JPWO2020035970A1 - 電池モジュール - Google Patents

Abstract

本開示は、複数の単電池を並列に接続した複数の電池群を備え、その複数の電池群がバスバーによって直列に接続された電池モジュールにおいて、クラッド材を使用することなく異材溶接を回避することが可能な電池モジュールを提供することを課題とする。その解決手段として、第１バスバー２０Ｐは、アルミニウムが主体とされ、電池群１０の複数の単電池１の各々の正極端子に溶接接合部Ｗ１を介して接続される。第２バスバー２０Ｎは、銅が主体とされ、電池群１０の複数の単電池１の各々の負極端子に溶接接合部Ｗ２を介して接続される。複数の電池群１０は、互いに隣接する一方の電池群１０の第１バスバー２０Ｐと他方の電池群１０の第２バスバー２０Ｎとが機械的接合部Ｍを介して接続されている。

Description

本開示は、電池モジュールに関する。

従来から蓄電モジュールに関する発明が知られている（下記特許文献１を参照。）。特許文献１に記載された発明は、バスバーと電極端子との溶接金属に割れ等の溶接欠陥が生じ、接合強度が低下するおそれがあることを課題とし、その解決手段として以下の構成を開示している（同文献、第０００５段落、第０００６段落、請求項１等を参照。）。

蓄電モジュールは、複数の蓄電素子がバスバーによって電気的に接続されている。バスバーは、第１導電板と、第２導電板とを有している。第１導電板は、第１蓄電素子の電極端子に溶接により接合される第１電極接合部、および、その第１電極接合部から立ち上がる第１当接部を有する。第２導電板は、前記第１蓄電素子の隣に配置される第２蓄電素子の電極端子に溶接により接合される第２電極接合部、および、その第２電極接合部から立ち上がる第２当接部を有する。この蓄電モジュールにおいて、第１導電板の第１当接部および第２導電板の第２当接部は互いに接合されている。

特許文献１に記載された発明によれば、上記の構成により、外形公差が大きく、バスバーで接続する電極端子同士において、高さ方向の位置ずれが生じた場合であっても、バスバーと単電池の電極端子との溶接部において、高い接合強度を確保することができる。さらに、電極接合部から立ち上がる当接部を接合する構成としたので、作業性がよい（同文献、第００４６段落等を参照。）。

特開２０１６−１１５４５８号公報

一般に、異なる材料を溶接する異材溶接は、高度な技術を要する。前記した従来の蓄電モジュールは、第１導電板がアルミニウム系金属からなり、第２導電板が銅系金属とアルミニウム系金属の複合材（クラッド材）からなる場合、第１導電板と第２導電板との異材溶接を回避することができる（同文献、第００３０段落等を参照。）。

しかし、複数の単電池を並列に接続した電池群を構成し、その複数の電池群を直列に接続する場合、隣接する二つの電池群のすべての単電池を接続可能な、従来よりも長いバスバーが必要になる。このような従来よりも長いバスバーにクラッド材を用いると、製造上およびコスト上の課題が生じるおそれがある。

本開示は、複数の単電池を並列に接続した複数の電池群を備え、その複数の電池群がバスバーによって直列に接続された電池モジュールにおいて、クラッド材を使用することなく異材溶接を回避することが可能な電池モジュールを提供する。

本開示の一態様は、複数の電池群を備えた電池モジュールであって、前記電池群は、複数の単電池と、該複数の単電池を並列に接続する第１バスバーおよび第２バスバーとを有し、前記単電池は、アルミニウムが主体の正極端子と、銅が主体の負極端子とを有し、前記第１バスバーは、アルミニウムが主体とされ、前記電池群の前記複数の単電池の各々の前記正極端子に溶接接合部を介して接続され、前記第２バスバーは、銅が主体とされ、前記電池群の前記複数の単電池の各々の前記負極端子に溶接接合部を介して接続され、前記複数の電池群は、互いに隣接する一方の前記電池群の前記第１バスバーと他方の前記電池群の前記第２バスバーとが機械的接合部を介して接続されることで、直列に接続されていることを特徴とする電池モジュールである。

本開示の上記一態様によれば、一つの電池群の複数の単電池を、アルミニウムが主体の一つの第１バスバーと、銅が主体の一つの第２バスバーにより、同種金属間の複数の溶接接合部を介して、並列に接続することができる。また、異種金属を主体とする第１バスバーと第２バスバーとを、機械的接合部を介して接続することで、クラッド材を使用することなく、異材溶接を回避して、複数の電池群を直列に接続することができる。すなわち、本開示の上記一態様によれば、複数の単電池を並列に接続した複数の電池群を備え、その複数の電池群がバスバーによって直列に接続された電池モジュールにおいて、クラッド材を使用することなく異材溶接を回避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。

本開示の一実施形態に係る電池モジュールの斜視図。 図１に示す電池モジュールの平面図。 図１に示す電池モジュールの分解斜視図。 図３に示す電池モジュールを構成する単電池の斜視図。 図１に示す電池モジュールの電池群の間の機械的接合部の近傍の拡大図。 図５に示す機械的接合部が設けられる第１バスバーの斜視図。 図５に示す機械的接合部が設けられる第２バスバーの斜視図。 図５に示す機械的接合部の側面図。 図８Ａに示す機械的接合部の変形例を示す側面図。 図８Ａに示す機械的接合部の変形例を示す側面図。

以下、図面を参照して本開示に係る電池モジュールの実施形態を説明する。

図１は、本開示の一実施形態に係る電池モジュール１００の斜視図である。図２は、図１に示す電池モジュール１００の平面図である。図３は、図１に示す電池モジュール１００の分解斜視図である。図４は、図３に示す電池モジュール１００を構成する単電池１の斜視図である。図５は、図１に示す電池モジュール１００の電池群１０の間の機械的接合部Ｍの近傍の拡大図である。

以下では、単電池１の厚さ方向、幅方向および高さ方向にそれぞれ平行な、Ｘ軸、Ｙ軸およびＺ軸からなるＸＹＺ直交座標系を用いて電池モジュール１００の構成を説明する場合がある。また、単電池１の厚さ方向、幅方向および高さ方向を、それぞれ、単に「厚さ方向（Ｘ軸方向）」、「幅方向（Ｙ軸方向）」および「高さ方向（Ｚ軸方向）」と表記する場合がある。また、以下の説明における上下、左右、縦横などの方向は、電池モジュール１００の構成を説明するための便宜的な方向であり、電池モジュール１００の使用時の方向を限定するものではない。

本実施形態の電池モジュール１００は、たとえば、電気自動車（ＥＶ）、ハイブリッド車（ＨＶ）、プラグインハイブリッド車（ＰＨＶ）などの車両に搭載される車載用蓄電装置を構成する。詳細については後述するが、本実施形態の電池モジュール１００は、たとえば、次の構成を特徴としている。

電池モジュール１００は、複数の電池群１０を備えている。各電池群１０は、複数の単電池１と、その複数の単電池１を並列に接続する第１バスバー２０Ｐおよび第２バスバー２０Ｎとを有している。各単電池１は、アルミニウムが主体の正極端子２Ｐと、銅が主体の負極端子２Ｎとを有している。第１バスバー２０Ｐは、アルミニウムが主体とされ、電池群１０の複数の単電池１の各々の正極端子２Ｐに溶接接合部Ｗ１を介して接続されている。第２バスバー２０Ｎは、銅が主体とされ、電池群１０の複数の単電池１の各々の負極端子２Ｎに溶接接合部Ｗ２を介して接続されている。複数の電池群１０は、互いに隣接する一方の電池群１０の第１バスバー２０Ｐと他方の電池群１０の第２バスバー２０Ｎとが機械的接合部Ｍを介して接続されることで、直列に接続されている。

以下、本実施形態の電池モジュール１００の各部の構成を詳細に説明する。本実施形態の電池モジュール１００は、たとえば、前述の複数の電池群１０と、筐体３０と、図示を省略する回路基板などを備えている。電池群１０は、前述のように、複数の単電池１と、第１バスバー２０Ｐと、第２バスバー２０Ｎとを有している。なお、複数の電池群１０のうち、単電池１の積層方向（Ｘ軸方向）の一端と他端に配置された電池群１０は、それぞれ、第１バスバー２０Ｐ、第２バスバー２０Ｎの代わりに、端部第１バスバー２０ＰＥ、端部第２バスバー２０ＮＥを有している。

単電池１は、たとえば扁平角形の形状を有する角形二次電池であり、より詳細には、たとえば角形リチウムイオン二次電池である。単電池１は、厚さ方向（Ｘ軸方向）に沿う一端面において、厚さ方向に直交する幅方向（Ｙ軸方向）の一端と他端に、それぞれ、正極端子２Ｐと負極端子２Ｎが配置されている。より詳細には、単電池１は、正極端子２Ｐおよび負極端子２Ｎと、電池容器３とを有している。また、図示を省略するが、単電池１は、電池容器３の内部に収容された電極群、集電板、絶縁部材、および電解液などを有している。

電池容器３は、有底角筒状の電池缶３ａの開口部に、長方形の板状の電池蓋３ｂを全周にわたって溶接することで密閉されている。電池容器３は、扁平角形の形状、すなわち、厚さ方向（Ｘ軸方向）の寸法が、幅方向（Ｙ軸方向）および高さ方向（Ｚ軸方向）の寸法よりも小さい薄型の直方体または六面体の形状を有している。単電池１の電池容器３の各面のうち、単電池１の厚さ方向（Ｘ軸方向）を向く一対の広側面の面積が最大であり、単電池１の幅方向（Ｙ軸方向）を向く一対の狭側面の面積が最小である。

電池容器３の高さ方向（Ｚ軸方向）を向く一対の狭側面の一方で、厚さ方向（Ｘ軸方向）に沿う一端面に、単電池１の外部端子である正極端子２Ｐと負極端子２Ｎが配置されている。正極端子２Ｐと負極端子２Ｎは、それぞれ、長方形の電池蓋３ｂの長手方向、すなわち単電池１の幅方向（Ｙ軸方向）の一端と他端に配置されている。正極端子２Ｐおよび負極端子２Ｎは、電池蓋３ｂの上面から高さ方向（Ｚ軸方向）に突出したおおむね直方体の立体的な形状を有している。正極端子２Ｐおよび負極端子２Ｎと電池容器３との間、ならびに、電池容器３と集電板および電極群との間は、それぞれ、樹脂製の絶縁部材によって電気的に絶縁されている。

正極端子２Ｐは、たとえば、アルミニウムやアルミニウム合金などのアルミニウムを主体とする材料によって製作され、負極端子２Ｎは、たとえば、銅や銅合金などの銅を主体とする材料によって製作されている。正極端子２Ｐおよび負極端子２Ｎは、それぞれ、電池容器３の内部に収容された正極および負極の集電板に接続され、それぞれ、集電板を介して電極群を構成する正極および負極の電極に接続されている。

各々の電池群１０を構成する複数の単電池１は、複数の正極端子２Ｐと、複数の負極端子２Ｎとが、それぞれ、厚さ方向（Ｘ軸方向）に沿って一列に並ぶように、向きを揃えて厚さ方向（Ｘ軸方向）に積層させて配置されている。また、電池モジュール１００を構成する複数の電池群１０は、複数の正極端子２Ｐと、複数の負極端子２Ｎとが、厚さ方向（Ｘ軸方向）に沿って交互に並ぶように、交互に反転させて厚さ方向（Ｘ軸方向）に積層させて配置されている。

本実施形態において、各々の電池群１０は、三つの単電池１を有している。各々の電池群１０の三つの単電池１の三つの正極端子２Ｐは、単電池１の幅方向（Ｙ軸方向）の一方の端部において、厚さ方向（Ｘ軸方向）に一列に並んでいる。また、各々の電池群１０の三つの単電池１の三つの負極端子２Ｎは、単電池１の幅方向（Ｙ軸方向）における正極端子２Ｐと反対の端部において、厚さ方向（Ｘ軸方向）に一列に並んでいる。なお、各々の電池群１０が有する単電池１の数は、特に限定されず、二つでも四つ以上でもよい。

また、単電池１の厚さ方向（Ｘ軸方向）に積層して配置された複数の電池群１０のうち、隣り合う二つの電池群１０の間では、単電池１の幅方向（Ｙ軸方向）における単電池１の正極端子２Ｐと負極端子２Ｎの配置が逆になっている。本実施形態では、電池モジュール１００は、四つの電池群１０を有している。そして、四つの電池群１０は、三つの正極端子２Ｐと、三つの負極端子２Ｎとが、厚さ方向（Ｘ軸方向）に沿って交互に並ぶように、交互に反転させて厚さ方向（Ｘ軸方向）に積層させて配置されている。なお、電池モジュール１００が有する電池群１０の数は、特に限定されず、二つまたは三つでもよく、五つ以上でもよい。

図６は、図５に示す機械的接合部Ｍを介して第２バスバー２０Ｎに接続される第１バスバー２０Ｐの斜視図である。図７は、図５に示す機械的接合部Ｍを介して第１バスバー２０Ｐに接続される第２バスバー２０Ｎの斜視図である。図８Ａは、単電池１の幅方向（Ｙ軸方向）から見た、図５に示す機械的接合部Ｍの側面図である。

各々の電池群１０の第１バスバー２０Ｐおよび第２バスバー２０Ｎは、各々の電池群１０の複数の単電池１を並列に接続する導電性を有する金属製の板状の部材である。第１バスバー２０Ｐは、たとえば、アルミニウムやアルミニウム合金などのアルミニウムを主体とする材料によって製作され、第２バスバー２０Ｎは、たとえば、銅や銅合金などの銅を主体とする材料によって製作されている。すなわち、第１バスバー２０Ｐおよび第２バスバー２０Ｎは、それぞれ、単電池１の正極端子２Ｐおよび負極端子２Ｎとの溶接性に優れた、正極端子２Ｐおよび負極端子２Ｎと同種の金属によって製作されている。

第１バスバー２０Ｐは、各々の電池群１０を構成する複数の単電池１の各々の正極端子２Ｐに、溶接接合部Ｗ１を介して接続されている。第２バスバー２０Ｎは、各々の電池群１０の複数の単電池１の各々の負極端子２Ｎに溶接接合部Ｗ２を介して接続されている。すなわち、第１バスバー２０Ｐおよび第２バスバー２０Ｎは、それぞれ、溶接性に優れた同種金属間の溶接接合部Ｗ１，Ｗ２を介して、正極端子２Ｐおよび負極端子２Ｎに電気的に接続されている。互いに隣接する一方の電池群１０の第１バスバー２０Ｐと他方の電池群１０の第２バスバー２０Ｎとは、機械的接合部Ｍを介して接続されている。

第１バスバー２０Ｐと第２バスバー２０Ｎは、それぞれ、単電池１の厚さ方向（Ｘ軸方向）を長手方向とし、単電池１の幅方向（Ｙ軸方向）を短手方向とする板状の形状を有している。第１バスバー２０Ｐと第２バスバー２０Ｎは、単電池１の厚さ方向（Ｘ軸方向）および幅方向（Ｙ軸方向）に直交する高さ方向（Ｚ軸方向）において、それぞれ、複数の正極端子２Ｐの端面と複数の負極端子２Ｎの端面に溶接接合部Ｗ１，Ｗ２を介して接合されている。第１バスバー２０Ｐと第２バスバー２０Ｎは、長手方向（Ｘ軸方向）の互いに隣接する端部に、機械的接合部Ｍを有している。

第１バスバー２０Ｐは、電池群１０を構成する複数の単電池１のうち、単電池１の積層方向（Ｘ軸方向）の一端に配置された単電池１の正極端子２Ｐから、他端に配置された単電池１の正極端子２Ｐまで延びる本体部２１を有している。同様に、第２バスバー２０Ｎは、電池群１０を構成する複数の単電池１のうち、単電池１の積層方向（Ｘ軸方向）の一端に配置された単電池１の負極端子２Ｎから、他端に配置された単電池１の負極端子２Ｎまで延びる本体部２１を有している。

本体部２１は、単電池１の高さ方向（Ｚ軸方向）から見た平面視で、単電池１の厚さ方向（Ｘ軸方向）を長手方向とし、単電池１の幅方向（Ｙ軸方向）を短手方向とする長方形の板状の形状を有している。本体部２１は、複数の平坦部２２と、複数の湾曲部２３とを有している。平坦部２２は、単電池１の正極端子２Ｐまたは負極端子２Ｎに対向し、単電池１の正極端子２Ｐまたは負極端子２Ｎに溶接接合部Ｗ１または溶接接合部Ｗ２を介して接合される平坦な矩形平板状の部分であり、中央部に貫通孔２２ａを有している。

湾曲部２３は、隣り合う平坦部２２の間に設けられた湾曲した部分である。湾曲部２３は、たとえば、両側の平坦部２２から平坦部２２の厚さ方向すなわち単電池１の高さ方向（Ｚ軸方向）へ向けて、たとえば約９０度の角度で、単電池１から離れる方向に屈曲されている。また、湾曲部２３は、両側の平坦部２２に対して約９０度の角度で屈曲された部分の間に半円筒状に屈曲された部分を有している。これにより、湾曲部２３は、本体部２１の短手方向すなわち単電池１の幅方向（Ｙ軸方向）から見た側面視でＵ字型の湾曲形状を有している。

また、本実施形態において、第１バスバー２０Ｐおよび第２バスバー２０Ｎは、それぞれ、長手方向（Ｘ軸方向）の互いに隣接する端部に、単電池１の幅方向（Ｙ軸方向）の内側へ向けて延出した迂回部２４Ｐ，２４Ｎを有している。第１バスバー２０Ｐおよび第２バスバー２０Ｎは、迂回部２４Ｐ，２４Ｎにおいて、機械的接合部Ｍを介して接続されている。

第１バスバー２０Ｐの迂回部２４Ｐは、本体部２１の第２バスバー２０Ｎに隣接する端部の単電池１の幅方向（Ｙ軸方向）において、平坦部２２の内側の端部から内側へ向けて延びている。また、第１バスバー２０Ｐの迂回部２４Ｐは、本体部２１の第２バスバー２０Ｎに隣接する端部よりも、第２バスバー２０Ｎへ向けて単電池１の積層方向（Ｘ軸方向）に延びている。第２バスバー２０Ｎの迂回部２４Ｎは、本体部２１の第１バスバー２０Ｐに隣接する端部の単電池１の幅方向（Ｙ軸方向）において、平坦部２２の内側の端部から内側へ向けて延びている。

このように、第１バスバー２０Ｐの迂回部２４Ｐは、たとえば、本体部２１の第２バスバー２０Ｎに隣接する端部よりも長手方向（Ｘ軸方向）に延出し、第２バスバー２０Ｎの迂回部２４Ｎは、単電池１の幅方向（Ｙ軸方向）の内側へ延びている。これにより、第１バスバー２０Ｐの迂回部２４Ｐと、第２バスバー２０Ｎの迂回部２４Ｎは、機械的接合部Ｍにおいて単電池１の高さ方向（Ｚ軸方向）に重なって互いに接している。なお、第１バスバー２０Ｐの迂回部２４Ｐと、第２バスバー２０Ｎの迂回部２４Ｎは、少なくとも一方が本体部２１の互いに隣接する端部よりも長手方向に延出し、機械的接合部Ｍにおいて単電池１の高さ方向（Ｚ軸方向）に重なっていればよい。

機械的接合部Ｍは、たとえば、第１バスバー２０Ｐと第２バスバー２０Ｎを締結して接続するボルトｍ１とナットｍ３を含んでいる。また、機械的接合部Ｍは、ボルトｍ１およびナットｍ３と、迂回部２４Ｐ，２４Ｎとの間に配置されるワッシャｍ２を含んでもよい。第１バスバー２０Ｐの迂回部２４Ｐと、それぞれ、第２バスバー２０Ｎの迂回部２４Ｎは、単電池１の高さ方向（Ｚ軸方向）に重なる位置に、それぞれ、機械的接合部Ｍのボルトｍ１を挿通させる貫通孔２４ａを有している。ナットｍ３は、たとえば、第２バスバー２０Ｎの迂回部２４Ｎの単電池１に対向する面に配置されている。

機械的接合部Ｍは、たとえば、迂回部２４Ｐ，２４Ｎの貫通孔２４ａに挿通させたボルトｍ１にナットｍ３を螺合させ、迂回部２４Ｐ，２４Ｎをボルトｍ１とナットｍ３によって締結することで、第１バスバー２０Ｐと第２バスバー２０Ｎを接続する。これにより、積層方向に互いに隣接する一方の電池群１０の第１バスバー２０Ｐと他方の電池群１０の第２バスバー２０Ｎとが機械的接合部Ｍを介して電気的に接続される。また、電池群１０の積層方向の一端から他端まで、順次、互いに隣接する一方の電池群１０の第１バスバー２０Ｐと他方の電池群１０の第２バスバー２０Ｎとを機械的接合部Ｍを介して接続することで、すべての電池群１０が直列に接続される。

第１バスバー２０Ｐおよび第２バスバー２０Ｎは、それぞれの迂回部２４Ｐ，２４Ｎと平坦部２２との間に、屈曲部２５を有している。屈曲部２５は、単電池１の幅方向（Ｙ軸方向）における平坦部２２の内側の端部から、たとえば約９０度の角度で、平坦部２２の厚さ方向すなわち単電池１の高さ方向（Ｚ軸方向）に、単電池１とは反対方向へ屈曲されている。また、屈曲部２５は、単電池１の幅方向（Ｙ軸方向）における迂回部２４Ｐ，２４Ｎの外側の端部から、迂回部２４Ｐ，２４Ｎの厚さ方向すなわち単電池１の高さ方向（Ｚ軸方向）に、たとえば約９０度の角度で、単電池１へ向けて屈曲されている。

なお、積層方向（Ｘ軸方向）の一端と他端に配置された電池群１０の端部第１バスバー２０ＰＥおよび端部第２バスバー２０ＮＥは、それぞれ、迂回部２４Ｐ，２４Ｎを有しない以外は、第１バスバー２０Ｐおよび第２バスバー２０Ｎと同様の構成を有している。また、端部第１バスバー２０ＰＥおよび端部第２バスバー２０ＮＥは、それぞれ、電池モジュール１００の正極および負極のモジュール端子１０１Ｐ，１０１Ｎの一部を構成する延出部を有していてもよい。

図１に示すように、筐体３０は、単電池１の厚さ方向（Ｘ軸方向）を長手方向とするおおむね直方体の形状を有し、電池群１０を構成する複数の単電池１を保持している。より具体的には、筐体３０は、たとえば、複数のセルホルダ３１と、一対のエンドプレート３２と、一対のサイドフレーム３３と、インシュレーションカバー３４と、図示を省略するモジュールカバーと、を有している。

セルホルダ３１は、たとえばポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ：Polybutylene terephthalate）等の樹脂材料によって構成されている。セルホルダ３１は、たとえば厚さ方向（Ｘ軸方向）に積層された複数の単電池１の互いに隣接する単電池１の間に介在され、個々の単電池１を厚さ方向（Ｘ軸方向）の両側から挟み込むように保持している。電池群１０を構成する複数の単電池１の積層方向（Ｘ軸方向）において、電池群１０の両側に配置された一対のセルホルダ３１に、たとえば電池モジュール１００の外部端子であるモジュール端子１０１Ｐ，１０１Ｎが設けられている。

一対のエンドプレート３２は、たとえば金属製の板状の部材である。一対のエンドプレート３２は、電池群１０を構成する複数の単電池１の積層方向（Ｘ軸方向）において、電池群１０の両側に配置された一対のセルホルダ３１を介して、両端に配置されている。一対のエンドプレート３２は、一方の面がセルホルダ３１に保持された複数の単電池１を挟み込むように対向している。

一対のサイドフレーム３３は、電池群１０を構成する複数の単電池１の幅方向（Ｙ軸方向）の両側に、セルホルダ３１を介して配置されている。一対のサイドフレーム３３は、たとえば、おおむね矩形枠状の金属製の部材であり、単電池１の幅方向（Ｙ軸方向）の両側に互いに対向するように配置されている。一対のサイドフレーム３３は、たとえば、おおむね長方形の枠状であり、電池群１０を構成する複数の単電池１の積層方向（Ｘ軸方向）が長辺方向すなわち長手方向とされ、電池群１０を構成する複数の単電池１の高さ方向（Ｚ軸方向）が短辺方向すなわち短手方向とされている。一対のサイドフレーム３３は、長手方向の両端部が、たとえばリベットやボルトなどの締結部材によって一対のエンドプレート３２に締結され、内側に複数のセルホルダ３１に設けられた凸部が係合している。

インシュレーションカバー３４は、たとえばＰＢＴ等の電気絶縁性を有する樹脂製の板状の部材であり、単電池１の正極端子２Ｐおよび負極端子２Ｎが設けられた電池容器３の狭側面である上端面に対向して配置されている。インシュレーションカバー３４は、複数の単電池１の正極端子２Ｐおよび負極端子２Ｎの上端面を露出させる開口部と、互いに隣接する単電池１の正極端子２Ｐまたは負極端子２Ｎの間や、互いに隣接する第１バスバー２０Ｐと第２バスバー２０Ｎの間を絶縁する隔壁と、を有している。インシュレーションカバー３４の隔壁は、たとえば、単電池１の正極端子２Ｐおよび負極端子２Ｎならびに第１バスバー２０Ｐおよび第２バスバー２０Ｎの周囲を囲むように設けられている。また、インシュレーションカバー３４には、単電池１および回路基板に接続される各種の電気配線が配置される。

図示を省略する回路基板は、たとえば、インシュレーションカバー３４と図示を省略するモジュールカバーとの間、すなわち筐体３０の高さ方向において、インシュレーションカバー３４の単電池１とは反対側に配置され、電気配線を介して第１バスバー２０Ｐおよび第２バスバー２０Ｎに接続されている。図示を省略するモジュールカバーは、たとえばＰＢＴ等の電気絶縁性を有する樹脂製の板状の部材である。モジュールカバーは、筐体３０の高さ方向（Ｚ軸方向）において、単電池１と反対側の筐体３０の上端に、インシュレーションカバー３４および回路基板を覆うように配置される。

以下、本実施形態の電池モジュール１００の作用について説明する。

前述のように、電池モジュール１００は、複数の電池群１０を備えている。各電池群１０は、複数の単電池１と、その複数の単電池１を並列に接続する第１バスバー２０Ｐおよび第２バスバー２０Ｎとを有している。各単電池１は、アルミニウムが主体の正極端子２Ｐと、銅が主体の負極端子２Ｎとを有している。第１バスバー２０Ｐは、アルミニウムが主体とされ、電池群１０の複数の単電池１の各々の正極端子２Ｐに溶接接合部Ｗ１を介して接続されている。第２バスバー２０Ｎは、銅が主体とされ、電池群１０の複数の単電池１の各々の負極端子２Ｎに溶接接合部Ｗ２を介して接続されている。複数の電池群１０は、互いに隣接する一方の電池群１０の第１バスバー２０Ｐと他方の電池群１０の第２バスバー２０Ｎとが機械的接合部Ｍを介して接続されることで、直列に接続されている。

この構成により、発電機等の外部装置から、電池モジュール１００を構成する複数の単電池１に、たとえばモジュール端子１０１Ｐ，１０１Ｎ、端部第１バスバー２０ＰＥおよび端部第２バスバー２０ＮＥ、ならびに第１バスバー２０Ｐおよび第２バスバー２０Ｎを介して電力を供給し、各々の電池群１０を構成する複数の単電池１を充電することができる。また、各々の電池群１０を構成する複数の単電池１に充電された電力を、第１バスバー２０Ｐおよび第２バスバー２０Ｎ、端部第１バスバー２０ＰＥおよび端部第２バスバー２０ＮＥ、およびモジュール端子１０１Ｐ，１０１Ｎを介して、モータ等の外部装置に供給することができる。

また、上記の構成により、一つの電池群１０の複数の単電池１を、アルミニウムが主体の一つの第１バスバー２０Ｐまたは端部第１バスバー２０ＰＥと、銅が主体の一つの第２バスバー２０Ｎまたは端部第２バスバー２０ＮＥにより、同種金属間の複数の溶接接合部Ｗ１，Ｗ２を介して、並列に接続することができる。また、異種金属を主体とする第１バスバー２０Ｐと第２バスバー２０Ｎとを、機械的接合部Ｍを介して接続することで、クラッド材を使用することなく、異材溶接を回避して、複数の電池群１０を直列に接続することができる。

すなわち、本実施形態によれば、複数の単電池１を並列に接続した複数の電池群１０を備えた電池モジュール１００において、その複数の電池群１０が第１バスバー２０Ｐおよび第２バスバー２０Ｎによって直列に接続され、クラッド材を使用することなく異材溶接を回避することが可能な電池モジュール１００を提供することができる。また、本実施形態の電池モジュール１００によれば、機械的接合部Ｍによる接合を解除することで、電池群１０単位の交換が可能になるだけでなく、機械的接合部Ｍに電圧検出用の配線などを接続することができる。

また、電池モジュール１００において、単電池１は、扁平角形の形状を有し、厚さ方向（Ｘ軸方向）に沿う一端面の厚さ方向に直交する幅方向（Ｙ軸方向）の一端と他端に、それぞれ、正極端子２Ｐと負極端子２Ｎが配置されている。また、電池群１０の複数の単電池１は、複数の正極端子２Ｐと、複数の負極端子２Ｎとが、それぞれ、厚さ方向（Ｘ軸方向）に沿って一列に並ぶように、向きを揃えて厚さ方向（Ｘ軸方向）に積層させて配置されている。また、複数の電池群１０は、複数の正極端子２Ｐと、複数の負極端子２Ｎとが、厚さ方向（Ｘ軸方向）に沿って交互に並ぶように、交互に反転させて厚さ方向（Ｘ軸方向）に積層させて配置されている。

この構成により、一つの第１バスバー２０Ｐと一つの第２バスバー２０Ｎによって複数の単電池１を並列に接続することができ、電池モジュール１００の生産性を向上させることができる。また、互いに隣接する電池群１０のうち、一方の電池群１０の第１バスバー２０Ｐと、他方の第１バスバー２０Ｐの第２バスバー２０Ｎとを、機械的接合部Ｍを介して順次接続していくことで、複数の電池群１０を直列に接続することができる。すなわち、機械的接合部Ｍを介して従来よりも長い異種材料の第１バスバー２０Ｐおよび第２バスバー２０Ｎを接続することで、これらを一つの細長いクラッド材として構成する必要がない。そのため、従来よりも長い特殊なクラッド材を用いることによる製造上およびコスト上の課題を回避することができる。

また、電池モジュール１００において、第１バスバー２０Ｐと第２バスバー２０Ｎは、単電池１の厚さ方向（Ｘ軸方向）を長手方向とし、単電池１の幅方向（Ｙ軸方向）を短手方向とする板状の形状を有している。また、第１バスバー２０Ｐと第２バスバー２０Ｎは、単電池１の厚さ方向（Ｘ軸方向）および幅方向（Ｙ軸方向）に直交する高さ方向（Ｚ軸方向）において、それぞれ、複数の正極端子２Ｐの端面と複数の負極端子２Ｎの端面に溶接接合部Ｗ１，Ｗ２を介して接合され、長手方向の互いに隣接する端部に機械的接合部Ｍを有している。

この構成により、複数の単電池１の複数の正極端子２Ｐの上に一つの第１バスバー２０Ｐを配置し、複数の単電池１の複数の負極端子２Ｎの上に一つの第２バスバー２０Ｎを配置して、たとえばレーザ溶接により、溶接接合部Ｗ１，Ｗ２を一括して容易に形成することが可能になる。また、第１バスバー２０Ｐおよび第２バスバー２０Ｎと単電池１の正極端子２Ｐおよび負極端子２Ｎとの間の接触面積を確保することができる。さらに、電池群を構成する個々の単電池の外部端子に接続された個々のバスバーを一つずつ接続していく場合と比較して、互いに隣接する電池群１０の間を機械的接合部Ｍによって接続するだけでよく、部品点数および接合箇所を減少させることができる。したがって、電池モジュール１００の生産性を向上させることができる。

また、第１バスバー２０Ｐおよび第２バスバー２０Ｎが湾曲部２３を有することで、第１バスバー２０Ｐおよび第２バスバー２０Ｎの単電池１の高さ方向（Ｚ軸方向）における弾性を向上させることができる。これにより、第１バスバー２０Ｐおよび第２バスバー２０Ｎを、それぞれ、複数の単電池１の正極端子２Ｐおよび負極端子２Ｎに対して押し付けることで、第１バスバー２０Ｐおよび第２バスバー２０Ｎを単電池１の高さ方向（Ｚ軸方向）に弾性変形させることができる。したがって、第１バスバー２０Ｐおよび第２バスバー２０Ｎを、それぞれ、複数の単電池１の正極端子２Ｐおよび負極端子２Ｎに対してより確実に接触させ、複数の単電池１の接続信頼性を向上させることができる。

また、本実施形態の電池モジュール１００において、第１バスバー２０Ｐおよび第２バスバー２０Ｎは、長手方向（Ｘ軸方向）の互いに隣接する端部に、単電池１の幅方向（Ｙ軸方向）の内側へ向けて延出した迂回部２４Ｐ，２４Ｎを有している。そして、第１バスバー２０Ｐおよび第２バスバー２０Ｎは、迂回部２４Ｐ，２４Ｎにおいて機械的接合部Ｍを介して接続されている。

この構成により、電池モジュール１００の小型化を妨げることなく、機械的接合部Ｍを設置するためのスペースを確保することができる。そのため、ボルトｍ１やナットｍ３などの締結部材を配置することができるだけでなく、たとえば、溶接接合部Ｗ１，Ｗ２の形成に必要な冶具やプローブを配置するためのスペースを確保することができる。また、第１バスバー２０Ｐと第２バスバー２０Ｎとの接触面積を十分に確保することができる。さらに、第１バスバー２０Ｐおよび第２バスバー２０Ｎが迂回部２４Ｐ，２４Ｎを有することで、電池モジュール１００の各部に作用する応力を緩和することができる。

より具体的には、たとえば、電池モジュール１００の各部の寸法公差による段差や、電池モジュール１００に作用する衝撃や振動によって、第１バスバー２０Ｐおよび第２バスバー２０Ｎに力が作用する。また、第１バスバー２０Ｐおよび第２バスバー２０Ｎが跨ぐ単電池１の数が多くなり、第１バスバー２０Ｐおよび第２バスバー２０Ｎの長さが長くなるほど、第１バスバー２０Ｐおよび第２バスバー２０Ｎに作用する力は大きくなる。

しかし、第１バスバー２０Ｐおよび第２バスバー２０Ｎが迂回部２４Ｐ，２４Ｎを有することで、電池モジュール１００の各部に作用する応力を緩和することができる。ここで、迂回部２４Ｐ，２４Ｎによる応力の緩和は、電池モジュール１００の各部に対する応力集中箇所の分散、第１バスバー２０Ｐおよび第２バスバー２０Ｎを弾性範囲で変形させることによる各部の応力の緩和を含む。

また、本実施形態の電池モジュール１００において、第１バスバー２０Ｐの迂回部２４Ｐと第２バスバー２０Ｎの迂回部２４Ｎは、少なくとも一方が第１バスバー２０Ｐおよび第２バスバー２０Ｎの長手方向の端部よりも長手方向に延出している。そして、第１バスバー２０Ｐの迂回部２４Ｐと第２バスバー２０Ｎの迂回部２４Ｎとが、機械的接合部Ｍにおいて単電池１の高さ方向（Ｚ軸方向）に重なっている。

この構成により、第１バスバー２０Ｐの迂回部２４Ｐと第２バスバー２０Ｎの迂回部２４Ｎとの接触面積を十分に確保して、機械的接合部Ｍによる第１バスバー２０Ｐと第２バスバー２０Ｎの接続信頼性を向上させることができる。また、単電池１の高さ方向（Ｚ軸方向）における電池モジュール１００の寸法が増加するのを抑制し、電池モジュール１００の小型化を実現することができる。

また、本実施形態の電池モジュール１００において、機械的接合部Ｍは、第１バスバー２０Ｐと第２バスバー２０Ｎを締結して接続するボルトｍ１とナットｍ３を含んでいる。これにより、ボルトｍ１を第１バスバー２０Ｐと第２バスバー２０Ｎに貫通させてナットｍ３に螺合させ、ボルトｍ１とナットｍ３とを締結することで、第１バスバー２０Ｐと第２バスバー２０Ｎとの間に機械的接合部Ｍを形成することができる。なお、機械的接合部Ｍは、ボルトｍ１とナットｍ３を含む構成に限定されない。

図８Ｂおよび図８Ｃは、図８Ａに示す機械的接合部Ｍの変形例を示す側面図である。図８Ｂに示すように、電池モジュール１００の機械的接合部Ｍは、第１バスバー２０Ｐと第２バスバー２０Ｎを挟持して接続するクリップｍ４を含んでもよい。また、図８Ｃに示すように、機械的接合部Ｍは、第１バスバー２０Ｐと第２バスバー２０Ｎを貫通して塑性変形させられることで第１バスバー２０Ｐと第２バスバー２０Ｎを接続するリベットｍ５を含んでもよい。これらの変形例によっても、図８Ａに示す機械的接合部Ｍと同様の効果を奏することができる。

以上説明したように、本実施形態によれば、一つの電池群１０の複数の単電池１を、アルミニウムが主体の一つの第１バスバー２０Ｐと、銅が主体の一つの第２バスバー２０Ｎにより、同種金属間の複数の溶接接合部Ｗ１，Ｗ２を介して、並列に接続することができる。また、異種金属を主体とする第１バスバー２０Ｐと第２バスバー２０Ｎとを、機械的接合部Ｍを介して接続することで、クラッド材を使用することなく、異材溶接を回避して、複数の電池群１０を直列に接続することができる。すなわち、本実施形態によれば、複数の単電池１を並列に接続した複数の電池群１０を備え、その複数の電池群１０が第１バスバー２０Ｐおよび第２バスバー２０Ｎによって直列に接続された電池モジュール１００において、クラッド材を使用することなく異材溶接を回避することが可能な電池モジュール１００を提供することができる。

以上、図面を用いて本開示の実施の形態を詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲における設計変更等があっても、それらは本開示に含まれるものである。

１ 単電池
２Ｐ 正極端子
２Ｎ 負極端子
１０ 電池群
２０Ｐ 第１バスバー
２０Ｎ 第２バスバー
２４Ｐ 迂回部
２４Ｎ 迂回部
１００ 電池モジュール
Ｍ 機械的接合部
ｍ１ ボルト
ｍ３ ナット
ｍ４ クリップ
ｍ５ リベット
Ｗ１ 溶接接合部
Ｗ２ 溶接接合部

Claims (8)

1. 複数の電池群を備えた電池モジュールであって、
   前記電池群は、複数の単電池と、該複数の単電池を並列に接続する第１バスバーおよび第２バスバーとを有し、
   前記単電池は、アルミニウムが主体の正極端子と、銅が主体の負極端子とを有し、
   前記第１バスバーは、アルミニウムが主体とされ、前記電池群の前記複数の単電池の各々の前記正極端子に溶接接合部を介して接続され、
   前記第２バスバーは、銅が主体とされ、前記電池群の前記複数の単電池の各々の前記負極端子に溶接接合部を介して接続され、
   前記複数の電池群は、互いに隣接する一方の前記電池群の前記第１バスバーと他方の前記電池群の前記第２バスバーとが機械的接合部を介して接続されることで、直列に接続されていることを特徴とする電池モジュール。
2. 前記単電池は、扁平角形の形状を有し、厚さ方向に沿う一端面の前記厚さ方向に直交する幅方向の一端と他端に、それぞれ、前記正極端子と前記負極端子が配置され、
   前記電池群の前記複数の単電池は、複数の前記正極端子と、複数の前記負極端子とが、それぞれ、前記厚さ方向に沿って一列に並ぶように、向きを揃えて前記厚さ方向に積層させて配置され、
   前記複数の電池群は、複数の前記正極端子と、複数の前記負極端子とが、前記厚さ方向に沿って交互に並ぶように、交互に反転させて前記厚さ方向に積層させて配置されていることを特徴とする請求項１に記載の電池モジュール。
3. 前記第１バスバーと前記第２バスバーは、前記厚さ方向を長手方向とし、前記幅方向を短手方向とする板状の形状を有し、前記厚さ方向および前記幅方向に直交する前記単電池の高さ方向において、それぞれ、複数の前記正極端子の端面と複数の前記負極端子の端面に前記溶接接合部を介して接合され、前記長手方向の互いに隣接する端部に前記機械的接合部を有することを特徴とする請求項２に記載の電池モジュール。
4. 前記第１バスバーおよび前記第２バスバーは、前記長手方向の互いに隣接する端部に、前記単電池の前記幅方向の内側へ向けて延出した迂回部を有し、該迂回部において前記機械的接合部を介して接続されていることを特徴とする請求項３に記載の電池モジュール。
5. 前記第１バスバーの前記迂回部と前記第２バスバーの前記迂回部は、少なくとも一方が前記端部よりも前記長手方向に延出し、前記機械的接合部において前記高さ方向に重なっていることを特徴とする請求項４に記載の電池モジュール。
6. 前記機械的接合部は、前記第１バスバーと前記第２バスバーを締結して接続するボルトとナットを含むことを特徴とする請求項１に記載の電池モジュール。
7. 前記機械的接合部は、前記第１バスバーと前記第２バスバーを挟持して接続するクリップを含むことを特徴とする請求項１に記載の電池モジュール。
8. 前記機械的接合部は、前記第１バスバーと前記第２バスバーを貫通して塑性変形させられることで前記第１バスバーと前記第２バスバーを接続するリベットを含むことを特徴とする請求項１に記載の電池モジュール。

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