JP7513013B2 - 蓄電装置 - Google Patents

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Description

本発明は、複数の蓄電素子と、複数の蓄電素子を接続するバスバーとを備える蓄電装置に関する。
特許文献１には、バスバーに弾性的に接触する端子部と、端子部を介してバスバーに電気的に接続される電圧検出部とを備える電池モジュールが開示されている。特許文献１には、上記構成により、電池モジュールが振動を受けた場合であっても、端子部とバスバーとの接続部分に損傷が生じにくい旨、記載されている。
特開２０１６－１８６３４号公報
蓄電装置が自動車等に搭載されて使用される場合、振動または衝撃等の、外部から与えられる力に起因する問題だけでなく、内部の蓄電素子の膨張及び収縮に起因する問題も生じる。例えば、複数の蓄電素子を電気的及び機械的に接続するバスバーは、各蓄電素子が膨張または収縮した場合、各蓄電素子の電極端子との接続部に不具合が生じる可能性がある。また、例えば複数の蓄電素子それぞれの上部に位置する電極端子の高さ位置が一致していない場合もある。この場合は、例えば、バスバーと各電極端子とを精度よく溶接することが困難となる等の問題が生じる。
本発明は、本願発明者が上記課題に新たに着目することによってなされたものであり、信頼性の高い蓄電装置を提供することを目的とする。
上記目的を達成するために、本発明の一態様に係る蓄電装置は、複数の蓄電素子と第一バスバーとを備える蓄電装置であって、前記複数の蓄電素子は、第一方向及び前記第一方向と直交する第二方向において２行２列で配列され、かつ、前記第一方向に長側面を向けて配置された４つの蓄電素子を含み、前記４つの蓄電素子のそれぞれは、前記第一方向及び前記第二方向と直交する第三方向の端部に電極端子を有し、前記第一バスバーは、前記４つの蓄電素子のそれぞれの電極端子と接続された４つの接続部と、前記第一方向における、前記４つの接続部のうちの前記第一方向に並ぶ２つの接続部の間の位置に配置され、前記第二方向に延設された湾曲部と、前記４つの接続部のうちの前記第二方向に並ぶ２つの接続部の間に配置され、前記第一バスバーの、前記第一方向の端縁から前記第一方向に沿って延設された切欠部と、を有する。
この構成によれば、蓄電装置には、２行２列で配列された４つの蓄電素子に接続された第一バスバーが備えられる。この第一バスバーには、第一方向に並ぶ２つの蓄電素子の間の位置に対応して湾曲部が設けられており、また、第二方向に並ぶ２つの蓄電素子の間の位置に対応して切欠部が設けられている。そのため、これら４つの蓄電素子の電極端子の第三方向における位置の違いを吸収しながら第一バスバーを接続することができる。
また、第一方向に並ぶ２つの蓄電素子のそれぞれは、互いの長側面が対向するように配置されているため、２つの蓄電素子の少なくとも一方の内圧が上昇することで当該一方の長側面が膨れた場合、２つの蓄電素子の電極端子は互いに離れる方向に移動しようとする。この点に関し、本態様に係る第一バスバーは、第二方向に延設された湾曲部を有するため、この２つの電極端子間の距離の増加に追随して変形しやすい。従って、例えば第一バスバーの接続部の緩みまたは剥がれ等の不具合の発生が抑制される。
このように、本態様に係る蓄電装置は、信頼性の高い蓄電装置である。
また、前記切欠部は、前記第一バスバーの、前記第一方向の端縁から、前記湾曲部の手前の位置まで延設されている、としてもよい。
このように、切欠部の長さを、湾曲部に至らない長さにすることで、第一バスバーの、切欠部を有することによる変形能を確保しつつ、導通路における断面積の減少を抑制することができる。そのため、第一バスバーの強度の低下、または、充放電時におけるバスバーの発熱等の問題が生じ難い。このことは蓄電装置の信頼性の向上に寄与する。
また、前記湾曲部は、前記第一バスバーにおいて、前記第二方向の一端から他端まで連続して設けられている、としてもよい。
この構成によれば、湾曲部は、延設方向の途中に貫通孔等を設けることなく、一連に形成されるため、例えば、変形が繰り返された場合であっても、金属疲労による破損等が生じ難い。このことは蓄電装置の信頼性の向上に寄与する。
また、蓄電装置はさらに、前記４つの蓄電素子のうちの前記第一方向に並ぶ２つの蓄電素子それぞれの他の電極端子に接続された第二バスバーを備え、前記第一バスバーの、導通路における断面積の最小値は、前記第二バスバーの、導通路における断面積の最小値以上である、としてもよい。
この構成によれば、第一バスバーに、第一バスバーの変形能を向上させるための切欠部を持たせながら、蓄電装置の充放電時の導通の妨げとならないための断面積を確保することができる。このことは蓄電装置の信頼性の向上に寄与する。
また、前記第一バスバーにおける前記４つの接続部のそれぞれは、前記第一バスバーと、前記４つの蓄電素子のそれぞれの電極端子とが溶接されることで形成されている、としてもよい。
この構成によれば、例えば、第一バスバーは、４つの蓄電素子のそれぞれの電極端子と溶接する際に、各電極端子に当接させやすいため、第一バスバーと各電極端子とを精度よく溶接することができる。つまり、第一バスバーが有する４つの接続部それぞれにおける、電極端子との電気的及び機械的な接続について、高い信頼性を獲得することができる。このことは蓄電装置の信頼性の向上に寄与する。
本発明によれば、信頼性の高い蓄電装置を提供することができる。
実施の形態に係る蓄電装置の外観を示す斜視図である。 実施の形態に係る蓄電装置において外装ケースの本体と蓋とを分離して外装ケースの内方を示す斜視図である。 実施の形態に係る蓄電装置において外装ケースの内方の構成を分解して示す分解斜視図である。 実施の形態に係る、２行２列で配列された４つの蓄電素子と接続されるバスバーの構成を示す斜視図である。 実施の形態に係る蓄電素子の電極端子と接続される各種のバスバーの構成を示す斜視図である。 実施の形態の変形例に係るバスバーの構成を示す平面図である。
以下、図面を参照しながら、本発明の実施の形態（及びその変形例）に係る蓄電装置について説明する。なお、以下で説明する実施の形態は、包括的または具体的な例を示すものである。以下の実施の形態で示される数値、形状、材料、構成要素、構成要素の配置位置及び接続形態、製造工程、製造工程の順序などは、一例であり、本発明を限定する主旨ではない。また、以下の実施の形態における構成要素のうち、最上位概念を示す独立請求項に記載されていない構成要素については、任意の構成要素として説明される。また、各図において、寸法等は厳密に図示したものではない。
また、以下の説明及び図面中において、外装ケースの長手方向（外装ケースの短側面の対向方向）、中間ケースの長手方向（中間ケースの短側面の対向方向）、中間ケースと制御回路基板との並び方向、蓄電素子の容器の蓋の長手方向（容器の短側面の対向方向）、または、１つの蓄電素子における一対の電極端子の並び方向をＸ軸方向と定義する。また、中間ケースの本体と蓋体との並び方向（中間ケースの底面と蓋体との対向方向）、または、蓄電素子の容器の本体と蓋との並び方向（容器の底面と蓋との対向方向）をＹ軸方向と定義する。また、外装ケースの本体と蓋との並び方向（外装ケースの底面と蓋との対向方向）、蓄電素子の容器の長側面の対向方向、または、当該容器の厚さ方向をＺ軸方向と定義する。これらＸ軸方向、Ｙ軸方向及びＺ軸方向は、互いに交差（本実施の形態では直交）する方向である。なお、以下の説明において、例えば、Ｘ軸方向プラス側とは、Ｘ軸の矢印方向側を示し、Ｘ軸方向マイナス側とは、Ｘ軸方向プラス側とは反対側を示す。Ｙ軸方向及びＺ軸方向についても同様である。さらに、平行及び直交などの、相対的な方向または姿勢を示す表現は、厳密には、その方向または姿勢ではない場合も含む。例えば、２つの方向が直交している、とは、当該２つの方向が完全に直交していることを意味するだけでなく、実質的に直交していること、すなわち、例えば数％程度の差異を含むことも意味する。
（実施の形態）
［１．蓄電装置１０の全般的な説明］
まず、本実施の形態における蓄電装置１０の構成について説明する。図１は、実施の形態に係る蓄電装置１０の外観を示す斜視図である。図２は、実施の形態に係る蓄電装置１０において外装ケース１００の本体と蓋とを分離して外装ケース１００の内方を示す斜視図である。図３は、実施の形態に係る蓄電装置１０において外装ケース１００の内方の構成を分解して示す分解斜視図である。なお、図３では、中間ケース２００の側壁部２１１ｄの外側に配置されている電気機器５００の図示は省略されている。
蓄電装置１０は、外部からの電気を充電し、また外部へ電気を放電することができる装置である。例えば、蓄電装置１０は、電力貯蔵用途や電源用途等に使用される電池モジュールである。具体的には、蓄電装置１０は、例えば、電気自動車（ＥＶ）、ハイブリッド電気自動車（ＨＥＶ）またはプラグインハイブリッド電気自動車（ＰＨＥＶ）等の自動車、自動二輪車、ウォータークラフト、スノーモービル、農業機械、建設機械等の移動体の駆動用またはエンジン始動用のバッテリ等として用いられる。
図１～図３に示すように、蓄電装置１０は、外装ケース１００、外装ケース１００に収容される中間ケース２００、バスバー４００等の複数のバスバー、電気機器５００、及び制御回路基板７００を備えている。中間ケース２００には複数の蓄電素子３００が収容されている。
外装ケース１００は、蓄電装置１０の外装体を構成する箱形（直方体形状）の容器（モジュールケース）である。つまり、外装ケース１００は、複数の蓄電素子３００、複数のバスバー４００及び制御回路基板７００等を収容し、これら蓄電素子３００等を外部からの衝撃等から保護する。外装ケース１００は、例えば、ポリカーボネート（ＰＣ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリフェニレンサルファイド樹脂（ＰＰＳ）、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）、ポリフェニレンエーテル（ＰＰＥ（変性ＰＰＥを含む））またはＡＢＳ樹脂等の絶縁部材により形成されている。これにより、外装ケース１００は、内部の蓄電素子３００等が外部の金属等の導電部材に電気的に接続されるのを回避する。なお、蓄電素子３００等との間における絶縁性が保たれる構成であれば、外装ケース１００は、金属等の導電部材で形成されていてもよい。
外装ケース１００は、外装ケース１００の本体を構成する外装ケース本体１１０と、外装ケース１００の蓋体（蓄電装置１０の外蓋）を構成する外装ケース蓋体１２０とを有している。外装ケース本体１１０は、Ｚ軸方向プラス側に開口１１０ａが形成された有底矩形筒状のハウジングである。外装ケース蓋体１２０は、外装ケース本体１１０のＺ軸方向プラス側に配置され、外装ケース本体１１０と接続されて外装ケース本体１１０の開口１１０ａを塞ぐ扁平な矩形状の蓋である。なお、外装ケース本体１１０及び外装ケース蓋体１２０は、同じ材質の部材で形成されていてもよいし、異なる材質の部材で形成されていてもよい。
また、外装ケース蓋体１２０には、Ｘ軸方向プラス側の端部に、正極側及び負極側の一対のモジュール端子（総端子）である外部端子１３０及び１３１が配置されている。外部端子１３０及び１３１は、複数の蓄電素子３００と電気的に接続されており、蓄電装置１０は、この外部端子１３０及び１３１を介して、外部からの電気を充電し、また外部へ電気を放電する。なお、外部端子１３０及び１３１は、例えば、アルミニウム、アルミニウム合金、銅、銅合金等の金属製の導電部材で形成されている。なお、本実施の形態では、外部端子１３０は正極側の外部端子であり、外部端子１３１は、負極側の外部端子である。
中間ケース２００は、蓄電装置１０の内箱を構成する箱形（直方体形状）の容器である。具体的には、中間ケース２００は、複数の蓄電素子３００を収容するとともに、複数バスバー４００及び制御回路基板７００等が取り付けられることで、外装ケース１００に収容する構成部品を一体的に保持する。中間ケース２００は、どのような材質の部材で形成されていてもよいが、絶縁性確保の観点からは、樹脂等の絶縁部材により形成されるのが好ましく、強度確保の観点からは、金属等の強度の高い部材により形成されるのが好ましい。絶縁部材としては、外装ケース１００と同様に、例えば、ＰＣ、ＰＰ、ＰＥ、ＰＰＳ、ＰＢＴ、ＰＰＥ（変性ＰＰＥを含む）またはＡＢＳ樹脂等が挙げられる。金属としては、例えば、ステンレス鋼、アルミニウム、アルミニウム合金、鉄、メッキ鋼板等が挙げられる。
中間ケース２００は、中間ケース２００の本体を構成する中間ケース本体２１０と、中間ケース２００の蓋体（蓄電装置１０の内蓋）を構成する中間ケース蓋体２２０とを有している。中間ケース本体２１０は、Ｙ軸方向マイナス側に開口が形成された有底矩形筒状のハウジングである。中間ケース本体２１０は、複数の蓄電素子３００を囲む壁部として、４つの側壁部２１１ａ、２１１ｂ、２１１ｃ、及び２１１ｄと、中間ケース蓋体２２０に対向する位置にある底壁部２１１ｅとを有している。
中間ケース蓋体２２０は、中間ケース本体２１０のＹ軸方向マイナス側に配置され、中間ケース本体２１０と接続されて中間ケース本体２１０の開口を塞ぐ扁平な矩形状の蓋である。つまり、中間ケース蓋体２２０は、外装ケース本体１１０の側壁部に対向して配置されている。また、中間ケース蓋体２２０は、蓄電素子３００のＹ軸方向マイナス側に配置され、かつ、バスバー４００、４２０、４３０、及び４４０（以下、バスバー４００等）を保持してバスバー４００等の位置規制等を行うバスバーフレーム（バスバープレート）としての機能も有している。
また、中間ケース２００は、外装ケース１００に接着されて固定されている。本実施の形態では、中間ケース本体２１０が外装ケース本体１１０に接着剤等で接着されることで、中間ケース２００が外装ケース１００に固定されている。なお、中間ケース本体２１０及び中間ケース蓋体２２０は、同じ材質の部材で形成されていてもよいし、異なる材質の部材で形成されていてもよい。
蓄電素子３００は、電気を充電し、また、電気を放電することのできる二次電池（単電池）であり、より具体的には、リチウムイオン二次電池等の非水電解質二次電池である。なお、本実施の形態では、８個の蓄電素子３００のそれぞれを区別するために、図３に示すように、各蓄電素子３００に互い異なる符号（３００ａ～３００ｈ）を付している。
蓄電素子３００は、扁平な角形（直方体形状）の形状を有しており、本実施の形態では、８個の蓄電素子３００が横置き（横倒し）にされた状態で、Ｘ軸方向及びＺ軸方向に配列されている。つまり、複数の蓄電素子３００が行列状に配列されている。具体的には、蓄電素子３００ａ～３００ｄがＺ軸方向に積層（平積み）され、かつ、蓄電素子３００ｅ～３００ｈがＺ軸方向に積層（平積み）されて、蓄電素子３００ａ～３００ｄと蓄電素子３００ｅ～３００ｈとがＸ軸方向に並んで配列されている。
言い換えれば、複数の蓄電素子３００のそれぞれは、長側面（図３に示す長側面３０１ａ）が、Ｚ軸方向（第一方向の一例）に向く姿勢で配置されている。なお、各蓄電素子３００は、Ｚ軸方向の両側（プラス側及びマイナス側）のそれぞれに長側面３０１ａを有している。また、Ｚ軸方向と直交するＸ軸方向（第二方向の一例）に２つの蓄電素子３００が並んで配置されている。さらに、複数の蓄電素子３００のそれぞれは、Ｚ軸方向及びＸ軸方向と直交するＹ軸方向（第三方向の一例）の端部に電極端子３０２を有している。本実施の形態では、８つの蓄電素子３００は、Ｙ軸方向マイナス側の端部に一対の電極端子３０２が位置する姿勢で中間ケース２００に収容されている。
例えば、蓄電素子３００ａ及び蓄電素子３００ｅは、長側面３０１ａがＺ軸方向に向く姿勢で、かつＸ軸方向に並んで配置されている。また、蓄電素子３００ａ及び蓄電素子３００ｅはＹ軸方向マイナス側の端部に一対の電極端子３０２を有している。
なお、蓄電素子３００の個数は特に限定されず、何個の蓄電素子３００がＺ軸方向に積層（平積み）されていてもよいし、何個の蓄電素子３００がＸ軸方向に配列されていてもよい。また、蓄電素子３００の形状は、上記角形には限定されず、それ以外の多角柱形状、円柱形状、楕円柱形状、長円柱形状等であってもよいし、蓄電素子３００はラミネート型の蓄電素子であってもよい。また、蓄電素子３００は、非水電解質二次電池には限定されず、非水電解質二次電池以外の二次電池であってもよいし、キャパシタであってもよい。また、蓄電素子３００は、二次電池ではなく、使用者が充電をしなくても蓄えられている電気を使用できる一次電池であってもよい。さらに、蓄電素子３００は、固体電解質を用いた電池であってもよい。
本実施の形態では、蓄電素子３００は、容器３０１を備え、容器３０１の蓋部分には、上述のように一対の電極端子３０２が配置されている。なお、一対の電極端子３０２のうち、図３において中央に円形が描かれた電極端子３０２が負極端子であり、他方の電極端子３０２が正極端子である。例えば蓄電素子３００ａにおいて、Ｘ軸方向プラス側の電極端子３０２が負極端子であり、Ｘ軸方向マイナス側の電極端子３０２が正極端子である。マイナス側の電極端子３０２に描かれた円形は端子本体（容器３０１の外部に配置された部分）から露出した軸部の端部を表している。なお、マイナス側の電極端子３０２において軸部の端部が端子本体から露出することは必須ではなく、マイナス側の電極端子３０２において、軸部の端部は端子本体に覆われていてもよい。この場合、端子本体の上面（Ｙ軸方向マイナス側の面）は平坦であってもよい。
また、容器３０１の内方には、電極体、集電体（正極集電体及び負極集電体）、及び電解液（非水電解質）等が収容されているが、これらの図示は省略する。なお、当該電解液としては、蓄電素子３００の性能を損なうものでなければその種類に特に制限はなく、様々なものを選択することができる。また、容器３０１の側面には、図示しない絶縁シートが配置されており、これにより、隣り合う蓄電素子３００の間の絶縁性が確保されている。
容器３０１は、角形（直方体形状）の容器であり、例えば、ステンレス鋼、アルミニウム、アルミニウム合金、鉄、メッキ鋼板等の金属製の部材で形成されている。電極端子３０２は、容器３０１の蓋部分から、中間ケース蓋体２２０に向けて（Ｙ軸方向マイナス側に向けて）突出して配置された金属製の一対の端子（正極端子及び負極端子）である。つまり、電極端子３０２は、集電体を介して、電極体の正極板及び負極板に電気的に接続され、電極体に蓄えられている電気を蓄電素子３００の外部空間に導出し、また、電極体に電気を蓄えるために蓄電素子３００の内部空間に電気を導入する。なお、電極端子３０２は、アルミニウム、アルミニウム合金、銅、銅合金等で形成されている。
電極体は、正極板と負極板とセパレータとが積層されて形成された蓄電要素（発電要素）である。ここで、電極体が有する正極板は、アルミニウムまたはアルミニウム合金等の金属からなる長尺帯状の集電箔である正極基材層上に正極活物質層が形成されたものである。また、負極板は、銅または銅合金等の金属からなる長尺帯状の集電箔である負極基材層上に負極活物質層が形成されたものである。また、正極活物質層に用いられる正極活物質、負極活物質層に用いられる負極活物質としては、リチウムイオンを吸蔵放出可能なものであれば、適宜公知の材料を使用できる。また、集電体は、電極端子３０２と電極体とに電気的に接続される導電性と剛性とを備えた部材（正極集電体及び負極集電体）である。なお、正極集電体は、正極板の正極基材層と同様、アルミニウムまたはアルミニウム合金等で形成され、負極集電体は、負極板の負極基材層と同様、銅または銅合金等で形成されている。
バスバー４００等（４００、４２０、４３０、及び４４０）は、複数の蓄電素子３００のＹ軸方向マイナス側に配置され、２つまたは４つの蓄電素子３００の電極端子３０２同士を電気的及び機械的に接続する矩形状の板状部材である。バスバー４００等は、例えば、銅、銅合金、アルミニウム、アルミニウム合金等の金属製の導電部材で形成されている。本実施の形態では、バスバー４００等が電極端子３０２に溶接されることで、バスバー４００等と電極端子３０２とが接続される。この溶接の手法としては、例えばレーザー溶接が用いられるが、他の手法が用いられてもよい。
なお、本実施の形態では、上述のように、負極側の電極端子３０２では、軸部の端部が端子本体から露出しているため、バスバー４００等は、軸部の端部との干渉を避けるための２つまたは４つの開口部（干渉回避用開口部）が設けられており、干渉回避用開口部の周囲が電極端子３０２と接合（溶接）されている。
また、本実施の形態では、並列に接続された２つの蓄電素子３００が、４つ直列に接続されている。具体的には、蓄電素子３００ｇ及び３００ｈ、蓄電素子３００ｃ及び３００ｄ、蓄電素子３００ａ及び３００ｂ、並びに、蓄電素子３００ｅ及び３００ｆのそれぞれが並列に接続される。これにより得られた４つの蓄電素子３００の組が直列に接続される。
より詳細には、蓄電素子３００ｇ及び３００ｈそれぞれの正極側の電極端子３０２にバスバー４４０が接合される。蓄電素子３００ｇ及び３００ｈそれぞれの負極側の電極端子３０２と、蓄電素子３００ｃ及び３００ｄそれぞれの正極側の電極端子３０２とに、バスバー４００が接合される。蓄電素子３００ｃ及び３００ｄそれぞれの負極側の電極端子３０２と、蓄電素子３００ａ及び３００ｂそれぞれの正極側の電極端子３０２とに、バスバー４２０が接合される。蓄電素子３００ａ及び３００ｂそれぞれの負極側の電極端子３０２と、蓄電素子３００ｅ及び３００ｆそれぞれの正極側の電極端子３０２とに、バスバー４００が接合される。さらに、蓄電素子３００ｅ及び３００ｆそれぞれの負極側の電極端子３０２にバスバー４３０が接合される。つまり、８個の蓄電素子３００からなる蓄電素子群の総プラス端子がバスバー４４０であり、当該蓄電素子群の総マイナス端子がバスバー４３０である。バスバー４４０は、バスバー５３０、電気機器５００、及びバスバー５１０等を介して外部端子１３０（図１参照）に接続される。バスバー４３０は、バスバー５４０、制御回路基板７００、及びバスバー５２０等を介して外部端子１３１（図１参照）に接続される。
なお、電気機器５００は、リレー及びコネクタ等の制御用部品を有する機器であり、制御回路基板７００は、ＣＰＵ（ＣｅｎｔｒａｌＰｒｏｃｅｓｓｉｎｇＵｎｉｔ）及び抵抗素子等の各蓄電素子３００の充放電を制御するための制御装置である。制御回路基板７００は、例えばＢＭＵ（ＢａｔｔｅｒｙＭａｎａｇｅｍｅｎｔＵｎｉｔ）とも呼ばれる。蓄電装置１０は、図示しないサーミスタ及び電圧検出のための配線等を有し、制御回路基板７００は、検出した温度及び電圧値等に基づいて各蓄電素子３００の充放電を制御する。なお、図３では、制御回路基板７００が有するＣＰＵ及び抵抗素子等の電子部品の図示は省略されている。制御回路基板７００は、回路カバー６００に覆われた状態で、中間ケース２００に取り付けられている。回路カバー６００は、中間ケース２００と同じく、ＰＣまたはＰＰ等の樹脂で形成されており、バスバー５１０及びバスバー５３０を保持する役目も有している。
［２．バスバー４００の構成］
上記のように構成された蓄電装置１０において、バスバー４００は、Ｙ軸方向マイナス側から見て２行２列で配列された４つの蓄電素子３００それぞれの電極端子３０２と接合されている。このバスバー４００の構成について図４及び図５を用いて説明する。なお、バスバー４００は、第一バスバーの一例である。
図４は、実施の形態に係るバスバー４００の構成を示す斜視図である。なお、図４では、蓄電装置１０が備える２つのバスバー４００のうち、蓄電素子３００ａ、３００ｂ、３００ｅ、及び３００ｆに接合されるバスバー４００に着目し、その周辺のみを図示している。また、図４では、バスバー４００と電極端子３０２との接続部４１０の位置が、点線の円によって模式的に表されている。図５は、実施の形態に係る蓄電素子３００の電極端子３０２と接続される各種のバスバー（バスバー４００、４２０及び４３０）の構成を示す斜視図である。なお、本実施の形態では、図３に示すように、バスバー４４０はバスバー４３０と同一形状であるため、図５では、バスバー４４０の図示は省略されている。
図２～図４に示すように、実施の形態に係る蓄電装置１０は、複数の蓄電素子３００と、第一バスバーの一例であるバスバー４００とを備える。複数の蓄電素子３００は、Ｚ軸方向及びＸ軸方向において２行２列で配列され、かつ、Ｚ軸方向に長側面３０１ａを向けて配置された４つの蓄電素子３００（図４では、蓄電素子３００ａ、３００ｂ、３００ｅ、及び３００ｆ）を含んでいる。当該４つの蓄電素子３００のそれぞれは、Ｙ軸方向の端部に電極端子３０２を有している。
バスバー４００は、当該４つの蓄電素子３００のそれぞれの電極端子３０２と接続された４つの接続部４１０と、Ｘ軸方向に延設された湾曲部４０１と、Ｚ軸方向の端縁からＺ軸方向に沿って延設された切欠部４０２とを有している。湾曲部４０１は、Ｚ軸方向における、４つの接続部４１０のうちのＺ軸方向に並ぶ２つの接続部４１０の間の位置に配置されている。
このように、本実施の形態に係る蓄電装置１０には、２行２列で配置された４つの蓄電素子３００に接続されたバスバー４００が備えられる。このバスバー４００には、Ｚ軸方向に並ぶ２つの蓄電素子３００の間の位置に対応して湾曲部４０１が設けられている。バスバー４００にはさらに、Ｘ軸方向に並ぶ２つの蓄電素子３００の間の位置に対応して切欠部４０２が設けられている。つまり、バスバー４００には、２行２列で配置された４つの蓄電素子３００における行間及び列間のそれぞれに対応する位置に、バスバー４００を変形し易くさせる（変形能を向上させる）部位が設けられる。これにより、４つの接続部４１０のそれぞれのＹ軸方向の位置の調整が容易になる。そのため、これら４つの蓄電素子３００の電極端子３０２のＹ軸方向の位置の違いを吸収しながらバスバー４００を接続することができる。
また、Ｚ軸方向に並ぶ２つの蓄電素子３００のそれぞれは、互いの長側面３０１ａが対向するように配置されているため、２つの蓄電素子３００の少なくとも一方の内圧が上昇することで当該一方の長側面３０１ａが膨れた場合、２つの蓄電素子３００の電極端子３０２は互いに離れる方向に変位する。例えば図４において、蓄電素子３００ａの、蓄電素子３００ｂに対向する長側面３０１ａが膨れた場合、蓄電素子３００ａの電極端子３０２と、蓄電素子３００ｂの電極端子３０２とは、互いに離れる方向に移動しようとする。この場合において、本態様に係るバスバー４００は、Ｘ軸方向に延設された湾曲部４０１を有するため、この２つの電極端子３０２間の距離の増加に追随して変形しやすい。従って、例えばバスバー４００における接続部４１０の緩みまたは剥がれ等の不具合の発生が抑制される。
なお、本実施の形態では、より詳細には、バスバー４００は、２組の、Ｘ軸方向に並ぶ２つの蓄電素子３００（蓄電素子３００ａ及び３００ｅの組、並びに、蓄電素子３００ｂ及び３００ｆの組）に対応して分離された２つの切欠部４０２を有している。また、Ｚ軸方向に並ぶ２つの切欠部４０２の間に、Ｘ軸方向に延設された湾曲部４０１が配置されている。
ここで、仮に、湾曲部４０１の位置に、湾曲部４０１に換えて切欠部を設けた場合、バスバー４００を、Ｚ軸方向に並ぶ２つの電極端子３０２間の距離の増加に追随して変形させることは可能である。しかしながら、例えば蓄電素子３００が膨張と収縮とを繰り返すことで、切欠部が開閉を繰り返した場合、切欠部の、バスバー４００の中央寄りの端部に応力が集中し、その結果、当該端部に金属疲労による損傷が生じることも考えられる。この点に関し、本実施の形態に係るバスバー４００では、蓄電素子３００が膨張と収縮とを繰り返すことで、湾曲部４０１が変形を繰り返した場合、湾曲部４０１に生じる応力は、その延設方向（Ｘ軸方向）で分散されるため、応力集中が生じ難い。つまり、蓄電素子３００が膨張と収縮とを繰り返すことを考慮すると、互いの長側面３０１ａを対向させて並ぶ２つの蓄電素子３００の間に対応する位置に湾曲部４０１を設けることに優位性がある。このように、本実施に係る蓄電装置１０は信頼性の高い蓄電装置である。
また、本実施の形態において、バスバー４００が有する切欠部４０２は、バスバー４００の、Ｚ軸方向の端縁から、湾曲部４０１の手前の位置まで延設されている。
このように、切欠部４０２の長さを、湾曲部４０１に至らない長さにすることで、バスバー４００の、切欠部４０２を有することによる変形能を確保しつつ、導通路における断面積の減少を抑制することができる。そのため、バスバー４００の強度の低下、または、充放電時におけるバスバー４００の発熱等の問題が生じ難い。このことは蓄電装置１０の信頼性の向上に寄与する。
また、本実施の形態において、バスバー４００が有する湾曲部４０１は、バスバー４００において、Ｘ軸方向の一端から他端まで連続して設けられている。
つまり、本実施の形態において、湾曲部４０１は、延設方向の途中に貫通孔等を設けることなく、一連に形成されるため、例えば、蓄電素子３００の膨張及び収縮により、変形が繰り返された場合であっても、金属疲労による破損等が生じ難い。このことは蓄電装置１０の信頼性の向上に寄与する。
また、本実施の形態では、バスバー４００における４つの接続部４１０のそれぞれは、上述のように、バスバー４００と、４つの蓄電素子３００のそれぞれの電極端子３０２とが溶接されることで形成されている。
つまり、本実施の形態に係るバスバー４００は、互いに直交する方向に延設された湾曲部４０１と切欠部４０２とを有することで変形能が高いため、４つの蓄電素子３００のそれぞれの電極端子３０２と溶接する際に、各電極端子３０２に当接させやすい。従って、バスバー４００と各電極端子３０２とを精度よく溶接することができる。つまりバスバー４００が有する４つの接続部４１０それぞれにおける、電極端子３０２との電気的及び機械的な接続について、高い信頼性を獲得することができる。このことは蓄電装置１０の信頼性の向上に寄与する。
なお、図４では、バスバー４００が有する４つの接続部４１０の位置が、点線の円で模式的に表されているが、接続部４１０の位置及び形状はこれに限定されない。接続部４１０は、バスバー４００における、電極端子３０２との溶接が可能な位置に形成されていればよい。例えば、１つの電極端子３０２に対応する接続部４１０が、平面視において、分離された複数の領域で構成されていてもよい。
また、本実施の形態では、図５に示すように、Ｚ軸方向に並ぶ４つの電極端子３０２と接合されるバスバー４２０、及び、Ｚ軸方向に並ぶ２つの電極端子３０２と接合されるバスバー４３０も、バスバー４００と同様に湾曲部を有している。具体的には、バスバー４２０は３つの湾曲部４２１を有し、バスバー４３０は、１つの湾曲部４３１を有している。また、バスバー４３０と同形状のバスバー４４０（図３参照）も、１つの湾曲部を有している。つまり、本実施の形態では、２以上の蓄電素子３００を接続するバスバー４００等は、Ｚ軸方向で隣り合う２つの蓄電素子３００の間の位置に対応して、１つの湾曲部を有している。そのため、バスバー４００等のそれぞれは、１以上の蓄電素子３００が膨張した場合において、その膨張に起因する電極端子３０２の変位に追随して変形することができる。従って、バスバー４００等における電極端子との接続部の不具合の発生が抑制される。
また、本実施の形態において、Ｚ軸方向に並ぶ２つの蓄電素子３００の電極端子３０２に接続されるバスバー４００の、導通路における最小断面積は、図５に示すように、Ｚ軸方向に分離された切欠部４０２の間の部分の断面積であり、その値はＳａである。このＳａは、当該２つの蓄電素子３００の他の電極端子３０２に接続されるバスバーの、導通路における断面積の最小値以上である。
具体的には、バスバー４２０の、導通路における断面積の最小値をＳｂとし、バスバー４３０の、導通路における断面積の最小値をＳｃとした場合、Ｓａ≧Ｓｂであり、かつ、Ｓａ≧Ｓｃである。
つまり、本実施の形態では、バスバー４００に、バスバー４００の変形能を向上させるための切欠部４０２を持たせながら、蓄電装置１０の充放電時の導通の妨げとならないための断面積を確保することができる。このことは蓄電装置１０の信頼性の向上に寄与する。
以上、実施の形態に係る蓄電装置１０について説明したが、蓄電装置１０は、２行２列で配列された４つの蓄電素子３００に接続されたバスバーであって、図２～図５に示すバスバー４００と異なるバスバーを備えてもよい。そこで、以下に、バスバー４００についての変形例を、上記実施の形態との差分を中心に説明する。
（変形例）
図６は、実施の形態の変形例に係るバスバー４８０の構成を示す平面図である。なお、図６において、バスバー４８０が有する接続部４９０については、おおよその配置領域がドットを付した領域で表されている。また、バスバー４８０に隠される電極端子３０２は、おおよその外形が点線で表されている。
図６に示す本変形例に係るバスバー４８０は、Ｚ軸方向及びＸ軸方向において２行２列で配列された４つの蓄電素子３００それぞれの電極端子３０２と接続されている。バスバー４８０は、Ｘ軸方向に延設された湾曲部４８１と、Ｚ軸方向の端縁からＺ軸方向に沿って延設された切欠部４８２とを有している。これらの構成は、実施の形態に係るバスバー４００と共通する。なお、図６には表されていないが、湾曲部４８１は、実施の形態に係る湾曲部４０１と同じく、Ｙ軸方向マイナス側に凸の湾曲形状を有している。
しかし、本変形例に係るバスバー４８０は、電極端子３０２の軸部の端部との干渉を避けるための開口部（干渉回避用開口部）を有していない。つまり、本変形例では、バスバー４８０が接続される４つ全ての電極端子３０２が、軸部の端部が露出しない構造を有している。この場合、バスバー４８０は、電極端子３０２と接続される部分において干渉回避用開口部を有する必要がないため、バスバー４８０に、比較的に大きな面積の接続部４９０を形成することができる。なお、この場合であっても、例えば、バスバー４８０と、電極端子３０２との溶接を行う前に、バスバー４８０の電極端子３０２に対する位置を確認するための開口部（検査用開口部）は設けられていてもよい。この場合であっても、検査用開口部の平面視における大きさは比較的に小さいため、接続部４９０として比較的に大きな面積を確保することができる。
また、バスバー４８０は、Ｘ軸方向の端縁に、平面視において当該端縁から内側に凹んだ凹部４８３を有しており、凹部４８３は、湾曲部４８１の端に位置している。
これにより、例えば、湾曲部４８１を変形しやすくすることができ、その結果、バスバー４８０の、蓄電素子３００が膨張することによる電極端子３０２の変位への追従性が向上する。また、凹部４８３は、実質的に、バスバー４８０における導通路に影響を与えない位置に配置されるため、例えば、凹部４８３を設けることによる抵抗の上昇は生じない。
また、バスバー４８０における湾曲部４８１は、Ｚ軸方向における、凹部４８３が配置された位置において、Ｘ軸方向の一端から他端まで連続して設けられている。つまり、湾曲部４８１の途中に、貫通孔等の湾曲部４８１の連続性を途切れさせる要素がない。そのため、バスバー４８０は、蓄電素子３００の膨張及び収縮により変形が繰り返された場合であっても、金属疲労による破損等が生じ難い。
なお、図６では、バスバー４８０のＸ軸方向の両端に凹部４８３が配置されているが、凹部４８３はＸ軸方向の一端のみに配置されていてもよい。また、凹部４８３は、実施の形態に係るバスバー４００に設けられてもよい。
（他の実施の形態）
以上、本発明の実施の形態に係る蓄電装置１０について説明したが、本発明は、この実施の形態に限定されるものではない。つまり、今回開示された実施の形態は、全ての点で例示であって制限的なものではなく、本発明の範囲は、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内での全ての変更が含まれる。
例えば、実施の形態に係るバスバー４００が有する湾曲部４０１は、Ｙ軸方向マイナス側に凸の湾曲形状を有している。しかし、例えば、電極端子３０２の上面（バスバー４００との接続面）の位置が容器３０１から離れている場合などにおいて、湾曲部４０１はＹ軸方向プラス側（蓄電素子３００側）に凸の湾曲形状であってもよい。これにより、バスバー４００における、蓄電素子３００とは反対側に突出した部分がなくなり、これにより、例えば、バスバー４００の、蓄電素子３００とは反対側の空間を、配線等のための領域として利用することができる。
また、バスバー４００と、４つの蓄電素子３００それぞれの電極端子３０２とは溶接により接続されるとしたが、バスバー４００と電極端子３０２との接続の手法に特に限定はない。当該接続の手法として、ボルト及びナットによる締結が用いられてもよく、リベットをかしめる等の塑性接合が用いられてもよい。例えば、電極端子３０２としてボルト端子が採用された場合、バスバー４００が有する４つの干渉回避用開口部のそれぞれを、ボルト端子の軸部が貫通する貫通孔として利用してもよい。また、電極端子３０２の端子本体に、外部に向けて突設されたリベットが設けられている場合、バスバー４００が有する４つの干渉回避用開口部のそれぞれを、リベットを貫通させてかしめるための貫通孔として利用してもよい。
また、バスバー４００が有する切欠部４０２の、延設方向と直交する方向の幅（Ｘ軸方向の幅）は、例えば図４に図示する幅には限定されず、当該幅より大きくてもよく、また、当該幅より小さくてもよい。つまり、切欠部４０２は、バスバー４００において、切欠部４０２を挟む両側の部分の物理的な連続性を断つことができればよい。これにより、切欠部４０２を挟む両側の部分のそれぞれは、他方の部分から独立して変位することができる。従って、切欠部４０２の、延設方向と直交する方向の幅は、例えば、視認できない程度小さくてもよく、また、接続部４１０に影響を与えない程度に大きくてもよい。なお。切欠部４０２の、湾曲部４０１側の端部は、例えば応力集中の緩和の観点から、平面視において湾曲状に形成されていることが好ましい。
また、蓄電装置１０は、複数の蓄電素子３００を収容する中間ケース２００と、中間ケース２００を収容する外装ケース１００とを備えているが、このように２重構造の収容体は必須ではない。例えば、複数の蓄電素子３００が、外装ケースに直接的に収容される場合、または、何等かのケースに収容されない場合であっても、バスバー４００が有する変形能に実質的な影響はない。
また、上記実施の形態及びその変形例に含まれる構成要素を任意に組み合わせて構築される形態も、本発明の範囲内に含まれる。
本発明は、リチウムイオン二次電池等の蓄電素子を備えた蓄電装置に適用できる。
１０ 蓄電装置
３００、３００ａ、３００ｂ、３００ｃ、３００ｄ、３００ｅ、３００ｆ、３００ｇ 蓄電素子
３０１ａ 長側面
３０２ 電極端子
４００、４２０、４３０、４４０、４８０、５１０、５２０、５３０、５４０ バスバー
４０１、４２１、４３１、４８１ 湾曲部
４０２、４８２ 切欠部
４１０、４９０ 接続部

Claims (6)

  1. 複数の蓄電素子と第一バスバーとを備える蓄電装置であって、
    前記複数の蓄電素子は、第一方向及び前記第一方向と直交する第二方向において２行２列で配列され、かつ、前記第一方向に長側面を向けて配置された４つの蓄電素子を含み、
    前記４つの蓄電素子のそれぞれは、前記第一方向及び前記第二方向と直交する第三方向の端部に電極端子を有し、
    前記第一バスバーは、
    前記４つの蓄電素子のそれぞれの電極端子と接続された４つの接続部と、
    前記第一方向における、前記４つの接続部のうちの前記第一方向に並ぶ２つの接続部の間の位置に配置され、前記第二方向に延設された湾曲部と、
    前記４つの接続部のうちの前記第二方向に並ぶ２つの接続部の間に配置され、前記第一バスバーの、前記第一方向の端縁から前記第一方向に沿って延設された切欠部と、を有する、
    蓄電装置。
  2. 前記切欠部は、前記第一バスバーの、前記第一方向の端縁から、前記湾曲部の手前の位置まで延設されている、
    請求項１記載の蓄電装置。
  3. 前記湾曲部は、前記第一バスバーにおいて、前記第二方向の一端から他端まで連続して設けられている、
    請求項１または２記載の蓄電装置。
  4. さらに、前記４つの蓄電素子のうちの前記第一方向に並ぶ２つの蓄電素子それぞれの他の電極端子に接続された第二バスバーを備え、
    前記第一バスバーの、導通路における断面積の最小値は、前記第二バスバーの、導通路における断面積の最小値以上である、
    請求項１～３のいずれか一項に記載の蓄電装置。
  5. 前記第一バスバーにおける前記４つの接続部のそれぞれは、前記第一バスバーと、前記４つの蓄電素子のそれぞれの電極端子とが溶接されることで形成されている、
    請求項１～４のいずれか一項に記載の蓄電装置。
  6. 前記第一バスバーは、前記第二方向の端縁に、前記第三方向から見た場合において当該端縁から内側に凹んだ凹部を有しており、前記凹部は、前記湾曲部の端に位置する、
    請求項１～５のいずれか一項に記載の蓄電装置。

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