JP2014186803A - バスバー、電子部品及び電子部品の製造方法 - Google Patents

バスバー、電子部品及び電子部品の製造方法 Download PDF

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哲男 坂井
Naotada Okada
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Abstract

【課題】反りが発生しても、無記録領域の発生や、記録済み領域への上書きを回避できる光記録媒体、再生記録装置及び光記録媒体の再生記録方法を提供すること。
【解決手段】実施形態の電子部品の製造方法は、複数のアルミ板を、少なくとも一部にニッケル部材を介在させて積層すること、前記積層された前記アルミ板及び前記ニッケル部材の一部を複数個所で溶接することで溶接部、及び、非溶接部を有するバスバーを形成すること、電子部品の電極端子と、前記複数のアルミ板及び前記ニッケル部材を溶接すること、による。
【選択図】図３

Description

本発明の実施形態は、バスバー、バスバーを用いた電子部品及び電子部品の製造方法に関する。
電池モジュールやパワー半導体モジュール等の電子部品において、電極端子を接続する部材として、金属材料により形成されたバスバーが用いられている。電池モジュールの大容量化等の、電子部品の電極端子に流れる電流の大電流化に対応する技術として、バスバーの板厚を厚くする技術が知られている。
また、振動が発生する環境下での電子部品の使用や、電子部品自身の振動又は熱膨張等によって、バスバー並びにバスバー及び電極端子間に応力が印加される。バスバーの板厚が大となると、バスバーの剛性が向上するため、バスバー及び電極端子間に応力が集中する。
特開平０５−５０２７号公報
本発明が解決しようとする課題は、応力緩和が可能なバスバー、電子部品及び電子部品の製造方法を提供することにある。
実施形態の電子部品の製造方法は、複数のアルミ板を、少なくとも一部にニッケル部材を介在させて積層すること、前記積層された前記アルミ板及び前記ニッケル部材の一部を複数個所で溶接することで溶接部、及び、非溶接部を有するバスバーを形成すること、電子部品の電極端子と、前記複数のアルミ板及び前記ニッケル部材を溶接すること、による。
第１の実施形態に係る電子部品の構成を模式的に示す説明図。 同電子部品の要部構成を示す斜視図。 同電子部品に用いられるバスバーの構成を拡大して示す断面図。 同電子部品の製造工程の一を示す説明図。 同電子部品の製造工程の一を示す説明図。 同電子部品の製造工程の一を示す説明図。 同電子部品の製造工程の一を示す説明図。 第２の実施形態に係る電子部品の要部構成を模式的に示す斜視図。
以下、本実施形態に係るバスバー１０を用いた電子部品１、及び、電子部品１の製造方法を、図１乃至図７を用いて説明する。
図１は、第１の実施形態に係る電子部品１である電池モジュール１の構成を模式的に示す説明図、図２は電池モジュールの要部構成である、セル６及びバスバー１０の構成を示す斜視図、図３はバスバー１０の構成を拡大して示す断面図、図４は電池モジュール１の製造工程の一である、バスバー１０の製造工程の一を示す説明図、図５はバスバー１０の製造工程の一を示す説明図、図６は電池モジュール１の製造工程の一を示す説明図、図７は電池モジュール１の製造工程の一を示す説明図である。
図１に示すように、電子部品１は、バスバー１０により複数の部品本体６の電極端子７間が接続されることで構成されている。本実施形態においては、電子部品１は、部品本体６である複数のセル６を備える電池モジュール１である。以下、電子部品１を電池モジュール１として説明する。
電池モジュール１は、容器５と、容器５内に収容された複数のセル６と、セル６間を接続するバスバー１０と、を備えている。例えば、図２に示すように、電池モジュール１は、４つのセル６が一つのバスバー１０によって接続されることで形成される。
セル６は、その内部に、電極体及び電解液を収容することで形成されている。セル６は、その外部に設けられた電極端子７を備えている。セル６は、電極端子７がバスバー１０と溶接されることで接合部４０を介して一体に接続されるとともに、他のセル６の電極端子７とバスバー１０を介して接続される。
電極端子７は、Ｍｇが含有されたアルミニウム材料によって形成されている。電極端子７は、Ｍｇの濃度が１．２５体積％から２．５１体積％に形成されたアルミニウム材料、例えば、５０５２アルミニウム材料により形成されている。電極端子７は、接合部４０によってバスバー１０に溶接される。
図１、図２、図６及び図７に示すように、バスバー１０は、スタック部材１１と、スタック部材１１の一部に複数形成された溶接部１２と、スタック部材１１の一部に形成されたベント部１３と、を備えている。
スタック部材１１は、薄板状の部材が溶接部１２により複数個所で一体に形成された、板状の導電性を有する部材である。具体的には、図３に示すように、スタック部材１１は、積層された複数の薄板状のアルミ部材２１からなる。またスタック部材１１は、複数のアルミ部材２１間に介在される薄板状のニッケル部材２２を備えている。スタック部材１１は、図５乃至図７に示すように、積層されたアルミ部材２１及びニッケル部材２２の一部に、積層された複数のアルミ部材２１を固定する溶接部１２が形成されることで構成される。
図３に示すようにスタック部材１１は、例えば、５枚設けられたアルミ部材２１と、アルミ部材２１間にそれぞれ介在される４枚のニッケル部材２２により形成される。
図２に示すように、スタック部材１１は、例えば、その両端にそれぞれ一対形成された端部２５と、４つの端部２５を連続させる中央部２６と、を備えている。図２に示すように、スタック部材１１は、平面視でＨ状に形成されている。スタック部材１１は、中央部２６にベント部１３が形成される。
アルミ部材２１は、その形状が、スタック部材１１の平面形状と同一形状に形成されている。アルミ部材２１は、例えば、純アルミニウムにより形成されている。アルミ部材２１は、例えば、その厚さが１００μｍに形成されている。
ニッケル部材２２は、例えば、その形状が、アルミ部材２１と同一形状か、又は、少なくともスタック部材１１の溶接部１２及び電極端子７と接合される接合部４０と同一形状に形成されて設けられる。ニッケル部材２２は、溶接部１２が形成される場合、又は、電極端子７とバスバー１０が溶接される場合に、アルミ部材２１と溶融したときに、所定の溶融体積となる体積に形成される。
例えば、ニッケル部材２２は、アルミ部材２１及び電極端子７と溶接されたときに、Ｎｉ濃度が１．２体積％以上４９．１体積％以下となる溶融体積で形成される。例えば、ニッケル部材２２は、その厚さが１０μｍに形成されている。
なお、Ｎｉ濃度の下限値である１．２体積％は、例えば、電極端子７の材料のＭｇ濃度が１．２５体積％であるときに、溶融部１２が電極端子７と良好に溶融される濃度である。なお、例えば、他の組成の異なる電極端子にバスバー１０を溶接する場合には、溶接部１２のＮｉ濃度は適宜設定可能である。
また、Ｎｉ濃度の上限値である４９．１％は、バスバー１０の構成上から求められる上限値として設定した値である。即ち、Ｎｉ濃度は、当該上限値以上のＮｉ濃度であっても、溶接部１２が電極端子７と良好に接合可能である。しかし、バスバー１０がアルミ部材２１に、ニッケル部材２２を介在させる構成であるため、複数のアルミ部材２１を積層して構成されるバスバー１０を実現可能なニッケル部材２２の厚さを考慮すると、Ｎｉ濃度は、４９．１体積％程度が好ましいことから、これを上限値として設定している。このため、例えば、積層以外に、アルミ部材２１にニッケル部材２２を供給可能であれば、当該Ｎｉ濃度の上限値はこれに限定されない。
溶接部１２は、複数のアルミ部材２１及びニッケル部材２２を、例えばレーザ溶接、超音波溶接、又は、抵抗溶接等によって、スポット接合することで形成される。
溶接部１２は、溶接部１２を組成するアルミ部材２１のＡｌ及びニッケル部材２２のＮｉが所定の溶融体積として、例えば、Ｎｉ濃度が１．２体積％以上４９．１体積％以下となる溶融体積で形成される。
ベント部１３は、例えば、スタック部材１１の中央部２６に設けられる。換言すると、ベント部１３は、スタック部材１１の両端間、さらに言えば、スタック部材１１にそれぞれ設けられる一方の一対の端部２５と、他方の一対の端部２５間に設けられる。
ベント部１３は、バスバー１０の端部２５に接続されたセル６が振動又は移動等によってバスバー１０に応力が印加された場合に、バスバー１０の応力を緩和可能に形成されている。ベント部１３は、例えば、スタック部材１１の端部２５にそれぞれ接続される一対のセル６間に、当該一対のセル６同士が近接する方向に対して直交する方向に延設される。ベント部１３は、例えば、断面形状がＵ字状に形成されている。
接合部４０は、接合部４０を組成するニッケル部材２２のＮｉが所定の溶融体積として、例えば、Ｎｉ濃度が１．２体積％以上４９．１体積％となる溶融体積で形成される。
次に、このように構成された電池モジュール１の製造方法を説明する。
先ず、図４に示すように、複数のアルミ部材２１を積層させるとともに、少なくとも溶接部１２及び接合部４０が形成される位置にニッケル部材２２を介在させる。例えば、図３に示すように、アルミ部材２１及びニッケル部材２２を交互に積層させる。次に、図５に示すように、アルミ部材２１及びニッケル部材２２を、レーザ溶接によって複数個所でスポット接合し、溶接部１２を形成する。これにより、複数のアルミ部材２１がニッケル部材２２を介して一体に積層されたスタック部材１１が形成される。
次に、スタック部材１１の一部、例えば図６に示すように、中央部２６に、プレス加工等によってベント部１３を成形する。このような工程によって、溶接部１２及びベント部１３がスタック部材１１に設けられたバスバー１０が形成される。
次に、図６に示すように、バスバー１０を複数のセル６の電極端子７上に配置する。次に、図７に示すように、複数のセル６の電極端子７と、バスバー１０の端部２５とをそれぞれレーザ溶接により接合する。なお、このとき、電極端子７及び端部２５の接合部４０は、例えば、環状に形成される。また、バスバー１０の端部２５は、例えば、溶接部１２が電極端子７に接合される。これらの工程によって、バスバー１０が製造され、且つ、バスバー１０がセル６と接続されることで、電池モジュール１が製造される。
このように構成された電池モジュール１によれば、バスバー１０は、複数の板状のアルミ部材２１を積層し、一部に溶接部１２を形成することで、一体に形成される構成である。このため、バスバー１０は、バスバー１０を通過する電流の流路面積を確保することが可能なり、大容量の電池モジュール１であっても使用可能となる。
また、バスバー１０は、アルミ部材２１の一部が一体に溶接され、他部は複数のアルミ部材２１の積層によって構成されることから、その剛性の向上を極力防止可能となる。即ち、バスバー１０は、低剛性とすることが可能となり、電池モジュール１に印加される振動がセル６に伝達されても、当該振動をバスバー１０のアルミ部材２１のそれぞれの変形によって吸収することが可能となる。即ち、外部からバスバー１０に印加される応力を、複数のアルミ部材２１において吸収することで、印加される応力の緩和が可能となる。
また、バスバー１０は、ベント部１３を設ける構成とすることで、当該ベント部１３によって、セル６に伝達された振動をさらに吸収することが可能となる。これにより、振動によるバスバー１０と電極端子７との接合部４０に、振動により発生する応力が集中することを極力防止し、当該接合部４０の破断を防止可能となる。
また、バスバー１０は、複数のアルミ部材２１を積層させるとともに、積層したアルミ部材２１を溶接する溶接部１２にニッケル部材２２を設けることで、複数のアルミ部材２１間にクラックや気泡が発生することを防止できる。特に、アルミ部材２１に純アルミニウムを用いた場合においては、その表面に形成される酸化膜によって気泡の発生の要因となるが、この気泡の発生を防止可能となる。同様に、バスバー１０を電極端子７に溶接する場合に、バスバー１０にニッケル部材２２を設けることで、Ｍｇが含有されたアルミニウム材料によって形成される電極端子７と溶接する際に、接合部４０にクラックが発生することを防止できる。
バスバー１０は、ニッケル部材２２によって、溶接により形成される溶接部１２及び接合部４０に気泡及びクラック等が形成されることを防止可能となることで、溶接部１２及び接合部４０の強度を向上させることが可能となる。
このように電池モジュール１は、応力緩和が可能であって、且つ、電流の流路面積を確保可能なバスバー１０とするとともに、バスバー１０と電極端子７との溶接部１２及び接合部４０の強度を向上可能となる。結果、電池モジュール１は、その信頼性が向上する。
上述したように本実施形態に係る電子部品である電池モジュール１によれば、バスバー１０の電流の流路面積を確保可能であって、応力緩和が可能となる。
次に、第２の実施形態に係る電子部品１Ａとして、パワー半導体モジュール１Ａに用いた構成を、図８を用いて、以下説明する。
図８は第２の実施形態に係る電子部品１Ａの構成を模式的に示す斜視図である。なお、第２の実施形態に係る電子部品１Ａの構成のうち、上述した第１の実施形態に係る電子部品１の構成と同様の構成には、同一符号を付し、その詳細な説明は省略する。
電子部品１Ａは、パワー半導体モジュール１Ａである。パワー半導体モジュール１Ａは、複数の部品本体６Ａである半導体パッケージ６Ａと、半導体パッケージ６Ａを接続するバスバー１０Ａと、を備えている。半導体パッケージ６Ａは、電極端子７を備えている。
バスバー１０Ａは、スタック部材１１Ａと、スタック部材１１Ａの一部に複数形成された溶接部１２と、スタック部材１１Ａの一部に形成されたベント部１３Ａと、を備えている。
スタック部材１１Ａは、薄板状の部材が溶接部１２により複数個所で一体に形成された、板状の導電性を有する部材である。具体的には、スタック部材１１Ａは、積層された複数の薄板状のアルミ部材２１からなる。また、スタック部材１１Ａは、複数のアルミ部材２１間に介在される薄板状のニッケル部材２２と、図５乃至図７に示すように、積層されたアルミ部材２１及びニッケル部材２２の一部に形成され、積層された複数のアルミ部材２１を固定する溶接部１２を備えている。
図８に示すように、スタック部材１１は、例えば、帯状に形成され、その両端に溶接部１２が形成されるとともに、当該溶接部１２間にベント部１３Ａを備えている。
ベント部１３Ａは、例えば、スタック部材１１の中央側に設けられ、スタック部材１１の長手方向に対して直交する方向に延設する弧状に形成される。さらに言えば、ベント部１３Ａは、電極端子７の移動や半導体パッケージ６Ａの変形時に、バスバー１０Ａに印加される応力を緩和可能な形状に形成される。例えば、ベント部１３Ａは、バスバー１０Ａの電極端子７と溶接される接合部４０が形成される部位間の距離よりも短く配置された電極端子７間に接合し、この距離の差によってスタック部材１１が湾曲することで形成される。
このように構成されたパワー半導体モジュール１Ａは、上述した電池モジュール１と同様に、バスバー１０Ａにより、電流の流路面積を確保可能であって、且つ、振動や熱膨張等によってバスバー１０Ａに応力が印加しても応力緩和が可能となる。
なお、本実施形態の電子部品１，１Ａ及びバスバー１０，１０Ａは、上述した構成に限定されない。例えば、上述した例では、バスバー１０，１０Ａは、プレス加工によって形成されたベント部１３、又は、バスバー１０の接合部４０が形成される部位間と電極端子７間との距離の差によって形成されるベント部１３を備える構成を説明したがこれに限定されない。例えば、バスバーは、ベント部を有さない構成であってもよい。例えば、このような構成とすることで、バスバーは、複数のアルミ部材２１が積層された構成であるが、例えば、バスバーが接合された部品本体に応力が印加され、例えば、部品本体が近接する方向に移動した場合には、バスバーが変形し、ベント部が形成されることで応力が緩和可能である。
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
１…電池モジュール（電子部品）、１Ａ…パワー半導体モジュール（電子部品）、５…容器、６…セル（部品本体）、６Ａ…半導体パッケージ（部品本体）、７…電極端子、１０、１０Ａ…バスバー、１１、１１Ａ…スタック部材、１２…溶接部、１３，１３Ａ…ベント部、２１…アルミ部材、２２…ニッケル部材、２５…端部、２６…中央部、４０…接合部。

Claims (8)

  1. 複数のアルミ板を、少なくとも一部にニッケル部材を介在させて積層すること、
    前記積層された前記アルミ板及び前記ニッケル部材の一部を複数個所で溶接することで溶接部、及び、非溶接部を有するバスバーを形成すること、
    電子部品の電極端子と、前記複数のアルミ板及び前記ニッケル部材を溶接すること、
    を備えることを特徴とする電子部品の製造方法。
  2. 前記バスバーの形成後、前記バスバーの一部を曲折すること、
    をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の電子部品の製造方法。
  3. 前記電子部品は、電池モジュールであって、前記電極端子は、前記電池モジュールのセルに設けられることを特徴とする請求項１に記載の電子部品の製造方法。
  4. 複数のアルミ板と、
    前記アルミ板間の少なくとも一部に介在されたニッケル部材と、
    積層された前記複数のアルミ板及び前記ニッケル部材の一部を溶接することで形成された複数の溶接部と、
    を備えることを特徴とするバスバー。
  5. 前記溶接部間に形成された曲折部をさらに備えることを特徴とする請求項４に記載のバスバー。
  6. 電極端子を備える複数の部品本体と、
    複数のアルミ板、前記アルミ板間の少なくとも一部に介在されたニッケル部材、及び、積層された前記複数のアルミ板及び前記ニッケル部材の一部を溶接することで形成された複数の溶接部を、具備し、前記複数の電子部品の前記電極端子に溶接されるバスバーと、
    を備えることを特徴とする電子部品。
  7. 前記バスバーは、前記バスバーが溶接された前記電極端子間に位置する曲折部が形成されていることを特徴とする請求項６に記載の電子部品。
  8. 前記部品本体はセルであって、前記電子部品は電池モジュールであることを特徴とする請求項７に記載の電子部品。
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