JP6414018B2

JP6414018B2 - 電池用バスバー

Info

Publication number: JP6414018B2
Application number: JP2015212531A
Authority: JP
Inventors: 博貴向笠
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2015-10-29
Filing date: 2015-10-29
Publication date: 2018-10-31
Anticipated expiration: 2035-10-29
Also published as: JP2017084637A

Description

本発明は、１以上の筒状電池の電極部に電気的に接続される電池用バスバーに関する。

近年、電動車両の動力源等として、複数の筒状電池（円筒電池や角筒電池等）を備えた電池モジュールが用いられる。かかる電池モジュールでは、複数の筒状電池を起立保持するとともに、この複数の円筒電池を電気的に接続している。これら筒状電池を電気的に接続するための構成が従来から、多数提案されている。

例えば、特許文献１には、複数の円筒電池をバスバーを用いて、直列に接続する構成が開示されている。特許文献１において、バスバーは、銅等の導電性金属からなり、円筒電池の電極部に溶接で固着されている。

特開２０１０−１１３９９９号公報

しかし、特許文献１のバスバーは、電極部と溶接される溶接部位のみが、外部に露出するように側板に埋め込まれており、溶接部位の両端は、側板に固定されている。この場合、溶接部位の可動性が乏しくなるため、製造誤差（寸法誤差）や組み付け誤差等を溶接部位の動きで吸収できない。結果として、特許文献１の構成では、安定した接点が得られにくいという問題があった。

そこで、本発明では、より安定して接点が得られる電池用バスバーを提供することを目的とする。

本発明の電池用バスバーは、１以上の筒状電池の電極部に電気的に接続される電池用バスバーであって、略板状で、前記電極部ごとに開口が一つずつ設けられたベース部と、前記開口の周縁から片持ち梁状に延びる接続片と、を備え、前記接続片の先端には、平坦部と、前記平坦部から前記電極部側に向かって突出し、前記電極部に固着されるプロジェクション部と、が設けられており、前記プロジェクション部は、前記電極部側に凸の球面部と、前記球面部と前記平坦部とを接続する脚部と、を有する、ことを特徴とする。

本発明によれば、プロジェクション部が脚部と球面部とを有しているため、接続片のサイズ増加を抑えつつ、許容できるバスバーの傾き角度を大きくできる。結果として、より安定して接点が得られる。

本発明の実施形態であるバスバーの平面図である。バスバーが適用される電池モジュールの一部分解斜視図である。バスバーの一部拡大図である。図３のＡ−Ａ端面図である。接続片と電極部との接触の様子を示す図である。接続片と電極部との接触の様子を示す図である。従来の接続片の構成を示す図である。接続片と電極部との接触の様子を示す図である。脚部の有無による接続片の形状の違いを示す図である。

以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。図１は、本発明の実施形態であるバスバー１０の平面図である。図２は、バスバー１０が適用される電池モジュール１００の一部分解斜視図である。また、図３は、バスバー１０の一部拡大図であり、図４は、図３のＡ−Ａ端面図である。なお、図１、図３では、理解を容易にするために、バスバー１０にクロスハッチングを施している。

はじめに、本実施形態のバスバー１０が適用される電池モジュール１００について図２を参照して説明する。この電池モジュール１００は、電動車両等に搭載されるもので、複数の円筒電池１０２を有している。円筒電池１０２は、充放電可能な二次電池であり、例えば、円筒型のケースに収められたニッケル水素電池、リチウムイオン電池等である。円筒電池１０２の軸方向両端には、円筒電池１０２の電極部１０４が設けられている。図２に図示する電池モジュール１００は、６０個の円筒電池１０２を有しており、この６０個の円筒電池１０２は、４行１５列の配列で並べられている。６０個の円筒電池１０２は、後述する通り、４行５列の配列で、２０個ごとにブロック分けされる。同一の電池ブロックに属する２０個の円筒電池１０２は、後述するバスバー１０により並列接続される。また、２０個の円筒電池１０２を並列接続した電池ブロックは、他の電池ブロックに直列接続される。

複数の円筒電池１０２は、電池ホルダ１０６により起立保持される。電池ホルダ１０６は、複数の貫通孔１０６ａが形成された平板状部材である。この複数の貫通孔１０６ａには、起立姿勢の円筒電池１０２の下部が挿し込まれる。電池ホルダ１０６への円筒電池１０２の組み付けは、円筒電池１０２を貫通孔１０６ａに差し込み、貫通孔１０６ａの内面（内周面）と円筒電池１０２の外面（外周面）との隙間に接着材を充填して貫通孔１０６ａに円筒電池１０２を固定することによって行う。また、電池ホルダ１０６は、伝熱性に優れた材料、例えば、アルミニウム等からなる。このように電池ホルダ１０６を高伝熱性材料で構成するのは、一部の円筒電池１０２から生じた熱を効率的に分散し、電池間での温度のバラツキを低減するためである。

電池ホルダ１０６で保持された円筒電池１０２の上側からは、樹脂製のカバー１０８が被せられる。カバー１０８は、複数の円筒電池１０２の上面を覆う天井板１０８ａと電池ホルダ１０６に組み付けられた複数の円筒電池１０２の外周を覆う四角筒１０８ｂとから構成されている。天井板１０８ａには、円筒電池１０２の電極部１０４を外部に露出させるための貫通孔１０８ｃが複数形成されている。つまり、複数の円筒電池１０２を電池ホルダ１０６に挿し込むとともに、当該電池ホルダ１０６にカバー１０８を組み付けた場合、円筒電池１０２の外周囲は、外部から遮蔽されるものの、円筒電池１０２の軸方向両端に設けられた電極部１０４は、電池ホルダ１０６の貫通孔１０６ａおよびカバー１０８の貫通孔１０８ｃを介して外部に露出する。円筒電池１０２の軸方向両側には、この電極部１０４に電気的に接続するためのバスバー１０が配される。

図１は、円筒電池１０２の上側に配される正極のバスバー１０を示す図である。円筒電池１０２には、下側に負極のバスバー１０が配される。すなわち、起立保持された円筒電池１０２の軸方向両側には、正極のバスバー１０および負極のバスバー１０が配されることになる。正極および負極のバスバー１０は、ほぼ同じ形状をしているため、以下では、正極のバスバー１０の構成を説明する。

本実施形態では、正極のバスバー１０は、三つ設けられる。各バスバー１０は、導電性材料、例えば、銅等からなる平板状部材である。各バスバー１０は、略板状で、対応する電極部ごとに開口１４が１つずつ設けられたベース部１２と、各開口１４の周縁から延びる接続片１６と、を備えている。２０個の円筒電池１０２を並列接続するため、一つのバスバー１０には、２０個の開口１４および接続片１６が設けられている。

電池ブロックを構成する２０個の円筒電池１０２は、その正極に正極バスバー１０の接続片１６が、その負極に負極バスバー１０の接続片１６が、それぞれ、抵抗溶接される。２０個の円筒電池１０２は、この溶接されたバスバー１０により、互いに並列接続される。さらに、一つの電池ブロックに接続された正極バスバー１０は、図示しないブロック間バスバーを介して、他の電池ブロックに接続された負極バスバー１０に接続される。これにより、各電池ブロックは、他の電池ブロックに直列接続される。

次に、接続片１６の形態について図３、図４を参照して説明する。バスバー１０に形成される開口１４は、図３に示すように、略矩形状である。接続片１６は、この開口１４の周縁から開口１４の内側に向かって片持ち梁状に延び、板バネのように機能する。本実施形態の接続片１６は、途中で２回屈曲する数字の「７」のような形状をしている。接続片１６は、先端に近づくにつれ、電極部１０４側に近づくように、緩やかに傾斜している。かかる接続片１６は、薄板であるベース部１２をプレス等で打ち抜くことで形成される。接続片１６の先端１８は、平面視で略円形となっており、当該先端１８が、円筒電池１０２の電極部１０４に抵抗溶接され、接点を構成する。

ここで、本実施形態では、接続片１６を、片持ち梁状としているため、電極部１０４と溶接される先端１８の位置（特に軸方向位置）を比較的自由に動かすことができる。そのため、特許文献１に開示された両端固定のバスバーに比べて、接続片１６の先端１８を電極部１０４に、より確実に接触させることができ、ひいては、より安定して接点を得ることができる。

さらに、より安定して接点を得るために、本実施形態では、接続片１６の先端１８に、電極部１０４側に突出したプロジェクション部２２を設けている。すなわち、図４に示すように、接続片１６の先端１８は、平坦な平坦部２０と、当該平坦部２０の中央部分から電極部１０４側に突出したプロジェクション部２２と、を備えた形状となっている。プロジェクション部２２は、電極部側に凸な球面部２４と、当該球面部２４と平坦部２０とを接続する脚部２６と、を有している。脚部２６は、下端に近づくにつれ縮径する切頭円錐状であり、プロジェクション部２２は、全体として、先端１８が球面状のコーン形状となっている。

より具体的に説明すると、本実施形態では、平坦部２０の板厚をｔとした場合、球面部２４の直径φは、板厚ｔよりも十分に大きく（例えばφ＝３ｔ）、その曲率半径Ｒは、板厚ｔの１０倍前後（例えばＲ＝７．５ｔ）となっており、球面部２４は、非常に緩やかな曲面になっている。また、平坦部２０の下端からプロジェクション部２２の下端までの距離、すなわち、球面部２４の突出量Ｄは、板厚ｔとほぼ同じ（例えばＤ＝３／４ｔ）となっている。

接続片１６の先端１８を以上のような形状とする理由について従来技術と比較して説明する。図５、図６は、本実施形態の接続片１６と電極部１０４との接触の様子を示す図である。また、図７は、従来の接続片１６の先端１８の断面図であり、図８は、従来の接続片１６と電極部１０４との接触の様子を示す図である。なお、図５、図６、図８では、理解を容易にするために、接続片１６のうち、開口１４の周縁から先端１８までの部分を斜め下方向に延びる直線部材として描いているが、既述した通り、当該部分は、実際には、途中で二回屈曲する形状となっている。

図７に示す通り、従来の接続片１６でも、先端１８に、平坦部２０と、平坦部２０から電極部１０４側に突出するプロジェクション部２２と、が設けられていた。しかし、従来のプロジェクション部２２は、球面部２４のみを有しており、球面部２４と平坦部２０とを接続する脚部２６は無かった。また、球面部２４の曲率半径Ｒは、板厚ｔとほぼ同じ（例えばＲ＝５／４ｔ等）であり、比較的、急峻な曲面となっている。また、脚部２６が無いため、球面部２４の突出量Ｄは、非常に小さく、板厚ｔの半分（Ｄ＝１／２ｔ）程度しかなかった。

このように、球面部２４の曲率半径Ｒが小さく、また、突出量Ｄが小さい場合、プロジェクション部２２が、電極部１０４に当接できず、結果として安定した接点が得られないおそれがあった。すなわち、通常、バスバー１０は、図５に示すように、その平坦部２０が、円筒電池１０２の電極部１０４に略平行な状態で、プロジェクション部２２が電極部１０４に当たるように組み付けられる。そして、この状態で、プロジェクション部２２が、電極部１０４に抵抗溶接されることで、バスバー１０と円筒電池１０２とが電気的に接続される。

しかし、図６、図８に示すように、製造誤差や組み付け誤差に起因してバスバー１０、または、平坦部２０が円筒電池１０２に対して傾くことがあった。ここで、本実施形態および従来技術のいずれの場合でも、プロジェクション部２２の下端を球面状としているため、平坦部２０が多少傾いても、プロジェクション部２２は、電極部１０４に接触することができる。しかし、バスバー１０の傾きが、所定の角度αを超えると、球面部２４は、電極部１０４に接触できず、平坦部２０の端部が電極部１０４に当接することになる。この球面部２４と電極部１０４との接触が阻害される傾き角度αは、平坦部２０の端部とプロジェクション部２２の外表面とに接する直線Ｌ１と、平坦部２０の下端面とが成す角度（図４、図７参照）と同じである。

そして、この直線Ｌ１と平坦部２０の下端面とが成す角度αは、脚部２６を有する本実施形態の場合、脚部２６が無い従来技術と比べて大きくなる。結果として、本実施形態では、バスバー１０の傾きが比較的大きくても、プロジェクション部２２と電極部１０４とが接触でき、安定した接点が得られる。

ここで、この角度αは、球面部２４の突出量Ｄによって変化する。具体的に言えば、角度αは、曲率半径Ｒが同じであれば、突出量Ｄが大きいほど大きくなる。つまり、許容できるバスバー１０の傾き角度を大きくしたいのであれば、突出量Ｄを大きくすることが必要となる。ただし、従来の接続片１６のように、脚部２６を有さないプロジェクション部２２において、単純に曲率半径Ｒを増加して突出量Ｄを大きくしただけの場合、平坦部２０のサイズ拡大という別の問題を招く。すなわち、図９において二点鎖線で示す通り、脚部２６を設けないまま、曲率半径Ｒを増加して突出量Ｄを大きくした場合、球面部２４の直径φが大きくなり、当該球面部２４と接続される平坦部２０のサイズも大きくしなければならなくなる。この場合、接続片１６の大型化を招き、円筒電池１０２の配置間隔の拡大を招くおそれがある。一方、本実施形態のように、球面部２４と平坦部２０とを脚部２６で接続する構成とした場合、球面部２４の直径φ、ひいては、平坦部２０のサイズ増加を抑えつつ、突出量Ｄを大きくすることができる。結果として、接続片１６の配設ピッチの増加を抑えつつ、許容傾き角度を大きくすることができる。

なお、これまで説明した構成は、一例であり、片持ち梁状の接続片１６の先端１８に、平坦部２０と、球面部２４と、平坦部２０および球面部２４とを接続する脚部２６と、を設けるのであれば、その他の構成は、適宜、変更されてもよい。例えば、本実施形態では、一つのバスバー１０に２０個の接続片１６を設けたが、こうした個数は、適宜変更されてもよい。また、本実施形態では、接続片１６を正面視で、数字の「７」のような形状としているが、これらの形状も適宜変更されてもよい。例えば、接続片１６を開口１４の周縁から一文字状に延びる形状としてもよい。さらに、許容傾き角度を大きくするためには、突出量Ｄは、大きいことが望ましいが、その具体的数値は、特に限定されず、適宜、変更されてよい。また、脚部２６は、球面部２４と平坦部２０とを接続するのであれば、切頭円錐形に限らず、他の形状、例えば、円筒や円柱状等でもよい。

１０バスバー、１２ベース部、１４開口、１６接続片、１８先端、２０平坦部、２２プロジェクション部、２４球面部、２６脚部、１００電池モジュール、１０２円筒電池、１０４電極部、１０６電池ホルダ、１０８カバー。

Claims

１以上の筒状電池の電極部に電気的に接続される電池用バスバーであって、
略板状で、前記電極部ごとに開口が一つずつ設けられたベース部と、
前記開口の周縁から片持ち梁状に延びる接続片と、
を備え、
前記接続片の先端には、
平坦部と、
前記平坦部から前記電極部側に向かって突出し、前記電極部に固着されるプロジェクション部と、
が設けられており、
前記プロジェクション部は、前記電極部側に凸の球面部と、前記球面部と前記平坦部とを接続する脚部と、を有する、
ことを特徴とする電池用バスバー。