CN102916142B - 蓄电池模块 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种蓄电池模块，所述蓄电池模块一体组装多个二次电池而构成，可以紧凑地组装而电池的温度分布不会变得不均匀，而且配线连接操作容易。一种蓄电池模块(M1~M8)，具有如下构成：使用具备收容电极组(1)并且具有长边和短边的俯视为矩形的电池罐(10)的二次电池(RB1~RB4)，将彼此的长边之间平行地分开预定间隔，并排设置两个二次电池，将该并排设置的二次电池在叠置方向上错开90°，将多个二次电池叠置为井字状。

Description

蓄电池模块
技术领域
本发明涉及连接多个二次电池并模块化的蓄电池模块。
背景技术
近年来，由于锂二次电池具有高能量密度且可小型轻量化，因此，可作为手机及笔记本电脑等便携式电子设备的电源用电池使用。另外，由于可以大容量化，因此，作为电动汽车(EV)、混合动力电动汽车(HEV)等的发动机驱动电源、电力存储用蓄电池也一直被关注。
上述锂二次电池的构成为，在构成电池罐的外壳内部收纳夹着隔板对置配置正极板和负极板而成的电极组，并且填充电解液，具备：与多个正极板的正极集流极耳连接的正极集流端子；与该正极集流端子电连接的正极外部端子；与多个负极板的负极集流极耳连接的负极集流端子；与该负极集流端子电连接的负极外部端子。
此外，正摸索连接多个这种锂二次电池来作为大型动力用电源，例如，已提出如下电池组，将由具备层叠型电极组的二次电池构成的单电池上下叠置而构成(例如，参照专利文献1)。
对于具备层叠型电极组的锂二次电池而言，其构成为，在外壳中收容隔着隔板层叠多层正极板和负极板的电极组，并且填充非水电解液，分别设有：与各正极板的正极集流极耳连接的正极集流端子；与该正极集流端子电连接的外部端子；以及与负极板的负极集流极耳连接的负极集流端子；与该负极集流端子电连接的外部端子。
连接多个这种构成的锂二次电池可以构建大容量的电池组(蓄电池模块)。另外，优选：为了连接多个二次电池，在将预定个数的二次电池一体连接的同时也事先一体装配保护电路而模块化，组合由该预定个数的二次电池构成的预定容量的基本模块，形成发挥预定的蓄电容量的蓄电池。
另外，在连接多个二次电池时，优选能够以二次电池的彼此相对位置无错位的方式牢固地固定，且连接的外部端子彼此的连通操作容易。因此，已提出如下电池组件，将多个电池单元一体组装，在不使用汇流线的情况下能够容易地连通邻接的电池单元之间的电极端子(例如，参照专利文献2)。
专利文献1：日本特开2003-288883号公报
专利文献2：日本特开2008-181765号公报
将多个二次电池电连接能够制作预定的电池容量的蓄电池模块，组合多个该蓄电池模块能够构建大容量的蓄电池。但是，在组装多个二次电池时，在将层叠型、俯视为矩形的二次电池仅叠置的构成中，发热的中央部分处于接触的状态，产生温度不均，成为电极劣化的主要原因，并不优选。
局部性的电极劣化，不仅引起电池的容量降低，而且成为电极剥离导致短路、或因电解液局部性地干涸而产生的枝状晶体(デンドライド)导致短路的主要原因，并不优选。另外，在蓄电池模块及电池组等最终的产品中，为了与外部设备电连接，优选靠近地配设蓄电池模块的正极端子和负极端子这两个端子。
因此，在连接多个层叠型的二次电池构建预定容量的蓄电池模块时，优选如下模块构成，能够以电池的温度分布不会变得不均匀的方式且紧凑地连接多个二次电池，此外配线连接操作容易。另外，优选为靠近地配设正负的输入输出用外部端子的构成。
发明内容
因此，本发明鉴于上述问题，其目的在于提供一种蓄电池模块，将多个二次电池一体组装而构成，可以紧凑地组装而并不会使电池的温度分布变得不均匀，并且配线连接操作容易。
为了实现上述目的，本发明提供一种蓄电池模块，连接多个具备隔着隔板层叠多层正极板和负极板而成的电极组的层叠型二次电池而一体化，其特征在于，设为如下构成：所述二次电池具备收容所述电极组且具有长边和短边的俯视为矩形的电池罐，在并排设置所述二次电池的方向上，将所述长边彼此平行地分开预定间隔，将所述二次电池在叠置方向上错开90°，将多个所述二次电池叠置为井字状。
根据该构成，分开预定距离地并排设置相邻的二次电池，叠置该二次电池时叠置为井字状来构建蓄电池模块，因此，容易发热的中央部未被密闭，热量并不会蓄积。因此，即使将多个二次电池一体组装，也能够以电池的温度分布不会变得不均匀的方式紧凑地组装。此外，由于能够将并排设置的二次电池的分开部作为配线部使用，因此，配线并不会露出到外部，不需要设置多余的配线路径，配线连接操作变容易。
此外，本发明的上述构成的蓄电池模块的特征在于，设为如下构成：在所述电池罐的所述短边侧的对置的两侧面分别设置正负的外部端子，使所述正负的外部端子彼此不同地并排设置左右一对所述二次电池，形成层单元，并将该层单元叠置为井字状。根据该构成，由于成为如下构成，即，在层单元的同一侧面，一个二次电池具有正电极用外部端子，另一个二次电池具有负电极用外部端子，因此，能够在同一侧面部彼此进行串联连接，也能够分别与其它的输入输出用连接端子连接。另外，将该层单元叠置为井字状，能够构建希望的大容量的大型蓄电池模块。
此外，本发明的上述构成的蓄电池模块的特征在于，在两层叠置所述层单元的同时，将第一层单元和第二层单元错开90°，从而将合计4个所述二次电池装配成井字状。根据该构成，通过将具备分开预定距离而并排设置的左右一对二次电池的层单元错开90°叠置，由此能够容易叠置成在中央部形成开放空间部的井字状。
此外，本发明的上述构成的蓄电池模块的特征在于，将所述第一层单元和所述第二层单元的二次电池装配成井字状而构成基本模块，组合多个该基本模块而形成大容量的模块构成。根据该构成，能够容易地构建第一层单元和第二层单元合计4个二次电池的整数倍的容量的蓄电池模块。另外，也能够在电池罐的侧部进行组合连接的基本模块间的电连接操作，能够容易地进行配线连接操作。
此外，本发明的上述构成的蓄电池模块的特征在于，将所述基本模块上下叠置而一体化。根据该构成，能够通过叠置任意层数的基本模块来得到希望的大容量的蓄电池模块。
此外，本发明的上述构成的蓄电池模块的特征在于，上下的所述基本模块错开180°叠置。根据该构成，由于错开180°叠置，因此，能够使下侧层单元的正负的外部端子和上侧层单元的负正的外部端子接近地配置，可容易地串联连接上下的基本模块。
此外，本发明的上述构成的蓄电池模块的特征在于，将所述基本模块水平地并排设置而一体化。根据该构成，使该蓄电池模块形成水平状态，能够得到高度低的希望的大容量的蓄电池模块。另外，当立起该蓄电池模块时，能够得到宽度窄的希望的大容量的蓄电池模块。
此外，本发明的上述构成的蓄电池模块的特征在于，每个所述基本模块具备一体的保护电路。根据该构成，无论将基本模块横向连接还是纵向连接，只要将各保护电路电连接，就可以容易地连接多个基本模块，因此，无论横方向还是纵方向，均可容易地连接，可任意选择基本模块的组合形状。
发明效果
根据本发明，分开预定距离地并排设置相邻的二次电池，并在叠置该二次电池时叠置为井字状，构建蓄电池模块，因此，容易发热的中央部并未重叠、未被密闭，热量不会蓄积。因此，在一体组装多个二次电池时，可紧凑地组装而电池的温度分布不会变得不均匀。此外，能够将并排设置的二次电池的分开部作为配线部使用，因此，配线不会露出到外部，不需要设置多余的配线路径。即，能够以电池的温度分布不会变得不均匀的方式紧凑地组装多个二次电池，能够得到配线连接操作容易的蓄电池模块。
附图说明
图1是表示本发明的蓄电池模块的第一实施方式的示意立体图。
图2是表示蓄电池模块的第二实施方式的示意立体图。
图3A是表示上下叠置基本模块的蓄电池模块的其它实施方式的示意立体图。
图3B是表示在水平方向上并排设置基本模块的蓄电池模块的其它实施方式的示意立体图。
图4A是表示蓄电池模块的第三实施方式的示意主视图。
图4B是表示蓄电池模块的第四实施方式的示意主视图。
图5是表示蓄电池模块的第五实施方式的示意主视图。
图6是表示现有的蓄电池模块的配线例的示意立体图。
图7是二次电池的分解立体图。
图8是具备二次电池的电极组的分解立体图。
图9是表示二次电池成品的立体图。
图10是电极组的示意剖面图。
标号说明
1     电极组
2     正极板
3     负极板
4     隔板
10    电池罐
11    外壳
11f   外部端子
12    盖构件
E     分开部
Da    正极线
Db    负极线
RB、RB 1~RB4  二次电池
M1~M8 蓄电池模块(实施例)
M9    蓄电池模块(比较例)
T1    第一层单元(层单元)
T2    第二层单元(层单元)
具体实施方式
下面，参照附图对本发明的实施方式进行说明。另外，对相同构成构件使用相同的符号，并适当省略详细说明。
使用图1、图2对本实施方式的蓄电池模块M1进行说明。图1是表示第一实施方式的蓄电池模块M1的整体构成的示意立体图，图2是表示第二实施方式的蓄电池模块M2的整体构成的示意立体图。该蓄电池模块M1、M2以连接多个层叠型的二次电池(单电池)而发挥大容量的电池容量的方式构成，例如，图1所示的蓄电池模块M1组合四个二次电池RB 1、RB2、RB3、RB4而一体化。
另外，图2所示的蓄电池模块M2是两层叠置图1所示的蓄电池模块M1的构成，是通过将下侧的蓄电池模块M1a与上侧的蓄电池模块M1b串联地电连接、而将8个二次电池8串一体化而形成的蓄电池模块。
如后所述，二次电池RB 1、RB2、RB3、RB4分别具备电极组和收容该电极组的电池罐。电池罐具有收容电极组的外壳和封闭外壳的开口部的盖构件。另外，该外壳和盖构件通过焊接、粘接、折边等进行密封。
本实施方式中所使用的二次电池由例如层叠型的锂二次电池构成。对于该锂二次电池而言，在电池罐内收容隔着隔板层叠多层正极板和负极板而成的层叠型电极组1，并填充有电解液。另外，通过增大极板的面积、增加层叠数，成为容量比较大的二次电池，也可以适用于电动汽车用蓄电池及电力存储用蓄电池等。
接着，使用图7~图10对层叠型的锂二次电池RB和电极组1的具体的构成进行说明。
如图7所示，层叠型的锂二次电池RB形成俯视为矩形的形状(也包含角部具有圆形的形状)，并且具备将各自为矩形的正极板、负极板和隔板层叠而成的电极组1。另外，层叠型的锂二次电池RB的构成为，收容在由具备底部11a和侧部11b~11e并形成箱形的外壳11和盖构件12构成的电池罐10中，从设于外壳11的侧面(例如，侧部11b、11c的对置的两侧面)的外部端子11f进行充放电。
电极组1为隔着隔板层叠多层正极板和负极板而成的构成，如图8所示，正极板2和负极板3隔着隔板4层叠，对于正极板2，其在正极集流体2b(例如，铝箔)的两表面形成有含有正极活性物质的正极活性物质层2a，对于负极板3，其在负极集流体3b(例如，铜箔)的两表面形成有含有负极活性物质的负极活性物质层3a。
利用隔板4实现正极板2和负极板3的绝缘，但锂离子可以经由填充于外壳11的电解液在正极板2和负极板3之间移动。
在此，作为正极板2的正极活性物质，可列举含有锂的氧化物(LiFePO4、LiCoO2、LiNiO2、LiFeO2、LiMnO2、LiMn2O4等)及将该氧化物的过渡金属的一部分用其它金属元素置换的化合物等。特别是，在通常的使用中，如果将正极板2拥有的锂的80％以上可利用于电池反应的化合物作为正极活性物质使用，则能够提高对过充电等事故的安全性。
另外，作为负极板3的负极活性物质，使用含有锂的物质或锂可嵌入/脱嵌的物质。特别是，为了具有高能量密度，优选使用锂的嵌入/脱嵌电位与金属锂的析出/溶解电位接近的物质。其典型例为粒状(鳞片状、块状、纤维状、须晶状、球状及粉碎粒子状等)的天然石墨或人造石墨。
另外，在正极板2的正极活性物质的基础上，或者在负极板3的负极活性物质的基础上，还可以含有导电材料、增稠材料及粘结材料等。导电材料只要是不对正极板2和负极板3的电池性能带来不良影响的电子传导性材料就没有特别限定，例如，可以使用炭黑、乙炔黑、科琴黑、石墨(天然石墨、人造石墨)、碳纤维等碳质材料或导电性金属氧化物等。
作为增稠材料，可以使用例如：聚乙二醇类、纤维素类、聚丙烯酰胺类、聚N-乙烯基酰胺类、聚N-乙烯基吡咯烷酮类等。粘结材料起到连接活性物质粒子及导电材料粒子的作用，可以使用聚偏氟乙烯、聚乙烯吡啶、聚四氟乙烯等氟系聚合物、或聚乙烯、聚丙烯等聚烯烃类聚合物、或丁苯橡胶等。
另外，作为隔板4，优选使用微多孔性的高分子膜。具体而言，可以使用由尼龙、醋酸纤维素、硝化纤维素、聚砜、聚丙烯腈、聚偏氟乙烯、聚丙烯、聚乙烯、聚丁烯等聚烯烃高分子构成的膜。
另外，作为电解液，优选使用有机电解液。具体而言，作为有机电解液的有机溶剂，可以使用碳酸亚乙酯、碳酸亚丙酯、碳酸亚丁酯、碳酸二乙酯、碳酸二甲酯、碳酸甲乙酯、γ―丁内酯等酯类，四氢呋喃、2-甲基四氢呋喃、二、二氧戊环、乙醚、二甲氧基乙烷、二乙氧基乙烷、甲氧基乙氧基乙烷等醚类，还可以使用二甲基亚砜、环丁砜、甲基环丁砜、乙腈、甲酸甲酯、醋酸甲酯等。需要说明的是，这些有机溶剂可以单独使用，也可以混合使用两种以上。
另外，在有机溶剂中也可以含有电解质盐。作为该电解质盐，可列举过氯酸锂(LiClO4)、四氟硼酸锂、六氟磷酸锂、三氟甲基磺酸锂(LiCF3SO3)、氟化锂、氯化锂、溴化锂、碘化锂及四氯化铝锂等锂盐。需要说明的是，这些电解质盐可以单独使用，也可以混合使用两种以上。
电解质盐的浓度没有特别限定，但优选为约0.5mol/L~约2.5mol/L，更优选为约1.0mol/L~2.2mol/L。另外，在电解质盐的浓度不足约0.5mol/L的情况下，载流子浓度在电解液中变低，电解液的电阻可能变高。另一方面，在电解质盐的浓度超过约2.5mol/L的情况下，盐本身的解离度变低，电解液中的载流子浓度可能不会上升。
电池罐10具备外壳11和盖构件12，由铁、镀镍的铁、不锈钢、及铝等构成。另外，在本实施方式中，如图9所示，电池罐10以在组合外壳11和盖构件12时外形形状实际上成为扁平方形形状的方式形成。
外壳11形成箱形，其具有：底部11a，具有大致长方形的底面；侧部11b~11e，其为从该底部11a竖立设置的4个面，在该箱形状内部收容电极组1。电极组1具备与正极板的集流极耳连接的正极集流端子和与负极板的集流极耳连接的负极集流端子，在外壳11的侧部分别设有与这些集流极耳电连接的外部端子11f。外部端子11f设于例如对置的两侧部11b、11c的两部位。另外，10a为注液口，从此处注入电解液。
将电极组1收容到外壳11中，将各集流端子与外部端子连接后，或者，将各外部端子与电极组1的集流端子连接后收容到外壳11中，将外部端子固定到外壳的预定部位后，将盖构件12固定到外壳11的开口边缘。于是，在外壳11的底部11a和盖构件12之间夹持电极组1，在电池罐10的内部保持电极组1。另外，盖构件12相对于外壳11的固定，例如通过激光焊接等进行。另外，集流端子与外部端子的连接，除了超声波焊接、激光焊接、电阻焊接等焊接以外，也可以使用导电性胶粘剂等进行。另外，也可以是这些连接方法以外的方法，例如，也可以设为将外壳11和盖构件12的边缘彼此折边封闭的构成。
如上所述，本实施方式的层叠型的二次电池的构成为，具备：隔着隔板4层叠多层正极板2和负极板3而成的电极组1、收容该电极组1并填充电解液的外壳11、设于外壳11上的外部端子11f、电连接正负极板和外部端子11f的正负的集流端子和安装在外壳11上的盖构件12。
例如图10所示，收容于外壳11的电极组1，隔着隔板4层叠在正极集流体2b的两表面形成有正极活性物质层2a的正极板2，和在负极集流体3b的两表面形成有负极活性物质层3a的负极板3，进而在两端面配设有隔板4。另外，代替两端面的隔板4，也可以设为卷绕与该隔板4相同材质的树脂膜来用具有绝缘性的树脂膜被覆电极组1的构成。总之，层叠电极组1的上表面成为层叠有具有电解液浸透性及绝缘性的构件的构成。因此，可以使盖构件12与该表面直接抵接，也可以通过盖构件12以预定的压力压制。
另外，为了直接叠置这种二次电池，优选电池罐10彼此相互绝缘，例如，将电池罐10的表面进行绝缘涂装。这是因为，电池罐表面具有负极和正极的中间电位，因此，串联连接容量特别大的(例如50Ah以上)单电池的电池罐表面彼此接触时，在电池罐表面之间发生短路。
另外，在叠置电池罐10时，例如，介装(介装)绝缘板并顺次叠置时，将上下电池罐彼此可靠地绝缘，可靠地防止叠置的电池罐彼此的短路，正常发挥预定的电池能力。这样，如果电池罐彼此是相互绝缘的构成，则即使在构成电池罐10的外壳11及盖构件12的任意一个的表面的绝缘性不充分的情况下，也能够可靠地防止叠置的电池罐10之间的短路。另外，介装绝缘板时，该板成为缓冲材料，各二次电池能够以不错位的方式紧密地固定。
如上述，本实施方式中所使用的二次电池具备收容电极组并具有长边和短边的俯视为矩形的电池罐10。另外，图1所示的第一实施方式的蓄电池模块M1如下，在并排设置二次电池的方向上使长边彼此平行地分开预定间隔，并在叠置二次电池的方向上错开90°，将多个二次电池叠置为井字状连接而一体化。
另外，正负的外部端子分别设于电池罐10的短边侧的对置的两侧面，层单元如下形成，使正负的外部端子交错地并排设置左右一对二次电池。另外，将该层单元叠置为井字状，构建蓄电池模块M1。如果是该构成，则在层单元的相同侧面成为如下构成，即，一个二次电池具有正电极用外部端子，另一个二次电池具有负电极用外部端子，因此，能够在相同侧面部彼此串联地连接，也能够进行分别与其它的输入输出用连接端子连接的配线连接操作。另外，将该层单元叠置为井字状，能够构建希望的大容量的大型蓄电池模块。
例如，如下构成蓄电池模块M1：上下两层叠置将二次电池RB 1和RB2分开预定间隔地配设的第一层单元T1、和将二次电池RB3和RB4分开预定间隔地配设的第二层单元T2，并且将第一层单元T1和第二层单元T2错开90°，从而将合计4个二次电池RB1~RB4装配成井字状。
另外，一体设有用于控制该4个二次电池RB1~RB4的保护电路。保护电路具有控制电极组1的充放电等动作的功能、及防止过电流流到IC元件等控制元件功能，例如，设置在组合为井字状的上层的预定距离分开部分。由此，如果是将4个二次电池一体组装并一体设置保护电路的构成，则将该蓄电池模块M1作为基本模块组合，可以构建希望的大容量蓄电池。
例如，图2所示的第二实施方式的蓄电池模块M2的构成为，上下两层叠置作为各基本模块的蓄电池模块M1a和M1b(下面，称为基本模块M1a、M1b…)，即，串联地电连接合计8个二次电池的8串构成。另外，使用基本模块M1a的二次电池RB1a的外部端子11fa、及基本模块M1b的二次电池RB4b的外部端子11fb，进行基本模块M1a和M1b的充放电，用虚线表示此时的电流线D2。
由该电流线D2的流动表明，基本模块M1a和基本模块M1b的电流线D2的流动方向成为附图上的左右及前后对称。即，基本模块M1a和M1b在错开180°(旋转)的方向上叠置，可容易地串联连接组合成井字状的8个二次电池。
另外，也可以是上下叠置为两层以上的构成，也可以是非上下而是在水平方向上并排设置多个的构成。例如，如图3A所示，可以是将一体组装有4个二次电池的基本模块M1组装为四层(M1a＋M1b＋M1c＋M1d)，合计具有16个二次电池的蓄电池模块M3，也可以是如图3B的粗的虚线表示的、一体组装有4个二次电池的基本模块M1在水平方向上并排设置两组的合计具有8个二次电池的蓄电池模块M4(M1a＋M1b)，也可以是虚拟线表示的在水平方向上并排设置四组的合计具有16个二次电池的蓄电池模块M5(M1a＋M1b＋M1c＋M1d)。
任意一种构成均分开预定距离且并排设置左右一对二次电池，构成层单元，将该层单元叠置为井字状，构建基本模块及蓄电池模块，因此，容易发热的中央部并未重叠、也未被密闭，热量不会蓄积。因此，即使是一体组装多个二次电池的构成，也可以紧凑地进行组装而电池的温度分布不会变得不均匀。另外，能够将并排设置的二次电池的分开部作为保护电路设置部或配线部使用，因此，配线不会露出到外部，不需要设置多余的配线路径，配线连接操作变得容易。
这样，如果是将多个二次电池装配为井字状构成的基本模块，则在中央部形成开放空间部(分开部E：参照图2)，热量也不会蓄积于容易发热的中央部，能够使电池的温度分布大致均匀。另外，也可以在该分开部E流过冷却用的空气进行空气冷却。
另外，为了与外部电连接，各蓄电池模块具备正极端子和负极端子。另外，各二次电池的预定的外部端子11f成为这些正极端子及负极端子。例如，在图4A所示的第三实施方式的蓄电池模块M6的情况下，为在水平方向上并排设置基本模块M1a和M1b的构成，并以如下方式连接，即，基本模块M1a的第一层的二次电池RB1a的外部端子11fa成为正极端子，基本模块M1b的第一层的二次电池RB2b的外部端子11fb成为负极端子。
即，蓄电池模块M6的构成为，在一体构成的该模块的相同侧面的大致相同高度上设置对正极线Da和负极线Db进行配线的正极端子和负极端子，可以容易地进行与外部设备的电连接。
另外，即使是相同侧面，也可以在第一层和第二层上以赋予高低差的方式设置正极端子和负极端子，例如，图4B所示的第四实施方式的蓄电池模块M7那样，以如下方式连接，即，基本模块M1a的第二层的二次电池RB3a的外部端子11fa成为正极端子，基本模块M1b的二次电池RB2b第一层的外部端子11fb成为负极端子。
该构成的蓄电池模块M7的构成为，在该一体构成的模块的相同侧面方向，以赋予高低差的方式设置对正极线Da和负极线Db进行配线的正极端子和负极端子，可以容易进行与具有上下错位的配线部的外部设备的电连接。
图5所示的第五实施方式的蓄电池模块M8是使图4A所示的蓄电池模块M6形成立式的第三实施方式的变形例，将一体组装四个二次电池的基本模块M1a竖立放置，并在其上竖立放置第二基本模块M1b而组装成实现薄型化的蓄电池模块。
由于该蓄电池模块M8形成薄型化，因此，成为可以在狭窄的设置空间配置的尺寸。另外，将正极线Da与基本模块M1a的二次电池RB1a的外部端子11fa连接，将负极线Db与基本模块M1b的二次电池RB2b的外部端子11fb连接，从而可以容易地进行与外部设备的电连接。
由于上述说明的蓄电池模块M1~M8的构成为，分开预定距离地并排设置左右一对二次电池构成层单元，并将该层单元叠置为井字状，因此，容易发热的中央部未重叠、且未被密闭，热量不会蓄积。因此，即使是一体组装多个二次电池的构成，也可以紧凑地组装而电池的温度分布不会变得不均匀。另外，能够将并排设置的二次电池的分开部E作为配线部使用，因此，配线不会露出到外部，不需要设置多余的配线路径。即，能够得到可以将多个二次电池以电池的温度分布不会变得不均匀的方式紧凑地连接且配线连接操作容易的蓄电池模块。
使用图6对不设置该分开部E、只叠置多个二次电池的构成的比较例的蓄电池模块进行说明。图6所示的比较例的蓄电池模块M9是上下叠置二次电池RB1~RB4并一体组装的构成。在该构成中，二次电池的中央部重叠且未开放，热量蓄积。另外，连接正极线Da及负极线Db和连接各外部端子的配线可串联为叠置的上下的配线，但为了检测控制各二次电池的动作状况，需要将与各外部端子连接的电压检测线VA延伸到二次电池的外部。
因此，只叠置多个二次电池的比较例的蓄电池模块M9的电池的温度分布可能不均匀，电压检测线VA的配线露出在外部，外观上不好看，难以整齐紧凑地配线。
本发明的蓄电池模块M1~M8将多个二次电池组装成井字状，因此，容易变得高温的中央部不会叠置，而成为开放的构成，温度分布大致均匀。另外，由于可以在每个模块上设置正负的外部端子而一体化，因此，配线连接操作变得容易。另外，也可以将组装成井字状的中央分开部作为配线部使用，可以整齐紧凑地进行电压检测线的配线。
接着，对实际制作的锂二次电池及蓄电池模块进行说明。
(实施例)
[正极板的制作]
将作为正极活性物质的LiFePO4(88重量％)、作为导电材料的炭黑(5重量％)、作为粘合剂(粘结材料)的丁苯橡胶(6重量％)、作为增稠材料的羧甲基纤维素(1重量％)混合，适当添加作为溶剂的N-甲基-2-吡咯烷酮，制备浆料，将该浆料均匀地涂布在作为正极集流体的铝箔(厚度20μm)的两个表面上，使之干燥后，用辊式压制机压缩，按照预定的尺寸进行切割，制作板状的正极板2。
另外，所制作的正极板的尺寸为150mm×340mm，厚度为400μm，使用50张该正极板2。
[负极板的制作]
将作为负极活性物质的天然石墨(98重量％)、作为粘合剂(粘结材料)的丁苯橡胶(1重量％)、作为增稠材料的羧甲基纤维素(1重量％)混合，适当添加作为溶剂的N-甲基-2-吡咯烷酮，并使各材料分散，制备浆料。将该浆料均匀地涂布在作为负极集流体的铜箔(厚度16μm)的两个表面上，使之干燥后，用辊式压制机压缩，按照预定的尺寸进行切割，制作板状的负极板3。
另外，所制作的负极板的尺寸为154mm×344mm，厚度为350μm，使用51张该负极板3。
另外，作为隔板，制作102张尺寸160mm×350mm、厚度20μm的聚乙烯膜。
[非水电解液的制作]
在按照30:70的容积比混合碳酸亚乙酯(EC)和碳酸二乙酯(DEC)而成的混合液(溶剂)中，溶解1.2mol/L的LiPF6，制备非水电解液。
[电池罐的制作]
作为构成电池罐的外壳及盖构件的材料，使用镀镍的厚度0.8mm的铁板分别制作。另外，以外壳的长度方向(长边)×宽度方向(短边)×深度分别为内部尺寸的方式，形成380mm×170mm×40mm的电池罐尺寸。另外，如果盖构件是与电极组的上表面密合的构成，则可以是平板状，也可以是嵌入罐内部的碟形。在本实施方式中，正极板20mm(50张×400μm)＋负极板17.85mm(51张×350μm)＋隔板2.04mm(102张×20μm)约为40mm，因此，使用平板状的盖构件。
[二次电池的组装]
将正极板和负极板夹着隔板交替层叠。此时，以负极板相对于正极板位于外侧、且隔板成为最外层的方式，构建层叠了50张正极板、51张负极板、102张隔板的构成的电极组(层叠体)。
介于正负极板之间的隔板的大小如上所述，尺寸为160mm×350mm，是比正极板(150mm×340mm)、负极板(154mm×344mm)稍大的尺寸。由此，能够可靠地覆盖在正极板和负极板上形成的活性物质层。另外，在正极的集流体露出部和负极的集流体露出部连接有集流构件(集流端子)的连接片。
[蓄电池模块的组装]
所使用的二次电池是具有长边和短边的俯视为矩形的二次电池，如上所述，收容有电极组的电池罐部的长边为380mm、短边为170mm。另外，将左右一对二次电池的长边彼此平行地分开预定间隔30mm，以交错地设置正负的外部端子的方式进行配设，构成层单元，并将该层单元叠置成上下两层井字状，设置保护电路，将4个二次电池电连接，构成蓄电池模块(基本模块：相当于图1所示的蓄电池模块M1)。
另外，如果一层两个二次电池间的分开距离为30mm，则在组装有合计4个二次电池的中央部分形成30mm见方的空隙部。另外，在组装成两层的上层的中央部形成宽度30mm的空隙部，因此，在该空隙部安装保护电路等电装部件并作为配线用路径利用。
[实施例1]
作为实施例1，将上述的基本模块以上下两层且错开180°的方式叠置，构成合计8个二次电池串联连接的蓄电池模块(相当于图2所示的蓄电池模块M2)。另外，使用夹持叠置的预定部位的上下的固定构件固定为一体，各电池单元温度的测定可容易地进行。
对该蓄电池模块以30A进行5小时的恒电流恒电压充电至28V，停顿10分钟，然后，进行30A的恒电流放电至2.5V，进行模块容量的初始设定。接着，以100A进行2小时的恒电流恒电压充电至28V，停顿10分钟，再以150A进行恒电流放电至20V，停顿10分钟，将上述操作作为一个循环反复进行，从而进行循环评价。此时，并行测定电池单元温度，从最高温度中减去最低温度而进行评价。在各电池上表面的中央部分设置热电偶，总是每隔60秒进行该测定。另外，用500个循环后的保持容量除以首次的保持容量，并将其作为循环保持率。
[实施例2]
实施例2的蓄电池模块相当于上述的图4A所示的蓄电池模块M6，是将基本模块M1a和M1b在水平方向并排设置的构成，是正极端子和负极端子都配设于第一层的例子。
[实施例3]
实施例3的蓄电池模块相当于上述的图4B所示的蓄电池模块M7，是将基本模块M1a和M1b在水平方向并排设置的构成，是正极端子和负极端子分别配设于第一层和第两层的例子。
[实施例4]
实施例4的蓄电池模块是将上述的蓄电池模块M6竖立放置且正极端子和负极端子朝上配设的薄型蓄电池模块的例子。
[实施例5]
实施例5的蓄电池模块是与上述的蓄电池模块M2相同构成的串联连接有合计8个二次电池的蓄电池模块，但形成为所使用的二次电池在一侧部设置正负的外部端子的构成。即，是制作在电池罐的相同侧设置有正极端子(正电极用外部端子)和负极端子(负电极用外部端子)的电池单元(二次电池)、并将4串模块设置成两层的8串的蓄电池模块的例子。
在实施例2~5的蓄电池模块中，均使用夹持叠置的预定部位的上下的固定构件而固定为一体，进行上述的模块容量的初始设定和循环评价，进行电池单元温度测定，并算出循环保持率。
[比较例1]
作为比较例1，制作将图6所示的只叠置多个二次电池而成的蓄电池模块M9并排设置两列而串联连接的8串的蓄电池模块。在该蓄电池模块中，均进行上述的模块容量的初始设定和循环评价，进行电池单元温度测定，并算出循环保持率。
测量上述的实施例1~5和比较例1的所有8串的蓄电池模块的电池单元温度的高低差值和循环保持率，比较它们的优劣。将其结果示于表1。
表1
  最高温度-最低温度(℃)   循环保持率
  实施例1   5℃   97％
  实施例2   4℃   99％
  实施例3   4℃   99％
  实施例4   4℃   99％
  实施例5   7℃   96％
  比较例1   15℃   85％
如表1所示，在比较例1中，显示出电池单元温度的高低差值高达15℃的温度差。但是，在实施例1~4中，高低差值为4~5℃，在实施例5中，高低差值也为7℃，因此可明确得知，与比较例1相比温度不均变小。即，可以以电池的温度分布均匀的方式紧凑地连接多个二次电池。
另外可知，就循环保持率而言，在比较例1中也降低到约85％，但在实施例1~5中，循环保持率均为96％以上，是稳定的。即，即使本实施方式的蓄电池模块反复充放电，电池容量也不会降低，可以维持稳定的质量。
由该实验可知，使俯视为矩形的二次电池(电池单元)组合为井字状，并以各电池的中央部不重叠的方式进行组装，由此，电池单元温度难以变得不均匀，电池性能稳定。实施例1~5中制作的电池罐尺寸为380mm×170mm。在组合为井字状时，为了将各分开距离设为适当的距离，优选为预定纵横比的电池罐，例如，可以说优选为1:2以上的细长形状。
如上所述，将一层两个、合计4个二次电池分开预定距离组装为井字状，构成基本模块，组合该基本模块，能够构成预定容量的大型蓄电池模块。这是因为形成了每4个二次电池一体地设置保护电路的构成，如果可以每8个二次电池一体地设置保护电路，则也可以形成将8个二次电池作为一个单位的基本模块，如果可以每12个二次电池一体地设置保护电路，则也可以形成将12个二次电池作为一个单位的基本模块。另外，将多个基本模块固定为一体的固定构件和将其一体地收纳的收纳壳体等的构成没有特别限定，可以根据需要使用任意形状。另外，可以在固定构件及收纳壳体上设置配电部而与各基本模块的保护电路连接，从而将所有的二次电池电连接并一体地进行控制。
另外，将多个基本模块电连接的配线操作，只要将一个负极用外部端子(负极端子)和另一个正极用外部端子(正极端子)按顺序连接并与设置在配电部的电源端子连接即可，因此，可以容易地进行配线连接操作。
如上所述，根据本发明的蓄电池模块，分开预定距离地配设左右一对二次电池，构成层单元，将该层单元叠置为井字状，构建蓄电池模块，因此，容易发热的中央部不重叠且不封闭，热量不蓄积。因此，即使是一体地组装多个二次电池而构成的蓄电池模块，也可以在电池的温度分布均匀的情况下紧凑地组装。另外，能够将并排设置的二次电池的分开部作为保护电路设置部或电压检测线等配线部使用，因此，配线不会在外部露出，不需要设置过量的配线路径，配线连接操作等的操作性变得容易。
另外，将该层单元两层错开90°地叠置为井字状，构成基本单元，将该基本单元组合多个，可以形成期望电池容量的大型蓄电池模块。
另外，构成将多个二次电池组装为井字状、并一体地设置有保护电路的基本单元，将该基本单元组合多个，构建期望的大容量的蓄电池模块，因此，配线连接操作只要将基本单元之间电连接即可，配线连接操作变得容易，操作性提高。
产业上的可利用性
因此，本发明的蓄电池模块可以应用于要求大容量、组装容易和配线连接操作性容易的蓄电池系统。

Claims (8)

1.一种蓄电池模块，连接多个具备隔着隔板层叠多层正极板和负极板而成的电极组的层叠型二次电池而一体化，其特征在于，设为如下构成：
所述二次电池具备收容所述电极组且具有长边和短边的俯视为矩形的电池罐，
所述二次电池相互绝缘，
在并排设置所述二次电池的方向上，将所述长边彼此平行地分开预定间隔，将所述二次电池在叠置方向上错开90°，将多个所述二次电池叠置为井字状，
在分开的间隔部设有保护电路设置部或配线部。
2.如权利要求1所述的蓄电池模块，其特征在于，设为如下构成：在所述电池罐的所述短边侧的对置的两侧面分别设置正负的外部端子，以使所述正负的外部端子交错的方式并排设置左右一对所述二次电池，形成层单元，并将该层单元叠置成井字状。
3.如权利要求2所述的蓄电池模块，其特征在于，在两层叠置所述层单元的同时，将第一层单元和第二层单元错开90°，从而将合计4个所述二次电池装配成井字状。
4.如权利要求3所述的蓄电池模块，其特征在于，将所述第一层单元和所述第二层单元的二次电池装配成井字状而构成基本模块，组合多个该基本模块，形成大容量的模块构成。
5.如权利要求4所述的蓄电池模块，其特征在于，将所述基本模块上下叠置而一体化。
6.如权利要求5所述的蓄电池模块，其特征在于，上下的所述基本模块错开180°叠置。
7.如权利要求4所述的蓄电池模块，其特征在于，将所述基本模块水平地并排设置而一体化。
8.如权利要求4～7中任一项所述的蓄电池模块，其特征在于，每个所述基本模块具备一体的保护电路。
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