JP2023034936A

JP2023034936A - 蓄電装置

Info

Publication number: JP2023034936A
Application number: JP2021141431A
Authority: JP
Inventors: 大典山根; Daisuke Yamane
Original assignee: Prime Planet Energy and Solutions Inc
Current assignee: Prime Planet Energy and Solutions Inc
Priority date: 2021-08-31
Filing date: 2021-08-31
Publication date: 2023-03-13

Abstract

【課題】製造コストを低減し、リードタイムを短縮しながら電極端子とバスバーとの接合不良を抑制することが可能な蓄電装置を提供する。【解決手段】蓄電装置は、第１の方向に沿って対向する第１の上面および第１の底面を有する第１のケースと第１の上面に設けられた第１の電極端子とを含む第１の蓄電セルと、第１の方向に沿って対向する第２の上面および第２の底面を有する第２のケースと第２の上面に設けられた第２の電極端子とを含み、第１の方向に直交する第２の方向に沿って第１の蓄電セルと積層される第２の蓄電セルと、第１の電極端子および第２の電極端子に接合され、第１の電極端子および第２の電極端子を電気的に接続するバスバーとを備える。第１の電極端子は、第１の方向および第２の方向に対して交差する第１の傾斜面を有する。第２の電極端子は、第１の方向および第２の方向に対して交差する第２の傾斜面を有する。バスバーは、第１の傾斜面に沿う第１部分と、第２の傾斜面に沿う第２部分とを含む。【選択図】図６

Description

本技術は、蓄電装置に関する。

電池セルの電極端子に接続されるバスバーないしターミナル部材の構造が特許文献１（実開平０１－９２０６２号公報）、特許文献２（特開２０００－８２４５５号公報）、特許文献３（国際公開第２０１９／１８７３１２号）、および特許文献４（国際公開第２０１７／１３０７０６号）に示されている。

実開平０１－９２０６２号公報特開２０００－８２４５５号公報国際公開第２０１９／１８７３１２号国際公開第２０１７／１３０７０６号

電極端子とバスバーとの接合の不良を抑制することが求められる。他方、蓄電装置の製造コストを低減するとともに、リードタイムを短縮することも求められる。従来の構造は、これらの課題解決を両立する観点から必ずしも十分なものとはいえない。

本技術の目的は、製造コストを低減し、リードタイムを短縮しながら電極端子とバスバーとの接合不良を抑制することが可能な蓄電装置を提供することにある。

本技術に係る蓄電装置は、第１の方向に沿って対向する第１の上面および第１の底面を有する第１のケースと第１の上面に設けられた第１の電極端子とを含む第１の蓄電セルと、第１の方向に沿って対向する第２の上面および第２の底面を有する第２のケースと第２の上面に設けられた第２の電極端子とを含み、第１の方向に直交する第２の方向に沿って第１の蓄電セルと積層される第２の蓄電セルと、第１の電極端子および第２の電極端子に接合され、第１の電極端子および第２の電極端子を電気的に接続するバスバーとを備える。第１の電極端子は、第１の方向および第２の方向に対して交差する第１の傾斜面を有する。第２の電極端子は、第１の方向および第２の方向に対して交差する第２の傾斜面を有する。バスバーは、第１の傾斜面に沿う第１部分と、第２の傾斜面に沿う第２部分とを含む。

本技術によれば、第１の方向に沿った第１の蓄電セルおよび第２の蓄電セルの相対変位をバスバーの形状により吸収し、バスバーと第１および第２の電極端子とが離間することを抑制することができる。この結果、バスバーと第１および第２の電極端子との接合不良を簡単に抑制することができるので、バスバーと第１および第２の電極端子との接合不良の抑制と、製造コストの低減およびリードタイムの短縮とを両立することができる。

組電池の基本的構成を示す図である。図１に示す組電池における電池セルおよびエンドプレートを示す図である。図１に示す組電池における電池セルを示す図である。組電池におけるバスバーの配置を示す図である。バスバーによる電極端子の接続構造を示す斜視図である。図５に示す接続構造をＸ軸方向から見た状態を示す図である。図６に示す状態から一方の電池セルがＺ軸方向に変位した状態を示す図である。電極端子の形状を示す図である。バスバーによる電極端子の接続構造の変形例（その１）を示す図である。バスバーによる電極端子の接続構造の変形例（その２）を示す図である。

以下に、本技術の実施の形態について説明する。なお、同一または相当する部分に同一の参照符号を付し、その説明を繰返さない場合がある。

なお、以下に説明する実施の形態において、個数、量などに言及する場合、特に記載がある場合を除き、本技術の範囲は必ずしもその個数、量などに限定されない。また、以下の実施の形態において、各々の構成要素は、特に記載がある場合を除き、本技術にとって必ずしも必須のものではない。また、本技術は、本実施の形態において言及する作用効果を必ずしもすべて奏するものに限定されない。

なお、本明細書において、「備える（ｃｏｍｐｒｉｓｅ）」および「含む（ｉｎｃｌｕｄｅ）」、「有する（ｈａｖｅ）」の記載は、オープンエンド形式である。すなわち、ある構成を含む場合に、当該構成以外の他の構成を含んでもよいし、含まなくてもよい。

また、本明細書において幾何学的な文言および位置・方向関係を表す文言、たとえば「平行」、「直交」、「斜め４５°」、「同軸」、「沿って」などの文言が用いられる場合、それらの文言は、製造誤差ないし若干の変動を許容する。本明細書において「上側」、「下側」などの相対的な位置関係を表す文言が用いられる場合、それらの文言は、１つの状態における相対的な位置関係を示すものとして用いられるものであり、各機構の設置方向（たとえば機構全体を上下反転させる等）により、相対的な位置関係は反転ないし任意の角度に回動し得る。

図１は、組電池１の基本的構成を示す図である。図２は、組電池１に含まれる電池セル１００とエンドプレート２００とを示す図である。図３は、組電池１における電池セル１００を示す図である。

図１，図２に示すように、「蓄電モジュール」の一例としての組電池１は、電池セル１００と、エンドプレート２００と、拘束部材３００とを備える。

一例として、電池セル１００はリチウムイオン電池であるが、電池セル１００はニッケル水素電池など他の電池であってもよい。また、本技術において「蓄電装置」は組電池１に限定されず、電池セル１００に代えて、たとえばキャパシタが「蓄電セル」として用いられてもよい。

複数の電池セル１００は、Ｙ軸方向（配列方向）に並ぶように設けられる。電池セル１００は、電極端子１１０を含む。複数の電池セル１００の間には、セパレータ（後述の図６に示すセパレータ５００）が介装されている。２つのエンドプレート２００に挟持された複数の電池セル１００は、エンドプレート２００によって押圧され、２つのエンドプレート２００の間で拘束されている。

エンドプレート２００は、Ｙ軸方向（配列方向）において組電池１の両端に配置されている。エンドプレート２００は、組電池１を収納するケースなどの基台に固定される。

拘束部材３００は、２つのエンドプレート２００を互いに接続する。拘束部材３００は、２つのエンドプレート２００に取り付けられる。

複数の電池セル１００およびエンドプレート２００の積層体に対してＹ軸方向の圧縮力を作用させた状態で拘束部材３００をエンドプレート２００に係合させ、その後に圧縮力を解放することにより、２つのエンドプレート２００を接続する拘束部材３００に引張力が働く。その反作用として、拘束部材３００は、２つのエンドプレート２００を互いに近づける方向に押圧する。

図３に示すように、電池セル１００は、平坦面状の直方体形状に形成されている。電極端子１１０は、正極端子１１１と、負極端子１１２とを含む。電極端子１１０は、角型の筐体１２０の上面上に形成されている。筐体１２０には、図示しない電極体および電解液が収容されている。

図４は、組電池１におけるバスバー４００の配置を示す図である。図４の例では、隣接する電池セル１００の正極端子１１１と負極端子１１２とがバスバー４００により電気的に接続され、複数の電池セル１００が電気的に直列接続される。

すなわち、組電池１は、電極端子１１０を各々有し、所定の方向に沿って配列された複数の電池セル１００と、複数の電池セル１００の電極端子１１０どうしを接続するバスバー４００とを備える。

図５は、バスバー４００による電極端子１１０（１１０Ａ，１１０Ｂ）の接続構造を示す斜視図である。図６は、図５に示す接続構造をＸ軸方向から見た状態を示す図である。

図５に示すように、電極端子１１０Ａ（第１の電極端子）および筐体１２０Ａ（第１のケース）を含む電池セル１００Ａ（第１の蓄電セル）と、電極端子１１０Ｂ（第２の電極端子）および筐体１２０Ｂ（第２のケース）を含む電池セル１００Ｂ（第２の蓄電セル）とがＹ軸方向に沿って積層される。

バスバー４００は、電池セル１００Ａの電極端子１１０Ａと、電池セル１００Ｂの電極端子１１０Ｂとに接続される。バスバー４００は、電極端子１１０Ａ，１１０Ｂに溶接により固定される。バスバー４００は、電極端子１１０Ａ，１１０Ｂを電気的に接続する。

図６に示すように、電池セル１００Ａ，１００Ｂの間には、絶縁性のセパレータ５００が設けられる。電池セル１００Ａの電極端子１１０Ａは、Ｚ軸方向（第１の方向）およびＹ軸方向（第２の方向）に対して交差する傾斜面１１００Ａ（第１の傾斜面）を有する。電池セル１００Ｂは、Ｚ軸方向（第１の方向）およびＹ軸方向（第２の方向）に対して交差する傾斜面１１００Ｂ（第２の傾斜面）を有する。

バスバー４００は、傾斜面１１００Ａに沿う第１部分４１０と、傾斜面１１００Ｂに沿う第２部分４２０とを含む。バスバー４００は、第１部分４１０と第２部分４２０との間に位置する折り曲げ部４００Ａを有する。バスバー４００は、第１部分４１０と第２部分４２０との間が電池セル１００Ａ，１００Ｂの底面側に突出する略Ｖ字形状を有する。バスバー４００の折り曲げ部４００Ａを電池セル１００Ａ，１００Ｂの底面側に突出させることにより、組電池１の低背化を図ることができる。

図７は、図６に示す状態から電池セル１００Ａが電池セル１００Ｂに対してＺ軸方向（図中上側）に相対変位した状態を示す図である。

組電池１の製造工程（バスバー４００と電極端子１１０Ａ，１１０Ｂとの溶接前）において、図７に示すように、電池セル１００Ａ，１００Ｂ間にＺ軸方向の相対変位が生じることがある。この相対変位が生じたとき、バスバー４００と電極端子１１０Ａ，１１０Ｂとの接合不良を抑制することが求められる。他方、製造工程の煩雑化は組電池１の製造コストの増大を招来し、リードタイムの短縮を阻害するため、組電池１の製造工程を過度に煩雑化することなくバスバー４００と電極端子１１０Ａ，１１０Ｂとの接合不良を抑制することが求められる。

本実施の形態に係るバスバー４００は、上述のとおり、第１部分４１０と第２部分４２０との間が電池セル１００Ａ，１００Ｂの底面側に突出する略Ｖ字形状を有し、第１部分４１０および第２部分４２０が各々電極端子１１０Ａ，１１０Ｂの傾斜面１１００Ａ，１１００Ｂに沿うように形成されている。このため、図７に示すように、電池セル１００Ａ，１００Ｂ間にＺ軸方向の相対変位が生じたとき、第１部分４１０および第２部分４２０が各々電極端子１１０Ａ，１１０Ｂの傾斜面１１００Ａ，１１００Ｂに接触した状態を維持しながらバスバー４００がＹ軸方向にスライド移動する。より具体的には、第１部分４１０および第２部分４２０の間に設けられた折り曲げ部４００ＡがＹ軸方向（図７の例では図中左方向）に移動する。

このように、本実施の形態に係る組電池１によれば、Ｚ軸方向に沿った電池セル１００Ａ，１００Ｂの相対変位をバスバー４００の形状により吸収し、バスバー４００と電極端子１１０Ａ，１１０Ｂとが離間することを抑制することができる。この結果、バスバー４００と電極端子１１０Ａ，１１０Ｂとの溶接不良を簡単に抑制することができるので、バスバー４００と電極端子１１０Ａ，１１０Ｂとの溶接不良の抑制と、製造コストの低減およびリードタイムの短縮とを両立することができる。

図８は、電極端子１１０の形状を示す図である。図８に示すように、傾斜面１１００のＺ軸方向の高さ（Ｈ２）は電極端子１１０の全高（Ｈ１）の一部であってもよいし、全部であってもよい。一例として、傾斜面１１００の高さ（Ｈ２）は１ｍｍ以上３ｍｍ以下程度であり、電極端子１１０の全高（Ｈ１）と傾斜面１１００の高さ（Ｈ２）との比（Ｈ１／Ｈ２）は１以上２以下程度である。

また、傾斜面１１００のＹ軸方向の幅（Ｄ２）は電極端子１１０の全幅（Ｄ１）の一部であってもよいし、全部であってもよい。一例として、電極端子１１０の全幅（Ｄ１）は２０ｍｍ程度であり、電極端子１１０の全幅（Ｄ１）と傾斜面１１００の幅（Ｄ２）との比（Ｄ１／Ｄ２）は１以上２以下程度である。

傾斜面１１００は、筐体１２０の上面に対して角度θだけ傾斜する。一例として、角度θは５°以上１０°以下程度である。電池セル１００Ａの傾斜面１１００Ａと電池セル１００Ｂの傾斜面１１００Ｂとで角度θの絶対値は同じであってもよいし、異なっていてもよい。互いに隣接する電池セル１００Ａ，１００Ｂの傾斜面１１００Ａ，１１００Ｂの傾斜方向は互いに逆向き（典型的にはＺ軸に関して線対称）であってもよいし、傾斜面１１００Ａ，１１００Ｂの傾斜方向が同じ（典型的には同角度）であってもよい。傾斜面１１００Ａ，１１００Ｂの傾斜方向が同じである場合、たとえばバスバー４００に折り曲げ部４００Ａを２箇所設けることにより、バスバー４００の第１部分４１０および第２部分４２０を各々傾斜面１１００Ａ，１１００Ｂに沿わせることができる。

図９，図１０は、バスバー４００による電極端子１１０（１１０Ａ，１１０Ｂ）の接続構造の変形例を示す図である。

図９の変形例において、バスバー４００は、第１部分４１０と第２部分４２０との間に位置し、電極端子１１０Ａ，１１０ＢのＹ軸方向の変位を吸収する変位吸収部４３０を有する。これにより、Ｚ軸方向のみならずＹ軸方向の相対変位に対する追従性を高めることもできる。

図１０の変形例において、バスバー４００は、第１部分４１０と第２部分４２０との間が電池セル１００Ａ，１００Ｂから離れる方向に突出する略Ｖ字形状を有する。第１部分４１０と第２部分４２０との間には、折り曲げ部４００Ａが形成される。図１０に示すように、傾斜面１１００Ａ，１１００Ｂの傾斜方向は特に限定されるものではない。

上述の各例では、バスバー４００が２つの電極端子１１０を接続する場合について説明したが、バスバー４００は、３つ以上の電極端子１１０を接続するものであってもよい。

以上、本技術の実施の形態について説明したが、今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本技術の範囲は特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

１組電池、１００，１００Ａ，１００Ｂ電池セル、１１０，１１０Ａ，１１０Ｂ電極端子、１１１正極端子、１１２負極端子、１２０，１２０Ａ，１２０Ｂ筐体、２００エンドプレート、３００拘束部材、４００バスバー、４００Ａ折り曲げ部、４１０第１部分、４２０第２部分、４３０変位吸収部、５００セパレータ、１１００，１１００Ａ，１１００Ｂ傾斜面。

Claims

第１の方向に沿って対向する第１の上面および第１の底面を有する第１のケースと前記第１の上面に設けられた第１の電極端子とを含む第１の蓄電セルと、
前記第１の方向に沿って対向する第２の上面および第２の底面を有する第２のケースと前記第２の上面に設けられた第２の電極端子とを含み、前記第１の方向に直交する第２の方向に沿って前記第１の蓄電セルと積層される第２の蓄電セルと、
前記第１の電極端子および前記第２の電極端子に接合され、前記第１の電極端子および前記第２の電極端子を電気的に接続するバスバーとを備え、
前記第１の電極端子は、前記第１の方向および前記第２の方向に対して交差する第１の傾斜面を有し、
前記第２の電極端子は、前記第１の方向および前記第２の方向に対して交差する第２の傾斜面を有し、
前記バスバーは、前記第１の傾斜面に沿う第１部分と、前記第２の傾斜面に沿う第２部分とを含む、蓄電装置。
前記バスバーは、前記第１部分と前記第２部分との間に位置する折り曲げ部を有する、請求項１に記載の蓄電装置。
前記バスバーは、前記第１部分と前記第２部分との間が前記第１の底面および前記第２の底面側に突出する略Ｖ字形状を有する、請求項１または請求項２に記載の蓄電装置。
前記第１の傾斜面および前記第２の傾斜面は、前記第１の上面および前記第２の上面に対して５°以上１０°以下の角度だけ傾斜する、請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の蓄電装置。
前記バスバーは、前記第１部分と前記第２部分との間に位置し、前記第１の電極端子および前記第２の電極端子の前記第２の方向の変位を吸収する変位吸収部を有する、請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の蓄電装置。