JP2019009090A - 吸熱体付き導体及び電池パック - Google Patents

Abstract

【課題】短時間大電流を通電させた際等の異常通電時における温度上昇を従来構成に比べ簡素な構造で且つ安価に抑制できる吸熱体付き導体及び電池パックを提供する。【解決手段】吸熱体付き導体１００は、筒形状の導体本体部１１と、導体本体部１１の軸線１７に沿う方向の両端に設けられ、導体本体部１１の開口端が平坦に潰れて形成された一対の電気接続部１３と、電気接続部１３によって導体本体部１１の両開口端が封鎖されて密閉空間となった導体本体部１１の内方に封入され、導体本体部１１より熱容量の大きい吸熱体１５と、を備える。【選択図】図１

Description

本発明は、吸熱体付き導体及び電池パックに関する。

ハイブリッド自動車や電気自動車に搭載される電池パックでは、走行時や充電時に大電流・大電圧の通電が行われる。電池パックは、電気自動車等の出力増加に伴い、異常通電時の通電電流も増加する。このため、電池パック部品には、異常通電時の電流による発熱への対策が求められる。

そこで、例えば図７に示す特許文献１における電池接続具５０１は、電池セル５０３の電極端子５０５を電気的に接続する本体部５０７と、本体部５０７の両側縁部に上方へ立ち上がるよう設けた起立面部５０９と、起立面部５０９の外側表面に設けた放熱部５１１とで構成されている。各放熱部５１１は、所定間隔を置いて配置した上下方向に対し実質的に平行な複数枚の放熱板５１３より成る。電池接続具５０１に通電すると、放熱部５１１から放散される熱で、各放熱板５１３間の空気が暖められ、上昇気流を生成する。その結果、放熱部５１１に新鮮空気が供給されることになるので、電池接続具５０１の放熱が促進される。高い放熱効率が得られるから、熱容量を大きくしても熱が残留することがなくなり、通電時の温度上昇幅を抑えることができる。

特開２００９−２４５７３０号公報

しかしながら、上述した電池接続具５０１における放熱部５１１は、起立面部５０９に放熱板５１３を設け、上昇気流を生成する空冷方式の冷却部を構成する。その結果、放熱部５１１は、自然対流を生じさせるため、高さが大きくなり、２次電池ユニット５１５（電池パック）全体の高さも大きくしてしまう。また、電池接続具５０１は、多数の放熱板５１３より成る放熱部５１１を、複数備えるため、構造が複雑となり、コストを増大させる。

本発明は上記状況に鑑みてなされたもので、その目的は、短時間大電流を通電させた際等の異常通電時における温度上昇を従来構成に比べ簡素な構造で且つ安価に抑制できる吸熱体付き導体及び電池パックを提供することにある。

本発明に係る上記目的は、下記構成により達成される。
（１） 筒形状の導体本体部と、前記導体本体部の軸線に沿う方向の両端に設けられ、前記導体本体部の開口端が平坦に潰れて形成された一対の電気接続部と、前記電気接続部によって前記導体本体部の両開口端が封鎖されて密閉空間となった前記導体本体部の内方に封入され、前記導体本体部より熱容量の大きい吸熱体と、を備えることを特徴とする吸熱体付き導体。

上記（１）の構成の吸熱体付き導体によれば、導体本体部自体で発生する熱や、電気接続部からの熱伝導による熱が、導体本体部の内方に封入された吸熱体により伝わる。吸熱体は、導体本体部よりも大きな熱容量を有する。導体本体部と吸熱体との間には、熱容量の大きい吸熱体に向かって熱伝導により熱が流れる温度勾配が生じる。この熱の流れは、導体本体部と吸熱体とが熱平衡状態となり、温度勾配が無くなるまで続く。本明細書ではこの熱の流れを吸熱と称す。吸熱体付き導体は、この吸熱作用により、短時間大電流を通電させた際等の異常通電時における導体本体部の温度上昇を、所定時間（即ち、導体本体部と吸熱体とが熱平衡状態となるまでの時間）、抑制することができる。
また、吸熱体付き導体は、筒形状の導体本体部の両開口端を平坦に潰して吸熱体を封入できる。このため、導体本体部と吸熱体との熱伝導構造を作りながら、吸熱体の保護収容構造も実現できる。この構造は、吸熱体が特に流体である場合に有用となる。この他、筒形状の導体本体部は、粉体等の吸熱体の収容にも好適となる。更に、導体本体部を銅や銅合金により製作することにより、導体本体部の両端を潰す加工だけで電気接続部の形成と、吸熱体の封入とが同時に行え、安価に製造することができる。

（２） 板形状の導体本体部と、前記導体本体部の両端に設けられる一対の電気接続部と、前記導体本体部における前記一対の電気接続部に挟まれる中間部に貼り付けられ、前記導体本体部より熱容量の大きい吸熱体と、を備えることを特徴とする吸熱体付き導体。

上記（２）の構成の吸熱体付き導体によれば、上記（１）の構成の作用と同様に、吸熱体の吸熱作用により、短時間大電流を通電させた際等の異常通電時における温度上昇を、所定時間（即ち、導体本体部と吸熱体とが熱平衡状態となるまでの時間）、抑制することができる。
また、この吸熱体付き導体は、吸熱体を貼り付けるだけでよいので、従来構成の複数の放熱板を備える放熱部に比べ、極めて容易、且つ安価に導体の温度上昇を抑制できる。

（３） 一対の板形状の板導体を重ねて固定した導体本体部と、前記導体本体部の両端に設けられた一対の電気接続部と、前記一対の板導体の間に挟持され、前記導体本体部より熱容量の大きい吸熱体と、を備えることを特徴とする吸熱体付き導体。

上記（３）の構成の吸熱体付き導体によれば、上記（１）の構成の作用と同様に、吸熱体の吸熱作用により、短時間大電流を通電させた際等の異常通電時における温度上昇を、所定時間（即ち、導体本体部と吸熱体とが熱平衡状態となるまでの時間）、抑制することができる。
また、この吸熱体付き導体は、一対の板導体により吸熱体を挟み込むだけでよいので、従来構成の複数の放熱板を備える放熱部に比べ、容易、且つ安価に導体の温度上昇を抑制できる。また、一対の板導体により吸熱体を挟持するので、吸熱体を保護しつつ、導体本体部と吸熱体との接触面積を大きくして、熱伝導効率を高めることができる。

（４） 上記（１）〜（３）の何れか１つの吸熱体付き導体により一つ以上の回路が接続されたことを特徴とする電池パック。

上記（４）の構成の電池パックによれば、例えば複数の単電池を接続した電池パックにおいて、単電池の電極同士が吸熱体付き導体により接続される。吸熱体付き導体は、導体本体部を流れるジュール熱や電極を介して伝わる熱を吸熱体により吸熱する。電池パックは、吸熱体付き導体の温度上昇が抑制されることにより、異常通電時等、定格電流よりも大きな電流が通電する際の温度上昇を緩和することができる。

本発明に係る吸熱体付き導体によれば、短時間大電流を通電させた際等の異常通電時における温度上昇を従来構成に比べ簡素な構造で且つ安価に抑制できる。

本発明に係る電池パックによれば、異常通電時におけるバスバーの温度上昇を従来構成に比べ簡素な構造で且つ安価に抑制でき、特定の単電池の劣化を抑制することができる。

以上、本発明について簡潔に説明した。更に、以下に説明される発明を実施するための形態（以下、「実施形態」という。）を添付の図面を参照して通読することにより、本発明の詳細は更に明確化されるであろう。

本発明の第１の実施形態に係る吸熱体付き導体の斜視図である。 図１に示した吸熱体付き導体の製造例の一例を示す手順説明図である。 吸熱体付き導体を用いた電池パックの要部斜視図である。 変形例に係る吸熱体付き導体を用いた電気接続箱の要部斜視図である。 本発明の第２の実施形態に係る吸熱体付き導体の斜視図である。 本発明の第３の実施形態に係る吸熱体付き導体の斜視図である。 従来の複数の放熱板から成る放熱部を備えた２次電池ユニットの斜視図である。

以下、本発明に係る実施形態を図面を参照して説明する。
図１は本発明の第１の実施形態に係る吸熱体付き導体１００の斜視図である。
本実施形態に係る吸熱体付き導体１００は、例えば電池パックや電気接続箱における１つ以上の回路の接続に用いて好適となる。より具体的には、単電池（電池セル）間、電池スタック間、電気接続部の高圧通電回路、電気接続部の分岐（Ａ／Ｃ等）回路である。この場合、吸熱体付き導体１００は、所謂バスバーとして使用される。なお、吸熱体付き導体１００の使用例は、これに限定されない。

本第１の実施形態に係る吸熱体付き導体１００は、導体本体部１１と、電気接続部１３と、吸熱体１５と、を主要な構成として有する。
導体本体部１１は、筒形状に形成される。筒形状の軸線１７に直交する断面形状は、円形状に形成されている。なお、筒形状の断面形状は、円形状に限定されない。筒形状の断面形状は、半円形状、楕円形状、四角形状、台形状、三角形状等としてもよい。

導体本体部１１の材質としては、導電性に優れ、且つ延展性に優れる銅、銅合金、アルミ、アルミ合金等が挙げられる。導体本体部１１は、内部を密閉空間とするため、シームレス管であることが好ましい。また、延展性を良好とするのは、軸線１７に沿う方向の両開口端を潰した際の気密性を確保するためである。

電気接続部１３は、導体本体部１１の軸線１７に沿う方向の両端に設けられる。本実施形態の導体本体部１１は、円筒形状であるので、軸線１７を挟む位置で直径方向の両側から半径方向内側に導体本体部１１の開口端が平坦に潰れて形成される。なお、電気接続部１３は、導体本体部１１の直径と同一の幅Ｗとなるように形成されることが好ましい。このため、電気接続部１３の成形時には、金型が用いられてもよい。電気接続部１３は、金型を用いたプレス加工で成形されることにより、平坦な１枚の板状に形成される。

電気接続部１３には、例えば単電池の電極ボルトが挿通されるボルト挿通穴１９が穿設される。この他、電気接続部１３は、ボルト挿通穴１９が形成されない平坦面であってもよい。この場合、電気接続部１３は、溶接により相手端子等に接続される。また、電気接続部１３は、雄端子形状に形成されてもよい。この場合、電気接続部１３は、雌端子を収容した雌コネクタを用いてコネクタ接続することができる。

吸熱体１５は、電気接続部１３により両端が封鎖されて密閉空間となった導体本体部１１の内方に封入される。この吸熱体１５は、導体本体部１１より熱容量の大きいもので設定される。吸熱体１５は、金属、非金属、流体、半流動体等の何れであってもよい。より具体的には、吸熱体１５の材質としては、ポリプロピレン（樹脂材料）、ラミネートフィルム（樹脂材料）、水、油、コンクリート、セラミック、グラファイト、ゲルシート等が挙げられる。

図２は図１に示した吸熱体付き導体１００の製造例の一例を示す手順説明図である。
吸熱体付き導体１００を製造するには、先ず、中空パイプ２１を用意する（Ｓｔ１）。中空パイプ２１は、軸線１７が鉛直方向に配置されると、吸熱体１５の充填に都合がよい。この状態で、中空パイプ２１の下端における開口端を直径方向の両側から押圧して平坦に潰し、一方の電気接続部１３を成形する（Ｓｔ２）。
次いで、開放している中空パイプ２１の上端から液体或いは粉体等の吸熱体１５を充填する（Ｓｔ３）。
吸熱体１５を充填した後、中空パイプ２１の上端における開口端を下端と同様に、直径方向の両側から押圧して平坦に潰し、他方の電気接続部１３を成形する（Ｓｔ４）。
その後、上下端の電気接続部１３に、打ち抜き加工等によりボルト挿通穴１９を穿設して吸熱体付き導体１００の製造が完了する（Ｓｔ５）。

次に、上記した構成の作用を説明する。
本第１の実施形態に係る吸熱体付き導体１００では、導体本体部１１における温度の上昇が、一定の期間抑制可能となる。導体本体部１１の発熱要因は、大きく２つが考えられる。一つは、一対の電気接続部１３の間を電子が移動することによる抵抗熱、即ち、ジュール熱である。もう一つは、一対の電気接続部１３に端子や電極を介して伝わる発熱源（単電池やリレー）からの熱伝導による熱である。単電池の発熱要因としては、電池内活物質の化学変化による熱やエントロピー変化による電池反応による熱がある。特に多数の単電池を接続した組電池や、複数の組電池を更に接続した電池パックでは、電気量を大量に消費することから、発熱量が多く、電池温度が電池内活物質の特性に悪影響を与えるほど上昇する場合がある。

本第１の実施形態に係る吸熱体付き導体１００では、導体本体部自体で発生する熱や、電気接続部１３からの熱伝導による熱が、導体本体部１１に付設された吸熱体１５により伝わる。吸熱体１５は、導体本体部１１よりも大きな熱容量を有する。

熱容量［Ｊ／Ｋ］は、物体の温度を１Ｋ上げるのに必要な熱量である。熱容量は、質量［ｋｇ］に比例する。一方、単位質量の温度を１Ｋ上げるのに必要な熱容量は、比熱［Ｊ／ｋｇ・Ｋ］である。なお、１Ｊ＝１Ｎ・ｍである。
従って、吸熱体１５は、導体本体部１１と比熱が同一であるとき、導体本体部１１より質量が大きく設定される。逆に、吸熱体１５は、導体本体部１１よりも比熱が大きいものであるとき、導体本体部１１より質量を小さく設定できる。

導体本体部１１と吸熱体１５との間には、熱容量の大きい吸熱体１５に向かって熱伝導により熱が流れる温度勾配が生じる。なお、吸熱体１５を流体とした場合には、熱は、導体本体部１１から吸熱体１５へ熱伝達により流れる。
この熱の流れは、導体本体部１１と吸熱体１５とが熱平衡状態となり、温度勾配が無くなるまで続く。本明細書ではこの熱の流れを吸熱と称す。吸熱体付き導体１００は、この吸熱作用により、短時間大電流を通電させた際等の異常通電時における導体本体部１１の温度上昇を、所定時間（即ち、導体本体部１１と吸熱体１５とが熱平衡状態となるまでの時間）、抑制することができる。

吸熱体付き導体１００は、短時間大電流の通電が解消すると、導体本体部１１の温度が下がる。導体本体部１１が吸熱体１５よりも低温となると、温度勾配が逆となり、吸熱体１５に蓄熱された熱は、導体本体部１１へ流れて放熱される。放熱された吸熱体１５は、常温に戻り、次の吸熱に備えることができる。

また、吸熱体付き導体１００は、筒形状の導体本体部１１の両開口端を平坦に潰して吸熱体１５を封入できる。このため、導体本体部１１と吸熱体１５との熱伝導構造を作りながら、吸熱体１５の保護収容構造も実現できる。
この構造は、吸熱体１５が特に流体である場合に有用となる。この他、筒形状の導体本体部１１は、粉体等の吸熱体１５の収容にも好適となる。

更に、導体本体部１１を銅や銅合金により製作することにより、導体本体部１１の両端を潰す加工だけで電気接続部１３の形成と、吸熱体１５の封入とが同時に行え、安価に製造することができる。

本実施形態に係る電池パックは、何れか１つの吸熱体付き導体１００により一つ以上の回路が接続される。例えば複数の単電池を接続した電池パックにおいて、吸熱体付き導体１００は、単電池の電極同士を接続する。

図３は吸熱体付き導体１００を用いた電池パック２３の要部斜視図である。
図３に示すように、複数の単電池２５を並設して組電池２７が構成され、電池パック２３は、この組電池２７の端子２９を複数接続して構成される。この場合、吸熱体付き導体１００は、この組電池２７同士の間の接続に用いることができる。

本実施形態に係る電池パック２３では、例えば複数の単電池２５を接続した電池パック２３において、単電池２５の電極同士が吸熱体付き導体１００により接続される。吸熱体付き導体１００は、導体本体部１１を流れるジュール熱や電極を介して伝わる熱を吸熱体１５により吸熱する。電池パック２３は、吸熱体付き導体１００の温度上昇が抑制されることにより、異常通電時等、定格電流よりも大きな電流が通電する際の温度上昇を緩和することができる。

図４は変形例に係る吸熱体付き導体１００Ａを用いた電気接続箱の要部斜視図である。
変形例に係る吸熱体付き導体１００Ａは、電気接続箱に用いることもできる。電気接続箱のケース３１には、複数のリレー３３を装着するための複数のソケット３５が設けられる。
この電気接続箱に用いられる吸熱体付き導体１００Ａは、導体本体部１１の軸線１７に直交する断面形状が半円形状に形成されている。そして、吸熱体付き導体１００Ａは、ケース３１の側壁３７とソケット３５との間に配置される。吸熱体付き導体１００Ａは、一方の電気接続部３９がＬ形に立ち上がり形成され、他方の電気接続部４１がクランク形に形成される。電気接続部３９は、例えばソケット３５の端子に接続される。電気接続部４１は、例えばケース３１に設けられた端子に接続される。

この電気接続箱は、吸熱体付き導体１００Ａの温度上昇が抑制されることにより、異常通電時等、定格電流よりも大きな電流が通電する際の温度上昇を緩和することができる。これに加え、導体本体部１１に、一体的に電気接続部３９及び電気接続部４１を形成することにより、ケース３１のバスバーを省略することができる。

図５は本発明の第２の実施形態に係る吸熱体付き導体２００の斜視図である。
なお、本第２の実施形態に係る吸熱体付き導体２００において上記第１の実施形態に係る吸熱体付き導体１００と同一の構成には、同一の符号を付し重複する説明は省略する。
本第２の実施形態に係る吸熱体付き導体２００は、板形状の導体本体部４３と、導体本体部４３の両端に設けられる一対の電気接続部１３と、導体本体部４３における一対の電気接続部１３に挟まれる中間部である中央部４５に貼り付けられ、導体本体部４３より熱容量の大きい吸熱体４７と、を備える。

導体本体部４３は、導電性の良好な矩形状の金属板とすることができる。この導体本体部４３には、長手方向の中央部４５の表裏面に、矩形シート状の吸熱体４７が貼り付けられる。なお、吸熱体４７は、中央部４５の表面または背面の何れか一方に貼り付けられてもよい。吸熱体４７としては、例えば貼着面に粘着層が形成されたゲルシートや樹脂シート等を用いることができる。

本第２の実施形態に係る吸熱体付き導体２００では、上記第１の実施形態に係る吸熱体付き導体１００の作用と同様に、吸熱体４７の吸熱作用により、短時間大電流を通電させた際等の異常通電時における温度上昇を、所定時間（即ち、導体本体部４３と吸熱体４７とが熱平衡状態となるまでの時間）、抑制することができる。

そして、この吸熱体付き導体２００は、吸熱体４７を貼り付けるだけでよいので、図７に示した従来構成の電池接続具５０１における複数の放熱板５１３を備える放熱部５１１に比べ、極めて容易、且つ安価に導体の温度上昇を抑制できる。

図６は本発明の第３の実施形態に係る吸熱体付き導体３００の斜視図である。
なお、本第３の実施形態に係る吸熱体付き導体３００において上記第１の実施形態に係る吸熱体付き導体１００と同一の構成には、同一の符号を付し重複する説明は省略する。
本第３の実施形態に係る吸熱体付き導体３００は、一対の板形状の板導体４９を重ねて固定した導体本体部５１と、導体本体部５１の両端に設けられた一対の電気接続部１３と、一対の板導体４９の間に挟持され、導体本体部５１より熱容量の大きい吸熱体５３と、を備える。

吸熱体５３には、上記第２の実施形態で用いたゲルシートや樹脂シート等と同様のものを用いることができる。一対の板導体４９は、吸熱体５３を挟む部分が外側に台形状となって折り曲げられる。この曲げ形状により、一対の板導体４９の対向面間には、吸熱体５３を収容する間隙が形成される。一対の板形状の板導体４９に挟持された吸熱体５３は、吸熱体付き導体３００の延在方向に沿う両側の側面が表出する。

本第３の実施形態に係る吸熱体付き導体３００では、上記第１の実施形態に係る吸熱体付き導体１００の作用と同様に、吸熱体５３の吸熱作用により、短時間大電流を通電させた際等の異常通電時における温度上昇を、所定時間（即ち、導体本体部５１と吸熱体５３とが熱平衡状態となるまでの時間）、抑制することができる。

そして、この吸熱体付き導体３００は、一対の板導体４９により吸熱体５３を挟み込むだけでよいので、図７に示した従来構成の電池接続具５０１における複数の放熱板５１３を備える放熱部５１１に比べ、容易、且つ安価に導体の温度上昇を抑制できる。また、一対の板導体４９により吸熱体５３を挟持するので、吸熱体５３を保護しつつ、導体本体部５１と吸熱体５３との接触面積を大きくして、熱伝導効率を高めることができる。

従って、本実施形態に係る吸熱体付き導体１００，１００Ａ，２００，３００によれば、短時間大電流を通電させた際等の異常通電時における温度上昇を従来構成に比べ簡素な構造で且つ安価に抑制できる。
また、本実施形態に係る電池パック２３によれば、異常通電時におけるバスバーの温度上昇を従来構成に比べ簡素な構造で且つ安価に抑制でき、特定の単電池２５の劣化を抑制することができる。

本発明は上記の実施形態に限定されるものではなく、実施形態の各構成を相互に組み合わせることや、明細書の記載、並びに周知の技術に基づいて、当業者が変更、応用することも本発明の予定するところであり、保護を求める範囲に含まれる。

例えば上記実施形態の構成例では、導体本体部の延在方向の中央部一箇所に吸熱体が設けられる場合を説明したが、本発明に係る吸熱体付き導体は、導体本体部が長尺に形成され、その長手方向の中間部における複数箇所に吸熱体が設けられてもよい。

ここで、上述した本発明に係る吸熱体付き導体及び電池パックの実施形態の特徴をそれぞれ以下［１］〜［４］に簡潔に纏めて列記する。
［１］ 筒形状の導体本体部（１１）と、
前記導体本体部の軸線（１７）に沿う方向の両端に設けられ、前記導体本体部の開口端が平坦に潰れて形成された一対の電気接続部（１３）と、
前記電気接続部によって前記導体本体部の両開口端が封鎖されて密閉空間となった前記導体本体部の内方に封入され、前記導体本体部より熱容量の大きい吸熱体（１５）と、
を備えることを特徴とする吸熱体付き導体（１００，１００Ａ）。
［２］ 板形状の導体本体部（４３）と、
前記導体本体部の両端に設けられる一対の電気接続部（１３）と、
前記導体本体部における前記一対の電気接続部に挟まれる中間部（中央部４５）に貼り付けられ、前記導体本体部より熱容量の大きい吸熱体（４７）と、
を備えることを特徴とする吸熱体付き導体（２００）。
［３］ 一対の板形状の板導体（４９）を重ねて固定した導体本体部（５１）と、
前記導体本体部の両端に設けられた一対の電気接続部（１３）と、
前記一対の板導体の間に挟持され、前記導体本体部より熱容量の大きい吸熱体（５３）と、
を備えることを特徴とする吸熱体付き導体（３００）。
［４］ 上記［１］〜［３］の何れか１つに記載の吸熱体付き導体（１００，２００，３００）により一つ以上の回路が接続されたことを特徴とする電池パック（２３）。

１１…導体本体部
１３…電気接続部
１５…吸熱体
１７…軸線
２３…電池パック
１００…吸熱体付き導体

Claims (4)

1. 筒形状の導体本体部と、
   前記導体本体部の軸線に沿う方向の両端に設けられ、前記導体本体部の開口端が平坦に潰れて形成された一対の電気接続部と、
   前記電気接続部によって前記導体本体部の両開口端が封鎖されて密閉空間となった前記導体本体部の内方に封入され、前記導体本体部より熱容量の大きい吸熱体と、
   を備えることを特徴とする吸熱体付き導体。
2. 板形状の導体本体部と、
   前記導体本体部の両端に設けられる一対の電気接続部と、
   前記導体本体部における前記一対の電気接続部に挟まれる中間部に貼り付けられ、前記導体本体部より熱容量の大きい吸熱体と、
   を備えることを特徴とする吸熱体付き導体。
3. 一対の板形状の板導体を重ねて固定した導体本体部と、
   前記導体本体部の両端に設けられた一対の電気接続部と、
   前記一対の板導体の間に挟持され、前記導体本体部より熱容量の大きい吸熱体と、
   を備えることを特徴とする吸熱体付き導体。
4. 請求項１〜請求項３の何れか１項に記載の吸熱体付き導体により一つ以上の回路が接続されたことを特徴とする電池パック。

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