ヒューズユニット及びそれを用いた電池モジュール、並びにヒューズユニットの製造方法
【課題】簡単に製造することができ、かつ、異金属との抵抗溶接も可能な、小型で安価なヒューズユニットを提供する。
【解決手段】第１の金属層１１及び開口部２０を有する第２の金属層１２が積層されたクラッド材１０を圧延して、開口部２０内に第１の金属層１１の一部を押し出すことによって、開口部２０内に、第１の金属層１１ａを埋設した後、クラッド材１０を所定のパターンで打ち抜く。開口部２０内の第１の領域３１を打ち抜くことによって、第１の金属層１１のみで構成されたヒューズ部４１が形成され、開口部２０外であって、第１の領域３１と接続する第２の領域３２を打ち抜くことによって、ヒューズ部４１に連結し、第１の金属層１１及び第２の金属層１２で構成された溶接部４２が形成される。
【解決手段】第１の金属層１１及び開口部２０を有する第２の金属層１２が積層されたクラッド材１０を圧延して、開口部２０内に第１の金属層１１の一部を押し出すことによって、開口部２０内に、第１の金属層１１ａを埋設した後、クラッド材１０を所定のパターンで打ち抜く。開口部２０内の第１の領域３１を打ち抜くことによって、第１の金属層１１のみで構成されたヒューズ部４１が形成され、開口部２０外であって、第１の領域３１と接続する第２の領域３２を打ち抜くことによって、ヒューズ部４１に連結し、第１の金属層１１及び第２の金属層１２で構成された溶接部４２が形成される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ヒューズ部と該ヒューズ部の溶接点となる溶接部とを備えたヒューズユニット、及びヒューズユニットを用いた電池モジュール、並びにヒューズユニットの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
電流ヒューズ（以下、単に、「ヒューズ」という。）は、各種の電子機器や配線等に広く用いられ、規定値以上の電流が流れると溶断して、電子機器等への電流を遮断することによって、電子機器等の安全を図っている。
【０００３】
例えば、複数の電池を配列して構成された電池モジュールにおいて、電池モジュールを構成する電池が、異常時に安全弁が作動して高温ガスが電池外に放出された場合、周囲の電池が高温ガスに曝されると、正常な電池まで連鎖的な劣化を引き起こす畏れがある。また、複数の電池を並列接続した電池モジュールにおいては、電池モジュールを構成する電池が内部短絡等で、電池としての機能を果たせなくなると、当該電池が抵抗体となり、電池モジュール全体の性能を低下させてしまう畏れがある。
【０００４】
このような問題に対して、特許文献１には、図１５に示したように、複数の電池１００が、接続体１１０、１２０によって並列接続された電池モジュールにおいて、各電池１００の正極１５０及び負極１６０を、それぞれヒューズ１３０、１４０を介して接続体１１０、１２０に接続する技術が記載されている。これにより、一つの電池１００に内部短絡等が発生した場合、この電池１００に接続されたヒューズ１３０、１４０が過電流により溶断されることにより、内部短絡等が発生した電池１００を、他の電池１００から電気的に分離することができる。
【０００５】
また、このようなヒューズの構成として、特許文献２には、図１６に示したように、ヒューズ金属層２００の両端に、端子部２１０、２２０を形成した技術が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】米国特許第７６７１５６５号明細書
【特許文献２】特開２０１０−３５２８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献１に記載された技術では、ヒューズ１３０、１４０を、それぞれ、接続体１１０、１２０及び電池１００の電極端子１５０、１６０にワイヤーボンディングして接合する必要がある。そのため、製造工程が複雑になり、製造コストの上昇を招く。また、ヒューズ１３０、１４０をアルミニウムで構成した場合、電池１００の電極端子１５０、１６０は、鉄等の異種金属で構成されているため、ヒューズ１３０、１４０を電極端子１５０、１６０に抵抗溶接で接合することは困難である。そのため、レーザ溶接や超音波溶接等の方法で接合することになり、製造コストの上昇を招く。
【０００８】
また、特許文献２に記載された技術では、ヒューズ金属層２００の両面に銅層を形成した後、銅層をエッチングレジスト層を用いてエッチングすることによって、ヒューズ金属層２００の両面に端子部２１０、２２０が形成される。このエッチングは、銅のみをエッチングし、ヒューズ金属層２００をエッチングしない、いわゆる選択エッチングが好ましい。しかしながら、ヒューズ金属層２００の材料によっては、選択性の高いエッチング液を得ることが難しい場合がある。また、仮に、選択性の高いエッチング液でエッチングしても、ヒューズ金属層２００の表面はエッチング液に曝されるため、ヒューズ金属層２００の表面が荒れたり、場合によっては、表面が変質したりするおそれがあり、その結果、ヒューズ特性のバラツキを招く。
【０００９】
本発明は、かかる点に鑑みなされたもので、その主な目的は、簡単に製造することができ、かつ、異金属との抵抗溶接も可能な、小型で安価なヒューズユニットを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明に係るヒューズユニットの製造方法は、ヒューズ部及び該ヒューズ部の溶接点となる溶接部を備えたヒューズユニットの製造方法であって、
第１の金属層及び開口部を有する第２の金属層が積層されたクラッド材を用意する工程（ａ）と、
クラッド材を圧延して、開口部内に第１の金属層の一部を押し出すことによって、開口部内に、第１の金属層を埋設する工程（ｂ）と、
クラッド材を打ち抜く工程（ｃ）と
を有し、
工程（ｃ）において、
開口部内の第１の領域を打ち抜くことによって、第１の金属層のみで構成されたヒューズ部が形成され、
開口部外であって、第１の領域と接続する第２の領域を打ち抜くことによって、ヒューズ部に連結し、第１の金属層及び第２の金属層で構成された溶接部が形成されることを特徴とする。
【００１１】
ある好適な実施形態において、上記工程（ｂ）において、開口部内に埋設された第１の金属層の厚さは、第２の金属層の厚さと、略同一である。また、第１の金属層は、第２の金属層よりも、融点が低く、かつ展延性の高い材料からなる。
【００１２】
ある好適な実施形態において、上記開口部は、複数個形成されており、
上記工程（ｃ）において、
各開口部内の第１の領域をそれぞれ打ち抜くことによって、第１の金属層のみで構成されたヒューズ部が複数個形成され、
各開口部外であって、第１の領域と接続する第２の領域をそれぞれ打ち抜くことによって、各ヒューズ部の一端にそれぞれ連結し、第１の金属層及び第２の金属層で構成された溶接部が複数個形成され、
各開口部外であって、第１の領域と接続する第３の領域を打ち抜くことによって、各ヒューズ部の他端に連結し、第１の金属層及び第２の金属層で構成されたリンク部が形成されている。
【００１３】
本発明に係るヒューズユニットは、第１の金属層及び第２の金属層からなるクラッド材で構成されたヒューズユニットであって、第１の金属層のみで構成されたヒューズ部と、ヒューズ部に連結し、第１の金属層及び第２の金属層で構成された溶接部とを有し、ヒューズ部における第１の金属層の厚さは、溶接部における第１の金属層及び第２の金属層の積層厚みと、略同一であることを特徴とする。
【００１４】
本発明に係る他のヒューズユニットは、第１の金属層及び第２の金属層からなるクラッド材で構成されたヒューズユニットであって、第１の金属層のみで構成された複数のヒューズ部と、各ヒューズ部の一端にそれぞれ連結し、第１の金属層及び第２の金属層で構成された複数の溶接部と、各ヒューズ部の他端に連結し、第１の金属層及び第２の金属層で構成されたリンク部とを有し、ヒューズ部における第１の金属層の厚さは、溶接部及びリンク部における第１の金属層及び第２の金属層の積層厚みと、略同一であることを特徴とする。
【００１５】
本発明に係る電池モジュールは、複数の電池が配列されて構成された電池モジュールであって、第１の金属層及び第２の金属層からなるクラッド材で構成されたヒューズユニットを備え、ヒューズユニットは、第１の金属層のみで構成された複数のヒューズ部と、各ヒューズ部の一端にそれぞれ連結し、第１の金属層及び第２の金属層で構成された複数の溶接部と、各ヒューズ部の他端に連結し、第１の金属層及び第２の金属層で構成されたリンク部とを有し、ヒューズ部における第１の金属層の厚さは、溶接部及びリンク部における第１の金属層及び第２の金属層の積層厚みと、略同一であり、各溶接部は、各電池の電極部に冶金的接合によって、それぞれ接続されているとともに、リンク部によって、各電池の電極部が並列接続されていることを特徴とする。なお、ここでいう冶金的接合とは、抵抗溶接の他、超音波溶接やレーザ溶接等を含む。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、簡単に製造することができ、かつ、異金属との抵抗溶接が可能な、小型で安価なヒューズユニットを実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】（ａ）、（ｂ）は、アルミニウム層及びニッケル層のクラッド材の形成方法を説明した断面図である。
【図２】（ａ）〜（ｃ）は、本発明の一実施形態におけるヒューズユニットの製造方法を示した平面図である。
【図３】（ａ）、（ｂ）は、図２（ａ）のIIIa−IIIa線に沿った断面図である。
【図４】図３（ｂ）の矢印で示した領域４Ａを拡大した拡大図である。
【図５】本発明の一実施形態におけるヒューズユニットの構成を示した斜視図である。
【図６】本発明の他の実施形態における電池モジュールの分解斜視図である。
【図７】本発明の他の実施形態におけるヒューズユニットを備えた電池モジュールの底面図である。
【図８】（ａ）、（ｂ）は、本発明の他の実施形態におけるヒューズユニットの製造方法を示した断面図である。
【図９】本発明の他の実施形態におけるヒューズユニットの斜視図である。
【図１０】クラッド材を打ち抜くパターンの変形例を示した図である。
【図１１】（ａ）〜（ｃ）は、打ち抜き後のヒューズユニットの構成を示した平面図である。
【図１２】（ａ）〜（ｅ）は、ヒューズ部の形状の変形例を示した平面図である。
【図１３】（ａ）〜（ｄ）は、ヒューズ部の形状の他の変形例を示した平面図である。
【図１４】（ａ）〜（ｄ）は、ヒューズ部の形状の他の変形例を示した平面図である。
【図１５】従来のヒューズリンクを備えた電池モジュールの断面図である。
【図１６】従来のヒューズの構成を示した断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
本発明の実施形態を説明する前に、本発明を想到するに至った経緯を説明する。
【００１９】
本件出願人は、ＰＣＴ／ＪＰ２０１１／００２７２５の出願明細書に、複数の電池を配列した電池モジュールにおいて、通常動作時は、一列に配列された電池を並列接続する機能を維持し、内部短絡時は、ヒューズとして機能するヒューズリンクを開示している。具体的には、複数の電池をアルミニウム細線で接続し、内部短絡時に、内部短絡した電池に接続されたアルミニウム細線を、短絡電流によるジュール熱で溶断するようにしたものである。
【００２０】
一様な断面積（Ａ）で長さ（Ｌ）のアルミニウム細線に、短絡電流（Ｉ）が流れたときに、時間ｔ後のジュール熱（Ｅ）による温度上昇ΔＴは、以下の式（１）から算出される。
【００２１】
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）
ここで、Ｃｐは比熱容量、Ｍは質量、Ｒは抵抗、ρは密度、ｒは電気抵抗率である。ここで、放熱が無視できるほど小さければ、温度上昇ΔＴは、アルミニウム細線の長さ（Ｌ）に依存しないことが分かる。
【００２２】
例えば、アルミニウム細線の断面積が０．１２ｍｍ２（直径が約０．４ｍｍ）の場合、内部短絡時を想定した電流（Ｉ＝１００Ａ）での１秒後の温度上昇ΔＴは、式（１）から、約７，５００℃となる。従って、アルミニウムの融点は６６０℃であるため、内部短絡が発生すると、１秒以内にアルミニウム細線は溶断すると考えられる。
【００２３】
一方、アルミニウム細線の長さ（Ｌ）を２０ｍｍとすると、抵抗（Ｒ）は４ｍΩとなるが、通常動作時に並列接続したアルミニウム細線に流れる電流は、０．１Ａ以下と小さいため、電圧降下は０．４ｍＶ程度となる。従って、電池モジュールの特性にほとんど影響を与えることはない。
【００２４】
このように、複数の電池を、所定の断面積を有するアルミニウム細線で並列接続することによって、通常動作時は、一列に配列された電池を並列接続する機能を維持し、内部短絡や外部短絡時は、ヒューズとして機能することができる。これにより、非常に簡単な構成でヒューズリンクを実現することができる。
【００２５】
しかしながら、このようなアルミニウム細線は、断面積が小さい（典型的には、０．３ｍｍ２以下）ため、多数の電池を並列接続すると、アルミニウム細線が長くなり、取り扱いが難しくなる。また、例えば、負極端子を兼ねる電池ケースが鉄で構成されている場合、アルミニウム細線を負極に抵抗溶接することは困難である。
【００２６】
本願発明者等は、アルミニウム細線のジュール熱による温度上昇ΔＴが、長さに依存しない点に着目し、ヒューズ部となり得る領域だけ短く形成し、他の領域を、異種金属との溶接部になり得る大きさに形成することができれば、小型で、かつ異種金属との抵抗溶接が可能なヒューズ、もしくはヒューズリンクが実現できると考えた。
【００２７】
それには、アルミニウムと、例えばニッケルとのクラッド材を用意し、このクラッド材のうち、アルミニウムだけで構成された領域を、ヒューズ部に加工することによって、上記のようなヒューズ、もしくはヒューズリンクを実現することができる。
【００２８】
しかし、アルミニウムの表面にニッケルを厚くメッキすることは難しく、特に、抵抗溶接に耐え得るだけの厚さのメッキを形成することは困難である。
【００２９】
一方、図１（ａ）に示すように、アルミニウム層１１上に、溶接部となるニッケル層１２を積層させ、図１（ｂ）に示すように、両者を圧接して拡散接合させることによって、アルミニウム層１１とニッケル層のクラッド材を得ることができる。
【００３０】
しかしながら、アルミニウム層１１は、柔らかいため（展延性が大きい）ため、両者を圧接した際、図１（ｂ）に示すように、アルミニウム層１１とニッケル層１２との境界で、アルミニウム層１１が押し上げられる。そのため、アルミニウム層とニッケル層との境界近傍では、アルミニウム層１１の厚さが変動し、このような領域にヒューズ部を形成しても、ヒューズ特性のバラツキが大きくなり、ヒューズ設計が困難になる。
【００３１】
一方、アルミニウム層１１とニッケル層１２との境界から離れたところでは、アルミニウム層１１の厚みが一定の領域があるが、このような領域にヒューズ部を形成しても、溶接部（ニッケル層）１２から離れた位置になるため、小型のヒューズ、もしくはヒューズリンクを実現することはできない。
【００３２】
本願発明者等は、アルミニウムの展延性を積極的に利用して、溶接部の近傍にヒューズ部を形成することのできる製造方法を見出し、本願発明を想到するに至った。
【００３３】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、本発明は、以下の実施形態に限定されるものではない。また、本発明の効果を奏する範囲を逸脱しない範囲で、適宜変更は可能である。さらに、他の実施形態との組み合わせも可能である。
【００３４】
図２（ａ）〜（ｃ）は、本発明の一実施形態におけるヒューズユニット４０の製造方法を示した平面図で、図３（ａ）、（ｂ）は、図２（ａ）のIIIa−IIIa線に沿った断面図である。また、図４は、図３（ｂ）の矢印で示した領域４Ａを拡大した拡大図で、図５は、ヒューズユニット４０の構成を示した斜視図である。
【００３５】
図２（ａ）、図３（ａ）に示すように、第１の金属層１１の上に複数の開口部２０を有する第２の金属層１２が積層されたクラッド材１０を用意する。
【００３６】
次に、図３（ｂ）に示すように、クラッド材１０を圧延して、開口部２０内に第１の金属層１１の一部を押し出すことによって、開口部２０内に、第１の金属層１１ａを埋設させる。
【００３７】
次に、図２（ｂ）に示すように、クラッド材１０を、ハッチングで示した所定のパターンで打ち抜く。すなわち、各開口部２０内の第１の領域３１をそれぞれ打ち抜くことによって、図２（ｃ）及び図５に示すように、第１の金属層１１のみで構成された、高さＨ、幅Ｗのヒューズ部４１を複数個形成する。また、各開口部２０外であって、第１の領域３１と接続する第２の領域３２をそれぞれ打ち抜くことによって、図２（ｃ）及び図５に示すように、各ヒューズ部４１の一端にそれぞれ連結し、第１の金属層１１及び第２の金属層１２で構成された溶接部４２を複数個形成する。さらに、各開口部２０外であって、第１の領域３１と接続する第３の領域３３を打ち抜くことによって、図２（ｃ）及び図５に示すように、各ヒューズ部４１の他端に連結し、第１の金属層１１及び第２の金属層１２で構成されたリンク部４３を形成する。
【００３８】
ここで、クラッド材１０の圧延は、例えば、ロールプレス法を用いて行うことができる。また、第１の金属層１１は、第２の金属層１２よりも、融点が低く、かつ展延性の高い材料からなる。例えば、第１の金属層１１として、アルミニウム、黄銅等を用いることができる。また、第２の金属層１２としては、例えば、ニッケル、銅、鉄等を用いることができる。
【００３９】
図３（ｂ）に示すように、第１の金属層１１は展延性が高い（柔らかい）ため、クラッド材１０を圧延すると、開口部２０内に第１の金属層１１の一部が押し出される。このとき、開口部２０内に押し出された第１の金属層１１ａの表面は、ローラによって押圧されているので、開口部２０内に埋設された第１の金属層１１ａは、その厚さが第２の金属層１２の厚さと略同一となって、開口部２０内に埋設される。
【００４０】
これにより、開口部２０内に埋設された第１の金属層１１ａは、第２の金属層１２の厚さで制御された均一な厚みを有する。従って、各開口部２０内の第１の領域３１を打ち抜いて形成されたヒューズ部４１は、これを構成する第１の金属層１１の厚みが一定しているため、ヒューズ特性のバラツキを小さくすることができる。
【００４１】
なお、図４に示すように、開口部２０内に埋設された第１の金属層１１ａのうち、第２の金属層１２との境界に、窪みＢが残る場合もある。しかしながら、ヒューズ部４１を形成する第１の領域を、窪みＢから離れたところに設けることによって、ヒューズ特性のバラツキに影響を与えることはない。
【００４２】
上述したように、開口部２０内に埋設された第１の金属層１１ａは、圧延前の第１の金属層１１から供給されるが、開口部２０内に埋設された第１の金属層１１ａの容積は、第２の金属層１２の厚みによって定められる。従って、開口部２０内に埋設される第１の金属層１１ａの提供に不足を生じさせないためには、圧延前の第２の金属層１２の厚さＴ２は、第１の金属層１１の厚さＴ１の１／２以下であることが好ましい。
【００４３】
また、第１の金属層１１の厚さＴ１は、圧延によって薄くなるが、ヒューズ部４１の高さＨのバラツキを少なくするためには、圧延後の第１の金属層の厚さＴ１’は、圧延前の第１の金属層Ｔ１の厚さに対して、４０〜８０％の範囲にあることが好ましい。
【００４４】
ヒューズ部４１は、図５に示したように、高さＨ、幅Ｗの形状をなすが、その断面積Ａ（＝Ｈ×Ｗ）は、式（１）において、短絡電流Ｉが流れたときの温度上昇ΔＴが、第１の金属層１１を構成する金属材料の融点を超えるように設定される。
【００４５】
例えば、第１の金属層１１をアルミニウムで構成した場合、短絡電流Ｉを１００Ａとすると、ヒューズ部４１における第１の金属層の断面積Ａは、０．３ｍｍ２以下であることが好ましい。
【００４６】
具体的な数値を例示すると、圧延前の第１の金属層１１の厚みＴ１を０．２ｍｍ、圧延後の第１の金属層の厚さＴ１’を０．１５ｍｍ、第２の金属層１２の厚みを０．１ｍｍとすると、ヒューズ部４１の高さＨは、０．２５ｍｍとなり、幅Ｗを０．５ｍｍにすると、ヒューズ部４１の断面積Ａは、０．１２５ｍｍ２となる。そして、短絡電流Ｉを１００Ａとすると、１秒後のヒューズ部４１の温度上昇ΔＴは、式（１）から、約７，５００℃となる。従って、アルミニウムで構成されたヒューズ部４１の温度は、少なくとも１秒以内に融点（６６０℃）を超えて、ヒューズ部４１は溶断する。
【００４７】
ここで、開口部２０の形状は、特に限定されず、例えば、図２（ａ）に示したような円形の他、矩形等の形状を取り得る。また、開口部２０の面積は、特に限定されないが、１０〜４０ｍｍ２の範囲にすると、開口部２０内に埋設される第１の金属層１１ａの厚みのバラツキをより小さくすることができる。また、開口部２０の面積を小さくすれば、ヒューズ部４１を、溶接部４２により接近して形成することができるため、ヒューズユニット４０をより小型化できる。
【００４８】
次に、図６及び図７を参照しながら、本実施形態におけるヒューズユニット４０を、複数の電池が配列された電池モジュールに適用する例を説明する。ここで、図６は、電池モジュールの分解斜視図で、図７は、ヒューズユニット４０を備えた電池モジュールの底面図である。
【００４９】
図６に示すように、複数の電池５０が、互いに千鳥状に配置されており、各電池５０は、個々に、中空筒状のパイプホルダ６０の収容部６０ａに収容されている。なお、複数のパイプホルダ６０は、互いに集合、接合されて、電池５０を収容するホルダを構成している。ここで、電池５０の正極端子５１と反対側の電池ケースの底部は、負極端子を兼ねている。
【００５０】
電池５０の正極端子５１には、絶縁性のスペーサ（不図示）を介して、各電池５０の正極端子５１を電気的に並列接続する正極板（不図示）が配置されている。
【００５１】
一方、電池５０の負極端子側には、絶縁性のスペーサ７０を介して、ヒューズユニット４０が配置されている。ここで、スペーサ７０には、各電池５０の配列に対応する位置に、複数の孔７０ａが形成されている。また、ヒューズユニット４０には、各電池５０の配列に対応する位置に、複数の溶接部４２が形成されており、各溶接部４２に連結されたヒューズ部４１の一端は、それぞれリンク部４３に連結されている。
【００５２】
図７に示すように、各溶接部４２は、スペーサ（不図示）７０の孔（不図示）７０ａを介して、各電池５０の電池ケース底部（負極端子）に、抵抗溶接によって接続されている。また、各溶接部４２は、ヒューズ部４１を介してリンク部４３に連結されているため、各電池５０の負極端子は並列接続されている。
【００５３】
このように、ヒューズ部４１、溶接部４２、及びリンク部４３が一体となって形成されたヒューズユニット４０を用いることによって、電池モジュールを構成する各電池５０を並列接続できるとともに、内部短絡が発生した電池５０を、該電池５０に接続されたヒューズ部４１を溶断することにより、電池モジュールから切り離すことができる。また、溶接部４２を構成する第２の金属層を、負極端子と抵抗溶接が可能な材料（ニッケルなど）にすることによって、ヒューズ部４１を負極端子に接続させることができる。
【００５４】
図８及び図９は、本発明の他の実施形態におけるヒューズユニット４０の構成を示した図で、図８（ａ）、（ｂ）は、ヒューズユニット４０の製造方法を示した断面図、図９は、ヒューズユニット４０の斜視図である。
【００５５】
図８（ａ）に示すように、第１の金属層１１の両面に、開口部２０ａ、２０ｂを有する第２の金属層１２ａ、１２ｂを積層したクラッド材１０を用意する。
【００５６】
次に、図８（ｂ）に示すように、クラッド材１０を圧延して、開口部２０ａ、２０ｂ内に第１の金属層１１の一部を押し出すことによって、開口部２０ａ、２０ｂ内に、第１の金属層１１ａ、１１ｂを埋設する。
【００５７】
次に、図２（ｂ）のハッチングで示したパターンと同様のパターンを用いて、クラッド材１０を打ち抜く。すなわち、各開口部２０内の第１の領域３１をそれぞれ打ち抜くことによって、図９に示すように、第１の金属層１１のみで構成されたヒューズ部４１が複数個形成される。また、各開口部２０外であって、第１の領域３１と接続する第２の領域３２をそれぞれ打ち抜くことによって、各ヒューズ部４１の一端にそれぞれ連結し、第１の金属層１１を第２の金属層１２ａ、１２ｂで挟持して構成された溶接部４２が複数個形成される。さらに、各開口部２０外であって、第１の領域３１と接続する第３の領域３３を打ち抜くことによって、各ヒューズ部４１の他端に連結し、第１の金属層１１を第２の金属層１２ａ、１２ｂで挟持して構成されたリンク部４３が形成される。
【００５８】
このような構成により、溶接部４２の両面に、第２の金属層１２ａ、１２ｂを設けることができるため、溶接部４２の両面を、第１の金属層１１と異種の金属に抵抗溶接する際の溶接点にすることができる。また、リンク部４３の両面にも、第２の金属層１２ａ、１２ｂが設けられているため、リンク部４３を、第１の金属層１１と異種の金属と抵抗溶接する際のハーネス線として用いることができる。また反対に、リンク部４３の第１の金属層に異種金属である材料（例えばハーネス線のニッケル端子など）を直接抵抗溶接することもできる。
【００５９】
第２の金属層１２ａ、１２ｂは、用途によって、異なる材料としてもよい。例えば、電池が第２の金属層１２ａに溶接されることが必要で、第２の金属層１２ｂは溶接性が不要で強度のみが必要であれば、第２の金属層１２ａをニッケルなど、第２の金属層１２ｂを鉄などとしてもよい。
【００６０】
以上、本発明を好適な実施形態により説明してきたが、こうした記述は限定事項ではなく、もちろん、種々の改変が可能である。例えば、上記実施形態においては、クラッド材１０の打ち抜きを、図２（ｂ）に示したようなパターンを用いて行ったが、これに限定されず、例えば、図１０（ａ）〜（ｃ）に示すようなクラッド材１０の打ち抜きパターンを用いてもよい。なお、図１１（ａ）〜（ｃ）は、打ち抜き後のヒューズユニット４０の構成を示した平面図である。
【００６１】
また、上記実施形態では、ヒューズ部４１の形状を、図２（ｃ）に示したような形状にしたが、これに限定されず、例えば、図１２（ａ）〜（ｅ）、図１３（ａ）〜（ｄ）、図１４（ａ）〜（ｄ）に示すような形状にしてもよい。ここで、図１２（ａ）〜（ｅ）は、ヒューズ部４１の長さを変えた変形例、図１３（ａ）〜（ｄ）は、ヒューズ部４１の一部に、さらに断面積の小さい部分を設けた変形例、図１４（ａ）〜（ｄ）は、他の変形例を示す。
【００６２】
また、本発明における「ヒューズニット」は、ヒューズ部４１及び溶接部４２のみからなる単体のヒューズや、いわゆるヒューズリンクも含まれる。また、電池モジュール以外の他の電子機器等にも、勿論適用することができる。
【符号の説明】
【００６３】
１０ クラッド材
１１ アルミニウム層（第１の金属層）
１１ａ、１１ｂ 第１の金属層
１２ ニッケル層（第２の金属層）
１２ａ、１２ｂ 第２の金属層
２０ 開口部
２０ａ、２０ｂ 開口部
３１ 第１の領域
３２ 第２の領域
３３ 第３の領域
４０ ヒューズユニット
４１ ヒューズ部
４２ 溶接部
４３ リンク部
５０ 電池
５１ 正極端子
６０ パイプホルダ
６０ａ 収容部
７０ スペーサ
７０ａ 孔
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ヒューズ部と該ヒューズ部の溶接点となる溶接部とを備えたヒューズユニット、及びヒューズユニットを用いた電池モジュール、並びにヒューズユニットの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
電流ヒューズ（以下、単に、「ヒューズ」という。）は、各種の電子機器や配線等に広く用いられ、規定値以上の電流が流れると溶断して、電子機器等への電流を遮断することによって、電子機器等の安全を図っている。
【０００３】
例えば、複数の電池を配列して構成された電池モジュールにおいて、電池モジュールを構成する電池が、異常時に安全弁が作動して高温ガスが電池外に放出された場合、周囲の電池が高温ガスに曝されると、正常な電池まで連鎖的な劣化を引き起こす畏れがある。また、複数の電池を並列接続した電池モジュールにおいては、電池モジュールを構成する電池が内部短絡等で、電池としての機能を果たせなくなると、当該電池が抵抗体となり、電池モジュール全体の性能を低下させてしまう畏れがある。
【０００４】
このような問題に対して、特許文献１には、図１５に示したように、複数の電池１００が、接続体１１０、１２０によって並列接続された電池モジュールにおいて、各電池１００の正極１５０及び負極１６０を、それぞれヒューズ１３０、１４０を介して接続体１１０、１２０に接続する技術が記載されている。これにより、一つの電池１００に内部短絡等が発生した場合、この電池１００に接続されたヒューズ１３０、１４０が過電流により溶断されることにより、内部短絡等が発生した電池１００を、他の電池１００から電気的に分離することができる。
【０００５】
また、このようなヒューズの構成として、特許文献２には、図１６に示したように、ヒューズ金属層２００の両端に、端子部２１０、２２０を形成した技術が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】米国特許第７６７１５６５号明細書
【特許文献２】特開２０１０−３５２８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献１に記載された技術では、ヒューズ１３０、１４０を、それぞれ、接続体１１０、１２０及び電池１００の電極端子１５０、１６０にワイヤーボンディングして接合する必要がある。そのため、製造工程が複雑になり、製造コストの上昇を招く。また、ヒューズ１３０、１４０をアルミニウムで構成した場合、電池１００の電極端子１５０、１６０は、鉄等の異種金属で構成されているため、ヒューズ１３０、１４０を電極端子１５０、１６０に抵抗溶接で接合することは困難である。そのため、レーザ溶接や超音波溶接等の方法で接合することになり、製造コストの上昇を招く。
【０００８】
また、特許文献２に記載された技術では、ヒューズ金属層２００の両面に銅層を形成した後、銅層をエッチングレジスト層を用いてエッチングすることによって、ヒューズ金属層２００の両面に端子部２１０、２２０が形成される。このエッチングは、銅のみをエッチングし、ヒューズ金属層２００をエッチングしない、いわゆる選択エッチングが好ましい。しかしながら、ヒューズ金属層２００の材料によっては、選択性の高いエッチング液を得ることが難しい場合がある。また、仮に、選択性の高いエッチング液でエッチングしても、ヒューズ金属層２００の表面はエッチング液に曝されるため、ヒューズ金属層２００の表面が荒れたり、場合によっては、表面が変質したりするおそれがあり、その結果、ヒューズ特性のバラツキを招く。
【０００９】
本発明は、かかる点に鑑みなされたもので、その主な目的は、簡単に製造することができ、かつ、異金属との抵抗溶接も可能な、小型で安価なヒューズユニットを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明に係るヒューズユニットの製造方法は、ヒューズ部及び該ヒューズ部の溶接点となる溶接部を備えたヒューズユニットの製造方法であって、
第１の金属層及び開口部を有する第２の金属層が積層されたクラッド材を用意する工程（ａ）と、
クラッド材を圧延して、開口部内に第１の金属層の一部を押し出すことによって、開口部内に、第１の金属層を埋設する工程（ｂ）と、
クラッド材を打ち抜く工程（ｃ）と
を有し、
工程（ｃ）において、
開口部内の第１の領域を打ち抜くことによって、第１の金属層のみで構成されたヒューズ部が形成され、
開口部外であって、第１の領域と接続する第２の領域を打ち抜くことによって、ヒューズ部に連結し、第１の金属層及び第２の金属層で構成された溶接部が形成されることを特徴とする。
【００１１】
ある好適な実施形態において、上記工程（ｂ）において、開口部内に埋設された第１の金属層の厚さは、第２の金属層の厚さと、略同一である。また、第１の金属層は、第２の金属層よりも、融点が低く、かつ展延性の高い材料からなる。
【００１２】
ある好適な実施形態において、上記開口部は、複数個形成されており、
上記工程（ｃ）において、
各開口部内の第１の領域をそれぞれ打ち抜くことによって、第１の金属層のみで構成されたヒューズ部が複数個形成され、
各開口部外であって、第１の領域と接続する第２の領域をそれぞれ打ち抜くことによって、各ヒューズ部の一端にそれぞれ連結し、第１の金属層及び第２の金属層で構成された溶接部が複数個形成され、
各開口部外であって、第１の領域と接続する第３の領域を打ち抜くことによって、各ヒューズ部の他端に連結し、第１の金属層及び第２の金属層で構成されたリンク部が形成されている。
【００１３】
本発明に係るヒューズユニットは、第１の金属層及び第２の金属層からなるクラッド材で構成されたヒューズユニットであって、第１の金属層のみで構成されたヒューズ部と、ヒューズ部に連結し、第１の金属層及び第２の金属層で構成された溶接部とを有し、ヒューズ部における第１の金属層の厚さは、溶接部における第１の金属層及び第２の金属層の積層厚みと、略同一であることを特徴とする。
【００１４】
本発明に係る他のヒューズユニットは、第１の金属層及び第２の金属層からなるクラッド材で構成されたヒューズユニットであって、第１の金属層のみで構成された複数のヒューズ部と、各ヒューズ部の一端にそれぞれ連結し、第１の金属層及び第２の金属層で構成された複数の溶接部と、各ヒューズ部の他端に連結し、第１の金属層及び第２の金属層で構成されたリンク部とを有し、ヒューズ部における第１の金属層の厚さは、溶接部及びリンク部における第１の金属層及び第２の金属層の積層厚みと、略同一であることを特徴とする。
【００１５】
本発明に係る電池モジュールは、複数の電池が配列されて構成された電池モジュールであって、第１の金属層及び第２の金属層からなるクラッド材で構成されたヒューズユニットを備え、ヒューズユニットは、第１の金属層のみで構成された複数のヒューズ部と、各ヒューズ部の一端にそれぞれ連結し、第１の金属層及び第２の金属層で構成された複数の溶接部と、各ヒューズ部の他端に連結し、第１の金属層及び第２の金属層で構成されたリンク部とを有し、ヒューズ部における第１の金属層の厚さは、溶接部及びリンク部における第１の金属層及び第２の金属層の積層厚みと、略同一であり、各溶接部は、各電池の電極部に冶金的接合によって、それぞれ接続されているとともに、リンク部によって、各電池の電極部が並列接続されていることを特徴とする。なお、ここでいう冶金的接合とは、抵抗溶接の他、超音波溶接やレーザ溶接等を含む。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、簡単に製造することができ、かつ、異金属との抵抗溶接が可能な、小型で安価なヒューズユニットを実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】（ａ）、（ｂ）は、アルミニウム層及びニッケル層のクラッド材の形成方法を説明した断面図である。
【図２】（ａ）〜（ｃ）は、本発明の一実施形態におけるヒューズユニットの製造方法を示した平面図である。
【図３】（ａ）、（ｂ）は、図２（ａ）のIIIa−IIIa線に沿った断面図である。
【図４】図３（ｂ）の矢印で示した領域４Ａを拡大した拡大図である。
【図５】本発明の一実施形態におけるヒューズユニットの構成を示した斜視図である。
【図６】本発明の他の実施形態における電池モジュールの分解斜視図である。
【図７】本発明の他の実施形態におけるヒューズユニットを備えた電池モジュールの底面図である。
【図８】（ａ）、（ｂ）は、本発明の他の実施形態におけるヒューズユニットの製造方法を示した断面図である。
【図９】本発明の他の実施形態におけるヒューズユニットの斜視図である。
【図１０】クラッド材を打ち抜くパターンの変形例を示した図である。
【図１１】（ａ）〜（ｃ）は、打ち抜き後のヒューズユニットの構成を示した平面図である。
【図１２】（ａ）〜（ｅ）は、ヒューズ部の形状の変形例を示した平面図である。
【図１３】（ａ）〜（ｄ）は、ヒューズ部の形状の他の変形例を示した平面図である。
【図１４】（ａ）〜（ｄ）は、ヒューズ部の形状の他の変形例を示した平面図である。
【図１５】従来のヒューズリンクを備えた電池モジュールの断面図である。
【図１６】従来のヒューズの構成を示した断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
本発明の実施形態を説明する前に、本発明を想到するに至った経緯を説明する。
【００１９】
本件出願人は、ＰＣＴ／ＪＰ２０１１／００２７２５の出願明細書に、複数の電池を配列した電池モジュールにおいて、通常動作時は、一列に配列された電池を並列接続する機能を維持し、内部短絡時は、ヒューズとして機能するヒューズリンクを開示している。具体的には、複数の電池をアルミニウム細線で接続し、内部短絡時に、内部短絡した電池に接続されたアルミニウム細線を、短絡電流によるジュール熱で溶断するようにしたものである。
【００２０】
一様な断面積（Ａ）で長さ（Ｌ）のアルミニウム細線に、短絡電流（Ｉ）が流れたときに、時間ｔ後のジュール熱（Ｅ）による温度上昇ΔＴは、以下の式（１）から算出される。
【００２１】
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）
ここで、Ｃｐは比熱容量、Ｍは質量、Ｒは抵抗、ρは密度、ｒは電気抵抗率である。ここで、放熱が無視できるほど小さければ、温度上昇ΔＴは、アルミニウム細線の長さ（Ｌ）に依存しないことが分かる。
【００２２】
例えば、アルミニウム細線の断面積が０．１２ｍｍ２（直径が約０．４ｍｍ）の場合、内部短絡時を想定した電流（Ｉ＝１００Ａ）での１秒後の温度上昇ΔＴは、式（１）から、約７，５００℃となる。従って、アルミニウムの融点は６６０℃であるため、内部短絡が発生すると、１秒以内にアルミニウム細線は溶断すると考えられる。
【００２３】
一方、アルミニウム細線の長さ（Ｌ）を２０ｍｍとすると、抵抗（Ｒ）は４ｍΩとなるが、通常動作時に並列接続したアルミニウム細線に流れる電流は、０．１Ａ以下と小さいため、電圧降下は０．４ｍＶ程度となる。従って、電池モジュールの特性にほとんど影響を与えることはない。
【００２４】
このように、複数の電池を、所定の断面積を有するアルミニウム細線で並列接続することによって、通常動作時は、一列に配列された電池を並列接続する機能を維持し、内部短絡や外部短絡時は、ヒューズとして機能することができる。これにより、非常に簡単な構成でヒューズリンクを実現することができる。
【００２５】
しかしながら、このようなアルミニウム細線は、断面積が小さい（典型的には、０．３ｍｍ２以下）ため、多数の電池を並列接続すると、アルミニウム細線が長くなり、取り扱いが難しくなる。また、例えば、負極端子を兼ねる電池ケースが鉄で構成されている場合、アルミニウム細線を負極に抵抗溶接することは困難である。
【００２６】
本願発明者等は、アルミニウム細線のジュール熱による温度上昇ΔＴが、長さに依存しない点に着目し、ヒューズ部となり得る領域だけ短く形成し、他の領域を、異種金属との溶接部になり得る大きさに形成することができれば、小型で、かつ異種金属との抵抗溶接が可能なヒューズ、もしくはヒューズリンクが実現できると考えた。
【００２７】
それには、アルミニウムと、例えばニッケルとのクラッド材を用意し、このクラッド材のうち、アルミニウムだけで構成された領域を、ヒューズ部に加工することによって、上記のようなヒューズ、もしくはヒューズリンクを実現することができる。
【００２８】
しかし、アルミニウムの表面にニッケルを厚くメッキすることは難しく、特に、抵抗溶接に耐え得るだけの厚さのメッキを形成することは困難である。
【００２９】
一方、図１（ａ）に示すように、アルミニウム層１１上に、溶接部となるニッケル層１２を積層させ、図１（ｂ）に示すように、両者を圧接して拡散接合させることによって、アルミニウム層１１とニッケル層のクラッド材を得ることができる。
【００３０】
しかしながら、アルミニウム層１１は、柔らかいため（展延性が大きい）ため、両者を圧接した際、図１（ｂ）に示すように、アルミニウム層１１とニッケル層１２との境界で、アルミニウム層１１が押し上げられる。そのため、アルミニウム層とニッケル層との境界近傍では、アルミニウム層１１の厚さが変動し、このような領域にヒューズ部を形成しても、ヒューズ特性のバラツキが大きくなり、ヒューズ設計が困難になる。
【００３１】
一方、アルミニウム層１１とニッケル層１２との境界から離れたところでは、アルミニウム層１１の厚みが一定の領域があるが、このような領域にヒューズ部を形成しても、溶接部（ニッケル層）１２から離れた位置になるため、小型のヒューズ、もしくはヒューズリンクを実現することはできない。
【００３２】
本願発明者等は、アルミニウムの展延性を積極的に利用して、溶接部の近傍にヒューズ部を形成することのできる製造方法を見出し、本願発明を想到するに至った。
【００３３】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、本発明は、以下の実施形態に限定されるものではない。また、本発明の効果を奏する範囲を逸脱しない範囲で、適宜変更は可能である。さらに、他の実施形態との組み合わせも可能である。
【００３４】
図２（ａ）〜（ｃ）は、本発明の一実施形態におけるヒューズユニット４０の製造方法を示した平面図で、図３（ａ）、（ｂ）は、図２（ａ）のIIIa−IIIa線に沿った断面図である。また、図４は、図３（ｂ）の矢印で示した領域４Ａを拡大した拡大図で、図５は、ヒューズユニット４０の構成を示した斜視図である。
【００３５】
図２（ａ）、図３（ａ）に示すように、第１の金属層１１の上に複数の開口部２０を有する第２の金属層１２が積層されたクラッド材１０を用意する。
【００３６】
次に、図３（ｂ）に示すように、クラッド材１０を圧延して、開口部２０内に第１の金属層１１の一部を押し出すことによって、開口部２０内に、第１の金属層１１ａを埋設させる。
【００３７】
次に、図２（ｂ）に示すように、クラッド材１０を、ハッチングで示した所定のパターンで打ち抜く。すなわち、各開口部２０内の第１の領域３１をそれぞれ打ち抜くことによって、図２（ｃ）及び図５に示すように、第１の金属層１１のみで構成された、高さＨ、幅Ｗのヒューズ部４１を複数個形成する。また、各開口部２０外であって、第１の領域３１と接続する第２の領域３２をそれぞれ打ち抜くことによって、図２（ｃ）及び図５に示すように、各ヒューズ部４１の一端にそれぞれ連結し、第１の金属層１１及び第２の金属層１２で構成された溶接部４２を複数個形成する。さらに、各開口部２０外であって、第１の領域３１と接続する第３の領域３３を打ち抜くことによって、図２（ｃ）及び図５に示すように、各ヒューズ部４１の他端に連結し、第１の金属層１１及び第２の金属層１２で構成されたリンク部４３を形成する。
【００３８】
ここで、クラッド材１０の圧延は、例えば、ロールプレス法を用いて行うことができる。また、第１の金属層１１は、第２の金属層１２よりも、融点が低く、かつ展延性の高い材料からなる。例えば、第１の金属層１１として、アルミニウム、黄銅等を用いることができる。また、第２の金属層１２としては、例えば、ニッケル、銅、鉄等を用いることができる。
【００３９】
図３（ｂ）に示すように、第１の金属層１１は展延性が高い（柔らかい）ため、クラッド材１０を圧延すると、開口部２０内に第１の金属層１１の一部が押し出される。このとき、開口部２０内に押し出された第１の金属層１１ａの表面は、ローラによって押圧されているので、開口部２０内に埋設された第１の金属層１１ａは、その厚さが第２の金属層１２の厚さと略同一となって、開口部２０内に埋設される。
【００４０】
これにより、開口部２０内に埋設された第１の金属層１１ａは、第２の金属層１２の厚さで制御された均一な厚みを有する。従って、各開口部２０内の第１の領域３１を打ち抜いて形成されたヒューズ部４１は、これを構成する第１の金属層１１の厚みが一定しているため、ヒューズ特性のバラツキを小さくすることができる。
【００４１】
なお、図４に示すように、開口部２０内に埋設された第１の金属層１１ａのうち、第２の金属層１２との境界に、窪みＢが残る場合もある。しかしながら、ヒューズ部４１を形成する第１の領域を、窪みＢから離れたところに設けることによって、ヒューズ特性のバラツキに影響を与えることはない。
【００４２】
上述したように、開口部２０内に埋設された第１の金属層１１ａは、圧延前の第１の金属層１１から供給されるが、開口部２０内に埋設された第１の金属層１１ａの容積は、第２の金属層１２の厚みによって定められる。従って、開口部２０内に埋設される第１の金属層１１ａの提供に不足を生じさせないためには、圧延前の第２の金属層１２の厚さＴ２は、第１の金属層１１の厚さＴ１の１／２以下であることが好ましい。
【００４３】
また、第１の金属層１１の厚さＴ１は、圧延によって薄くなるが、ヒューズ部４１の高さＨのバラツキを少なくするためには、圧延後の第１の金属層の厚さＴ１’は、圧延前の第１の金属層Ｔ１の厚さに対して、４０〜８０％の範囲にあることが好ましい。
【００４４】
ヒューズ部４１は、図５に示したように、高さＨ、幅Ｗの形状をなすが、その断面積Ａ（＝Ｈ×Ｗ）は、式（１）において、短絡電流Ｉが流れたときの温度上昇ΔＴが、第１の金属層１１を構成する金属材料の融点を超えるように設定される。
【００４５】
例えば、第１の金属層１１をアルミニウムで構成した場合、短絡電流Ｉを１００Ａとすると、ヒューズ部４１における第１の金属層の断面積Ａは、０．３ｍｍ２以下であることが好ましい。
【００４６】
具体的な数値を例示すると、圧延前の第１の金属層１１の厚みＴ１を０．２ｍｍ、圧延後の第１の金属層の厚さＴ１’を０．１５ｍｍ、第２の金属層１２の厚みを０．１ｍｍとすると、ヒューズ部４１の高さＨは、０．２５ｍｍとなり、幅Ｗを０．５ｍｍにすると、ヒューズ部４１の断面積Ａは、０．１２５ｍｍ２となる。そして、短絡電流Ｉを１００Ａとすると、１秒後のヒューズ部４１の温度上昇ΔＴは、式（１）から、約７，５００℃となる。従って、アルミニウムで構成されたヒューズ部４１の温度は、少なくとも１秒以内に融点（６６０℃）を超えて、ヒューズ部４１は溶断する。
【００４７】
ここで、開口部２０の形状は、特に限定されず、例えば、図２（ａ）に示したような円形の他、矩形等の形状を取り得る。また、開口部２０の面積は、特に限定されないが、１０〜４０ｍｍ２の範囲にすると、開口部２０内に埋設される第１の金属層１１ａの厚みのバラツキをより小さくすることができる。また、開口部２０の面積を小さくすれば、ヒューズ部４１を、溶接部４２により接近して形成することができるため、ヒューズユニット４０をより小型化できる。
【００４８】
次に、図６及び図７を参照しながら、本実施形態におけるヒューズユニット４０を、複数の電池が配列された電池モジュールに適用する例を説明する。ここで、図６は、電池モジュールの分解斜視図で、図７は、ヒューズユニット４０を備えた電池モジュールの底面図である。
【００４９】
図６に示すように、複数の電池５０が、互いに千鳥状に配置されており、各電池５０は、個々に、中空筒状のパイプホルダ６０の収容部６０ａに収容されている。なお、複数のパイプホルダ６０は、互いに集合、接合されて、電池５０を収容するホルダを構成している。ここで、電池５０の正極端子５１と反対側の電池ケースの底部は、負極端子を兼ねている。
【００５０】
電池５０の正極端子５１には、絶縁性のスペーサ（不図示）を介して、各電池５０の正極端子５１を電気的に並列接続する正極板（不図示）が配置されている。
【００５１】
一方、電池５０の負極端子側には、絶縁性のスペーサ７０を介して、ヒューズユニット４０が配置されている。ここで、スペーサ７０には、各電池５０の配列に対応する位置に、複数の孔７０ａが形成されている。また、ヒューズユニット４０には、各電池５０の配列に対応する位置に、複数の溶接部４２が形成されており、各溶接部４２に連結されたヒューズ部４１の一端は、それぞれリンク部４３に連結されている。
【００５２】
図７に示すように、各溶接部４２は、スペーサ（不図示）７０の孔（不図示）７０ａを介して、各電池５０の電池ケース底部（負極端子）に、抵抗溶接によって接続されている。また、各溶接部４２は、ヒューズ部４１を介してリンク部４３に連結されているため、各電池５０の負極端子は並列接続されている。
【００５３】
このように、ヒューズ部４１、溶接部４２、及びリンク部４３が一体となって形成されたヒューズユニット４０を用いることによって、電池モジュールを構成する各電池５０を並列接続できるとともに、内部短絡が発生した電池５０を、該電池５０に接続されたヒューズ部４１を溶断することにより、電池モジュールから切り離すことができる。また、溶接部４２を構成する第２の金属層を、負極端子と抵抗溶接が可能な材料（ニッケルなど）にすることによって、ヒューズ部４１を負極端子に接続させることができる。
【００５４】
図８及び図９は、本発明の他の実施形態におけるヒューズユニット４０の構成を示した図で、図８（ａ）、（ｂ）は、ヒューズユニット４０の製造方法を示した断面図、図９は、ヒューズユニット４０の斜視図である。
【００５５】
図８（ａ）に示すように、第１の金属層１１の両面に、開口部２０ａ、２０ｂを有する第２の金属層１２ａ、１２ｂを積層したクラッド材１０を用意する。
【００５６】
次に、図８（ｂ）に示すように、クラッド材１０を圧延して、開口部２０ａ、２０ｂ内に第１の金属層１１の一部を押し出すことによって、開口部２０ａ、２０ｂ内に、第１の金属層１１ａ、１１ｂを埋設する。
【００５７】
次に、図２（ｂ）のハッチングで示したパターンと同様のパターンを用いて、クラッド材１０を打ち抜く。すなわち、各開口部２０内の第１の領域３１をそれぞれ打ち抜くことによって、図９に示すように、第１の金属層１１のみで構成されたヒューズ部４１が複数個形成される。また、各開口部２０外であって、第１の領域３１と接続する第２の領域３２をそれぞれ打ち抜くことによって、各ヒューズ部４１の一端にそれぞれ連結し、第１の金属層１１を第２の金属層１２ａ、１２ｂで挟持して構成された溶接部４２が複数個形成される。さらに、各開口部２０外であって、第１の領域３１と接続する第３の領域３３を打ち抜くことによって、各ヒューズ部４１の他端に連結し、第１の金属層１１を第２の金属層１２ａ、１２ｂで挟持して構成されたリンク部４３が形成される。
【００５８】
このような構成により、溶接部４２の両面に、第２の金属層１２ａ、１２ｂを設けることができるため、溶接部４２の両面を、第１の金属層１１と異種の金属に抵抗溶接する際の溶接点にすることができる。また、リンク部４３の両面にも、第２の金属層１２ａ、１２ｂが設けられているため、リンク部４３を、第１の金属層１１と異種の金属と抵抗溶接する際のハーネス線として用いることができる。また反対に、リンク部４３の第１の金属層に異種金属である材料（例えばハーネス線のニッケル端子など）を直接抵抗溶接することもできる。
【００５９】
第２の金属層１２ａ、１２ｂは、用途によって、異なる材料としてもよい。例えば、電池が第２の金属層１２ａに溶接されることが必要で、第２の金属層１２ｂは溶接性が不要で強度のみが必要であれば、第２の金属層１２ａをニッケルなど、第２の金属層１２ｂを鉄などとしてもよい。
【００６０】
以上、本発明を好適な実施形態により説明してきたが、こうした記述は限定事項ではなく、もちろん、種々の改変が可能である。例えば、上記実施形態においては、クラッド材１０の打ち抜きを、図２（ｂ）に示したようなパターンを用いて行ったが、これに限定されず、例えば、図１０（ａ）〜（ｃ）に示すようなクラッド材１０の打ち抜きパターンを用いてもよい。なお、図１１（ａ）〜（ｃ）は、打ち抜き後のヒューズユニット４０の構成を示した平面図である。
【００６１】
また、上記実施形態では、ヒューズ部４１の形状を、図２（ｃ）に示したような形状にしたが、これに限定されず、例えば、図１２（ａ）〜（ｅ）、図１３（ａ）〜（ｄ）、図１４（ａ）〜（ｄ）に示すような形状にしてもよい。ここで、図１２（ａ）〜（ｅ）は、ヒューズ部４１の長さを変えた変形例、図１３（ａ）〜（ｄ）は、ヒューズ部４１の一部に、さらに断面積の小さい部分を設けた変形例、図１４（ａ）〜（ｄ）は、他の変形例を示す。
【００６２】
また、本発明における「ヒューズニット」は、ヒューズ部４１及び溶接部４２のみからなる単体のヒューズや、いわゆるヒューズリンクも含まれる。また、電池モジュール以外の他の電子機器等にも、勿論適用することができる。
【符号の説明】
【００６３】
１０ クラッド材
１１ アルミニウム層（第１の金属層）
１１ａ、１１ｂ 第１の金属層
１２ ニッケル層（第２の金属層）
１２ａ、１２ｂ 第２の金属層
２０ 開口部
２０ａ、２０ｂ 開口部
３１ 第１の領域
３２ 第２の領域
３３ 第３の領域
４０ ヒューズユニット
４１ ヒューズ部
４２ 溶接部
４３ リンク部
５０ 電池
５１ 正極端子
６０ パイプホルダ
６０ａ 収容部
７０ スペーサ
７０ａ 孔
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ヒューズ部及び該ヒューズ部の溶接点となる溶接部を備えたヒューズユニットの製造方法であって、
第１の金属層及び開口部を有する第２の金属層が積層されたクラッド材を用意する工程（ａ）と、
前記クラッド材を圧延して、前記開口部内に前記第１の金属層の一部を押し出すことによって、前記開口部内に、前記第１の金属層を埋設する工程（ｂ）と、
前記クラッド材を打ち抜く工程（ｃ）と
を有し、
前記工程（ｃ）において、
前記開口部内の第１の領域を打ち抜くことによって、前記第１の金属層のみで構成された前記ヒューズ部が形成され、
前記開口部外であって、前記第１の領域と接続する第２の領域を打ち抜くことによって、前記ヒューズ部に連結し、前記第１の金属層及び前記第２の金属層で構成された前記溶接部が形成される、ヒューズユニットの製造方法。
【請求項２】
前記工程（ｂ）において、前記開口部内に埋設された前記第１の金属層の厚さは、前記第２の金属層の厚さと、略同一である、請求項１に記載のヒューズユニットの製造方法。
【請求項３】
前記工程（ｂ）において、前記第１の金属層の厚さは、圧延前の厚さに対して、４０〜８０％の範囲にある、請求項１に記載のヒューズユニットの製造方法。
【請求項４】
前記開口部の面積は、１０〜４０ｍｍ２の範囲にある、請求項１に記載のヒューズユニットの製造方法。
【請求項５】
前記開口部は、複数個形成されており、
前記工程（ｃ）において、
前記各開口部内の第１の領域をそれぞれ打ち抜くことによって、前記第１の金属層のみで構成されたヒューズ部が複数個形成され、
前記各開口部外であって、前記第１の領域と接続する第２の領域をそれぞれ打ち抜くことによって、前記各ヒューズ部の一端にそれぞれ連結し、前記第１の金属層及び前記第２の金属層で構成された溶接部が複数個形成され、
前記各開口部外であって、前記第１の領域と接続する第３の領域を打ち抜くことによって、前記各ヒューズ部の他端に連結し、前記第１の金属層及び前記第２の金属層で構成されたリンク部が形成されている、請求項１に記載のヒューズユニットの製造方法。
【請求項６】
前記クラッド材は、前記第１の金属層の両面に、前記開口部を有する第２の金属層を積層した構成をなしており、
前記工程（ｃ）において、
前記各開口部内の第１の領域をそれぞれ打ち抜くことによって、前記第１の金属層のみで構成されたヒューズ部が複数個形成され、
前記各開口部外であって、前記第１の領域と接続する第２の領域をそれぞれ打ち抜くことによって、前記各ヒューズ部の一端にそれぞれ連結し、前記第１の金属層を前記第２の金属層で挟持して構成された溶接部が複数個形成され、
前記各開口部外であって、前記第１の領域と接続する第３の領域を打ち抜くことによって、前記各ヒューズ部の他端に連結し、前記第１の金属層を前記第２の金属層で挟持して構成されたリンク部が形成されている、請求項１に記載のヒューズユニットの製造方法。
【請求項７】
第１の金属層及び第２の金属層からなるクラッド材で構成されたヒューズユニットであって、
前記第１の金属層のみで構成されたヒューズ部と、
前記ヒューズ部に連結し、前記第１の金属層及び前記第２の金属層で構成された溶接部と
を有し、
前記ヒューズ部における前記第１の金属層の厚さは、前記溶接部における前記第１の金属層及び前記第２の金属層の積層厚みと、略同一である、ヒューズユニット。
【請求項８】
第１の金属層及び第２の金属層からなるクラッド材で構成されたヒューズユニットであって、
前記第１の金属層のみで構成された複数のヒューズ部と、
前記各ヒューズ部の一端にそれぞれ連結し、前記第１の金属層及び前記第２の金属層で構成された複数の溶接部と、
前記各ヒューズ部の他端に連結し、前記第１の金属層及び前記第２の金属層で構成されたリンク部と
を有し、
前記ヒューズ部における前記第１の金属層の厚さは、前記溶接部及び前記リンク部における前記第１の金属層及び前記第２の金属層の積層厚みと、略同一である、ヒューズユニット。
【請求項９】
前記第１の金属層は、前記第２の金属層よりも、融点が低く、かつ展延性が高い材料からなる、請求項７または８に記載のヒューズユニット。
【請求項１０】
前記第２の金属層の厚さは、前記第１の金属層の厚さの１／２以下である、請求項７または８に記載のヒューズユニット。
【請求項１１】
前記第１の金属層は、アルミニウムで構成され、前記ヒューズ部における第１の金属層の断面積は、０．３ｍｍ２以下である、請求項７または８に記載のヒューズユニット。
【請求項１２】
前記第１の金属層はアルミニウムで構成され、前記第２の金属層はニッケルで構成されている、請求項７または８に記載のヒューズユニット。
【請求項１３】
前記溶接部は、前記ヒューズユニットを、前記第１の金属層と異種の金属に抵抗溶接する際の溶接点となる、請求項７または８に記載のヒューズユニット。
【請求項１４】
複数の電池が配列されて構成された電池モジュールであって、
第１の金属層及び第２の金属層からなるクラッド材で構成されたヒューズユニットを備え、
前記ヒューズユニットは、
前記第１の金属層のみで構成された複数のヒューズ部と、
前記各ヒューズ部の一端にそれぞれ連結し、前記第１の金属層及び前記第２の金属層で構成された複数の溶接部と、
前記各ヒューズ部の他端に連結し、前記第１の金属層及び前記第２の金属層で構成されたリンク部と
を有し、
前記ヒューズ部における前記第１の金属層の厚さは、前記溶接部及び前記リンク部における前記第１の金属層及び前記第２の金属層の積層厚みと、略同一であり、
前記各溶接部は、前記各電池の電極部に抵抗溶接によって、それぞれ接続されているとともに、前記リンク部によって、前記各電池の電極部が並列接続されている、電池モジュール。
【請求項１】
ヒューズ部及び該ヒューズ部の溶接点となる溶接部を備えたヒューズユニットの製造方法であって、
第１の金属層及び開口部を有する第２の金属層が積層されたクラッド材を用意する工程（ａ）と、
前記クラッド材を圧延して、前記開口部内に前記第１の金属層の一部を押し出すことによって、前記開口部内に、前記第１の金属層を埋設する工程（ｂ）と、
前記クラッド材を打ち抜く工程（ｃ）と
を有し、
前記工程（ｃ）において、
前記開口部内の第１の領域を打ち抜くことによって、前記第１の金属層のみで構成された前記ヒューズ部が形成され、
前記開口部外であって、前記第１の領域と接続する第２の領域を打ち抜くことによって、前記ヒューズ部に連結し、前記第１の金属層及び前記第２の金属層で構成された前記溶接部が形成される、ヒューズユニットの製造方法。
【請求項２】
前記工程（ｂ）において、前記開口部内に埋設された前記第１の金属層の厚さは、前記第２の金属層の厚さと、略同一である、請求項１に記載のヒューズユニットの製造方法。
【請求項３】
前記工程（ｂ）において、前記第１の金属層の厚さは、圧延前の厚さに対して、４０〜８０％の範囲にある、請求項１に記載のヒューズユニットの製造方法。
【請求項４】
前記開口部の面積は、１０〜４０ｍｍ２の範囲にある、請求項１に記載のヒューズユニットの製造方法。
【請求項５】
前記開口部は、複数個形成されており、
前記工程（ｃ）において、
前記各開口部内の第１の領域をそれぞれ打ち抜くことによって、前記第１の金属層のみで構成されたヒューズ部が複数個形成され、
前記各開口部外であって、前記第１の領域と接続する第２の領域をそれぞれ打ち抜くことによって、前記各ヒューズ部の一端にそれぞれ連結し、前記第１の金属層及び前記第２の金属層で構成された溶接部が複数個形成され、
前記各開口部外であって、前記第１の領域と接続する第３の領域を打ち抜くことによって、前記各ヒューズ部の他端に連結し、前記第１の金属層及び前記第２の金属層で構成されたリンク部が形成されている、請求項１に記載のヒューズユニットの製造方法。
【請求項６】
前記クラッド材は、前記第１の金属層の両面に、前記開口部を有する第２の金属層を積層した構成をなしており、
前記工程（ｃ）において、
前記各開口部内の第１の領域をそれぞれ打ち抜くことによって、前記第１の金属層のみで構成されたヒューズ部が複数個形成され、
前記各開口部外であって、前記第１の領域と接続する第２の領域をそれぞれ打ち抜くことによって、前記各ヒューズ部の一端にそれぞれ連結し、前記第１の金属層を前記第２の金属層で挟持して構成された溶接部が複数個形成され、
前記各開口部外であって、前記第１の領域と接続する第３の領域を打ち抜くことによって、前記各ヒューズ部の他端に連結し、前記第１の金属層を前記第２の金属層で挟持して構成されたリンク部が形成されている、請求項１に記載のヒューズユニットの製造方法。
【請求項７】
第１の金属層及び第２の金属層からなるクラッド材で構成されたヒューズユニットであって、
前記第１の金属層のみで構成されたヒューズ部と、
前記ヒューズ部に連結し、前記第１の金属層及び前記第２の金属層で構成された溶接部と
を有し、
前記ヒューズ部における前記第１の金属層の厚さは、前記溶接部における前記第１の金属層及び前記第２の金属層の積層厚みと、略同一である、ヒューズユニット。
【請求項８】
第１の金属層及び第２の金属層からなるクラッド材で構成されたヒューズユニットであって、
前記第１の金属層のみで構成された複数のヒューズ部と、
前記各ヒューズ部の一端にそれぞれ連結し、前記第１の金属層及び前記第２の金属層で構成された複数の溶接部と、
前記各ヒューズ部の他端に連結し、前記第１の金属層及び前記第２の金属層で構成されたリンク部と
を有し、
前記ヒューズ部における前記第１の金属層の厚さは、前記溶接部及び前記リンク部における前記第１の金属層及び前記第２の金属層の積層厚みと、略同一である、ヒューズユニット。
【請求項９】
前記第１の金属層は、前記第２の金属層よりも、融点が低く、かつ展延性が高い材料からなる、請求項７または８に記載のヒューズユニット。
【請求項１０】
前記第２の金属層の厚さは、前記第１の金属層の厚さの１／２以下である、請求項７または８に記載のヒューズユニット。
【請求項１１】
前記第１の金属層は、アルミニウムで構成され、前記ヒューズ部における第１の金属層の断面積は、０．３ｍｍ２以下である、請求項７または８に記載のヒューズユニット。
【請求項１２】
前記第１の金属層はアルミニウムで構成され、前記第２の金属層はニッケルで構成されている、請求項７または８に記載のヒューズユニット。
【請求項１３】
前記溶接部は、前記ヒューズユニットを、前記第１の金属層と異種の金属に抵抗溶接する際の溶接点となる、請求項７または８に記載のヒューズユニット。
【請求項１４】
複数の電池が配列されて構成された電池モジュールであって、
第１の金属層及び第２の金属層からなるクラッド材で構成されたヒューズユニットを備え、
前記ヒューズユニットは、
前記第１の金属層のみで構成された複数のヒューズ部と、
前記各ヒューズ部の一端にそれぞれ連結し、前記第１の金属層及び前記第２の金属層で構成された複数の溶接部と、
前記各ヒューズ部の他端に連結し、前記第１の金属層及び前記第２の金属層で構成されたリンク部と
を有し、
前記ヒューズ部における前記第１の金属層の厚さは、前記溶接部及び前記リンク部における前記第１の金属層及び前記第２の金属層の積層厚みと、略同一であり、
前記各溶接部は、前記各電池の電極部に抵抗溶接によって、それぞれ接続されているとともに、前記リンク部によって、前記各電池の電極部が並列接続されている、電池モジュール。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【公開番号】特開２０１３−３０３９３（Ｐ２０１３−３０３９３Ａ）
【公開日】平成２５年２月７日（２０１３．２．７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１６６４５４（Ｐ２０１１−１６６４５４）
【出願日】平成２３年７月２９日（２０１１．７．２９）
【出願人】（０００００５８２１）パナソニック株式会社 (73,050)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年２月７日（２０１３．２．７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年７月２９日（２０１１．７．２９）
【出願人】（０００００５８２１）パナソニック株式会社 (73,050)
【Ｆターム（参考）】
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