JP2021197250A

JP2021197250A - 組電池

Info

Publication number: JP2021197250A
Application number: JP2020101822A
Authority: JP
Inventors: 雄司片山; Yuji Katayama
Original assignee: Primearth EV Energy Co Ltd
Current assignee: Primearth EV Energy Co Ltd
Priority date: 2020-06-11
Filing date: 2020-06-11
Publication date: 2021-12-27
Anticipated expiration: 2040-06-11
Also published as: JP7295060B2

Abstract

【課題】従来の組電池では、組電池の組み立て工程が煩雑である問題があった。【解決手段】本発明の組電池は、積層されるように並べられる複数の電池セル１０〜１３と、隣接する電池セルの間に挟まれるスペーサ２０ａ〜２３ａと、隣接する電池セルの正極と負極とを電気的に接続する複数のバスバー３０、３２と、複数のバスバーの１つを囲むように取り付けられる複数のバスバー抑え枠４０、４２と、を有し、複数のバスバー抑え枠４０、４２は、複数の電池セルの積層方向に隣接する枠同士が積層方向に長さが可変する弾性部材４０ａにより接続される。【選択図】図１

Description

本発明は、例えば、車両の駆動用バッテリとして利用される組電池に関する。

自動車等の車両では、駆動用電力を供給するために、複数の電池を組み合わせた組電池が用いられる。組電池は、複数の電池セルを積層するように重ね、積層した電池を直列接続した電池スタックを少なくとも１つ含む。そして、電池スタックでは、電池セルとスペーサとを交互に積層する。スペーサは、電池スタックの幅（例えば、積層方向の長さ）の調整或いは電池セルの冷却風の通路を構成するものである。しかしながら、電池セルは、膨張や圧縮量の違いにより電池セルの間隔のばらつきが大きくなる特徴がある。そこで、電池スタックの間隔にばらつきがあっても組立を容易にする技術が特許文献１に開示されている。

特許文献１に記載の組電池の製造方法は、厚み方向に積層される複数の電池を備える組電池に対して、積層方向に隣り合う各電池の端子に、各電池を電気的に接続する接続部材を締結する組電池の製造方法であって、組電池に対して離間した位置に配置され、積層方向に沿って順に、各電池の端子に接続部材を締結する締結手段と、各電池の個数と同一の個数だけ積層方向に並べられ、締結手段による接続部材の締結位置を規定する複数の位置決め手段と、積層方向に伸縮可能に構成され、各位置決め手段を支持するとともに、伸縮量に応じて各位置決め手段の積層方向の間隔を調整する伸縮手段と、を用い、締結手段および組電池は、少なくともいずれか一方が、他方に対して積層方向に移動可能であるとともに、少なくともいずれか一方が、他方に対して近接離間方向に移動可能であり、組電池の製造方法は、接続部材を締結する前に、積層方向における組電池の一端部から他端部までの長さ寸法に対応する長さ寸法に、伸縮手段を伸縮させることで、各位置決め手段の積層方向の間隔を調整する調整工程を行い、接続部材を締結するときに、積層方向の間隔を調整した各位置決め手段の位置と、締結位置とを合わせることにより、締結位置を補正する補正工程を行う。

特開２０１２−２２１８４８号公報

しかしながら、特許文献１に記載の技術では、極柱とバスバーを締結するナットランナーの位置ズレを補正するものであり、ナットを用いない組電池に応用するとが出来ない問題がある。近年、極柱とバスバーをレーザー溶接する事が行われるようになってきており、このようなボルトとナットを用いずに極柱とバスバーを電気的に接続する組電池における、電池セル間の間隔ズレに対応する技術が望まれている。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、組電池の組み立てを容易にすることを目的とするものである。

本発明の組電池の一態様は、積層されるように並べられる複数の電池セルと、隣接する前記電池セルの間に挟まれるスペーサと、隣接する前記電池セルの正極と負極とを電気的に接続する複数のバスバーと、前記複数のバスバーの１つを囲むように取り付けられる複数のバスバー抑え枠と、を有し、前記複数のバスバー抑え枠は、前記複数の電池セルの積層方向に隣接する枠同士が前記積層方向に長さが可変する弾性部材により接続される。

本発明の組電池は、バスバー抑え枠の間隔が弾性部材により可変するため、電池セル間の間隔にズレが生じても、電池セル間の間隔ズレを補正する必要がない。

本発明の組電池によれば、組電池の組み立てを容易にすることができる。

実施の形態１にかかる組電池の一部の斜視図である。実施の形態１にかかる組電池の一部の上面図である。実施の形態１にかかる組電池の一部の断面図である。実施の形態１にかかる組電池のバスバー抑え枠の変形例を説明する断面図である。

実施の形態１
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。説明の明確化のため、以下の記載及び図面は、適宜、省略、及び簡略化がなされている。各図面において、同一の要素には同一の符号が付されており、必要に応じて重複説明は省略されている。

以下で説明する組電池は、複数の電池セルが直列接続され１つの電池として機能する電池スタックの１つを説明するが、組電池は、複数の電池スタックが並列接続されていてもよい。また、以下では、実施の形態１にかかる組電池の特徴の１つである組電池の構造的な特徴について説明する。

図１に実施の形態１にかかる組電池の一部の斜視図を示す。図１では、１つの電池スタックのうち４つの電池セルの片側の電極部分についての斜視図を示した。図１に示す例では、電池セル１０〜１３とスペーサ２０ａ〜２３ａとが示されている。そして、電池スタックでは、電池セルとスペーサが交互に積層される。また積層の形態は、電池セルの厚み方向に積層方向が進むように電池セルとスペーサとが積層されるものである。ここで、以下の説明では、電池セルとスペーサとが積層される方向を積層方向と称し、電池セルの極柱が設けられる面から離れる方向を高さ方向と称す。なお、図１に示す例では、スペーサ２０ａ〜２３ａにはスペーサ枠２０ｂ〜２３ｂが設けられる。スペーサとスペーサ枠は一体に形成されるものである。

実施の形態１にかかる組電池１では、積層方向と直交する方向に存在する面に電池セルの極柱が設けられる。また、実施の形態１にかかる組電池１では、隣り合う電池セルについては、一方の電池セルの正極極柱と他方の電池セルの負極極柱が隣り合うように電池セルが積層される。つまり、積層方向でみると一直線上に正極極柱と負極極柱が交互に並ぶ。そして、ｎ（ｎは奇数とする）番目の電池セルの正極極柱とｎ＋１番目の電池セルの負極極柱をバスバーで接続する。図１に示す例では、１番目の電池セル１０の正極極柱と２番目の電池セル１１の負極とがバスバー３０により接続され、３番目の電池セル１２の正極極柱と４番目の電池セル１３の負極極柱がバスバー３２により接続される。

また、実施の形態１にかかる組電池１では、バスバー毎にバスバー抑え枠が設けられ、隣接するバスバー抑え枠同士を弾性部材で連結する。バスバー抑え枠４０は、バスバーを電池セル側に押し付ける抑え治具であり、バスバー３０を囲むような枠形状を有する。また、バスバー抑え枠は、スペーサ枠に設けられるスペーサ枠抑え爪によりスペーサ枠と連結される。

図１では、バスバー３０に対してバスバー抑え枠４０が設けられ、バスバー抑え枠４０は、スペーサ枠抑え爪２０ｃによりスペーサ枠２０ｂと連結される。バスバー３２に対してバスバー抑え枠４２が設けられ、バスバー抑え枠４２は、スペーサ枠抑え爪２２ｃによりスペーサ枠２２ｂと連結される。また、図１に示すように、バスバー抑え枠４０とバスバー抑え枠４２は、弾性部材４０ａにより連結される。そして、弾性部材４０ａは、板状部材が折り曲げられるアコーディオン形状を有する。またバスバー抑え枠４２には弾性部材４２ａが設けられるが、弾性部材４２ａは図示しないバスバー抑え枠４２に隣接するバスバー抑え枠とバスバー抑え枠４０とを連結する。なお、バスバー抑え枠と弾性部材は、同じ素材で形成される。また、バスバー抑え枠と弾性部材は、バスバーと他の部品とを絶縁するために絶縁性の樹脂で形成される。

続いて、バスバー抑え枠について詳細に説明する。図２に実施の形態１にかかる組電池の一部の上面図を示し、図３及び図４に実施の形態１にかかる組電池の一部の断面図を示した。なお、図３及び図４の断面図は、図２の上面図のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿った断面を示すものである。

図２に示すように、実施の形態１にかかる組電池１では、バスバー３０、３２は、Ｕ字形状を有する。また、図３及び図４に示すように、バスバーは、Ｕ字形状の一方の直線部が組となる電池セルうちの一方側の電池セルの正極極柱（例えば、正極極柱１０ａ、１２ａ）の位置に配置され、Ｕ字形状の他方の直線部が組となる電池セルうちの他方側の電池セルの負極極柱（例えば、負極極柱１１ａ、１３ａ）の位置に配置される。

そして、バスバー抑え枠４０、４２は、それぞれバスバー３０、３２に対応して設けられる。バスバー抑え枠４０、４２は、同じ形状であるため、バスバー抑え枠４０を例にバスバー抑え枠について説明する。バスバー抑え枠４０は、バスバー３０の外周を囲むようにバスバーに被せられる。また、バスバー抑え枠４０は、バスバー３０を外周を囲む外枠４０ｇと外枠４０ｇ内に設けられる枠内抑え部４０ｈを有する。

外枠４０ｇは、バスバー３０のＵ字形状の外側を抑える。枠内抑え部４０ｈは、バスバー３０のＵ字形状の内側を抑える。そして、外枠４０ｇには、バスバー抑え爪４０ｂ、４０ｃ、４０ｆが設けられる。枠内抑え部４０ｈには、バスバー抑え爪４０ｄ、４０ｅが設けられる。バスバー抑え爪は、バスバー３０の端部の一部を抑えるように形成され、バスバー抑え枠４０が上から押さえつけられた際にはバスバー３０に押圧力を与える。

また、図３に示す例では、枠内抑え部４０ｈが外枠４０ｇよりも高さを抑えた形態を示したが、図４に示す例のように枠内抑え部４０ｈの高さを外枠４０ｇと同じ高さにしてもよい。

また、図２〜図４に示すように、実施の形態１にかかる組電池１では、２つの電池セルの極柱を接続するバスバー１つに対して、１つのバスバー抑え枠が設けられる。そして、実施の形態１にかかる組電池１では、積層方向に隣接するバスバー抑え枠の間を弾性部材（例えば、弾性部材４０ａ、４２ａ）で連結する。この弾性部材は、積層方向に長さが変わるため、電池スタックの一方の端部を基準に弾性部材により連結されたバスバー抑え枠を積層された複数の電池セルに取り付ける場合であっても、電池側の位置合わせを行う事無く、電池セルの位置に合わせた取り付けが可能になる。

また、図３及び図４に示すように、実施の形態１にかかる組電池１では、バスバーと極柱とをレーザー溶接により接合するが、このレーザー溶接を行う際に外枠及び外枠に押圧力を加える。これにより、バスバーと極柱との密接度が高まり溶接の精度及び強度が増す。また、レーザー溶接においてはスパッタが発生するが、実施の形態１にかかる組電池１では、バスバーへの押圧力がバスバー抑え枠を介して与えられるため、スパッタが押圧力を加える治具に付着することが抑制される。

上記説明より、実施の形態１にかかる組電池１では、極柱がバスバーにより接続される２つの電池セル毎にバスバーを抑えるバスバー抑え枠を設ける。そして、実施の形態１にかかる組電池１では、隣り合うバスバー抑え枠の間を弾性部材により連結する。これにより、実施の形態１にかかる組電池１では、積層方向の距離により蓄積する電池セルの厚みのばらつきの蓄積があったとしても、弾性部材により連結されたスバー抑え枠を用いることで、電池セルの厚みばらつきに関わらずに一工程でバスバーにバスバー抑え枠を取り付けることが可能になる。つまり、実施の形態１にかかる組電池１では、バスバー抑え枠を取り付けるために電池セルの厚みばらつきを考慮した調整を行う工程を省略して、工程を簡素化することができる。

また、実施の形態１にかかる組電池１では、バスバー抑え枠が所定の高さの壁を構築し、バスバー抑え枠を介してバスバーに押圧力を加える。これにより、バスバーを極柱に溶接する際に生じるスパッタが押圧力を加える装置に付着することを防止する。つまり、実施の形態１にかかる組電池１では、バスバー抑え枠を用いることで、溶接装置（特に押圧力を加える加圧装置）のメンテナンスを簡略化することができる。

なお、本発明は上記実施の形態に限られたものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。

１組電池
１０〜１３電池セル
２０ａ〜２３ａスペーサ
２０ｂ〜２３ｂスペーサ枠
２０ｃ、２２ｃスペーサ枠抑え爪
３０、３２バスバー
４０、４２バスバー抑え枠
４０ａ、４２ａ弾性部材
４０ｂ、４２ｂバスバー抑え爪
４０ｃ、４２ｃバスバー抑え爪
４０ｄ、４２ｄバスバー抑え爪
４０ｅ、４２ｅバスバー抑え爪
４０ｆ、４２ｆバスバー抑え爪
４０ｇ、４２ｇ外枠
４０ｈ、４２ｈ枠内抑え部

Claims

積層されるように並べられる複数の電池セルと、
隣接する前記電池セルの間に挟まれるスペーサと、
隣接する前記電池セルの正極と負極とを電気的に接続する複数のバスバーと、
前記複数のバスバーの１つを囲むように取り付けられる複数のバスバー抑え枠と、を有し、
前記複数のバスバー抑え枠は、前記複数の電池セルの積層方向に隣接する枠同士が前記積層方向に長さが可変する弾性部材により接続される組電池。
前記弾性部材は、前記枠と同じ素材で形成され、板状部材が折り曲げられるアコーディオン形状を有する請求項１に記載の組電池。
前記バスバー抑え枠及び前記弾性部材は、絶縁性の樹脂により形成される請求項１又は２に記載の組電池。
前記バスバー抑え枠は、前記バスバーよりも高さ方向に高い壁により１つの前記バスバーを囲む請求項１乃至３のいずれか１項に記載の組電池。
前記バスバーは、Ｕ字形状を有し、
前記バスバー抑え枠は、
前記Ｕ字形状の外側を抑える外枠と、
前記Ｕ字形状の内側を抑える枠内抑え部と、
を有する請求項１乃至４のいずれか１項に記載の組電池。