(57)【要約】【課題】隣り合う電池セルの電極端子同士を接続するバスバーを電池監視基板に直接接続した電池スタックにおいて電池監視基板におけるバスバーとの接続部に応力が加わりにくくすることができるようにする。【解決手段】並設された複数の電池セル２１と、複数のバスバー３０と、各バスバー３０と接続され、各電池セル２１の電圧を監視するための電池監視基板５０と、を備える。バスバー３０は、隣り合う電池セルの電極端子同士を接続するバスバー本体部３１から電池監視基板５０に向かって延び、先端側が電池監視基板５０に固定される接続部４０を有する。接続部４０は、延設方向における一部がばね４２により構成されている。【選択図】図２
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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、
隣り合う前記電池セルの電極端子同士を接続するための複数のバスバーと、
前記各バスバーと接続され、前記各電池セルの電圧を監視するための電池監視基板と、
を備えた電池スタックにおいて、
前記バスバーは、隣り合う電池セルの電極端子同士を接続するバスバー本体部から前記電池監視基板に向かって延び先端側が前記電池監視基板に固定される接続部を有し、当該接続部は、延設方向における少なくとも一部が柔軟性を有する部材により構成されていることを特徴とする電池スタック。
【請求項２】
前記柔軟性を有する部材は、ばねであることを特徴とする請求項１に記載の電池スタック。
【請求項３】
前記ばねは、コイルばねであることを特徴とする請求項２に記載の電池スタック。
【請求項４】
前記柔軟性を有する部材は、導電性樹脂よりなることを特徴とする請求項１に記載の電池スタック。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電池スタックに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１に開示の二次電池パックにおいては、それぞれ正極端子および負極端子を有し、並んで配設された複数の単位セル電池と、複数の単位セル電池の上に配設され、単位セル電池の電圧、温度を監視する電池監視用基板と、それぞれ隣り合う単位セル電池の電極端子同士を電気的に接続する複数のバスバーと、を備える。バスバーは、このバスバーと同一材料により形成された検出用の接続片を有し、接続片は電池監視用基板に直接はんだ接続されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１０−１２３２９９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、バスバーと電池監視基板とは直接接続されているので、電池監視基板とバスバーとの間において取付ばらつきや温度変化に伴い電池監視基板におけるバスバーとの接続部に応力が加わりやすい。
【０００５】
本発明の目的は、隣り合う電池セルの電極端子同士を接続するバスバーを電池監視基板に直接接続した電池スタックにおいて電池監視基板におけるバスバーとの接続部に応力が加わりにくくすることができるようにすることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
請求項１に記載の発明では、並設された複数の電池セルと、隣り合う前記電池セルの電極端子同士を接続するための複数のバスバーと、前記各バスバーと接続され、前記各電池セルの電圧を監視するための電池監視基板と、を備えた電池スタックにおいて、前記バスバーは、隣り合う電池セルの電極端子同士を接続するバスバー本体部から前記電池監視基板に向かって延び先端側が前記電池監視基板に固定される接続部を有し、当該接続部は、延設方向における少なくとも一部が柔軟性を有する部材により構成されていることを要旨とする。
【０００７】
請求項１に記載の発明によれば、並設された複数の電池セルにおける隣り合う電池セルの電極端子同士がバスバーを用いて接続される。各電池セルの電圧を監視するための電池監視基板が、各バスバーと接続される。バスバーの接続部は、隣り合う電池セルの電極端子同士を接続するバスバー本体部から電池監視基板に向かって延び、先端側が電池監視基板に固定される。接続部は、延設方向における少なくとも一部が柔軟性を有する部材により構成されている。よって、電池監視基板におけるバスバーとの接続部に応力が加わりにくくなる。
【０００８】
請求項２に記載のように、請求項１に記載の電池スタックにおいて前記柔軟性を有する部材は、ばねを用いることができる。ここで、請求項３に記載のように、請求項２に記載の電池スタックにおいて前記ばねは、コイルばねを用いることができる。
【０００９】
また、請求項４に記載のように、請求項１に記載の電池スタックにおいて、前記柔軟性を有する部材は、導電性樹脂よりなっていてもよい。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、隣り合う電池セルの電極端子同士を接続するバスバーを電池監視基板に直接接続した電池スタックにおいて電池監視基板におけるバスバーとの接続部に応力が加わりにくくすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】（ａ）は実施形態における電池スタックの平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線での縦断面図。
【図２】（ａ）は電池スタックの一部平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線での縦断面図。
【図３】電池スタックのバスバーの斜視図。
【図４】（ａ）は基板締結前の状態での電池スタックの平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線での縦断面図。
【図５】（ａ）はバスバー締結前の状態での電池スタックの平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線での縦断面図。
【図６】（ａ）は別例の電池スタックの平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線での縦断面図。
【図７】（ａ）は電池スタックの一部平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線での縦断面図。
【図８】電池スタックのバスバーの斜視図。
【図９】別例の電池スタックのバスバーの斜視図。
【図１０】他の別例における電池スタックの一部断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明を具体化した一実施形態を図面に従って説明する。
なお、図面において、水平面を、直交するＸ，Ｙ方向で規定するとともに、上下方向をＺ方向で規定している。
【００１３】
図１に示すように、車両に搭載される電池スタック１０は、スタック本体部２０と、複数のバスバー３０と、電池監視基板５０を備える。
図５に示すように、スタック本体部２０は、複数の角形電池セル２１が横（Ｘ方向）において一列に並設されている。図５等では、１２本の角形電池セル２１が並設されている。各角形電池セル２１は立設した状態で配置され、電池セル本体２１ａの上面に正極端子２１ｂと負極端子２１ｃが設けられている。正極端子２１ｂと負極端子２１ｃは、ねじであり、電池セル本体２１ａの上面においてナット２１ｄにより電池セル本体の蓋板（天板）を締結している。このとき、角形電池セル２１において正極端子２１ｂと負極端子２１ｃとはＹ方向において電池セル本体２１ａの両端部に配置されるが、Ｘ方向には各電池セル２１が正極端子２１ｂと負極端子２１ｃとは交互に配置される。つまり、Ｘ方向に並設される各電池セル２１は、Ｘ方向において一つの電池セル２１の正極端子２１ｂとその隣の電池セル２１の負極端子２１ｃとが隣り合うように配置される。また、電池セル２１としてリチウムイオン二次電池を挙げることができる。
【００１４】
Ｘ方向に並設した各角形電池セル２１における隣り合う角形電池セルの間には上下に板状の樹脂製スペーサ２２，２３が配置されている。上下のスペーサ２２，２３の間には空隙が形成され、この空隙は電池セル冷却空気が通過する空間となっている。また、Ｘ方向に並設した角形電池セル２１における両端面には一対のプレート２４，２５が配置されている。プレート２４とプレート２５とは電池セル２１の側面においてボルト２６，２７とナット２８，２９により締結されている。
【００１５】
つまり、並設した各角形電池セル２１における一方の側面において、ボルト２６が上下に配置され、この上下のボルト２６が水平方向（Ｘ方向）に延設されている。ボルト２６はプレート２４とプレート２５とを貫通し、ナット２８が螺入されている。同様に、並設した各角形電池セル２１における他方の側面において、ボルト２７が上下に配置され、この上下のボルト２７が水平方向（Ｘ方向）に延設されている。ボルト２７はプレート２４とプレート２５とを貫通し、ナット２９が螺入されている。
【００１６】
これにより、プレート２４とプレート２５との間において、並設した各角形電池セル２１が挟持されている（拘束されている）。
また、図４に示すように、並設された各角形電池セル２１における隣り合う角形電池セルの電極端子同士がバスバー３０のバスバー本体部３１により接続されている。詳しくは、隣り合う角形電池セル２１における正極端子２１ｂと負極端子２１ｃとがバスバー本体部３１により接続されている。
【００１７】
図２，３に示すように、導電性を有するバスバー３０は、銅板等よりなるバスバー本体部３１が長方形状をなしている。バスバー本体部３１の長手方向において離間した位置に円形の貫通孔３２，３３が形成されている。バスバー本体部３１の貫通孔３２に、隣り合う角形電池セルのうちの一方の角形電池セルの端子（正極端子２１ｂあるいは負極端子２１ｃ）が挿入される。バスバー本体部３１の貫通孔３３に、隣り合う角形電池セルのうちの他方の角形電池セルの端子（負極端子２１ｃあるいは正極端子２１ｂ）が挿入される。正極端子２１ｂおよび負極端子２１ｃはバスバー本体部３１を貫通する状態でバスバー本体部３１の上面側からナット３４が螺入され、バスバー本体部３１が締結されている。
【００１８】
これにより、図４に示すように、並設された各角形電池セル２１はバスバー本体部３１により直列接続されている。また、直列接続された電池セル２１における一端にもバスバー３０が配設されているとともに他端にもバスバー３０が配設されている。
【００１９】
図１に示すように、電池監視基板５０は四角形状をなしている。電池監視基板５０は、プレート２４，２５の上に配置され、四角板状の電池監視基板５０における四隅部において電池監視基板５０を貫通するねじ５１がプレート２４，２５に螺入されることにより固定されている。
【００２０】
電池監視基板５０は各バスバー３０のバスバー本体部３１の上に、バスバー３０のバスバー本体部３１に離間して配置されている。電池監視基板５０は各バスバー３０と接続され、各電池セル２１の電圧を監視するためのものである。
【００２１】
電池監視基板５０には各バスバー３０につながる配線パターンが形成されている。この配線パターンを通して各バスバーを介した各電池セル２１の電圧がアナログ信号として送られる。また、電池監視基板５０にはＡＤ変換器（図示略）が搭載されており、ＡＤ変換器は配線パターン（アナログ信号ライン）を通して各電池セル２１の電圧を入力してＡ／Ｄ変換する。電池監視基板５０にはコネクタ５２が搭載されている。このコネクタ５２を介してＡＤ変換器によるＡ／Ｄ変換後の各電池セル２１の電圧（デジタル信号）が外部機器に送られる。各電池セル２１の電圧（デジタル信号）が所定の範囲から外れると当該電池セル２１が劣化していることになる。
【００２２】
各バスバー３０は、図２，３に示すように、接続部４０を有する。接続部４０は、隣り合う電池セル２１の電極端子同士を接続するバスバー本体部３１から電池監視基板５０に向かって真上（Ｚ方向）に延び、先端側が電池監視基板５０に固定される。接続部４０は、銅製等の円柱部４１と、柔軟性を有する部材としてのばね４２と、鉄鋼材料等よりなるねじ部４３から構成されている。このように、棒状をなす接続部４０は、延設方向における一部にばね４２が用いられており、延設方向の一部が柔軟性を有する部材により構成されている。
【００２３】
円柱部４１は、長方形のバスバー本体部３１における上面での長手方向の中央部から上方に突設されている。ばね４２は、コイルばねであり、材料としてばね鋼が使われている。ばね４２の一端が円柱部４１の上面に接合され、他端側が上方に延びている。ばね４２の他端（上端）にはねじ部４３の下面が接合され、ねじ部４３は上方に延びている。
【００２４】
バスバー３０の接続部４０のねじ部４３が電池監視基板５０を貫通している。ねじ部４３が電池監視基板５０を貫通する状態で電池監視基板５０の上面側からナット４４が螺入されている。このとき、バスバー本体部３１と電池監視基板５０との間において接続部４０のばね４２が圧縮された状態で使用される。
【００２５】
次に、このように構成した電池スタック１０の作用について説明する。
図５に示すように、スタック本体部２０は、プレート２４とプレート２５との間において複数の角形電池セル２１がスペーサ２２，２３を介して並設された状態で拘束される。このときスペーサ２２，２３の形状（寸法）のばらつきがある。また、電池セル２１の大きさ（寸法）にばらつきがある。
【００２６】
図４に示すように、隣り合う電池セル２１の電極端子同士が複数のバスバー３０により接続され、各電池セル２１が直列接続される。このとき、スペーサ２２，２３の寸法ばらつきや電池セル２１の寸法ばらつきにより水平方向（Ｘ，Ｙ方向）にバスバー３０と電池監視基板５０との位置関係がずれる。ここで、バスバー３０における接続部４０の一部は柔軟性を有する（ばね４２が設けられている）。よって、図１に示すように電池監視基板５０を取り付けた状態においてバスバー３０のばね４２が水平方向に変形する（撓む）。これにより、電池監視基板５０におけるバスバー３０との接続部に応力が加わりにくい。
【００２７】
また、図１に示すように、隣り合う電池セル２１の電極端子同士を接続するバスバー３０が電池監視基板５０に直接接続され、各電池セル２１の電圧がＡ／Ｄ変換されてコネクタ５２を介して外部機器に送られる（各電池セルの電圧が監視される）。
【００２８】
電池セル２１の充放電時において電池セル２１が熱により膨張する。このとき、バスバー３０における接続部４０の一部は柔軟性を有する（ばね４２が設けられている）。よって、電池セル２１が水平方向（Ｘ，Ｙ方向）に移動してもバスバー３０のばね４２が水平方向に変形する（撓む）。これにより、電池監視基板５０におけるバスバー３０との接続部に応力が加わりにくい。
【００２９】
詳しく説明する。各電池セル２１の電圧を測定するために、各電池セル２１における正負の両端子へハーネスを接続し、電池監視基板５０までハーネスで接続する場合においては、配線長が長くなる。その結果、コストアップを招く。また、配線が長くなるので電圧降下が生じて電圧測定精度が悪くなったり、ノイズの影響を受ける可能性がある。
【００３０】
これに対し本実施形態においては、電池セル２１と電池監視基板５０の接続部にバスバー３０を利用し、電池セル２１と電池監視基板５０をダイレクトに接続している。よって、ハーネスが削減できることにより、コスト低減を図ることができるとともに組み付け作業工数低減を図ることができる。また、電池セル２１と電池監視基板５０の接続における配線長が短くでき、電圧降下が少なく電圧測定精度の向上が図られるとともに、アナログ線の配線長が短くなることによるノイズ耐性向上を図ることができる（ノイズの影響で誤差の出やすい電圧計測のアナログラインを短くでき、耐ノイズ性能が向上する）。
【００３１】
このようにバスバーを電池監視基板に直接接続する場合において、バスバーの接続部が剛体であったならば（接続部が全て金属の棒材のように柔軟性のないものであったならば）、電池監視基板５０の固定部に応力が加わった状態で車の走行振動などで電池監視基板５０が損傷する虞がある。
【００３２】
これに対し、本実施形態においては、バスバー３０における電池監視基板５０との接続部４０の一部は柔軟性のある構成となっており、応力を吸収できる構造となっている。つまり、接続部４０の途中を、ばね４２とすることにより、応力による基板損傷を防止することができる。
【００３３】
以上のごとく本実施形態によれば、以下のような効果を得ることができる。
（１）電池スタックの構成として、並設された複数の電池セル２１と、複数のバスバー３０と、電池監視基板５０と、を備え、バスバー３０の接続部４０は、延設方向における一部が柔軟性を有する部材（ばね４２）により構成されている。
【００３４】
これにより、接続部４０における柔軟性を有する部材（ばね４２）が変形できるので、隣り合う電池セル２１の電極端子同士を接続するバスバー３０を電池監視基板５０に直接接続した電池スタックにおいて電池監視基板５０におけるバスバー３０との接続部に応力が加わりにくくすることができる。
【００３５】
（２）柔軟性を有する部材は、ばね４２であるので、柔軟性に優れている。
（３）ばね４２は、コイルばねであり、バスバーの接続部を電池監視基板５０に固定する際に、コイルばねが圧縮して使用される。よって、ナット４４と電池監視基板５０との接続部において、当該部位が面接触されるとともに、圧縮状態で使用されることにより接触抵抗を低減することができる。
【００３６】
実施形態は前記に限定されるものではなく、例えば、次のように具体化してもよい。
・電池監視基板５０は、ねじ５１によりプレート２４，２５に固定されていても、ねじ５１によりプレート２４，２５に固定されていなくてもよい。
【００３７】
・図６，７，８に示すように、柔軟性を有する部材は、導電性樹脂６１よりなる構成としてもよい。詳しくは、バスバー３０の接続部６０は円柱状の導電性樹脂６１を有している。接続部６０は、バスバー本体部３１から電池監視基板５０に向かって真上（Ｚ方向）に延びている。接続部６０は、円筒部６２と導電性樹脂６１から構成されている。円筒部６２は、長方形のバスバー本体部３１における上面での長手方向の中央部から上方に突設されている。導電性樹脂６１は柔軟性を有し、円柱状の導電性樹脂６１の一端が円筒部６２に嵌入され、他端側が上方に延びている。円柱状の導電性樹脂６１の上端は電池監視基板５０の下面に形成された円筒部５５に嵌入されている。そして、ねじ５１のプレート２４，２５への螺入に伴い（電池監視基板５０の固定により）、バスバー本体部３１と電池監視基板５０との間において導電性樹脂６１が圧縮された状態で使用される。
【００３８】
このようにして、柔軟性のある接続部４０（軟らかい接続部）とすることにより位置が可動であり、バスバーの接続部６０を電池監視基板５０に固定する際に、導電性樹脂６１が圧縮して使用される。よって、導電性樹脂６１と電池監視基板５０との接続部において、当該部位が面接触されるとともに、圧縮状態で使用されることにより接触抵抗を低減することができる。また、電圧測定精度向上かつ、導電性樹脂を使用することにより応力による電池監視基板損傷を防止することができる。また、円筒部６２により位置ずれを防止することができる。
【００３９】
・図９に示すように、ばねは、板ばね４５であってもよく、コイルばねに代わる板ばね４５において水平方向に変形可能としてもよい。
・図１０に示すように、バスバーの接続部７０として、バスバー本体部３１に一体形成された円柱部７１と、円柱状の導電性樹脂７２と、ねじ部７３とを直接接合して構成してもよい。具体的には、例えば、円柱部７１と円柱状の導電性樹脂７２とを摩擦圧接するとともに円柱状の導電性樹脂７２とねじ部７３とを摩擦圧接する。
【００４０】
要は、バスバーの接続部は、延設方向における少なくとも一部が柔軟性を有する部材により構成されていればよい。
【符号の説明】
【００４１】
１０…電池スタック、２１…電池セル、３０…バスバー、３１…バスバー本体部、４０…接続部、４２…ばね、５０…電池監視基板、６１…導電性樹脂、７２…導電性樹脂。
【図１】
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【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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