(57)【要約】【課題】バスバーの製造コストを低減しながら、バスバーで電池セルを安定して接続する。【解決手段】電池パックは、電極端子２を異なる金属とする複数の電池セル１を金属板のバスバー３で接続している。バスバー３は、アルミニウム板からなる第１金属板３１と、第１金属板３１とは異種の金属からなる第２金属板３２とを接合してなる金属のクラッド材３０である。さらに、バスバー３は、クラッド境界３３において、第１金属板３１が嵌着溝３５を有し、第２金属板３２が嵌着溝３５に嵌入される嵌入突出部３６を有し、嵌入突出部３６が嵌着溝３５に挿入されて、第１金属板３１と第２金属板３２とが圧接されている。さらにまた、バスバー３は、クラッド境界３３において、第１金属板３１の嵌着溝３５の外側壁３７をバスバー両面に露出させて、第２金属板３２の表面にはメッキ層３４を設けている。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電極端子を異なる金属とする複数の電池セルを金属板のバスバーで接続してなる電池パックであって、
前記バスバーが、アルミニウム板からなる第１金属板と、第１金属板とは異種の金属からなる第２金属板とを接合してなる金属のクラッド材で、
さらに、前記バスバーは、第１金属板と第２金属板を隣接する電池セルの電極端子に接続して電池セルを直列に接続しており、
さらにまた、前記バスバーは、第１金属板と第２金属板とを接合してなるクラッド境界において、第１金属板は嵌着溝を有し、第２金属板は前記嵌着溝に嵌入される嵌入突出部を有し、前記嵌入突出部が前記嵌着溝に挿入されて、第１金属板と第２金属板とが圧接され、
前記バスバーは、前記クラッド境界において、第１金属板の嵌着溝の外側壁をバスバー両面に露出させ、第２の金属板の表面にはメッキ層を設けてなることを特徴とする電池パック。
【請求項２】
前記バスバーの第１金属板に設けた嵌着溝がＶ溝で、この嵌着溝に挿入される第２金属板の嵌入突出部がＶ溝に嵌着される凸条である請求項１に記載される電池パック。
【請求項３】
前記バスバーの第１金属板に設けた嵌着溝が横断面形状をＵ字状とするＵ溝で、この嵌着溝に挿入される第２金属板の嵌入突出部がＵ溝に嵌着される凸条である請求項１に記載される電池パック。
【請求項４】
前記第１金属板が互いに平行な複数列の嵌着溝を有し、第２金属板が各嵌着溝に嵌入される嵌入突出部を有する請求項２又は３に記載される電池パック。
【請求項５】
前記第２金属板が銅又は銅合金製で、前記電池セルがリチウムイオン電池で、前記第１金属板がリチウムイオン電池の正極端子に、第２金属板がリチウムイオン電池の負極端子に接続されてなる請求項１から４のいずれかに記載される電池パック。
【請求項６】
前記電池セルの電圧を検出する電圧検出回路を備え、前記バスバーの第２金属板が銅板で、銅板の表面に電圧検出端子を接続しており、この電圧検出端子にリード線が接続されて、リード線を介して電池セルの電極端子を電圧検出回路に接続してなる請求項１から５のいずれかに記載される電池パック。
【請求項７】
前記バスバーが溶接して電池セルの電極端子に接続されてなる請求項１から６のいずれかに記載される電池パック。
【請求項８】
前記バスバーがネジ止めされて前記電池セルの電極端子に接続されてなる請求項１から６のいずれかに記載される電池パック。
【請求項９】
請求項１から８のいずれかに記載の電池パックを備えてなる電動車両であって、
前記電池パックと、該電池パックから電力供給される走行用のモータと、前記電池パック及び前記モータを搭載してなる車両本体と、前記モータで駆動されて前記車両本体を走行させる車輪とを備えることを特徴とする電池パックを備える電動車両。
【請求項１０】
請求項１から８のいずれかに記載の電池パックを備えてなる蓄電装置であって、
前記電池パックへの充放電を制御する電源コントローラを備えており、
前記電源コントローラでもって、外部からの電力により前記電池パックへの充電を可能とすると共に、前記電池パックに対し充電を行うよう制御することを特徴とする蓄電装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の電池セルをバスバーで直列に接続している電池パックに関し、とくにバスバーに金属板のクラッド材を使用している電池パック及びこれを備える電動車両並びに蓄電装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
電池パックは、複数の電池セルを直列に接続して出力電圧を高く、出力を大きくできる。この電池パックは、複数の電池セルの電極端子に金属板のバスバーを溶接やネジ止めなどの方法で接続して、バスバーでもって電池セルを直列に接続している。バスバーは、両端部を電池セルの電極端子に接続して、隣接する電池セルを直列に接続する。ところで、電池セルは、電極端子の金属が必ずしも同じ金属ではなく、正極と負極の電極端子が異種金属からなる二次電池がある。たとえば、リチウムイオン電池は、正極端子をアルミニウムとして、負極端子を銅としている。この電池セルを直列に接続するバスバーは、正極端子に接続される一端部をアルミニウム、負極端子に接続される他端部を銅として、理想的な状態で接続できる。たとえば、電極端子に溶接されるバスバーは、電極端子と同じ金属としては安定に溶接されるが、異種金属としては理想的な状態で溶接されない。また、ネジ止めして接続されるバスバーにおいても、電極端子と同じ金属として、電蝕を防止しながら長期間にわたって安定に電気接続できる。
【０００３】
この用途に使用するバスバーとして、アルミニウムと銅などの異種金属を圧接して接続しているクラッド材が開発されている。（特許文献１参照）
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１１−０６０６２３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
クラッド材のバスバーは、表面の腐蝕を防止するために、バスバー全体をメッキ処理することが知られている。しかしながら、アルミニウム板の表面をニッケルメッキすると、溶接時にニッケルとアルミニウムの合金ができ、この合金が接触状態を悪くする弊害が発生し、また、メッキコストが高くなる欠点がある。
【０００６】
本発明は、さらに以上の欠点を解決することを目的に開発されたものである。本発明の重要な目的は、バスバーの製造コストを低減しながら、バスバーでもって電池セルを安定して直列に接続できる電池パック及びこれを備える電動車両並びに蓄電装置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】
【０００７】
本発明の電池パックは、電極端子２、５２を異なる金属とする複数の電池セル１、５１を金属板のバスバー３で接続している。バスバー３は、アルミニウム板からなる第１金属板３１と、第１金属板３１とは異種の金属からなる第２金属板３２とを接合してなる金属のクラッド材３０である。さらに、バスバー３は、第１金属板３１と第２金属板３２を隣接する電池セル１の電極端子２、５２に接続して電池セル１を直列に接続している。さらにまた、バスバー３は、第１金属板３１と第２金属板３２とを接合してなるクラッド境界３３において、第１金属板３１が嵌着溝３５を有し、第２金属板３２が嵌着溝３５に嵌入される嵌入突出部３６を有し、嵌入突出部３６が嵌着溝３５に挿入されて、第１金属板３１と第２金属板３２とが圧接されており、クラッド境界３３において、第１金属板３１の嵌着溝３５の外側壁３７をバスバー両面に露出させて、第２金属板３２の表面にはメッキ層３４を設けている。
ただし、本明細書において、第１金属板の「アルミニウム板」は、アルミニウム合金板を含む広い意味に使用する。
【０００８】
以上の電池パックは、バスバーの製造コストを低減しながら、バスバーでもって電池セルを安定して直列に接続できる特徴がある。それは、以上の電池パックのバスバーが、アルミニウム板からなる第１金属板と、アルミニウム板ではない第２金属板とを接合してなるクラッド材とし、クラッド材のクラッド境界においては、第１金属板の嵌着溝に第２金属板の嵌入突出部を挿入して、第１金属板と第２金属板とを圧接し、さらに、クラッド境界において、第１金属板の嵌着溝の外側壁をバスバー両面に露出させて、第２金属板の表面にはメッキ層を設けているからである。この構造のクラッド材からなるバスバーは、クラッド境界にアルミニウム板からなる第１金属板と第２金属板の両方を配置しながら、その表面にはアルミニウム板を露出させることで、アルミニウム板が露出する表面積を大きく、アルミニウムでない第２金属板の表面積を小さくして、第２金属板の表面にメッキされるメッキ層の面積を小さくできる。このため、メッキ層の面積を小さくできることから、メッキコストを低減してバスバーを安価に多量生産できる。バスバーは、各電池セルを直列にするものであって使用される個数が多く、製造コストを低減することで、電池パックの製造コストを相当に低減できる効果がある。
【０００９】
本発明の電池パックは、バスバー３の第１金属板３１に設けた嵌着溝３５をＶ溝３５ａとして、この嵌着溝３５に挿入される第２金属板３２の嵌入突出部３６をＶ溝３５ａに嵌着される凸条３６ａとすることができる。
以上の電池パックは、バスバーの第１金属板と第２金属板とを隙間なく圧接して接合できる。
【００１０】
本発明の電池パックは、バスバー３の第１金属板３１に設けた嵌着溝３５を、横断面形状をＵ字状とするＵ溝３５ｂとして、この嵌着溝３５に挿入される第２金属板３２の嵌入突出部３６を、Ｕ溝３５ｂに嵌着される凸条３６ｂとすることができる。
以上の電池パックは、バスバーの第１金属板と第２金属板とを外れないように圧接して接合できる。
【００１１】
本発明の電池パックは、第１金属板３１が互いに平行な複数列の嵌着溝３５を有して、第２金属板３２が各嵌着溝３５に嵌入される嵌入突出部３６を有することができる。
以上の電池パックは、バスバーの第１金属板と第２金属板をより強固に外れないように、しかも隙間なく圧接して接合できる。
【００１２】
本発明の電池パックは、第２金属板３２を銅又は銅合金製として、電池セル１をリチウムイオン電池として、第１金属板３１をリチウムイオン電池の正極端子２Ａ、５２Ａに、第２金属板３２をリチウムイオン電池の負極端子２Ｂ、５２Ｂに接続することができる。
ただし、本明細書において、第２金属板の「銅板」は、銅合金板を含む広い意味に使用する。
以上の電池パックは、電池セルをリチウムイオン電池として容積と重量に対する充電容量を大きくしながら、バスバーでもって電池セルを確実に接続できる。
【００１３】
本発明の電池パックは、電池セル１の電圧を検出する電圧検出回路２１を備え、バスバー３の第２金属板３２を銅板として、銅板の表面に電圧検出端子２３を接続しており、この電圧検出端子２３にリード線２２を接続して、リード線２２を介して電池セル１の電極端子２、５２を電圧検出回路２１に接続することができる。
以上の電池パックは、電圧検出端子を安定に第２金属板に接続して、電圧検出回路でもって、長期間にわたって電池セルの電圧を正確に検出できる。
【００１４】
本発明の電池パックは、バスバー３を溶接して電池セル１の電極端子２に接続することができる。
以上の電池パックは、確実に安定して低抵抗な状態でバスバーを電池セルの電極端子に接続できる特徴がある。
【００１５】
本発明の電池パックは、バスバー３をネジ止めして電池セル１の電極端子５２に接続することができる。
以上の電池パックは、バスバーを簡単な設備で電池セルの電極端子に接続できる。
【００１６】
本発明の電動車両は、上記のいずれかの電池パック１００と、この電池パック１００から電力供給される走行用のモータ９３と、電池パック１００及びモータ９３を搭載してなる車両本体９０と、モータ９３で駆動されて車両本体９０を走行させる車輪９７とを備えることを特徴とする。
【００１７】
本発明の蓄電装置は、上記のいずれかの電池パック１００を備えると共に、電池パック１００への充放電を制御する電源コントローラ８４を備えている。この電源コントローラ８４は、外部からの電力により電池パック１００への充電を可能とすると共に、電池パック１００に対し充電を行うよう制御することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の一実施の形態にかかる電池パックの斜視図である。
【図２】図１に示す電池パックの分解斜視図である。
【図３】本発明の一実施の形態にかかる電池パックのブロック図である。
【図４】電池セルの内部構造を示す垂直縦断面図である。
【図５】バスバーの一例を示す縦断面図である。
【図６】バスバーの他の一例を示す縦断面図である。
【図７】バスバーと電圧検出端子を示す平面図である。
【図８】隣接する電極端子をバスバーで連結する工程を示す分解斜視図である。
【図９】図８に示す電極端子とバスバーの連結構造を示す斜視図である。
【図１０】隣接する電極端子をバスバーで連結する他の一例を示す分解斜視図である。
【図１１】エンジンとモータで走行するハイブリッドカーに電池パックを搭載する例を示すブロック図である。
【図１２】モータのみで走行する電気自動車に電池パックを搭載する例を示すブロック図である。
【図１３】蓄電装置に電池パックを使用する例を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。ただし、以下に示す実施の形態は、本発明の技術思想を具体化するための電池パック及びこれを備える電動車両並びに蓄電装置を例示するものであって、本発明は電池パック及びこれを備える電動車両並びに蓄電装置を以下のものに特定しない。また、特許請求の範囲に示される部材を、実施の形態の部材に特定するものでは決してない。特に実施の形態に記載されている構成部材の寸法、材質、形状、その相対的配置等は、特定的な記載がない限りは、本発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。なお、各図面が示す部材の大きさや位置関係等は、説明を明確にするため誇張していることがある。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も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。また、一部の実施例、実施形態において説明された内容は、他の実施例、実施形態等に利用可能なものもある。
【００２０】
図１〜図３は、本発明の実施の形態に係る電池パックとして、主として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、車両の走行モータに電力を供給して、車両を走行させる電源に使用される電池パック１００を示している。これらの図に示す電池パック１００は、電極端子２を有する電池セル１を複数積層してなる電池積層体９と、隣接する電池セル１の電極端子２に接続されて電池セル１を直列に接続しているバスバー３と、バスバー３の電圧検出端子２３に接続しているリード線２２と、このリード線２２を介して電池セル１に接続している電圧検出回路２１とを備える。
【００２１】
電池積層体９は、複数の電池セル１を互いに絶縁して積層状態に固定している。電池積層体９は、その両端にエンドプレート４を配置している。一対のエンドプレート４は連結具５で連結されて、電池積層体９を積層状態に固定する。
【００２２】
電池セル１は角形電池である。さらに、電池セル１は、リチウムイオン電池である。ただし、本発明の電池パックは、電池セルを角形電池には特定せず、円筒形の電池セルも利用できる。また、リチウムイオン電池にも特定せず、たとえばニッケル水電池なども使用できる。電池セル１は、図４に示すように、正負の電極板を積層している電極体１０を外装缶１１に収納して電解液（図示せず）を充填して、開口部を封口板１２で気密に密閉したものである。図の外装缶１１は、底を閉塞する四角い筒状に成形したもので、上方の開口部を封口板１２で気密に閉塞している。また、電池セル１同士の間に、必要に応じて絶縁性のスペーサ６を介在させることで、これらの間を絶縁できる。
【００２３】
外装缶１１は、アルミニウムなどの金属板を深絞り加工したもので、表面が導電性を有する。積層される電池セル１は薄い角形に成形される。封口板１２は外装缶１１と同じ金属であるアルミニウムなどの金属板で製作される。封口板１２は、正負の電極端子２を両端部に、絶縁材１３を介して固定している。正負の電極端子２は内蔵する正負の電極板に接続される。リチウムイオン電池は、外装缶１１を電極に接続しない。ただ、外装缶１１は電解液を介して電極板に接続されることから、正負の電極板の中間電位となる。ただし、電池セルは、一方の電極端子をリード線で外装缶に接続することもできる。この電池セルは、外装缶に接続される電極端子を絶縁することなく封口板に固定できる。
【００２４】
電池パック１００は、複数の電池セル１を積層して直方体のブロック状の電池積層体９としている。電池セル１は、電極端子２を設けている面、図２にあっては封口板１２を同一平面となるように積層してブロック状としている。図２の電池パック１００は、ブロックの上面に電極端子２を配設している。電池パック１００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積層している。この電池パック１００は、図に示すように、ブロックの両側で隣接する電極端子２をバスバー３で連結して、電池セル１を直列に接続している。バスバー３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を直列に接続する。図の電池パック１００は、電池セル１を直列に接続して出力電圧を高くしているが、本発明の電池パックは、電池セルを直列と並列に接続して、出力電圧と出力電流を大きくすることもできる。
【００２５】
電極端子２は、絶縁材１３を介して封口板１２に固定されて、その先端部を円筒状又は円柱状としている。電極端子は、円柱状とし、あるいは多角柱状とし、あるいは上端面の外側に突出するようにリングを設けた形状として、バスバー３に設けた貫通孔３８に挿入されて、バスバー３に連結される。
【００２６】
電池セル１は、正極と負極の電極端子２を同じ金属でなくて、異なる金属としている。リチウムイオン電池は、正極端子２Ａをアルミニウム、負極端子２Ｂを銅とする。この電極端子２に接続されるバスバー３は、異種金属の電極端子２に理想的な状態で接続できるように、異種金属を接合しているクラッド材３０が使用される。クラッド材３０は、第１金属板３１と第２金属板３２とを圧接して接合している。このバスバー３は、第１金属板３１を、電池セル１であるリチウムイオン電池の正極端子２Ａと同じ金属のアルミニウム板としている。また、第２金属板３２は、電池セル１であるリチウムイオン電池の負極端子２Ｂと同じ金属の銅板としている。クラッド材３０のバスバー３は、第１金属板３１をアルミニウム板とするが、第２金属板３２は、第１金属板３１と異なる金属板であって、電池セル１の電極端子２に理想的な状態で接続できる金属板が選択される。したがって、第２金属板３２は、必ずしも銅板に特定されず、電池セル１の一方の電極端子２に接続できる金属板が使用される。
【００２７】
第１金属板３１のアルミニウム板は、表面に酸化アルミニウムの皮膜ができて腐蝕が防止される。また、アルミニウム板は、レーザー光線を照射して好ましい状態でレーザー溶接できる。このため、アルミニウム板からなる第１金属板３１は、表面にメッキ層を設ける必要がない。ただ、アルミニウム板ではない第２金属板３２は、表面にメッキ層３４を設けることで、表面の腐蝕を防止でき、また、レーザー光線の反射を防止して効率よく溶接できる。したがって、第２金属板３２は表面にメッキ層３４を設けている。メッキ層３４は、ニッケルメッキが使用される。ニッケルメッキは、第２金属板３２の表面の腐蝕を防止できると共に、レーザー光線の反射を防止して、レーザー溶接を確実にできる特徴がある。また、電圧検出端子２３のスポット溶接やハンダ付けを簡単で確実にできる。ただ、第２金属板３２のメッキ層３４は、必ずしもニッケルメッキとする必要はなく、表面の腐蝕を防止して、レーザー溶接やハンダ付け等をできる他の金属メッキとすることもできる。
【００２８】
クラッド材３０のバスバー３は、第１金属板３１の表面にはメッキ層を設けることなく、第２金属板３２の表面にメッキ層３４を設けている。このバスバー３は、第１金属板３１の表面をマスクして、メッキして、第２金属板３２の表面にニッケルメッキのメッキ層３４を設けることができる。このバスバー３は、第２金属板３２の表面にのみメッキ層３４を設けるので、第２金属板３２の表面積を小さくして、メッキ層３４の面積を小さく、すなわち製造コストを低減できる。
【００２９】
第２金属板３２の表面積を小さくするために、バスバー３のクラッド材３０は、クラッド境界３３を独特の構造としている。図５と図６は、クラッド材３０であるバスバー３Ａ、３Ｂを長手方向に切断した縦断面図である。このバスバー３Ａ、３Ｂは、第１金属板３１と第２金属板３２とを接合するクラッド境界３３において、互いにラップさせてラップ面を圧接している。さらに、バスバー３Ａ、３Ｂは、クラッド境界３３において、第１金属板３１には嵌着溝３５を設けており、第２金属板３２には嵌着溝３５に嵌入される嵌入突出部３６を設けている。第２金属板３２の嵌入突出部３６が第１金属板３１の嵌着溝３５に挿入され、嵌着溝３５と嵌入突出部３６とのラップ面が圧接されて、第１金属板３１と第２金属板３２は互いに接合されている。また、クラッド境界３３において、第１金属板３１は嵌着溝３５の外側壁３７をバスバー表面に露出させて、第１金属板３１のアルミニウム板をクラッド境界３３の両面に露出させている。クラッド境界３３は、アルミニウム板の第１金属板３１と第２金属板３２とがラップされる境界であるが、クラッド境界３３は、両面にアルミニウムのみ露出させる。したがって、バスバー３Ａ、３Ｂは、この独特の構造によって、アルミニウムの露出面積は大きく、第２金属板３２の露出面積は小さくなる。バスバー３Ａ、３Ｂは、第２金属板３２の表面のみにメッキ層３４を設けているので、第１金属板３１であるアルミニウム板の露出面積を大きくして、第２金属板３２の露出面積を小さくして、メッキ層３４の面積を小さくして、メッキコストを低減できる。
【００３０】
図５の縦断面図に示すバスバー３Ａは、第１金属板３１の嵌着溝３５をＶ溝３５ａとし、嵌着溝３５に挿入される第２金属板３２の嵌入突出部３６を、Ｖ溝３５ａに嵌着できる横断面形状を逆Ｖ字状の凸条３６ａとしている。このバスバー３Ａは、凸条３６ａの嵌入突出部３６をＶ溝３５ａに圧入することで、ラップ面を密着し、ラップ面を密着させる状態で圧接して、第１金属板３１と第２金属板３２とを接合できる。
【００３１】
さらに、図５のバスバー３Ａは、第１金属板３１には互いに平行に複数列の嵌着溝３５を設け、第２金属板３２には各嵌着溝３５に嵌入される複数列の嵌入突出部３６を設け、各々の嵌入突出部３６を各々の嵌着溝３５に圧入し、ラップ面を圧接して第１金属板３１と第２金属板３２とを接合している。複数の嵌着溝３５に複数の嵌入突出部３６を挿入しているバスバー３Ａは、第１金属板３１の最も表面側に設けている嵌着溝３５の外側壁３７をバスバー３Ａの表面に露出させて、クラッド境界３３の両面にアルミニウムを露出させる。この構造のバスバー３Ａは、クラッド境界３３の両面にアルミニウムを露出させながら、複数の嵌着溝３５と嵌入突出部３６とで第１金属板３１と第２金属板３２とをより強固に接合できる。
【００３２】
また、図６の縦断面図に示すバスバー３Ｂは、第１金属板３１に設けている嵌着溝３５を、横断面形状をＵ字状とするＵ溝３５ｂとし、この嵌着溝３５に挿入される第２金属板３２の嵌入突出部３６をＵ溝３５ｂに嵌着される凸条３６ｂとしている。このバスバー３Ｂも、凸条３６ｂの嵌入突出部３６をＵ溝３５ｂの嵌着溝３５に圧入し、ラップ面を圧接して第１金属板３１と第２金属板３２とを接合できる。
【００３３】
以上のバスバー３は、第１金属板３１の表面をマスキングする状態で、メッキ液に浸漬されて、第２金属板３２の表面のみにニッケルメッキなどのメッキ層３４が設けられる。
【００３４】
さらに、バスバー３は、複数の電池セル１の電極端子２に接続する両端部には、電極端子２を挿入する貫通孔３８を設けている。図２の電池パックは、隣接して積層しているふたつの電池セル１をバスバー３で直列に接続するので、バスバー３の両端部に２個の貫通孔３８を設けている。バスバー３は、必ずしも２個の電池セル１を直列に接続するのではなく、たとえば４個の電池セルを直列と並列に接続することもある。このバスバーは、４個の貫通孔を設ける。図２のバスバー３は、積層している電池積層体９の電池セル１を直列に接続する。ただ、バスバーは、電池ホルダー（図示せず）で所定の位置に配置される電池セルを直列に接続することもできる。このバスバーは、電池セルの電極端子の位置に貫通孔を設けている。
【００３５】
バスバー３は、図７と図８に示すように、貫通孔３８の間隔を、所定の位置に配置される電池セル１の電極端子２の間隔に等しくしている。各々の電池セル１の電極端子２を貫通孔３８に挿入して、電極端子２をバスバー３に電気接続するからである。困ったことに、所定の位置に配置される電池セル１の電極端子２の間隔は、必ずしも常に一定ではない。電池セル１の寸法誤差や電池ホルダーの寸法誤差が原因で、電極端子２の間隔に誤差ができる。間隔が変化する電極端子２を挿入するために、バスバー３は、一方の、あるいは両方の貫通孔３８を大きくして、電極端子２との間に遊び隙間３９を設けている。このバスバー３は、電極端子２とバスバー３との相対位置をずらせる状態で電極端子２を貫通孔３８に挿入できるように、貫通孔３８を大きくして、位置ずれ範囲を設けている。
【００３６】
図７と図８のバスバー３は、電池セル１の電極端子２が積層方向にずれても、貫通孔３８に挿入できるように、一方の貫通孔３８を、電池セル１の積層方向に延びる長孔状として、位置ずれ範囲を設けている。このバスバー３は、電池セル１の寸法誤差で、電池セル１の電極端子２が積層方向にずれても、各電池セル１の電極端子２を貫通孔３８にスムーズに無理なく挿入できる。電極端子２の間隔の寸法誤差を吸収して、複数の電極端子２を各貫通孔３８に挿入できる位置ずれ範囲は、たとえば、電極端子２とバスバー３との相対位置を０．５ｍｍ〜３ｍｍずらせて、電極端子２をバスバー３の貫通孔３８に挿入できる範囲に設定される。位置ずれ範囲は、貫通孔３８の内形と電極端子２の外形との寸法差で特定する。
【００３７】
バスバー３は、寸法誤差のある複数の電極端子２を貫通孔３８に挿入するので、貫通孔３８を電極端子２よりも大きくして、遊び隙間３９を設けている。バスバーは、全ての貫通孔に、電極端子との間に遊び隙間を設けることができる。ただ、バスバー３は、電極端子２との間に遊び隙間３９のない密着貫通孔３８Ｂと、電極端子２との間に遊び隙間３９のある隙間貫通孔３８Ａとを設けることもできる。このバスバー３は、少なくともひとつの貫通孔３８を密着貫通孔３８Ｂとして、他の貫通孔３８を隙間貫通孔３８Ａとする。
【００３８】
図７と図８のバスバー３は、互いに積層している電池セル１の電極端子２に接続されるので、ひとつの貫通孔３８を密着貫通孔３８Ｂとして、他の貫通孔３８を電池セル１の積層方向に延びる長孔状の隙間貫通孔３８Ａとしている。図７と図８のバスバー３は、第１金属板３１に密着貫通孔３８Ｂを設けて、第２金属板３２に長孔状の隙間貫通孔３８Ａを設けている。このバスバー３は、電極端子２の間隔が、電池セル１の積層方向にずれても、電極端子２を隙間貫通孔３８Ａにスムーズに無理なく挿入できる。
【００３９】
貫通孔３８と電極端子２との間の遊び隙間３９は、図９に示すように、電極端子２に挿入される固定リング７で塞がれる。固定リング７は、内形を電極端子２の外形に等しくし、外形を貫通孔３８の内形よりも大きくしている。とくに、固定リング７の外形は、電極端子２を隙間貫通孔３８Ａのいかなる位置に挿入しても、隙間貫通孔３８Ａを閉塞できる外形に設計される。レーザー溶接してバスバー３に接続される固定リング７は、溶接リング７Ａである。図のバスバー３は、第２金属板３２に隙間貫通孔３８Ａを設けているので、溶接リング７Ａは、これが接続される第２金属板３２に設けたメッキ層３４と同じ金属板で製作され、あるいは、第２金属板３２と同じ、又は異なる金属板であって、表面に第２金属板３２に設けたメッキ層３４と同じメッキ層を設けた金属板が使用される。すなわち、バスバー３の第２金属板３２に設けたニッケルメッキ層３４に溶接される溶接リング７Ａは、ニッケル板で製作され、あるいは、表面をニッケルメッキしている金属板としている。表面に第２金属板３２に設けたメッキ層３４と同じメッキ層を設けている溶接リング７Ａは、好ましくは、第２金属板３２と同じ金属板で製作されるが、必ずしも第２金属板３２と同じ金属板とする必要はなく、他の金属板で製作することもできる。
【００４０】
固定リング７は、図１０に示すように、溶接リング７Ａに代わってナット７Ｂも使用できる。固定リング７をナット７Ｂとする電池パックは、電池セル５１の電極端子５２に雄ネジ５４を設け、これをバスバー３の貫通孔３８に挿入し、その先端にナット７Ｂをねじ込んで電極端子５２をバスバー３に接続している。この固定リング７は、正極端子５２Ａにねじ込まれるナット７Ｂａを、バスバー３の第１金属板３１と同じ金属、すなわちアルミニウムで製作し、負極端子５２Ｂにねじ込まれるナット７Ｂｂを、第２金属板３２に設けたメッキ層３４と同じ金属で製作し、あるいは、表面に第２金属板３２に設けたメッキ層３４と同じメッキ層を設けた金属製とすることができる。すなわち、バスバー３の第２金属板３２に設けたニッケルメッキ層３４に接続されるナット７Ｂｂは、ニッケルで製作され、あるいは、表面をニッケルメッキしている金属製とすることができる。表面に第２金属板３２に設けたメッキ層３４と同じメッキ層を設けているナット７Ｂｂは、好ましくは、第２金属板３２と同じ金属で製作されるが、必ずしも第２金属板３２と同じ金属とする必要はなく、他の金属で製作することもできる。
【００４１】
さらに、図１と図２に示す電池パック１００は、電池積層体９の上面に表面プレート８を配置しており、この表面プレート８で、互いに積層される電池セル１の封口板１２側の端面（図において上面）をカバーしている。この表面プレート８は、電池積層体９の上面に沿う外形に成形している。この表面プレート８は、ナイロン樹脂、エポキシ樹脂などの絶縁性のプラスチックで成形している。さらに、表面プレート８は、図１と図２に示すように、電池セル１の電極端子２を表出させてバスバー３に接続するための開口窓２９を開口して設けている。図の表面プレート８は、電池積層体９の両側部に沿って、複数の開口窓２９を設けている。開口窓２９は、バスバー３を定位置に案内しながら電極端子２に接続できるように、バスバー３の外形に沿う大きさと形状している。表面プレート８の開口窓２９に配置されるバスバー３は、電池セル１の電極端子２にレーザー溶接等の溶着によって固定されて、複数の電池セル１を所定の接続状態に接続する。ただ、電池パックは、必ずしも電池積層体の上面に表面プレートを配置する必要はない。
【００４２】
さらに、電池パック１００は、図３に示すように、各電池セル１の電圧を検出する電圧検出回路２１を備えている。図１と図２の電池パック１００は、表面プレート８の上方に回路基板２０を固定しており、この回路基板２０に電圧検出回路２１を実現する電子部品（図示せず）を実装している。電圧検出回路２１は、各々の電池セル１の電圧を検出し、各電池セル１の過充電や過放電を防止するように、充放電の電流をコントロールする。電圧検出回路２１は、電圧検出ラインであるリード線２２を介して、電池セル１の電極端子２を連結しているバスバー３に接続されている。電圧検出回路２１は、入力側に接続しているリード線２２をバスバー３に接続して、リード線２２とバスバー３を介して、各電池セル１の電圧を検出する。リード線２２を確実にバスバー３に接続するために、バスバー３は電圧検出端子２３を固定している。この電圧検出端子２３は、図７〜図９に示すようにバスバー３の第２金属板３２、すなわち銅板の表面に、溶接やハンダ付け等の方法で固定される。銅板の第２金属板３２は、金属製の電圧検出端子２３を確実に安定して固定できる。リード線２２は、ハンダ付けして電圧検出端子２３に接続される。
【００４３】
以上の電池パックは、以下の工程で組み立てられる。
（１）所定の個数の電池セル１を、間にスペーサ６を介在させる状態で、電池セル１の厚さ方向に積層して電池積層体９とする。このとき、互いに積層される複数の電池セル１は、封口板１２の両端部にある正負の電極端子２が交互に逆向きとなるように積層する。
（２）電池積層体９の両端にエンドプレート４を積層し、一対のエンドプレート４を両側から押圧して、電池積層体９を電池セル１の積層方向に加圧する。
（３）電池積層体９の両側面の下端において、電池積層体９の両端面に配置される一対のエンドプレート４の下側コーナー部を連結具５で連結する。
（４）さらに、電池積層体９を電池セル１の積層方向に加圧する状態で、電池積層体９の上面の定位置に表面プレート８を配置する。
（５）電池積層体９の両側面の上端において、電池積層体９の両端面に配置される一対のエンドプレート４の上側コーナー部を連結具５で連結する。この状態で、連結具５を介して、積層状態の電池セル１を積層方向に加圧状態で固定すると共に、表面プレート８の両側縁部を連結具５で電池積層体９に固定する。
【００４４】
（６）電池積層体９の両側において、互いに隣接する電池セル１の対向する電極端子２、５２同士をバスバー３で連結する。バスバー３は、表面プレート８の開口窓２９に配置されて、この開口窓２９から表出する正極端子２Ａ、５２Ａと負極端子２Ｂ、５２Ｂを連結する。互いに隣接する電池セル１がバスバー３で直列に接続されて、電池積層体９を構成する電池セル１が直列に接続される。
このとき、図８と図９に示す電極端子２は、次のようにしてバスバー３に接続される。
［１］図８に示すように、バスバー３の両端部に設けている貫通孔３８に、隣接する電池セル１の電極端子２を挿入する。このとき、第１金属板３１に設けた円形の密着貫通孔３８Ｂに正極端子２Ａを挿入し、第２金属板３２に設けた長孔状の隙間貫通孔３８Ａに負極端子２Ｂを挿入する。この状態で、密着貫通孔３８Ｂと正極端子２Ａとの間に隙間はできないが、長孔の隙間貫通孔３８Ａと負極端子２Ｂとの間には隙間ができる。
［２］バスバー３の上に溶接リング７Ａである固定リング７を載せて、この溶接リング７Ａの中心孔に、隙間貫通孔３８Ａに挿入している負極端子２Ｂを挿入する。溶接リング７Ａは外形が隙間貫通孔３８Ａよりも大きいので、隙間貫通孔３８Ａと負極端子２Ｂとの隙間が閉塞される。
［３］図９に示すように、円形の密着貫通孔３８Ｂは、その円周に沿ってレーザー光線を照射して、正極端子２Ａをバスバー３にレーザー溶接する。また、長孔状の隙間貫通孔３８Ａは、溶接リング７Ａである固定リング７の内周縁と外周縁に沿ってレーザー光線を照射して、溶接リング７Ａの中心孔の内周縁を負極端子２Ｂに、外周縁をバスバー３にレーザー溶接する。
また、図１０に示す電極端子５２は、次のようにしてバスバー３に接続される。
［１］図１０に示すように、バスバー３の両端部に設けている貫通孔３８に、隣接する電池セル５１の電極端子５２を挿入する。このとき、第１金属板３１に設けた円形の密着貫通孔３８Ｂに正極端子５２Ａを挿入し、第２金属板３２に設けた長孔状の隙間貫通孔３８Ａに負極端子５２Ｂを挿入する。
［２］正極端子５２Ａの先端にナット７Ｂａをねじ込むと共に、負極端子５２Ｂの先端にナット７Ｂｂをねじ込んで各電極端子５２をバスバー３に接続する。
【００４５】
（７）表面プレート８の上方の定位置に回路基板２０を固定する。さらに、回路基板２０に実装される電圧検出回路２１から引き出されたリード線２２を各バスバー３に接続する。各リード線２２は、先端に電圧検出端子２３を接続しており、この電圧検出端子２３をバスバー３の第２金属板３２の表面に、溶接やハンダ付け等の方法で固定する。
ここで、（６）と（７）の工程は、順番を逆にすることもできる。
【００４６】
以上の電池パックは、車載用の電源として利用できる。電池パック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自動車やプラグインハイブリッド自動車、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。
【００４７】
（ハイブリッド自動車用電池パック）
図１１は、エンジンとモータの両方で走行するハイブリッド自動車に電池パックを搭載する例を示す。この図に示す電池パックを搭載した車両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池パック１００と、電池パック１００の電池を充電する発電機９４と、エンジン９６、モータ９３、電池パック１００、及び発電機９４を搭載してなる車両本体９０と、エンジン９６又はモータ９３で駆動されて車両本体９０を走行させる車輪９７とを備えている。電池パック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、電池パック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ＨＶを走行させる。モータ９３は、電池パック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ＨＶにブレーキをかけるときの回生制動で駆動されて、電池パック１００の電池を充電する。
【００４８】
（電気自動車用電池パック）
また、図１２は、モータのみで走行する電気自動車に電池パックを搭載する例を示す。この図に示す電池パックを搭載した車両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池パック１００と、この電池パック１００の電池を充電する発電機９４と、モータ９３、電池パック１００、及び発電機９４を搭載してなる車両本体９０と、モータ９３で駆動されて車両本体９０を走行させる車輪９７とを備えている。電池パック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。モータ９３は、電池パック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、電池パック１００の電池を充電する。
【００４９】
（蓄電装置用電池パック）
さらに、この電池パックは、移動体用の動力源としてのみならず、定置型の蓄電用設備としても利用できる。例えば家庭用、工場用の電源として、太陽光や深夜電力等で充電し、必要時に放電する電源システム、あるいは日中の太陽光を充電して夜間に放電する街路灯用の電源や、停電時に駆動する信号機用のバックアップ電源等にも利用できる。このような例を図１３に示す。この図に示す電池パック１００は、複数の電池ブロック８１をユニット状に接続して電池ユニット８２を構成している。各電池ブロック８１は、複数の電池が直列及び／又は並列に接続されている。各電池ブロック８１は、電源コントローラ８４により制御される。この電池パック１００は、電池ユニット８２を充電用電源ＣＰで充電した後、負荷ＬＤを駆動する。このため電池パック１００は、充電モードと放電モードを備える。負荷ＬＤと充電用電源ＣＰはそれぞれ、放電スイッチＤＳ及び充電スイッチＣＳを介して電池パック１００と接続されている。放電スイッチＤＳ及び充電スイッチＣＳのＯＮ／ＯＦＦは、電池パック１００の電源コントローラ８４によって切り替えられる。充電モードにおいては、電源コントローラ８４は充電スイッチＣＳをＯＮに、放電スイッチＤＳをＯＦＦに切り替えて、充電用電源ＣＰから電池パック１００への充電を許可する。また充電が完了し満充電になると、あるいは所定値以上の容量が充電された状態で負荷ＬＤからの要求に応じて、電源コントローラ８４は充電スイッチＣＳをＯＦＦに、放電スイッチＤＳをＯＮにして放電モードに切り替え、電池パック１００から負荷ＬＤへの放電を許可する。また、必要に応じて、充電スイッチＣＳをＯＮに、放電スイッチＤＳをＯＮにして、負荷ＬＤの電力供給と、電池パック１００への充電を同時に行うこともできる。
【００５０】
電池パック１００で駆動される負荷ＬＤは、放電スイッチＤＳを介して電池パック１００と接続されている。電池パック１００の放電モードにおいては、電源コントローラ８４が放電スイッチＤＳをＯＮに切り替えて、負荷ＬＤに接続し、電池パック１００からの電力で負荷ＬＤを駆動する。放電スイッチＤＳはＦＥＴ等のスイッチング素子が利用できる。放電スイッチＤＳのＯＮ／ＯＦＦは、電池パック１００の電源コントローラ８４によって制御される。また電源コントローラ８４は、外部機器と通信するための通信インターフェースを備えている。図１３の例では、ＵＡＲＴやＲＳ−２３２ｃ等の既存の通信プロトコルに従い、ホスト機器ＨＴと接続されている。また必要に応じて、電源システムに対してユーザが操作を行うためのユーザインターフェースを設けることもできる。
【００５１】
各電池ブロック８１は、信号端子と電源端子を備える。信号端子は、入出力端子ＤＩと、異常出力端子ＤＡと、接続端子ＤＯとを含む。入出力端子ＤＩは、他の電池ブロック８１や電源コントローラ８４からの信号を入出力するための端子であり、接続端子ＤＯは他の電池ブロック８１に対して信号を入出力するための端子である。また異常出力端子ＤＡは、電池ブロック８１の異常を外部に出力するための端子である。さらに電源端子は、電池ブロック８１同士を直列、並列に接続するための端子である。また電池ユニット８２は並列接続スイッチ８５を介して出力ラインＯＬに接続されて互いに並列に接続されている。
【産業上の利用可能性】
【００５２】
本発明に係る電池パックは、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、電気自動車等の電池パック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池パック、携帯電話等の無線基地局用のバックアップ電池パック、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。
【符号の説明】
【００５３】
１００…電池パック
１…電池セル
２…電極端子                    ２Ａ…正極端子
２Ｂ…負極端子
３…バスバー                    ３Ａ…バスバー
３Ｂ…バスバー
４…エンドプレート
５…連結具
６…スペーサ
７…固定リング                  ７Ａ…溶接リング
７Ｂ…ナット
７Ｂａ…ナット
７Ｂｂ…ナット
８…表面プレート
９…電池積層体
１０…電極体
１１…外装缶
１２…封口板
１３…絶縁材
２０…回路基板
２１…電圧検出回路
２２…リード線
２３…電圧検出端子
２９…開口窓
３０…クラッド材
３１…第１金属板
３２…第２金属板
３３…クラッド境界
３４…メッキ層
３５…嵌着溝                    ３５ａ…Ｖ溝
３５ｂ…Ｕ溝
３６…嵌入突出部                ３６ａ…凸条
３６ｂ…凸条
３７…外側壁
３８…貫通孔                    ３８Ａ…隙間貫通孔
３８Ｂ…密着貫通孔
３９…遊び隙間
５１…電池セル
５２…電極端子                  ５２Ａ…正極端子
５２Ｂ…負極端子
５４…雄ネジ
８１…電池ブロック
８２…電池ユニット
８４…電源コントローラ
８５…並列接続スイッチ
９０…車両本体
９３…モータ
９４…発電機
９５…ＤＣ／ＡＣインバータ
９６…エンジン
９７…車輪
ＥＶ…車両
ＨＶ…車両
ＬＤ…負荷
ＣＰ…充電用電源
ＤＳ…放電スイッチ
ＣＳ…充電スイッチ
ＯＬ…出力ライン
ＨＴ…ホスト機器
ＤＩ…入出力端子
ＤＡ…異常出力端子
ＤＯ…接続端子
【図１】
2015187909.tif 000003
【図２】
2015187909.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2015187909.tif 000009
【図８】
2015187909.tif 000010
【図９】
2015187909.tif 000011
【図１０】
2015187909.tif 000012
【図１１】
2015187909.tif 000013
【図１２】
2015187909.tif 000014
【図１３】
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