CN115917855A - 二次电池组及其制造方法 - Google Patents

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CN115917855A CN202180052159.6A CN202180052159A CN115917855A CN 115917855 A CN115917855 A CN 115917855A CN 202180052159 A CN202180052159 A CN 202180052159A CN 115917855 A CN115917855 A CN 115917855A
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Abstract

二次电池组(100)具备：正极片(102)，其从蓄电单元(101)突出；断路器(1)，其具有端子片(2)；以及引线片(103)，其与正极片(102)以及端子片(2)连接。引线片(103)具有与正极片(102)接触的接触区域(103a)。在从引线片(103)的厚度方向观察的俯视中，端子片(2)在与接触区域(103a)重叠的区域中包括与引线片(103)接触的第一部分(26)以及用于使引线片(103)露出的第二部分(27)。

Description

二次电池组及其制造方法
技术领域
本发明涉及二次电池组。
背景技术
以往，作为电气设备的直流电源，广泛地应用二次电池组(例如，参照专利文献1)。
在先技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2018-206732号公报
发明内容
(发明要解决的课题)
在上述专利文献1的图5所示的二次电池组中，断路器的一个端子通过镍制的凸片，利用例如激光焊接、电阻焊接等被焊接于从构成电池的电池单元突出的铝制的正极端子。
但是，镍制的凸片的电阻值大，在向机器供给大电流时，发热变大，有时难以实现电路的高容量化。另外，由于镍的热导率低，因此存在蓄电单元的热量难以传递到断路器、难以迅速地检测电池单元的过热的情况。
本发明是鉴于以上的实际情况而提出的，其主要目的在于提供一种能够实现电路的高容量化并且能够迅速地检测蓄电单元的过热的二次电池组。
(用于解决课题的技术方案)
本发明是一种二次电池组，具备：正极片，其从蓄电单元突出；断路器，其具有端子片；以及引线片，其与所述正极片以及所述端子片连接，所述引线片具有与所述正极片接触的接触区域，在从所述引线片的厚度方向观察的俯视中，所述端子片在与所述接触区域重复的区域中包括与所述引线片接触的第一部分以及用于使所述引线片露出的第二部分。
在本发明的所述二次电池组中，优选的是，在所述引线片的所述接触区域中的、在所述俯视中与所述第一部分重叠的区域形成有被照射激光后的第一照射痕。
在本发明的所述二次电池组中，优选的是，在所述引线片中的、隔着所述第二部分而露出的区域形成有被照射激光后的第二照射痕。
在本发明的所述二次电池组中，优选的是，所述第二部分包括沿厚度方向贯通所述端子片的贯通孔。
在本发明的所述二次电池组中，优选的是，所述第二部分包括在所述端子片的端缘去除所述端子片的一部分后的切口部。
本发明是制造二次电池组的方法，所述二次电池组具备：正极片，其从蓄电单元突出；断路器，其具有端子片；以及引线片，其与所述正极片以及所述端子片连接，所述方法包括：第一工序，制造包括去除所述端子片的一部分后的冲压部的所述断路器；第二工序，使所述端子片与所述引线片的第一面接触，从所述引线片的与所述第一面相反的第二面侧照射激光，将所述端子片与所述引线片焊接；以及第三工序，使所述引线片的所述第二面与所述正极片接触，从所述端子片一侧隔着所述冲压部对所述引线片的所述第一面照射激光，将所述引线片与所述正极片焊接。
(发明效果)
本发明的所述二次电池组中，在从所述引线片的厚度方向观察的俯视中，所述端子片在与所述正极片的与所述接触区域重叠的区域中，包括与所述引线片接触的第一部分以及用于使所述引线片露出的第二部分。因此，隔着所述引线片，所述正极片与所述端子片的距离最短(即，相当于所述引线片的厚度的距离)，能够容易地降低所述引线片的电阻值。由此，例如，即使在将镍等电阻率大的金属应用于所述引线片的方式中，也能够抑制所述引线片的发热，能够容易地实现所述电路的高容量化。另外，所述蓄电单元的热量容易传递到所述断路器，能够迅速地检测所述蓄电单元的过热。
本发明的所述二次电池组中，在所述第一工序中，在所述端子片上制造包括所述冲压部的所述断路器，在所述第二工序中，从所述引线片的所述第二面侧照射所述激光，将所述端子片与所述引线片焊接，在所述第三工序中，从所述端子片一侧隔着所述冲压部对所述引线片的所述第一面照射激光，从而将所述引线片与所述正极片焊接。因此，隔着所述引线片，所述正极片与所述端子片的距离最短，能够容易地降低所述引线片的电阻值。由此，能够抑制所述引线片的发热，能够容易地实现所述电路的高容量化，另外，所述蓄电单元的热量容易传递到所述断路器，能够迅速地检测所述蓄电单元的过热。
附图说明
图1是表示包括本发明的一个实施方式的二次电池组的直流电路的电路图。
图2是表示上述二次电池组的俯视图。
图3是表示上述二次电池组所包括的断路器的结构的组装前的立体图。
图4是表示通常的充电或放电状态下的上述断路器的剖视图。
图5是表示过充电状态或异常时等的上述断路器的剖视图。
图6是表示上述二次电池组中的断路器的周边结构的组装前的立体图。
图7是表示上述二次电池组的制造方法的第二工序的立体图。
图8是表示上述二次电池组的制造方法的第三工序的立体图。
图9是表示上述二次电池组的变形例的俯视图。
具体实施方式
图1表示包括本发明的一个实施方式的二次电池组100的二次电池电路200。二次电池电路200是包括二次电池201、断路器1以及负载202的直流电路。负载202由二次电池201驱动。断路器1配置在二次电池201与负载202之间。二次电池201、断路器1以及负载202串联连接。
图2表示二次电池组100。二次电池组100具备：蓄积二次电池201的电荷的蓄电单元101；从蓄电单元101突出的正极片102；具有一对端子片2、3的断路器1；以及与正极片102及一个端子片2连接的引线片103。
断路器1的另一个端子片3经由引线片104与电路基板105的焊盘连接。另外，从蓄电单元101突出的负极片106与电路基板105的焊盘连接。由蓄电单元101、正极片102、引线片103、断路器1、引线片104、电路基板105以及负极片106形成直流电路。图1所示的二次电池电路200的负载202安装在电路基板105上或与电路基板105的外部连接。
由蓄电单元101、正极片102以及负极片106构成二次电池201。正极片102和负极片106在蓄电单元101的外部露出。正极片102例如由以铝为主要成分的金属片构成。负极片106例如由以镍为主要成分的金属片构成。由正极片102和负极片106构成一对电极。
引线片103以离子化倾向比断路器1的端子片2大且比正极板102小的金属为主要成分。本实施方式的引线片103由以镍为主要成分的金属片构成。引线片103也可以由锡或铬为主要成分的金属片构成。
在电路基板105上，除了适用一般的PCB(印刷电路基板)之外，还适用FPC(柔性印刷电路基板)等。
图3表示断路器1的结构。断路器1由具有固定触点21的一个端子片2、另一个端子片3、在前端部具有可动触点41的可动片4、伴随温度变化而变形的热响应元件5、PTC(Positive Temperature Coefficient：正的温度系数)热敏电阻6、和将端子片2、端子片3、可动片4、热响应元件5以及PTC热敏电阻6收纳的壳体10等构成。壳体10由壳体主体(第一壳体)7和安装于壳体主体7的上表面的盖部件(第二壳体)8等构成。
端子片2例如通过对以铜等为主要成分的金属板(除此之外，铜-钛合金、铜锌、黄铜等金属板)进行冲压加工而形成，通过嵌件成型而埋入壳体主体7。在端子片2的一端形成有与引线片103电连接的端子22，在另一端侧形成有支承PTC热敏电阻6的支承部23。PTC热敏电阻6载置于在端子片2的支承部23形成有3个部位的凸状的突起(凸点)24之上，并被突起24支承。
固定触点21除了银、镍、镍-银合金以外，还通过铜-银合金、金-银合金等导电性好的材料的包层、镀敷或涂布等而形成于与可动触点41对置的位置，并从形成于壳体主体7的内部的开口73a的一部分向壳体10的内部空间露出。端子22从壳体主体7的端缘向外侧突出。支承部23从形成于壳体主体71的内部的开口73d露出于壳体10的内部空间。
在本申请中，只要没有特别说明，在端子片2中，将形成有固定触点21的一侧的面(即图3中的上侧的面)作为第一面，将其相反侧的底面作为第二面进行了说明。对于构成二次电池组100的其他部件，例如端子片3、可动片4以及热响应元件5、PTC热敏电阻6、壳体10、正极片102、引线片103、引线片104等也是同样的。
端子片3与端子片2同样，通过对以铜等为主要成分的金属板进行冲压加工而形成，通过嵌件成型而埋入壳体主体7。在端子片3的一端形成有与引线片104电连接的端子32，在另一端侧形成有与可动片4电连接的连接部33。端子32从壳体主体7的端缘向外侧突出。连接部33从设置于壳体主体7的内部的开口73b向壳体10的内部空间露出，与可动片4电连接。
在本实施方式中，是端子片2的端子22与引线片103连接，端子片3的端子32与引线片104连接的方式，但也可以构成为变更断路器1的朝向，端子22与引线片104连接，端子片3的端子32与引线片103连接。
可动片4通过对板状的金属材料进行冲压加工而形成为相对于长度方向的中心线对称的臂状。作为可动片4的材料，优选以与端子片2同等的铜等为主要成分的材料。此外，也可以使用铜-钛合金、铜镍锌、黄铜等导电性弹性材料。
可动片4和端子片3也可以由1片金属板一体地形成。作为实现该主旨的断路器，例如在日本特开2012-238615号公报及日本特开2013-110032号公报中公开了与端子片一体形成的可动片。
在可动片4的前端部形成有可动触点41。可动触点41由与固定触点21同等的材料形成，除了焊接之外，通过包层、铆接(crimping)等方法与可动片4的前端部接合。
在可动片4的基端部形成有与端子片3的连接部33电连接的连接部42。端子片3的连接部33和可动片4的连接部42例如通过激光焊接固接。
可动片4在可动触点41与连接部42之间具有弹性部43。弹性部43从连接部42向可动触点41侧延伸。通过在连接部42与端子片3的连接部33固接而固定可动片4，弹性部43弹性变形，由此形成于其前端的可动触点41被按压于固定触点21侧而接触，端子片2与可动片4能够通电。可动片4与端子片3电连接，因此能够对端子片2和端子片3进行通电。
可动片4在弹性部43中通过冲压加工而弯曲或折弯。弯曲或折弯的程度只要能够收纳热响应元件5即可，没有特别限定，只要考虑动作温度和恢复温度下的弹性力、触点的按压力等适当设定即可。
热响应元件5呈弯曲成圆弧状的初始形状，通过层叠热膨胀率不同的薄板材而形成。当由于过热而达到工作温度时，热响应元件5的弯曲形状伴随着速动而反向翘曲，通过冷却而低于恢复温度时复原。热响应元件5的初始形状能够通过冲压加工来形成。只要在所期望的温度下通过热响应元件5的反向翘曲动作而将可动片4的弹性部43推起，且通过弹性部43的弹性力而复原，则对热响应元件5的材质及形状没有特别限定，但从生产率及反向翘曲动作的效率性的观点出发优选为矩形，为了在小型的同时高效地将弹性部43推起，优选为接近正方形的长方形。另外，作为热响应元件5的材料，例如在高膨胀侧层叠铜-镍-锰合金或镍-铬-铁合金、在低膨胀侧以铁-镍合金为首的由铜锌、黄铜、不锈钢等各种合金构成的热膨胀率不同的2种材料而成的材料根据所需条件组合使用。
另外，也可以是通过由双金属或者三金属等层叠金属形成可动片4，从而一体地形成可动片4和热响应元件5的结构。在该情况下，断路器的结构被简化，能够实现进一步的小型化。
PTC热敏电阻6配设在端子片2与热响应元件5之间。即，夹着PTC热敏电阻6，端子片2位于热响应元件5的正下方。在通过热响应元件5的反向翘曲动作而切断了端子片2与可动片4的通电时，流过PTC热敏电阻6的电流增大。PTC热敏电阻6只要是电阻值随着温度上升而增大而限制电流的正特性热敏电阻，就能够根据动作电流、动作电压、动作温度、恢复温度等的需要来选择种类，其材料以及形状只要不损害这些各特性就没有特别限定。在本实施方式中，使用含有钛酸钡、钛酸锶或钛酸钙的陶瓷烧结体。除了陶瓷烧结体以外，也可以使用在聚合物中含有碳等导电性粒子的所谓聚合物PTC。
在热响应元件5的动作时，PTC热敏电阻6通过发热而维持热响应元件5的变形，保持断路器1的电流切断状态。在不需要这样的断路器1的自保持功能的情况下，PTC热敏电阻6也可以被舍弃。
构成壳体10的壳体主体7及盖部件8由阻燃性的聚酰胺、耐热性优异的聚苯硫醚(PPS)、液晶聚合物(LCP)、聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)等热塑性树脂成型。
在壳体主体7形成有用于收纳可动片4、热响应元件5以及PTC热敏电阻6等的收纳凹部73。收纳凹部73具有用于收纳可动片4的开口73a、73b、用于收纳可动片4及热响应元件5的开口73c、以及用于收纳PTC热敏电阻6的开口73d等。另外，组装于壳体主体7的可动片4、热响应元件5的端缘分别通过形成于收纳凹部73的内部的框而抵接，在热响应元件5的反向翘曲时被引导。
在盖部件8通过嵌件成型而埋入有盖片9(参照后述的图4)。盖片9例如通过对不锈钢等金属板进行冲压加工而形成。盖片9如后述的图4及图5所示，与可动片4的第一面适当抵接，限制可动片4的移动，并且提高盖部件81的进而作为框体的壳体10的刚性、强度，并且有助于断路器1的小型化。在盖片9的第一面侧配置有树脂。
如图3所示，以堵塞收纳有端子片2、可动片4、热响应元件5及PTC热敏电阻6等的壳体主体7的开口73a、73b、73c等的方式，将盖部件8安装于壳体主体7。壳体主体7和盖部件8例如通过超声波熔接而接合。壳体主体7和盖部件8在收纳凹部73的外侧遍及整周地接合，因此收纳凹部73的内部空间被密闭而与断路器1的外部隔离。由此，提高了壳体10的气密性。
壳体主体7与盖部件8的接合方法不限于超声波熔接，只要是将两者牢固地接合而得到充分的气密性的方法，就能够适当应用。例如，也可以通过涂布、填充液状或凝胶状的粘接剂并使其固化，从而将两者粘接。
从壳体10突出的端子22及端子32根据需要被台阶弯曲加工成曲柄状。台阶弯曲部的台阶差可以适当设定。
图4表示通常的充电或放电状态下的断路器1的动作。在通常的充电或放电状态下，热响应元件5维持初始形状(反向翘曲前)，固定触点21与可动触点41接触，通过可动片4的弹性部43等使断路器1的两端子22、32之间导通。可动片4的弹性部43与热响应元件5接触，可动片4、热响应元件5、PTC热敏电阻6以及端子片2作为电路导通。但是，PTC热敏电阻6的电阻与可动片4的电阻相比压倒性大，因此流过PTC热敏电阻6的电流与流过固定触点21以及可动触点41的量相比实质上是能够忽略的程度。
图5表示过充电状态或异常时等的断路器1的动作。若由于过充电或异常而成为高温状态，则达到工作温度的热响应元件5反向翘曲，可动片4的弹性部43被顶起，固定触点21与可动触点41分离。此时，在固定触点21与可动触点41之间流动的电流被切断，微小的漏电流通过热响应元件5及PTC热敏电阻6而流动。PTC热敏电阻6只要流过这样的漏电流就持续发热，一边使热响应元件5维持为反向翘曲状态一边使电阻值激增，因此电流不流过固定触点21与可动触点41之间的路径，仅存在上述的微小的漏电流(构成自保持电路)。该漏电流可以分配给安全装置的其他功能。
当过充电状态解除或异常状态解除时，PTC热敏电阻6的发热也收敛，热响应元件5返回到恢复温度，复原到原来的初始形状。并且，通过可动片4的弹性部43的弹性力，可动触点41与固定触点21再次接触，电路解除切断状态，恢复到图4所示的导通状态。
图6表示二次电池组100中的断路器1的周边的结构。本实施方式的引线片103形成为矩形状。引线片103在其第二面的大致整体与正极片102的第一面接触。引线片103在第二面具有与正极片102接触的接触区域103a。
端子片2在其第二面与引线片103的第一面接触。端子片2包括与引线片103接触的第一部分26和用于使引线片103露出的第二部分27。第一部分26以及第二部分27在从引线片103的厚度方向观察的俯视图中，至少一部分形成于与接触区域103a重复的区域。
因此，隔着引线片103，正极片102与端子片的距离最短(即，相当于引线片103的厚度的距离)，能够容易地降低引线片103的电阻值。由此，例如，即使在对引线片103应用镍等电阻率大的金属的方式中，也能够抑制引线片103的发热，能够容易地实现二次电池电路200的高容量化。另外，蓄电单元101的热量容易传递到断路器1，能够迅速地检测蓄电单元101的过热。
在本实施方式的断路器1中，第二部分27包括在端子片2的端缘去除了端子片2的一部分后的切口部28。切口部28的形状除了图3等所示的矩形以外，也可以是多边形状或圆状(包括椭圆状、长圆状)。通过设置切口部28，能够容易地在端子片2上构成第二部分27。
端子片2的第二面与引线片103的第一面优选通过激光焊接或电阻焊接而固接。同样地，引线片103的第二面与正极片102的第一面优选通过激光焊接或电阻焊接而固接。“激光焊接”是指照射激光，通过其能量使金属熔融而接合的焊接方法。在本实施方式中，例如使用波长为1064nm的YAG激光。
接着，参照图3、7以及8，对本实施方式的二次电池组100的制造方法进行说明。二次电池组100的制造方法包括：制造断路器1的第一工序S1、对端子片2和引线片103进行焊接的第二工序S2、以及对引线片103和正极片102进行焊接的第三工序S3。
图3表示第一工序S1。在第一工序S1中，制造包括去除了端子片2的一部分后的冲压部29的断路器1。冲压部29通过在对端子片2进行冲压加工时被冲压而形成于端子片2。在本实施方式中，冲压部29构成第二部分27(切口部28)。在第一工序S1中，使用形成有冲压部29的端子片2来制造断路器1。壳体主体7的嵌件成型等、除此以外的断路器1的制造工序以已知的断路器的制造工序为准。
图7从第二面侧表示第二工序S2中的断路器1及引线片103。在第二工序S2中，端子片2的第一部分26的第二面与引线片103的第一面接触，从引线片103的第二面侧照射激光L，端子片2与引线片103被焊接。由此，在引线片103的接触区域103a的第二面中的、俯视时与第一部分26重叠的区域，照射激光L而熔融，然后，形成凝固的第一照射痕103b。第一照射痕103b是在第二工序S2中，在引线片103的第二面中的俯视时与第一部分26重叠的区域照射了激光L后的痕迹。端子片2的第一部分26和引线片103也可以在多处被焊接。在该情况下，在引线片103的接触区域103a的第二面上形成有多个第一照射痕103b。
图8从第一面侧表示第三工序S3中的断路器1、引线片103以及正极片102。在第三工序S3中，引线片103的第二面与正极片102的第一面接触，从端子片2侧隔着冲压部29向引线片103的第一面照射激光L，引线片103与正极片102被焊接。由此，在引线片103中的经由第二部分27露出的区域，照射激光L而熔融，然后，形成凝固的第二照射痕103c。第二照射痕103c是在第三工序S3中隔着冲压部29对引线片103的第一面照射了激光L后的痕迹。引线片103和正极片102也可以在多处被焊接。在该情况下，在引线片103的接触区域103a的第一面上形成有多个第二照射痕103c。
根据本实施方式的二次电池组100的制造方法，隔着引线片103，正极片102与端子片2的距离最短，能够容易地降低引线片103的电阻值。由此，能够抑制引线片103的发热，能够容易地实现二次电池电路200的高容量化，另外，蓄电单元101的热容易传递到断路器1，能够迅速地检测蓄电单元101的过热。
图9是作为二次电池组100的变形例的二次电池组100A的俯视图。关于二次电池组100A中的以下未说明的部分，可以采用上述的二次电池组100的结构。
在二次电池组100A中，断路器1A的端子片2A的形状与二次电池组100不同。端子片2A作为第二部分27A而包括在厚度方向上贯通端子片2A的贯通孔28A。贯通孔28A的形状除了图9所示的矩形以外，也可以是多边形状或圆状(包括椭圆状、长圆状)。
贯通孔28A在第一工序S1中通过在对端子片2A进行冲压加工时被冲压而形成于端子片2A。此时形成的冲压部29A构成第二部分27A(贯通孔28A)。
以上，对本发明的二次电池组进行了详细说明，但本发明并不限定于上述的具体的实施方式，而是变更为各种方式来实施。即，本发明至少具备：正极片102，其从蓄电单元101突出；断路器1，其具有端子片2；以及引线片103，其与正极片102以及端子片2连接，其中，引线片103具有与正极片102接触的接触区域103a，端子片2在从引线片103的厚度方向观察的俯视图中，在与接触区域103a重叠的区域中，包括与引线片103接触的第一部分26和用于使引线片103露出的第二部分27即可。
另外，第二部分27A的形状、个数是任意的。例如，也可以在一个端子片2形成切口部28以及贯通孔28A这两者。
(标号说明)
1断路器
2端子片
3端子片
22端子
26第一部分
27第二部分
28切口部
29冲压部
32端子
100二次电池组
101蓄电单元
102正极片
103引线片
103a接触区域
103b第一照射痕
103c第二照射痕
104引线片
201二次电池
L激光
S1第一工序
S2第二工序
S3第三工序

Claims (6)

1.一种二次电池组，具备：正极片，其从蓄电单元突出；断路器，其具有端子片；以及引线片，其与所述正极片以及所述端子片连接，
所述引线片具有与所述正极片接触的接触区域，
在从所述引线片的厚度方向观察的俯视中，所述端子片在与所述接触区域重叠的区域包括与所述引线片接触的第一部分以及用于使所述引线片露出的第二部分。
2.根据权利要求1所述的二次电池组，其中，
在所述引线片的所述接触区域中的、在所述俯视中与所述第一部分重叠的区域形成有被照射激光后的第一照射痕。
3.根据权利要求1或2所述的二次电池组，其中，
在所述引线片中的、隔着所述第二部分而露出的区域形成有被照射激光后的第二照射痕。
4.根据权利要求1～3中任一项所述的二次电池组，其中，
所述第二部分包括沿厚度方向贯通所述端子片的贯通孔。
5.根据权利要求1～3中任一项所述的二次电池组，其中，
所述第二部分包括在所述端子片的端缘去除所述端子片的一部分后的切口部。
6.一种二次电池组的制造方法，其是制造所述二次电池组的方法，所述二次电池组具备：正极片，其从蓄电单元突出；断路器，其具有端子片；以及引线片，其与所述正极片以及所述端子片连接，
所述制造方法包括：
第一工序，制造所述断路器，所述断路器包括去除所述端子片的一部分后的冲压部；
第二工序，使所述端子片与所述引线片的第一面接触，从所述引线片的与所述第一面相反的第二面侧照射激光，将所述端子片与所述引线片焊接；以及
第三工序，使所述引线片的所述第二面与所述正极片接触，从所述端子片一侧隔着所述冲压部对所述引线片的所述第一面照射激光，将所述引线片与所述正极片焊接。
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