JP6052289B2 - 組電池 - Google Patents

Description

本発明は、組電池に関する。

従来、ハイブリッド自動車又は電気自動車といった電動車に搭載されるバッテリとして、複数の電池モジュールを組み合わせて構成した組電池が知られている。個々の電池モジュールは、最小単位の電池要素である単電池を一つ又は複数接続することによって構成されており、例えば単電池としては、リチウムイオン二次電池などが用いられる。このような組電池には、単電池同士を電気的に接続したり、或いは電池モジュール同士を電気的に接続したりするためのバスバが備えられている。

ところで、このような組電池では、充放電時の発熱に伴う温度上昇等を監視するために、バスバの温度を温度検出素子によって検出することにより当該組電池の温度を等価的に検出するといった手法が用いられている。

なお、例えば特許文献１には、車輌電装品とバッテリターミナルとの間に配置したバスバに、バッテリ温度を検出する温度検出素子を設けることが開示されている。

特開２００１−２７２４２２号公報

しかしながら、バスバには、電流の流れに起因するジュール熱も付与されることとなるため、その付与される熱の程度によってはこれが外乱となり組電池の温度の検出精度が低下するという問題がある。

本発明はかかる事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、組電池において、温度検出素子による温度の検出性能に優れる組電池を提供することである。

かかる課題を解決するために、本発明に係る組電池は、それぞれが電流を流すための正極側の電極部材と負極側の電極部材の両方を一の辺に備える複数の電池ユニットを有する。そして、正極側の電極部材と負極側の電極部材とがそれぞれ接合されることにより、電池ユニット同士を電気的に接続するバスバと、バスバから延出され、バスバと一体に形成されたバスバ延長部と、をさらに有する。バスバは、電極部材との接合箇所が長手方向に並んで配置された、矩形状を有する。バスバ延長部は、隣り合う電極部材の間の範囲から外れて配置されており、且つバスバの長手方向の端部から延出されて長手方向に交差する方向に屈曲しつつ延びてなり、当該長手方向に交差する方向に延びている部位の先端側に電池ユニットの温度を検出する温度検出素子が設けられる。

組電池を模式的に示す斜視図 セルユニットを模式的に示す斜視図 単電池の構成を模式的に示す斜視図 セルユニットにおける出力端子の近傍を拡大して示す斜視図 バスバ延長部の形態を模式的に示す説明図 バスバにおける電流の流れを模式的に示す説明図

図１は、本実施形態に係る組電池１を模式的に示す斜視図である。組電池１は、電気自動車などの電動車のバッテリとして用いられるものであり、複数の電池モジュール１０を配列した電池モジュール群として構成されている。図１には、電池モジュール群として、４つの電池モジュール１０が組み合わされた状態が示されている。

組電池１をなす各電池モジュール１０は、３つの外部バスバ６５、７５、８５を用いて電気的に接続されている。具体的には、各電池モジュール１０が備える外部出力正極端子６０は外部バスバ６５により互いに接続され、各電池モジュール１０が備える外部出力負極端子７０は外部バスバ７５により互いに接続される。さらに、各電池モジュール１０が備える電圧検出用端子８０は、外部バスバ８５により互いに接続される。

個々の電池モジュール１０は、ケース２０と、このケース２０内に収容されるセルユニット３０（図２参照）と、を備えている。

このケース２０は、上部が開口している箱状のロアケース２１と、ロアケース２１の開口を閉じるアッパケース２２と、を有しており、セルユニット３０を内部に収容した状態で、アッパケース２２がロアケース２１に組み付けられている。また、このケース２０の所定箇所からは、３つの出力端子である外部出力正極端子６０、外部出力負極端子７０及び電圧検出用端子８０がそれぞれ外部に望むように露出させられている。

図２は、セルユニット３０を模式的に示す斜視図である。セルユニット３０は、複数の単電池４０と、スペーサ５０と、３つの出力端子（外部出力正極端子６０、外部出力負極端子７０及び電圧検出用端子８０）とを備えている。同図に示す例では、セルユニット３０は、単電池４０を４つ含む構成となっており、個々の単電池４０はその厚み方向に積層されている。

図３は、単電池４０の構成を模式的に示す斜視図である。それぞれの単電池４０は、電極積層体と、この電極積層体を収容する外装部材４１とを主体に構成されている。単電池４０としては、例えば、リチウムイオン二次電池を適用可能である。

電極積層体は、セパレータを介して正極板と負極板とが交互に積層されて構成されている。正極板は、シート状の正極集電体の両面（或いは片面）に正極活物質を塗布したものであり、略矩形状に形成される。負極板は、シート状の負極集電体の両面（或いは片面）に負極活物質を塗布したものであり、略矩形状に形成される。セパレータは、イオン透過性の絶縁層として機能するプレートであり、略矩形状に形成される。

外装部材４１は、一対の金属複合フィルム（金属箔の両面に合成樹脂層を積層したラミネートフィルム等）で構成されている。個々の金属複合フィルムは、矩形状に形成されて、電極積層体よりも若干大きなサイズを有するシート状の部材であり、中央に凹部４２が形成されたカップ形状を有している。一対の金属複合フィルムは、四辺に対応する周縁部４３を互いに突き合わすように重ね合わせられるとともに、凹部４２によって形成される空間内に電解質とともに電極積層体を収容して、周縁部４３が溶着されることにより金属複合フィルムの外周が全域に亘りシールされている。

また、上記の各正極板は一方の電極タブである正極タブ４４にそれぞれ接続されており、同様に、各負極板は他方の電極タブである負極タブ４５にそれぞれ接続されている。正極タブ４４及び負極タブ４５は、外装部材４１における一方の短辺から外部へと導き出されている。

スペーサ５０は、単電池４０に対応して複数設けられており、個々のスペーサ５０は、外装部材４１、具体的には、電極タブ４４，４５のない残余の三辺に対応する周縁部４３に装着されている。このスペーサ５０は、単電池４０同士を所定の間隔で積層するとともに、個々の単電池４０の面方向におけるずれを抑制するための部材として機能する。

図４は、セルユニット３０における出力端子の近傍を拡大して示す斜視図である。セルユニット３０における端子は、外部出力正極端子６０と、外部出力負極端子７０及び電圧検出用端子８０で構成されている。外部出力正極端子６０及び外部出力負極端子７０は、セルユニット３０から外部に電力を取り出したり、外部から供給された電力を当該セルユニット３０に充電したりするための出力端子である。一方、電圧検出用端子８０は、電池モジュール１０を構成する単電池４０の電圧を検出するための出力端子である。これらの出力端子６０，７０，８０には、バスバ６１，７１，８１を介して、各単電池４０の電極タブ４４，４５が接続される。

同図に示すように、最も上側に位置する単電池４０及び上側から２番目に配置された単電池４０の正極タブ４４は、それぞれ外部出力正極端子６０と電気的に接続されている。各正極タブ４４と外部出力正極端子６０との間の電気的な接続は、当該外部出力正極端子６０と一体的に形成されたバスバ６１に、各正極タブ４４を超音波溶接等によってそれぞれ接合することによってなされている。また、最も上側に位置する単電池４０及び上側から２番目に配置された単電池４０の負極タブ４５、及び、上側から３番目に配置された単電池４０及び最も下側に配置された単電池４０の正極タブ４４は、それぞれ電圧検出用端子８０と電気的に接続されている。これらの電極タブ４４，４５と電圧検出用端子８０との接続は、当該電圧検出用端子８０と一体的に形成されたバスバ８１に、各タブ４４，４５を超音波溶接等によってそれぞれ接合することによってなされている。さらに、最も下側に位置する単電池４０及び上側から３番目に配置された単電池４０の負極タブ４５は、それぞれ外部出力負極端子７０と電気的に接続されている。各負極タブ４５と外部出力負極端子７０との間の電気的な接続は、当該外部出力負極端子７０と一体的に形成されたバスバ７１に、各負極タブ４５を超音波溶接等によってそれぞれ接合することによってなされている。

このように各単電池４０の電極タブ４４，４５は、バスバ６１，７１，８１を介して、外部出力正極端子６０、外部出力負極端子７０及び電圧検出用端子８０にそれぞれ接続される。本実施形態において、セルユニット３０は、並列接続された２つの単電池４０のセットを直列的に２つ接続した構成となっている。

本実施形態の特徴の一つとして、電圧検出用端子８０に接続するバスバ８１の端部には、電圧検出用端子８０と電極タブ４４，４５との間にバスバ延長部８２が設けられている。具体的には、電極タブ４４，４５との接合箇所が長手方向に並んだ矩形状のバスバ８１において、バスバ延長部８２は、長手方向の端部に設けられている。このバスバ延長部８２には、各単電池４０からなる電池モジュール１０の温度を検出する温度検出素子９０が設けられている。温度検出素子９０は、例えばサーミスタなどを利用することができる。

図５は、バスバ延長部Ｅ１，Ｅ２の形態を模式的に示す説明図である。図５において、短辺側の端部をＢａ，Ｂｂ、長辺側の端部をＢｃ，Ｂｄと定義する。バスバＢには電極タブＴｂ（正極タブ４４及び負極タブ４５のいずれか）が接合された箇所が複数存在している。このようなバスバＢの形態において、バスバ延長部Ｅ１，Ｅ２は、隣り合う電極タブＴｂの間の範囲から外れた領域に設けられている。ここで、「Ｅ１」，「Ｅ２」は、電極タブＴｂとの接合箇所が長手方向に並んだ矩形状のバスバＢにおいて、バスバ延長部の具体例を模式的に示すものである。例えば、バスバ延長部Ｅ１は、短辺側の端部Ｂｂに設けられる。また、バスバ延長部Ｅ２は、長辺側の端部Ｂｃのうち電極タブＴｂと対応する位置に設けられる。図４に示すバスバ延長部８２は、図５において短辺側の端部Ｂｂに設けたバスバ延長部Ｅ１を具体的な形態として示したものである。

このように本実施形態に示す組電池１において、隣り合う電極タブ４４，４５の間の範囲は、一方の電極タブ４４，４５から他方の電極タブ４４，４５へと電流が流れる主たる経路となるが、バスバ延長部８２は、その主たる経路から外れて配置されることとなる。このような形態を備えるバスバ延長部８２に温度検出素子９０を設けることで、温度検出素子９０もその主たる経路から外れた位置に配置されることとなる。これにより、温度検出素子９０に対し、電流によるジュール熱が大きく作用する事態を抑制することができるので、温度の検出精度の向上を図ることができる。

図６は、図５におけるバスバＢにおける電流の流れを模式的に示す説明図である。同図において矢印は電流の流れを示し、その太さが電流の大きさを示している。隣り合う２つの電極タブＴｂの関係で考えた場合、バスバＢにおいて、電極タブＴｂの接合箇所にも電流が流れるが、隣り合った電極タブＴｂの間の範囲において電流が最も大きくなる傾向を有している。これに対して、隣り合う電極タブＴｂの間の範囲における電流の流れ方向（隣り合う電極タブＴｂを結ぶ方向）において、当該電極タブＴｂから離れるほど電流が小さくなる傾向を有している。すなわち、電流の流れ方向において当該電極タブＴｂから離れる程、ジュール熱の発生も小さくなる傾向にある。すなわち、電極タブＴｂとの接合箇所が長手方向に並んだ矩形状のバスバＢにおいて、ジュール熱の発生が小さくなるのは、短辺側の端部Ｂａ，Ｂｂとなる。このような短辺側の端部Ｂｂにバスバ延長部Ｅ１を設けることで、電流によるジュール熱が大きく作用する事態を抑制することができるので、温度の検出精度の向上を図ることができる。

本実施形態によれば、バスバ延長部８２が、バスバ８１においてジュール熱の発生が小さい箇所に設けられている。これにより、温度検出素子９０に対し、電流によるジュール熱の影響を抑制することができるので、温度の検出精度の向上を図ることができる。

なお、本実施形態では、温度検出素子９０を設けるためのバスバ延長部８２を、電圧検出用端子８０に接続するバスバ８１に設けている。しかしながら、本実施形態はこれに限定されず、外部出力正極端子６０に接続するバスバ６１や、外部出力負極端子７０に接続するバスバ７１といったように、電池モジュール１０と接続するバスバについて広く適用することができる。

もっとも、上述したように電圧検出用端子８０はセルユニット３０に設定されることが多いので、温度検出素子９０を配置するためのバスバ延長部８２を、電圧検出用端子８０と対応するバスバ８１とすることで、温度検出素子９０を電圧検出用端子８０と同じバスバ８１に併設することができる。これにより、温度検出素子９０を配置するためのバスバを追加する必要がないので、部品点数の削減が可能となり、バスバ形状を小型化することができ、安価な構造で上記の効果を達成することができる。

以上、本発明の実施形態に係る組電池について説明したが、本発明は上述した実施形態に限定されることなく、その発明の範囲内において種々の変形が可能であることはいうまでもない。例えば、本実施形態では、電極タブを介して単電池同士を接続するバスバについてバスバ延長部を適用しているが、出力端子を介して電池モジュール同士を接続するバスバ（外部バスバ）についてバスバ延長部を適用してもよい。かかる形態であっても、前述した実施形態と同様の効果を奏するものである。このように、本実施形態において、バスバによって接続されるものは、任意の電池ユニットとして実現されればよい。電池ユニットの形態は最小単位の電池要素である単電池であってもよいし、最小単位の電池要素である単電池を一つ以上含んで構成される電池モジュールであってもよい。また、電極部材は、電池ユニットが単電池である場合には、単電池が備える電極タブであってもよいし、電池ユニットが電池モジュールである場合には、電池モジュールが備える出力端子であってもよい。

本出願は、２０１２年７月１１日に出願された日本特許出願番号２０１２−１５５１２６号に基づいており、その開示内容は、参照され、全体として、組み入れられている。

１ 組電池
１０ 電池モジュール
２０ ケース
２１ ロアケース
２２ アッパケース
３０ セルユニット
４０ 単電池
４４ 正極タブ
４５ 負極タブ
６０ 外部出力正極端子
６１ バスバ
６５ 外部バスバ
７０ 外部出力負極端子
７１ バスバ
７５ 外部バスバ
８０ 電圧検出用端子
８１ バスバ
８２ バスバ延長部
８５ 外部バスバ
９０ 温度検出素子

Claims (4)

1. それぞれが電流を流すための正極側の電極部材と負極側の電極部材の両方を一の辺に備える複数の電池ユニットと、
   前記正極側の電極部材と前記負極側の電極部材とがそれぞれ接合されることにより、前記電池ユニット同士を電気的に接続するバスバと、
   前記バスバから延出され、前記バスバと一体に形成されたバスバ延長部と、を有し、
   前記バスバは、前記電極部材との接合箇所が長手方向に並んで配置された、矩形状を有し、
   前記バスバ延長部は、隣り合う前記電極部材の間の範囲から外れて配置されており、且つ前記バスバの前記長手方向の端部から延出されて前記長手方向に交差する方向に屈曲しつつ延びてなり、当該長手方向に交差する方向に延びている部位の先端側に前記電池ユニットの温度を検出する温度検出素子が設けられることを特徴とする組電池。
2. 前記バスバ延長部は、前記電池ユニットの電圧を検出するための出力端子を備えていることを特徴とする請求項１に記載された組電池。
3. 前記電池ユニットは、最小単位の電池要素である単電池であり、
   前記電極部材は、前記単電池が備える電極タブであることを特徴とする請求項１または請求項２に記載された組電池。
4. 前記電池ユニットは、最小単位の電池要素である単電池を一つ以上含んで構成される電池モジュールであり、
   前記電極部材は、前記電池モジュールが備える出力端子であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載された組電池。