JP2020136111A

JP2020136111A - バスバー

Info

Publication number: JP2020136111A
Application number: JP2019029072A
Authority: JP
Inventors: 康一横山; Koichi Yokoyama
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2019-02-21
Filing date: 2019-02-21
Publication date: 2020-08-31
Anticipated expiration: 2039-02-21
Also published as: JP7092063B2

Abstract

【課題】過電流が流れた際に電流を遮断可能で、かつ、遮断後における再導通を抑制可能なバスバーを提供すること。【解決手段】バスバー２０は、接続層２２と、接続層２２の熱収縮率よりも大きな熱収縮率を有する金属からなる熱収縮層２４と、を備える。接続層２２は、第１接続部２２ａと、第２接続部２２ｂと、予め設定された電流値以上の値を有する過電流が流れた際に第１接続部２２ａ及び第２接続部２２ｂ間を遮断する遮断部２２ｃと、を有する。熱収縮層２４は、第１接続部２２ａの表面及び第２接続部２２ｂの表面を被覆し、かつ、遮断部２２ｃの表面を露出させており、接続層２２に過電流が流れた際に接続層２２に生じるジュール熱によって収縮することにより、第１接続部２２ａ及び第２接続部２２ｂを湾曲させて遮断部２２ｃを破断させる。【選択図】図３

Description

本開示は、バスバーに関する。

たとえば、特開２０１４−２２２７３号公報（以下、「特許文献１」という。）には、電極体と、ラミネート外装体と、正極タブと、負極タブと、導電体と、接続ワイヤーと、を備えるラミネート外装電池が開示されている。正極タブ及び負極タブは、ラミネート外装体に接続されている。導電体は、接続ワイヤーによって正極タブに電気的に接続されている。一のラミネート外装電池の導電体は、他のラミネート外装電池の負極タブに電気的に接続されている。このラミネート外装電池に過電流が流れると、接続ワイヤーが溶断する。

特開２０１４−２２２７３号公報

特許文献１に記載されるラミネート外装電池では、接続ワイヤーの溶断後、溶断部分同士が再接触（再導通）する懸念がある。

本開示の目的は、過電流が流れた際に電流を遮断可能で、かつ、遮断後における再導通を抑制可能なバスバーを提供することである。

本開示に従ったバスバーは、第１端子と第２端子とを接続する接続層であって、第１主面と前記第１主面とは反対側の面である第２主面とを有する前記接続層と、前記接続層の熱収縮率よりも大きな熱収縮率を有する金属からなり、前記接続層の前記第１主面上の一部に接続された熱収縮層と、を備える。前記接続層は、前記第１端子に接続される第１接続部と、前記第２端子に接続される第２接続部と、前記第１接続部と前記第２接続部とを連結しており、予め設定された電流値以上の値を有する過電流が流れた際に前記第１接続部及び前記第２接続部間を遮断する遮断部と、を有する。前記熱収縮層は、前記第１主面のうち前記第１接続部の表面及び前記第２接続部の表面を被覆し、かつ、前記第１主面のうち前記遮断部の表面を露出させており、前記接続層に前記過電流が流れた際に当該接続層に生じるジュール熱によって収縮することにより、前記第１接続部及び前記第２接続部を湾曲させて前記遮断部を破断させる。

本バスバーでは、予め設定された電流値以上の値を有する過電流が接続層に流れると、接続層にジュール熱が発生するため、熱収縮層が収縮する。そうすると、第１接続部及び第２接続部は、熱収縮層に引っ張られることによって第２主面側に向かって凸となるように湾曲する形状に変形する。これにより、遮断部が破断するため、第１接続部及び第２接続部間が遮断される。よって、第１接続部及び第２接続部間の再導通が抑制される。

また、前記第１接続部と前記第２接続部とを結ぶ方向と直交する平面での前記遮断部の断面の面積は、同平面での前記第１接続部の断面の面積及び同平面での前記第２接続部の断面の面積よりも小さいことが好ましい。

このようにすれば、接続層に過電流が流れた際の遮断部の破断が促進される。

また、前記第１接続部と前記第２接続部とを結ぶ方向と直交する平面での前記熱収縮層の断面の面積は、同平面での前記遮断部の断面の面積よりも大きいことが好ましい。

具体的に、前記平面での前記熱収縮層の断面の面積は、同平面での前記遮断部の前記断面の面積の５倍以上であることが好ましい。

また、前記バスバーにおいて、絶縁材料からなり、前記熱収縮層の表面を被覆する被覆層をさらに備えることが好ましい。

このようにすれば、遮断部の破断後に温度が低下した際における遮断部の接触（再導通）が抑制される。

また、前記熱収縮層は、前記接続層の前記第１主面に圧着または溶着されていることが好ましい。

また、前記熱収縮層は、２層又は３層で構成されていてもよい。この場合において、前記熱収縮層の湾曲係数は、５×１０^−６以上であることが好ましく、１０×１０^−６以上であることがさらに好ましい。

また、本開示に従った電池パックは、複数の二次電池と、前記バスバーと、を備える。各二次電池は、容器と、前記容器外に設けられた正極端子と、前記容器外に設けられた負極端子と、を有する。前記バスバーは、前記第１端子として前記複数の二次電池のうちの一の二次電池の前記正極端子と、前記第２端子として前記複数の二次電池のうちの他の二次電池の前記負極端子と、を接続している。

以上に説明したように、本開示によれば、過電流が流れた際に電流を遮断可能で、かつ、遮断後における再導通を抑制可能なバスバーを提供することができる。

本開示の一実施形態の電池パックの構成を概略的に示す斜視図である。図１に示される電池パックの平面図である。図１に示される電池パックのバスバーの斜視図である。バスバーの作動後の状態を概略的に示す図である。実施例及び比較例の構成と試験結果とを示すグラフである。バスバーの変形例を示す斜視図である。バスバーの変形例を示す斜視図である。バスバーの変形例を示す斜視図である。各実施例における断面積比と作動の有無とを示すグラフである。

本開示の実施形態について、図面を参照して説明する。なお、以下で参照する図面では、同一またはそれに相当する部材には、同じ番号が付されている。

図１は、本開示の一実施形態の電池パックの構成を概略的に示す斜視図である。図２は、図１に示される電池パックの平面図である。この電池パック１は、例えば、車両の車室内に搭載される。図１に示されるように、本実施形態の電池パック１は、複数の二次電池１０と、バスバー２０と、を備えている。

複数の二次電池１０は、一方向に並ぶように配置されている。各二次電池１０は、容器１１と、正極端子（第１端子）１２と、負極端子（第２端子）１３と、を有している。

容器１１は、直方体形状に形成されている。容器１１は、正極（図示略）、負極（図示略）、セパレータ（図示略）などを収容している。複数の容器１１は、各容器１１の厚さ方向が前記一方向と平行となるように配置されている。なお、互いに隣接する容器１１間には、絶縁材料からなるスペーサ（図示略）が配置されている。

正極端子１２及び負極端子１３は、容器１１の上部に設けられている。正極端子１２及び負極端子１３は、容器１１の上面から上方に向かって突出する形状を有している。正極端子１２及び負極端子１３は、容器１１の幅方向に互いに離間した位置に配置されている。

バスバー２０は、一の二次電池１０の正極端子１２と他の二次電池１０の負極端子１３とを接続している。バスバー２０は、接続層２２と、熱収縮層２４と、を有している。

接続層２２は、平板状に形成されている。接続層２２は、第１主面２２Ｓ１と、第１主面２２Ｓ１とは反対側の面である第２主面２２Ｓ２と、を有している。各主面２２Ｓ１，２２Ｓ２は、矩形状に形成されている。接続層２２は、例えば、アルミニウムからなる。接続層２２は、第１接続部２２ａと、第２接続部２２ｂと、遮断部２２ｃと、を有する。

第１接続部２２ａは、第１端子（正極端子１２）に溶接等により接続される部位である。第１接続部２２ａは、接続層２２の一端部に形成されている。

第２接続部２２ｂは、第２端子（負極端子１３）に溶接等により接続される部位である。第２接続部２２ｂは、接続層２２の他端部に形成されている。図３に示されるように、第１主面２２Ｓ１のうち第２接続部２２ｂの表面の面積は、第１主面２２Ｓ１のうち第１接続部２２ａの表面の面積よりも大きい。

遮断部２２ｃは、第１接続部２２ａと第２接続部２２ｂとを連結している。遮断部２２ｃは、予め設定された電流値以上の値を有する過電流が流れた際に第１接続部２２ａ及び第２接続部２２ｂ間を遮断する。本実施形態では、遮断部２２ｃの厚さ（図３における上下方向の寸法）は、第１接続部２２ａの厚さ及び第２接続部２２ｂの厚さと等しく設定されている。幅方向（第１接続部２２ａと第２接続部２２ｂとを結ぶ方向及び厚さ方向の双方に直交する方向）における遮断部２２ｃの寸法は、同方向における第１接続部２２ａの寸法及び第２接続部２２ｂの寸法と等しく設定されている。

熱収縮層２４は、接続層２２の第１主面２２Ｓ１上の一部に接続されている。具体的に、図３に示されるように、熱収縮層２４は、第１主面２２Ｓ１のうち第１接続部２２ａの表面及び第２接続部２２ｂの表面を被覆し、かつ、第１主面２２Ｓ１のうち遮断部２２ｃの表面を露出させている。熱収縮層２４は、第１接続部２２ａの表面及び第２接続部２２ｂの表面に圧着または溶着されている。

バスバー２０は、絶縁材料からなり、かつ、熱収縮層２４の表面及び側面を被覆する被覆層（図示略）をさらに備えていることが好ましい。

熱収縮層２４は、接続層２２の熱収縮率よりも大きな熱収縮率を有する金属からなる。すなわち、バスバー２０は、バイメタルで構成されている。熱収縮層２４は、第１層２４ａと、第２層２４ｂと、を有している。第１層２４ａは、第１接続部２２ａの表面及び第２接続部２２ｂの表面に設けられている。第２層２４ｂは、第１層２４ａの表面に設けられている。熱収縮層２４は、第２層２４ｂの表面に設けられてた第３層（図示略）を有していてもよい。熱収縮層２４の湾曲係数は、５×１０^−６Ｋ以上であることが好ましく、１０×１０^−６Ｋ以上であることがさらに好ましい。

次に、図４を参照しながら、バスバー２０に過電流が流れた場合について説明する。図４は、バスバーの作動後の状態を概略的に示す図である。バスバー２０の接続層２２に過電流が流れると、接続層２２にジュール熱が発生するため、熱収縮層２４が収縮する。そうすると、図４に示されるように、第１接続部２２ａ及び第２接続部２２ｂは、熱収縮層２４に引っ張られることによって第２主面２２Ｓ２側に向かって凸となるように湾曲する形状に変形する。これにより、遮断部２２ｃが破断するため、第１接続部２２ａ及び第２接続部２２ｂ間が遮断される。なお、上記の「破断」には、ジュール熱の発生に起因して遮断部２２ｃが溶融し始め、遮断部２２ｃの強度が低下したことによって破断する場合も含まれる。

図５は、実施例及び比較例の構成と試験結果とを示すグラフである。各実施例は、アルミニウムからなる接続層２２と、接続層２２に超音波溶接された熱収縮層２４と、を有している。比較例は、アルミニウムからなる接続層のみで構成されている。これらの実施例及び比較例において、接続層２２の第２主面２２Ｓ２のうち遮断部２２ｃの裏面を熱し、バスバーの作動（湾曲）を確認した。図５に示されるように、各実施例では、作動（バスバー２０の湾曲）が確認された。一方、比較例では、バスバーの作動（湾曲）が確認されなかった。

以上に説明したように、本実施形態のバスバー２０では、過電流が接続層２２に流れると、熱収縮層２４の湾曲に起因して遮断部２２ｃが破断するため、第１接続部２２ａ及び第２接続部２２ｂ間が遮断される。よって、第１接続部２２ａ及び第２接続部２２ｂ間の再導通が抑制される。

また、バスバー２０は、絶縁材料からなり、かつ、熱収縮層２４の表面及び側面を被覆する被覆層を備えているため、遮断部２２ｃの遮断後における第１接続部２２ａ及び第２接続部２２ｂ間の再導通がより確実に抑制される。

なお、今回開示された実施形態はすべての点で例示であって、制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施形態の説明ではなく特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれる。

例えば、バスバー２０における遮断部２２ｃの強度（曲げ強さ）は、第１接続部２２ａの強度及び第２接続部２２ｂの強度よりも小さく設定されることが好ましい。遮断部２２ｃの強度を第１接続部２２ａの強度及び第２接続部２２ｂの強度よりも小さく設定する例が、図６〜図８に示されている。図６〜図８は、バスバーの変形例を示す斜視図である。

（第１変形例）
図６に示される例では、遮断部２２ｃの厚さは、第１接続部２２ａの厚さ及び第２接続部２２ｂの厚さよりも小さく設定されている。この態様では、上記実施形態に比べて遮断部２２ｃの曲げ強さが低下するため、接続層２２に過電流が流れた際における遮断部２２ｃの破断が促進される。

（第２変形例）
図７に示される例では、遮断部２２ｃに貫通孔２２ｈが設けられている。なお、遮断部２２ｃの厚さは、第１接続部２２ａの厚さ及び第２接続部２２ｂの厚さと同じである。この態様においても、上記実施形態に比べて遮断部２２ｃの曲げ強さが低下するため、接続層２２に過電流が流れた際における遮断部２２ｃの破断が促進される。

（第３変形例）
図８に示される例では、幅方向における遮断部２２ｃの寸法が同方向における第１接続部２２ａの寸法及び第２接続部２２ｂの寸法よりも小さく設定されている。なお、遮断部２２ｃの厚さは、第１接続部２２ａの厚さ及び第２接続部２２ｂの厚さと同じである。この態様においても、上記実施形態に比べて遮断部２２ｃの曲げ強さが低下するため、接続層２２に過電流が流れた際における遮断部２２ｃの破断が促進される。

上記各変形例に示されるように、第１接続部２２ａと第２接続部２２ｂとを結ぶ方向と直交する平面での遮断部２２ｃの断面の面積は、同平面での第１接続部２２ａの断面の面積及び同平面での第２接続部２２ｂの断面の面積よりも小さいことが好ましい。

図９は、各実施例における断面積比と作動の有無とを示すグラフである。なお、断面積比は、遮断部２２ｃの断面積（第１接続部２２ａと第２接続部２２ｂとを結ぶ方向と直交する平面での断面の面積）に対する熱収縮層２４の断面積の割合を意味する。また、グラフ中の「有」の表示は、遮断部２２ｃの破断後、熱収縮層２４の熱収縮による各接続部２２ａ，２２ｂの湾曲が生じたことを意味し、「無」の表示は、遮断部２２ｃの破断後、熱収縮層２４の熱収縮による各接続部２２ａ，２２ｂの湾曲が生じなかったことを意味する。

図９より、湾曲係数が６．０×１０^−６Ｋ以上であれば、断面積比が５００％以上で作動し、湾曲係数が９．２×１０^−６以上であれば、断面積比が４００％以上で作動し、湾曲係数が１９．６×１０^−６以上であれば、断面積比が３００％以上で作動することが確認された。以上より、熱収縮層２４の湾曲係数は、５×１０^−６Ｋ以上であることが好ましく、１０×１０^−６Ｋ以上であることがさらに好ましいといえる。

１電池パック、１０二次電池、１１容器、１２正極端子（第１端子）、１３負極端子（第２端子）、２０バスバー、２２接続層、２２ａ第１接続部、２２ｂ第２接続部、２２ｃ遮断部、２２ｈ貫通孔、２２Ｓ１第１主面、２２Ｓ２第２主面、２４熱収縮層、２４ａ第１層、２４ｂ第２層。

Claims

第１端子と第２端子とを接続する接続層であって、第１主面と前記第１主面とは反対側の面である第２主面とを有する前記接続層と、
前記接続層の熱収縮率よりも大きな熱収縮率を有する金属からなり、前記接続層の前記第１主面上の一部に接続された熱収縮層と、を備え、
前記接続層は、
前記第１端子に接続される第１接続部と、
前記第２端子に接続される第２接続部と、
前記第１接続部と前記第２接続部とを連結しており、予め設定された電流値以上の値を有する過電流が流れた際に前記第１接続部及び前記第２接続部間を遮断する遮断部と、を有し、
前記熱収縮層は、前記第１主面のうち前記第１接続部の表面及び前記第２接続部の表面を被覆し、かつ、前記第１主面のうち前記遮断部の表面を露出させており、前記接続層に前記過電流が流れた際に当該接続層に生じるジュール熱によって収縮することにより、前記第１接続部及び前記第２接続部を湾曲させて前記遮断部を破断させる、バスバー。