(57)【要約】【課題】並設された複数の電池セルが膨張を続けても、電池セルの端子に並設方向の過度な荷重が作用することのない電池モジュールの提供にある。【解決手段】並設された複数の電池セル１１と、複数の電池セル１１における並設方向両端に設けられる一対の板部材１２と、を有し、一対の板部材１２に接合され、複数の電池セル１１を一体化する拘束具と、互いに並設方向に隣り合う電池セル１１の端子同士を接続する接続バスバー１６と、電池セル１１の並設方向の膨張を吸収する弾性部材１５とを有する電池モジュール１０である。接続バスバー１６は、端子と接続される一対の接続部と、一対の接続部の間に形成され、電池セル１１の並設方向の膨張に応じて並設方向に伸長変形可能な屈曲部とを有し、屈曲部の並設方向の変形許容量に基づく総変形許容量Ｂは、弾性部材１５の並設方向の厚さＣ以上に設定された。【選択図】  図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
並設された複数の電池セルと、
前記複数の電池セルにおける並設方向両端に設けられる一対の板部材と、を有し、
前記一対の板部材に設けられ、前記複数の電池セルを一体化する拘束具と、
互いに並設方向に隣り合う前記電池セルの端子同士を接続する接続バスバーと、
前記電池セルの並設方向の膨張を吸収する弾性部材とを有する電池モジュールであって、
前記接続バスバーは、前記端子と接続される一対の接続部と、前記一対の接続部の間に形成され、前記電池セルの並設方向の膨張に応じて並設方向に伸長変形可能な屈曲部とを有し、
前記屈曲部の並設方向の変形許容量に基づき設定される総変形許容量は、前記弾性部材の並設方向の厚さ以上に設定されていることを特徴とする電池モジュール。
【請求項２】
前記接続バスバーは、前記屈曲部に前記電池セルの並設方向と直交する方向に切り欠かれた切り欠きを有することを特徴とする請求項１記載の電池モジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、複数の電池セルが一体化された電池モジュールに関し、特に、複数の電池セルの端子が接続バスバーにより接続される単一の電池モジュールに関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、隣接するセル間に発生する力を緩衝することのできるバッテリが開示されている。
特許文献１に開示されたバッテリは、３つの直方体形状のセルを備え、各セルは、各セルの上面に設けられ、柱状で上面が平面状である一段目積層部と、一段目積層部の上に設けられた円柱状の二段目積層部とを含む形状の正極端子を備える。
また、特許文献１に開示されたバッテリには、２つのセルの各正極端子の二段目積層部に嵌合させるための円形状の貫通された２つの孔が設けられ、各正極端子を互いに電気的に接続した接続バーが備えられている。
この接続バーには、正極端子と接続するための貫通された２つの孔が設けられており、接続バーは２つの孔の間を湾曲させて凸形状（Ｕ字形状）に成形されている。
【０００３】
特許文献１に開示されたバッテリによれば、凸形状部を設けた接続バーにより、２つのセルを接続することで、この２つのセル間の接続方向の変形（例えば、熱膨張）又は外力（例えば、振動）を、この凸形状部で吸収する。
従って、バッテリは、接続バーを用いることで、２つのセルのそれぞれの端子に掛かる負担を軽減することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１０−６７５８２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１に開示されたバッテリでは、セル間の並設方向の膨張が、接続バーの変形可能な範囲を超えると、セルの端子には接続バーによって並設方向の過度な荷重を受け、端子の変形や破損を招くという問題がある。
【０００６】
本発明は上記の問題点に鑑みてなされたもので、本発明の目的は、並設された複数の電池セルが膨張を続けても、電池セルの端子に並設方向の過度な荷重が作用することのない電池モジュールの提供にある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記の課題を解決するために、本発明は、並設された複数の電池セルと、前記複数の電池セルにおける並設方向両端に設けられる一対の板部材と、を有し、前記一対の板部材に設けられ、前記複数の電池セルを一体化する拘束具と、互いに並設方向に隣り合う前記電池セルの端子同士を接続する接続バスバーと、前記電池セルの並設方向の膨張を吸収する弾性部材とを有する電池モジュールであって、前記接続バスバーは、前記端子と接続される一対の接続部と、前記一対の接続部の間に形成され、前記電池セルの並設方向の膨張に応じて並設方向に伸長変形可能な屈曲部とを有し、前記屈曲部の並設方向の変形許容量に基づき設定される総変形許容量は、前記弾性部材の並設方向の厚さ以上に設定されていることを特徴とする。
【０００８】
本発明では、電池モジュールにおける総変形許容量は接続バスバーの屈曲部の変形許容量に基づいて設定され、電池モジュールにおける総変形許容量は弾性部材の並設方向の厚さ以上に設定されている。
このため、複数の電池セルの全膨張量が弾性部材に吸収される範囲では、接続バスバーの屈曲部の変形は常に変形許容量の範囲内となる。
このため、並設された複数の電池セルが膨張を続けても、電池セルの全膨張量が弾性部材に吸収される範囲であれば、接続バスバーと接続されている電池セルの端子に並設方向の過度な荷重が作用することがない。
その結果、電池セルの膨張による端子の変形や破損を防止することができる。
【０００９】
また、上記の電池モジュールにおいて、前記接続バスバーは、前記屈曲部に前記電池セルの並設方向と直交する方向に切り欠かれた切り欠きを有する構成としてもよい。
この場合、接続バスバーの変形許容量を超えるように電池セルが膨張しても、接続バスバーの切り欠きに応力が集中し、端子が著しく変形したり破損したりする前に、接続バスバーは切り欠きから破断する。
よって、接続バスバーが破断することにより、電池セルの膨張による端子の変形や破損を抑制することができる。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、並設された複数の電池セルが膨張を続けても、電池セルの端子に並設方向の過度な荷重が作用することのない電池モジュールを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る電池モジュールの概要を示す斜視図である。
【図２】電池モジュールの要部を分解して示す分解斜視図である。
【図３】（ａ）は膨張のない電池セルにおける接続バーを示す要部側面図であり、（ｂ）は膨張が発生している電池セルにおける接続バーを示す要部側面図である。
【図４】（ａ）は膨張のない電池セルによる電池モジュールの概略平面図であり、（ｂ）は膨張が発生している電池セルによる電池モジュールの概略平面図である。
【図５】第２の実施形態に係る電池モジュールの要部を示す斜視図である。
【図６】第３の実施形態に係る電池モジュールの要部を拡大して示す要部拡大図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
（第１の実施形態）
以下、本発明の実施形態に係る電池モジュールについて図面を参照して説明する。
本実施形態では、非水電解液二次電池としてのリチウムイオン二次電池に使用される電池モジュールについて例示している。
【００１３】
図１に示すように、電池モジュール１０は、並設された複数（７個）の電池セル１１と、複数の電池セル１１の並設方向両端にそれぞれ設けた一対の板部材１２と、複数の電池セル１１を一体化する拘束具としてのボルト１３およびナット１４とを備えている。
また、電池モジュール１０は、電池セル１１の並設方向の膨張を吸収する弾性部材１５と、隣り合う電池セル１１の端子同士を接続する接続バスバー１６とを有している。
【００１４】
本実施形態の電池セル１１は、直方体形のリチウム電池であり、電池セル１１に備えられた端子としての正極端子１８および負極端子１９が鉛直方向上側に突出するように並設されている。
電池セル１１の内部には電極組立体（図示せず）が収容されており、電極組立体の正極は正極用の導電部材（図示せず）により正極端子１８と接続されている。
また、電極組立体の負極は負極用の導電部材（図示せず）により負極端子１９と接続されている。
図２に示すように、本実施形態の正極端子１８は、接続バスバー１６を固定するための固定ボルト２０が螺入される雌ねじ部２１を備え、同様に、負極端子１９は固定ボルト２０が螺入される雌ねじ部２２を備えている。
【００１５】
複数の電池セル１１の並設方向両端には、板部材１２がそれぞれ設けられている。
板部材１２は略方形であり、４辺のうちの１辺には外側に突出する突出部２３が形成されている。
突出部２３には、一対の貫通孔２４が形成されている。
板部材１２の突出部２３を設けた辺の反対側となる辺の両端付近には、一対の貫通孔２５が形成されている。
板部材１２は突出部２３を鉛直方向上側に突出するように配置される。
【００１６】
ボルト１３およびナット１４は、複数の電池セル１１を一体化するものである。
本実施形態では、ボルト１３が貫通孔２４、２５にそれぞれ挿通され、ボルト１３とナットが締結される。
ボルト１３とナット１４との締結力を増大させることにより、板部材１２の電池セル１１が設けられる面とは反対側の面に対し加圧力が加えられ、複数の電池セル１１は一体化される。
【００１７】
本実施形態では、一方の板部材１２と一方の板部材１２と対向する電池セル１１との間には、弾性部材１５が介在されている。
弾性部材１５は、電池セル１１の並列方向の膨張を吸収するために設けられている。
従って、弾性部材１５は、十分な弾性を有する弾性変形可能な材料により形成されている。
弾性部材１５の並列方向の厚さは、予め想定される１つの電池セル１１の並列方向の最大膨張量に電池セル１１の数を乗じて設定されている。
複数の電池セル１１がそれぞれ最大膨張量まで膨張しても、複数の電池セル１１の膨張は、弾性部材１５に吸収される。
【００１８】
本実施形態では、複数の接続バスバー１６を用いることにより、複数の電池セル１１が直列接続されている。
接続バスバー１６は導電性に優れた金属板により形成されており、本実施形態の接続バスバー１６は錫鍍金を施した銅板により形成されている。
図２に示すように、接続バスバー１６は長方形の板であり、接続バスバー１６の長手方向の両端部には、通孔２７を有する接続部２６がそれぞれ形成されている。
接続部２６は正極端子１８又は負極端子１９と当接する部位である。
通孔２７は、接続バスバー１６を正極端子１８又は負極端子１９に固定する場合に固定ボルト２０が挿通される通孔である。
一対の接続部２６の間には、上方へ向けて凸状に形成される屈曲部２８が設けられている。
【００１９】
図２、図３（ａ）に示すように、本実施形態の屈曲部２８は、接続バスバー１６を屈曲させることにより形成されており、一対の接続部２６に対して傾斜して延在する一対の傾斜壁２９と、一対の傾斜壁２９の間に形成され、接続部２６と平行な平行壁３０とを有している。
屈曲部２８は、接続バスバー１６における変形許容量Ａを設定する部位であり、変形し易さを考慮した形状となっている。
図３（ｂ）に示すように、電池セル１１の並設方向の膨張により、並設方向における正極端子１８および負極端子１９の間隔が大きくなるとき、屈曲部２８が並設方向に伸びて変形する。
つまり、屈曲部２８は、電池セル１１の並設方向の膨張に応じて並設方向に伸長変形可能である。
【００２０】
図３（ｂ）に示す接続バスバー１６における変形許容量Ａは、図４（ａ）に示すように、電池モジュール１０における接続バスバー１６の数に応じた総変形許容量Ｂを設定する。
総変形許容量Ｂは、電池セル１１の最大膨張量を考慮して設定されている。
本実施形態では、複数の接続バスバー１６の変形許容量Ａの総和（Ａ×６個）は総変形許容量Ｂに相当し、弾性部材１５の並設方向の厚さＣよりも大きく設定されている。
図４（ｂ）に示すように、弾性部材１５が電池セル１１の並設方向の膨張により最も大きく弾性変形した状態であっても、接続バスバー１６の屈曲部２８は変形可能な状態にある。
【００２１】
本実施形態では、屈曲部２８の平行壁３０の両側には一対の半円状の切り欠き３１が形成されている（図２を参照）。
切り欠き３１は、電池セル１１が最大膨張量以上に膨張した場合に、接続バスバー１６を破断させ易くするために形成されている。
従って、切り欠き３１は、電池セル１１が最大膨張量以上に膨張した場合に、平行壁３０の両側において応力集中が発生しやすいように、電池セル１１の並設方向と直交する方向に切り欠かれている。
【００２２】
次に、本実施形態の電池モジュール１０における電池セル１１の膨張について説明する。
図４（ａ）では電池セル１１が膨張していない場合の電池モジュール１０を示し、図４（ｂ）では電池セル１１が膨張した場合の電池モジュール１０を示す。
電池セル１１は、長期間の使用による経年劣化のために並設方向に膨張する場合があるほか、充放電では並列方向へ膨張・収縮することがある。
電池セル１１の並設方向への膨張が経年劣化によって徐々に発生すると、電池セル１１の並設方向の厚さが増大するため、隣り合う電池セル１１の正極端子１８と負極端子１９との間隔が拡大する。
また、弾性部材１５は電池セル１１の膨張を受けて並設方向に収縮され、電池セル１１の膨張を吸収する。
図４（ｂ）に示すように、各電池セル１１の膨張が均等であるとすると、電池セル１１毎の並設方向の膨張量に電池セル１１の数（７個）を乗じると電池モジュール１０における全膨張量Ｄが得られる。
複数の電池セル１１の全膨張量Ｄが、弾性部材１５の並設方向の厚さＣ以下の場合には、総変形許容量Ｂ＞弾性部材の厚さＣ＞全膨張量Ｄ、という関係がある。
【００２３】
ところで、電池セル１１の並設方向への膨張により、隣り合う電池セル１１の正極端子１８と負極端子１９との並設方向の間隔が拡大するが、正極端子１８と負極端子１９との並設方向の間隔の拡大に応じて接続バスバー１６が変形する。
具体的には、図３（ｂ）に示すように、接続部２６が離れるように接続バスバー１６の屈曲部２８が変形するが、屈曲部２８の傾斜壁２９の傾斜角度が小さくなる方向へ変形する。
屈曲部２８が変形することにより、正極端子１８および負極端子１９には並設方向の過度の荷重が作用することはない。
なお、万が一、屈曲部２８の接続バスバー１６の変形許容量Ａを超えるような膨張が電池セル１１に発生する場合には、正極端子１８および負極端子１９には並設方向の荷重が増大する。
しかしながら、正極端子１８および負極端子１９には並設方向の荷重が増大すると、平行壁３０に形成した切り欠き３１に応力集中が発生し、正極端子１８および負極端子１９に過度の荷重が作用する前に接続バスバー１６が破断される。
【００２４】
本実施形態の電池モジュールは以下の作用効果を奏する。
（１）接続バスバー１６の屈曲部２８の変形許容量Ａに基づく電池モジュール１０における総変形許容量Ｂは、弾性部材１５の並設方向の厚さＣよりも大きく設定されている。このため、電池セル１１の膨張量が弾性部材１５に吸収される範囲では、接続バスバー１６の屈曲部２８の変形は常に変形許容量Ａの範囲内となる。従って、複数の電池セル１１が膨張を続けても、電池セル１１の全膨張量Ｄが少なくとも弾性部材１５に吸収される範囲であれば、接続バスバー１６と接続されている電池セル１１の正極端子１８又は負極端子１９に並設方向の過度な荷重が作用することがない。その結果、電池セル１１の膨張による正極端子１８又は負極端子１９の変形や破損を防止することができる。
【００２５】
（２）接続バスバー１６の変形許容量Ａを超えるように電池セル１１が膨張しても、接続バスバー１６の切り欠き３１に応力が集中し、正極端子１８又は負極端子１９が著しく変形したり破損したりする前に、接続バスバー１６は切り欠き３１から破断する。接続バスバー１６が破断することにより、正極端子１８又は負極端子１９に並設方向の過度な荷重が作用せず、電池セル１１の膨張による正極端子１８又は負極端子１９の変形や破損を抑制することができる。
【００２６】
（第２の実施形態）
次に、第２の実施形態に係る電池モジュールについて説明する。
本実施形態は、接続バスバーが電池セルの正極端子又は負極端子に溶接により固定される点で、第１の実施形態と相違する。
本実施形態では、第１の実施形態と同一の構成については第１の実施形態の説明を援用し、符号を共通して用いる。
【００２７】
図５に示すように、電池モジュール４０は、複数の電池セル１１を備えており、電池セル１１は正極端子４１および負極端子４２を備えている。
電池セル１１の正極端子４１および負極端子４２には溶接により接続バスバー４３が固定されている。
一対の接続部４４の間には、上方へ向けて凸状に形成された屈曲部４５が備えられている。
本実施形態の屈曲部４５は接続バスバー４３を略Ｕ字状に湾曲することにより形成されている。
屈曲部４５は、第１の実施形態と同様に、接続バスバー４３の変形許容量Ａを設定し、変形許容量Ａに基づいて電池モジュールの４０の総変形許容量Ｂが設定される。
なお、本実施形態では、図５に示すように接続部４４において溶接される溶接部４６をそれぞれ１箇所としている。
本実施形態によれば、接続バスバー４３が電池セル１１の正極端子４１又は負極端子４２に溶接により固定される場合でも、第１の実施形態の作用効果と同等の作用効果を奏する。
【００２８】
（第３の実施形態）
次に、第３の実施形態に係る電池モジュールについて説明する。
本実施形態は、構成は第１の実施形態と同一であるが、電池セルの膨張により接続バスバーが変形している状態では、接続バスバーと正極又は負極との間にすべりが生じないように設定されている点で第１の実施形態と相違する。
従って、本実施形態の構成については第１の実施形態の説明を援用し、符号を共通して用いる。
【００２９】
図６に示すように、接続バスバー１６の通孔２７には、挿通される固定ボルト２０とのクリアランスＳが設定されている。
本実施形態では、電池セル１１が膨張しても、接続バスバー１６が変形している間は、接続バスバー１６と正極端子１８又は負極端子１９との間にすべりが生じないように、固定ボルト２０の軸力が設定されている。
つまり、固定ボルト２０の軸力は、接続バスバー１６に変形を生じさせる並設方向の荷重が接続バスバー１６と正極端子１８又は負極端子１９との間にすべりが生じさせる並設方向の荷重よりも小さくなるように、設定されている。
【００３０】
本実施形態によれば、電池セル１１が膨張しても接続バスバー１６が変形している間は、接続バスバー１６と正極端子１８又は負極端子１９との間にすべりが生じない。
このため、接続バスバー１６と正極端子１８又は負極端子１９との間にすべりによる接触抵抗の増大を防止することができる。
【００３１】
本発明は、上記の実施形態に限定されるものではなく発明の趣旨の範囲内で種々の変更が可能であり、例えば、次のように変更してもよい。
【００３２】
○  上記の実施形態では、接続バスバーの一部を屈曲又は湾曲することにより屈曲部を形成したが、屈曲部の形状は、上記の実施形態の例に限定されない。屈曲部は、屈曲又は湾曲により形成可能な形状であって変形許容量を設定することが可能であれば、その形状は特に制限されない。
○  上記の実施形態では、電池モジュールにおける接続バスバーの屈曲部の変形許容量に基づく総変形許容量が、弾性部材の並設方向の厚さよりも大きく設定されたが、この総変形許容量を弾性部材の並設方向の厚さと同じになるように設定してもよい。この場合も弾性部材が電池セルの膨張を吸収する間は、接続バスバーが変形するから、電池セルの端子に過度な荷重が作用することはない。
○  上記の実施形態では、弾性部材が一方の板部材と一方の板部材に最も近い電池セルとの間に設けられたがこの限りではない。例えば、弾性部材を電池セルの間に介在させてもよい。また、板部材と電池セルとの間のほか電池セルの間に弾性部材を介在させる等、複数の弾性部材を設けるようにしてもよい。複数の弾性部材とする場合、複数の弾性部材の並設方向の厚さの総和が、弾性部材の並設方向の厚さに相当する。
○  上記の実施形態では、接続バスバーの屈曲部が上方へ向けて凸状に形成される例としたが、例えば、屈曲部は下方へ向けて凸状に形成されてよい。
○  上記の実施形態では、電池モジュールにおいて６個の接続バスバーが設けられる例を説明したが、接続バスバーの数は電池セルの数に応じて設定される。電池セルが２個の電池モジュールの場合では、接続バスバーは１個となるが、この場合の電池モジュールの総変形許容量は接続バスバーの変形許容量と等しい。
○  第１の実施形態では、接続バスバーに切り欠きを設けるようにしたが、切り欠きは必須ではなく、第２の実施形態のように切り欠きを備えない接続バスバーとしてもよい。
○  上記の実施形態では、非水電解液二次電池としてのリチウムイオン二次電池の電池モジュールを例示したが、電池モジュールはリチウムイオン二次電池に限らない。電池セルが並設方向に膨張する電池モジュールであれば特に電池の種類は問われない。
【符号の説明】
【００３３】
１０、４０  電池モジュール
１１  電池セル
１２  板部材
１３  ボルト
１４  ナット
１５  弾性部材
１６、４３  接続バスバー
１８、４１  正極端子
１９、４２  負極端子
２０  固定ボルト
２６、４４  接続部
２８、４５  屈曲部
３１  切り欠き
４６  溶接部
Ａ  変形許容量
Ｂ  総変形許容量
Ｃ  弾性部材の並設方向の厚さ
Ｄ  全膨張量
Ｓ  クリアランス
【図１】
2015207442.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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