JP2016219270A

JP2016219270A - バスバー及びバッテリーモジュール

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Publication number: JP2016219270A
Application number: JP2015103590A
Authority: JP
Inventors: 小川　隆也; Takanari Ogawa; 隆也小川; 理乙岩田; Rio Iwata
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2015-05-21
Filing date: 2015-05-21
Publication date: 2016-12-22
Anticipated expiration: 2035-05-21
Also published as: CN106169554B; EP3096377B1; US20160344011A1; JP6058738B2; US9979003B2; EP3096377A1; CN106169554A

Abstract

【課題】電気抵抗を低く保ち（低抵抗）、且つ、十分なフレキシビリティーを備えるバスバー及びバッテリーモジュールを提供すること
【解決手段】一実施形態に係るバスバーは、正極部と負極部の端子を備える電池セルを複数連結して形成されるバッテリーモジュールのそれぞれの端子を電気的に接続する。このバスバーは、電池セルの端子と当接する導電性の略円錐形状の弾性体からなる第１端子接続部と、電池セルとは別の電池セルの端子と当接する導電性の略円錐形状の弾性体からなる第２端子接続部と、第１及び第２端子接続部を端子の間の距離に合わせて離間して形成した導電性の板状部材とを備える。
【選択図】図２

Description

本発明の実施形態は、電池の端子間を電気的に接続するバスバー及びバッテリーモジュールに関する。

バスバーは、例えば、二次電池のバッテリーモジュールの電極の端子間を電気的に接続する。
大きな電流が流れる電極の端子間を接続するバスバーは、電気抵抗を低くするために所定の厚みが必要である。一方、バスバーは、外部からの衝撃や熱、電池の膨らみによる歪みに対応するため、接続される端子との位置精度を保持するためのフレキシビリティーも必要である。

一般的に用いられているバスバーは、電気抵抗を低く保ち、且つ、ある程度のフレキシビリティーを備えるために、電気抵抗を抑えることが可能な板厚を備える板材に２つの端子接続部を設け、この２つの端子接続部の間にアーチ状のばね状部分を設けている。

特開２００９−８７７６１号公報

上述のバスバーは、２つの端子接続管を結ぶ方向の１方向の衝撃に対しては、アーチ状のばね状部分の変形により衝撃を吸収できるフレキシビリティーを備えている。しかしながら、その他の方向からの衝撃に対するフレキシビリティーが低い。また、板厚を薄く形成することにより、フレキシビリティーを向上させることができるが、反対に電気抵抗を低く保つことが困難となる。

そこで、本実施形態が解決しようとする課題は、電気抵抗を低く保ち（低抵抗）、且つ、十分なフレキシビリティーを備えるバスバー及びバッテリーモジュールを提供することである。

一実施形態に係るバスバーは、正極部と負極部の端子を備える電池セルを複数連結して形成されるバッテリーモジュールのそれぞれの端子を電気的に接続する。このバスバーは、電池セルの端子と当接する導電性の略円錐形状の弾性体からなる第１端子接続部と、電池セルとは別の電池セルの端子と当接する導電性の略円錐形状の弾性体からなる第２端子接続部と、第１及び第２端子接続部を端子の間の距離に合わせて離間して形成した導電性の板状部材とを備える。

図１は、本実施形態に係るバッテリーモジュールの分解斜視図である。図２は、図１のバッテリーモジュールに用いられるバスバーを示す斜視図である。図３は、図２のバスバーをＦ３‐Ｆ３で切断した状態を示す断面図である。図４は、図２のバスバーを端子に取り付けている様子を示す説明図である。図５は、バスバーの第２の実施形態を示す断面図である。図６は、バスバーの第３の実施形態を示す平面図である。

（第１の実施形態）
以下、第１の実施形態に係るバスバー１０について、図面を用いて説明する。

まず初めに、バスバー１０が取り付けられるバッテリーモジュール１について図１を用いて説明する。
バッテリーモジュール１は、複数のセル３０と、隣り合うセル３０の間に配置されるセパレータ５０と、複数のセル３０を電気的に接続するバスバー１０と、複数のセル３０を一つのユニットとして囲み固定する筐体７０とを有している。

セル３０は、矩形箱状のケース体３１を有する。ケース体３１は、対向して配置される略方形の第１面３５と、第２面３７を備える。また、ケース体３１は、第１面３５と第２面３７の間に４つの側面３２を備える。

側面３２の一つの面である端子面３９には、２つの電極の端子３３が設けられている。端子３３は、一方を正極とし、他方を負極とする。ケース体３１の内部には、電池材料が充填され、電池として機能する。例えば、セル３０は、二次電池である。

本実施形態においては、複数のセル３０の正極側と負極側の各端子３３が交互に隣り合うように、１８０度反転して重ねて配置されている。言いかえれば、隣接するセル３０のそれぞれの第１面３５又は第２面３７がそれぞれ対向するように配置される。

セパレータ５０は、隣り合う２つのセル３０の間に配置される絶縁性の矩形枠状のフレームである。
セパレータ５０は、図１に示すように、セル３０の第１面３５よりも僅かに大きな方形の内周を両面に備える枠体である。セパレータ５０は、その両側に隣り合うセル３０を嵌め込み固定する。セパレータ５０の材料としては、例えば、絶縁性を有する樹脂材料を用いて形成する。

筐体７０は、複数のセル３０及び複数のセパレータ５０を囲むように配置される枠体である。具体的には、本実施形態において、筐体７０は、上面フレーム７１と、下面フレーム７５と、端子面フレーム８０と、端面カバー９０とを有する。筐体７０内は、１１個のセル３０とその間に嵌め込まれた１０個のセパレータ５０の並設体を囲みセル３０を固定するものである。本実施形態においては、筐体７０は、金属性の材料を用いて作製した。なお、必要な強度を有していれば、筐体７０の材料は金属に限られず、樹脂等も用いることができる。

上面フレーム７１は、複数並設されたセル３０の上面４１よりも僅かに大きな外周を有する方形の枠体である。また、上面フレーム７１は、その側面７２に並んで設けられる複数の孔７３を備える。孔７３は、セパレータ５０の角部５１に設けられた突起５２と嵌合し、上面フレーム７１を上面４１に固定する。

同様に、下面フレーム７５は、複数並設されたセル３０の下面（図示せず）よりも僅かに大きな外周を有する方形の枠体を有する。また、下面フレーム７５は、その側面７４に並んで設けられる複数の孔７７を備える。孔７７は、セパレータ５０の角部５１に設けられた突起５２と嵌合し固定される。
すなわち、複数並設されたセル３０は、上面フレーム７１と下面フレーム７５を用いて上下から挟み固定される。

また、端子面フレーム８０は、セル３０の端子面３９と対向して配置される枠体である。端子面フレーム８０は、方形の複数の孔を形成する孔部８１を備えている。各孔部８１には、バスバー１０がそれぞれ固定される。

バスバー１０は、図１に示すように、隣接するセル３０の隣り合う端子３３（例えば、正極と負極）を電気的に接続する板状の部材である。すなわち、バスバー１０は、各セル３０同士を接続するための電気回路の一部として機能する。なお、バスバー１０は、端子面フレーム８０の孔部８１に配置され、端子３３と固定されるとともに、端子面フレーム８０と、ネジ８３を用いて螺合される。

バスバー１０は、具体的には、図２及び図３に示すような構造を有している。図２は、第１の実施形態に係るバスバー１０の斜視図であり、図３は、図２のバスバー１０をＦ３−Ｆ３において切断した断面斜視図である。

バスバー１０は、図２に示すように、方形の板状部材１００を例えば、プレス加工により加工して形成される。すなわち、バスバー１０は、板状部材１００の表面１１０の一部に一段低く加工された方形の領域１３０が設けられている。そして、この方形の領域１３０の一部に略円錐形状の弾性体１５０からなる第１端子接続部及び第２端子接続部（以下、単に弾性体１５０と記載する）を有する。

なお、本実施形態においては、板状部材１００および弾性体１５０は、導電性の材料により一体に形成されている。また、本実施形態においては、バスバー１０は、プレス加工により一体成型されるものとして記載しているが、バスバー１０の形成方法はこれに限定されない。例えば、板状部材１００と弾性体１５０とは、別体に形成され溶接により接合することも可能である。

また、本実施形態において、２つの弾性体１５０は、領域１３０の長手方向に沿って配置されているが、板状部材１００における２つの弾性体１５０の配置については、この配置に限定されない。すなわち、２つの弾性体１５０の配置は、バスバー１０が取り付けられる２つのセル３０の端子３３の間の距離および端子３３が設けられている位置に対応して形成される。

弾性体１５０は、図２及び図３に示すように、凸部１７０と、凹部１９０とを有する。
凸部１７０は、領域１３０に設けられる円環状の突起部分である。凹部１９０は、凸部１７０の内周側に設けられる窪み部分である。

凹部１９０は、底部１９１及び周壁１９３を有する略円錐形状の窪み部分である。具体的には、周壁１９３は、径が異なる３つの段部（第１段部１９４、第２段部１９５、底部１９１）を有する。そして、凸部１７０と第１段部１９４との間に第１周壁１９６が形成されている。第1段部１９４と第２段部１９５の間に第２周壁１９７が形成されている。さらに、第２段部１９５と底部１９１との間に第３周壁１９８を備えている。底部１９１は、略中央部に孔部１９２（図３）を備えている。

また、図３に示すように、凹部１９０の板厚は、その周囲の凸部１７０及び、領域１３０よりも薄く形成されている。なお、凹部１９０の板厚は特に限定されていない。ここで、凹部１９０の板厚を薄くするにしたがって、フレキシビリティーが増加するが、電気抵抗が増加する。一方、板厚を厚くすると、フレキシビリティーは低下するが、電気抵抗は低下する。すなわち、バスバー１０に流れる電流の量や、加工性を考慮して適宜設計することができる。

第１段部１９４は、円環状の凸部１７０の内周と同径の外周を備え、凸部１７０と同軸上に形成される円環状の部分である。凸部１７０と第１段部１９４とは、第１周壁１９６により連結される。

第２段部１９５は、円環状の第１段部１９４の内周と同径の外周を備え、第１段部１９４と同軸上に形成される円環状の部分である。第１段部１９４と第２段部１９５とは、第２周壁１９７により連結される。

底部１９１は、円環状の第２段部１９５の内周と同径の外周を備え、第２段部１９５と同軸上に形成される円環状の部分である。第２段部１９５と底部１９１とは、第３周壁１９８により連結される。そして、底部１９１は、その中央に孔部１９２を備える。

続いて、バスバー１０とセル３０の端子３３との接続構造について図１及び図４を用いて説明する。図４は、図２のバスバー１０を端子３３に取り付けている様子を示す説明図である。

バスバー１０は、図１に示すように、端子面フレーム８０の孔部８１に配置される。端子面フレーム８０に配置されたバスバー１０は、端子面３９に設けられているセル３０の端子３３と当接する。

具体的には、図４に示すように、バスバー１０の弾性体１５０の底部１９１の孔部１９２にセル３０側の端子３３が嵌め込まれる。図４においては示していないが実際には、孔部１９２へ嵌め込まれた端子３３は、底部１９１に当接した状態で半田を用いて固定される。

このような構成を備えるバスバー１０は、端子３３と確実に固定される。そして、バスバー１０は、例えば、バッテリーモジュール１に外部からの衝撃が与えられた場合においても、２つの弾性体１５０がそれぞれ衝撃に対応して弾性変形し衝撃を吸収することが可能である。また、弾性体１５０は、略円錐形状を有しているため、図２に示すように、Ｘ方向またはＺ方向のどちらからの衝撃に対しても衝撃の吸収作用を備えている。さらに、弾性体１５０は、複数の段部を備える凹部１９０を有していることにより、Ｙ方向についても衝撃を吸収することができる。

すなわち、第１段部１９４、第２段部１９５等により形成される凹部１９０の周壁１９３は、外力に応じて撓み衝撃を吸収することができる。なお、本実施形態においては、３つの段部（第１段部１９４、第２段部１９５、底部１９１、第１周壁１９６、第２周壁１９７、第３周壁１９８）により周壁１９３を形成しているが、周壁１９３の段数は特に限定されない。段数は、バスバー１０に用いられる材料や、使用環境、加工コスト等に応じて適宜決定される。

また、本実施形態のバスバー１０は、従来の一般的なバスバーと異なり、端子３３と接続される位置にそれぞれ弾性体１５０が配置されている。このため、バッテリーモジュール１にかかる衝撃を各端子３３に対応する弾性体１５０で別々に吸収することができる。

また、本実施形態の弾性体１５０は、凹部１９０の周囲に環状の凸部１７０を備えている。このため、例えば、１００Ａから数百アンペアの大量の電流が数十秒間に亘り通電される場合においても、板厚が薄く形成されている凹部１９０の高い電気抵抗によって発生した熱は、周辺の熱容量を確保した肉厚に形成された凸部１７０で吸熱することができる。このため、バスバー１０は、弾性体１５０の急激な温度上昇を防ぐことができる。

さらに、本実施形態のバスバー１０は、領域１３０の周辺に段部１２０を備えている。このため、バスバー１０は、大量の電流が供給されたことにより発生した熱を凸部１７０に加えて、さらに、段部１２０でも吸熱することができる。

また、段部１２０は、バスバー１０の剛性を高め、バッテリーモジュール１に与えられた衝撃等によりバスバー１０が変形することを防止する。

また、上述の一般的なバスバーにおいては、組み付け時にアーチ状のばね状部分の応力により、２つの端子と２つの端子接続部との間に隙間が生じる虞がある。そして、この隙間を無くして端子と端子接続部とを溶接する作業は、熟練を必要としていた。

これに対して、本実施形態のバスバー１０は、板状部材１００の内側に２つの弾性体１５０を設けた構造とすることで、端子３３と弾性体１５０との間に上記のような隙間が生じることがない。すなわち、本実施形態のバスバー１０は、組み付け作業が容易である。また、溶接作業においても、凹部１９０の底部１９１で端子３３を溶接する構成としているため、溶接の位置精度を向上することができる。

具体的には、本実施形態におけるバスバー１０は、図４に示すように、各端子３３とそれぞれ対応する弾性体１５０の底部１９１の孔部１９２を嵌め合わせた後に、溶接して固定することができる。また、弾性体１５０は端子３３毎に設けられているため、一方を押さえているときに、他方の弾性体１５０が浮いて隙間が生じるようなことがない。このため、バスバー１０は、溶接作業においても、凹部１９０の底部１９１で端子３３を溶接する構成としているため、溶接の位置ずれが発生しにくい。すなわち、バスバー１０は、高い位置精度で容易に端子３３と溶接をすることができる。

（第２の実施形態）
次に、図５に示す、第２の実施形態のバスバー１０ａについて説明する。なお、第２の実施形態のバスバー１０ａの、第１の実施形態のバスバー１０と同一の部材については、同一の符号を付し、その詳細な説明は省略する。

図５は、第２の実施形態に係るバスバー１０ａの断面図である。
第１の実施形態に係るバスバー１０と本実施形態のバスバー１０ａとの相違点は、弾性体１５０ａの凹部１９０ａがテーパー状の周壁１９３ａにより形成されていることである。

このような構造を有するバスバー１０ａは、端子３３と確実に固定されるとともに、例えば、バッテリーモジュール１に外力が与えられた場合においても、テーパー状に形成された弾性体１５０ａの凹部１９０ａが弾性変形し、衝撃を吸収することが可能である。
すなわち、凹部１９０ａの周壁１９３ａは、外力に応じて撓み衝撃を吸収することができる。

また、本実施形態のバスバー１０ａは、凹部１９０ａの周囲に環状の凸部１７０を備えている。このため、例えば、１００Ａから数百アンペアの大量の電流が数十秒間に亘り通電される場合においても、発生する熱を凸部１７０で吸熱することができる。

また、本実施形態のバスバー１０ａは、図２に示す第１の実施形態のバスバー１０と同様に、領域１３０の周囲に厚みの異なる段部１２０を備えることにより、バスバー１０ａは、発生した熱をこの段部１２０でも吸熱することができる。

また、段部１２０は、バスバー１０ａの剛性を高め、バッテリーモジュール１に与えられた外力によりバスバー１０ａが変形することを防止することができる。
また、本実施形態におけるバスバー１０ａは、各端子３３とそれぞれ対応する弾性体１５０ａの底部１９１の孔部１９２を嵌め合わせた後に、溶接して固定することができる。また、弾性体１５０ａは端子３３毎に設けられているため、一方を押さえているときに、他方の弾性体１５０が浮いて隙間が生じるようなことがない。このため、バスバー１０は、溶接作業においても、凹部１９０の底部１９１で端子３３を溶接する構成としているため、溶接の位置ずれが発生しにくい。すなわち、バスバー１０ａは、高い位置精度で容易に端子３３と溶接をすることができる。

また、本実施形態のバスバー１０ａは、周壁１９３に段部を設けていないため、プレス加工等により簡易に形成することができる。
（第３の実施形態）
続いて、図６に示す、第３の実施形態のバスバー１０ｂについて説明する。なお、第３の実施形態のバスバー１０ｂの、第１の実施形態のバスバー１０と同一の部材については、同一の符号を付し、その詳細な説明は省略する。

第１の実施形態に係るバスバー１０と本実施形態のバスバー１０ｂとの相違点は、段部１２０の替わりに２つの凸条２００が弾性体１５０を介して、弾性体１５０の配置方向に沿って形成していることである。なお、本実施形態においては、凸条としているが、剛性を高めることができればこの形状に限られない。例えば、凸条は、逆に凹条であってもよい。また、直線ではなく曲線や波線に形成することも可能である。
このような、第３の実施形態に示したバスバー１０ｂは、第１の実施形態のバスバー１０と同じ効果を備えている。

また、第３の実施形態のバスバーは、２つの凸条２００を備えることにより、バスバー１０ｂの剛性が高められる。また、この凸条２００は、第１の実施形態の段部１２０と同じように、発生した熱をこの凸条２００で吸熱することができる。

これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。
例えば、バスバー１０の弾性体１５０は、上記構造に限られない。すなわち、凹部１９０は、いわゆる竹の子ばねにより形成することも可能である。竹の子ばねを凹部１９０に用いることにより、凹部１９０の軸方向の衝撃に対する緩衝性能をさらに向上させることができる。なお、竹の子ばねとは、長方形の板を円錐状に巻いたばねのことである。

これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１…バッテリーモジュール、１０…バスバー、１０ａ…バスバー、１０ｂ…バスバー、３０…セル、３１…ケース体、３２…側面、３３…端子、３５…第１面、３７…第２面、３９…端子面、４１…上面、５０…セパレータ、５１…角部、５２…突起、７０…筐体、７１…上面フレーム、７２…側面、７３…孔、７４…側面、７５…下面フレーム、７７…孔、８０…端子面フレーム、８１…孔部、８３…ネジ、９０…端面カバー、１００…板状部材、１１０…表面、１２０…段部、１３０…領域、１５０…弾性体、１５０ａ…弾性体、１７０…凸部、１９０…凹部、１９０ａ…凹部、１９１…底部、１９２…孔部、１９３…周壁、１９３ａ…周壁、１９４…第１段部、１９５…第２段部、１９６…第１周壁、１９７…第２周壁、１９８…第３周壁、２００…凸条

一実施形態に係るバスバーは、正極部と負極部の端子を備える電池セルを複数連結して形成されるバッテリーモジュールのそれぞれの端子を電気的に接続する。このバスバーは、板状に構成された、導電性の板状部材と、前記端子と嵌合する孔部を有するとともに、前記孔部と嵌合した前記端子と溶接される底部、並びに、前記板状部材及び前記底部に一体に設けられ、前記板状部材から前記底部へ漸次縮径する、前記板状部材の厚さよりも薄い周壁を具備し、隣接する前記電池セルの隣り合う端子の間の距離に合わせて離間して前記板状部材の内側に設けられる２つの凹部と、前記板状部材の表面であって、且つ、前記２つの凹部の前記周壁の周囲にそれぞれ設けられ、前記周壁の厚さよりも厚い凸部と、を備える。

これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
以下に、本願出願の当初の特許請求の範囲に記載された発明を付記する。
［１］正極部と負極部の端子を備える電池セルを複数連結して形成されるバッテリーモジュールのそれぞれの前記端子を電気的に接続するバスバーであって、
前記電池セルの前記端子と当接する導電性の略円錐形状の弾性体からなる第１端子接続部と、
前記電池セルとは別の前記電池セルの前記端子と当接する前記導電性の略円錐形状の弾性体からなる第２端子接続部と、
前記第１端子接続部及び前記第２端子接続部を前記端子の間の距離に合わせて離間して配置した導電性の板状部材と、
を備えることを特徴とするバスバー。
［２］前記第１端子接続部及び前記第２端子接続部は、テーパー状に形成された周壁を備える凹部であることを特徴とする請求項１に記載のバスバー。
［３］前記第１端子接続部及び前記第２端子接続部は、同軸に配置され縮径する複数の段部により形成される周壁を備える凹部であることを特徴とする［１］に記載のバスバー。
［４］前記板状部材に設けられる前記第１端子接続部及び前記第２端子接続部の周縁部に沿って、環状の突起が形成されていることを特徴とする［１］に記載のバスバー。
［５］前記板状部材に設けられる前記第１端子接続部及び前記第２端子接続部の並び方向に沿って、少なくとも１つの凸条を有することを特徴とする［１］に記載のバスバー。
［６］正極部と負極部の端子を備える電池セルを複数連結して形成されるバッテリーモジュールであって、
前記電池セルの前記端子と当接する導電性の略円錐形状の弾性体からなる第１端子接続部と、
前記電池セルとは別の前記電池セルの前記端子と当接する前記導電性の略円錐形状の弾性体からなる第２端子接続部と、
前記第１端子接続部及び前記第２端子接続部を前記端子の間の距離に合わせて離間して形成した導電性の板状部材と、
を備えるバッテリーモジュール。

Claims

正極部と負極部の端子を備える電池セルを複数連結して形成されるバッテリーモジュールのそれぞれの前記端子を電気的に接続するバスバーであって、
前記電池セルの前記端子と当接する導電性の略円錐形状の弾性体からなる第１端子接続部と、
前記電池セルとは別の前記電池セルの前記端子と当接する前記導電性の略円錐形状の弾性体からなる第２端子接続部と、
前記第１端子接続部及び前記第２端子接続部を前記端子の間の距離に合わせて離間して配置した導電性の板状部材と、
を備えることを特徴とするバスバー。
前記第１端子接続部及び前記第２端子接続部は、テーパー状に形成された周壁を備える凹部であることを特徴とする請求項１に記載のバスバー。
前記第１端子接続部及び前記第２端子接続部は、同軸に配置され縮径する複数の段部により形成される周壁を備える凹部であることを特徴とする請求項１に記載のバスバー。
前記板状部材に設けられる前記第１端子接続部及び前記第２端子接続部の周縁部に沿って、環状の突起が形成されていることを特徴とする請求項１に記載のバスバー。
前記板状部材に設けられる前記第１端子接続部及び前記第２端子接続部の並び方向に沿って、少なくとも１つの凸条を有することを特徴とする請求項１に記載のバスバー。
正極部と負極部の端子を備える電池セルを複数連結して形成されるバッテリーモジュールであって、
前記電池セルの前記端子と当接する導電性の略円錐形状の弾性体からなる第１端子接続部と、
前記電池セルとは別の前記電池セルの前記端子と当接する前記導電性の略円錐形状の弾性体からなる第２端子接続部と、
前記第１端子接続部及び前記第２端子接続部を前記端子の間の距離に合わせて離間して形成した導電性の板状部材と、
を備えるバッテリーモジュール。