CN102870254B - 汇流条、以及汇流条的制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种汇流条，是针对正端子和负端子由相互不同种类的金属形成的蓄电池使用的汇流条，其可以在防止电腐蚀的同时抑制电阻，并且在机械的强度方面也很优异。本发明的汇流条(1)将由与蓄电池(2)的正端子(5)相同的金属形成并能够与该正端子(5)连接的正极连接部(10)、和由与蓄电池(2)的负端子(6)相同的金属形成并能够与该负端子(6)连接的负极连接部(11)利用金属结合一体化地结合。

Description

汇流条、以及汇流条的制造方法
技术领域
本发明涉及可以适用于正端子和负端子由相互不同种类的金属形成的蓄电池的汇流条及其制造方法。
背景技术
作为搭载于电动汽车或混合动力车等中的蓄电池，已知有将多个蓄电池单元以使相互的正·负极间串联的方式用汇流条连结而构成组电池的例子(例如参照专利文献1)。此种组电池以高输出、高能量密度为特征，在蓄电池单元中大部分情况下使用锂离子电池。锂离子电池是正端子以铝(Al)为原材、负端子以铜(Cu)为原材而形成的。
作为用于将此种蓄电池单元的端子之间连结的部件，有汇流条(busbar，是用于电能的分配的部件，也称作母线)。作为该汇流条的制造方法，例如像专利文献2的“发明所要解决的问题”中公开的那样，有将构成汇流条的构件之间进行激光焊接的方法。
在先技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2002-373638号公报
专利文献2：日本特开2003-163039号公报
如前所述，在将蓄电池单元之间串联的情况下，用汇流条将作为正端子的铝制端子、和作为负端子的铜制端子连结。由此，无论是将汇流条用铝来形成，还是用铜来形成，汇流条与一方的端子之间都一定会由异种金属连接。
一般来说，众所周知，在将异种的金属之间连接时会引起由空气中的水分造成的电腐蚀(电化学的腐蚀)。所以，随着该电腐蚀的进行，会引起汇流条与端子之间不再通电、或汇流条自身或者端子自身发生损坏，最终导致无法起动电动汽车的重大问题。
而且，虽然作为该问题的对策，如专利文献2所示，提出过将铝片和铜片利用激光焊接等接合而制作汇流条，然而利用该方法试制的汇流条中，在激光焊接部分产生两种金属的共晶，因该原因而导致电阻过大、或机械的强度(尤其是脆性或拉伸强度)明显降低的缺点，因而不是特别能经得起实际应用的材料。
发明内容
本发明是鉴于上述情况而完成的，其目的在于，提供一种汇流条，是针对正端子和负端子由相互不同种类的金属形成的蓄电池使用的汇流条，可以在防止电腐蚀的同时抑制电阻，并且机械的强度也很优异，具有高性能·高可靠性，并提供该汇流条的制造方法。
为了达成所述目的，本发明的汇流条是针对正端子和负端子由相互不同种类的金属形成的蓄电池使用的端子连接用的汇流条，具有如下的构成，即，具有：正极连接部，其由与所述蓄电池的正端子相同的金属形成，并且能够与正端子连接；负极连接部，其由与所述蓄电池的负端子相同的金属形成，并且能够与负端子连接，所述正极连接部与负极连接部利用金属结合一体化。
如果是该汇流条，则通过在蓄电池的正端子处连接由与该端子相同的金属形成的正极连接部，在蓄电池的负端子处连接由与该端子相同的金属形成的负极连接部，就可以抑制端子接合部的电腐蚀、与之相伴的电阻的增加，实现作为蓄电池连接用的汇流条的可靠性的提高。此外，由于将汇流条的正极连接部与负极连接部利用金属结合一体化，因此在该结合部分也不会有产生电腐蚀、与之相伴的电阻的增加的情况。
而且，“金属结合”是指如下的状态，即，想要结合的不同种类金属间形成以金属组织程度密接的结合界面，其结果是，将导电性以及机械的结合强度提高到“作为汇流条来说适于实用的值”。
优选所述正极连接部由铝或者铝合金形成，所述负极连接部由铜或者铜合金形成。
另一方面，在制造上述的汇流条时，采用如下的制造方法是不可欠缺的，即，准备形成所述正极连接部的金属坯料与形成负极连接部的金属坯料以面相接的状态的对面坯料，在高压的流体静压环境下，对所述对面坯料利用模具进行挤压加工或者拉拔加工。
通过采用该制造方法，就可以将形成正极连接部的金属材料和形成负极连接部的金属材料进行金属结合而一体化，制造可以将蓄电池的正端子与负端子之间恰当地连结的汇流条。
此外，为了达成所述目的，本发明的汇流条是针对正端子和负端子由相互不同种类的金属形成的蓄电池使用的端子连接用的汇流条，具有如下的构成，即，具有：正极连接部，其由与所述蓄电池的正端子相同的金属形成，并且能够与正端子连接；负极连接部，其由与所述蓄电池的负端子相同的金属形成，并且能够与负端子连接，在俯视下，以负极连接部包围所述正极连接部的周围、或者正极连接部包围负极连接部的周围的方式配备，并且所述正极连接部和负极连接部利用金属结合一体化地结合。
如果是该汇流条，则通过在蓄电池的正端子处连接由与该端子相同的金属形成的正极连接部，在蓄电池的负端子处连接由与该端子相同的金属形成的负极连接部，就可以抑制端子接合部的电腐蚀、与之相伴的电阻的增加，实现作为蓄电池连接用的汇流条的可靠性的提高。此外，由于将汇流条的正极连接部与负极连接部利用金属结合一体化，因此在该结合部分也不会有产生电腐蚀、与之相伴的电阻的增加的情况。
而且，“金属结合”是指如下的状态，即，想要结合的不同种类金属间形成以金属组织程度密接的结合界面，其结果是，将导电性以及机械的结合强度提高到“作为汇流条来说适于实用的值”。
优选所述正极连接部由铝或者铝合金形成，所述负极连接部由铜或者铜合金形成。
另一方面，在制造上述的汇流条时，采用如下的制造方法是不可欠缺的，即，准备将形成所述正极连接部的金属坯料的周围用形成负极连接部的金属坯料包围的对面坯料、或者将形成负极连接部的金属坯料的周围用形成正极连接部的金属坯料包围的对面坯料，在高压的流体静压环境下，对所述对面坯料利用模具进行挤压加工或者拉拔加工。
通过采用该制造方法，可以将形成正极连接部的金属材料与形成负极连接部的金属材料进行金属结合而一体化，制造可以将蓄电池的正端子与负端子之间恰当地连结的汇流条。
发明效果
根据本发明，可以实现如下的汇流条，即，可以针对正端子和负端子由相互不同种类的金属形成的蓄电池使用，可以在防止电腐蚀的同时抑制电阻，并且在机械的强度方面也很优异，具有高性能·高可靠性。
附图说明
图1是表示第一实施方式的汇流条的使用形态的立体图。
图2A是表示第一实施方式的汇流条的俯视图。
图2B是表示第一实施方式的汇流条的主视图。
图3是说明制造本发明的汇流条的过程的立体图。
图4A是表示第二实施方式的汇流条的俯视图。
图4B是表示第二实施方式的汇流条的主视图。
图5是表示第三实施方式的汇流条的使用形态的立体图。
图6A是表示第三实施方式的汇流条的俯视图。
图6B是表示第三实施方式的汇流条的主视图。
图6C是表示第三实施方式的汇流条的立体图。
图7是说明制造本发明的汇流条的过程的立体图。
图8A是表示第四实施方式的汇流条的俯视图。
图8B是表示第四实施方式的汇流条的主视图。
图8C是表示第四实施方式的汇流条的立体图。
具体实施方式
下面，基于附图，对本发明的实施方式进行说明。
[第一实施方式]
图1～图3表示了本发明的汇流条1的第一实施方式。
从图1所示的使用例可以清楚地看到，该汇流条1在通过将多个蓄电池单元2串联而构成的组电池3中，用于在蓄电池单元2相互间将正端子5与负端子6连接。
而且，各蓄电池单元2是锂离子电池，正端子5由铝或者铝合金形成，在外周面形成有外螺纹。负端子6由铜或者铜合金形成，在外周面形成有外螺纹。
如图2A以及2B所示，汇流条1以长方形的板状形成，以将长边侧大致二等分的中间位置为界，在其一方侧设有正极连接部10，在另一方侧设有负极连接部11。汇流条1的尺寸可以根据蓄电池单元2相互的位置或流过的电流量等适当地变更，例如长边为30～70mm，短边为20～60mm，厚度为1～2mm。
汇流条1的正极连接部10与负极连接部11由相互不同的金属形成。正极连接部10以与蓄电池单元2的正端子5相同的金属，即以铝或者铝合金作为原材形成。另外，负极连接部11以与负端子6相同的金属，即以铜或者铜合金作为原材形成。
汇流条1中的正极连接部10与负极连接部11的交界因将正极连接部10的金属(Al)与负极连接部11的金属(Cu)置于超高压下(例如1000MPa左右)并且对其赋予变形，而形成彼此以金属组织程度密接的结合界面，其结果是，被设为将导电性以及机械的结合强度提高到“作为汇流条来说适于实用的值”的状态。
此外，如图2A以及2B所示，在正极连接部10中在短边方向大致中央部设有供蓄电池单元2的正端子5插入的连接孔12，在负极连接部11中在短边方向大致中央部设有供蓄电池单元2的负端子6插入的连接孔13。
如图1所示，在向这些各连接孔12中插入正端子5的状态下，通过向穿通了的正端子5上螺合螺母15，而将正端子5与正极连接部10连结。同样地，在向连接孔13中插入负端子6后，向负端子6上螺合螺母15，将负端子6与负极连接部11连结。
而且，也可以不是螺合螺母15的结合，而是将正端子5与正极连接部10焊接，并且将负端子6与负极连接部11焊接。也就是说，也可以将汇流条的异种金属部与各自的同种端子直接焊接。
如图3所示，在制造此种构成的汇流条1时，进行超高压流体静压下的挤压加工。该加工中所用的挤压装置20具备与想要得到的汇流条1的长边侧截面形状(平面形状)对应的单一开口的模具21，可以进行超高压(1000MPa左右)的各向同性压力环境下的挤压成形。
作为汇流条1的制造步骤，首先准备由与蓄电池单元2的正端子5相同的金属(铝或者铝合金)构成的正极用坯料10A(金属坯料)、由与蓄电池单元2的负端子6相同的金属(铜或者铜合金)构成的负极用坯料11A(金属坯料)。这些正极用坯料10A以及负极用坯料11A例如只要将分别制成条材的材料沿着长边方向粘合，作为圆棒状的坯锭(对面坯料)形成即可。
然后，将该坯锭以使正极用坯料10A与负极用坯料11A被相互平行地挤压的方式，装填到挤压装置20中。
在该状态下，使挤压装置20在超高压的各向同性压力环境下动作，进行挤压加工或者拉拔作业，制成将正极用坯料10A与负极用坯料11A进行金属结合而成为一体的成形体1A。
如图3所示，由于挤压装置20的模具21(模头)的开口面积小于坯锭的截面积，因此坯锭会因穿过模具21而受到全周的压缩，发生塑性变形。两个坯料10A、11A的接合面在钻出模具21后形成正极连接部10与负极连接部11的结合界面(金属结合部)。
将如此得到的成形体1A在挤压方向上相隔规定间隔地切下。切下后，在正极连接部10中设置连接孔12，在负极连接部11中设置连接孔13而完成汇流条1。根据需要也可以进行表面研磨或表面处理等。
如此制造的汇流条1是将与蓄电池单元2的正端子5相同金属的正极连接部10、和与蓄电池单元2的负端子6相同金属的负极连接部11利用金属结合一体化形成的构成。由此，无论在该汇流条1的哪个部分(与蓄电池端子的连结部分、以及正极连接部10与负极连接部11的结合面)都不会引起电腐蚀，可以抑制电阻，而且机械的强度也很优异。
[第二实施方式]
图4A以及图4B表示了本发明的汇流条1的第二实施方式。
第二实施方式的汇流条1中，在产生正极连接部10与负极连接部11的结合界面(金属结合部)的部分，形成侧视时为曲柄折曲形状的阶梯部25，在正极连接部10与负极连接部11之间产生高低差。如果是此种形成了阶梯部25的汇流条1，则可以将相互产生高低差(或者横向错移)地配置的蓄电池单元2相互直接地连接。
而且，在阶梯部25中，对于将正极连接部10与负极连接部11之间的高低差设为何种程度的尺寸，没有任何限定。另外阶梯部25并不限定于同正极连接部10与负极连接部11的结合界面一致地形成，也可以在正极连接部10侧、或者负极连接部11侧使之错位地形成。
此外，阶梯部25并不限定于以曲柄折曲来形成，也可以利用光滑的曲线描绘出S形曲线地形成。
在制造第二实施方式的汇流条1的情况下，也采用超高压(～1000MPa左右)的各向同性压力环境下的挤压或者拉拔成形。如图3所示，只要将模具21的开口形状与汇流条1的长边侧截面形状对应地设为曲柄形状即可。
其他的构成以及作用效果、制造方法与第一实施方式大致相同，因而省略这里的详细说明。
实施例1
将利用超高压的各向同性压力环境下的挤压或者拉拔成形制造的第一实施方式的汇流条的特性表示于表1中。
作为比较对象，例示出利用作为以往制造法之一的摩擦搅拌法进行接合(摩擦搅拌接合：Friction Stir Welding(FSW))而制造的汇流条、利用作为以往制造法之一的激光焊接进行接合而制造的汇流条。
[表1]
  结合方法   纯Al-纯Cu结合体电导率(％IACS)
  LASER   60.4
  FSW单方   48.5
  FSW双方   49.0
  本发明   66.1
如表1所示，利用摩擦搅拌法进行接合而制造的汇流条的电导率为48.5％(单方搅拌)、49.0％(双方搅拌)，电导率的值很差。利用激光焊接进行接合而制造的汇流条的电导率为60.4％，与摩擦搅拌法相比电导率要好。与它们相比，第一实施方式的汇流条中，电导率为66.1％，是非常高的值，可以没有损耗地高效率地进行多个蓄电池单元2中的电力传输。
但是，本次所公开的实施方式在所有的方面都是示例性的，而非限制性的。本发明的范围不是由上述的说明给出，而是由技术方案的范围给出，包含在与技术方案的范围均等的意思及范围内的所有的变更。
例如，正极连接部10与负极连接部11的结合界面(金属结合部)并不限定为配置于汇流条1中的长边侧的中央，也可以采用偏向正极连接部10侧、或者负极连接部11侧的配置。
另外，本发明的汇流条1虽然在连接汽车搭载用的锂离子电池时非常适合，然而在用于其他用途的锂离子电池(蓄电池)的连接中也没有任何问题。
[第三实施方式]
图5～图7表示了本发明的汇流条101的第三实施方式。
从图5所示的使用例中可以清楚地看到，该汇流条101是在通过将多个蓄电池单元102串联而构成的组电池103中，用于在蓄电池单元102相互间将正端子105与负端子106连接。
而且，各蓄电池单元102是锂离子电池，正端子105由铝或者铝合金形成，在外周面形成有外螺纹。负端子106由铜或者铜合金形成，在外周面形成有外螺纹。
如图6A至6C所示，汇流条101以长方形的板状形成，以将长边侧大致二等分的中间位置为界，在其一方侧设有正极连接部110，在另一方侧设有负极连接部111。本实施方式的情况下，正极连接部110向负极连接部111侧伸出地设有框部114，在该框部114的框内方嵌入负极连接部111。即，利用正极连接部110，将负极连接部111的外周部全周包围。
汇流条101的尺寸可以根据蓄电池单元102相互的位置或流过的电流量等适当地变更，例如长边为30～70mm，短边为20～60mm，厚度为1～2mm。
汇流条101的正极连接部110和负极连接部111由相互不同的金属形成。正极连接部110以与蓄电池单元102的正端子105相同的金属、即铝或者铝合金作为原材形成。另外，负极连接部111以与负端子106相同的金属、即铜或者铜合金作为原材形成。
这些正极连接部110和负极连接部111在沿着框部114的框内周的接合面间利用金属结合一体化地结合。该接合面(交界面)因将正极连接部110的金属(Al)与负极连接部111的金属(Cu)置于超高压下(例如1000MPa左右)并且对其赋予变形，而形成彼此以金属组织程度密接的结合界面，其结果是，被设为将导电性以及机械的结合强度提高到“作为汇流条来说适于实用的值”的状态。
而且，如图6A至6C所示，由于形成正极连接部110的铝或者铝合金与形成负极连接部111的铜或者铜合金相比柔软，因此在两者的超高压流体静压下的挤压加工时，产生正极连接部110向负极连接部111鼓出的弯曲。由此，在本实施方式的俯视中，负极连接部111是向其内部侧凹入的形状。
此外，如图6A至6C所示，在正极连接部110中在短边方向大致中央部设有供蓄电池单元102的正端子105插入的连接孔112，在负极连接部111中在短边方向大致中央部设有供蓄电池单元102的负端子106插入的连接孔113。
如图5所示，在向这些各连接孔112中插入正端子105的状态下，通过向穿通了的正端子105上螺合螺母115，而将正端子105与正极连接部110连结。同样地，在向连接孔113中插入负端子106后，向负端子106上螺合螺母115，将负端子106与负极连接部111连结。
而且，也可以不是螺合螺母115的结合，而是将正端子105与正极连接部110焊接，并且将负端子106与负极连接部111焊接。也就是说，也可以将汇流条的异种金属部与各自的同种端子直接焊接。
如图7所示，在制造此种构成的汇流条101时，进行超高压流体静压下的挤压加工。该加工中所用的挤压装置120具备与想要得到的汇流条101的长边侧截面形状(平面形状)对应的单一开口的模具121(模头)，可以进行超高压(1000MPa左右)的各向同性压力环境下的挤压成形。
作为汇流条101的制造步骤，首先以条材状准备由与蓄电池单元102的正端子105相同的金属(铝或者铝合金)构成的正极用坯料110A(金属坯料)、和由与蓄电池单元102的负端子106相同的金属(铜或者铜合金)构成的负极用坯料111A(金属坯料)。然后，将条材状的正极用坯料110A以及负极用坯料111A沿着长度方向粘合，再将这些粘合后的构件的外侧用板状的正极用坯料110A卷绕，准备好整体为圆棒状的坯锭(对面坯料)即可。而且，也可以通过将粘合正极用坯料110A以及负极用坯料111A后的构件嵌入中空管道状的正极用坯料110A中而制成坯锭。
然后，将该坯锭以使正极用坯料110A与负极用坯料111A被相互平行地挤压的方式，装填到挤压装置120中。
在该状态下，使挤压装置120在超高压的各向同性压力环境下动作，进行挤压加工或者拉拔作业，制成将正极用坯料110A与负极用坯料111A进行金属结合而成为一体的成形体101A。
如图7所示，由于挤压装置120的模具121的开口面积比坯锭的截面积小，因此坯锭会因穿过模具121而受到全周的压缩，发生塑性变形。两个坯料110A、111A的接合面在钻出模具121后形成正极连接部110与负极连接部111的结合界面(金属结合部)。
将如此得到的成形体101A在挤压方向上相隔规定间隔地切下。在切下后，在正极连接部110中设置连接孔112，在负极连接部111中设置连接孔113而完成汇流条101。根据需要也可以进行表面研磨或表面处理等。
如此制造的汇流条101是将与蓄电池单元102的正端子105相同金属的正极连接部110、和与蓄电池单元102的负端子106相同金属的负极连接部111利用金属结合一体化形成的构成。由此，无论是该汇流条101的任何的部分(与蓄电池端子的连结部分、以及正极连接部110与负极连接部111的结合面)，都不会引起电腐蚀，可以抑制电阻，而且在机械的强度方面也很优异。
[第四实施方式]
图8A至8C表示了本发明的汇流条101的第四实施方式。
第四实施方式的汇流条101也是以长方形的板状形成，以将长边侧大致二等分的中间位置为界，在其一方侧设有正极连接部110(Al)，在其另一方侧设有负极连接部111(Cu)。
但是，在本实施方式的情况下，在负极连接部111中，向正极连接部110侧伸出地设有框部114，在该框部114的框内方嵌入正极连接部110。即，利用负极连接部111，将正极连接部110的外周部全周包围。
此外，如图8A至8C所示，由于形成正极连接部110的铝或者铝合金比形成负极连接部111的铜或者铜合金柔软，因此在两者的超高压流体静压下的挤压加工时，会产生正极连接部110向负极连接部111鼓出的弯曲。由此，在本实施方式的俯视中，正极连接部110是向其外侧鼓出的形状。
其他的构成以及作用效果、制造方法与第三实施方式基本相同，因而省略这里的详细说明。
但是，本次所公开的实施方式在所有的方面都是示例性的，而非限制性的。本发明的范围不是由上述的说明给出，而是由技术方案的范围给出，包含与技术方案的范围均等的意思及范围内的所有的变更。
例如，框部114的长度、宽度不受限定。俯视时的正极连接部110与负极连接部111的面积比也可以适当地变更。
另外，本发明的汇流条101在将汽车搭载用的锂离子电池连接时非常适合，然而在用于其他用途的锂离子电池(蓄电池)的连接时也没有任何问题。
虽然详细地、参照特定的实施方式说明了本申请，然而可以不脱离本发明的精神和范围地施加各种变更或修正。
本申请是基于2010年3月29日申请的日本专利申请(日本特愿2010-075915)、以及2010年3月29日申请的日本专利申请(日本特愿2010-075917)的申请，在这里将其内容作为参照纳入。
符号说明
1汇流条，1A成形体，2单元，3组电池，5正极端子，6负极端子，10正极连接部，10A正极用坯料，11负极连接部，11A负极用坯料，12连接孔，13连接孔，15螺母，20挤压装置，21模具，25阶梯部，101汇流条，101A成形体，102单元，103组电池，105正极端子，106负极端子，110正极连接部，110A正极用坯料，111负极连接部，111A负极用坯料，112连接孔，113连接孔，114框部，115螺母，120挤压装置，121模具，125阶梯部

Claims (4)

1.一种汇流条的制造方法，所述汇流条是针对正端子和负端子由相互不同种类的金属形成的蓄电池使用的端子连接用的汇流条，
具有：正极连接部，其由与所述蓄电池的正端子相同的金属形成，并且能够与正端子连接；负极连接部，其由与所述蓄电池的负端子相同的金属形成，并且能够与负端子连接，
所述正极连接部与负极连接部利用金属结合一体化，
所述汇流条的制造方法的特征在于，
准备形成所述正极连接部的金属坯料与形成负极连接部的金属坯料以面相接的状态的对面坯料，
在高压的流体静压环境下，利用模具对所述对面坯料进行挤压加工或者拉拔加工，来制造所述汇流条。
2.根据权利要求1所述的汇流条的制造方法，其特征在于，
所述正极连接部由铝或者铝合金形成，
所述负极连接部由铜或者铜合金形成。
3.一种汇流条的制造方法，所述汇流条是针对正端子和负端子由相互不同种类的金属形成的蓄电池使用的端子连接用的汇流条，
具有：正极连接部，其由与所述蓄电池的正端子相同的金属形成，并且能够与正端子连接；负极连接部，其由与所述蓄电池的负端子相同的金属形成，并且能够与负端子连接，
在俯视下，以负极连接部包围所述正极连接部的周围、或者正极连接部包围负极连接部的周围的方式配备，并且所述正极连接部和负极连接部利用金属结合一体地结合，
所述汇流条的制造方法的特征在于，
准备将形成所述正极连接部的金属坯料的周围用形成负极连接部的金属坯料包围的对面坯料、或者将形成负极连接部的金属坯料的周围用形成正极连接部的金属坯料包围的对面坯料，
在高压的流体静压环境下，利用模具对所述对面坯料进行挤压加工或者拉拔加工，来制造所述汇流条。
4.根据权利要求3所述的汇流条的制造方法，其特征在于，
所述正极连接部由铝或者铝合金形成，
所述负极连接部由铜或者铜合金形成。
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