JP7199817B2 - 電池パック - Google Patents

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Description

本発明は、電池パックに関する。
従来、電池パックとして、例えば、特許文献１には、複数の電池セルと、複数の電池セル同士を電気的に接続する第１及び第２接続端子とを備える電池モジュールが開示されている。電池モジュールは、第１接続端子が電池セルの電極に溶接（正規溶接）され、この正規溶接が溶接不良の場合に第２接続端子が電池セルの電極に溶接されることで電池セルの廃棄を抑制している。
特許第６２２９９０３号公報
ところで、上述の特許文献１に記載の電池モジュールは、例えば、正規溶接が溶接不良の場合、電池セルの電極が損傷するおそれがあり、この点で更なる改善の余地がある。
そこで、本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、複数の電池セルを適正に接続することができる電池パックを提供することを目的とする。
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る電池パックは、それぞれが並列接続される複数の電池セルを含んで構成され正極と負極とが対向する高さ方向に沿って立設される電池集合体であって前記高さ方向に直交する第１方向に沿って偶数個配列される複数の電池集合体、及び、前記第１方向に沿って隣合う前記電池集合体同士を直列に接続する電池集合体用バスバを含んで構成される複数の電池モジュールと、前記複数の電池モジュールの前記高さ方向の一方側と他方側とのうち、前記一方側に設けられ且つ前記他方側に設けられず、前記複数の電池モジュールにおいて隣り合う前記電池モジュール同士を直列に接続するモジュール用バスバと、を備え、前記モジュール用バスバは、隣り合う前記電池モジュールにおいて一方側の前記電池モジュールに設けられた第１モジュール用バスバ、他方側の前記電池モジュールに設けられ前記第１モジュール用バスバとは異なる第２モジュール用バスバ、及び、前記第１モジュール用バスバ及び前記第２モジュール用バスバを連結する連結部を含んで構成されることを特徴とする。
上記電池パックにおいて、前記複数の電池モジュールは、前記第１方向に交差する第２方向に沿って配列されることが好ましい。
上記電池パックにおいて、前記第１モジュール用バスバは、第１連結対向面を含んで構成され、前記第２モジュール用バスバは、第２連結対向面を含んで構成され、前記連結部は、前記第１連結対向面及び前記第２連結対向面が対向した状態で前記第１モジュール用バスバ及び前記第２モジュール用バスバを連結することが好ましい。
上記電池パックにおいて、前記連結部は、溶融体が凝固した凝固部を含んで構成されることが好ましい。
本発明に係る電池パックは、モジュール用バスバが、第１モジュール用バスバ及び第２モジュール用バスバを連結する連結部を含んで構成されるので、電池セル同士の溶接不良による製造損失を抑制することができ、複数の電池セルを適正に接続することができる。
図１は、実施形態に係る電池パックの構成例を示す斜視図である。 図２は、実施形態に係る電池パックの構成例を示す分解斜視図である。 図３は、実施形態に係る電池パックの構成例を示す上面図である。 図４は、実施形態に係る電池パックの構成例を示す下面図である。 図５は、実施形態に係る連結前の電池モジュールの構成例を示す概略図である。 図６は、実施形態に係る連結後の電池モジュールの構成例を示す概略図である。 図７は、比較例に係る電池パックの大きさを示す概略図である。 図８は、実施形態に係る電池パックの大きさを示す概略図である。
本発明を実施するための形態（実施形態）につき、図面を参照しつつ詳細に説明する。以下の実施形態に記載した内容により本発明が限定されるものではない。また、以下に記載した構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、実質的に同一のものが含まれる。さらに、以下に記載した構成は適宜組み合わせることが可能である。また、本発明の要旨を逸脱しない範囲で構成の種々の省略、置換又は変更を行うことができる。
〔実施形態〕
実施形態に係る電池パック１について説明する。電池パック１は、例えば、電気車両（ＥＶ）、ハイブリッド車両（ＨＥＶ）、プラグインハイブリッド車両（ＰＨＥＶ）等の車両に搭載される。電池パック１は、例えば、これらの車両のモータ等の駆動源に電力を供給する電源である。電池パック１は、図１、図２、図３、図４、図６に示すように、筐体１０と、複数の電池モジュール２０と、複数のモジュール用バスバ３０とを備える。
ここで、奥行き方向（第１方向）は、電池モジュール２０を構成する複数の電池集合体２１が配列される方向である。幅方向（第２方向）は、複数の電池モジュール２０が配列される方向である。高さ方向は、電池セル２１ａの正極と負極とが対向する方向である。奥行き方向、幅方向、及び、高さ方向は、互いに交差する。本実施形態では、奥行き方向、幅方向、及び、高さ方向は、互いに直交する。電池パック１が車両に搭載される搭載面側を高さ方向の下側と称し、搭載面と反対側を高さ方向の上側と称する。
筐体１０は、各電池モジュール２０及びモジュール用バスバ３０を収容するものである（図６参照）。筐体１０は、天然樹脂よりも熱伝導性を有する材料により構成されており、例えば、鉄、銅、アルミニウムなどにより構成されている。筐体１０は、内部空間部１１を有する箱状に形成されている。筐体１０は、例えば、直方体又は立方体の形状に形成された箱本体１２を含んで構成される。箱本体１２は、高さ方向の下側に位置する底面部１２ａと、奥行き方向に対向する一対の第１側面部１２ｂと、幅方向に対向する一対の第２側面部１２ｃとを含んで構成される。筐体１０は、さらに、箱本体１２の高さ方向の上側が開口された開口部１３と、当該開口部１３を閉塞する蓋部（図示省略）とを含んで構成される。なお、筐体１０は、電池パック１に防水性が要求される場合、筐体１０の開口部１３と蓋部との間に防水構造が形成され、内部空間部１１が密閉される。筐体１０は、放熱部として機能し、当該筐体１０の熱を逃がしやすい場所に設けられる。筐体１０は、例えば、当該筐体１０の外表面が車両外から取り込まれた外気などの外部の熱媒体と接触可能な場所に設けられる。
各電池モジュール２０は、例えば、複数の電池集合体２１と、電池集合体用バスバ２２とを含んで構成される（図２等参照）。各電池集合体２１は、複数の電池セル２１ａ（例えば４つの電池セル２１ａ）を含んで構成される。各電池セル２１ａは、それぞれが充放電可能な二次電池で構成され、例えば、高さ方向に延びる円筒型のリチウムイオン電池で構成される。電池集合体２１は、例えば、各電池セル２１ａが奥行き方向に沿って２列に配列されている。電池集合体２１は、各電池セル２１ａが電気的に並列接続されている。電池集合体２１は、各電池セル２１ａが高さ方向に沿って立設され且つ各電池セル２１ａが互いに隣接して配置されている。
各電池集合体用バスバ２２は、電池集合体２１同士を電気的に接続するものである。電池集合体用バスバ２２は、奥行き方向に沿って隣り合う電池集合体２１において、一方側の電池集合体２１Ａの正極と他方側の電池集合体２１Ｂの負極とを電気的に接続し、各電池集合体２１Ａ、２１Ｂを直列に接続する。電池集合体用バスバ２２は、導電性を有する金属素材により形成されている。電池集合体用バスバ２２は、平板状に形成されたバスバ本体２２ａと、当該バスバ本体２２ａに設けられた複数の端子２２ｂとを含んで構成される。複数の端子２２ｂは、例えば、８つ設けられ、それぞれが、隣り合う電池集合体２１の各電池セル２１ａの電極に対向する箇所に位置している。つまり、各端子２２ｂは、隣り合う電池集合体２１Ａ、２１Ｂにおいて、一方側の電池集合体２１Ａの各電池セル２１ａの正極、及び、他方側の電池集合体２１Ｂの各電池セル２１ａの負極に対向する箇所に位置している。各端子２２ｂは、バスバ本体２２ａから各電池セル２１ａの電極側に向けて突出している。各端子２２ｂは、例えば、隣り合う電池集合体２１において各電池セル２１ａの電極に抵抗溶接により電気的に接続される。これにより、電池集合体用バスバ２２は、隣合う電池集合体２１同士を直列に接続することができる。一つの電池モジュール２０は、電池集合体２１が奥行き方向に沿って偶数個（例えば４つ）隣接して配列されている。一つの電池モジュール２０は、電池集合体２１が４つ直列に接続されており、合計１６個の電池セル２１ａを含んで構成されている。
各モジュール用バスバ３０は、電池モジュール２０同士を電気的に接続するものである（図１、図２等参照）。モジュール用バスバ３０は、幅方向に沿って隣り合う電池モジュール２０において、一方側の電池モジュール２０Ａの正極と他方側の電池モジュール２０Ｂの負極とを電気的に接続し、各電池モジュール２０Ａ、２０Ｂを直列に接続する。全てのモジュール用バスバ３０は、各電池モジュール２０の高さ方向の上側に設けられる（図３参照）。これは、各電池モジュール２０が電池集合体２１を偶数個配列することにより構成されているためである。つまり、各電池モジュール２０は、電池集合体２１が偶数個配列されることにより、隣り合う電池モジュール２０同士を接続する電池集合体２１の電極が必ず各電池モジュール２０の高さ方向の一方側（例えば上側）に位置する。モジュール用バスバ３０は、第１モジュール用バスバとしての第１バスバ片３１と、第２モジュール用バスバとしての第２バスバ片３２と、連結部３３とを含んで構成される。
第１バスバ片３１は、導電性を有する金属素材により形成されている。第１バスバ片３１は、平板状に形成されたバスバ本体３１ａと、当該バスバ本体３１ａに設けられた複数の端子３１ｂとを含んで構成される。バスバ本体３１ａは、第１連結対向面３１ｃを含んで構成される（図２、図５参照）。第１連結対向面３１ｃは、隣り合う電池モジュール２０側に設けられた端面である。第１連結対向面３１ｃは、後述する第２バスバ片３２の第２連結対向面３２ｃと接合される。複数の端子３１ｂは、例えば、４つ設けられ、それぞれが、隣り合う電池モジュール２０の電池集合体２１の各電池セル２１ａの電極に対向する箇所に位置している。つまり、各端子３１ｂは、隣り合う電池モジュール２０において、一方側の電池モジュール２０Ａの電池集合体２１における各電池セル２１ａの正極又は負極の一方に対向する箇所に位置している。各端子３１ｂは、バスバ本体３１ａから各電池セル２１ａの電極に向けて突出している。各端子３１ｂは、それぞれが、一方側の電池モジュール２０Ａにおける電池集合体２１の各電池セル２１ａの電極に抵抗溶接により電気的に接続される。
第２バスバ片３２は、第１バスバ片３１とは異なるバスバである。つまり、第１バスバ片３１と第２バスバ片３２とは、連結部３３により連結される前においてそれぞれが別体であったものが連結部３３により連結されることでモジュール用バスバ３０を形成している。第２バスバ片３２は、導電性を有する金属素材により形成されている。第２バスバ片３２は、平板状に形成されたバスバ本体３２ａと、当該バスバ本体３２ａに設けられた複数の端子３２ｂとを含んで構成される。バスバ本体３２ａは、第２連結対向面３２ｃを含んで構成される（図２、図５参照）。第２連結対向面３２ｃは、隣り合う電池モジュール２０側に設けられた端面である。第２連結対向面３２ｃは、第１バスバ片３１の第１連結対向面３１ｃと連結される。複数の端子３２ｂは、例えば、４つ設けられ、それぞれが、隣り合う電池モジュール２０の電池集合体２１における各電池セル２１ａの電極に対向する箇所に位置している。つまり、各端子３２ｂは、隣り合う電池モジュール２０において、他方側の電池モジュール２０Ｂの電池集合体２１における各電池セル２１ａの正極又は負極の他方に対向する箇所に位置している。各端子３２ｂは、バスバ本体３２ａから各電池セル２１ａの電極に向けて突出している。各端子３２ｂは、それぞれが、他方側の電池モジュール２０Ｂにおける電池集合体２１の各電池セル２１ａの電極に抵抗溶接により電気的に接続される。
連結部３３は、第１バスバ片３１及び第２バスバ片３２を連結するものである。連結部３３は、例えば、溶融体が凝固した凝固部３３ａを含んで構成される。溶融体は、例えば、第１及び第２バスバ片３１、３２の一部であるが、これに限定されない。凝固部３３ａは、第１バスバ片３１の第１連結対向面３１ｃ及び第２バスバ片３２の第２連結対向面３２ｃが対向した状態で、レーザ光を熱源として第１及び第２バスバ片３１、３２の一部が溶融され凝固されて形成される。典型的には、凝固部３３ａは、例えば、図５及び図６に示すように、第１連結対向面３１ｃ及び第２連結対向面３２ｃが接合された接合箇所にレーザ光が照射され、当該レーザ光により当該接合箇所が溶融され凝固されることで形成される。これにより、連結部３３は、第１バスバ片３１及び第２バスバ片３２を連結することができる。この結果、モジュール用バスバ３０は、隣合う電池モジュール２０同士を直列に接続することができる。
各電池モジュール２０は、電池集合体用バスバ２２により電池集合体２１同士が直列に接続され、且つ、モジュール用バスバ３０により電池モジュール２０同士が直列に接続された電池モジュール群４０を構成する（図８等参照）。電池モジュール群４０は、筐体１０の内部空間部１１に収容されている。そして、電池モジュール群４０は、保持部材４１を含んで構成され、この保持部材４１により筐体１０に保持されている。電池モジュール群４０は、例えば、電池モジュール２０が１２個直列に接続されており、合計１９２個の電池セル２１ａを含んで構成されている。電池パック１は、電池モジュール群４０が筐体１０に保持された状態で車両等に搭載される。
以上のように、実施形態に係る電池パック１は、複数の電池モジュール２０と、モジュール用バスバ３０とを備える。複数の電池モジュール２０は、複数の電池集合体２１及び電池集合体用バスバ２２を含んで構成される。複数の電池集合体２１は、それぞれが並列接続される複数の電池セル２１ａを含んで構成され、正極と負極とが対向する高さ方向に沿って立設され、高さ方向に直交する奥行き方向に沿って偶数個配列される。電池集合体用バスバ２２は、奥行き方向に沿って隣合う電池集合体２１同士を直列に接続する。モジュール用バスバ３０は、複数の電池モジュール２０の高さ方向の一方側に設けられ、複数の電池モジュール２０において隣り合う電池モジュール２０同士を直列に接続する。そして、モジュール用バスバ３０は、隣り合う電池モジュール２０において一方側の電池モジュール２０に設けられた第１バスバ片３１、他方側の電池モジュール２０に設けられ第１バスバ片３１とは異なる第２バスバ片３２、及び、第１バスバ片３１及び第２バスバ片３２を連結する連結部３３を含んで構成される。
この構成により、電池パック１は、電池集合体用バスバ２２により各電池集合体２１が接続され、全体（電池モジュール群４０）を細分化した個々の電池モジュール２０を形成することができる。従来の電池パックは、全ての電池集合体２１を抵抗溶接により接続していたので、途中で溶接不良が生じた場合、それまでに溶接した電池セル２１ａ（例えば最大１９２個）を廃棄する必要があり、製造時の損失が相対的に大きかった。これに対して、実施形態の電池パック１は、電池モジュール２０単位で電池集合体２１を抵抗溶接により接続するので、途中で抵抗溶接に溶接不良が生じても、最大で１つ分の電池モジュール２０の電池セル２１ａ（例えば１６個）を廃棄すればよいので、従来の電池パックと比較して製造時の損失を抑制することができる。また、電池パック１は、例えば、第１バスバ片３１及び第２バスバ片３２をレーザ溶接することで電池モジュール２０同士を接続するので、レーザ溶接が溶接不良の場合でも、再度、レーザ溶接を試みることができるので、電池モジュール２０を廃棄することをさらに抑制することができる。また、電池パック１は、全てのモジュール用バスバ３０が、各電池モジュール２０の高さ方向の上側に設けられるので、高さ方向の上側から全ての第１バスバ片３１及び第２バスバ片３２をレーザ溶接することができ作業性を向上できる。また、電池パック１は、電力を供給する負荷部（図示省略）に接続される総プラス極Ｐ及び総マイナス極Ｎとを高さ方向の一方側（例えば上側）に位置することでき、当該負荷部への配線接続の作業性を向上できる。
また、電池パック１は、全ての電池集合体２１が電池集合体用バスバ２２及びモジュール用バスバ３０により直列に接続されるので、エネルギー密度を高くすることができる。従来の電池パック１００は、例えば、図７に示すように、各電池モジュール１０１を電池パック１００の筐体１０２に組み付けるための保持部材１０３を含んで構成されている。このため、従来の電池パック１００は、大型化する傾向があり、エネルギー密度が相対的に低くなる。これに対して、実施形態の電池パック１は、全ての電池集合体２１がバスバ（電池集合体用バスバ２２及びモジュール用バスバ３０）により直列に接続されるので、従来の電池パック１００のように多くの保持部材１０３を不要とすることができる。これにより、実施形態の電池パック１は、例えば、図８に示すように、従来の電池パック１００と比較して大型化を抑制することができ、エネルギー密度を従来よりも高くすることができる。この結果、電池パック１は、複数の電池セル２１ａを適正に接続することができる。なお、電池パック１は、全てのモジュール用バスバ３０が各電池モジュール２０の高さ方向の上側に設けられるので、高さ方向の下側において各電池モジュール２０の間を跨ぐモジュール用バスバ３０が存在しない。従って、電池パック１は、例えば、各電池モジュール２０の熱を放熱するための熱伝導シート（図示省略）を高さ方向の下側から各電池モジュール２０の間に挿入しやすくできる。
上記電池パック１において、複数の電池モジュール２０は、奥行き方向に交差する幅方向に沿って配列される。この構成により、電池パック１は、正方格子状に各電池セル２１ａを配列することができ、当該電池パック１の大型化を抑制することができる。
上記電池パック１において、第１バスバ片３１は、第１連結対向面３１ｃを含んで構成され、第２バスバ片３２は、第２連結対向面３２ｃを含んで構成される。そして、連結部３３は、第１連結対向面３１ｃ及び第２連結対向面３２ｃが対向した状態で第１バスバ片３１及び第２バスバ片３２を連結する。この構成により、電池パック１は、例えば、レーザ溶接により第１及び第２連結対向面３１ｃ、３２ｃの接合箇所が溶融され凝固されることで第１バスバ片３１及び第２バスバ片３２を連結することができる。
上記電池パック１において、連結部３３は、溶融体が凝固した凝固部３３ａを含んで構成される。この構成により、電池パック１は、第１バスバ片３１及び第２バスバ片３２を強固に連結し電気的に接続することができる。
〔変形例〕
次に、実施形態の変形例について説明する。連結部３３は、溶融体が凝固した凝固部３３ａを含んで構成される例について説明したが、これに限定されない。連結部３３は、例えば、締結用の開口部を有するナット及び当該開口部に挿入され締結されるボルトを有するねじ締結部を含んで構成されてもよい。また、連結部３３は、第１端子を有するオスコネクタ及び当該オスコネクタに嵌合され第１端子に電気的に接続される第２端子を有するメスコネクタを有するコネクタ連結部を含んで構成されてもよい。
また、各電池集合体２１を構成する電池セル２１ａの数は、４つに限定されず、２つ以上であればよい。
また、電池集合体用バスバ２２の端子２２ｂの数は、電池集合体２１を構成する電池セル２１ａの数に応じて適宜変更される。また、モジュール用バスバ３０の端子３１ｂ、３２ｂの数は、電池集合体２１を構成する電池セル２１ａの数に応じて適宜変更される。
また、各電池モジュール２０を構成する電池集合体２１の数は、４つに限定されず、２つ以上の偶数個であればよい。
〔参考例〕
実施形態に係る電池パック１の参考例について説明する。参考例に係る電池パック（図示省略）は、複数の電池セル２１ａを含んで構成される電池集合体２１の代わりに１つの電池セル１ａを含んで構成される電池体を用いる点で実施形態の電池パック１と異なる。参考例は、実施形態と同等の構成要素には同じ符号を付し、その詳細な説明を省略する。
参考例に係る電池パックは、複数の電池モジュールと、モジュール用バスバとを備える。複数の電池モジュールは、複数の電池体及び電池体用バスバを含んで構成される。複数の電池体は、１つの電池セル２１ａを含んで構成され、正極と負極とが対向する高さ方向に沿って立設され、高さ方向に直交する奥行き方向に沿って偶数個配列される。電池体用バスバは、奥行き方向に沿って隣合う電池体同士を直列に接続する。モジュール用バスバは、複数の電池モジュールの高さ方向の一方側に設けられ、複数の電池モジュールにおいて隣り合う電池モジュール同士を直列に接続する。そして、モジュール用バスバは、隣り合う電池モジュールにおいて一方側の電池モジュールに設けられた第１バスバ片、他方側の電池モジュールに設けられ第１バスバ片とは異なる第２バスバ片、及び、第１バスバ片及び第２バスバ片を連結する連結部を含んで構成される。この構成により、参考例の電池パックは、実施形態の電池パックと同等の効果を奏することができる。
参考例の電池パックにおいて、複数の電池モジュールは、奥行き方向に交差する幅方向に沿って配列される。この構成により、電池パックは、正方格子状に各電池セル２１ａを配列することができ、当該電池パックの大型化を抑制することができる。
参考例の電池パックにおいて、第１バスバ片は、第１連結対向面を含んで構成され、第２バスバ片は、第２連結対向面を含んで構成される。そして、連結部は、第１連結対向面及び第２連結対向面が対向した状態で第１バスバ片及び第２バスバ片を連結する。この構成により、電池パックは、例えば、レーザ溶接により第１及び第２連結対向面の接合箇所が溶融され凝固されることで第１バスバ片及び第２バスバ片を連結することができる。
参考例の電池パックにおいて、連結部は、溶融体が凝固した凝固部である。この構成により、電池パックは、第１バスバ片及び第２バスバ片を強固に連結し電気的に接続することができる。
１ 電池パック
２１ 電池集合体
２１ａ 電池セル
２０ 電池モジュール
２２ 電池集合体用バスバ
３０ モジュール用バスバ
３１ 第１バスバ片（第１モジュール用バスバ）
３１ｃ 第１連結対向面
３２ 第２バスバ片（第２モジュール用バスバ）
３２ｃ 第２連結対向面
３３ 連結部
３３ａ 凝固部

Claims (3)

  1. それぞれが並列接続される複数の電池セルを含んで構成され正極と負極とが対向する高さ方向に沿って立設される電池集合体であって前記高さ方向に直交する第１方向に沿って偶数個配列される複数の電池集合体、及び、前記第１方向に沿って隣合う前記電池集合体同士を直列に接続する電池集合体用バスバを含んで構成される複数の電池モジュールと、
    前記複数の電池モジュールの前記高さ方向の一方側と他方側とのうち、前記一方側に設けられ且つ前記他方側に設けられず、前記複数の電池モジュールにおいて隣り合う前記電池モジュール同士を直列に接続するモジュール用バスバと、を備え、
    前記モジュール用バスバは、隣り合う前記電池モジュールにおいて一方側の前記電池モジュールに設けられた第１モジュール用バスバ、他方側の前記電池モジュールに設けられ前記第１モジュール用バスバとは異なる第２モジュール用バスバ、及び、前記第１モジュール用バスバ及び前記第２モジュール用バスバを連結する連結部を含んで構成され、
    前記連結部は、溶融体が凝固した凝固部を含んで構成されることを特徴とする電池パック。
  2. 前記複数の電池モジュールは、前記第１方向に交差する第２方向に沿って配列される請求項１に記載の電池パック。
  3. 前記第１モジュール用バスバは、第１連結対向面を含んで構成され、
    前記第２モジュール用バスバは、第２連結対向面を含んで構成され、
    前記連結部は、前記第１連結対向面及び前記第２連結対向面が対向した状態で前記第１モジュール用バスバ及び前記第２モジュール用バスバを連結する請求項１又は２に記載の電池パック。
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