JP7125444B2 - 電池モジュール - Google Patents

Description

本発明は、電池モジュールに関する。

例えば車両用等の高い出力電圧が要求される電源として、複数個の二次電池が電気的に接続された電池モジュールが知られている。電池モジュールにおいて、隣り合う電池はバスバーを介して電気的に接続されていた。また、二次電池の製造工程では、例えば特許文献１に開示されるように、プローブを二次電池の出力端子に接触させて二次電池の充放電や検査を実施していた。

特開２００４－３１９３３４号公報

充放電や検査を正確、安全に実施するためには、出力端子とプローブとの間の接触抵抗を低減することが望ましい。この接触抵抗を低減する方法としては、出力端子にプローブを強い力で押し付けることで、出力端子にプローブを食い込ませて端子表面の酸化被膜の抵抗を除去したり接触面積を上げたりすることが知られている。しかしながら、プローブを出力端子に押し付けると、出力端子にプローブ痕がついてしまうことがあった。出力端子についたプローブ痕は、出力端子とバスバーとの接続信頼性を低下させる原因となり得る。

本開示はこうした状況に鑑みてなされたものであり、その目的の１つは、電池の出力端子とバスバーとの接続信頼性を高める技術を提供することにある。

本開示のある態様は、電池モジュールである。この電池モジュールは、出力端子を有する電池が複数配列された電池積層体と、各電池の出力端子に接合されて複数の電池を電気的に接続するバスバーと、を備える。出力端子は、バスバーと対向する表面にプローブ痕を有し、バスバーは、プローブ痕と対向する凹部を有する。

本開示の他の態様もまた、電池モジュールである。この電池モジュールは、出力端子を有する電池が複数配列された電池積層体と、各電池の出力端子に接合されて複数の電池を電気的に接続するバスバーと、を備える。出力端子は、バスバーとの接合面と、接合面よりもバスバーから離間する方向に凹む凹部と、凹部内に配置されるプローブ痕と、を有する。

なお、以上の構成要素の任意の組合せ、本開示の表現を方法、装置、システムなどの間で変換したものもまた、本開示の態様として有効である。

本開示によれば、電池の出力端子とバスバーとの接続信頼性を高めることができる。

実施の形態１に係る電池モジュールの一部分の斜視図である。 実施の形態１に係る電池モジュールが備える出力端子およびバスバーの一部分の断面図である。 変形例１に係る電池モジュールが備える出力端子およびバスバーの一部分の断面図である。 実施の形態２に係る電池モジュールが備える出力端子およびバスバーの一部分の断面図である。

以下、本開示を好適な実施の形態をもとに図面を参照しながら説明する。実施の形態は、本開示を限定するものではなく例示であって、実施の形態に記述されるすべての特徴やその組み合わせは、必ずしも本開示の本質的なものであるとは限らない。各図面に示される同一または同等の構成要素、部材、処理には、同一の符号を付するものとし、適宜重複した説明は省略する。また、各図に示す各部の縮尺や形状は、説明を容易にするために便宜的に設定されており、特に言及がない限り限定的に解釈されるものではない。また、本明細書または請求項中に「第１」、「第２」等の用語が用いられる場合には、特に言及がない限りこの用語はいかなる順序や重要度を表すものでもなく、ある構成と他の構成とを区別するためのものである。また、各図面において実施の形態を説明する上で重要ではない部材の一部は省略して表示する。

（実施の形態１）
図１は、実施の形態１に係る電池モジュールの一部分の斜視図である。電池モジュール１は、電池積層体２と、バスバー４と、を備える。電池積層体２は、配列された複数の電池６を有する。各電池６は、例えば、リチウム一次電池、リチウムイオン電池、ニッケル－水素電池、ニッケル－カドミウム電池等の、一次電池や充電可能な二次電池である。各電池６は、いわゆる角形電池であり、扁平な直方体形状の外装缶８を有する。外装缶８の一面には略長方形状の開口が設けられ、この開口を介して外装缶８に電極体や電解液等が収容される。外装缶８の開口には、開口を塞ぐ略長方形状の封口板１０が嵌め合わされる。

封口板１０には、一対の出力端子１２が配置される。具体的には、長手方向の一端寄りに正極端子１２ａが配置され、他端寄りに負極端子１２ｂが配置される。以下では、一対の出力端子１２の極性を区別する必要がない場合、正極端子１２ａと負極端子１２ｂとをまとめて出力端子１２と称する。

外装缶８、封口板１０および出力端子１２は導電体であり、例えばアルミニウム、鉄、ステンレス等の金属で構成される。外装缶８と封口板１０とは、例えばレーザー溶接により接合される。各出力端子１２は、封口板１０に形成された貫通孔に挿通される。各出力端子１２と各貫通孔との間には、絶縁性のシール部材が介在する。外装缶８は、シュリンクチューブ等の図示しない絶縁フィルムで被覆されてもよい。また、外装缶８および封口板１０は、絶縁性の樹脂で構成されてもよい。

各電池６は、封口板１０に弁部１４を有する。弁部１４は、封口板１０における一対の出力端子１２の間に配置される。弁部１４は、安全弁とも呼ばれ、電池６の内圧が所定値以上に上昇した際に開弁して、電池６の内部のガスを放出できるように構成される。弁部１４は、例えば、封口板１０の一部に設けられる他部よりも厚さが薄い薄肉部と、この薄肉部の表面に形成される線状の溝とで構成される。この構成では、電池６の内圧が上昇すると、溝を起点に薄肉部が裂けることで弁部１４が開弁する。

複数の電池６は、隣り合う電池６の主表面どうしが対向するようにして所定の間隔で配列される。本実施の形態では、電池６は水平方向に配列されている。以下では適宜、電池６が配列される方向を第１方向Ｘとし、第１方向Ｘと交わる水平方向を第２方向Ｙとし、第１方向Ｘおよび第２方向Ｙと交わる鉛直方向を第３方向Ｚとする。本実施の形態では、第１方向Ｘ、第２方向Ｙおよび第３方向Ｚは互いに直交する。

各電池６は、出力端子１２が同じ方向を向くように配置される。本実施の形態の各電池６は、出力端子１２が鉛直方向上方を向くように配置される。また、各電池６は、隣接する電池６を直列に接続する場合、一方の電池６の正極端子１１ａと他方の電池６の負極端子１２ｂとが隣り合うように配列される。また、隣接する電池６を並列に接続する場合、一方の電池６の正極端子１２ａと他方の電池６の正極端子１２ａとが隣り合うように配列される。

隣接する２つの電池６の間には、図示しないセパレータが配置される。これにより、当該２つの電池６間が電気的に絶縁される。セパレータは、絶縁スペーサとも呼ばれ、例えば絶縁性を有する樹脂シートからなる。セパレータを構成する樹脂としては、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）、ポリカーボネート（ＰＣ）、ノリル（登録商標）樹脂（変性ＰＰＥ）等の樹脂が例示される。

複数の電池６は、図示しない一対のエンドプレートで第１方向Ｘに挟まれる。一対のエンドプレートは、第１方向Ｘの両端に位置する電池６とセパレータを介して隣り合う。各エンドプレートは、鉄、ステンレス鋼、アルミニウム等の金属で構成される金属板である。また、複数の電池６は、図示しない一対の拘束部材によって第１方向Ｘに拘束される。一対の拘束部材は、バインドバーとも呼ばれ、第１方向Ｘに長い長尺状の部材である。一対の拘束部材は、例えば第２方向Ｙに配列される。各拘束部材は、例えば鉄やステンレス鋼等の金属で構成される。

複数の電池６は、複数のセパレータと交互に配列された状態で、一対のエンドプレートで第１方向Ｘに挟まれる。一対の拘束部材は、複数の電池６、複数のセパレータおよび一対のエンドプレートを第２方向Ｙに挟むように配置され、各拘束部材の両端が一対のエンドプレートに固定される。例えば、拘束部材は第１方向Ｘの両端に、エンドプレートの主表面と重なる折曲部を有し、この折曲部がエンドプレートにねじ止め等により固定される。セパレータ、エンドプレートおよび拘束部材は公知の構造を有するため、図示および詳細な説明を省略する。

隣り合う電池６の出力端子１２どうしは、バスバー４によって電気的に接続される。バスバー４は、おおよそ帯状の金属部材である。バスバー４の一方の端部は、隣接する２つの電池６のうち一方の電池６の正極端子１２ａに接続され、他方の端部は他方の電池６の負極端子１２ｂに接続される。なお、バスバー４は、隣接する複数個の電池６における同極性の出力端子１２どうしを並列接続して電池ブロックを形成し、さらに電池ブロックどうしを直列接続してもよい。

電池積層体２の上面には、図示しないダクトプレートが載置される。ダクトプレートは、各電池６の弁部１４が連通されるガスダクトを有する。各電池６から噴出するガスは、ガスダクトに流れ込む。また、ダクトプレートは、各電池６の出力端子１２と重なる位置に開口を有し、各開口にバスバー４が載置される。複数のバスバー４は、ダクトプレートによって支持される。したがって、ダクトプレートは、いわゆるバスバープレートとしても機能する。また、ダクトプレートには、電圧検出線が載置される。

図２は、実施の形態１に係る電池モジュール１が備える出力端子１２およびバスバー４の一部分の断面図である。出力端子１２は、バスバー４と対向する表面に接合面１６と、プローブ痕１８と、を有する。接合面１６は、出力端子１２においてバスバー４が接合される面である。バスバー４は、接合面１６に当接した状態で、例えばレーザー溶接によって出力端子１２に接合される。具体的には、接合面１６とバスバー４とが重なる位置にレーザー光Ｌが照射されることで、バスバー４が接合面１６に接合される。なお、出力端子１２とバスバー４とは超音波溶接やアーク溶接等によって接合されてもよい。

出力端子１２とバスバー４とは、それぞれ単一の金属材料で構成されてもよいし、クラッド材で構成されてもよい。また、出力端子１２とバスバー４とは、同種の金属であってもよいし異種の金属であってもよい。

プローブ痕１８は、電池６の充放電や検査を行う装置のプローブが出力端子１２に押し付けられたことで形成される凹凸である。プローブ痕１８の形状は特に限定されず、円錐状、多角錐形状、球状、平坦状、クラウン状等である。プローブ痕１８は、接合面１６よりもバスバー４側に突出する複数の凸部２０を有する。凸部２０の高さは、５０μｍ以上２００μｍ以下である。凸部２０の高さは、出力端子１２とバスバー４との積層方向における、接合面１６から凸部２０の頂点までの距離である。

バスバー４は、プローブ痕１８と対向する凹部２２を有する。出力端子１２とバスバー４との積層方向から見て、凹部２２は、プローブ痕１８と重なるように配置される。凹部２２の深さは、凸部２０の高さ以上である。凹部２２の深さは、出力端子１２とバスバー４との積層方向における、接合面１６に当接する面から凹部２２の底面までの距離である。本実施の形態のバスバー４は、プローブ痕１８の全体と重なる１つの凹部２２を有する。

バスバー４を出力端子１２の接合面１６に搭載すると、プローブ痕１８の凸部２０が凹部２２内に収まる。理想的には、全ての凸部２０が凹部２２内に収まる。これにより、凸部２０とバスバー４とが干渉してバスバー４が接合面１６から浮き上がることを抑制できる。この結果、接合面１６とバスバー４とを密着させられるため、出力端子１２とバスバー４とをより確実に接合することができる。

以上説明したように、本実施の形態に係る電池モジュール１は、出力端子１２を有する電池６が複数配列された電池積層体２と、各電池６の出力端子１２に接合されて複数の電池６を電気的に接続するバスバー４と、を備える。出力端子１２は、バスバー４と対向する表面にプローブ痕１８を有し、バスバー４は、プローブ痕１８と対向する凹部２２を有する。バスバー４に凹部２２を設けることで、出力端子１２にバスバー４を載置した際に、プローブ痕１８がバスバー４と干渉することを抑制できる。

これにより、出力端子１２とバスバー４との接続信頼性を高めることができる。よって、電池モジュール１の安全性を高めることができる。また、出力端子１２にプローブを当てる位置が変更された場合であっても、プローブ痕１８の位置に合わせてバスバー４における凹部２２の位置を変更するだけで、プローブ痕１８とバスバー４との干渉を簡単に抑制することができる。

また、本実施の形態のバスバー４は、プローブ痕１８の全体と重なる１つの凹部２２を有する。これにより、凹部２２を複数設ける場合に比べてバスバー４の形状を簡略化できる。また、凹部２２を設けることによるバスバー４の製造工程の複雑化やコストの上昇を抑制できる。

実施の形態１に係る電池モジュール１には、以下の変形例１を挙げることができる。図３は、変形例１に係る電池モジュール１が備える出力端子１２およびバスバー４の一部分の断面図である。

本変形例に係るバスバー４は、複数の凹部２２を有する。複数の凹部２２は、それぞれがプローブ痕１８の異なる一部分と重なる。各凹部２２には、１つまたは複数の凸部２０が収容される。このような構成によっても、出力端子１２にバスバー４を載置した際に、プローブ痕１８がバスバー４と干渉することを抑制できる。よって、出力端子１２とバスバー４との接続信頼性を高めることができる。

また、プローブ痕１８の全体を覆う１つの凹部２２を設ける場合に比べて、バスバー４の肉厚部分を増やすことができるため、バスバー４の強度を高めることができる。なお、バスバー４において複数の凹部２２が配列された領域にもレーザー光Ｌを照射してもよい。この場合、バスバー４における隣り合う凹部２２の間の領域も、出力端子１２に接合される。よって、当該領域も接合面１６となる。これにより、出力端子１２とバスバー４との間の電気抵抗を低減できる。

（実施の形態２）
実施の形態２は、バスバー４および出力端子１２の構造を除き、実施の形態１と共通の構成を有する。以下、本実施の形態について実施の形態１と異なる構成を中心に説明し、共通する構成については簡単に説明するか、あるいは説明を省略する。図４は、実施の形態２に係る電池モジュール１が備える出力端子１２およびバスバー４の一部分の断面図である。

本実施の形態に係る電池モジュール１は、出力端子１２を有する電池６が複数配列された電池積層体２と、各電池６の出力端子１２に接合されて複数の電池６を電気的に接続するバスバー４と、を備える。

本実施の形態の出力端子１２は、接合面１６と、凹部２２と、プローブ痕１８と、を有する。接合面１６は、バスバー４が接合される面である。凹部２２は、接合面１６よりもバスバー４から離間する方向に凹む。プローブ痕１８は、凹部２２内に配置される。プローブ痕１８は、凹部２２の底面からバスバー４側に突出する複数の凸部２０を有する。凸部２０の高さは、５０μｍ以上２００μｍ以下である。凹部２２の深さは、凸部２０の高さ以上である。凹部２２の深さは、出力端子１２とバスバー４との積層方向における、接合面１６から凹部２２の底面までの距離である。凸部２０の高さは、当該積層方向における凹部２２の底面から凸部２０の頂点までの距離である。

このように、出力端子１２においてプローブ痕１８が形成される領域に凹部２２を設けることによっても、出力端子１２にバスバー４を載置した際に、プローブ痕１８がバスバー４と干渉することを抑制できる。これにより、出力端子１２とバスバー４との接続信頼性を高めることができる。

以上、本開示の実施の形態について詳細に説明した。前述した実施の形態は、本開示を実施するにあたっての具体例を示したものにすぎない。実施の形態の内容は、本開示の技術的範囲を限定するものではなく、請求の範囲に規定された本開示の思想を逸脱しない範囲において、構成要素の変更、追加、削除等の多くの設計変更が可能である。設計変更が加えられた新たな実施の形態は、組み合わされる実施の形態および変形それぞれの効果をあわせもつ。前述の実施の形態では、このような設計変更が可能な内容に関して、「本実施の形態の」、「本実施の形態では」等の表記を付して強調しているが、そのような表記のない内容でも設計変更が許容される。以上の構成要素の任意の組み合わせも、本開示の態様として有効である。図面の断面に付したハッチングは、ハッチングを付した対象の材質を限定するものではない。

電池モジュール１が備える電池６の数は特に限定されない。複数の電池６の拘束構造等を含む、電池積層体２の各部の構造は特に限定されない。電池６は、円筒状等であってもよい。

１ 電池モジュール、 ２ 電池積層体、 ４ バスバー、 ６ 電池、 １２ 出力端子、 １６ 接合面、 １８ プローブ痕、 ２０ 凸部、 ２２ 凹部。

Claims (4)

1. 出力端子を有する電池が複数配列された電池積層体と、
   各電池の前記出力端子に接合されて複数の前記電池を電気的に接続するバスバーと、を備え、
   前記出力端子は、前記バスバーと対向する表面にプローブ痕を有し、
   前記バスバーは、前記プローブ痕と対向して前記プローブ痕の全体と重なる１つの凹部を有する、
   電池モジュール。
2. 出力端子を有する電池が複数配列された電池積層体と、
   各電池の前記出力端子に接合されて複数の前記電池を電気的に接続するバスバーと、を備え、
   前記出力端子は、前記バスバーと対向する表面にプローブ痕を有し、
   前記バスバーは、前記プローブ痕と対向してそれぞれが前記プローブ痕の異なる一部分と重なる複数の凹部を有する、
   電池モジュール。
3. 前記プローブ痕は、前記出力端子の前記バスバーが接合される接合面よりも前記バスバー側に突出する凸部を有し、
   前記凸部の高さは、５０μｍ以上２００μｍ以下である、
   請求項１または２に記載の電池モジュール。
4. 出力端子を有する電池が複数配列された電池積層体と、
   各電池の前記出力端子に接合されて複数の前記電池を電気的に接続するバスバーと、を備え、
   前記出力端子は、前記バスバーとの接合面と、前記接合面よりも前記バスバーから離間する方向に凹む凹部と、前記凹部内に配置されるプローブ痕と、を有する、
   電池モジュール。

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