JP2018081887A - 組電池 - Google Patents

Abstract

【課題】単電池の電池ケースの傾きによるバスバーの接続状態の悪化を好適に防止することができる組電池を提供する。【解決手段】ここで開示される組電池１では、隣接した第１の単電池１０Ａの電極端子４０と第２の単電池１０Ｂの電極端子３０とがバスバー６０を介して電気的に直接接続されている。そして、各々の単電池１０Ａ、１０Ｂの電極端子３０、４０は、集電部と、極柱ボルト３８、４８と、外部接続部３６、４６とを備えている。ここで、第１の単電池１０Ａの電極端子４０の外部接続部４６は、ボルト載置部４６ｃが形成されているベースプレート４６ａと、ボルト載置部４６ｃから高さ方向Ｚに立ち上がる可撓部４６ｄと、可撓部４６ｄの上端からボルト載置部４６ｃと対向するように単電池の配列方向Ｙに沿って延設し、極柱ボルト４８が挿通される上部プレート４６ｅとを備えている。【選択図】図６

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、当該単電池を複数備えた組電池に関する。

リチウムイオン二次電池、ニッケル水素電池、その他の二次電池あるいはキャパシタ等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。

かかる組電池の一例を図８に示す。図８に示す組電池１００は、扁平な角型の電池ケース１５０を有した単電池１１０を２個備えており、各々の単電池１１０は、電池ケース１５０の幅広面（扁平面）１５０ａが相互に隣接するように配列されている。そして、各々の単電池１１０の正極端子１３０と負極端子１４０は、バスバー１６０を介して電気的に接続されている。具体的には、正極端子１３０と負極端子１４０は、それぞれ、上方に突出した極柱ボルト１３８、１４８を有しており、板状のバスバー１６０の両端部に形成された挿通孔１６２に極柱ボルト１３８、１４８を挿通させ、当該極柱ボルト１３８、１４８にナット１６４を締め付けることによって各々の電極端子が電気的に接続される。

しかし、このような組電池１００では、図７に示すように、部品寸法のばらつきや組付け不良などによって、隣接した単電池１１０の電池ケース１５０が垂直方向に対して傾くことがある。このように電池ケース１５０が傾くと、極柱ボルト１３８、１４８の軸Ｒが傾いた状態で、該極柱ボルト１３８、１４８がバスバー１６０の挿通孔１６２に挿通されるため、バスバー１６０に過剰な力が掛かって接続不良やバスバー１６０の破損などが生じる虞がある。

このため、配列された単電池の電池ケースに傾きが生じた場合でも、バスバーによる接続を良好にするための技術が提案されている。例えば、特許文献１には、バスバーの端子接続部（挿通孔）の間の連結部を上方に向けて湾曲させる技術が開示されている。また、特許文献２および特許文献３には、組電池における部品の位置ずれを吸収するための技術が記載されている。

特開２０１１−１７１１９２号公報 特開２０１２−２４３６８９号公報 特開２０１３−１７９０９４号公報

しかしながら、上記した何れの技術も、単電池の電池ケースに傾きが生じた場合の接続状態の悪化を好適に防止できるとは言えず、新たな技術が望まれていた。例えば、特許文献１に記載の連結部が湾曲したバスバーを使用するには、隣接した単電池間の距離を長く設定する必要があるため、組電池が大型化するという新たな問題が生じる虞があった。

本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その主な目的は、単電池の電池ケースの傾きによるバスバーの接続状態の悪化を好適に防止することができる組電池を提供することを目的とする。

上記目的を実現するべく、本発明によって以下の構成の組電池が提供される。

ここで開示される組電池は、電池ケース内に電極体が収容されてなる電池を単電池として該単電池を複数備えた組電池であって、単電池の各々が相互に隣接して所定の配列方向に配列されているとともに、隣接した第１の単電池の電極端子と第２の単電池の電極端子との間がバスバーを介して電気的に直接接続されている。
そして、各々の単電池の電極端子は、一方の端部が電池ケースの外部に露出する集電部と、バスバーが取り付けられる極柱ボルトと、集電部と極柱ボルトとを接続する外部接続部とを備えている。
ここで、第１の単電池の電極端子の外部接続部は、一方の端部に集電部を挿通させる集電部挿通孔が形成され、他方の端部に極柱ボルトを載置させるボルト載置部が形成されているベースプレートと、ボルト載置部の一方の側縁部から単電池の高さ方向に立ち上がる可撓部と、可撓部の上端から、ボルト載置部と対向するように単電池の配列方向に沿って延設し、極柱ボルトを挿通させるボルト挿通孔が形成されている上部プレートとを備えている。

ここで開示される組電池では、第１の単電池の電極端子の外部接続部に、単電池の高さ方向に立ち上がる可撓部と、可撓部の上端からボルト載置部と対向するように単電池の配列方向に沿って延設する上部プレートとを備えており、かかる上部プレートに極柱ボルトが挿通される。
かかる構成の電極端子を備えた組電池では、単電池の電池ケースに傾きが生じた場合に、外部接続部の可撓部が撓んで上部プレートに挿通された極柱ボルトが回動するように構成されている。これによって、電池ケースの傾きを吸収して極柱ボルトの軸が傾くことを防止することができるため、軸が傾いた状態の極柱ボルトがバスバーの挿通孔に挿通されることを防止して、バスバーに過剰な力が掛かることによる接続不良やバスバーの破損などが生じることを防止できる。
そして、かかる組電池では、バスバーの連結部に湾曲部を設ける技術と異なり、単電池間の距離を長くする必要がなく、組電池が大型化することも防止できる。

本発明の一実施形態に係る組電池を模式的に示す斜視図である。 本発明の一実施形態に係る組電池におけるバスバーを模式的に示す斜視図である。 本発明の一実施形態に係る組電池における正極接続部を模式的に示す斜視図である。 本発明の一実施形態に係る組電池における負極接続部を模式的に示す斜視図である。 本発明の一実施形態に係る組電池を構成する単電池を模式的に示す断面図である。 本発明の一実施形態に係る組電池において、単電池の電池ケースに傾きが生じた場合を模式的に示す断面図である。 従来の組電池において、単電池の電池ケースに傾きが生じた場合を模式的に示す断面図である。 従来の組電池を模式的に示す斜視図である。

以下、本発明の一実施形態に係る組電池として、リチウムイオン二次電池を単電池とし、該リチウムイオン二次電池を複数備えた組電池を例に挙げて説明する。なお、ここで開示される組電池において、単電池として用いられる電池はリチウムイオン二次電池に限定されず、例えば、ニッケル水素電池などを用いることができる。

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。なお、各図における寸法関係（長さ、幅、厚み等）は実際の寸法関係を反映するものではない。また、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、電極体や電解質の構成および製法、リチウムイオン二次電池の構築に係る一般的技術等）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。

１．全体構成
図１は本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に示すように、本実施形態に係る組電池１は扁平な角型の単電池である第１の単電池１０Ａと第２の単電池１０Ｂを備えており、電池ケース５０の幅広面（扁平面）が相互に隣接するように第１の単電池１０Ａと第２の単電池１０Ｂとが配列方向Ｙに沿って配列されている。そして、第１の単電池１０Ａと第２の単電池１０Ｂとはバスバー６０を介して電気的に接続されている。

かかる単電池１０Ａ、１０Ｂの電池ケース５０は、上面が開放された扁平な角型のケース本体５２と、当該上面の開口部を塞ぐ蓋体５４とから構成されている。電池ケース５０は、例えば、金属や樹脂などによって構成されていることが好ましい。
また、図示は省略するが、電池ケース５０の内部には、電極体と電解質とが収容されている。電極体は、リチウムイオンを吸蔵および放出可能な電極活物質を有する正負極を備えている。かかる電極体としては、例えば、長尺シート状の正極と負極とをセパレータを介して重ね合わせて捲回することによって形成される捲回電極体を用いることができる。ここで、電極体を構成する材料や部材（例えば正極、負極およびセパレータ等）は、従来の一般的なリチウムイオン二次電池に用いられるものと同様のものを制限なく使用可能であり、本発明を特徴づけるものではないため詳細な説明を省略する。また、電解質の材料についても、従来からリチウムイオン二次電池に用いられるものと同様のものを特に限定なく使用することができる。

そして、上記した電池ケース５０の蓋体５４には、正極端子３０と負極端子４０とが設けられている。以下、本実施形態に係る組電池１を構成する各々の単電池１０Ａ、１０Ｂの電極端子（正極端子３０、負極端子４０）の具体的な構造について説明する。

２．電極端子
（１）正極端子
本実施の形態に係る組電池１を構成する各々の単電池１０Ａ、１０Ｂの正極端子３０は、集電部３２と、極柱ボルト３８と、外部接続部３６とを備えている。

正極端子３０の集電部（正極集電部）３２は、一方の端部３２ａが電池ケース５０の蓋体５４の外部に露出して円盤状に成形された長尺の導電性部材であり、他方の端部が電池ケース５０の内部において電極体の正極（図示省略）に電気的に接続されている。

極柱ボルト３８は、第１の単電池１０Ａと第２の単電池１０Ｂとを接続するバスバー６０が取り付けられる部材であり、上方に向かって突出した柱状の導電性部材である。かかる極柱ボルト３８の外周面には、ネジ溝（図示省略）が形成されており、平板状のバスバー６０の挿通孔６２（図２参照）に極柱ボルト３８を挿通させて、ナット６４を締め付けることによって正極端子３０にバスバー６０を取り付けることができる。

外部接続部３６は、集電部３２と極柱ボルト３８とを電気的に接続する部材である。本実施形態における正極端子３０の外部接続部（正極接続部）３６は、図３に示すように、単電池１０の幅方向Ｘに延びる平板状の導電性部材である。かかる正極接続部３６の一方の端部には正極集電部３２（図１参照）を挿通させる集電部挿通孔３６ａが形成され、他方の端部には極柱ボルト３８を挿通させるボルト挿通孔３６ｂが形成されている。

また、本実施形態においては、正極接続部３６と蓋体５４との間にホルダー３４が配置されている。かかるホルダー３４は、絶縁性樹脂（例えば、ポリプロピレン樹脂、ポリフェニレンサルファイド樹脂、ポリアミド樹脂、ポリアセタール樹脂、ポリイミド樹脂など）から構成されており、ホルダー３４の側壁によって、板状の正極接続部３６の外周が覆われている。

（２）負極端子
図１に示すように、本実施の形態に係る組電池１を構成する各々の単電池１０Ａ、１０Ｂの負極端子４０は、上記した正極端子３０と同様に、集電部４２と、極柱ボルト４８と、外部接続部４６とを備えている。なお、本実施形態における負極端子４０は、外部接続部４６を除いて、上記した正極端子３０と同等の構造を有しているため、以下では、主に負極端子４０の外部接続部（負極接続部）４６の構造を説明し、集電部４２、極柱ボルト４８の説明を省略する。

本実施形態に係る組電池１に用いられる負極接続部４６は、集電部（負極集電部）４２と極柱ボルト４８とを電気的に接続するという点では正極接続部３６と同じである。しかし、本実施形態における負極接続部４６は、図３に示される正極接続部３６のような板状の部材ではなく、図４に示すような構造を有した部材である。

本実施形態における負極接続部４６は、図４に示すように、ベースプレート４６ａと、可撓部４６ｄと、上部プレート４６ｅとから構成されており、可撓部４６ｄにおいて単電池の配列方向Ｙに沿って折り返されている。
具体的には、負極接続部４６のベースプレート４６ａは、単電池の幅方向Ｘに延びる板状の部材であり、負極集電部４２（図１参照）を挿通させる集電部挿通孔４６ｂが一方の端部に形成されている。また、ベースプレート４６ａの他方の端部には、極柱ボルト４８（図１参照）が載置される平坦部であるボルト載置部４６ｃが形成されている。
そして、ベースプレート４６ａのボルト載置部４６ｃの一方の側縁には、単電池の高さ方向Ｚに立ち上がった可撓部４６ｄが形成されており、かかる可撓部４６ｄの上端から単電池の配列方向Ｙに沿って上部プレート４６ｅが延設している。かかる上部プレート４６ｅは、ベースプレート４６ａのボルト載置部４６ｃと対向しており、極柱ボルト４８を挿通させるボルト挿通孔４６ｆが形成されている。

上記した構造の負極接続部４６を備えた単電池の負極端子４０における断面図を図５に示す。図５に示すように、本実施形態の負極端子４０では、電池ケース５０の蓋体５４上に配置されたホルダー４４の上に負極接続部４６のベースプレート４６ａが載置されており、かかるベースプレート４６ａのボルト載置部４６ｃに対向する上部プレート４６ｅのボルト挿通孔４６ｆに極柱ボルト４８が挿通されている。かかる構造の負極端子４０は、負極接続部４６の可撓部４６ｄが撓むことによって上部プレート４６ｅに取り付けられた極柱ボルト４８が回動するように構成されている。

次に、上記した構成の負極端子４０を備えた各々の単電池１０Ａ、１０Ｂをバスバー６０によって接続して組電池１を構築した際に、一方の単電池（第１の単電池１０Ａ）の電池ケース５０に傾きが生じた場合について図６を参照しながら説明する。
図６に示すように、本実施形態に係る組電池１では、第１の単電池１０Ａの負極接続部４６に可撓部４６ｄが設けられており、第１の単電池１０Ａの電池ケース５０に傾きが生じると、かかる電池ケース５０の傾きに応じて、第１の単電池１０Ａの負極接続部４６の可撓部４６ｄが撓んで極柱ボルト４８が電池ケース５０に対して回動する。これによって、電池ケース５０の傾きを可撓部４６ｄで吸収して極柱ボルト３８、４８の軸Ｒに傾きが生じることを防止できる。このため、軸Ｒが傾いた状態で極柱ボルト３８、４８がバスバー６０の挿通孔６２に挿通されることを防止して、バスバー６０に過剰な力が掛かることによる接続不良やバスバー６０の破損などが生じることを防止できる。

なお、本実施形態によれば、図６（ａ）のように２つの単電池１０Ａ、１０Ｂの上端側が近接するように第１の単電池１０Ａの電池ケース５０が傾いた場合であっても、図６（ｂ）のように単電池１０Ａ、１０Ｂの下端側が近接するように第１の単電池１０Ａの電池ケース５０が傾いた場合であっても、当該電池ケース５０の傾きを、第１の単電池１０Ａの負極接続部４６の可撓部４６ｄで吸収することができる。

また、本実施形態に係る組電池では、バスバーに湾曲部を設けて当該湾曲部で電池ケースの傾きを吸収する技術と異なり、電池ケース５０の傾きを吸収するための構造が電極端子（負極端子４０）に設けられているため、隣接して配置された２個の単電池１０Ａ、１０Ｂの間の距離を長くする必要がない。このため、組電池１を大型化させることなく、単電池の電池ケース５０の傾きによるバスバー６０の接続状態の悪化を好適に防止することができる。

なお、極柱ボルト３８、４８を挿通させるバスバー６０の挿通孔６２は、図２に示すように、単電池の配列方向Ｙに沿った長径を有する長円形に形成されていることが好ましい。このような長円形の挿通孔６２が形成されたバスバー６０を用いることによって、電池ケース５０が傾いた際に、極柱ボルト３８、４８を長円形の挿通孔６２の長径に沿って摺動させて、極柱ボルト３８、４８の軸間距離を電池ケース５０の傾きに応じて調整できる。これによって、バスバー６０に過剰な力が掛かることを適切に防止して、接続不良やバスバー６０の破損などの発生をより好適に防止することができる。

また、図５に示すように、負極端子４０のホルダー４４の側壁４４ａは、負極集電部４２の上部プレート４６ｅよりも低くすることが好ましい。これによって、ホルダー４４の側壁４４ａが、負極集電部４２の可撓部４６ｄの動作に干渉することを防止できる。

また、上記した実施形態に係る組電池１では、可撓部４６ｄを備えた外部接続部４６が負極端子４０に用いられ、電池ケース５０の傾きを負極端子４０で吸収するように構成されている。しかし、可撓部を備えた外部接続部は、正極端子に用いてもよいし、正極端子と負極端子の両方に用いてもよい。但し、電極端子に十分な強度を持たせて振動などの外力に対する耐性を強くすることを考慮すると、可撓部を備えた外部接続部は、負極端子と正極端子の何れか一方に設ける方が好ましい。また、各々の電極端子の構造を簡素化して部品コストを削減するという観点からも、可撓部を備えた外部接続部は、負極端子と正極端子の何れか一方に用いる方が好ましい。
また、上記した実施形態では、２個の単電池を備えた組電池を例に挙げて説明をしたが、組電池を構成する単電池の個数は特に限定されず、単電池の数は３個以上であってもよい。

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。

１、１００ 組電池
１０、１０Ａ、１０Ｂ、１１０ 単電池
３０、１３０ 正極端子
３２ 正極端子の集電部（正極集電部）
３２ａ 正極集電部の端部
３４、４４ 外部端子ホルダー
３６ 正極端子の外部接続部（正極接続部）
３６ａ 集電部挿通孔
３６ｂ ボルト挿通孔
３８、４８、１３８、１４８ 極柱ボルト
４０、１４０ 負極端子
４２ 負極端子の集電部（負極集電部）
４２ａ 負極集電部の端部
４４ａ 外部端子ホルダーの側壁
４６ 負極端子の外部接続部（負極接続部）
４６ａ ベースプレート
４６ｂ 集電部挿通孔
４６ｃ ボルト載置部
４６ｄ 可撓部
４６ｅ 上部プレート
４６ｆ ボルト挿通孔
５０、１５０ 電池ケース
５２ ケース本体
５４ 蓋体
６０、１６０ バスバー
６２、１６２ 挿通孔
６４、１６４ ナット
１５０ａ 扁平面
Ｘ 単電池の幅方向
Ｙ 単電池の配列方向
Ｚ 単電池の高さ方向

Claims (1)

1. 電池ケース内に電極体が収容されてなる電池を単電池として該単電池を複数備えた組電池であって、
   前記単電池の各々が相互に隣接して所定の配列方向に配列されているとともに、隣接した第１の単電池の電極端子と第２の単電池の電極端子との間がバスバーを介して電気的に直接接続され、
   各々の前記単電池の前記電極端子は、
   一方の端部が前記電池ケースの外部に露出する集電部と、
   前記バスバーが取り付けられる極柱ボルトと、
   前記集電部と前記極柱ボルトとを接続する外部接続部と
   を備えており、
   ここで、前記第１の単電池の電極端子の外部接続部は、
   一方の端部に前記集電部を挿通させる集電部挿通孔が形成され、他方の端部に前記極柱ボルトを載置させるボルト載置部が形成されているベースプレートと、
   前記ボルト載置部の一方の側縁部から前記単電池の高さ方向に立ち上がる可撓部と、
   前記可撓部の上端から、前記ボルト載置部と対向するように前記単電池の配列方向に沿って延設し、前記極柱ボルトを挿通させるボルト挿通孔が形成されている上部プレートと
   を備えている、組電池。

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