CN103026437A - 蓄电模块 - Google Patents

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Abstract

提供一种蓄电模块，能够抑制由发热引起的模块的温度上升从而防止模块的寿命缩短和破损，能够使电池温度均匀化从而最大限度地发挥模块的特性，并且能够实现与所要求的安全规格对应的绝缘。本发明的蓄电模块（11）具备壳体（21）、多张堆叠板（41）、传热金属板（51）和散热片（61）。壳体（21）在壳体侧面（22）具有露出口（23），并收纳有多块蓄电池（31）。具有开口部（42）的堆叠板（41）介于多块蓄电池（31）之间地配置，通过相邻的堆叠板彼此卡合来相互定位。传热金属板（51）具有平板部（52）和弯曲部（53），并与蓄电池（31）的电池主表面（33）紧密接触地配置。散热片（61）从露出口（23）突出到壳体（21）的外部，并经由传热绝缘薄片（65）以表面接触状态与传热金属板（51）的弯曲部（53）热结合。

Description

蓄电模块
技术领域
本发明涉及具备多块蓄电池的蓄电模块，所述蓄电池具有将发电要素与电解液一起收纳于金属层压薄膜材料的内部而成的结构，特别涉及散热结构和绝缘结构具有特征的上述蓄电模块。
背景技术
在太阳能发电或风力发电等负荷均衡化装置、以计算机等为代表的电子设备的瞬时电压降低对策装置、电动车或混合动力汽车的能量再生装置等那样的蓄电系统中，需要能量容量大且能够快速充放电的蓄电设备。在现有的铅蓄电池及其它二次电池中，在大电流的充放电方面较弱且循环寿命短，因此难以对应于那样的蓄电系统。于是，作为能够解决这些问题的新的蓄电设备，近年来非水系的蓄电设备受到瞩目。
另外目前作为能够快速充放电且寿命长的非水系的蓄电设备，提出了锂离子电容器。锂离子电容器具备这样的结构：在柔软的层压薄膜材料的内部收纳层叠正极、负极和隔板而成的电极层叠体，并且填充有含有锂离子的有机电解液。此外，也同样提出了这样的蓄电模块（锂离子电容器模块）：将如上所述结构的锂离子电容器用作单体电池，并将其层叠多块且串联或并联连接，由此获得大的功率。
然而，在这种蓄电模块中，若频繁地进行充放电，则单体电池发热从而模块整体的温度上升。尤其是在采用层叠多块单体电池并收纳于壳体内的结构的情况下，模块内部的热量难以释放，从而热量容易滞留。因此，模块的温度上升的问题变得显著，随之模块容易寿命缩短和破损。此外，即便未达到寿命缩短和破损的程度，若各个单体电池的温度不均，则在单体电池之间也会产生静电电容和内部电阻的差异，从而无法最大限度地发挥模块的特性。
如上所示，在频繁进行充放电的蓄电模块中，为了长时间稳定地动作，需要将模块内部产生的热量充分地扩散到外部。于是，作为该热量对策，以往提出了几种具有散热结构的蓄电模块（例如参照专利文献1、2等）。专利文献1、2的蓄电模块都形成为，在多个单体电池之间以夹入的方式配置金属制的平板状的良导热板，将该良导热板的端缘与散热片连接，由此形成将单体电池的热量释放到壳体等收纳体的外部的散热路径。
专利文献1：日本特开2005-57007号公报
专利文献2：日本特开2009-252501号公报。
在上述现有技术的蓄电模块的情况下，将由多块单体电池构成的层叠物以收纳于壳体等收纳体内的状态使用，但为了确保模块整体的强度，通常使用金属制壳体作为该收纳体。另外在该情况下，考虑采用例如这样的结构：在金属制壳体的外侧面安装散热片，并在内侧面连接良导热板的端缘。
但是，由于单体电池中的端子与铝层压薄膜材料之间的绝缘容量设计得较低，因此，在将铝层压薄膜材料露出于外部的单体电池用作一次电路部件的情况下，在单体电池与金属制壳体之间需要实现与预定的安全规格对应的绝缘。但是，若是上述现有结构，则在单体电池与金属制壳体之间、或在和单体电池接触的良导热板与金属制壳体之间导通，从而存在无法实现与所要求的安全规格对应的绝缘的问题。
另外，为了避免该问题，也考虑例如使用绝缘薄片等将单体电池单独地包覆来实现绝缘，但为了采取该对策，单体电池的制造成本高，结果导致模块整体的高成本化。
发明内容
本发明就是鉴于上述课题而完成的，其目的在于提供一种蓄电模块，能够抑制由发热引起的模块的温度上升从而防止模块的寿命缩短和破损，能够使电池温度均匀化从而最大限度地发挥模块的特性，并且能够实现与所要求的安全规格对应的绝缘。
以下，列举用于解决上述课题的技术方案。
[1]一种蓄电模块，该蓄电模块具备多块蓄电池，上述蓄电池具有将发电要素与电解液一起收纳于金属层压薄膜材料的内部而成的结构，上述多块蓄电池以使电池主表面彼此对置的状态层叠配置并且串联或并联地电连接，其特征在于，该蓄电模块具备：壳体，在壳体侧面具有露出口，并且在该壳体中收纳有上述多块蓄电池；多张堆叠板，该堆叠板由具有开口部的板框状部件构成，介于上述多块蓄电池之间地配置，通过相邻的堆叠板彼此互相卡定来实现相互的定位；传热金属板，与上述蓄电池的上述电池主表面紧密接触地配置，具有以覆盖上述开口部的状态固定于上述堆叠板的平板部、和将位于上述露出口的上述平板部的端部呈直角地弯曲而成的弯曲部；以及散热片，经由传热绝缘薄片以表面接触状态与上述传热金属板的上述弯曲部热结合，并从上述露出口突出到上述壳体的外部。
因此，根据技术方案1所述的发明，由于蓄电池的电池主表面与传热金属板的平板部紧密接触而成为表面接触状态，所以蓄电池和传热金属板可靠地热结合。此外，传热金属板的弯曲部和散热片经由传热绝缘薄片成为表面接触状态，因此，传热金属板和散热片可靠地热结合。因此，由蓄电池产生的热量经由传热金属板的平板部、弯曲部和传热绝缘薄片高效地传递到散热片，最终排出到壳体的外部。因此，能够抑制发热引起的模块的温度上升，从而能够防止模块的寿命缩短和破损。此外，若是这种结构，则即便在蓄电池之间存在温度差，热量也会经由散热片从温度高的部件传递至温度低的部件，结果使得电池温度均匀化。因此能够最大限度地发挥模块的特性。另外，由于配置于露出口的传热金属板和散热片通过传热绝缘薄片绝缘，因此，能够在维持适合的散热性的同时，实现与所要求的安全规格对应的绝缘。并且，通过堆叠板彼此的卡定实现相互的定位，而且传热金属板也固定于这样的堆叠板，因此，传热金属板与散热片不易错位，也适合地维持两者的热结合状态。因此能够形成为抗振动和抗冲击也强的模块。
[2]根据技术方案1所述的蓄电模块，其特征在于，上述壳体是树脂制的绝缘壳体，上述散热片使用配置于上述壳体的外部的固定配件安装于上述壳体。
因此，根据技术方案2所述的发明，作为蓄电池的收纳体使用树脂制的绝缘壳体，因此，能够在各蓄电池与绝缘壳体之间实现与所要求的安全规格对应的绝缘，而且能够实现模块整体的轻量化。此外，不是将散热片直接安装于树脂制的绝缘壳体，而是使用配置于绝缘壳体的外部的固定配件将散热片间接地安装于绝缘壳体，因此，能够可靠地固定散热片，从而能够提高耐振动性和耐冲击性。
[3]根据技术方案1或2所述的蓄电模块，其特征在于，上述弯曲部沿着上述堆叠板的侧面弯曲。
因此，根据技术方案3所述的发明，弯曲部由堆叠板的侧面从后方支承并按压。因此，即便在例如传热金属板有多张的情况下，各自的弯曲部的接触面的位置也对齐，能够可靠地维持弯曲部与散热片之间经由传热绝缘薄片的表面接触状态，从而能够提高耐振动性和耐冲击性。
发明效果
如以上详细说明的那样，根据技术方案1～3所述的发明，能够提供这样的蓄电模块：能够抑制由发热引起的模块的温度上升从而防止模块的寿命缩短和破损，能够使电池温度均匀化从而最大限度地发挥模块的特性，并且能够实现与所要求的安全规格对应的绝缘。
附图说明
图1是表示将本发明具体化了的一个实施方式的蓄电模块的剖视图。
图2是表示上述实施方式的蓄电模块的主视图。
图3是表示上述实施方式的蓄电模块的左视图。
图4是表示上述实施方式的蓄电模块中的蓄电池的主视图。
图5是用于说明上述实施方式的蓄电模块中的堆叠板、传热金属板和蓄电池的层叠状态的示意图。
附图标记说明
11蓄电模块；21作为壳体的绝缘壳体；22壳体侧面；23露出口；31蓄电池；32作为金属层压薄膜材料的铝层压薄膜材料；33电池主表面；41堆叠板；42开口部；43堆叠板的侧面；51传热金属板；52平板部；53弯曲部；61散热片；65传热绝缘薄片；71固定配件。
具体实施方式
下面，基于附图对将本发明具体化了的一个实施方式的蓄电模块11详细地进行说明。
如图1所示，本实施方式的蓄电模块11是如下结构的锂离子电容器模块：将由多块蓄电池31、多张堆叠板41以及多张传热金属板51构成的电池堆结构体收纳于绝缘壳体21内。
如图4等所示，本实施方式的蓄电池31是锂离子电容电池，具备层叠正极、负极和隔板而成的电极层叠体。在该电极层叠体中，将正极和负极隔着隔板对置配置而形成的发电要素作为一个单位，并将多个单位的发电要素层叠。
正极具有这样的结构：在正极集电体上形成有由能够可逆地载持锂离子的材料构成的正极电极。正极集电体是用于在支承正极电极的同时进行集电的部件，例如使用由铝形成的导电性金属板形成。正极集电体形成为俯视呈矩形，从其四边中的一边突出有凸部。该凸部与由铝构成的正极外部端子34连接。
负极具有这样的结构：在负极集电体上形成有由能够可逆地载持锂离子的材料构成的负极电极。负极集电体是用于在支承负极电极的同时进行集电的部件，例如使用由铜构成的导电性金属板形成。负极集电体形成为俯视呈矩形，从其四边中的一边突出有凸部。该凸部与由铜构成的负极外部端子35连接。
在负极集电体上设置有锂贴附部，在该锂贴附部贴附有预掺杂用的锂金属箔。当预掺杂完成时，该锂金属箔溶解而消失。
在本实施方式的蓄电池31中，电极层叠体与电解液一体密闭收纳在加工为矩形袋状的铝层压薄膜材料32内。铝层压薄膜材料32的开口部通过热粘接被密封。利用热粘接的密封在将正极外部端子34和负极外部端子35夹入粘接部的状态下进行。
在这样将电极层叠体收纳于铝层压薄膜材料32内的情况下，正极外部端子34和负极外部端子35都从一边（图4中的上边）突出。另外，也可以使用由铝箔以外的其它金属箔构成的金属层压薄膜材料加工为矩形袋状。
在本实施方式的蓄电模块11中，通过使各蓄电池31的电池主表面33（图1和图5中的上表面和下表面）彼此对置，并在这些蓄电池31之间夹着堆叠板41等的状态下层叠配置，从而将这些部件堆叠。进而，对于上下配置的各蓄电池31，将一个蓄电池31的正极外部端子34和另一个蓄电池31的负极外部端子35焊接，由此使各蓄电池31串联地电连接。
如图1和图5所示，本实施方式的多张堆叠板41由在平坦部的中央部具有开口部42的俯视呈矩形的板框状的部件构成，例如使用作为难燃性树脂材料的难燃性聚丙烯或加入有玻璃的尼龙等成形。堆叠板41介于多块蓄电池31之间地配置。在堆叠板41的平坦部的外周缘形成有沿着与平坦部正交的方向延伸的壁部。在堆叠板41的角部设置有定位突起44，该定位突起44能够卡定于相邻的其它堆叠板41。各定位突起44沿堆叠板41的板厚方向突出。进而，通过这些定位突起44卡定于其它堆叠板41，将堆叠板41彼此相互定位，同时也将多块蓄电池31相互定位。
如图1和图5所示，本实施方式中的多张传热金属板51是由导热性高的铝等构成的俯视呈矩形的部件。传热金属板51具备平板部52，并且该平板部52的两端部通过向相同方向呈直角地弯曲而成为弯曲部53。由此，传热金属板51截面呈大致コ字状。该平板部52以覆盖开口部42的状态固定于堆叠板41。另外，传热金属板51的平板部52与蓄电池31的电池主表面33紧密接触地配置。
各传热金属板51的弯曲部53从设置于外周缘的壁部的切口突出，并且与堆叠板41的侧面43紧密接触地配置。其结果是，弯曲部53从背面侧被支承从而彼此的表面处于在同一平面内对齐的状态。此外，各弯曲部53并不接触，而是彼此具有预定间隙地配置。
如图1、图2、图3所示，用于收纳上述结构的电池堆结构体的绝缘壳体21是在上侧具有开口的有底箱状的绝缘树脂制的部件，具有用于封闭开口的盖24。在该盖24的上表面分离配置有一对模块输出端子25，所述模块输出端子25分别与正极外部端子34和负极外部端子35电连接。绝缘壳体21具有4个壳体侧面22，并且在其中两个壳体侧面22（图2中左侧的表面和右侧的表面）大大地开口形成有俯视呈矩形的露出口23。进而，在该绝缘壳体21中的收纳空间中收纳有电池堆结构体，该电池堆结构体由多块蓄电池31、多张堆叠板41及多张传热金属板51构成。如图1所示，构成电池堆结构体的多张传热金属板51的两端部（即，表面的位置对齐的多个弯曲部53）分别配置成位于两个露出口23。
如图1所示，在收纳于绝缘壳体21的收纳空间的上述电池堆结构体的背面侧形成的空间中收纳有电池堆加压机构，该电池堆加压机构由螺旋弹簧支承部件73、加压板74、以及介于螺旋弹簧支承部件73和加压板74之间的多个螺旋弹簧72等构成。进而，通过具有该电池堆加压机构，从而对层叠物在厚度方向（换言之层叠方向）上均等地加压，从而将传热金属板51的平板部52与各蓄电池31的电池主表面33紧密接触地配置。此外，电池堆结构体和电池堆加压机构使用电池堆固定配件75相互固定。
如图1、图2、图3所示，本实施方式的蓄电模块11具备一对散热片61。这些散热片61例如使用导热性高的铝等金属形成，具有在平板状的基部62的外侧面呈梳齿状地立设有多个翼片部63的结构。各翼片部63沿绝缘壳体21的上下方向延伸。在基部62的内侧面粘贴有厚度大约为几毫米的传热绝缘薄片65，该传热绝缘薄片65与通常的绝缘树脂材料相比导热性高。作为优选的传热绝缘薄片65，例如有以硅酮树脂为主体的薄片和以丙烯树脂为主体的薄片等。进而，基部62的内侧面配置成以表面接触状态与表面的位置对齐的多个弯曲部53紧密接触。即，一对散热片61经由传热绝缘薄片65与传热金属板51的弯曲部53热结合，并分别从两个露出口23突出到绝缘壳体21的外部。
散热片61不是直接安装于绝缘壳体21，而是使用配置于绝缘壳体21的外部的固定配件71间接地安装于绝缘壳体21。更具体而言，本实施方式中的固定配件71是将由金属材料构成的板材弯曲而形成的部件，以沿着绝缘壳体21的四个壳体侧面22中剩余两个壳体侧面22的方式配设，并且螺纹固定于绝缘壳体21。此外，散热片61的基部62螺纹固定于向露出口23侧突出设置的固定配件71的翼片安装部。另外，固定配件71处于与蓄电池31和传热金属板51这些金属部分不接触的状态。
在如上所述构成的蓄电模块11中，各个蓄电池31的电池主表面33和传热金属板51的平板部52紧密接触而成为表面接触状态，因此，蓄电池31和传热金属板51可靠地热结合。此外，传热金属板51的弯曲部53与散热片61经由传热绝缘薄片65处于表面接触状态，因此，传热金属板51与散热片61可靠地热结合。因此，在蓄电模块11使用时因蓄电池31的充放电而发热的情况下，该热量经由传热金属板51的平板部52、弯曲部53及传热绝缘薄片65高效地传递至散热片61的基部62。在这样的路径中传递来的热量主要从散热片61的翼片部62的表面释放，由此最终排出到绝缘壳体21的外部。
因此，根据本实施方式，能够获得以下的效果。
（1）在本实施方式的蓄电模块11的情况下，由于如上所述抑制了发热引起的模块的温度上升，因此能够防止模块的寿命缩短和破损。此外，若是这种结构，则即便在蓄电池31之间存在温度差，热量也会经由散热片61从温度高的部件传递至温度低的部件，结果使得电池温度均匀化。因此能够最大限度地发挥模块的特性。
（2）在本实施方式的蓄电模块11中，配置于露出口23的传热金属板51和散热片61通过传热绝缘薄片65电绝缘。因此，能够在维持适合的散热性的同时，实现与所要求的安全规格对应的绝缘。并且，根据该结构，不需要为了避免与绝缘相关的问题而采用例如使用绝缘薄片等将蓄电池31单独地包覆来实现绝缘的结构。由此，能够抑制蓄电池31的制造成本，从而能够抑制模块整体的高成本化。
（3）在本实施方式的蓄电模块11中，通过堆叠板41彼此的卡定实现相互的定位，而且传热金属板51也固定于这样的堆叠板41。因此，表面接触的传热金属板51与散热片61不易错位，也能够适合地维持两者的热结合状态。因此能够形成为抗振动和抗冲击也强的模块。
（4）在本实施方式的蓄电模块11中，作为蓄电池31的收纳体使用树脂制的绝缘壳体21。因此，能够在各蓄电池31与绝缘壳体21之间实现与所要求的安全规格对应的绝缘，而且与使用金属制壳体的情况相比，能够实现模块整体的轻量化。
（5）在本实施方式的蓄电模块11中，不是将散热片61直接安装于树脂制的绝缘壳体21，而是使用配置于绝缘壳体21的外部的固定配件71将散热片61间接地安装于绝缘壳体。因此，即便在选择由强度上比金属材料差的树脂材料构成的绝缘壳体21的情况下，也能够可靠地固定散热片61，从而能够提高耐振动性和耐冲击性。而且，供固定配件71沿着配置的表面与突出设置有散热片21和模块输出端子25的表面不同，因此，在组装中固定配件71不会成为障碍。
（6）在本实施方式的蓄电模块11中，弯曲部53沿着堆叠板41的侧面43弯曲，因此，利用堆叠板41的侧面43从后方支承并按压弯曲部53。因此，多张传热金属板51各自的弯曲部53的接触面的位置对齐，从而可靠地维持弯曲部53与散热片61之间经由传热绝缘薄片65的表面接触状态。因此能够提高耐振动性和耐冲击性。
另外，本发明的实施方式也可以如下变更。
·在上述实施方式中构成为，将蓄电模块11中的正极外部端子34和负极外部端子35从蓄电池31的一边向相同方向引出，但不限于此，也可以形成为从蓄电池31的对置的两边引出的结构、或从呈直角交叉的两边引出的结构。
·在上述实施方式中，示出了在散热片61的基部62粘贴有传热绝缘薄片65的例子，但不限于此，也可以通过例如涂敷以硅酮树脂等为主体的凝胶而形成传热绝缘层。
·在上述实施方式中例示的堆叠板41具有平坦部52，但不限于此，也可以例如不具有平坦部52而仅具备相当于外周缘的框状壁部的部分。并且，也可以代替堆叠板41和传热金属板51分体制作的上述实施方式的结构，而通过例如镶嵌成型等一体地形成这些部件。
·在上述实施方式中，将本发明具体化为锂预掺杂型锂离子电容器的蓄电池31，但也可以具体化为预掺杂锂以外的碱金属的类型的碱金属离子电容器的蓄电池。或者也可以将本发明具体化为非水系二次电池或双电荷层电容器的蓄电池等。

Claims (3)

1. 一种蓄电模块，该蓄电模块具备多块蓄电池，上述蓄电池具有将发电要素与电解液一起收纳于金属层压薄膜材料的内部而成的结构，上述多块蓄电池以使电池主表面彼此对置的状态层叠配置并且串联或并联地电连接，其特征在于，
该蓄电模块具备：
壳体，在壳体侧面具有露出口，并且在该壳体中收纳有上述多块蓄电池；
多张堆叠板，该堆叠板由具有开口部的板框状部件构成，介于上述多块蓄电池之间地配置，通过相邻的堆叠板彼此互相卡定来实现相互的定位；
传热金属板，与上述蓄电池的上述电池主表面紧密接触地配置，具有以覆盖上述开口部的状态固定于上述堆叠板的平板部、和将位于上述露出口的上述平板部的端部呈直角地弯曲而成的弯曲部；以及
散热片，经由传热绝缘薄片以表面接触状态与上述传热金属板的上述弯曲部热结合，并从上述露出口突出到上述壳体的外部。
2. 根据权利要求1所述的蓄电模块，其特征在于，
上述壳体是树脂制的绝缘壳体，上述散热片使用配置于上述壳体的外部的固定配件安装于上述壳体。
3. 根据权利要求1或2所述的蓄电模块，其特征在于，
上述弯曲部沿着上述堆叠板的侧面弯曲。
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