JP7215586B2 - 可撓性バスバー、複合バスバー、および蓄電パック - Google Patents

可撓性バスバー、複合バスバー、および蓄電パック Download PDF

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Description

本開示は、可撓性バスバー、複合バスバー、蓄電パック、および可撓性バスバーの製造方法に関する。
従来、電気自動車やハイブリッド車等の電源を構成するバッテリーに接続されるバスバーとして、特開平６－１４００２０号公報に記載のものが知られている。このバスバーは、複数の金属板が積層されて形成されている。積層された金属板の両端部には、バッテリーの電極に接続される接続部が、金属板材と一体化されて形成されている。金属板材が変形することにより、バッテリー間の寸法公差に対応することができるようになっている。
特開平６－１４００２０号公報
上記の構成によると、バスバーの製造時に複数の金属板材をまとめておく工夫をしておかないと、複数の金属板材がばらばらになってしまうおそれがある。
本開示は上記のような事情に基づいて完成されたものであって、製造時に複数の金属板材がばらばらになってしまうことが抑制された可撓性バスバーに関する技術を提供することを目的とする。
本開示にかかる可撓性バスバーは、１つの金属板材が折れ曲がった、少なくとも１つの折れ曲がり部と、前記折れ曲がり部を介して積層された複数の積層部と、を備え、前記複数の積層部のうち前記折れ曲がり部が形成された側縁には、前記折れ曲がり部と異なる部分が切断された切断部を有する。
本開示によれば、可撓性バスバーの製造時に金属板材がばらばらになってしまうことを抑制できる。
図１は、実施形態１にかかる蓄電モジュールが搭載された車両を示す模式図である。 図２は、実施形態１にかかる蓄電モジュールを示す斜視図である。 図３は、可撓性バスバーを示す斜視図である。 図４は、金属板材が折り曲げられる工程を示す斜視図である。 図５は、折り曲げられた状態の金属板材を示す斜視図である。 図６は、切断部が形成された状態の可撓性バスバーを示す斜視図である。 図７は、実施形態２にかかる蓄電パックを示す斜視図である。 図８は、複合バスバーを示す斜視図である。 図９は、実施形態３にかかる可撓性バスバーを示す斜視図である。 図１０は、実施形態４にかかる可撓性バスバーを示す斜視図である。 図１１は、実施形態５にかかる可撓性バスバーを示す斜視図である。 図１２は、可撓性バスバーを示す、図１１とは異なる角度から見た斜視図である。
［本開示の実施形態の説明］
最初に本開示の実施態様を列挙して説明する。
（１）本開示は、１つの金属板材が折れ曲がった、少なくとも１つの折れ曲がり部と、前記折れ曲がり部を介して積層された複数の積層部と、を備え、前記複数の積層部のうち前記折れ曲がり部が形成された側縁には、前記折れ曲がり部と異なる部分が切断された切断部を有する可撓性バスバーである。
複数の積層部を有することにより可撓性バスバーは撓みやすくなるので、蓄電素子間の公差に対応して撓み変形できる。
複数の積層部は折れ曲がり部により連結されているので、可撓性バスバーの製造工程中に、複数の積層部がばらばらになることが抑制される。
複数の積層部のうち側縁の一部が折れ曲がり部とされ、他の部分は切断されている。これにより、折れ曲がり部と異なる部分においては、複数の積層部はつながっていないので自由に動ける。この結果、可撓性バスバーが撓みやすくなるので、蓄電素子間の公差に対応しやすくなる。
（２）前記金属板材が、２回以上折れ曲がっていることにより複数の前記折れ曲がり部を有することが好ましい。
金属板材の折れ曲がり回数が多い程、可撓性バスバーの断面二次モーメントが小さくなるので、可撓性バスバーが撓み変形しやすくなる。
（３）前記折れ曲がり部は、前記複数の積層部の側縁のうち前記折れ曲がり部が形成された側縁の端部寄りの部分に形成されていることが好ましい。
複数の積層部の端部寄りの部分が折れ曲がり部によって連結されているので、複数の積層部がまとまりやすくなっている。
（４）前記折れ曲がり部は、前記複数の積層部の側縁のうち前記折れ曲がり部が形成された側縁の中央位置に形成されていることが好ましい。
可撓性バスバーの両端部における撓みやすさが向上するので、可撓性バスバーの可撓性が向上する。
（５）前記複数の積層部には、前記複数の積層部の厚さ方向と交差する方向に凸状に屈曲する屈曲部が形成されていることが好ましい。
屈曲部が伸縮することにより、蓄電素子の公差に対応することができる。
（６）車両に搭載されて用いられる車両用の可撓性バスバーであることが好ましい。
（７）本開示にかかる複合バスバーは、上記（１）から（６）のいずれか１つに記載の可撓性バスバーと、前記可撓性バスバーの端部に接続された端部バスバーと、を備える。
端部バスバーを蓄電モジュールの外部出力端子に接続することにより、複数の蓄電モジュールを電気的に接続できる。可撓性バスバーが撓み変形することにより、複数の蓄電モジュール間の寸法公差に対応できる。
（８）車両に搭載されて用いられる複合バスバーであることが好ましい。
（９）本開示は、上記の（７）または（８）に記載の複合バスバーと、複数の蓄電素子を備えた蓄電モジュールと、を備えた蓄電パックであって、前記蓄電モジュールの外部出力端子に前記複合バスバーの前記端部バスバーが接続されている。
（１０）車両に搭載されて用いられる車両用の蓄電パックであることが好ましい。
（１１）本開示にかかる可撓性バスバーの製造方法は、１つの金属板材を折り曲げて連結部を形成することにより、積層された複数の積層部を形成する工程と、前記連結部の一部を残して切断することにより、残された前記連結部の一部を折れ曲がり部とする工程と、を備える。
折れ曲がり部によって複数の積層部が連結されているので、可撓性バスバーを製造する際に複数の積層部がばらばらになることを抑制できる。
［本開示の実施形態の詳細］
以下に、本開示の実施形態がについて説明する。本発明はこれらの例示に限定されるものではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内での全ての変更が含まれることが意図される。
＜実施形態１＞
本開示を車両１に搭載される蓄電パック２に適用した実施形態１が図１から図６を参照しつつ説明される。蓄電パック２は、電気自動車、またはハイブリッド自動車等の車両１に搭載されて、車両１の駆動源として用いられる。以下の説明においては、複数の部材については一部の部材にのみ符号を付し、他の部材の符号を省略する場合がある。
［全体構成］
図１に示されるように、車両１の中央付近には蓄電パック２が配設されている。車両１の前部にはＰＣＵ３（Ｐｏｗｅｒ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）が配設されている。蓄電パック２とＰＣＵ３とは、ワイヤーハーネス４によって接続されている。蓄電パック２とワイヤーハーネス４とは図示しないコネクタによって接続されている。蓄電パック２は複数の蓄電素子１２を備えた蓄電モジュール１１を有する。
［蓄電モジュール１１］
蓄電モジュール１１は、複数（本実施形態では６つ）の蓄電素子１２と、蓄電素子１２を電気的に接続する複数（本実施形態では７つ）の可撓性バスバー１０と、を備える。以下の説明においては、矢線Ｚで示す方向を上方とし、矢線Ｙで示す方向を前方とし、矢線Ｘで示す方向を左方として説明する。なお、複数の同一部材については、一部の部材にのみ符号を付し、他の部材の符号を省略する場合がある。
図２に示されるように、蓄電素子１２は、前後方向に扁平な直方体形状をなしている。本実施形態にかかる蓄電素子１２は二次電池である。蓄電素子１２の内部には図示しない蓄電要素が収容されている。蓄電素子１２の上面には、左右両端部寄りの位置に、電極端子１３がそれぞれ形成されている。電極端子１３は蓄電要素と電気的に接続されている。蓄電素子１２に形成された２つの電極端子１３のうち、一方は正極であり、他方は負極である。本実施形態にかかる電極端子１３は上方に突出する平坦な板状をなしている。
複数の蓄電素子１２は左右方向に並べられている。隣り合う蓄電素子１２の電極端子１３同士は、可撓性バスバー１０によって接続されている。
［可撓性バスバー１０］
図３に示されるように、可撓性バスバー１０は金属板材を所定の形状にプレス加工してなる。金属板材を構成する金属としては、銅、銅合金、アルミニウム、アルミニウム合金、ニッケル、ニッケル合金等、任意の金属を選択できる。金属板材の表面には図示しないメッキ層が形成されていてもよい。メッキ層を形成する金属としては、半田、スズ、ニッケル等、任意の金属を選択できる。
可撓性バスバー１０は、左右方向に細長く延びた形状をなしている。可撓性バスバー１０は上方から見て、略長方形状をなしている。可撓性バスバー１０は、上下方向に積層された複数の積層部１４を有する。複数の積層部１４のそれぞれの形状は、ほぼ同じに形成されている。
上下に積層された積層部１４のそれぞれは、左右両端部寄りの位置に形成された折れ曲がり部１５によって連結されている。折れ曲がり部１５は、上下に積層された積層部１４のそれぞれから、前方に突出して後方に折り返され、または後方に突出して前方に折り返されて形成されている。これにより、上下に積層された積層部１４のそれぞれは、いわゆる密着曲げされた状態になっている。
可撓性バスバー１０には、左右方向のほぼ中央位置に、上方（積層部１４の厚さ方向の一例）に凸形状に曲がる屈曲部１６を有する。屈曲部１６は左右方向に伸縮するように撓み変形可能に形成されている。これにより可撓性バスバー１０は、全体として左右方向に伸縮可能になっている。
可撓性バスバー１０の左端部および右端部は、それぞれ、蓄電素子１２の電極端子１３の上に載置された状態で固定されている。可撓性バスバー１０と電極端子１３との固定方法は特に限定されず、レーザー溶接、抵抗溶接等の溶接や、半田付け、ろう付け等のろう接など、任意の固定方法を採用し得る。本実施形態においては、可撓性バスバー１０と電極端子１３とはレーザー溶接により電気的にかつ物理的に固定されている。
［蓄電モジュール１１の製造工程］
蓄電モジュール１１の製造工程の一例について説明する。蓄電モジュール１１の製造工程は以下の記載に限定されない。
図４に示されるように、長尺な金属板材１９は、所定の間隔で山折りするとともに谷折りすることにより、蛇腹状に折り曲げられる。各積層部１４間には隙間が形成されていてもよく、また、隙間が形成されていなくてもよい。図５に示されるように、複数の積層部１４が連結部１７により連結された状態で積層される。各積層部１４は、ほぼ密着状態で積層されている。
各積層部１４の前縁部および後縁部に形成された連結部１７は、図５に示される１点鎖線２０で示された部分に沿って、左右両端部を残して切断される。これにより、図６に示されるように、各積層部１４の左右両端部に折れ曲がり部１５が形成されるとともに、積層部１４のうち折れ曲がり部１５が形成された側縁に切断部１８が形成される。切断部１８においては、切断加工により形成された、せん断面が露出している。
各積層部１４は、折れ曲がり部１５において上下方向に連結されている。このため、各積層部１４は、可撓性バスバー１０の製造工程中にばらばらになってしまうことが抑制される。また、各積層部１４は、折れ曲がり部１５と異なる部分においては比較的に自由に変形できる。これにより、可撓性バスバー１０は、全体として撓み変形可能に形成されている。
複数の蓄電素子１２が前後方向に並べられる。可撓性バスバー１０が、隣り合う電極端子１３同士を跨ぐように載置される。可撓性バスバー１０の両端部と、電極端子１３とがレーザー溶接される。これにより蓄電モジュール１１が完成する。
[本実施形態の作用効果]
続いて、本実施形態の作用効果について説明する。本実施形態にかかる可撓性バスバー１０は、１つの金属板材が折れ曲がった、少なくとも１つの折れ曲がり部１５と、折れ曲がり部１５を介して積層された複数の積層部１４と、を備え、複数の積層部１４のうち折れ曲がり部１５が形成された側縁には、折れ曲がり部１５と異なる部分が切断された切断部１８を有する。
各蓄電素子１２の電極端子１３については寸法公差が設定されている。複数の蓄電素子１２が並べられることによって寸法公差が積み重なることになる。また、各蓄電素子１２は、充電および放電を繰り返すたびに、膨張および収縮を繰り返す。このような理由から、隣り合う電極端子１３同士を接続する部材については可撓性が求められる。
本実施形態においては、複数の積層部１４を有することにより可撓性バスバー１０は撓みやすくなるので、蓄電素子１２間の公差に対応して撓み変形できる。
複数の積層部１４は折れ曲がり部１５により連結されているので、可撓性バスバー１０の製造工程中に、複数の積層部１４がばらばらになることが抑制される。
複数の積層部１４のうち側縁の一部が折れ曲がり部１５とされ、他の部分は切断されている。これにより、折れ曲がり部１５と異なる部分においては、複数の積層部１４はつながっていないので自由に動くことができる。この結果、可撓性バスバー１０が撓みやすくなるので、蓄電素子１２間の公差に対応しやすくなる。
また、本実施形態によれば、金属板材が、２回以上折れ曲がっていることにより複数の折れ曲がり部１５を有する。
金属板材の折れ曲がり回数が多い程、可撓性バスバー１０の断面二次モーメントが小さくなるので、可撓性バスバー１０が撓み変形しやすくなる。
また、本実施形態によれば、折れ曲がり部１５は、複数の積層部１４の側縁のうち折れ曲がり部１５が形成された側縁の端部寄りの部分に形成されている。
複数の積層部１４の端部寄りの部分が折れ曲がり部１５によって連結されているので、複数の積層部１４がまとまりやすくなっている。
また、本実施形態によれば、複数の積層部１４には、複数の積層部１４の厚さ方向に凸状に屈曲する屈曲部１６が形成されている。
屈曲部１６が伸縮することにより、蓄電素子１２の公差に対応することができる。
また、本実施形態にかかる可撓性バスバー１０は、車両１に搭載されて使用される車両用の可撓性バスバー１０である。
本実施形態にかかる可撓性バスバー１０の製造方法は、１つの金属板材を折り曲げて連結部１７を形成することにより、積層された複数の積層部１４を形成する工程と、連結部１７の一部を残して切断することにより、残された連結部１７の一部を折れ曲がり部１５とする工程と、を備える。
折れ曲がり部１５によって複数の積層部１４が連結されているので、可撓性バスバー１０を製造する際に複数の積層部１４がばらばらになることを抑制できる。
＜実施形態２＞
次に、本開示に係る技術を蓄電パック３５に適用した実施形態２について図７および図８を参照しつつ説明する。図７に示されるように、蓄電パック３５は２つの蓄電モジュール３０を備える。本実施形態では２つの蓄電モジュール３０が複合バスバー３１によって接続されている。蓄電モジュール３０は、並べられた複数（本実施形態では６つ）の蓄電素子１２を備える。隣り合う電極端子１３同士は、図示しないバスバーによって接続されている。蓄電素子１２同士を接続するバスバーは、実施形態１に記載された可撓性バスバー１０を用いてもよく、また、他の公知のバスバーを用いてもよい。
蓄電モジュール３０を構成する複数の蓄電素子１２のうち、蓄電素子１２の並び方向の端部に配された蓄電素子１２の電極端子１３の一方には、蓄電モジュール１１の電力を外部回路の出力するための端部バスバー３２が接続されている。
端部バスバー３２と電極端子１３との接続方法は特に限定されず、レーザー溶接、抵抗溶接等の溶接や、半田付け、ろう付け等のろう接など、任意の固定方法を採用し得る。本実施形態においては、端部バスバー３２と電極端子１３とはレーザー溶接により電気的にかつ物理的に固定されている。
端部バスバー３２は、金属板材を所定の形状にプレス加工してなる。端部バスバー３２を構成する金属は、銅、銅合金、アルミニウム、アルミニウム合金等、任意の金属を選択できる。端部バスバー３２の表面には図示しないメッキ層が形成されていてもよい。
端部バスバー３２の形状は特に限定されず、長方形状、正方形状、屈曲したクランク形状、Ｌ字形状等、任意の形状を採用できる。本実施形態では、上方から見てＬ字形状をなしている。
図７に示された２つの蓄電モジュール３０のうち一方の蓄電モジュール３０に接続された端部バスバー３２と、他方の蓄電モジュール３０に接続された端部バスバー３２とが、可撓性バスバー３３によって接続されている。端部バスバー３２のうち、電極端子１３と接続された端部とは異なる端部の上に、可撓性バスバー３３が載置された状態で固定されている。
本実施形態にかかる可撓性バスバー３３は、上方に凸状に屈曲する屈曲部１６を有しない点で、実施形態１にかかる可撓性バスバー１０と異なる。
端部バスバー３２と可撓性バスバー３３との接続方法は特に限定されず、レーザー溶接、抵抗溶接等の溶接や、半田付け、ろう付け等のろう接など、任意の固定方法を採用し得る。本実施形態においては、端部バスバー３２と可撓性バスバー３３とはレーザー溶接により電気的にかつ物理的に固定されている。
上記以外の構成については、実施形態１と略同様なので、同一部材については同一符号を付し、重複する説明を省略する。
各蓄電モジュール３０は、複数の蓄電素子１２を有するので、比較的に質量が大きい。このため、車両に蓄電モジュール３０が固定されると、蓄電モジュール３０の位置を微調整することは難しい。蓄電モジュール３０については寸法公差が設定されており、蓄電モジュール３０と車両との間には組み付け公差が設定されている。このため、蓄電モジュール３０と車両とをそれぞれの公差の範囲内で固定した場合でも、隣り合う蓄電モジュール３０同士では、やはり公差の範囲内で位置ずれが生じる。
本実施形態にかかる複合バスバー３１は、可撓性バスバー３３と、可撓性バスバー３３の端部に接続された端部バスバー３２と、を備える。また、本実施形態にかかる蓄電パック３５は、複合バスバー３１と、複数の蓄電素子１２を備えた蓄電モジュール３０と、を備えた蓄電パック３５であって、前記蓄電モジュール３０の電極端子１３に複合バスバー３１の端部バスバー３２が接続されている。
このように端部バスバー３２を蓄電モジュール３０の電極端子に接続することにより、複数の蓄電モジュール３０を電気的に接続できる。可撓性バスバー３３が撓み変形することにより、複数の蓄電モジュール３０間の寸法公差に対応できる。
まず、隣り合う蓄電モジュール３０同士のうち、前後方向および左右方向については、端部バスバー３２と、可撓性バスバー３３とが接続される位置を、蓄電モジュール３０同士が前後方向および左右方向についてずらした後に溶接することにより対応できる。
上下方向についての、隣り合う蓄電モジュール３０同士の位置ずれについては、可撓性バスバー３３を側方から見て緩やかなクランク状に屈曲させることにより対応することができる。
本実施形態にかかる複合バスバー３１は、車両１に搭載されて使用される車両用の複合バスバー３１である。また、本実施形態にかかる蓄電パック３５は、車両１に搭載されて使用される車両用の蓄電パック３５である。
＜実施形態３＞
次に、実施形態３にかかる可撓性バスバー４０について図９を参照しつつ説明する。本実施形態にかかる可撓性バスバー４０においては、折れ曲がり部４１は、各積層部４２のうち、折れ曲がり部４１が形成された側縁の一方の端部寄りの位置に形成されている。各積層部４２においては、折れ曲がり部４１は、上方から見て対角線上に設けられている。本実施形態においては、折れ曲がり部４１は、各積層部４２の右後端部と、左前端部に形成されている。本実施形態にかかる可撓性バスバー４０は屈曲部１６を有しない。
上記以外の構成については、実施形態１と略同様なので、同一部材については同一符号を付し、重複する説明を省略する。
折れ曲がり部４１が、各積層部４２のうち両端部に形成されている場合に比べて、各積層部４２が互いに拘束される部分が少なくなるので、各積層部１４は撓み変形しやすくなる。これにより、可撓性バスバー４０の可撓性が向上させることができる。
＜実施形態４＞
次に、実施形態４にかかる可撓性バスバー５０について図１０を参照しつつ説明する。本実施形態にかかる可撓性バスバー５０においては、折れ曲がり部５１は、各積層部５２のうち折れ曲がり部５１が形成された側縁の中央位置に形成されている。各積層部５２は、上下方向から見て、左右方向の中央位置付近において、上方と、下方にそれぞれ折れ曲がり部５１が突出している。本実施形態にかかる可撓性バスバー５０は屈曲部１６を有しない。
上記以外の構成については、実施形態１と略同様なので、同一部材については同一符号を付し、重複する説明を省略する。
折れ曲がり部５１が、各積層部５２のうち両端部に形成されている場合に比べて、各積層部５２の端部において、各積層部５２は変形しやすくなっている。これにより、可撓性バスバー５０の可撓性が向上させることができる。
＜実施形態５＞
次に、本開示にかかる可撓性バスバー６０の実施形態５について、図１１および図１２を参照しつつ説明する。本実施形態にかかる可撓性バスバー６０は、１つの金属板材が二つ折りされてなる。本実施形態にかかる可撓性バスバー６０は、２つの積層部６１を有する。各積層部６１の右側縁には、前後両端部寄りの位置にそれぞれ、折れ曲がり部６２が形成されている。本実施形態にかかる可撓性バスバー６０は屈曲部１６を有しない。
上記以外の構成については、実施形態１と略同様なので、同一部材については同一符号を付し、重複する説明を省略する。
本実施形態によれば、可撓性バスバー６０の構造を簡素化できるので、材料コストを削減できる。また、折り曲げ工程を削減できるので、製造コストを削減できる。また、可撓性バスバー６０を軽量化できる。
＜他の実施形態＞
（１）折れ曲がり部は、各積層部の任意の側縁に形成することができる。
（２）１つの蓄電モジュールに含まれる蓄電素子の個数は限定されない。
（３）蓄電素子は直列接続されてもよく、並列接続されてもよく、また、直列接続と並列接続が混在された状態でもよい。
（４）蓄電素子はキャパシタでもよい。
（５）可撓性バスバーは、複数の屈曲部を有してもよい。屈曲部は下方に凸形状に屈曲してもよい。
（６）積層部の積層数は限定されない。
１： 車両
２： 蓄電パック
３： ＰＣＵ
４： ワイヤーハーネス
１０、３３、４０、５０、６０： 可撓性バスバー
１１、３０： 蓄電モジュール
１２： 蓄電素子
１３： 電極端子
１４、４２、５２、６１： 積層部
１５、４１、５１、６２： 折れ曲がり部
１６： 屈曲部
１７： 連結部
１８： 切断部
１９： 金属板材
２０： １点鎖線
３１： 複合バスバー
３２： 端部バスバー
３５： 蓄電パック

Claims (8)

  1. １つの金属板材が折れ曲がった、少なくとも１つの折れ曲がり部と、
    前記折れ曲がり部を介して積層された複数の積層部と、を備え、
    前記複数の積層部のうち前記折れ曲がり部が形成された側縁には、前記折れ曲がり部と異なる部分が切断された切断部を有し、
    前記折れ曲がり部は、前記複数の積層部の側縁のうち前記折れ曲がり部が形成された側縁の一方の端部寄りの部分に形成されている可撓性バスバー。
  2. 前記金属板材が、２回以上折れ曲がっていることにより複数の前記折れ曲がり部を有する請求項１に記載の可撓性バスバー。
  3. 前記複数の積層部には、前記複数の積層部の厚さ方向と交差する方向に凸状に屈曲する屈曲部が形成されている請求項１または請求項２に記載の可撓性バスバー。
  4. 車両に搭載されて用いられる車両用の可撓性バスバーであって、請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の可撓性バスバー。
  5. 請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の可撓性バスバーと、
    前記可撓性バスバーの端部に接続された端部バスバーと、を備えた複合バスバー。
  6. 車両に搭載されて用いられる複合バスバーであって、請求項５に記載の複合バスバー。
  7. 請求項５または請求項６に記載の複合バスバーと、
    複数の蓄電素子を備えた蓄電モジュールと、を備えた蓄電パックであって、
    前記蓄電モジュールの外部出力端子に前記複合バスバーの前記端部バスバーが接続されている蓄電パック。
  8. 車両に搭載されて用いられる車両用の蓄電パックであって、請求項７に記載の蓄電パック。
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