JP2015207340A

JP2015207340A - 電源装置及び電源装置を備える電動車両並びに蓄電装置、電源装置の製造方法

Info

Publication number: JP2015207340A
Application number: JP2012189741A
Authority: JP
Inventors: 小村　哲司; Tetsuji Komura; 哲司小村; 高志瀬戸; Takashi Seto; 敏哉清水; Toshiya Shimizu; 一広藤井; Kazuhiro Fujii
Original assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Current assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Priority date: 2012-08-30
Filing date: 2012-08-30
Publication date: 2015-11-19
Also published as: WO2014034106A1

Abstract

【課題】溶接時に樹脂製のバスバーホルダが破損することを回避できるようにする。
【解決手段】電源装置は、一対の電極端子１３を備える複数の電池セル１と、隣接する電池セル１の電極端子１３を接続する導電性のバスバー１４と、複数の電池セル１を積層した電池積層体２の上面に固定されると共に、バスバー１４を位置決めするための絶縁性のバスバーホルダ８とを備える。バスバー１４は、電池積層体２の上面との間にバスバーホルダ８を挟んだ状態で、電極端子１３とレーザ溶接により固定されている。バスバーホルダ８は、バスバー１４を電極端子１３と固定する姿勢に位置決めするためのホルダ突出部を備える。ホルダ突出部の高さが、バスバー１４のレーザ溶接された位置から、レーザ溶接によって飛翔するスパッタの飛翔する角度よりも低くなるように形成する。
【選択図】図７

Description

本発明は、二次電池セルを複数積層した電源装置及び電源装置を備える電動車両並びに蓄電装置、電源装置の製造方法に関し、特にハイブリッド車、燃料電池自動車、電気自動車、電動オートバイ等の電動車両に搭載されて車両を走行させるモータの電源装置、あるいは家庭用、工場用の蓄電用途等に使用される大電流用の電源に電力を供給する電源装置及び電源装置を備える車両並びに蓄電装置、電源装置の製造方法に関する。

車両に搭載されて、車両を走行させる駆動用の電源装置や、家庭用、工場用に蓄電するための定置型の電源装置が開発されている。このような電源装置は、供給する電力を大きくするために、充電可能な二次電池セルを多数、直列に接続して電池積層体を構成し、また必要に応じて複数の電池積層体を直列又は並列に接続している。このような電池積層体は、例えば角形の電池セルを複数、間にスペーサを介在させて積層し、バインドバーで締結する。さらに隣接する電池セルの電極端子同士を、バスバーで接続する。バスバーは、電極端子とレーザ溶接によって溶接される（特許文献１参照）。

さらに、バスバー同士の絶縁、あるいは電池セルとバスバーとの無用な短絡を防止するため、絶縁性のバスバーホルダが設けられている。バスバーホルダは、電池積層体の上面に固定される。バスバーホルダ１５０８の一例を図１５の斜視図に示す。このバスバーホルダ１５０８は、バスバー１５１４の周囲を囲む壁状１５１６を形成している。

さらに樹脂製のバスバーホルダ１５０８を電池セル１５０１の積層体の上面に強固に固定するため、図１６の断面図に示すように、電池セル１５０１の上面とバスバー１５１７との間に、バスバーホルダ１５０８を挟み込むようにする構造が採用されている。

しかしながら、上述の通りバスバーと電極端子１５１３とはレーザ溶接で固定するため、この際の火花がバスバーホルダ１５０８の一部に付着して、樹脂が燃焼して破損するという問題があった。特に、図１６の断面図に示したように、バスバー１５１４でバスバーホルダ１５０８を、電池セル１５０１の上面との間で挟み込むように固定することから、レーザ溶接時にはバスバーホルダ１５０８が近接している状態となって、レーザ溶接の影響を受けてしまう。具体的には、レーザ溶接によって、高温に溶融された金属粒子が溶接位置から周囲に飛散し（スパッタ）、これがバスバーホルダ１５０８に付着して、樹脂を溶融させることがある。特に壁状１５１６は、スパッタの付着を受けやすくなり、影響が大きい。樹脂製のバスバーホルダ１５０８が熱によって破損、変形すると、所期の絶縁を図ることができなくなる。

これを避けるためには、レーザ溶接を行った後に、バスバーホルダなどの樹脂部品を電池積層体に固定することが考えられる。しかしながらこの方法では作業性が悪くなる上、バスバーホルダの固定強度も低下し、さらにバスバーと電池積層体との絶縁を図ることが困難になる。

特開２０００−１４９９０９号公報

本発明は、従来のこのような問題点に鑑みてなされたものである。本発明の主な目的は、溶接時に樹脂製のバスバーホルダが破損することを回避できるようにした電源装置及び電源装置を備える車両並びに蓄電装置、電源装置の製造方法を提供することにある。

課題を解決するための手段及び発明の効果

上記目的を達成するために、本発明の電源装置によれば、一対の電極端子を備える複数の電池セルと、隣接する電池セルの電極端子を接続する導電性のバスバーと、前記複数の電池セルを積層した電池積層体の上面に固定されると共に、前記バスバーを位置決めするための絶縁性のバスバーホルダとを備える電源装置であって、前記バスバーは、該バスバーと前記電池積層体の上面との間に前記バスバーホルダを挟んだ状態で、前記電極端子とレーザ溶接により固定されており、前記バスバーホルダは、前記バスバーを前記電極端子と固定する姿勢に位置決めするためのホルダ突出部を備えており、前記ホルダ突出部の高さが、前記バスバーのレーザ溶接された位置から、レーザ溶接によって飛翔するスパッタの飛翔する角度よりも低くなるように形成することができる。上記構成により、バスバーをレーザ溶接する際に発生するスパッタの熱で、バスバーホルダが溶融される事態を回避できる。またレーザ溶接前に絶縁用の樹脂部品を電池積層体に配置することが可能となり、組み立て作業の作業効率が向上される。

また、他の電源装置によれば、前記バスバーは、前記電極端子をそれぞれ挿入するための電極穴を複数開口しており、前記電極端子を前記電極穴に挿入した状態で、少なくとも一の前記電極穴と電極端子とが接触する部分を溶接することができる。

さらにまた、他の電源装置によれば、前記電極穴の少なくとも一が長穴状に開口されており、電源装置はさらに、中心にリング穴を開口させると共に、前記バスバーの電極穴に前記電極端子を挿通した状態で、さらに該電極端子をリング穴に挿通させる溶接リングを備えており、前記溶接リングの外周と前記バスバーとの接触部分、及び前記溶接リングのリング穴と前記電極端子との接触部分をレーザ溶接にて固定することができる。

さらにまた、他の電源装置によれば、前記バスバーと前記電極端子とのレーザ溶接位置、又は前記バスバーと溶接リングとのレーザ溶接位置を基準位置とし、該基準位置から水平方向にβだけ離れた特定の位置から、水平方向に対し所定の角度αをなす範囲内に含まれるように、前記ホルダ突出部を形成することができる。各数値は、例えばβ＝０〜３ｍｍ、α＝３０°〜６０°の範囲とすることができる。

さらにまた、他の電源装置によれば、前記ホルダ突出部を、前記バスバーを囲むように形成された位置決めガイドとすることができる。

さらにまた、他の電源装置によれば、前記ホルダ突出部が、前記バスバーを貫通する突起状に形成され、前記バスバーには、前記ホルダ突出部を挿入するガイド穴を開口させることができる。

さらにまた、電源装置を備える電動車両によれば、上記の電源装置に加え、前記電源装置から電力供給される走行用のモータと、前記電源装置及び前記モータを搭載してなる車両本体と、前記モータで駆動されて前記車両本体を走行させる車輪とを備えることができる。

さらにまた、蓄電装置によれば、前記電源装置への充放電を制御する電源コントローラを備えており、前記電源コントローラでもって、外部からの電力により前記電源装置への充電を可能とすると共に、前記電源装置に対し充電を行うよう制御可能とできる。

さらにまた、電源装置の製造方法によれば、電極端子を備える複数の電池セルと、各電池セルの電極端子同士を接続するための、電極穴を複数開口した導電性のバスバーと、前記複数の電池セルを積層した電池積層体の上面に固定される、前記電極端子を突出させる開口窓を設けた絶縁性のバスバーホルダとを備える電源装置の製造方法であって、前記電池セルの上面に前記バスバーホルダを、前記電極端子が前記開口窓から突出させる位置にて配置すると共に、前記バスバーホルダの上面に、前記バスバーを、各電極端子が電極穴からそれぞれ突出されるように、前記電池セルの上面と前記バスバーとの間に、前記バスバーホルダを挟み込む工程と、電極穴と電極端子とが接触する部分の少なくとも一部を、レーザ溶接して固定する工程とを含み、前記バスバーと電極端子の溶接位置から水平方向にβだけ離れた位置から、水平方向に対し所定の角度αをなす範囲内に含まれるように、前記ホルダ突出部が形成されており、β＝０〜３ｍｍ、α＝３０°〜６０°の範囲とすることができる。これにより、レーザ溶接によって生じるスパッタの飛翔によりホルダ突出部が破損する事態を回避できる。

さらにまた、他の電源装置の製造方法によれば、電極端子を備える複数の電池セルと、各電池セルの電極端子同士を接続するための、電極穴を複数開口した導電性のバスバーと、前記複数の電池セルを積層した電池積層体の上面に固定される、前記電極端子を突出させる開口窓を設けた絶縁性のバスバーホルダとを備える電源装置の製造方法であって、前記電極穴の少なくとも一が長穴状に開口されており、電源装置はさらに、中心にリング穴が開口される溶接リングを備えており、電源装置の製造方法はさらに、前記溶接リングのリング穴に、長穴状に開口された前記電極穴に挿通された状態の電極端子を挿通させる工程と、前記溶接リングの外周と前記バスバーとの接触部分、及び前記溶接リングのリング穴と前記電極端子との接触部分を溶接する工程とを含み、前記バスバーと前記溶接リングの溶接位置から水平方向にβだけ離れた位置から、水平方向に対し所定の角度αをなす範囲内に含まれるように、前記ホルダ突出部が形成されており、β＝０〜３ｍｍ、α＝３０°〜６０°の範囲とすることができる。これにより、レーザ溶接によって生じるスパッタの飛翔によりホルダ突出部が破損する事態を回避できる。

さらにまた、他の電源装置の製造方法によれば、前記レーザ溶接を、パルス発振により行うことができる。

さらにまた、他の電源装置の製造方法によれば、前記レーザ溶接を、固体レーザ加工機により行うことができる。

本発明の実施の形態１に係る電源装置を示す斜視図である。図１の電源装置の分解斜視図である。図１の電源装置の、バスバーと電極端子とのレーザ溶接を行う部位を示す要部拡大図である。図３のバスバー及びカバーを外した状態を示す分解斜視図である。図３のバスバーの溶接位置を示す断面図である。従来の電源装置において、レーザ溶接の位置から飛翔するスパッタの範囲を示す模式断面図である。実施の形態１に係る電源装置において、レーザ溶接の位置から飛翔するスパッタの範囲を示す模式断面図である。実施例１に係る溶接リングにおいて、スパッタの飛翔範囲を示すグラフである。実施例２に係る溶接リングにおいて、スパッタの飛翔範囲を示すグラフである。実施例３に係る電源装置の接続部分を示す拡大分解図である。実施例４に係る電源装置の接続部分を示す拡大分解図である。エンジンとモータで走行するハイブリッド車に電源装置を搭載する例を示すブロック図である。モータのみで走行する電気自動車に電源装置を搭載する例を示すブロック図である。蓄電用の電源装置に適用する例を示すブロック図である。従来の電池積層体を示す分解斜視図である。図１５のバスバーホルダを固定する様子を示す断面図である。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。ただし、以下に示す実施の形態は、本発明の技術思想を具体化するための電源装置及び電源装置を備える電動車両並びに蓄電装置、電源装置の製造方法を例示するものであって、本発明は電源装置及び電源装置を備える電動車両並びに蓄電装置、電源装置の製造方法を以下のものに特定しない。また実施の形態に記載されている構成部材の寸法、材質、形状、その相対的配置等は、特定的な記載がない限りは、本発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。なお、各図面が示す部材の大きさや位置関係等は、説明を明確にするため誇張していることがある。さらに以下の説明において、同一の名称、符号については同一もしくは同質の部材を示しており、詳細説明を適宜省略する。さらに、本発明を構成する各要素は、複数の要素を同一の部材で構成して一の部材で複数の要素を兼用する態様としてもよいし、逆に一の部材の機能を複数の部材で分担して実現することもできる。また、一部の実施例、実施形態において説明された内容は、他の実施例、実施形態等に利用可能なものもある。なお本明細書においては、レーザ溶接において発生し周囲に飛翔する熱を持つ物体をスパッタと呼ぶ。
（実施の形態１）

本発明の実施の形態１に係る電源装置１００からトップカバー２０を外した分解斜視図を図１に、図１の電源装置１００の分解斜視図を図２に、それぞれ示す。これらの図に示す電源装置１００は、複数枚の電池セル１と、電池セル１同士の間に介在されるスペーサ５０と、電池セル１とスペーサ５０とを交互に積層した電池積層体２の各端面にそれぞれ配置されるエンドプレート３と、エンドプレート３同士を締結する締結手段４とを備えている。
（電池セル１）

電池セル１は、図１及び図２に示すように、厚さに比べて幅が広い、言い換えると幅よりも薄い角形の電池としている。この電池セル１を複数枚、厚さ方向に積層して電池積層体２とする。各電池セル１は、リチウムイオン二次電池である。ただし、電池セルは、ニッケル水素電池やニッケルカドミウム電池等の二次電池とすることもできる。図２の電池セル１は、幅の広い両表面を四角形とする電池で、両表面を対向するように積層して電池積層体２としている。各電池セル１は、上面である封口板１０の両端部に正負の電極端子１３を突出して設けて、中央部にはガス排出弁１１のガス排出口１２を設けている。角形の電池セル１は、底を閉塞する筒状に金属板をプレス加工している外装缶１ａの開口部を、封口板１０で閉塞して密閉している。封口板１０は平面状の金属板で、その外形を外装缶１ａの開口部の形状としている。この封口板１０はレーザ溶接して外装缶１ａの外周縁に固定されて外装缶１ａの開口部を気密に閉塞している。外装缶１ａに固定される封口板１０は、その両端部に正負の電極端子１３を固定しており、さらに正負の電極端子１３の中間にはガス排出口１２を設けている。ガス排出口１２の内部にはガス排出弁１１を設けている。

スペーサ５０は、電池セル１の外装缶同士を絶縁するため、絶縁性の部材で構成される。またエンドプレート３は、電池積層体２を積層した状態で締結するため、金属製等の剛性の高い部材で構成される。さらに締結手段４は、同様に剛性の高い金属板等で構成される。ここでは、金属板を断面視コ字状に折曲して、端部をエンドプレート３にねじ止め等により固定している。また締結手段は、電池積層体２の締結のみならず、電池積層体２の上面にガスダクト６を固定する部材として兼用することもできる。ここでは、電池積層体２を側面で締結する締結手段４に加えて、電池積層体２の上面に第二締結手段５を設けている。
（トップカバー２０）

さらに、図１及び図２に示す電源装置は、上面にトップカバー２０を配置している。このトップカバー２０は、バスバーホルダ８の上面をカバーして、電池積層体２に接続されたバスバー１４や回路基板９をカバーして保護する。したがって、トップカバー２０は、バスバーホルダ８の上面をカバーできる外形であって、内部に回路基板９を収納できる空間を有する形状にプラスチックで成形している。図２のトップカバー２０は、全体を下側開口の浅い容器形状に成形しており、中央部を周囲よりも一段深く成形して、回路基板９を収納するための収納凹部を設けている。
（バスバー１４）

各電池セル１は、正負の一対の電極端子１３を備えている。この電池セル１を積層した状態で、隣接する電池セル１の、電極端子１３同士を導電性のバスバー１４で接続している。バスバー１４の接続形態によって、電池セル１同士を直列や並列に接続できる。図２の例では、隣接する電池セル１の正極端子と負極端子をそれぞれバスバー１４で接続することで、１２枚の電池セルを直列に接続している。バスバー１４は、好ましくは導電性に優れ、かつレーザ溶接に適した金属板で構成される。ここでは、バスバー１４の外形を平面視において長方形状としつつ、端縁を半円状に面取りしたトラック状に形成している。
（電極穴１５）

また各バスバー１４は、電極端子１３をそれぞれ挿入するための電極穴１５を複数開口している。電極穴１５は、電極端子１３を挿入でき、かつ接触部分を溶接できるよう、電極端子１３の外径とほぼ等しく形成される。電極端子１３が円柱状の場合は、電極穴１５は円形状とする。

また一方で、製造公差や電池セルの厚さのばらつき等を吸収するため、電極穴１５Ｂを電池セルの厚さ方向に延長した長穴状に形成することもできる。電極穴１５Ｂを長穴状とする場合は、溶接リング５２をさらにバスバー１４の上面に重ねて、溶接リング５２を介在させてレーザ溶接する。
（溶接リング５２）

溶接リング５２は、中心にリング穴５３を開口させたリング状に形成される。溶接リング５２も、導電性に優れ、かつレーザ溶接に適した金属板で構成することが好ましい。リング状の溶接リング５２は、図４の分解斜視図及び図５の断面図に示すように、バスバー１４の電極穴１５Ｂに電極端子１３を挿通した状態で、さらに溶接リング５２のリング穴５３を通し、リング穴５３と電極端子１３、及びリング穴５３とバスバー１４との接触部分をレーザ溶接して固定する。このため、電極端子１３を電極穴１５Ｂに挿通させた状態で、さらに電極端子１３の先端をリング穴５３に挿通できるよう、電極端子１３の突出量やバスバー１４、溶接リング５２の厚さが設定される。その一方で、電極端子１３が必要以上に高くなると、電源装置の高さが高くなるため、好ましくは図５の断面図に示すように、電極端子１３の先端に溶接リング５２を挿通した状態で、電極端子１３の先端面が溶接リング５２とほぼ同一面か、これよりも若干突出する程度とすることが好ましい。

図２、図４の例では、２個の電極穴１５、１５Ｂを開口して、隣接する電池セル１の正極端子と負極端子とを最短距離で接続している。また一方の電極穴１５（図４において左側）を円形状として、電極端子１３と直接レーザ溶接する一方、他方の電極穴１５Ｂ（図４において右側）を長穴状として、溶接リング５２を介在させてレーザ溶接している。この場合、先に円形状の電極穴１５を電極端子１３とレーザ溶接し、その後長穴状の電極穴１５Ｂに電極端子１３をレーザ溶接することで、積層した電池セル１の各電極端子１３間の距離のばらつきを、長穴によって電池セルの厚さ方向に溶接位置を調整して吸収でき、製造公差によらず高い信頼性でもって電極端子１３を固定できる。
（バスバーホルダ８）

また電池積層体２の上面には、バスバーホルダ８が固定される。バスバーホルダ８は絶縁性の部材で構成され、バスバー１４と電池セル１との意図しない導通を避けるため、電池セル１の上面を被覆する。さらにバスバーホルダ８は、各電極端子１３を電気接続させるために、電池積層体２の上面に固定した状態で、電極端子１３を表出させるための開口窓２４を開口させている。これによって、電気接続に必要な部位を除いて電池セル１の上面を絶縁しつつ、開口窓２４から電極端子１３を表出させることで、電極端子１３同士の電気接続を維持している。

バスバーホルダ８は、図２の分解斜視図に示すように、第二締結手段５でもって固定される。ここでは、第二締結手段５をバスバーホルダ８の上面から押圧し、第二締結手段５の端部をエンドプレート３の上面に螺合している。これにより第二締結手段５を介してバスバーホルダ８が電池積層体２の上面に固定される。なお、バスバーホルダの固定構造は、この構成に限られず、例えばバスバーホルダをエンドプレートに直接螺合したり、バスバーホルダに爪などの嵌合構造を設けてバスバーや締結手段に嵌合させるなど、他の既知の固定構造を適宜利用することもできる。
（ガスダクト６）

さらに図２に示す電源装置１００は、バスバーホルダ８の上面に、ガスダクト６を固定し、さらにガスダクト６の上面に回路基板９を配置している。ガスダクト６は、電池セル１の積層方向に延長された中空状の筒体であり、端部にダクト排出部６ｘを開口している。ガスダクト６の底面側には、各電池セル１のガス排出弁１１と対応する位置に、連結開口が開口されている。連結開口はそれぞれ、ガス排出弁１１が開弁された状態でガス排出口１２と連通され、電池セル１から排出される高圧のガスが、ガスダクト６内に案内されるよう構成されている。さらにガスダクト６の内部は、一方の端部を閉塞し、他方の端部にダクト排出部６ｘを開口させている。ダクト排出部６ｘは、ガス排出路と連結されて、ガスを安全に外部に排出する。このガスダクト６は、各連結開口がガス排出弁と連通するように位置決めして、電池積層体２の上面に固定されている。図２の例では、ガスダクト６の延長方向における断面を、横長の矩形状に形成している。ただガスダクトの内部形状は、管状、あるいは逆Ｕ字状やＵ字状等、任意の形状とできる。

なお図２の例では、第二締結手段５は、ガスダクト６の固定構造も兼用している。すなわち、ガスダクト６の周囲に鍔部６ａを形成すると共に、第二締結手段５に開口を設け、ガスダクト６の上方から第二締結手段５を、開口部分にガスダクト６を通すように被せると共に、ガスダクト６周囲の鍔部６ａを開口の周縁で押圧して、ガスダクト６をバスバーホルダ８の上面に固定する。
（回路基板９）

さらにガスダクト６の上面には、電子回路を実装した回路基板９が固定されている。回路基板９に実装される電子回路は、電池セル１の電圧等を監視するための保護回路や制御回路等とできる。回路基板９は、ガスダクト６の長手方向の長さよりも短く、かつ長手方向と交差するガスダクト６の幅方向においては、ガスダクト６よりも幅広に形成されている。また回路基板９は、図２に示すようにガスダクト６の上面から距離ｄを隔てて離間して固定されている。
（電圧検出線）

また、各電池セル１のセル電圧を測定するために、各バスバー１４には、電圧を検出するための電圧検出線が固定されている。電圧検出線は、導電リードやハーネス、あるいはフレキシブルプリント基板（ＦＰＣ）等で構成され、一端を回路基板に接続している。図２、図３に示す例では、ＦＰＣで構成された電圧検出線を、バスバー１４の上面に固定している。
（位置決めガイド１６）

さらにバスバーホルダ８は、バスバー１４で電極端子１３を接続させるために、バスバー１４の位置決めのためのガイドを備えている。図２の例では、バスバーホルダ８は、各バスバー１４を固定する部位に、このバスバー１４を位置決めするためのガイドとして、ホルダ突出部を備えている。図３の拡大斜視図及び図４の分解斜視図に、ホルダ突出部の詳細を示している。これらの図に示すように、バスバーホルダ８は、電池積層体２の上面に固定した状態で、各バスバー１４を固定する位置に、ホルダ突出部を形成する。ここではホルダ突出部は、バスバー１４を囲むように形成された位置決めガイド１６としている。すなわち、バスバー１４の外形に沿ってバスバーホルダ８の表面を窪ませて位置決めガイド１６とすると共に、ここに挿入されるバスバー１４の底面を支持する絶縁部１７を、位置決めガイド１６の中央部に設けている。図４の拡大分解斜視図に示すように、位置決めガイド１６に挿入されたバスバー１４を、電池セル１の電極端子１３と接続するために、位置決めガイド１６には開口窓２４が形成されている。その一方で、位置決めガイド１６をすべて開口させると、バスバー１４の底面が電池セル１の外装缶上面の封口板と接触して、意図しない導通を生じる可能性がある。そこで、電極端子１３のみを導通させ、他の部位、例えば封口板などは必要以上に露出させず、ホルダーカバーで被覆することで、バスバー１４と電池セル１とを絶縁して、信頼性を高めることができる。このように位置決めガイド１６と絶縁部１７は、使用されるバスバー１４の形状や電極端子１３の位置などに応じて、適宜設計される。図２の例では、バスバー１４は外形を平面視トラック形状として左右対称の形状としているため、位置決めガイド１６はこれに応じて、トラック状のバスバー１４を案内できる段差を形成すると共に、位置決めガイド１６の両端を貫通させて開口窓２４とし、開口窓２４同士の間に絶縁部１７を形成する。このような位置決めガイド１６と絶縁部１７は、好ましくはバスバーホルダ８に一体成型で形成される。樹脂製のバスバーホルダとすることで、このような形状のバスバーホルダを容易に構成できる。
（ホルダ突出部）

さらに位置決めガイド１６を構成するため、バスバーホルダ８の表面には段差を形成し、その表面の高い部分をホルダ突出部とする。すなわちホルダ突出部は、バスバーホルダ８の上面に形成された、バスバーホルダ８の最も高さの高い部位を指す。図４に示す例では、位置決めガイド１６を構成する段差部のエッジがホルダ突出部に該当する。
（レーザ溶接）

バスバー１４と電極端子１３とは、レーザ光を走査させて、レーザ溶接によって溶接して固定される。このようなレーザ溶接には、ＹＡＧやＹＶＯ₄等の固体レーザ媒質を用いたレーザ加工機や、光ファイバを用いたファイバレーザといった固体レーザ加工機が好適に用いられる。またレーザ光は、好ましくはレーザ溶接位置の真上でなく、若干傾斜させて照射する。反射されたレーザ光がレーザ加工機に照射される事態を回避するためのである。
（レーザ溶接位置）

バスバー１４を電極端子１３と溶接する様子を、図４〜図５に基づいて説明する。まず電池積層体２の上面に、バスバーホルダ８を配置し、バスバーホルダ８に開口された開口窓２４から電極端子１３をそれぞれ表出させた状態でバスバーホルダ８を固定する。次にバスバーホルダ８の位置決めガイド１６に、バスバー１４をそれぞれ配置する。このようにバスバー１４と電池積層体２との間にバスバーホルダ８を介在させ、絶縁部１７によって物理的に絶縁することで、バスバー１４によって電池セル同士が意図せず導通することを回避できる。また、バスバー１４でもってバスバー１４ホルダ８を挟み込むことで、バスバーホルダ８を一層確実に電池積層体２の上面に固定できる。

そしてバスバー１４の電極穴１５、１５Ｂに電極端子１３を挿通する。ここで、電極穴１５Ｂを長穴状とする場合は、さらに電極穴１５Ｂから突出された電極端子１３の先端に、さらに溶接リング５２を挿入する（図４において右側の電極穴１５Ｂ）。

この状態で、レーザ溶接を行い、電極端子１３とリード板とを固定する。レーザ溶接は、図５の断面図において一点鎖線の矢印で示す位置を中心に行う。まず円形状の電極穴１５と電極端子１３（図５において左側）のレーザ溶接を行う。ここでは、電極端子１３の周囲と電極穴１５との界面に沿って、円形状にレーザ溶接位置を移動させて溶接する。次に、長穴状の電極穴１５Ｂと電極端子１３（図５において右側）のレーザ溶接を行う。ここでは、電極端子１３の周囲と溶接リング５２のリング穴５３との界面、及び溶接リング５２の外周とバスバー１４との接触部分について、レーザ溶接位置を走査させて溶接を行う。このようにして、電池積層体２の上面側からレーザ光を走査して、バスバー１４と電極端子１３との固定を行える。

以上の構造では、バスバー１４の溶接によって、バスバーホルダ８を電池積層体２の上面に固定できるが、このためバスバーホルダ８がバスバー１４に近接する構造となる。バスバーホルダ８は上述の通り、絶縁性に優れた樹脂製としているが、樹脂は熱に弱い。このためレーザ溶接時に、レーザ溶接位置から周囲に飛散するスパッタが樹脂製のバスバーホルダに付着すると、溶融されて変形、破損する可能性があった。本発明者が実験により確認したところ、スパッタの飛散する範囲は概ね決まっていることが判明した。図６の断面図に、スパッタの飛翔する様子を破線の太字矢印で示す。この図に示すように、バスバーホルダ６０８の上面に形成されたホルダ突出部６０が、特にスパッタに晒されやすくなる。

そこで、図７に示すように、ホルダ突出部の突出高さを抑えることで、このようなスパッタの付着を回避し、バスバーホルダ８の破損を低減できることを見出した。具体的なホルダ突出部の突出量は、レーザ溶接位置からの距離に依存する。すなわち、レーザ溶接位置から遠い程、突出量を大きくできるが、逆にレーザ溶接位置に近付く程、突出量を抑える必要がある。一般にホルダ突出部は、バスバー１４の周囲に設けられている。このため、複数ある溶接位置の中では、溶接リング５２を用いたレーザ溶接における、溶接リング５２の周囲とバスバー１４との接触部分における溶接位置が、最もバスバーの周辺部に近付くこととなり、相対的にホルダ突出部に近いことから、この溶接位置から飛散するスパッタに対して、バスバーホルダ８を保護することが肝要となる。また、溶接リング５２の外径が大きくなる程、相対的にホルダ突出部に近付くため、ホルダ突出部の高さをより低くする必要が生じる。
（実施例１、２）

このことを確認するため、異なる大きさの溶接リングを用いてスパッタの飛翔する範囲を測定した。この結果を、図８、図９のグラフに示す。これらの図では、横軸を溶接リングの中心からの距離とし、縦軸をスパッタの飛翔する高さとして、スパッタの及ぶ範囲をハッチングで示している。言い換えると、白地の領域であればスパッタが飛翔しない。各図において、図８は実施例１として外径８ｍｍの溶接リング、図９は実施例２として外径１０ｍｍの溶接リングを用いて、スパッタの飛翔範囲をそれぞれ測定した結果を示している。これらのグラフに示すように、いずれもスパッタは特定の位置β₁、β₂を起点として、水平面から所定の角度α₁、α₂以上の範囲で飛翔していることが判る。ここでは、α₁＝α₂＝約３５°であった。いいかえると、特定の位置を起点として水平面から３５°までの範囲であれば、スパッタの被着を回避あるいは抑制できることが判明した。また、スパッタの被着を回避できる起点となる特定の位置β₁、β₂は、溶接リング５２とバスバー１４との溶接位置でなく、いずれも１ｍｍ以上外側にシフトしている。ここでは、特定の位置β₁はレーザ溶接位置から１．２９ｍｍ、特定の位置β₂はレーザ溶接位置から１．３６ｍｍ、それぞれ外側に位置していた。いいかえると、レーザ溶接位置の極近傍の領域では、スパッタが真横にも飛翔していることが判る。以上から、レーザ溶接位置から外側に約１．３ｍｍ離れた位置を起点として、水平面から約３５°の範囲内に収まるように、ホルダ突出部の高さを抑えることで、スパッタの付着による溶融を避けて、バスバーホルダ８の保護を図ることができる。なお、上記数値は一例であって、これらの所定の角度や特定の位置は、溶接に用いるレーザの種別やパワー、バスバーの材質などによっても変化する。例えば特定の位置は、レーザ溶接位置から０〜３ｍｍの間で調整できる。また所定の角度も、３０°〜６０°、好ましくは３０°〜５０°の範囲で調整できる。より詳細には、レーザ加工機にＹＡＧレーザを用いた場合はスパッタが飛翔し易いため、αを６０°程度とすることが好ましく、一方ファイバレーザを用いた場合はスパッタが比較的少ないため、αを３０°程度とすることが好ましい。

このように、バスバーと溶接リングとのレーザ溶接位置を、また溶接リングを使用しない場合はバスバーと電極端子とのレーザ溶接位置を、それぞれ基準位置として、この基準位置から水平方向にβだけ離れた特定の位置から、水平方向に対し所定の角度αをなす範囲内であれば、スパッタの飛翔を回避できるので、ホルダ突出部がこの安全範囲内に含まれるように形成する。本発明者らが行った試験によれば、β＝０〜３ｍｍ、α＝３０°〜６０°の範囲が好ましいことが判明した。

以上の例では、バスバーに２個の電極端子を固定するよう、電極穴を２箇所に開口させた例を説明したが、３箇所以上の電極穴を開口させることも可能であることはいうまでもない。電極穴を３箇所以上開口させる場合は、その内の１箇所を円形として溶接リング無しでレーザ溶接し、他の２箇所以上で電極穴を長穴状に形成して、溶接リング５２を介してレーザ溶接させる。またバスバーの形状も、電極端子の数や位置に応じて平面視直線状とする他、Ｌ字状に折曲させたり、十字状とするなど、任意の形状が適宜利用できる。
（実施例３）

以上の例では、バスバー１４と電極端子１３との固定に溶接リング５２を用いた例を説明したが、溶接リングの使用は必須でなく、溶接のための十分な領域が確保できている場合は、溶接リングを用いないで直接バスバーと電極端子をレーザ溶接することも可能である。このような例を実施例３として図１０に示す。この図に示す例では、バスバー１４Ｃに開口した電極穴１５にそれぞれ電極端子１３を挿通して、レーザ溶接する。このような場合も上記と同様に、スパッタの飛散を回避できるようにホルダ突出部の高さを設計する。
（実施例４）
（ガイド穴１８）

以上の例では、ホルダ突出部がバスバー１４の周囲を画定する位置決めガイド１６の端縁である場合について説明した。ただ本発明は、ホルダ突出部を位置決めガイドの端縁に限定するものでなく、他の形状とすることも可能である。例えば、位置決めガイドをバスバーホルダの表面から窪ませるのでなく、バスバーを取り囲む壁状に形成することもできる。あるいは、バスバーを貫通させる突起状にホルダ突出部を形成することもできる。このような例を実施例４として、図１１の拡大斜視図に示す。この図に示すバスバー１４Ｂは、その中央近傍に、電極穴１５とは別にガイド穴１８を開口しており、バスバーホルダ８Ｂに形成された突起状のホルダ突出部１９を貫通させている。この構成により、ホルダ突出部にガイド穴１８を挿入することで容易にバスバー１４Ｂを位置決めできる。また、突起状のホルダ突出部１９は、先端が突出されるため、スパッタの影響を受けやすいことから、上述の通りスパッタの付着を回避するため、その高さをレーザ溶接位置からの距離に応じて制限する。
（ガイド突起１９Ｂ）

また図１１の例では、バスバーホルダ８Ｂに形成した突起状のホルダ突出部１９の近傍に、バスバー１４Ｂの側面を覆うようにガイド突起１９Ｂを形成している。このガイド突起１９Ｂも、バスバーホルダ８Ｂの上面から突出して設けられており、ホルダ突出部を構成する。図１１に示すガイド突起１９Ｂは一対に形成されており、ガイド突起１９Ｂ同士の間にバスバー１４Ｂを挟み込むように保持して、バスバー１４Ｂを仮止めできる。また一対のガイド突起１９Ｂ同士の間に突起状のホルダ突出部１９を設けることで、ガイド突起１９Ｂとホルダ突出部とで一層確実にバスバー１４Ｂの位置決めを図ることができる。さらにガイド突起１９Ｂの先端は、ガイド突起１９Ｂ同士の対向面を下り勾配に傾斜させることで、バスバー１４Ｂをガイド突起１９Ｂ同士の間に誘い込みし易くできる。加えて、傾斜面の下端に段差を設けて戻り止め構造とすることで、一旦ガイド突起１９Ｂ同士の間に案内されたバスバー１４Ｂが外れることを阻止できる。これら突起状のホルダ突出部１９や一対のガイド突起１９Ｂは、好ましくはバスバーホルダ８Ｂと一体に形成される。これにより、安価にバスバー１４Ｂの位置決めと仮止め、及び仮止め時の脱落を回避でき、電源装置の組み立ての作業性を向上できる。

以上の電源装置は、車載用の電源として利用できる。電源装置を搭載する車両としては、エンジンとモータの両方で走行するハイブリッド自動車やプラグインハイブリッド自動車、あるいはモータのみで走行する電気自動車等の電動車両が利用でき、これらの車両の電源として使用される。
（ハイブリッド車用電源装置）

図１２に、エンジンとモータの両方で走行するハイブリッド自動車に電源装置を搭載する例を示す。この図に示す電源装置を搭載した車両ＨＶは、車両ＨＶを走行させるエンジン９６及び走行用のモータ９３と、モータ９３に電力を供給する電源装置１０００と、電源装置１０００の電池を充電する発電機９４と、電源装置１０００とモータ９３を搭載する車両本体９０と、モータ９３で駆動されて車両本体を走行させる車輪９７とを備えている。電源装置１０００は、ＤＣ／ＡＣインバータ９５を介してモータ９３と発電機９４に接続している。車両ＨＶは、電源装置１０００の電池を充放電しながらモータ９３とエンジン９６の両方で走行する。モータ９３は、エンジン効率の悪い領域、例えば加速時や低速走行時に駆動されて車両を走行させる。モータ９３は、電源装置１０００から電力が供給されて駆動する。発電機９４は、エンジン９６で駆動され、あるいは車両にブレーキをかけるときの回生制動で駆動されて、電源装置１０００の電池を充電する。
（電気自動車用電源装置）

また、図１３に、モータのみで走行する電気自動車に電源装置を搭載する例を示す。この図に示す電源装置を搭載した車両ＥＶは、車両ＥＶを走行させる走行用のモータ９３と、このモータ９３に電力を供給する電源装置１０００と、この電源装置１０００の電池を充電する発電機９４と、電源装置１０００とモータ９３を搭載する車両本体９０と、モータ９３で駆動されて車両本体を走行させる車輪９７とを備えている。電源装置１０００は、ＤＣ／ＡＣインバータ９５を介してモータ９３と発電機９４に接続している。モータ９３は、電源装置１０００から電力が供給されて駆動する。発電機９４は、車両ＥＶを回生制動する時のエネルギーで駆動されて、電源装置１０００の電池を充電する。
（蓄電用電源装置）

さらに、この電源装置は、移動体用の動力源としてのみならず、定置型の蓄電用設備としても利用できる。例えば家庭用、工場用の電源として、太陽光や深夜電力等で充電し、必要時に放電する電源システム、あるいは日中の太陽光を充電して夜間に放電する街路灯用の電源や、停電時に駆動する信号機用のバックアップ電源等にも利用できる。このような例を図１４に示す。この図に示す電源装置１０００は、複数の電池パック８１をユニット状に接続して電池ユニット８２を構成している。各電池パック８１は、複数の電池セルが直列及び／又は並列に接続されている。各電池パック８１は、電源コントローラ８４により制御される。この電源装置１０００は、電池ユニット８２を充電用電源ＣＰで充電した後、負荷ＬＤを駆動する。このため電源装置１０００は、充電モードと放電モードを備える。負荷ＬＤと充電用電源ＣＰはそれぞれ、放電スイッチＤＳ及び充電スイッチＣＳを介して電源装置１０００と接続されている。放電スイッチＤＳ及び充電スイッチＣＳのＯＮ／ＯＦＦは、電源装置１０００の電源コントローラ８４によって切り替えられる。充電モードにおいては、電源コントローラ８４は充電スイッチＣＳをＯＮに、放電スイッチＤＳをＯＦＦに切り替えて、充電用電源ＣＰから電源装置１０００への充電を許可する。また充電が完了し満充電になると、あるいは所定値以上の容量が充電された状態で負荷ＬＤからの要求に応じて、電源コントローラ８４は充電スイッチＣＳをＯＦＦに、放電スイッチＤＳをＯＮにして放電モードに切り替え、電源装置１０００から負荷ＬＤへの放電を許可する。また、必要に応じて、充電スイッチＣＳをＯＮに、放電スイッチＤＳをＯＮにして、負荷ＬＤの電力供給と、電源装置１０００への充電を同時に行うこともできる。

電源装置１０００で駆動される負荷ＬＤは、放電スイッチＤＳを介して電源装置１０００と接続されている。電源装置１０００の放電モードにおいては、電源コントローラ８４が放電スイッチＤＳをＯＮに切り替えて、負荷ＬＤに接続し、電源装置１０００からの電力で負荷ＬＤを駆動する。放電スイッチＤＳはＦＥＴ等のスイッチング素子が利用できる。放電スイッチＤＳのＯＮ／ＯＦＦは、電源装置１０００の電源コントローラ８４によって制御される。また電源コントローラ８４は、外部機器と通信するための通信インターフェースを備えている。図１４の例では、ＵＡＲＴやＲＳ−２３２Ｃ等の既存の通信プロトコルに従い、ホスト機器ＨＴと接続されている。また必要に応じて、電源システムに対してユーザが操作を行うためのユーザインターフェースを設けることもできる。

各電池パック８１は、信号端子と電源端子を備える。信号端子は、パック入出力端子ＤＩと、パック異常出力端子ＤＡと、パック接続端子ＤＯとを含む。パック入出力端子ＤＩは、他のパック電池や電源コントローラ８４からの信号を入出力するための端子であり、パック接続端子ＤＯは子パックである他のパック電池に対して信号を入出力するための端子である。またパック異常出力端子ＤＡは、パック電池の異常を外部に出力するための端子である。さらに電源端子は、電池パック８１同士を直列、並列に接続するための端子である。

本発明に係る電源装置及び電源装置を備える電動車両並びに蓄電装置、電源装置の製造方法は、ＥＶ走行モードとＨＥＶ走行モードとを切り替え可能なプラグイン式ハイブリッド電気自動車やハイブリッド式電気自動車、電気自動車等の電源装置として好適に利用できる。またコンピュータサーバのラックに搭載可能なバックアップ電源装置、携帯電話等の無線基地局用のバックアップ電源装置、家庭内用、工場用の蓄電用電源、街路灯の電源等、太陽電池と組み合わせた蓄電装置、信号機等のバックアップ電源用等の用途にも適宜利用できる。

１００、１０００…電源装置
１…電池セル；１ａ…外装缶
２…電池積層体
３…エンドプレート
４…締結手段
５…第二締結手段
６…ガスダクト；６ａ…鍔部；６ｘ…ダクト排出部
８、８Ｂ、６０８…バスバーホルダ
９…回路基板
１０…封口板
１１…ガス排出弁
１２…ガス排出口
１３…電極端子
１４、１４Ｂ、１４Ｃ…バスバー
１５、１５Ｂ…電極穴
１６…位置決めガイド
１７…絶縁部
１８…ガイド穴
１９…突起状のホルダ突出部；１９Ｂ…ガイド突起
２０…トップカバー
２４…開口窓
５０…スペーサ
５２…溶接リング
５３…リング穴
６０…ホルダ突出部
８１…電池パック
８２…電池ユニット
８４…電源コントローラ
８５…並列接続スイッチ
９０…車両本体
９３…モータ
９４…発電機
９５…ＤＣ／ＡＣインバータ
９６…エンジン
９７…車輪
１５０１…電池セル
１５０８…バスバーホルダ
１５１３…電極端子
１５１４…バスバー
１５１６…壁状
ＥＶ、ＨＶ…車両
ＬＤ…負荷
ＣＰ…充電用電源
ＤＳ…放電スイッチ
ＣＳ…充電スイッチ
ＯＬ…出力ライン
ＨＴ…ホスト機器
ＤＩ…パック入出力端子；ＤＡ…パック異常出力端子；ＤＯ…パック接続端子

Claims

一対の電極端子を備える複数の電池セルと、
隣接する電池セルの電極端子を接続する導電性のバスバーと、
前記複数の電池セルを積層した電池積層体の上面に固定されると共に、前記バスバーを位置決めするための絶縁性のバスバーホルダと
を備える電源装置であって、
前記バスバーは、該バスバーと前記電池積層体の上面との間に前記バスバーホルダを挟んだ状態で、前記電極端子とレーザ溶接により固定されており、
前記バスバーホルダは、前記バスバーを前記電極端子と固定する姿勢に位置決めするためのホルダ突出部を備えており、
前記ホルダ突出部の高さが、前記バスバーのレーザ溶接された位置から、レーザ溶接によって飛翔するスパッタの飛翔する角度よりも低くなるように形成されてなることを特徴とする電源装置。
請求項１に記載の電源装置であって、
前記バスバーは、前記電極端子をそれぞれ挿入するための電極穴を複数開口しており、
前記電極端子を前記電極穴に挿入した状態で、少なくとも一の前記電極穴と電極端子とが接触する部分を溶接してなることを特徴とする電源装置。
請求項１又は２に記載の電源装置であって、
前記電極穴の少なくとも一が長穴状に開口されており、
電源装置はさらに、中心にリング穴を開口させると共に、前記バスバーの電極穴に前記電極端子を挿通した状態で、さらに該電極端子をリング穴に挿通させる溶接リングを備えており、
前記溶接リングの外周と前記バスバーとの接触部分、及び前記溶接リングのリング穴と前記電極端子との接触部分がレーザ溶接にて固定されてなることを特徴とする電源装置。
請求項１〜３のいずれか一に記載の電源装置であって、
前記バスバーと前記電極端子とのレーザ溶接位置又は前記バスバーと溶接リングとのレーザ溶接位置を基準位置とし、該基準位置から水平方向にβだけ離れた特定の位置から、水平方向に対し所定の角度αをなす範囲内に含まれるように、前記ホルダ突出部が形成されてなることを特徴とする電源装置。
請求項４に記載の電源装置であって、
β＝０〜３ｍｍ、α＝３０°〜６０°の範囲であることを特徴とする電源装置。
請求項１から５のいずれか一に記載の電源装置であって、
前記ホルダ突出部は、前記バスバーを囲むように形成された位置決めガイドであることを特徴とする電源装置。
請求項１から５のいずれか一に記載の電源装置であって、
前記ホルダ突出部が、前記バスバーを貫通する突起状に形成され、
前記バスバーは、前記ホルダ突出部を挿入するガイド穴を開口してなることを特徴とする電源装置。
請求項１から７のいずれか一に記載の電源装置を備える電動車両であって、
前記電源装置から電力供給される走行用のモータと、
前記電源装置及び前記モータを搭載してなる車両本体と、
前記モータで駆動されて前記車両本体を走行させる車輪と
を備えることを特徴とする電動車両。
請求項１から７のいずれか一に記載の電源装置を備える蓄電装置であって、
前記電源装置への充放電を制御する電源コントローラを備えており、
前記電源コントローラでもって、外部からの電力により前記電源装置への充電を可能とすると共に、前記電源装置に対し充電を行うよう制御可能としてなることを特徴とする蓄電装置。
電極端子を備える複数の電池セルと、
各電池セルの電極端子同士を接続するための、電極穴を複数開口した導電性のバスバーと、
前記複数の電池セルを積層した電池積層体の上面に固定される、前記電極端子を突出させる開口窓を設けた絶縁性のバスバーホルダと
を備える電源装置の製造方法であって、
前記電池セルの上面に前記バスバーホルダを、前記電極端子が前記開口窓から突出させる位置にて配置すると共に、前記バスバーホルダの上面に、前記バスバーを、各電極端子が電極穴からそれぞれ突出されるように、前記電池セルの上面と前記バスバーとの間に、前記バスバーホルダを挟み込む工程と、
電極穴と電極端子とが接触する部分の少なくとも一部を、レーザ溶接して固定する工程と
を含み、
前記バスバーと電極端子の溶接位置から水平方向にβだけ離れた位置から、水平方向に対し所定の角度αをなす範囲内に含まれるように、前記ホルダ突出部が形成されており、
β＝０〜３ｍｍ、α＝３０°〜６０°の範囲であることを特徴とする電源装置の製造方法。
電極端子を備える複数の電池セルと、
各電池セルの電極端子同士を接続するための、電極穴を複数開口した導電性のバスバーと、
前記複数の電池セルを積層した電池積層体の上面に固定される、前記電極端子を突出させる開口窓を設けた絶縁性のバスバーホルダと
を備える電源装置の製造方法であって、
前記電極穴の少なくとも一が長穴状に開口されており、
電源装置はさらに、中心にリング穴が開口される溶接リングを備えており、
電源装置の製造方法はさらに、
前記溶接リングのリング穴に、長穴状に開口された前記電極穴に挿通された状態の電極端子を挿通させる工程と、
前記溶接リングの外周と前記バスバーとの接触部分、及び前記溶接リングのリング穴と前記電極端子との接触部分を溶接する工程とを含み、
前記バスバーと前記溶接リングの溶接位置から水平方向にβだけ離れた位置から、水平方向に対し所定の角度αをなす範囲内に含まれるように、前記ホルダ突出部が形成されており、
β＝０〜３ｍｍ、α＝３０°〜６０°の範囲であること特徴とする電源装置の製造方法。
請求項１０又は１１に記載の電源装置の製造方法であって、
前記レーザ溶接が、パルス発振により行われることを特徴とする電源装置の製造方法。
請求項１０から１２のいずれか一に記載の電源装置の製造方法であって、
前記レーザ溶接が、固体レーザ加工機により行われることを特徴とする電源装置の製造方法。