WO2016195063A1 - 接続部材の製造方法、および接続部材 - Google Patents

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治 中山
直樹 福島
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住友電装株式会社
住友電気工業株式会社
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    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries

Definitions

  • connection member and a connection member.
  • a battery module mounted on a vehicle such as an electric vehicle or a hybrid vehicle generally includes a unit cell group in which a plurality of unit cells are connected in series or in parallel. Each unit cell has an electrode terminal (a positive electrode terminal, a negative electrode terminal), and between adjacent unit cells, electrode terminals having different polarities are connected by a metal bus bar.
  • the material constituting the electrode terminal and the material constituting the bus bar may be the same metal from the viewpoint of preventing electrolytic corrosion and ease of welding between the electrode terminal and the bus bar. desirable.
  • the metal material which comprises a positive electrode terminal and the metal material which comprises a negative electrode terminal, it consists of the 1st metal material which consists of the same kind of metal material as a positive electrode terminal, and the same kind of metal material as a negative electrode terminal
  • a clad material obtained by press-contacting the second metal material as a bus bar see Patent Document 1.
  • the manufacturing method of the connection member disclosed in the present specification includes a first metal part made of a metal material and a metal material different from the metal material constituting the first metal part, and is joined to the first metal part.
  • a connecting member that connects the electrode terminal of one of the power storage elements and the electrode terminal of another power storage element in a power storage device including a plurality of power storage elements having electrode terminals.
  • a method of welding or friction stirring a first metal material which is a material of the first metal part and a second metal material which is a material of the second metal part so that the plate surfaces of the first metal part overlap each other.
  • connection member in which different kinds of metal materials are joined as compared with a method using a conventional clad material.
  • the manufacturing method of the connecting member disclosed in this specification may have the following configuration.
  • the winding material obtained by the said joining process may be provided to the said press process including the winding-up process which winds up the said joining material obtained by the roll shape, and obtains the winding body of the said joining material.
  • a bending step of bending the first metal portion or the second metal portion together with the punching may be performed.
  • the obtained connecting member is not easily affected by the deformation of the metal materials in the joining process, and it is easy to ensure a certain quality. Become.
  • connection member disclosed in the present specification is made of a first metal part made of a metal material and a metal material different from the metal material constituting the first metal part, and is overlapped and joined to the first metal part.
  • the first metal part is the one of the power storage units that is a part other than the second metal part, a first member joint joined by welding or friction stir welding, and the first member joint.
  • a first terminal joint that is joined to the electrode terminal of the element, the second metal part is a second member joint joined to the first member joint, and the other power storage element A second terminal joint joined to the electrode terminal; and the second part. It is disposed on the step portion formed between the joint portion and the second terminal junction; and a stepped wall portion connecting said second member junction and the second terminal connection region.
  • connection member to which dissimilar metals are joined can be provided simply and at low cost.
  • the battery module of embodiment WHEREIN The figure which shows a mode that the positive electrode terminal of one single cell and the negative electrode terminal in the other single cell adjacent to this are connected by the bus bar.
  • Schematic showing the joining process of the embodiment Partial enlarged plan view of the bonding material of the embodiment
  • Sectional view of the bonding material of the embodiment Schematic showing the pressing process of the embodiment
  • the bus bar 10 (corresponding to a connection member) of the present embodiment is used for a battery module 1 (corresponding to a power storage device) mounted on a vehicle such as an electric vehicle or a hybrid car.
  • the battery module 1 includes a plurality of unit cells 2 (corresponding to storage elements) including a positive electrode terminal 3 (corresponding to an electrode terminal) and a negative electrode terminal 4 (corresponding to an electrode terminal). Are made of different metal materials.
  • the bus bar 10 is used to electrically connect the positive electrode terminal 3 of one unit cell 2 and the negative electrode terminal 4 of another unit cell 2 adjacent thereto.
  • the bus bar 10 includes a first metal part 11 and a second metal part 21 joined to the first metal part 11.
  • the first metal part 11 is made of the same metal material (for example, aluminum or aluminum alloy) as the positive electrode terminal 3
  • the second metal part 21 is made of the same metal material (for example, copper or copper alloy) as the negative electrode terminal 4.
  • the first metal part 11 is connected to the positive electrode terminal 3
  • the second metal part 21 is connected to the negative terminal 4.
  • the connection between the first metal part 11 and the positive electrode terminal 3 and the connection between the second metal part 21 and the negative electrode terminal 4 are performed by, for example, laser welding or bolt fastening.
  • the first metal portion 11 is a rectangular plate-like member, and is joined to the first member joint portion 13 joined to the second metal portion 21 and the positive electrode terminal 3. And a first terminal joint portion 12.
  • the 1st member junction part 13 is a strip
  • One of the front and back surfaces of the first metal part 11 is a first terminal connection surface 11A that faces the positive electrode terminal 3 when bonded to the positive electrode terminal 3, as shown in FIG.
  • the second metal portion 21 has a shape in which a rectangular plate-like member having the same thickness as the first metal portion 11 is bent.
  • a portion 23, a second terminal joint portion 22, and a step wall portion 24 are provided.
  • the second member joint portion 23 is a belt-like portion from one side of the four sides of the second metal portion 21 to a slightly inner position.
  • This 2nd member junction part 23 has the external shape substantially equal to the 1st member junction part 13, the plate surface is piled up with the plate surface of the 1st member junction part 13, and is joined by welding etc. .
  • the second member joint portion 23 is overlaid on the surface opposite to the first terminal connection surface 11 ⁇ / b> A. As shown in FIG.
  • the second terminal joint portion 22 is a rectangular plate-like portion having an outer shape substantially equal to the first terminal joint portion 12, and as shown in FIG. 7, It is arranged adjacent to the first member joint 13 on the same plane.
  • One of the front and back surfaces of the second terminal joint portion 22 is a second terminal connection surface 23A that faces the negative terminal 4 when joined to the negative terminal 4, as shown in FIG. It is flush with the connecting surface 11A.
  • a step wall portion 24 that connects the portion 23 and the second terminal joint portion 22 is disposed.
  • the material of the bus bar 10 is a first metal material 31 made of aluminum or an aluminum alloy and a second metal material 32 made of copper or a copper alloy.
  • Each of the first metal material 31 and the second metal material 32 is a long plate-like material, and is wound around a take-up shaft 37 as shown in FIG. A second wound body 32R is provided.
  • the first metal material 31 and the second metal material 32 are sent out from the wound bodies 31 ⁇ / b> R and 32 ⁇ / b> R by the transport device 34. And a part from one long side to a slightly inside position among a pair of long sides of the 1st metal material 31, and a part from one long side to a slightly inside position among a pair of long sides of the 2nd metal material 32 Are laminated so that their plate surfaces are superposed (see FIGS. 3 and 4), and this laminated portion is joined by the joining device 35 to obtain a joining material 33 (joining step).
  • a joining method ultrasonic welding can be preferably applied, but other welding methods such as laser welding or friction stir welding can also be applied.
  • the obtained bonding material 33 is wound around the winding shaft 37 by the winding device 36 to form a third wound body 33R (corresponding to a wound body).
  • the bonding material 33 is sent out from the third wound body 33 ⁇ / b> R by the transport device 34 and punched and bent by the press device 38 to obtain the bus bar 10 (press process).
  • the punching process for punching the bonding material 33 into the outer shape of the bus bar 10 and the bending process for forming the stepped wall portion 24 can be simultaneously performed by a single pressing device 38.
  • the second metal portion 21 is bent so that the first terminal connection surface 11A and the second terminal connection surface 23A are arranged on the same plane, thereby forming the step wall portion 24.
  • the first metal part 11 made of a metal material and the metal material constituting the first metal part 11 are made of a different metal material and joined to the first metal part 11.
  • the first metal material 31 that is the material of the first metal part 11 and the second metal material 32 that is the material of the second metal part 21 are welded or friction stir welded.
  • the joining process for obtaining the joining material 33 by joining the above and the pressing process for punching the joining material 33 to obtain the bus bar 10 are executed.
  • a winding process is performed in which the obtained bonding material 33 is wound into a roll shape to obtain a third wound body 33R, and the obtained third wound body 33R is subjected to a pressing process.
  • the pressing step includes a bending step of bending the second metal portion 21 so that the first terminal connection surface 11A and the second terminal connection surface 23A are arranged on the same plane.
  • the bus bar 10 obtained is less susceptible to the deformation of the metal material in the joining process, and the bus bar 10 has a certain level. It becomes easy to ensure quality.
  • the winding process is performed in which the obtained bonding material is wound into a roll to obtain a wound body, but the winding process is not necessarily performed. I do not care.
  • the second metal part 21 has the same thickness as the first metal part 11, but the second metal part may have a different thickness from the first metal part. I do not care.
  • the bending process of bending the second metal portion 21 is performed so that the first terminal connection surface 11A and the second terminal connection surface 23A are arranged on the same plane.
  • the bending process may not necessarily be a process for arranging the first terminal connection surface 11A and the second terminal connection surface 23A on the same plane.
  • the first terminal connection surface 11A Processing may be performed so that the second terminal connection surface 23A has a predetermined level difference.

Abstract

金属材料からなる第１金属部（１１）と、第１金属部（１１）を構成する金属材料とは異なる金属材料からなり、第１金属部（１１）に接合された第２金属部（２１）とを有し、電池モジュール（１）において一の単電池２の正極端子（３）と他の単電池（２）の負極端子（４）とを接続するバスバー（１０）の製造方法であって、第１金属部（１１）の材料となる第１金属材（３１）と、第２金属部（２１）の材料となる第２金属材（３２）とを溶接または摩擦撹拌接合により接合して接合材（３３）を得る接合工程と、接合材（３３）を打ち抜き加工してバスバー（１０）を得るプレス工程と、を含む。

Description

接続部材の製造方法、および接続部材
　本明細書に開示される技術は、接続部材の製造方法、および接続部材に関する。
　電気自動車やハイブリッド車等の車両に搭載される電池モジュールは、一般に、複数個の単電池が直列または並列に接続された単電池群を備えている。各単電池は、それぞれ電極端子（正極端子、負極端子）を有しており、隣り合った単電池同士において互いに異極の電極端子間が、金属製のバスバーによって接続されている。
　電極端子間をバスバーで接続する場合、電食の防止や、電極端子とバスバーとの溶接の容易性の観点から、電極端子を構成する材料とバスバーを構成する材料とは同種金属であることが望ましい。このため、正極端子を構成する金属材料と負極端子を構成する金属材料と相違する場合には、正極端子と同種の金属材料からなる第１の金属材と、負極端子と同種の金属材料からなる第２の金属材とを圧接して得られるクラッド材をバスバーとして用いることが考案されている（特許文献１参照）
特開２０１５－１５０８２号公報
　しかし、クラッド材は、流通量がそれほど多くはなく、圧延、熱処理等の工程が必要なため、比較的高価であるという問題がある。
　本明細書に開示される接続部材の製造方法は、金属材料からなる第１金属部と、前記第１金属部を構成する金属材料とは異なる金属材料からなり、前記第１金属部に接合された第２金属部とを有し、電極端子を有する蓄電素子の複数からなる蓄電装置において一の前記蓄電素子の前記電極端子と他の前記蓄電素子の前記電極端子とを接続する接続部材の製造方法であって、前記第１金属部の材料となる第１金属材と、前記第２金属部の材料となる第２金属材とを、互いの板面を重ね合わせるようにして溶接または摩擦撹拌接合により接合して接合材を得る接合工程と、前記接合材を打ち抜き加工して前記接続部材を得るプレス工程とを含む。
　上記の方法によれば、従来のクラッド材を利用する方法と比較して、異種の金属材が接合された接続部材を簡易に低コストで得ることができる。
　本明細書に開示される接続部材の製造方法は、以下の構成を有してもよい。
　前記接合工程により得られた前記接合材をロール状に巻き取って前記接合材の巻回体を得る巻き取り工程を含み、得られた巻回体が前記プレス工程に供されてもよい。
　上記の方法によれば、接合工程からプレス工程に至る工程を自動化することが可能となるので、さらなる製造工程の簡素化、低コスト化を図ることができる。
　前記プレス工程において、前記打ち抜き加工とともに前記第１金属部または前記第２金属部を曲げ加工する曲げ工程を行ってもよい。
　上記の方法によれば、２種の金属材の接合後に曲げ加工がおこなわれるので、得られる接続部材が接合工程における金属材の変形の影響を受けにくく、一定の品質を確保することが容易となる。
　また、本明細書に開示される接続部材は、金属材料からなる第１金属部と、前記第１金属部を構成する金属材料とは異なる金属材料からなり、前記第１金属部に重ねて接合された第２金属部とを有し、電極端子を有する複数の蓄電素子を備える蓄電装置における一の前記蓄電素子の前記電極端子と他の前記蓄電素子の前記電極端子とを接続する接続部材であって、前記第１金属部は、前記第２金属部と、溶接または摩擦撹拌接合により接合された第１部材接合部と、前記第１部材接合部以外の部分である、前記一の前記蓄電素子の前記電極端子と接合される第１端子接合部とを有し、前記第２金属部は、前記第１部材接合部と接合された第２部材接合部と、前記他の前記蓄電素子の前記電極端子と接合される第２端子接合部と、前記第２部材接合部と前記第２端子接合部との間に形成された段差部に配置され、前記第２部材接合部と第２端子接合部とを繋ぐ段差壁部と、を有する。
　本明細書に開示される技術によれば、異種金属が接合された接続部材を、簡易かつ低コストで提供することができる。
実施形態の電池モジュールにおいて、一の単電池の正極端子と、これと隣接する他の単電池における負極端子とがバスバーによって接続されている様子を示す図 実施形態の接合工程を示す概略図 実施形態の接合材の部分拡大平面図 実施形態の接合材の断面図 実施形態のプレス工程を示す概略図 バスバーの平面図 バスバーの断面図
　実施形態を図１～図７を参照しつつ説明する。本実施形態のバスバー１０（接続部材に該当）は、電気自動車やハイブリッドカー等の車両に搭載される電池モジュール１（蓄電装置に該当）に使用される。電池モジュール１は、正極端子３（電極端子に該当）および負極端子４（電極端子に該当）を備える単電池２（蓄電素子に該当）の複数を備えており、正極端子３と負極端子４とは、互いに異なる金属材料により構成されている。バスバー１０は、図１に示すように、一の単電池２の正極端子３と、これと隣接する他の単電池２における負極端子４とを電気的に接続するために用いられる。
　バスバー１０は、図６および図７に示すように、第１金属部１１と、第１金属部１１と接合された第２金属部２１とを備えている。第１金属部１１は、正極端子３と同じ金属材料（例えばアルミニウムまたはアルミニウム合金）からなり、第２金属部２１は、負極端子４と同じ金属材料（例えば銅または銅合金）からなる。バスバー１０によって隣り合う２つの単電池２の正極端子３と負極端子４とを接続する際には、図１に示すように、第１金属部１１が正極端子３に接続され、第２金属部２１が負極端子４に接続される。第１金属部１１と正極端子３との接続、および第２金属部２１と負極端子４との接続は、例えばレーザ溶接やボルト締結によって行われる。
　第１金属部１１は、図６および図７に示すように、矩形の板状の部材であって、第２金属部２１と接合される第１部材接合部１３と、正極端子３と接合される第１端子接合部１２とを有している。第１部材接合部１３は、第２金属部２１の４辺のうち１辺からやや内側位置までの帯状の部分であり、この第１部材接合部１３を除く残りの部分が第１端子接合部１２となっている。第１金属部１１の表裏両面のうち一面は、図１に示すように、正極端子３と接合される際に正極端子３の方を向く第１端子接続面１１Ａである。
　第２金属部２１は、図６および図７に示すように、第１金属部１１と同じ厚さを有する矩形の板状の部材が折り曲げられたような形状をなしており、第２部材接合部２３と、第２端子接合部２２と、段差壁部２４とを備える。第２部材接合部２３は、第２金属部２１の４辺のうち１辺からやや内側位置までの帯状の部分である。この第２部材接合部２３は、第１部材接合部１３とほぼ等しい外形を有しており、その板面が第１部材接合部１３の板面と重ね合わせられ、溶接等によって接合されている。第２部材接合部２３は、図７に示すように、第１端子接続面１１Ａとは反対側の面に重ねられている。第２端子接合部２２は、図６に示すように、第１端子接合部１２とほぼ等しい外形を有する矩形の板状の部分であって、図７に示すように、第１金属部１１と同一平面上に、第１部材接合部１３と隣接して配置されている。第２端子接合部２２の表裏両面のうち一面は、図１に示すように、負極端子４と接合される際に負極端子４の方を向く第２端子接続面２３Ａであって、第１端子接続面１１Ａと面一となっている。第２部材接合部２３と第２端子接合部２２との間には、図７に示すように、第１金属部１１の厚さ分の段差があり、この段差部分には、第２部材接合部２３と第２端子接合部２２とを繋ぐ段差壁部２４が配置されている。
　次に、上記のように構成されたバスバー１０の製造方法について説明する。
　バスバー１０の材料は、アルミニウムまたはアルミニウム合金からなる第１金属材３１、および、銅または銅合金からなる第２金属材３２である。第１金属材３１および第２金属材３２は、それぞれ、長尺の板状の材料であって、図２に示すように、巻き取り軸３７に巻き取られて第１の巻回体３１Ｒ、第２の巻回体３２Ｒとして提供される。
　まず、図２に示すように、各巻回体３１Ｒ、３２Ｒから第１金属材３１、第２金属材３２を搬送装置３４によってそれぞれ送り出す。そして、第１金属材３１の一対の長辺のうち一の長辺からやや内側位置までの一部分と、第２金属材３２の一対の長辺のうち一の長辺からやや内側位置までの一部分とを、互いの板面が重ね合わせられるようにして積層し（図３、図４参照）、この積層部分を接合装置３５により接合して接合材３３を得る（接合工程）。接合方法としては、超音波溶接を好ましく適用できるが、レーザ溶接等の他の溶接法、または、摩擦撹拌接合も適用することができる。得られた接合材３３は、巻き取り装置３６によって巻き取り軸３７に巻き取られて第３の巻回体３３Ｒ（巻回体に該当）とされる。
　次に、図５に示すように、第３の巻回体３３Ｒから接合材３３を搬送装置３４によって送り出し、プレス装置３８で打ち抜き加工および曲げ加工することによって、バスバー１０を得る（プレス工程）。プレス工程においては、接合材３３をバスバー１０の外形形状に打ち抜く打ち抜き加工と、段差壁部２４を形成する曲げ加工とを、一台のプレス装置３８によって同時に行うことができる。曲げ加工によって、第１端子接続面１１Ａと第２端子接続面２３Ａとが同一平面上に配置されるように第２金属部２１を屈曲させて段差壁部２４を形成する。
　以上のように本実施形態によれば、金属材料からなる第１金属部１１と、第１金属部１１を構成する金属材料とは異なる金属材料からなり、第１金属部１１に接合された第２金属部とを有するバスバー１０の製造方法において、第１金属部１１の材料となる第１金属材３１と、第２金属部２１の材料となる第２金属材３２とを溶接または摩擦撹拌接合により接合して接合材３３を得る接合工程と、接合材３３を打ち抜き加工してバスバー１０を得るプレス工程とを実行する。
　このような方法によれば、従来のクラッド材を利用する方法と比較して、異種の金属材が接合されたバスバー１０を簡易に低コストで得ることができる。
　また、接合工程の後に、得られた接合材３３をロール状に巻き取って第３の巻回体３３Ｒを得る巻き取り工程が行われ、得られた第３の巻回体３３Ｒがプレス工程に供される。
　このような方法によれば、接合工程からプレス工程に至る工程を自動化することが可能となり、さらなる製造工程の簡素化、低コスト化を図ることができる。
　さらに、第１金属部１１が、正極端子３に接続される第１端子接続面１１Ａを有し、第２金属部２１が、負極端子４に接続される第２端子接続面２３Ａを有し、プレス工程が、第１端子接続面１１Ａと第２端子接続面２３Ａとが同一平面上に配置されるように第２金属部２１を曲げ加工する曲げ工程を含む。
　このような方法によれば、２種の金属材３１、３２の接合後に曲げ加工がおこなわれるので、得られるバスバー１０が接合工程における金属材の変形の影響を受けにくくなり、バスバー１０について一定の品質を確保することが容易となる。
　＜他の実施形態＞
　本明細書に開示される技術は上記記述及び図面によって説明した実施形態に限定されるものではなく、例えば次のような実施形態も技術的範囲に含まれる。
（１）上記実施形態では、第１金属部１１の材質としてアルミニウムまたはアルミニウム合金、第２金属部２１の材質として銅または銅合金を例示したが、第１金属部および第２金属部の材質は上記実施形態の限りではなく、接続部材に求められる性質等に応じて適宜選択すればよい。
（２）上記実施形態では、接合工程の後に、得られた接合材をロール状に巻き取って巻回体を得る巻き取り工程を実行していたが、巻き取り工程は必ずしも実行しなくても構わない。
（３）上記実施形態では、第２金属部２１は、第１金属部１１と同じ厚さを有していたが、第２金属部は第１金属部と異なる厚さを有していても構わない。
（４）上記実施形態では、プレス工程において、第１端子接続面１１Ａと第２端子接続面２３Ａとが同一平面上に配置されるように第２金属部２１を曲げ加工する曲げ工程を行ったが、曲げ加工は、必ずしも第１端子接続面１１Ａと第２端子接続面２３Ａとが同一平面上に配置されるようにするための加工でなくてもよく、例えば、第１端子接続面１１Ａと第２端子接続面２３Ａとが所定の段差量となるようにするための加工であっても構わない。
１…電池モジュール（蓄電装置）
２…単電池（蓄電素子）
３…正極端子（電極端子）
４…負極端子（電極端子）
１０…バスバー（接続部材）
１１…第１金属部
１１Ａ…第１端子接続面
１２…第１端子接合部
１３…第１部材接合部
２１…第２金属部
２２…第２端子接合部
２３…第２部材接合部
２４…段差壁部
２３Ａ…第２端子接続面
３１…第１金属材
３２…第２金属材
３３…接合材
３３Ｒ…第３の巻回体（巻回体）

Claims (4)

  1. 　金属材料からなる第１金属部と、前記第１金属部を構成する金属材料とは異なる金属材料からなり、前記第１金属部に接合された第２金属部とを有し、電極端子を有する蓄電素子の複数からなる蓄電装置において一の前記蓄電素子の前記電極端子と他の前記蓄電素子の前記電極端子とを接続する接続部材の製造方法であって、
    　前記第１金属部の材料となる第１金属材と、前記第２金属部の材料となる第２金属材とを、互いの板面を重ね合わせるようにして溶接または摩擦撹拌接合により接合して接合材を得る接合工程と、
    　前記接合材を打ち抜き加工して前記接続部材を得るプレス工程とを含む接続部材の製造方法。
  2. 　前記接合工程により得られた前記接合材をロール状に巻き取って前記接合材の巻回体を得る巻き取り工程を含み、得られた巻回体が前記プレス工程に供される、請求項１に記載の接続部材の製造方法。
  3. 　前記プレス工程において、前記打ち抜き加工とともに前記第１金属部または前記第２金属部を曲げ加工する曲げ工程を行う、請求項１に記載の接続部材の製造方法。
  4. 　金属材料からなる第１金属部と、前記第１金属部を構成する金属材料とは異なる金属材料からなり、前記第１金属部に重ねて接合された第２金属部とを有し、電極端子を有する複数の蓄電素子を備える蓄電装置における一の前記蓄電素子の前記電極端子と他の前記蓄電素子の前記電極端子とを接続する接続部材であって、
    　前記第１金属部は、
    　前記第２金属部と、溶接または摩擦撹拌接合により接合された第１部材接合部と、
    　前記第１部材接合部以外の部分である、前記一の前記蓄電素子の前記電極端子と接合される第１端子接合部とを有し、
    　前記第２金属部は、
    　前記第１部材接合部と接合された第２部材接合部と、
    　前記他の前記蓄電素子の前記電極端子と接合される第２端子接合部と、
    　前記第２部材接合部と前記第２端子接合部との間に形成された段差部に配置され、前記第２部材接合部と第２端子接合部とを繋ぐ段差壁部と、を有する、接続部材。
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