特許 7486273 電池モジュール

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-05-09

(45)【発行日】2024-05-17

(54)【発明の名称】電池モジュール

(51)【国際特許分類】

   H01M 50/516 20210101AFI20240510BHJP

   H01M 50/503 20210101ALI20240510BHJP

   H01M 50/505 20210101ALI20240510BHJP

   H01M 50/55 20210101ALI20240510BHJP

【ＦＩ】

H01M50/516

H01M50/503

H01M50/505

H01M50/55 101

【請求項の数】 3

(21)【出願番号】P 2021145107

(22)【出願日】2021-09-07

(65)【公開番号】P2023038414

(43)【公開日】2023-03-17

【審査請求日】2023-02-02

(73)【特許権者】

【識別番号】399107063

【氏名又は名称】プライムアースＥＶエナジー株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110000291

【氏名又は名称】弁理士法人コスモス国際特許商標事務所

(72)【発明者】

【氏名】村石 康輔

【審査官】守安 太郎

(56)【参考文献】

【文献】国際公開第２０１６／１５７２６２（ＷＯ，Ａ１）

【文献】国際公開第２０１７／１３０７０６（ＷＯ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｍ ５０／５０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

外面の一部が端子面となっている電池セルと、前記端子面に接合されているバスバーとを有する電池モジュールであって、
前記バスバーには、厚み方向に貫通しており前記端子面の一部を露出させる切り欠き箇所が形成されており、
前記バスバーと前記端子面とを溶接により接合した箇所である溶接痕が形成されており、
前記溶接痕の少なくとも一方の端部が、前記切り欠き箇所、および、前記切り欠き箇所にて露出している前記端子面に掛かっており、
前記バスバーの複数箇所に前記切り欠き箇所が形成されており、
前記溶接痕が、１つの前記切り欠き箇所から他の１つの前記切り欠き箇所に達して形成されている電池モジュール。

【請求項2】

請求項１に記載の電池モジュールであって、
複数の電池セルを有し、
前記バスバーは、隣接して配置された２つの前記電池セルの前記端子面同士を接続するものである電池モジュール。

【請求項3】

請求項１または請求項２に記載の電池モジュールであって、
前記切り欠き箇所が貫通穴である電池モジュール。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示技術は、電池セルの端子面に接合されているバスバーを有する電池モジュールに関する。

【背景技術】

【0002】

電池モジュールでは一般的に、電池セルの外面に設けられた端子面にバスバーが接続されている。バスバーは、接合された電池セルを、例えば他の電池セルと電気的に接続するものである。電池セルにバスバーが接合された従来の電池モジュールとして、例えば、特許文献１に記載されているものを挙げることができる。この文献の電池モジュールでは、バスバーに開口窓を形成しておき、開口窓の内側にて電池セルの端子面を露出させつつ、開口窓の外側にて端子面とバスバーとを接合している。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】国際公開第2017/130706号

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

前記した従来の技術では、電池セルの端子面とバスバーとの接合箇所である溶接痕を、バスバーの開口窓の外側を囲うように大きく形成している。溶接痕を大きく形成する場合、例えば、溶接に要する時間は長くなる傾向にあり、電池モジュールの生産効率は低下してしまう。一方で、溶接時間を短くするほど、形成できる溶接痕は小さくなるため、端子面とバスバーとの接合強度は低下する傾向にある。すなわち、端子面とバスバーとの分離が適切に抑制される溶接痕を、短時間で形成することは困難であった。

【0005】

本開示技術は、前記した従来の技術が有する問題点を解決するためになされたものである。すなわちその課題とするところは、電池セルの端子面とバスバーとの接合が短時間でなされ、これらが接合箇所にて分離しにくい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】

【0006】

本開示技術の一態様は、外面の一部が端子面となっている電池セルと、端子面に接合されているバスバーとを有する電池モジュールであって、バスバーには、厚み方向に貫通しており端子面の一部を露出させる切り欠き箇所が形成されており、バスバーと端子面とを溶接により接合した箇所である溶接痕が形成されており、溶接痕の少なくとも一方の端部が、切り欠き箇所、および、切り欠き箇所にて露出している端子面に掛かっている電池モジュールである。

【0007】

上記態様における電池モジュールには、少なくとも一方の端部が、切り欠き箇所、および、切り欠き箇所にて露出している端子面に掛かっている溶接痕が形成されている。このような溶接痕の端部は、バスバーに端子面から遠ざかる向きの力が作用した際にも、応力が集中しにくい。よって、電池セルの端子面とバスバーとは、その溶接痕の箇所にて分離しにくい。また、この溶接痕は、線状に溶接を行いつつその端部を切り欠き箇所まで伸ばすことで形成できる。溶接の端部を切り欠き箇所まで伸ばすことによって、溶接に要する時間が特段、長くなってしまうことはない。つまり、このような溶接痕は短時間で形成される。従って、上記態様における電池モジュールは、電池セルの端子面とバスバーとの接合が短時間でなされ、これらが接合箇所にて分離しにくい電池モジュールである。

【0008】

上記態様の電池モジュールではさらに、バスバーの複数箇所に切り欠き箇所が形成されており、溶接痕が、１つの切り欠き箇所から他の１つの切り欠き箇所に達して形成されていることが望ましい。このようにすることで、溶接痕の両端部において、バスバーと端子面とが分離してしまうことを抑制できる。

【0009】

上記態様の電池モジュールではさらに、複数の電池セルを有し、バスバーは、隣接して配置された２つの電池セルの端子面同士を接続するものであることが望ましい。このようにすることで、複数の電池セルが適切に接続され、所望の能力を安定して発揮できる電池モジュールを構成できる。

【0010】

上記態様の電池モジュールではさらに、切り欠き箇所が貫通穴であることが望ましい。このようにすることで、貫通穴を、製造工程においては目印等として使用することができる。

【発明の効果】

【0011】

本開示技術によれば、電池セルの端子面とバスバーとの接合が短時間でなされ、これらが接合箇所にて分離しにくい電池モジュールが提供されている。

【図面の簡単な説明】

【0012】

【図1】実施の形態に係る電池モジュールの外観斜視図である。

【図2】電池モジュールにおける電池セルおよびバスバーの斜視図である。

【図3】バスバーの平面図である。

【図4】溶接痕の断面図である。

【図5】比較例に係る溶接痕が形成されたバスバーの平面図である。

【図6】比較例に係る溶接痕の断面図である。

【図7】比較例に係る溶接痕が形成されたバスバーに変形が生じた場合を示す図である。

【図8】比較例に係る溶接痕が形成されたバスバーに変形が生じた場合の溶接痕における応力の発生箇所について説明する図である。

【図9】実施の形態に係る溶接痕が形成されたバスバーに変形が生じた場合の溶接痕における応力の発生箇所について説明する図である。

【発明を実施するための形態】

【0013】

以下、本開示技術を具体化した実施の形態について、添付図面を参照しつつ詳細に説明する。本形態は、図１に示す電池モジュール１に本開示技術を適用したものである。図１の電池モジュール１は、ロアケース２に複数の電池セル３を詰めたものである。複数の電池セル３は、ロアケース２の内部で水平方向に積層して配置されている。電池モジュール１は、実際に使用される場面では図１に示す状態に対してさらにアッパーケース等が取り付けられるが、それらは本開示技術における特徴点ではないのでここでは省略する。

【0014】

本形態における電池セル３は、図２に示されるように角型平板状のものである。電池セル３は、外装体４の内部に発電要素を内蔵したものである。外装体４の上面の両端にはそれぞれ正極端子５、負極端子６が設けられている。電池セル３は、正極端子５、負極端子６を通じて充放電が可能である。正極端子５の上面を正極端子面５１、負極端子６の上面を負極端子面６１としてそれぞれ示している。

【0015】

電池モジュール１内の複数の電池セル３は、図２に示すように、正極端子５と負極端子６とが交互に逆向きになるように配置されている。隣接する電池セル３の正極端子５と負極端子６とを接続するように、バスバー７が配置されている。バスバー７は、導電性の金属板である。本形態のバスバー７は、平板状のものである。バスバー７は、正極端子５の正極端子面５１、負極端子６の負極端子面６１に接続されている。バスバー７の位置は、図２中の右側の列と左側の列とでずれている。これにより、本形態の電池モジュール１において、複数の電池セル３よりなる電池群は、バスバー７によって電気的に直列に接続されている。

【0016】

図３は、バスバー７の平面図である。バスバー７は、正極端子面５１に接続されている正極接続部７１と、負極端子面６１に接続されている負極接続部７２とを有している。正極接続部７１、負極接続部７２には、バスバー７を厚み方向に貫通する貫通穴７５が形成されている。貫通穴７５は、バスバー７の一部を切り欠いて形成された切り欠き箇所である。また貫通穴７５は、正極接続部７１、負極接続部７２にそれぞれ４つずつ形成されている。本形態では、正極接続部７１、負極接続部７２におけるそれぞれ４つの貫通穴７５の配置は、これらを頂点とした四角形が構成される配置である。

【0017】

また、正極接続部７１、負極接続部７２にはそれぞれ、２つの溶接痕８が形成されている。溶接痕８にはドットハッチングを施して示している。溶接痕８はいずれも、２つの貫通穴７５同士の間を結ぶように、線状に形成されている。正極接続部７１に設けられた溶接痕８は、正極接続部７１と正極端子面５１とを溶接により接合することで形成されたものである。負極接続部７２に設けられた溶接痕８は、負極接続部７２と負極端子面６１とを溶接により接合することで形成されたものである。図３に示す線状の溶接痕８はいずれも、電池セル３の幅方向に伸びるように設けられている。

【0018】

図４は、溶接痕８の断面図である。溶接痕８の端部の上部側は、貫通穴７５に掛かっている。溶接痕８の端部の貫通穴７５の箇所よりも下部側は、貫通穴７５にて露出している正極端子面５１または負極端子面６１に掛かっている。すなわち、貫通穴７５同士の間に形成された溶接痕８の両端はそれぞれ、貫通穴７５、および、貫通穴７５にて露出している正極端子面５１または負極端子面６１に掛かっている。また、溶接痕８は、バスバー７の厚み方向について、バスバー７の上面からバスバー７を貫通し、正極端子５、負極端子６にまでおよんでいる。これにより、バスバー７と正極端子面５１または負極端子面６１とを接合している。

【0019】

このような本形態の溶接痕８は、レーザー溶接によって形成されたものである。すなわち、正極端子面５１、負極端子面６１の上にバスバー７を配置しつつ、溶接痕８を形成する箇所の一端から他端にかけてレーザー光の照射位置を移動させる。これにより、レーザー照射によって溶融したバスバー７と正極端子５または負極端子６とは、互いに混ざり合ってその後、固化して溶接痕８となる。本形態の溶接痕８は、隣り合う貫通穴７５同士を結ぶように線状にレーザー光の照射位置を移動することで形成される。よって、レーザー光の照射によって面状の大きな溶接痕を形成する場合と比較して、バスバー７の接合を短時間で行うことができる。

【0020】

また、本形態のように、端部が貫通穴７５に達している溶接痕８は、その端部において、バスバー７が正極端子面５１、負極端子面６１から分離しにくいものである。このことについて、本形態の溶接痕８とは異なる比較例と比較しつつ説明する。

【0021】

図５は、比較例に係る溶接痕９が形成されたバスバー７の平面図である。比較例についても、溶接痕９以外の構成については、上記の実施の形態と同様である。比較例に係る溶接痕９は、本形態に係る溶接痕８よりも短い。具体的に、比較例に係る溶接痕９は、その両端がともに、貫通穴７５に達しない程度の長さである。図６は、比較例に係る溶接痕９の断面図である。溶接痕９の両端はともに、貫通穴７５、および、貫通穴７５にて露出している正極端子面５１、負極端子面６１のいずれにも掛かっていない。

【0022】

図７は、比較例に係る溶接痕９が形成されたバスバー７に、正極端子面５１、負極端子面６１から遠ざかるような力が作用した場合を示す図である。図７のバスバー７には、溶接痕９の長手方向におけるバスバー７の端部側（右側）ほど、正極端子面５１、負極端子面６１から遠ざかるような力が作用している。例えば、隣り合う電池セル３の一方が他方に対して移動してしまったような場合、バスバー７がねじれるように変形することで、このような力が作用することがある。

【0023】

図８には、比較例に係る溶接痕９の平面図を示している。また図８には、バスバー７の上側の端部側ほど正極端子面５１、負極端子面６１から遠ざかるようにバスバー７が変形した場合に応力が発生する位置Ａを示している。図８に示すように、位置Ａは、溶接痕９の長手方向の端部に位置している。すなわち、比較例に係る溶接痕９では、長手方向の端部の位置Ａに応力が集中してしまうことがある。この応力が集中する位置Ａは、図７に示すように溶接痕９の厚みが厚い部分であり、その厚み方向における中間の箇所である。そして、溶接痕９の位置Ａでは、応力集中が繰り返し発生することによって疲労破壊が生じてしまうおそれがある。

【0024】

これに対し、本形態に係る溶接痕８では、図４の断面図にも示すように、長手方向の端部ほど、上面がなだらかになっている。そして、本形態に係る溶接痕８は、端部側ほど厚みが薄くなりつつ、貫通穴７５の内側にて正極端子面５１、負極端子面６１の下部に沈み込むような形状をしている。このような溶接痕８の形状は、バスバー７の端部側ほど正極端子面５１、負極端子面６１から遠ざかるようにバスバー７が変形した場合にも、長手方向の端部に応力が集中しにくい形状である。

【0025】

図９には、本形態に係る溶接痕８の平面図を示している。また図９には、バスバー７の上側の端部側ほど正極端子面５１、負極端子面６１から遠ざかるようにバスバー７が変形した場合に応力が発生する位置Ｂ１～Ｂ３、Ｃ１～Ｃ３を示している。位置Ｂ１～Ｂ３および位置Ｃ１～Ｃ３はそれぞれ、溶接痕８のうち、上側の端部付近の側部に位置している。溶接痕８の上側の端部に近い位置Ｂ１、Ｃ１より、上側の端部から遠い位置Ｂ３、Ｃ３にかけて、発生する応力は小さくなる。すなわち、本形態に係る溶接痕８では、図９に示すように、バスバー７の上側の端部側ほど正極端子面５１、負極端子面６１から遠ざかるようにバスバー７が変形した場合、溶接痕８の側部に沿って応力が分散する。これにより、溶接痕８の長手方向の端部に大きな応力が集中することが抑制されている。よって、本形態に係る溶接痕８は、バスバー７の変形が繰り返されるような状況においても疲労破壊が生じにくい。これにより、バスバー７が、正極端子面５１、負極端子面６１から分離してしまうことが抑制される。

【0026】

また、貫通穴７５は、バスバー７の溶接工程にて有効に活用できるものである。すなわち、例えば、レーザー溶接の際に、貫通穴７５を、レーザーの照射箇所の始点または終点の目印として使用することができる。これにより、レーザーの照射位置を正確に定め、適切な溶接痕８を形成することができる。また、レーザーの照射位置と、その始点、終点の目印とが近い位置であることで、レーザーの照射を、始点から終点にわたって正確に行うことができる。

【0027】

そして、貫通穴７５をバスバー７の溶接工程にて有効に活用できることで、バスバー７等の各部品の小型化を図ることができる。溶接工程における目印等に用いる貫通穴を別途、設ける必要がないからである。また、バスバー７や正極端子面５１、負極端子面６１について限られた面積のなかで、溶接痕８を大きく形成することができる。これにより、各部品の小型化を図りつつ、十分な接合強度を有する溶接痕８を設けることができる。

【0028】

以上詳細に説明したように本実施形態に係る電池モジュールは、電池セル３と、電池セル３の正極端子面５１、負極端子面６１に接合されているバスバー７とを有する。バスバー７には、厚み方向に貫通する貫通穴７５が形成されている。貫通穴７５の内部では、正極端子面５１、負極端子面６１の一部が露出している。また、バスバー７と正極端子面５１、負極端子面６１とを溶接により接合した箇所である溶接痕８が形成されている。溶接痕８の端部は、貫通穴７５、および、貫通穴７５にて露出している正極端子面５１、負極端子面６１に掛かっている。このような溶接痕８の端部では、バスバー７に正極端子面５１、負極端子面６１から遠ざかる向きの力が作用した際にも、応力が集中しにくい。よって、バスバー７が正極端子面５１、負極端子面６１から分離してしまうことが抑制されている。また、溶接痕８は、線状に接合を行いつつその端部を貫通穴７５まで伸ばすことで形成できる。溶接の端部を貫通穴７５まで伸ばすことによって、溶接に要する時間が特段、長くなってしまうことはない。つまり、溶接痕８は短時間で形成される。従って、電池セルの端子面とバスバーとの接合が短時間でなされ、これらが接合箇所にて分離しにくい電池モジュールが実現されている。

【0029】

また、バスバー７には複数の貫通穴７５が形成されている。そして、溶接痕８は、両端がそれぞれ２つの貫通穴７５に達して形成されている。このため、溶接痕８の両端部において、バスバー７と正極端子面５１、負極端子面６１とが分離してしまうことを抑制できる。また、バスバー７は、隣接して配置された２つの電池セル３の正極端子面５１と負極端子面６１とを接続するものである。これにより、複数の電池セル３が適切に接続され、所望の能力を安定して発揮できる電池モジュール１が構成されている。また、溶接痕８の端部が達する箇所を貫通穴７５としておくことで、その貫通穴７５を、製造工程においては目印等として使用することができる。例えば、貫通穴７５をレーザー溶接の始点または終点の目印とすることで、レーザーの照射位置を正確に定めること等ができる。

【0030】

上記実施の形態はいずれも単なる例示にすぎず、本開示技術を何ら限定するものではない。従って本開示技術は当然に、その要旨を逸脱しない範囲内で種々の改良、変形が可能である。

【0031】

例えば、上記実施の形態では、溶接痕８の端部がともに２つの貫通穴７５にそれぞれ達している例について説明した。しかし、溶接痕の一方の端部側への応力集中についてのみを抑制する目的であれば、溶接痕は、その一方の端部側についてのみ、貫通穴まで達するようにしておけばよい。また例えば、上記実施の形態では、溶接痕８の端部が掛かっている切り欠き箇所を、丸い貫通穴７５とした例について説明した。しかし、溶接痕の端部が掛かる切り欠き箇所の形状は、例えば、三角形や四角形の貫通穴であってもよい。また例えば、溶接痕の端部が掛かる切り欠き箇所は、一部がバスバーの外縁に繋がるＵ字形状をしていてもよい。

【0032】

また例えば、上記実施の形態では、溶接痕８として、正極端子面５１、負極端子面６１のそれぞれについて２つずつ設けた例について説明した。しかし、溶接痕８は、正極端子面５１、負極端子面６１のそれぞれに１つずつであってもよい。また例えば、上記実施の形態では、４つの貫通穴７５のうちの２つの貫通穴７５同士に両端が達する溶接痕８を２つ、平行に設けた構成について説明した。しかし、複数の溶接痕を設ける場合、必ずしも平行である必要はない。また例えば、溶接痕は、四角形の頂点を構成するように配置された４つの貫通穴７５のうち、対角に位置するもの同士を結ぶように設けることとしてもよい。すなわち、複数の溶接痕を、交差するように設けることとしてもよい。

【0033】

また上記実施の形態では、複数の電池セル３が電気的に直列に接続された電池モジュール１の例について説明した。しかし、例えば、複数の電池セル３を電気的に並列に接続した電池モジュールを適用対象とすることもできる。すなわち、電気的な接続態様に制約はない。また上記実施の形態では、両端がそれぞれ電池セル３の端子面に接続されたバスバー７について説明した。しかし、例えば、一端が電池セル３の端子面に接続され、他端が電池モジュールの外部端子へと接続されたバスバーの一端側について、溶接痕８が形成されていてもよい。また上記実施の形態の適用対象は、電池種（ニッケル水素電池、リチウムイオン電池等の種別）については特段の限定はない。

【符号の説明】

【0034】

１ 電池モジュール ３ 電池セル ７ バスバー
５１ 正極端子面 ６１ 負極端子面 ７５ 貫通穴（切り欠き箇所）

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】