CN103038917A - 电池模块 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种安全性高的电池模块，该电池模块能够在多个电池以矩阵状排列的电池模块中，即使在构成电池模块的电池中发生异常，也能够使包括异常电池的串联的电池群可靠地与其他的电池群分开，并且，能够抑制电池模块整体的性能降低。本发明中，m个单元电池（10）在列方向串联而构成串联块（20），在行方向排列n个串联块（20），并且，在行方向相邻的单元电池（10）分别经由第一熔断体（30）并联，位于各串联块（20）的一端的单元电池（10）经由第二熔断体（40）与共用的输入输出端（50）连接。单元电池（10）的个数m和串联块（20）的个数n满足式（1）和（2）。m≤1/2[V_c/R_c·I_f1-R_f1/R_c+3]……（1）n≥（V_c+I_f2·R_c）/[V_c-（m-1）I_f2·R_c]……（2）其中，V_c为单元电池（10）的电动势，R_c为单元电池（10）的内阻，R_f1、I_f1为第一熔断体（30）的电阻、熔断电流，I_f2为第二熔断体（40）的熔断电流。

Description

电池模块

技术领域

本发明涉及多个电池以矩阵状排列的电池模块。

背景技术

作为各种仪器、车辆等的电源，广泛使用将多个电池收纳在电池盒（case）中从而能够输出规定的电压和电流的电池组。其中，正开始采用这样的技术，即，将通用电池（例如装载于笔记本电脑等上的圆筒形的二次电池）并联、串联连接，将输出规定的电压和电流的电池组模块化，并通过组合各种该电池模块，能够应付多种多样的用途。该模块化技术中，通过使收纳在电池模块中的电池高性能化，来实现电池模块本身的小型-轻量化，所以有各种优点，如提高组装电池组时的操作性，并且提高装载于车辆等的有限的空间内时的自由度等。

然而，当构成电池模块的电池由于过充电或过放电、或者内部短路或外部短路而无法作为电池起作用时，该异常电池成为电阻体，从而有可能使电池模块整体的性能大大地降低。

对于这种问题，在专利文献1中，记载有这样一种结构，即，在串联连接有多个单电池（cell）的多个串联电池单元并联连接的电池组中，在并列方向上相邻的单电池间，配置有电阻体。通过采用这种结构，在单电池中发生内部短路等的异常时，能够通过电阻体减少流入该单电池的电流。

但是，在这样的结构中，无法使异常电池（cell）与电池组分开，所以存在无法充分抑制电池组整体的性能降低的问题。

于是，在专利文献2中，记载有这样一种结构，在串联连接有多个电池的多个串联电池群（电池组）并联连接的电池组中，使电流旁通（bypass）电路与各串联电池群并联连接，并且使熔断器（fuse）与各串联电池群和电流旁通电路串联连接。通过采用这种结构，在电池中发生异常时，检测该异常，并且通过使大电流流至电流旁通电路电池从而使熔断器熔断，能够使包括异常电池的串联电池群与电池组分开。

但是，在这种结构中，需要对每个串联电池群设置检测异常电池而运行的电流旁通电路，从而存在部件数增大的问题。另外，在并列方向相邻的电池间由于没有并联连接，所以在对电池组进行充电时，存在这样的问题，即每个串联电池群中发生充电偏差，从而使电池组整体的性能降低。

于是，在专利文献3中，记载有这样的结构，即，在多个电池经由连接体并联连接的集合电池中，各电池的正极和负极分别通过熔丝与连接体连接。通过采用这样的结构，在电池中发生异常时，通过与该电池连接的熔断器由于过电流被熔断，能够使异常电池与其他的电池电气分离。

先行技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2004-31268号公报

专利文献2：日本特开2002-142353号公报

专利文献3：美国专利申请第7671565号说明书

发明内容

发明要解决的课题

当将多个通用电池排列从而构成电池模块时，为了输出规定的电压和电流，采用如下结构，即，将多个电池并联连接构成电池组，并将多个该电池组串联连接。

例如，当将多个专利文献3中记载的电池组串联连接从而构成电池模块时，由于在每个电池设置有熔丝，所以无论在哪一个电池发生异常，都能够使包括异常电池的串联连接的电池群可靠分开。

但是，在串联连接的电池群中，由于在各电池中加入熔丝所带来的串联电阻，所以存在电池模块的性能降低的问题。另外，需要设置与电池相同数的熔丝，所以也存在部件数增加的问题。

本发明是鉴于所述问题而提出的，其主要目的在于提供一种安全性高的电池模块，该电池模块能够在多个电池以矩阵状排列的电池模块中，即使在构成电池模块的电池中发生异常，也能够使包括异常电池的串联连接的电池群可靠地与其他的电池群分开，并且能够抑制电池模块整体的性能降低。

用于解决课题的方法

为了解决上述课题，本发明为规定了单元电池的排列数的电池模块，其在并联连接有多个将多个单元电池串联连接而构成的串联块的电池模块中，使在并列方向排列的单元电池经由熔丝并联连接，并且使熔丝与串联块的一端连接，通过采用这样的结构，即使在构成电池模块的电池中发生异常时，也能够使包括异常电池的串联块可靠地分开。

即，本发明的电池模块为多个单元电池以矩阵状排列的电池模块，其中，m个单元电池在列方向串联连接而构成串联块，在行方向排列n个串联块，并且，在行方向相邻的单元电池分别经由第一熔丝并联，位于各串联块的一端的单元电池经由第二熔丝与共用的输入输出端子连接，在列方向排列的单元电池的个数m和在行方向排列的串联块的个数n满足下面的式（1）和（2）。

$m\≤\frac{1}{2}(\frac{V_c}{R_c{I}_{f1}}-\frac{R_{f1}}{R_c}+3)...\left(1\right)$

$n\≥\frac{V_c+I_{f2}{R}_c}{V_c-(m-1)I_{f2}{R}_c}...\left(2\right)$

其中，V_c为单元电池的电动势，R_c为单元电池的内阻（内电阻），R_f1为第一熔丝的电阻，I_f1为第一熔丝的熔断电流，I_f2为第二熔丝的熔断电流。

由这样的结构，在满足式（1）、（2）的排列为（m个×n个）的矩阵状的电池模块中，当构成电池模块的单元电池中发生异常时，能够使包括该异常电池的串联块与电池模块可靠分开。另外，串联块中未加入多个熔丝所致的串联电阻，所以能够抑制电池模块的性能降低。

发明效果

根据本发明，能够提供一种安全性高的电池模块，该电池模块能够在多个电池以矩阵状排列的电池模块中，即使在构成电池模块的单元电池发生异常，也能够使包括异常电池的串联连接的电池群可靠地与其他的电池群（串联块）分开，并且能够抑制电池模块整体的性能降低。

附图说明

图1是示意性地表示本发明的第一实施方式的电池模块的结构的等效电路图。

图2是在图1所示的电池模块中以电动势V_c和内阻R_c表示单元电池的等效电路图。

图3是在图1所示的电池模块中以电动势V_c和内阻R_c表示单元电池的等效电路图。

图4是表示第一实施方式的电池模块的结构的立体图。

图5（a）、（b）是图4所示的电池模块的局部放大图。

图6是表示用于模拟的电池模块的结构的等效电路图。

图7是表示流至第一熔丝的电流值的模拟结果的曲线。

图8是示意性地表示本发明的第二实施方式的电池模块的构成的等效电路图。

图9是示意性地表示本发明的第三实施方式的电池模块120的结构的等效电路图。

图10是表示第三实施方式的电池模块的结构的立体图。

图11（a）、（b）是图10所示的电池模块的局部放大图。

具体实施方式

下面基于附图详细说明本发明的实施方式。其中，本发明并不限于以下的实施方式。另外，在不脱离使本发明的效果奏效的范围的范围内，能够适当变更。另外，也能够与其他的实施方式进行组合。

（第一实施方式）

图1是示意性地表示本发明的第一实施方式的电池模块100的结构的等效电路图。

如图1所示，本实施方式的电池模块100，以矩阵状排列有构成该电池模块100的多个电池（以下简称为“单元电池”）。其中，本发明中的单元电池10只要是能够充放电的二次电池，就不受其种类上的特别限制，例如，能够使用锂离子电池、镍氢电池等。另外，二次电池也可以是作为笔记本电脑等便携用电子设备的电源以单体也能够使用的电池。此时，由于能够将高性能的通用电池作为电池模块的单元电池使用，所以能够更容易实现电池模块的高性能化、低成本化。

本实施方式的电池模块100中，m个单元电池10在列方向（Y方向）串联连接构成串联块20。并且，该串联块20在行方向（X方向）排列有n个，并且，在行方向相邻的单元电池10分别经由第一熔丝30并联连接。而且，位于各串联块20的一端的单元电池10经由第二熔丝40与共用的输入输出端子50连接。在本实施方式中，位于串联块20的一端的单元电池10的正极端子经由第二熔丝40与输入输出端子（正极输入输出端子）50连接，位于串联块20的另一端的单元电池10的负极端子与负极输入输出端子51连接。

另外，在本实施方式中，位于串联块20的一端的单元电池10的正极端子侧，配置有第二熔丝40，但是也可以在位于串联块20的另一端的单元电池10的负极端子侧配置第二熔丝40。另外，行方向（X方向）和列方向（Y方向）是为了方便而规定的单元电池10所并联连接的方向和单元电池10所串联连接的方向，除此之外，并无他意。

另外，本发明中的“熔丝（fusible link）”是指具有以规定的电流值被熔断的熔断器功能的连接单元，其具体结构不受特别的限制。

另外，本发明中的电池模块构成为，m个单元电池10在列方向串联连接的串联块20在行方向排列有n个，但是如果从单元电池10的排列上看，其为（m个×n个）单元电池10以矩阵状排列的结构。

在构成电池模块100的单元电池10中发生内部短路等异常时，需要将包括异常电池的串联连接的串联块20与其他的串联块20可靠分开，为此，不仅需要将与串联块20连接的第二熔丝40熔断，而且需要将与相邻的串联块20的各单元电池10连接的第一熔丝30全部熔断。

但是，第一和第二熔丝30、40中，其熔断电流的值设定为，在单元电池10中发生异常时，由流至第一和第二熔丝30、40的短路电流熔断。例如，如专利文献3所记载，在使熔丝与每个单元电池10串联连接的电池模块的情况下，将熔丝的熔断电流设定为单元电池10的短路电流的值即可。

然而，如本发明，在各串联块20中设置有一个熔丝40的结构的电池模块100中，流至配置于并联连接的单元电池10之间的第一熔丝30的短路电流，根据相对于发生异常的单元电池10位于矩阵状的哪一个位置而不同。因此，第一和第二熔丝30、40的熔断电流无法简单设定为单元电池10的短路电流的值。因此，在这种情况中，在构成电池模块100的电路中，考虑通常动作时流经的电流，例如将第一和第二熔丝30、40的熔断电流设定为将电池模块100中使用的最大电流值除以并列排列的单元电池10的排列数的值的2~3倍程度即可。

然而，在将单元电池10以矩阵状排列的电池模块100中，当不考虑排列在行方向（X方向）和列方向（Y方向）上的单元电池10的排列数（m个×n个），配置设定为一定的熔断电流的第一和第二熔丝30、40（通常动作时不熔断）时，流至离开发生异常的单元电池10进行配置的第一和第二熔丝30、40的短路电流也有可能达到设定的熔断电流。

于是，本发明在配置有设定为一定的熔断电流的第一和第二熔丝30、40的电池模块100中，赋予将包括发生异常的单元电池10的串联连接的串联块20与其他的串联块20可靠分开所需的、在行方向和列方向排列的单元电池10的排列数（m个×n个）的条件。

下面，参照图2和图3说明该条件。在此，图2和图3是在图1所示的结构的电池模块100中以电动势V_c和内阻R_c表示构成串联块20的各单元电池10的图。

首先，如图2所示，考虑在位于串联块20A中的一端的单元电池10A中发生异常的情况。此时，相对于串联块20A，在行方向（X方向）并联连接的其他的串联块20中，流至连接单元电池10之间的第一熔丝30的短路电流随并列数的增加而增加。反过来说，流至配置于串联块20A和与其相邻的串联块20B之间的第一熔丝30的短路电流最小。而且，配置于串联块20A与串联块20B之间的多个第一熔丝30当中，流至最远离发生异常的单元电池10A的第一熔丝30A的短路电流最小。因此，如果最远离发生异常的单元电池10A的第一熔丝30A以短路电流熔断，则在列方向排列的其他的第一熔丝30全部被熔断。由此，包括发生异常的单元电池10的串联块20A与相邻的串联块20B可靠分开。

于是当将流至最远离发生异常的单元电池10A的第一熔丝30A的短路电流设为I_m-1时，如果第一熔丝30A以外的在列方向上排列的第一熔丝30全部熔断，则在由串联块20A和串联块20B构成的电路中，以下的式（A）成立。

V_c=I_m-1（m-1）R_c+I_m-1R_f1+I_m-1（m-2）R_c……（A）

在此，串联块20A中，正常的单元电池10有（m-2）个，在串联块20B中，正常的单元电池10有（m-1）个，并将第一熔丝30的电阻设为R_f1，将电路中的电位差设为发生异常的单元电池10A的电动势V_c（将单元电池10A的内阻近似为零）。

从上述式（A），由以下的式（B）表示流至第一熔丝30A的短路电流I_m-1。

I_m-1=V_c/[（2m-3）R_c+R_f1]……（B）

因此，当将第一熔丝30的熔断电流设为I_f1时，为了第一熔丝30A以短路电流被熔断，需要满足以下的式（C）。

I_m-1=V_c/[（2m-3）R_c+R_f1]>I_f1……（C）

若将此式（C）关于m展开，则成为下述的式（1）。

$m\≤\frac{1}{2}(\frac{V_c}{R_c{I}_{f1}}-\frac{R_{f1}}{R_c}+3)...\left(1\right)$

即，在行方向并联连接的串联块20中，当将连接相邻的单元电池10之间的第一熔丝30的电阻设为R_c，将熔断电流设为I_f1时，如果将在串联块20的列方向串联连接的单元电池10的个数m设定为满足上述式（1），则能够将包括发生异常的单元电池10的串联块与相邻的串联块可靠分开。其中，如从上述式（1）可知，在串联块20中，能够串联连接的单元电池10的个数m的上限不依赖于行方向上并联连接的串联块20的个数n。

接着，如图3所示，当满足上述式（1）的m个单元电池10所串联连接的串联块20A与相邻的串联块20B可靠分开时，进一步求出，与串联块20A连接的第二熔丝40A被熔断从而串联块20A与输入输出端子50可靠分开的条件。

如图3所示，当将流至包括发生异常的单元电池10A的串联块20A的电流（即，流经第二熔丝40A的电流）设为I时，在串联块20A以外的（n-1）个串联块20中，单元电池10的电动势、内阻全都相同，所以流有将流经串联块20A的电流I均分的I/（n-1）的电流。

于是，在由包括（m-1）个正常的单元电池10的串联块20A和包括m个正常的单元电池10的其他的串联块20B构成的电路中，串联块20A和其他的串联块20B的电位差为发生异常的单元电池10A的一个的电动势V_c，所以满足以下的式（D）。

V_c=I（m-1）R_c+I/（n-1）mR_c……（D）

根据上述式（D），流至第二熔丝40A的短路电流I以下述的式（E）表示。

I=V_c/R_c[（m-1）+m/（n-1）]……（E）

因此，当将第二熔丝40的熔断电流设为I_f2时，为了第二熔丝40A以短路电流被熔断，需要满足以下的式（F）。

I=V_c/R_c[（m-1）+m/（n-1）]>I_f2……（F）

若将式（F）关于n展开，则成为以下的式（2）。

$n\≥\frac{V_c+I_{f2}{R}_c}{V_c-(m-1)I_{f2}{R}_c}...\left(2\right)$

即，在满足上述式（1）的m个单元电池10所串联连接的串联块20中，当将连接位于一端的单元电池10与输入输出端子50之间的第二熔丝40的熔断电流设为I_f2时，如果将行方向上并联连接的串联块20的个数n设定为满足上述式（2），则能够将包括发生异常的单元电池10的串联块20与输入输出端子50可靠分开。

如上所述，本实施方式的电池模块100中，m个单元电池10在列方向串联连接而构成串联块20，在行方向排列n个串联块20，并且，在行方向相邻的单元电池10分别经由第一熔丝30并联连接，位于各串联块20的一端的单元电池10经由第二熔丝40与共用的输入输出端子50连接，在列方向排列的单元电池10的个数m和在行方向排列的串联块20的个数n满足下面的式（1）和（2）。

$m\≤\frac{1}{2}(\frac{V_c}{R_c{I}_{f1}}-\frac{R_{f1}}{R_c}+3)...\left(1\right)$

$n\≥\frac{V_c+I_{f2}{R}_c}{V_c-(m-1)I_{f2}{R}_c}...\left(2\right)$

其中，V_c为单元电池的电动势，R_c为单元电池的内阻，R_f1为第一熔丝的电阻，I_f1为第一熔丝的熔断电流，I_f2为第二熔丝的熔断电流。

通过以使排列为矩阵状的单元电池10的排列数（m个×n个）满足上述式（1）、（2）的条件的方式构成电池模块100，能够使包括发生异常的单元电池10的串联连接的串联块20与电池模块100可靠分开。由此，能够维持正常的串联块20的并联连接，并且安全地使用电池模块100。

但是，在本实施方式中，排列为矩阵状的单元电池10的个数（m个×n个）设定为满足上述式（1）、（2）的条件，但是m、n很大时（例如，m≥10、n≥10时），在导出上述式（1）、（2）的过程中，能够取近似为

此时，上述式（1）、（2）近似为以下的式（3）、（4）。

$m\≤\frac{1}{2}(\frac{V_c}{R_c{I}_{f1}}-\frac{R_{f1}}{R_c})...\left(3\right)$

$n\≥\frac{m{I}_{f2}{R}_c}{V_c-{\mathrm{mI}}_{f2}{R}_c}...\left(4\right)$

其中，V_c为单元电池的电动势，R_c为单元电池的内阻，R_f1为第一熔丝的电阻，I_f1为第一熔丝的熔断电流，I_f2为第二熔丝的熔断电流。

接着，参照图4和图5说明本实施方式的电池模块100的具体的结构。在此，图4是表示本实施方式的电池模块100的结构的立体图，图5（a）、（b）是图4所示的电池模块100的局部放大图。

如图4所示，电池模块100中，以矩阵状排列有多个单元电池10。其中，在本实施方式中表示的是单元电池10在行方向（X方向）排列有20个，在列方向（Y方向）排列有7个的例子，但当然，排列为矩阵状的单元电池10的数目不受限制。

将在列方向（Y方向）相邻的单元电池10之间串联连接的连接体80，如图5（a）、（b）所示，包括：与位于单元电池10的底面的负极端子（例如电池盒的底面）连接的部位80a；由此沿单元电池10的侧面延伸至单元电池10的上表面的部位80b；和由此延伸至相邻的单元电池10的上表面并且与相邻的单元电池10的正极端子（例如，设置于电池盒的封口板上的突出部）连接的部位80c。

另外，将在行方向（X方向）排列的单元电池10并联连接的连接体31，如图5（a）、（b）所示，分别与将列方向相邻的单元电池10之间连接的连接体80的部位80c连接。其中，在将在行方向相邻的单元电池10之间并联连接的连接体31的中间，插入有第一熔丝30。在此，第一熔丝30例如能够由芯片型熔断器（chip fuse）构成。

另外，如图4所示，位于在列方向（Y方向）排列的单元电池10的两端的单元电池10分别与正极输入输出端子（例如，正极母线（busbar））50、负极输入输出端子（例如，负极母线）51连接。而且，如图5（a）所示，排列在正极输入输出端子50侧的单元电池10上配置有电路基板70，在该电路基板70上装载有插入至单元电池10与正极输入输出端子50之间的第二熔丝40。其中，电路基板70上，除第二熔丝40之外，例如还可以装载有检测电池模块100的充放电、单元电池10的电压、温度等并进行控制的控制电路等。

接着，参照图6和图7，说明在本实施方式的电池模块中通过模拟求出流至各第一熔丝30的电流值的结果。在此，图6是表示用于模拟中的电池模块的结构的等效电路图，其结构为将3个（m=3）单元电池10串联连接而构成的串联块20并联连接有10个（n=10）。另外，流至第一熔丝30的电流值的模拟，在图6所示的等效电路图中，以直流电压源和内阻来模拟单元电池10，将熔断器30作为电阻，构成电路，并在对发生内部短路的单元电池10在电路上制作包括该单元电池的短路电路的状态下，使用电路模拟器（QUCS）来进行流至各熔丝30的电流值的计算。

首先，求出用于将与包括发生异常的单元电池10A的串联块20A相邻的第一熔丝30全部熔断的最低的电流值I₁。在此，电流值I₁是流至最远离发生异常的单元电池10A的第一熔丝30A的短路电流的值。

图7表示改变第一熔丝30的电阻R_f1时的电流值I₁的模拟结果（曲线I₁）。其中，单元电池10的电动势V_c为4V、内阻R_c为50mΩ、发生内部短路的单元电池10的内阻为0Ω，来进行计算。如图7所示，若增大第一熔丝30的电阻R_f1，则电流值I₁减少。通过将第一熔丝30的熔断电流设定为小于图7所示的曲线I₁的值，能够将串联块20A与相邻的串联块20B可靠分开。

接着，求出与包括发生异常的单元电池10A的串联块20A相邻的串联块20B连接的第一熔丝30不熔断的最大的电流值I₂。在此，I₂是流至最接近发生异常的单元电池10A的第一熔丝30B的短路电流的值。

图7表示改变第一熔丝30的电阻R_f1时的电流值I₂的模拟结果（曲线I₂）。如图7所示，当第一熔丝30的电阻R_f1增大时，电流值I₂大大地减少。通过将第一熔丝30的熔断电流设定为大于图7所示的曲线I₂的值，能够防止将正常的串联块20之间并联连接的第一熔丝30被熔断。因此，为了将包括发生异常的单元电池10A的串联块20A与相邻的串联块20B可靠分开，并且在包括相邻的串联块20B的其他的串联块20之间维持并联连接，优选将第一熔丝30的熔断电流设定为图7所示的斜线的范围A的电流值。满足这样的电流值的范围A是在第一熔丝30的电阻R_f1为60mΩ以上时，因此，第一熔丝30的电阻R_f1优选为大于单元电池10的内阻R_c（50mΩ）。

接着，求出通常动作时的流至第一熔丝30间的电流值之中，单元电池10间产生最大电位差0.5V时流经的最大电流I₃。其中，通常的单元电池10间的电位差的偏差为0.02~0.04V程度。

图7表示改变第一熔丝30的电阻R_f1时的电流值I₃的模拟结果（曲线I₃）。如图7所示，当第一熔丝30的电阻R_f1改变时，电流值I₃几乎不变。通过将第一熔丝30的熔断电流设定为大于图7所示的曲线I₃的值，即使均等化电流流至并联连接的单元电池10之间，第一熔丝30也不熔断，所以即使反复进行电池模块的充放电也能够抑制循环特性的降低。

（第二实施方式）

图8是示意性地表示本发明的第二实施方式的电池模块110的结构的等效电路图。

在第一实施方式所示的电池模块100中，为了将包括发生异常的单元电池10的串联块20A与相邻的串联块20B和输入输出端子50可靠分开，需要将列方向上排列的单元电池10的个数m和行方向上排列的串联块20的个数n设定为满足上述式（1）和（2）的条件的个数（m，n）。

当然，由式（1）、（2）设定的个数（m，n）随用于电池模块100中的单元电池10的内阻R_c或第一熔丝30的电阻R_f1等改变，但是根据情况，有时也有可能无法设定满足电池模块的规格所需的个数（m，n）。

本实施方式提出了，在这种情况下，也能够将包括发生异常的单元电池10的串联块20A可靠分开的电池模块110的结构。

如图8所示，本实施方式的电池模块110在列方向串联连接有多个（图8中为3个）电池块60，该电池块60由（m个×n个）单元电池10串并联而构成，在除了与输入输出端子50连接的电池块60的其他的电池块60中，位于电池块60的列方向一端的各单元电池10经由第二熔丝40与共用的块连接体52连接。

在这样构成的电池模块110中，当在某个电池块60内的单元电池10中发生异常时，包括异常电池的串联块20与该电池块60可靠分开，而其他的电池块60中的（m个×n个）单元电池10全部能够维持串并联。由此，能够实现实质上提高单元电池10的个数的电池模块110。

（第三实施方式）

图9是示意性地表示本发明的第三实施方式的电池模块120的结构的等效电路图。

在第一实施方式中，作为第一熔丝30，例如能够由芯片型熔断器等构成，但是在本实施方式中，如图9所示，采用这样的结构，即由第一导电体35将在行方向（X方向）上排列的单元电池10并联连接，并将该第一导电体35作为第一熔丝30。

即，在本实施方式中，第一导电体35在单元电池10中发生内部短路时经由第一导电体35，因流至发生内部短路的单元电池10的短路电流所导致的焦耳热而被熔断。

其中，列方向（Y方向）上排列的单元电池10中，列方向上相邻的单元电池10之间由第二导电体90分别串联连接，第一导电体35分别与连接列方向上相邻的单元电池10之间的各第二导电体90连接。

在此，当假设第一导电体35由具有相同的截面积（A）的金属部件构成时，电流（I）流至第一导电体35时的、时间t之后的焦耳热（E）所致的温度上升ΔT由以下的式（X）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）……（X）

在此，Cp为比热容，M为质量，R为电阻，ρ为密度，L为长度，r为电阻率。

从上述的式（X），物理性质上，比热容（Cp）和密度（ρ）越小，电阻率（r）越大的材料时，并且，在形状上，截面积（A）越小，则温度上升ΔT越大。其中，如果放热能够小到能够忽略的程度，则可以知道，温度上升ΔT不依赖于第一导电体35的长度（L）。

表1是求出作为第一导电体35的金属部件，使用低熔点的铝、锌、锡时的、电流（I）流至第一导电体35时的、时间t之后的焦耳热（E）所导致的温度上升ΔT的结果的表。

【表1】

如表1所示，例如，当作为第一导电体35的金属部件，使用铝时，如果截面积（A）为0.1mm²，则假设发生内部短路时的电流（I=30A）时的温度上升ΔT为超过铝的熔点（660℃）的981℃。即，当具有这样的截面积的第一导电体35发生内部短路时，可以认为，在一秒以内熔断。因此，通过将具有这种截面积的铝用于第一导电体35，在通常动作时，能够维持将行方向上排列的单元电池10并联连接的功能，并且在内部短路时，能够作为熔断器发挥作用。即，通过将具有这样的截面积的铝用于第一导电体35，能够构成熔断电流I_f1为30A的第一熔丝。其中，当将连接单元电池10间的第一导电体35的距离（L）设为15mm时，第一熔丝的电阻R_f1为约5mΩ，但是，放电时在行方向流经的电流为0.1A以下，很小，所以电流流至第一熔丝所导致的电压下降为0.5mV左右，非常小，所以对电池模块的特性几乎没有影响。

另外，如表1所示，作为第一导电体35的金属部件，除了铝之外，使用锌、锡，也能够构成熔断电流为20~30A、电阻为5~10mΩ的第一熔丝。

接着，参照图10和图11，说明本实施方式的电池模块120的具体结构。在此，图10是表示本实施方式的电池模块120的结构的立体图，图11（a）、（b）是图10所示的电池模块120的局部放大图。

如图10所示，本实施方式的电池模块120与图4一样，以格子状排列有多个单元电池10。其中，在本实施方式中，单元电池10的电池盒的外周未绝缘，单元电池10的负极端子能够取自与正极端子相同的单元电池10的上表面。

将在列方向（Y方向）相邻的单元电池10之间串联连接的第二导电体90，如图11（a）、（b）所示，包括与位于单元电池10的上表面的负极端子连接的部位91和由此延伸至相邻的单元电池10的上表面并且与正极端子连接的部位92。另外，与负极端子连接的部位90沿着单元电池10的上表面的外周形成为环状。另外，将在行方向（X方向）排列的单元电池10并联连接的第一导电体35，分别与将在列方向相邻的单元电池10之间连接的各第二导电体90连接。其中，当第一导电体35由金属细线或金属带构成时，金属细线或金属带通过引线接合（wire bonding），能够分别与第二导电体90连接。

以上，通过本发明的优选的实施方式进行了说明，但是这样的记述内容并不是受限内容，当然，也能够进行各种改变。例如，在第二实施方式中，将（m个×n个）单元电池10串并联连接而构成的电池块60在列方向上串联连接多个，但是也可以将该电池块60在行方向并联连接多个。

产业上的利用可能性

本发明可用作汽车、电动摩托车或电动玩具等的驱动用电源。

附图符号说明

10单元电池

20串联块

30第一熔丝

31连接体

35第一导电体（第一熔丝）

40第二熔丝

50输入输出端子（正极输入输出端子）

51负极输入输出端子

52块连接体

60电池块

70电路基板

80连接体

90第二导电体

100、110、120电池模块

Claims (8)

1.一种电池模块，其为多个单元电池矩阵状排列的电池模块，所述电池模块的特征在于：

m个单元电池在列方向上串联连接而构成串联块，

所述串联块在行方向上排列n个，并且在行方向上相邻的单元电池分别经由第一熔丝并联连接，

位于所述各串联块的一端的单元电池，经由第二熔丝与共用的输入输出端子连接，

在列方向上排列的所述单元电池的个数m和在行方向上排列的所述串联块的个数n满足下面的式子（1）和（2）：

$m\≤\frac{1}{2}(\frac{V_c}{R_c{I}_{f1}}-\frac{R_{f1}}{R_c}+3)...\left(1\right)$

$n\≥\frac{V_c+I_{f2}{R}_c}{V_c-(m-1)I_{f2}{R}_c}...\left(2\right)$

其中，V_c为单元电池的电动势，R_c为单元电池的内阻，R_f1为第一熔丝的电阻，I_f1为第一熔丝的熔断电流，I_f2为第二熔丝的熔断电流。

2.如权利要求1所述的电池模块，其特征在于：

所述m个×n个单元电池矩阵状排列的电池块，在列方向上串联连接有多个，

在除了与所述输入输出端子连接的电池块以外的其他的电池块中，位于该电池块的列方向一端的各单元电池经由所述第二熔丝与共用的块连接体连接。

3.如权利要求1所述的电池模块，其特征在于：

在列方向上排列的所述单元电池的个数m和在行方向上排列的所述串联块的个数n满足代替所述式子（1）和（2）的以下的式子（3）、（4）：

$m\≤\frac{1}{2}(\frac{V_c}{R_c{I}_{f1}}-\frac{R_{f1}}{R_c})...\left(3\right)$

$n\≥\frac{m{I}_{f2}{R}_c}{V_c-{\mathrm{mI}}_{f2}{R}_c}...\left(4\right)$

其中，m≥10、n≥10，V_c为单元电池的电动势，R_c为单元电池的内阻，R_f1为第一熔丝的电阻，I_f1为第一熔丝的熔断电流，I_f2为第二熔丝的熔断电流。

4.如权利要求1所述的电池模块，其特征在于：

所述第一熔丝的电阻R_f1大于所述单元电池的内阻R_c。

5.如权利要求1所述的电池模块，其特征在于：

在行方向上排列的所述单元电池由第一导电体并联连接，并且该第一导电体构成所述第一熔丝，

所述第一导电体，在所述单元电池中发生内部短路时因经由所述第一导电体流至所述发生内部短路的单元电池的短路电流产生的焦耳热而被熔断。

6.如权利要求5所述的电池模块，其特征在于：

在列方向上排列的所述单元电池，通过第二导电体将列方向上相邻的单元电池间分别串联连接，

所述第一导电体分别与将列方向上相邻的所述单元电池间连接的各第二导电体连接。

7.如权利要求6所述的电池模块，其特征在于：

所述第一导电体由金属细线或金属带构成，该金属细线或金属带通过引线接合分别与将列方向上相邻的所述单元电池间连接的各第二导电体连接。

8.如权利要求1所述的电池模块，其特征在于：

所述单元电池由锂离子二次电池构成。

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