WO2017130705A1 - 電源装置及びこれを用いる車両並びにバスバー - Google Patents

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岡田　渉
晋志 大田
植田　義明
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三洋電機株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to a power supply device, a vehicle using the power supply device, and a bus bar for electrically connecting battery cells used in the power supply device.
  • a power supply device using a secondary battery is used for a power source for driving a vehicle.
  • a power supply device includes a plurality of battery cells 501, a plurality of insulating separators 518, a pair of bind bars 515, and a pair of end plates 514, as shown in the exploded perspective view of FIG.
  • Each insulating separator 518 is interposed between adjacent battery cells 501.
  • a battery stack 599 is formed by alternately stacking a plurality of battery cells 501 and a plurality of insulating separators 518. Both end surfaces of the battery stack 599 in the stacking direction of the battery cells 501 are covered with respective end plates 514.
  • Each bind bar 515 extends along the stacking direction of the battery cells 501 and is fixed to end plates 514 located at both ends of the battery stack 599.
  • the electrode terminal 502 of the battery cell 501 is electrically connected via the bus bar 540.
  • the bus bar 540 is made of a metal plate having excellent conductivity.
  • the distance between adjacent electrode terminals is not necessarily constant, and it is necessary to absorb the variation therebetween. Also, when the power supply device receives external force, the adjacent battery cells may be displaced relative to each other. In such a case, the bus bar can be elastically deformed so that the displacement can be absorbed by the bus bar. It is required to have flexibility.
  • a bent bus bar As a method of giving the bus bar flexibility, a bent bus bar is known (see, for example, Patent Document 1).
  • a bent portion for buffering stress is positioned between two connection portions connected to the electrode terminal. In this shape, when the dimension between the terminals of the adjacent cells is short, there is a problem that it is difficult to form (press) the bus bar.
  • lithium ion secondary batteries In recent years, high-capacity lithium ion secondary batteries have become widespread as battery cells. In such lithium ion secondary batteries, it is common to use aluminum for the positive electrode and copper for the negative electrode. . When connecting such lithium ion secondary batteries in series with a bus bar, connect the positive electrode made of aluminum in one lithium ion secondary battery and the negative electrode made of copper in the other lithium ion secondary battery by a bus bar. Is required.
  • An object of the present invention is to provide a power supply device in which the bonding strength between a bus bar and a battery cell is increased and the reliability is improved, a vehicle using the power supply device, and a bus bar.
  • the plurality of battery cells having positive and negative electrode terminals, and the electrodes facing each other among the plurality of battery cells arranged adjacent to each other.
  • a power supply device comprising a bus bar for electrically connecting terminals, wherein the bus bar is connected to an electrode terminal of one battery cell and to an electrode terminal of the other battery cell, A second connection part substantially parallel to the first connection part, a first intermediate part substantially parallel to the first connection part, which is continuous through the first bent part bent from the first connection part; A first intermediate portion and a second intermediate portion, comprising a second intermediate portion that is substantially parallel to the second connection portion and is continuous through a second bent portion bent from the second connection portion.
  • the 1st connection part and the 2nd connection part are connected in three places, a 1st bending part, a 2nd bending part, and a 3rd bending part, and these are deformed and a 1st folding
  • the second intermediate portion is formed to have a larger area than the first intermediate portion, and a notch for connecting terminals is further formed in the second intermediate portion. can do.
  • the notch for connecting the terminal can be a connection hole opened in the second intermediate portion.
  • connection hole can be circular.
  • the positive and negative electrode terminals are made of different metals, and the metal constituting the bus bar is any of the metals constituting the positive and negative electrode terminals.
  • the side to be joined to the electrode terminal of the same kind of metal is partially narrower than the side to be connected to the electrode terminal of the different kind of metal. Can be formed.
  • the power supply device it is possible to form a thin region in which the thickness is partially reduced in each of the first connection portion and the second connection portion.
  • the bus bar can be formed by bending a single metal plate.
  • the surface of the electrode terminal can be plated with a metal different from the electrode terminal.
  • the electrode terminal is made of copper
  • the plating is made of nickel
  • the bus bar can be made of aluminum
  • the vehicle according to the tenth aspect includes any one of the power supply devices described above.
  • the bus bar is for connecting the electrode terminal of the battery cell, the first connection part connected to the electrode terminal of one battery cell, and the other battery cell. Connected to the electrode terminal of the first connection portion, the second connection portion substantially parallel to the first connection portion, and the first connection portion continuous through the first bent portion bent from the first connection portion, and A first intermediate portion that is substantially parallel to the second intermediate portion, and a second intermediate portion that is substantially parallel to the second connection portion.
  • a 1st intermediate part and a 2nd intermediate part can be continuously connected by the 3rd bending part which makes a cross sectional view U shape.
  • the 1st connection part and the 2nd connection part are connected in three places, a 1st bending part, a 2nd bending part, and a 3rd bending part, and these are deformed and a 1st folding
  • FIG. 7 It is a perspective view of the power supply device concerning one Example of this invention. It is a schematic perspective view which shows the connection structure of the battery cell and bus bar of the power supply device shown in FIG. It is a disassembled perspective view which shows the connection structure of the battery cell and bus bar shown in FIG. It is a perspective view which shows the bus bar of FIG. It is a disassembled perspective view which shows the connection state with the electrode terminal by the conventional bus bar. It is an enlarged plan view which shows an example of the 1st connection part of a bus bar. It is a top view which shows the battery cell laminated body of a comparative example. It is a perspective view which shows a mode that the bus bar of FIG. 7 is pressed with a jig
  • each element constituting the present invention may be configured such that a plurality of elements are constituted by the same member and the plurality of elements are shared by one member, and conversely, the function of one member is constituted by a plurality of members. It can also be realized by sharing.
  • the power supply device of the present invention is mounted on an electric vehicle such as a hybrid vehicle or an electric vehicle to supply power to the traveling motor, a power source that stores generated power of natural energy such as solar power generation or wind power generation, or midnight power It is used for various purposes such as a power source for storing electricity, and particularly as a power source suitable for high power and large current applications.
  • a plurality of battery cells 1 are insulated from each other with an insulating separator 18 interposed therebetween and fixed in a stacked state.
  • a square battery is illustrated as the battery cell 1.
  • the battery cell 1 can use batteries, such as a lithium ion secondary battery.
  • the power supply device of the present invention does not specify the battery cell as a square battery, nor does it specify a lithium ion secondary battery.
  • all rechargeable batteries for example, non-aqueous electrolyte secondary batteries other than lithium ion secondary batteries, nickel-water battery cells, and the like can be used. (Square battery)
  • the square battery has positive and negative electrode terminals 2 fixed to a sealing plate 12 with an insulating material 11 as shown in FIGS. 2 and 3, the insulating separator 18 and the plurality of bus bars 40 stacked between the plurality of battery cells 1 are arranged at fixed positions so that the connection state between the battery cell 1 and the bus bar 40 can be easily understood.
  • omitted the bus-bar holder 20 (it shows in FIG. 1. Details are mentioned later) is shown.
  • the positive and negative electrode terminals 2 include a terminal block having a bonding surface 2B and a protruding portion 2A protruding from the bonding surface 2B.
  • the joining surface 2 ⁇ / b> B has a planar shape parallel to the surface of the sealing plate 12.
  • a projecting portion 2A is provided at the center of the joint surface 2B.
  • the protruding portion 2A has a cylindrical shape.
  • the projecting portion is not necessarily a columnar shape, and can be a polygonal column shape or an elliptical column shape (not shown).
  • the plurality of battery cells 1 to be stacked are fixed at fixed positions by fixed parts 13 to form a rectangular battery block 16.
  • the fixed component 13 includes a pair of end plates 14 disposed on both end surfaces of the stacked battery cells 1, and ends connected to the end plates 14 to fix the stacked battery cells 1 in a pressurized state. And a fastening member 15 to be made.
  • the battery block 16 is formed by laminating the sealing plate 12 so as to be in the same plane in FIG. 1 and 2 has positive and negative electrode terminals 2 disposed on the upper surface of a battery block 16.
  • the battery cells 1 are stacked in a state where the positive and negative electrode terminals 2 at both ends of the sealing plate 12 are reversed from side to side.
  • the battery block 16 has adjacent electrode terminals 2 connected to each other on both sides of the battery block 16 by a metal plate bus bar 40 to connect the battery cells 1 in series.
  • the both ends of the bus bar 40 are connected to the positive and negative electrode terminals 2, and the battery cells 1 are connected in series or in parallel.
  • the power supply device can increase the output voltage and the output current by connecting the battery cells 1 in series to increase the output voltage and connecting the battery cells 1 in series and in parallel.
  • the bus bar 40 has a positioning portion so that it can be guided onto the electrode terminal 2.
  • the bus bar 40 in FIGS. 2 and 3 is provided with opening windows 62 at both ends as positioning portions, and the protruding portions 2A of the electrode terminals 2 of the battery cells 1 disposed adjacent to each opening window 62 are provided. I am guiding you.
  • the protruding portion 2 ⁇ / b> A is inserted through the opening window 62 as a through hole.
  • the opening window 62 has an inner diameter that can guide the protruding portion 2 ⁇ / b> A of the electrode terminal 2.
  • the positioning part of a bus bar does not necessarily need to be a through-hole, and any shape can be used as long as the bus bar can be positioned using the protruding part 2A of the electrode terminal 2.
  • the positioning portion can be a notch formed by notching a part of the bus bar.
  • the bus bar 40 is arranged at a fixed position by the bus bar holder 20 shown in FIG. 1, and guides the protruding portion 2 ⁇ / b> A of the electrode terminal 2 to the opening window 62.
  • the bus bar holder 20 is formed of an insulating material such as plastic and places the bus bar 40 at a fixed position.
  • the bus bar holder 20 is connected to the battery block 16 and places the bus bar 40 at a fixed position.
  • the bus bar holder 20 is connected to the insulating separator 18 stacked between the square batteries and arranged at a fixed position, or connected to the square battery and connected to the fixed position of the battery block 16.
  • the 1 includes a frame-shaped holder main body 20A in which a plurality of bus bars 40 are arranged at fixed positions, and a cover plate 20B that closes an upper opening of the holder main body 20A.
  • the holder body 20 ⁇ / b> A is disposed on the upper surface of the battery block 16 with the plurality of bus bars 40 disposed at fixed positions, and the opening window 62 of each bus bar 40 is disposed on the protruding portion 2 ⁇ / b> A of the electrode terminal 2. Further, in this state, laser light is irradiated from the upper opening of the holder main body 20 ⁇ / b> A, and the bus bar 40 is welded to the electrode terminal 2. After all the bus bars 40 are welded to the electrode terminals 2, the upper opening of the holder body 20A is closed with the cover plate 20B. (Bus bar 40)
  • the bus bar 40 includes a first connecting portion 41, a second connecting portion 51, and a connecting portion 49 that connects them. These members are integrally formed by bending a metal plate or the like. Moreover, it is comprised with the member excellent in electroconductivity. Preferably, it is made of aluminum or copper.
  • the 1st connection part 41 is connected to the electrode terminal 2 (left side in FIG. 3) of one battery cell.
  • the 2nd connection part 51 is connected to the electrode terminal 2 (The right side in FIG. 3) of the other battery cell.
  • the 1st connection part 41 and the 2nd connection part 51 are adjoined substantially parallel. Thereby, the adjacent electrode terminals 2 of the battery cell assembly laminated
  • the connecting portion 49 includes a first bent portion 43, a first intermediate portion 45, a second bent portion 53, a second intermediate portion 55, and a third bent portion 47.
  • the first connection part 41 and the first intermediate part 45 are connected via a first bent part 43.
  • the second connecting portion 51 and the second intermediate portion 55 are connected via the second bent portion 53.
  • the first intermediate part 45 and the second intermediate part 55 are connected via a third bent part 47.
  • the first bent portion 43 is bent in the first connection bent region 42 from the first connection portion 41, and is further bent in the first intermediate bent region 44 between the first bent portion 43 and the first intermediate portion 45. It is tuned.
  • the first connection bent region 42 between the first bent portion 43 and the first connection portion 41 and the first intermediate bent region 44 between the first bent portion 43 and the first intermediate portion 45 are substantially the same.
  • the first connecting portion 41, the first bent portion 43, and the first intermediate portion 45 are formed in a step shape by being bent at a right angle.
  • first connecting portion 41, the first bent portion 43, and the first intermediate portion 45 are configured by bending a single metal plate, and only the first connecting portion 41 is fixed to the battery cell, Even if the distance between the first connection part 41 and the first intermediate part 45 is relatively changed, the first bending part 45 is not fixed and floated with respect to the battery cell.
  • the first connection bent region 42 and the first intermediate bent region 44 of the portion 43 can be bent and deformed to be absorbed.
  • the second bent portion 53 is also bent at the second connecting bent region 52 from the second connecting portion 51, and further between the second intermediate portion 55 and the second intermediate bent region 54. It is bent.
  • the second connection bent region 52 between the second bent portion 53 and the second connection portion 51 and the second intermediate bent region 54 between the second bent portion 53 and the second intermediate portion 55 are substantially the same.
  • the second connecting portion 51, the second bent portion 53, and the second intermediate portion 55 are formed in a step shape by being bent at a right angle.
  • the second connecting portion 51, the second bent portion 53, and the second intermediate portion 55 are also formed of a single metal plate, and the second connecting portion 51 side is fixed to the battery cell.
  • first intermediate part 45 and the second intermediate part 55 are connected via a third bent part 47.
  • first intermediate portion 45 and the third bent portion 47 are connected via the third intermediate bent region 46
  • the second intermediate portion 55 and the third bent portion 47 are connected to the fourth intermediate bent portion.
  • Each is connected via a music area 56.
  • the third bent portion 47 is also preferably configured by bending the same member as the first intermediate portion 45 and the second intermediate portion 55, for example, a metal plate.
  • the third bent portion 47 is formed in a U shape in a vertical sectional view, and this portion is deformed so that the distance between the first intermediate portion 45 and the second intermediate portion 55 is relatively. Even if it changes, this can be absorbed.
  • the vertical cross-sectional shape of a 3rd bending part is not limited to U shape, For example, you may comprise in the reverse chevron.
  • first intermediate portion 45 and the first connection portion 41, and the second intermediate portion 55 and the second connection portion 51 are configured substantially in parallel. Further, the first intermediate part 45 and the second intermediate part 55 are configured substantially in parallel, preferably on substantially the same plane.
  • the 1st intermediate part 45 is made into a substantially rectangular shape in planar view, and the 1st connection bending area
  • region 46 are provided in the adjacent edge
  • the second intermediate portion 55 is also substantially rectangular, and the second connection bent region 52 and the fourth intermediate bent region 56 are provided on adjacent sides so as to be substantially perpendicular. As a result, as shown in FIG.
  • connection part 49 comprised by the 1st bending part 43, the 1st intermediate part 45, the 2nd bending part 53, the 2nd intermediate part 55, and the 3rd bending part 47 is 1st.
  • the first connection portion 41 and the second connection portion 51 are compared with the configuration in which the electrode terminals 502 are directly connected by the flat bus bar 540 as shown in the exploded perspective view of FIG. 5. Due to this relative displacement, it is possible to avoid a problem that a load is applied to the welded portion between the electrode terminal 2 and the bus bar 40 and the welded portion is broken, broken or peeled off.
  • the connecting portion 49 that connects the first connecting portion 41 and the second connecting portion 51 is provided with a buffer mechanism that can be deformed in the XYZ directions, thereby absorbing the tolerance of the battery cells during manufacturing and assembly. it can. Even when the power supply device is used, even if the relative position between the first connection portion 41 and the second connection portion 51 is shifted due to expansion due to charging / discharging of the battery cells or external force such as impact or vibration, the power supply device is connected. By absorbing with the buffer mechanism of the portion 49, it is possible to avoid a situation in which a load is directly applied to the first connection portion 41 or the second connection portion 51 to cause breakage, breakage or separation, and reliability of connection between battery cells Can be increased.
  • the intermediate portion can also be used as a detection terminal for intermediate potential.
  • an intermediate potential is detected in order to accurately manage the state of the battery.
  • an intermediate potential detection terminal is connected to detect the intermediate potential.
  • the intermediate part which has an impact-absorbing mechanism can be used also as a member for connecting such an intermediate potential detection terminal. (Notch for terminal connection)
  • a notch for terminal connection is formed in the second intermediate portion 55 that is one intermediate portion.
  • the second intermediate portion 55 is formed to have a larger area than the first intermediate portion 45, and a notch for terminal connection is easily formed in a part thereof.
  • the notch for connecting the terminal is a connection hole 58 opened in the second intermediate portion 55.
  • the connection hole 58 is circular in the example of FIG.
  • the circular connection hole 58 has an advantage that the intermediate potential detection terminal can be easily fixed by screwing or the like, and the contact area with the terminal can be widened to reduce the contact resistance.
  • the present invention is not limited to this configuration, and the notch for connecting the terminals may be a rectangular shape, a long hole, an ellipse, or the like. Moreover, it can also be set as a recessed part etc. not only in opening. (Thin area 61)
  • such a bus bar 40 is provided with a welding region for laser welding with the electrode terminal 2 of the battery cell, that is, a joining region.
  • the first connection portion 41 and the second connection portion 51 are each provided with a thin region 61 that is partially thinner than the other regions.
  • an opening window 62 that is partially opened is formed in a part of the thin region 61.
  • laser welding is performed, laser light is irradiated from the upper surface to the thin region 61 arranged so as to be in close contact with the joint surface 2B of the electrode terminal 2, and the thin region 61 is penetrated to join the joint surface 2B. Is melted and welded together.
  • the protruding portion 2 ⁇ / b> A of the electrode terminal 2 is exposed from the opening window 62 and is used as a guide for relative positioning of the bus bar 40 and the electrode terminal 2.
  • the welding position which irradiates a laser beam can utilize also as positioning for controlling the welding position which irradiates a laser beam.
  • the protruding portion 2A of the electrode terminal 2 exposed from the opening window 62 is detected by image processing, and the scanning position of the laser beam is controlled using this position as a reference. Thereby, a junction is formed between the bus bar 40 and the terminal block of the electrode terminal 2.
  • the opening window 62 is formed in a rectangular shape extending along the stacking direction of the battery cells.
  • the rectangular opening window 62 can be formed to have a width larger than the outer diameter of the protruding portion 2A of the electrode terminal 2, but preferably the width of the rectangular opening window 62 is set to the protruding portion 2A of the electrode terminal 2.
  • the opening window 62 is formed in a size that allows the protrusion 2A to be inserted by making the width of the substantially center in the longitudinal direction of the opening window 62 wider.
  • an arc-shaped wide region 63 along the circular outer shape of the protruding portion 2 ⁇ / b> A is formed at the center of a rectangular opening window 62 that is long in the horizontal direction.
  • the thin region 61 is formed in an elliptical shape that is long in the stacking direction of the battery cells. As a result, it is possible to achieve both downsizing of the bus bar and ensuring the strength of laser welding. This will be described based on the comparative examples shown in FIGS.
  • the thin region 61 of the comparative example is formed in a circular shape.
  • each bus bar 740 is disposed on the electrode terminal 702 of the battery cell 701
  • the bus bar 740 is pressed from the upper surface using the jig JG, and further, the laser beam is scanned as shown in the cross-sectional view of FIG.
  • the bus bar 740 and the electrode terminal 702 are welded.
  • the thin region 61 is not circular, but is an ellipse in which the battery cells 1 are stacked in the stacking direction, in the drawing, lengthened in the horizontal direction and conversely shortened in the vertical direction. It is formed into a shape. Furthermore, the pressing region of the jig JG ′ that presses the bus bar 40 during welding is excluded in the left and right direction, that is, in the stacking direction of the battery cells 1, and only the vertical direction sandwiching the thin region 61 (see the perspective view of FIG. 11). As a result, the space in which the jig has been placed can be used for welding, and the joint strength can be increased accordingly. As a result, it is not necessary to secure the left and right direction of the bus bar 40 widely, and it is possible to contribute to downsizing of the bus bar. (Eccentric arrangement of the opening window 62)
  • the thin region 61 is roughly divided into two in the vertical direction, that is, the short side direction of the elliptical shape.
  • the position where the opening window 62 is provided in the thin region 61 is an elliptical short-side direction, in other words, a direction intersecting the stacking direction of the battery cells 1 (vertical direction in the figure).
  • the center of the thin region 61 in FIG. preferably, as shown in the modified example of FIG. 6, it is preferable that the opening window 62 be provided eccentric in the direction away from the first connection bending region 42 in the short side direction.
  • the bus bar 40 absorbs the relative displacement between the first connection portion 41 and the second connection portion 51 due to the deformation of the connecting portion 49.
  • the first connection portion 43 is continuous with the first bending portion 43 through the first connection bending region 42.
  • the displacement is attempted to be absorbed in the first connection bending region 42 or the like. .
  • bending occurs in the first connection bending region 42.
  • Such bending of the first connection bent region 42 acts in a direction in which the first connection portion 41 is peeled from the bonding surface 2B of the electrode terminal 2.
  • the thin region 61 which is the bonding region of the first connection portion 41 tends to be more stressed on the side closer to the first connection bending region 42. Therefore, in order to weld more strongly the site where such stress is likely to act, the opening window 62 is set to be welded in a wide area on the side close to the first connection bent region 42 in the thin region 61. It is decentered in a direction away from the one connection bent region 42.
  • the upper and lower thin regions on the long side of the elliptical shape of the thin region are wider on the side closer to the first connection bent region 42 than on the far side, and laser welding is continuously performed over a wide area.
  • it is easy to exert stronger bonding strength, and it is possible to avoid peeling or breakage at this portion, thereby contributing to improvement in the reliability of laser welding.
  • the elliptical shape of the thin region 61 is provided with a linear region on the first connection bent region 42 side.
  • the stress acts in the direction in which the first connection portion 41 is peeled as described above, the stress is applied to the point CP closest to the first connection bent region 42. Will be concentrated.
  • stress is concentrated at one point, the possibility of breakage or the like increases. Therefore, as shown in FIG. 12, FIG. 6, etc., by making the side close to the first connection bent region 42 linear, stress can be received by a line instead of a point, and resistance can be increased. This can contribute to improving reliability.
  • the elliptical shape of the thin region 61 is a track shape in which the long side is linear.
  • an elliptical shape in which only the side close to the first connection bent region 42 is linear may be used.
  • a shape close to a chamfered rectangle may be used.
  • Such a shape is also used in the present specification to include an elliptical shape.
  • the joint is not necessarily limited to an elliptical shape.
  • the laser beam may be scanned so as to form a plurality of linear joints extending along the major axis direction of the thin region 61.
  • the range in which the linear joint on the side close to the first connection bending region 42 is formable is the first connection folding region. It is preferable to configure so as to be wider than the range in which the linear joint portion on the side far from the curved region 42 is formed.
  • the elliptical joint portion is formed in an elliptical shape in which the connecting portion 49 side (side closer to the first connection bending region 42) is the minor axis direction, or the linear joint portion is formed on the connecting portion 49 side.
  • joint strength can be raised with respect to the stress which acts in the direction which peels the 1st connection part 41.
  • the bus bar can be formed of an inexpensive metal plate.
  • clad materials have been used for bus bars used in laser welding from the viewpoint of reliability of bonding strength.
  • high-capacity lithium ion secondary batteries have become widespread as battery cells. In such lithium ion secondary batteries, those using aluminum for the positive electrode and copper for the negative electrode are common.
  • one lithium ion secondary battery When connecting such lithium ion secondary batteries in series with a bus bar, one lithium ion secondary battery can be connected to an aluminum positive electrode, and the other lithium ion secondary battery can be connected to a copper negative electrode.
  • the amount of metal material differs between the positive electrode side and the negative electrode side.
  • a clad material in which a copper plate and an aluminum plate are connected to the bus bar by a special rolling process is used. By using this clad material as a bus bar, the positive electrode is made of aluminum and the negative electrode is made of copper.
  • the bus bar made of the clad material is expensive.
  • the jig JG ′ as described above and not placing the jig in the stacking direction of the battery cells as shown in FIG. Increasing and enlarging the area of laser welding ensures the bonding strength.
  • the bus bar is made of inexpensive aluminum, but may be made of copper.
  • the surface of the electrode terminal may be plated if necessary.
  • a copper electrode terminal on the negative electrode side which is used for bonding between different metals, is to be bonded to an aluminum bus bar, a local battery is formed due to a potential difference, galvanic corrosion (dissimilar metal contact corrosion) occurs, and strength decreases. Or the electrical resistance may deteriorate. Therefore, the corrosion prevention effect can be enhanced by applying nickel plating to the surface of the negative electrode terminal made of copper.
  • a method of laser welding the bus bar 40 to the electrode terminal 2 will be described as a method for manufacturing the power supply device.
  • a battery cell laminate in which a plurality of battery cells 1 each having positive and negative electrode terminals 2 on one surface are laminated is prepared.
  • the bus bar 40 is positioned and arranged with respect to the electrode terminals 2 on the electrode terminals 2 of the adjacent battery cells 1. Further, the thin bar area is scanned with laser light, and the bus bar 40 and the electrode terminal 2 are welded and joined. (Laser welding pattern LP)
  • FIG. 6 an example of a scanning pattern for irradiating the elliptical thin region 61 shown in FIG. 6 with laser light, that is, a laser welding pattern LP is shown in the plan view of FIG.
  • the laser beam is scanned in an elliptical shape so as to surround the periphery of the opening window 62 several times.
  • the elliptical junction part which joins the terminal block of the electrode terminal 2 and the bus bar 40 in an elliptical shape is formed.
  • the upper wide region can be scanned so as to reciprocate in the horizontal direction, thereby efficiently scanning the laser beam. It becomes possible.
  • the order of scanning the laser beam first, the periphery of the opening window 62 is spirally scanned from the inside to the outside, and after scanning in an annular shape with a predetermined width, the horizontal direction is directly above the opening window 62.
  • the linear reciprocating scanning is performed, and when the end of the reciprocating movement is reached, the reciprocating scanning is repeated by moving from the bottom to the top. Alternatively, it may be scanned in a zigzag pattern instead of the movement at the edge.
  • the laser beam is scanned also on the left and right sides of the opening window 62, that is, between the opening window 62 and the thin region 61 in the stacking direction of the battery cells 1, thereby securing a bonding area for laser welding.
  • the bonding area is increased to increase the bonding strength.
  • the present invention is not limited to this configuration, and can be configured to weld only the upper and lower sides of the opening window without laser welding the side surface of the opening window.
  • the laser beam scanning to such a part can be omitted, the work process can be simplified and the tact time can be shortened.
  • FIGS. 16 and 17 Such an example is shown in FIGS. 16 and 17 as modified examples.
  • laser welding is performed by reciprocating the laser beam in the horizontal direction above and below the opening window 62.
  • such a scanning pattern is also effective in a shape in which the thin region 61 is closer to a rectangular shape than a circular shape.
  • the laser beam may be scanned in a spiral shape above and below the opening window 62, and laser welding may be performed so as to fill these regions.
  • the thin region is a region for laser welding with the electrode terminal, but it is not necessary to weld the entire thin region, and a part of the thin region may not be welded. It is sufficient if the necessary area of the thin region can be laser welded according to the scanning speed and scanning accuracy of the laser beam, the required connection strength, and the like, and such an aspect is also within the scope of the present invention.
  • the above power supply apparatus can be used as a vehicle-mounted power supply.
  • a vehicle equipped with a power supply device an electric vehicle such as a hybrid vehicle or a plug-in hybrid vehicle that runs with both an engine and a motor, or an electric vehicle that runs only with a motor can be used, and it is used as a power source for these vehicles. . (Power supply for hybrid vehicles)
  • FIG. 18 shows an example in which a power supply device is mounted on a hybrid vehicle that travels with both an engine and a motor.
  • a vehicle HV equipped with the power supply device shown in this figure includes an engine 96 and a travel motor 93 that travel the vehicle HV, a power supply device 100 that supplies power to the motor 93, and a generator that charges a battery of the power supply device 100.
  • the power supply apparatus 100 is connected to a motor 93 and a generator 94 via a DC / AC inverter 95.
  • the vehicle HV travels by both the motor 93 and the engine 96 while charging / discharging the battery of the power supply device 100.
  • the motor 93 is driven to drive the vehicle when the engine efficiency is low, for example, during acceleration or low-speed driving.
  • the motor 93 is driven by power supplied from the power supply device 100.
  • the generator 94 is driven by the engine 96 or is driven by regenerative braking when the vehicle is braked to charge the battery of the power supply device 100. (
  • FIG. 19 shows an example in which a power supply device is mounted on an electric vehicle that runs only with a motor.
  • a vehicle EV equipped with the power supply device shown in this figure includes a traveling motor 93 for traveling the vehicle EV, a power supply device 100 that supplies power to the motor 93, and a generator 94 that charges a battery of the power supply device 100.
  • the motor 93 is driven by power supplied from the power supply device 100.
  • the generator 94 is driven by energy when regeneratively braking the vehicle EV and charges the battery of the power supply device 100.
  • the power supply apparatus can be suitably used as a power supply apparatus for a plug-in hybrid electric vehicle, a hybrid electric vehicle, an electric vehicle, or the like that can switch between the EV traveling mode and the HEV traveling mode.
  • a backup power supply device that can be mounted on a rack of a computer server, a backup power supply device for a wireless base station such as a mobile phone, a power storage device for home use and a factory, a power supply for a street light, etc. Also, it can be used as appropriate for applications such as a backup power source such as a traffic light.

Abstract

バスバーと電池セルとの間の接合強度を高め信頼性を向上させるために、正負の電極端子を備える複数の電池セルと、複数の電池セルの内、互いに隣接して配置される電池セル間で対向する電極端子同士を電気接続するバスバー（４０）とを備える電源装置であって、バスバー（４０）が、一方の電池セルの電極端子に接続される第一接続部（４１）と、他方の電池セルの電極端子に接続される、第一接続部（４１）と略平行な第二接続部（５１）と、第一接続部（４１）から折曲された第一折曲部（４３）を介して連続する、第一接続部（４１）と略平行な第一中間部（４５）と、第二接続部（５１）から折曲された第二折曲部（５３）を介して連続する、第二接続部（５１）と略平行な第二中間部（５５）とを備えており、第一中間部（４５）と第二中間部（５５）とを、断面視をＵ字状とする第三折曲部（４７）で連続して接続する。

Description

電源装置及びこれを用いる車両並びにバスバー
　本発明は、電源装置、及びこれを用いる車両、並びに電源装置に用いる電池セルを電気的に接続するためのバスバーに関する。
　二次電池を用いた電源装置が車両の駆動用電源等の用途で利用されている。このような電源装置は、図５の分解斜視図に示すように、複数の電池セル５０１と、複数の絶縁セパレータ５１８と、一対のバインドバー５１５と、一対のエンドプレート５１４とを備えている。それぞれの絶縁セパレータ５１８は、隣接する電池セル５０１の間に介在している。複数の電池セル５０１と複数の絶縁セパレータ５１８が交互に積層されることにより、電池積層体５９９が形成されている。電池セル５０１の積層方向における電池積層体５９９の両端面は、それぞれのエンドプレート５１４によって被覆されている。それぞれのバインドバー５１５は、電池セル５０１の積層方向に沿って延在しており、電池積層体５９９の両端に位置するエンドプレート５１４に固定される。このような電源装置において、電池セル５０１の電極端子５０２は、バスバー５４０を介して電気的に接続されている。バスバー５４０は導電性に優れた金属板で構成されている。
　電源装置を構成する電池セル等の部材は、製造公差が生じるため、隣接する電極端子間の距離は必ずしも一定でなく、この間のばらつきを吸収する必要が生じる。また、電源装置が外力を受けた場合等に、隣接する電池セル同士が相対的に位置ずれすることがあり、このような場合にバスバーで位置ずれを吸収できるよう、バスバーには弾性変形可能なフレキシブル性を持たせることが求められる。
　バスバーにフレキシブル性を持たせる方法として、曲げ加工を施したバスバーが知られている（例えば特許文献１参照）。しかしながら、従来の構成では、電極端子と接続される二つの接続部分の間に、応力を緩衝するための折曲部が位置する形状となっている。この形状では、隣接するセルの端子間の寸法が短いと、バスバーの成形（プレス加工）が難しくなるという問題があった。
　また、近年、電池セルとして、高容量のリチウムイオン二次電池が普及しているところ、このようなリチウムイオン二次電池においては、正極にアルミニウム、負極に銅を使用するものが一般的である。このようなリチウムイオン二次電池同士をバスバーで直列に接続する場合、一方のリチウムイオン二次電池ではアルミニウム製の正極と、他方のリチウムイオン二次電池では銅製の負極を、バスバーによって接続することが必要となる。
　レーザ溶接で異種金属同士を接合すると、金属間化合物が生成され、接続部分の機械強度が脆くなるため、銅板とアルミニウム板を特殊な圧延加工で接続したクラッド材で形成されたバスバーを用いることが行われている（例えば特許文献２参照）。このクラッド材をバスバーとして用いることで、正極はアルミニウム同士、負極は銅同士となるため、金属間化合物の生成を回避でき、信頼性の高いレーザ溶接が得られる。しかしながら、クラッド材のバスバーは高価になるという課題があった。
特開２０１３－１９７０１７号公報 特開２０１４－２２９４８３号公報
　本発明は、このような背景に鑑みてなされたものである。本発明の目的の一は、バスバーと電池セルとの間の接合強度を高め信頼性を向上させた電源装置及びこれを用いる車両並びにバスバー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
　本発明の第１の側面に係る電源装置によれば、正負の電極端子を備える複数の電池セルと、前記複数の電池セルの内、互いに隣接して配置される電池セル間で対向する前記電極端子同士を電気接続するバスバーとを備える電源装置であって、前記バスバーが、一方の電池セルの電極端子に接続される第一接続部と、他方の電池セルの電極端子に接続される、前記第一接続部と略平行な第二接続部と、前記第一接続部から折曲された第一折曲部を介して連続する、前記第一接続部と略平行な第一中間部と、前記第二接続部から折曲された第二折曲部を介して連続する、前記第二接続部と略平行な第二中間部とを備えており、前記第一中間部と第二中間部とを、断面視をＵ字状とする第三折曲部で連続して接続することができる。上記構成により、第一接続部と第二接続部は、第一折曲部、第二折曲部、第三折曲部の３箇所で接続されており、これらが変形することにより第一折曲部と第二接続部との位置関係が変位しても吸収することができ、電池セル間のずれ等を吸収して、電気接続状態を維持でき、ひいては電源装置の信頼性を向上することができる。
　また、第２の側面に係る電源装置によれば、前記第二中間部が第一中間部よりも面積を大きく形成されており、前記第二中間部にさらに、端子接続用の切り欠きを形成することができる。
　さらに、第３の側面に係る電源装置によれば、前記端子接続用の切り欠きを、前記第二中間部に開口された接続穴とできる。
　さらにまた、第４の側面に係る電源装置によれば、前記接続穴を円形状とできる。
　さらにまた、第５の側面に係る電源装置によれば、前記正負の電極端子が、互いに異なる金属で構成されており、前記バスバーを構成する金属が、前記正負の電極端子を構成する金属のいずれかと同種であり、前記バスバーの第一接続部と第二接続部の内、同種金属の電極端子と接合される側を、異種金属の電極端子と接続される側よりも、部分的に幅狭となる領域を形成することができる。上記構成により、レーザ溶接される際に接合強度が相対的に強くなる同種金属同士の接合面と連なる領域を、接合強度が相対的に弱くなる異種金属同士の接合面と連なる領域よりも細くすることで、正負の電極間で接合強度に差が生じることを抑制できる。
　さらにまた、第６の側面に係る電源装置によれば、前記第一接続部と、第二接続部に、それぞれ、部分的に肉厚を薄くした薄肉領域を形成することができる。
　さらにまた、第７の側面に係る電源装置によれば、前記バスバーを、一枚の金属板を折曲して構成することができる。上記構成により、高価なクラッド材等を用いることなく、一枚の金属板で一体的に形成することができ、コストを安価に抑えることが可能となる。
　さらにまた、第８の側面に係る電源装置によれば、前記電極端子の表面を、該電極端子と異なる金属でめっきすることができる。
　さらにまた、第９の側面に係る電源装置によれば、前記電極端子が、銅製であり、前記めっきがニッケル製であり、前記バスバーを、アルミニウム製とできる。
　さらにまた、第１０の側面に係る車両は、上記いずれかの電源装置を備える。
　さらにまた、第１１の側面に係るバスバーによれば、電池セルの電極端子を接続するためのバスバーであって、一方の電池セルの電極端子に接続される第一接続部と、他方の電池セルの電極端子に接続される、前記第一接続部と略平行な第二接続部と、前記第一接続部から折曲された第一折曲部を介して連続する、前記第一接続部と略平行な第一中間部と、前記第二接続部から折曲された第二折曲部を介して連続する、前記第二接続部と略平行な第二中間部とを備えており、前記第一中間部と第二中間部とが、断面視をＵ字状とする第三折曲部で連続して接続することができる。上記構成により、第一接続部と第二接続部は、第一折曲部、第二折曲部、第三折曲部の３箇所で接続されており、これらが変形することにより第一折曲部と第二接続部との位置関係が変位しても吸収することができ、電池セル間のずれ等を吸収して、電気接続状態を維持でき、ひいては電源装置の信頼性を向上することができる。
本発明の一実施例にかかる電源装置の斜視図である。 図１に示す電源装置の電池セルとバスバーの連結構造を示す概略斜視図である。 図２に示す電池セルとバスバーの連結構造を示す分解斜視図である。 図３のバスバーを示す斜視図である。 従来のバスバーによる電極端子との接続状態を示す分解斜視図である。 バスバーの第一接続部の一例を示す拡大平面図である。 比較例の電池セル積層体を示す平面図である。 図７のバスバーを治具で押圧する様子を示す斜視図である。 図８の治具でバスバーを押圧した状態を示す断面図である。 図７のバスバーを治具で押圧する領域を示す拡大平面図である。 図６のバスバーを治具で押圧する様子を示す斜視図である。 変形例に係るバスバーの第一接続部を示す拡大平面図である。 他の変形例に係るバスバーの第一接続部を示す拡大平面図である。 図６のバスバーに対するレーザ溶接パターンの一例を示す拡大平面図である。 図１２のバスバーに対するレーザ溶接パターンの一例を示す拡大平面図である。 レーザ溶接パターンの他の例を示す拡大平面図である。 レーザ溶接パターンのさらに他の例を示す拡大平面図である。 エンジンとモータで走行するハイブリッド車に電源装置を搭載する例を示すブロック図である。 モータのみで走行する電気自動車に電源装置を搭載する例を示すブロック図である。
　以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。ただし、以下に示す実施形態は、本発明の技術思想を具体化するための例示であって、本発明は以下のものに特定されない。また、本明細書は特許請求の範囲に示される部材を、実施形態の部材に特定するものでは決してない。さらに以下の説明において、同一の名称、符号については同一若しくは同質の部材を示しており、詳細説明を適宜省略する。さらに、本発明を構成する各要素は、複数の要素を同一の部材で構成して一の部材で複数の要素を兼用する態様としてもよいし、逆に一の部材の機能を複数の部材で分担して実現することもできる。
　本発明の電源装置は、ハイブリッド車や電気自動車などの電動車両に搭載されて走行モータに電力を供給する電源、太陽光発電や風力発電などの自然エネルギーの発電電力を蓄電する電源、あるいは深夜電力を蓄電する電源など、種々の用途に使用され、とくに大電力、大電流の用途に好適な電源として使用される。
　図１に示す電源装置は、複数の電池セル１を絶縁セパレータ１８を挟んで互いに絶縁して積層状態に固定している。図１には、電池セル１の一例として電池セル１は角形電池が図示されている。さらに、電池セル１は、リチウムイオン二次電池などの電池を用いることができる。ただし、本発明の電源装置は、電池セルを角形電池には特定せず、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、たとえばリチウムイオン二次電池以外の非水系電解液二次電池やニッケル水電池セルなども使用できる。
（角形電池）
　角形電池は、図２と図３に示すように、絶縁材１１を介して封口板１２に正負の電極端子２を固定している。なお、図２及び図３は、電池セル１とバスバー４０の接続状態をわかりやすくするために、複数の電池セル１の間に積層される絶縁セパレータ１８と複数のバスバー４０を定位置に配置するバスバーホルダ２０（図１に示す。詳細は後述する。）を省略した図を示している。正負の電極端子２は、接合面２Ｂを有する端子台と、接合面２Ｂから突出する突出部２Ａと、を有している。接合面２Ｂは、封口板１２の表面と平行な平面状としている。また、この接合面２Ｂの中央部に突出部２Ａを設けている。図３に示す電極端子２は、突出部２Ａを円柱状としている。ただ、突出部は、必ずしも円柱状とする必要はなく、図示しないが、多角柱状又は楕円柱状とすることもできる。
　積層される複数の電池セル１は、固定部品１３で定位置に固定されて直方体の電池ブロック１６としている。固定部品１３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１４と、このエンドプレート１４に、端部を連結して積層状態の電池セル１を加圧状態に固定する締結部材１５とからなる。
　電池ブロック１６は、電池セル１の電極端子２を設けている面、図２等においては封口板１２を同一平面となるように積層している。図１と図２の電源装置は、電池ブロック１６の上面に正負の電極端子２を配設している。電池ブロック１６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電池セル１を積層している。電池ブロック１６は、図３に示すように、電池ブロック１６の両側において、隣接する電極端子２を金属板のバスバー４０で連結して、電池セル１を直列に接続している。
　バスバー４０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、あるいは並列に接続する。電源装置は、電池セル１を直列に接続して出力電圧を高くし、電池セル１を直列と並列に接続して、出力電圧と出力電流を大きくできる。
　バスバー４０は、電極端子２の上に案内することができるように位置決め部を有している。図２と図３のバスバー４０は、位置決め部として両端部に開口窓６２を設けて、各々の開口窓６２に、隣接して配設している電池セル１の電極端子２の突出部２Ａを案内している。図２と図３のバスバー４０は、開口窓６２を貫通孔として、ここに突出部２Ａを挿入している。開口窓６２は、電極端子２の突出部２Ａを案内できる内径としている。なお、バスバーの位置決め部は、必ずしも貫通孔でなくてもよく、電極端子２の突出部２Ａを利用してバスバーの位置決めを行うことができる形状であればよい。図示はしないが、例えば、位置決め部をバスバーの一部を切り欠いて形成される切り欠き部とすることもできる。
（バスバーホルダ２０）
　バスバー４０は、図１に示すバスバーホルダ２０で定位置に配置されて、電極端子２の突出部２Ａを開口窓６２に案内する。バスバーホルダ２０は、プラスチック等の絶縁材で成形されて、バスバー４０を定位置に配置する。バスバーホルダ２０は、電池ブロック１６に連結されて、バスバー４０を定位置に配置する。バスバーホルダ２０は、角形電池の間に積層している絶縁セパレータ１８に連結されて定位置に配置され、あるいは角形電池に連結されて、電池ブロック１６の定位置に連結される。図１に示すバスバーホルダ２０は、複数のバスバー４０を定位置に配置する枠形状のホルダ本体２０Ａとホルダ本体２０Ａの上方開口部を閉塞するカバープレート２０Ｂとを備えている。ホルダ本体２０Ａは、複数のバスバー４０が定位置に配置された状態で電池ブロック１６の上面に配置されて、各バスバー４０の開口窓６２が電極端子２の突出部２Ａに配置される。さらに、この状態で、ホルダ本体２０Ａの上方開口部からレーザ光が照射されて、バスバー４０が電極端子２に溶着される。全てのバスバー４０が電極端子２に溶着された後、ホルダ本体２０Ａの上方開口部をカバープレート２０Ｂで閉塞する。
（バスバー４０）
　バスバー４０の斜視図を図４に示す。このバスバー４０は、第一接続部４１と、第二接続部５１と、これらを連結する連結部４９を備えている。これらの部材は、金属板を折曲するなどして一体に成形される。また、導電性に優れた部材で構成される。好ましくはアルミニウム製や、銅製等とする。
　第一接続部４１は、一方の電池セルの電極端子２（図３においては左側）に接続される。また第二接続部５１は、他方の電池セルの電極端子２（図３においてはその右側）に接続される。第一接続部４１と第二接続部５１は、ほぼ平行に隣接される。これにより、封口板がほぼ同一面となるように積層された電池セル集合体の、隣接する電極端子２同士を接続できる。また、図３、４に図示するように、開口窓６２を第一接続部４１及び第二接続部５１に形成することができる。
（連結部４９）
　また、第一接続部４１と第二接続部５１は、連結部４９を介して接続されている。連結部４９は、第一折曲部４３と、第一中間部４５と、第二折曲部５３と、第二中間部５５と、第三折曲部４７を備えている。第一接続部４１と第一中間部４５は、第一折曲部４３を介して接続されている。また第二接続部５１と第二中間部５５は、第二折曲部５３を介して接続されている。さらに第一中間部４５と第二中間部５５とは、第三折曲部４７を介して接続されている。
（第一折曲部４３）
　ここで第一折曲部４３は、第一接続部４１から第一接続折曲領域４２で折曲されており、さらに第一中間部４５との間も、第一中間折曲領域４４で折曲されている。好ましくは、第一折曲部４３と第一接続部４１との第一接続折曲領域４２も、第一折曲部４３と第一中間部４５との第一中間折曲領域４４も、ほぼ直角に折曲させて、第一接続部４１と第一折曲部４３と第一中間部４５とを階段状に構成する。これらの第一接続部４１と第一折曲部４３と第一中間部４５とを一枚の金属板を折曲して構成し、かつ第一接続部４１のみを電池セルに固定する一方、第一中間部４５は固定せずに電池セルに対して浮かした状態とすることで、第一接続部４１と第一中間部４５との距離が相対的に変化しても、第一折曲部４３の第一接続折曲領域４２と第一中間折曲領域４４が折曲して変形することで、これを吸収することができる。
（第二折曲部５３）
　同様に、第二折曲部５３も、第二接続部５１から第二接続折曲領域５２で折曲されており、さらに第二中間部５５との間も、第二中間折曲領域５４で折曲されている。好ましくは、第二折曲部５３と第二接続部５１との第二接続折曲領域５２も、第二折曲部５３と第二中間部５５との第二中間折曲領域５４も、ほぼ直角に折曲させて、第二接続部５１と第二折曲部５３と第二中間部５５とを階段状に構成する。これらの第二接続部５１と第二折曲部５３と第二中間部５５も一枚の金属板で構成し、かつ第二接続部５１側を電池セルに固定し、第二中間部５５を電池セルに対して固定しないことで、第二接続部５１と第二中間部５５との相対的な距離の変化を第二折曲部５３の第二接続折曲領域５２と第二中間折曲領域５４で吸収することができる。
（第三折曲部４７）
　さらに第一中間部４５と第二中間部５５との間は、第三折曲部４７を介して接続されている。具体的には第一中間部４５と第三折曲部４７とは、第三中間折曲領域４６を介して、また第二中間部５５と第三折曲部４７とは、第四中間折曲領域５６を介して、それぞれ接続されている。第三折曲部４７も、好ましくは第一中間部４５と第二中間部５５と同じ部材、例えば金属板を折曲して構成されている。さらに第三折曲部４７は、垂直断面視においてＵ字状に形成されており、この部分が変形することで、第一中間部４５と第二中間部５５との間の距離が相対的に変化しても、これを吸収することができる。なお、第三折曲部の垂直断面形状はＵ字状に限定されず、例えば逆の山形に構成してもよい。
　ここで、第一中間部４５と第一接続部４１、第二中間部５５と第二接続部５１を、それぞれほぼ並行に構成する。また第一中間部４５と第二中間部５５を、それぞれほぼ並行に、好ましくはほぼ同一平面上に構成する。そして、第一中間部４５を平面視においてほぼ矩形状として、第一接続折曲領域４２と、第三中間折曲領域４６とを、ほぼ直角となるように、隣接する辺に設ける。同様に第二中間部５５もほぼ矩形状として、第二接続折曲領域５２と、第四中間折曲領域５６とを、ほぼ直角となるように、隣接する辺に設ける。この結果、図４に示すように、第一接続部４１と第二接続部５１との距離が、Ｘ軸方向に相対的に変化しても、第三折曲部４７が変形することで、これを吸収できる。またＹ軸方向への相対的な変化は、第一折曲部４３、第二折曲部５３が変形することでこれを吸収できる。さらにＺ軸方向への相対的な変化も、これら第一折曲部４３、第二折曲部５３が変形することでこれを吸収できる。このように、第一折曲部４３と、第一中間部４５と、第二折曲部５３と、第二中間部５５と、第三折曲部４７で構成される連結部４９は、第一接続部４１と第二接続部５１の相対的な距離が、ＸＹＺ方向のいずれに変化しても、これを吸収することができる。この結果、図５の分解斜視図に示すような、電極端子５０２同士を平板状のバスバー５４０で直接接続する構成に比べ、図４の構成では、第一接続部４１と第二接続部５１との相対的な変位によって、電極端子２とバスバー４０との溶接部分に負荷がかかって溶接部位が破損、破断、剥離するといった問題を回避することができる。
　以上のように、第一接続部４１と第二接続部５１を連結する連結部４９に、ＸＹＺ方向に変形可能な緩衝機構を持たせることで、製造時や組立時における電池セルの公差を吸収できる。また電源装置の使用時においても、電池セルの充放電による膨張や、衝撃や振動等の外力により、第一接続部４１と第二接続部５１の相対位置にずれが生じても、これを連結部４９の緩衝機構でもって吸収することで、第一接続部４１や第二接続部５１に直接負荷が印加されて破損や破断、剥離が生じる事態を回避でき、電池セル同士の接続の信頼性を高めることができる。
　また、中間部を、中間電位の検出端子として利用することもできる。特にリチウムイオン二次電池を電池セルとして用いる場合等、電池の状態を正確に管理するために中間電位の検出が行われており、このため中間電位を検出するための中間電位検出用端子を接続する必要がある。このため、衝撃吸収機構を有する中間部を、このような中間電位検出用端子を接続するための部材に兼用できる。
（端子接続用の切り欠き）
　図４の例では、一方の中間部である第二中間部５５に、端子接続用の切り欠きを形成している。この例では、第二中間部５５を第一中間部４５よりも面積を大きく形成しており、その一部に端子接続用の切り欠きを形成し易くしている。また端子接続用の切り欠きは、第二中間部５５に開口された接続穴５８としている。接続穴５８は、図４の例では円形としている。円形の接続穴５８は、中間電位検出用端子をねじ止め等で固定し易く、また端子との接触面積を広くして接触抵抗を低減できる等利点がある。ただ、この構成に限らず、端子接続用の切り欠きを矩形状や長穴、楕円などとしてもよい。また、開口に限らず、凹部等とすることもできる。
（薄肉領域６１）
　また、このようなバスバー４０は、電池セルの電極端子２とレーザ溶接するための溶接領域、すなわち接合領域を設けている。具体的には、接合領域の一態様として、第一接続部４１と第二接続部５１にそれぞれ、他の領域よりも部分的に肉厚を薄くした薄肉領域６１を設けている。一例として、第一接続部４１の薄肉領域６１を示すバスバーの拡大平面図を図６に示す。
（開口窓６２）
　また薄肉領域６１の一部に、部分的に開口された開口窓６２を形成している。レーザ溶接する際は、電極端子２の接合面２Ｂの上に密着させるように重ねて配置された薄肉領域６１に対して、上面からレーザ光を照射し、薄肉領域６１を貫通させて接合面２Ｂと一緒に溶かし、溶接させている。この際、バスバー４０と電極端子２とを正確に位置決めする必要がある。そこで、図６の拡大平面図に示すように開口窓６２から電極端子２の突出部２Ａを表出させて、これをバスバー４０と電極端子２との相対的な位置決め用のガイドとして利用する。また、レーザ光を照射させる溶接位置を制御するための位置決めとしても利用できる。例えば、開口窓６２から表出させた電極端子２の突出部２Ａを、画像処理によって検出して、この位置を基準としてレーザ光の走査位置を制御する。これにより、バスバー４０と電極端子２の端子台との間に接合部が形成される。
　開口窓６２は、電池セルの積層方向に沿って延長された矩形状に形成されている。矩形状の開口窓６２は、電極端子２の突出部２Ａの外径よりも大きい幅に形成することもできるが、好ましくは、矩形状の開口窓６２の幅を、電極端子２の突出部２Ａよりも狭くしつつ、開口窓６２の長手方向の略中央を幅広にして、突出部２Ａを挿入できる大きさに形成する。このようにすることで、開口窓６２の幅狭部分に突出部２Ａが誤挿入されることを防止しながら、突出部２Ａの両側の開口窓６２から端子台の接合面２Ｂを露出させることができる。開口窓６２から露出される接合面２Ｂは、バスバーの高さ検出に利用される。また、開口窓６２の面積を小さく抑えることができ、その分だけレーザ溶接可能な薄肉領域６１の面積を確保し、接続強度を向上させることができる。図６の例では、横方向に長い長方形状の開口窓６２の中央に、突出部２Ａの円形状の外形に沿った円弧状の幅広領域６３を形成している。
（薄肉領域６１の形状）
　薄肉領域６１は、電池セルの積層方向に長い楕円形状に形成している。これによって、バスバーの小型化とレーザ溶接の強度確保を両立することができる。この様子を、図７～図１０に示す比較例に基づいて説明する。比較例の薄肉領域６１は、円形状に形成されている。この構成のバスバー７４０を用いて、図７の平面図に示すような複数枚の角型電池セル７０１を積層した電池セル積層体で電極端子７０２と溶接する際、図８の斜視図に示すように、各バスバー７４０を電池セル７０１の電極端子７０２上に配置した状態で、治具ＪＧを用いてバスバー７４０を上面から押圧して、さらに図９の断面図に示すようにレーザ光を走査させてバスバー７４０と電極端子７０２を溶接していた。しかしながらこの構成では、図１０の拡大平面図に示すように、円形状のレーザ溶接パターンＬＰの周囲に、治具ＪＧで押圧する押圧領域ＰＡを設ける必要があり、この分だけバスバー７４０の面積を大きくしなければならず、小型化の妨げとなる。一方で、近年は電源装置の小型化、軽量化の要求も強く、特に車載用途においては燃費向上等の観点からも、一層の小型化が求められている。この要求に応えるため、バスバーのサイズを大きくすることなく、上述したレーザ溶接を行おうとすれば、治具や絶縁壁の配置スペースの関係上、溶接可能な面積が狭くなり、バスバーの溶接強度を向上させることの妨げとなる。このように、バスバーの溶接強度と小型化の要求とは相反するため、これらを両立させることが困難であった。
　そこで本実施の形態においては、図６の平面図に示すように、薄肉領域６１を円形でなく、電池セル１の積層方向、図において横方向に長くして、逆に縦方向に短くした楕円形状に形成している。さらに、溶接時にバスバー４０を押圧する治具ＪＧ’の押圧領域を、左右すなわち電池セル１の積層方向においては排除し、薄肉領域６１を挟む上下方向のみとした（図１１の斜視図参照）。これにより、治具を配置していたスペースを、溶接に利用できるようになり、その分だけ接合強度を増すことが可能となる。この結果、バスバー４０の左右方向を広く確保する必要をなくし、バスバーの小型化にも寄与できる。
（開口窓６２の偏心配置）
　薄肉領域６１に開口窓６２を設けたことで、薄肉領域６１を上下方向、すなわち楕円形状の短辺方向に概ね二分したことになる。ここで、開口窓６２を薄肉領域６１に設ける位置は、図１２の平面図に示す例では、楕円形状の短辺方向、いいかえると電池セル１の積層方向と交差する方向（図において上下方向）における薄肉領域６１のほぼ中央としている。ただ、好ましくは、図６の変形例に示すように、開口窓６２を、短辺方向において、第一接続折曲領域４２から遠ざかる方向に偏心させて設けることが好ましい。このようにすることで、レーザ光を走査させるレーザ溶接パターンＬＰの面積を、第一接続折曲領域４２側でより広く確保することができる。上述の通り、バスバー４０は連結部４９の変形でもって、第一接続部４１と第二接続部５１との相対的な位置ずれを吸収している。第一接続部４１に着目すると、第一接続折曲領域４２を介して第一折曲部４３と連続されている。ここで、隣接する電池セル１間で相対的な位置ずれが生じ、電極端子２の位置が変位すると、第一接続折曲領域４２で折曲される等して、変位分を吸収しようとする。いいかえると、第一接続折曲領域４２で折曲が生じる。このような第一接続折曲領域４２の折曲は、第一接続部４１が電極端子２の接合面２Ｂから剥離される方向に働く。いいかえると、第一接続部４１の接合領域である薄肉領域６１は、第一接続折曲領域４２に近い側に、より応力が作用する傾向にあるということができる。そこで、このような応力が作用しやすい部位をより強固に溶接するよう、薄肉領域６１の内、第一接続折曲領域４２に近い側で広い面積にて溶接されるよう、開口窓６２を第一接続折曲領域４２から遠ざける方向に偏心させている。この結果、肉薄領域の楕円形状の長辺側の上下の肉薄領域は、第一接続折曲領域４２と近い側の方が、遠い側よりも広くなり、広い面積で連続的にレーザ溶接が行われて、より強い接合強度を発揮し易くなり、この部分での剥離や破断等を回避でき、レーザ溶接の信頼性の向上に寄与しうる。
　また、上記の観点から薄肉領域６１の楕円形状は、第一接続折曲領域４２側に、直線状の領域を設けることが好ましい。図１０に示すような比較例の円形の薄肉領域７６１の場合、上述のように第一接続部４１を剥離する方向に応力が働くと、第一接続折曲領域４２と最も近い点ＣＰに応力が集中することとなる。一点に応力が集中すると、破断等の可能性が高くなる。そこで、図１２、図６等に示すように、第一接続折曲領域４２と近い側を直線状とすることで、応力を点でなく線で受けることができ、耐性を高めることが可能となって信頼性向上に寄与しうる。このような観点から、薄肉領域６１の楕円形状は、長辺側を直線状としたトラック形状とすることが好ましい。あるいは、図１３の変形例に示すように、第一接続折曲領域４２に近い側のみを直線状とした楕円形状としてもよい。あるいはまた、後述する図１６、図１７等に示すように、面取りした長方形に近い形状等としてもよい。このような形状も、本明細書においては楕円形状に含める意味で使用する。また、応力集中の観点では、必ずしも接合部を楕円形状に限る必要はない。剥離する方向に対して直交する向きに直線状の接合部が形成されていれば、バスバーに大きな力が加わった際にバスバーの破断を防止することができる。従って、例えば、図１６に図示する他の実施形態のように、薄肉領域６１の長径方向に沿って延在する複数の直線状接合部を形成するようにレーザ光を走査させてもよい。なお、上述のとおり、第一接続折曲領域４２に近い側に応力が集中するため、第一接続折曲領域４２に近い側の直線状接合部が形成性される範囲は、第一接続折曲領域４２に遠い側の直線状接合部が形成される範囲よりも広くなるように構成することが好ましい。
　以上の通り、連結部４９側（第一接続折曲領域４２に近い側）が短径方向となる楕円状に楕円接合部を形成する、あるいは、連結部４９側に直線状接合部を形成することで、第一接続部４１を剥離する方向に働く応力に対して、接合強度を高めることができる。接合強度を向上できることで、バスバーを安価な金属板で構成することが可能となる。従来よりレーザ溶接に用いるバスバーには、接合強度の信頼性の観点からクラッド材が用いられてきた。近年、電池セルとして、高容量のリチウムイオン二次電池が普及しているところ、このようなリチウムイオン二次電池においては、正極にアルミニウム、負極に銅を使用するものが一般的である。このようなリチウムイオン二次電池同士をバスバーで直列に接続する場合、一方のリチウムイオン二次電池ではアルミニウム製の正極を、他方のリチウムイオン二次電池では銅製の負極を、それぞれ接続することが必要となって、正極側と負極側で金属材量が異なることになる。しかしながら、レーザ溶接でこのような異種金属同士を接合する際、金属間化合物が生成され、接続部分の機械強度が脆くなるという問題があった。これを回避するため、バスバーに銅板とアルミニウム板を特殊な圧延加工で接続したクラッド材を用いることが行われている。このクラッド材をバスバーとして用いることで、正極はアルミニウム同士、負極は銅同士となるため、金属間化合物の生成を回避でき、信頼性の高いレーザ溶接が得られる。しかしながら、クラッド材のバスバーは高価になるという課題があった。これに対して、上述の通り治具ＪＧ’を工夫して、図１１に示すように電池セルの積層方向には治具を配置しないようにすることで、その分だけ溶接可能な薄肉領域を増やし、レーザ溶接の面積を大きくすることで接合強度を確保している。この結果、クラッド材を使用せずとも、一の金属板のみで構成したバスバーを利用可能として、コストの大幅な削減が可能となる。この例では、バスバーを安価なアルミニウム製としているが、銅製とすることもできる。
　さらに、必要に応じて電極端子の表面にめっきを施してもよい。特に、異種金属間接合となる負極側の銅製の電極端子を、アルミニウム製のバスバーと接合しようとすると、電位差によって局部電池が形成され、ガルバニック腐食（異種金属接触腐食）が生じ、強度が低下したり、電気抵抗が劣化する可能性があった。そこで、銅製の負極側電極端子の表面にニッケルめっきを施すことで、腐食防止効果を高めることができる。
　さらに、ニッケルめっきにより、レーザ溶接を行い易くできる利点も得られる。銅製の電極端子は、光沢があるためレーザ光を照射すると表面で反射されて加熱、溶融が進み難いという問題がある。これに対してニッケルめっきを表面に施すことで、ニッケルと銅との融点の差により、ニッケルが先に溶融されることで、銅が溶融され易くなる。この結果、銅表面の光沢が失われて、レーザ光が反射されずに吸収される成分が多くなり、溶融が促進される結果、レーザ溶接をスムーズに進行させることが可能となる。
（電源装置の製造方法）
　ここで、電源装置の製造方法として、バスバー４０を電極端子２にレーザ溶接する方法について説明する。まず、正負の電極端子２を一面に備える電池セル１を、複数枚積層した電池セル積層体を用意する。そして、隣接する電池セル１の電極端子２同士の上に、バスバー４０を、電極端子２に対して位置決めして配置する。さらに、肉薄領域にレーザ光を走査させて、バスバー４０と電極端子２とを溶接して接合する。
（レーザ溶接パターンＬＰ）
　次に、図６に示した楕円形状の薄肉領域６１に対して、レーザ光を照射する走査パターン、すなわちレーザ溶接パターンＬＰの例を、図１４の平面図に示す。この図において太線で示すように、開口窓６２を薄肉領域６１のほぼ中央に形成した例においては、レーザ光を開口窓６２の周囲を幾重にも囲むように楕円状に走査させる。これにより、電極端子２の端子台とバスバー４０とを楕円形状に接合する楕円接合部が形成される。
　また、図１２の平面図に示すように、第一接続折曲領域４２側を広く確保するように開口窓６２を下側に偏心させた構成においては、図１５の拡大平面図に示すように、開口窓６２の周囲でレーザ光を回転させるように円弧状に走査させることに加えて、上側の広い領域は、横方向に往復させるように走査させて、効率良くレーザ光を走査させることが可能となる。レーザ光を走査させる順序としては、最初に開口窓６２の周囲を内側から外側に向かって渦巻き状に走査させ、所定の幅の環状に走査し終えた後、そのまま開口窓６２の上側で水平方向に直線状の往復走査を行い、往復移動の端縁に至ると下から上に向かって移動させて、往復走査を繰り返す。あるいは、端縁での移動に代えて、ジグザグ状に走査してもよい。
　以上の例では、開口窓６２の左右、すなわち電池セル１の積層方向における開口窓６２と薄肉領域６１との間にもレーザ光を走査させて、レーザ溶接される接合面積を確保している。この構成により、接合面積を増やして接合強度を高めている。ただ、本発明はこの構成に限らず、開口窓の側面をレーザ溶接しないで、開口窓の上下のみを溶接するよう構成することもできる。特に、バスバーを一層小型化した結果、開口窓の側面に、薄肉領域６１が殆どないような場合や、レーザ光の走査精度等の関係から、正確なレーザ光の走査制御が困難な場合等には、このような部位へのレーザ光走査を省略して、作業工程を簡略化しタクトタイムの短縮を図ることもできる。このような例を、変形例として図１６、図１７に示す。図１７の例では、開口窓６２の上下で、レーザ光を水平方向に往復走査させてレーザ溶接を行っている。特に、薄肉領域６１が円形よりも矩形状に近いような形状においては、このような走査パターンも有効である。あるいは、図１７に示すように、開口窓６２の上下で渦巻き状にレーザ光を走査させて、これらの領域を埋めるようにレーザ溶接してもよい。
　なお、上述の通り薄肉領域は電極端子とレーザ溶接するための領域であるが、薄肉領域のすべてを溶接する必要はなく、薄肉領域の一部を溶接しない状態としてもよい。レーザ光の走査速度や走査精度、要求される接続強度等に応じて、薄肉領域の必要な面積をレーザ溶接できれば足り、このような態様も本願発明の範囲内とする。
　以上の電源装置は、車載用の電源として利用できる。電源装置を搭載する車両としては、エンジンとモータの両方で走行するハイブリッド車やプラグインハイブリッド車、あるいはモータのみで走行する電気自動車等の電動車両が利用でき、これらの車両の電源として使用される。
（ハイブリッド車用電源装置）
　図１８に、エンジンとモータの両方で走行するハイブリッド車に電源装置を搭載する例を示す。この図に示す電源装置を搭載した車両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に電力を供給する電源装置１００と、電源装置１００の電池を充電する発電機９４とを備えている。電源装置１００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、電源装置１００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、例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、電源装置１００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、電源装置１００の電池を充電する。
（電気自動車用電源装置）
　また図１９に、モータのみで走行する電気自動車に電源装置を搭載する例を示す。この図に示す電源装置を搭載した車両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に電力を供給する電源装置１００と、この電源装置１００の電池を充電する発電機９４とを備えている。モータ９３は、電源装置１００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、電源装置１００の電池を充電する。
　本発明に係る電源装置及びこれを用いる車両並びにバスバーは、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、電気自動車等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、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、信号機等のバックアップ電源用等の用途にも適宜利用できる。
１…電池セル２…電極端子２Ａ…突出部２Ｂ…接合面１１…絶縁材１２…封口板１３…固定部品１４…エンドプレート１５…締結部材１６…電池ブロック１８…絶縁セパレータ２０…バスバーホルダ２０Ａ…ホルダ本体２０Ｂ…カバープレート４０…バスバー４１…第一接続部４２…第一接続折曲領域４３…第一折曲部４４…第一中間折曲領域４５…第一中間部４６…第三中間折曲領域４７…第三折曲部４８…切り欠き凹部４９…連結部５１…第二接続部５２…第二接続折曲領域５３…第二折曲部５４…第二中間折曲領域５５…第二中間部５６…第四中間折曲領域５８…接続穴６１…薄肉領域６２…開口窓６３…幅広領域９３…モータ９４…発電機９５…ＤＣ／ＡＣインバータ９６…エンジン１００…電源装置５０１、７０１…電池セル５０２、７０２…電極端子５１４…エンドプレート５１５…バインドバー５１８…絶縁セパレータ７２０…バスバーホルダ５４０、７４０…バスバー７６１…薄肉領域５９９…電池積層体ＬＰ…レーザ溶接パターンＰＡ…押圧領域ＪＧ、ＪＧ’…治具ＨＶ…ハイブリッド車ＥＶ…電気自動車

Claims (11)

  1. 　正負の電極端子を備える複数の電池セルと、
    　前記複数の電池セルの内、互いに隣接して配置される電池セル間で対向する前記電極端子同士を電気接続するバスバーとを備える電源装置であって、
    　前記バスバーが、
    　　一方の電池セルの電極端子に接続される第一接続部と、
    　　他方の電池セルの電極端子に接続される、前記第一接続部と略平行な第二接続部と、
    　　前記第一接続部から折曲された第一折曲部を介して連続する、前記第一接続部と略平行な第一中間部と、
    　　前記第二接続部から折曲された第二折曲部を介して連続する、前記第二接続部と略平行な第二中間部と、を備えており、
    　前記第一中間部と第二中間部とが、断面視をＵ字状とする第三折曲部で連続して接続されてなる電源装置。
  2. 　請求項１に記載される電源装置であって、
    　前記第二中間部が第一中間部よりも面積を大きく形成されており、
    　前記第二中間部はさらに、端子接続用の切り欠きを形成してなる電源装置。
  3. 　請求項２に記載される電源装置であって、
    　前記端子接続用の切り欠きが、前記第二中間部に開口された接続穴である電源装置。
  4. 　請求項３に記載される電源装置であって、
    　前記接続穴が円形状である電源装置。
  5. 　請求項１～４のいずれか一項に記載される電源装置であって、
    　前記正負の電極端子が、互いに異なる金属で構成されており、
    　前記バスバーを構成する金属が、前記正負の電極端子を構成する金属のいずれかと同種であり、
    　前記バスバーの第一接続部と第二接続部の内、同種金属の電極端子と接合される側を、異種金属の電極端子と接続される側よりも、部分的に幅狭となる領域を形成してなる電源装置。
  6. 　請求項１～５のいずれか一項に記載される電源装置であって、
    　前記第一接続部と、第二接続部が、それぞれ、部分的に肉厚を薄くした薄肉領域を形成してなる電源装置。
  7. 　請求項１～６のいずれか一項に記載される電源装置であって、
    　前記バスバーが、一枚の金属板を折曲して構成されてなる電源装置。
  8. 　請求項１～７のいずれか一項に記載される電源装置であって、
    　前記電極端子が、その表面を、該電極端子と異なる金属でめっきしてなる電源装置。
  9. 　請求項８に記載される電源装置であって、
    　前記電極端子が、銅製であり、
    　前記めっきがニッケル製であり、
    　前記バスバーが、アルミニウム製である電源装置。
  10. 　請求項１～９に記載の電源装置を備える車両。
  11. 　一対の電池セルの電極端子を接続するためのバスバーであって、
    　一方の電池セルの電極端子に接続される第一接続部と、
    　他方の電池セルの電極端子に接続される、前記第一接続部と略平行な第二接続部と、
    　前記第一接続部から折曲された第一折曲部を介して連続する、前記第一接続部と略平行な第一中間部と、
    　前記第二接続部から折曲された第二折曲部を介して連続する、前記第二接続部と略平行な第二中間部と、を備えており、
    　前記第一中間部と第二中間部とが、断面視をＵ字状とする第三折曲部で連続して接続されてなるバスバー。
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