JP2022007032A - バスバー - Google Patents

Abstract

【課題】バスバーの長さ方向の変位と幅方向の変位とのそれぞれの変位に対して発生する応力を低減することができるバスバーを提供すること。
【解決手段】複数の端子を連結するバスバーであって、複数の導電板が積層されており、複数の端子に接続される複数の接続部の間に、導電板の積層方向に湾曲した湾曲部を備えており、湾曲部に、複数の端子を結ぶ方向と平行なバスバーの長さ方向に延在するスリットを、長さ方向に対して直交するバスバーの幅方向に並べて複数設けた。
【選択図】図２

Description

本発明は、バスバーに関する。

従来、例えば、電動車に搭載される組電池は、複数の単電池を並べて配置することによって構成されており、互いに隣り合う単電池の電極端子同士が、バスバーによって連結されている。大電流による充放電に伴って単電池が膨張または収縮した場合には、電極端子間の距離が変動する。

特許文献１に開示されたバスバーは、複数の導電板が積層されており、互いに隣り合う単電池の電極端子に接続される複数の接続部の間に、導電板の積層方向に湾曲した湾曲部が設けられている。これにより、バスバーによって連結された電極端子間の距離が変動した場合であっても、湾曲部を弾性領域内で変形させることが可能となり、電極端子間の距離の変動に追従するようにバスバーを長さ方向に変形させて、バスバーの長さ方向の変位に対して発生する応力を低減させることができるとされている。

特開２０２０－２１６２８号公報

しかしながら、特許文献１に開示されたバスバーにおいては、少なくとも、バスバーの長さ方向と直交する幅方向の変位に対して発生する応力を低減させることについて検討の余地があった。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであって、その目的は、バスバーの長さ方向の変位と幅方向の変位とのそれぞれの変位に対して発生する応力を低減することができるバスバーを提供することである。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係るバスバーは、複数の端子を連結するバスバーであって、複数の導電板が積層されており、前記複数の端子に接続される複数の接続部の間に、前記導電板の積層方向に湾曲した湾曲部を備えており、前記湾曲部に、前記複数の端子を結ぶ方向と平行な前記バスバーの長さ方向に延在するスリットを、前記長さ方向に対して直交する前記バスバーの幅方向に並べて複数設けたことを特徴とするものである。

本発明に係るバスバーは、バスバーの長さ方向の変位を吸収し、その変位に対して発生する応力を低減する湾曲部に、バスバーの長さ方向に延在するスリットを、バスバーの幅方向に並べて複数設けたことによって、湾曲部におけるバスバーの幅方向の剛性を低減して、バスバーの幅方向の変位を吸収し、その変位対して発生する応力を低減させることができる。これにより、本発明に係るバスバーは、バスバーの長さ方向の変位と幅方向の変位とのそれぞれの変位に対して発生する応力を低減することができるという効果を奏する。

図１は、実施形態に係る組電池の平面図である。 図２は、実施形態に係るバスバーを示す斜視図である。 図３は、バスバーの積層体を構成する複数の導電板を積層する前の状態を示した図である。 図４は、バスバーをＹ軸方向から見た側面図である。 図５は、バスバーの平面図である。 図６は、図５に示した領域Ａの拡大図である。 図７は、バスバーのＺ軸方向で一番上側の導電板のみ、上面にめっき処理が施されてＮｉめっき面が形成されたバスバーの斜視図である。 図８は、バスバーの積層体を構成する複数の導電板として上部導電板と下部導電板とを積層する前の状態を示した図である。 図９（ａ）は、上部導電板の平面図である。図９（ｂ）は、下部導電板の平面図である。 図１０（ａ）は、バスバーのＺ軸方向で上側に上部導電板を積層し、バスバーのＺ軸方向で下側に下部導電板を積層した積層体の斜視図である。図１０（ｂ）は、図１０（ａ）における接続部のＡ－Ａ断面図である。

以下に、本発明に係るバスバーの実施形態について説明する。なお、本実施形態により本発明が限定されるものではない。以下に示す実施形態においては、バスバーが、互いに隣り合うように配置された単電池（蓄電セル）に設けられた電極端子同士を連結する場合を例示して説明する。また、以下に示す実施形態においては、同一のまたは共通する部分について図中同一の符号を付し、その説明は繰り返さない。

図１は、実施形態に係る組電池１の平面図である。なお、蓄電モジュールとしての組電池１は、例えば、電動車に搭載されるものであって、複数の充放電可能な単電池１０が直列に接続されて構成されている。組電池１では、同形状の複数の単電池１０が直列に接続されて、組電池１を構成している。単電池１０は、例えば、ニッケル水素電池またはリチウムイオン電池等の二次電池である。単電池１０は、例えば、角型形状を有する。なお、組電池１を構成する単電池１０の数などは特に限定されない。

各々の単電池１０は、互いに距離を隔てて配列されている。各々の単電池１０の最も面積の大きい側面同士が互いに対向するように、複数の単電池１０が配列されている。隣り合う２つの単電池１０間の隙間には、図示しない冷却板または緩衝板などが配置されている。

単電池１０は、正極用の端子（電極端子）３と負極用の端子（電極端子）４とを有する。複数の単電池１０は、各々の端子３と端子４とが交互に配置されるように、一つずつ反転させて配置されている。隣り合う２つの単電池１０のうちの一方の端子３と、他方の端子４とが近接するように、複数の単電池１０が配置されている。

組電池１は、隣り合う単電池１０を互いに接続するバスバー２を備えている。バスバー２は、隣り合う２つの単電池１０のうちの一方の端子３と他方の端子４とを連結し、一方の端子３と他方の端子４とを電気的に接続している。これにより複数の単電池１０が直列に接続されて、所望の電圧を有する組電池１が構築されている。

図２は、実施形態に係るバスバー２を示す斜視図である。図３は、バスバー２の積層体２２を構成する複数の導電板２０ａ～２０ｈを積層する前の状態を示した図である。図４は、バスバー２をＹ軸方向から見た側面図である。図５は、バスバー２の平面図である。図６は、図５に示した領域Ａの拡大図である。

図２及び図３に示すように、バスバー２は、複数の導電板２０ａ～２０ｈが積層方向であるＺ軸方向に積層された積層体２２によって構成されている。なお、以下の説明において、複数の導電板２０ａ～２０ｈのそれぞれを特に特定しない場合には、単に導電板２０とも記載する。導電板２０は、例えば、アルミニウム等の導電性を有する金属板で構成されている。積層体２２は、複数の端子３，４を結ぶ方向と平行なバスバー２の長さ方向であるＸ軸方向の両端部に略平坦となるように設けられ、複数の端子３，４に接続される一対の接続部２３と、バスバー２のＸ軸方向において一対の接続部２３の間に設けられ、バスバー２のＺ軸方向に湾曲した湾曲部２４とを有している。なお、本実施形態において、バスバー２の長さ方向とは、一対の接続部２３と湾曲部２４との並び方向と平行な方向であって、組電池１における単電池１０の配列方向と平行な方向である。

積層体２２の一対の接続部２３（バスバー２のＸ軸方向の両端部）は、ホットプレスによって一体化されている。また、一対の接続部２３には、単電池１０の端子３，４と溶接によって接合される一対の接合部２１が設けられている。湾曲部２４は、バスバー２のＸ軸方向において一対の接続部２３を橋渡しするように設けられている。

積層体２２の板厚は、バスバー２を単一の導電板で形成する場合に所望の値の大電流が流れるために必要な最低厚さ以上となっている。複数の導電板２０の各厚さは、略同一の厚さであり、上記最低厚さの半分以下となっている。

バスバー２のＸ軸方向において、積層体２２の一端側から他端側にかけての積層体２２の表面に沿った長さは、通常時の端子間の距離に、膨張時における端子間距離の変動量を加算した長さよりも長くなっている。湾曲部２４の表面に沿った長さは、膨張時または伸縮時における端子間距離の変動を許容できるような長さとなっている。

なお、組電池１における隣り合う単電池１０の端子３，４間にバスバー２を取り付ける際には、バスバー２のＸ軸方向に積層体２２を予め圧縮した状態で取り付けることが好ましい。

上述のように構成された実施形態に係るバスバー２を用いて、組電池１における隣り合う単電池１０の端子３，４を連結した場合には、端子３，４に接続される複数の接続部２３の間に湾曲部２４が配置されることとなる。また、バスバー２は、複数の導電板２０ａ～２０ｈが積層されることによって構成されている。このため、バスバー２が単一の導電板で構成される場合と比較して、複数の導電板２０ａ～２０ｈの一枚あたりの板厚が薄くなることにより、複数の導電板２０ａ～２０ｈのそれぞれの表面に作用する引張応力または圧縮応力を低減させることができる。これにより、端子３，４が設けられた単電池１０が熱等によって膨張収縮することにより、バスバー２によって連結された端子３，４間の距離が変動した場合であっても、バスバー２は湾曲部２４を弾性領域内で変形させることが可能となり、端子３，４間の距離の変動に追従するようにバスバー２を変形させることができる。

実施形態に係るバスバー２は、複数の導電板２０ａ～２０ｈの一枚あたりの板厚を薄くすることによって、各導電板２０におけるバスバー２のＺ軸方向の剛性を低減し、バスバー２のＺ軸方向の変位に対して発生する応力を低減するとともに、複数の導電板２０ａ～２０ｈを積層することによって通電断面積を確保している。また、複数の導電板２０ａ～２０ｈの一枚あたりの板厚を薄くした分、積層枚数で総板厚を保持することにより、通電断面積を維持して、通電抵抗を増加させないようにすることができる。

また、実施形態に係るバスバー２は、積層体２２に湾曲部２４を設けてアーチ構造とすることにより、図４に示すように、湾曲部２４によってバスバー２のＸ軸方向の剛性を低減して、バスバー２のＹ軸方向の変位を吸収し、その変位に対して発生する応力を低減させることができる。

また、実施形態に係るバスバー２は、図５に示すように、湾曲部２４に、バスバー２のＸ軸方向に延在するスリット２５を、バスバー２の幅方向であるＹ軸方向に並べて複数設けている。なお、本実施形態において、バスバー２の幅方向とは、前記積層方向と前記長さ方向と直交する方向である。ここで、スリット２５の端部が角ばっていると、角に応力が集中し、バスバー２が破れる懸念がある。そのため、実施形態に係るバスバー２では、スリット２５の端部を丸くしてＲ形状（半円形状）とすることによって、応力集中を回避でき、バスバー２の破れを抑制することができる。

実施形態に係るバスバー２においては、図６に示すように、湾曲部２４にスリット幅Ｗ１の複数のスリット２５を設けることによって、湾曲部２４に形成された一対の接続部２３間の複数の通電経路の各通電経路幅Ｗ２を細くしている。これにより、実施形態に係るバスバー２においては、湾曲部２４におけるバスバー２のＹ軸方向の剛性を低減して、バスバー２のＹ軸方向の変位を吸収し、その変位に対して発生する応力を低減することができる。

また、実施形態に係るバスバー２では、湾曲部２４に細いスリット２５を入れることによって、通電断面積を小さくし通電抵抗による発熱の増加を抑えつつ、湾曲部２４の表面積を増加させて放熱面積を拡大し放熱性を高めることにより、バスバー２の温度を低減させることができる。

以上のように、実施形態に係るバスバー２においては、バスバー２のＸ軸方向の変位とＹ軸方向の変位とＺ軸方向の変位とを吸収し、それぞれの変位に対して発生する応力を低減することができるため、バスバー２の接続部２３における接合部２１と、単電池１０の端子３，４とを接合した溶接部分にかかる応力を緩和させて、前記溶接部分が破壊させることを抑制することができる。

図７は、バスバー２のＺ軸方向で一番上側の導電板２０ａのみ、上面にめっき処理が施されてＮｉめっき面２６が形成されたバスバー２の斜視図である。

従来、電圧検出センサの導電線とバスバーとをはんだによって電気的に接続する際には、はんだの濡れ性を確保するために、全面メッキした電圧検出プレートを前記導電線とバスバーとの間に介在させていたため、電圧検出プレートを別途で設ける分、部品点数が増えてコスト上昇につながっていた。

これに対して、実施形態に係るバスバー２においては、図７に示すように、積層体２２を構成する複数の導電板２０ａ～２０ｈのうち、バスバー２のＺ軸方向で一番上側の導電板２０ａのみ、上面の全面または一部にめっき処理を施してＮｉめっき面２６が形成されている。これにより、導電板２０ａの上面に形成されたＮｉめっき面２６によって、はんだ５の濡れ性を確保して、電圧検出センサの導電線６とバスバー２とを、はんだ５によって電気的に接続することができる。よって、実施形態２に係るバスバー２においては、電圧検出センサの導電線６とバスバー２とを、はんだ５によって電気的に接続する際に、前記電圧検出プレートを廃止することができるため、部品点数を減らして低コスト化を図ることができる。

図８は、バスバー２の積層体２２を構成する複数の導電板２０ａ～２０ｈとして上部導電板２０Ａと下部導電板２０Ｂとを積層する前の状態を示した図である。図９（ａ）は、上部導電板２０Ａの平面図である。図９（ｂ）は、下部導電板２０Ｂの平面図である。図１０（ａ）は、バスバー２のＺ軸方向で上側に上部導電板２０Ａを積層し、バスバー２のＺ軸方向で下側に下部導電板２０Ｂを積層した積層体２２の斜視図である。図１０（ｂ）は、図１０（ａ）における接続部２３のＡ－Ａ断面図である。

実施形態に係るバスバー２において、積層体２２における接続部２３の通電断面積から要求される板厚では、接合部２１の溶接要件の板厚が目標値よりも厚くなる場合がある。そのため、実施形態２に係るバスバー２においては、図８に示すように、積層体２２を構成する複数の導電板２０ａ～２０ｈのうち、バスバー２のＺ軸方向で上側に積層する導電板２０ａ，２０ｂとして、図９（ａ）に示した接続部２３における接合部２１に開口部２７を設けた上部導電板２０Ａを用い、バスバー２のＺ軸方向で下側に積層する導電板２０ｃ～２０ｈとして、図９（ｂ）に示した接続部２３に開口部２７を設けていない下部導電板２０Ｂを用いてもよい。

これにより、図１０（ａ）に示したバスバー２において、図１０（ｂ）に示すように、接続部２３の通電断面から要求される板厚ｔ１に対して、開口部２７の厚さ分だけ接合部２１（図２参照）の溶接要件の板厚ｔ２を薄くすることができ、前記板厚ｔ１と前記板厚ｔ２とを両立することができる。

１ 組電池
２ バスバー
３，４ 端子
１０ 単電池
２０，２０ａ，２０ｂ，２０ｃ，２０ｄ，２０ｅ，２０ｆ，２０ｇ，２０ｈ 導電板
２１ 接合部
２２ 積層体
２３ 接続部
２４ 湾曲部
２５ スリット
２６ Ｎｉめっき面
２７ 開口部

Claims (1)

1. 複数の端子を連結するバスバーであって、
   複数の導電板が積層されており、前記複数の端子に接続される複数の接続部の間に、前記導電板の積層方向に湾曲した湾曲部を備えており、
   前記湾曲部に、前記複数の端子を結ぶ方向と平行な前記バスバーの長さ方向に延在するスリットを、前記長さ方向に対して直交する前記バスバーの幅方向に並べて複数設けたことを特徴とするバスバー。

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