特開 2024-68870 電池モジュール

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024068870

(43)【公開日】2024-05-21

(54)【発明の名称】電池モジュール

(51)【国際特許分類】

   H01M 50/569 20210101AFI20240514BHJP

   H01M 50/209 20210101ALI20240514BHJP

   H01M 50/55 20210101ALI20240514BHJP

   H01M 50/503 20210101ALI20240514BHJP

   H01M 50/507 20210101ALI20240514BHJP

【ＦＩ】

H01M50/569

H01M50/209

H01M50/55 101

H01M50/503

H01M50/507

【審査請求】有

【請求項の数】10

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022179500

(22)【出願日】2022-11-09

(71)【出願人】

【識別番号】520184767

【氏名又は名称】プライムプラネットエナジー＆ソリューションズ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001195

【氏名又は名称】弁理士法人深見特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】田中 知実

【テーマコード（参考）】

5H040

5H043

【Ｆターム（参考）】

5H040AA03

5H040AS07

5H040AT02

5H040AY10

5H040DD03

5H040DD13

5H040DD26

5H040JJ03

5H040LL06

5H043AA13

5H043AA19

5H043BA19

5H043CA04

5H043DA27

5H043FA04

5H043HA08F

5H043JA04F

5H043JA07F

5H043KA19F

(57)【要約】

【課題】過剰設計による製造コストの増大が抑制された電池モジュールを提供する。
【解決手段】電池モジュールは、第１の方向に配列され、筐体と、筐体上に設けられた電極端子とを各々有する複数の電池セルと、複数の電池セルの電極端子を接続する板状のバスバーと、バスバーの電圧を検出するための電圧検出線と、電圧検出線と電気的に接続され、バスバーの少なくとも一部を挟持するように付勢された導電性のクリップ部材とを備える。
【選択図】図５

【特許請求の範囲】

【請求項1】

第１の方向に配列され、筐体と、前記筐体上に設けられた電極端子とを各々有する複数の電池セルと、
前記複数の電池セルの前記電極端子を接続する板状のバスバーと、
前記バスバーの電圧を検出するための電圧検出線と、
前記電圧検出線と電気的に接続され、前記バスバーの少なくとも一部を挟持するように付勢された導電性のクリップ部材とを備えた、電池モジュール。

【請求項2】

前記電圧検出線は、前記第１の方向から前記クリップ部材にカシメ接続される、請求項１に記載の電池モジュール。

【請求項3】

前記クリップ部材は、前記バスバーを挟持するコの字状部分を含む、請求項１または請求項２に記載の電池モジュール。

【請求項4】

前記コの字状部分は、前記第１の方向に直交する第２の方向から前記バスバーに嵌合される、請求項３に記載の電池モジュール。

【請求項5】

前記バスバーは、前記クリップ部材の一部を受け入れる溝部を有する、請求項１または請求項２に記載の電池モジュール。

【請求項6】

前記溝部は、前記バスバーの両面に形成される、請求項５に記載の電池モジュール。

【請求項7】

前記バスバーおよび前記クリップ部材の少なくとも一部を取り囲む壁部をさらに備えた、請求項１または請求項２に記載の電池モジュール。

【請求項8】

前記壁部は絶縁性樹脂からなる、請求項７に記載の電池モジュール。

【請求項9】

前記複数の電池セルの前記筐体は角形形状を有する、請求項１または請求項２に記載の電池モジュール。

【請求項10】

前記複数の電池セルは、リチウムイオン電池セルである、請求項１または請求項２に記載の電池モジュール。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本技術は、電池モジュールに関する。

【背景技術】

【0002】

たとえば特許文献１，２に示されるように、バスバーおよび導体、またはバスバーどうしをクリップ部材により挟持して互いに接続することが従来から行われている。

【0003】

また、特許文献３には、配電盤、分電盤等の主回路の電圧、電流を試験計測する際に、配電盤端子等にリード線を接続するための開閉型試験用接続端子が開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２０２１－５１９９９号公報

【特許文献2】特開２０１４－１５４２４６号公報

【特許文献3】特開２００９－１７６６６２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

電圧検出線をバスバーに接続する構造において、ねじ締め構造および溶接構造が用いられている。しかし、ねじ締め構造および溶接構造を採用した場合には、製造コストが増大する。たとえば、電圧検出線とバスバーとの接続構造に要求される抵抗値はｍΩオーダーであるところ、溶接構造を採用した場合の抵抗値はμΩオーダーであり、過剰設計となり得る。

【0006】

本技術の目的は、過剰設計による製造コストの増大が抑制された電池モジュールを提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本技術は、以下の電池モジュールを提供する。

【0008】

［１］第１の方向に配列され、筐体と、筐体上に設けられた電極端子とを各々有する複数の電池セルと、複数の電池セルの電極端子を接続する板状のバスバーと、バスバーの電圧を検出するための電圧検出線と、電圧検出線と電気的に接続され、バスバーの少なくとも一部を挟持するように付勢された導電性のクリップ部材とを備えた、電池モジュール。

【0009】

［２］電圧検出線は、第１の方向からクリップ部材にカシメ接続される、［１］に記載の電池モジュール。

【0010】

［３］クリップ部材は、バスバーを挟持するコの字状部分を含む、［１］または［２］に記載の電池モジュール。

【0011】

［４］コの字状部分は、第１の方向に直交する第２の方向からバスバーに嵌合される、［３］に記載の電池セル。

【0012】

［５］バスバーは、クリップ部材の一部を受け入れる溝部を有する、［１］から［４］のいずれか１項に記載の電池モジュール。

【0013】

［６］溝部は、バスバーの両面に形成される、［５］に記載の電池モジュール。

【0014】

［７］バスバーおよびクリップ部材の少なくとも一部を取り囲む壁部をさらに備えた、［１］から［６］のいずれか１項に記載の電池モジュール。

【0015】

［８］壁部は絶縁性樹脂からなる、［７］に記載の電池モジュール。

【0016】

［９］複数の電池セルの筐体は角形形状を有する、［１］から［８］のいずれか１項に記載の電池モジュール。

【0017】

［１０］複数の電池セルは、リチウムイオン電池セルである、［１］から［９］のいずれか１項に記載の電池モジュール。

【発明の効果】

【0018】

本技術によれば、過剰設計による電池モジュールの製造コスト増大を回避し得る。なお、電圧検出線には大電流が流れないため、必ずしも溶接構造を採用しなくても、要求される抵抗値の仕様を満足することができる。

【図面の簡単な説明】

【0019】

【図1】電池モジュールの基本的構成を示す図である。

【図2】電池セルを示す斜視図である。

【図3】電池モジュールにおけるバスバーの配置を示す図である。

【図4】電池モジュールにおけるバスバーと電圧検出線との接続構造を示す分解斜視図である。

【図5】電池モジュールにおけるバスバーと電圧検出線との接続構造を示す斜視図である。

【図6】図５におけるＶＩ－ＶＩ断面図である。

【図7】バスバーと電圧検出線との接続構造の変形例を示す断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0020】

以下に、本技術の実施の形態について説明する。なお、同一または相当する部分に同一の参照符号を付し、その説明を繰返さない場合がある。

【0021】

なお、以下に説明する実施の形態において、個数、量などに言及する場合、特に記載がある場合を除き、本技術の範囲は必ずしもその個数、量などに限定されない。また、以下の実施の形態において、各々の構成要素は、特に記載がある場合を除き、本技術にとって必ずしも必須のものではない。また、本技術は、本実施の形態において言及する作用効果を必ずしもすべて奏するものに限定されない。

【0022】

なお、本明細書において、「備える（ｃｏｍｐｒｉｓｅ）」および「含む（ｉｎｃｌｕｄｅ）」、「有する（ｈａｖｅ）」の記載は、オープンエンド形式である。すなわち、ある構成を含む場合に、当該構成以外の他の構成を含んでもよいし、含まなくてもよい。

【0023】

また、本明細書において幾何学的な文言および位置・方向関係を表す文言、たとえば「平行」、「直交」、「斜め４５°」、「同軸」、「沿って」などの文言が用いられる場合、それらの文言は、製造誤差ないし若干の変動を許容する。本明細書において「上側」、「下側」などの相対的な位置関係を表す文言が用いられる場合、それらの文言は、１つの状態における相対的な位置関係を示すものとして用いられるものであり、各機構の設置方向（たとえば機構全体を上下反転させる等）により、相対的な位置関係は反転ないし任意の角度に回動し得る。

【0024】

本明細書において、「電池」は、リチウムイオン電池に限定されず、ニッケル水素電池およびナトリウムイオン電池などの他の電池を含み得る。本明細書において、「電極」は正極および負極を総称し得る。また、「電極板」は正極板および負極板を総称し得る。

【0025】

本明細書において、「電池セル」は、ハイブリッド車（ＨＥＶ：Hybrid Electric Vehicle）、プラグインハイブリッド車（ＰＨＥＶ：Plug-in Hybrid Electric Vehicle）、および電気自動車（ＢＥＶ：Battery Electric Vehicle）などに搭載可能である。ただし、「電池セル」の用途は、車載用に限定されるものではない。

【0026】

図１は、電池モジュール１の基本的構成を示す図である。図１に示すように、電池モジュール１は、電池セル１００と、エンドプレート２００と、拘束部材３００とを備える。

【0027】

複数の電池セル１００は、Ｙ軸方向（第１方向）に並ぶように設けられる。これにより、電池セル１００の積層体が形成される。電池セル１００は、電極端子１１０を含む。複数の電池セル１００の間には、図示しないセパレータが介装されている。２つのエンドプレート２００に挟持された複数の電池セル１００は、エンドプレート２００によって押圧され、２つのエンドプレート２００の間で拘束されている。

【0028】

エンドプレート２００は、Ｙ軸方向において電池モジュール１の両端に配置されている。エンドプレート２００は、電池モジュール１を収納するケースなどの基台に固定される。拘束部材３００は、２つのエンドプレート２００を互いに接続する。

【0029】

複数の電池セル１００およびエンドプレート２００の積層体に対してＹ軸方向の圧縮力を作用させた状態で拘束部材３００をエンドプレート２００に固定し、その後に圧縮力を解放することにより、２つのエンドプレート２００を接続する拘束部材３００に引張力が働く。その反作用として、拘束部材３００は、２つのエンドプレート２００を互いに近づける方向に押圧する。

【0030】

図２は、電池セル１００を示す斜視図である。図２に示すように、電池セル１００は、角型形状を有する。電池セル１００は、電極端子１１０と、筐体１２０（外装缶）とを有する。すなわち、電池セル１００は角型二次電池セルである。

【0031】

電極端子１１０は、筐体１２０上に形成されている。電極端子１１０は、Ｙ軸方向（第１の方向）に直交するＸ軸方向（第２の方向）に沿って並ぶ正極端子１１１および負極端子１１２を有する。正極端子１１１および負極端子１１２は、Ｘ軸方向において、互いに離れて設けられている。

【0032】

筐体１２０は、直方体形状を有し、電池セル１００の外観をなす。筐体１２０は、図示しない電極体および電解液を収容するケース本体１２０Ａと、ケース本体１２０Ａの開口を封止する封口板１２０Ｂとを含む。封口板１２０Ｂは、溶接によりケース本体１２０Ａに接合される。

【0033】

筐体１２０は、上面１２１と、下面１２２と、第１側面１２３と、第２側面１２４と、２つの第３側面１２５とを有する。筐体１２０には、ガス排出弁１２６が設けられている。

【0034】

上面１２１は、Ｙ軸方向およびＸ軸方向に直交するＺ軸方向（第３の方向）に直交する平面である。上面１２１には、電極端子１１０が配置されている。下面１２２は、Ｚ軸方向に沿って上面１２１に対向している。

【0035】

第１側面１２３および第２側面１２４の各側面は、Ｙ軸方向に直交する平面からなる。第１側面１２３および第２側面１２４の各側面は、筐体１２０が有する複数の側面のうちで最も大きい面積を有する。第１側面１２３および第２側面１２４の各側面は、Ｙ軸方向に見て、矩形形状を有する。第１側面１２３および第２側面１２４の各側面は、Ｙ軸方向に見て、Ｘ軸方向が長手方向となり、Ｚ軸方向が短手方向となる矩形形状を有する。

【0036】

複数の電池セル１００は、Ｙ軸方向に隣り合う電池セル１００，１００の間において、第１側面１２３どうし、第２側面１２４どうしが向かい合わせとなるように積層されている。これにより、複数の電池セル１００が積層されるＹ軸方向において、正極端子１１１と負極端子１１２とが、交互に並んでいる。

【0037】

ガス排出弁１２６は、上面１２１に設けられている。ガス排出弁１２６は、電池セル１００の温度が上昇し（熱暴走）、筐体１２０の内部で発生したガスにより筐体１２０の内圧が所定値以上となった場合に、そのガスを筐体１２０の外部に排出する。

【0038】

図３は、電池モジュール１におけるバスバー４００の配置を示す図である。図３の例では、隣接する電池セル１００の正極端子１１１と負極端子１１２とがバスバー４００により電気的に接続され、複数の電池セル１００が電気的に直列接続される。

【0039】

すなわち、電池モジュール１は、電極端子１１０を各々有し、所定の方向に沿って配列された複数の電池セル１００と、複数の電池セル１００の電極端子１１０どうしを接続するバスバー４００とを備える。バスバー４００は、たとえば０．８ｍｍ以上１．５ｍｍ以下程度の厚みを有する板状部材である。バスバー４００は、たとえばアルミニウム、銅などにより構成される。

【0040】

図４は、バスバー４００と電圧検出線６００との接続構造を示す分解斜視図である。図５は、図４に示されるバスバー４００と電圧検出線６００とが接続された状態を示す斜視図であり、図６は、図５におけるＶＩ－ＶＩ断面図である。図７は、変形例に係るバスバー４００と電圧検出線６００との接続構造を示す断面図である。

【0041】

図４ないし図７に示すように、導電性素材からなるクリップ部材５００は、バスバー４００を挟持するコの字状部分を含む。クリップ部材５００は、たとえばニッケルめっきが施された真鍮などにより構成される。クリップ部材５００は、Ｘ軸方向からバスバー４００に嵌合される。クリップ部材５００は、バスバー４００を挟持するように付勢されている。

【0042】

電池モジュール１に含まれる各電池セル１００の性能が想定通り発揮されていることを確かめるために、各々のバスバー４００の電位を測定することが一般的に行われる。電圧検出線６００は、各々のバスバー４００の電圧を測定するために設けられる。

【0043】

電圧検出線６００としては、通常よく用いられる銅線が使用可能である。電圧検出線６００は、Ｙ軸方向からクリップ部材５００に接続（たとえばタブカシメ接続）される。これにより、クリップ部材５００と電圧検出線６００とが電気的に接続される。

【0044】

図５に示すように、バスバー４００は、プレート７００および壁部８００を含むバスバーモジュール上に設けられる。壁部８００は、バスバー４００およびクリップ部材５００の少なくとも一部を取り囲むように設けられる。プレート７００および壁部８００は、たとえば絶縁性樹脂からなる。

【0045】

プレート７００における壁部８００に囲まれた領域にバスバー４００が載置される。プレート７００は、Ｙ軸方向に配列された複数の電池セル１００の上方に設けられる。壁部８００は、バスバー４００に接続されたクリップ部材５００にも隣接する。したがって、クリップ部材５００がバスバー４００から意図せずに外れることを抑制し得る。

【0046】

バスバー４００には、クリップ部材５００の一部を受け入れる溝部４１０が形成されている。図５，図６に示すように、クリップ部材５００に設けられた突出部５１０がバスバー４００の溝部４１０に係合する。これにより、クリップ部材５００および電圧検出線６００の位置が固定される。

【0047】

溝部４１０は、図６に示すように、バスバー４００の両面に形成されてもよいし、図７に示すように、バスバー４００の片面にのみ形成されてもよい。なお、図６および図７においては、図示の便宜上、プレート７００および壁部８００を図示していない。

【0048】

電圧検出線６００をバスバー４００に接続するとき、その接続構造に要求される抵抗値はｍΩオーダーである。したがって、抵抗値がμΩオーダーとなる溶接構造を採用すると、過剰設計となり得る。

【0049】

これに対し、本実施の形態に係る電池モジュール１においては、クリップ部材５００をバスバー４００に係合させることによりバスバー４００と電圧検出線６００とを電気的に接続している。このとき、電圧検出線６００には大電流が流れないため、バスバー４００とクリップ部材５００との間に必ずしも溶接を施さなくても、要求される抵抗値の仕様を満足することができる。以上の結果として、過剰設計による電池モジュール１の製造コスト増大を回避し得る。

【0050】

以上、本技術の実施の形態について説明したが、今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本技術の範囲は特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

【符号の説明】

【0051】

１ 電池モジュール、１００ 電池セル、１１０ 電極端子、１１１ 正極端子、１１２ 負極端子、１２０ 筐体、１２０Ａ ケース本体、１２０Ｂ 封口板、１２１ 上面、１２２ 下面、１２３ 第１側面、１２４ 第２側面、１２５ 第３側面、１２６ ガス排出弁、２００ エンドプレート、３００ 拘束部材、４００ バスバー、４１０ 溝部、５００ クリップ部材、５１０ 突出部、６００ 電圧検出線、７００ プレート、８００ 壁部。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】