JP7455793B2 - 電池モジュール - Google Patents

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Description

この発明は、電池モジュールに関する。
たとえば、特開2017-216095号公報(特許文献1)には、複数の電池セルを積層して構成された電池セル積層体と、積層方向に隣り合う電池セルの正極外部端子および負極外部端子の間を接続する複数のバスバーとを備える電池モジュールが開示されている。バスバーには、電池セルの積層方向に対する圧縮強度が弱い部分である脆弱部が設けられている。
また、特開2012-59451号公報(特許文献2)には、隣接する蓄電素子間を電気的に接続するための複数のバスバーと、複数のバスバーを保持する複数のバスバー保持部と、隣接するバスバー保持部同士を連結する連結部とを備えるバスバーモジュールが開示されている。連結部には、所定部分の断面積が、所定部分に隣接する部分に比べて小さくなるように切り欠きが設けられている。
また、特開2011-253735号公報(特許文献3)には、ガス放出弁を有し、所定方向に積層される複数の単電池と、所定方向に隣接する単電池を接続するための複数のバスバーをユニット化したバスバーモジュールとを備える組電池が開示されている。バスバーモジュールには、ガス放出弁からガスが放出された場合に熱溶融する脆弱部が設けられている。
特開2017-216095号公報 特開2012-59451号公報 特開2011-253735号公報
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、電池モジュールのメンテナンス時など、バスバーによる複数の電池セル間の接続を解除して、電池モジュールを解体したい場面がある。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、電池モジュールの解体が十分に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、解体時の作業性に優れた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、複数の電池セル同士を電気的に接続するための複数のバスバーとを備える。複数のバスバーは、複数の電池セルのうちの、所定方向に隣り合う第1電池セルおよび第2電池セルの間で延びる第1バスバーを含む。第1バスバーは、第1電池セルに接続される第1基部と、第2電池セルに接続される第2基部と、第1基部および第2基部から立ち上がる形状を有し、第1基部および第2基部の間を接続する立ち上がり部とを有する。立ち上がり部の根元領域には、脆弱部が設けられる。
このように構成された電池モジュールによれば、作業者は、脆弱部を破断させることで、立ち上がり部による第1基部および第2基部の間の接続を解除し、第1電池セルおよび第2電池セルを分離することができる。この場合に、脆弱部は、立ち上がり部の根元領域に設けられるため、作業者は、脆弱部を容易に破断させることができる。これにより、電池モジュールの解体時の作業性を向上させることができる。
また好ましくは、脆弱部は、立ち上がり部の厚みを局所的に小さくした薄肉構造からなる。
このように構成された電池モジュールによれば、作業者は、薄肉構造からなる脆弱部を容易に破断させることができる。
また好ましくは、複数の電池セルには、所定方向に沿った拘束力が付与される。脆弱部における立ち上がり部の厚み方向は、所定方向と平行である。
このように構成された電池モジュールによれば、作業者が、薄肉構造からなる脆弱部を破断させるために、立ち上がり部に対してその厚み方向の力を加える場合に、その力が加わる方向と、複数の電池セルに対して拘束力が付与される方向とが、平行となる。このため、第1電池セルおよび第2電池セルの姿勢が立ち上がり部に加えられた力の方向に倒れることを、拘束力により抑制して、力をより効率的に脆弱部に伝えることができる。これにより、作業者は、脆弱部をさらに容易に破断させることができる。
また好ましくは、脆弱部は、立ち上がり部の立ち上がり方向と、立ち上がり部の厚み方向とに直交する立ち上がり部の幅方向に切り欠きを設けた切り欠き構造、または、立ち上がり部の厚み方向に貫通する切断部を断続的かつ線状に設けたミシン目構造からなる。
このように構成された電池モジュールによれば、作業者は、切り欠き構造またはミシン目構造からなる脆弱部を容易に破断させることができる。
また好ましくは、脆弱部は、第1電池セルおよび第2電池セルの境界をなす所定平面と重なって設けられる。第1バスバーは、所定平面を挟んで対称形状を有する。
このように構成された電池モジュールによれば、第1バスバーは、脆弱部を挟んだ両側において、第1電池セルおよび第2電池セルによりバランスよく支持される。このため、作業者が、脆弱部を破断させるために立ち上がり部に力を加えた場合に、第1バスバーが変形することを抑制して、力をより効率的に脆弱部に伝えることができる。これにより、作業者は、脆弱部をさらに容易に破断させることができる。
また好ましくは、立ち上がり部は、第1基部および第2基部の間を接続し、脆弱部を境界にして第1基部および第2基部から分断可能な分断部を含む。
このように構成された電池モジュールによれば、作業者は、脆弱部が破断するまで、分断部を把持しながら立ち上がり部に効率的に力を加えることができる。これにより、作業者は、脆弱部をさらに容易に破断させることができる。
また好ましくは、立ち上がり部は、分断部が第1基部および第2基部から分断された状態において、第1基部の側に残る第1残存部と、第2基部の側に残り、第1残存部と重ね合わされる第2残存部とをさらに含む。
このように構成された電池モジュールによれば、立ち上がり部による第1基部および第2基部の間の接続を解除し、第1電池セルおよび第2電池セルを分離したあと、解体した電池モジュールを再び組み立てる場合がある。このような場合であっても、互いに重ね合わされる第1残存部および第2残存部を用いることによって、第1基部および第2基部の間を接続することができる。
また好ましくは、電池モジュールは、所定方向に並べられ、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。複数のバスバーは、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第2バスバーをさらに含む。
このように構成された電池モジュールによれば、容易な作業により、第1電池セルユニットおよび第2電池セルユニットを分離することができる。
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、解体時の作業性を向上させることができる。
以上に説明したように、この発明に従えば、解体時の作業性に優れた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。 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6中の矢印VIIIに示される方向に見た電池セルの接続構造を示す図である。 図6中の電池セルの接続構造の第1の形態変化を示す斜視図である。 図9中の矢印Xに示される方向に見た電池セルの接続構造を示す図である。 図6中の電池セルの接続構造の第2の形態変化を示す斜視図である。 図8中の脆弱部の第1変形例を示す図である。 図8中の脆弱部の第2変形例を示す図である。 図6中の第1バスバーの変形例を示す斜視図である。 図14中の矢印XVに示される方向に見た第1バスバーを示す図である。
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、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5から図7を参照して、複数のバスバー50は、1つまたは複数の第1バスバー51と、1つまたは複数の第2バスバー52とを含む。本実施の形態では、複数のバスバー50が、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および図6に示されるように、第1バスバー51は、複数の電池セル11のうちの、Y軸方向に隣り合う第1電池セル11dおよび第2電池セル11aの間で延びている。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。
第1バスバー51は、第1基部226と、第2基部221と、立ち上がり部231とを有する。第1基部226は、第1電池セル11dに接続されている。第2基部221は、第2電池セル11aに接続されている。立ち上がり部231は、第1基部226および第2基部221から立ち上がる形状を有する。立ち上がり部231は、第1基部226および第2基部221の間を接続している。
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、電池セルユニット21Bにおける電池セル11dが、第1電池セルに対応し、電池セルユニット21Cにおける電池セル11aが、第2電池セルに対応している。
第1基部226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基部221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とを電気的に接続している。
図5および図7に示されるように、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7に示される範囲で説明すると、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とを電気的に接続している。
図8は、図6中の矢印VIIIに示される方向に見た電池セルの接続構造を示す図である。以下、図6および図8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8を参照して、第1バスバー51は、第1バスバー分割体211と、第2バスバー分割体212とが組み合わさって構成されている。
第1バスバー分割体211および第2バスバー分割体212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211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212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211および第2バスバー分割体212は、溶接により互いに接合されている。
第1バスバー分割体211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211は、第1プレート部227と、第2プレート部228と、第3プレート部229と、第4プレート部233とを有する。
第1プレート部227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227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227は、溶接により、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228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228は、-X軸方向における第1プレート部227の端部から+Z軸方向に延びている。
第3プレート部229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229は、+Z軸方向における第2プレート部228の端部から-X軸方向に延びている。第4プレート部233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233は、+Y軸方向における第3プレート部229の端部から+Z軸方向に延びている。
第2バスバー分割体212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212は、第5プレート部222と、第6プレート部223と、第7プレート部224と、第8プレート部232とを有する。
第5プレート部222、第6プレート部223、第7プレート部224および第8プレート部232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227、第2プレート部228、第3プレート部229および第4プレート部233と対称となる形状を有する。
第5プレート部222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5プレート部222は、溶接により、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8プレート部232は、Y軸方向において、第4プレート部233に重ね合わされている。第4プレート部233および第8プレート部232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4プレート部233および第8プレート部232は、溶接により、互いに接合されている。
このような構成を備える第1バスバー51において、第1基部226は、第1プレート部227、第2プレート部228および第3プレート部229により構成されている。第1基部226の第1プレート部227が、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基部221は、第5プレート部222、第6プレート部223および第7プレート部224により構成されている。第2基部221の第5プレート部222が、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。
立ち上がり部231は、第4プレート部233および第8プレート部232が互いに重ね合わされる部分により構成されている。立ち上がり部231は、第1基部226の第3プレート部229および第2基部221の第7プレート部224から、+Z軸方向に立ち上がる形状を有する。
立ち上がり部231は、第1基部226の第3プレート部229および第2基部221の第7プレート部224から、第3プレート部229および第7プレート部224が配置されるX軸-Y軸平面に直交する+Z軸方向に立ち上がっている。立ち上がり部231は、第1基部226および第2基部221から、これらの第1基部226および第2基部221が接続される電池セル11,11より遠ざかる方向に立ち上がっている。立ち上がり部231は、電極端子16が設けられる外装体12の第3側面15から+Z軸方向に離れた位置に設けられている。
立ち上がり部231が第1基部226(第3プレート部229)および第2基部221(第7プレート部224)から立ち上がるZ軸方向が、立ち上がり部231の立ち上がり方向に対応している。第4プレート部233および第8プレート部232が互いに重ね合わされるY軸方向が、立ち上がり部231の厚み方向に対応している。立ち上がり部231の立ち上がり方向と、立ち上がり部231の厚み方向とに直交するX軸方向が、立ち上がり部231の幅方向に対応している。
立ち上がり部231には、脆弱部240が設けられている。脆弱部240は、立ち上がり部231の根元領域236に設けられている。脆弱部240は、脆弱部240を除いた立ち上がり部231の他の部分よりも小さい剛性を有する。脆弱部240は、立ち上がり部231の先端領域237よりも小さい剛性を有する。
図8に示されるように、立ち上がり部231の根元領域236は、第1基部226および第2基部221からの立ち上がり形状を有する立ち上がり部231の根元側に規定されている。立ち上がり部231の先端領域237は、第1基部226および第2基部221からの立ち上がり形状を有する立ち上がり部231の先端側に規定されている。
より具体的には、立ち上がり部231は、根元部231jと、先端部231kとを有し、根元部231jおよび先端部231kの間で延びている。根元部231jは、立ち上がり部231の立ち上がり方向(Z軸方向)において、第1基部226および第2基部221の側に位置し、先端部231kは、根元部231jの反対側に位置している。立ち上がり部231の根元領域236は、立ち上がり部231の立ち上がり方向において、先端部231kよりも根元部231jに近い領域に対応する。立ち上がり部231の先端領域237は、立ち上がり部231の立ち上がり方向において、根元部231jよりも先端部231kに近い領域に対応する。
立ち上がり部231は、立ち上がり長さLaを有する。この場合に、立ち上がり部231の根元領域236は、根元部231jから+Z軸方向に向けてLa/2の長さの範囲である。立ち上がり部231の先端領域237は、先端部231kから-Z軸方向に向けてLa/2の長さの範囲である。
脆弱部240は、根元部231jから+Z軸方向に離れた位置に設けられている。脆弱部240は、立ち上がり部231の先端領域237から-Z軸方向に離れた位置に設けられている。
脆弱部240は、立ち上がり部231の厚みを局所的に小さくした薄肉構造241からなる。立ち上がり部231は、脆弱部240を除いた位置で、Y軸方向において厚みTbを有する。脆弱部240は、Y軸方向において、厚みTbよりも小さい厚みTaを有する(Ta<Tb)。立ち上がり部231の根元領域236には、溝部242が設けられている。溝部242は、-Y軸方向を向く第4プレート部233の表面、および、+Y軸方向を向く第8プレート部232の表面から凹み、+X軸方向に延びる溝形状をなしている。薄肉構造241は、溝部242により構成されている。
脆弱部240における立ち上がり部231の厚み方向は、拘束部材41による拘束力が複数の電池セル11に対して付与されるY軸方向と平行である。
脆弱部240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(所定平面)と重なる位置に設けられている。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。
図9は、図6中の電池セルの接続構造の第1の形態変化を示す斜視図である。図10は、図9中の矢印Xに示される方向に見た電池セルの接続構造を示す図である。図11は、図6中の電池セルの接続構造の第2の形態変化を示す斜視図である。
図6および図8から図11を参照して、立ち上がり部231は、分断部251と、第1残存部252と、第2残存部253とを有する。
分断部251は、第1基部226および第2基部221の間を接続している。分断部251は、脆弱部240を境界にして第1基部226および第2基部221から分断可能である。分断部251が第1基部226および第2基部221から分断された状態において、第1残存部252は、第1基部226の側に残り、第2残存部253は、第2基部221の側に残る。第1残存部252および第2残存部253は、互いに重ね合わされている。
分断部251と、第1残存部252および第2残存部253とは、脆弱部240において互いに接続されている。分断部251は、脆弱部240よりも立ち上がり部231の先端側の第4プレート部233と、脆弱部240よりも立ち上がり部231の先端側の第8プレート部232とから構成されている。第4プレート部233および第8プレート部232は、分断部251において、互いに接合されている。
第1残存部252は、脆弱部240よりも立ち上がり部231の根元側の第4プレート部233から構成されている。第2残存部253は、脆弱部240よりも立ち上がり部231の根元側の第8プレート部232から構成されている。第4プレート部233および第8プレート部232は、第1残存部252および第2残存部253において、互いに接合されていない。
電池モジュール100がメンテナンス等のために解体される場合がある。このような場合に、作業者は、ペンチ等の工具により立ち上がり部231のうちの分断部251を把持しつつ、立ち上がり部231に対してY軸方向に沿った力を加えることによって、脆弱部240を破断する。これにより、立ち上がり部231による第1基部226および第2基部221の間の接続を解除し、隣接する電池セルユニット21同士を分離することができる。作業者は、たとえば、図11に示されるように、電池セルユニット21Cをその両側の電池セルユニット21B,21Dから分離して、電池セルユニット21Cにおける部品の修理を行なったり、電池セルユニット21Cにおける電池セル11を交換したりする。
本実施の形態では、脆弱部240が、立ち上がり部231の根元領域236に設けられている。このような構成により、作業者は、ペンチ等により立ち上がり部231を把持し易くなったり、脆弱部240に対して力を加え易くなったりするため、脆弱部240を容易に破断させることができる。これにより、電池モジュール100の解体時の作業性を向上させることができる。
また、薄肉構造241からなる脆弱部240において、脆弱部240における立ち上がり部231の厚み方向が、複数の電池セル11(電池セルユニット21)が積層されるY軸方向と平行である。この場合、拘束部材41から複数の電池セル11(電池セルユニット21)に対してY軸方向の拘束力が付与されているため、作業者が脆弱部240を破断させるために立ち上がり部231に対してY軸方向に沿った力を加えた時に、電池セル11がY軸方向に倒れることを抑制できる。これにより、立ち上がり部231に加えられた力をより効率的に脆弱部240に伝えて、作業者が脆弱部240が破断させるときの作業性を向上させることができる。
また、脆弱部240が、第1バスバー51により接続される電池セル11,11の境界をなすX軸-Z軸平面と重なって配置されるとともに、第1バスバー51が、そのX軸-Z軸平面を挟んで対称形状を有する。このような構成により、第1バスバー51が、作業者からの力が伝えられる脆弱部240を挟んで、第1電池セル11dに接続される第1基部226の側と、第2電池セル11aに接続される第2基部221の側との間でバランスよく、電池セル11により支持される。このため、作業者が脆弱部240を破断させるために立ち上がり部231に対してY軸方向に沿った力を加えた時に、第1バスバー51が弾性的に変形することを抑制できる。これにより、立ち上がり部231に加えられた力をより効率的に脆弱部240に伝えて、作業者が脆弱部240が破断させるときの作業性を向上させることができる。
また、立ち上がり部231は、脆弱部240を境界にして第1基部226および第2基部221から分断可能な分断部251を有する。このような構成により、作業者は、脆弱部240が破断するまで、分断部251を把持しつつ立ち上がり部231に対して力を加え続けることが可能となるため、作業者が脆弱部240が破断させるときの作業性を向上させることができる。
また、立ち上がり部231は、図9および図10中に示される第1残存部252および第2残存部253をさらに有する。このような構成により、メンテナンスが完了した電池セルユニット21を電池モジュール100に組み付ける際に、第1残存部252および第2残存部253に溶接を施すことによって、第1バスバー51の第1基部226および第2基部221の間を再び接続することができる。
図12は、図8中の脆弱部の第1変形例を示す図である。図12を参照して、本変形例では、脆弱部240が、切り欠き構造243からなる。立ち上がり部231の根元領域236には、切り欠き244が設けられている。
切り欠き244は、立ち上がり部231を、立ち上がり部231の立ち上がり方向(Z軸方向)と、立ち上がり部231の厚み方向(Y軸方向)とに直交する立ち上がり部231の幅方向(X軸方向)に切り欠くように設けられている。切り欠き244は、+X軸方向および-X軸方向を向く立ち上がり部231の両側面から凹み、Y軸方向において立ち上がり部231を貫通する切り欠き形状をなしている。脆弱部240における立ち上がり部231の幅Saは、脆弱部240を除いた位置における立ち上がり部231の幅Sbよりも小さい(Sa<Sb)。
図13は、図8中の脆弱部の第2変形例を示す図である。図13を参照して、本変形例では、脆弱部240が、ミシン目構造246からなる。立ち上がり部231の根元領域236には、切断部247が設けられている。
切断部247は、立ち上がり部231をその厚み方向に貫通する貫通孔からなる。切断部247は、断続的かつ線状に設けられている。切断部247は、直線状に延びている。切断部247は、X軸方向に延びている。
図14は、図6中の第1バスバーの変形例を示す斜視図である。図15は、図14中の矢印XVに示される方向に見た第1バスバーを示す図である。
図14および図15を参照して、本変形例では、第1バスバー分割体211が、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211は、第1プレート部284と、第2プレート部283とを有する。
第1プレート部284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284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284は、溶接により、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283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283は、-X軸方向における第1プレート部284の端部から+Z軸方向に延びている。
第2バスバー分割体212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212は、第3プレート部262と、第4プレート部263と、第5プレート部264と、弾性部265と、第6プレート部266と、第7プレート部282とを有する。
第3プレート部262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262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262は、溶接により、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263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263は、-X軸方向における第3プレート部262の端部から+Z軸方向に延びている。
第5プレート部264および第6プレート部266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264は、+Z軸方向における第4プレート部263の端部から-X軸方向に延びている。第6プレート部266は、第5プレート部264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264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266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265は、第5プレート部264および第6プレート部266の間で延びている。弾性部265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265は、-Y軸方向における第5プレート部264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266の端部に連なっている。弾性部265は、Y軸方向における第5プレート部264および第6プレート部266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282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282は、+X軸方向における第6プレート部266の端部から+Z軸方向に延びている。第7プレート部282は、X軸方向において、第2プレート部283と重ね合わされている。第7プレート部282は、Y軸-Z軸平面に平行な面内で、第2プレート部283と面接触している。第2プレート部283および第7プレート部282は、溶接により、互いに接合されている。
このような構成を備える第1バスバー51において、第1基部226は、第1プレート部284により構成されている。第1基部226の第1プレート部284が、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基部221は、第3プレート部262、第4プレート部263、第5プレート部264、弾性部265および第6プレート部266により構成されている。第2基部221の第3プレート部262が、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。
立ち上がり部231は、第2プレート部283および第7プレート部282が互いに重ね合わされる部分により構成されている。立ち上がり部231は、第6プレート部266および第7プレート部282の角部よりも、Z軸方向のプラス側の部分である。
脆弱部240は、立ち上がり部231の根元領域236に設けられている。立ち上がり部231は、立ち上がり長さLbを有する。立ち上がり部231の根元領域236は、立ち上がり部231の根元部231jから+Z軸方向に向けてLb/2の長さの範囲である。立ち上がり部231の先端領域237は、立ち上がり部231の先端部231kから-Z軸方向に向けてLb/2の長さの範囲である。
脆弱部240における立ち上がり部231の厚み方向は、拘束部材41による拘束力が複数の電池セル11に対して付与されるY軸方向と直交するX軸方向である。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、非対称となる形状を有する。
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同士を電気的に接続するための複数のバスバー50とを備える。複数のバスバー50は、複数の電池セル11のうちの、Y軸方向に隣り合う第1電池セル11dおよび第2電池セル11aの間で延びる第1バスバー51を含む。第1バスバー51は、第1電池セル11dに接続される第1基部226と、第2電池セル11aに接続される第2基部221と、第1基部226および第2基部221から立ち上がる形状を有し、第1基部226および第2基部221の間を接続する立ち上がり部231とを有する。立ち上がり部231の根元領域236には、脆弱部240が設けられる。
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、立ち上がり部231の根元領域236に脆弱部240を設けることによって、作業者は、脆弱部240を容易に破断して、所定方向において隣接する第1電池セル11dおよび第2電池セル11aを分離することができる。これにより、電池モジュール100の解体時の作業性を向上させることができる。
なお、第1バスバー51に加えて、電池セルユニット21内で電池セル11,11同士を接続する第2バスバー52にも、本発明における脆弱部が設けられてもよい。
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、11a 第2電池セル、11d 第1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、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、211 第1バスバー分割体、212 第2バスバー分割体、221 第2基部、222,264 第5プレート部、223,266 第6プレート部、224,282 第7プレート部、226 第1基部、227,284 第1プレート部、228,283 第2プレート部、229,262 第3プレート部、231 立ち上がり部、232 第8プレート部、233,263 第4プレート部、236 根元領域、237 先端領域、240 脆弱部、241 薄肉構造、242 溝部、243 切り欠き構造、246 ミシン目構造、247 切断部、251 分断部、252 第1残存部、253 第2残存部、265 弾性部。

Claims (7)

  1. 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同士を電気的に接続するための複数のバスバーとを備え、
    複数の前記バスバーは、複数の前記電池セルのうちの、前記所定方向に隣り合う第1電池セルおよび第2電池セルの間で延びる第1バスバーを含み、
    前記第1バスバーは、
    前記第1電池セルに接続される第1基部と、
    前記第2電池セルに接続される第2基部と、
    前記第1基部および前記第2基部から立ち上がる形状を有し、前記第1基部および前記第2基部の間を接続する立ち上がり部とを有し、
    前記立ち上がり部の根元領域には、脆弱部が設けられ
    前記立ち上がり部は、前記第1基部および前記第2基部の間を接続し、前記脆弱部を境界にして前記第1基部および前記第2基部から分断可能な分断部を含み、
    前記立ち上がり部は、前記分断部が前記第1基部および前記第2基部から分断された状態において、前記第1基部の側に残る第1残存部と、前記第2基部の側に残り、前記第1残存部と重ね合わされる第2残存部とをさらに含む、電池モジュール。
  2. 前記脆弱部は、前記立ち上がり部の厚みを局所的に小さくした薄肉構造を有する、請求項1に記載の電池モジュール。
  3. 複数の前記電池セルには、前記所定方向に沿った拘束力が付与され、
    前記脆弱部における前記立ち上がり部の厚み方向は、前記所定方向と平行である、請求項2に記載の電池モジュール。
  4. 前記脆弱部は、前記立ち上がり部の立ち上がり方向と、前記立ち上がり部の厚み方向とに直交する前記立ち上がり部の幅方向に切り欠きを設けた切り欠き構造、または、前記立ち上がり部の厚み方向に貫通する切断部を断続的かつ線状に設けたミシン目構造からなる、請求項1に記載の電池モジュール。
  5. 前記所定方向に並べられ、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、
    複数の前記バスバーは、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第2バスバーをさらに含む、請求項1からのいずれか1項に記載の電池モジュール。
  6. 前記電池セルは、8000W/L以上の出力密度を有する、請求項1からのいずれか1項に記載の電池モジュール。
  7. 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同士を電気的に接続するための複数のバスバーとを備え、
    複数の前記バスバーは、複数の前記電池セルのうちの、前記所定方向に隣り合う第1電池セルおよび第2電池セルの間で延びる第1バスバーを含み、
    前記第1バスバーは、
    前記第1電池セルに接続される第1基部と、
    前記第2電池セルに接続される第2基部と、
    前記第1基部および前記第2基部から立ち上がる形状を有し、前記第1基部および前記第2基部の間を接続する立ち上がり部とを有し、
    前記立ち上がり部の根元領域には、脆弱部が設けられ、
    前記脆弱部は、前記第1電池セルおよび前記第2電池セルの境界をなす所定平面と重なって設けられ、
    前記第1バスバーは、前記所定平面を挟んで対称形状を有する、電池モジュール。
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