CN102656718B - 电池包 - Google Patents

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CN102656718B CN201180004331.7A CN201180004331A CN102656718B CN 102656718 B CN102656718 B CN 102656718B CN 201180004331 A CN201180004331 A CN 201180004331A CN 102656718 B CN102656718 B CN 102656718B
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Abstract

本发明涉及将电池模组(100)层叠而成的电池包(200)，电池模组(100)具有收纳有多个单电池(10)的壳(30)、和设置在壳(30)上并将从单电池(10)排出的气体排出到壳(30)外的排出口(33)。电池包(200)被固定在中空结构的框体以长方体状构架而成的框架(40)中，电池模组(100)的排出口(33)与设置在框架(40)上的吸气口(61)连结。从电池模组(100)的排出口(33)排出的气体经过框架(40)的中空部，从设置在框架(40)上的排气口(60)排出到外部。

Description

电池包
技术领域
本发明涉及将多个电池模组(battery module)层叠而成的电池包(battery pack)。
背景技术
将多个电池收纳到壳中使其能够输出规定的电压及容量的电池包作为各种设备、车辆等的电源被广泛使用。其中，开始采用如下技术：通过对将通用的电池并联/串联连接来输出规定的电压及容量的组电池模组化，并将该电池模组进行各种组合，从而能够应对各种各样的用途。该模组化技术由于通过将收纳于电池模组中的电池高性能化，从而谋求电池模组自身的小型和轻量化，所以具有组装电池包时的操作性提高、并且搭载到车辆等有限的空间中时的自由度提高等各种优点。此外，也期待作为与太阳光发电系统联动的蓄电系统的应用。
另一方面，随着收纳于电池模组中的电池的高性能化，除了电池自身的安全性确保以外，多个电池集合而成的电池模组中的安全性确保也变得重要。特别是当因电池内的内部短路等所致的发热而产生气体，安全阀工作而高温气体放出到电池外时，若周边的电池暴露在高温气体中，则有可能连正常的电池也受到影响，引起连锁式劣化。
针对这样的问题，专利文献1中记载了如下排气机构：将收纳于电池包中的各电池的气体放出部连接到排气管道上，使异常时从电池放出的高温气体在排气管道内流通，从而排出到电池包的外部。由此，通过排气管道来限制气体的排气路径，所以能够防止气体与氧接触而发生燃烧、同时使温度降低了的气体排出到外部。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2008-117765号公报
发明内容
发明所要解决的问题
输出规定的电压及容量的电池模组通过各种组合而构成电池包(蓄电单元)，从而能够适用于各种各样的用途。
另一方面，在电池模组中设置将来自电池的异常气体排出到外部的排气管道的情况下，当将多个电池模组组合来构成电池包时，若从排气管道排出的气体仍为高温状态，则有可能给暴露在高温气体中的周边的电池模组造成热的影响。
此外，在电池包中设置将各电池模组的排气管道连结而成的新的排气路径的情况下，需要根据电池模组的组合来构筑各种排出路径，组装工序变得繁杂，变得难以适合于模组化技术。
本发明鉴于上述问题而作出，其主要目的在于提供一种将多个电池模组层叠而成的电池包，其是能够以简单的构成来构筑排气路径的适合于模组化技术的安全性高的电池包。
用于解决问题的手段
为了解决上述问题，本发明采用如下构成：在将多个电池模组层叠而成的电池包中，将电池包固定到将中空结构的框体构架而成的框架中，将设置于电池模组中的气体排出口连结到设置于框架中的吸气口上，使从电池模组的排出口排出的气体经过框架的中空部，从设置于框架中的排气口排出到外部。
根据这样的构成，通过将从电池模组的排出口排出的气体的排气路径与固定电池包的中空结构的框架兼用，从而能够实现能以简单的构成来构筑排气路径、并且适合于模组化技术的安全性高的电池包。
这里，在通过框架构筑的排气路径中，通过调整吸气口及排气口的配置位置、或构成框架的框体的组合等，能够延长从吸气口至排气口的气体的排气路径。由此，即使从电池模组的排出口排出的气体为高温状态，也能够防止气体与氧接触而发生燃烧、同时使温度降低了的气体从排气口排出到外部。
本发明的电池包的特征在于，其是将多个电池模组层叠而成的电池包，电池模组具有收纳有多个单电池的壳、和设置于壳的一个侧面且将从单电 池排出的气体排出到上述壳外的排出口，
电池包被固定于将中空结构的框体构架而成的框架中，电池模组的排出口与设置于框架的一部分上的吸气口连结，从电池模组的排出口排出的气体经过框架的中空部，从设置于框架的一部分上的排气口排出到外部。
在某个优选的实施方式中，上述框架具有电池模组的层叠方向上的上框体和下框体、及连结上框体和下框体的纵框体，电池包进一步具有将多个电池模组的各排出口分别沿层叠方向连结的排气管道，排气管道的排出口与设置于框架的下框体或纵框体的下端部的吸气口连结，从电池模组的排出口排出的气体经过排气管道、框架的下框体及纵框体的中空部，从设置于上框体或纵框体的上端部的排气口排出到外部。
发明的效果
根据本发明，能够提供将多个电池模组层叠而成的电池包，其是能够以简单的构成来构筑排气路径的适合于模组化技术的安全性高的电池包。
附图说明
图1是示意性表示本发明的一个实施方式的电池模组中使用的电池的构成的剖视图。
图2是示意性表示本发明的一个实施方式的构成电池包的电池模组的构成的图，(a)为剖视图，(b)为立体图。
图3的(a)是示意性表示本发明的一个实施方式的将电池模组层叠而构成的电池包的构成的立体图，(b)是将(a)的箭头A所示的部分放大而得到的剖视图。
图4是示意性表示本发明的其它实施方式的电池包的构成的剖视图。
图5是示意性表示将本发明的其它实施方式的电池包固定的框架的构成的立体图。
图6是示意性表示本发明的其它实施方式的电池包的构成的立体图。
图7是示意性表示构成将本发明的其它实施方式的电池包固定的框体的平板的结构的纵向剖视图。
图8是表示本发明的其它实施方式的电池模组的排出口与框架的吸气口的连结方法的剖视图。
具体实施方式
以下，基于附图对本发明的实施方式进行详细说明。另外，本发明并不限定于以下的实施方式。此外，在不超出发挥本发明的效果的范围的范围内可以适当变更。进而，也可以与其它实施方式组合。
图1是示意性表示本发明的一个实施方式的电池模组中使用的电池10的构成的剖视图。另外，本发明的电池模组中使用的电池也可以是能以单体的形式作为笔记本型个人电脑等便携用电子设备的电源使用的电池(以下，将电池模组中使用的电池称为“单电池”)。这种情况下，由于能够使用高性能的通用电池作为电池模组的单电池，所以能够更容易地谋求电池模组的高性能化、低成本化。
本发明的电池模组中使用的单电池10例如可以采用如图1所示那样的圆筒形的锂离子二次电池。该锂离子二次电池形成通常的构成，具备当因内部短路等的发生而导致电池内的压力上升时将气体放出到电池外的安全机构。以下，边参照图1，边对单电池10的具体构成进行说明。
如图1所示那样，单电池10的电池壳7的开口部经由垫圈9被封口板8密封。正极板1与负极板2隔着隔膜3卷绕而构成的电极组4与非水电解质一起被收纳在电池壳7内。正极板1经由正极引线5与兼作正极端子的封口板8连接。此外，负极板2经由负极引线6与兼作负极端子的电池壳7的底部连接。另外，在封口板8上形成有释放部8a，当单电池10中产生异常气体时，异常气体从释放部8a向电池壳7外排出。
图2是示意性表示本发明的一个实施方式的构成电池包的电池模组100的构成的图，(a)是剖视图，(b)是立体图。
如图2(a)所示那样，本实施方式的电池模组100中，多个单电池10排列并收纳在壳30内。各单电池10被收纳在形成于支架20中的收纳部内。这里，优选支架20由具有导热性的材料构成，单电池10的外周面与收纳部21的内周面抵接而被收纳在收纳部21内。由此，能够使单电池10中产生的热快速地散热到支架20侧，所以能够有效地抑制单电池10的温度上升。
在多个单电池10的正极端子8侧配置有平板31，由此，在壳30与平板31之间划分出排气室32。在平板31上设置有可插入各单电池10的正极 端子8的贯穿孔31a，从单电池10的释放部8a排出的异常气体经由排气室32，如图2(b)所示那样从设置在壳30的一个侧面的排出口33排出到壳30的外面。另外，这样的排气机构并不限于图2(a)所示的结构，此外，也可以是没有排气室32的电池模组。
图3(a)是示意性表示将多个电池模组100层叠而构成的电池包200的构成的立体图，图3(b)是将由图3(a)的箭头A所示的部分放大而得到的剖视图。
本实施方式的电池包200被固定在中空结构的框体以长方体状构架而成的框架40中。另外，电池包200的固定方法没有特别限制，例如也可以在电池模组100的壳30上设置固定用的接头，并用螺栓等将其与设置在框架40上的连结部固定。
这里，各电池模组100的排出口33与设置在框架40的一部分上的吸气口连结。例如，最下段的电池模组100的排出口33是图3(a)的箭头A所示的框架40的地方，如图3(b)所示那样，与设置在框架40上的吸气口61连结。另外，排出口33与吸气口61的连结方法没有特别限制，例如也可以如图3(b)所示那样，将在电池模组100的壳30与框架40之间形成的间隙用环状的弹性构件(例如海绵或橡胶等)密闭，经由该密闭空间，将排出口33与吸气口61连结。
此外，如图3(a)所示那样，在框架40的一部分上设置有排气口60，由此，从电池模组100的排出口33排出的气体经过框架40的中空部，从排气口60排出到外部。
根据这样的构成，通过将从电池模组100的排出口33排出的气体的排气路径与固定电池包200的中空结构的框架40兼用，从而能够以简单的构成来构筑排气路径，由此，能够实现适合于模组化技术的安全性高的电池包200。
这里，框架40的吸气口61及排气口60的配置位置没有特别限制，例如优选如图3(a)所示那样，吸气口61和排气口60在长方体状的框架中配置在彼此位于对角线上的角附近。由此，能够延长从吸气口61至排气口60的气体的排气路径，所以即使从电池模组100的排出口33排出的气体为高温状态，也能够防止气体与氧接触而发生燃烧、同时使温度降低了的气体从排气口60排出到外部。
此外，本发明中的框架40的构成没有特别限制，例如优选横截面为矩形。由此，电池模组100的排出口33与框架40的吸气口61的连结变得容易。此外，框架40的材料优选导热性高的材料、特别是金属。由此，能够将流过框架40的中空部的气体的热传递到框架40，有效地散热到外部。此外，在框架40的排气路径中，若产生排气气体的压力损失，则有可能气体发生逆流。因此，优选将框架40的截面积设定为不产生气体的压力损失的程度的大小。例如，在锂离子电池的情况下，根据使用了筒状的排气管道的排气试验，框架40的截面积优选为400mm2以上。另外，若增大框架30的截面积，则当流过排气管道的气体为层流时，由于与排气管道的壁面接触的气体的比例相对减少，所以框架40中的热交换的效率降低。然而，若通过调整框架40的吸气口61及排气口60的配置位置，使得排气的气流与框架40的壁发生冲撞，从而将气流改变成紊流，则能够抑制框架40中的热交换效率的降低。
图4是示意性表示本发明的其它实施方式的电池包210的构成的剖视图。
如图4所示那样，本实施方式的框架40具有电池模组100的层叠方向上的上框体40a和下框体40b、及连结上框体40a和下框体40b的纵框体40c。并且，电池包210具有将多个电池模组100的各排出口33分别沿层叠方向连结的排气管道70。并且，排气管道70的排出口71与设置在框架40的纵框体40c的下端部的吸气口61连结。由此，从电池模组100的排出口33排出的气体经过排气管道70、框架40的纵框体40c的中空部，从设置在纵框体40c的上端部的排气口60排出到外部。
通过这样的构成，能够将从电池模组100的排出口33排出的气体经由排气管道70导出至设置在纵框体40c的下端部的吸气口61，由此进一步经由纵框体40c的中空部，从设置在纵框体40c的上端部的排气口60排出。由此，能够延长从电池模组100的排出口33至排气口60的气体的排气路径，所以即使从电池模组100的排出口33排出的气体为高温状态，也能够防止气体与氧接触而发生燃烧，并且将通过与框架40的热交换而温度降低了的气体从排气口60排出到外部。
另外，图4中，将吸气口61设置在框架40的纵框体40c的下端部，但也可以设置在下框体40b上。此外，将排气口60设置在框架40的纵框体40c的上端部，但也可以设置在上框体40a上。
此外，本实施方式中，排气管道70的构成没有特别限定。例如，排气管道70也可以具有与电池模组100的各排出口33对应的开口部(未图示)，将排出口33与开口部通过与图3(b)所示那样的连结方法连结。此外，例如，在图2(a)所示那样的构成的电池模组100的情况下，通过在电池模组100的层叠方向上彼此相对的壳侧面(图2(a)中，与纸面垂直的方向)设置与排气室32连通的排出口33及吸气口(未图示)，将各电池模组100的排出口33与位于其下段的电池模组100的吸气口例如通过中空的连结构件而连结，也能够构成排气管道70。这种情况下，位于最下段的电池模组100的排出口33与设置在框架40的纵框体40c的下端部(或下框体40b)上的吸气口61连结。此外，位于最上段的电池模组100的吸气口只要通过密闭构件等密闭以防排气气体由此逃逸到外部即可。
图5是示意性表示固定本发明的其它实施方式的电池包的框架40的构成的立体图。
如图5所示那样，本实施方式中的框架40除了具有电池模组100(未图示)的层叠方向上的上框体40a和下框体40b、及连结上框体40a和下框体40b的纵框体40c以外，进一步具有与电池模组100的层叠数(图5中为4个)对应的个数(图5中为3个)的中间框体40d1、40d2、40d3。
电池模组100的排出口33(未图示)分别与设置在与各电池模组100对应的中间框体40d1、40d2、40d3及下框体40b上的吸气口61a、61b、61c、61d连结。由此，从电池模组100的排出口33排出的气体经过框架40的中间框体40d1、40d2、40d3及纵框体40c的中空部，从设置在框架40的上框体40a上的排气口60排出到外部。
通过这样的构成，各电池模组100的排出口33能够分别连结在设置于与每个电池模组100对应的中间框体40d1、40d2、40d3的吸气口61a、61b、61c上，所以能够提高设置在电池模组100的壳30上的排出口33的配置自由度。
这里，也可以如图5所示那样，在框架40的中间框体40d1、40d2、40d3 中及纵框体40c的中空部的一部分中设置多个阻断从电池模组100的排出口33排出的气流的间壁62。
这里，间壁62按照使从电池模组100的排出口33排出的气体经由位于层叠方向下方的框架40的中间框体40d1、40d2、40d3或下框体40b的中空部，从设置在框架40的上框体40a上的排气口60排出到外部的方式配置。
例如，在图5所示那样的位置配置间壁62A～62E的情况下，排出到与最上段的电池模组100的排出口33连结的吸气口61a中的气体经由上框体40a、中间框体40d1、40d2的中空部而流入排气口60的路径被阻断。因此，排出到吸气口61a的气体沿着图5的箭头所示的路径，经由位于下段的中间框体40d3，从设置在上框体40a的排气口60排出到外部。由此，能够延长从最上段的电池模组100的排出口33至排气口60的气体的排气路径，所以即使从电池模组100的排出口33排出的气体为高温状态，也能够防止气体与氧接触而发生燃烧，同时使温度降低了的气体从排气口60排出到外部。
另外，本发明中，设置“间壁”的位置没有特别限定，可根据框架40的构成适当确定在下述位置：从电池模组100的排出口33排出的气体经由框体的中空部，从设置在框架40的一部分上的排气口60排出到外部的路径变长的位置。
图6是示意性表示本发明的其它实施方式的电池包220的构成的立体图。
如图6所示那样，本实施方式的电池包220在其被固定在将中空结构的平板以长方体状连结而成的筐体80中这一点上，与如图3所示那样的电池包200被固定在中空结构的框架40中的构成不同。这里，筐体80具有电池模组100的层叠方向上的上平板80a和下平板80b、及连结上平板80a和下平板80b的纵平板80c。
如图6所示那样，多个电池模组100A～100D被层叠而构成电池包220，各电池模组100A～100D的排出口33(未图示)被分别连结在设置于筐体80的一部分上的吸气口61A～61D上。并且，从各电池模组100A～100D的排出口排出的气体经过筐体80的中空部，从设置在筐体80的一部分上 的排气口60排出到外部。
通过这样的构成，通过将从各电池模组100A～100D的排出口33排出的气体的排气路径与固定电池包220的中空结构的筐体80兼用，从而能够以简单的构成构筑排气路径，由此，能够实现适合于模组化技术的安全性高的电池包220。
另外，图6中，将各电池模组100A～100D的排出口33分别连结到设置在筐体80的一部分上的吸气口61A～61D上，但也可以如图4所示那样，设置将各电池模组100A～100D的排出口33分别沿层叠方向连结而成的排气管道，并将该排气管道的排出口连结到设置在纵平板80c的下端部的吸气口61D上。
根据这样的构成，能够将从电池模组100A～100D的排出口33排出的气体经由排气管道70导出至设置在纵平板80c的下端部的吸气口61D，由此进一步经由纵平板80c的中空部，从设置在纵平板80c的上端部的排气口60排出。由此，能够延长从电池模组100A～100D的排出口33至排气口60的气体的排气路径，所以即使从电池模组100A～100D的排出口33排出的气体为高温状态，也能够防止气体与氧接触而发生燃烧，同时使温度降低了的气体从排气口60排出到外部。
另外，图6中，将吸气口61D设置在筐体80的纵平板80c的下端部，但也可以设置在下平板80b上。此外，将排气口60设置在筐体80的纵平板80c的上端部，但也可以设置在上平板80a上。
图7是表示构成固定本实施方式的电池包220的筐体80的平板80a、80b、80c的结构的纵向剖视图。
如图7所示那样，平板80a、80b、80c的内部被划分成限制气流的遮蔽部81和使气体流通的中空部82。这里，遮蔽部81按照使中空部82内的气流曲折行进的方式来划分中空部82。由此，由于能够延长流过平板80a、80b、80c的中空部82的气体的路径，所以即使从电池模组100A～100D的排出口33排出的气体为高温状态，也能够防止气体与氧接触而发生燃烧，同时使温度降低了的气体从排气口60排出到外部。
图8是表示本发明的其它实施方式的电池模组100的排出口33与设置在框架40上的吸气口61的连结方法的剖视图。
如图8所示那样，电池模组100的排出口33与设置在框架40上的吸气口61通过连结构件90而连结。这里，连结构件90通过在形成于中空的圆筒部的凸缘部上设置环状的弹性构件91，并将该连结构件90的圆筒部嵌入电池模组100的排出口33及框架40的吸气口61，从而能够将排出口33与吸气口61连结。
以上，通过优选的实施方式对本发明进行了说明，但这样的记述并非限定事项，当然可以进行各种改变。例如在上述实施方式中，框架40及筐体80设为长方体状，但只要可固定电池包，则也可以是任意形态。此外，中间框体40d1、40d2、40d3与各电池模组100对应设置，但中间框体的数目没有特别限定。此外，框架40也可以是中空结构的平板与其它的框体连结而构成，来代替以平面状构架的至少一组的框体。此外，将单电池10设为锂离子二次电池，但也可以是除此以外的二次电池(例如镍氢电池)。
产业上的可利用性
本发明对于汽车、电动自行车或电动玩具等的驱动用电源或者蓄电单元等是有用的。
符号说明
1    正极板
2    负极板
3    隔膜
4    电极组
5    正极引线
6    负极引线
7    电池壳
8    正极端子(封口板)
8a   释放部
9    垫圈
10   单电池
20   支架
21   收纳部
30 壳
31 平板
31a 贯穿孔
32 排气室
33 排出口
40 框架
40a 上框体
40b 下框体
40c 纵框体
40d 中间框体
60 排气口
61 吸气口
70 排气管道
71 排出口
80 筐体
80a 上平板
80b 下平板
80c 纵平板
81 遮蔽部
82 中空部
100 电池模组
200、210、220 电池包

Claims (9)

1.一种电池包，其是将多个电池模组层叠而成的电池包，
所述电池模组具有：
收纳有多个单电池的壳、
和设置在所述壳的一个侧面并将从所述单电池排出的气体排出到所述壳外的排出口，
所述电池包被固定在将中空结构的框体构架而成的框架中，
所述框架具有所述电池模组的层叠方向上的上框体和下框体、及连结该上框体和下框体的纵框体，
所述电池包进一步具有将所述多个电池模组的各排出口分别沿层叠方向连结的排气管道，
所述排气管道的排出口与设置在所述框架的下框体或纵框体的下端部的吸气口连结，
从所述电池模组的所述排出口排出的气体经过所述排气管道、所述框架的下框体或纵框体的中空部，从设置在所述框架的上框体或纵框体的上端部的排气口排出到外部。
2.根据权利要求1所述的电池包，其中，在所述框体的中空部的一部分中设置有阻断从所述排气管道的所述排出口排出的气流的间壁，
所述间壁被配置在下述位置：从所述排气管道的所述排出口排出的气体经由所述框体的中空部、从设置在所述框架的一部分上的排气口排出到外部的路径变长的位置。
3.一种电池包，其是将多个电池模组层叠而成的电池包，
所述电池模组具有：
收纳有多个单电池的壳、
和设置在所述壳的一个侧面并将从所述单电池排出的气体排出到所述壳外的排出口，
所述电池包被固定在将中空结构的框体构架而成的框架中，
所述框架具有所述电池模组的层叠方向上的上框体、下框体及中间框体、以及连结所述上框体、下框体及中间框体的纵框体，
所述电池模组的所述排出口分别连结在设置于与各电池模组对应的所述中间框体上的吸气口上，
从所述电池模组的所述排出口排出的气体经过所述框架的中间框体及纵框体的中空部，从设置在所述框架的上框体上的排气口排出到外部。
4.根据权利要求3所述的电池包，其中，在所述框架的中间框体及纵框体的中空部的一部分中设置有阻断从所述电池模组的所述排出口排出的气流的间壁，
所述间壁按照使从所述电池模组的所述排出口排出的气体经由位于层叠方向下方的所述框架的中间框体或下框体的中空部、从设置在所述框架的上框体的排气口排出到外部的方式配置。
5.根据权利要求1或3所述的电池包，其中，所述框体的中空部的截面积为500mm2以上。
6.根据权利要求1或3所述的电池包，其中，所述框架由金属构成。
7.根据权利要求1或3所述的电池包，其中，所述框架通过用中空结构的平板代替以平面状构架的至少一组的框体来与其它框体连结而构成。
8.根据权利要求1所述的电池包，其中，代替所述框架，所述电池包被固定在将中空结构的平板连结而成的筐体中，
从所述电池模组的所述排出口排出的气体经过所述平板的中空部，从设置在该筐体的一部分上的排气口排出到外部，
所述筐体具有所述电池模组的层叠方向上的上平板和下平板、及连结该上平板和下平板的纵平板，
所述电池包进一步具有将所述多个电池模组的各排出口分别沿层叠方向连结的排气管道，
所述排气管道的排出口与设置在所述下平板或所述纵平板的下端部的吸气口连结，
从所述电池模组的所述排出口排出的气体经过所述排气管道、所述筐体的下平板或纵平板的中空部，从设置在所述上平板或所述纵平板的上端部的排气口排出到外部。
9.根据权利要求1或8所述的电池包，其中，所述电池模组进一步具备与收纳所述多个单电池的电池室划分开的排气室，
形成于所述单电池上的气体的释放部与所述排气室连通，并且该排气室与设置在所述壳的一个侧面的所述排出口连通。
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