JP2017212077A - バスバー組付構造及び電池モジュール - Google Patents

Abstract

【課題】バスバーにバリが存在していても、軸力低下による雄ネジ雌ネジの緩み及びバスバーと電極端子との間の電気的な接触不良を防止できるバスバー組付構造及び電池モジュールを提供する。
【解決手段】このバスバー組付構造２１は、電極端子７に板状のバスバー８が組み付けられてなる。バスバー８における挿通孔２４ａの一方側の開口縁部には、バリ２８が設けられており、ナット２３におけるネジ部２３ａの一方側の開口縁部には、挿通孔２４ａの孔径Ｒ２よりも大きい最大径Ｒ１を有するテーパ部２３ｂが設けられている。バスバー８の平板部２４は、テーパ部２３ｂによって形成される空間Ｓ内にバリ２８が位置した状態で、ボルト２２とナット２３とによって挟持されている。
【選択図】図２

Description

本発明は、バスバー組付構造及び電池モジュールに関する。

この種の分野の技術として、例えば特許文献１に記載の電池接続アセンブリがある。この従来の電池接続アセンブリは、複数の電池セル群における電極端子同士を接続するためのアセンブリであり、電極端子が貫通する一対の挿通孔が設けられたバスバーが用いられている。バスバーの挿通孔は、バスバーを打ち抜くことで形成されており、打ち抜きの際に挿通孔の一方の開口縁部にはバリが形成されている。このため、この従来の電池接続アセンブリでは、バスバーに表裏識別のための切欠きが設けられており、バリが無い方の他方の開口縁側から挿通孔に電極端子が挿通されている。

特開０２１１−２５８４５０号公報

バスバー組付構造においては、バスバーの挿通孔に電極端子を挿通させた後、ボルト−ナットなどの締結部材でバスバーを締め付けて組み付ける構造も採用される。このような構造では、バスバーの挿通孔の開口縁部にバリが存在していると、締結部分にバリが挟み込まれることが考えられる。締結部分にバリが挟み込まれると、軸力低下によるネジの緩みや、バスバーと電極端子との間の電気的な接触不良が発生してしまうおそれがある。バスバーのバリを面取りや面押しで除去することも考えられるが、バスバー組み付けの工程が煩雑化し、コストの増大を招くおそれがある。

本発明は、上記課題の解決のためになされたものであり、バスバーにバリが存在していても、軸力低下によるネジの緩み及びバスバーと電極端子との間の電気的な接触不良を防止できるバスバー組付構造及び電池モジュールを提供することを目的とする。

本発明の一側面に係るバスバー組付構造は、電極端子に板状のバスバーが組み付けられてなるバスバー組付構造であって、バスバーは、電極端子を挿通させる挿通孔が設けられた平板部と、平板部の一面側に突出する屈曲部と、を有し、電極端子は、挿通孔に挿通される軸部を有する雄ネジと、挿通孔から突出する軸部の先端に螺合するネジ部を内周側に有する雌ネジと、を有し、バスバーにおける挿通孔の一方側の開口縁部には、バリが設けられており、雌ネジにおけるネジ部の一方側の開口縁部には、挿通孔の孔径よりも大きい最大径を有するテーパ部が設けられており、バスバーの平板部は、テーパ部によって形成される空間内にバリが位置した状態で、雄ネジと雌ネジとによって挟持されている。

このバスバー組付構造では、雌ネジにおけるネジ部の一方の開口縁部に、バスバーの挿通孔の孔径よりも大きい最大径を有するテーパ部が設けられている。そして、テーパ部によって形成される空間内にバリが位置した状態で、バスバーの平板部が雄ネジと雌ネジとによって挟持されている。このような構造では、バスバーのバリが雄ネジ及び雌ネジで直接挟み込まれることが無いため、軸力低下によるネジの緩み、及びバスバーと電極端子との間の電気的な接触不良を防止できる。

また、バスバーにおいて、屈曲部は、バリと同一面側に突出しており、電極端子は、雄ネジを土台部として軸部に雌ネジのネジ部が螺合していてもよい。この場合、バリの向きにより挿通孔に対する雄ネジの挿通の向きを規定できるので、バスバーを組み付ける際のバスバーの向きの誤りなどを防止できる。

また、バスバーにおいて、屈曲部は、バリと反対面側に突出しており、電極端子は、雌ネジを土台部としてネジ部に雄ネジの軸部が螺合していてもよい。この場合、バリの向きにより挿通孔に対する雄ネジの挿通の向きを規定できるので、バスバーを組み付ける際のバスバーの向きの誤りなどを防止できる。

また、バスバーの平板部と共にハーネスの丸端子が雄ネジと雌ネジとによって挟持されており、丸端子の内径は、テーパ部の最大径よりも大きくなっていてもよい。バスバーと共にハーネスの丸端子を組み付ける場合、丸端子の内径を雌ネジのテーパ部の最大径よりも大きくすることで、雄ネジの軸部に対する丸端子の組み付け容易性を高められる。

また、バスバーの平板部と共にハーネスの丸端子が雄ネジと雌ネジとによって挟持されており、丸端子の内径は、テーパ部の最大径よりも小さくなっていてもよい。バスバーと共にハーネスの丸端子を組み付ける場合、丸端子の内径を雌ネジのテーパ部の最大径よりも小さくすることで、雌ネジの座面で丸端子をしっかりと挟持できる。

また、本発明の一側面に係る電池モジュールは、複数の電池セルを配列してなる配列体を備え、隣接する電池セルの電極端子間が上記バスバー組付構造によって連結されている。

この電池モジュールでは、バスバーのバリが雄ネジ雌ネジで直接挟み込まれることが無いため、軸力低下によるネジの緩み、及びバスバーと電極端子との間の電気的な接触不良を防止できる。

本発明によれば、バスバーにバリが存在していても、軸力低下によるネジの緩み及びバスバーと電極端子との間の電気的な接触不良を防止できる。

電池モジュールの一実施形態を示す概略図である。 バスバー組付構造の第１実施形態を示す断面図である。 バスバーの一例を示す斜視図である。 バスバー組付構造の第１実施形態の変形例を示す断面図である。 バスバー組付構造の第１実施形態の別の変形例を示す断面図である。 バスバー組付構造の第２実施形態を示す断面図である。 バスバー組付構造の第２実施形態の変形例を示す断面図である。 バスバー組付構造の第２実施形態の別の変形例を示す断面図である。

以下、図面を参照しながら、本発明の一側面に係るバスバー組付構造及び電池モジュールの好適な実施形態について詳細に説明する。
［電池モジュールの全体構成］

図１は、電池モジュールの一実施形態を示す概略図である。同図に示すように、電池モジュール１は、複数の電池セル２を配列してなる配列体３と、配列体３に対して電池セル２の配列方向に拘束荷重を付加する拘束部材４と、配列体３と拘束部材４との間に介在する弾性体５とを備えている。

配列体３は、例えば７体の電池セル２によって構成されている。電池セル２，２間には、不図示の伝熱プレートが介在している。電池セル２は、例えばリチウムイオン二次電池である。電池セル２は、例えば略直方体形状をなす中空のケース６内に電極組立体及び電解液を収容してなる。

ケース６の頂面６ａには、一対の電極端子７，７が互いに離間して設けられている。電極端子７の一方は、電極組立体の正極に接続された正極端子であり、電極端子７の他方は、電極組立体の負極に接続された負極端子である。隣接する電池セル２，２は、正極端子と負極端子とが互いに隣り合うように配列され、隣り合う正極端子と負極端子とをバスバー８で接続することにより、電気的に直列に接続されている。

拘束部材４は、一対のエンドプレート９，９と、エンドプレート９，９同士を締結する締結部材１０とを備えている。エンドプレート９は、例えば鉄などの金属によって平板状に形成され、配列体３及び弾性体５を配列方向に挟み込むように配置されている。

締結部材１０は、長尺の連結ボルト１１と、連結ボルト１１に螺合されるナット１２とによって構成されている。連結ボルト１１は、エンドプレート９の外縁部分同士を結ぶように、一方のエンドプレート９から他方のエンドプレート９に挿通されている。連結ボルト１１の先端にエンドプレート９の外側からナット１２が螺合されることで、電池セル２、弾性体５、及び伝熱プレートが挟持されてユニット化されると共に、拘束荷重が付加される。

弾性体５は、拘束荷重による電池セル２の破損の防止に加え、拘束部品の破損を防ぐ目的で用いられる部材である。弾性体５は、例えばウレタン製のゴムスポンジによって矩形の板状に形成されている。弾性体５は、配列体３における一方の配列端の電池セル２に隣接して配置されている。弾性体５の形成材料の他の例としては、例えばエチレンプロピレンジエンゴム（ＥＰＤＭ）、クロロプレンゴム、シリコーンゴムなどが挙げられる。弾性体５は、ゴムに限られず、バネ材などであってもよい。
［バスバー組付構造の第１実施形態］

続いて、上述した電極端子７に対するバスバー８の組付構造について詳細に説明する。

図２は、バスバー組付構造の第１実施形態を示す断面図である。同図に示すように、第１実施形態に係るバスバー組付構造２１において、電極端子７は、ボルト（雄ネジ）２２と、ナット（雌ネジ）２３とを含んで構成されている。ボルト２２は、頭部２２ａ、及び軸部２２ｂを有している。ボルト２２は、電極端子７の土台部を構成している。すなわち、ボルト２２は、頭部２２ａが電池セル２におけるケース６の頂面６ａに当接し、かつ軸部２２ｂが頂面６ａから略直角に突出するようにしてケース６に固定されている。

ナット２３は、内周側にネジ部２３ａを有している。ナット２３におけるネジ部２３ａの一方側の開口縁部には、ネジ溝のないテーパ部２３ｂが設けられている。本実施形態では、テーパ部２３ｂは、略円錐形状をなしている。テーパ部２３ｂは、ネジ部２３ａと連通し、開口端面において開口が最大径となるように外方に向かって径が拡大している。テーパ部２３ｂの最大径Ｒ１は、後述するバスバー８の挿通孔２４ａの孔径Ｒ２に対して十分に大きくなっている。

バスバー８は、例えば銅などの導電性の良好な金属によって板状に形成されている。バスバー８は、図３に示すように、一対の平板部２４，２４と、屈曲部２５とを有している。平板部２４は、電極端子７に固定される部分であり、バスバー８の長手方向の両端部にそれぞれ位置している。平板部２４の中央部分には、電極端子７を挿通させる挿通孔２４ａが設けられている。挿通孔２４ａの孔径Ｒ２は、ボルト２２の軸部２２ｂの径よりも僅かに大きい径となっている。また、挿通孔２４ａの孔径Ｒ２は、ナット２３におけるテーパ部２３ｂの最大径Ｒ１に対して十分に小さい径となっている。

屈曲部２５は、一対の平板部２４，２４を繋ぐ部分である。屈曲部２５は、平板部２４と略平行な頂部２６と、頂部２６と平板部２４とを繋ぐ斜面部２７とを有し、平板部２４の一面側に突出した状態となっている。かかる屈曲部２５によって一対の平板部２４，２４を繋ぐことで、バスバー８の長手方向（平板部２４，２４間を結ぶ方向）に力が加わった場合に、平板部２４及び頂部２６に対する斜面部２７の角度を可変とすることができる。

斜面部２７の角度が可変となることで、平板部２４，２４間の間隔がバスバー８の長手方向に対して可変となる。このため、異常発生時などに電池セル２に膨張が生じた場合に、隣接する電池セル２，２間の電極端子７，７の間隔の拡大に対して挿通孔２４ａ，２４ａの位置を追従させることが可能となる。これにより、電池セル２の膨張時にバスバー８に過剰な力がかかって破損してしまうことを防止できる。

上述した平板部２４の挿通孔２４ａは、例えば打ち抜き加工等のせん断加工によって形成されている。このため、図２に示すように、挿通孔２４ａの一方側の開口縁部には、バリ２８が生じており、挿通孔２４ａの他方側の開口縁部には、ダレ２９が生じている。本実施形態では、屈曲部２５が平板部２４，２４に対して突出する方向と、挿通孔２４ａ周りでバリ２８が突出する方向とが一致している。すなわち、バスバー８において、屈曲部２５は、バリ２８と同一面側に突出している。

バスバー組付構造２１では、バスバー８は、屈曲部２５が電池セル２と反対側に突出する向きとなるように電極端子７，７間に掛け渡されている。バスバー８の一方の挿通孔２４ａには、一方の電極端子７の軸部２２ｂが通され、他方の挿通孔２４ａには、他方の電極端子７の軸部２２ｂが通されている。そして、バスバー８は、各挿通孔２４ａから突出する軸部２２ｂの先端部分にナット２３を螺合することにより、電極端子７，７に対して強固に固定されている。

更に詳細には、バスバー組付構造２１では、挿通孔２４ａの一方側の開口縁部に生じているバリ２８は、ナット２３側に突出し、挿通孔２４ａの他方側の開口縁部に生じているダレ２９は、ボルト２２の頭部２２ａ側に面している。また、ナット２３は、テーパ部２３ｂがバスバー８の平板部２４側を向くようにして軸部２２ｂの先端部分に螺合している。このため、平板部２４とナット２３との間には、テーパ部２３ｂによって軸部２２ｂ周りに空間Ｓが形成され、この空間Ｓ内に挿通孔２４ａの一方側の開口縁部に生じているバリ２８が位置した状態となっている。

本実施形態では、ボルト２２の軸部２２ｂの直径をＡ、バスバー８の挿通孔２４ａの直径に対するボルト２２の軸部２２ｂの直径の差（軸部２２ｂの周面と挿通孔２４ａの内壁面との最大隙間）をＢ、挿通孔２４ａの孔径Ｒ２にバリ２８の幅を含めた直径をＣとした場合に、ナット２３におけるテーパ部２３ｂの最大径Ｒ１は、少なくともＲ１＞Ｃを満たし、より好ましくはＲ２＞Ａ＋Ｂ＋Ｃの関係を満たしている。また、本実施形態では、テーパ部２３ｂの高さをＥ、バリ２８の高さをＦとすると、Ｅ＞Ｆの関係を満たしている。

以上説明したように、バスバー組付構造２１では、ナット２３におけるネジ部２３ａの一方の開口縁部に、バスバー８の挿通孔２４ａの孔径Ｒ２よりも大きい最大径Ｒ１を有するテーパ部２３ｂが設けられている。そして、テーパ部２３ｂによって形成される空間Ｓ内にバリ２８が位置した状態で、バスバー８の平板部２４がボルト２２とナット２３とによって挟持されている。このような構造では、バスバー８のバリ２８がボルト２２及びナット２３で直接挟み込まれることが無いため、軸力低下によるネジの緩み、及びバスバー８と電極端子７との間の電気的な接触不良を防止できる。

また、バスバー組付構造２１では、バスバー８において、屈曲部２５がバリ２８と同一面側に突出しており、電極端子７は、ボルト２２を土台部とし、軸部２２ｂにナット２３のネジ部２３ａが螺合することによって、バスバー８の平板部２４を挟持している。このような構成によれば、バリ２８の向きにより挿通孔２４ａに対するボルト２２の挿通の向きを規定できる。電極端子７にバスバー８をセットする際、ダレ２９が生じている方の開口縁部からボルト２２の軸部２２ｂを挿通孔２４ａに挿通させることで、挿通孔２４ａへの軸部２２ｂの挿通し易さを確保できる。また、バリ２８がバスバー８の向きの指標となり、バスバー８を組み付ける際のバスバー８の向き（屈曲部２５の向き）の誤りなどを防止できる。
［バスバー組付構造の第１実施形態の変形例］

図４は、バスバー組付構造の第１実施形態の変形例を示す断面図である。同図に示すように、第１実施形態の変形例に係るバスバー組付構造２１Ａは、電極端子７に対してハーネスの丸端子３０が更に組み付けられている点で、図２に示した実施形態と相違している。

ハーネスは、例えば電池セル２の電圧検出に用いられるハーネスであり、電池モジュール１に含まれる電池セル２の所定の電極端子７に対して接続されている。ハーネスの基端側は、ハーネス束として束ねられ、電圧監視用ＥＣＵ（不図示）に接続されている。バスバー組付構造２１Ａでは、バスバー８の平板部２４とナット２３との間に丸端子３０が挟持されている。丸端子３０の内径Ｒ３は、ナット２３におけるテーパ部２３ｂの最大径Ｒ１よりも大きい径となっている。

このようなバスバー組付構造２１Ａにおいても、テーパ部２３ｂによって形成される空間Ｓ内にバリ２８が位置しているので、バスバー８のバリ２８がボルト２２及びナット２３で直接挟み込まれることを回避できる。したがって、軸力低下によるネジの緩み、及びバスバー８と電極端子７との間の電気的な接触不良を防止できる。また、バリ２８の向きにより挿通孔２４ａに対するボルト２２の挿通の向きを規定できるので、バスバー８を組み付ける際のバスバー８の向き（屈曲部２５の向き）の誤りなどを防止できる。

さらに、バスバー組付構造２１Ａでは、ハーネスの丸端子３０を組み付けるにあたって、丸端子３０の内径Ｒ３がテーパ部２３ｂの最大径Ｒ１よりも大きくなっている。丸端子３０の内径Ｒ３をテーパ部２３ｂの最大径Ｒ１よりも大きくすることで、ボルト２２の軸部２２ｂに対する丸端子３０の組み付け容易性を高められる。また、丸端子３０の内径Ｒ３が十分に大きいので、丸端子３０にバリ２８が当たってしまうことを防止でき、電極端子７と丸端子３０との間の電気的な接続不良の発生を抑制できる。

なお、図５に示すバスバー組付構造２１Ｂのように、丸端子３０の内径Ｒ３がテーパ部２３ｂの最大径Ｒ１よりも小さくなっていてもよい。この場合、ナット２３の座面で丸端子３０をしっかりと挟持できる。この構成においても、丸端子３０の内径Ｒ３は、バリ２８には接触しない程度の径を有していることが好ましい。
［バスバー組付構造の第２実施形態］

図６は、バスバー組付構造の第２実施形態を示す断面図である。同図に示すように、第２実施形態に係るバスバー組付構造３１は、第１実施形態と比較して、電極端子７の構成及びバスバー８の挿通孔２４ａ周りのバリ２８・ダレ２９の位置関係が相違している。

より具体的には、バスバー組付構造３１では、ナット２３が電極端子７の土台部となっている。ナット２３は、テーパ部２３ｂがケース６の頂面６ａと反対側を向くようにして頂面６ａに固定されている。

また、バスバー組付構造３１では、バスバー８において、屈曲部２５がバリ２８と反対面側に突出している。すなわち、バスバー８では、挿通孔２４ａの一方側の開口縁部にダレ２９が生じており、他方側の開口縁部にバリ２８が生じている。バスバー８は、屈曲部２５が電池セル２と反対側に突出する向き（バリ２８がナット２３側に突出する向き）で電極端子７，７間に掛け渡されている。そして、バスバー８は、挿通孔２４ａの位置とナット２３のネジ部２３ａの位置を合わせた状態でネジ部２３ａにボルト２２の軸部を螺合することにより、電極端子７，７に対して強固に固定されている。

このようなバスバー組付構造３１においても、第１実施形態と同様、テーパ部２３ｂによって形成される空間Ｓ内にバリ２８が位置しているので、バスバー８のバリ２８がボルト２２及びナット２３で直接挟み込まれることを回避できる。したがって、軸力低下によるネジの緩み、及びバスバー８と電極端子７との間の電気的な接触不良を防止できる。また、バリ２８の向きにより挿通孔２４ａに対するボルト２２の挿通の向きを規定できるので、バスバー８を組み付ける際のバスバー８の向き（屈曲部２５の向き）の誤りなどを防止できる。
［バスバー組付構造の第２実施形態の変形例］

図７は、バスバー組付構造の第２実施形態の変形例を示す断面図である。同図に示すように、第２実施形態の変形例に係るバスバー組付構造３１Ａは、電極端子７に対してハーネスの丸端子３０が更に組み付けられている点で、図６に示した実施形態と相違している。このバスバー組付構造３１Ａでは、バスバー８の平板部２４とナット２３との間に丸端子３０が挟持されている。また、丸端子３０の内径Ｒ３は、ナット２３におけるテーパ部２３ｂの最大径Ｒ１よりも大きい径となっている。

このようなバスバー組付構造３１Ａにおいても、上記実施形態と同様、テーパ部２３ｂによって形成される空間Ｓ内にバリ２８が位置しているので、バスバー８のバリ２８がボルト２２及びナット２３で直接挟み込まれることを回避できる。したがって、軸力低下によるネジの緩み、及びバスバー８と電極端子７との間の電気的な接触不良を防止できる。また、バリ２８の向きにより挿通孔２４ａに対するボルト２２の挿通の向きを規定できるので、バスバー８を組み付ける際のバスバー８の向き（屈曲部２５の向き）の誤りなどを防止できる。さらに、丸端子３０の内径Ｒ３が十分に大きいので、丸端子３０にバリ２８が当たってしまうことを防止でき、電極端子７と丸端子３０との間の電気的な接続不良の発生を抑制できる。

なお、図８に示すバスバー組付構造３１Ｂのように、丸端子３０の内径Ｒ３がテーパ部２３ｂの最大径Ｒ１よりも小さくなっていてもよい。この場合、ナット２３の座面で丸端子３０をしっかりと挟持できる。この構成においても、丸端子３０の内径Ｒ３は、バリ２８には接触しない程度の径を有していることが好ましい。

本発明は、上記実施形態に限られるものではない。例えば上記実施形態では、テーパ部２３ｂは、略円錐形状となっているが、テーパ部２３ｂの形状は、挿通孔の孔径よりも大きい最大径を有するものであればよい。例えば、テーパ部２３ｂは、１段又は複数段のステップ状に径が拡大する形状であってもよい。

１…電池モジュール、２…電池セル、３…配列体、７…電極端子、８…バスバー、２１，２１Ａ，２１Ｂ，３１，３１Ａ，３１Ｂ…バスバー組付構造、２２…ボルト（雄ネジ）、２２ｂ…軸部、２３…ナット（雌ネジ）、２３ａ…ネジ部、２３ｂ…テーパ部、２４…平板部、２４ａ…挿通孔、２５…屈曲部、２８…バリ、３０…丸端子、Ｓ…空間、Ｒ１…テーパ部の最大径、Ｒ２…挿通孔の孔径、Ｒ３…丸端子の内径。

Claims (6)

1. 電極端子に板状のバスバーが組み付けられてなるバスバー組付構造であって、
   前記バスバーは、前記電極端子を挿通させる挿通孔が設けられた平板部と、前記平板部の一面側に突出する屈曲部と、を有し、
   前記電極端子は、前記挿通孔に挿通される軸部を有する雄ネジと、前記挿通孔から突出する前記軸部の先端に螺合するネジ部を内周側に有する雌ネジと、を有し、
   前記バスバーにおける前記挿通孔の一方側の開口縁部には、バリが設けられており、
   前記雌ネジにおける前記ネジ部の一方側の開口縁部には、前記挿通孔の孔径よりも大きい最大径を有するテーパ部が設けられており、
   前記バスバーの前記平板部は、前記テーパ部によって形成される空間内に前記バリが位置した状態で、前記雄ネジと前記雌ネジとによって挟持されているバスバー組付構造。
2. 前記バスバーにおいて、前記屈曲部は、前記バリと同一面側に突出しており、
   前記電極端子は、前記雄ネジを土台部として前記軸部に前記雌ネジの前記ネジ部が螺合している請求項１記載のバスバー組付構造。
3. 前記バスバーにおいて、前記屈曲部は、前記バリと反対面側に突出しており、
   前記電極端子は、前記雌ネジを土台部として前記ネジ部に前記雄ネジの前記軸部が螺合している請求項１記載のバスバー組付構造。
4. 前記バスバーの前記平板部と共にハーネスの丸端子が前記雄ネジと前記雌ネジとによって挟持されており、
   前記丸端子の内径は、前記テーパ部の最大径よりも大きくなっている請求項１〜３のいずれか一項記載のバスバー組付構造。
5. 前記バスバーの前記平板部と共にハーネスの丸端子が前記雄ネジと前記雌ネジとによって挟持されており、
   前記丸端子の内径は、前記テーパ部の最大径よりも小さくなっている請求項１〜３のいずれか一項記載のバスバー組付構造。
6. 複数の電池セルを配列してなる配列体を備え、
   隣接する電池セルの電極端子間が請求項１〜５のいずれか一項に記載のバスバー組付構造によって連結されている電池モジュール。

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