(57)【要約】【課題】連結した端子間の距離の変動に追従して変形可能なバスバーを提供する。【解決手段】バスバーは、複数の端子を連結するものであって、複数の導電板２５が積層されており、複数の端子に接続される複数の接続部２３の間に、積層方向に湾曲した湾曲部２４を備える。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の端子を連結するバスバーであって、
複数の導電板が積層されており、前記複数の端子に接続される複数の接続部の間に、前記導電板の積層方向に湾曲した湾曲部を備える、バスバー。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、互いに離間して配置された端子同士を連結するバスバーに関する。
【背景技術】
【０００２】
組電池は、複数の単電池を並べて配置することにより形成されており、互いに隣り合う単電池の電極端子同士は、バスバーによって連結されている。大電流による充放電に伴って単電池が膨張又は収縮した場合には、電極端子間の距離が変動する。
【０００３】
このような電極端子間の距離の変動に追従して変形可能なバスバーが、特開２０１８−０６０７４０号公報（特許文献１）に開示されている。
【０００４】
特許文献１に開示のバスバーは、電極端子に固定される一対の固定部と、一対の固定部を連結する接続部とを含んでいる。接続部の少なくとも一部を曲げ加工して一対の固定部に対して略９０°回転させることにより、電極端子間の距離の変動に追従できる１つ以上の変位吸収片部が形成されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１８−０６０７４０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
近年においては、更なる大電流化が要求されている。バスバーの板厚が小さい場合には、大電流を流すことが困難となる。特許文献１においては、バスバーは、単一の導電板を曲げ加工しているために、板厚を大きくした場合には、接続部の曲げ加工が困難となる。バスバーの長さ方向に平行な複数のスリットを幅方向に個並ぶように接続部に設けることにより、幅方向に複数に分割された接続部の分割領域のそれぞれを曲げ加工し、バスバーの幅方向に並ぶように複数の変位吸収片部を形成する場合には、その加工がさらに困難となる。このように曲げ加工が困難となった場合には、電極端子間の距離の変動に追従してバスバーが変形することが困難となる。
【０００７】
本開示は、上記のような問題に鑑みてなされたものであり、本開示の目的は、連結した端子間の距離の変動に追従して変形可能なバスバーを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本開示に基づくバスバーは、複数の端子を連結するものであって、複数の導電板が積層されており、上記複数の端子に接続される複数の接続部の間に、上記導電板の積層方向に湾曲した湾曲部が設けられている。
【０００９】
上記のように構成することにより、バスバーを用いて複数の端子を連結した場合には、複数の端子に接続される複数の接続部の間に湾曲部が配置されることとなる。また、バスバーは、複数の導電板が積層されることにより構成されている。このため、バスバーが単一の導電板で構成される場合と比較して、一枚あたりの導電板の板厚が薄くなることにより、各導電板表面に作用する引張応力または圧縮応力を低減させることができる。
【００１０】
これにより、端子が設けられた構造物が熱等によって膨張収縮することにより、バスバーによって連結された端子間の距離が変動した場合であっても、上記湾曲部を弾性領域内で変形させることが可能となり、端子間の距離の変動に追従するようにバスバーを変形させることができる。
【発明の効果】
【００１１】
本開示によれば、連結した端子間の距離の変動に追従して変形可能なバスバーを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】実施の形態に係るバッテリモジュールを示す平面図である。
【図２】実施の形態に係るバスバーを示す斜視図である。
【図３】図２に示すＩＩＩ線に囲まれる領域を拡大して示す図である。
【図４】実施の形態に係るバスバーを製造する第１製造方法における第１工程を示す図である。
【図５】実施の形態に係るバスバーを製造する第１製造方法における第２工程を示す図である。
【図６】実施の形態に係るバスバーを製造する第１製造方法における第３工程を示す図である。
【図７】実施の形態に係るバスバーを製造する第２製造方法における第１工程を示す図である。
【図８】実施の形態に係るバスバーを製造する第２製造方法における第２工程を示す図である。
【図９】実施の形態に係るバスバーを製造する第２製造方法における第３工程を示す図である。
【図１０】実施の形態の効果を検証するために行なった第１検証実験に用いたバスバーを示す図である。
【図１１】実施の形態の効果を検証するために行なった第１検証実験の結果を示す図である。
【図１２】実施の形態の効果を検証するために行なった第２検証実験の結果を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本開示の実施の形態について、図を参照して詳細に説明する。なお、以下に示す実施の形態においては、バスバーが、互いに隣り合うように配置された蓄電セルに設けられた電極端子同士を連結する場合を例示して説明する。また、以下に示す実施の形態においては、同一のまたは共通する部分について図中同一の符号を付し、その説明は繰り返さない。
【００１４】
（組電池）
図１は、実施の形態に係る組電池を示す平面図である。図１を参照して、実施の形態１に係る組電池１について説明する。
【００１５】
組電池１は、車両に搭載される。組電池１は、ハイブリッド車両のみならず、電気自動車や燃料電池車両にも適用することができる。また、組電池１は、ハイブリッド車両において、シリーズ方式、パラレル方式およびシリーズ・パラレル方式のいずれにも適用することができる。さらに、組電池１が適用されるハイブリッド車両は、回転電機が２つ設けられたハイブリッド車両に限られず、回転電機が１つ設けられた、所謂、ワンモータハイブリッドにも適用することができる。
【００１６】
図１に示すように、蓄電モジュールとしての組電池１は、複数の充放電可能な単電池１０が直列に接続されて構成されている。組電池１では、同形状の複数の単電池１０が直列に接続されて、組電池１を構成している。なお、組電池１を構成する単電池１０の数は特に限定されない。
【００１７】
各々の単電池１０は、互いに距離を隔てて配列されている。各々の単電池１０の最も面積の大きい側面同士が互いに対向するように、複数の単電池１０が配列されている。隣り合う２つの単電池１０間の隙間には、図示しない冷却板または緩衝板などが配置されている。
【００１８】
単電池１０は、正極用の端子（電極端子）３と負極用の端子（電極端子）４とを有する。複数の単電池１０は、各々の端子３と端子４とが交互に配置されるように、一つずつ反転させて配置されている。隣り合う２つの単電池１０のうちの一方の端子３と、他方の端子４とが近接するように、複数の単電池１０が配置されている。
【００１９】
単電池１０は、たとえば、ニッケル水素電池、またはリチウムイオン電池等の二次電池である。単電池は、たとえば角型形状を有する。なお、単電池は、角型形状に限定されず、円筒型形状であってもよい。二次電池は、液状の電解質を用いるものであってもよいし、固体状の電解質を用いるものであってもよい。
【００２０】
組電池１は、隣り合う単電池１０を互いに接続するバスバー２を備えている。バスバー２は、隣り合う２つの単電池１０のうちの一方の端子３と、他方の端子４とを連結し、上記一方の端子３と他方の端子４とを電気的に接続している。これにより複数の単電池１０が直列に接続されて、所望の電圧を有する組電池１が構築されている。
【００２１】
（バスバーの構成）
図２は、実施の形態に係るバスバーを示す斜視図である。図３は、図２に示すＩＩＩ線に囲まれる領域を拡大して示す図である。図２および図３を参照して、実施の形態に係るバスバー２について説明する。
【００２２】
図２および図３に示すように、バスバー２は、複数の導電板２５が積層されており、複数の端子に接続される複数の接続部２３の間に積層方向に湾曲した湾曲部２４を備える。
【００２３】
具体的には、バスバー２は、複数の導電板２５が積層された積層体２２と、一対の接合部２１とを含む。一対の接合部２１は、後述する一対の接続部２３に設けられている。一対の接合部２１は、バスバー２の幅方向（図２中ＤＲ１方向）に沿って延在する。一対の接合部２１は、バスバー２の長さ方向（図２中ＤＲ２方向）における両端側において、複数の導電板２５を接合する。一対の接合部２１は、たとえばレーザ溶接等によって形成される。
【００２４】
積層体２２は、一対の接続部２３および湾曲部２４を有する。一対の接続部２３は、長さ方向における積層体２２の両端部に設けられている。一対の接続部２３は、略平坦となるように設けられている。
【００２５】
湾曲部２４は、一対の接続部２３の間に設けられている。湾曲部２４は、一対の接続部２３を橋渡しするように設けられている。湾曲部２４は、複数の導電板２５の積層方向（図２中ＤＲ３方向）に湾曲する。
【００２６】
積層体２２の板厚は、バスバーを単一の導電板で形成する場合に所望の値の大電流が流れるために必要な最低厚さ以上となっている。複数の導電板２５の各厚さは、略同一の厚さであり、上記最低厚さの半分以下となっている。複数の導電板２５の各厚さは、たとえば、以下の式（１）によって決定することができる。
【００２７】
（バスバーの疲労限／最大応力）×（膨張収縮量／予圧縮量）×最低厚さ≧各導電板２５の板厚・・・（式１）
なお、上記最大応力は、上記最低厚さを有する単一の導電板でバスバーを形成した場合に、単電池１０の膨張収縮に応じて必要な積層体２２の膨張収縮量（変形量）に基づき上記単一の導電板に印加される最大の応力である。膨張収縮量とは、上記のように、単電池１０の膨張収縮に応じて必要となる積層体２２の膨張収縮量（変形量）である。予圧縮量とは、バスバーを取り付ける際に積層体２２に予め負荷する圧縮量である。
【００２８】
積層体２２の一端側から他端側にかけての積層体２２の表面に沿った長さは、通常時の端子間の距離に、膨張時における端子間距離の変動量を加算した長さよりも長くなっている。湾曲部２４の表面に沿った長さは、膨張時または伸縮時における端子間距離の変動を許容できるような長さとなっている。
【００２９】
導電板２５は、たとえば、アルミニウム等の導電性を有する金属板で構成され、その厚さを０．１ｍｍとすることができる。また、この場合において、複数の導電板２５の枚数は、３０枚程度とすることができる。この場合において、湾曲部が一対の接続部２３から膨出する膨出量（湾曲高さ）は、たとえば２．９ｍｍとすることができ、また、バスバーの長さを２３ｍｍとすることができる。
【００３０】
なお、バスバー２を端子間に取り付ける際には、積層体２２を上記長さ方向に予め圧縮した状態で取り付けることが好ましい。たとえば、積層体２２を５０％圧縮することにより、単電池１０の圧縮膨張に起因して積層体２２に作用する応力を最大５０％低減させることができる。
【００３１】
上述のように構成された実施の形態に係るバスバー２を用いて複数の端子３，４を連結した場合には、複数の端子３，４に接続される複数の接続部２３の間に湾曲部２４が配置されることとなる。また、バスバー２は、複数の導電板２５が積層されることにより構成されている。このため、バスバー２が単一の導電板で構成される場合と比較して、一枚あたりの導電板２５の板厚が薄くなることにより、各導電板表面に作用する引張応力または圧縮応力を低減させることができる。
【００３２】
これにより、端子が設けられた単電池１０が熱等によって膨張収縮することにより、バスバー２によって連結された端子間の距離が変動した場合であっても、上記湾曲部２４を弾性領域内で変形させることが可能となり、端子間の距離の変動に追従するようにバスバー２を変形させることができる。
【００３３】
（第１製造方法）
図４から図６は、実施の形態に係るバスバーを製造する第１製造方法における第１工程から第３工程を示す図である。図４から図６を参照して、実施の形態に係るバスバー２の第１製造方法について説明する。
【００３４】
図４に示すように、バスバー２の第１製造方法の第１工程においては、複数の導電板３０を積層する。導電板３０は、上記導電板と同様の材料で構成されている。導電板３０の板厚は、上記式（１）によって決定された値である。
【００３５】
続いて、図５に示すように、第２工程において、上型４１および下型４２を準備する。上型４１は、上方に向けて凹むように湾曲する型面４１ａを有する。下型４２は、上方に向けて凸となるように湾曲する型面４２ａを有する。
【００３６】
次に、上型４１および下型４２を用いて積層された複数の導電板３０（積層体３５）をプレスする。具体的には、上記型面４１ａおよび型面４２ａによって複数の導電板３０を挟み込む。これにより、湾曲部２４が形成される。湾曲部２４の両外側は平坦となっている。
【００３７】
なお、複数の導電板３０をプレスする状態においては、複数の導電板３０が接合されていない状態である。このため、プレス時には、隣接する導電板３０同士が相対的に滑ることが可能となり、面内方向における引張応力および圧縮応力を低減させることができる。
【００３８】
続いて、複数の導電板３０を接合する。複数の導電板３０は、上型４１と下型４２とに挟まれた状態で接合されてもよい。複数の導電板３０を接合する際には、湾曲部２４の両外側において導電板３０の幅方向に沿ってレーザを複数の導電板３０に照射する。これにより、一対の接合部２１が形成される。
【００３９】
次に、図６に示すように、第３工程において、一対の接合部２１が形成された複数の導電板３０を切断する。具体的には、一対の接合部２１の外側において、上記幅方向に延在する分断ラインＳＬに沿って複数の導電板３０を切断する。これにより、導電板３０の長さが所定の長さに変更され、複数の導電板２５が積層された積層体２２を含むバスバー２が形成される。以上のような工程を経て、実施の形態に係るバスバー２を製造することができる。
【００４０】
（第２製造方法）
図７から図１０は、実施の形態に係るバスバーを製造する第２製造方法における第１工程から第３工程を示す図である。図７から図１０を参照して、実施の形態に係るバスバー２の第２製造方法について説明する。
【００４１】
バスバー２の第２製造方法においては、まず、図７に示すように、第１工程において、シート状の導電板３０が巻回された巻回体３６を形成する。具体的には、シート状の導電板３０を巻芯３１に巻き付ける。
【００４２】
次に、図８に示すように、第２工程において、巻回された導電板３０を巻回体の径方向に向けて接合する。接合箇所は、複数形成する。バスバーの長さに応じて周方向に所定のピッチで並ぶ一対の接合部２１を、周方向に所定の間隔で複数組形成する。接合部２１は、レーザ等を照射することにより形成される。なお、一対の接合部２１の間に位置する部分は、径方向に湾曲した湾曲形状を有する。
【００４３】
続いて、複数組の一対の接合部２１が形成された巻回体を切断する。具体的には、バスバーの長さに応じて所定のピッチで並ぶ一対の接合部２１と、当該一対の接合部２１に隣り合う他の一対の接合部２１との間の隙間を分断ラインＳＬに沿って切断する。これにより、巻回体３６の径方向が積層方向となるように複数の導電板２５が積層された積層体２２を含むバスバー２が形成される。以上のような工程を経て、実施の形態に係るバスバー２を製造してもよい。
【００４４】
第２製造方法を用いる場合には、第１製造方法と比較して、第１工程において、巻芯に導電板３０を巻き付けることができるため、一枚一枚導電板３０を積層する場合と比較して製造時間を短縮することをできる。加えて、巻芯に巻き付けることにより、積層方向に湾曲する湾曲部を形成することができるため、製造時間をさらに短縮することができる。
【００４５】
［検証実験］
図１０は、実施の形態の効果を検証するために行なった第１検証実験に用いたバスバーを示す図である。図１１は、実施の形態の効果を検証するために行なった第１検証実験の結果を示す図である。図１０および図１１を参照して、実施の形態の効果を検証するために行なった第１検証実験について説明する。
【００４６】
第１検証実験においては、実施の形態に係るバスバーを用いて、バスバーの伸びとバスバーに印加される伸び方向の応力との関係をＣＡＥ解析によって評価した。なお、バスバーの伸び方向とは、２つの端子が並ぶ方向と平行な方向である。
【００４７】
図１０に示すように、バスバーとしては、０．１ｍｍの厚さを有する導電板２５を３０枚積層させたものを用いた。導電板２５には、アルミニウム（Ａ１０５０）を用いた。また、湾曲部２４の中央部における湾曲高さは、２．９ｍｍとし、バスバーの長さは、２３ｍｍとした。
【００４８】
上記伸び方向にバスバーを伸縮させた場合に、長さ方向における湾曲部２４の中央部において、板厚方向における上面、中央、下面のそれぞれに作用する伸び方向の応力（σｙ上面、σｙ中央、σｙ下面）を応力解析した。
【００４９】
図１１に示すように、板厚方向の上面における応力（σｙ上面）、板厚方向の中央における応力（σｙ中央）、および板厚方向の下面における応力（σｙ上面）のいずれもバスバーの伸びに比例した。
【００５０】
板厚方向の上面における応力（σｙ上面）は、バスバーの伸びが−０．１０ｍｍの場合（バスバーの縮小量が０．１０ｍｍの場合）に略２２ＭＰａとなり、バスバーの伸びが０．１０ｍｍの場合に、略−２２ＭＰａとなった。
【００５１】
板厚方向の下面における応力（σｙ下面）は、バスバーの伸びが−０．１０ｍｍの場合（バスバーの縮小量が０．１０ｍｍの場合）に略−２２ＭＰａとなり、バスバーの伸びが０．１０ｍｍの場合に、略２２ＭＰａとなった。
【００５２】
板厚方向の上面における応力（σｙ上面）とバスバーの伸びとの関係を示す比例関係の傾きと、板厚方向の下面における応力（σｙ下面）とバスバーの伸びとの関係を示す比例関係の傾きとは正負が逆となった。板厚方向の中央における応力（σｙ中央）は、ほぼ０ＭＰａであった。
【００５３】
上記応力解析結果から、急速充電等に伴う繰り返しの単電池１０の膨張収縮において、繰り返しバスバーが伸縮した場合でも疲労破壊に至らない疲労限は３５ＭＰａとした。疲労限より小さい応力では、湾曲部２４は、弾性域内で変形可能となり、バスバーの膨張収縮量（許容変形量）は、０．３０ｍｍ未満となった。これにより、０．３０ｍｍ未満の端子間の変動に上記バスバーが追従して変形できることが確認できた。
【００５４】
図１２は、実施の形態の効果を検証するために行なった第２検証実験の結果を示す図である。図１２を参照して、第２検証実験について説明する。
【００５５】
第２検証実験においては、導電板２５の１枚あたりの板厚と、バスバーの膨張収縮量（許容変形量）との関係について評価した。具体的には、０．１０ｍｍの板厚を有する導電板２５および０．０３ｍｍの板厚を有する導電板２５を用いて、厚みが略３ｍｍとなるように導電板２５をそれぞれ積層させたバスバーを準備した。
【００５６】
これら準備したバスバーに予め負荷する圧縮量を５０％とした状態でバスバーを端子間に取り付け、端子間の距離を変動させ、バスバーの弾性域を評価した。
【００５７】
図１２に示すように、１枚あたりの板厚を０．１０ｍｍとした場合には、バスバーの膨張収縮量（許容変形量）は、０．３ｍｍ未満となり、１枚あたりの板厚を０．０３ｍｍとした場合には、バスバーの膨張収縮量（許容変形量）は、０．９ｍｍ未満となった。これにより、１枚あたりの板厚を薄くすることにより、バスバーの許容変形量を増加できることが確認できた。
【００５８】
上述した実施の形態においては、蓄電モジュールが組電池１である場合を例示して説明したが、組電池以外にも一方向に配列する複数の単位キャパシタ（単位蓄電部）を含むキャパシタモジュール（蓄電モジュール）を備えたキャパシタであってもよい。
【００５９】
上述した実施の形態においては、端子が設けられた構造物が単電池である場合を例示して説明したが、これに限定されない。互いに隣り合う構造物に設けられた端子間の距離が、当該構造物の膨張収縮等によって変動するものである限り、構造物は、適宜選択することができる。
【００６０】
以上、今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではない。本発明の範囲は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すべての変更が含まれる。
【符号の説明】
【００６１】
１  組電池、２  バスバー、３，４  端子、１０  単電池、２１  接合部、２２  積層体、２３  接続部、２４  湾曲部、２５  導電板、３０  導電板、３５  積層体、３６  巻回体、４１  上型、４１ａ，４２ａ  型面、４２  下型。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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