CN102473892A - 电池组件 - Google Patents

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Abstract

在电池组件(100)中，多个单电池(10)以格子状排列，沿行方向排列的单电池(10)通过第1连接体(20)而并联连接，沿列方向排列的单电池(10)将在列方向上邻接的单电池(10)间通过第2连接体(30)分别串联连接。当单电池(10)中发生内部短路时，连接在发生了内部短路的单电池(10)上的第1连接体(20)通过因自未发生内部短路的其它的单电池(10)介由第1连接体(20)流向发生了内部短路的单电池(10)中的短路电流产生的焦耳热而被熔断。

Description

电池组件
技术领域
本发明涉及多个电池以矩阵状排列而成的电池组件(battery module)。
背景技术
将多个电池收纳到壳中使其能够输出规定的电压及电流的电池组作为各种机器、车辆等的电源被广泛使用。其中，开始采用如下技术：对将通用的电池(例如搭载于笔记本电脑等中的圆筒形的二次电池)并联或串联连接来输出规定的电压及电流的组电池进行组件化，并将该电池组件各种组合，从而能够应对各种各样的用途。该组件化技术通过将收纳于电池组件中的电池高性能化，从而谋求电池组件自身的小型和轻量化，所以具有将电池组组装时的操作性提高、并且搭载到车辆等有限空间中时的自由度提高等各种优点。
然而，当构成电池组件的电池由于过充电和过放电或者内部短路和外部短路而在电池内产生高温气体，安全阀工作而将高温气体排放到电池外时，若周边的电池暴露于高温气体中，则有可能影响到正常的电池，引起连锁性劣化。此外，在将多个电池并联连接而得到的电池组件中，若构成电池组件的电池由于内部短路等而无法发挥作为电池的功能，则该电池成为电阻体，有可能使电池组件整体的性能大大降低。
针对这样的问题，专利文献1中记载了如下构成：如图20所示那样，在多个电池200介由连接体210、230并联连接而成的集合电池中，各电池的正极及负极各自通过熔丝链220、240而连接在连接体210、230上。通过设成这样的构成，当在一个电池中发生了内部短路等时，连接在该电池上的熔丝由于过电流而发生熔断，从而能够将发生了内部短路等的电池与其它的电池电分离。专利文献2、3等中也记载了同样的构成。
然而，当将通用的电池多个排列来构成电池组件时，为了输出规定的电压及电流，采取将多个电池并联连接来构成组电池、并将该组电池多个串联连接的构成。
例如，当将组电池设为专利文献1中记载的构成时，将组电池多个串联连接而构成的电池组件变成如图21所示的等效电路图。
即，成为如下构成：在以格子状排列的多个电池220中，在每个电池200上串联连接有熔丝链220(240)，沿行方向(X方向)排列的电池200通过连接体210(230)而并联连接，并且沿列方向(Y方向)排列的电池220通过连接体250而串联连接。
在这种情况下，例如，在1个电池200A中发生了内部短路等，熔丝链220A由于过电流而被熔断，从而能够将发生了内部短路等的电池200A与其它的电池完全分离。由此，即使在构成电池组件的电池中产生不良情况，也不会给其它的电池造成影响，此外，也不会使电池组件整体的性能降低。
然而，为了将产生了不良情况的电池完全分离，如图21所示那样，由于需要对每个电池200设置熔丝链220，所以产生构件数目大幅增加、导致电池组件的成本增高这样的问题。
此外，沿列方向排列的电池200由于介由电阻比连接体250大的熔丝链220而被串联连接，所以产生在熔丝链220中发热、或者得不到高电流输出这样的问题。
针对这样的问题，专利文献4中记载了如下构成：如图22所示那样，在由多个电池300串联连接而成的单元310多个并联连接而成的组电池中，将单元310的电池300间串联连接的各线320之间通过电阻体330来连接。在这样的构成中，例如当在电池300A中产生内部短路时，电流介由电阻体330A、330B从邻接的电池300流入电池300A中，但通过将电阻体330A、330B的电阻值设定得较大，从而能够防止大的短路电流流过。此外，由于在各电池300上未串联连接有熔丝链，所以能够将组电池的电阻抑制得较低。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：美国专利第7671565号说明书
专利文献2：日本特表2001-511635号公报
专利文献3：日本特开平6-223815号公报
专利文献4：日本特开2004-31268号公报
发明内容
发明要解决的课题
专利文献4中记载的构成的组电池确实能够将组电池的电阻抑制得较低，并且当电池中发生了内部短路时防止大的短路电流流过，但由于发生了内部短路的电池作为电阻体发挥功能，所以正常的电池处于产生了外部短路的状态。因此，由于因外短电流产生的焦耳热，有可能导致正常的电池的温度上升。此外，为了抑制内短电流的大小，需要将电阻体330的电阻值设定得较大，所以，在通常工作时，由于各电池300间的电位差使得电流介由电阻体330流入电池300中时，有可能因电阻体330的焦耳热而产生的损失变大。
本发明是鉴于上述课题而完成的，其主要目的在于以简单的构成提供廉价且安全性高的电池组件，即使在构成电池组件的电池中产生不良情况，也不会给其它的电池造成影响，并且不会使电池组件整体的性能降低。
用于解决课题的手段
为了解决上述课题，本发明采用如下构成：在多个单电池以格子状排列而成的电池组件中，将沿行方向排列的单电池通过第1连接体并联连接，对于沿列方向排列的单电池，将在列方向上邻接的单电池间通过第2连接体分别串联连接，当在单电池中发生了内部短路时，将连接在发生了内部短路的单电池上的第1连接体通过因自未发生内部短路的其它单电池介由第1连接体流向发生了内部短路的单电池中的短路电流产生的焦耳热而熔断。
通过这样的构成，当在构成电池组件的单电池中发生了内部短路时，通过将连接在发生了内部短路的单电池上的第1连接体利用焦耳热而熔断，能够将发生了内部短路的电池与其它的电池电分离。由此，能够在不设置熔丝链等构件的情况下，以简单的构成实现廉价且安全性高的电池组件，即使在构成电池组件的电池中产生不良情况，也不会给其它的电池造成影响，并且不会使电池组件整体的性能降低。
这里，第1连接体优选由具有一样的截面积的金属部件构成。这种情况下，第1连接体的截面积的大小如下设定：使得第1连接体的温度由于短路电流流向发生了内部短路的单电池而产生的焦耳热达到第1连接体的熔点以上。由此，第1连接体的构成变得简单，并且能够容易地将第1连接体连接到连接在列方向上邻接的单电池间的各第2连接体上。
发明的效果
根据本发明，能够以简单的构成提供廉价且安全性高的电池组件，即使在构成电池组件的电池中产生不良情况，也不会给其它的电池造成影响，并且不会使电池组件整体的性能降低。
附图说明
图1是表示本发明的一个实施方式中的电池组件的构成的等效电路图。
图2是本发明的一个实施方式中的电池组件的立体图。
图3是图2所示的电池组件的局部放大图。
图4的(a)是从下方看本发明的一个实施方式中的电池组件的一部分的立体图，(b)是从上方看本发明的一个实施方式中的电池组件的一部分的立体图。
图5是从列方向看本发明的一个实施方式中的电池组件的侧视图。
图6是图5所示的电池组件的局部放大图。
图7是说明短路电流流入发生了内部短路的单电池中的状态的图。
图8是说明在本发明的一个实施方式中的电池组件中在单电池中发生了内部短路时的第1连接体的熔丝功能的等效电路图。
图9是说明在本发明的一个实施方式中的电池组件中在单电池中发生了内部短路时的第1连接体的熔丝功能的其它形态的等效电路图。
图10是绘制在本发明的一个实施方式中的电池组件中发生了内部短路的单电池和与其邻接的单电池的温度的时间变化的测定结果的图表。
图11是绘制在以往的组电池中发生了内部短路的单电池和与其邻接的单电池的温度的时间变化的测定结果的图表。
图12是本发明的其它实施方式中的电池组件的立体图。
图13是图12所示的电池组件的局部放大图。
图14的(a)是从下方看本发明的其它实施方式中的电池组件的一部分的立体图，(b)是从上方看本发明的其它实施方式中的电池组件的一部分的立体图。
图15是从列方向看本发明的其它实施方式中的电池组件的侧视图。
图16是图15所示的电池组件的局部放大图。
图17是说明在图1所示的电池组件中发生外部短路时的电流阻断元件的功能的等效电路图。
图18是表示本发明的其它实施方式中的电池组件的构成的等效电路图。
图19是表示本发明的其它实施方式中的电池组件的构成的等效电路图。
图20是表示具备以往的熔丝链的集合电池的构成的局部放大图。
图21是表示以往的电池组件的构成的等效电路图。
图22是表示以往的组电池的构成的等效电路图。
具体实施方式
以下，基于附图对本发明的实施方式进行详细说明。另外，本发明并不限定于以下的实施方式。此外，在不超出发挥本发明的效果的范围的范围内可以适当变更。进而，也可以与其它实施方式组合。
图1是示意性表示本发明的一个实施方式中的电池组件100的构成的等效电路图。
如图1所示那样，在本实施方式中的电池组件100中，多个单电池10以格子状排列。另外，构成本发明的电池组件100的电池(以下简称为“单电池”)10只要是能够充放电的二次电池，则其种类没有特别限制，例如可以使用锂离子电池、镍氢电池等。此外，二次电池也可以是作为笔记本型个人电脑等便携用电子设备的电源也能够以单体使用的电池。此时，由于能够使用高性能的通用电池作为电池组件的单电池，所以能够更容易地谋求电池组件的高性能化、低成本化。
在本实施方式中的电池组件100中，沿行方向(X方向)排列的单电池10通过第1连接体20并联连接，关于沿列方向(Y方向)排列的单电池10，在列方向上邻接的单电池10间通过第2连接体30分别串联连接。此外，沿列方向排列的单电池10的位于两端的单电池10分别连接在正极输出端子50、负极输出端子51上。此外，在单电池10与正极输出端子50之间插入后述的电流阻断元件(例如电流熔丝)40。另外，行方向及列方向方便地定义为单电池10并联连接的方向、及单电池10串联连接的方向，并不指其以外的意思。
接着，边参照图2～图6边对本实施方式中的电池组件100的具体构成进行说明。这里，图2是本实施方式中的电池组件100的立体图，图3是图2所示的电池组件的局部放大图，图4(a)是从下方看电池组件100的一部分的立体图，图4(b)是从上方看电池组件100的一部分的立体图，图5是从列方向看电池组件100的侧视图，图6是图5所示的电池组件的局部放大图。
如图2所示，电池组件100中多个单电池10以格子状排列。另外，在本实施方式中，表示沿行方向排列有20个单电池10、沿列方向排列有7个单电池10的例子，当然，以格子状排列的单电池10的数目没有限制。
将在列方向上邻接的单电池10间串联连接的第2连接体30如图4(a)、(b)、图5、图6所示，由连接在位于单电池10的底面的负极端子(例如电池壳的底面)上的部位30a、由此沿着单电池10的侧面延伸出至单电池10的上表面的部位30b和由此延伸出至邻接的单电池10的上表面且与邻接的单电池10的正极端子(例如设置在电池壳的封口板上的突出部)连接的部位30c构成。
另一方面，将沿行方向排列的单电池10并联连接的第1连接体20如图1、图2、图5、图6所示，分别连接在将在列方向上邻接的单电池10间连接的各第2连接体30的部位30c上。
这里，第1连接体20优选由金属细线或金属丝带构成，第1连接体20例如通过引线接合或激光焊接、电阻焊接等分别连接在将在列方向上邻接的单电池10间连接的各第2连接体30上。
此外，如图2所示，沿列方向排列的单电池10的位于两端的单电池10分别连接在正极输出端子(例如正极汇流排)50、负极输出端子(例如负极汇流排)51上。进而，如图2、图3所示，在排列在正极输出端子50侧的单电池10上配置有电路基板60，在该电路基板60上搭载有插入单电池10与正极输出端子50之间的熔丝40。另外，在电路基板60上除了搭载有熔丝40以外，例如还可以搭载有检测并控制电池组件100的充放电或单电池10的电压、温度等的控制电路等。
本申请发明者们对在由图1所示的等效电路图构成的电池组件100中将沿行方向排列的单电池10并联连接的第1连接体20加以考察，得到以下的认识。
如图1所示那样，在电池组件100的放电时，通常，由于邻接的单电池10间的电位差小，所以沿多个单电池10并联连接的行方向流过的电流I2的大小非常小，典型的是，与沿多个单电池10串联连接的列方向流过的电流I1的大小相比，为1/10以下。例如在锂离子电池的情况下，典型的是，沿列方向流过的电流I1为1A～15A左右，与此相对，沿行方向流过的电流I2为0.1A以下。
此外，即使在电池组件100的充电时，在多个单电池10并联连接的行方向，也只是流过消除邻接的单电池10间的电位差的程度的小电流。另外，流过这样的电流的结果是，邻接的单电池10间的电位差变得更小，由此，在放电时沿行方向流过的电流I2的大小进一步变小。
另一方面，如图7所示那样，当在沿行方向并联连接的单电池10中的1个单电池10A中发生内部短路时，设一个单电池的短路电流为Is的话，在发生了内部短路的单电池10A中，从剩余的(n-1)个单电池10流过(n-1)Is的短路电流。例如在锂离子电池的情况下，设内部电阻为50mΩ的话，短路电流Is变成50A～100A左右。
如上所述，沿多个单电池10并联连接的行方向流过的电流I2的大小具有在通常工作时非常小、而在内部短路时非常大这样的显著的特性。因此可以说，即使使用电阻比将沿列方向排列的单电池10串联连接的第2连接体30大的连接体作为将沿行方向排列的单电池10并联连接的第1连接体20，在通常工作时也基本不会给电池组件的特性造成影响。进而可以说，在发生内部短路时，只要连接在发生了内部短路的单电池10上的第1连接体20由于因短路电流产生的焦耳热而熔断，就能够使第1连接体20具有作为熔丝的功能。
因此，本申请发明者等着眼于熔点低的金属材料，对将其用于第1连接体20时能否发挥作为熔丝的功能进一步进行了研究。
在第1连接体20由具有一样的截面积(A)的金属部件构成的情况下，电流(I)流过第1连接体20时的、时间t后的因焦耳热(E)导致的温度上升ΔT由以下的式(1)算出。
ΔT＝E/(Cp·M)
＝(I2·R·t)/(Cp·ρ·A·L)
＝(I2·r·L/A·t)/(Cp·ρ·A·L)
＝(I2·r·t)/(Cp·ρ·A2)  …式(1)
其中，Cp为比热容量，M为质量，R为电阻，ρ为密度，L为长度，r为电阻率。
由式(1)可知，在物性方面，越是比热容量(Cp)和密度(ρ)小、电阻率(r)大的材料，此外，在形状方面，截面积(A)越小，温度上升ΔT越变大。另外可知，若放热小至能够忽略的程度，则温度上升ΔT不依赖于第1连接体20的长度(L)。
因此，将熔点比较低的铝用于第1连接体20时，使用式(1)算出假想内部短路时的温度上升ΔT。
表1是表示其结果的表。其中，将单电池10的行方向的间距设定为19.2mm，将连接邻接的单电池10间的第1连接体20的长度(L)设定为20mm。此外，将假想通常工作时的电流(I)设定为0.1A，将假想内部短路时的电流(I)设定为100A。
Figure BDA0000133470910000091
如表1所示那样，当截面积(A)为0.007mm2(直径为约0.1mm)时，假想通常工作时的电流(I＝0.1A)下的100秒后(t＝100sec)的温度上升ΔT变成比铝的熔点(660℃)低的223℃，假想内部短路时的电流(I＝100A)下的0.1秒后(t＝0.1sec)的温度上升ΔT变成超过铝的熔点(660℃)的222,558℃。即，认为具有这样的截面积的第1连接体20在发生内部短路时瞬时熔断。因此，通过将具有这样的截面积的铝用于第1连接体20，从而能够在通常工作时维持将沿行方向排列的单电池10并联连接的功能，并且在内部短路时具有作为熔丝的功能。
另外，第1连接体20的电阻(R)当截面积为0.007mm2时也为76mΩ，如上所述，在放电时沿行方向流过的电流I2小至0.1A以下，因电流I2流过第1连接体20而导致的电压下降最高为8mV左右，非常小，所以对电池组件的特性基本没有影响。
此外，当截面积(A)为0.03mm2(直径为约0.2mm)时，假想通常工作时的电流(I＝0.1A)下的100秒后(t＝100sec)的温度上升ΔT变成12℃，假想内部短路时的电流(I＝100A)下的0.1秒后(t＝0.1sec)的温度上升ΔT变成12,117℃。即，认为即使在将具有这样的截面积的铝用于第1连接体20时，若发生内部短路，也会瞬时熔断。因此，通过将具有这样的截面积的铝用于第1连接体20，从而能够在通常工作时维持将沿行方向排列的单电池10并联连接的功能，在内部短路时具有作为熔丝的功能。
此外，当截面积(A)为0.12mm2(直径为约0.4mm)时，假想通常工作时的电流(I＝0.1A)下的100秒后(t＝100sec)的温度上升ΔT变成1℃，假想内部短路时的电流(I＝100A)下的0.1秒后(t＝0.1sec)的温度上升ΔT变成757℃。假想内部短路时的温度上升ΔT变得比铝的熔点(660℃)高，但当考虑放热时，也有可能第1连接体20不熔断。然而，由于假想内部短路时的电流(I＝100A)下的1秒后(t＝1sec)的温度上升ΔT变成7,573℃，所以认为，即使在将具有这样的截面积的铝用于第1连接体20时，若发生内部短路，也会在短时间(约1秒以内)内熔断。因此，通过将具有这样的截面积的铝用于第1连接体20，从而能够在通常工作时维持将沿行方向排列的单电池10并联连接的功能，在内部短路时具有作为熔丝的功能。
此外，当截面积(A)为0.3mm2(直径为0.6mm)时，假想通常工作时的电流(I＝0.1A)下的100秒后(t＝100sec)的温度上升ΔT变成1℃以下，假想内部短路时的电流(I＝100A)下的0.1秒后(t＝0.1sec)的温度上升ΔT变成121℃℃。假想内部短路时的温度上升ΔT(t＝0.1sec)未达到铝的熔点(660℃℃)，但1秒后(t＝1sec)的温度上升ΔT变成1,212℃℃，所以，认为即使在将具有这样的截面积的铝用于第1连接体20时，若发生内部短路，也在短时间(约1秒以内)内熔断。因此，通过将具有这样的截面积的铝用于第1连接体20，从而能够在通常工作时维持将沿行方向排列的单电池10并联连接的功能，在内部短路时具有作为熔丝的功能。
根据以上的研究，在本实施方式中的电池组件100中，对于将沿行方向排列的单电池10并联连接的第1连接体20，通过设为如下构成，从而能够将发生了内部短路的单电池10与其它的单电池10电分离，即：当在单电池10中发生内部短路时，通过因自未发生内部短路的其它的单电池10介由第1连接体20流向发生了内部短路的单电池10的短路电流产生的焦耳热而将连接在发生了内部短路的单电池10上的第1连接体20熔断。由此，能够在不设置熔丝链等构件的情况下以简单的构成实现廉价且安全性高的电池组件100，即使在构成电池组件100的单电池10中产生不良情况，也不会给其它的单电池10造成影响，并且不会使电池组件100整体的性能降低。
另外，由于表1所示的温度上升ΔT的值是忽略了来自第1连接体20的放热的值，所以实际采用的第1连接体20的截面积(直径)优选考虑来自第1连接体20的放热来决定。此外，若考虑制造上的处理容易性，第1连接体20的直径优选为0.1mm以上。
这里，为了成为廉价的原料，第1连接体20优选由具有一样的截面积的金属部件构成。这种情况下，只要将第1连接体20的截面积设定为使得第1连接体20的温度由于因短路电流流向发生了内部短路的单电池10产生的焦耳热而达到第1连接体20的熔点以上的大小即可。
此外，为了成为廉价的原料，第1连接体20期望由一种金属构成，而不是异种金属的合金或包覆材料。作为一种金属，例如优选铝材，此时，第1连接体20的截面积为0.3mm2以下，更优选为0.007～0.12mm2的范围。
另外，在图1所示的电池组件100的等效电路图中，作为将沿行方向排列的单电池10并联连接的第1连接体20，按照在邻接的单电池10间插入熔丝元件20i的方式表示，但这是以等效电路的方式来表示第1连接体20具有作为熔丝的功能的图，并不是插入了作为构件的熔丝元件的图。
图8是说明在图1所示的电池组件100中在单电池10A中发生了内部短路时的第1连接体20的熔丝功能的等效电路图。如图8所示那样，若在单电池10A中发生内部短路，则短路电流i流过连接在发生了内部短路的单电池10A上的第1连接体20。然后，第1连接体20的温度由于第1连接体20中产生的焦耳热而瞬时地达到第1连接体20的熔点以上。其结果是，邻接于发生了内部短路的单电池10A的左右的单电池10之间的第1连接体20的部位20B、20B被熔断。由此，发生了内部短路的单电池10A和与其并联连接的其它的单电池10完全地电分离，所以能够防止从其它的单电池10流入短路电流。
另外，如图7所示那样，关于流过第1连接体20的短路电流，由于与发生了内部短路的单电池10A接近的部位20B与远离发生了内部短路的单电池10A的部位20A相比流过较大的电流，所以通常邻接于发生了内部短路的单电池10A的单电池10之间的第1连接体20的部位20B、20B被熔断。
然而，如上所述，若排除放热，则第1连接体20的因焦耳热产生的温度上升不依赖于第1连接体20的长度(L)，所以认为第1连接体20整体的温度瞬时地达到熔点以上。因此，如图9所示那样，也可引起远离发生了内部短路的单电池10A的部位20C发生熔断。但是，这种情况下，由于在连接于发生了内部短路的单电池10A且尚未熔断的部位继续流过短路电流，所以结局是，邻接于发生了内部短路的单电池10A的左右的单电池10之间的第1连接体20的部位20B、20B也被熔断。
如上所述，本发明中的电池组件100由于能够在单电池10中发生内部短路时将发生了内部短路的单电池10与其它的电池10电分离，所以能够抑制对其它的电池10造成的影响，该效果在单电池10靠近地配置时特别能够发挥。
以下，边参照图10及图11边对发生了内部短路的电池10对邻接的电池10造成的影响进行说明。这里，图10及图11分别是绘制发生了内部短路的单电池10A和与其邻接的单电池10B的温度的时间变化的测定结果的图表，图10表示本发明的电池组件100的情况，图11表示专利文献4中所示构成的组电池的情况。
测定中，将18650尺寸(直径18mm×长度65mm)的圆筒型锂离子电池(容量为2.9Ah)以19.2mm的间隔排列20个，对其中一个单电池10A进行钉刺试验，测定单电池10A及与其邻接的单电池10B的表面温度。这里，在本发明的电池组件100中，作为第1连接体20，使用直径为0.2mm、截面积为0.03mm2、长度为20mm的铝细线(电阻值18mΩ)，在专利文献4中所示构成的组电池中，作为电阻体330，使用氧化金属皮膜电阻(电阻值1Ω)。
如图10所示那样，在本发明的电池组件100的情况下，发生了内部短路的单电池10A的温度上升至约760度，但在自发生内部短路起约1秒后，第1连接体20由于因内短电流产生的焦耳热而被熔断，所以单电池10A的温度通过自身的放热在150秒后降低至200℃以下。此外，邻接的单电池10B的温度由于来自单电池10A的放热的影响暂时上升至接近200℃，但其后，随着单电池10A的放热量的降低，在150秒后降低至100℃以下。
另一方面，如图11所示那样，在专利文献4中所示构成的组电池的情况下，发生了内部短路的单电池10A的温度上升至约760度，然后，通过因电阻体330产生的内短电流的抑制而缓慢地降低。然而，即使说内短电流被抑制，但紧接着，在单电池10A中继续流过内短电流而产生焦耳热，所以单电池10A的温度降低与图10所示的情况相比钝化，在150秒后也为300℃以上。此外，邻接的单电池10B的温度由于来自单电池10A的放热的影响上升至200℃以上，然后，虽然缓慢地降低，但是在150秒后，再次急剧地上升至700℃以上。认为这是由于原本正常的单电池10B基于以下这样的理由引起内部短路而发热。
即，由于发生了内部短路的单电池10A作为电阻体发挥功能，所以正常的单电池10B处于产生了外部短路的状态，因此，因外短电流而产生的焦耳热导致温度上升。此外，由于发生了内部短路的单电池10A维持300℃以上的高温，所以再加上来自单电池10A的放热的影响，单电池10B的温度进一步上升。其结果是，在原本正常的单电池10B中，超过150℃的温度持续100秒以上，所以隔膜发生熔融，认为也导致了内部短路。
如上所述，在多个单电池10靠近地排列而成的电池组件100中，为了防止发生了内部短路的单电池10给其它的单电池10造成影响，将发生了内部短路的电池10与其它的电池10快速地电分离是很重要的。
另外，本发明中的第1连接体20中所用的金属材料没有特别限定，例如，除铝以外，也可以使用熔点低的镁(熔点：651℃)、锌(419℃)、锡(232℃)等。
表2是表示与表1所示同样地通过式(1)算出使用这样的材料时的第1连接体20的温度上升的结果的表。
Figure BDA0000133470910000151
如表2所示那样，在镁及锌的情况下，在截面积(A)为0.007mm2、0.12mm2的任一情况下，假想通常工作时的电流0.1A时，没有熔点以上的温度上升(ΔT)，另一方面，假想内部短路时的短路电流100A时，瞬时(t＝0.1sec)地变成熔点以上的温度上升(ΔT)。此外，在锡的情况下，也是在截面积(A)为0.03mm2、0.12mm2的任一情况下，假想通常工作时的电流0.1A时，没有熔点以上的温度上升(ΔT)，另一方面，假想内部短路时的短路电流100A时，瞬时(t＝0.1sec)地变成熔点以上的温度上升(ΔT)。由此，可以说镁、锌、锡也能够用于第1连接体20中。
另外，锡由于熔点比镁和锌低，并且比热容量(Cp)也小，所以截面积过小的话，温度上升(ΔT)变得过大。因此，在通常工作时，为了维持将单电池10并联连接的功能，优选将截面积设定为0.03mm2以上。
另一方面，表3是表示与表1所示同样地通过式(1)算出使用熔点高的铜(熔点：1083℃)、镍(1455℃)时的第1连接体20的温度上升(ΔT)的结果的表。
Figure BDA0000133470910000171
如表3所示那样，若将截面积(A)设定为0.03mm2左右，则当使用熔点高的铜、镍时，也是假想内部短路时的短路电流100A时，瞬时地得到熔点以上的温度上升，所以能够具有作为熔丝的功能。但是，由于至熔断为止的温度上升达到1000℃以上，所以若考虑对其它的单电池10的热影响，优选使用表1、2所示的熔点为700℃以下的低熔点的金属材料。
本发明中的电池组件100具备图1所示的等效电路图的构成，其具体的构成可以采取图2中例示那样的构成，但未必限定于该构成。例如，第2连接体30的构成并不限定于图2所示的构成，可采取各种构成。
以下，边参照图12～图16边对本发明的其它的实施方式中的电池组件100的构成进行说明。这里，图12是本实施方式中的电池组件100的立体图，图13是图12所示的电池组件的局部放大图，图14(a)是从下方看电池组件100的一部分的立体图，图14(b)是从上方看电池组件100的一部分的立体图，图15是从列方向看电池组件100的侧视图，图16是图15所示的电池组件的局部放大图。另外，由于本实施方式中的电池组件100与图2～图6所示的电池组件100相比仅第2连接体30的构成不同，所以以下对第1连接体20的构成进行说明，对其它的构成省略说明。
如图12所示那样，本实施方式中的电池组件100与图2同样地，多个单电池10以格子状排列。另外，在本实施方式中，单电池10的电池壳的外周未被绝缘，单电池10的负极端子与正极端子同样可以从单电池10的上表面取得。
将在列方向上邻接的单电池10间串联连接的第2连接体30如图13、图14(a)、(b)、图15、图16所示那样，由连接在位于单电池10的上表面的负极端子上的部位30a、由此延伸出至邻接的单电池10的上表面为止的部位30b和连接在邻接的单电池10的正极端子上的部位30c构成。另外，连接在负极端子上的部位30a如图13、图14(b)所示那样，沿着单电池10的上表面的外周以环状形成。此外，将沿行方向排列的单电池10并联连接的第1连接体20如图12、图13、图15、图16所示那样，分别连接在将在列方向上邻接的单电池10间连接的各第2连接体30的部位30b上。
然而，本发明中的电池组件100在构成电池组件100的单电池10中发生内部短路时，通过利用焦耳热将连接在发生了内部短路的单电池10上的第1连接体20熔断，从而发挥不给其它的单电池10造成影响、不会使电池组件100整体的性能降低的效果，但当发生外部短路时，无法防止短路电流从输出端子50流入沿列方向串联连接的单电池10中。
因此，为了防止当发生外部短路时短路电流流入沿列方向串联连接的单电池10中，优选如图1所示那样，在正极输出端子50与作为位于沿列方向排列的单电池10的端部的单电池10且沿行方向排列的各单电池10之间插入电流阻断元件(例如熔丝等)40。另外，电流阻断元件40也可以插入负极输出端子51与位于沿列方向排列的单电池10的端部的单电池10之间。此外，也可以使用电流限制元件(例如PTC元件等)来代替电流阻断元件。
如上所述，通过在输出端子50与位于沿列方向排列的单电池10的端部的单电池10之间插入电流阻断元件40，从而即使在发生外部短路时，也能够通过电流阻断元件40防止短路电流流入沿列方向串联连接的单电池10。
图17是说明在图1所示的电池组件100中发生外部短路时的电流阻断元件40的功能的等效电路图。
如图17所示那样，当发生外部短路时，短路电流从正极输出端子50流入每列中插入的各电流阻断元件40，但图17表示由于该短路电流，电流阻断元件40A、40B、40C工作而阻断电流的状态。此外表示，单电池10A、10B、10C、10D、10E由于因短路电流导致的单电池内部的电解液的温度上升而内压升高，电流阻断阀工作而阻断电流。
以上，通过优选的实施方式对本发明进行了说明，但这样的记述并非限定事项，当然可以进行各种改变。例如，在上述实施方式中，通过第1连接体20将沿行方向排列的单电池10并联连接，但也可以如图18所示的电池组件110那样，将在行方向上邻接的单电池10间介由电流阻断元件(例如电流熔丝)21通过第1连接体20并联连接。这种情况下，当在单电池10中发生内部短路时，由于连接在发生了内部短路的单电池10上的电流阻断元件21由于因自未发生内部短路的其它单电池介由电流阻断元件21流向发生了内部短路的单电池10中的短路电流产生的焦耳热而被熔断，所以能够防止短路电流流入发生了内部短路的单电池中。
此外，在上述实施方式中，如图1所示那样，在正极输出端子50与沿行方向排列的各单电池10之间插入了电流阻断元件40，但也可以如图19所示的电池组件100那样，在正极输出端子50的地方集中配置一个电流阻断元件40。
产业上的可利用性
本发明作为汽车、电动自行车或电动游戏机等的驱动用电源是有用的。
符号的说明
10        单电池
10A       单电池
20        第1连接体
20A、20B  第1连接体的部位
21        电流阻断元件
30        第2连接体
30a、30b、30c第2连接体的部位
40        电流阻断元件(熔丝)
50        正极输出端子
51        负极输出端子
60        电路基板
100、110  电池组件
权利要求书(按照条约第19条的修改)
1.一种电池组件，其是多个单电池以格子状排列而成的电池组件，
沿行方向排列的所述单电池通过第1连接体而并联连接，
沿列方向排列的所述单电池通过第2连接体将在列方向上邻接的单电池间分别串联连接，
在介由所述第2连接体对所述多个电池进行充放电时，所述第1连接体中流过消除沿行方向排列的所述单电池的电位差的电流，
当所述单电池中发生内部短路时，连接在发生了内部短路的单电池上的所述第1连接体通过因自未发生内部短路的其它的单电池介由所述第1连接体流向发生了内部短路的单电池中的短路电流产生的焦耳热而被熔断。
2.根据权利要求1所述的电池组件，其中，所述第1连接体由具有一样的截面积的金属部件构成，
所述第1连接体的截面积被设定为使得该第1连接体的温度通过因短路电流流向发生了内部短路的单电池而产生的焦耳热从而达到所述第1连接体的熔点以上的大小。
3.根据权利要求2所述的电池组件，其中，当所述单电池中发生内部短路时，所述第1连接体在发生了内部短路的单电池与邻接于该单电池的单电池之间的部位通过焦耳热的产生而被熔断。
4.根据权利要求1所述的电池组件，其中，所述第1连接体分别连接在将在列方向上邻接的所述单电池间连接的各第2连接体上。
5.根据权利要求4所述的电池组件，其中，所述第1连接体由金属细线或金属丝带构成，所述第1连接体通过引线接合、激光焊接或电阻焊接分别连接在将在列方向上邻接的所述单电池间连接的各第2连接体上。
6.根据权利要求2所述的电池组件，其中，所述第1连接体由铝材构成，所述第1连接体的截面积为0.3mm2以下。
7.根据权利要求6所述的电池组件，其中，所述第1连接体由铝材构成，所述第1连接体的截面积为0.007～0.12mm2的范围。
8.根据权利要求1所述的电池组件，其中，所述第2连接体的在行方向上邻接的单电池间的电阻值比所述第1连接体的邻接的单电池间的电阻值小。
9.根据权利要求1所述的电池组件，其中，位于沿列方向排列的所述单电池的端部的单电池与所述电池组件的输出端子连接，
在所述输出端子与作为所述位于沿列方向排列的所述单电池的端部的单电池且沿行方向排列的各单电池之间插入阻断或限制电流的元件。
10.一种电池组件，其是多个单电池以格子状排列而成的电池组件，
沿行方向排列的所述单电池将在行方向上邻接的单电池间介由电流阻断元件通过第1连接体而并联连接，
沿列方向排列的所述单电池将在列方向上邻接的单电池间通过第2连接体分别串联连接，
在介由所述第2连接体对所述多个电池进行充放电时，所述第1连接体中流过消除沿行方向排列的所述单电池的电位差的电流，
当所述单电池中发生内部短路时，连接在发生了内部短路的单电池上的所述电流阻断元件通过因自未发生内部短路的其它单电池介由所述电流阻断元件流向发生了内部短路的单电池中的短路电流产生的焦耳热而被熔断。
11.根据权利要求10所述的电池组件，其中，所述电流阻断元件由电流熔丝构成。

Claims (11)

1.一种电池组件，其是多个单电池以格子状排列而成的电池组件，
沿行方向排列的所述单电池通过第1连接体而并联连接，
沿列方向排列的所述单电池通过第2连接体将在列方向上邻接的单电池间分别串联连接，
当所述单电池中发生内部短路时，连接在发生了内部短路的单电池上的所述第1连接体通过因自未发生内部短路的其它的单电池介由所述第1连接体流向发生了内部短路的单电池中的短路电流产生的焦耳热而被熔断。
2.根据权利要求1所述的电池组件，其中，所述第1连接体由具有一样的截面积的金属部件构成，
所述第1连接体的截面积被设定为使得该第1连接体的温度通过因短路电流流向发生了内部短路的单电池而产生的焦耳热从而达到所述第1连接体的熔点以上的大小。
3.根据权利要求2所述的电池组件，其中，当所述单电池中发生内部短路时，所述第1连接体在发生了内部短路的单电池与邻接于该单电池的单电池之间的部位通过焦耳热的产生而被熔断。
4.根据权利要求1所述的电池组件，其中，所述第1连接体分别连接在将在列方向上邻接的所述单电池间连接的各第2连接体上。
5.根据权利要求4所述的电池组件，其中，所述第1连接体由金属细线或金属丝带构成，所述第1连接体通过引线接合、激光焊接或电阻焊接分别连接在将在列方向上邻接的所述单电池间连接的各第2连接体上。
6.根据权利要求2所述的电池组件，其中，所述第1连接体由铝材构成，所述第1连接体的截面积为0.3mm2以下。
7.根据权利要求6所述的电池组件，其中，所述第1连接体由铝材构成，所述第1连接体的截面积为0.007～0.12mm2的范围。
8.根据权利要求1所述的电池组件，其中，所述第2连接体的在行方向上邻接的单电池间的电阻值比所述第1连接体的邻接的单电池间的电阻值小。
9.根据权利要求1所述的电池组件，其中，位于沿列方向排列的所述单电池的端部的单电池与所述电池组件的输出端子连接，
在所述输出端子与作为所述位于沿列方向排列的所述单电池的端部的单电池且沿行方向排列的各单电池之间插入阻断或限制电流的元件。
10.一种电池组件，其是多个单电池以格子状排列而成的电池组件，
沿行方向排列的所述单电池将在行方向上邻接的单电池间介由电流阻断元件通过第1连接体而并联连接，
沿列方向排列的所述单电池将在列方向上邻接的单电池间通过第2连接体分别串联连接，
当所述单电池中发生内部短路时，连接在发生了内部短路的单电池上的所述电流阻断元件通过因自未发生内部短路的其它单电池介由所述电流阻断元件流向发生了内部短路的单电池中的短路电流产生的焦耳热而被熔断。
11.根据权利要求10所述的电池组件，其中，所述电流阻断元件由电流熔丝构成。
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