JP7055613B2 - 組電池 - Google Patents

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Description

本発明は、所定の配列方向に並べられた複数の電池セルが、複数のバスバによって接続される組電池に関するものである。
一般に、ハイブリッド車や電気自動車では、高出力且つ大容量の電池を用いることが要求される。そこで、必要な容量および電圧に応じて、複数の電池セルがバスバによって並列や直列に接続され、組電池が構成される。このような組電池では、隣り合う電池セルの電極同士が近くに配置されることがあり、金属製の工具等が接触することにより、電極同士の意図しない短絡が発生してしまう可能性があった。
そこで、組電池においてバスバを被覆するカバー部材を設けることが提案されている(例えば、特許文献1参照)。特許文献1に記載された組電池では、バスバと電池セルの端子とを固定する際には、バスバを露出状態とし、作業が行われない際にはバスバを被覆状態とすることにより、工具等の接触による短絡を抑制している。
特開2008-166008号公報
しかしながら、特許文献1に記載されたようにカバー部材を設ける構成では、工具等の外的な要因による短絡を抑制することはできても、そもそもバスバを誤組み付けした場合の短絡は防止することができない。図10に示すように、複数の電池セル100A~100Fが所定の配列方向に並べられ、同極同士が隣り合うそれぞれ2つ以上の電池セルによって並列ユニット101~103が構成されている場合(直並列型の組電池の場合)、4つの電極に対してバスバ104によって接続される。
このような直並列型の組電池の場合、例えば、図11に示すように、バスバ104が接続される電極が1セル分ずれてしまうといった誤接続が考えられる。このとき、電池セルによって閉回路(短絡回路)が形成されてしまう。直並列型の組電池では、正極と負極とが配列方向に交互に隣り合う直列型の組電池と比較して、バスバが接続される電極の数が多くなるため、誤接続が生じやすい。
本発明の目的は、誤接続による短絡を抑制することができる組電池を提供することにある。
本願発明の組電池は、所定の配列方向に並べられた複数の電池セルが、複数のバスバによって接続される組電池であって、同極同士が前記配列方向において隣り合うように並んだ2つ以上の前記電池セルが、並列ユニットを構成し、前記並列ユニットと、これと前記配列方向において隣り合う他の前記並列ユニットに対し、正極と負極とが前記配列方向において隣り合うように配置され、前記並列ユニットを構成する少なくとも1つの前記電池セルにおける正極および負極のうち一方のみと、前記バスバと、には、互いに嵌合する嵌合部が設けられていることを特徴とする。
このような本願発明の組電池によれば、電池セルの正極および負極のうち一方のみと、バスバと、に嵌合部が設けられていることで、バスバが正規の位置に配置される場合には、嵌合部同士が嵌合し、バスバが正規の位置から配列方向にずれた場合には、嵌合部同士が嵌合しない部分が存在し、バスバの組み付けが阻害される。従って、誤接続による短絡を抑制することができる。
本発明の実施形態に係る組電池を示す斜視図である。 前記組電池においてバスバを接続する様子を示す斜視図である。 前記組電池において前記バスバを誤って接続しようとした様子を示す斜視図である。 本発明の第1の変形例に係る組電池を示す平面図である。 本発明の第2の変形例に係る組電池を示す平面図である。 前記組電池においてバスバが正規の位置に配置された様子を示す平面図である。 前記組電池においてバスバが正規の位置に配置されない場合の一例を示す平面図である。 本発明の第3の変形例に係る組電池を示す平面図である。 本発明の第4の変形例に係る組電池を示す平面図である。 従来の組電池においてバスバが正規の位置に配置された様子を示す平面図である。 前記組電池においてバスバが正規の位置に配置されない様子を示す平面図である。
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。図1は、本発明の実施形態に係る組電池1を示す斜視図であり、図2は、組電池1においてバスバ3Aを接続する様子を示す斜視図であり、図3は、組電池1においてバスバ3Aを誤って接続しようとした様子を示す斜視図である。
本実施形態の組電池1は、図1に示すように、所定の配列方向に並べられた複数の直方体状の電池セル2A~2Fが、複数のバスバ3A、3Bによって接続されたものである。尚、本実施形態では6つの電池セル2A~2Fを代表して示すが、組電池1は、さらに多くの電池セルを有していてもよい。また、本実施形態では、電池セル2A~2Fの配列方向をX方向とし、1つの電池セルにおける正極と負極との対向方向をY方向とし、X方向およびY方向に略直交する方向(電池セルの高さ方向)をZ方向とする。
図1におけるX方向左側2つの電池セル2A、2Bは、いずれも正極21がY方向一方側(図中手前側)に位置し、負極22がY方向他方側(図中奥側)に位置する。即ち、2つの電池セル2A、2Bは、同極同士がX方向において隣り合うように並んでおり、並列ユニット41を構成する。X方向中央2つの電池セル2C、2Dは、いずれも正極21がY方向他方側に位置し、負極22がY方向一方側に位置する。即ち、2つの電池セル2C、2Dは、同極同士がX方向において隣り合うように並んでおり、並列ユニット42を構成する。X方向右側2つの電池セル2E、2Fは、いずれも正極21がY方向一方側に位置し、負極22がY方向他方側に位置する。即ち、2つの電池セル2E、2Fは、同極同士がX方向において隣り合うように並んでおり、並列ユニット43を構成する。
並列ユニット41では正極21がY方向一方側に位置するとともに負極22が他方側に位置し、並列ユニット42では正極21がY方向他方側に位置するとともに負極22が一方側に位置し、並列ユニット43では正極21がY方向一方側に位置するとともに負極22が他方側に位置する。このように、並列ユニット41~43は、X方向において正極21と負極22が交互に並んでいる。即ち、並列ユニットは、これとX方向において隣り合う他の並列ユニットに対し、正極と負極とがX方向において隣り合うように配置されている。
組電池1は、上記のように電池セル2A~2Fが配置され、後述するようにバスバ3A、3Bによって接続されることにより、直並列型となっている。
電池セル2A~2Fの正極21は、電極部(端子金具)211と突起部212とを有する。電極部211は、電池セル2A~2Fの上面(Z方向一方側を向いた面)に設けられており、さらにその上面にバスバ3A、3Bが載置されることにより、バスバ3A、3Bと電気的に接続されるようになっている。バスバ3A、3Bと電極部211とは、レーザ溶接や、抵抗溶接、超音波溶接等の適宜な溶接によって固定されればよい。突起部212は、例えば絶縁性の樹脂によって構成され、電池セル2A~2Fの上面から突出するように、例えば円柱状等の柱状に形成されている。
電極部211は正方形または長方形の板状に形成されており、突起部212は電極部211の中央部(対角線の交点部)に配置されている。また、電極部211は、電池セル2A~2Fの上面において、X方向中央部に配置されている。従って、電極部211は電池セル2A~2Fにおいて、X方向中央部に配置されている。また、電極部211と突起部212とがインサート成形によって一体的に形成されている。
尚、電極部211と突起部212とは別体に形成されていてもよい。この場合、電極部211には、突起部212と干渉しないように貫通孔または切欠きが形成されていればよい。
電池セル2A~2Fの負極22は、電極部(端子金具)221を有する。電極部221は、電池セル2A~2Fの上面に設けられており、さらにその上面にバスバ3A、3Bが載置されることにより、バスバ3A、3Bと電気的に接続されるようになっている。このとき、電極部221は、上面(バスバとの接触面)が平坦に形成されている。バスバ3A、3Bと電極部221とは、レーザ溶接や、抵抗溶接、超音波溶接等の溶接によって固定されればよい。また、電極部221は、電池セル2A~2Fの上面において、X方向中央部に配置されている。
バスバ3A、3Bは、例えば板金によって帯板状に形成されたものであって、電池セル2A~2F同士を電気的に接続するために用いられる。バスバ3A、3Bは、4つの電極部211、221同士を接続可能な長さを有しており、即ち各電極部211、221に対応した4つの接続領域31~34を有している。バスバ3Aは、Y方向の他方側において電池セル2A~2Dの電極部211、221に接続され、バスバ3Bは、Y方向の一方側において電池セル2C~2Fの電極部211、221に接続される。
4つの接続領域31~34のうち、端部から連続する2つの接続領域33、34には、貫通孔35が形成されている。2つの貫通孔35は、それぞれに1つの突起部212を挿通可能な寸法を有している。即ち、電池セル2A~2Fの正極21に設けられた突起部212と、バスバ3A、3Bに形成された貫通孔35と、が嵌合するようになっており、突起部212と貫通孔35とが嵌合部として機能する。
次に、一方のバスバ3Aによって電池セル2A、2Bの負極22および電池セル2C、2Dの正極21を接続する方法について説明する。バスバ3Aの接続領域31が電池セル2Aの負極22に対応し、接続領域32が電池セル2Bの負極22に対応し、接続領域33が電池セル2Cの正極21に対応し、接続領域34が電池セル2Dの正極21に対応する。
バスバ3Aが正規の位置に配置された様子を図2に示す。このとき、突起部212が貫通孔35に挿通されて嵌合する。4つ全ての電極部211、212は、その上面がバスバ3Aの下面に接触する。即ち、電池セル2Aの負極22と、電池セル2Bの負極22と、電池セル2Cの正極21と、電池セル2Dの正極21と、がバスバ3Aを介して電気的に接続される。
バスバ3Aが正規の位置に配置されない場合の一例を図3に示す。この例では、バスバ3AがX方向他方側に1領域分(1セル分)ずれて配置されて(即ち、接続領域31が電池セル2Bに対応するように配置されて)いる。このとき、電池セル2Cの突起部212が、バスバ3Aのうち貫通孔35が形成されていない接続領域32に対応しており、突起部212がバスバ3Aの下面に当接する。従って、バスバ3Aが電極部211、221に近づくことが規制される。バスバ3Aは、傾くことによって一部の電極部211、221と接触することはあっても、4つ全ての電極部211、221が同時にバスバ3Aと接触しないようになっている。このように、バスバ3Aの誤組み付けが抑制されている。
上記の例では、バスバ3Aによる接続について説明したが、バスバ3Bによって電池セル2C、2Dの負極と電池セル2E、2Fの正極とを接続する場合も同様に、バスバ3Bが正規の位置に配置される場合には貫通孔35に突起部212が挿通され、正規の位置に配置されない場合には突起部212がバスバ3Bの下面に当接し、誤組み付けが抑制される。
このような本実施形態によれば、以下のような効果がある。即ち、電池セル2A~2Fの正極21のみに突起部212が設けられるとともに、バスバ3A、3Bに貫通孔35が形成され、これらが嵌合部として機能することで、バスバ3A、3Bが正規の位置に配置される場合には、嵌合部同士が嵌合し、バスバ3A、3Bが正規の位置から配列方向にずれた場合には、嵌合部同士が嵌合しない部分が存在し、バスバの組み付けが阻害される。従って、誤接続による短絡を抑制することができる。
また、電池セル2A~2Fに嵌合部としての突起部212が設けられるとともに、バスバ3A、3Bに嵌合部としての貫通孔35が形成されることで、バスバ3A、3Bに嵌合部を容易に設けることができる。また、バスバ3A、3Bは帯板状に形成されるものであり、突起部212を挿通させやすい。
なお、本発明は、前記実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的が達成できる他の構成等を含み、以下に示すような変形等も本発明に含まれる。
例えば、前記実施形態では、いずれの突起部212も各電池セル2A~2FにおいてX方向の中央部に設けられており、Y方向一方側に設けられるバスバ3Bと他方側に設けられるバスバ3Aとで貫通孔35同士の間隔が等しいものとしたが、これらの間隔は互いに異なっていてもよい。例えば、第1の変形例として図4に示すような構成としてもよい。本構成では、Y方向の一方側において、電池セル2A、2Bの突起部212が、電池セル2A、2BのX方向中央部(二点鎖線で図示)からいずれも一方側(図中左側)にずれている。また、Y方向の他方側において、電池セル2Cの突起部212が、電池セル2CのX方向中央部から他方側(図中右側)にずれるとともに、電池セル2Dの突起部212が、電池セル2DのX方向中央部から一方側にずれている。
貫通孔35の位置は、突起部212の位置に応じて決定される。Y方向一方側における2つの突起部212同士の間隔は、Y方向他方側における2つの突起部212同士の間隔よりも大きい。従って、Y方向一方側に設けられるバスバ3Cにおける2つの貫通孔35同士の間隔L1は、Y方向他方側に設けられるバスバ3Dにおける2つの貫通孔35同士の間隔L2よりも大きい。このようにバスバ3C、3Dにおける貫通孔35同士の間隔が互いに異なることから、バスバ3CをY方向他方側に設けようとしたり、バスバ3DをY方向一方側に設けようとしたりした場合に、2つの突起部212を同時に貫通孔35に挿通することはできない。このように、Y方向一方側に設けられるバスバ3Cと他方側に設けられるバスバ3Dとで、嵌合部としての貫通孔同士の間隔が異なることで、バスバの誤組み付けを抑制することができる。
また、第2の変形例として図5に示すように、同一の並列ユニット42を構成する電池セル2C、2Dの突起部212が、電池セル2C、2DのX方向中央部からいずれも他方側にずれた構成としてもよい。このとき、バスバ3Eは、正規の位置に配置された(電池セル2A~2Dの電極部211、221に接続された)場合に、そのY方向の端縁と電極部211、221のY方向の端縁とが揃うように貫通孔35が形成されている(図6参照)。このとき、作業者がバスバ3Eを用い、誤って電池セル2C~2Fの電極部211、221に接続した場合、図7に示すように、バスバ3Eの端縁が電極部211、221のY方向の端縁に対してずれて配置される。このように、同一の並列ユニット42を構成する電池セル2C、2Dにおいて、嵌合部としての突起部212が、X方向における電池セル2C、2Dの中央部から同じ側にずれて配置されていることで、誤組み付けが視認されやすい。
また、前記実施形態では、バスバ3A、3Bに嵌合部として貫通孔35が形成されるものとしたが、バスバの一面に、嵌合部としての凹部(貫通しない穴部)が形成され、突起部がこの凹部に嵌まり込むようにしてもよい。このとき、バスバが正規の位置に配置される場合にバスバと電極部とが接触するように、突起部の突出寸法および凹部の深さが設定されればよい。
また、前記実施形態では、電池セル2A~2Fに嵌合部としての突起部212が設けられるとともに、バスバ3A、3Bに嵌合部としての貫通孔35が形成されるものとしたが、電池セルの電極部に嵌合部としての凹部または貫通孔を形成するとともに、バスバに嵌合部としての突起部を設けてもよい。このような構成によれば、バスバが正規の位置に配置されない場合に、バスバの突起部が、凹部または貫通孔が形成されない電極部の上面に当接し、接近が規制される。従って、前記実施形態と同様に、バスバの組み付けが阻害され、誤接続による短絡を抑制することができる。尚、バスバに突起部を設ける場合、この突起部は絶縁性であることが好ましい。
また、前記実施形態では、各並列ユニット41~43を構成する全ての電池セル2A~2Fに対し、嵌合部としての突起部212が設けられるものとしたが、並列ユニットを構成する2つ以上の電池セルのうち、少なくとも1つに嵌合部が設けられていればよい。例えば、電池セル2A、2C、2Eにのみ突起部212を設け、電池セル2B、2D、2Fに突起部212を設けず、バスバ3Aの接続領域34に貫通孔35を形成しない構成としてもよい。この場合であっても、前記実施形態と同様にバスバ3Aが1セル分ずれた際に誤組み付けが抑制される。
また、前記実施形態では、電池セル2A~2Fの正極21に嵌合部としての突起部212が設けられるものとしたが、負極のみに嵌合部を設けてもよい。
また、正極および負極の両方に嵌合部を設けてもよい。即ち、正極に正極嵌合部を設けるとともに負極に負極嵌合部を設け、バスバに、正極嵌合部と嵌合可能なバスバ第1嵌合部と、負極嵌合部と嵌合可能なバスバ第2嵌合部と、を設けてもよい。このとき、正極嵌合部と第2バスバ嵌合部との嵌合、及び、負極嵌合部と第1バスバ嵌合部との嵌合が、同時に成立しないように構成されていればよい。尚、これらの嵌合を同時に成立させないための構成としては、正極嵌合部と負極嵌合部との形状を互いに異なるものにする構成や、正極嵌合部と負極嵌合部との配置を異なるものにする構成が挙げられる。
例えば、正極嵌合部が2本の突起部により構成されるとともに、負極嵌合部が1本の突起部により構成され、第1バスバ嵌合部が2つの貫通孔により構成されるとともに、第2バスバ嵌合部が1つの貫通孔により構成されるものとすればよい。このような構成によれば、前記実施形態と同様に、バスバが正規の位置から配列方向にずれた場合に、嵌合部同士が嵌合しない部分が存在し、バスバの組み付けが阻害され、誤接続による短絡を抑制することができる。
また、正極および負極の両方に嵌合部を設ける場合、並列ユニットを構成する全ての電池セルにおいて正極および負極に嵌合部を設ける必要はなく、少なくとも1つの電池セルの正極に正極嵌合部が設けられ、少なくとも1つの電池セルの負極に負極嵌合部が設けられていればよい。尚、正極嵌合部が設けられる電池セルと負極嵌合部が設けられる電池セルとは、同一であってもよいし、異なっていてもよい。
図8に第3の変形例を示す。この変形例では、並列ユニット41を構成する電池セル2A、2Bのいずれの正極21にも正極嵌合部としての突起部212が設けられ、一方の電池セル2Aの負極22に負極嵌合部としての突起部222が設けられている。並列ユニット42は、Z方向を軸方向として並列ユニット41を180°反転させたものであり、並列ユニット43は、並列ユニット41と同様のものである。
このとき、並列ユニット41において、電池セル2Aに設けられた突起部212は、電極部211の中央からずれた位置(図示の例ではX方向における電池セル2Bと反対側かつY方向における外側)に配置され、電池セル2Aに設けられた突起部222は、電極部221の中央部に配置され、電池セル2Bに設けられた突起部212は、電極部221の中央部に配置されている。バスバ3F、3Gには、突起部212、222に対応した位置にバスバ第1嵌合部またはバスバ第2嵌合部としての貫通孔35が形成されている。
図8に示す例においてバスバ3Fを左側に1セル分ずらして組み付けようとした場合、接続領域32に形成された貫通孔35と、電池セル2Cの突起部212とが位置ずれしているため、嵌合しない。また、接続領域34には貫通孔が形成されておらず、電池セル2Eの突起部222と嵌合しない。一方、バスバ3Fを右側に1セル分ずらして組み付けようとした場合、接続領域31に形成された貫通孔35と、電池セル2Dの突起部212とが位置ずれしているため、嵌合しない。また、接続領域34には貫通孔が形成されておらず、図示しない電池セル(電池セル2Cと同様の構成を有するもの)の突起部と嵌合しない。このように、バスバ3Fの誤組み付けが抑制される。尚、バスバ3Gを1セル分ずらして組み付けようとした場合も同様である。
図9に第4の変形例を示す。この変形例では、並列ユニット41を構成する電池セル2A、2Bのいずれの正極21にも正極嵌合部としての突起部212が設けられ、一方の電池セル2Aの負極22に負極嵌合部としての突起部222が設けられている。並列ユニット42は、Z方向を軸方向として並列ユニット41を180°反転させたものであり、並列ユニット43は、並列ユニット41と同様のものである。
このとき、並列ユニット41において、電池セル2A、2Bに設けられた突起部212は、電極部211の中央部に配置され、電池セル2Aに設けられた突起部222は、電極部221の中央からずれた位置(図示の例ではX方向における電池セル2B側)に配置されている。バスバ3H、3Iには、突起部212、222に対応した位置にバスバ第1嵌合部またはバスバ第2嵌合部としての貫通孔35が形成されている。
図9に示す例においてバスバ3Hを左側に1セル分ずらして組み付けようとした場合、接続領域33に形成された貫通孔35と、電池セル2Dの突起部212とが位置ずれしているため、嵌合しない。また、接続領域34には貫通孔が形成されておらず、電池セル2Eの突起部222と嵌合しない。一方、バスバ3Hを右側に1セル分ずらして組み付けようとした場合、接続領域32に形成された貫通孔35と、電池セル2Eの突起部222とが位置ずれしているため、嵌合しない。また、接続領域34には貫通孔が形成されておらず、図示しない電池セル(電池セル2Cと同様の構成を有するもの)の突起部と嵌合しない。このように、バスバ3Hの誤組み付けが抑制される。尚、バスバ3Iを1セル分ずらして組み付けようとした場合も同様である。
また、前記実施形態では、2つの電池セルによって並列ユニットが構成されるものとしたが、3つ以上の電池セルによって並列ユニットが構成されてもよい。
その他、本発明を実施するための最良の構成、方法などは、以上の記載で開示されているが、本発明は、これに限定されるものではない。すなわち、本発明は、主に特定の実施形態に関して特に図示され、且つ、説明されているが、本発明の技術的思想および目的の範囲から逸脱することなく、以上述べた実施形態に対し、形状、材質、数量、その他の詳細な構成において、当業者が様々な変形を加えることができるものである。従って、上記に開示した形状、材質などを限定した記載は、本発明の理解を容易にするために例示的に記載したものであり、本発明を限定するものではないから、それらの形状、材質などの限定の一部、もしくは全部の限定を外した部材の名称での記載は、本発明に含まれるものである。
1 組電池
2A~2F 電池セル
21 正極
212 突起部(嵌合部)
22 負極
3A、3B バスバ
35 貫通孔(嵌合部)
41~43 並列ユニット

Claims (4)

  1. 所定の配列方向に並べられた複数の電池セルが、複数のバスバによって接続される組電池であって、
    同極同士が前記配列方向において隣り合うように並んだ2つ以上の前記電池セルが、並列ユニットを構成し、
    前記並列ユニットは、これと前記配列方向において隣り合う他の前記並列ユニットに対し、正極と負極とが前記配列方向において隣り合うように配置され、
    前記並列ユニットを構成する少なくとも1つの前記電池セルは、正極および負極のうち一方のみに電池セル嵌合部が設けられ、
    前記正極および負極のうち一方のみに電池セル嵌合部が設けられた電池セルと接続するバスバの各々は、当該バスバと接続する電池セルの正極および負極のうちの前記電池セル嵌合部が設けられた方の電極と接続する領域のみに、前記電池セル嵌合部に嵌合するバスバ嵌合部が設けられていることを特徴とする組電池。
  2. 前記電池セルに設けられた前記電池セル嵌合部が突起部であり、前記バスバに設けられた前記バスバ嵌合部が凹部または貫通孔であることを特徴とする請求項1に記載の組電池。
  3. 一の前記電池セルにおける正極と負極との対向方向の一方側に設けられる前記バスバと他方側に設けられる前記バスバとでは、前記バスバ嵌合部同士の間隔が異なることを特徴とする請求項1又は2に記載の組電池。
  4. 同一の前記並列ユニットを構成する前記電池セルにおいて、前記電池セル嵌合部は、前記配列方向における当該電池セルの中央部から同じ側にずれて配置されていることを特徴とする請求項1~3のいずれか1項に記載の組電池。
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