持することで、バスバー７０ａ、７０ｂの振動を防止することができる。

また、このような構造とすることで、バスバー７０ａ、７０ｂを余計な押さえ部材等を用いることなく、搭載する電池モジュールで固定リブ７５ａ、７５ｂを固定することによって、支持することにより、簡単な構成で、効果的にバスバー７０ａ、７０ｂの撓みを防止することができる。したがって、バスバー７０ａ、７０ｂの振動による強度低下を防止できるため、信頼性の高い電池パック２００を実現できる。

このようなバスバー７０ａ、７０ｂは、例えば、該固定リブを一部に設けた金属接続体７１Ａを、同種の金属材料で一体形成して構成することができる。また、上述したように、金属接続体７１Ａは、接続部位７２Ａを除く部位を絶縁部材７３Ａで被覆してもよい。また、バスバー７０ａ、７０ｂの一部に設けられた固定リブ７５ａ、７５ｂは、絶縁部材のみで構成されていてもよい。例えば、バスバー７０ａ、７０ｂの金属接続体７１Ａを樹脂にインサート成形することにより一体成形すれば、固定リブ７５ａ、７５ｂを、樹脂により一体成形することができる。

なお、バスバー７０ａ、７０ｂに形成される固定リブ７５ａ、７５ｂの位置、個数、幅、厚み等は限定されるものではなく、電池パックの搭載用途や電池パックに用いられる電池モジュールの大きさ等によって、適宜設定される。

図５（ａ）は、電池モジュール１００ａ、１００ｂ、１００ｃを積層して接続された電池パック２００の構成を示した第１の側面１１の正面図であり、図５（ｂ）は、上記電池パック２００の側面図である。

図５（ａ）に示すように、電池モジュール１００ａ、１００ｂ、１００ｃは、正極端子２０ｂ、２０ｃ及び負極端子２１ａ、２１ｂをバスバー７０ａ、７０ｂの接続部位７２Ａ、７２Ａと接続することで、電気的に直列接続されている。ここで、バスバー７０ａ、７０ｂは、上述したように、電池モジュール側に延出する固定リブ７５ａ、７５ｂを有し、それぞれ、電池モジュール１００ａと１００ｂ、電池モジュール１００ｂと１００ｃ、との間に配置され固定されることで、バスバーを支持している。

電池モジュール間に配置される固定リブ７５ａ、７５ｂは、バスバー７０ａ、７０ｂの一部の一箇所から延出させて設けてもよく、図３に示すように複数個所（図３では２箇所）から延出させて設けても良い。また、固定リブ７５ａ、７５ｂは、バスバー７０ａ、７０ｂの金属接続体７１Ａの位置する箇所から延出させる場合に限定されず、例えば、バスバー７０ａ、７０ｂと同一面かつその一部から突出する、突出部を絶縁部材７３Ａにより形成し、その突出部から電池モジュール側に延出する固定リブを設けてもよい。

ここで、図５（ａ）に示すように、バスバー７０ａ、７０ｂから延出する固定リブ７５ａ、７５ｂは、少なくともその一部が、該バスバーが接続される正極端子２０ｂ、２０ｃ、または負極端子２１ａ、２１ｂに対して積層方向の位置に形成されることが好ましい。そのような構成によれば、より振動による撓みを軽減することができる。

また、図５（ａ）に示すように、固定リブ７５ａ、７５ｂの外側端部７５Ｄは、バスバー７０ａ、７０ｂの外側端部７０Ｄより外側に突出させて形成することが好ましい。それ
により、より安定してバスバー７０ａ、７０ｂを支持することができる。

なお、本実施形態においては、固定リブ７５ａ、７５ｂは、バスバー７０ａ、７０ｂの接続部位７２Ａ、７２Ａ間のみに形成したが、それに限定されるものではない。例えば、それぞれの接続部位７２Ａの両端に、固定リブ７５ａ、７５ｂを形成し、正極端子または負極端子の上部および下部を複数の固定リブで固定する構成としてもよい。

また、固定リブ７５ａ、７５ｂは、図５（ｂ）に示すように、それぞれ、電池モジュール１００ａと１００ｂ、電池モジュール１００ｂと１００ｃ、の間に当接して配置されるが、その面積は、電池パックの搭載用途や電池モジュールの大きさ、重量等による必要な固定強度により、適宜設定される。

図５に示すように、隣り合う電池モジュールは、互いの連結部４０間にボルト穴を有するスペーサ６０を配置し、ボルトにより締め付けることで、固定することができる。このような構成によれば、スペーサ６０および固定リブ７５ａ、７５ｂの厚みを適宜調整することで、電池モジュール間の隙間を調整することができ、またその隙間に冷媒を流すことで、電池モジュールをより効率よく冷却することができる。

なお、この電池モジュール間の隙間、すなわちスペーサ６０および固定リブ７５ａ、７５ｂの厚みは、電池パック内部で、適宜変更してもよい。例えは、多数の電池モジュールを積層した場合、中央に積層される電池モジュール間の隙間が大きくなるようスペーサ６０および固定リブ７５ａ、７５ｂの厚みを設定しておけば、放熱しにくい中央部を、より効率よく冷却でき、均一に電池パック全体を冷却することができる。ここで、スペーサ６０は、隣り合う電池モジュールの連結部４０間にのみに配置されてもよく、図５（ｂ）に示したように、電池モジュール間にも配置させてもよい。

以上、本発明を好適な実施形態により説明してきたが、こうした記述は限定事項ではなく、もちろん、種々の改変が可能である。

例えば、上記実施形態においては、電池パック２００間を電気的に直列接続する例を説明したが、電気的に並列接続する場合にも、本発明を適用し得る。

また、本実施形態では、隣り合う電池モジュール間を接続するバスバーにおいて説明したが、接続は必ずしも隣り合う電池モジュール間に限定されるものではなく、１個以上の電池モジュールを介在させた電池モジュール同士を接続するバスバーであっても本発明を適用できる。その場合、例えば、存在する電池モジュール間の数に対応する固定リブを形成して、固定することで、バスバーを支持することができる。よって、長いバスバーを用いた場合であっても、撓みが生じにくくなり、バスバーの振動による強度低下を防止でき、信頼性の高い電池パックとすることができる。

また、本実施形態において、バスバー７０ａ、７０ｂは、金属接続体７１Ａを屈曲させたものを用いたが、それに限定するものではなく、屈曲をさせずに正極端子と負極端子間を直線的に接続してもよい。

また、本実施形態において、隣り合う電池モジュールの連結部４０間にスペーサ６０を配置させたが、必ずしもスペーサ６０は必要ではなく、例えば、固定リブ７５ａ、７５ｂの厚みに相当する厚さ（長さ）に対応させて、連結部４０の固定位置を積層方向へ延出させるよう構成してもよい。

本発明は、自動車、電動バイク又は電動遊具等の駆動用電源として有用である。

１０ ケース
１１ 第１の側面
１２ 第２の側面
２０、２０ａ、２０ｂ、２０ｃ 正極端子
２１、２１ａ、２１ｂ、２１ｃ 負極端子
４０ 連結部
６０ スペーサ
７０ａ、７０ｂ バスバー
７１Ａ 金属接続体
７２Ａ 接続部位
７３Ａ 絶縁部材
７０Ｄ、７５Ｄ 外側端部
７５ａ、７５ｂ 固定リブ
１００、１００ａ、１００ｂ、１００ｃ 電池モジュール
２００ 電池パック

Claims (6)

1. 複数の電池がケース内に収容された電池モジュールが積層された電池パックであって、
   前記電池モジュールは、前記ケースの一側面に正極端子及び負極端子が配設されており、
   前記複数の電池モジュールは、前記ケースの一側面に沿って配設されたバスバーによって、各電池モジュールの前記正極端子及び前記負極端子が、それぞれ接続されており、
   前記バスバーは、前記電池モジュール側に延出する固定リブを隣り合う電池モジュールの間に配置して固定させることで支持されている、電池パック。
2. 前記バスバーから延出する固定リブの少なくとも一部は、該バスバーが接続される前記正極端子または前記負極端子に対して積層方向の位置に形成された、請求項１記載の電池パック。
3. 前記固定リブの外側端部は、前記バスバーの外側端部よりも、外側に突出するよう形成された、請求項１記載の電池パック。
4. 前記バスバーは、前記各電池モジュールの前記正極端子及び前記負極端子間を接続する金属接続体と、該金属接続体の少なくとも前記正極端子及び前記負極端子との接続部位を除く部位を被覆する絶縁部材とで構成されている、請求項１〜３のいずれか１項に記載の電池パック。
5. 前記固定リブは、前記絶縁部材のみで構成されている、請求項４に記載の電池パック。
6. 前記バスバーは、前記金属接続体を、樹脂にインサート成形することにより一体成形されたものである、請求項４に記載の電池パック。