母线以及使用母线的电池模块的制作方法

1.本发明涉及母线以及使用母线的电池模块。


背景技术：

2.构成电池模块的多个电池借助称为母线的连接导体将端子彼此相连。作为该母线相关的背景技术，例如可列举专利文献1揭示的技术。专利文献1中记载了如下母线的技术：具有铜部分(701)和铝部分(702)，所述铜部分(701)由铜材料制作，激光焊接至负极组，所述铝部分(702)由铝材料制作，激光焊接至单元正极组，采用超声波辊式缝焊法将由这2种金属构成的2个部分彼此加以线性焊接(705)(参考段落0064、0067、图15)。现有技术文献专利文献
3.专利文献1：日本专利特表2012
‑
515418号公报


技术实现要素：

发明要解决的问题
4.由于施加至电池模块的振动或者电池的充放电造成的鼓起等，将多个电池的端子彼此相连的母线会受到应力的作用。因此，在像专利文献1的技术那样接合异种金属而成的母线中，须以即便应力作用于异种金属间的接合部也不会发生异种金属间的接合部的剥离的方式确保高接合强度。本发明要解决的问题之一在于在母线的异种金属间的接合部确保高接合强度。解决问题的技术手段
5.解决上述问题的本发明之一为一种母线，其在多个电池的相互之间将由异种金属构成的端子彼此相连，所述母线的特征在于，具备：第1金属构件，其连接至第1电池所具有的第1端子；第2金属构件，其连接至第2电池所具有的第2端子，由不同于所述第1金属构件的材料构成；以及接合部，其将所述第1金属构件与所述第2金属构件接合在一起；所述第2金属构件具有从第2端子侧朝第1端子侧延伸的臂部，所述臂部以与第1端子与第1金属构件的接合区域不重叠的方式配置，所述接合部是所述第1金属构件与所述臂部接合而构成的，所述臂部的宽度构成为臂部的基端侧比顶端侧宽。发明的效果
6.根据本发明，能在由第1金属构件和第2金属构件构成的异种金属间的接合部确保高接合强度。因而，能够提高电池模块对振动等的耐振性，从而可以提供一种耐振性优异的可靠性高的电池模块。
7.根据本说明书的记述、附图，将明确本发明相关的更多特征。此外，上述以外的课题、构成及效果将通过以下实施方式的说明来加以明确。
附图说明
8.图1为本发明的第1实施方式的电池模块的外观立体图。图2为图1所示的电池模块的分解立体图。图3为放大表示图1所示的电池模块的要部的截面的截面图。图4为图3所示的母线的立体图。图5为图3所示的母线的俯视图。图6为本发明的第2实施方式的电池模块的连接单电池间的母线的立体图。图7为本发明的第2实施方式的母线的侧视图。图8为具有在构成连接面部的金属构件上设置有电压检测线接合部的结构的母线的立体图。
具体实施方式
9.下面，使用附图，对本发明的实施方式进行说明。
10.在使用各附图来说明电池模块各部的构成的情况下，会使用图示的x轴、y轴、z轴这一正交坐标系或者使用上下左右前后这各方向，但使用这些轴和方向是为了方便说明图示的状态，并不限定电池模块的姿态和配置。
11.[第1实施方式]图1至图5为表示本发明的第1实施方式的图。
[0012]
首先，使用图1及图2，对电池模块100的构成进行说明。此处，图1为电池模块100的外观立体图，图2为电池模块100的分解立体图。
[0013]
电池模块100主要具备：模块端子101p、101n，它们是外部端子；电池组10，其包含多个单电池1；以及母线2，其以电性且机械方式连接该电池组10的多个单电池1，而且以电性且机械方式连接电池组10与模块端子101p、101n。在本实施方式中，以电性且机械方式连接多个单电池1的母线2有最大特征，详细构成于后文叙述。进而，电池模块100除了前文所述的构成要素以外还具备壳体20和省略了图示的电子电路基板等。
[0014]
电池组10是使扁平方形的单电池1也就是厚度尺寸比宽度尺寸和高度尺寸小的薄型六面体或长方体形状的单电池1沿厚度方向(x轴方向)层叠而构成的。单电池1为方形锂离子二次电池，具备扁平方形的电池容器1a、收容在该电池容器1a内部的省略了图示的电极组及电解液、以及连接于该电极组而配置在电池容器1a的高度方向的上端面的一对单元端子1p、1n。此处，单元端子1p为正极的端子，单元端子1n为负极的端子。单元端子1p和单元端子1n由异种金属构成，在本实施方式中，单元端子1p由铝合金构成，单元端子1n由铜合金构成。
[0015]
单电池1的单元端子1p、1n具有从电池容器1a的上端面沿高度方向突出的大致长方体的立体形状。单元端子1p、1n与电池容器1a之间以及电池容器1a与电极组之间分别借助树脂制绝缘构件作了电性绝缘。构成电池组10的多个单电池1以相互相邻的一单电池1的正极的单元端子1p与另一单电池1的负极的单元端子1n在层叠方向(x轴方向)上相邻的方式交替翻转180
°
而层叠在一起。
[0016]
壳体20具有长度方向(x轴方向)的尺寸比宽度方向(y轴方向)及高度方向(z轴方向)的尺寸大的大致长方体的形状，保持构成电池组10的多个单电池1。更具体而言，壳体20
具有多个单元架21、一对端板22、一对侧板23、绝缘盖24以及模块盖25。
[0017]
单元架21由树脂材料例如聚对苯二甲酸丁二酯(pbt：polybutylene terephthalate)构成。单元架21夹在沿厚度方向(x轴方向)层叠在一起的多个单电池1的相互相邻的单电池1之间，以从厚度方向(x轴方向)两侧包夹的方式保持各单电池1。在构成电池组10的多个单电池1的层叠方向(x轴方向)上，在配置在电池组10两侧的一对单元架21上设置有电池模块100的外部端子即模块端子101p、101n。此处，模块端子101p为正极的端子，模块端子101n为负极的端子。
[0018]
一对端板22为金属制板状构件。在构成电池组10的多个单电池1的层叠方向(x轴方向)上，一对端板22隔着配置在电池组10两侧的一对单元架21配置在电池组10两侧。一对端板22的一面以将单元架21中保持的多个单电池1包夹的方式相对，在朝向与电池组10相反那一侧即外侧的另一面设置有固定部22a。
[0019]
一对端板22上设置的固定部22a形成为大致圆筒状，圆筒面的一部分从端板22的外侧那一面朝外侧突出。圆筒状的固定部22a具有沿与端板22的高度方向(z轴方向)平行的中心轴穿孔而成的螺孔。该端板22的固定部22a是用于将电池模块100固定至车辆或其他机械等外部机构的部分。该端板22的固定部22a的下端面是由上述那样的外部机构加以支承的壳体20的支承面20a。
[0020]
即，电池模块100借助外部机构来支承端板22的固定部22a的底面即壳体20的支承面20a，并使固定部22a的螺孔中插通的螺栓螺合至外部机构的母螺纹或螺帽来加以紧固，由此，可以固定在外部机构上。换句话说，电池模块100在借助螺栓固定在了外部机构上的状态下，变为端板22的固定部22a的下端面即壳体20的支承面20a支承在外部机构上的状态。
[0021]
在电池模块100搭载于电动汽车、混合动力汽车等车辆上的情况下，供电池模块100固定的外部机构为这些车辆的车体。虽未特别限定，但在供电池模块100固定的车辆置于水平路面上的状态下，电池模块100的壳体20的长度方向(x轴方向)及宽度方向(y轴方向)与水平方向大致平行，电池模块100的壳体20的高度方向(z轴方向)与铅垂方向大致平行。此外，在该状态下，壳体20的支承面20a大致与水平面平行。
[0022]
一对侧板23隔着单元架21配置在构成电池组10的多个单电池1的宽度方向(y轴方向)两侧。一对侧板23为大致矩形板状的金属制构件，以相互对置的方式配置在壳体20的宽度方向(y轴方向)两侧。一对侧板23为大致长方形，以构成电池组10的多个单电池1的层叠方向(x轴方向)为长边方向，以构成电池组10的多个单电池1的高度方向(z轴方向)为短边方向。一对侧板23的长边方向的两端部借助铆钉或螺栓等紧固构件紧固在一对端板22上。一对侧板23的短边方向的两端部分别卡合在单元架21上设置的凹状的槽部内。
[0023]
绝缘盖24为pbt等具有电绝缘性的树脂制板状构件，以对置方式配置在设置有单电池1的单元端子1p、1n的电池容器1a的上端面。绝缘盖24具有使多个单电池1的单元端子1p、1n的上端面露出的开口部和将相互相邻的单电池1的单元端子1p、1n之间以及相互相邻的母线2之间绝缘的间隔壁。绝缘盖24的间隔壁以围绕单电池1的单元端子1p、1n以及母线2的周围的方式设置。此外，绝缘盖24上配置有连接至电池组10及电子电路基板的各种电气线路。
[0024]
省略了图示的电子电路基板配置在绝缘盖24与模块盖25之间，也就是在壳体20的
高度方向上配置在绝缘盖24的与电池组10相反那一侧，经由导线或印刷线路等连接导体与多个母线2和用于检测单电池1的温度的温度传感器(热敏电阻)电性连接在一起。
[0025]
母线2是以电性且机械方式连接电池组10的多个单电池1而且以电性且机械方式连接电池组10与模块端子101p、101n的连接导体。
[0026]
以电性且机械方式连接电池组10的多个单电池1的母线2是以电性且机械方式连接单电池1间的多个母线2a，通过焊接接合在露出于绝缘盖24开口的电池组10的多个单电池1的单元端子1p、1n的上端面。通过借助母线2a来电性连接在层叠方向上相互相邻的一对单电池1中的一单电池1的单元端子1p与另一单电池1的单元端子1n，可以构成所有单电池1电性串联在一起的电池组10。
[0027]
将电池组10连接至模块端子101p、101n的母线2是配置在电池组10的单电池层叠方向两端的一对母线2b。一对母线2b中的一方以电性且机械方式连接到配置在多个单电池1的层叠方向两端的一对单电池1中的一单电池1的单元端子1p。一对母线2b中的另一方以电性且机械方式连接到配置在多个单电池1的层叠方向两端的一对单电池1中的另一单电池1的单元端子1n。
[0028]
一对母线2b中的一方的一端通过焊接接合在单电池1的单元端子1p的上端面，另一端借助铆钉或螺栓等紧固构件紧固在配置于电池组10的单电池层叠方向一侧的模块端子101p上。一对母线2b中的另一方的一端通过焊接接合在单电池1的单元端子1n的上端面，另一端借助铆钉或螺栓等紧固构件紧固在配置于电池组10的单电池层叠方向另一侧的模块端子101n上。
[0029]
模块盖25为pbt等具有电绝缘性的树脂制板状构件，在壳体20的高度方向(z轴方向)上，以覆盖绝缘盖24及电子电路基板的方式配置在与电池组10相反那一侧的壳体20的上端。在模块盖25的与模块端子101p、101n相对应的位置以覆盖模块端子101p、101n上部的方式设置有端子盖25a。通过使绝缘盖24的框部24a上设置的卡合爪24b卡合至模块盖25的侧缘而使模块盖25固定在绝缘盖24的上部。
[0030]
以如上方式构成的电池模块100使模块端子101p、101n经由功率变换装置即逆变装置而电性连接到外部的发电机或电动机，由此，可以经由逆变装置与外部的发电机或电动机之间进行电力的授受。
[0031]
接着，对母线2的构成进行详细说明。
[0032]
首先，使用图3至图5，对母线2a的构成进行详细说明。此处，图3为电池模块100的放大截面图，图4为母线2a的立体图，图5为母线2a的俯视图。如前文所述，在本实施方式的电池模块100中，母线2a的结构有最大特征。
[0033]
如图3所示，母线2a是以电性且机械方式连接在单电池层叠方向上相邻的单电池1中的一方的单元端子1p与另一方的单元端子1n的连接导体，而且是将含铜的铜部分(第1金属构件)2e与具有铝的铝部分(第2金属构件)2f相接合而形成的异种金属接合结构体。
[0034]
母线2a是具有一对连接面部2c1、2c2和将这一对连接面部2c1、2c2之间相连的桥部2d而成。
[0035]
一对连接面部2c1、2c2中的与单元端子1p接合在一起的连接面部2c1是仅由铝部分2f形成的平板矩形状的部位，配置在单元端子1p的顶部表面并通过激光焊进行了接合。在激光焊时，以沿连接面部2c1的与单元端子1p的对位孔2z(参考图4及图5)而在对位孔2z
外侧的实心部分绕圈移动的方式将激光照射至连接面部2c1的表面来接合单元端子1p与连接面部2c1。
[0036]
另一方面，与负极的单元端子1n接合在一起的连接面部2c2是铜部分2e与铝部分2f在与单元端子1n的重叠方向(z轴方向)上重合而形成的大致平板矩形状的部位，铜部分2e通过激光焊接合在单元端子1n上。并且，铜部分2e构成了平板矩形状的平板部，从铝部分2f的上升部即平板部2g成对地突出的一对臂部2f1重叠接合在该平板部上。连接面部2c2是由铝部分2f构成的一对臂部2f1重叠接合在由铜部分2e构成的平板矩形状的部位上(与单元端子1n侧相反那一侧)也就是平板部上而成的异种金属接合部位。接合部2x构成于一对臂部2f1与铜部分2e的平板部的接合部分。
[0037]
铝部分2f具有从单元端子1p侧朝单元端子1n侧延伸的一对臂部2f1，所述一对臂部2f1以与单元端子1n与铜部分2e的接合区域不重叠的方式配置。一对臂部2f1是通过从突出端部朝桥部2d侧呈半圆状切掉从桥部2d朝连接面部2c2侧突出的铝部分2f的短边方向(y轴方向)中央部分来形成的。一对臂部2f1的宽度(y轴方向)是以确保单元端子1p侧(臂部2f1的基端侧)比单元端子1n侧(臂部2f1的顶端侧)宽的方式形成的。在一对臂部2f1之间以使包含对位孔2z的铜部分2e露出的方式形成有朝桥部2d侧呈半圆状切除而凹陷的平板凹形状的部位即凹陷部2f2。
[0038]
此处，连接面部2c2的铝部分2f是矩形平板朝桥部2d侧凹陷而成的平板凹形状的成型体，只有平板矩形状的铜部分2e的短边方向(y轴方向)的两端部的一部分以及平板矩形状的铜部分2e的桥部2d侧端部与铜部分2e重叠，借助凹陷部2f2使包括与单元端子1n的接合区域在内的其他铜部分2e露出。因此，可以通过激光焊将连接面部2c2的铜部分2e接合在单元端子1n上。在激光焊时，以沿连接面部2c2的铜部分2e上的与单元端子1n的对位孔2z(参考图4及图5)而在对位孔2z外侧的实心部分绕圈移动的方式将激光照射至连接面部2c2的铜部分2e的表面来接合单元端子1n与连接面部2c2的铜部分2e。
[0039]
连接面部2c2中的铜部分2e与铝部分2f的接合也就是铜部分2e的平板部与铝部分2f的一对臂部2f1的接合使用的是超声波接合。在本实施方式中，将平板矩形状的铜部分2e的短边方向(y轴方向)的两端部处的与铝部分2f的重叠部分设为超声波接合下的接合部2x，接合部2x的宽度(y轴方向)与一对臂部2f1的宽度(y轴方向)一样是单元端子1p侧(臂部2f1的基端侧)接合得比单元端子1n侧(臂部2f1的顶端侧)宽。接合部2x具有随着从臂部2f1的顶端侧朝基端侧转移而以二次曲线的方式逐渐变宽的形状。
[0040]
在超声波接合时，将铜部分2e的与铝部分2f侧相反那一侧配置在下模上，在铝部分2f的与铜部分2e侧相反那一侧的表面放上焊头，从而将铜部分2e和铝部分2f夹在下模与焊头之间，并将超声波振动施加至铜部分2e与铝部分2f的重叠部分，由此，可以接合铜部分2e与铝部分2f。接合部2x是对铜部分2e与铝部分2f的一对臂部2f1作超声波接合而构成的，在铜部分2e的接合部的背面侧具有超声波接合的接合痕。
[0041]
在本实施方式中，对作超声波接合的铜部分2e实施有覆膜处理即镀敷。可以对铜部分2e或铝部分2f或者它们两方实施覆膜处理。可仅对任一面实施镀敷，此外，也可对所有面实施镀敷。通过对铜部分2e或铝部分2f中的至少一方实施镀敷，可以提高超声波连接下的连接容易性和通电性。作为镀敷的种类，例如可列举镀锡或镀镍等。尤其是镀镍，可以相对廉价地进行，从而能谋求低成本化。
[0042]
如此，在本实施方式中，是在连接面部2c2形成铜部分2e与铝部分2f的接合部2x。单元端子1n为强度构件，因此，将铜部分2e与铝部分2f的接合部2x形成于连接面部2c2可以提升铜部分2e与铝部分2f的接合部2x的刚性而提高固有振动频率。因而，在本实施方式中，可以减少因电池模块100的振动等而作用于铜部分2e与铝部分2f的接合部2x的应力，而且能确保接合部2x的区域较宽，所以能在铜部分2e与铝部分2f的接合部2x确保高接合强度。
[0043]
由此，在本实施方式中，能够提高电池模块100对振动等的耐振性，从而可以提供一种可靠性高的电池模块100。
[0044]
桥部2d是仅由铝部分2f形成的倒u字形状的部位，是具有从构成各连接面部2c1、2c2的铝部分2f的桥部2d侧端部朝上方垂直或者以陡峭的角度上升的一对平板部2g(有时也称为上升部)和将这一对平板部2g之间相连的折返部2h(有时也称为连接部)而成。折返部2h呈拱状弯曲。
[0045]
构成连接面部2c2的铜部分2e的从铝部分2f露出的部分当中，朝与平板矩形状的铜部分2e的桥部2d侧相反那一侧突出的端部构成用于检测电压的检测导体，设置成通过硬焊或超声波焊等来接合电压检测用的引出线路(图示省略)的电压检测线接合部2y。再者，电压检测线接合部2y也可连接设置在铜部分2e当中避开了接合部2x以及母线2与单元端子1n的接合部位的部位。此外，电压检测线接合部2y也可设置在构成连接面部2c1的铝部分2f。
[0046]
此外，例如也可像图8所示那样从构成连接面部2c1的铝部分2f或者构成连接面部2c2的铜部分2e引出电压检测线接合用端子作为电压检测线接合部2y，在该引出端子上通过硬焊或超声波焊等来接合电压检测用的引出线路(图示省略)。进而，也可使用借助弹性构件进行压接的端子来连接引出端子与引出线路。
[0047]
本实施方式的母线2在多个电池1的相互之间将由异种金属构成的端子彼此(1p、1n)相连，具备：铜部分2e(第1金属构件)，其连接至多个电池1中的一个电池1(第1电池)所具有的一单元端子1n(第1端子)；铝部分2f(第2金属构件)，其连接至相邻的另一电池1(第2电池)所具有的另一单元端子1p(第2端子)，由不同于铜部分2e的材料构成；以及接合部2x，其将铜部分2e与铝部分2f接合在一起。并且，铝部分2f具有从单元端子1p侧朝单元端子1n侧延伸的一对臂部2f1，所述一对臂部2f1以与单元端子1n与铜部分2e的接合区域不重叠的方式配置，接合部2x是铜部分2e与一对臂部2f1接合而构成的，一对臂部2f1的宽度构成为单元端子1p侧比单元端子1n侧宽。
[0048]
因而，可以提高铜部分2e与铝部分2f的接合部2x的刚性而提高固有振动频率，并且能确保接合部2x的区域较宽。因而，可以减少因电池模块100的振动等而作用于铜部分2e与铝部分2f的接合部2x的应力，从而能在铜部分2e与铝部分2f的接合部2x确保高接合强度。因而，能够提高电池模块100对振动等的耐振性，从而可以提供一种可靠性高的电池模块100。
[0049]
此外，本实施方式的母线2是将铜部分2e与铝部分2f相接合而构成的，因此相较于使用包层材料而言能以低成本来加以提供。此外，铜部分2e和铝部分2f可以通过压力加工来简单地制造，从而能将零件单价抑制得较低。
[0050]
再者，本实施方式中是以用廉价的铝来构成相对大型的第2金属构件、用铜来构成相对小型的第1金属构件的情况为例来进行的说明，但也可用铝来构成第1金属构件、用铜
来构成第2金属构件。
[0051]
[第2实施方式]图6至图7为表示本发明的第2实施方式的图。
[0052]
与上述第1实施方式一样，本实施方式是为了在母线2a的铜部分2e与铝部分2f的接合部2x确保高接合强度，但其结构不同于第1实施方式。此处，图6为母线2a的立体图，图7为母线2a的侧视图。再者，母线2a以外的电池模块的构成与第1实施方式相同，因此下面仅对不同于第1实施方式的部分进行说明。
[0053]
本实施方式中的特征性内容是设为如下构成：铜部分2e的与单元端子1n的接合面相较于接合部2x而言朝单元端子1n侧突出。在本实施方式中，在铜部分2e的连接面部2c2设置有以具有阶差的方式朝单元端子1n侧呈平面状突出的平面突出部2k。平面突出部2k选择的是铜部分2e与铝部分2f的接合方法即超声波接合的下模区域除外的区域。也就是说，就平面突出部2k而言，不会在铜部分2e的与单元端子1n的接合面上形成超声波接合的接合痕，成为平滑的面。
[0054]
此外，连接至单元端子1n的顶部表面的连接面部2c2与连接至单元端子1p的顶部表面的连接面部2c1设为成同一平面的高度。
[0055]
在接合部2x的接合方法为超声波接合的情况下，根据接合条件和下模形状的不同，有时会在铜部分2e的与单元端子1n的连接面侧形成对平滑性产生影响这一程度的接合痕。在形成了对平滑性产生影响这一程度的接合痕的情况下，在对连接面部2c2与单元端子1n进行激光焊时，容易在与单元端子1n的连接面部2c2和单元端子1n的顶部表面之间产生间隙，有诱发焊接不良之虞。
[0056]
根据本实施方式，即便在会形成对平滑性产生影响这一程度的接合痕的超声波接合条件下，也能在铜部分2e与铝部分2f的接合部2x确保高接合强度的同时确保铜部分2e与单元端子1n的激光焊接品质。
[0057]
由此，在本实施方式中，能够提高电池模块100对振动等的耐振性，从而可以提供一种可靠性高的电池模块100。
[0058]
以上，对本发明的实施方式进行了详细叙述，但本发明并不限定于所述实施方式，可以在不脱离权利要求书记载的本发明的精神的范围内进行各种设计变更。例如，所述实施方式是为了以易于理解的方式说明本发明所作的详细说明，并非一定限定于具备说明过的所有构成。此外，可以将某一实施方式的构成的一部分替换为其他实施方式的构成，此外，也可以对某一实施方式的构成加入其他实施方式的构成。进而，可以对各实施方式的构成的一部分进行其他构成的追加、删除、替换。符号说明
[0059]1…
单电池1p
…
单元端子1n
…
单元端子2
…
母线2a
…
母线2b1(2b)
…
母线2b2(2b)
…
母线
2a
…
保险丝部2c1
…
连接面部2c2
…
连接面部2d
…
桥部2e
…
铜部分2f
…
铝部分2g
…
平板部2h
…
折返部2k
…
平面突出部2v
…
平板部2x
…
接合部2y
…
电压检测线接合部2z
…
对位孔10
…
电池组100
…
电池模块20
…
壳体20a
…
支承面101p
…
模块端子101n
…
模块端子。