JP6146238B2 - 複数の角型蓄電装置の組付構造 - Google Patents

Description

本発明は、複数の角型蓄電装置の組付構造に関するものである。

二次電池間をバスバーで電気的に接続すべく一方の二次電池の電極端子にバスバーの一端を締結するとともに他方の二次電池の電極端子にバスバーの他端を締結する技術が知られている（例えば、特許文献１等）。

特開２０１２−２８０６１号公報

複数の角型蓄電装置の組付において、バスバーと電極端子との電気的な接続が悪いと、電気抵抗上昇によるエネルギーロスがあり効率的に二次電池のエネルギーをモータ等の負荷に伝えることができない。また、バスバーと電極端子とは機械的にも良好な状態で接続したいという要求がある。

本発明の目的は、バスバーと電極端子とを電気的および機械的に良好な状態で接続することができる複数の角型蓄電装置の組付構造を提供することにある。

上記課題を解決する複数の角型蓄電装置の組付構造は、角型蓄電装置の本体部から突出した電極端子が、バスバーにより接続されて他の角型蓄電装置の本体部から突出した電極端子と連結される複数の角型蓄電装置の組付構造であって、電極端子は、バスバーとの接触面に開口する溝を有し、バスバーは、電極端子との接触面に形成され溝に挿入される突起を有し、突起は、溝の内側面に接触する部位の表面に楔形をなす凹凸を有することを要旨とする。

これによれば、電極端子においてはバスバーとの接触面に開口する溝を有しており、溝の内側面に接触する部位の表面に凹凸を有するバスバーの突起が電極端子の溝に挿入されるので、バスバーと電極端子との間の接触面積を大きくして接続抵抗を小さくすることができるとともに機械的に強固に接続することができる。その結果、バスバーと電極端子とを電気的および機械的に良好な状態で接続することができる。

また、凹凸が楔形をなすため、バスバーの突起が電極端子の溝から抜けにくくすることができる。
上記課題を解決する複数の角型蓄電装置の組付構造は、角型蓄電装置の本体部から突出した電極端子が、バスバーにより接続されて他の角型蓄電装置の本体部から突出した電極端子と連結される複数の角型蓄電装置の組付構造であって、電極端子は、バスバーとの接触面に開口する溝を有し、バスバーは、電極端子との接触面に形成され溝に挿入される突起を有し、突起は、溝の内側面に接触する部位の表面に凹凸を有するか、または、表面が粗面であり、前記突起は断面形状が長方形をなし、その長手方向が前記バスバーの延設方向であることを要旨とする。
これによれば、電極端子においてはバスバーとの接触面に開口する溝を有しており、溝の内側面に接触する部位の表面に凹凸を有するか、または表面が粗面であるバスバーの突起が電極端子の溝に挿入されるので、バスバーと電極端子との間の接触面積を大きくして接続抵抗を小さくすることができるとともに機械的に強固に接続することができる。その結果、バスバーと電極端子とを電気的および機械的に良好な状態で接続することができる。
また、突起は断面形状が長方形をなし、その長手方向がバスバーの延設方向であるため、バスバーの位置合わせが容易となる。
上記複数の角型蓄電装置の組付構造において、突起は断面形状が長方形をなし、その長手方向がバスバーの延設方向であるとよい。

これによれば、バスバーの位置合わせが容易となる。

本発明によれば、バスバーと電極端子とを電気的および機械的に良好な状態で接続することができる。

（ａ）は実施形態の組電池を模式的に示す平面図、（ｂ）は同じく組電池の模式右側面図、（ｃ）は同じく組電池の模式正面図。 （ａ）は電極端子部分を模式的に示す平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線での模式断面図。 電極端子部分を模式的に示す分解断面図。 電極端子部分を模式的に示す分解斜視図。 （ａ）はバスバーを模式的に示す平面図、（ｂ）はバスバーを模式的に示す正面図（（ａ）のＡ矢視図）。 （ａ）は電極端子を模式的に示す平面図、（ｂ）は電極端子を模式的に示す正面図（（ａ）のＡ矢視図）。

以下、本発明を具体化した一実施形態を図面に従って説明する。
なお、図面において、水平面を、直交するＸ，Ｙ方向で規定するとともに、上下方向をＺ方向で規定している。

図１に示すように、組電池１０は、複数の二次電池Ｃ１〜Ｃ９を並設して構成した電池モジュール２０と、二次電池間を電気的に接続する平板状のバスバー３０と、ボルト４０，４１を有している。各二次電池Ｃ１〜Ｃ９はリチウムイオン二次電池である。また、各二次電池Ｃ１〜Ｃ９は、角型二次電池であり、二次電池Ｃ１〜Ｃ９の本体部２１が薄い四角箱型をなしている。本体部２１は、電槽（缶）の内部においてプレート状の正極とプレート状の負極をセパレータで巻き込んで構成されている。二次電池Ｃ１〜Ｃ９の本体部２１はＹ方向において並設して配置され、隣接する二次電池の本体部２１は側面が接触する状態で固定されている。

各二次電池Ｃ１〜Ｃ９は、本体部２１の上面から正極用の電極端子２２と負極用の電極端子２３が上方に突出している。図１において、二次電池Ｃ１は、本体部２１において左側に正極用の電極端子２２が配置され、右側に負極用の電極端子２３が配置されている。二次電池Ｃ２は、本体部２１において左側に負極用の電極端子２３が配置され、右側に正極用の電極端子２２が配置されている。以下、二次電池Ｃ３は本体部２１の左側に正極用の電極端子２２が右側に負極用の電極端子２３が、二次電池Ｃ４は本体部２１の左側に負極用の電極端子２３が右側に正極用の電極端子２２が、二次電池Ｃ５は本体部２１の左側に正極用の電極端子２２が右側に負極用の電極端子２３が配置されている。二次電池Ｃ６は本体部２１の左側に負極用の電極端子２３が右側に正極用の電極端子２２が、二次電池Ｃ７は本体部２１の左側に正極用の電極端子２２が右側に負極用の電極端子２３が配置されている。二次電池Ｃ８は本体部２１の左側に負極用の電極端子２３が右側に正極用の電極端子２２が、二次電池Ｃ９は本体部２１の左側に正極用の電極端子２２が右側に負極用の電極端子２３が配置されている。

二次電池Ｃ１〜Ｃ９は、本体部２１の上面において台座（ナット）２４が電極端子２２，２３を貫通する状態で配置されている。
バスバー３０は、Ｙ方向に延びている。バスバー３０は隣接する二次電池の電極端子２２，２３に締結されている。即ち、バスバー３０の一端側においてバスバー３０の上側からボルト４０がバスバー３０を貫通して電極端子２２に螺入され、ボルト４０によりバスバー３０が二次電池の電極端子２２に締結されている。バスバー３０の他端側においてバスバー３０の上側からボルト４１がバスバー３０を貫通して電極端子２３に螺入され、ボルト４１によりバスバー３０が二次電池の電極端子２３に締結されている。

このようにして、角型蓄電装置としての角型二次電池（例えば、二次電池Ｃ１）の本体部から突出した電極端子が、バスバー３０により接続されて他の角型蓄電装置としての角型二次電池（例えば、二次電池Ｃ２）の本体部から突出した電極端子と連結されている。これによって、各二次電池Ｃ１〜Ｃ９が直列接続されている。

バスバー３０と電極端子２２，２３との接続部分の構造について図２，３，４，５，６を用いて詳しく説明する。
図５に示すように、バスバー３０は本体部３１が直線的に延びる銅製の帯板よりなり、長辺方向であるＹ方向において両端部には円形の貫通孔３２が形成されている。なお、図５等において便宜上バスバー３０の片側の先端部のみ図示するが、他方の先端部においても同様な構成となっている。貫通孔３２にボルト４０，４１が通る。このように、バスバー３０は、両方の端部が電極端子２２，２３との接続部となっている。

図２に示すように、二次電池Ｃ１〜Ｃ９は、本体部２１の天板５０に貫通孔５１が形成されている。
銅製またはアルミ製の電極端子２２，２３は同一構成をなしている。図６に示すように、電極端子２２，２３の本体部６０は立設する柱状をなし、下端には鍔部６１を有する。図２に示すように、電極端子２２，２３の本体部６０が、二次電池Ｃ１〜Ｃ９の本体部２１の内部から天板５０の貫通孔５１を通して天板５０から上方に突出している。電極端子２２，２３の本体部６０の外周面と天板５０の貫通孔５１との間には絶縁樹脂カラー５２およびシール材５３が配置され、絶縁樹脂カラー５２およびシール材５３により電極端子２２，２３と天板５０とは絶縁されている。電極端子２２，２３の本体部６０の外周面は雄ねじが形成され、電極端子２２，２３の本体部６０における天板５０から上方に突出している部位に台座（ナット）２４が螺入されている。この台座（ナット）２４により電極端子２２，２３が天板５０に締結固定されている。電極端子２２，２３の本体部６０の上部は台座（ナット）２４より上方に突出している。電極端子２２，２３の本体部６０の上面にバスバー３０が配置されている。

図３に示すように、電極端子２２，２３の本体部６０の上面がバスバー３０との接触面６０ａであり、この接触面６０ａの中央には上面（接触面６０ａ）に開口する雌ねじ穴６２が形成され、雌ねじ穴６２は下方に延びている。図２，３に示すように、雌ねじ穴６２に対し、バスバー３０を貫通するボルト４０，４１のねじ部４３が螺入されている。

図６に示すように、電極端子２２，２３の本体部６０の上面、即ち、バスバー３０との接触面６０ａには溝６３，６４が形成されている。図６（ｂ）に示すように、各溝６３，６４は、電極端子２２，２３の本体部６０の上面に開口するとともに所定の深さを有し、一対の平行な内側面６６ａと底面６６ｂを有している。図６（ａ）に示すように、各溝６３，６４はそれぞれＹ方向に直線的に延びている。両溝６３，６４は、雌ねじ穴６２の中心を通るＹ方向に雌ねじ穴６２を挟んで形成されている。

図３，５に示すように、バスバー３０の本体部３１の下面が電極端子２２，２３との接触面３１ａであり、この接触面３１ａには、電極端子の溝６３，６４に対応する突起３３，３４が形成されている。各突起３３，３４は断面形状が長方形をなし、その長手方向がバスバー３０の延設方向である。つまり、各突起３３，３４は、図５（ａ）に示すようにバスバー３０の延設方向であるＹ方向に直線的に、かつ、貫通孔３２の中心を通るＹ方向に貫通孔３２を挟んで形成されている。突起３３は溝６３に挿入されるとともに突起３４は溝６４に挿入される。

突起３３は、図５（ｂ）に示すように、下方に延びており、そのＸ方向での表面、即ち、溝６３の内側面６６ａに接触する部位の表面には凹凸３５を有している。同様に、突起３４は、下方に延びており、そのＸ方向での表面、即ち、溝６４の内側面６６ａに接触する部位の表面には凹凸３５を有している。各凹凸３５は楔形をなしている。つまり、水平方向に突出する水平面３５ａと、水平面３５ａの先端から斜め下方に延びる斜状面３５ｂが繰り返されている。図５等では、水平面３５ａおよび斜状面３５ｂを３つ有する三段構造となっている。

バスバー３０における突起３３，３４は、例えば、予め別体として加工（形成）しておき、本体部３１に取り付ける（一体化する）。これにより、突起３３，３４を有するバスバー３０を製造することができる。

図２，３，４に示すように、電極端子２２，２３の本体部６０の溝６３にバスバー３０の突起３３が圧入されているとともに電極端子２２，２３の本体部６０の溝６４にバスバー３０の突起３４が圧入されている。これにより、電極端子２２，２３の本体部６０の溝６３における内側面６６ａとバスバー３０の突起３３の凹凸３５とが密接している。同様に、電極端子２２，２３の本体部６０の溝６４における内側面６６ａとバスバー３０の突起３４の凹凸３５とが密接している。

また、図２（ａ）に示すように、突起３３，３４は電流の流れるＹ方向、即ち、電極端子２２，２３を結ぶ方向に延びている。また、突起３３，３４に対応するように電極端子２２，２３の溝６３，６４が位置しており、電極端子２２，２３にバスバー３０を載置したときに向きが決まる。

次に、二次電池間の接続方法、即ち、二次電池の電極端子２２，２３へのバスバー３０の組付け工程について説明する。
図３に示すように、絶縁樹脂カラー５２およびシール材５３により電極端子２２，２３と天板５０とを絶縁した状態で電極端子２２，２３の本体部６０における天板５０から上方に突出している部位に台座（ナット）２４を螺入して台座（ナット）２４により電極端子２２，２３を天板５０に締結する。

そして、電極端子２２，２３の本体部６０の上面にバスバー３０を配置する。このとき、電極端子２２，２３の本体部６０の溝６３にバスバー３０の突起３３を圧入するとともに電極端子２２，２３の本体部６０の溝６４にバスバー３０の突起３４を圧入する。

引き続き、ボルト４０，４１のねじ部４３をバスバー３０の貫通孔３２を通して電極端子２２，２３の本体部６０の雌ねじ穴６２に螺入する。
ここで、バスバー３０を電極端子２２，２３上に載置してボルト４０，４１で締結する際、図２（ａ）に示すように、突起３３，３４がバスバー３０の延設方向であるＹ方向に延びているとともに突起３３，３４に対応するように電極端子２２，２３に溝６３，６４が設けられている。よって、電極端子２２，２３にバスバー３０を載置したときに向きが決まり、組み付けやすく、その後、バスバー３０の貫通孔３２の位置と電極端子２２，２３の雌ねじ穴６２の位置を合わすべくバスバー３０をＹ方向に移動させる。

また、電極端子２２，２３を塑性変形させて電極端子２２，２３の本体部６０の溝６３にバスバー３０の突起３３が圧入されるとともに電極端子２２，２３の本体部６０の溝６４にバスバー３０の突起３４が圧入される。よって、電極端子２２，２３の本体部６０の溝６３の内側面６６ａとバスバー３０の突起３３の凹凸３５とが密接するとともに電極端子２２，２３の本体部６０の溝６４の内側面６６ａとバスバー３０の突起３４の凹凸３５とが密接して接触面積が大きくなるとともに抜けにくくなる。

次に、作用について説明する。
電極端子２２，２３において溝６３，６４を設けるとともに、バスバー３０にそれに対応する突起３３，３４を設ける。その際、突起３３，３４の表面に凹凸３５、特に楔形にすることにより差し込んだ後は抜けにくくなる（緩みにくくなる）。また、バスバー３０の下面と電極端子２２，２３の上面との間、および、バスバー３０の突起３３，３４と電極端子２２，２３の溝６３，６４の内側面６６ａとの間の２箇所で接触している。よって、バスバー３０の下面と電極端子２２，２３の上面との間の接触面積に、更にバスバー３０の突起３３，３４と電極端子２２，２３の溝６３，６４の内側面６６ａとの間の接触面積が加わり、接触面積を増やすことができる。接触面積が大きくなると、電気抵抗を小さくできる。

また、突起３３，３４が一直線上に並んでおり、各突起３３，３４はバスバー３０の延設方向（正負の電極端子をつなぐ方向）に延びている。一方、電極端子２２，２３には、溝６３，６４が突起３３，３４に対応するように形成されている。よって、バスバー３０を真っ直ぐ置いただけで溝６３，６４に突起３３，３４を嵌められ、後は、ボルト４０，４１を入れればよいので組み付けやすい。換言すると、電極端子２２，２３にバスバー３０を載せた時に向きが決まり、バスバー３０の延設方向へは雌ねじ穴６２に合わせればよく、寸法公差を緩くでき製造容易となる。

バスバー３０と電極端子２２，２３との接続部分の構造について、特許文献１と対比する。
特許文献１では、バスバーが電極端子にボルト締結されるとともに電極端子のテーパ面にバスバーの筒状の接続部を押し付けて筒状の接続部を変形させて常に内側への応力がかかるようにしている。よって、バスバーを締結するボルトが強固に締め付けている場合に比べてボルトが緩むと電極端子のテーパ面（傾斜面）によりバスバーの筒状の接続部が電極端子のテーパ面から外れる方向に力が加わり接触抵抗が大きくなりやすい。

これに対し本実施形態では、バスバー３０の突起３３，３４の表面の凹凸３５が電極端子２２，２３の溝６３，６４に差し込まれるため、バスバー締結用のボルト４０，４１が緩んでも、バスバー３０の突起３３，３４の表面の凹凸３５が動かない限りは接触抵抗は変わらない。よって、電気的に接触面積を増やしつつ機械的に抵抗を与えてバスバーが抜けにくくなる。これによって、接触抵抗Ｒを小さくすることにより、組電池に接続された負荷に対し大きな電流を流すことができる。つまり、Ｖ＝ＲＩなので、Ｒ値を小さくすることによりＶ値一定であることからＩ値を大きくすることができ、出力は電流によるのでパワーを大きくすることができる。

以上のごとく上記実施形態によれば、以下のような効果を得ることができる。
（１）複数の角型蓄電装置としての二次電池Ｃ１〜Ｃ９の組付構造として、電極端子２２，２３は、バスバー３０との接触面６０ａに開口する溝６３，６４を有する。一方、バスバー３０は、電極端子２２，２３との接触面３１ａに形成され溝６３，６４に挿入される突起３３，３４を有し、突起３３，３４は、溝６３，６４の内側面６６ａに接触する部位の表面に凹凸３５を有する。よって、バスバー３０と電極端子２２，２３との間の接触面積を大きくして接続抵抗を小さくすることができるとともに機械的に強固に接続することができる。その結果、バスバー３０と電極端子２２，２３とを電気的および機械的に良好な状態で接続することができる。

（２）凹凸３５は、楔形をなすので、突起３３，３４を溝６３，６４に差し込むことができるとともに抜けにくい構成となっている。よって、バスバー３０の突起３３，３４が電極端子２２，２３の溝６３，６４から抜けにくくすることができる。

（３）突起３３，３４は断面形状が長方形をなし、その長手方向がバスバー３０の延設方向であるので、バスバー３０の位置合わせが容易となる。
実施形態は前記に限定されるものではなく、例えば、次のように具体化してもよい。

・突起３３，３４の表面の凹凸３５は楔形をなしていたが、これに代わり、突起３３，３４の表面を粗面に形成してもよい。つまり、突起を表面処理して突起の表面粗さを電極端子の上面より大きくしてもよい（突起の表面をザラザラにする）。この場合にも、粗面としたことにより機械的に滑りにくくなる。より詳しくは、突起と溝はぴったり挿入されるように突起の寸法公差が合っている状態で突起の表面をショットブラスト等により粗くする。これにより、表面に凹凸があることにより滑りにくくなる。

・突起は２つ設けたがこれに限らない。突起は１つでも、３つ以上でもよい。
・バスバーを電極端子にねじ締結したが、これに限ることなく、例えばリベットで締結してもよい。

２１…本体部、２２，２３…電極端子、３０…バスバー、３１ａ…接触面、３３，３４…突起、３５…凹凸、６０ａ…接触面、６３，６４…溝、６６ａ…内側面、Ｃ１〜Ｃ９…二次電池。

Claims (3)

1. 角型蓄電装置の本体部から突出した電極端子が、バスバーにより接続されて他の角型蓄電装置の本体部から突出した電極端子と連結される複数の角型蓄電装置の組付構造であって、
   前記電極端子は、前記バスバーとの接触面に開口する溝を有し、
   前記バスバーは、前記電極端子との接触面に形成され前記溝に挿入される突起を有し、
   前記突起は、前記溝の内側面に接触する部位の表面に楔形をなす凹凸を有することを特徴とする複数の角型蓄電装置の組付構造。
2. 角型蓄電装置の本体部から突出した電極端子が、バスバーにより接続されて他の角型蓄電装置の本体部から突出した電極端子と連結される複数の角型蓄電装置の組付構造であって、
   前記電極端子は、前記バスバーとの接触面に開口する溝を有し、
   前記バスバーは、前記電極端子との接触面に形成され前記溝に挿入される突起を有し、 前記突起は、前記溝の内側面に接触する部位の表面に凹凸を有するか、または、表面が粗面であり、
   前記突起は断面形状が長方形をなし、その長手方向が前記バスバーの延設方向であることを特徴とする複数の角型蓄電装置の組付構造。
3. 前記突起は断面形状が長方形をなし、その長手方向が前記バスバーの延設方向であることを特徴とする請求項１に記載の複数の角型蓄電装置の組付構造。