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特許7513579電池モジュールおよび電池モジュールの製造方法
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(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】2024-07-01
(45)【発行日】2024-07-09
(54)【発明の名称】電池モジュールおよび電池モジュールの製造方法
(51)【国際特許分類】
   H01M 50/503 20210101AFI20240702BHJP
   H01M 50/55 20210101ALI20240702BHJP
   H01M 50/505 20210101ALI20240702BHJP
   H01M 50/557 20210101ALI20240702BHJP
   H01M 50/516 20210101ALI20240702BHJP
【FI】
H01M50/503
H01M50/55 101
H01M50/505
H01M50/557
H01M50/516
【請求項の数】 4
(21)【出願番号】P 2021152374
(22)【出願日】2021-09-17
(65)【公開番号】P2023044375
(43)【公開日】2023-03-30
【審査請求日】2023-02-21
(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】福井 晃三
(56)【参考文献】
【文献】特開2011-159445(JP,A)
【文献】特開2012-028050(JP,A)
【文献】特開2012-238562(JP,A)
【文献】国際公開第2017/208804(WO,A1)
(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
H01M 50/50-50/598
(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、
前記端子面は、外周を有し前記外周の中の領域では前記外周から離れるほど高高度となっている丘状部が形成されているものであり、
前記バスバーは、前記外周より小さい貫通穴が形成されるとともに、前記貫通穴の周囲の領域が、前記丘状部の形状に合わせた傘状部とされているものであり、
前記貫通穴の内壁面は前記丘状部に接触しておらず、
前記傘状部は、前記丘状部側の面である内面にて前記丘状部に重ね合わせられた状態で、前記丘状部に接合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、
前記丘状部は、前記外周より小さい内周を有し、前記内周より外側の領域でのみ、前記外周から離れるほど高高度となっている形状のものであり、
前記貫通穴が前記内周より大きい電池モジュール。
【請求項3】
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を製造する電池モジュールの製造方法であって、
前記電池セルとして、前記端子面に、外周を有し前記外周の中の領域では前記外周から離れるほど高高度となっている丘状部が形成されているものを用い、
前記バスバーとして、前記外周より小さい貫通穴が形成されているものを用い、
前記バスバーを、前記端子面上に、前記貫通穴が前記外周の中に包含されるように位置決めしつつ、前記貫通穴の内壁面を前記丘状部に接触させずに重ね合わせ、
前記バスバーにおける前記外周より外部に相当する位置を前記端子面に向けて押圧することで、前記バスバーにおける前記貫通穴の周囲の領域を、前記丘状部の形状に合わせた傘状部とし、
前記傘状部を、前記丘状部側の面である内面にて前記丘状部に重ね合わせた状態で、前記丘状部に接合する電池モジュールの製造方法。
【請求項4】
請求項3に記載の電池モジュールの製造方法であって、
前記電池セルとして、前記丘状部が、前記貫通穴より小さい内周を有し、前記内周より外側の領域でのみ、前記外周から離れるほど高高度となっている形状であるものを用い、 前記バスバーの前記端子面上への重ね合わせの際に、前記内周が前記貫通穴の中に包含されるように位置決めする電池モジュールの製造方法。
【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および電池モジュールの製造方法に関する。
【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、接続された電池セルを、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続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、電池セルの円錐形状の端子に、筒状の接続部を有するバスバーを被せるようにして接続している。これにより、バスバーと電池セルの端子との接触面積が適切に確保できるとされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【文献】特開2012-28061号公報
【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に係るバスバーは、接続部同士を導電性の金属プレートへと接合等によって連結して構成されたものである。そして、バスバーは、金属プレートと接続部とを貫通する貫通穴へと通したネジ部材によって、電池セルの端子の頂部へと締結されている。このようなバスバーを用いると、構成部品が多くなり、これに伴って製造工程も多くなる傾向にあるため、製造コストが高くなってしまうという問題があった。
【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触面積が適切に確保されているとともに、安価に製造される電池モジュールおよび電池モジュールの製造方法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、端子面は、外周を有し外周の中の領域では外周から離れるほど高高度となっている丘状部が形成されているものであり、バスバーは、外周より小さい貫通穴が形成されるとともに、貫通穴の周囲の領域が、丘状部の形状に合わせた傘状部とされているものであり、丘状部に傘状部が接合されている電池モジュールである。
【0007】
上記態様に係る電池モジュールでは、バスバーの電池セルの端子面への接続に締結部品は不要である。よって、電池モジュールは、構成部品が少なく、安価に製造される。また、電池モジュールでは、端子面の丘状部の外周よりもバスバーの貫通穴の方が小さいため、バスバーの傘状部と端子面の丘状部との接合面積が適切に確保されている。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触面積が適切に確保されているとともに、安価に製造される。
【0008】
上記態様の電池モジュールではさらに、丘状部は、外周より小さい内周を有し、内周より外側の領域でのみ、外周から離れるほど高高度となっている形状のものであり、貫通穴が内周より大きいことが望ましい。このようになっていることで、丘状部の内周を構成するエッジが、バスバーの貫通穴の内側にて露出している。これにより、バスバーの貫通穴および丘状部の内周の位置座標より、丘状部と傘状部との位置関係が適切であるかを評価できる。すなわち、形成された接合部分についての評価が適切になされる。
【0009】
本開示技術の他の態様は、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を製造する電池モジュールの製造方法であって、電池セルとして、端子面に、外周を有し外周の中の領域では外周から離れるほど高高度となっている丘状部が形成されているものを用い、バスバーとして、外周より小さい貫通穴が形成されているものを用い、バスバーを、端子面上に、貫通穴が外周の中に包含されるように位置決めして重ね合わせ、バスバーにおける外周より外部に相当する位置を端子面に向けて押圧することで、バスバーにおける貫通穴の周囲の領域を、丘状部の形状に合わせた傘状部とし、丘状部に傘状部を接合する電池モジュールの製造方法である。
【0010】
上記態様に係る電池モジュールの製造方法では、バスバーの電池セルへの接続に締結部品は不要である。よって、電池モジュールの構成部品が少なく、電池モジュールを安価に製造できる。また、電池モジュールでは、端子面の丘状部の外周よりもバスバーの貫通穴の方が小さいため、バスバーの傘状部と端子面の丘状部との接合面積を適切に確保できる。従って、上記態様における電池モジュールの製造方法は、製造された電池モジュールにて電池セルの端子面とバスバーとの接触面積が適切に確保されているとともに、そのような電池モジュールを安価に製造できる。
【0011】
上記態様の電池モジュールの製造方法ではさらに、電池セルとして、丘状部が、貫通穴より小さい内周を有し、内周より外側の領域でのみ、外周から離れるほど高高度となっている形状であるものを用い、バスバーの端子面上への重ね合わせの際に、内周が貫通穴の中に包含されるように位置決めすることが望ましい。このようにすることで、丘状部の内周を構成するエッジを、バスバーの貫通穴の内側にて露出させることができる。これにより、バスバーの貫通穴および丘状部の内周の位置座標より、丘状部と傘状部との位置関係が適切であるかを評価できる。すなわち、丘状部と傘状部との位置合わせを行いつつ、これらを接合できる。さらに、接合後の丘状部と傘状部との位置関係について評価することもできる。すなわち、接合部分についての評価を適切に行うことができる。
【発明の効果】
【0012】
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触面積が適切に確保されているとともに、安価に製造される電池モジュールおよび電池モジュールの製造方法が提供されている。
【図面の簡単な説明】
【0013】
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】バスバーと正極端子面との接合箇所における断面図である。
図4】正極端子面にバスバーを重ね合わせる様子を示す図である。
図5】正極端子面にバスバーを溶接する際の様子を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【0014】
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。
【0015】
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。
【0016】
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。
【0017】
バスバー7は、接続部71と連結部72とを有している。バスバー7は、接続部71を2つ、有している。2つの接続部71はそれぞれ、正極端子面51と負極端子面61とに接続されている。連結部72は、2つの接続部71をつなぐ部分である。
【0018】
図3は、バスバー7の接続部71と正極端子面51との接合箇所における断面図である。ここではバスバー7の接続部71と正極端子面51との接合箇所について説明するが、バスバー7の接続部71と負極端子面61との接合箇所についても同様である。図3に示すように、正極端子面51には、丘状部80が形成されている。本形態の丘状部80は、円錐台の形状をした突起である。
【0019】
丘状部80は、その外縁に位置する外周81と、外周81よりも上側に位置する上底面82と、外周81から上底面82までを繋ぐ斜面83とを有している。すなわち、丘状部80は、外周81の中の領域では、外周81から離れるほど高高度となっている。上底面82の外縁である内周84の直径A2は、外周81の直径A1よりも小さい。つまり、内周84は、外周81より小さい。そして、丘状部80は、内周84よりも外側の領域でのみ、外周81から離れるほど高高度となっている形状のものである。
【0020】
バスバー7の接続部71には、貫通穴75が形成されている。また、バスバー7は、貫通穴75の周囲の領域が、丘状部80の形状に合わせた形状の傘状部90とされている。つまり、傘状部90の外周91の直径B1は、貫通穴75の直径B2よりも大きい。また、傘状部90における内面92は、丘状部80の斜面83に沿った形状である。そして、傘状部90は、丘状部80の斜面83に溶接によって接合されている。なお、溶接によって丘状部80と傘状部90とを接合すると、実際には、これらが互いに溶融しつつ混ざり合ってその後、固化することで溶融痕が形成される。図3では、この溶融痕については省略して示している。
【0021】
本形態の電池モジュール1では、バスバー7の貫通穴75の直径B2は、丘状部80の外周81の直径A1より小さい。さらに、本形態では、傘状部90の外周91の直径B1は、丘状部80の外周81の直径A1より大きい。また、丘状部80の内周84の直径A2は、バスバー7の貫通穴75の直径B2より小さい。このような関係となっていることについては、後に詳述する。
【0022】
次に、図4および図5により電池モジュール1の製造方法について説明する。ここでは、電池セル3の正極端子面51にバスバー7を接合する場面について詳細に説明する。電池モジュール1に係るその他の構成の組み付け等については、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。本形態では、正極端子面51とバスバー7との接合を、正極端子面51上にバスバー7を重ね合わせ、バスバー7の傘状部90を正極端子面51の丘状部80に沿った形状へと変形させつつこれらを溶接することで行う。なお、負極端子面61へのバスバー7の接合についても、正極端子面51側と同様に行うことができる。
【0023】
図4は、正極端子面51にバスバー7の接続部71を重ね合わせる様子を示す図である。図4は、正極端子面51上にバスバー7を重ね合わせた状態を示す図であり、これらの部材には変形等が生じるような特段の荷重は付与されていない。つまり、バスバー7は、外力によって変形等が生じていない自由状態にて示している。図4に示すように、バスバー7は、正極端子面51上に、貫通穴75が丘状部80の外周81の中に包含するように位置決めされて重ね合わせられている。また、バスバー7は、正極端子面51上に、丘状部80の内周84が貫通穴75の中に包含されるように位置決めされて重ね合わさせられている。
【0024】
図4には、丘状部80の斜面83の角度θAと、傘状部90の内面92の角度θBとを示している。角度θA、θBはそれぞれ、丘状部80の斜面83、傘状部90の内面92の高さ方向に対する角度である。なお、高さ方向は、丘状部80の突出方向である。図4に示すように、バスバー7に変形が生じていない状態では、角度θAよりも、角度θBの方が大きい。すなわち、いずれも略円錐形状の丘状部80の斜面83、傘状部90の内面92について、丘状部80の斜面83よりも、傘状部90の内面92の方が、頂角が大きい。
【0025】
このため、丘状部80と傘状部90とを重ね合わせただけの状態では、傘状部90の内面92は丘状部80の斜面83に対して開いており、これらは接触していない。また、バスバー7における傘状部90より外部に位置する傘外縁部85は、正極端子面51に接触していない。そして、図4の状態では、バスバー7は、貫通穴75の奥側のエッジにて、丘状部80の斜面83に接触している。
【0026】
図5は、正極端子面51にバスバー7を溶接する際の様子を示す図である。図5に示すように、溶接を行う際には、バスバー7の傘外縁部85を、正極端子面51に向けて押圧する。すなわち、バスバー7における、丘状部80の外周81より外部に相当する位置を正極端子面51に向けて押圧する。この押圧には、押圧治具40を用いることができる。
【0027】
押圧治具40は、傘外縁部85を、傘状部90が丘状部80に対して傾かない程度に、傘状部90の周囲に沿って押圧力を均等に分散させて付与できるものであるとよい。このため、例えば、押圧治具40は、傘外縁部85のうち、傘状部90を挟んで対向する2つの領域を押圧できるものとすることができる。また例えば、押圧治具40は、傘外縁部85を、傘状部90の周囲を囲う環状の領域にて押圧できるものとしてもよい。
【0028】
傘外縁部85が押圧された状態のバスバー7には、傘外縁部85が正極端子面51へと接触するように変形が生じる。つまり、傘状部90は、丘状部80の斜面83に内面92が密着するように変形する。またこれにより、傘状部90の中心位置は、丘状部80の中心位置と合うように、高さ方向に対する横方向について移動する。すなわち、傘外縁部85が正極端子面51に向けて押圧されることで、傘状部90は、丘状部80の形状に合わせて変形するとともに、丘状部80との位置合わせがなされる。さらに、傘外縁部85を均等に押圧することで、傘状部90が丘状部80に対して傾いてしまうこと等も抑制できる。つまり、丘状部80や傘状部90の傾きや形状に誤差がある場合でも、その誤差の影響を受けずに、傘状部90を丘状部80に密着するような形状とすることができる。
【0029】
そして、その状態で溶接を行う。溶接箇所は、丘状部80と傘状部90とが重なっている範囲である。具体的には、バスバー7の貫通穴75よりも外側であって、丘状部80の外周81よりも内側の領域について溶接を行う。溶接は、例えば、レーザー溶接により行うことができる。これにより、丘状部80に傘状部90を接合する。接合された傘状部90は、丘状部80の形状に合った形状で維持される。
【0030】
ここで、前述したように、バスバー7の貫通穴75は、丘状部80の外周81よりも小さい。このため、丘状部80と傘状部90とに、適切な溶接面積が確保されている。さらに、丘状部80の外周81より小さいバスバー7の貫通穴75を、外周81の中に包含されるように位置決めしつつ、傘外縁部85を押圧していることで、丘状部80と傘状部90との位置合わせが適切になされる。これにより、バスバー7を適切な位置へと接合できる。また、傘状部90の外周91は、丘状部80の外周81よりも大きい。このため、丘状部80と傘状部90との溶接面積は、十分に確保されている。
【0031】
また、丘状部80の内周84は、バスバー7の貫通穴75よりも小さい。このため、丘状部80の内周84は、バスバー7によって隠れてしまうことなく、貫通穴75の内側にて露出している。よって、丘状部80と傘状部90との位置関係を、丘状部80の内周84とバスバー7の貫通穴75との位置関係から評価しつつ、これらを接合できる。つまり、丘状部80と傘状部90とが適切な位置関係であることを確認しつつ、接合できる。また、接合後にも、丘状部80と傘状部90との位置関係を、丘状部80の内周84とバスバー7の貫通穴75との位置関係から評価できる。これにより、バスバー7の接合位置が適切であるかを正確に検査できる。
【0032】
加えて、本形態では、バスバー7として、傘状部90の高さ方向に対する角度θBが、丘状部80の高さ方向に対する角度θAよりも大きなものを用いている。すなわち、バスバー7として、丘状部80よりも開いた傘状部90を有するものを用いている。このような傘状部90を有するバスバー7を用いることで、傘状部90が丘状部80に合わせた形状に変形する際の擦れを抑制できる。
【0033】
本形態とは異なり、傘状部が丘状部よりも閉じた形状である場合、傘状部が丘状部に合わせて変形する際に、丘状部と傘状部とが強く擦れることとなる。丘状部と傘状部との接触箇所には互いに、傘状部を開くように変形させるための強い力が作用するためである。つまり、傘状部が丘状部よりも閉じた形状である場合、この擦れによって丘状部、傘状部が削れてしまうおそれがある。このような削れによって生じた削りカスが、例えば、丘状部と傘状部との間に挟まると、傘状部が丘状部に対して傾いてしまうことがある。これに対し、本形態では、丘状部80と傘状部90との擦れが抑制されているため、これらが削れてしまうことを抑制できる。これにより、丘状部80と傘状部90との傾き等を抑制し、バスバー7を適切に接合できる。
【0034】
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。電池セル3の正極端子面51、負極端子面61には丘状部80が形成されている。丘状部80は、外周81を有し、外周81の中の領域では外周81から離れるほど高高度となっている。バスバー7は、貫通穴75が形成されており、貫通穴75の周囲の領域が傘状部90とされている。貫通穴75は、丘状部80の外周81よりも小さい。また、傘状部90は、丘状部80の形状に合わせた形状である。丘状部80には、傘状部90が接合されている。このような電池モジュール1は、バスバー7を、正極端子面51、負極端子面61の上に重ね合わせ、バスバー7の傘外縁部85を正極端子面51、負極端子面61に向けて押圧しつつ溶接することで製造される。バスバー7の正極端子面51、負極端子面61の上への重ね合わせの際には、貫通穴75が丘状部80の外周81の中に包含されるように位置決めして重ね合わせる。また、バスバー7の傘外縁部85を正極端子面51、負極端子面61に向けて押圧することで、バスバー7の貫通穴75の周囲の領域は、丘状部80の形状に合わせた傘状部90となる。そして、この状態で、丘状部80に傘状部90を溶接によって接合する。このため、バスバー7の電池セル3への接続に締結部品は不要である。よって、電池モジュール1は、構成部品が少なく、安価に製造できる。また、電池モジュール1では、丘状部80の外周81よりもバスバー7の貫通穴75の方が小さい。このため、丘状部80と傘状部90との接合面積は適切に確保されている。従って、本実施形態により、電池セルの端子面とバスバーとの接触面積が適切に確保されているとともに、安価に製造される電池モジュールおよび電池モジュールの製造方法が実現されている。
【0035】
また、丘状部80は、内周84より外側の領域でのみ、外周81から離れるほど高高度となっている。さらに、バスバー7の貫通穴75は、丘状部80の内周84より大きい。そして、バスバー7の正極端子面51、負極端子面61への重ね合わせの際には、丘状部80の内周84がバスバー7の貫通穴75の中に包含されるように位置決めする。このようにすることで、丘状部80の内周84を構成するエッジを、バスバー7の貫通穴75の内側にて露出させることができる。これにより、丘状部80およびバスバー7の貫通穴75の内周84の位置座標より、丘状部80と傘状部90との位置関係が適切であるかを評価できる。すなわち、丘状部80と傘状部90との位置合わせを行いつつ、これらを接合できる。さらに、接合後の丘状部80と傘状部90との位置関係について評価することもできる。また、バスバー7の貫通穴75の奥側の端部を、丘状部80に近い位置とすることができる。すなわち、接合部分についての評価を適切に行うことができる。
【0036】
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。
【0037】
例えば、上記実施の形態では、丘状部80の形状を、外周81が円形の円錐台形状である例について説明した。しかし、丘状部は、例えば、外周が多角形の錐台形状であってもよい。バスバーの傘状部についても、丘状部に合わせた形状であればよい。
【0038】
また例えば、上記実施の形態では、丘状部80と傘状部90との接合を、レーザー溶接によって行う例について説明した。しかし、接合に用いる溶接の種類については特段の制限はない。
【0039】
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について適用することもできる。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】
【0040】
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
80 丘状部 81 外周 84 内周
90 傘状部
図1
図2
図3
図4
図5