JP6812453B2 - スペーサ、組電池、および組電池の製造方法 - Google Patents

スペーサ、組電池、および組電池の製造方法 Download PDF

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Description

本発明は、スペーサ、組電池、および組電池の製造方法に関する。
従来から、例えば、電気自動車のような車両に搭載され、車両用モータを駆動させる電源として使用される組電池(一形態として電池モジュール)がある。組電池は、スペーサ(電池ホルダ)を用いて単電池(電池)を積層して構成している。異なる単電池の電極タブ同士は、バスバによって電気的に接続している(特許文献1を参照。)。
特開2004−63347号公報
ところで、単電池をスペーサに取り付けた状態において、バスバと単電池の電極タブとをレーザ溶接すると、レーザ光によって加熱されたスペーサの一部が蒸発して、ガスが発生することがある。ガスが、バスバと単電池の電極タブとの溶接部分に混入すると、その溶接部分の機械的強度が低下し電気抵抗が増加する虞がある。
本発明の目的は、バスバと単電池の電極タブとの溶接部分における機械的強度の低下および電気抵抗の増加を防止することができるスペーサ、組電池、および組電池の製造方法を提供することにある。
上記目的を達成するためのスペーサの一態様は、絶縁性を有し、発電要素を含み扁平に形成した電池本体と前記電池本体から導出し先端部が前記電池本体の厚み方向に沿って屈折した電極タブとを備え互いに積層する単電池同士をバスバによって前記単電池の積層方向に沿って電気的に接続してなる組電池に用い、各々の前記単電池の間に備える。前記スペーサは、当接部と、窪部と、連通部と、を有する。前記当接部は、前記単電池の積層方向に沿って前記電極タブの前記先端部に当接する。前記窪部は、前記電極タブの前記先端部から離間するように前記単電池の積層方向と交差する方向に窪んでいる。前記連通部は、前記窪部の内側を前記窪部の外部に連通させる。ここに、前記連通部は、前記当接部と隣り合う部分を前記電極タブの前記先端部から離間するように切り欠いてなる。
また、上記目的を達成するためのスペーサの他の態様は、絶縁性を有し、発電要素を含み扁平に形成した電池本体と前記電池本体から導出し先端部が前記電池本体の厚み方向に沿って屈折した電極タブとを備え互いに積層する単電池同士をバスバによって前記単電池の積層方向に沿って電気的に接続してなる組電池に用い、各々の前記単電池の間に備える。前記スペーサは、当接部と、窪部と、連通部と、を有する。前記当接部は、前記単電池の積層方向に沿って前記電極タブの前記先端部に当接する。前記窪部は、前記電極タブの前記先端部から離間するように前記単電池の積層方向と交差する方向に窪んでいる。前記連通部は、前記窪部の内側を前記窪部の外部に連通させる。ここに、前記連通部は、前記当接部から離間した部分を、前記単電池の積層方向に沿って前記窪部まで貫通させてなる。
上記目的を達成するための組電池の一態様は、互いに積層する複数の単電池と、複数のスペーサと、バスバと、を有する。前記単電池は、発電要素を含み扁平に形成した電池本体と、前記電池本体から導出し先端部が前記電池本体の厚み方向に沿って屈折した電極タブと、を備えた。前記スペーサは、絶縁性を有し、前記単電池の積層方向に沿って前記電極タブの前記先端部に当接する当接部と、前記電極タブの前記先端部から離間するように前記単電池の積層方向と交差する方向に窪んだ窪部と、前記窪部の内側を前記窪部の外部に連通させる連通部と、を備えた。前記バスバは、異なる前記単電池の前記電極タブの前記先端部同士を電気的に接続する。ここに、前記スペーサの前記連通部は、前記当接部と隣り合う部分を前記電極タブの前記先端部から離間するように切り欠いてなる。
また、上記目的を達成するための組電池の他の態様は、互いに積層する複数の単電池と、複数のスペーサと、バスバと、を有する。前記単電池は、発電要素を含み扁平に形成した電池本体と、前記電池本体から導出し先端部が前記電池本体の厚み方向に沿って屈折した電極タブと、を備えた。前記スペーサは、絶縁性を有し、前記単電池の積層方向に沿って前記電極タブの前記先端部に当接する当接部と、前記電極タブの前記先端部から離間するように前記単電池の積層方向と交差する方向に窪んだ窪部と、前記窪部の内側を前記窪部の外部に連通させる連通部と、を備えた。前記バスバは、異なる前記単電池の前記電極タブの前記先端部同士を電気的に接続する。ここに、前記スペーサの前記連通部は、前記当接部から離間した部分を、前記単電池の積層方向に沿って前記窪部まで貫通させてなる。
上記目的を達成するための組電池の製造方法は、発電要素を含み扁平に形成した電池本体と前記電池本体から導出し先端部が前記電池本体の厚み方向に沿って屈折した電極タブとを備えた各々の単電池の間に、上記の一態様または他の態様のスペーサを配置する。さらに、異なる前記単電池の前記電極タブの前記先端部同士を電気的に接続するバスバを、各々の前記電極タブの前記先端部に当接させる。さらに、溶接用のレーザ光を前記スペーサの前記窪部の位置に対応するように前記バスバに照射して、前記バスバと前記単電池の前記先端部とを溶接する。
実施形態に係る組電池を示す斜視図である。 図1に示す組電池から、加圧ユニット(上部加圧板と下部加圧板と左右の側板)を取り外し、かつ、バスバユニットの一部(保護カバーとアノード側ターミナルとカソード側ターミナル)を取り外した状態を示す斜視図である。 積層した単電池の電極タブにバスバを接合した状態の要部を断面によって示す斜視図である。 図3Aを側方から示す端面図である。 図2に示す積層体から、バスバホルダとバスバを取り外した状態を示す斜視図である。 図4に示す第1セルサブアッシと第2セルサブアッシをバスバによって電気的に接続する状態を示す斜視図である。 図4に示す第1セルサブアッシ(並列接続する3組の単電池)を単電池毎に分解し、かつ、そのうちの1つ(最上部)の単電池から第1スペーサと第2スペーサを取り外した状態を示す斜視図である。 単電池の一部と第1スペーサの一部を示す斜視図である。 第1スペーサの一部を示す斜視図である。 第1スペーサに配置された単電池の先端部にバスバを当接させて、単電池の先端部とバスバをレーザ溶接する一の状態を示す模式図である。 第1スペーサに配置された単電池の先端部にバスバを当接させて、単電池の先端部とバスバをレーザ溶接する他の状態を示す模式図である。 第1実施形態の変形例の第1スペーサの一部を示す斜視図である。 第2実施形態の第1スペーサの一部(Y方向に沿った片側)を示す斜視図である。 図11の第1スペーサの12A−12Aで表す断面によって第1スペーサと単電池の一部を示す側面図である。 図11の第1スペーサの12B−12Bで表す断面によって第1スペーサと単電池の一部を示す側面図である。 第3実施形態の第1スペーサの一部(Y方向に沿った片側)を示す斜視図である。
以下、添付した図面を参照しながら、本発明の第1〜第3実施形態を説明する。図面において、同一の部材には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。図面において、各部材の大きさや比率は、第1〜第3実施形態の理解を容易にするために誇張し、実際の大きさや比率とは異なる場合がある。
各図において、X、Y、およびZで表す矢印を用いて、組電池100の方位を示している。Xによって表す矢印の方向は、組電池100の長手方向を示している。Yによって表す矢印の方向は、組電池100の短手方向を示している。Zによって表す矢印の方向は、組電池100の積層方向を示している。
図1は、実施形態に係る組電池100を示す斜視図である。図2は、図1に示す組電池100から、加圧ユニット120(上部加圧板121と下部加圧板122と左右の側板123)を取り外し、かつ、バスバユニット130の一部(保護カバー135とアノード側ターミナル133とカソード側ターミナル134)を取り外した状態を示す斜視図である。図3Aは、積層した単電池110の電極タブ112にバスバ132を接合した状態の要部を断面によって示す斜視図である。図3Bは、図3Aを側方から示す端面図である。図4は、図2に示す積層体110Sから、バスバホルダ131とバスバ132を取り外した状態を示す斜視図である。図5は、図4に示す第1セルサブアッシ110Mと第2セルサブアッシ110Nをバスバ132によって電気的に接続する状態を示す斜視図である。図6は、図4に示す第1セルサブアッシ110M(並列接続する3組の単電池110)を単電池110毎に分解し、かつ、そのうちの1つ(最上部)の単電池110から第1スペーサ114と第2スペーサ115を取り外した状態を示す斜視図である。図7は、単電池110の一部と第1スペーサ114の一部を示す斜視図である。図8は、第1スペーサ114の一部を示す斜視図である。図9Aは、第1スペーサ114に配置された単電池110の先端部112dにバスバ132を当接させて、単電池110の先端部112dとバスバ132をレーザ溶接する一の状態を示す模式図である。図9Bは、第1スペーサ114に配置された単電池110の先端部112dにバスバ132を当接させて、単電池110の先端部112dとバスバ132をレーザ溶接する他の状態を示す模式図である。
図8および図9Aを参照して、実施形態に係るスペーサ(第1スペーサ114)は、概説すれば、発電要素111を含み扁平に形成した電池本体110Hと電池本体110Hから導出し先端部112dが電池本体110Hの厚み方向に沿って屈折した電極タブ112とを備え互いに積層する単電池110同士をバスバ132によって単電池110の積層方向(Z方向)に沿って電気的に接続してなる組電池100に用い、各々の単電池110の間に備える。第1スペーサ114は、当接部114hと、窪部114iと、連通部114jと、を有する。当接部114hは、単電池110の積層方向に沿って電極タブ112の先端部112dに当接する。窪部114iは、電極タブ112の先端部112dから離間するように単電池110の積層方向と交差する方向に窪んでいる。連通部114jは、窪部114iの内側を窪部114iの外部に連通させる。
図8および図9Aを参照して、実施形態に係る組電池100は、概説すれば、互いに積層する複数の単電池110と、複数のスペーサ(第1スペーサ114)と、バスバ132と、を有する。単電池110は、発電要素111を含み扁平に形成した電池本体110Hと、電池本体110Hから導出し先端部112dが電池本体110Hの厚み方向に沿って屈折した電極タブ112と、を備えた。第1スペーサ114は、単電池110の積層方向(Z方向)に沿って電極タブ112の先端部112dに当接する当接部114hと、電極タブ112の先端部112dから離間するように単電池110の積層方向と交差する方向に窪んだ窪部114iと、窪部114iの内側を窪部114iの外部に連通させる連通部114jと、を備えた。バスバ132は、異なる単電池110の電極タブ112の先端部112d同士を電気的に接続する。
図8、図9Aおよび図9Bを参照して、実施形態に係る組電池100の製造方法は、概説すれば、発電要素111を含み扁平に形成した電池本体110Hと電池本体110Hから導出し先端部112dが電池本体110Hの厚み方向に沿って屈折した電極タブ112とを備えた各々の単電池110の間に、上記のスペーサ(第1スペーサ114)を配置する。さらに、異なる単電池110の電極タブ112の先端部112d同士を電気的に接続するバスバ132を、各々の電極タブ112の先端部112dに当接させる。さらに、溶接用のレーザ光Lを第1スペーサ114の窪部114iの位置に対応するようにバスバ132に照射して、バスバ132と単電池110の先端部112dとを溶接する。
組電池100は、電気自動車のような車両に複数搭載され屋外の充電スタンド等からの電力で充電可能であると共に、車両用モータを駆動させる電源として使用される。組電池100は、複数の単電池110を積層してなる積層体110Sを、加圧ユニット120によって加圧した状態において、バスバユニット130によって電気的に接続して構成している。以下、スペーサ(第1スペーサ114)を含む組電池100の各構成を説明する。
積層体110Sの構成を詳述する。
積層体110Sは、図4に示すように、電気的に並列接続した3つの単電池110からなる第1セルサブアッシ110Mと、電気的に並列接続した3つの単電池110からなる第2セルサブアッシ110Nを、交互に直列接続して構成している。
第1セルサブアッシ110Mは、図4に示すように、組電池100において、1段目(最下段)、3段目、5段目、および7段目(最上段)に位置する3つの単電池110に相当する。第2セルサブアッシ110Nは、図4に示すように、組電池100において、2段目、4段目、および6段目に位置する3つの単電池110に相当する。
第1セルサブアッシ110Mと第2セルサブアッシ110Nは、同様の構成からなる。但し、第1セルサブアッシ110Mと第2セルサブアッシ110Nは、図4および図5に示すように、3つの単電池110の天地を入れ替えることによって、3つのアノード側電極タブ112Aと3つのカソード側電極タブ112KがZ方向に沿って交互に位置するように配置している。
第1セルサブアッシ110Mは、図4および図5に示すように、全てのアノード側電極タブ112Aが図中右側に位置し、全てのカソード側電極タブ112Kが図中左側に位置している。
第2セルサブアッシ110Nは、図4および図5に示すように、全てのアノード側電極タブ112Aが図中左側に位置し、全てのカソード側電極タブ112Kが図中右側に位置している。3つの単電池110毎に、その天地を単純に入れ替えただけでは、電極タブ112の先端部112dの向きがZ方向の上下にばらついてしまう。このため、全ての単電池110の電極タブ112の先端部112dの向きが揃うように、各々の先端部112dを下方に屈折させている。
単電池110は、例えばリチウムイオン二次電池に相当する。単電池110は、車両用モータの駆動電圧の仕様を満たすために直列に複数接続する。単電池110は、電池の容量を確保して車両の走行距離を伸ばすために並列に複数接続する。
単電池110は、図3Aおよび図3Bに示すように、充放電を行う発電要素111を含み扁平に形成した電池本体110H、電池本体110Hから導出し先端部112dが電池本体110Hの厚み方向に沿って屈折した電極タブ112、および発電要素111を封止するラミネートフィルム113を含んでいる。
発電要素111は、セパレータによって分離されたアノードとカソードを複数組積層して構成し、電極タブ112を介して充放電可能な蓄電体として機能する。
電極タブ112は、図3A、図3Bおよび図4に示すように、発電要素111を外部に臨ませるものである。電極タブ112は、アノード側電極タブ112Aおよびカソード側電極タブ112Kから構成している。アノード側電極タブ112Aの基端側は、1つの発電要素111に含まれる全てのアノードに接合している。アノード側電極タブ112Aは、薄板状から形成し、アノードの特性に合わせてアルミニウムからなる。カソード側電極タブ112Kの基端側は、1つの発電要素111に含まれる全てのカソードに接合している。カソード側電極タブ112Kは、薄板状から形成し、カソードの特性に合わせて銅からなる。
電極タブ112は、図3Bおよび図7に示すように、L字状に形成している。電極タブ112の基端部112cは、第1スペーサ114の支持部114kによって下方から支持されている。電極タブ112の先端部112dは、Z方向の下方に沿って屈折し、第1スペーサ114の当接部114hに対面している。
電極タブ112は、図7に示すように、その幅方向(Y方向)に沿った中央部112fに、孔112eを備えている。孔112eは、電極タブ112の基端部112cから先端部112dにかけて、長尺状に形成している。電極タブ112の孔112eは、第1スペーサ114のボス114rを挿入させる。
ラミネートフィルム113は、図3Aおよび図3Bに示すように、一対からなり、電池本体110HをZ方向に沿った上下から挟み込んで封止するものである。一対のラミネートフィルム113は、Y方向に沿った一端部113aの隙間から外部に向かって、アノード側電極タブ112Aおよびカソード側電極タブ112Kを導出させている。ラミネートフィルム113は、シート状の金属層と、金属層を両面から被覆して絶縁するシート状の絶縁層を積層して形成されている。
単電池110は、図6に示すように一対のスペーサ(第1スペーサ114および第2スペーサ115)によって支持された状態において、図3(A)、図3(B)および図4に示すように積層される。
一対のスペーサ(第1スペーサ114および第2スペーサ115)は、図2、図3Aおよび図3Bに示すように、単電池110をZ方向に沿って一定の間隔で配置している。第1スペーサ114は、単電池110の電極タブ112を備えた側を支持する。第2スペーサ115は、第1スペーサ114と単電池110のX方向において対向するように、単電池110の電極タブ112を備えていない側を支持する。
第1スペーサ114は、図7および図8に示すように、絶縁性を有した強化プラスチックスからなる。第1スペーサ114は、単電池110の積層方向に沿って電極タブ112の先端部112dに当接する当接部114h、電極タブ112の先端部112dから離間するように単電池110の積層方向と交差する方向に窪んだ窪部114i、および窪部114iの内側を窪部114iの外部に連通させる連通部114jを有している。さらに、第1スペーサ114は、図7および図8に示すように、窪部114iと隣接し、単電池110の積層方向(Z方向)と交差する方向(X方向およびY方向)に沿って電極タブ112をZ方向の下方から支持する支持部114kを有している。
第1スペーサ114の当接部114hは、図7に示すように、電極タブ112の先端部112dの幅方向(Y方向)に沿った両端の部分(一端部112gおよび他端部112h)に当接する。当接部114hは、第1スペーサ114のY方向およびZ方向に沿った側面114mに備えている。当接部114hは、電極タブ112の一端部112g、および他端部112hを、X方向に沿って支持(裏支え)している。すなわち、当接部114hは、図3Bに示すように、電極タブ112の先端部112dに当接して、電極タブ112の先端部112dをX方向に沿って位置決めしている。
第1スペーサ114の当接部114hは、図9Aに示すように、単電池110の電極タブ112の先端部112dに当接している。一方、図9Bに示すように、当接部114hが存在しない領域において、単電池110の電極タブ112と第1スペーサ114の側面114mとの間には、連通部114jに相当する隙間が存在する。
第1スペーサ114の窪部114iは、図7〜図9Bに示すように、当接部114hの位置から、電極タブ112の幅方向(Y方向)に沿ったバスバ132と電極タブ112の先端部112dとの溶接部位に対応する位置にいたる領域に備えている。窪部114iは、2つの当接部114hを水平方向(Y方向)に沿って上下に分断するように、第1スペーサ114の側面114mに備えている。
第1スペーサ114の連通部114jは、図7〜図9Bに示すように、当接部114hと隣り合う部分を電極タブ112の先端部112dから離間するように切り欠いて形成している。連通部114jは、各々の当接部114hの間に位置する長尺状の隙間に相当する。
第1スペーサ114の支持部114kは、図7および図8に示すように、電極タブ112の幅方向(Y方向)に沿って長尺状に備えている。支持部114kは、第1スペーサ114の上面にY方向に沿って一対備えられた平坦な支持面114bに備えている。すなわち、支持部114kは、支持面114bにおいて当接部114hに臨む直線状の外縁に沿いつつ、支持面114bから上方に向かって長方形状に突出して形成している。
ここで、第1スペーサ114は、窪部114iおよび連通部114jによって、Z方向とY方向によってなす側面114mにおける、電極タブ112との接触面積を大幅に抑制している。
第1スペーサ114は、図7〜図9Aに示すように、支持部114kから凸状のボス114rを突出させている。ボス114rは、支持部114kのZ方向の下方に位置する窪部114iにも突出している。ボス114rは、電極タブ112の中央部112fに開口した孔112eに挿入して、電極タブ112の位置を規制する。ボス114rは、電極タブ112の孔112eの周囲の部分に加締めて固定する。ボス114rの加締めは、ボス114rを加熱しつつ押圧して半球状に変形させることによって行う。
第1スペーサ114は、図6および図7に示すように、支持面114bのY方向に沿った両端に、それぞれ上方に向かって突出した一対の連結ピン114cを備えている。一対の連結ピン114cは、円柱形状からなり、ラミネートフィルム113の一端部113aのY方向に沿った両端に開口した連結孔113cに挿入することによって、単電池110を位置決めしている。
複数の第1スペーサ114は、図3Bに示すように、一の第1スペーサ114の上面114aと、他の第1スペーサ114の下面114dが当接している。複数の第1スペーサ114は、図3Bに示すように、一の第1スペーサ114の上面114aから突出した円柱形状の位置決ピン114eと、他の第1スペーサ114の下面114dに開口した位置決穴114fを嵌合させることによって、互いに位置決めしている。
第1スペーサ114は、図6に示すように、Y方向に沿った両端に、ロケート孔114gを両端に備えている。ロケート孔114gは、複数の組電池100同士をZ方向に沿って位置決めしつつ連結するボルトを挿入する。
第2スペーサ115は、電極タブ112を支持する必要がないことから、第1スペーサ114を簡略化して構成している。第2スペーサ115は、図6に示すように、第1スペーサ114と同様に、第2スペーサ同士を位置決めする位置決ピン115e、単電池110を位置決めする連結ピン115c、複数の組電池100同士を位置決めしつつ連結するボルトを挿入するロケート孔115g等を備えている。
加圧ユニット120の構成を詳述する。
加圧ユニット120は、積層体110Sの各々の単電池110を加圧することによって、各々の単電池110内部の発電要素111を上下から加圧する上部加圧板121と下部加圧板122、および積層体110Sを加圧した状態の上部加圧板121および下部加圧板122を固定する一対の側板123を含んでいる。
上部加圧板121は、図1および図2に示すように、下部加圧板122と共に、積層体110Sを構成する複数の単電池110を上下から挟み込んで保持しつつ、各々の単電池110の発電要素111を加圧するものである。上部加圧板121は、凹凸を備えた板状に形成し、十分な剛性を備えた金属からなる。上部加圧板121は、水平面上に設けている。上部加圧板121は、図2に示すように、発電要素111を下方に向かって加圧する加圧面121aを備えている。加圧面121aは、平坦に形成され、上部加圧板121の中央の部分から下方に向かって突出している。上部加圧板121は、組電池100同士を連結するボルトを挿入するロケート孔121bを備えている。ロケート孔121bは、貫通孔からなり、上部加圧板121の四隅に開口している。
下部加圧板122は、図2に示すように、上部加圧板121と同一の形状からなり、上部加圧板121の天地を逆転させるように設けている。下部加圧板122は、上部加圧板121と同様に、発電要素111を上方に向かって加圧する加圧面122a、および組電池100同士をZ方向に沿って位置決めしつつ連結するボルトを挿入するロケート孔122bを備えている。
一対の側板123は、図1および図2に示すように、積層体110Sを加圧した状態の上部加圧板121および下部加圧板122を固定するものである。すなわち、一対の側板123は、上部加圧板121および下部加圧板122の間隔を一定に維持する。また、一対の側板123は、積層した単電池110のX方向に沿った側面を被覆して保護する。側板123は、平板状に形成し、金属からなる。一対の側板123は、積層した単電池110のX方向に沿った両側面に対向するように、起立して設けている。一対の側板123は、上部加圧板121および下部加圧板122に対して溶接している。
バスバユニット130の構成を詳述する。
バスバユニット130は、複数のバスバ132を一体的に保持するバスバホルダ131、異なる単電池110(上下に並んだ単電池110)の電極タブ112の先端部112d同士を電気的に接続するバスバ132、電気的に接続された複数の単電池110のアノード側の終端を外部の入出力端子に臨ませるアノード側ターミナル133、電気的に接続された複数の単電池110のカソード側の終端を外部の入出力端子に臨ませるカソード側ターミナル134、およびバスバ132等を保護する保護カバー135を含んでいる。
バスバホルダ131は、図2および図4に示すように、複数のバスバ132を一体的に保持するものである。バスバホルダ131は、複数のバスバ132を、積層体110Sの各々の単電池110の電極タブ112に対面するように、マトリクス状に一体的に保持している。バスバホルダ131は、絶縁性を備えた樹脂からなり、枠状に形成している。
バスバホルダ131は、図4に示すように、単電池110の電極タブ112を支持している方の第1スペーサ114の長手方向の両側に位置するように、Z方向に沿って起立した一対の支柱部131aをそれぞれ備えている。一対の支柱部131aは、第1スペーサ114の側面に嵌合する。一対の支柱部131aは、Z方向に沿って視認した場合にL字状であって、Z方向に沿って延在した板状に形成している。バスバホルダ131は、第1スペーサ114の長手方向の中央付近に位置するように、Z方向に沿って起立した補助支柱部131bを備えている。補助支柱部131bは、Z方向に沿って延在した、XY平面に沿う断面でコ字状に形成している。
バスバホルダ131は、図4に示すように、Z方向に沿って隣り合うバスバ132の間にそれぞれ突出する絶縁部131cを備えている。絶縁部131cは、Y方向に沿って延在した板状に形成している。各々の絶縁部131cは、支柱部131aと補助支柱部131bの間に水平に備えている。絶縁部131cは、Z方向に沿って隣り合うバスバ132の間を絶縁することによって放電を防止する。
バスバホルダ131は、それぞれ独立して形成した支柱部131aと補助支柱部131bおよび絶縁部131cを互いに接合して構成してもよいし、支柱部131aと補助支柱部131bおよび絶縁部131cを一体的に成形して構成してもよい。
バスバ132は、図3A、図3B、図4および図5に示すように、上下に並んだ単電池110の電極タブ112を電気的に接続するものである。バスバ132は、一の単電池110のアノード側電極タブ112Aと、他の単電池110のカソード側電極タブ112Kを電気的に接続する。バスバ132は、図5に示すように、例えば、第1セルサブアッシ110Mの上下に3つ並んだアノード側電極タブ112Aと、第2セルサブアッシ110Nの上下に3つ並んだカソード側電極タブ112Kを電気的に接続する。
すなわち、バスバ132は、図5に示すように、例えば、第1セルサブアッシ110Mの3つのアノード側電極タブ112Aを並列接続し、かつ、第2セルサブアッシ110Nの3つのカソード側電極タブ112Kを並列接続する。さらに、バスバ132は、第1セルサブアッシ110Mの3つのアノード側電極タブ112Aと、第2セルサブアッシ110Nの3つのカソード側電極タブ112Kを直列接続する。バスバ132は、一の単電池110のアノード側電極タブ112Aと、他の単電池110のカソード側電極タブ112Kに対してレーザ溶接している。
バスバ132は、図3Aおよび図4に示すように、アノード側バスバ132Aとカソード側バスバ132Kを接合して構成している。アノード側バスバ132Aとカソード側バスバ132Kは、同一の形状からなり、それぞれL字状に形成している。バスバ132は、図3Aおよび図4に示すように、アノード側バスバ132Aの屈折した一端と、カソード側バスバ132Kの屈折した一端を接合してなる接合部132cによって、一体化している。バスバ132を構成するアノード側バスバ132Aおよびカソード側バスバ132Kは、図4に示すように、Y方向に沿った両端にバスバホルダ131と接合する側部132dを備えている。
アノード側バスバ132Aは、単電池110のアノード側電極タブ112Aと同様に、アルミニウムからなる。カソード側バスバ132Kは、単電池110のカソード側電極タブ112Kと同様に、銅からなる。異なる金属からなるアノード側バスバ132Aとカソード側バスバ132Kは、超音波接合によって互いに接合し、接合部132cを形成している。
マトリクス状に配設したバスバ132のうち、図4の図中右上に位置するバスバ132は、21つの単電池110(3並列7直列)のアノード側の終端に相当し、アノード側バスバ132Aのみから構成している。このアノード側バスバ132Aは、積層した単電池110のうち最上部の3つの単電池110のアノード側電極タブ112Aに対してレーザ接合している。
マトリクス状に配設したバスバ132のうち、図4の図中左下に位置するバスバ132は、21つの単電池110(3並列7直列)のカソード側の終端に相当し、カソード側バスバ132Kのみから構成している。このカソード側バスバ132Kは、積層した単電池110のうち最下部の3つの単電池110のカソード側電極タブ112Kに対してレーザ接合している。
アノード側ターミナル133は、図1および図2に示すように、電気的に接続された複数の単電池110のアノード側の終端を外部の入出力端子に臨ませるものである。アノード側ターミナル133は、図2に示すように、マトリクス状に配設したバスバ132のうち、図中右上に位置するアノード側バスバ132Aに接合する。アノード側ターミナル133は、両端を屈折させた板状に形成し、導電性を備えた金属からなる。
カソード側ターミナル134は、図1および図2に示すように、電気的に接続された複数の単電池110のカソード側の終端を外部の入出力端子に臨ませるものである。カソード側ターミナル134は、図2に示すように、マトリクス状に配設したバスバ132のうち、図中左下に位置するカソード側バスバ132Kに接合する。カソード側ターミナル134は、アノード側ターミナル133と同一の形状からなり、天地を反転させている。
保護カバー135は、図1および図2に示すように、バスバ132等を保護するものである。すなわち、保護カバー135は、複数のバスバ132を一体的に被覆することによって、各々のバスバ132が他の部材等と接触して電気的な短絡が発生することを防止する。保護カバー135は、図2に示すように、Z方向に沿って起立した側面135aの一端135bと他端135cを爪のようにX方向に向かって屈折し、絶縁性を備えたプラスチックスからなる。
保護カバー135は、側面135aによって各々のバスバ132を被覆しつつ、一端135bと他端135cによってバスバホルダ131を上下から挟み込んで固定している。保護カバー135は、矩形状の孔からなりアノード側ターミナル133を外部に臨ませる第1開口135dと、矩形状の孔からなりカソード側ターミナル134を外部に臨ませる第2開口135eを、それぞれ側面135aに備えている。
図9Aおよび図9Bを参照して、組電池100の製造方法のうち、バスバ132と単電池110の電極タブ112との溶接方法を説明する。
各々の単電池110の間に第1スペーサ114を配置する。つぎに、バスバ132を各々の電極タブ112の先端部112dに当接させる。図9Aに示すように、第1スペーサ114の当接部114hは、バスバ132および電極タブ112の先端部112dを支持(裏支え)する。つぎに、図9Aおよび図9Bに示すように、溶接用のレーザ光Lを第1スペーサ114の窪部114iの位置に対応するようにバスバ132に照射して、バスバ132と単電池110の先端部112dとを溶接する。ここで、図9Bに示すように、バスバ132に対するレーザ光Lの照射に伴って加熱された第1スペーサ114の窪部114iの内側から発生したガスは、連通部114j(単電池110の電極タブ112と第1スペーサ114の側面114mとの間の隙間)を介して、窪部114iの外部に排出される。
以上説明した第1実施形態の作用効果を説明する。
第1スペーサ114は、絶縁性を有し、発電要素111を含み扁平に形成した電池本体110Hと電池本体110Hから導出し先端部112dが電池本体110Hの厚み方向に沿って屈折した電極タブ112とを備え互いに積層する単電池110同士をバスバ132によって単電池110の積層方向に沿って電気的に接続してなる組電池100に用い、各々の単電池110の間に備える。第1スペーサ114は、当接部114hと、窪部114iと、連通部114jと、を有する。当接部114hは、単電池110の積層方向に沿って電極タブ112の先端部112dに当接する。窪部114iは、電極タブ112の先端部112dから離間するように単電池110の積層方向と交差する方向に窪んでいる。連通部114jは、窪部114iの内側を窪部114iの外部に連通させる。
組電池100は、互いに積層する複数の単電池110と、複数の第1スペーサ114と、バスバ132と、を有する。単電池110は、発電要素111を含み扁平に形成した電池本体110Hと、電池本体110Hから導出し先端部112dが電池本体110Hの厚み方向に沿って屈折した電極タブ112と、を備えた。第1スペーサ114は、絶縁性を有し、単電池110の積層方向に沿って電極タブ112の先端部112dに当接する当接部114hと、電極タブ112の先端部112dから離間するように単電池110の積層方向と交差する方向に窪んだ窪部114iと、窪部114iの内側を窪部114iの外部に連通させる連通部114jと、を備えた。バスバ132は、異なる単電池110の電極タブ112の先端部112d同士を電気的に接続する。
組電池100の製造方法は、発電要素111を含み扁平に形成した電池本体110Hと電池本体110Hから導出し先端部112dが電池本体110Hの厚み方向に沿って屈折した電極タブ112とを備えた各々の単電池110の間に、上記の第1スペーサ114を配置する。さらに、異なる単電池110の電極タブ112の先端部112d同士を電気的に接続するバスバ132を、各々の電極タブ112の先端部112dに当接させる。さらに、溶接用のレーザ光Lを第1スペーサ114の窪部114iの位置に対応するようにバスバ132に照射して、バスバ132と単電池110の先端部112dとを溶接する。
かかる第1スペーサ114、組電池100、および組電池100の製造方法によれば、溶接用のレーザ光Lを第1スペーサ114の窪部114iの位置に対応するようにバスバ132に照射したときに、バスバ132および単電池110の電極タブ112を介して第1スペーサ114の当接部114hが加熱される。第1スペーサ114の当接部114hは、レーザ光Lの照射方向と反対側から電極タブ112の先端部112dに当接することによって、バスバ132と電極タブ112の先端部112dとが互いに密着して溶接し易いように、バスバ132および電極タブ112の先端部112dを支持(裏支え)する。ここで、第1スペーサ114が加熱されることによって窪部114iの内側から発生したガスは、連通部114jを介して窪部114iの外部に排出される。ガスは、第1スペーサ114が加熱されることによって気化したものであって、仮にバスバ132と単電池110の電極タブ112との溶接部分に混入すると、溶接部分の機械的強度が低下すると共に電気抵抗が増加する。したがって、第1スペーサ114、組電池100、および組電池100の製造方法によれば、バスバ132と単電池110の電極タブ112との溶接部分における機械的強度の低下および電気抵抗の増加を防止することができる。
第1スペーサ114の当接部114hは、電極タブ112の先端部112dの幅方向(Y方向)に沿った両端の部分(一端部112gおよび他端部112h)に当接することが好ましい。
かかる第1スペーサ114によれば、電極タブ112の先端部112dの両端の部分(一端部112gおよび他端部112h)を第1スペーサ114の当接部114hによって支持(裏支え)することができる。したがって、第1スペーサ114によれば、バスバ132と単電池110の電極タブ112とを十分に溶接しつつ、溶接部分における機械的強度の低下および電気抵抗の増加を防止することができる。
また、かかる第1スペーサ114によれば、電極タブ112の幅方向(Y方向)に沿った両端(左右)の部分に当接することによって、電極タブ112の幅方向(Y方向)と交差する方向(Z方向)に沿った両端(上下)の部分に当接する場合と比較して、Z方向に沿った厚みを抑制することができる。したがって、第1スペーサ114によれば、複数の第1スペーサ114をZ方向に沿って積層して組電池100を構成するときに、その積層効率を維持することができる。
また、かかる第1スペーサ114によれば、バスバ132を第1スペーサ114の側に向かって押圧しつつ、バスバ132と隣接する電極タブ112の両端の部分(一端部112gおよび他端部112h)を第1スペーサ114の当接部114hによって支持(裏支え)すれば、電極タブ112の両端の部分(一端部112gおよび他端部112h)から離間した周囲の部分もバスバ132に対して接触させることができる。特に、電極タブ112の先端部112dが歪んでいるような場合に、第1スペーサ114の当接部114hによって電極タブ112の先端部112dの両端の部分(一端部112gおよび他端部112h)を押圧して、その歪を矯正することができる。したがって、第1スペーサ114によれば、バスバ132と単電池110の電極タブ112とを十分に溶接しつつ、その溶接部分における機械的強度の低下および電気抵抗の増加を防止することができる。
第1スペーサ114の窪部114iは、当接部114hの位置から、電極タブ112の幅方向(Y方向)に沿ったバスバ132と電極タブ112の先端部112dとの溶接部位に対応する位置にいたる領域に備えることが好ましい。
かかる第1スペーサ114によれば、電極タブ112の先端部112dを当接部114hによって支持(裏支え)しつつ、その当接部114hの領域にも窪部114iを備えることによって、電極タブ112の先端部112dとの接触を最小限にすることができる。すなわち、第1スペーサ114の当接部114hが、電極タブ112の先端部112dを介して加熱されることによって発生するガスを、窪部114iによって十分に抑制することができる。したがって、第1スペーサ114によれば、バスバ132と単電池110の電極タブ112とを十分に溶接しつつ、その溶接部分における機械的強度の低下および電気抵抗の増加を防止することができる。
第1スペーサ114の連通部114jは、当接部114hと隣り合う部分を電極タブ112の先端部112dから離間するように切り欠いてなることが好ましい。
かかる第1スペーサ114によれば、非常に簡便な構成によって連通部114jを備えることができる。第1スペーサ114は、連通部114jを備えることによって、サイズが大きくなったり、製造に手間が掛かったり、製造コストが増大したりすることもない。
(第1実施形態の変形例)
図10は、第1実施形態の変形例の第1スペーサ214の一部を示す斜視図である。
第1実施形態の変形例の第1スペーサ214は、その当接部214hが、電極タブ112の両端(一端部112gおよび他端部112h)に加えて、その両端から離間した中央部112fにも当接する点において、前述した第1実施形態の第1スペーサ114と相違する。前述した第1実施形態の第1スペーサ114は、その当接部114hが、電極タブ112の両端(一端部112gおよび他端部112h)のみに当接している。
第1スペーサ214の当接部214hは、図10に示すように、側面214mにおいてY方向に沿って一定の間隔で整列するように、電極タブ112の一端部112gおよび他端部112hに対向する位置に1つずつ、電極タブ112の中央部112fに対向する位置に1つ、さらには電極タブの一端部112gと中央部112fとの中間および電極タブの他端部112hと中央部112fとの中間の位置にそれぞれ1つずつ、合計5つ備えている。複数の当接部214hは、全て同一の形状から形成してもよいし、側面214mの真ん中や両端に位置するものをY方向に沿って相対的に長く形成してもよい。
以上説明した第1実施形態の変形例の作用効果を説明する。
第1スペーサ214は、その当接部214hが、電極タブ112の先端部112dの幅方向(Y方向)に沿った両端(一端部112gおよび他端部112h)から離間した部分(例えば中央部112f等)に当接する。
かかる第1スペーサ214によれば、電極タブ112の先端部112dの両端から離間した部分(例えば中央部112f)を第1スペーサ214の当接部214hによって支持(裏支え)することができる。したがって、第1スペーサ214によれば、バスバ132と単電池110の電極タブ112とを十分に溶接しつつ、溶接部分における機械的強度の低下および電気抵抗の増加を防止することができる。
また、かかる第1スペーサ214によれば、バスバ132を第1スペーサ214の側に向かって押圧しつつ、バスバ132と隣接する電極タブ112の両端から離間した部分(例えば中央部112f)を第1スペーサ214の当接部214hによって支持(裏支え)すれば、電極タブ112の例えば中央部112fの周囲の部分もバスバ132に対して接触させることができる。このような構成は、第1スペーサ214が、電極タブ112の幅方向(Y方向)に沿った全長がZ方に沿った全長と比較して十分に長い場合に、効果的である。特に、電極タブ112の先端部112dが歪んでいるような場合に、第1スペーサ214の当接部214hによって電極タブ112の先端部112dの中央部112fを押圧して、その歪を矯正することができる。したがって、第1スペーサ214によれば、バスバ132と単電池110の電極タブ112とを十分に溶接しつつ、その溶接部分における機械的強度の低下および電気抵抗の増加を防止することができる。
(第2実施形態)
図11は、第2実施形態の第1スペーサ314の一部(Y方向に沿った片側)を示す斜視図である。図12Aは、図11の第1スペーサ314の12A−12Aで表す断面によって第1スペーサ314と単電池110の一部を示す側面図である。図12Bは、図11の第1スペーサ314の12B−12Bで表す断面によって第1スペーサ314と単電池110の一部を示す側面図である。
第2実施形態の第1スペーサ314は、電極タブ112を下方から支持する支持部314kを、電極タブ112の幅方向(Y方向)に沿って間欠的に備えている点において、前述した第1実施形態の第1スペーサ114と相違する。前述した第1実施形態の第1スペーサ114は、電極タブ112を下方から支持する支持部114kを、電極タブ112の幅方向(Y方向)に沿って長尺状に備えている。
第1スペーサ314は、図11に示すように、平坦な支持面314bからZ方向に沿った上方に向かって長方形状に突出した支持部314kを備えている。支持部314kは、支持面314bの中央に1つ、および支持面314bのY方向に沿った両端に1つずつ備えている。支持面314bの中央の支持部314kは、ボス314rを突出させている。支持部314kは、電極タブ112の幅方向(Y方向)に沿った中央部112f、一端部112g、および他端部112hを支持する。第1スペーサ314は、図12Aに示すように、支持部314kによって、単電池110の電極タブ112の基端部112cを下方から支持する。一方、図12Bに示すように、支持部314kが存在しない領域において、単電池110の電極タブ112と支持面314bとの間には、隙間が存在する。
ここで、第1スペーサ314は、窪部314iおよび連通部314jによって、Z方向とY方向によってなす側面314mにおける、電極タブ112との接触面積を大幅に抑制している。さらに、第1スペーサ314は、間欠的に備えた支持部314kによって、X方向とY方向によってなす上面における、電極タブ112との接触面積を大幅に抑制している。
以上説明した第2実施形態の作用効果を説明する。
第1スペーサ314は、窪部314iと隣接し、単電池110の積層方向(Z方向)と交差する方向(X方向およびY方向)に沿って電極タブ112を部分的に支持する支持部314kを有する。
かかる第1スペーサ314によれば、加熱されることによって窪部314iの内側から発生したガスを、連通部314jを介して直接的に窪部314iの外部に排出すると共に、連通部314jから支持部314kの周囲の空間(例えばY方向に沿って離間して隣り合う支持部314kと支持部314kとの隙間)を介して窪部314iの外部に排出することができる。したがって、第1スペーサ314、第1スペーサ314を備えた組電池、および第1スペーサ314を備えた組電池の製造方法によれば、バスバ132と単電池110の電極タブ112との溶接部分における機械的強度の低下および電気抵抗の増加を十分に防止することができる。
(第3実施形態)
図13は、第3実施形態の第1スペーサ414の一部(Y方向に沿った片側)を示す斜視図である。
第3実施形態の第1スペーサ414は、窪部414iの内側を窪部414iの外部に連通させる連通部414jを、当接部414hから離間した部分を単電池110の積層方向(Z方向)に沿って窪部414iまで貫通させて構成している点において、前述した第1実施形態の第1スペーサ114と相違する。前述した第1実施形態の第1スペーサ114は、連通部114jを、当接部114hと隣り合う部分を電極タブ112の先端部112dから離間するように切り欠いて構成している。
連通部414jは、支持部414kをZ方向に沿って貫通した円筒形状の貫通孔によって構成している。連通部414jは、支持部414kのZ方向に沿った下方に位置する窪部414iを貫通している。連通部414jは、第1スペーサ414の側面をなす当接部414hから離間している。連通部414jは、支持部414kにおいてY方向に沿って一定の間隔で複数備えている。
以上説明した第3実施形態の作用効果を説明する。
第1スペーサ414において、連通部414jは、当接部414hから離間した部分を、単電池110の積層方向(Z方向)に沿って窪部414iまで貫通させてなる。
かかる第1スペーサ414によれば、非常に簡便な構成によって連通部414jを備えることができる。第1スペーサ414は、連通部414jを備えることによって、サイズが大きくなったり、製造に手間が掛かったり、製造コストが増大したりすることもない。したがって、第1スペーサ414、第1スペーサ414を備えた組電池、および第1スペーサ414を備えた組電池の製造方法によれば、サイズの増大や製造上の制約を受けることなく、バスバ132と単電池110の電極タブ112との溶接部分における機械的強度の低下および電気抵抗の増加を防止することができる。
そのほか、本発明は、特許請求の範囲に記載された構成に基づき様々な改変が可能であり、それらについても本発明の範疇である。
本出願は、2016年11月7日に出願された日本特許出願番号2016−217510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。
100 組電池、
110 単電池、
110M 第1セルサブアッシ、
110N 第2セルサブアッシ、
110S 積層体、
110H 電池本体、
111 発電要素、
112 電極タブ、
112A アノード側電極タブ、
112K カソード側電極タブ、
112c 基端部、
112d 先端部、
112e 孔、
112f 中央部、
112g 一端部、
112h 他端部、
113 ラミネートフィルム、
114,314,414 第1スペーサ、
114a,214a 上面、
114b,214b,314b,414b 支持面、
114c,214c 連結ピン、
114d 下面、
114e,214e 位置決ピン、
114f 位置決穴、
114g,214g ロケート孔、
114h,214h,314h,414h 当接部、
114i,214i,314i,414i 窪部、
114j,214j,314j,414j 連通部、
114k,214k,314k,414k 支持部、
114m,214m,314m 側面、
114r,214r,314r,414r ボス、
115 第2スペーサ、
120 加圧ユニット、
121 上部加圧板、
122 下部加圧板、
123 側板、
130 バスバユニット、
131 バスバホルダ、
132 バスバ、
132A アノード側バスバ、
132K カソード側バスバ、
133 アノード側ターミナル、
134 カソード側ターミナル、
135 保護カバー、
X 単電池110の長手方向、
Y 単電池110の短手方向、
Z 単電池110の積層方向。

Claims (9)

  1. 発電要素を含み扁平に形成した電池本体と前記電池本体から導出し先端部が前記電池本体の厚み方向に沿って屈折した電極タブとを備え互いに積層する単電池同士をバスバによって単電池の積層方向に沿って電気的に接続してなる組電池に用い、各々の前記単電池の間に備える絶縁性のスペーサであって、
    前記単電池の積層方向に沿って前記電極タブの前記先端部に当接する当接部と、
    前記電極タブの前記先端部から離間するように前記単電池の積層方向と交差する方向に窪んだ窪部と、
    前記窪部の内側を前記窪部の外部に連通させる連通部と、を有し、
    前記連通部は、前記当接部と隣り合う部分を前記電極タブの前記先端部から離間するように切り欠いてなる、スペーサ。
  2. 発電要素を含み扁平に形成した電池本体と前記電池本体から導出し先端部が前記電池本体の厚み方向に沿って屈折した電極タブとを備え互いに積層する単電池同士をバスバによって単電池の積層方向に沿って電気的に接続してなる組電池に用い、各々の前記単電池の間に備える絶縁性のスペーサであって、
    前記単電池の積層方向に沿って前記電極タブの前記先端部に当接する当接部と、
    前記電極タブの前記先端部から離間するように前記単電池の積層方向と交差する方向に窪んだ窪部と、
    前記窪部の内側を前記窪部の外部に連通させる連通部と、を有し、
    前記連通部は、前記当接部から離間した部分を、前記単電池の積層方向に沿って前記窪部まで貫通させてなる、スペーサ。
  3. 前記当接部は、前記電極タブの前記先端部の幅方向に沿った両端の部分に当接する、請求項1または2に記載のスペーサ。
  4. 前記当接部は、前記電極タブの前記先端部の幅方向に沿った両端から離間した部分に当接する、請求項1〜3のいずれか1項に記載のスペーサ。
  5. 前記窪部は、前記当接部の位置から、前記電極タブの幅方向に沿った前記バスバと前記電極タブの前記先端部との溶接部位に対応する位置にいたる領域に備えた、請求項1〜4のいずれか1項に記載のスペーサ。
  6. 前記窪部と隣接し、前記単電池の積層方向と交差する方向に沿って前記電極タブを部分的に支持する支持部を、さらに有する請求項1〜5のいずれか1項に記載のスペーサ。
  7. 発電要素を含み扁平に形成した電池本体と、前記電池本体から導出し先端部が前記電池本体の厚み方向に沿って屈折した電極タブと、を備え互いに積層する複数の単電池と、
    前記単電池の積層方向に沿って前記電極タブの前記先端部に当接する当接部と、前記電極タブの前記先端部から離間するように前記単電池の積層方向と交差する方向に窪んだ窪部と、前記窪部の内側を前記窪部の外部に連通させる連通部と、を備えた絶縁性の複数のスペーサと、
    異なる前記単電池の前記電極タブの前記先端部同士を電気的に接続するバスバと、を有してなり、
    前記スペーサの前記連通部は、前記当接部と隣り合う部分を前記電極タブの前記先端部から離間するように切り欠いてなる、組電池。
  8. 発電要素を含み扁平に形成した電池本体と、前記電池本体から導出し先端部が前記電池本体の厚み方向に沿って屈折した電極タブと、を備え互いに積層する複数の単電池と、
    前記単電池の積層方向に沿って前記電極タブの前記先端部に当接する当接部と、前記電極タブの前記先端部から離間するように前記単電池の積層方向と交差する方向に窪んだ窪部と、前記窪部の内側を前記窪部の外部に連通させる連通部と、を備えた絶縁性の複数のスペーサと、
    異なる前記単電池の前記電極タブの前記先端部同士を電気的に接続するバスバと、を有してなり、
    前記スペーサの前記連通部は、前記当接部から離間した部分を、前記単電池の積層方向に沿って前記窪部まで貫通させてなる、組電池。
  9. 発電要素を含み扁平に形成した電池本体と前記電池本体から導出し先端部が前記電池本体の厚み方向に沿って屈折した電極タブとを備えた各々の単電池の間に、請求項1または請求項2に記載のスペーサを配置し、異なる前記単電池の前記電極タブの前記先端部同士を電気的に接続するバスバを、各々の前記電極タブの前記先端部に当接させ、溶接用のレーザ光を前記スペーサの前記窪部の位置に対応するように前記バスバに照射して、前記バスバと前記単電池の前記先端部とを溶接する組電池の製造方法。
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