JP7444840B2 - 電池モジュール - Google Patents

Description

この発明は、電池モジュールに関する。

たとえば、特開２０１３－７３９１６号公報（特許文献１）には、併設される複数の単電池と、複数の単電池を収容するケースと、各単電池の間に配置されるスペーサと、単電池の底面およびケースの間に配設され、スペーサに対して着脱可能な底部材とを備える組電池が開示されている。

また、国際公開第２０１９／０２１９１２号（特許文献２）には、互いに同一構造を有する第１電池パックおよび第２電池パックと、第１電池パックおよび第２電池パックを結合する結合手段とを備える結合電池パックが開示されている。各電池パックは、略直方体形状を有し、積層された複数の角形電池を含む。

特開２０１３－７３９１６号公報 国際公開第２０１９／０２１９１２号

上述の特許文献に開示されるように、一方向に積層された複数の電池セルを備える電池モジュールが知られており、このような電池モジュールにおいて、複数の電池セルを互いに電気的に接続するための手段としてバスバーが用いられている。

一方、電池モジュールの用途または要求される性能などは様々であるため、これらに応じて、電池モジュールに備わる電池セルの数も変化する。しかしながら、従来の電池モジュールでは、バスバーによる複数の電池セル間の接続において、電池セルの数を調整する場面が考慮されていなかった。

そこでこの発明の目的は、上記の課題を解決することであり、電池セルの数を容易に調整することが可能な電池モジュールを提供することである。

この発明に従った電池モジュールは、所定方向に積層される複数の電池セルと、複数の電池セルに対して所定方向に沿った拘束力を付与する拘束部材と、第１バスバーと、第２バスバーとを含み、複数の電池セルを互いに電気的に接続するための複数のバスバーとを備える。第１バスバーは、第１接合方式により、分離した部材同士を接合する第１接合部を有し、第１接合部を介して、所定方向に隣り合う電池セルの間を接続する。第２バスバーは、第１接合方式とは異なる第２接合方式により、分離した部材同士を接合する第２接合部を有し、第２接合部を介して、所定方向に隣り合う電池セルの間を接続する。

このように構成された電池モジュールによれば、第１バスバーにおける第１接合部と、第２バスバーにおける第２接合部とで、互いに異なる接合方式が用いられるため、第１接合部および第２接合部のいずれか一方による分離した部材同士の接合およびその解除を、第１接合部および第２接合部のいずれか他方による分離した部材同士の接合およびその解除よりも、容易に行なうことができる。これにより、第１接合部および第２接合部のいずれか一方による部材同士の接合およびその解除を通じて、所定方向に隣り合う電池セルの間を接続したり、分離したりすることで、電池モジュールに備わる電池セルの数を容易に調整することができる。

また好ましくは、第２接合方式は、溶接である。

このように構成された電池モジュールによれば、第２接合部によって部材同士が強固に接合されるため、第２バスバーによる電池セル間の接続の信頼性を高めることができる。

また好ましくは、第１接合方式は、ボルト止め、ピン止め、クリップ止めまたはバンド止めである。

このように構成された電池モジュールによれば、第１接合方式として、第１バスバーに対して着脱自在な手段が用いられるため、第１接合部による部材同士の接合およびその解除を容易な作業とできる。

また好ましくは、第１バスバーにおける電気抵抗と、第２バスバーにおける電気抵抗とが、互いに異なる。

このように構成された電池モジュールによれば、より小さい電気抵抗を有するバスバーにおいて、エネルギー損失を小さく抑えることができる。

また好ましくは、第１バスバーの体格と、第２バスバーの体格とが、互いに異なる。

このように構成された電池モジュールによれば、より小さい体格を有するバスバーの周りに広いスペースを確保することができる。

また好ましくは、電池モジュールは、所定方向に並べられ、拘束部材により所定方向に沿った拘束力が付与される複数の電池セルユニットを備える。各電池セルユニットは、所定方向に連続して並ぶ複数の電池セルと、所定方向に連続して並ぶ複数の電池セルを一体に保持する保持部材とを有する。第１バスバーは、複数の電池セルユニットのうちの第１電池セルユニットと、複数の電池セルユニットのうちの、所定方向において第１電池セルユニットと隣り合う第２電池セルユニットとの間において、所定方向に隣り合う電池セル同士を電気的に接続する。第２バスバーは、各電池セルユニットにおいて、所定方向に隣り合う電池セル同士を電気的に接続する。

このように構成された電池モジュールによれば、第１電池セルユニットおよび第２電池セルユニット間において、第１バスバーにより電池セル同士を接続したり、その接続を解除したりすることによって、電池セルユニットの数の調整を通じて、電池モジュールに備わる電池セルの数を容易に調整することができる。

また好ましくは、第１バスバーは、第１接合部によって互いに接合される第１バスバー分割体および第２バスバー分割体をさらに有する。拘束部材は、複数の電池セルユニットのうちの、所定方向における端部に配置される第３電池セルユニットと、所定方向に対向するエンドプレートを有する。電池モジュールは、第３電池セルユニットにおいて、所定方向にエンドプレートと隣り合って配置される電池セルに設けられる第３バスバーをさらに備える。第３バスバーは、第１バスバー分割体および第２バスバー分割体のいずれか一方と同一形状を有し、第１接合方式を用いて、外部端子と接合可能である。

このように構成された電池モジュールによれば、第１バスバーの第１バスバー分割体および第２バスバー分割体のいずれか一方と同一形状を有する第３バスバーを用いることによって、第１接合方式により、電池モジュールに備わる第３電池セルユニットを、外部端子と接合することができる。

また好ましくは、電池セルは、８０００Ｗ／Ｌ以上の出力密度を有する。

このように構成された電池モジュールによれば、８０００Ｗ／Ｌ以上の高出力密度を有する電池セルを備える電池モジュールにおいて、電池セルの数を容易に調整することができる。

以上に説明したように、この発明に従えば、電池セルの数を容易に調整することが可能な電池モジュールを提供することができる。

この発明の実施の形態における電池モジュールを示す斜視図である。 図１中の電池モジュールの内部構造を示す斜視図である。 図１中の電池モジュールを構成する電池セルユニットを示す斜視図である。 図３中の電池セルユニットを構成する電池セルを示す斜視図である。 複数の電池セル同士の接続構造を示す分解組み立て図である。 隣り合う電池セルユニット間における電池セルの接続構造を示す斜視図である。 図６中のＶＩＩ－ＶＩＩ線上に沿った電池セルの接続構造を示す断面図である。 電池セルユニット内における電池セルの接続構造を示す斜視図である。 図８中のＩＸ－ＩＸ線上の矢視方向に見た電池セルの接続構造を示す断面図である。 図６中に示す第１バスバーの変形例を示す斜視図である。 図１０中に示す第１接合部における第１接合方式の第１変形例を示す図である。 図１０中に示す第１接合部における第１接合方式の第２変形例を示す図である。 図１０中に示す第１接合部における第１接合方式の第３変形例を示す図である。 図１中の電池モジュールの変形例を示す斜視図である。

この発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。なお、以下で参照する図面では、同一またはそれに相当する部材には、同じ番号が付されている。

図１は、この発明の実施の形態における電池モジュールを示す斜視図である。図２は、図１中の電池モジュールの内部構造を示す斜視図である。図３は、図１中の電池モジュールを構成する電池セルユニットを示す斜視図である。

図１から図３を参照して、電池モジュール１００は、ハイブリッド車（ＨＥＶ：Hybrid Electric Vehicle）、プラグインハイブリッド車（ＰＨＥＶ：Plug-in Hybrid Electric Vehicle）または電気自動車（ＢＥＶ：Battery Electric Vehicle）などの車両の駆動用電源として用いられる。

本明細書においては、電池モジュール１００の構造を説明する便宜上、後述する複数の電池セル１１の積層方向に平行に延びる軸を「Ｙ軸」といい、その「Ｙ軸」を基準に、Ｙ軸に直交する方向に延びる軸を「Ｘ軸」といい、Ｙ軸と、Ｘ軸とに直交する方向に延びる軸を「Ｚ軸」という。図１の紙面の右斜め上方向が「＋Ｙ軸方向」であり、左斜め下方向が「－Ｙ軸方向」である。図１の紙面の右斜め下方向が「＋Ｘ軸方向」であり、左斜め上方向が「－Ｘ軸方向」である。図１の紙面の上方向が「＋Ｚ軸方向」であり、下方向が「－Ｚ軸方向」である。

典型的には、電池モジュール１００は、＋Ｚ軸方向が上方向に対応し、－Ｚ軸方向が下方向に対応する姿勢により車両に搭載される。

まず、電池モジュール１００の全体構造について説明する。図１に示されるように、電池モジュール１００は、複数の電池セルユニット２１（２１Ａ，２１Ｂ，２１Ｃ，２１Ｄ，２１Ｅ，２１Ｆ）と、拘束部材４１とを有する。

複数の電池セルユニット２１は、Ｙ軸方向に積層されている。電池セルユニット２１Ａ、電池セルユニット２１Ｂ、電池セルユニット２１Ｃ、電池セルユニット２１Ｄ、電池セルユニット２１Ｅおよび電池セルユニット２１Ｆは、挙げた順に、Ｙ軸方向のマイナス側からプラス側に並んでいる。なお、電池モジュール１００に備わる電池セルユニット２１の数は、２以上であれば、特に限定されない。

複数の電池セルユニット２１は、拘束部材４１によって一体に保持されている。拘束部材４１は、複数の電池セルユニット２１に対してＹ軸方向に沿った拘束力を付与している。拘束部材４１は、一対のエンドプレート４２（４２Ｐ，４２Ｑ）と、一対の第１拘束バンド４３と、第２拘束バンド（不図示）とを有する。

一対のエンドプレート４２は、それぞれ、Ｙ軸方向に積層される複数の電池セルユニット２１の両側に配置されている。エンドプレート４２Ｐは、Ｙ軸方向において、電池セルユニット２１Ａと対向して配置されている。エンドプレート４２Ｑは、Ｙ軸方向において、電池セルユニット２１Ｆと対向して配置されている。エンドプレート４２は、Ｙ軸方向が厚み方向となるプレート材からなる。

一対の第１拘束バンド４３は、Ｘ軸方向において、複数の電池セルユニット２１の両側に配置されている。第２拘束バンド（不図示）は、Ｚ軸方向において、複数の電池セルユニット２１と対向する位置に設けられている。第１拘束バンド４３および第２拘束バンドの各バンドは、Ｙ軸方向に延びている。－Ｙ軸方向における第１拘束バンド４３および第２拘束バンドの各バンドの端部は、エンドプレート４２Ｐに接続されている。＋Ｙ軸方向における第１拘束バンド４３および第２拘束バンドの各バンドの端部は、エンドプレート４２Ｑに接続されている。

第１拘束バンド４３には、複数の開口部４４が設けられている。複数の開口部４４は、Ｙ軸方向において、互いに間隔を開けて設けられている、開口部４４は、Ｘ軸方向において、第１拘束バンド４３を貫通する貫通孔からなる。開口部４４は、後述するケース体３１に設けられた通気口３２を露出させるように設けられている。

電池モジュール１００は、一対の総端子９１（９１ｐ，９１ｑ）と、配線部材９２と、複数の電圧検出線９６と、排気ダクト９３とをさらに有する。

一対の総端子９１は、それぞれ、Ｙ軸方向に積層される複数の電池セルユニット２１の両側に配置されている。総端子９１ｐは、Ｚ軸方向に見て、エンドプレート４２Ｐと重なる位置に設けられている。総端子９１ｑは、Ｚ軸方向に見て、エンドプレート４２Ｑと重なる位置に設けられている。総端子９１は、電池モジュール１００と、電池モジュール１００の外部に配置されるケーブル等の外部配線とを接続するための端子である。

配線部材９２は、Ｚ軸方向において、複数の電池セルユニット２１と対向する位置に設けられている。配線部材９２は、複数の電池セルユニット２１を挟んで、第２拘束バンド（不図示）の反対側に配置されている。配線部材９２は、Ｘ軸方向における電池セルユニット２１の中央部を通って、Ｙ軸方向に延びている。配線部材９２は、たとえば、フレキシブルプリント基板からなる。複数の電圧検出線９６は、配線部材９２から延出し、後述する複数のバスバー５０にそれぞれ接続されている。

排気ダクト９３は、Ｙ軸方向に延びている。排気ダクト９３は、Ｚ軸方向に見て、配線部材９２と重なる位置で延びている。排気ダクト９３は、Ｚ軸方向において、複数の電池セルユニット２１と、配線部材９２との間に配置されている。

図２および図３に示されるように、電池セルユニット２１は、複数の電池セル１１と、保持部材３０とを有する。

電池セルユニット２１は、４個の電池セル１１（１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄ）を有する。電池セルユニット２１は、偶数個の電池セル１１を有する。なお、各電池セルユニット２１に備わる電池セル１１の数は、２以上であれば、特に限定されない。電池セル１１の数は、奇数個であってもよい。

電池セルユニット２１Ａ、電池セルユニット２１Ｂ、電池セルユニット２１Ｃ、電池セルユニット２１Ｄ、電池セルユニット２１Ｅおよび電池セルユニット２１Ｆの各電池セルユニット２１において、複数の電池セル１１は、Ｙ軸方向に連続して並んでいる。電池セル１１ａ、電池セル１１ｂ、電池セル１１ｃおよび電池セル１１ｄは、挙げた順に、Ｙ軸方向のマイナス側からプラス側に並んでいる。

各電池セルユニット２１における複数の電池セル１１の積層方向と、複数の電池セルユニット２１の積層方向とは、同一方向である。拘束部材４１は、複数の電池セル１１に対してＹ軸方向に沿った拘束力を付与している。

保持部材３０は、複数の電池セル１１（１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄ）を一体に保持している。保持部材３０は、ケース体３１を有する。ケース体３１は、直方体形状の外観を有する。複数の電池セル１１は、ケース体３１に収容されている。

ケース体３１には、複数の通気口３２が設けられている。複数の通気口３２は、Ｘ軸方向に直交するケース体３１の両側面に設けられている。通気口３２は、Ｘ軸方向において、ケース体３１を貫通する貫通孔からなる。通気口３２は、Ｙ軸方向に隣り合う電池セル１１間の隙間に冷却風を導入したり、その隙間から冷却風を排出したりするための通路として設けられている。

図４は、図３中の電池セルユニットを構成する電池セルを示す斜視図である。図５は、複数の電池セル同士の接続構造を示す分解組み立て図である。

図４および図５を参照して、電池セル１１は、リチウムイオン電池である。電池セル１１は、８０００Ｗ／Ｌ以上の出力密度を有する。電池セル１１は、角形であり、直方体形状の薄板形状を有する。複数の電池セル１１は、Ｙ軸方向が電池セル１１の厚み方向となるように積層されている。

電池セル１１は、外装体１２を有する。外装体１２は、直方体形状の筐体からなり、電池セル１１の外観をなしている。外装体１２には、電極体および電解液が収容されている。

外装体１２は、第１側面１３と、第２側面１４と、第３側面１５とを有する。第１側面１３および第２側面１４の各側面は、Ｙ軸方向に直交する平面からなる。第１側面１３および第２側面１４は、Ｙ軸方向において、互いに反対側を向いている。第１側面１３および第２側面１４の各側面は、外装体１２が有する複数の側面のうちで最も大きい面積を有する。第１側面１３および第２側面１４の各側面は、Ｙ軸方向に見て、矩形形状を有する。第１側面１３および第２側面１４の各側面は、Ｙ軸方向に見て、Ｘ軸方向が長手方向となり、Ｚ軸方向が短手方向となる矩形形状を有する。第３側面１５は、Ｚ軸方向に直交する平面からなる。第３側面１５は、＋Ｚ軸方向を向いている。

電池セル１１は、ガス排出弁１７をさらに有する。ガス排出弁１７は、第３側面１５に設けられている。ガス排出弁１７は、外装体１２の内部で発生したガスにより外装体１２の内圧が所定値以上となった場合に、そのガスを外装体１２の外部に排出する。ガス排出弁１７からのガスは、図１中の排気ダクト９３を流れて、電池モジュール１００の外部に排出される。

電池セル１１は、正極端子１６Ｐおよび負極端子１６Ｎが対となった電極端子１６をさらに有する。電極端子１６は、金属からなる。電極端子１６は、第３側面１５に設けられている。正極端子１６Ｐおよび負極端子１６Ｎは、Ｘ軸方向において、互いに離れて設けられている。正極端子１６Ｐおよび負極端子１６Ｎは、Ｘ軸方向において、配線部材９２および排気ダクト９３の両側にそれぞれ設けられている。

複数の電池セル１１は、Ｙ軸方向に隣り合う電池セル１１，１１の間において、第１側面１３同士が向かい合わせとなり、第２側面１４同士が向かい合わせとなるように積層されている。これにより、複数の電池セル１１が積層されるＹ軸方向において、正極端子１６Ｐと負極端子１６Ｎとが、交互に並んでいる。

なお、電池セルユニット２１に備わる電池セル１１の数が、奇数個である場合、Ｙ軸方向に隣り合う電池セルユニット２１間において、電池セルユニット２１の姿勢がＺ軸を中心に１８０°反転されるとよい。

続いて、複数の電池セル１１の接続構造について説明する。図１から図５を参照して、電池モジュール１００は、複数のバスバー５０をさらに有する。バスバー５０は、導電体からなる。複数のバスバー５０は、電池モジュール１００に備わる複数の電池セル１１を互いに電気的に接続するために設けられている。

バスバー５０は、Ｙ軸方向に延びている。バスバー５０は、Ｙ軸方向に延びる両端において、Ｙ軸方向に隣り合う電池セル１１，１１にそれぞれ接続されている。バスバー５０は、Ｙ軸方向に隣り合う電池セル１１，１１の間において、Ｙ軸方向に並ぶ正極端子１６Ｐと負極端子１６Ｎとを接続するように設けられている。複数の電池セル１１は、複数のバスバー５０によって、互いに電気的に直列に接続されている。

図６は、隣り合う電池セルユニット間における電池セルの接続構造を示す斜視図である。図７は、図６中のＶＩＩ－ＶＩＩ線上に沿った電池セルの接続構造を示す断面図である。図８は、電池セルユニット内における電池セルの接続構造を示す斜視図である。図９は、図８中のＩＸ－ＩＸ線上の矢視方向に見た電池セルの接続構造を示す断面図である。

図５から図９を参照して、複数のバスバー５０は、複数の第１バスバー５１と、複数の第２バスバー５２とを含む。

図５から図７に示されるように、第１バスバー５１は、第１接合部６６を有する。第１接合部６６は、第１接合方式により、分離した部材同士を接合している。第１バスバー５１は、第１接合部６６を介して、Ｙ軸方向に隣り合う電池セル１１，１１の間を接続している。

第１バスバー５１は、複数の電池セルユニット２１のうちの第１電池セルユニットと、複数の電池セルユニット２１のうちの、Ｙ軸方向において第１電池セルユニットと隣り合う第２電池セルユニットとの間において、Ｙ軸方向に隣り合う電池セル１１，１１同士を電気的に接続している。図６に示される範囲で説明すると、電池セルユニット２１Ｂが、第１電池セルユニットに対応し、電池セルユニット２１Ｃが、第２電池セルユニットに対応している。第１バスバー５１は、電池セルユニット２１Ｂおよび電池セルユニット２１Ｃの間において、電池セルユニット２１Ｂにおける電池セル１１ｄの負極端子１６Ｎと、電池セルユニット２１Ｃにおける電池セル１１ａの正極端子１６Ｐとを接続している。

図５、図８および図９に示されるように、第２バスバー５２は、第２接合部６９を有する。第２接合部６９は、第１接合方式とは異なる第２接合方式により、分離した部材同士を接合している。第２バスバー５２は、第２接合部６９を介して、Ｙ軸方向に隣り合う電池セル１１，１１の間を接続している。

第２バスバー５２は、各電池セルユニット２１において、Ｙ軸方向に隣り合う電池セル１１，１１同士を電気的に接続している。図８に示される範囲で説明すれば、第２バスバー５２は、電池セルユニット２１Ｃにおいて、電池セル１１ｂの負極端子１６Ｎと、電池セル１１ｃの正極端子１６Ｐとを接続している。

以下、図６に示される範囲に注目しながら、第１バスバー５１のより具体的な構造を説明する。図６および図７に示されるように、第１バスバー５１は、電池セルユニット２１Ｂにおける電池セル１１ｄと、電池セルユニット２１Ｃにおける電池セル１１ａとの境界をなすＸ軸－Ｚ軸平面を挟んで、非対称となる形状を有する。

第１バスバー５１は、第１バスバー分割体６１と、第２バスバー分割体６２とを有する。第１バスバー分割体６１および第２バスバー分割体６２は、互いに分離した導電体（金属板）からなる。第１バスバー分割体６１は、電池セルユニット２１Ｂにおける電池セル１１ｄの負極端子１６Ｎに接続されている。第２バスバー分割体６２は、電池セルユニット２１Ｃにおける電池セル１１ａの正極端子１６Ｐに接続されている。第１バスバー分割体６１および第２バスバー分割体６２は、第１接合部６６によって互いに接合されている。

第１バスバー分割体６１は、Ｚ軸方向に見た場合に、電池セルユニット２１Ｂにおける電池セル１１ｄと重なる位置に設けられている。第１バスバー分割体６１は、第１プレート部７７と、第２プレート部７８とを有する。

第１プレート部７７は、Ｚ軸方向が厚み方向となるプレート形状を有し、Ｘ軸－Ｙ軸平面に対して平行に配置されている。第１プレート部７７は、Ｚ軸方向において、電池セルユニット２１Ｂにおける電池セル１１ｄの負極端子１６Ｎに重ね合わされている。第１プレート部７７は、溶接部６４により、電池セルユニット２１Ｂにおける電池セル１１ｄの負極端子１６Ｎに接合されている。第２プレート部７８は、Ｘ軸方向が厚み方向となるプレート形状を有し、Ｙ軸－Ｚ軸平面に対して平行に配置されている。第２プレート部７８は、－Ｘ軸方向における第１プレート部７７の端部から＋Ｚ軸方向に延びている。

第２バスバー分割体６２は、Ｚ軸方向に見た場合に、電池セルユニット２１Ｃにおける電池セル１１ａと重なる位置と、電池セルユニット２１Ｂにおける電池セル１１ｄと重なる位置とに跨がって設けられている。第２バスバー分割体６２は、第３プレート部７１と、第４プレート部７２と、第５プレート部７３と、第６プレート部７４と、弾性部７５と、第７プレート部７６とを有する。

第３プレート部７１は、Ｚ軸方向が厚み方向となるプレート形状を有し、Ｘ軸－Ｙ軸平面に対して平行に配置されている。第３プレート部７１は、Ｚ軸方向において、電池セルユニット２１Ｃにおける電池セル１１ａの正極端子１６Ｐに重ね合わされている。第３プレート部７１は、溶接部６４により、電池セルユニット２１Ｃにおける電池セル１１ａの正極端子１６Ｐに接合されている。第４プレート部７２は、Ｘ軸方向が厚み方向となるプレート形状を有し、Ｙ軸－Ｚ軸平面に対して平行に配置されている。第４プレート部７２は、－Ｘ軸方向における第３プレート部７１の端部から＋Ｚ軸方向に延びている。

第５プレート部７３および第６プレート部７４の各プレート部は、Ｚ軸方向が厚み方向となるプレート形状を有し、Ｘ軸－Ｙ軸平面に対して平行に配置されている。第５プレート部７３は、＋Ｚ軸方向における第４プレート部７２の端部から－Ｘ軸方向に延びている。第６プレート部７４は、第５プレート部７３から－Ｙ軸方向にずれた位置に設けられている。第５プレート部７３は、Ｚ軸方向に見た場合に、電池セルユニット２１Ｃにおける電池セル１１ａと重なる位置に設けられ、第６プレート部７４は、Ｚ軸方向に見た場合に、電池セルユニット２１Ｂにおける電池セル１１ｄと重なる位置に設けられている。

弾性部７５は、第５プレート部７３および第６プレート部７４の間で延びている。弾性部７５は、Ｚ軸方向に見た場合に、電池セルユニット２１Ｃにおける電池セル１１ａと、電池セルユニット２１Ｂにおける電池セル１１ｄとの境界に重なる位置に設けられている。弾性部７５は、－Ｙ軸方向における第５プレート部７３の端部から－Ｚ軸方向に延び、湾曲しながらＺ軸方向において反転し、さらに＋Ｚ軸方向に延びて＋Ｙ軸方向における第６プレート部７４の端部に連なっている。弾性部７５は、Ｙ軸方向における第５プレート部７３および第６プレート部７４の間の距離が変化するように弾性変形が可能である。

第７プレート部７６は、Ｘ軸方向が厚み方向となるプレート形状を有し、Ｙ軸－Ｚ軸平面に対して平行に配置されている。第７プレート部７６は、＋Ｘ軸方向における第６プレート部７４の端部から＋Ｚ軸方向に延びている。第７プレート部７６は、Ｘ軸方向において、第２プレート部７８と重ね合わされている。第７プレート部７６は、Ｙ軸－Ｚ軸平面に平行な面内で、第２プレート部７８と面接触している。

第１接合部６６は、第１接合方式としてのボルト止めにより、第１バスバー分割体６１の第２プレート部７８と、第２バスバー分割体６２の第７プレート部７６とを互いに接合している。

第１接合方式としてのボルト止めは、接合対象である第１バスバー分割体６１および第２バスバー分割体６２に対して着脱可能な手段である。

第１接合部６６は、ボルト６７と、ナット６８とを有する。第１バスバー分割体６１（第２プレート部７８）および第２バスバー分割体６２（第７プレート部７６）には、ボルト孔７９が設けられている。ボルト孔７９は、Ｘ軸方向において、第２プレート部７８および第７プレート部７６を貫通する貫通孔からなる。ボルト６７がボルト孔７９に挿入されるとともに、ナット６８がボルト６７のネジ部に螺合されることによって、第１バスバー分割体６１の第２プレート部７８と、第２バスバー分割体６２の第７プレート部７６とが、互いに締結されている。

第１バスバー分割体６１（第２プレート部７８）と、第２バスバー分割体６２（第７プレート部７６）との接合方向は、複数の電池セル１１が積層されるＹ軸方向に直交するＸ軸方向である。

次に、図８に示される範囲に注目しながら、第２バスバー５２のより具体的な構造を説明する。図８および図９に示されるように、第２バスバー５２は、電池セルユニット２１Ｃにおける電池セル１１ｂと、電池セルユニット２１Ｃにおける電池セル１１ｃとの境界をなすＸ軸－Ｚ軸平面を挟んで、対称となる形状を有する。

第２バスバー５２は、一体の導電体（金属板）からなる。第２バスバー５２は、Ｚ軸方向に見た場合に、電池セルユニット２１Ｃにおける電池セル１１ｂと重なる位置と、電池セルユニット２１Ｃにおける電池セル１１ｃと重なる位置とに跨がって設けられている。第２バスバー５２と、電池セル１１ｂの負極端子１６Ｎおよび電池セル１１ｃの正極端子１６Ｐとは、第２接合部６９によって互いに接合されている。

第２バスバー５２は、第１プレート部８１と、第２プレート部８２と、第３プレート部８３と、第４プレート部８４と、弾性部８５と、第５プレート部８６と、第６プレート部８７とを有する。

第１プレート部８１、第２プレート部８２、第３プレート部８３、第４プレート部８４および弾性部８５は、それぞれ、第１バスバー５１の第２バスバー分割体６２における第３プレート部７１、第４プレート部７２、第５プレート部７３、第６プレート部７４および弾性部７５に対応する形状を有する。第１プレート部８１は、Ｚ軸方向において、電池セルユニット２１Ｃにおける電池セル１１ｃの正極端子１６Ｐに重ね合わされている。第１プレート部８１は、Ｘ軸－Ｙ軸平面に平行な面内で、電池セルユニット２１Ｃにおける電池セル１１ｃの正極端子１６Ｐと面接触している。

第６プレート部８７は、Ｚ軸方向が厚み方向となるプレート形状を有し、Ｘ軸－Ｙ軸平面に対して平行に配置されている。第６プレート部８７は、Ｚ軸方向において、電池セルユニット２１Ｃにおける電池セル１１ｂの負極端子１６Ｎに重ね合わされている。第６プレート部８７は、Ｘ軸－Ｙ軸平面に平行な面内で、電池セルユニット２１Ｃにおける電池セル１１ｂの負極端子１６Ｎと面接触している。第５プレート部８６は、Ｘ軸方向が厚み方向となるプレート形状を有し、Ｙ軸－Ｚ軸平面に平行に配置されている。第５プレート部８６は、－Ｘ軸方向における第６プレート部８７の端部から＋Ｚ軸方向に延び、＋Ｘ軸方向における第４プレート部８４の端部に連なっている。

第１プレート部８１と、電池セル１１ｃの正極端子１６Ｐとは、互いに分離した導電体（金属板）からなる。第６プレート部８７と、電池セル１１ｂの負極端子１６Ｎとは、互いに分離した導電体（金属板）からなる。第２接合部６９は、第２接合方式としての溶接により、第１プレート部８１と、電池セル１１ｃの正極端子１６Ｐとを接合し、第６プレート部８７と、電池セル１１ｂの負極端子１６Ｎとを接合している。

第２接合方式としての溶接は、接合対象である第２バスバー５２および電極端子１６に対して着脱不可な手段である。

第２接合部６９は、溶接部７０を有する。溶接部７０は、レーザ溶接などの溶接を用いて、第２バスバー５２および電極端子１６を接合することにより構成されている。溶接部７０は、溶接時に、第２バスバー５２および電極端子１６が、溶融し、そのあと凝固することによって、互いに一体化されている部分である。溶接部７０は、Ｚ軸方向において、第２バスバー５２を貫き、電極端子１６の内部に底部を有する。

なお、溶接部７０の形状は、特に限定されず、たとえば、溶接部７０が、Ｚ軸方向に見た場合に線状に延びるように設けられてもよいし、互いに離れた複数箇所に設けられてもよい。また、第２接合部６９に用いられる第２接合方式は、溶接に限られず、たとえば、リベット止めであってもよい。

電池モジュールは、その使用形態または必要な性能に合わせて、電池モジュールに備わる電池セルの数を調整したいという要求がある。また、電池モジュールのメンテナンス時に、電池モジュールから特定の電池セルを取り外したり、電池セルを交換したいという要求もある。また、バスバーによる複数の電池セル間の接続が、全て溶接で行なわれている場合、電池モジュールの製造設備として、最大の電池セル数に合わせた大型の溶接機械を準備する必要が生じたり、電池モジュールのメンテナンス時に、電池セルを容易に着脱することができないという問題が起こり得る。

これに対して、本実施の形態の電池モジュール１００においては、電池セルユニット２１内で電池セル１１，１１の間を接続する第２バスバー５２では、第２接合部６９による第２バスバー５２および電池セル１１の接合に溶接が用いられる一方、Ｙ軸方向に並ぶ電池セルユニット２１，２１間において、電池セル１１，１１の間を接続する第１バスバー５１では、第１接合部６６による第１バスバー分割体６１および第２バスバー分割体６２の接合にボルト止めが用いられている。

このような構成によれば、第１接合部６６におけるボルト６７を締める作業によって、第１バスバー分割体６１および第２バスバー分割体６２を接合して、Ｙ軸方向に並ぶ電池セルユニット２１，２１の間を接続したり、第１接合部６６におけるボルト６７を緩める作業によって、第１バスバー分割体６１および第２バスバー分割体６２の接合を解除し、Ｙ軸方向に並ぶ電池セルユニット２１，２１の間の接続を解除したりすることができる。これにより、Ｙ軸方向に並ぶ電池セルユニット２１，２１間の接続およびその解除が、容易な作業により実行可能となるため、電池セルユニット２１の数の増減を通じて、電池モジュール１００に備わる電池セル１１の数を容易に調整することができる。また、同様の理由により、電池モジュール１００から特定の電池セルユニット２１を着脱する作業が容易となるため、電池モジュール１００のメンテナンス性を向上させることができる。

図３に示されるように、電池モジュール１００の製造時、まず、複数の電池セルユニット２１を組み立てる。

本工程では、溶接により、第１バスバー分割体６１を、＋Ｙ軸方向における端部に配置される電池セル１１ｄの負極端子１６Ｎに接続する。溶接により、各第２バスバー５２を、Ｙ軸方向に並ぶ電池セル１１，１１の正極端子１６Ｐおよび負極端子１６Ｎに接続する。溶接により、第２バスバー分割体６２を、－Ｙ軸方向における端部に配置される電池セル１１ａの正極端子１６Ｐに接続する。

次に、図１に示されるように、Ｙ軸方向に並べた複数の電池セルユニット２１を、拘束部材４１により一体に保持するとともに、Ｙ軸方向に隣り合う電池セルユニット２１間において、ボルト６７を用いて、第１バスバー分割体６１および第２バスバー分割体６２を締結する。

この場合、バスバー５０を電池セル１１に接続するための溶接機械の大きさが、電池モジュール１００に備わる電池セル１１（電池セルユニット２１）の数ではなく、電池セルユニット２１に備わる電池セル１１の数によって定まる。このため、大型の溶接機械を準備する必要がなくなって、電池モジュール１００の製造設備を簡易かつ安価に構成することができる。

図６から図９に示されるように、第２バスバー５２の体格は、第１接合部６６による第１バスバー分割体６１および第２バスバー分割体６２の接合にボルト止めを用いた第１バスバー５１の体格よりも小さい。このような構成によれば、電池セルユニット２１の直上の第２バスバー５２の周りに広いスペースを確保することができる。

また、第２バスバー５２における電気抵抗は、第１接合部６６による第１バスバー分割体６１および第２バスバー分割体６２の接合にボルト止めを用いた第１バスバー５１における電気抵抗よりも小さい。このような構成によれば、第２バスバー５２におけるエネルギー損失を低く抑えることができる。

図１０は、図６中に示す第１バスバーの変形例を示す斜視図である。図１０を参照して、本変形例における第１バスバー５１は、電池セルユニット２１Ｂにおける電池セル１１ｄと、電池セルユニット２１Ｃにおける電池セル１１ａとの境界をなすＸ軸－Ｚ軸平面を挟んで、対称となる形状を有する。

第２バスバー分割体６２は、Ｚ軸方向に見た場合に、電池セルユニット２１Ｃにおける電池セル１１ａと重なる位置に設けられている。第２バスバー分割体６２は、第１プレート部１２１と、第２プレート部１２２と、第３プレート部１２３と、第４プレート部１２５とを有する。

第１プレート部１２１、第２プレート部１２２および第３プレート部１２３は、それぞれ、図８中の第１プレート部８１、第２プレート部８２および第３プレート部８３に対応する形状を有する。第４プレート部１２５は、Ｙ軸方向が厚み方向となるプレート形状を有し、Ｘ軸－Ｚ軸平面に対して平行に配置されている。第４プレート部１２５は、－Ｙ軸方向における第３プレート部１２３の端部から＋Ｚ軸方向に延びている。

第１バスバー分割体６１は、Ｚ軸方向に見た場合に、電池セルユニット２１Ｂにおける電池セル１１ｄと重なる位置に設けられている。第１バスバー分割体６１は、第５プレート部１２８と、第６プレート部１２７と、第７プレート部１２４と、第８プレート部１２６とを有する。

第５プレート部１２８、第６プレート部１２７、第７プレート部１２４および第８プレート部１２６は、それぞれ、電池セルユニット２１Ｂにおける電池セル１１ｄと、電池セルユニット２１Ｃにおける電池セル１１ａとの境界をなすＸ軸－Ｚ軸平面を挟んで、第１プレート部１２１、第２プレート部１２２、第３プレート部１２３および第４プレート部１２５と対称となる形状を有する。

第４プレート部１２５および第８プレート部１２６は、Ｙ軸方向において互いに重ね合わされている。第４プレート部１２５および第８プレート部１２６は、Ｚ軸方向に見て、電池セルユニット２１Ｂにおける電池セル１１ｄと、電池セルユニット２１Ｃにおける電池セル１１ａとの境界と重なる位置に設けられている。第４プレート部１２５および第８プレート部１２６は、Ｘ軸－Ｚ軸平面に平行な面内で互いに面接触している。

第１接合部６６は、第１接合方式としてのボルト止めにより、第１バスバー分割体６１の第８プレート部１２６と、第２バスバー分割体６２の第４プレート部１２５とを互いに接合している。第１バスバー分割体６１（第８プレート部１２６）と、第２バスバー分割体６２（第４プレート部１２５）との接合方向は、複数の電池セル１１が積層されるＹ軸方向と平行である。

なお、第１バスバー５１の形状は、特に限定されない。たとえば、図１０中の第１バスバー５１において、第８プレート部１２６が、第６プレート部１２７および第７プレート部１２４を介することなく、直接、第５プレート部１２８に接続され、第４プレート部１２５が、第２プレート部１２２および第３プレート部１２３を介することなく、直接、第１プレート部１２１に接続される構成であってもよい。

図１１から図１３は、図１０中に示す第１接合部における第１接合方式の変形例を示す図である。

図１１を参照して、本変形例では、第１接合部６６が、第１接合方式としてのピン止めにより、第１バスバー分割体６１（第８プレート部１２６）と、第２バスバー分割体６２（第４プレート部１２５）とを互いに接合している。

第１接合部６６は、ピン１３１を有する。第１バスバー分割体６１（第８プレート部１２６）および第２バスバー分割体６２（第４プレート部１２５）には、ピン孔１３６が設けられている。ピン孔１３６は、Ｙ軸方向において第８プレート部１２６および第４プレート部１２５を貫通する貫通孔からなる。ピン１３１は、ピン孔１３６に圧入されている。

図１２を参照して、本変形例では、第１接合部６６が、第１接合方式としてのクリップ止めにより、第１バスバー分割体６１（第８プレート部１２６）と、第２バスバー分割体６２（第４プレート部１２５）とを互いに接合している。第１接合部６６は、クリップ１４１を有する。クリップ１４１は、Ｙ軸方向において第８プレート部１２６および第４プレート部１２５を挟持している。

図１３を参照して、本変形例では、第１接合部６６が、第１接合方式としてのバンド止めにより、第１バスバー分割体６１（第８プレート部１２６）と、第２バスバー分割体６２（第４プレート部１２５）とを互いに接合している。第１接合部６６は、バンド１４２を有する。バンド１４２は、Ｘ軸－Ｙ軸平面に平行な面内で、第８プレート部１２６および第４プレート部１２５の周りを周回するように設けられている。

図１１から図１３に示される変形例で説明された、第１接合方式としてのピン止め、クリップ止めおよびバンド止めは、いずれも、接合対象である第１バスバー分割体６１および第２バスバー分割体６２に対して着脱可能な手段である。

図１４は、図１中の電池モジュールの変形例を示す斜視図である。図１４を参照して、エンドプレート４２Ｐは、複数の電池セルユニット２１のうちの電池セルユニット２１Ａ（第３電池セルユニット）とＹ軸方向において対向している。電池セルユニット２１Ａの電池セル２１ａは、Ｙ軸方向においてエンドプレート４２Ｐと隣り合って配置されている。

本変形例における電池モジュールは、第３バスバー５３をさらに有する。第３バスバー５３は、電池セルユニット２１Ａにおいて、電池セル２１ａに設けられている。第３バスバー５３は、電池セルユニット２１Ａにおける電池セル２１ａの電極端子１６（正極端子１６Ｐ）に接続されている。第３バスバー５３は、図６中に示される第１バスバー５１の第２バスバー分割体６２と同一形状を有する。

このような構成によれば、第１バスバー５１の第２バスバー分割体６２と同一形状を有する第３バスバー５３には、図７中に示されるボルト孔７９が設けられている。このため、ボルト１５３を用いて、第３バスバー５３を、外部配線をなすケーブル１５１の端子１５２と接続することができる。これにより、総端子９１を省略することが可能となるため、電池モジュールの部品点数を削減することができる。

なお、図１中のエンドプレート４１Ｑと対向する電池セルユニット２１Ｆにおいては、第１バスバー５１の第１バスバー分割体６１と同一形状を有する第３バスバー５３が、電池セルユニット２１Ｆ内の電池セル１１ｄに設けられることによって、ケーブル１５１を直接、第３バスバー５３にボルト止めすることができる。

以上に説明した、この発明の実施の形態における電池モジュール１００の構造についてまとめると、本実施の形態における電池モジュール１００は、所定方向としてのＹ軸方向に積層される複数の電池セル１１と、複数の電池セル１１に対してＹ軸方向に沿った拘束力を付与する拘束部材４１と、第１バスバー５１と、第２バスバー５２とを含み、複数の電池セル１１を互いに電気的に接続するための複数のバスバー５０とを備える。第１バスバー５１は、第１接合方式により、分離した部材同士を接合する第１接合部６６を有し、第１接合部６６を介して、Ｙ軸方向に隣り合う電池セル１１の間を接続する。第２バスバー５２は、第１接合方式とは異なる第２接合方式により、分離した部材同士を接合する第２接合部６９を有し、第２接合部６９を介して、Ｙ軸方向に隣り合う電池セル１１の間を接続する。

このように構成された、この発明の実施の形態における電池モジュール１００によれば、複数の電池セル１１間を電気的に接続するためのバスバー５０が、互いに異なる第１接合方式および第２接合方式をそれぞれ用いた第１バスバー５１および第２バスバー５２を含む構成によって、電池セル１１の数を容易に調整可能な電池モジュール１００を実現することができる。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

この発明は、たとえば、車両の駆動用電源として用いられる電池モジュールに適用される。

１１，１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄ 電池セル、１２ 外装体、１３ 第１側面、１４ 第２側面、１５ 第３側面、１６ 電極端子、１６Ｎ 負極端子、１６Ｐ 正極端子、１７ ガス排出弁、２１，２１Ａ，２１Ｂ，２１Ｃ，２１Ｄ，２１Ｅ，２１Ｆ 電池セルユニット、３０ 保持部材、３１ ケース体、３２ 通気口、４１ 拘束部材、４２，４２Ｐ，４２Ｑ エンドプレート、４３ 第１拘束バンド、４４ 開口部、５０ バスバー、５１ 第１バスバー、５２ 第２バスバー、６１ 第１バスバー分割体、６２ 第２バスバー分割体、６４，７０ 溶接部、６６ 第１接合部、６７ ボルト、６８ ナット、６９ 第２接合部、７１，８３，１２３ 第３プレート部、７２，８４，１２５ 第４プレート部、７３，８６，１２８ 第５プレート部、７４，８７，１２７ 第６プレート部、７５，８５ 弾性部、７６，１２４ 第７プレート部、７７，８１，１２１ 第１プレート部、７８，８２，１２２ 第２プレート部、７９ ボルト孔、９１，９１ｐ，９１ｑ 総端子、９２ 配線部材、９３ 排気ダクト、９６ 電圧検出線、１００ 電池モジュール、１２６ 第８プレート部、１３６ ピン孔、１４１ クリップ、１４２ バンド。

Claims (6)

1. 各々が電極端子を有し、所定方向に積層される複数の電池セルと、
   複数の前記電池セルに対して前記所定方向に沿った拘束力を付与する拘束部材と、
   第１バスバーと、第２バスバーとを含み、複数の前記電池セルを互いに電気的に接続するための複数のバスバーとを備え、
   前記第１バスバーは、第１接合方式により、前記第１バスバーの分割された部材同士を接合する第１接合部を有し、前記第１接合部を介して、前記所定方向に隣り合う前記電池セルの間を接続し、前記第１接合方式は、ボルト止め、ピン止め、クリップ止めまたはバンド止めであり、
   前記第２バスバーは、前記第１接合方式とは異なる第２接合方式により、前記第２バスバーと、前記電極端子とを接合する第２接合部を有し、前記第２接合部を介して、前記所定方向に隣り合う前記電池セルの間を接続し、前記第２接合方式は、溶接であり、
   前記所定方向に並べられ、前記拘束部材により前記所定方向に沿った拘束力が付与される複数の電池セルユニットを備え、
   各前記電池セルユニットは、
   前記所定方向に連続して並ぶ複数の前記電池セルと、
   前記所定方向に連続して並ぶ複数の前記電池セルを一体に保持する保持部材とを有し、
   前記第１バスバーは、複数の前記電池セルユニットのうちの第１電池セルユニットと、複数の前記電池セルユニットのうちの、前記所定方向において前記第１電池セルユニットと隣り合う第２電池セルユニットとの間において、前記所定方向に隣り合う前記電池セル同士を電気的に接続し、
   前記第２バスバーは、各前記電池セルユニットにおいて、前記所定方向に隣り合う前記電池セル同士を電気的に接続する、電池モジュール。
2. 前記第１バスバーにおける電気抵抗と、前記第２バスバーにおける電気抵抗とが、互いに異なる、請求項１に記載の電池モジュール。
3. 前記第１バスバーは、前記第１バスバーの分割された部材に対応し、前記第１接合部によって互いに接合される第１バスバー分割体および第２バスバー分割体をさらに有し、
   前記拘束部材は、複数の前記電池セルユニットのうちの、前記所定方向における端部に配置される第３電池セルユニットと、前記所定方向に対向するエンドプレートを有し、
   前記電池モジュールは、
   前記第３電池セルユニットにおいて、前記所定方向に前記エンドプレートと隣り合って配置される前記電池セルに設けられる第３バスバーをさらに備え、
   前記第３バスバーは、前記第１バスバー分割体および前記第２バスバー分割体のいずれか一方と同一形状を有し、前記第１接合方式を用いて、外部端子と接合可能である、請求項１または２に記載の電池モジュール。
4. 前記電池セルは、８０００Ｗ／Ｌ以上の出力密度を有する、請求項１から３のいずれか１項に記載の電池モジュール。
5. 複数の前記電池セルは、電気的に直列に接続されている、請求項１から４のいずれか１項に記載の電池モジュール。
6. 前記保持部材は、前記所定方向に連続して並ぶ複数の前記電池セルを収容するケース体である、請求項１から５のいずれか１項に記載の電池モジュール。

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