(57)【要約】【課題】温度変化による伸縮変化が少なく、且つ電池の内部温度の上昇抑制に寄与する端子接続部材を提供する。【解決手段】単電池１１の電極端子１１１，１１２を電気的に接続する端子接続部材１２は、アルミニウム製の一対の金属部材１４，１５、及びアルミニウムの第１材料とセラミックの第２材料との複合材である本体部１６から形成されている。金属部材１４は、平板形状の本体部１６の一方の片面１６１に接合されており、金属部材１５は、平板形状の本体部１６の他方の片面１６２に接合されている。端子接続部材１２は、本体部１６を金属部材１４，１５で鋳包むダイカストによって形成されている。【選択図】図２
2013175423.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
組電池を構成する単電池の電極端子同士を電気的に接続する端子接続部材において、
前記端子接続部材は、金属の第１材料とセラミックの第２材料との複合材から形成される本体部を備えており、
前記第１材料の熱伝導率は、２００Ｗ／ｍ・Ｋ以上且つ５００Ｗ／ｍ・Ｋ以下であり、
前記第１材料の線膨張係数は、１５×１０−６／℃以上かつ２５×１０−６／℃以下であり、
前記第２材料の熱伝導率は、２０Ｗ／ｍ・Ｋ以上かつ３５０Ｗ／ｍ・Ｋ以下であり、
前記第２材料の線膨張係数は、３×１０−６／℃以上かつ８×１０−６／℃以下である端子接続部材。
【請求項２】
前記第２材料は、炭化珪素である請求項１に記載の端子接続部材。
【請求項３】
前記第１材料は、アルミニウム、又はアルミニウム合金である請求項１及び請求項２のいずれか１項に記載の端子接続部材。
【請求項４】
前記端子接続部材は、金属部材と、前記本体部とを接合して形成されており、前記本体部は、平板形状に形成されており、前記本体部の少なくともいずれか一方の面には前記金属部材が接合されている請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の端子接続部材。
【請求項５】
前記金属部材には放熱フィンが一体形成されており、前記放熱フィンは、前記端子接続部材の長さ方向に延びた形状をしており、かつ前記本体部のいずれか一方の面に直交する方向へ立設されている請求項４に記載の端子接続部材。
【請求項６】
前記端子接続部材は、前記本体部を前記第１材料からなる前記金属部材で鋳包むダイカストによって形成されている請求項４及び請求項５のいずれか１項に記載の端子接続部材。
【請求項７】
前記本体部に含まれる第２材料の前記本体部に対する体積率は、６０％以上かつ９０％未満である請求項４乃至請求項６のいずれか１項に記載の端子接続部材。
【請求項８】
組電池を構成する単電池の電極端子同士を端子接続部材によって電気的に接続した組電池において、
前記端子接続部材は、請求項１乃至請求項７のいずれか１項に記載の端子接続部材である組電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、組電池を構成する二次電池型の単電池の電極端子同士を電気的に接続する端子接続部材及び組電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば特許文献１に開示のように、この種の端子接続部材（バスバー）は、単電池の電極端子と別の単電池の電極端子とにねじ止めされ、これら一対の単電池に端子接続部材が架け渡された状態で固定される。二次電池の充放電の発熱によって二次電池の温度が上がり、二次電池の内部温度が高くなりすぎると、二次電池の寿命が短くなる。
【０００３】
特許文献１に開示の端子接続部材は、放熱性を考慮して熱伝導率が大きい銅又は銅合金やアルミニウム又はアルミニウム合金の金属材料で形成されている。熱伝導率が大きい金属材料を端子接続部材に採用する構成は、二次電池の内部温度の上昇の抑制に有効である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１０−２１２１５５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、熱伝導率が大きい銅又は銅合金やアルミニウム又はアルミニウム合金の金属材料の線膨張係数も大きく、端子接続部材の温度が上下動すると、端子接続部材が伸縮し、電極端子が損傷するおそれがある。
【０００６】
本発明は、温度変化による伸縮変化が少なく、且つ電池の内部温度の上昇抑制に寄与する端子接続部材を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
請求項１乃至請求項７の発明は、組電池を構成する単電池の電極端子同士を電気的に接続する端子接続部材を対象とし、請求項１の発明では、前記端子接続部材は、金属の第１材料とセラミックの第２材料との複合材から形成される本体部を備えており、前記第１材料の熱伝導率は、２００Ｗ／ｍ・Ｋ以上且つ５００Ｗ／ｍ・Ｋ以下であり、前記第１材料の線膨張係数は、１５×１０−６／℃以上かつ２５×１０−６／℃以下であり、前記第２材料の熱伝導率は、２０Ｗ／ｍ・Ｋ以上かつ３５０Ｗ／ｍ・Ｋ以下であり、前記第２材料の線膨張係数は、３×１０−６／℃以上かつ８×１０−６／℃以下である。
【０００８】
金属の第１材料は、端子接続部材の熱伝導性能を高め、セラミックの第２材料は、温度変化による端子接続部材の伸縮変化を抑制する。
好適な例では、前記第２材料は、炭化珪素で形成されている。
【０００９】
炭化珪素の線膨張係数は、セラミック系のうちでは小さく、炭化珪素の熱伝導率は、セラミック系のうちでは大きい。このような炭化珪素は、セラミックの第２材料の材質として特に好適である。
【００１０】
好適な例では、前記第１材料は、アルミニウム、又はアルミニウム合金である。
アルミニウム、又はアルミニウム合金の溶融温度は、導電性の材質のうちでは低く、アルミニウム、又はアルミニウム合金は、端子接続部材をダイキャストで形成する上で好適である。
【００１１】
好適な例では、前記端子接続部材は、金属部材と、前記本体部とを接合して形成されており、前記本体部は、平板形状に形成されており、前記本体部の少なくともいずれか一方の面には前記金属部材が接合されている。
【００１２】
好適な例では、前記金属部材には放熱フィンが一体形成されており、前記放熱フィンは、前記端子接続部材の長さ方向に延びた形状をしており、かつ前記本体部のいずれか一方の面に直交する方向へ立設されている。
【００１３】
このような放熱フィンの形状は、端子接続部材の反り変形の抑制に寄与する。
好適な例では、前記端子接続部材は、前記本体部を前記第１材料からなる前記金属部材で鋳包むダイカストによって形成されている。
【００１４】
好適な例では、前記本体部に含まれる第２材料の前記本体部に対する体積率は、６０％以上かつ９０％未満である。
６０％以上は、第２材料内への溶融金属の浸透に関して好ましいが、９０％以上では型離れさせるときに端子接続部材が破損し易くなる。
【００１５】
請求項８の発明は、組電池を構成する単電池の電極端子同士を端子接続部材によって電気的に接続した組電池を対象とし、前記端子接続部材は、請求項１乃至請求項７のいずれか１項に記載の端子接続部材である。
【発明の効果】
【００１６】
本発明の端子接続部材は、温度変化による伸縮変化が少なく、且つ二次電池の内部温度の上昇抑制に寄与するという優れた効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】第１の実施形態を示す平断面図。
【図２】（ａ）は、図１のＡ−Ａ線断面図。（ｂ）は、図２（ａ）のＢ−Ｂ線断面図。
【図３】（ａ），（ｂ）は、ダイカストによる端子接続部材の製造方法を説明する模式図。
【図４】炭化珪素の粒子径の割合を説明するグラフ。
【図５】（ａ），（ｂ）は、別の実施形態を示し、（ａ）は、平断面図。（ｂ）は、図５（ａ）のＣ−Ｃ線断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明を具体化した第１の実施形態を図１〜図４に基づいて説明する。
図１に示すように、容器１０内に収納された二次電池型の複数の単電池１１は、電極端子１１１，１１２間に架設された端子接続部材１２によって電気的に直列接続されている。
【００１９】
図２（ａ）に示すように、組電池を構成する単電池１１の電極端子１１１，１１２のネジ部１１３，１１４は、端子接続部材１２に形成された端子孔１２１に通されており、端子接続部材１２は、ネジ部１１３，１１４に螺合されたナット１３の締め付けによって電極端子１１１，１１２に固定されている。
【００２０】
端子接続部材１２は、金属製の一対の金属部材１４，１５、及び金属の第１材料とセラミックの第２材料との複合材である本体部１６から形成されている。金属部材１４，１５及び本体部１６は、いずれも平板形状に形成されている。金属部材１４は、平板形状の本体部１６の一方の面である片面１６１に接合されており、金属部材１５は、平板形状の本体部１６の他方の面である片面１６２に接合されている。つまり、本体部１６は、電極端子１１１，１１２に面接触する金属部材１４と、金属部材１５との間に挟まれるように金属部材１４，１５に接合されている。
【００２１】
図２（ｂ）に示すように、金属部材１５には複数の放熱フィン１７が一体形成されている。放熱フィン１７は、本体部１６の一方の面である片面１６２に直交する方向へ立設されている。
【００２２】
図１に示すように、放熱フィン１７は、端子接続部材の長さ方向（矢印Ｒで示す方向）に延びた形状に形成されている。
本実施形態では、金属部材１４，１５は、アルミニウムで形成されており、本体部１６は、第２材料としてのセラミックの一種である炭化珪素（ＳｉＣ）と、第２材料としてのアルミニウムとの複合材によって形成されている。本体部１６は、粉末の炭化珪素を金型に入れた状態でアルミニウムの溶湯を加圧充填して形成される。
【００２３】
本体部１６を構成する第２材料は、粒子径の代表値が１００μｍ（メジアン径）の炭化珪素の粉末と、粒子径の代表値（メジアン径）が８μｍの炭化珪素の粉末との混合粉末である。
【００２４】
図４のグラフは、１００μｍを粒子径の代表値とする炭化珪素の粉末における粒子径の分布（棒グラフＢ１で示す）と、８μｍを粒子径の代表値とする炭化珪素の粉末における粒子径の分布（棒グラフＢ２で示す）とを示す。粒子径の代表値が１００μｍの体積分率Ｖ１と、粒子径の代表値が８μｍの体積分率Ｖ２との比率Ｖ１：Ｖ２は、７：３である。このような炭化珪素の混合粉末を用いた本体部１６の第２材料（炭化珪素）の本体部１６に対する体積率は、６８％〜７２％の範囲となる。
【００２５】
端子接続部材１２は、本体部１６を第１材料であるアルミニウムからなる金属部材１４，１５で鋳包むダイカストによって形成されている。
次に、端子接続部材１２の製造方法を説明する。
【００２６】
図３（ａ）に示すように、端子孔１２１の一部となる孔１８を形成された本体部１６は、塩によって形成された中子１９を孔１８に入れた状態で下金型２０に入れられる。中子１９は、端子孔１２１と同形同大の形状に形成されている。次に、図３（ｂ）に示すように上金型２１が下金型２０に結合された後、アルミニウムの溶湯が型内に注入される。アルミニウムの溶湯が固化した後、金型がばらされて端子接続部材１２が金型から外される。端子接続部材１２に付着する塩製の中子１９は、溶かされて除去される。
【００２７】
次に、第１の実施形態の作用を説明する。
一対の単電池１１に架設して固定された端子接続部材１２は、単電池１１の温度変動によって伸縮する。金属部材１４，１５の材質及び第１材料の材質であるアルミニウムの線膨張係数は、２３．１×１０−６／℃と大きいが、炭化珪素の線膨張係数は、３．７×１０−６／℃と小さい。つまり、セラミックである炭化珪素を含む本体部１６は、温度変化による端子接続部材１２の伸縮変化を抑制する。
【００２８】
本体部１６内のアルミニウムは、本体部１６の線膨張係数及び熱伝導率に影響を与える。本体部１６内のアルミニウムが少ないほど、本体部１６の線膨張係数が小さくなり、熱伝導率が小さくなる。逆に、本体部１６内のアルミニウムが多いほど、本体部１６の線膨張係数が大きくなり、熱伝導率が大きくなる。
【００２９】
単電池１１内部の熱の一部は、電極端子及び端子接続部材１２を経由して放熱される。炭化珪素の熱伝導率は、６０Ｗ／ｍ・Ｋ〜２００Ｗ／ｍ・Ｋであり、アルミニウムの熱伝導率は、２３７Ｗ／ｍ・Ｋである。炭化珪素及びアルミニウムは、いずれも熱伝導性が良くて単電池１１内部の熱を外部へ伝達するのに好ましい材質である。
【００３０】
端子接続部材１２が昇温した場合、端子接続部材１２は、アルミニウム製の金属部材１４，１５の線膨張係数と、炭化珪素を含む本体部１６の線膨張係数との差によって、端子接続部材１２の板厚方向に反り変形しようとする。端子接続部材１２に伝達された熱の放出性を高める放熱フィン１７の長さ方向が端子接続部材１２の長さ方向に合わせられているため、前記した反り変形が抑制される。
【００３１】
第１の実施形態では以下の効果が得られる。
（１）セラミックである炭化珪素を含む本体部１６が温度変化による端子接続部材１２の伸縮変化を抑制するため、端子接続部材１２の伸縮による電極端子１１１，１１２の損傷が防止される。
【００３２】
（２）炭化珪素の熱伝導率は、セラミック系としては高い方であり、本体部１６の熱伝導性能を高める。
（３）アルミニウム製の金属部材１４，１５は、端子接続部材１２の熱伝導性能を高める。又、金属部材１４，１５の材質であるアルミニウムが本体部１６内の第１材料（アルミニウム）に結合することにより、本体部１６の熱伝導率が高められる。つまり、金属部材１４，１５と本体部１６とからなる複合部材である端子接続部材１２は、単電池１１内部の熱を外部へ伝達する上で好ましい端子接続部材である。
【００３３】
（４）炭化珪素の線膨張係数は、セラミック系のうちでは小さく、炭化珪素の熱伝導率は、セラミック系のうちでは大きい。このような炭化珪素は、単電池１１内部の熱の放出及び端子接続部材１２の伸縮量を抑制する上で、本体部１６の第２材料として特に好適である。
【００３４】
（５）アルミニウムの溶融温度が導電性に優れた金属のうちでは低いため、端子接続部材１２をダイキャストで形成する際の溶湯を比較的低い温度で溶融して準備することができる。そのため、アルミニウムは、端子接続部材１２をダイキャストで形成するための材料として上で好適である。
【００３５】
（６）本体部１６を金属部材１４，１５で鋳包むダイカストによって端子接続部材１２を形成する方法では、金属部材１４，１５と本体部１６との結合強度が高められる。つまり、ダイカストによる端子接続部材１２の形成は、金属部材１４，１５と本体部１６との結合を確実にする上で好適である。
【００３６】
（７）平板形状の本体部１６の片面１６２，１６２に金属部材１４，１５を接合する構成では、溶融したアルミニウムが面積の広い片面１６１，１６２に密着するため、本体部１６と金属部材１４，１５との間の剥離が防止される。
【００３７】
（８）放熱フィン１７の長さ方向を端子接続部材１２の長さ方向に合わせた構成は、金属部材１４，１５と本体部１６との線膨張係数の違いによる端子接続部材１２の反り変形の抑制に寄与する。
【００３８】
（９）金属部材１５と本体部１６との線膨張係数の違いによる反りの方向は、金属部材１４と本体部１６との線膨張係数の違いによる反りの方向とは逆である。つまり、金属部材１５の存在は、金属部材１４，１５と本体部１６との線膨張係数の違いによる端子接続部材１２の反り変形の抑制に寄与する。
【００３９】
（１０）本体部１６に対する第２材料（炭化珪素）の体積率が小さいほど、アルミニウムの溶湯が炭化珪素の粉末内へ浸透し易いが、本体部１６に対する第２材料の体積率が小さいほど本体部１６の線膨張係数が大きくなってしまう。つまり、本体部１６に対する第２材料の体積率が小さいほど、本体部１６の熱伝導率が大きくなるが、本体部１６の線膨張係数が大きくなる。
【００４０】
逆に、本体部１６に対する第２材料（炭化珪素）の体積率が大きいほど、アルミニウムの溶湯が炭化珪素の粉末内へ浸透し難くなるが、本体部１６に対する第２材料の体積率が大きいほど本体部１６の線膨張係数が小さくなる。つまり、本体部１６に対する第２材料の体積率が大きいほど、本体部１６の熱伝導率が小さくなるが、本体部１６の線膨張係数が小さくなる。
【００４１】
又、本体部１６に対する第２材料（炭化珪素）の体積率が９０％以上の場合、炭化珪素の粉末内へのアルミニウム溶湯の浸透量が少なくなるため、型離れさせるときに端子接続部材１２が破損し易くなる。
【００４２】
これらを考慮した場合、本体部１６に対する炭化珪素の体積率は、６０％以上かつ９０％未満が望ましい。特に、本体部１６に対する炭化珪素の体積率は、６８％以上かつ７２％以下が望ましい。粒子径の代表値が１００μｍの体積分率Ｖ１と、粒子径の代表値が８μｍの体積分率Ｖ２との比率Ｖ１：Ｖ２を７：３とした構成は、本体部１６に対する炭化珪素の体積率を６８％以上かつ７２％以下とする上で、特に好ましい。
【００４３】
本発明では以下のような実施形態も可能である。
○図５（ａ），（ｂ）に示すように、本体部１６Ａの幅方向（矢印Ｑで示す方向）の端面に金属部材１４Ａ，１５Ａを接合して端子接続部材１２Ａを形成してもよい。この場合、第１の実施形態と同様に、端子接続部材１２Ａをダイカストで形成すればよい。又、本体部１６Ａは、単電池１１の電極端子１１１，１１２が金属部材１４Ａ，１５Ａに直接接触する形状に形成するのがよい。
【００４４】
○第１の実施形態において、金属部材１４と金属部材１５とが一体に繋がった形状に形成されていてもよい。
○図５（ａ），（ｂ）の実施形態において、金属部材１４Ａと金属部材１５Ａとが一体に繋がった形状に形成されていてもよい。
【００４５】
○第１の実施形態において、金属部材１４を省略してもよい。
○別の実施形態において、金属部材１５を省略してもよい。
○一対の本体部によって１つの金属部材を挟むように端子接続部材を形成してもよい。
【００４６】
○本体部の第２材料（セラミック）として、アルミナあるいは窒化アルミニウムを用いてもよい。アルミナの熱伝導率は、２９Ｗ／ｍ・Ｋ〜３４Ｗ／ｍ・Ｋであり、アルミナの線膨張係数は、７．２×１０−６／℃である。窒化アルミニウムの熱伝導率は、６７Ｗ／ｍ・Ｋ〜１５０Ｗ／ｍ・Ｋであり、窒化アルミニウムの線膨張係数は、４．６×１０−６／℃である。
【００４７】
本体部の第２材料（セラミック）としては、熱伝導率が２０Ｗ／ｍ・Ｋ以上かつ３５０Ｗ／ｍ・Ｋであり、線膨張係数が３×１０−６／℃以上かつ８×１０−６／℃以下である材質が望ましい。
【００４８】
○金属製の金属部材の材質として、アルミニウム合金、銅、銅合金あるいは銀を用いてもよい。銅の熱伝導率は、４０１Ｗ／ｍ・Ｋであり、銅の線膨張係数は、１６．５×１０−６／℃である。銀の熱伝導率は、４２９Ｗ／ｍ・Ｋであり、銀の線膨張係数は、１８．９×１０−６／℃である。
【００４９】
金属部材の材質としては、熱伝導率が２００Ｗ／ｍ・Ｋ以上且つ５００Ｗ／ｍ・Ｋ以下であり、線膨張係数が１５×１０−６／℃以上かつ２５×１０−６／℃以下である材質が望ましい。
【００５０】
○金属部材１５，１５Ａの放熱フィン１７を省略してもよい。
○金属部材の材質を第２材料と同じとし、金型内の粉末の第２材料に第１材料の溶湯を加圧充填する場合に金属部材を同時に型成形してもよい。
【００５１】
前記した実施形態から把握できる技術思想について以下に記載する。
（イ）前記本体部の両面には前記金属部材がそれぞれ接合されている請求項４に記載の端子接続部材。
【００５２】
（ロ）前記金属部材は、前記第１材料によって一体形成されている請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載の端子接続部材。
【符号の説明】
【００５３】
１１…単電池。１１１，１１２…電極端子。１２，１２Ａ…端子接続部材。１４，１４Ａ，１５，１５Ａ…金属部材。１５１…片面。１６，１６Ａ…本体部。１６１，１６２…片面。１７…放熱フィン。
【図１】
2013175423.tif 000003
【図２】
2013175423.tif 000004
【図３】
2013175423.tif 000005
【図４】
2013175423.tif 000006
【図５】
2013175423.tif 000007