导电板以及电池装置

技术领域

本发明涉及例如用于连接多个电池的电极的导电板以及具有通过导电板连接的多个电池的电池装置。

背景技术

近年来，锂离子电池等二次电池的用途迅速扩大到与太阳能电池、风力发电等新能源系统组合的电力储存用蓄电装置、汽车用蓄电池等。为了供于这些用途，使用将多个单元电池(也称为单电池、电池单元。在以下的说明中，适当地简称为电池)串联或并联连接而得的电池组装置。为了将多个电池电连接且机械连接，使用导电板。对于该导电板，作为进一步的功能提出了具备用于过电流保护的熔丝功能(参照专利文献1以及专利文献2)。

在专利文献1中，记载了一种将电池的端部电极彼此连接的板状熔丝。如图14所示，熔丝101采用将电池间的连接部分形成为窄幅的熔断部102的结构，使得在有过电流流动时熔断部102熔断。

在专利文献2中，记载了一种如图15所示的熔断片103。熔断片103的长条状的板状部件被折弯加工，熔断片103具有连接部分103a和主体部分103b。主体部分103b通过点焊与保持在内部的单电池的端面接合。在熔断片103上形成有沿宽度方向延伸的狭缝。狭缝的外侧被电池支架的罩部104覆盖。形成于狭缝两侧的窄幅部分成为可熔部分。在熔断片103中，在有一定以上的过电流流动的情况下，可熔部分熔断，从而确保电池组的安全。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：特开2000-311575号公报

专利文献2：特开2012-028007号公报

发明内容

发明要解决的技术问题

专利文献1所记载的技术由于熔断部102的宽度较窄，因此存在连结电池之间时的机械强度不足的问题。如果扩大熔断部102的宽度，则截面积增大，电阻值降低，发热量减少。其结果为，用于熔断的时间变长，或者无法通过设想的过电流熔断，因此难以扩大熔断部102的宽度。专利文献2所记载的技术由于在狭缝的短边的两侧设置有可熔部分，因此也存在形成有狭缝的部分的机械强度变弱的问题。

因此，本发明的目的在于，提供熔断所需的时间短且能确保机械强度的导电板以及电池装置。

用于解决技术问题的技术方案

本发明涉及一种导电板，其在电流输入区域与电流输出区域之间具有通电路径，通电路径在有过电流流动时熔断，通电路径包括电阻值不同的多个电流路径。

另外，本发明涉及一种电池装置，其中，多个电池的电极通过导电板而电连接且机械连接，导电板是在电流输入区域与电流输出区域之间具有通电路径且在通电路径中包括电阻值不同的多个电流路径的导电板，其中，通电路径在有过电流流动时熔断。

发明效果

根据至少一个实施方式，熔断所需的时间短且能确保机械强度。需要说明的是，在此记载的效果不一定是限定的，也可以是本公开中记载的任意的效果或与它们性质不同的效果。

附图说明

图1是能够应用本发明的电池组装置的一个例子的立体图。

图2的A以及图2的B是用于说明电池组装置中的电池间的连接的俯视图以及仰视图。

图3是表示电池组装置的电连接的连接图。

图4是作为根据本发明第一实施方式的导电板的连接电极的立体图。

图5是表示电池组装置的连接电极的部分的侧视图。

图6是表示形成于连接电极的熔丝区域的局部侧视图。

图7是表示熔丝区域的等效电路的连接图。

图8是用于说明熔丝区域的熔断过程的图。

图9是用于说明熔丝区域的熔断过程的图。

图10是用于说明本发明第二实施方式的局部侧视图。

图11是第二实施方式的熔丝区域的等效电路的连接图。

图12是用于说明熔丝区域的熔断过程的图。

图13是用于说明熔丝区域的另一个例子的立体图。

图14是现有的导电板的一个例子的立体图。

图15是现有的导电板的另一个例子的立体图。

具体实施方式

以下，参照附图对本发明进行说明。

需要说明的是，以下说明的实施方式等是本发明的优选的具体例，本发明的内容并不限定于这些实施方式等。另外，本说明书中记载的效果仅是例示而不是限制性的，并且不否定还存在与所例示的效果不同的效果。

首先，对本发明的第一实施方式进行说明。图1中示出可应用本发明的电池装置，例如电池组装置。图2的A表示该电池组装置的上表面的端部的概况，图2的B表示电池组装置的下表面的端部的概况。电池组装置将多个电池例如64个电池收纳于由合成树脂形成的电池组支架1，通过配置于上表面的作为导电板的9个连接电极T1、T3、T5、……、T17以及配置于下表面的作为导电板的8个连接电极T2、T4、T6、……、T16将多个电池间连接。在图2的A以及图2的B中，用双点划线表示这些连接电极T1～T17。

64个电池例如是圆筒形的锂离子二次电池。除了锂离子电池以外，还可以使用镍氢电池、镍镉电池、锂聚合物电池等其它所有可充电的二次电池。进而，电池不限于圆筒形电池，也可以是角形电池。连接电极是由金属等具有导电性的材料，例如铜、铜合金等构成的板状体。

图2的A以及图2的B中的沿横向延长的16个电池的排列为在纵向上摞起为4层的配置。在列方向上相邻的电池间的正负的极性反转，在列间，电池的正负的极性的关系相同。位于图2的A所示的正极侧的端的纵向的4个电池的上表面侧所表现出的极性相同(+)。通过上表面的连接电极T1，纵向的4个电池C1、C2、C3和C4的正极电极通过焊接例如凸焊而电连接且机械连接。另外，通过上表面的连接电极T3，邻接的8个电池C11、C12、C13和C14的负极电极以及电池C21、C22、C23和C24的正极电极例如通过凸焊而电连接且机械连接。

在下表面侧的端部，如图2的B所示，通过连接电极T2，邻接的8个电池C1、C2、C3和C4的负极电极以及电池C11、C12、C13和C14的正极电极通过凸焊而电连接且机械连接。进而，通过连接电极T4，邻接的8个电池C21、C22、C23和C24的负极电极以及电池C31、C32、C33和C34的正极电极通过凸焊而电连接且机械连接。

像这样，通过连接电极T1～T17将电池的电极连接，从而如图3所示，构成“4并联16串联”的电池组装置。对与电池C1～C4的正极连接的连接电极T1连接正极侧电力电缆2+，对与电池C71～C74的负极连接的连接电极T17连接负极侧电力电缆2-。需要说明的是，作为上述结构的变形例，也能够构成“2并联32串联”的电池组装置。

虽然在图1中被省略，但以与电池组支架1的侧面相对的方式安装有一张控制基板。在该控制基板中安装有用于控制电池组装置的电路。如图1所示，分别与连接电极T1～T17一体地设置有连接用的引线部L1～L17，引线部L1～L17的前端钎焊于控制基板的规定的连接部位。

需要说明的是，电池组装置收纳于外装壳体内。虽未图示，但外装壳体是金属的箱状的壳体。需要说明的是，外装壳体不限于由金属制成，例如也可以由树脂制成。

在本发明中，如后所述，正极侧的连接电极T1以及负极侧的连接电极T17具有熔丝功能。因此，在图3的等效电路中，在正极侧和负极侧分别插入有熔丝。这些熔丝在过电流流入电池组装置时被切断而保护电池组装置的电池。例如，在如负载短路这样的情况下有过电流流动。需要说明的是，只要在正极侧和负极侧中的至少一方设置熔丝即可。

图4表示负极侧的具有熔丝功能的连接电极T17。连接电极T17通过对铜等金属板进行折弯加工而形成有具有大致90°的开口角的上表面11b和侧面12b。在上表面11b上形成有例如用于焊接4个电池的各电极的由突起或凹部构成的焊接用区域13b。作为焊接的方法，例如使用凸焊。也可以使用其它焊接法。进而，从上表面11b导出引线部L17。通过连接电极T17，4个电池C71～C74(参照图3)被并联连接。

在侧面12b上形成有用于安装负极侧电力电缆2-的端部的圆形的开口14b。在侧面12b上与折弯边缘平行地形成有狭缝15b。另外，在与狭缝15b的封闭端侧隔开规定间隔的位置形成有与折弯边缘正交的狭缝16b。进而，形成有与狭缝16b连续且与折弯边缘大致平行的部分以及以远离折弯边缘的方式弯曲的狭缝17b。

通过狭缝16b以及17b，侧面12b被分割为两个区域18b以及19b。另外，通过狭缝15b、狭缝16b以及狭缝17b限定各区域的电流输入区域20b和21b以及电流输出区域22b和23b。即，通过电流输入区域20b以及电流输出区域22b构成第一电流路径组，通过电流输入区域21b以及电流输出区域23b构成第二电流路径组。这些电流路径组折弯成大致倒着的L形的形状。

电流通过负极侧电力电缆2-(开口14b)以及连接电极T17从外部流入电池组装置。在连接电极T17的侧面12b的一区域18b中，电流从电流输入区域20b向电流输出区域22b流动，并且电流从电流输入区域21b向电流输出区域23b流动。这两个通电路径分别包括熔丝区域24b以及25b。熔丝区域24b以及25b分别是多个长度不同的条纹状的电流路径平行地形成的区域。

图5中示出安装于电池组装置的正极侧的连接电极T1的侧面。连接电极T1采用与上述负极侧的连接电极T17同样的结构。连接电极T1通过对铜等金属板进行折弯加工而形成有具有大致90°的开口角的上表面11a和侧面12a。在上表面11a上形成有例如用于焊接4个电池的各电极的由突起或凹部构成的焊接用区域。

通过连接电极T1，4个电池C1～C4(参照图3)被并联连接。在连接电极T1以及T17中，形成有焊接用区域13a、13b的上表面11a、11b是在焊接时被加压的面，从而需要机械强度。因此，在上表面11a、11b上形成熔丝区域会使机械强度降低，故不优选，从而熔丝区域形成于侧面12a、12b。

在侧面12a上形成有用于安装正极侧电力电缆2+的端部的圆形的开口14a。在侧面12a上与折弯边缘平行地形成有狭缝15a。另外，在与狭缝15a的封闭端侧隔开规定间隔的位置形成有与折弯边缘正交的狭缝16a。进而，形成有与狭缝16a连续且与折弯边缘大致平行的部分以及以远离折弯边缘的方式弯曲的狭缝17a。

通过狭缝16a以及17a，侧面12a被分割为两个区域18a以及19a。另外，通过狭缝15a以及狭缝16a限定各区域的电流输入区域20a和21a以及电流输出区域22a和23a。即，通过电流输入区域20a以及电流输出区域22a构成第一电流路径组，通过电流输入区域21a以及电流输出区域23a构成第二电流路径组。这些电流路径组折弯成大致倒着的L形的形状。

电流通过连接电极T1以及正极侧电力电缆2+(开口14a)从电池组装置输出到外部。在连接电极T1的侧面12a的一区域18a中，电流从电流输入区域20a向电流输出区域22a流动，并且电流从电流输入区域21a向电流输出区域23a流动。这两个通电路径分别包括熔丝区域24a以及25a。熔丝区域24a以及25a分别是多个长度不同的条纹状的电流路径平行地形成的区域。

参照图6对熔丝区域24a以及25a进行说明。需要说明的是，形成于连接电极T17的熔丝区域24b以及25b也具有与熔丝区域24a以及24b同样的结构。

熔丝区域24a形成于被夹在狭缝15a与17a之间的区域。通过形成与狭缝15a以及17a平行且具有相等宽度的6条狭缝，从而形成7条宽度相等(例如大致为1mm)而长度不同的电流路径P1、P2、P3、P4、P5、P6以及P7。将电流路径P1～P7的一端的位置对齐，按照从最上层的电流路径P1到电流路径P7的顺序使长度变长。

熔丝区域25a形成于被夹在狭缝17a与侧面12a的下侧边缘之间的区域。通过形成与狭缝17a平行且具有相等宽度的6条狭缝，从而形成7条宽度相等而长度不同的条纹状的电流路径P8、P9、P10、P11、P12、P13以及P14。将电流路径P8～P14的一端的位置对齐，按照从最上层的电流路径P8到电流路径P14的顺序使长度变长。需要说明的是，熔丝区域24a以及25a中的电流路径的宽度、长度和/或条数考虑熔断的电流值、加工的容易度等而设定为适当的值。进而，也可以在熔丝区域24a与25a之间使宽度、长度和/或条数不同。

图7中示出连接电极T1的等效电路。用R1～R14表示电流路径P1～P14各自的电阻值。另外，用R20a以及R22a表示针对熔丝区域24a的电流输入区域20a以及电流输出区域22a各自的电阻值，用R21a以及R23a表示针对熔丝区域25a的电流输入区域21a以及电流输出区域23a各自的电阻值。

各电流路径的电阻值与长度成正比，与截面积成反比。在该例子中，连接电极T1的厚度为一定、且宽度相等，因此各电流路径的截面积相等。另外，在各熔丝区域中，电流路径的长度存在(P1＜P2＜P3＜P4＜P5＜P6＜P7)、(P8＜P9＜P10＜P11＜P12＜P13＜P14)的关系。因此，存在(R1＜R2＜R3＜R4＜R5＜R6＜R7)、(R8＜R9＜R10＜R11＜R12＜R13＜R14)的关系。进而，电阻值R1～R7的合成电阻值与电阻值R8～R14的合成电阻值不是极端不同的值，作为一个例子，电阻值R1～R7的合成电阻值为比电阻值R8～R14的合成电阻值稍小的值。

针对熔丝区域24a的电流输入区域20a距离作为电流供给位置的连接电极T1的折弯边缘的电路长度较短。另外，针对熔丝区域24a的电流输出区域22a到作为电流输出位置的正极电力电缆2+的位置(开口14a)为止的电路长度较短。熔丝区域25a的情况下的这些电路长度比熔丝区域24a的情况下的电路长度长。因此，成为(R20a＜R21a)、(R22a＜R23a)的关系。

需要说明的是，这些电阻值R20a～R23a是宽度较宽、截面积较大的电流路径的电阻值，因此是比条纹状的电流路径的电阻值R1～R14小的值。另外，为了使针对各熔丝区域的电流路径(电路长度)的电阻值成为上述关系，不仅可以调整路径的长度，还可以调整路径的宽度。进而，电阻值的大小关系为(R20a+R22a)＜(R21a+R23a)即可。进而，在上述熔丝区域24a以及25a中，通过使各电流路径的长度不同而使电阻值不同，但也可以通过各电流路径的端与电流供给位置和/或电流输出位置间的电路长度的要素而使电阻值不同。

上述熔丝区域24a以及25a形成于+侧的连接电极T1，关于-侧的连接电极T17，所形成的熔丝区域24b以及25b也具有同样的电阻值的大小关系。不过，只要对连接电极T1以及T17中的至少一方设置熔丝区域即可。

在预先设定的值以上的电流(过电流)流入电池组装置的情况下，上述熔丝区域24a、24b以及25a、25b熔断而保护电池组装置。关于连接电极T1的熔断过程为以下顺序的过程。关于连接电极T17的熔断过程也是同样的。

1.由于外部短路等而产生过电流。

2.由于电阻值的关系存在(R20a+R22a)＜(R21a+R23a)的关系，所以与熔丝区域25a侧相比，更多的电流在熔丝区域24a侧流动。作为一个例子，全部电流的80％左右在熔丝区域24a侧流动。

3.在熔丝区域24a中，在电阻值最小的电流路径P1中流动最多的电流，因此电流路径P1最先因焦耳热而熔断。

4.接着，在电阻值较小的电流路径P2中流动最多的电流，电流路径P2熔断。以下，电流路径按照P3→P4→……→P7的顺序熔断。

5.当熔丝区域24a的全部电流路径熔断时，电流集中流动到熔丝区域25a，在熔丝区域25a中，电流路径同样地依次熔断。当熔丝区域25a的全部电流路径P8～P14熔断时，电流路径被切断，过电流不再流动。

参照图8以及图9对上述熔断过程进行说明。如图8的A所示，过电流在熔丝区域24a的电流路径P1以及P2中流动，这些电流路径P1以及P2成为高温。用斜线区域表示因发热而成为高温的部位。另外，对熔断的电流路径附加斜的双重线。

当电流路径P1以及P2熔断时，如图8的B所示，电流在熔丝区域24a的电流路径P3以及P4中流动，它们成为高温。进而，如图8的C所示，当熔丝区域24a的电流路径P1～P4熔断时，电流在电流路径P5、P6以及P7中流动，这些电流路径P5～P7成为高温。进而，熔丝区域25a的电流路径P8、P9、P10的温度上升。

如图9的A所示，当熔丝区域24a的电流路径P1～P7熔断时，电流在熔丝区域25a的电流路径P8、P9、P10以及P11中流动，这些电流路径P8～P11成为高温。然后，当电流路径P8～P11熔断时，如图9的B所示，电流路径P12、P13以及P14的温度上升。然后，这些电流路径P12～P14熔断，从电池组装置到负载的电流路径被切断，从而保护电池组装置免受过电流的影响。

如图8以及图9所示，在本发明的第一实施方式中，在连接电极T1以及T17中形成有电阻值不同的多个电流路径，因此能够使电流集中流到电阻值较低的电流路径，能够可靠且高速地进行熔断。与以往那样将一处缩窄部作为熔断部的结构、或者将狭缝两侧的电流路径作为熔断部的结构相比，能够防止熔断部的宽度变细，能够防止连接电极的机械强度降低。

另外，由于设置多个熔丝区域24a和25a并使大量电流最先流到熔丝区域24a，因此能够保持连接电极的机械强度。假如只设置一个熔丝区域，则必须使条纹状的电流路径的长度更长，产生连接电极的机械强度降低的问题。进而，通过使电流集中流到两个熔丝区域中的一方，能够增大电流值并缩短熔断时间。需要说明的是，也可以设置三个以上的熔丝区域。

接着，对本发明的第二实施方式进行说明。本发明的第二实施方式适用于与上述第一实施方式同样的电池组装置的连接电极T1或T17。如图10所示，连接电极T17的上表面111b和侧面112b在折弯位置相接。在连接电极T17的侧面112b上形成有狭缝115b，侧面112b被分割为与折弯位置相接的基部、宽度较窄的连结部、以及宽度较宽且具有安装负极侧电力电缆2-的开口114b的连接部。即，侧面112b具有倒着的L形的形状。

在该连结部和与连结部相连的连接部的一部分区域中形成有多个例如10个多边形例如正六边形的开口的重复图案。将反复形成有正六边形的开口的区域称为蜂窝图案区域124b。在蜂窝图案区域124b中，开口间的区域成为规定宽度的电流路径。

在负极的连接电极T17的情况下，通过安装于开口114b的负极侧电力电缆2-供给电流，因此在连接部一侧形成电流输入区域120b，在基部一侧形成电流输出区域122b。因此，电流从电流输入区域120b通过蜂窝图案区域124b以及电流输出区域122b而供给到电池组装置。蜂窝图案区域124b具有作为熔丝区域的功能，在过电流流动的情况下，电流路径熔断，从而保护电池组装置。

图11表示电流输入区域120b与电流输出区域122b之间的蜂窝图案区域124b的等效电路。将与位于蜂窝图案区域124b的各正六边形的边的电流路径Pi对应的电阻值表示为Ri。为了避免复杂化，在图11中示出了分别与蜂窝图案区域124b的一部分电流路径P111、P112、P113、……、P121对应的电阻值R111、R112、R113、……、R121。

在等效电路中，电流输入侧的电路长度以及电流输出侧的电路长度大致相等，因此输入侧的电阻值(R111、R112、R113、R114)具有相互大致相等的值，输出侧的电阻值(R115、……)也具有相互大致相等的值。进而，由于正六边形的各边的长度相等，宽度也相等，因此与各边对应的电流路径的电阻值也相互大致相等。

因此，输入输出间的电阻值取决于电流路径的长度。例如，在图11中，通过电阻值R111以及R115的电流路径最短，因此合成电阻值最小。第二小的电阻值是电阻值R112、电阻值R117、R116以及R115的合成电阻值。像这样，在第二实施方式中，与第一实施方式同样地，形成电阻值不同的多个电流路径。于是，通过使电流集中流到电阻值较小的电流路径而使电流路径熔断。

参照图12对第二实施方式中的电极的熔断过程进行说明。图12表示正极侧的连接电极T1的示例，连接电极T1的折弯边缘侧成为电流输入区域120a，安装连接电极电力电缆2+的开口114a一侧成为电流输出区域。另外，因发热而成为高温的区域标注斜线来表示，对熔断的电流路径附加双重线。

当过电流流动时，电流最先集中于电阻值最小的电流路径，在图12的A中如用斜线表示的电流路径发热，成为高温。然后，当该电流路径熔断时，电流集中于电阻值第二小的电流路径，在图12的B中如用斜线表示的电流路径发热，成为高温。进而，当在图12的B中用斜线表示的电流路径熔断时，在图12的C中如用斜线表示的电流路径发热，成为高温。重复这样的动作，蜂窝图案区域124a依次熔断或逐步熔断，电流路径被切断。通过该依次熔断或逐步熔断动作，能够使电流集中流到宽度较细的电流路径，因此能够使熔断动作高速进行。

上述蜂窝图案区域124a以及124b是连续形成有正六边形的开口的区域，但也可以形成连续形成有正三角形的开口的三角形图案区域125(图13的A)、连续形成有菱形的开口的菱形图案区域126(图13的B)等图案。通过这些多边形的图案，能够一边保持机械强度，一边进行高速的熔断动作。

本发明并不限定于上述的本发明的实施方式，在不脱离本发明的主旨的范围内能够进行各种变形、应用。例如，根据本发明的导电板也能够用于电池的连接以外的用途。

例如，上述实施方式以及实施例中列举的数值、构造、形状、材料、原料、制造工艺等只不过是示例，也可以根据需要使用与它们不同的数值、构造、形状、材料、原料、制造工艺等。

附图标记说明

1…电池组支架，2+…正极侧电力电缆，2-…负极侧电力电缆，3…控制基板，11a、11b…上表面，12a、12b…侧面，14a、14b…开口，18a、18b、19a、19b…区域，24a、24b、25a、25b…熔丝区域，P1～P14…电流路径