JPWO2012118014A1 - バッテリシステム及びバッテリシステムを備える車両 - Google Patents

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Abstract

【課題】正負の電極端子を異種金属とする電池セルを金属プレートで接続しながら、金属プレートと電極端子とを長期間にわたって安定して低抵抗な接続状態に維持する。【解決手段】バッテリシステムは、正負の電極端子2を異種金属とする複数の電池セル1を備え、各々の電池セル1の電極端子2に金属プレート3を接続している。金属プレート3は、第1の金属板3Aと、第1の金属板3Aと異なる金属からなる第2の金属板3Bとを接合している。第1の金属板3Aは、第2の金属板3Bに積層される第1の積層部3aを備え、第2の金属板3Bは、第1の金属板3Aに積層される第2の積層部3bを備える。さらに、第1の積層部3aは突出部8を備え、第2の積層部3bは突出部8が挿通される切欠部9を有する。金属プレート3は、突出部8を切欠部9に挿通し、突出部8と切欠部9とがカシメ構造によって第1の金属板3Aと第2の金属板3Bとを密着している。【選択図】図9

Description

本発明は、複数の電池セルを金属プレートで接続しているバッテリシステム及びバッテリシステムを備える車両に関し、とくに、ハイブリッドカー、燃料電池自動車、電気自動車、電動オートバイ等の電動車両を駆動するモータの電源用、あるいは家庭用、工場用の蓄電用途等に使用される大電流用の電源装置に最適なバッテリシステム及びバッテリシステムを備える車両に関する。
バッテリシステムは、多数の電池セルを直列に接続して出力電圧を高く、また並列に接続して充放電電流を大きくできる。したがって、自動車を走行させるモータの電源に使用される大電流、大出力用のバッテリシステムは、複数の電池セルを直列に接続して出力電圧を高くしている。この種の用途に使用されるバッテリシステムは、大きな電流で充放電されるので、複数の電池セルを電気抵抗の小さい金属プレートで接続している。(特許文献1参照)
特開平5−343105号公報
特許文献1のバッテリシステムは、金属プレートの両端を電池セルの電極端子にナットで固定している。すなわち、金属プレートの貫通孔に電極端子を挿入し、電極端子の雄ネジにナットをねじ込んで金属プレートを電極端子に固定している。この構造のバッテリシステムは、正負の電極端子を異種金属とする電池セルにあっては、金属プレートと正負の電極端子との接触面を同じ金属にできない。たとえば、正負の電極端子を銅とアルミニウムとからなる異種金属とするリチウムイオン電池にあっては、金属プレートを銅板とすると、アルミニウムの電極端子との接触面が異種金属となる。金属プレートと電極端子の接触面を異種金属とするバッテリシステムは、異種金属の接触面で電食による腐食が発生して、長期間にわたって安定して密着できない欠点がある。電食は異種金属の間に電流が流れ、この電流が金属を電気分解して腐食させることで発生する。
本発明は、この欠点を解決することを目的に開発されたものである。本発明の重要な目的は、正負の電極端子を異種金属とする電池セルを金属プレートで接続しながら、金属プレートと電極端子とを長期間にわたって安定して低抵抗な接続状態に維持できるバッテリシステム及びバッテリシステムを備える車両を提供することにある。
課題を解決するための手段及び発明の効果
本発明のバッテリシステムは、正負の電極端子2、32を異種金属とする複数の電池セル1、31を備えている。各々の電池セル1、31は、正負の電極端子2、32に金属製の金属プレート3、23、33、43、53、63を接続して、直列または並列に接続している。金属プレート3、23、33、43、53、63は、電池セル1、31の一方の電極端子2、32に接続している第1の金属板3A、33A、43A、53A、63Aと、第1の金属板3A、33A、43A、53A、63Aと異なる金属からなり、他方の電極端子2、32に接続している第2の金属板3B、23B、33B、43B、53B、63Bとを接合している。第1の金属板3A、33A、43A、53A、63Aは、第2の金属板3B、23B、33B、43B、53B、63Bに積層される第1の積層部3a、33a、43a、53a、63aを備え、第2の金属板3B、23B、33B、43B、53B、63Bは、第1の金属板3A、33A、43A、53A、63Aに積層される第2の積層部3b、33b、43b、53b、63bを備える。さらに、第1の積層部3a、33a、43a、53a、63aは突出部8、38、48、58を備え、第2の積層部3b、33b、43b、53b、63bは突出部8、38、48、58が挿通される切欠部9、29、39、49、59を有する。金属プレート3、23、33、43、53、63は、突出部8、38、48、58を切欠部9、29、39、49、59に挿通すると共に、突出部8、38、48、58と切欠部9、29、39、49、59とがカシメ構造によって第1の金属板3A、33A、43A、53A、63Aと第2の金属板3B、23B、33B、43B、53B、63Bとを密着している。
以上のバッテリシステムは、正負の電極端子を異種金属とする電池セルを金属プレートで直列や並列に接続しながら、金属プレートと電極端子とを長期間にわたって安定して低抵抗な接続状態に維持できる特徴がある。それは、以上のバッテリシステムが、電池セルの一方の電極端子に接続している第1の金属板と他方の電極端子に接続している第2の金属板とを、独特の構造で隙間なく密着して接合できるからである。突出部が切欠部に挿入されてカシメ構造で連結される第1の金属板と第2の金属板は、単に異なる金属板を積層したものでなく、その接合面においては、電食が起こらないようなメッキなどの処理を施している。したがって、正負の電極端子の間で異種金属を接合している金属プレートは、各々の電極端子に同じ金属を接続することで電食による腐食を防止して、長期間にわたって安定して電気接続できる特徴がある。
本発明のバッテリシステムは、切欠部9、39、49、59を第2の積層部に貫通して設けた穴とすることができる。
以上のバッテリシステムは、第1の金属板の突出部を、第2の金属板の第2の積層部に貫通して設けた穴である切欠部に挿通してカシメ構造とすることで、第1の金属板と第2の金属板とを強固に連結できる。
本発明のバッテリシステムは、突出部38をスプライン状として、切欠部39をスプライン状の突出部38が密着状態で挿入される内形とすることができる。
以上のバッテリシステムは、第1の金属板と第2の金属板とをより広い面積で面接触状態としながら、強固に接合できる。
本発明のバッテリシステムは、第1の金属板3A、33A、43A、53A、63Aの突出部8、38、48、58に、電池セル1、31の電極端子2、32を挿入する貫通孔4を設けて、この貫通孔4に電極端子2、32を挿入して電気接続することができる。
以上のバッテリシステムは、金属プレートを短くして電池セルを直列に接続できる。
本発明のバッテリシステムは、金属プレート3、23、33、43、53、63で電池セル1、31を直列に接続し、あるいは直列と並列に接続することができる。
本発明のバッテリシステムは、電池セル1を角形電池セルとして、複数の角形電池セルを積層状態に固定し、隣接する電池セル1の正負の電極端子2に金属プレート3、23、33、43、53、63を接続して、金属プレート3、23、33、43、53、63でもって電池セル1を直列に接続することができる。金属プレート3、23、33、43、53、63は、電池セル1の正負の電極端子2を挿入する貫通孔4を有し、この貫通孔4に電極端子2を挿入して、電極端子2と金属プレート3、23、33、43、53、63とを溶接して接続することができる。
さらに、本発明のバッテリシステムは、金属プレート3、23、33、43、53、63が、電池セル1の正負の電極端子2を挿入する貫通孔4を有し、この貫通孔4に電極端子2を挿入して、電極端子2と金属プレート3、23、33、43、53、63とを溶接して接続すると共に、貫通孔4の少なくとも一方は、電極端子2を挿入して積層方向に移動できる長孔4Aとして、この長孔4Aの開口部を閉塞するように金属プレート3、23、33、43、53、63の表面に溶接リング5、25を設けて、電極端子2を、溶接リング5、25を介して金属プレート3、23、33、43、53、63に溶接することができる。
以上のバッテリシステムは、電池セルや金属プレートの寸法誤差を長孔で吸収しながら、金属プレートを安定して確実に正負の電極端子に溶接して接続できる特徴がある。それは、電極端子を長孔に挿入することで電池セルや金属プレートの寸法誤差を吸収し、さらに、長孔に電極端子を挿入してできる隙間を溶接リングで閉塞して、隙間のない状態で溶接リングを溶接して電気接続できるからである。
さらにまた、本発明のバッテリシステムは、金属プレート63が、電池セル1の正負の電極端子2を挿入する貫通孔4を有し、この貫通孔4に電極端子2を挿入して、電極端子2と金属プレート63とを溶接して接続すると共に、貫通孔4が、少なくとも基準となるひとつの貫通孔4以外を、電極端子2を挿入して積層方向に移動できる長孔4Aとして、この長孔4Aの開口部を閉塞するように金属プレート63の表面に溶接リング5、25を設けて、電極端子2を、溶接リング5、25を介して金属プレート63に溶接することができる。
以上のバッテリシステムは、電池セルや金属プレートの寸法誤差を長孔で吸収しながら、金属プレートを安定して確実に正負の電極端子に溶接して接続できる特徴がある。それは、電極端子を長孔に挿入することで電池セルや金属プレートの寸法誤差を吸収し、さらに、長孔に電極端子を挿入してできる隙間を溶接リングで閉塞して、隙間のない状態で溶接リングを溶接して電気接続できるからである。とくに、このバッテリシステムは、互いに積層される複数の電池セルの電極端子の間隔が寸法誤差で変化しても、金属プレートで確実に接続して、複数の電池セルを直列と並列とに接続できる。
本発明のバッテリシステムは、溶接リング5、25を、長孔4Aに挿入された電極端子2の上端をカシメ構造で拡開してなるカシメリング2Xと、電極端子2とは別パーツの金属板であって、電極端子2を挿入する中心孔6Aを設けてなる金属リング6のいずれかとすることができる。
以上のバッテリシステムは、電極端子をかしめてできるカシメリングを溶接リングとすることで、カシメリングを金属プレートに溶接して確実に接続でき、また、溶接リングを電極端子と別の金属リングとすることで、電極端子に荷重を作用することなく、金属リングを電極端子と金属プレートに溶接して確実に電気接続できる。
本発明のバッテリシステムは、電池セル1、31の正負の電極端子2、32をアルミニウムと銅からなる異種金属として、金属プレート3、23、33、43、53、63の第1の金属板3A、33A、43A、53A、63Aと第2の金属板3B、23B、33B、43B、53B、63Bをアルミニウムと銅とすることができる。
ただし、本明細書においてアルミニウムはアルミニウム合金を含む意味に使用し、また銅も銅合金を含む意味に使用する。
以上のバッテリシステムは、電極端子をアルミニウムと銅とし、かつ金属プレートもアルミニウムと銅とするので、金属プレートを同じ金属として電食の発生しない状態で安定して電気接続できる。
本発明のバッテリシステムは、電池セル1、31をリチウムイオン電池とすることができる。
以上のバッテリシステムは、電池セルをリチウムイオン電池とするので、軽くて充放電の容量を大きくできる特徴がある。
本発明のバッテリシステムを備える車両は、以上のバッテリシステムを備えることができる。
本発明の一実施例にかかるバッテリシステムの斜視図である。 図1に示すバッテリシステムの分解斜視図である。 図1に示すバッテリシステムの電池セルと絶縁スペーサの積層構造を示す分解斜視図である。 電池セルの垂直縦断面図である。 図1に示すバッテリシステムの電極端子と金属プレートの連結状態を示す拡大斜視図である。 隣接する電極端子を金属プレートで連結する工程を示す拡大斜視図である。 隣接する電極端子を金属プレートで連結する工程を示す拡大斜視図である。 金属プレートの拡大斜視図である。 図8に示す金属プレートの分解斜視図である。 図9に示す金属プレートの要部拡大断面図である。 図8に示す金属プレートの第1の金属板と第2の金属板を連結した断面図である。 金属プレートの他の一例を示す斜視図である。 金属プレートの他の一例を示す分解斜視図である。 本発明の他の実施例にかかるバッテリシステムの分解斜視図である。 図14に示すバッテリシステムの電極端子と金属プレートの連結工程を示す拡大斜視図である。 図14に示すバッテリシステムの電極端子と金属プレートの連結工程を示す拡大斜視図である。 図14に示すバッテリシステムの電極端子と金属プレートの連結工程を示す拡大斜視図である。 本発明の他の実施例にかかるバッテリシステムの電極端子と金属プレートの連結状態を示す拡大斜視図である。 図18に示すバッテリシステムの分解斜視図である。 金属プレートの他の一例を示す拡大斜視図である。 本発明の他の実施例にかかるバッテリシステムの電極端子と金属プレートの連結状態を示す拡大斜視図である。 図21に示す金属プレートの斜視図である。 本発明の他の実施例にかかるバッテリシステムの電極端子と金属プレートの連結構造を示す分解斜視図である。 図23に示す金属プレート分解斜視図である。 本発明の一実施例にかかるバッテリシステムを備える車両であってエンジンとモータで走行するハイブリッドカーを示すブロック図である。 本発明の他の実施例にかかるバッテリシステムを備える車両であってモータのみで走行する電気自動車を示すブロック図である。 バッテリシステムの他の使用例を示す概略図である。
以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。ただし、以下に示す実施例は、本発明の技術思想を具体化するためのバッテリシステム及びバッテリシステムを備える車両を例示するものであって、本発明はバッテリシステム及びバッテリシステムを備える車両を以下のものに特定しない。さらに、この明細書は、特許請求の範囲に示される部材を、実施例の部材に特定するものでは決してない。
本発明のバッテリシステムは、主として、ハイブリッドカーや電気自動車などの電動車両に搭載されて、車両の走行モータに電力を供給して、車両を走行させる電源に使用される。
図1と図2に示すバッテリシステムは、複数の電池セル1を互いに絶縁して積層状態に固定している。電池セル1は角形電池セルである。さらに、電池セル1は、リチウムイオン電池からなる角形電池セルである。ただし、本発明のバッテリシステムは、電池セルを角形電池セルには特定せず、またリチウムイオン二次電池にも特定しない。電池セルには、充電できる全ての電池、たとえばニッケル水素電池なども使用できる。角形電池セルは、図4に示すように、正負の電極板を積層している電極体10を外装缶11に収納して電解液を充填して、開口部を封口板12で気密に密閉したものである。図の外装缶11は、底を閉塞する四角い筒状に成形したもので、上方の開口部を封口板12で気密に閉塞している。
外装缶11は、アルミニウムなどの金属板を深絞り加工したもので、表面が導電性を有する。積層される電池セル1は薄い角形に成形される。封口板12は外装缶11と同じ金属であるアルミニウムなどの金属板で製作される。封口板12は、正負の電極端子2を両端部に、絶縁材13を介して固定している。正負の電極端子2は内蔵する正負の電極板に接続される。リチウムイオン二次電池は、外装缶11を電極に接続しない。ただ、外装缶11は電解液を介して電極板に接続されることから、正負の電極板10の中間電位となる。ただし、電池セルは、一方の電極端子をリード線で外装缶に接続することもできる。この電池セルは、外装缶に接続される電極端子を絶縁することなく封口板に固定できる。
バッテリシステムは、複数の電池セル1を積層して直方体のブロック状としている。電池セル1は、電極端子2を設けている面、図にあっては封口板12を同一平面となるように積層してブロック状としている。図1と図2のバッテリシステムは、ブロックの上面に電極端子2を配設している。バッテリシステムは、封口板12の両端部にある正負の電極端子2が左右逆となる状態で積層している。このバッテリシステムは、図に示すように、ブロックの両側で隣接する電極端子2を金属プレート3で連結して、電池セル1を直列に接続している。金属プレート3は、その両端部を正負の電極端子2に接続して、電池セル1を直列に接続する。図のバッテリシステムは、電池セル1を直列に接続して出力電圧を高くしているが、本発明のバッテリシステムは、電池セルを直列と並列に接続して、出力電圧と出力電流を大きくすることもできる。
電極端子2は、図5ないし図7に示すように、絶縁材13を介して封口板12に固定されて、その先端部を筒状としている。筒状の電極端子2は、カシメ加工によって先端にカシメリング2Xを設けることができる。図7の電極端子2は、先端部を円筒状として、カシメ加工でカシメリング2Xを設けている。ただし、本発明のバッテリシステムは、必ずしも電極端子をカシメ加工してカシメリングを設ける構造とはしない。電極端子の上端面に、金属プレートを溶接して固定することができるからである。この電極端子は、円柱状とし、あるいは多角柱状とし、あるいは上端面の外側に突出するようにリングを設けた形状として、上端面に金属プレートを溶接して接続する。
電池セル1は、正負の電極端子2を同じ金属でなくて、異なる金属としている。リチウムイオン電池は、正極2Aをアルミニウム、負極2Bを銅とする。金属プレート3は、その両端部を異なる金属として、電極端子2に同じ金属を接続している。銅とアルミニウムを電極端子2とする電池セル1に接続される金属プレート3は、第1の金属板3Aをアルミニウム板、第2の金属板3Bを銅板として、第1の金属板3Aと第2の金属板3Bとを密着状態に接合している。
この金属プレート3は、アルミニウム板からなる第1の金属板3Aを、アルミニウムからなる電池セル1の正極2Aに接続して、正極2Aを銅板である第2の金属板3Bには接触させない。また、銅板からなる第2の金属板3Bを、銅からなる電池セル1の負極2Bに接続して、負極2Bをアルミニウム板である第1の金属板3Aには接触させない。
図8ないし図11に示す金属プレート3は、第1の金属板3Aには第2の金属板3Bに積層される第1の積層部3aを、第2の金属板3Bには第1の金属板3Aに積層される第2の積層部3bを設けている。図に示す金属プレート3は、第1の積層部3aと第2の積層部3bの厚さを、金属プレート全体の全厚さの約半分としている。これらの図において、第1の積層部3aは、上面の切除された段差凹部3cを設けて、この段差凹部3cの上面に第2の積層部3bを積層している。第2の積層部3bは、下面の切除された段差凹部3dを設けて、この段差凹部3dの下面に第1の積層部3aを積層している。
第1の金属板3Aは、第1の積層部3aに突出部8を設けている。第2の積層部3bは、突出部8を挿通する切欠部9を設けている。突出部8が切欠部9に挿通されて第1の積層部3aと第2の積層部3bが積層され、さらに、突出部8と切欠部9をカシメ構造として、第1の金属板3Aと第2の金属板3Bとを密着状態に接合している。第1の金属板3Aと第2の金属板3Bは、突出部8が切欠部9に挿入され、かつ、カシメ構造によって隙間なく密着して接合される。
カシメ構造は、突出部8を切欠部9の内面に密接させることで実現される。突出部8を切欠部9の内面に密接させるカシメ加工は、切欠部9に挿通された突出部8をプレスして拡開し、拡開された突出部8を切欠部9の内面に密接し、あるいは切欠部9の内形よりも大きな突出部8をプレスして切欠部9に圧入することでも実現できる。突出部8をプレスして拡開させるカシメ加工は、突出部8の先端面を第2の積層部3bの表面から突出させる状態として突出部8をプレスして拡開する。プレスされて拡開する突出部8は外形が大きくなって切欠部9の内面に密接する。カシメ加工は、切欠部9の内面のみでなく、第1の積層部3aの表面から突出している突出部8の先端をプレスして押し潰し、押し潰された部分を第2の積層部3bの表面に沿って拡開して、第2の積層部3bの表面に密接することもできる。カシメ加工された金属プレート3は、第2の積層部3bの表面を平面状に研削することで、突出部8の先端面と第2の積層部3bの表面とを同一平面に加工できる。
突出部8を切欠部9の内面に密接するカシメ加工において、第1の積層部3aと第2の積層部3bとを積層方向にプレスして、第1の積層部3aと第2の積層部3bとを隙間なく密接することもできる。このカシメ加工は、突出部8の先端面のみでなく、第2の積層部3bの表面もプレスすることで、第1の積層部3aと第2の積層部3bとをより好ましい状態に密接できる。
図8ないし図11の金属プレート3は、第1の積層部3aに設けた突出部8を四角柱状として、第2の積層部3bを貫通するように設けた四角形の穴を切欠部9としている。ただ、金属プレートは、突出部と切欠部の形状を四角柱状と四角形の穴には特定しない。金属プレートは、突出部の形状を円柱状、楕円柱状、長円柱状、多角柱状等の柱状とし、切欠部の形状を、これらの形状の突出部を挿入できる形状の穴とすることもできる。以上のように切欠部を穴とする金属プレートは、切欠部9の内面に突出部8を強固に密接できる。ただ、切欠部は必ずしも穴とする必要はない。図12に示す金属プレート23は、第2の金属板23Bの第2の積層部23bに穴を設けると共に、この穴を外周に開口する切除部29Aを設けて、穴の一部を外周に開口する形状とする切欠部29を設けている。
さらに、図13に示す金属プレート33は、突出部38と切欠部39をスプライン状としている。スプライン状の突出部38と切欠部39は、カシメ構造によって第1の金属板33Aと第2の金属板33Bとをより強固に密接できる。なお、この図において、33aは第1の積層部を、33bは第2の積層部をそれぞれ示している。
図8と図9の金属プレート3は、電極端子2を挿入する貫通孔4を両端部に設けている。この金属プレート3は、隣接する電池セル1を直列に接続する。金属プレート3の両端部に設けられる貫通孔4は、一方の貫通孔4が、第1の金属板3Aの突出部8と第1の積層部3aを貫通して設けられ、他方の貫通孔4が、第2の金属板3Bの第2の積層部3b以外の部分を貫通して設けられている。両端部に設けているふたつの貫通孔4は、図5ないし図7に示すように、隣接して配設している電池セル1の電極端子2を挿入して連結している。電極端子2を貫通孔4に挿入する状態で、電極端子2の外側面と貫通孔4の内面との境界にレーザー光線を照射して、電極端子2と金属プレート3とをレーザー溶接して連結している。レーザー溶接で金属プレート3を電極端子2に安定して確実に接続するには、貫通孔4に電極端子2を挿入する状態で、貫通孔4の内面に電極端子2の外周面を隙間なく接触することが大切である。貫通孔4と電極端子2との間にできる隙間が、レーザー溶接による安定な接続を阻害するからである。したがって、貫通孔4は、電極端子2を挿入してその内面に電極端子2を密着できる内径、すなわち、電極端子2の外径にほぼ等しくされる。すなわち、貫通孔4は、挿入する電極端子2との間に遊びができない内径とする必要がある。
遊びのないふたつの貫通孔4に、ふたつの電極端子2を挿入するには、ふたつの貫通孔4の間隔と、これに挿入するふたつの電極端子2の間隔とを正確に等しくする必要がある。しかしながら、電池セル1には寸法誤差があり、また電池セル1の間に絶縁スペーサ15を挟着する構造にあっては、絶縁スペーサ15にも寸法誤差があり、ふたつの電極端子2の間隔を一定にすることが難しい。図の金属プレート3は、電極端子2の間隔が寸法誤差で変化しても、電極端子2に確実のレーザー溶接できるように、一方の貫通孔4を長孔4Aとしている。長孔4Aは、間隔が変化するふたつの電極端子2を挿入できるように、貫通孔4の間隔を変化できる方向、すなわち金属プレート3の長手方向に細長い形状としている。ただし、電池セルに寸法誤差がない場合には、金属プレートに長孔の貫通孔としなくても良い。
電極端子2が挿入される長孔4Aは、図6に示すように、その内面と電極端子2との間に隙間ができる。この隙間を閉塞するために、溶接リング5を設けている。溶接リング5は、図5と図7に示すように、金属プレート3の上面にあって、電極端子2と長孔4Aとの隙間を閉塞して、金属プレート3を確実に電極端子2にレーザー溶接する。ただし、電極端子と金属プレートの間に隙間ができない場合には、溶接リングを設けることなく、金属プレートと電極端子とをレーザー溶接しても良い。
図のバッテリシステムは、負極2Bの電極端子2を挿入する貫通孔4を長孔4Aとしている。すなわち、アルミニウム製の第1の金属板3Aには円形の貫通孔4を設けて、銅製の第2の金属板3Bには長孔4Aを設けている。図7のバッテリシステムは、長孔4Aに挿入している銅製の負極2Bの電極端子2をカシメ加工して、カシメリング2Xで溶接リング5を設けている。この電極端子2は、円筒状の上端部をカシメ加工してリング状に拡開して、溶接リング5を設けている。カシメ構造で設けられたカシメリング2Xからなる溶接リング5は、銅製である第2の金属板3Bの表面に接触する。銅製である負極2Bの電極端子2は、図5に示すように、カシメリング2Xの外周をレーザー溶接して、銅製である第2の金属板3Bに確実に接続される。
以上のバッテリシステムは、以下の工程で電極端子2を金属プレート3に接続する。
(1)図6に示すように、金属プレート3の両端部に設けている貫通孔4に、互いに隣接する電池セル1の電極端子2を挿入する。
円形の貫通孔4は、円形の電極端子2が挿入されて、貫通孔4と電極端子2との間に隙間ができない。長孔4Aの貫通孔4は円形の電極端子2が挿入されて、貫通孔4と電極端子2との間に隙間ができる。
(2)図7に示すように、長孔4Aの貫通孔4に挿入している電極端子2をカシメ加工して、電極端子2の上面にカシメリング2Xを設ける。カシメリング2Xはその外形が長孔4Aよりも大きく、長孔4Aと電極端子2との隙間を閉塞する。
(3)図5に示すように、円形の貫通孔4は、その円周に沿ってレーザー光線を照射して、電極端子2を金属プレート3にレーザー溶接する。また、長孔4Aの貫通孔4は、溶接リング5であるカシメリング2Xの外周縁に沿ってレーザー光線を照射して、溶接リング5の外周縁を金属プレート3にレーザー溶接する。
以上の金属プレート3は、一方の貫通孔4を長孔4Aとするが、金属プレートは、両方の貫通孔を長孔とすることもできる。このバッテリシステムは、両方の電極端子をカシメ加工してカシメリングを設け、カシメリングの外周縁を金属プレートにレーザー溶接して接続する。
さらに、図14ないし図17のバッテリシステムは、電極端子2とは別パーツの金属板からなる金属リング6を設けて溶接リング25としている。図のバッテリシステムは、銅製の負極2Bを挿入する貫通孔4を長孔4Aとするので、金属リング6を負極2Bと同じ銅板で製作している。すなわち、金属リング6は、電極端子2と同じ材質の金属板で製作する。さらに、金属リング6は、電極端子2を挿入する円形の中心孔6Aを設けている。中心孔6Aの内径は、電極端子2を隙間なく挿入できるように、電極端子2の外径にほぼ等しくしている。金属リング6の外径は長孔4Aを閉塞できる外径している。
以上のバッテリシステムは、以下の工程で電極端子2を金属プレート3に接続する。
(1)図15に示すように、金属プレート3の両端部に設けている貫通孔4に、互いに隣接する電池セル1の電極端子2を挿入する。
円形の貫通孔4は、円形の電極端子2が挿入されて、貫通孔4と電極端子2との間に隙間ができない。長孔4Aの貫通孔4は円形の電極端子2が挿入されて、貫通孔4と電極端子2との間に隙間ができる。
(2)図16に示すように、金属プレート3の上に溶接リング25である金属リング6を載せて、この金属リング6の中心孔6Aに、長孔4Aの貫通孔4に挿入している電極端子2を挿入する。金属リングは外形が長孔4Aよりも大きいので、長孔4Aと電極端子2との隙間が閉塞される。
(3)図17に示すように、円形の貫通孔4は、その円周に沿ってレーザー光線を照射して、電極端子2を金属プレート3にレーザー溶接する。また、長孔4Aの貫通孔4は、溶接リング25である金属リング6の内周縁と外周縁に沿ってレーザー光線を照射して、金属リング6の中心孔6Aの内周縁を電極端子2に、外周縁を金属プレート3にレーザー溶接する。
以上の金属プレート3も一方の貫通孔4を長孔4Aとして、他方の貫通孔4を円形とするが、バッテリシステムは、両方の貫通孔を長孔として、両方の電極端子を金属リングの中心孔に挿入し、金属リングの内周縁と外周縁に沿ってレーザー溶接して、金属リングを電極端子と金属プレートの両方に接続することができる。
さらに、図18と図19のバッテリシステムは、電池セル31の電極端子32に雄ネジを設け、これを金属プレート3の貫通孔4に挿入し、その先端にナット7をねじ込んで電極端子32を金属プレート3に接続している。このバッテリシステムは、ナット7を電極端子32と同じ金属で製作している。正極32Aをアルミニウム、負極32Bを銅製とする電池セル31のバッテリシステムにあっては、金属プレート3の第1の金属板3Aをアルミニウム板、第2の金属板3Bを銅板とする金属プレートとすると共に、正極32Aにねじ込まれるナット7Aをアルミニウム製、負極32Bにねじ込まれるナット7Bを銅製として、電食による腐食を防止している。図の金属プレート3は、両方の貫通孔4を長孔4Aとしている。
さらに、図20の金属プレート43は、電極端子に連結される両端部を、圧着端子の形状に加工している。金属プレート43は、第1の金属板43Aの外形を圧着端子状として、第2の金属板43Bに積層される第1の積層部43aを設けると共に、第2の金属板43Bを、2つの圧着端子を連結してなる外形に加工して、第1の金属板43Aに積層される第2の積層部43bを設けている。第1の金属板43Aは、第1の積層部43aに突出部48を設けると共に、この突出部48の周囲を切除して段差凹部43cを設けて、この段差凹部43cの上面に第2の積層部43bを積層している。第2の金属板43Bは、第2の積層部43bの下面を切除して段差凹部43dを設けて、この段差凹部43dに第1の積層部43aを積層している。さらに、第2の金属板43Bは、第2の積層部43bを貫通する穴を開口して、突出部48を挿通する切欠部49を設けている。図の金属プレート43は、突出部48を円柱状としているので、切欠部49もこの円柱に沿う内形の円形としている。この金属プレート43は、突出部48を切欠部49に挿通して第1の積層部43aと第2の積層部43bを積層し、さらに、突出部48と切欠部49をカシメ構造として、第1の金属板43Aと第2の金属板43Bとを密着状態に接合している。
この金属プレート43も、上記実施例と同様に、第1の金属板43をアルミニウム板、第2の金属板43Bを銅板とする金属プレートである。図の金属プレート43は、一方の貫通孔4を長孔4Aとして、他方の貫通孔4を円形としている。この金属プレート43は、前述の金属プレートと同様に、貫通孔に挿通される接続端子にレーザー溶接して接続され、あるいは、貫通孔に挿通される雄ネジの電極端子にナットをねじ込んで各々の接続端子に接続される。また、ネジによる固定以外に、リベット等で金属プレートを固定することもできる。
さらに、図21のバッテリシステムは、金属プレート53の第1の金属板53Aを一方の接続端子32に直接に接続すると共に、第2の金属板53Bを、リード線55と接続具56を介して他方の接続端子32に接続している。この金属プレート53は、図22に示すように、第1の金属板53Aと第2の金属板53Bの外形を圧着端子状として、第1の金属板53Aには第2の金属板53Bに積層される第1の積層部53aを設けると共に、第2の金属板53Bには第1の金属板53Aに積層される第2の積層部53bを設けている。さらに、金属プレート53は、第1の積層部53aに円柱状の突出部58を設けると共に、第2の積層部53bには突出部58を挿通する円形の切欠部59を設けている。金属プレート53は、突出部58を切欠部59に挿通して第1の積層部53aと第2の積層部53bを積層し、さらに、突出部58と切欠部59をカシメ構造として、第1の金属板53Aと第2の金属板53Bとを密着状態に接合している。
第2の金属板53Bは、直接に接続端子32に接続することなく、リード線55と接続具56を介して接続端子32に接続される。この第2の金属板53Bは、端部に、リード線55の一端を連結する圧着連結部53xを設けている。図に示す第2の金属板53Bは、両側に突出する突出片53cを設けると共に、一対の突出片53cを筒形状に湾曲して、リード線55の芯線55Aを圧着して連結する圧着連結部53xを設けている。この金属プレート53は、第2の金属板53Bに設けた筒形状の圧着連結部53xにリード線55の芯線55Aを挿入する状態で、圧着連結部53xを押圧して変形させて、芯線55Aを圧着連結部53xで圧着して連結する。さらに、リード線55の他端には、接続具56を連結している。この接続具56は、圧着端子としている。圧着端子である接続具56は、中央部に貫通孔56aを有するリング部56Aを有しており、このリング部56Aから突出する突出部56Bに、リード線55の芯線55Aを圧着して連結する圧着連結部56Cを設けている。
図21と図22に示す金属プレート53も、第1の金属板53をアルミニウム板、第2の金属板53Bを銅板とする金属プレートとしている。さらに、第2の金属板53Bに接続されるリード線55の芯線55Aと接続具56を、第2の金属板53Bと同じ金属としている。すなわち、リード線55の芯線55Aを銅線とし、接続具56を銅板としている。図21と図22のバッテリシステムは、電池セル31の電極端子32に雄ネジを設けており、隣接する電池セル31の接続端子32である正極32Aと負極32Bを、金属プレート53の貫通孔4と接続具56の貫通孔56aに挿入して、その先端にナット7をねじ込んで電極端子32を金属プレート53と接続具56に接続している。このバッテリシステムは、電池セル31の正極32Aをアルミニウム、負極32Bを銅製としているので、金属プレート53の第1の金属板53Aをアルミニウム板、第2の金属板53Bを銅板とする金属プレートとすると共に、リード線55の芯線55Aを銅線、接続具56を銅板とし、さらに、正極32Aにねじ込まれるナット7Aをアルミニウム製、負極32Bにねじ込まれるナット7Bを銅製として、電食による腐食を防止している。
さらに、図23のバッテリシステムは、複数の電池セル1を、金属プレート63で直列と並列に接続している。図のバッテリパックは、3個の電池セル1を、正極2Aと負極2Bが同じ向きとなる状態で積層して電池セルブロック21とすると共に、互いに隣接する電池セルブロック21同士では、正極2Aと負極2Aが互いに逆向きとなるように複数の電池セル1を積層している。金属プレート63は、隣接する2組の電池セルブロック21に跨って接続されて、各々の電池セルブロック21を構成する3個の電池セル1を並列に接続すると共に、隣接する2組の電池セルブロック21同士を直列に接続して、6個の電池セル1を3並2直に接続する。
この金属プレート63は、第1の金属板63Aをアルミニウム板、第2の金属板63Bを銅板として、第1の金属板63Aと第2の金属板63Bとを密着状態に接合している。この金属プレート63は、図24に示すように、第1の金属板63Aの端部に、第2の金属板63Bに積層される第1の積層部63aを設けると共に、第2の金属板3Bの端部には第1の金属板63Aに積層される第2の積層部63bを設けている。第1の積層部63aは、上面の切除された段差凹部63cを設けて、この段差凹部63cの上面に第2の積層部63bを積層している。第2の積層部63bは、下面の切除された段差凹部63dを設けて、この段差凹部63dの下面に第1の積層部63aを積層している。さらに、第1の金属板63Aは、第1の積層部63aに突出部8を設けている。第2の積層部63bは、第2の積層部63bに、突出部8を挿通する切欠部9を設けている。突出部8が切欠部9に挿通されて第1の積層部63aと第2の積層部63bが積層され、さらに、突出部8と切欠部9をカシメ構造として、第1の金属板63Aと第2の金属板63Bとを密着状態に接合している。第1の金属板63Aと第2の金属板63Bは、突出部8が切欠部9に挿入され、かつ、カシメ構造によって金属プレートのように隙間なく密着して接合される。
さらに、図23と図24の金属プレート63は、第1の金属板63Aと第2の金属板63Bとに、電極端子2を挿入する複数の貫通孔4を設けている。図の金属プレート63は、6個の電池セル1を3並2直に接続するので、第1の金属板63Aと第2の金属板63Bに、各々3個ずつの貫通孔4を設けている。この金属プレート63は、アルミニウム板からなる第1の金属板63Aに設けた3個の貫通孔4に、ひとつの電池セルブロック21を構成する3個の電池セル1の電極端子2であって、アルミニウムからなる正極2Aを挿入して接続し、銅板からなる第2の金属板63Bに設けた3個の貫通孔4には、隣接する電池セルブロック21を構成する3個の電池セル1の電極端子2であって、銅からなる負極2Bを挿入して接続する。すなわち、この金属プレート63は、第1の金属板63Aに3個の電池セル1の正極2Aを接続し、第2の金属板63Bに3個の電池セル1の負極2Bを接続することで、6個の電池セル1を直列と並列に接続する。図の金属プレート63は、複数の電極端子2の間隔が寸法誤差で変化しても、電極端子2に確実に接続できるように、全ての貫通孔4を長孔4Aとしている。ただし、金属プレートは、基準となる貫通孔として、遊びのない円形の貫通孔をひとつ設けて、その他の貫通孔を長孔とすることで、寸法誤差を吸収することもできる。
外装缶11を金属製とする電池セル1は、図3に示すように、その間に絶縁スペーサ15を挟着して、隣接する電池セル1を絶縁している。絶縁スペーサ15は、隣接する電池セル1の外装缶11を絶縁すると共に、電池セル1の間に電池を冷却する冷却隙間16を設ける。したがって、絶縁スペーサ15は、プラスチック等の絶縁材を成形して製作される。絶縁スペーサ15は、両面に送風溝15Aを設けて、電池セル1の間に冷却隙間16を設ける。絶縁スペーサ15は、水平方向、いいかえると電池セル1の両側に連結するように送風溝15Aを設けている。この絶縁スペーサ15で設けられる冷却隙間16は、空気を水平方向に送風して電池セル1を冷却する。
絶縁スペーサ15を介して積層される図1と図2に示す電池セル1は、固定部品17で定位置に固定される。固定部品17は、積層している電池セル1の両端面に配置される一対のエンドプレート18と、このエンドプレート18に、端部を連結して積層状態の電池セル1を圧縮状態に固定してなる金属バンド19とからなる。
以上のバッテリシステムを車両に搭載する状態を図25と図26に示す。図25は、エンジンとモータの両方で走行するハイブリッドカーにバッテリシステム90を搭載する例を示す。この図に示すバッテリシステム90を搭載した車両HVは、車両HVを走行させるエンジン96及び走行用のモータ93と、モータ93に電力を供給するバッテリシステム90と、バッテリシステム90の電池を充電する発電機94とを備えている。バッテリシステム90は、DC/ACインバータ95を介してモータ93と発電機94に接続している。車両HVは、バッテリシステム90の電池を充放電しながらモータ93とエンジン96の両方で走行する。モータ93は、エンジン効率の悪い領域、たとえば加速時や低速走行時に駆動されて車両を走行させる。モータ93は、バッテリシステム90から電力が供給されて駆動する。発電機94は、エンジン96で駆動され、あるいは車両にブレーキをかけるときの回生制動で駆動されて、バッテリシステム90の電池を充電する。
また、図26は、モータのみで走行する電気自動車にバッテリシステム90を搭載する例を示す。この図に示すバッテリシステム90を搭載した車両EVは、車両EVを走行させる走行用のモータ93と、このモータ93に電力を供給するバッテリシステム90と、このバッテリシステム90の電池を充電する発電機94とを備えている。バッテリシステム90は、DC/ACインバータ95を介してモータ93と発電機94に接続している。モータ93は、バッテリシステム90から電力が供給されて駆動する。発電機94は、車両EVを回生制動する時のエネルギーで駆動されて、バッテリシステム90の電池を充電する。
さらに、本発明は、バッテリシステムの用途を、車両を走行させるモータの電源には特定しない。本発明のバッテリシステムは、太陽光発電や風力発電等で発電された電力で電池を充電して蓄電する蓄電システムの電源として使用することもできる。図27は、バッテリシステムの電池を太陽電池で充電して蓄電する蓄電システムを示す。この図に示す蓄電システムは、図に示すように、家屋や工場等の建物81の屋根や屋上等に配置された太陽電池82で発電される電力で、バッテリシステム80の電池を充電する。さらに、この蓄電システムは、バッテリシステム80に蓄電した電力を、DC/ACインバータ85を介して負荷83に供給する。
さらに、バッテリシステムは、図示しないが、夜間の深夜電力を利用して電池を充電して蓄電する蓄電システムの電源として使用することもできる。深夜電力で充電されるバッテリシステムは、発電所の余剰電力である深夜電力で充電して、電力負荷の大きくなる昼間に電力を出力して、昼間のピーク電力を小さく制限することができる。さらに、バッテリシステムは、太陽電池の出力と深夜電力の両方で充電する電源としても使用できる。このバッテリシステムは、太陽電池で発電される電力と深夜電力の両方を有効に利用して、天候や消費電力を考慮しながら効率よく蓄電できる。
以上のような蓄電システムは、コンピュータサーバのラックに搭載可能なバックアップ電源装置、携帯電話等の無線基地局用のバックアップ電源装置、家庭内用または工場用の蓄電用電源、街路灯の電源等、太陽電池と組み合わせた蓄電装置、信号機や道路用の交通表示器などのバックアップ電源用などの用途に好適に利用できる。
本発明に係るバッテリシステム及びバッテリシステムを備える車両は、EV走行モードとHEV走行モードとを切り替え可能なプラグイン式ハイブリッド電気自動車やハイブリッド式電気自動車、電気自動車などの電源装置として好適に利用できる。またコンピュータサーバのラックに搭載可能なバックアップ電源装置、携帯電話等の無線基地局用のバックアップ電源装置、家庭内用または工場用の蓄電用電源、街路灯やの電源等、太陽電池と組み合わせた蓄電装置、信号機や道路標示燈などのバックアップ電源用などの用途にも適宜利用できる。
1…電池セル
2…電極端子 2A…正極
2B…負極
2X…カシメリング
3…金属プレート 3A…第1の金属板
3a…第1の積層部
3c…段差凹部
3B…第2の金属板
3b…第2の積層部
3d…段差凹部
4…貫通孔 4A…長孔
5…溶接リング
6…金属リング 6A…中心孔
7…ナット 7A…ナット
7B…ナット
8…突出部
9…切欠部
10…電極体
11…外装缶
12…封口板
13…絶縁材
15…絶縁スペーサ 15A…送風溝
16…冷却隙間
17…固定部品
18…エンドプレート
19…金属バンド
21…電池セルブロック
23…金属プレート 23B…第2の金属板
23b…第2の積層部
25…溶接リング
29…切欠部 29A…切除部
31…電池セル
32…電極端子 32A…正極
32B…負極
33…金属プレート 33A…第1の金属板
33a…第1の積層部
33B…第2の金属板
33b…第2の積層部
38…突出部
39…切欠部
43…金属プレート 43A…第1の金属板
43a…第1の積層部
43c…段差凹部
43B…第2の金属板
43b…第2の積層部
43d…段差凹部
48…突出部
49…切欠部
53…金属プレート 53A…第1の金属板
53a…第1の積層部
53B…第2の金属板
53b…第2の積層部
53c…突出片
53x…圧着連結部
55…リード線 55A…芯線
56…接続具 56A…リング部
56a…貫通孔
56B…突出部
56C…圧着連結部
58…突出部
59…切欠部
63…金属プレート 63A…第1の金属板
63a…第1の積層部
63c…段差凹部
63B…第2の金属板
63b…第2の積層部
63d…段差凹部
80…バッテリシステム
81…建物
82…太陽電池
83…負荷
85…インバータ
90…バッテリシステム
93…モータ
94…発電機
95…インバータ
96…エンジン
HV…車両
EV…車両

Claims (12)

  1. 正負の電極端子を異種金属とする複数の電池セルを備え、各々の電池セルの正負の電極端子を金属プレートで接続してなるバッテリシステムであって、
    前記金属プレートが、前記電池セルの一方の電極端子に接続してなる第1の金属板と、この第1の金属板と異なる金属からなり、他方の電極端子に接続してなる第2の金属板とを接合しており、
    第1の金属板は第2の金属板に積層される第1の積層部を備え、第2の金属板は第1の金属板に積層される第2の積層部を備え、第1の積層部は突出部を、第2の積層部はこの突出部が挿通される切欠部を有し、前記突出部が前記切欠部に挿通され、かつ突出部と切欠部とがカシメ構造によって第1の金属板と第2の金属板とを密着してなることを特徴とするバッテリシステム。
  2. 前記切欠部が第2の積層部に貫通して設けられた穴である請求項1に記載されるバッテリシステム。
  3. 前記突出部がスプライン状で、切欠部がスプライン状の突出部が密着状態で挿入される内形である請求項1または2に記載されるバッテリシステム。
  4. 前記第1の金属板の突出部に、電池セルの電極端子を挿入する貫通孔が設けられ、この貫通孔に電極端子が挿入されて電気接続してなる請求項1ないし3のいずれかに記載されるバッテリシステム。
  5. 前記金属プレートが電池セルを直列に接続し、あるいは直列と並列に接続してなる請求項1ないし4のいずれかに記載されるバッテリシステム。
  6. 前記電池セルが角形電池セルで、複数の角形電池セルが積層状態に固定されて、隣接する電池セルの正負の電極端子に前記金属プレートが接続されて、前記金属プレートでもって電池セルを直列に接続しており、
    前記金属プレートは、前記電池セルの正負の電極端子を挿入する貫通孔を有し、この貫通孔に電極端子が挿入されて、電極端子と金属プレートとが溶接して接続されてなる請求項1ないし5のいずれかに記載されるバッテリシステム。
  7. 前記金属プレートは、前記電池セルの正負の電極端子を挿入する貫通孔を有し、この貫通孔に電極端子が挿入されて、電極端子と金属プレートとが溶接して接続され、さらに、前記貫通孔の少なくとも一方は、電極端子を挿入して積層方向に移動できる長孔で、この長孔の開口部を閉塞するように金属プレートの表面に溶接リングを設けており、前記電極端子が前記溶接リングを介して金属プレートに溶接されてなる請求項6に記載されるバッテリシステム。
  8. 前記金属プレートは、前記電池セルの正負の電極端子を挿入する貫通孔を有し、この貫通孔に電極端子が挿入されて、電極端子と金属プレートとが溶接して接続され、さらに、前記貫通孔の少なくとも基準となるひとつの貫通孔以外を、電極端子を挿入して積層方向に移動できる長孔とし、この長孔の開口部を閉塞するように金属プレートの表面に溶接リングを設けており、前記電極端子が前記溶接リングを介して金属プレートに溶接されてなる請求項6に記載されるバッテリシステム。
  9. 前記溶接リングが、前記長孔に挿入された電極端子の上端がカシメ構造で拡開されたカシメリングと、前記電極端子とは別パーツの金属板であって前記電極端子を挿入する中心孔を設けてなる金属リングのいずれかである請求項7または8に記載されるバッテリシステム。
  10. 前記電池セルの正負の電極端子がアルミニウムと銅からなる異種金属で、前記金属プレートの第1の金属板と第2の金属板がアルミニウムと銅からなる請求項1ないし9のいずれかに記載されるバッテリシステム。
  11. 前記電池セルがリチウムイオン電池である請求項1ないし10のいずれかに記載されるバッテリシステム。
  12. 請求項1ないし11のいずれかに記載のバッテリシステムを備える車両。
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