电池组的制作方法
【专利摘要】本发明提供电池组，该电池组是输出特性和长期可靠性优异且廉价的电池组。具体而言，提供如下的电池组，包括：具有包括正极端子和负极端子的电极端子，且相互层叠的多个电池单体；以及具有弯曲部，且与所述电极端子焊接而电连接的汇流排。所述电极端子由平板构成，而且，所述电极端子的层叠方向与所述多个电池单体的层叠方向为相同方向，所述多个电池单体中的一个电池单体的电极端子与另一个电池单体的电极端子被电连接。
【专利说明】
电池组
【技术领域】
[0001]本发明涉及将电池单体(battery cell)层叠而得到的电池组。
【背景技术】
[0002]以往的电池组作为电池模块而被提供，该电池模块是以安装有I?3个电池单体的电池包为单位体，层叠了多个电池包而得到的。在制作电池模块时，将板状的各电极端子的一部分折弯，然后在相应面焊接了板和汇流排(busbar)等。但是，由于使用多数的电池包且还需要模块壳体，所以导致电池模块整体的大型化和其制造工序的复杂化。
[0003]对于上述的问题，也提出有以下方案，在从电池单体主体突出的电极端子形成特定形状的紧固用貫通口，在该貫通口插入紧固部件将各电池单体紧固，来提供电池组(例如，参照专利文献I)。
[0004]图9是表示专利文献I记载的以往的电池组的紧固方法的示意图。图9所示的电池组包括具有电极端子120的电池单体100、和具有电极端子121的电池单体101。电极端子120和121通过与绝缘部件300紧固的导电性的连接部件(未图示)，以串联或并联的方式电连接。
[0005]另外，也提出了在被层叠的各电池单体的侧面所设置的电极端子上焊接汇流排，将各电极端子连结而成的电池组(例如，专利文献2、3)。
[0006]现有技术
[0007]专利文献
[0008]专利文献1:日本专利第4757879号公报
[0009]专利文献2:日本特开2011-138765号公报
[0010]专利文献3:日本特表2011-515010号公报
【发明内容】
[0011]但是，图9所示的结构的专利文献I的电池组中的电池单体主要由螺丝400紧固。因此，在与电极端子之间的接合部存在接触电阻，电阻较大，由于损耗而使输出特性小。另夕卜，由于螺丝松动或间隙腐蚀等而容易在紧固力的长期可靠性上产生问题，不只如此，还存在由于螺丝等部件数量多而制造成本高的问题。
[0012]另外，专利文献2、3的电池组中，在被层叠的各电池单体的侧面设置有电极端子，而且，通过汇流排将各电池单体连结，因此，存在以下问题:由于电池单体的层叠方向上的压缩压力而在电池单体与电极端子之间的连接部分作用剪切力，连接部分的长期可靠性容易产生问题。
[0013]本发明用于解决所述以往的问题，其目的在于，提供电阻小，长期可靠性优异而且制造成本低的电池组。
[0014]为了实现上述目的，本发明提供如下的电池组，包括:具有包括正极端子和负极端子的电极端子，且相互层叠的多个电池单体；以及具有弯曲部，且与所述电极端子焊接而电连接的汇流排。所述电极端子由平板构成，而且，所述电极端子的层叠方向与所述多个电池单体的层叠方向为相同方向，通过所述汇流排将所述多个电池单体中的一个电池单体的电极端子与另一个电池单体的电极端子电连接。
[0015]根据本构成，能够提供不需要电池包等外装部件的电池组。电极端子(包括正极端子以及负极端子)和汇流排被焊接(金属接合)，因此电阻小。由此，提高了作为电池组的输出特性。另外，在本发明的电池组中，也不需要利用螺丝等将多个电池单体紧固。因此，不会产生由于螺丝松动等而产生的紧固力降低的问题，能够确保长期可靠性。另外，电极端子由平板构成，且电极端子的层叠方向与多个电池单体的层叠方向为相同方向。因此，能够防止由于电池单体的层叠方向上的压缩压力而在电池单体主体与电极端子之间的连接部分作用剪切力，能够确保连接部分的长期可靠性。并且，能够使制造成本降低。
[0016]如上所述，根据本发明的电池组，能够提供输出特性和长期可靠性优异且廉价的电池组。
【专利附图】
【附图说明】
[0017]图1A是实施方式I中的电池组的串联接合的概略结构图。
[0018]图1B是实施方式I中的电池组的串联接合的概略结构图。
[0019]图1C是实施方式I中的电池组的串联接合的概略结构图。
[0020]图2是表示实施方式I中的电池组的对接焊接的情形的概略结构图。
[0021]图3A是实施方式I中的电池组的对接焊接部的放大图。
[0022]图3B是实施方式I中的电池组的对接焊接部的放大图。
[0023]图3C是实施方式I中的电池组的对接焊接部的放大图。
[0024]图4是表示实施方式2中的电池组的重叠焊接的情形的概略结构图。
[0025]图5A是实施方式2中的电池组的重叠焊接部的放大图。
[0026]图5B是实施方式2中的电池组的重叠焊接部的放大图。
[0027]图5C是实施方式2中的电池组的重叠焊接部的放大图。
[0028]图6A是实施方式3中的电池组的并联接合的概略结构图。
[0029]图6B是实施方式3中的电池组的并联接合的概略结构图。
[0030]图6C是实施方式3中的电池组的并联接合的概略结构图。
[0031]图7是表示实施方式3中的电池组的对接焊接的情形的概略结构图。
[0032]图8是表示实施方式4中的电池组的重叠焊接的情形的概略结构图。
[0033]图9是表示专利文献I中记载的以往的电池组的紧固方法的概略图。
[0034]符号说明
[0035]1、1-1、1-2、1-3、1-4 电池单体
[0036]2电极端子
[0037]2X正极端子
[0038]2Y负极端子
[0039]3、3-1、3-2、3_3 汇流排
[0040]4绝缘层
[0041]5总端子
[0042]6激光光线
[0043]7焊接部
[0044]8超声波焊接用工具
[0045]9 痕迹
[0046]10、10-1、10-2、10-3 汇流排
[0047]42绝缘层
[0048]43绝缘层
【具体实施方式】
[0049]本发明的电池组包括:具有正极端子和负极端子，且相互层叠的多个电池单体；以及与所述正极端子和所述负极端子焊接而电连接的汇流排。
[0050]本发明的电池组包含的电池单体优选是二次电池，具有包括正极端子以及负极端子的电极端子。所谓二次电池例如可以是锂二次电池、镍氢(Ni —MH)电池、镍镉(Ni —Cd)电池等。锂二次电池根据形态而区分为圆筒形电池、方型电池、袋型电池等，其中，优选是以高集成度层叠的方型电池和袋型电池，特别优选是重量较轻的袋型电池。
[0051]优选电池单体具有的电极端子(正极端子以及负极端子)是板状型电极端子。正极端子以及负极端子可以配置在电池单体的任一部位，但是，优选从电池单体突出。另外，优选，在层叠电池单体而制成电池组时，以沿电池单体的层叠方向正极端子相互重叠且负极端子相互重叠的方式进行配置。
[0052]如上所述，在本发明的电池组中，优选，沿电池单体的层叠方向使正极端子彼此重叠且负极彼此重叠。而且，也可以在正极端子彼此之间的空间、或负极彼此之间的空间配置有绝缘体。通过配置绝缘体，能够确保相对于在电池单体的层叠方向上的压缩压力的强度。另外，通过配置绝缘体，能够抑制沿面放电，防止短路。
[0053]优选，电极端子由通过电池组的电化学反应而导通电流的导电性部件构成，优选，使用铝、铜、镍或这些的合金等。
[0054]所谓本发明的电池组中的汇流排是指将多个电极端子相互连接进行旁通的导体。只要是能够将电极端子彼此电连接，不特别地限制，但是，作为具体例，例如为金属板、金属线等。
[0055]汇流排具有弯曲部，与电池组中的电极端子焊接而电连接。对于焊接的方法不特别地限制，可以是对接焊接或重叠焊接，或其他方法。关于焊接的方法将在后详述。
[0056]汇流排将电池组中的一个电池单体A的电极端子a与另一电池单体B的电极端子b电连接。电极端子a和电极端子b可以相互是同极(正极或负极)，也可以相互是异极。即，电池单体A和电池单体B通过汇流排可以并联连接，也可以串联连接。
[0057]本发明的电池组可以作为电池模块进行提供。电池模块中，包括电池组和用于控制电池的工作的电路单元，优选具有将其容纳的壳体。
[0058]本发明的电池组使用于例如电气产品、电动辅助自行车、电动工具、汽车或家庭用设备等需要高输出和大容量的设备的蓄电装置。
[0059]以下，参照附图对本发明的实施方式进行说明。
[0060](实施方式I)
[0061]串联连接且对接焊接
[0062]图1A?图1C表示实施方式I的电池组的概略结构。图1A是电池组的侧视图，图1B是电池组的主视图，图1C是电池组的立体图。图1C中，将汇流排3和绝缘层4作为一个部件而描述，未加以区分。
[0063]实施方式I的电池组中，如图1A?IC所示，层叠了作为袋型电池的电池单体1(1-1、1-2、1-3、1-4)。当然，所层叠的电池单体I的数量不限于四个，只要是2个以上即可。
[0064]每个电池单体I具有的电极端子2(正极端子2X以及负极端子2Y)从电池组的一个侧面突出。正极端子2Χ(2Χ-1、2Χ-2、2Χ-3、2Χ-4)彼此重叠，负极端子2Y(2Y_1、2Y_2、2Υ-3、2Υ-4)彼此重叠。
[0065]在所层叠的电池单体I的电极端子2彼此之间，设置了汇流排3和绝缘层4。另夕卜，总端子5是用于与电池组的外部装置之间交换电流的端子。
[0066]如图1B所示，电池单体I (1-1、1-2、1-3、1-4)通过汇流排3 (3-1、3_2、3_3)以相互串联的方式电连接。S卩，电池单体1-1的正极端子2Χ-1和电池单体1-2的负极端子2Υ-2通过汇流排3-1电连接，电池单体1-2的正极端子2Χ-2和电池单体1-3的负极端子2Υ-3通过汇流排3-2电连接，电池单体1-3的正极端子2Χ-3和电池单体1-4的负极端子2Υ-4通过汇流排3-3电连接。
[0067]绝缘层4的作用在于，确保相对于层叠方向的压缩的强度，以及防止电极端子2或汇流排3之间的短路或沿面放电。
[0068]图2是电池组的侧视图，表示将电极端子2和汇流排3对接焊接时的概略结构。如图2所示，在对将激光光线6照射电极端子2 (例如负极端子2Υ)与汇流排3之间的边界部的同时，将激光光线6沿水平方向扫描。由此，将汇流排3与电极端子2焊接。
[0069]也可以将激光光线6的照射角度设为与电极端子2和汇流排3之间的界面平行，但是，如果绝缘层4妨碍焊接，则即使相对于所述界面倾斜也能够没有问题地进行焊接。如果激光光线6的照射角度相对于所述界面的平行方向的倾斜角度在20°以内，则可以没有问题地进行焊接。
[0070]作为激光光线6的激光光源,是YAG (yttrium aluminum garnet,乾招石槽石)激光器或纤维激光器、二氧化碳激光器等适于金属焊接的光源即可。对于详细的接合条件，根据电极端子2或汇流排3中使用的金属材料(铝或铜等)而不同，但是，可以以功率400W、速度40mm/秒进行焊接。
[0071]绝缘层4也可以是树脂材料。在照射激光光线6时，构成绝缘层4的树脂材料不受发生碳化等过剩的热影响，而不容易留下痕迹。
[0072]这样，作为实施方式I的焊接方法，可以在层叠了各构成部件的状态下进行焊接处理。因此，也不需要接合用的部件，工序也少，制造成本降低。
[0073]图3A?图3C是与汇流排3对接焊接的电极端子2的放大图。图3A是从汇流排3侧看到的电极端子2的俯视图，图3B是主视图，图3C是侧剖面图。如图3C所示，进行剖面观察，可知焊接部7形成为楔形。另外，如图3C所示，由于使激光光线6的照射角度与电极端子2和汇流排3之间的界面水平，所以，沿电极端子2与汇流排3的配合面，形成了焊接部7。激光光线6的照射角度若倾斜，则以偏颇的形状形成倾斜的焊接部。
[0074]在此，在利用图2的条件进行了焊接的情况下，沿电极端子2与汇流排3的配合面而熔透的焊接部7的熔透深度为从0.3mm至0.5mm的范围。焊接部7所要求的特性为焊接强度大、电阻和热影响小。
[0075]在利用图2的条件焊接而得到的图3所示的焊接部7，剥离试验中测定的每单位焊接长度的焊接强度为20N/mm。由于上述焊接部7的熔透深度为从0.3mm至0.5mm的范围，因此，与上述焊接强度对应的应力值为从40N/mm2至67N/mm2的范围。
[0076]另一方面，由于电极端子2的材料为无氧铜的退火材料，所以，屈服应力为76N/mm2?84N/mm2以下的值。根据以上所述，为了确保焊接部7所需的焊接强度，需要焊接部7的焊接长度I (单位:mm)满足以下的关系。
[0077]I = P/ ο Ja
[0078]= P/ σ 2.( σ 2/ σ /a)
[0079]彡P/ σ 2 X (84/40/0.3)
[0080]= P/ σ 2 X 7
[0081]在此，P(单位:N)为焊接部7所需的焊接强度，σ i (单位:N/mm2)为相对于上述焊接强度的应力，σ 2(单位:N/mm2)为电极材料的屈服应力，a(单位:_)为焊接部7的熔透深度。
[0082]S卩，焊接部7的焊接长度(单位:mm)为将焊接部7所需的焊接强度(单位:N)除以电极材料的屈服应力(单位:N/mm2)而得到的数值的7倍以上即可。
[0083]另外，电阻依赖于焊接长度。在焊接长度为1mm以上的情况下，焊接部7的电阻比螺丝紧固件的电阻小。这时，关于热影响，从对接表面向电池单体侧进入3mm的电极材料的最高温度为摄氏100度以下，其比电池单体的构成部件的耐热温度低。
[0084]因此，在焊接部7的焊接长度(单位:mm)为将焊接部7所需的焊接强度(单位:N)除以电极材料的屈服应力(单位:N/mm2)而得到的数值的7倍以上，且为1mm以上时，满足焊接部7所要求的强度、电阻、以及耐热温度的规范。
[0085]另外，关于对接焊接的方法，除了激光以外，也可以是摩擦搅拌或其他的焊接方法。
[0086](实施方式2)
[0087]串联连接且重叠焊接
[0088]图4是表示实施方式2的电池组的概略结构的、电池组的侧视图。图4中，对于与图1以及图2相同的构成要素标以相同的符号，并省略说明。
[0089]实施方式2的电池组中，如图4所示，相互层叠了具有电极端子2 (正极端子2X以及负极端子2Y)的电池单体I (1-1、1-2、1-3、1-4)。
[0090]如图4所示，将电极端子2 (正极端子2X以及负极端子2Y)和汇流排3重叠焊接。实施方式2中，说明以超声波焊接为例的重叠焊接，但是，也可以利用激光焊接、电阻焊接或TIG焊接(tungsten inert gas welding,气体遮蔽鹤弧焊)等其他手段进行重叠焊接。
[0091]如图4所示，利用超声波焊接用工具8夹住电极端子2和汇流排3的层叠体，在施加压力的同时施加振动。例如，将施加压力设为40N，将振动时间设为200ms进行焊接。
[0092]在进行重叠焊接后，如果插入绝缘层4(图4中未图示，参照图1)，则与图1同样地，在电极端子2彼此之间配置汇流排3和绝缘层4。
[0093]图5A?图5C是与汇流排3重叠焊接后的电极端子2的焊接部的放大图。图5A是从汇流排3侧观察到的电极端子2的俯视图，图5B是主视图，图5C是侧剖面图。如图5A所示，若将超声波焊接用工具8与汇流排3的中央对准进行超声波焊接，则在汇流排3的表面留有工具8的痕迹9。未示出从电极端子2侧看到的俯视图，但是，同样地留有工具的痕迹。
[0094]另外，如图5B的侧视图以及图5C的剖面图所示，在电极端子2与汇流排3之间的界面处进行了接合，但是，如实施方式I那样，很多情况不能确认焊接部(参照图3)。
[0095]另外，可以在层叠了电池单体后进行重叠焊接，也可以在对各电池单体进行了重叠焊接后，将电池单体层叠。
[0096](实施方式3)
[0097]并联连接且对接焊接
[0098]图6A?图6C是实施方式3的电池组的概略结构图。图6A是电池组的侧视图，图6B是电池组的主视图，图6C是电池组的立体图。图6A?图6C中，对于与图1以及图2相同的构成要素标以相同的符号，并省略说明。
[0099]实施方式3的电池组中的电池单体1(1-1、1-2、1-3、1_4)以相互并联的方式电连接。汇流排10与层叠后的电池单体I的电极端子2(正极端子2X或负极端子2Y)焊接，将同极的电极端子2彼此连接。
[0100]具体而言，如图6A所示，汇流排10形成为U字型。而且，如图6B所示，正极端子2X-1和正极端子2X-2通过汇流排10X-1电连接，正极端子2X-2和正极端子2X-3通过汇流排10X-2电连接，正极端子2X-3和正极端子2X-4通过汇流排10X-3电连接。另外，负极端子2Y-1和负极端子2Y-2通过汇流排10Y-1电连接，负极端子2Y-2和负极端子2Y-3通过汇流排10Y-2电连接，负极端子2Y-3和负极端子2Y-4通过汇流排10Y-3电连接。
[0101 ] 在电极端子2彼此之间的空间、或U字型的汇流排10形成的空间内，设置绝缘层42和43，由此确保了相对于层叠方向的压缩的强度和绝缘性。
[0102]图7是电池组的侧视图，表示利用激光将电极端子2和汇流排10进行对接焊接的情形的概略。激光焊接中的激光照射的方法与实施方式I相同(参照图2)，在电极端子2与汇流排10的对接部照射激光光线6。
[0103]另外，在实施方式I和3分别示出了，通过与电极端子对接焊接的汇流排，将电池单体串联连接而成的电池组、以及将电池单体并联连接而成的电池组。本发明的电池组也可以根据电池组所要求的特性，包含串联连接的电池单体和并联连接的电池单体的组合。
[0104](实施方式4)
[0105]并联连接且重叠焊接
[0106]图8是实施方式4的电池组的侧视图，表示将电极端子2和汇流排10重叠焊接的情形的概略。图8中，对于与图7相同的构成要素，使用相同的符号，并省略说明。
[0107]实施方式4的电池组在U字型的汇流排10形成的空间内没有绝缘层43而成为空洞，在此点与实施方式3的电池组(参照图7)不同。如图8所示那样，在U字型的汇流排10形成的空间插入超声波焊接用工具8进行通电，来进行重叠焊接。在重叠焊接后取下超声波焊接用工具8。另外，也可以在取下超声波焊接用工具8后，插入绝缘层43。
[0108]另外，在实施方式2和4中，分别示出了，通过与电极端子重叠焊接的汇流排将电池单体串联连接的电池组、以及将电池单体并联连接的电池组。本发明的电池组也可以根据电池组所要求的特性，包含串联连接的电池单体和并联连接的电池单体的组合。
[0109]工业实用性
[0110]本发明的电池组可以提供输出特性和长期可靠性优异且价廉的电池组。本发明的电池组，使用于例如电气产品、电动辅助自行车、电动工具、汽车或家庭用设备等需要高输出和大容量的设备的蓄电装置。
【权利要求】
1.一种电池组，包括: 具有包括正极端子和负极端子的电极端子，且相互层叠的多个电池单体；以及 具有弯曲部，且与所述电极端子焊接而电连接的汇流排，其中， 所述电极端子由平板构成，而且，所述电极端子的层叠方向与所述多个电池单体的层叠方向为相同方向， 通过所述汇流排将所述多个电池单体中的一个电池单体的电极端子与另一个电池单体的电极端子电连接。
2.如权利要求1所述的电池组，其中， 还具有配置在被层叠的所述多个电池单体的电极端子彼此之间的绝缘体。
3.如权利要求1所述的电池组，其中， 所述电池单体的电极端子与所述汇流排被重叠焊接。
4.如权利要求1所述的电池组，其中， 所述电池单体的电极端子与所述汇流排被对接焊接。
5.如权利要求1所述的电池组，其中， 通过所述汇流排电连接的、所述多个电池单体中的一个电池单体的电极端子与另一个电池单体的电极端子为相互同极的端子。
6.如权利要求1所述的电池组,其中， 通过所述汇流排电连接的、所述多个电池单体中的一个电池单体的电极端子与另一个电池单体的电极端子为相互不同极的端子。
7.如权利要求1所述的电池组,其中， 所述电极端子被设置成从所述多个电池单体的主体突出， 由所述平板构成的电极端子的板厚方向与所述多个电池单体的层叠方向为相同方向， 在第一面和第二面之间设置有绝缘体，所述第一面与所述多个电池单体中的第一电池单体具有的电极端子的板厚方向垂直，所述第二面与所述多个电池单体中的第二电池单体具有的电极端子的板厚方向垂直且与所述第一面相对， 所述绝缘体将所述第一面和所述第二面之间的距离保持为一定。
【文档编号】H01M2/30GK104241579SQ201410251101
【公开日】2014年12月24日 申请日期:2014年6月6日 优先权日:2013年6月7日
【发明者】西川幸男, 田中知实, 堤拓也 申请人:松下电器产业株式会社, 三洋电机株式会社