(57)【要約】【課題】  電池セルに外力が加わったとき、バスバーを積極的に変形させることにより、蓄電要素と外部端子部分との干渉を抑え、安全性を向上させた電池モジュールを提供することを課題とする。【解決手段】  上記課題を解決する本発明の電池モジュールは、電極を有する電池セルが互いに積層され、かつ互いにバスバーを介して接続され、前記電池セルは蓄電要素と接続される外部端子を有し、前記バスバーは、一の電池セルの外部端子と接続される接続部と、他の電池セルの外部端子と接続される接続部とを有し、前記２つの接続部の間には、前記電池セルが積層された方向に対する圧縮強度が、前記接続部よりも小さい脆弱部が配置されることを特徴とする。【選択図】図８
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電極を有する電池セルが互いに積層され、かつ互いにバスバーを介して接続される電池モジュールにおいて、
前記電池セルは蓄電要素と接続される外部端子を有し、
前記バスバーは、一の電池セルの外部端子と接続される接続部と、他の電池セルの外部端子と接続される接続部とを有し、
前記２つの接続部の間には、前記電池セルが積層された方向に対する圧縮強度が、前記接続部よりも小さい脆弱部が配置されることを特徴とする電池モジュール。
【請求項２】
請求項１に記載の電池モジュールにおいて、
前記脆弱部は、切り欠き部を有する構造であることを特徴とする二次電池モジュール。
【請求項３】
請求項２に記載の二次電池モジュールにおいて、
前記脆弱部は、前記電池セルの積層方向とは異なる方向に突出する湾曲部を有することを特徴とする二次電池モジュール。
【請求項４】
請求項３に記載の二次電池モジュールにおいて、
前記切り欠き部は前記湾曲部の頂部に設けられることを特徴とした二次電池モジュール。
【請求項５】
請求項１に記載の二次電池モジュールにおいて、
前記脆弱部は、穴を有することを特徴とする二次電池モジュール。
【請求項６】
請求項５に記載の二次電池モジュールにおいて、
前記穴は、長円形であり、当該長円の軸は前記電池セルが積層する方向に対して傾いていることを特徴とする二次電池モジュール。
【請求項７】
請求項５又は６に記載の二次電池モジュールにおいて、
前記脆弱部は、前記電池セルの積層方向とは異なる方向に突出する湾曲部を有することを特徴とする二次電池モジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車両の電源として用いられる電池モジュールに関する。
【背景技術】
【０００２】
電気自動車やハイブリッド型の電気自動車などの電源として、リチウムイオン二次電池などの電池セルを複数備えた電池モジュールが知られている。電池モジュールは、複数の電池セルの電極端子同士をバスバーで電気的に接続することで形成される。
【０００３】
特許文献１には、角形二次電池の電極端子同士を平板状のバスバーで接続された電池モジュールが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１５-１２２３３７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１に記載された電池モジュールでは、複数の電池セルの電極端子同士を電気的に接続する平板状のバスバーの圧縮荷重に対する抵抗力が高く、変形し難い。そのため、平板状のバスバーを有する電池モジュールに外力が作用したとき、特に電池モジュールの積層方向に電池セルを圧壊させるような外力が作用したとき、電池セルの変形に対してバスバーが追随して変形できないため、電池セルの外部端子部分大きなモーメントが作用して、電池容器内部に配置され、外部端子に接続される電極群を損傷させてしまうおそれがある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決する本発明の電池モジュールは、電極を有する電池セルが互いに積層され、かつ互いにバスバーを介して接続され、前記電池セルは蓄電要素と接続される外部端子を有し、前記バスバーは、一の電池セルの外部端子と接続される接続部と、他の電池セルの外部端子と接続される接続部とを有し、前記２つの接続部の間には、前記電池セルが積層された方向に対する圧縮強度が、前記接続部よりも小さい脆弱部が配置されることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、電池セル１間の積層方向に圧縮力がかかったとしても、バスバー９が積層方向とは異なる方向に変形し、外部端子１ｃ、１ｄ部分に加わる荷重を逃がすことができ、外部端子１ｃ、１ｄ部分における変形を抑えることができる。なお、上記した以外の課題、構成及び効果は、以下に実施形態により明らかにされる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】電池セルの外観斜視図。
【図２】電池セル積層体の外観斜視図。
【図３】電池セル積層体の分解斜視図。
【図４】電池ブロックの外観斜視図。
【図５】電池ブロックの分解斜視図。
【図６】電池モジュールの外観斜視図。
【図７】電池モジュールの分解斜視図。
【図８】脆弱部を有するバスバー
【図９】カバーを取り付けた電池モジュールの外観斜視図。
【図１０】脆弱部を有するバスバーの例
【図１１】脆弱部を有するバスバーの例
【図１２】脆弱部を有するバスバーの例
【図１３】脆弱部を有するバスバーの例
【発明を実施するための形態】
【０００９】
＜実施形態１＞
以下、本発明に関わる電池モジュールの実施形態１について図面に基づき説明する。なお、以下の説明では、電池モジュールが電気自動車やハイブリッド電気自動車の駆動源として用いられる車載用の場合を例に説明するが、用途は車載用に限定されるものではない。また、角形の電池セルを例に説明するが、角形の電池セルに限定されるものではない。
【００１０】
（電池セル）
図１は、電池セルの外観斜視図である。
【００１１】
電池セル１は、角形のリチウムイオン二次電池であり、アルミニウム合金製の電池容器内に、正極電極と負極電極を有する電極群が非水電解液と共に収容されている。電池セル１の電池容器は、有底の電池缶１ａと、電池缶１ａの開口部を封口する電池蓋１ｂとを有している。電池缶１ａは、深絞り加工により形成された扁平な角形容器であり、長方形の底面ＰＢと、底面ＰＢの長辺部から立ち上がる一対の幅広側面ＰＷと、底面ＰＢの短辺部から立ち上がる一対の幅狭側面ＰＮを有している。
【００１２】
また、本実施形態の説明における三方向を、電池セル１の幅狭側面ＰＮに向かう方向をＸ方向、電池セル１の幅広側面ＰＷに向かう方向をＹ方向、電池セル１の上面ＰＵ及び底面ＰＢに向かう方向をＺ方向と表記する。
【００１３】
電池蓋１ｂは、長方形の平板部材によって構成されており、上面ＰＵを有している。電池蓋１ｂには、電圧を入出力するための正極外部端子１ｃと負極外部端子１ｄが設けられている。正極外部端子１ｃと負極外部端子１ｄは、電池蓋１ｂの長辺方向に互いに離間した位置に配置されている。正極外部端子１ｃと負極外部端子１ｄは、電池蓋１ｂに対して上面ＰＵ側に突設しており、また、それぞれバスバーを締結するためのナット締結用のボルトが突設されている。そして、正極外部端子１ｃと電池蓋１ｂとの間、及び負極外部端子１ｄと電池蓋１ｂとの間には、樹脂製のガスケット１ｇが介在されており、絶縁されている。ガスケット１ｇは、電池蓋１ｂの上面に沿って正極外部端子１ｃ及び負極外部端子１ｄの外端縁よりも側方に突出する大きさを有している。
【００１４】
電池蓋１ｂは、電池缶１ａ内に電極群を収容した後に、電池缶１ａにレーザー溶接されて電池缶１ａの開口部を封口する。電池蓋１ｂの長辺方向中間位置である電池蓋１ｂ中央寄り側の位置には、内圧の上昇により開裂して電池容器内のガスを排出するガス排出弁１ｅが設けられている。電池セル１は、正極外部端子１ｃ、負極外部端子１ｄ、ガス排出弁１ｅを除く全面を絶縁性フィルム１ｆで覆われている。
【００１５】
（電池セル積層体）
図２は、電池セル積層体２の外観斜視図、図３は、電池セル積層体の一部を分解した状態を示す分解斜視図である。
【００１６】
電池セル積層体２は、図２及び図３に示すように、電池セル１を複数並べて積層させることによって構成されている。複数の電池セル１は、正極外部端子１ｃと負極外部端子１ｄとが積層方向に沿って交互に連続するように配置されている。複数の電池セル１の積層方向両端には、一対のエンドプレート３が配置される。一対のエンドプレート３は、一対の挟持部材として第１の固縛部を構成する。エンドプレート３の外観面（例えば、上面、幅広側面）には雌ねじ３ａ、３ｂが螺設されている。雌ねじ３ａは、エンドプレート３の上面に形成され、雌ねじ３ｂは、エンドプレート３の幅広面に形成されている。
【００１７】
各電池セル１及びエンドプレート３の間には、絶縁性のセル間スペーサー４が介在されている。圧壊時にはこの電池セル１間に配置されたセル間スペーサ４が壊れ、さらに電池セル１間の間隔が近付くことがある。その時に特に工夫の無い平板状のバスバーを使用した場合には、バスバーの剛性が高く、圧壊時に外部端子を介して電池缶内部に配置された蓄電要素に損傷を与える恐れがある。
【００１８】
本発明に開示のバスバーを用いれば、ある程度の圧壊ならば外部端子を介した蓄電要素の損傷を防ぐことが可能な二次電池モジュールを提供することが出来る。
【００１９】
（電池ブロック）
図４は、電池ブロック５の外観斜視図、図５は、電池ブロック５の一部を分解した状態を示す分解斜視図である。
【００２０】
電池ブロック５は、図４及び図５に示すように、電池セル積層体２の上面側にアッパープレート６、底面側にロアープレート７を備える。本実施形態では、アッパープレート６は樹脂製材料により構成され、ロアープレート７は、金属板を折り曲げ加工することによって構成されている。アッパープレート６とロアープレート７は、電池セル積層体２における上面側と缶底側に配置された一対の挟持部材として第２の固縛部を構成する。
【００２１】
電池ブロック５を組み立てるには、電池セル積層体２を積層方向に押圧し、所定の寸法になったところで、アッパープレート６を電池セル１の電池蓋１ｂ（上面ＰＵ）に当接させ、両端一対それぞれのエンドプレート３の雌ねじ３ａにねじ締結によって固定する。そして、同時にロアープレート７を電池セル１の底面ＰＢに接触させ、両端一対それぞれのエンドプレート３の雌ねじ３ｂにねじ締結によって固定する。
【００２２】
図６は、電池モジュール８の外観斜視図、図７は、電池モジュール８の一部を分解した状態を示す分解斜視図である。
【００２３】
電池モジュール８は、電池ブロック５の互いに隣り合う電池セル１の正極外部端子１ｃと負極外部端子１ｄとの間が複数のバスバー９によってそれぞれ電気的に接続される。電池セル１の正極外部端子１ｃ及び負極外部端子１ｄの一部には、各電池セル１の電圧を測定するための電圧検出線１０が接続されている。これらのバスバー９及び電圧検出線１０は、正極外部端子１ｃ及び負極外部端子１ｄに突設されたボルトにナットを締結することで固着される。なお、本実施形態ではバスバー９が正極外部端子１ｃや負極外部端子１ｄとナット締結される例が開示されているが、直接正極外部端子１ｃや負極外部端子１ｄと溶接されていても良い。
【００２４】
図９は、電池モジュール８のアッパープレート６にカバー１１を取り付けた状態を示す外観斜視図である。
【００２５】
カバー１１は、アッパープレート６に設置された突起６ｈに係合される。カバー１１は、アッパープレート６のバスバー９及び電圧検出線１０を覆う。カバー１１で覆うことによって、バスバー９及び電圧検出線１０の絶縁を図ることができる。
【００２６】
以下、本発明のポイントとなる  バスバー９の構造について説明する。
【００２７】
図８は、脆弱部を有するバスバーの斜視図である。バスバー９は、電気的に接続される電池セル１の外部端子１ｃ、１ｄ間に接続され、対応する外部端子１ｃ，１ｄに接続された接続部９ｃと、接続部９ｃ間を渡る渡り部９ｂと、を有し、渡り部９ｂには、荷重に対する抵抗力が、前記外部端子１ｃ、１ｄ及び前記接続部９ｃを含む端子部よりも弱い脆弱部９ａが設けられている。
【００２８】
なお、ここで言う接続部９ｃとは電池セル１の外部端子１ｃ、１ｄと当接するバスバーの部分である。この接続部９ｃ間には上述する脆弱部９ａが設けられている。脆弱部９ａは、接続部９ｃよりも電池セル１の積層方向に対する圧縮強度が弱い部分として定義される。ここで言う圧縮強度とは、材料の圧縮方向に対する強さ度合いを表わす指標である。材料に圧縮方向の外力を加えると潰れが発生しやがて材料は破断を迎えるが、破断の際に示す最大の応力値（荷重／断面積）を圧縮強度と言う。
【００２９】
本発明の脆弱部９ａは、導電性を有しており、かつ接続部９ｃよりも電池セル１積層方向に対する圧縮強度が弱ければどのような構造であっても良い。
【００３０】
本実施形態では、電池セル１の積層方向とは異なる方向に突出した渡り部９ｂ（突出部）の頂点に溝状の脆弱部９ａが設けられ、この脆弱部９ａによって電池セル１の積層方向に積極的に変形することが出来る。従って、外部端子１ｃ、１ｄ部分に加わる荷重を接続導体の渡り部９ｂや脆弱部９ａによって吸収することができ、外部端子１ｃ、１ｄ部分における変形を抑えることができる。
【００３１】
これにより、電池セルに外力が加わったときの蓄電要素（電極の捲回群）と外部端子１ｃ、１ｄとの干渉が抑えられ、電池モジュール８の安全性を向上させることができる。
【００３２】
なお、本実施形態のバスバーは渡り部９ａを有する構造としたが、渡り部９ａが無い構造であっても良い。その場合、溝状の脆弱部９ａは、積層方向の圧縮に対して変形しやすいように設けるのが好ましい。具体的には、バスバー９の面であって、電池セル１の上面ＰＵと平行な面内に溝状の脆弱部９ａを設けることが考えられる。
【００３３】
このような構造であれば、電池セル１間の積層方向に圧縮力がかかったとしても、バスバー９が積層方向とは異なる方向に変形し、外部端子１ｃ、１ｄ部分に加わる荷重を逃がすことができ、外部端子１ｃ、１ｄ部分における変形を抑えることができる。
【００３４】
＜実施形態２＞
続いて第二の実施形態について説明する。
【００３５】
第一の実施形態と同様の構造については説明を省略し、第一の実施形態と異なる部分を中心に説明する。図１０に第二の実施形態のバスバー９０について説明する。バスバー９０が第一の実施形態と異なる点は、渡り部９ｂと溝状の脆弱部９ａが無く、代わりに肉抜きされた脆弱部９０ａが接続部９０ｃ間に配置されている点であある。このように、溝状でなくても接続部９ｃよりも電池セル１の積層方向に対する圧縮強度が弱い脆弱部９０ａを構成することが可能である。この時、脆弱部９０ａの形状を電池セル１の積層方向と垂直な方向に突出させた構造とすることによって、電池セル１間の積層方向に圧縮力がかかったとしても、バスバー９０が積層方向とは異なる方向に変形し、外部端子１ｃ、１ｄ部分に加わる荷重を逃がすことができ、外部端子１ｃ、１ｄ部分における変形を抑えることができる。
【００３６】
＜実施形態３＞
続いて第三の実施形態について説明する。
【００３７】
第二の実施形態と同様の構造については説明を省略し、第二の実施形態と異なる部分を中心に説明する。図１１に第三の実施形態のバスバー９１について説明する。バスバー９１が第二の実施形態と異なる点は、肉抜きされた脆弱部９０ａの形状が異なる点である。具体的には、脆弱部９１ａの穴は長円形形状をしており、長軸が電池セル１の積層方向と傾いて配置されている。このような構造にすることによって、突出部を設けなくても意図する方向に変形させることが可能となる。特に電池セル１の積層方向とはズレた方向に変形が可能となり、電池セル１間の積層方向に圧縮力がかかったとしても、外部端子１ｃ、１ｄ部分に加わる荷重を逃がすことができ、外部端子１ｃ、１ｄ部分における変形を抑えることができる。
【００３８】
本発明について簡単にまとめる。本発明は電池セルに外力が加わったとき、接続導体の接続部間に設けられた脆弱部によって積極的に変形するので、外部端子部分（電池セルの外部端子及び接続導体の接続部を含む部分）に加わる荷重を接続導体の渡り部によって吸収することができ、外部端子部分における変形を抑えることができる。これにより、電池セルに外力が加わったときの電極（捲回群）と外部端子部分との干渉が抑えられ、電池モジュールの安全性を向上させることができる。
【００３９】
以上、本発明の実施形態について詳述したが、本発明は、前記の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の精神を逸脱しない範囲で、種々の設計変更を行うことができるものである。例えば、前記した実施の形態は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施形態の構成の一部を他の実施形態の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施形態の構成に他の実施形態の構成を加えることも可能である。さらに、各実施形態の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。
【符号の説明】
【００４０】
１  電池セル
１ａ  電池缶
１ｂ  電池蓋
１ｃ  正極外部端子
１ｄ  負極外部端子
１ｅ  ガス排出弁
１ｆ  絶縁性フィルム
２  電池セル積層体
３  エンドプレート
５  電池ブロック
６  アッパープレート
６ａ  押さえ片
６ｂ  押さえ片
６ｃ  押さえ片
６ｇ  ガスレール部
７  ロアープレート
７ｃ  エッジ部（第４の押さえ片）
８  電池モジュール
９  バスバー
９ａ  バスバー（脆弱部）
９ｂ  バスバー（渡り部）
９ｃ  バスバー（接続部）
１１  カバー
１２  熱伝導シート
１３  熱交換器
【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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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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