JP2020009604A - 組電池 - Google Patents

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Abstract

【課題】電池の膨張・伸縮に伴い発生する電極の負荷を低減できる組電池を提供する。【解決手段】複数の電池２１〜２６は、両端部から電極タブ２０２が突出され、電極タブ２０２の突出方向Ｄ２と直交する積層方向Ｄ１に積層されている。バスバモジュール４１、４２は、電極タブ２０２に接合され、複数の電極２１〜２６を直列接続するバスバ４０２を有する。アルミプレート５は、複数の電池２１〜２６のうち中央に隣接する電池２３、２４に挟まれている。このアルミプレート５とバスバモジュール４１、４２とが固定されている。【選択図】図２

Description

本発明は、組電池に関する。
上述した組電池として特許文献１に記載されたバッテリモジュールが提案されている。上述したバッテリモジュール１０は、図４に示すように、上下に積層された複数の電池１１１〜１１６と、複数の電池１１１〜１１６の上下に配置されたエンドプレート１２１、１２２と、複数の電池１１１〜１１６を直列接続するためのバスバモジュール１３１、１３２と、を備えている。
電池１１１〜１１６は、端部から電極タブ１１７が突出されている。バスバモジュール１３１、１３２は、複数のバスバ１３３と、バスバ１３３の上下に設けられたスリット（図示せず）と、が設けられている。このバスバモジュール１３１、１３２のスリットに、電極タブ１１７を挿入し、電極タブ１１７とバスバ１３３とを接合することにより、複数の電池１１１〜１１６を直列接続している。上述したバスバモジュール１３１、１３２は、図４の一番左、真ん中に示すように、電池１１１〜１１６の上下に配置されたエンドプレート１２１、１２２に締結されて、固定されている。
上述した電池１１１〜１１６は、充放電に伴い膨張・収縮する。この膨張・伸縮に伴いバスバモジュール１３１、１３２が変形し、電極タブ１１７に負荷が生じ、繰り返しストレスを与えられることで電極タブ１１７の疲労破壊や接合部の離脱などが起こる、という問題があった。また、バスバモジュール１３１、１３２自体も変形して、破損などの恐れがあった。
そこで、図４の一番右に示すように、バスバモジュール１３１、１３２を上下に配置されたエンドプレート１２１、１２２のうち１つのみに締結して、バスバモジュール１３１、１３２の変形を抑制することが考えられる。しかしながら、この場合も、締結されていない側（図中上側）の電池１１１の電極タブ１１７とバスバモジュール１３１、１３２のスリットとに膨張・収縮に伴い大きな位置ズレとして現れる。詳しく説明すると、膨張・伸縮により複数の電池１１１〜１１６全体で例えば±２ｍｍの変動が起こるとすると、締結されていない側の電池１１１の電極タブ１１７とバスバモジュール１３１、１３２のスリットとに最大４ｍｍ分の位置ズレが現れる。このため、電極タブ１１７に負荷が生じ、繰り返しストレスを与えられることで電極タブ１１７の疲労破壊や接合部の離脱などが起こる、という問題があった。
特開２０１３−２２９２６６号公報
本発明は、以上の背景に鑑みてなされたものであり、電池の膨張・伸縮に伴い発生する電極の負荷を低減できる組電池を提供することを目的としている。
本発明の態様である組電池は、両端部各々から電極が突出され、前記電極の突出方向と直交する方向に積層された複数の電池と、前記複数の電池の両端部から各々突出された前記電極が挿入される挿入孔が形成された基板と、前記複数の電池のうち互いに隣接する何れか２つに挟まれた固定プレートと、を備え、前記固定プレートと前記基板とが固定されていることを特徴とする。
また、前記固定プレートがアルミから構成されていてもよい。
また、前記固定プレートは、前記複数の電池のうち中央に隣接する２つに挟まれていてもよい。
以上説明した態様によれば、電池の膨張・伸縮に伴い発生する電極の負荷を低減できる。
本発明の組電池としてのバッテリモジュールの一実施形態を示す分解斜視図である。 図１に示すバッテリモジュールの電池の膨張時、収縮時における概略側面図である。 他の実施形態を示すバッテリモジュールの一部を断面とした概略側面図である。 従来のバッテリモジュールの問題点を説明するための側面図である。
以下、本発明の一実施形態を、図１及び図２に基づいて説明する。同図に示すように、バッテリモジュール１は、積層された複数の電池２１〜２６と、複数の電池２１〜２６の積層方向Ｄ１両側に位置付けられた一対のエンドプレート３１、３２と、複数の電池２１〜２６を直列接続するための一対のバスバモジュール４１、４２と、１枚のアルミプレート５（固定プレート）と、を備えている。
複数の電池２１〜２６は各々、例えばリチウム二次電池からなるラミネート型電池から構成され、積層方向Ｄ１が薄い扁平な電池である。複数の電池２１〜２６は、積層方向Ｄ１一方側から見て矩形状の電池本体２０１と、帯状の一対の電極タブ２０２，２０２（電極）と、を有している。一対の電極タブ２０２，２０２は、電池本体２０１の短辺となる両端部の中央からそれぞれ突出している。これにより、電極タブ２０２，２０２の突出方向Ｄ２は、積層方向Ｄ１と直交する方向となる。
また、上記一対の電極タブ２０２，２０２の一方が、電池２１〜２６の正極、他方が電池２１〜２６の負極となる。複数の電池２１〜２６は、正極となる電極タブ２０２と負極となる電極タブ２０２とが交互となるように、交互の向きで積層されている。そして、後述するバスバ４０２により隣接する正極となる電極タブ２０２と負極となる電極タブ２０２とを互いに接続することで、複数の電池２１〜２６が直列に接続する。
一対のエンドプレート３１、３２は、硬質合成樹脂や金属材料（鉄、アルミニウム、ステンレススティール等）からなる長方形の板状部材であり、複数の電池２１〜２６の積層方向Ｄ１両側に配置される、これにより、複数の電池２１〜２６は、積層方向Ｄ１両側がこの一対のエンドプレート３１、３２に挟まれている。また、一対のエンドプレート３１、３２は、積層方向Ｄ１に対して垂直に配置される。
一対のバスバモジュール４１、４２は各々、板状に形成され、複数の電池２１〜２６の突出方向Ｄ２両側に配置されている。これにより、複数の電池２１〜２６は、突出方向Ｄ２両側がこの一対のバスバモジュール４１、４２に挟まれている。また、一対のバスバモジュール４１、４２は、突出方向Ｄ２に対して垂直に配置される。
また、一対のバスバモジュール４１、４２は各々、基板４０１と、この基板４０１に支持されたバスバ４０２と、を有している。基板４０１は、合成樹脂などから構成され、突出方向Ｄ２側からみて矩形状に形成されている。バスバ４０２は、銅ないし真鍮などの金属部材で構成され、電極タブ２０２が溶接やハンダ付けなどによって接合される。上記バスバ４０２は、基板４０１の外側面つまり電池２１〜２６側とは反対側となる面に露出して支持されている。本実施形態では、基板４０１の形成時にバスバ４０２が一体にモールドされているが、基板４０１を形成した後に何らかの手段でバスバ４０２を取り付けるようにしてもよい。
また、バスバ４０１は、積層方向Ｄ１及び突出方向Ｄ２の双方に直交する直交方向Ｄ３に長尺な直線状に形成され、積層方向Ｄ１に複数、並べて設けられている。バスバ４０１の数は、互いに接続する正負の電極タブ２０２の組み合わせの数だけ設けられている。本実施形態では、突出方向Ｄ２一方側（図２中の左側）のバスバモジュール４１においては３つのバスバ４０２が設けられ、突出方向Ｄ２他方側（図２中の右側）のバスバモジュール４２においては２つのバスバ４０２が設けられている。
また、基板４０１には、上記電極タブ２０２を通す６つの挿入孔としてのスリットＳＬ（図１）が積層方向Ｄ１に並べて形成されている。スリットＳＬは、直交方向Ｄ３に長尺な直線状に形成されている。バスバモジュール４１において６つのスリットＳＬは、３つのバスバ４０２の積層方向Ｄ１両端縁に沿って形成されている。バスバモジュール４１の６つのスリットＳＬにそれぞれ挿入された電極タブ２０２は、バスバ４０２の積層方向Ｄ１両端縁から突出し、バスバ４０２の表面に沿うように折り曲げられた後、バスバ４０２に接合される。
バスバモジュール４２において中央の４つのスリットＳＬは、２つのバスバ４０２の積層方向Ｄ１両端縁に沿って形成されている。バスバモジュール４２に設けられた中央の４つのスリットＳＬにそれぞれ挿入された電極タブ２０２は、バスバ４０２の積層方向Ｄ１両端縁から突出し、バスバ４０２の表面に沿うように折り曲げられた後、バスバ４０２に接合される。バスバモジュール４２に設けられた両端の２つのスリットＳＬにそれぞれ挿入された電極タブ２０２は、基板４０１から突出し、バッテリモジュール１の電極となる。
また、基板４０１の積層方向ｄ１略中央には後述するアルミプレート５の両端を挿入する溝Ｇが形成されている。溝Ｇは、直交方向Ｄ３に沿って形成されている。
アルミプレート５は、電池本体２０２とほぼ同じ大きさ、同じ厚さの板状に設けられている。アルミプレート５は、複数の電池２１〜２６のうち中央に隣接する２つの電池２３、２４に挟まれて配置されている。アルミプレート５は、２つの電池２３、２４に挟まれることにより、積層方向Ｄ１が電池２１〜２６に固定される。
また、このアルミプレート５の突出方向Ｄ２両端部が、バスバモジュール４１、４２の溝Ｇに嵌め込まれる。これにより、アルミプレート５とバスバモジュール４１、４２とが固定される。なお、バスバモジュール４１、４２はエンドプレート３１、３２に固定されていない。
なお、「複数の電池２１〜２６のうち中央に隣接する２つ」とは、以下に述べることを意味する。即ち、本実施形態のように、複数の電池２１〜２６の数が６つ（即ち、偶数）である場合、アルミプレート５を挟んだ積層方向Ｄ１一方側（図２中の上側）の電池２１〜２３の数と、他方側（図２中の下側）の電池２４〜２６の数と、が同数になるような２つの電池２３、２４であることを意味する。
これに対して、複数の電池２１〜２５の数が本実施形態より一つ少ない５つ（即ち、奇数）である場合、積層方向Ｄ１の真ん中の電池２３と、この真ん中の電池２３に対して積層方向Ｄ１一方側に隣接する電池２２又は積層方向Ｄ１他方側に隣接する電池２４と、であることを意味する。
上述したバッテリモジュール１によれば、複数の電池２１〜２６のうち中央に隣接する２つの電池２３、２４にアルミプレート５を挟み、アルミプレート５と、バスバモジュール１と、を固定している。これにより、アルミプレート５とバスバモジュール４１、４２とが固定されているため、車両が振動しても、バスバモジュール４１、４２と電池２１〜２６とが一緒に動くため、電極タブ２０２に負荷が与えられることがない。また、バスバモジュール４１、４２はエンドプレート３１、３２に固定されていないため、電池２１〜２６が膨張・収縮して、積層方向Ｄ１の寸法が変動しても、バスバモジュール４１、４２が変形することがない。
しかも、アルミプレート５を中心にバスバモジュール４１、４２のスリットＳＬと電極タブ２０２との位置ズレが発生するため、図４に示す従来の片側締結時に比べて位置ズレを半減することができる。具体的に説明すると、膨張・伸縮により複数の電池２１〜２６全体で例えば±２ｍｍの変動が起こるとすると、締結されていない側の電池２１の電極タブ２０２とバスバモジュール４１、４２のスリットＳＬとには最大４ｍｍ分の位置ズレが現れる。これに対して、本実施形態によれば、積層方向Ｄ１両端にある電池２１、２６の電極タブ２０２とバスバモジュール４１、４２のスリットＳＬとの位置ズレは半分の２ｍｍとなり、電池２１〜２６の膨張・伸縮に伴い発生する電極タブ２０２の負荷を低減できる。
また、上述した実施形態によれば、固定プレートとしてアルミからなるアルミプレート５を用いていた。これにより、電池２１〜２６の冷却効果も得ることができる。
また、上述した実施形態によれば、複数の電池２１〜２６のうち中央に隣接する２つの電池２３、２４にアルミプレート５を挟んでいる。これにより、上述したように位置ズレを半分にできるだけでなく、温度が高くなる中央にアルミプレート５を挿入することで、より一層、冷却効果を得ることができる。
なお、上述した実施形態によれば、固定プレートはアルミプレート５から構成されていたが、これに限ったものではない。固定プレートとしては２つの電池２３、２４に挟んでバスバモジュール４１、４２を固定できるものであればよく、合成樹脂などから構成されていてもよい。
また、上述した実施形態によれば、複数の電池２１〜２６のうち中央に隣接する２つの電池２３、２４にアルミプレート５を挟んでいたが、これに限ったものではない。アルミプレート５は、複数の電池２１〜２６のうち互いに隣接する何れか２つに挟まれていればよく、例えば、電池２１と電池２２との間に挟まれていてもよい。この場合も、膨張・伸縮により複数の電池２１〜２６全体で例えば±２ｍｍの変動が起こるとすると、積層方向Ｄ２一端にある電池２１の電極タブ２０２とバスバモジュール４１、４２のスリットＳＬとの位置ズレは４ｍｍよりも小さくなり、電極タブ２０２の負荷を低減することができる。
また、上述した実施形態によれば、バスバモジュール４１、４２はエンドプレート３１、３２に固定されていないが、これに限ったものではない。バスバモジュール４１、４２の基板４０１をゴムのような弾性部材で構成して収縮機能を持たせれば、バスバモジュール４１、４２をエンドプレート３１、３２に締結するようにしてもよい。
また、上述した実施形態によれば、アルミプレート５をバスバモジュール４１、４２の溝Ｇに嵌め込んで積層方向Ｄ１が動かないように固定していたいが、これに限ったものではない。アルミプレート５にバスバモジュール４１、４２に重ねるタブを設けて、ネジで締結して固定するようにしてもよい。
また、上述した実施形態によれば、基板４０１に支持されたバスバ４０２を用いて電池２１〜２６の電極タブ２０２を接続していたが、これに限ったものではない。本発明は、互いに隣接する電池２１〜２６の電極タブ２０２同士を接続して、複数の電池２１〜２６を直列接続するために、電極タブ２０２を挿入する基板４０１があればよく、例えば、図３に示すように、バスバ４０２を用いずに、電極タブ２０２同士を溶接してもよい。
なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。即ち、本発明の骨子を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。
１ バッテリモジュール（組電池）
５ アルミプレート（固定プレート）
２１〜２６ 電池
４０１ 基板
２０２ 電極タブ（電極）
４０２ バスバ
Ｄ２ 突出方向
ＳＬ スリット（挿入孔）

Claims (3)

  1. 両端部各々から電極が突出され、前記電極の突出方向と直交する方向に積層された複数の電池と、
    前記複数の電池の両端部から各々突出された前記電極が挿入される挿入孔が形成された基板と、
    前記複数の電池のうち互いに隣接する何れか２つに挟まれた固定プレートと、を備え、
    前記固定プレートと前記基板とが固定されていることを特徴とする組電池。
  2. 前記固定プレートがアルミから構成されていることを特徴とする請求項１に記載の組電池。
  3. 前記固定プレートは、前記複数の電池のうち中央に隣接する２つに挟まれていることを特徴とする請求項１又は２に記載の組電池。
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