JP2015198070A

JP2015198070A - バスバー付き電池

Info

Publication number: JP2015198070A
Application number: JP2014076969A
Authority: JP
Inventors: 浩之田中; Hiroyuki Tanaka
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2014-04-03
Filing date: 2014-04-03
Publication date: 2015-11-09

Abstract

【課題】電池ケースの通電抵抗よりも小さい通電抵抗を有するバスバーが用いられ、電池ケースとバスバーとの溶接不良が抑制されたバスバー付き電池を提供する。【解決手段】バスバー付き電池１００は、電池ケース１１０に対して、プロジェクション部１２１を有し、電池ケース１１０の通電抵抗よりも小さい通電抵抗を有するバスバー１２０が抵抗溶接されたものである。電池ケース１１０とバスバー１２０のプロジェクション部１２１の先端部１２１Ａとが抵抗溶接されている。バスバー１２０は、抵抗溶接前において、プロジェクション部１２１の先端部１２１Ａの厚さＴ１が非プロジェクション部１２２の厚さＴ２の１／２以下であり、かつ、プロジェクション部１２１の高さＨがプロジェクション部１２１の先端部１２１Ａの厚さＴ１よりも大きいものである。【選択図】図１

Description

本発明は、バスバー付き電池に関する。

リチウムイオン二次電池等の非水電解質二次電池は、ハイブリッド車（ＨＶ）、プラグインハイブリッド車（ＰＨＶ）、あるいは電気自動車（ＥＶ）等の用途に利用されている。
上記自動車用途の場合、バスバーを介して接続された複数の非水電解質二次電池が搭載されることがある。
電池ケースとバスバーとの接続方法としては、バスバーにプロジェクション部を設けてプロジェクション部の先端部と電池ケースとを抵抗溶接するプロジェクション溶接がある。プロジェクション溶接では、電流集中によるスポット溶接が可能である。
一般に、バスバーの材料としては、通電抵抗が低いことから、銅等が好ましく用いられる。

特開2002-095134号公報

電池ケースの材料としては、Ｆｅを主成分とする圧延剛板（ＳＰＣＣ、ＳＰＣＤ、およびＳＰＣＥ等）をＮｉメッキしたもの等が好ましく用いられる。Ｆｅを主成分とする電池ケースの通電抵抗は銅等からなるバスバーの通電抵抗よりも大きいため、バスバーよりも電池ケースの発熱が大きく、温度が上がりやすい。この場合、バスバーよりも先に電池ケースが溶融し、電池ケースに穴が形成される溶接不良が生じる恐れがある。電池ケースに穴が形成されると、電解液が漏出する恐れがある。電池ケースに穴が形成される溶接不良を防ぐには、電池ケースよりも先にバスバーが溶融するか、あるいは、電池ケースとバスバーがいずれも溶融しない固相接合とする必要がある。

図４は、従来のバスバー付き電池の構造を示す模式要部断面図である。
図中、符号２００は電池ケースにバスバーを当接した溶接前のバスバー付き電池であり、符号２１０は電池ケースであり、符号２２０はバスバーである。符号２２１はバスバーに設けられたプロジェクション部であり、符号２２１Ａはプロジェクション部の先端部である。符号２２２はバスバーの非プロジェクション部である。

図４に示すように、従来、バスバー２２０としては、プロジェクション部２２１の厚さと非プロジェクション部２２２の厚さとの間に差がなく（プロジェクション部２２１の先端部２２１Ａの厚さＴ１が非プロジェクション部２２２の厚さＴ２と等しく）、プロジェクション部２２１の先端部２２１Ａの厚さＴ１がプロジェクション部２２１の高さＨよりも大きいものが用いられている。

特許文献１には、バスバー同士を溶接して回路を形成するバスバー回路であって、バスバー同士の少なくとも片方のバスバーを錫メッキしたバスバー回路が開示されている（請求項１）。特許文献１には、錫メッキの溶融による発熱量の増加で、従来溶接が困難であった高導電材同士も強固に溶接できることが記載されている（段落００３６）。
特許文献１に記載の方法では、バスバーへの錫メッキが必要であり、高コストである。また、電池に適用した場合、電池ケースよりも先にバスバーが溶融するとは限らない。

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、電池ケースの通電抵抗よりも小さい通電抵抗を有するバスバーが用いられ、電池ケースとバスバーとの溶接不良が抑制されたバスバー付き電池を提供することを目的とする。

本発明のバスバー付き電池は、
電池ケースに対して、プロジェクション部を有し、前記電池ケースの通電抵抗よりも小さい通電抵抗を有するバスバーが抵抗溶接されたバスバー付き電池であって、
前記バスバーは、前記抵抗溶接前において、前記プロジェクション部の先端部の厚さが前記バスバーの非プロジェクション部の厚さの１／２以下であり、かつ、前記プロジェクション部の高さが前記プロジェクション部の先端部の厚さよりも大きいものであり、
前記電池ケースと前記バスバーの前記プロジェクション部の前記先端部とが抵抗溶接されたものである。

本発明によれば、電池ケースの通電抵抗よりも小さい通電抵抗を有するバスバーが用いられ、電池ケースとバスバーとの溶接不良が抑制されたバスバー付き電池を提供することができる。

本発明に係る一実施形態のバスバー付き電池の構造を示す模式要部断面図である（抵抗溶接前）。実施例の代表例の温度測定結果を示すグラフである。比較例の代表例の温度測定結果を示すグラフである。従来のバスバー付き電池の構造を示す模式要部断面図である（抵抗溶接前）。

「バスバー付き電池」
図面を参照して、本発明に係る一実施形態のバスバー付き電池の構成について、説明する。
図１は、本実施形態のバスバー付き電池の模式要部断面図である。
図中、符号１００は電池ケースにバスバーを当接した溶接前のバスバー付き電池であり、符号１１０は電池ケースであり、符号１２０はバスバーである。符号１２１はバスバーに設けられたプロジェクション部であり、符号１２１Ａはプロジェクション部の先端部である。符号１２２はバスバーの非プロジェクション部である。

本発明が適用される電池としては特に制限なく、公知のものを使用できる。
本発明が適用される電池としては、リチウムイオン二次電池等の非水電解質二次電池等が挙げられる。
非水電解質二次電池は、一対の電極である正極および負極と、これらの間を絶縁するセパレータと、非水電解質と、これらを収容する電池ケースとを備える。ここで、非水電解質としては公知のものが使用でき、液状、ゲル状もしくは固体状の非水電解質が使用できる。
本実施形態のバスバー付き電池は、複数の電池をバスバーを介して接続する場合などに好ましく使用できる。

電池ケース１１０としては公知のものを使用できる。
電池ケース１１０としては、たとえば円筒型の負極缶が用いられる。

プロジェクション部１２１は断面視円弧状の突起である。
図１に示すように、本実施形態において、バスバー１２０として、プロジェクション部１２１の厚さＴ１が非プロジェクション部１２２の厚さＴ２の１／２以下であり、かつ、プロジェクション部１２１の高さＨがプロジェクション部１２１の厚さＴ１よりも大きいものが用いられる。
プロジェクション部１２１の高さＨは、プロジェクション部１２１の厚さＴ１よりも０．０５ｍｍ以上高いことが好ましい。
プロジェクション部１２１の先端部１２１Ａの厚さＴ１は０．２ｍｍ以下が好ましい。
非プロジェクション部１２２の厚さＴ２は特に制限なく、たとえば０．４ｍｍ程度が好ましい。
プロジェクション部１２１の高さＨは０．２０ｍｍ以上が好ましく、０．２５ｍｍ以上がより好ましい。
電池ケース１１０の厚さＴ３は特に制限なく、たとえば０．３ｍｍ程度が好ましい。

電池ケース１１０の材料としては、Ｆｅを主成分とする圧延剛板（ＳＰＣＣ、ＳＰＣＤ、およびＳＰＣＥ等）をＮｉメッキしたもの等が好ましく用いられる。
バスバー１２０の材料としては、通電抵抗が低いことから、銅あるいは銅合金等が好ましく用いられる。
バスバー１２０の材料としては、純銅よりも抵抗発熱の大きいＮＢ１０９等の銅合金が好ましい。

「発明が解決しようとする課題」の項で述べたように、Ｆｅを主成分とする電池ケースの通電抵抗は銅等からなるバスバーの通電抵抗よりも大きいため、特段の工夫をしなければ、材料特性から、バスバーよりも電池ケースの発熱が大きく、温度が上がりやすい。そのため、従来のバスバー付き電池では、バスバーよりも先に電池ケースが溶融し、電池ケースに穴が形成される溶接不良が生じる恐れがある。

本実施形態では、プロジェクション部１２１の先端部１２１Ａを薄くし、プロジェクション部１２１を高くすることで、プロジェクション部１２１の抵抗が増加し、プロジェクション部１２１の熱容量が低減する。その結果、バスバー１２０の通電抵抗が電池ケース１１０の通電抵抗より小さい場合においても、プロジェクション部１２１が発熱しやすくなり、電池ケース１１０よりも先にバスバー１２０を溶融させることが可能となる。本実施形態では、電池ケース１１０の溶融前に電池ケース１１０とバスバー１２０とを溶接することができるので、電池ケース１１０とバスバー１２０とを確実に溶接しつつ、電池ケース１１０に穴が形成される溶接不良を防ぐことができる。

以上説明したように、本実施形態によれば、電池ケース１１０の通電抵抗よりも小さい通電抵抗を有するバスバー１２０が用いられ、電池ケース１１０とバスバー１２０との溶接不良が抑制されたバスバー付き電池１００を提供することができる。

図１または図４に示したように、電池ケースに対して、断面視円弧状のプロジェクション部を有するバスバーを抵抗溶接した。
電池ケースとして、Ｆｅを主成分とする圧延剛板（ＳＰＣＥ）をＮｉメッキした材料からなる円筒型の負極缶を用いた。電池ケースの厚さＴ３は０．３ｍｍであった。
バスバーの材料としては、銅合金（ＮＢ１０９）を用いた。
用いるバスバーの寸法設計を変えて、抵抗溶接を実施した。
バスバーの非プロジェクション部の厚さＴ２は０．４ｍｍに固定し、バスバーのプロジェクション部の先端部の厚さＴ１とプロジェクション部の高さＨを変化させた。
電池ケースの融点は１５３０℃であり、バスバーの融点は１０８０℃であった。
用いるバスバーの寸法設計を変更する以外は同一条件で抵抗溶接を実施した。
バスバーの寸法設計を表１に示す。

電流−熱連成ＣＡＥ解析により電池ケースの接合部とバスバーの接合部およびこれら近傍の温度分布を経時的に測定し、電池ケースの接合部の最高温度およびバスバーの接合部の最高温度の経時変化をグラフ化した。

実施例の代表例として、プロジェクション部の先端部の厚さＴ１が０．１ｍｍであり、非プロジェクション部の厚さＴ２が０．４ｍｍであり、プロジェクション部の高さＨが０．４ｍｍである例の温度測定結果を図２に示す。
比較例の代表例として、プロジェクション部の先端部の厚さＴ１が０．４ｍｍであり、非プロジェクション部の厚さＴ２が０．４ｍｍであり、プロジェクション部の高さＨが０．２ｍｍである例の温度測定結果を図３に示す。
図２に示す実施例では、バスバーの接合部が電池ケースの接合部よりも先に融点に到達した。図３に示す比較例では、電池ケースの接合部がバスバーの接合部よりも先に融点に到達した。

各例において、以下の基準に基づいて判定を実施した。
○（良）：バスバーの接合部が電池ケースの接合部よりも先に融点に到達した。
×（不良）：電池ケースの接合部がバスバーの接合部よりも先に融点に到達した。
評価結果を表１に合わせて示す。

プロジェクション部の先端部の厚さＴ１がバスバーの非プロジェクション部の厚さＴ２の１／２以下であり、かつ、プロジェクション部の高さＨがプロジェクション部の先端部の厚さＴ１よりも大きいバスバーを用いた例（実施例）では、バスバーの接合部が電池ケースの接合部よりも先に融点に到達し、電池ケースに穴が形成される溶接不良が抑制された。
一方、プロジェクション部の先端部の厚さＴ１がバスバーの非プロジェクション部の厚さＴ２の１／２超である、あるいは、プロジェクション部の高さＨがプロジェクション部の先端部の厚さＴ１よりも小さいバスバーを用いた例（比較例）では、電池ケースの接合部がバスバーの接合部よりも先に融点に到達し、電池ケースに穴が形成される溶接不良が生じる恐れが見られた。

本発明のバスバー付き電池は、ハイブリッド車（ＨＶ）、プラグインハイブリッド車（ＰＨＶ）、あるいは電気自動車（ＥＶ）等に搭載されるリチウムイオン二次電池等に好ましく適用できる。

１００バスバー付き電池
１１０電池ケース
１２０バスバー
１２１プロジェクション部
１２１Ａプロジェクション部の先端部
１２２非プロジェクション部
Ｔ１プロジェクション部の先端部の厚さ
Ｔ２非プロジェクション部の厚さ
Ｈプロジェクション部の高さ

Claims

電池ケースに対して、プロジェクション部を有し、前記電池ケースの通電抵抗よりも小さい通電抵抗を有するバスバーが抵抗溶接されたバスバー付き電池であって、
前記バスバーは、前記抵抗溶接前において、前記プロジェクション部の先端部の厚さが前記バスバーの非プロジェクション部の厚さの１／２以下であり、かつ、前記プロジェクション部の高さが前記プロジェクション部の先端部の厚さよりも大きいものであり、
前記電池ケースと前記バスバーの前記プロジェクション部の前記先端部とが抵抗溶接された、
バスバー付き電池。