JP2017188386A - 電気的接続構造 - Google Patents

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Abstract

【課題】導体同士を電気的に接続する場合に、導体間の接触抵抗を低減させる。
【解決手段】第１導体と、第２導体と、前記第１導体と前記第２導体の間に挟持される導電性の被挟持部材と、を備えた電気的接続構造であって、前記被挟持部材のうち前記第１導体および前記第２導体に挟持される被挟持領域に、前記第１導体および前記第２導体の少なくとも一方に向けて尖鋭形状に突出する突起が設けられており、前記被挟持部材は、前記第１導体および前記第２導体の一方に固定されている。
【選択図】図５

Description

本明細書に開示される技術は、電気的接続構造に関する。
例えば電気自動車やハイブリッド車用の電池モジュールにおいては、正極および負極の電極端子を有する複数の単電池が並んで配置されている。このような電池モジュールにおいては、隣り合う正極の電極端子（正極端子）および負極の電極端子（負極端子）が導電性金属板からなるバスバーによって接続されることにより、複数の単電池が電気的に接続されている。
特開２０１５−１５０９１号公報
ところで、上述したように導体同士を導通接続させるにあたり、導体の表面に酸化膜ができている場合には、酸化膜が導体同士の接触を妨げ、接触抵抗が規定値よりも高くなるという問題がある。
そこで接触抵抗を低減させるために導体をめっき処理することが考えられるが、めっき処理費用が高額であるため、製造コストがかかるという問題がある。
本明細書に開示される技術は上記のような事情に基づいて完成されたものであって、導体同士を電気的に接続する場合に、導体間の接触抵抗を低減させることを目的とするものである。
本明細書に開示される技術は、第１導体と、第２導体と、前記第１導体と前記第２導体の間に挟持される導電性の被挟持部材と、を備えた電気的接続構造であって、前記被挟持部材のうち前記第１導体および前記第２導体に挟持される被挟持領域に、前記第１導体および前記第２導体の少なくとも一方に向けて尖鋭形状に突出する突起が設けられており、 前記被挟持部材は、前記第１導体および前記第２導体の一方に固定されている。
上記構成によれば、第１導体および第２導体を導通接続する場合には、被挟持部材の被挟持領域に設けられた突起が、第１導体および第２導体の少なくとも一方側の表面に形成された酸化膜に比較的強い力で押しつけられ、これにより、酸化膜が突き破られて新生面が露出する。従って、この新生面と相手側部材とが被挟持部材を介して接続されることになり、接触抵抗が低く抑えられる。
上記電気的接続構造は、以下の構成を備えていてもよい。
突起は、被挟持部材の周縁部または開口縁部に設けられている構成としてもよい。このような構成とすると、被挟持部材を打ち抜き加工により作製する際に発生するバリ等を突起として利用することができるから、製造コストを抑えることができる。
第１導体または第２導体、および、被挟持部材の一方に係止部が設けられ、他方に係止部に係止する被係止部が設けられている構成としてもよい。このような構成とすることにより、被挟持部材を第１導体および第２導体の一方に固定させておく構成が実現できる。
第１導体および第２導体の少なくとも一方がアルミニウム系金属製とされており、突起はアルミニウム系金属側に向けて突出している構成としてもよい。
アルミニウム系の金属からなる部材は表面が酸化し易いという問題があるが、このような構成によれば、アルミニウム系の金属の表面に形成された酸化膜を突起により確実に破ることができる。
また、第１導体および第２導体の一方が蓄電素子の電極端子であり、他方が電極端子に接続されるバスバーであってもよい。
本明細書に開示される技術によれば、導体同士を電気的に接続する場合に、導体間の接触抵抗を低減させることができる。
実施形態１の単電池群の平面図 電池モジュールの平面図 電池モジュールの右側面図 電池モジュールの電気接続構造を示す一部拡大概念図 電池モジュールの電気接続構造を示す分解斜視図 被挟持部材の平面図 被挟持部材の側面図 被挟持部材の一部拡大側面図 図６のＡ−Ａ断面図 図６のＢ−Ｂ断面図 被挟持部材付きバスバーの一部拡大平面図 被挟持部材付きバスバーの一部拡大正面図 図１１のＣ−Ｃ断面図 被挟持部材付きバスバーを単電池に締結した状態の一部拡大平面図 被挟持部材付きバスバーを単電池に締結した状態の右側面図 被挟持部材付きバスバーを単電池に締結した状態の電気接続構造を示す一部拡大概念図（図１４のＤ−Ｄ断面図） 実施形態２の被挟持部材の平面図 図１７のＥ−Ｅ断面図
＜実施形態１＞
上記技術を電池モジュールに適用した実施形態１を図１ないし図１６によって説明する。本実施形態の電池モジュール１０（蓄電モジュールの一例）は、例えば電気自動車やハイブリッド車の駆動源として使用されるものである。なお、以下においては、図１の下方を正面、上方を背面とし、右側を右、左側を左として説明する。また、図４の上側を上、下側を下とする。
電池モジュール１０は、図２に示すように、例えば横並びに配列された複数個（本実施形態では２個）の隣り合う単電池１１が、バスバー２０により直列に接続されてなる。
図１および図３に示すように、単電池１１は、内部に図示しない発電要素が収容された直方体状の本体部１２を備えており、その上面の両端部付近に、上方に向けて突出する一対の端子台１３が設けられている。電極端子１５（正極を１５Ａ，負極を１５Ｂとして図示、第１導体の一例）は銅製で板状をなしており（図５参照）、本体部１２から端子台１３の側面に沿って上方に向けて延出されるとともにその先端側がＬ字形状に屈曲され、端子台１３上に載置されている。
端子台１３には後述するボルト４０（締結部材）と螺合するナット１８（電極側締結部）が嵌め入れられており、電極端子１５のうちナット１８の孔部に対応する領域に、ボルト４０の軸部４１を挿通する挿通孔１６が設けられている。この挿通孔１６は長孔状とされている。
各単電池１１の極性（正負）の向きは、互いに隣り合う単電池１１が逆向きになるように配置されており、これにより、互いに異極の電極端子１５Ａ，１５Ｂが隣り合うように構成されている。これら複数の単電池１１は図示しない保持板によって固定されている。
隣り合う単電池１１の電極端子１５Ａ，１５Ｂ間は、電池間接続バスバー２０Ａ（第２導体の一例）により接続されている。また、電池間接続バスバー２０Ａと接続された電極端子１５と反対側の電極端子１５には、図示しない外部機器と接続するための外部接続バスバー２０Ｂ（第２導体の一例）が接続されている。これらのバスバー２０Ａ，２０Ｂは、アルミニウム製またはアルミニウム合金製とされている。
電池間接続バスバー２０Ａは概ね長方形の板状をなしており、その長手方向の両端部付近に、ボルト４０の軸部４１が挿通される挿通孔２２を有している。挿通孔２２は、左右方向（電池間接続バスバー２０Ａの長手方向）に長い長孔状をなしている。
外部接続バスバー２０Ｂはクランク状をなした細長い板状部材であり、その一端側は単電池１１の電極端子１５と接続される電池接続部とされ、他端側は、図示しない外部機器と接続される外部機器接続部（図示せず）とされている。電池接続部にも、ボルト４０の軸部４１が挿通される挿通孔２２が設けられており、この挿通孔２２も、左右方向（外部接続バスバー２０Ｂの長手方向）に長い長孔状をなしている。
さらに、各バスバー２０Ａ，２０Ｂの長手方向に延びる一対の縁部のうち、挿通孔２２を挟んだ両側には、それぞれ外側に向けてコ字形状に張り出して後述する被挟持部材３０の係止片３２の側縁部を両側から挟み込む被係止部２３が設けられている（図５参照）。
本実施形態の電池モジュール１０において、上述した各バスバー２０Ａ，２０Ｂと電極端子１５との間には、被挟持部材３０が配されている。
被挟持部材３０は例えば銅や鉄等の、導電性に優れるとともにアルミニウムと比較して硬質の金属材料からなり、概ね円盤状をなす部材である。本実施形態では、表面にスズメッキが施された銅製のものとされている。被挟持部材３０の直径寸法は、バスバー２０および電極端子１５の幅寸法よりもやや小さい寸法に設定されており、バスバー２０および電極端子１５の間に配された状態において、後述する係止片３２を除く両面全体がバスバー２０および電極端子１５に接する大きさとされている。換言すると、係止片３２を除く部分全体がバスバー２０および電極端子１５の間に挟持される被挟持領域とされている。
被挟持部材３０はその中央部にボルト４０の軸部４１が挿通される円形の挿通孔３１を有している。
また被挟持部材３０には、バスバー２０の被係止部２３に係止する一対の係止片３２が設けられている。一対の係止片３２は、挿通孔３１を挟んで外周縁部から外側に向けて張り出すとともに上方（バスバー２０側）に向けてＬ字形状に屈曲された形態をなしており、その幅寸法は、上述した被係止部２３の内側にほぼぴったり嵌まり込む寸法に設定されている。
さらに被挟持部材３０の周縁部には、多数の突起３３が設けられている。突起３３は、例えば図８に示すように、周縁部から斜め上方（バスバー２０側）に向けて僅かに突出する歯車の歯型のような山形の形態をなしており、その先端部は尖鋭形状をなしている。
本実施形態の電池モジュール１０は上述した形態であって、次に、作用効果について説明する。
複数の単電池１１をバスバー２０で接続する際には、まず、被挟持部材３０の一対の係止片３２をバスバー２０のコ字形状の被係止部２３の内側に嵌め込みつつ被挟持部材３０をバスバー２０に重ね合わせ、一体化する。そして、一体とされた被挟持部材３０およびバスバー２０を、被挟持部材３０側を電極端子１５に対向させた状態で電極端子１５の所定位置に載置する。この状態において、バスバー２０の挿通孔２２、被挟持部材３０の挿通孔３１、および、電極側のナット１８の挿通孔は連通した状態とされる。そして、締結用の座付き六角ボルト４０（締結部材）の軸部４１をバスバー２０側から挿入して、ボルト４０を電極側のナット１８に螺合させる。
ボルト４０が電極側のナット１８に螺合され、締め付けられるのに従って、バスバー２０は被挟持部材３０に強く押し付けられ、これにより、被挟持部材３０に設けられた突起３３がバスバー２０の表面を覆っている酸化膜（図示せず）を突き破って新生面を露出させる。またさらに強く締め付けた場合には、突起３３の先端がバスバー２０の表面に食い込む。すなわち、バスバー２０の新生面と電極端子１５とが被挟持部材３０を介して電気的に接続されることとなり、接触抵抗が低減される。
このように、本実施形態の電気的接続構造によれば、電池モジュール１０において多数の突起３３を有する被挟持部材３０を使用することにより、電極端子１５およびバスバー２０間の接触抵抗を低く抑えることができる。
また、被挟持部材３０はバスバー２０の幅寸法より小さい直径の円盤状とするとともに、多数の突起３３をその周縁部に設ける構成としたから、被挟持部材３０を打ち抜き加工により作製する際に発生するバリ等を突起３３として利用することもできる。この場合は、製造コストを抑えることができる。
また、被挟持部材３０に係止片３２を設け、バスバー２０に設けた被係止部２３に係止させることにより、被挟持部材３０をバスバー２０に一体的に保持させる構成としたから、電極端子１５にバスバー２０を装着する際の作業性に優れる。
＜実施形態２＞
次に、実施形態２を図１７および図１８によって説明する。なお、以下においては実施形態１と異なる構成についてのみ説明するものとし、実施形態１と同様の構成には２０を足した符号を付すこととし、重複する説明を省略する。
本実施形態の電池モジュールに使用される被挟持部材５０は、上記実施形態１の被挟持部材３０に円形の貫通孔５４（開口の一例）を設けたところが相違している。
貫通孔５４は被挟持部材５０の挿通孔５１の周囲（被挟持領域）に等間隔で６つ設けられている。これらの各貫通孔５４の開口縁部には、係止片５２の突出方向と同方向（バスバー側）に突出する突起５３が設けられている。
本実施形態の被挟持部材５０によれば、より多数の突起５３を備えているので、バスバー２０の表面に形成された酸化膜をより多く破壊して新生面を露出させることができる。すなわち、電極端子１５およびバスバー２０間の接触抵抗をより低く抑えることができる。
＜他の実施形態＞
本明細書に開示される技術は上記記述及び図面によって説明した実施形態に限定されるものではなく、例えば次のような実施形態も本発明の技術的範囲に含まれる。
（１）突起の位置や形態は上記実施形態に限るものでなく、適宜変更することができる。例えば、被挟持領域の表面に凹凸加工を施して多数の突起を設ける構成としてもよい。あるいは、突起はバスバーや電極端子に対して点状に接する形態に限らず、線状に接する形態（エッジ状）としてもよい。
（２）上記実施形態では、被挟持部材３０，５０がバスバー２０の被係止部２３に係止する片状の係止部（係止片３２，５２）を備える構成としたが、被挟持部材とバスバーの係止構造は上記実施形態に限るものでなく、他の形態としてもよい。例えば、バスバー側に係止片を設ける構成としてもよい。
（３）上記実施形態では、被挟持部材３０，５０をバスバー２０と予め一体にしておく構成としたが、電極端子と予め一体にしておく構成とすることもできる。
（４）被挟持部材とバスバーあるいは電極端子を溶接により予め一体化させておく構成とすることもできる。
（５）あるいは、係止部および被係止部を省略し、被挟持部材およびバスバーを電極端子に別個に装着する構成としてもよい。
（６）上記実施形態では、単電池１１側にナット１８を設け、このナット１８にボルト４０を締結することにより電極端子１５およびバスバー２０を接続する構成としたが、単電池側にボルト状の電極端子を設け、ナットを締結させることにより、電極端子およびバスバーを接続する構成としてもよい。
（７）上記実施形態では、被挟持部材３０、５０の直径寸法をバスバー２０および電極端子１５の幅寸法よりもやや小さい寸法に設定して、係止片３２を除く領域全体がバスバー２０および電極端子１５の間に挟持される被挟持領域とされる形態としたが、被挟持部材の直径寸法をバスバー２０や電極端子１５の幅寸法より大きい寸法に設定し、一部がはみ出す形態としてもよい。この場合には、バスバー２０および電極端子１５に接する部分（被挟持領域）に酸化膜を破壊するのに充分な突起を設ければよい。
（８）被挟持部材は銅製や鉄製に限らず、他の金属製とすることもできる。要は、導電性に優れ、金属製部材に形成された酸化膜やめっきを破壊できる硬度を有するものであればよい。
（９）上記実施形態では、バスバー２０をアルミニウム系金属製とし、電極端子１５を銅製としたが、バスバーを銅製とし、電極端子をアルミニウム系金属製にしたり、両方をアルミニウム系金属製または銅製としたり、他の金属製にしてもよい。突起は、被挟持部材のうち、アルミニウム系金属製とした部材側に突起を設ける構成とすることが好ましい。
（１０）上記実施形態では、突起３３，５３を被挟持部材３０，５０の一方側（バスバー２０側）だけに突出させる構成としたが、他方側（電極端子１５側）に突出する突起を併せて設ける構成としてもよい。
１０：電池モジュール（蓄電モジュール）
１１：単電池（蓄電素子）
１５：電極端子（第１導体）
１８：ナット
２０：バスバー（第２導体）
２３：被係止部
３０、５０：被挟持部材
３２、５２：係止片（係止部）
３３、５３：突起
５４：貫通孔（開口）
４０：ボルト

Claims (5)

  1. 第１導体と、第２導体と、前記第１導体と前記第２導体の間に挟持される導電性の被挟持部材と、を備えた電気的接続構造であって、
    前記被挟持部材のうち前記第１導体および前記第２導体に挟持される被挟持領域に、前記第１導体および前記第２導体の少なくとも一方に向けて尖鋭形状に突出する突起が設けられており、
    前記被挟持部材は、前記第１導体および前記第２導体の一方に固定されている、電気的接続構造。
  2. 前記突起は前記被挟持部材の周縁部または開口縁部に設けられている請求項１に記載の電気的接続構造。
  3. 前記被挟持部材は前記第１導体および前記第２導体の一方に設けられた被係止部に係止する係止部を備えている、請求項１または請求項２に記載の電気的接続構造。
  4. 前記第１導体および前記第２導体の少なくとも一方がアルミニウム系金属製とされており、前記突起は前記アルミニウム系金属側に向けて突出している、請求項１ないし請求項３のいずれか一項に記載の電気的接続構造。
  5. 前記第１導体および前記第２導体の一方が蓄電素子の電極端子であり、他方が、前記電極端子側に設けられた電極側締結部に締結部材を締結することで前記電極端子に接続されるバスバーである、請求項１ないし請求項４のいずれか一項に記載の電気的接続構造。
JP2016078114A 2016-04-08 2016-04-08 電気的接続構造 Pending JP2017188386A (ja)

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