JPWO2018155090A1

JPWO2018155090A1 - 組電池及び組電池用バスバ

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Publication number: JPWO2018155090A1
Application number: JP2019501161A
Authority: JP
Inventors: 和則小島; 堀　浩文; 浩文堀
Original assignee: Hitachi Automotive Systems Ltd
Current assignee: Hitachi Astemo Ltd
Priority date: 2017-02-27
Filing date: 2018-01-30
Publication date: 2019-06-27
Anticipated expiration: 2038-01-30
Also published as: WO2018155090A1; JP6782830B2

Abstract

従来は、折り曲げ部を避けるように異種金属同士の接合部を設けていた。しかし、この場合、接合部を設けるためのスペースが必要となり、バスバの低背化が難しい問題があった。複数の二次電池と、一対の平坦部と、前記一対の平坦部の一方の平坦部と他方の平坦部の間に配置された折り曲げ部を有し、前記複数の二次電池同士を繋ぐバスバと、を備えた電池モジュールにおいて、前記バスバは、異種金属同士を接合したクラッド材であり、かつ異種金属同士の接合端部である接合部は、前記一方の平坦部と前記他方の平坦部のそれぞれに配置されることを特徴とする電池モジュール。

Description

本発明は、扁平な角型二次単電池を複数個連結した組電池及び組電池用バスバに関する。

扁平な角型二次単電池（以下単電池）を複数個連結して構成される組電池は、複数の単電池と単電池を保持する主にエンジニアリングプラスチック等の絶縁部材からなる固定部材（以下単電池ホルダ）と主に金属の剛体からなる端板（以下エンドプレート）を広域扁平面に平行に積み重ね、それらを拘束（以下固縛）する拘束部材（以下サイドプレート）である一定の拘束力（以下固縛力）を付与することで構造体として維持している。扁平な角型二次単電池同士は、特許文献１で示すように、該単電池の電気的接続に、バスバと呼ばれる金属製の平板が用いられる。

自動車等に搭載される組電池は、その求められる性能及び必要性から大電流での充放電を繰り返す使い方は必然的とされ、ひいては単電池内部内圧の変化に伴う単電池広域扁平面の伸縮変形が促される。また、該組電池は主に自動車に搭載される故、振動衝撃に起因する特に単電池電極部への応力の発生が疲労破壊や塑性変形を引き起こす懸念がある。このため、バスバに振動衝撃吸収を目的とした折り曲げ部を設けることでその緩和を図っていた。

特開２０１４−０７５１７９号公報

バスバの材料として、主に異種金属接合を用いた金属材が挙げられる。異種金属はそれぞれアルミを主材とする金属と銅を主材とする金属を用いる場合が多い。折り曲げ部を有するバスバは屈折部を設ける際に応力がかかるため、従来は、折り曲げ部を避けるように異種金属同士の接合部を設けていた。

しかし、この場合、接合部を設けるためのスペースが必要となり、バスバの低背化が難しい問題があった。

また、このような接合部は、応力に対する剥がれ耐性に低いという課題があった。

上記課題を解決する手段は例えば以下である。

複数の二次電池と、一対の平坦部と、前記一対の平坦部の一方の平坦部と他方の平坦部の間に配置された折り曲げ部を有し、前記複数の二次電池同士を繋ぐバスバと、を備えた電池モジュールにおいて、前記バスバは、異種金属同士を接合したクラッド材であり、かつ異種金属同士の接合端部である接合部は、前記一方の平坦部と前記他方の平坦部のそれぞれに配置されることを特徴とする電池モジュール。

本発明により、クラッド材を用い、折り曲げ部を設けたとしても、高さを抑えることができ（低背化）、応力に強いバスバを提供することができる。

組電池１の外観斜視図図１に示す組電池の一部を分解した状態を示す斜視図。単電池２の斜視図実施例１のバスバを電池蓋方向から見た図実施例１のバスバを配列方向から見た図実施例１のバスバを幅方向から見た図比較例１のバスバ９の斜視図比較例１のバスバを電池蓋方向から見た図比較例１のバスバを配列方向から見た図比較例１のバスバを幅方向から見た図実施例２のバスバを電池蓋方向から見た図実施例２のバスバを配列方向から見た図実施例２のバスバを幅方向から見た図

以下、本発明に係わる組電池の実施形態を図面に基づき説明する。

図１は組電池１の外観斜視図、図２は図１に示す組電池１の一部を分解した状態を示す斜視図である。

（実施例１）
組電池１は積層された複数の単電池２と、積層された複数の単電池の端部に設けられたた一対の端ホルダ３、複数の単電池２の間に個々に介在される複数の単電池ホルダ４、複数の単電池２の配列方向（Ｘ方向）両端部に配置されて配列方向両側から挟みこむエンドプレート５、複数の単電池２の幅方向（Ｙ方向）両端部に沿って配置され配列方向の一方端部から他方端部に渡って延在し一対のエンドプレート５と固定される一対のサイドプレート６を有している。エンドプレート５とサイドプレート６は、リベット等の固定部材７で固定される。

配列された単電池２は、後述する図３のような角形の扁平形状のものを用いることができる。単電池２は、一対の幅広面２０１ｗと一対の幅狭面２０１ｎ、および、蓋２０２、缶底２０１ｂを有する。単電池２は、幅広面２０１ｗ同士を向き合わせて配列方向に配列される。配列された単電池２の高さ方向（Ｚ方向）一方側に複数の単電池２０２の蓋２０２が配置されており、隣り合う単電池２の蓋２０２に設けられた正極端子２０３および負極端子２０４がバスバ９により接続される。したがって、単電池２は、正極端子と負極端子が幅方向交互に入れ替わる形で配列されることになる。

バスバ９は単電池２の蓋に対向して設けられるバスバケース８にそれぞれ区画されて設けられる。バスバケース８には孔があり、この孔を通して単電池の端子とバスバ９が接続されている。

図３は単電池２の斜視図である。

単電池２は、一対の幅広面２０１ｗと一対の幅狭面２０１ｎ、および、蓋２０２、缶底２０１ｂを有する。蓋２０２には正極端子２０３、負極端子２０４が設けられている。正極端子２０３および負極端子２０３はバスバ９と接続される平面を有している。蓋２０２には、他にガス排出弁２０２ｂ、電解液注入孔２０２等を設けてもよい。

図４は実施例１のバスバを電池蓋方向から見た図、図５は実施例１のバスバを配列方向から見た図、図６は実施例１のバスバを幅方向から見た図である。

バスバ９は、正極端子、負極端子とそれぞれ接続される一対の平坦部９１２、９１１、および、一対の平坦部９１２、９１１の間に設けられた折り曲げ部９１０、９１４を有する。
一対の平坦部９１２、９１１は、平坦部９１２から立ち上がる一対の立ち上がり折り曲げ部９１０、一対の立ち上がり折り曲げ部をつなぐＵ字折り曲げ部９１４、および場合によってはＵ字折り曲げ部９１４と立ち上がり折り曲げ部の間に設けられた中間部により繋がっている。中間部を有さないか、中間部が小さいことによってバスバ９の高さを低くすることができる。中間部を有さない場合、一対の立ち上がり折り曲げ部９１０は、Ｕ字折り曲げ部９１４により直接繋がっている。

ここで、立ち上がり折り曲げ部９１０は、平坦部の面に対して垂直に立ち上がっていてもよく、角度を有して立ち上がっていてもよい。Ｕ字折り曲げ部はＵ字以外にも角を有した状態で折れ曲がっていてもよい。

バスバ９として、異種金属同士を接合したクラッド材を用いることができる。材料としては例えば、アルミを主材とする金属と銅を主材とする金属を用いることができ、それぞれの材料は接合部を境に接合されている。異種金属同士の接合端部の両端（接合部）は一対の平坦部のそれぞれに配置されることが好ましい。実施例１において、接合部９１６は、一方の平坦部９１２から他方の平坦部９１１に向かって折り曲げ部９１４、９１０を介して直線状に設けられている。

接合部は、異種金属同士を接合させた箇所であるため、他の場所よりも応力に対して剥がれ耐性が低い。したがって、従来、このような接合部は、折り曲げ部９１４、９１０製造時にかかる応力がかからないように折り曲げ部以外の箇所、例えば、中間部９１３に設けられていた。しかし、中間部に接合部を設けた場合。中間部の長さを大きくとらなければならないため、バスバ９の高さが大きくなってしまう問題があった。しかし、本願発明のように異種金属同士の接合端部の両端（接合部）を一対の平坦部のそれぞれに配置させることで、折り曲げ部に接合部を設けた場合と比べて剥がれのリスクを低減でき、中間部に接合部を設けた場合と比べてバスバ９の高さを低くすることができる。

また、バスバ９には、単電池の配列方向に応力がかかる場合が多い。したがって、接合部は配列方向と垂直に設けられていた場合よりも応力に対して、垂直よりも角度を設けることで、剥がれにくい構造とすることができる。

異種金属同士の接合端部の両端（接合部）を一対の平坦部のそれぞれに配置することで、応力に対して、垂直よりも角度を設けることができ、応力に強い構造とすることができる。

異種金属同士を接合する方法としては、例えば、アルミ板と銅版とを突き合わせてクラッド化させ、図のようにバスバ９の板に対して接合部が斜めになるように打ち抜き、その後折り曲げ部を形成させることで製造される。

その他、公知の技術を用いることができる。例えば、アルミと銅とを圧力によって面接合し、熱処理によって接合を強化する。接合したこの材料から接合部を有する板状の部材を切り出し、折り曲げ部を形成させることで製造することができる。

バスバ９は、平坦部９１２と正極端子２０３との溶接、および平坦部９１１と負極端子９１２との溶接により単電池と接続される（溶接部９１７）。平坦部９１２と正極端子との溶接は、平坦部のうちバスバの異種金属が混ざらない位置でされるのが好ましく、平坦部９１１と負極端子との接続も同様である。バスバ９は端子と溶接される溶接部を有しており。溶接部は、接合部９１６よりも平坦部側で接合部９１６とか重ならない位置に設けられている。

（比較例１）
ここで、実施例１との比較として比較例を示す。

図７は、比較例１のバスバ９の斜視図である。

図８は比較例１のバスバを電池蓋方向から見た図、図９は比較例１のバスバを配列方向から見た図、図１０は比較例１のバスバを幅方向から見た図である。

バスバ９は実施例１と同様、アルミを主材とする金属と銅を主材とする金属とのクラッド材からなり、接合部９１６の位置以外は実施例と同様である。

接合部９１６は、中間部９１３に設けられている。接合部９１６を折り曲げ部９１０、９１４以外の箇所に設けることで、折り曲げ部９１０、９１４形成時に接合部が剥がれてしまうリスクを低減することができる。しかし、接合部９１６を中間部９１３に設けることで中間部が大きくなることによるバスバ９の高さが高くなる問題がある。また、電池使用時にかかる応力に対して接合部がほぼ垂直に設けられている。これに対して実施例１は、応力に対して、垂直よりも角度があるため、剥がれ強度が高い。

（実施例２）
図１１は実施例２のバスバを電池蓋方向から見た図、図１２は実施例２のバスバを配列方向から見た図、図１３は実施例２のバスバを幅方向から見た図である。

接合部９１６は、実施例１と同様、一対の平坦部のそれぞれに配置される。したがって、折り曲げ部に接合部を設けた場合と比べて剥がれのリスクを低減でき、中間部に接合部を設けた場合と比べてバスバ９の高さを低くすることができる。

１組電池
２単電池
３端ホルダ
４単電池ホルダ
５エンドプレート
６サイドプレート
７固定部材
８バスバケース
９バスバ
２０１ｗ幅広面
２０１ｎ幅狭面
２０２蓋
２０１ｂ缶底
２０３正極端子
２０４負極端子
９１０折り曲げ部（立ち上がり折り曲げ部）
９１１、９１２平坦部
９１３中間部
９１４折り曲げ部（Ｕ字折り曲げ部）
９１６接合部
９１７溶接部

Claims

複数の二次電池と、
一対の平坦部と、前記一対の平坦部の一方の平坦部と他方の平坦部の間に配置された折り曲げ部を有し、前記複数の二次電池同士を繋ぐバスバと、
を備えた電池モジュールにおいて、
前記バスバは、異種金属同士を接合したクラッド材であり、かつ異種金属同士の接合端部である接合部は、前記一方の平坦部と前記他方の平坦部のそれぞれに配置されることを特徴とする電池モジュール。
請求項１に記載の電池モジュールにおいて、
前記バスバは、前記一対の平坦部のそれぞれから立ち上がる一対の立ち上がり折り曲げ部と、
前記一対の立ち上がり折り曲げ部同士を繋ぐＵ字折り曲げ部と、を有する電池モジュール。
請求項２に記載の電池モジュールにおいて、
前記バスバは、電池の端子と接合される溶接部を有し、
前記溶接部は、前記平坦部の前記接合部と重ならない位置に設けられている。
請求項３に記載の電池モジュールにおいて、
前記接合部は、前記一対の平坦部のうち、一方の前記平坦部から他方の前記平坦部に向かって、前記折り曲げ部を介して直線的に設けられていることを特徴とする電池モジュール。
請求項１乃至４の何れかに記載の電池モジュールにおいて、
前記異種金属は、それぞれアルミを主材とする金属と銅を主材とする金属からなることを特徴とする電池モジュール。