CN102484235A - 电池模块 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种电池模块，其具有第1单元电池、第2单元电池、第1排气室和第2排气室。第1单元电池被配置为使正极端子朝向第1方向侧。第2单元电池与第1单元电池串联连接，被配置为使负极端子朝向第1方向侧，并与第1单元电池邻接而配置。第1排气室被配置为与第1单元电池的正极端子相对置，排出从第1单元电池的正极端子喷出的气体。第2排气室被配置为与第2单元电池的正极端子相对置，排出从第2单元电池的正极端子产生的气体。第2单元电池的第1方向侧的端面和第1排气室的第1方向侧的外表面处于同一平面。与第1单元电池的第1方向侧相反方向的第2方向侧的端面和第2排气室的第2方向侧的外表面处于同一平面。
Description
技术领域
本发明涉及多个单元电池连接而成的电池模块，特别涉及具有将从单元电池的正极端子所排出的气体安全地排出到电池模块外部的排出构造、且能够以短距离串联连接多个单元电池的电池模块。
背景技术
将多个单元电池收纳在壳体中、从而能够输出规定的电压和容量的电池模块被广泛地用作各种设备、车辆等的电源。其中，并联连接和串联连接通用的单元电池、从而输出规定的电压和容量这样构成的电池模块被应用于各式各样的用途。被收纳在电池模块中的单元电池通过高性能化，正在向小型化、轻量化方向发展。因此，由于可以使电池模块本身小型、轻量化，所以组装电池组时的操作性得以提高，同时向车辆等有限的空间搭载时的自由度得到提升。
另一方面，随着收纳在电池模块中的单元电池的高性能化，除了确保单元电池本身的安全性以外，确保电池模块的安全性也很重要。特别地，在因由于内部短路等引起的发热而产生气体，安全阀工作而使高温气体被排出到单元电池外的情况下，往往周边的单元电池被暴露在高温气体中，甚至对正常的单元电池产生影响，从而引起连锁性的劣化。
对此，专利文献1中记载着一种电源装置，其通过隔断壁，将收纳有多个单元电池的壳体划分为收纳单元电池的电池室和排出从单元电池所排放的高温气体的排出室，且具有使单元电池的安全阀的开口部与排气室连通的排气构造。根据这样的构成，可以使从单元电池的安全阀排放的高温气体不会流入电池室而流入排气室，并从壳体的排出口排出到筐体外。由此，可以防止周边的单元电池被暴露在从异常单元电池排放出的高温气体中，从而可以降低给正常的单元电池带来的影响。
不过，专利文献1中记载的电源装置将多个单元电池配置成同一电极朝向同一方向，其排气室被配置在一个电极侧。因此，在将多个单元电池并联连接而成的电池单元进行串联连接的情况下，为连接邻接的电池单元的正极和负极而需要与电池的长度相应的连接引线，该引线作为电流流过的线路而成为阻抗。
另外，如果以正极和负极交替的方式排列多个的电池单元，并在单元电池的安全阀的开口部侧分别设立排气室，则在单元电池的两极侧具有排气室。由此，电池模块的体积增大，电池模块的每单位体积的电量减少。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2007-027011号公报
发明内容
本发明提供一种既可以尽量抑制由排气室引起的体积增加，又可以降低多个单元电池以尽量短的距离串联连接而流通电流的线路阻抗的电池模块。
本发明涉及一种电池模块，其具有第1单元电池、第2单元电池、第1排气室和第2排气室。第1单元电池被配置为使正极端子朝向第1方向侧。第2单元电池与第1单元电池串联连接，被配置为使负极端子朝向第1方向侧，并与第1单元电池邻接而配置。第1排气室被配置为与第1单元电池的正极端子相对置，排出从第1单元电池的正极端子喷出的气体。第2排气室被配置为与第2单元电池的正极端子相对置，排出从第2单元电池的正极端子产生的气体。第2单元电池的第1方向侧的端面和第1排气室的第1方向侧的外表面处于同一平面。与第1单元电池的第1方向侧相反方向的第2方向侧的端面和第2排气室的第2方向侧的外表面处于同一平面。
根据本构成，可以尽量抑制由排气室引起的体积增加，能够以尽量短的距离将并联连接有多个单元电池的电池单元串联连接。
附图说明
图1是示意表示本发明的实施方式的电池模块所使用的单元电池的构成的剖视图。
图2是示意表示本发明的实施方式的电池模块的构成的立体图。
图3是图2的3-3线的剖视图。
图4是本发明的实施方式的引线板的俯视图。
图5是本发明的实施方式的排气室的俯视图。
图6是图2的6-6线的剖视图。
具体实施方式
图1是示意表示本发明的实施方式的电池模块所使用的单元电池100的构成的剖视图。此外，本发明的电池模块所使用的单元电池作为笔记本型个人计算机等便携式电子设备的电源，可以是即便单体也可以使用的单元电池。在此情况下，由于可以使用高性能的通用电池作为电池模块的单元电池，因而可以更加容易地使电池模块高性能化，从而可以实现低成本化。
作为电池模块所使用的单元电池100，例如可以采用图1所示的圆筒形锂离子二次电池。该锂离子二次电池是通常的构成，在因内部短路等的发生而使电池内的压力上升时，具有将在电池内部积存的气体排放到电池外的安全构造。下面参照图1，说明单元电池100的具体的构成。
单元电池100具有电极组4。电极组4通过使隔膜3介于正极1和与正极1相对置的负极2之间并将其进行卷绕而形成。正极1例如与铝(Al)制的引线5相连接，负极2例如与铜制的引线6相连接。
电极组4以在上下配置有绝缘板9、10的状态而插入壳体7中。引线5的端部与过滤器12接合，引线6的端部与兼作负极端子的壳体7的底部接合。再者，传导锂离子的非水电解质(未图示)被注入壳体7中。即，非水电解质浸渍在电极组4中，介于正极1和负极2之间。
过滤器12与内帽盖13连接，内帽盖13的突起部与金属制的阀芯14接合。再者，阀芯14与兼作正极端子的端子板8连接。而且端子板8、阀芯14、内帽盖13和过滤器12成为一体，介入垫圈11而将壳体7的开口部进行封口。
如果在单元电池100中发生内部短路等，因气体积存在电池内而使单元电池100内的压力上升，则阀芯14朝向端子板8而膨胀，内帽盖13和阀芯14的接合脱开。由此，电流路径被截断。如果单元电池100内的压力进一步上升，则阀芯14断裂。由此，在单元电池100内产生的气体经由过滤器12的贯通孔12a、内帽盖13的贯通孔13a、阀芯14的裂缝、以及端子板8的开放部8a被排出到单元电池100的外部。
此外，将在单元电池100内产生的气体排出到外部的安全构造不限定于图1所示的构造，也可以是其它的构造。
正极1由集电体1A和含有正极活性物质的正极层1B构成。正极层1B例如含有LiCoO2、LiNiO2、Li2MnO4或它们的混合物或复合化合物等含锂复合氧化物作为正极活性物质。正极层1B进而含有导电剂和粘结剂。作为导电剂，例如可以使用天然石墨或人造石墨的石墨类，或者乙炔黑、科琴碳黑、槽法碳黑、炉法碳黑、灯黑、热裂碳黑等碳黑类。另外，作为粘结剂，例如可以使用聚偏氟乙烯、聚四氟乙烯、聚乙烯、聚丙烯、芳族聚酰胺树脂、聚酰胺、聚酰亚胺等。作为集电体1A，可以使用Al、碳、导电性树脂等。
非水电解质可以使用在有机溶剂中溶解了溶质的电解质溶液和利用高分子使这样的溶液非流动化的所谓聚合物电解质。作为非水电解质的溶质，可以使用LiPF6、LiBF4、LiClO4，、LiAlCl4、LiSbF6、LiSCN、LiCF3SO3、LiN(CF3CO2)、LiN(CF3SO2)2等。作为有机溶剂，例如可以使用碳酸亚乙酯、碳酸亚丙酯、碳酸亚丁酯、碳酸亚乙烯酯、碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸甲乙酯等。
负极2由集电体2A和含有负极活物质的负极层2B构成。集电体2A可以使用不锈钢、镍、铜、钛等金属箔，以及碳和导电性树脂的薄膜等。作为在负极层2B中含有的负极活性物质，可以使用石墨等碳素材料。或者可以使用如硅、锡或其氧化物等那样能够可逆地嵌入和脱嵌锂离子的理论容量密度超过833mAh/cm3的材料。如前所述，引线6与壳体7的内底面连接，因而壳体7的外底面作为负极端子发挥作用。
图2是示意表示本发明的实施方式的电池模块200的构成的立体图。电池模块200形成5个单元电池100(100A)在X方向排列而并联连接的电池单元300(300A)。而且含有电池单元300A的多个电池单元300A～300C朝Y方向并列配置。此时，在以正极端子朝向Z方向的方式配置的电池单元300A的旁边，配置着以负极端子朝向Z方向的方式配置的电池单元300B。即，以正极朝向Z方向的方式配置的电池单元300和以负极端子朝向Z方向的方式配置的电池单元300交替邻接而配置。
以电池单元300A～300C各自的单元电池100A～100C的正极端子相对置的方式，配置各自向X方向延伸的排气室120(120A～120C)。这时，在正极端子上设立的开放部8a也与排气室120相对置。此时，邻接的一方的电池单元例如电池单元300B的单元电池100B的Z方向侧的端面和与另一方的电池单元300A相对置的排气室120A的Z方向侧的外表面被配置为处于同一平面。即，排气室120被配置在单元电池100的负极附近的壳体7的侧面。
换句话说，单元电池100B的负极端子侧的端面相对于单元电池100A的正极端子侧的端面，在Z方向侧错开规定高度而配置。而且排气室120A以容纳在该规定高度的范围内的方式进行配置。
同样地，邻接的一方的电池单元300A的单元电池100A的相反Z方向侧的端面和与另一方的电池单元300B相对置的排气室120B的相反Z方向侧的外表面被配置为处于同一平面。
换句话说，单元电池100A的负极端子侧的端面相对于单元电池100B的正极端子侧的端面，在相反Z方向侧错开规定高度而配置。而且排气室120B以容纳在该规定高度的范围内的方式进行配置。
通过设定为这样的配置，在交替配置的电池各自的正极侧、即电池模块两端侧配置排气室的情况下，可以提高体积效率，从而形成为更小型的电池模块。
下面使用图3，就单元电池100和排气室120的连接方法以及电池模块200的并联连接结构进行说明。图3是图2的3-3线的剖视图。
在单元电池100的正极端子侧的端面的外周部接合有环体101。环体101用树脂材料形成。
引线板102被设置为覆盖环体101和单元电池100的正极端子侧。引线板102与环体101以气密的方式连接，而且与作为正极端子的端子板8的上表面电连接。同样地，并联的多个单元电池100分别与引线板102电连接，从而多个单元电池100被电并联连接。引线板102用Ni等形成。
中空的箱状的排气室120被配置在引线板102的上方。另外，排气室120和引线板102以气密的方式进行连接。排气室120用金属材料形成。
其次，在从单元电池100排出气体的情况下，使用图3、图4、图5，就向电池模块200外部排出气体的机理进行详细的说明。图4是本发明的实施方式的引线板102的俯视图。图5是本发明的实施方式的排气室120的平面图。
在引线板102的与单元电池100的正极端子相对置的位置，设置有图4所示的贯通孔1021。贯通孔1021例如由沿着正极端子的外周的多个孔形成。这时，在贯通孔1021的内侧部分，引线板102和正极端子进行电连接。
另外，引线板102由与单元电池100的正极端子连接的正极侧连接部1022和与单元电池100的负极端子连接的负极侧连接部1023构成。
另外，如图5所示，在排气室120的与引线板102的贯通孔1021相对置的位置，设置有贯通孔1201。
在这样的构成中，在因内部短路等原因而于单元电池100内部积存气体的情况下，气体从开放部8a向由单元电池100、环体101、引线板102所包围的空间排出。而且气体分别通过引线板102的贯通孔1021、排气室120的贯通孔1201，向排气室120内排出。最后，气体从排气室120的排气口1202向电池模块200的外部排出。
此外，排出口1202既可以就那样在电池模块200的外部开口，也可以构成为与另行设置的排气筒等连结。
下面使用图6，就邻接的电池单元300的单元电池100彼此之间的串联连接结构进行更详细的说明。图6是图2的6-6线的剖视图。
邻接的单元电池100例如单元电池100A和单元电池100B如以下那样进行串联连接。
引线板102的一端侧被配置在单元电池100A和排气室120A之间，与正极端子进行连接。另外，引线板102的另一端从单元电池100A和排气室120A之间延伸出来，被配置为与邻接的单元电池100B的负极端子相对置，并与负极端子相连接。引线板102以沿着单元电池100A的正极端子和单元电池100B的负极端子的方式被折弯加工。
同样，单元电池100B和单元电池100C通过引线板102串联连接。
这样，单元电池100A～100C被串联连接。此外，与单元电池100A的负极端子连接的引线板102的另一端侧例如被连接在负极侧取出极(未图示)上。同样，与单元电池100C的正极端子连接的引线板102的另一端侧被连接在正极侧取出极(未图示)上。
在如图6所示那样以与单元电池100B的负极端子相对置的方式而设立引线板102的情况下，以与单元电池100A的正极端子相对置的方式配置的排气室120A的Z方向侧的外表面和以与单元电池100B的负极端子相对置的方式配置的引线板102的Z方向侧的外表面处于同一平面。即，单元电池100B的Z方向侧的端面由引线板102的Z方向侧的外表面构成。
此外，引线板102未必需要图6所示的形状和连接方法，只要是能够连接邻接的单元电池100的正极和负极的构成即可。例如，也可以使壳体7的侧面从单元电池100的负极附近的壳体7的哈龙(halon)等绝缘性部件露出，并将引线板102和单元电池100的负极附近的壳体7电连接。在此情况下，引线板102未必成为与单元电池100的负极端子相对置的构成。
另外，在本实施方式中，就串联连接有3个由5个单元电池100并联连接而成的电池单元300的电池模块200进行了说明，但串联连接和并联连接的单元电池的个数并不局限于此。即便是将最小2个单元电池100串联连接的构成(1并联、2串联)，也可以得到本发明的效果。
根据这样的构成，由于使单元电池100的负极侧的面和排气室120的同一方向侧的外表面处于同一平面地进行配置，因而可以尽量抑制由排气室120引起的电池模块200的体积增加。另外，用尽量短的距离串联连接多个单元电池100，从而可以降低电流流经的线路的电阻。
产业上的可利用性
本发明的电池模块作为汽车、电动自行车或电动玩具等的驱动用电源是有用的。
符号说明：
1 正极
1A 集电体
1B 正极层
2 负极
2A 集电体
2B 负极层
3 隔膜
4 电极组
5 引线
6 引线
7 壳体
8 正极端子(端子板)
8a 开放部
9，10 绝缘板
11 垫圈
12 过滤器
12a 贯通孔
13 内帽
13a 贯通孔
14 阀芯
100，100A，100B，100C 单元电池
101 环体
102 引线板
120，120A，120B，120C 排气室
300，300A，300B，300C 电池单元
1021 贯通孔
1201 贯通孔
1202 排气口
Claims (8)
1.一种电池模块，其具有：
第1单元电池，被配置为使正极端子朝向第1方向侧；
第2单元电池，与所述第1单元电池串联连接，被配置为使负极端子朝向所述第1方向侧，并与所述第1单元电池邻接而配置；
第1排气室，被配置为与所述第1单元电池的所述正极端子相对置，排出从所述第1单元电池的所述正极端子喷出的气体；以及
第2排气室，被配置为与所述第2单元电池的正极端子相对置，排出从所述第2单元电池的所述正极端子产生的气体；其中，
所述第2单元电池的所述第1方向侧的端面和所述第1排气室的所述第1方向侧的外表面处于同一平面；
与所述第1单元电池的所述第1方向侧相反方向的第2方向侧的端面和所述第2排气室的所述第2方向侧的外表面处于同一平面。
2.根据权利要求1所述的电池模块，其中，
还具备将所述第1单元电池的所述正极端子和所述第2单元电池的负极端子电连接的引线板，
所述引线板的一端被配置为在所述第1单元电池的所述正极端子和所述排气室之间与所述正极端子相对置，
所述引线板的另一端被配置为与所述第2单元电池的所述负极端子相对置，
所述引线板的另一端的所述第1方向侧的外表面形成所述第2单元电池的所述负极侧的端面。
3.根据权利要求2所述的电池模块，其中，所述引线板以沿着所述第1单元电池的所述正极端子和所述第2单元电池的所述负极端子的方式被折弯加工。
4.根据权利要求2所述的电池模块，其中，
所述引线板在与所述正极端子相对置的位置具有贯通孔，
所述第1排气室在与所述引线板的所述贯通孔相对置的位置具有贯通孔，
从所述正极端子喷出的所述气体通过所述引线板的贯通孔、所述第1排气室的贯通孔，被排出到所述第1排气室。
5.根据权利要求4所述的电池模块，其中，
所述引线板的所述贯通孔是沿着所述正极端子的外周的多个孔，
所述正极端子在比所述引线板的所述多个孔更靠内侧的部分，与所述引线板电连接。
6.根据权利要求1所述的电池模块，其特征在于：
具备多个所述第1单元电池和多个所述第2单元电池，
所述多个所述第1单元电池被并联连接，
所述第1排气室沿着所述多个所述第1单元电池的并联方向而设置。
7.根据权利要求6所述的电池模块，其中，
还具备电连接多个所述第1单元电池的所述正极端子和多个所述第2单元电池的负极端子的引线板，
所述引线板的一端在多个所述第1单元电池的所述正极端子和所述排气室之间，以与所述正极端子相对置的方式进行配置，
所述引线板的另一端以与多个所述第2单元电池的所述负极端子相对置的方式进行配置，
所述引线板将多个所述第1单元电池并联连接，
所述引线板将多个所述第2单元电池并联连接，
所述引线板的另一端的所述第1方向侧的外表面形成所述第2单元电池的所述负极侧的端面。
8.一种电池模块，其具有：
第1单元电池，被配置为使正极朝向第1方向侧；
第2单元电池，与所述第1单元电池串联连接，被配置为使负极朝向所述第1方向侧，并与所述第1单元电池邻接而配置；
第1排气室，被配置为与所述第1单元电池的正极端子相对置，排出从所述第1单元电池的所述正极端子喷出的气体；以及
第2排气室，被配置为与所述第2单元电池的正极端子相对置，排出从所述第2单元电池的所述正极端子产生的气体；其中，
所述第2单元电池的所述负极侧的端面相对于所述第1单元电池的所述正极侧的端面，在所述第1方向侧错开规定高度而配置，所述第1排气室以容纳在所述规定高度的范围内的方式进行配置，
所述第2单元电池的正极侧的端面相对于所述第1单元电池的负极侧的端面，在所述第1的方向侧错开规定高度而配置，所述第2排气室以容纳在所述规定高度的范围内的方式进行配置。
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