JP7218330B2

JP7218330B2 - 組電池

Info

Publication number: JP7218330B2
Application number: JP2020133582A
Authority: JP
Inventors: 雄司片山
Original assignee: Primearth EV Energy Co Ltd
Current assignee: Primearth EV Energy Co Ltd
Priority date: 2020-08-06
Filing date: 2020-08-06
Publication date: 2023-02-06
Anticipated expiration: 2040-08-06
Also published as: JP2022029964A

Description

本発明は、例えば、車両の駆動用バッテリとして利用される組電池に関する。

自動車等の車両では、駆動用電力を供給するために、複数の電池を組み合わせた組電池が用いられる。組電池は、複数の電池セルを積層するように重ね、積層した電池を直列接続した電池スタックを少なくとも１つ含む。そして、電池スタックでは、電池セルを積層した状態で隣接する電池セルの上面の高さにばらつきが生じる。そこで、このような高さにばらつきがある電極同士を電気的に接続する技術が特許文献１に開示されている。

特許文献１に記載の組電池の製造方法は、バスバーを保持した複数の保持部を薄肉の連結部により連鎖的に連結したバスバーホルダを、電池セルの電極に近付けて、各電池セルの電極の高さのばらつきに合わせて各連結部の連結片を変形させる。また、各保持部のバスバーを、ガイドと位置決めピンとの隙間の範囲内で支持板に沿う方向に移動させ、さらに、支持板と係止突起との間で位置決めピンに沿う方向に移動させて、隣り合う２つの電池セルの電極に接点部が接触する姿勢の位置にバスバーを移動させる。すると、隣り合う２つの連結部の開口の内側に配置されたバスバーの接点部が、隣り合う２つの電池セルの電極にそれぞれ接触し密着する。

特開２０１９－１６０５９７号公報

しかしながら、隣り合う電極を連結するバスバー（以下バスバー端子と称す）は、サイズが小さいという特徴がある。そして、隣接する電極間に高さの差があることがあるため、溶接する際には加重をかけて、高さの差に起因する溶接不良を防止する必要がある。そのため、バスバー端子を溶接する際には、加重をかける場所と溶接を行う箇所がほぼ同一の箇所となるため、加重をかける場所の位置精度が必要になる問題がある。しかしながら、この加重をかける場所の位置精度に関する問題について特許文献１ではなんら解決されていない。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、組電池の組み立てを容易にすることを目的とするものである。

本発明の組電池の一態様は、電力体が収納される電池セルと、前記電池セルの蓋に取り付けられ、前記電池セル内の終電部品とカシメ固定される電極板と、前記電極板に溶接されるバスバー端子と、を有し、前記電極板は、前記カシメ固定の位置から離れるに従って前記電池セルの蓋から離れるように形成される傾斜面を有し、前記バスバー端子は、前記カシメ固定の位置に向かって近づくに従って、前記電池セルの蓋に近づくような傾斜を有する接合面と、前記接合面の一端と連続して形成され、前記接合面に対して前記傾斜面に向かう方向の加重を伝達するベース部と、を有し、前記電池セルの蓋を構成する面を水平面としたとき、前記水平面と前記傾斜面とがなす角である第１の角度は、前記水平面と前記接合面とがなす角である第２の角度よりも小さい。

本発明の組電池は、溶接対象の場所とは異なるバスバー端子のベース部を介して溶接対象の接合面を傾斜面に押しつける加重を付与する。

本発明の組電池によれば、組電池の組み立てを容易にすることができる。

実施の形態１にかかる組電池の一部の斜視図である。実施の形態１にかかる組電池の一部の上面図である。実施の形態１にかかる組電池のバスバー端子の斜視図である。実施の形態１にかかる組電池のバスバー端子の組み込み方法を説明する図である。実施の形態１にかかる組電池のバスバー端子によって電池セルの高さの差を吸収する様子を説明する図である。実施の形態２にかかる組電池のスペーサ枠の構造を説明する図である。実施の形態２にかかる組電池のスペーサ枠に電池セルを組み込んだ状態を説明する図である。実施の形態２にかかる組電池のスペーサ枠による公差管理の簡略化の効果を説明する模式図である。実施の形態２にかかる組電池のスペーサ枠による電池セルの傾き低減効果を説明する模式図である。

実施の形態１
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。説明の明確化のため、以下の記載及び図面は、適宜、省略、及び簡略化がなされている。各図面において、同一の要素には同一の符号が付されており、必要に応じて重複説明は省略されている。

以下で説明する組電池は、複数の電池セルが直列接続され１つの電池として機能する電池スタックの１つを説明するが、組電池は、複数の電池スタックが並列接続されていてもよい。また、以下では、実施の形態１にかかる組電池の特徴の１つである組電池の構造的な特徴について説明する。

図１に実施の形態１にかかる組電池の一部の斜視図を示す。図１では、電池スタックを構成する電池セルのうち７つ分を抜き出したものである。図１に示すように、電池スタックは、電池セル１０をスペーサ枠２０を介して積層するように重ねたものである。図１では、複数の電池セル１０うち元も右側に位置する電池セル１０のみが見える状態となっており、他の電池セル１０は、スペーサ枠２０により隠れた状態となっている。図１において見える電池セル１０にあるように、電池セル１０は、電極となる電極板１１を有する。

また、実施の形態１にかかる組電池１では重ね合わせた電池の上部にバスバー枠３０を設け、バスバー枠３０内に配置するバスバー端子により隣接する２つの電池セル１０の電極を電気的に接続する。以下では、このバスバー端子及びバスバー端子が接続される電極板１１の詳細な構成について説明する。

なお、図１では、バスバーカバー４０を示した。バスバーカバー４０は、電池セル１０の２つの電極のそれぞれに対して設けられるバスバー枠３０の端部付近をつなぐように積層された電池セル１０及びスペーサ枠２０の上部にはめ込まれる。詳しくは後述するが、このバスバーカバー４０は、バスバー端子に対して加重を付与する加圧部品としても機能する。

図２を参照してバスバー端子について説明する。図２は、実施の形態１にかかる組電池の一部の上面図である。なお、図２では、バスバー端子３１の全体を示すためにバスバーカバー４０が取り付けられていない状態を示した。図２に示すように、実施の形態１にかかる組電池１では、バスバー端子３１がバスバー枠３０の枠内に配置される。また、バスバー端子３１は、隣り合う２つの電池セル１０の電極板１１を接続するようにＵ字形状を有する。

続いて、バスバー端子３１の単体の構成について説明する。図３に実施の形態１にかかる組電池のバスバー端子３１の斜視図を示す。図３に示すように、バスバー端子３１は、Ｕ字形状を有する。そして、一方の端部に互いに隣接する電池セル１０のうちの一方の電池セル１０の電極板１１（以下、電極板１１ａとも称す）に接合される接合面３２ａが設けられ、他方の端部に互いに隣接する電池セル１０うちの他方の電池セル１０の電極板１１（以下、電極板１１ｂとも称す）に接合される接合面３２ｂが設けられる。そして、接合面３２ａと接合面３２ｂとの一端を接続するようにベース部３３が設けられる。ベース部３３は、側面視ではＬ字形状を有し、Ｌ字形状の一端において接合面３２ａ及び接合面３２ｂと接続される。

また、詳しくは、後述するが、バスバー端子３１を構成する板の板厚は、電極板１１を構成する板の板厚よりも薄く形成される。特に、バスバー端子３１の接合面３２ａ及び接合面３２ｂの板厚は、電極板１１を構成する板の板厚よりも薄く形成される。また、接合面３２ａ及び接合面３２ｂは、電池セル１０の蓋を構成する面を水平面としたとき、バスバー枠３０内に収まった状態で、解放端となる他端側が当該水平面に対して電池セル１０側に近づくような傾斜を有する。

続いて、バスバー端子３１の組み込み方法について説明する。図４に実施の形態１にかかる組電池のバスバー端子の組み込み方法を説明する図を示す。図４は、接合面３２と電極板１１との接合部分がわかる組電池１の断面図である。

図４に示すように、実施の形態１にかかる組電池１では、電極板１１が電池セル１０の蓋に取り付けられ、電池セル１０内の終電部品とカシメ固定される。そして、電極板１１は、カシメ固定の位置から離れるに従って電池セル１０の蓋から離れるように形成される傾斜面を有する。この傾斜面は、電池セル１０の蓋を水平面とした場合、当該水平面とのなす角が第１の角度αとなるように形成される。

また、図４では、バスバー端子３１のベース部３３を構成する面を平行面３３ａと垂直面３３ｂとにより構成する物とした。平行面３３ａと垂直面３３ｂは、バスバー枠３０を構成する枠体に沿ってＬ字形状となるように形成される。そして、垂直面３３ｂの一端に連続して形成されるように接合面３２ａが設けられる。そして、接合面３２ａは、電池セル１０の蓋を水平面とした場合、当該水平面とのなす角が第２の角度βとなるように形成される。また、接合面３２ａは、電極板１１のカシメ固定の位置に向かって近づくに従って電池セル１０の蓋に近づく傾斜を有する。

そして、実施の形態１にかかる組電池１では、バスバーカバー４０をベース部３３の平行面３３ａに押し当て、バスバーカバー４０を介して平行面３３ａに加重を付加する。これにより、接合面３２ａが電極板１１に押し当てられる。このとき、ベース部３３をＬ字形状としていることで、接合面３２ａを電極板１１に押し当てた際に接合面３２ａに変位を生じさせやすくなる。また、実施の形態１にかかる組電池１では、第１の角度αを第２の角度βよりも小さくする。これにより、バスバー端子３１を電極板１１に押し当てた際に接合面３２ａに変位を生じさせ、後述する電池セル１０の高さの差を吸収することができる。

なお、実施の形態１にかかる組電池１では、バスバー端子３１の板厚を電極板１１の板厚よりも薄くする。特に、バスバー端子３１の接合面の板厚を電極板１１の板厚よりも薄くすると好適である。これにより、電極板１１に接合面を押し当てた際に接合面３２に変位を生じやすくさせることができる。

続いて、実施の形態１にかかる組電池１において、隣接する電池セル１０に対してバスバー端子３１を組み付けた状態について説明する。そこで、図５に実施の形態１にかかる組電池のバスバー端子によって電池セルの高さの差を吸収する様子を説明する図を示す。図５は、図４のＶ－Ｖ線に沿った組電池１の断面図であって、２つの電池セル１０を含む部分を示したものである。

図５に示す例では、電池セル１０ａと電池セル１０ａに隣接する電池セル１０ｂを示した。また、図５では、電池セル１０ａに対して電池セル１０ｂが高さＨ分だけ高い位置で組み付けられた状態を示した。

このような場合、電池セル１０ａの電極板１１ａと接合面３２ａとの接合状態を示すＡ－Ａ線に沿った断面をみると、電極板１１ａの傾斜面と接合面３２ａは点ａで接する。このとき、電極板１１ａの傾斜面が接合面３２ａ側に近づくような傾斜を有しているため、電極板１１ａの傾斜面と接合面３２ａとの距離は接合面３２ａと電池セル１０ａの蓋との距離ほどは離れない。

また、電池セル１０ｂの電極板１１ｂと接合面３２ｂとの接合状態を示すＢ－Ｂ線に沿った断面をみると、電極板１１ｂの傾斜面と接合面３２ｂとは面全体が接する。この電池セル１０ｂ側では、バスバー端子３１を電極板１１に押し当てた際に接合面３２ｂが高さＨ分だけ変位して、電極板１１ｂの傾斜面と接合面３２ｂとは面全体が接する状態となる。

上記説明より、実施の形態１にかかる組電池１では、バスバー端子３１の接合面について、接合面の開放端が電池セル１０の蓋に近づくような傾斜を持たせ、バスバー端子３１のベース部３３に加重を付与することで、接合面を電極板１１に押し当てた際に隣り合う電池セル１０の組み付けにおいて生じた高さを吸収する変位を接合面に生じさせる。これにより、実施の形態１にかかる組電池１では、バスバー端子３１の溶接箇所を押さえつけることなくバスバー端子３１の溶接箇所に加重を付与しながらバスバー端子３１と電極板１１とを溶接することができる。つまり、実施の形態１にかかる組電池１では、組電池の組み立てを容易化することができる。

また、実施の形態１にかかる組電池１では、バスバー端子３１に加重を付与する治具がバスバー端子３１と電極板１１とを溶接する箇所から離れているため、治具にスパッタによる汚れを防止する対策をする必要がない。

また、実施の形態１にかかる組電池１では、第１の角度αを第２の角度βよりも小さくする。これにより、実施の形態１にかかる組電池１では、バスバー端子３１により電極板１１が電気的に接続される２つの電池セル１０の組み付け高さに差が生じても、当該高さの差を接合面の変位により吸収することができる。このとき、バスバー端子３１の板厚を電極板１１の板厚よりも薄くすることで、この変位をさらに容易にすることができる。

実施の形態２
実施の形態２では、組電池１で用いられるスペーサ枠２０について詳細に説明する。実施の形態２では、電池セル１０の蓋が設けられる面を表面、上面に対向する面を底面とし、底面から表面に向かう方向を高さ方向（例えば、Ｙ方向）、電池セル１０の一方の電極から他方の電極に向かう方向を幅方向（例えば、Ｘ方向）、高さ方向及び幅方向に直交する方向を奥行き方向（例えば、Ｚ方向）とする。

図６に実施の形態２にかかる組電池のスペーサ枠２０の構造を説明する図を示す。図６では、Ｘ方向から見たスペーサ枠２０の側面図（例えば右側面図）を図面中段に示し、右側面図の左方向から見た第１面の側面図を図面上段に示し、左側面図の右方向から見た第２面の側面図を図面下段に示した。

図６に示すように、スペーサ枠２０は、第１面側のスペーサ枠２０の外周を囲む枠を有する。そして、枠に囲まれる領域の平坦面にＸ基準面を形成する。このＸ基準面は、電池セル１０の側面のうちＸ方向に延在する面が接する。また、枠を構成する面のうちＸ方向に対向する第１の側面と第２の側面の一方にＹ基準面を形成する。また、Ｙ基準面に対向する面に弾性部２２を形成する。なお、Ｙ基準面に弾性部２２を形成することもできる。Ｙ基準面には、電池セル１０においてＸ方向で対向する側面の一方が当接する。

スペーサ枠２０は、枠を構成する面のうちＹ方向に対向する上面と下面のうち下面に弾性部２３を形成する。また、上面には支持面（例えば、Ｚ基準面）を形成する。詳しくは後述するが、Ｚ基準面には電池セル１０の電極板１１が当接する。また、Ｚ基準面が形成される側には、スペーサ枠２０にバスバー枠３０を固定するスペーサ枠固定爪２１が形成される。

また、図６の下段に示すように、第２面には櫛歯構造２４が形成される。この櫛歯構造２４は電池セル１０を冷却するための冷却風の流路を構成するものである。

続いて、図６の第１面側に電池セル１０を組み込んだ状態について説明する。そこで、図７に実施の形態２にかかる組電池のスペーサ枠に電池セルを組み込んだ状態を説明する図を示す。図７に示すように、実施の形態２にかかる組電池１では、弾性部２２によりスペーサ枠２０に組み込まれた電池セル１０は、Ｚ方向の側面がＹ基準面に押し当てられる。また、実施の形態２にかかる組電池１では、弾性部２３によりスペーサ枠２０に組み込まれた電池セル１０は、電極板１１がＺ基準面に押し当てられる。

このとき、スペーサ枠２０では、Ｚ基準面に電極板１１を押し当てる構成とすることで、公差管理を簡略化する。また、スペーサ枠２０では、Ｚ基準面の幅と弾性部２３の幅を適切に設定することで電池セル１０の製造工程で生じた電池セル１０のケース膨張による電池セル１０の傾きを低減する。

そこで、模式図を用いて公差管理の簡略化と、電池セル１０の傾き防止の効果について図７及び図８を参照して説明する。なお、図７及び図８では、スペーサ枠２０の効果を説明するために比較例としてスペーサ枠２００を示す。また、図７及び図８では、スペーサ枠２０に実施の形態１で説明した電池セル１０を組み込み、比較例となるスペーサ枠２００には電極の形状が電池セル１０とは異なる電池セル１００を組み込む。

まず、図８に実施の形態２にかかる組電池のスペーサ枠２０による公差管理の簡略化の効果を説明する模式図を示す。図８では、上段にスペーサ枠２００に電池セル１００を組み込んだ比較例を示し、下段に実施の形態２にかかるスペーサ枠２０に電池セル１０を組み込んだものを示した。なお、スペーサ枠２００とスペーサ枠２０とではＺ基準面が当接する部分が異なる。また、スペーサ枠２００は、弾性部２２及び弾性部２３に相当する弾性部２２０及び弾性部２３０を有する。

図８に示すように、比較例では、スペーサ枠２００のＺ基準面が電池セル１００の蓋に当接する。この場合、スペーサ枠２００の底面（例えば、溶接基準面）から電池セル１００の蓋の表面までの長さＬ１０の公差と、溶接の対象となる電極板１１０の厚さＬ２０の公差の２つの公差を管理しなければならない。

一方、実施の形態２にかかるスペーサ枠２０では、Ｚ基準面が電池セル１０の電極板１１に当接する。そのため、実施の形態２にかかるスペーサ枠２０では、スペーサ枠２００の底面（例えば、溶接基準面）から電池セル１０の電極板１１の表面までの長さＬ１の公差のみを管理すれば、溶接対象の電極板１１の高さ管理が可能である。

続いて、図９に実施の形態２にかかる組電池のスペーサ枠による電池セルの傾き低減効果を説明する模式図を示す。図９では、Ｚ基準面を含むスペーサ枠及び電池セルの断面を示した。また、図９においても、上段にスペーサ枠２００に電池セル１００を組み込んだ比較例を示し、下段に実施の形態２にかかるスペーサ枠２０に電池セル１０を組み込んだものを示した。

図９に示すように、比較例にかかるスペーサ枠２００は、Ｚ基準面のＺ方向の長さである幅Ｗ１２０と電極板１１０の幅Ｗ２との差が、スペーサ枠２０のＺ基準面の幅Ｗ１２と電極板１１の幅Ｗ２との差よりも大きくなる。また、比較例にかかるスペーサ枠２００は、弾性部２３０のＺ方向の長さである幅Ｗ１１０と電池セル１０の底面の幅Ｗ１との差が、スペーサ枠２０の弾性部２３の幅Ｗ１１と電池セル１０の底面の幅Ｗ１との差よりも大きくなる。

ここで、比較例にかかるスペーサ枠２００では、実施の形態２にかかるスペーサ枠２０よりも電池セル１０と当接する部分の長さ（或いは幅）が小さくなる。そのため、電池セル１００の製造工程で電池セル１００に膨らみが生じると、電池セル１００が傾いてスペーサ枠２００に固定されてしまうはめ込み不良が生じるおそれがある。しかしながら、実施の形態２にかかるスペーサ枠２０では、電池セル１０と当接する部分の長さ（或いは幅）がスペーサ枠２００よりも大きいため膨らみが生じても電池セル１０が傾くことなくスペーサ枠２０をはめ込むことができる。

上記説明より、実施の形態２にかかるスペーサ枠２０によれば、電池セル１０に製造工程上でケースの膨張が生じても電池セル１０を傾けることなくスペーサ枠２０にはめ込むことができる。スペーサ枠２０への電池セル１０のはめ込みにおいて電池セル１０に傾きが生じるとバスバー端子３１を電極板１１に溶接する際に溶接不良が生じる可能性が高くなる。しかし、実施の形態２にかかるスペーサ枠２０を用いることで電池セル１０のケース膨張によらず電池セル１０の傾きを防止することができるため、バスバー端子３１と電極板１１の溶接の信頼性を向上させることができる。

なお、本発明は上記実施の形態に限られたものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。

１組電池
１０電池セル
１１電極板
２０スペーサ枠
２１スペーサ枠固定爪
２２弾性部
２３弾性部
２４櫛歯構造
３０バスバー枠
３１バスバー端子
３２接合面
３３ベース部
４０バスバーカバー

Claims

電力体が収納される電池セルと、
前記電池セルの蓋に取り付けられ、前記電池セル内の集電部品とカシメ固定される電極板と、
前記電極板に溶接されるバスバー端子と、を有し、
前記電極板は、前記カシメ固定の位置から離れるに従って前記電池セルの蓋から離れるように形成される傾斜面を有し、
前記バスバー端子は、
前記カシメ固定の位置に向かって近づくに従って、前記電池セルの蓋に近づくような傾斜を有する接合面と、
前記接合面の一端と連続して形成され、前記接合面に対して前記傾斜面に向かう方向の加重を伝達するベース部と、を有し、
前記電池セルの蓋を構成する面を水平面としたとき、前記水平面と前記傾斜面とがなす角である第１の角度は、前記水平面と前記接合面とがなす角である第２の角度よりも小さい組電池。
前記傾斜面を構成する板の板厚は、前記接合面を構成する板の板厚よりも厚い請求項１に記載の組電池。
前記バスバー端子の周囲を固定するバスバー枠を有し、
前記ベース部は、前記バスバー枠を構成する枠体に沿ってＬ字型に形成される請求項１又は２に記載の組電池。
前記ベース部に対して前記電池セル側に向かって加重を付与する加圧部品をさらに有する請求項１乃至３のいずれか１項に記載の組電池。
複数の前記電池セルの間に設けられるスペーサ枠をさらに有し、
前記スペーサ枠は、
前記電池セルの蓋が設けられる面を表面、前記表面に対向する面を底面とし、前記底面から前記表面に向かう方向を高さ方向、前記電池セルの一方の電極から他方の電極に向かう方向を幅方向、前記高さ方向及び前記幅方向に直交する方向を奥行き方向とした場合、
前記幅方向において対向する第１の側面及び第２の側面と、
前記高さ方向において対向する上面及び下面と、
前記第１の側面と前記第２の側面の少なくとも一方に設けられる第１の弾性部と、
前記下面に設けられる第２の弾性部と、
前記上面に設けられ、前記電極板に当接する支持面と、
を有する請求項１乃至４のいずれか１項に記載の組電池。
前記第１の弾性部と前記第２の弾性部の前記奥行き方向の長さは、前記電池セルの前記底面の前記奥行き方向の長さの７０％以上の長さを有し、
前記支持面の前記奥行き方向の長さは、前記電極板の前記奥行き方向の長さの７０％以上の長さを有する請求項５に記載の組電池。