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WO2025243349A1 - バスバー - Google Patents

バスバー

Info

Publication number
WO2025243349A1
WO2025243349A1 PCT/JP2024/018457 JP2024018457W WO2025243349A1 WO 2025243349 A1 WO2025243349 A1 WO 2025243349A1 JP 2024018457 W JP2024018457 W JP 2024018457W WO 2025243349 A1 WO2025243349 A1 WO 2025243349A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
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insulator layer
conductor
busbar
layer
thickness
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
PCT/JP2024/018457
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
恒也 橋本
伸明 光地
利明 森
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
SWCC Corp
Original Assignee
SWCC Corp
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Filing date
Publication date
Application filed by SWCC Corp filed Critical SWCC Corp
Priority to PCT/JP2024/018457 priority Critical patent/WO2025243349A1/ja
Publication of WO2025243349A1 publication Critical patent/WO2025243349A1/ja
Pending legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01RELECTRICALLY-CONDUCTIVE CONNECTIONS; STRUCTURAL ASSOCIATIONS OF A PLURALITY OF MUTUALLY-INSULATED ELECTRICAL CONNECTING ELEMENTS; COUPLING DEVICES; CURRENT COLLECTORS
    • H01R4/00Electrically-conductive connections between two or more conductive members in direct contact, i.e. touching one another; Means for effecting or maintaining such contact; Electrically-conductive connections having two or more spaced connecting locations for conductors and using contact members penetrating insulation
    • H01R4/58Electrically-conductive connections between two or more conductive members in direct contact, i.e. touching one another; Means for effecting or maintaining such contact; Electrically-conductive connections having two or more spaced connecting locations for conductors and using contact members penetrating insulation characterised by the form or material of the contacting members

Definitions

  • the present invention relates to a busbar.
  • on-board bus bars have a conductor and an insulating layer that covers the conductor.
  • On-board bus bars are arranged in the limited space around the battery. For this reason, from the perspective of routing, on-board bus bars are often bent in the thickness direction (flatwise bend) or the width direction (edgewise bend) (see, for example, Patent Document 1).
  • busbars are bent.
  • the insulator layer covering the conductor it is desirable for the insulator layer covering the conductor to follow the bending. If the insulator layer cannot follow the bending sufficiently, cracks will occur in the insulator layer on the outside of the bent portion, and bulges will occur in the insulator layer on the inside. If these phenomena occur, they may have a negative impact on the insulation properties of the busbar.
  • the object of the present invention is to provide a busbar that does not cause bulging of the insulation layer when bent.
  • a bus bar having a conductor and an insulating layer covering the conductor The minimum thickness of the insulator layer is 0.50 mm or more, the insulator layer is characterized in that, when a tensile test is performed on a test piece having a thickness of 0.50 mm produced using the constituent material of the insulator layer in accordance with JIS K 7127:1999, the test force at a strain of 50% is 113 N or more; Busbar.
  • the present invention provides a busbar in which the insulation layer does not bulge when bent.
  • FIG. 1A is a diagram showing a bus bar according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 1B is a cross-sectional view of the bus bar according to the embodiment.
  • FIG. 2 is a graph showing the relationship between the thickness of the test piece and the test force.
  • FIG. 3 is a diagram showing the conductor when the bus bar is bent edgewise.
  • Busbars according to embodiments of the present invention are used, for example, to electrically connect an in-vehicle battery and an inverter.
  • the upper and lower limits of numerical ranges indicated by "to” are included in the range.
  • FIG. 1A is a perspective view of a busbar 1
  • FIG. 1B is a cross-sectional view of the busbar 1.
  • the busbar 1 shown in Figure 1A has a bent portion. Also, as shown in Figure 1B, the busbar 1 has a conductor 10 and an insulating layer 20 that covers the conductor 10.
  • the busbar 1 shown in Figure 1A has three bent portions. One is an edgewise bent portion 1a that is bent in the width direction of the busbar 1, and the remaining two are flatwise bent portions 1b that are bent in the thickness direction of the busbar 1.
  • the conductor 10 and insulator layer 20 of the busbar 1 are described below.
  • the conductor 10 is a plate-shaped member made of a conductive metal material.
  • the material of the conductor 10 is not particularly limited as long as it is a metal. Examples of the material of the conductor 10 include copper or a copper alloy.
  • the conductor 10 is in the form of a thin plate and has a curved portion.
  • the conductor 10 may be made of a single metal plate or may be made of multiple stacked metal thin plates. The thickness and width of the conductor 10 are determined appropriately depending on the magnitude of the current, the installation location, the installation conditions, etc. When the conductor 10 is made of multiple stacked metal thin plates, the thickness of the metal thin plates is within the range of 0.1 to 0.3 mm. Furthermore, both ends of the conductor 10 made of multiple stacked metal thin plates may be welded together.
  • the conductor 10 may have a structure at its end for connection to a terminal of, for example, a battery.
  • An example of such a structure includes a bolt receiving hole 11 for fastening with a bolt.
  • the insulator layer 20 has an insulating function.
  • materials for the insulator layer 20 include resin.
  • the resin is preferably a thermoplastic resin.
  • the thermoplastic resin is preferably flame-retardant.
  • thermoplastic resins include polyamide, polyvinyl chloride, polyethylene, and polypropylene.
  • the insulator layer 20 directly covers the conductor 10 and is in contact with the conductor 10.
  • Another layer may be disposed between the conductor 10 and the insulator layer 20.
  • An example of a layer disposed between the conductor 10 and the insulator layer 20 is a fire-resistant layer.
  • the fire-resistant layer is, for example, a layer formed of fire-resistant tape (e.g., mica tape).
  • no primer layer is present between the conductor 10 and the insulator layer 20.
  • the insulator layer 20 is configured to easily follow the bending of the busbar 1. Specifically, in this embodiment, as shown in Figure 3, when the conductor 10 is bent edgewise so that the radius of curvature on the inside of the conductor 10 is equal to the width R of the conductor 10, the insulator layer 20 is configured to have a conformability that prevents cracking in the insulator layer 20 on the outside of the bend and prevents bulging in the insulator layer 20 on the inside of the bend. In particular, the insulator layer 20 is configured so that bulging does not occur on the inside.
  • the minimum thickness of the insulator layer 20 be 0.50 mm or more. There is no particular upper limit to the minimum thickness of the insulator layer 20, but it is preferable that the minimum thickness of the insulator layer 20 be, for example, 1.5 mm or less. If the minimum thickness of the insulator layer 20 exceeds 1.5 mm, terminal peelability will be poor.
  • the insulator layer 20 has conformability, in order to prevent bulging, particularly on the inside, it is preferable that the insulator layer 20 resists the external force and does not easily deform when an external force is applied to the insulator layer 20 due to bending, i.e., the insulator layer 20 has a certain degree of strength. If the insulator layer 20 has a certain degree of strength, the threshold at which the insulator layer 20 cannot resist the external force and deforms in a direction causing bulging (a phenomenon similar to buckling) becomes higher, and it is thought that bulging is suppressed.
  • the material constituting the insulator layer 20 has a strength such that a test force of 113 N or more is obtained when a tensile test is performed in accordance with JIS K 7127:1999 on a test piece having a thickness of 0.50 mm made from the material constituting the insulator layer 20 and the test piece is subjected to a strain of 50%. Details of these will be described later with reference to examples.
  • the insulator layer 20 is preferably formed on a conductor 10 that has been heated to approximately 160 to 200°C. Specifically, the insulator layer 20 is preferably formed by extrusion molding a resin onto a conductor 10 that has been heated to approximately 160 to 200°C.
  • the insulator layer 20 has a minimum thickness of 0.50 mm or more, and when a tensile test is performed on a 0.50 mm thick test piece made from the material of the insulator layer in accordance with JIS K 7127:1999, the test force at 50% strain is 113 N or more. This allows the insulator layer 20 to conform to the bending when the busbar 1 is bent edgewise, thereby suppressing cracking of the insulator layer 20 on the outer side of the bend and swelling of the insulator layer 20 on the inner side of the bend. This also makes it possible to suppress adverse effects on the insulation performance of the busbar 1.
  • Experiment 1 was conducted to examine the strength of the material that constitutes the insulator layer of the bus bar.
  • test specimens were prepared in accordance with JIS K 7127:1999 using polyamide 12 as the material for the insulator layer, with thicknesses of 0.50 mm, 0.90 mm, and 1.3 mm.
  • Five test specimens were prepared in accordance with JIS K 7127:1999, with thicknesses of 0.50 mm, 0.90 mm, and 1.3 mm.
  • tensile tests were performed on each of the prepared test specimens in accordance with JIS K 7127:1999 at a tensile speed of 100 mm/min, and the test force at a strain of 50% was measured. The actual thickness of each prepared test specimen was also measured.
  • the thickness of the test specimen was measured at three random locations using an electronic thickness gauge, and the average value was used as the thickness of the test specimen.
  • the measured thicknesses and test forces of the test specimens are shown in Table 1.
  • a graph plotting the relationship between the thicknesses of the test specimens in Table 1 and the test forces is shown in Figure 2.
  • the coating thickness of the insulator layer in contact with a 20 mm-wide conductor over a 20 mm width was measured at six locations on both sides of the conductor, at the center of the conductor in the width direction, and at positions approximately 1.0 mm inward from the left and right ends of the conductor in the width direction.
  • the thickness of the insulating layer in contact with the 3.5 mm thick conductor over a distance of 3.5 mm in the thickness direction was measured at two locations, one on each side of the bus bar, at the center of the conductor in the thickness direction.
  • the coating thickness of the insulator layer was measured at a total of eight locations, and the smallest value among these was taken as the minimum thickness of the insulator layer, which is shown in Table 2.
  • busbars with various minimum insulation layer thicknesses were bent edgewise so that the inner radius of curvature R of the conductor (rectangular copper wire) was 20 mm (the same length as the conductor width).
  • Visual evaluations were performed to determine whether cracks occurred in the insulation layer on the outside of the bend and whether bulges occurred in the insulation layer on the inside of the bend. The evaluation results are shown in Table 2.
  • the busbar obtained by this invention is useful as a busbar that may be bent for routing purposes, such as a busbar for electrically connecting an on-board battery and inverter.

Landscapes

  • Non-Insulated Conductors (AREA)

Abstract

本発明のバスバーは、導体と、前記導体を被覆する絶縁体層とを有するバスバーであって、前記絶縁体層の最小厚は0.50mm以上であり、前記絶縁体層は、その構成材料を用いて作製した厚さ0.50mmの試験片についてJIS K 7127:1999に準じて引張試験を行い、歪みを50%としたときの試験力は113N以上であることを特徴とする、バスバー。

Description

バスバー
 本発明は、バスバーに関する。
 従来、バッテリー式電気自動車やハイブリッド自動車などに搭載されたバッテリーユニットおよびインバーターは、バスバーで電気的に接続される。一般に、車載用のバスバーは、導体と、導体を被覆する絶縁体層とを有している。車載用のバスバーは、バッテリー周りの限られたスペースに配置される。このため、車載用のバスバーは、配策性の観点から、厚さ方向に曲げ加工(フラットワイズ曲げ)されたり、幅方向に曲げ加工(エッジワイズ曲げ)されたりする(例えば、特許文献1参照)。
特開2022-167282号公報
 特許文献1に記載されているようにバスバーは曲げられる。ここでバスバーが曲げられたときに、導体を被覆する絶縁体層は曲げに追従することが望ましい。絶縁体層が十分に曲げに追従できないと、曲げられた部分の外側においては絶縁体層に割れが発生し、内側においては絶縁体層の膨らみが発生する。これらの現象が発生するとバスバーの絶縁性に悪影響を与える可能性がある。
 本発明の目的は、曲げられたときに、絶縁体層の膨らみが発生しないバスバーを提供することである。
 上記課題を解決するため本発明の一態様によれば、
 導体と、前記導体を被覆する絶縁体層とを有するバスバーであって、
 前記絶縁体層の最小厚は0.50mm以上であり、
 前記絶縁体層は、その構成材料を用いて作製した厚さ0.50mmの試験片についてJIS K 7127:1999に準じて引張試験を行い、歪みを50%としたときの試験力は113N以上であることを特徴とする、
 バスバー。
 本発明によれば、曲げられたときに、絶縁体層の膨らみが発生しないバスバーが提供される。
図1Aは、本発明の実施の形態に係るバスバーを示す図であり、図1Bは、実施の形態に係るバスバーの横断面図である。 図2は、試験片の厚さと、試験力との関係を示すグラフである。 図3は、バスバーをエッジワイズ曲げしたときの導体を示す図である。
 以下、添付した図面を参照して、本発明の実施の形態に係るバスバーについて説明するが、本発明は以下の実施の形態に限定されるわけではない。本発明の実施の形態に係るバスバーは、例えば車載用のバッテリーとインバーターとを電気的に接続するために使用される。本明細書中、数値範囲を示す「~」の上限値および下限値は当該数値範囲に含まれる。
 [バスバー]
 図1Aは、バスバー1の斜視図であり、図1Bはバスバー1の横断面図である。
 図1Aに示されるバスバー1は、曲げられた部分を有する。また、図1Bに示されるようにバスバー1は、導体10と、導体10を被覆する絶縁体層20とを有する。
 図1Aに示されるバスバー1は3つの曲げられた部分を有する。1つはバスバー1の幅方向に曲げるエッジワイズ曲げ部分1aであり、残りの2つはバスバー1の厚さ方向に曲げるフラットワイズ曲げ部分1bである。
 以下、バスバー1が有する導体10、絶縁体層20について説明する。
 (導体)
 導体10は、導電性金属材料で形成された板状の部材である。導体10の材料は、金属であれば特に限定されない。導体10の材料の例には、銅または銅合金が含まれる。また、本実施の形態において導体10は薄板状であり、曲げられた部分を有する。導体10は、一枚の金属板で構成されていてもよいし、積層された複数枚の金属薄板で構成されていてもよい。導体10の厚さおよび幅は、通電電流の大きさ、設置場所、設置条件などに応じて適宜決定される。導体10が複数枚の金属薄板を積層したものである場合、金属薄板の厚みは、0.1~0.3mmの範囲内である。また、複数枚の金属薄板を積層した導体10は、その両端部を一体に溶接してもよい。
 導体10は、その末端部に例えばバッテリーなどの端子と接続されるための構造を有していてもよい。このような構造の例には、ボルトで固定されるためのボルト受け入れ孔11が含まれる。
 (絶縁体層)
 絶縁体層20は絶縁機能を有する。絶縁体層20の材料の例には樹脂が含まれる。樹脂は熱可塑性樹脂が好ましい。熱可塑性樹脂は難燃性であることが好ましい。熱可塑性樹脂の例には、ポリアミド、ポリ塩化ビニル、ポリエチレン、ポリプロピレンが含まれる。本実施の形態において、絶縁体層20は導体10を直接被覆しており、絶縁体層20は導体10に接触している。導体10と絶縁体層20との間には別の層が配置されていてもよい。導体10と絶縁体層20との間に配置される層の例には、耐火層が挙げられる。耐火層は、例えば耐火テープ(例えばマイカテープ)によって構成されている層である。また、本実施の形態において、導体10と絶縁体層20との間にはプライマー層が存在しない。
 絶縁体層20は、バスバー1の曲げに追従しやすいように構成されている。具体的には、本実施の形態において、図3に示されるように、導体10の内側の曲率半径が導体10の幅Rとなるようなエッジワイズ曲げをしたときに、曲げの外側の絶縁体層20に割れ、および曲げの内側の絶縁体層20に膨らみが生じないような追従性を有するように絶縁体層20は構成されている。特に、絶縁体層20は内側において膨らみが生じないように構成されている。
 ここで絶縁体層20が追従性を有するため、特に内側において膨らみが生じないようにするために、絶縁体層20の最小厚は0.50mm以上であることが好ましい。絶縁体層20の最小厚の上限は、特に制限されないが、絶縁体層20の最小厚は、例えば、1.5mm以下であることが好ましい。絶縁体層20の最小厚は、1.5mmを超える場合、端末剥離性が悪くなる。
 また、絶縁体層20が追従性を有するため、特に内側において膨らみが生じないようにするために、曲げに伴って絶縁体層20に外力が加えられたときに外力に抵抗して絶縁体層20が変形しにくいこと、すなわち、絶縁体層20がある程度の強度をもつことが好ましい。絶縁体層20がある程度の強度をもつと、外力に抵抗しきれなくなり膨らみが生じる方向への絶縁体層20の変形(座屈に似た現象)が起こる閾値が高くなり、膨れが生じることが抑制されると考えられる。
 具体的には、絶縁体層20を構成する材料を用いて作製した厚さ0.50mmの試験片についてJIS K 7127:1999に準じて引張試験を行い、歪みを50%としたときの試験力が113N以上となる強度を、絶縁体層20を構成する材料が有することが好ましい。これらについての詳細は実施例を示しつつ後述する。
 絶縁体層20は、160~200℃程度に加熱された導体10上に形成されることが好ましい。具体的には、絶縁体層20は、160~200℃程度に加熱された導体10に樹脂を押出成型することで形成されることが好ましい。
 (効果)
 本実施の形態に係るバスバー1は、絶縁体層20の最小厚が0.50mm以上であり、絶縁体層はその構成材料を用いて作製した厚さ0.50mmの試験片についてJIS K 7127:1999に準じて引張試験を行い、歪みを50%としたときの試験力が113N以上である。これにより、バスバー1をエッジワイズ曲げしたときに絶縁体層20が曲げに追従し、曲げの外側での絶縁体層20の割れ、および曲げの内側での絶縁体層20の膨らみが抑制される。そして、バスバー1の絶縁性能に悪影響を与えることを抑制することができる。
 本発明を実施例によりさらに詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例に何ら限定されない。
 [実験1]
 バスバーの絶縁体層を構成する材料が有する強度を調べるための実験1を行った。
 実験1では、絶縁体層の材料であるポリアミド12を用いてJIS K 7127:1999に準拠し、0.50mm、0.90mm、1.3mmの各厚さを有するように試験片を作製した。なお、JIS K 7127:1999に準拠し、0.50mm、0.90mm、1.3mmの各厚さを有するように作成した試験片は、それぞれ5つずつ作製した。また、作製した試験片のそれぞれについて、JIS K 7127:1999に準じ引張速度100mm/minで引張試験を行い、歪みを50%としたときの試験力の測定を行った。また、作成した試験片の実際の厚さを測定した。試験片の厚さの測定は任意の3ヶ所の厚さを電子厚さ計で測定し、その平均値を試験片の厚さとした。
 測定した試験片の厚さ、試験力について表1に示す。また、表1の試験片の厚さと、試験力についての関係をプロットしたグラフを図2に示す。
 表1および図2に示されるグラフからわかるように、試験片の厚さと、試験力とは比例関係にあり、各プロットは1つの直線上に位置し、近似すれば1つの一次関数で表すことができると考えられた。
 [実験2]
 バスバーの絶縁体層の最小厚と、曲げ加工性(割れおよび膨れの発生)との関係を調べるための実験2を行った。
 実験2では、導体として平角銅線(幅20mm×厚み3.5mm)を用い、当該平角導線を160℃~200℃に加熱し、加熱した平角銅線に熱可塑性樹脂としてポリアミド12を用いて、種々の絶縁体層の厚さとなるように押出成形条件を変更してバスバーを作製した。作製したバスバーの絶縁体層の最小厚を測定した結果を表2に示す。
 なお、作製したバスバーの絶縁体層の最小厚は、バスバーの横断面において、デジタルマイクロスコープ(キーエンス株式会社)を用いて測定した。具体的には、幅20mmである導体の幅方向に20mmにわたって接する絶縁体層の被覆厚について、導体の幅方向の中央部分、導体の幅方向の左右端より約1.0mm内側の位置で両面について計測し、計6箇所を測定した。
 また、厚さ3.5mmである導体の厚さ方向に3.5mmにわたって接する絶縁体層の被覆厚について、バスバーの左右それぞれで、導体の厚さ方向の中央部分を計測し、計2箇所を測定した。
 結果として合計8箇所の絶縁体層の被覆厚について測定し、それらの内の最小値を絶縁体層の最小厚とし、表2に示した。
 上記のように種々の絶縁体層の最小厚を有するバスバーについて、図3に示されるように、導体(平角銅線)の内側の曲率半径Rが20mm(導体の幅と同じ長さ)になるようにエッジワイズ曲げしたときに、曲げの外側の絶縁体層に割れが発生するか否か、および、曲げの内側の絶縁体層に膨らみが発生するか否かを目視で評価した。評価結果を表2に示す。
 表2からわかるように絶縁体層の最小厚が0.39~0.64mmの範囲内では割れが発生しなかった。一方、膨れは、絶縁体層の最小厚が0.39mm~0.45mmの範囲内では発生したが、最小厚が0.50mm以上となると発生しなかった。このことから、バスバーを曲げたときにおける、ポリアミド12を材料とする絶縁体層の追従性を良好にし、膨れが発生しないようにするための絶縁体層の最小厚は0.50mm以上であることがわかった。
また、表1の結果と表2の結果とを合わせて、バスバーの絶縁体層の強度と厚さは以下のようであれば膨れの発生が抑制されると考えられる。すなわち、厚さ0.50mmの試験片についてJIS K 7127:1999に準じて引張試験を行い、歪みを50%としたときの試験力が113N以上となる樹脂(組成物)を用いて、最小厚0.50mm以上となるように絶縁体層を形成すれば、膨れの発生が抑制されると考えられる。
 なぜなら、上述のように膨れは絶縁体層の強度不足が原因で起こると考えられるところ、上述の測定条件下で試験力が113N以上であれば、強度が十分であり、膨れの発生が抑制されると考えられるためである。すなわち、絶縁体層が上記の試験力113N以上の強度をもつ材料で構成されていることで、エッジワイズ曲げに伴う外力に抵抗しきれなくなり膨らみが生じる方向への絶縁体層の変形(座屈に似た現象)が起こる閾値が高くなり、膨れが生じることが抑制されると考えられるためである。なお、表2の結果からわかるようにエッジワイズ曲げしたときに内側の絶縁体層に膨れが生じない程度の厚さおよび強度を絶縁体層が有すれば、外側の絶縁体層に割れは生じない。
 本発明により得られたバスバーは、例えば、車載用のバッテリーおよびインバーターの間などを電気的に接続するためのバスバーなど、配策性のために曲げられることがあるバスバーとして有用である。
 1 バスバー
 1a エッジワイズ曲げ部分
 1b フラットワイズ曲げ部分
 10 導体
 11 ボルト受け入れ孔
 20 絶縁体層
 

Claims (3)

  1.  導体と、前記導体を被覆する絶縁体層とを有するバスバーであって、
     前記絶縁体層の最小厚は0.50mm以上であり、
     前記絶縁体層は、その構成材料を用いて作製した厚さ0.50mmの試験片についてJIS K 7127:1999に準じて引張試験を行い、歪みを50%としたときの試験力は113N以上であることを特徴とする、
     バスバー。
  2.  請求項1に記載のバスバーであって、前記導体は銅または銅合金で、前記絶縁体層はポリアミド樹脂であることを特徴とする、バスバー。
  3.  請求項1または2に記載のバスバーであって、前記導体と、前記絶縁体層との間にはプライマー層がないことを特徴とする、バスバー。
     
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