JP2018081888A - 組電池 - Google Patents

Abstract

【課題】組電池を構成する各々の単電池が上下動した場合にバスバーに掛かる力を低減させて、バスバーの破損や接続不良の発生などの接続状態の悪化の発生を適切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では、隣接する２つの単電池の電極端子４０がバスバー６０を介して接続されている。そして、電極端子４０は、集電部４２と、取付ボルト４８と、外部接続部４６とを備えている。ここで、少なくとも何れか１つの単電池の電極端子４０において、外部接続部４６は、集電部４２を挿通させる集電部挿通孔４６ｃと、取付ボルト４８が装着されるボルト装着孔４６ｂと、集電部挿通孔４６ｃとボルト装着孔４６ｂとの間に形成された中間部であって、該ボルト装着孔４６ｂに装着された取付ボルト４８が該ボルトの軸方向の両方向に移動可能に該両方向に屈曲し得る屈曲中間部４６ａとを備えている。【選択図】図３

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などの二次電池を単電池とし、当該単電池を複数備えた組電池は、車両搭載用電源などに好ましく用いられている。かかる組電池は、複数の単電池を配列し、該配列された各々の単電池の電極端子（正極端子および負極端子）の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。かかる組電池における電極端子とバスバーとの接続部分の構造の一例が特許文献１に開示されている。

かかる組電池の具体例を図７に示す。図７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個備えている。当該単電池１１０の正極端子１３０と負極端子１４０は、それぞれ、上方に突出した取付ボルト１３８、１４８と、板状の外部接続部１３６、１４６とを備えている。そして、バスバー１６０の挿通孔１６２に取付ボルト１３８、１４８を挿通させ、外部接続部１３６、１４６の上面１３６ａ、１４６ａにバスバー１６０を載置した状態で、取付ボルト１３８、１４８にナット１６４を締め付けることによって正極端子１３０と負極端子１４０とを電気的に接続している。

国際公開第２０１３／０３０８８０号

しかしながら、上記した構造の組電池１００においては、部品寸法のばらつきや振動・衝撃などの外力によって、各々の単電池１１０が高さ方向Ｚに上下動することがある。このような場合、各々の単電池１１０の取付ボルト１３８、１４８を接続するバスバー１６０に過剰な力が掛かって、バスバー１６０の破損や接続不良の発生などの接続状態の悪化が生じる虞がある。

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、組電池を構成する各々の単電池が上下動した場合にバスバーに掛かる力を低減させて、バスバーの破損や接続不良の発生などの接続状態の悪化の発生を適切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、複数の単電池の各々は、相互に隣接して配列されており、隣接する２つの単電池において、一方の単電池の電極端子と他方の単電池の電極端子との間は、バスバーを介して電気的に直接接続されている。
そして、電極端子の各々は、電極体と電気的に接続された集電部であって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取付ボルトと、集電部と取付ボルトとを接続する板状の外部接続部とを備えている。
ここで、隣接する２つの単電池のうちの少なくとも何れか１つの単電池の電極端子において、外部接続部は、一方の端部に形成され集電部を挿通させる集電部挿通孔と、他方の端部に形成され取付ボルトが装着されるボルト装着孔と、集電部挿通孔とボルト装着孔との間に形成された中間部であって該ボルト装着孔に装着された取付ボルトが該ボルトの軸方向の両方向に移動可能に該両方向に屈曲し得る屈曲中間部とを備えている。

ここで開示される組電池では、電極端子の外部接続部に、取付ボルトの軸方向の両方向に屈曲可能な屈曲中間部が設けられており、当該屈曲中間部を屈曲させることによって、外部接続部のボルト装着孔に装着された取付ボルトを該ボルトの軸方向の両方向に移動させることができる。これによって、組電池を構成する各々の単電池が外力などによって移動した場合に、かかる単電池の移動に合わせて取付ボルトを移動させて、当該取付ボルトに取り付けられたバスバーを略水平に維持することができるため、単電池の移動によってバスバーに掛かる力を従来よりも低減させ、バスバーの破損や接続不良の発生などの接続状態の悪化を適切に防止することができる。

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用いられる単電池の正極端子周辺の構造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用いられる単電池の負極端子周辺の構造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、第２の単電池が取付ボルトの軸方向に移動した場合の動作を説明する図である。 本発明の他の実施形態に係る組電池に用いられる単電池の負極端子周辺の構造を模式的に示す断面図である。 本発明の他の実施形態に係る組電池を説明する平面図である。 従来の組電池を模式的に示す断面図である。

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を２個備えており、当該２個の単電池１０Ａ、１０Ｂが相互に隣接して配列方向Ｙに沿って配列されている。以下、かかる２個の単電池のうち、一方を第１の単電池１０Ａと称し、他方を第２の単電池１０Ｂと称する。そして、第１の単電池１０Ａの負極端子４０と第２の単電池１０Ｂの正極端子３０との間はバスバー６０を介して電気的に直接接続されている。
なお、本実施形態では、上記したように、第１の単電池１０Ａと第２の単電池１０Ｂの２個の単電池を備えた組電池１を例に挙げて説明するが、組電池を構成する単電池の個数は特に限定されない。

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。
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。かかる電極体には、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が用いられる。
なお、電極体を構成する部材（正極、負極、セパレータ等）の材料は、一般的なリチウムイオン二次電池に用いられるものを制限なく使用することができ、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、電解質についても、一般的なリチウムイオン二次電池に用いられるものを制限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、電極端子（正極端子３０および負極端子４０）が設けられている。以下、本実施形態に係る組電池を構成する各々の単電池１０Ａ、１０Ｂの電極端子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
先ず、電池ケース５０の蓋体５４に設けられた一対の電極端子のうち、正極端子３０を説明する。図２は本実施形態に係る組電池に用いられる単電池の正極端子周辺の構造を模式的に示す断面図である。本実施の形態に係る組電池を構成する各々の単電池の正極端子３０は、集電部３２と、取付ボルト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、長尺の導電性部材であり、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、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。また、電池ケース５０の内部において、正極集電部３２と蓋体５４との間には絶縁性のガスケット３９が配置されている。

取付ボルト３８は、バスバー６０が取り付けられる柱状の部材である。本実施形態においては、当該取付ボルト３８の軸方向と単電池の高さ方向Ｚとが一致するように、取付ボルト３８が高さ方向Ｚの上方に向かって突出している。かかる取付ボルト３８の外周面には、ネジ溝（図示省略）が形成されており、単電池の配列方向Ｙ（図１参照）に延びる平板状のバスバー６０の挿通孔に取付ボルト３８を挿通させた後に、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と取付ボルト３８とを電気的に接続する板状部材であって、外部接続部３６の上面３６ｄに上記したバスバー６０が載置される。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、単電池の幅方向Ｘに延びており、一方の端部に正極集電部３２を挿通させる集電部挿通孔３６ｂが形成され、他方の端部に取付ボルト３８が装着されるボルト装着孔３６ａが形成されている。

また、正極接続部３６と電池ケース５０（蓋体５４）との間には、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）から構成されたホルダー３４が配置されている。ホルダー３４には、取付ボルト３８の下部を収容する凹部３４ｂが設けられている。また、ホルダー３４の外周縁部には、ホルダー３４の上面３４ｃに載置された正極接続部３６の外縁を覆うように外壁部３４ａが立設している。

（２）負極端子
次に、負極端子４０について説明する。図３は本実施形態に係る組電池に用いられる単電池の負極端子周辺の構造を模式的に示す断面図である。
図３に示すように、負極端子４０は、上記した正極端子３０と同様に、集電部（負極集電部）４２と、取付ボルト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、以下では主に外部接続部４６の構造を説明し、集電部４２、取付ボルト４８、ガスケット４９の詳細な説明を省略する。

本実施形態における負極端子４０の外部接続部（負極接続部）４６は、負極集電部４２と取付ボルト４８とを電気的に接続する板状の導電性部材であるという点においては、正極接続部３６と同じである。しかし、本実施形態の負極接続部４６には屈曲中間部４６ａが設けられており、当該屈曲中間部４６ａが、取付ボルト４８の軸方向の両方向（高さ方向Ｚの上方と下方）に屈曲し得るように構成されている点が、上記した正極接続部３６と異なる。

具体的には、本実施形態の負極接続部４６では、集電部挿通孔４６ｃとボルト装着孔４６ｂとの中間部（すなわち、単電池の幅方向Ｘにおける負極接続部４６の中央部）に、屈曲中間部４６ａが設けられている。そして、本実施形態における屈曲中間部４６ａは、負極接続部４６の他の部分よりも厚みが薄くなるように形成されている。また、屈曲中間部４６ａがホルダー４４の上面４４ｃに接していると、当該屈曲中間部４６ａをボルト軸方向の下方に屈曲させることができなくなるため、本実施形態における屈曲中間部４６ａは、ホルダー４４の上面４４ｃに接しないように、ボルト装着孔４６ｂに向かって斜め上方に立ち上がるように形成されている。本実施形態における負極接続部４６は、このようにして屈曲中間部４６ａをボルト軸方向（単電池の高さ方向Ｚ）の上方と下方の両方向に屈曲可能に構成している。
そして、本実施形態における負極端子４０では、負極接続部４６の屈曲中間部４６ａを上方（または下方）屈曲させることによって、ボルト装着孔４６ｂに装着された取付ボルト４８を軸方向の上方（または下方）に移動させることができる。

３．電池ケースが上下動した場合の動作
次に、本実施形態に係る組電池１を構築する２個の単電池１０Ａ、１０Ｂのうち、第２の単電池１０Ｂに外力が掛かってボルト軸方向に移動した場合について図４を参照しながら説明する。図４中の（ａ）は第２の単電池１０Ｂがボルト軸方向の上方に移動した場合を示し、（ｂ）は第２の単電池１０Ｂがボルト軸方向の下方に移動した場合を示している。

本実施形態に係る組電池１では、上記したように、負極接続部４６に屈曲中間部４６ａが設けられており、当該屈曲中間部４６ａがボルト軸方向の両方向に屈曲可能に構成されているため、負極接続部４６に装着された取付ボルト４８を該ボルト軸方向の両方向に移動させることができる。このため、外力などによって第２の単電池１０Ｂが上下動した場合に、かかる第２の単電池１０Ｂの上下動に合わせて取付ボルト４８を移動させることによって、各々の取付ボルト３８、４８の高さ方向Ｚの位置がずれることを防止することができ、該取付ボルト３８、４８に取り付けられたバスバー６０を略水平に維持することができる。これによって、バスバーに掛かる力を低減することができるため、バスバーの破損や接続不良の発生などの接続状態の悪化の発生を適切に防止することができる。

例えば、図４（ａ）のように第２の単電池１０Ｂが上方に移動した場合、負極接続部４６の屈曲中間部４６ａ（図３参照）が上方に屈曲し、負極接続部４６に装着された取付ボルト４８が軸方向の上方に移動する。これによって、第１の単電池１０Ａの取付ボルト４８と、第２の単電池１０Ｂの取付ボルト３８との間で、高さ方向Ｚにおける位置ずれが生じることを防止して、バスバー６０を略水平に維持することができるため、バスバー６０に掛かる力を低減して接続状態の悪化を防止することができる。

また、本実施形態の負極接続部４６の屈曲中間部４６ａは、ボルト軸方向（高さ方向Ｚ）の下方にも屈曲させることができるように構成されているため、図４（ｂ）に示すように第２の単電池１０Ｂが軸方向の下方に移動した場合であっても、かかる第２の単電池１０Ｂの移動に合わせて第１の単電池１０Ａの取付ボルト４８を下方に移動させて、バスバー６０を略水平に維持することができる。

上記の説明では、第２の単電池１０Ｂが上下動した場合を例に挙げているが、本実施形態に係る組電池１によれば、第１の単電池１０Ａが上下動した場合も同様に、かかる第１の単電池１０Ａの上下動に合わせて、当該第１の単電池１０Ａの電池ケース５０に対して相対的に取付ボルト４８を移動させ、バスバー６０を略水平に維持することができるため、バスバー６０に過剰な力が掛かって接続状態が悪化することを防止できる。

なお、上記した実施形態に係る組電池１では、負極端子４０側の取付ボルト４８を軸方向の両方向に移動可能に構成している一方で、正極端子３０の取付ボルト３８を電池ケース５０に固定している。しかし、ここで開示される組電池は、これに限定されず、例えば、負極端子の取付ボルトを固定し、正極端子の取付ボルトを移動可能に構成してもよいし、バスバーによって接続された両方の取付ボルトを移動可能に構成してもよい。
但し、上記した実施形態のように、バスバー６０によって接続された一対の取付ボルト３８、４８のうち、一方の取付ボルト３８を電池ケース５０に固定し、他方の取付ボルト４８を移動可能に構成すると、両方の取付ボルトを移動可能にした場合に比べて、容易にバスバー６０を略水平に維持することができる。また、取付ボルトが固定された方の電極端子の強度を十分に確保することができるとともに、かかる電極端子の構造を簡素にして部品コストの低減に貢献することもできる。
また、両方の取付ボルトを移動可能に構成する場合には、一方の取付ボルトのボルト軸方向における移動可能長さを、他方の取付ボルトの移動可能長さの１／１０以下にすることが好ましい。これによって、バスバーを略水平に維持することが容易になる。

また、図５に示すように、本実施形態においては、屈曲中間部４６ａが屈曲することによって負極接続部４６の上面４６ｄが上下するが、負極端子４０のホルダー４４の外壁部４４ａの高さｈ１は、屈曲中間部４６ａがホルダー４４の上面４４ｃに接触した際の負極接続部４６の上面４６ｄの高さｈ２よりも低くなるように設定することが好ましい。具体的には、かかる上面４６ｄの高さｈ２よりも、ホルダー４４の外壁部４４ａの高さｈ１を高くすると、取付ボルト４８を軸方向の下方に移動させる際に、負極接続部４６の上面４６ｄに載置されたバスバー６０がホルダー４４の外壁部４４ａに干渉して、取付ボルト４８の下方への移動が規制される虞がある。なお、図５では、負極接続部４６の上面４６ｄが上下する様子を示すために、バスバー６０とナット６４の記載を省略しているが、図３と同様にバスバー６０は負極接続部４６の上面４６ｄに載置されている。

また、負極接続部４６のボルト装着孔４６ｂは、単電池の幅方向Ｘ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。図５に示すように、負極接続部４６の屈曲中間部４６ａを屈曲させて取付ボルト４８を軸方向に移動させると、当該取付ボルト４８の移動に応じてボルト装着孔４６ｂの幅方向Ｘの位置が若干変動する。このため、ボルト装着孔４６ｂを幅方向Ｘに沿った長径を有する長円形とし、ボルト装着孔４６ｂの壁面と取付ボルト４８との間に一定の隙間を設けることによって、ボルト装着孔４６ｂの壁面に取付ボルト４８が接触して取付ボルト４８の位置がずれることを防止できる。これによって、ナット６４の締付けに用いる器具の調整の頻度を減少させて製造効率を向上させることができる。

また、上記した実施形態における屈曲中間部４６ａは、厚みを負極接続部４６の他の部分よりも薄くすることによって屈曲し得るように構成されているが、屈曲中間部は軸方向の両方向に屈曲し得るように構成されていればよく、その具体的な構造は上記の実施形態に限定されない。
例えば、図６に示す実施形態に係る組電池では、負極接続部４６の屈曲中間部４６ａが、負極接続部４６の他の部分よりも幅狭に形成されている。そして、かかる幅狭の屈曲中間部４６ａは、上記した実施形態と同様に、ホルダー４４の上面４４ｃ接触しないように、取付ボルト４８に向かって斜め上方に立ち上がるように形成されている。これによって、屈曲中間部４６ａをボルト軸方向の上方と下方の両方向に適切に屈曲させることができる。
そして、このような幅狭の屈曲中間部４６ａは、打ち抜き加工によって比較的容易に形成することができるため、製造コストの削減に貢献することができる。

なお、上記の説明では、ここで開示される組電池を縦置きの状態で使用した場合について説明をしたが、ここで開示される組電池は横置きの状態で使用することもできる。かかる組電池を横置きの状態で使用した場合には、取付ボルトの軸方向が横方向と一致するため、横方向からの外力によって単電池が移動した場合の接続状態の悪化を適切に防止することができる。

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
１０Ａ、１０Ｂ、１１０ 単電池
３０、１３０ 正極端子
３２ 集電部（正極集電部）
３２ａ 正極集電部の端部
３４、４４ ホルダー
３４ａ、４４ａ 外壁部
３４ｂ、４４ｂ 凹部
３４ｃ、４４ｃ ホルダーの上面
３６ 外部接続部（正極接続部）
３６ａ、４６ｂ ボルト装着孔
３６ｂ、４６ｃ 集電部挿通孔
３６ｄ 正極接続部の上面
３８、４８、１３８、１４８ 取付ボルト
３９、４９ ガスケット
４０、１４０ 負極端子
４２ 集電部（負極集電部）
４６ 外部接続部（負極接続部）
４６ａ 屈曲中間部
４６ｄ 負極接続部の上面
５０、１５０ 電池ケース
５２ ケース本体
５４ 蓋体
６０、１６０ バスバー
６４、１６４ ナット
１３６、１４６ 外部接続部
１３６ａ、１４６ａ 外部接続部の上面
１６２ 挿通孔
ｈ１ 外壁部の高さ
ｈ２ 負極接続部の上面の高さ
Ｘ 単電池の幅方向
Ｙ 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、
   前記複数の単電池の各々は、相互に隣接して配列されており、
   隣接する２つの単電池において、一方の単電池の電極端子と他方の単電池の電極端子との間は、バスバーを介して電気的に直接接続されており、
   前記電極端子の各々は、
   前記電極体と電気的に接続された集電部であって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取付ボルトと、
   前記集電部と前記取付ボルトとを接続する板状の外部接続部と
   を備えており、
   ここで、前記隣接する２つの単電池のうちの少なくとも何れか１つの単電池の前記電極端子において、前記外部接続部は、
   一方の端部に形成され、前記集電部を挿通させる集電部挿通孔と、
   他方の端部に形成され、前記取付ボルトが装着されるボルト装着孔と、
   前記集電部挿通孔と前記ボルト装着孔との間に形成された中間部であって、該ボルト装着孔に装着された前記取付ボルトが該ボルトの軸方向の両方向に移動可能に該両方向に屈曲し得る屈曲中間部と
   を備えている、組電池。
   

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