CN103026529B - 电池块及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

根据本发明，提供一种电池块（100），其包括含有多个管状部件的金属壳体和收容于各管状部件（30）之中的多个单元电池（40），其中，管状部件（30）分别在接合面被接合，且多个管状部件（30）相互接合而成一体。根据本发明，提供单元电池的收容部件、即成型精度高的收容部件，另外可以简便且以低成本制造该收容部件。

Description

电池块及其制造方法
技术领域
本发明涉及电池块及其制造方法。
背景技术
已知有通过将多个单元电池收容于一个收容部件得到电池块，将该电池块制成大容量的蓄电池的技术。作为这种收容部件，已知有将圆筒金属管彼此点焊而成的集合体、或将具有收容孔的多个壳体相互面接合制成一体的集合体等(专利文献1)。
另外，还公开有各种关联技术(例如参照专利文献2～8)。
例如，专利文献2中公开了一种将多个蓄电池单体以规定的排列配置且利用外侧壳体将相邻的蓄电池单体部分地相互接合而成的高温蓄电池。专利文献3中也公开了与专利文献2同样的发明。但是，根据专利文献2、3中公开的发明，由于蓄电池单体仅通过数点与外侧壳体接合，所以难以使热扩散而抑制局部的温度上升。
另外，专利文献4中公开了一种将收纳容器集合体的容器主体以利用半圆状的薄板夹持宽度方向的截面的方式配置的钠二次电池模块。但是，容器主体和薄板之间的接合面积少，难以高效地进行热扩散。
专利文献5中公开了一种用于热交换器的头的钎焊管的制造方法及热交换器的制造方法，但对与电池块共通的课题没有任何暗示。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开平2－256174号公报
专利文献2：日本特开昭60－119084号公报
专利文献3：日本特开平4－284370号公报
专利文献4：日本特开2004－265743号公报
专利文献5：日本特开2009－297722号公报
专利文献6：美国专利第4546056号
专利文献7：美国2009－0255656号公报
专利文献8：美国专利5763116号
发明要解决的问题
为使单元电池的温度分布快速均一化、或在单元电池发生异常发热(可由单元电池内部的短路等引起)的情况下使热量扩散来抑制局部温度上升，对收容蓄电池的单元电池的部件要求高的成型精度。另外，收容单元电池的部分的成型精度至为重要。如果收容单元电池的部分的成型精度差，则当在承受振动的地方设置蓄电池的情况下，有时所收容的单元电池会发生振动等。由于所收容的单元电池进行振动等，从而会使单元电池不能发挥足够的电池功能，或加速单元电池的劣化，或导致电池配线切断等，损害蓄电池的性能。
另外，近年来，强烈要求蓄电池的大容量化。为实现蓄电池的大容量化，必须要在收容部件收容大量的单元电池。为在每单位体积收容更多的单元电池，需要缩小单元电池和单元电池之间的间隔。为缩小单元电池和单元电池之间的间隔，需要使收容部件更薄。如果收容部件减薄，则收容部件的成型精度容易降低。
发明内容
因此，本发明的目的在于，提供一种收容部件，其是收容多个单元电池的部件，成型精度高。
解决问题的方案
本发明第一方面涉及如下所示的电池块。
[1]一种电池块，其包括含有多个管状部件的金属壳体和收容于各所述管状部件之中的多个单元电池，
管状部件分别在接合面被接合，并且分别在所述接合面处的中空内表面形成有突起，该接合面是将金属板弯曲后形成管状部件时，原金属板进行接合的两端，
多个管状部件相互接合而成一体，所述管状部件的接合面处的接合及管状部件彼此之间的接合均为钎焊接合。
[2]如[1]所述的电池块，其中，管状部件是将包含心材和钎料层的金属板弯曲加工成管状且在接合面进行钎焊而成的部件。
[3]如[1]或[2]所述的电池块，其中，管状部件为铝、铜、黄铜或不锈钢制。
[4]如[1]或[2]所述的电池块，其中，管状部件为圆形管或多边形管。
[5]如[1]或[2]中任一项所述的电池块，其中，管状部件具有贯通口或切口部。
[6]如[1]所述的电池块，其中，接合面处的间隙为0.05mm以上且0.2mm以下。
本发明第二方面涉及如下所示的电池块的制造方法。
[7]一种电池块的制造方法，其包括以下步骤：对包含心材和钎料层的金属板进行弯曲加工，形成接合面，得到多个以钎料层为外周面的管状金属板的步骤；使多个管状金属板相互接触并进行固定，得到管状金属板的集合体的步骤；对管状金属板的集合体进行加热，而对管状金属板的接合面进行钎焊接合，制成在所述接合面处的中空内表面形成有突起的管状部件，且对管状金属板彼此进行钎焊接合，得到电池壳体的步骤。
[8]一种电池块的制造方法，其包括以下步骤：对金属板进行弯曲加工，形成接合面，得到多个管状金属板的步骤；使多个管状金属板相互接触并进行固定，得到管状金属板的集合体的步骤；在集合体的外周面配置钎料的步骤；对配置有钎料的集合体进行加热，而对管状金属板的接合面进行钎焊接合，制成在所述接合面处的中空内表面形成有突起的管状部件，且对管状金属板彼此进行钎焊接合，得到电池壳体的步骤。
[9]如[7]或[8]所述的电池块的制造方法，其中，还包括在电池壳体的管状部件的中空部收容单元电池的步骤。
发明效果
本发明的电池块由于单元电池的收容容器即金属壳体的成型精度高，所以能使单元电池的温度分布迅速均一化，在单元电池发生异常发热的情况下，能使热量扩散，抑制了局部温度上升。另外，由于收容单元电池的部分的成型精度也高，所以所收容的单元电池的振动被抑制。因此，不会损害作为蓄电池的性能。因此，可以提供即使作为用于容易受到振动的环境中的蓄电池也有效的电池块。在容易受到振动的环境中使用的蓄电池是指例如汽车用的蓄电池。
附图说明
图1A是本发明的电池块的立体图；
图1B是本发明的电池块的分解立体图；
图2A、图2B是表示管状部件的形状的例子的图；
图3A、图3B是表示管状部件的排列状态的图；
图4A是表示管状部件的接合面的图；
图4B是表示管状部件的接合面的图；
图5A、图5B、图5C是说明得到外周面配置有钎料的管状部件的方法的图，图5D是表示通过在接合面的接合形成的突起的图；
图6A是表示管状部件的接合面处的间隙的图；
图6B是表示管状部件的接合面处的间隙的图；
图6C是表示管状部件的接合面处的间隙的图；
图7A是表示具有贯通口的管状部件的图；
图7B是表示具有切口的管状部件的图；
图8A、图8B是表示构成金属壳体的多个管状部件的接合面的位置的图；
图9A是表示将多个管状部件的集合体用框体预固定的状态的图；
图9B是表示将多个管状部件的集合体用框体预固定的状态的图；
图10A、图10B、图10C是表示具有多个管状部件与插入管状部件彼此之间的间隙的金属部件的金属壳体的图；
图11是表示在金属壳体中的管状部件彼此之间的间隙流过制冷剂的图；
图12A、图12B、图12C、图12D是表示一例本发明的电池块的金属壳体的制造流程的图；
图13是表示在金属壳体收容有多个单元电池的状态的图。
符号说明
10 电极板
20 支架
30 管状金属板
31 管状部件
30－1 圆形管
30－2 多边形管
32 贯通口
33 切口
35 接合面
38 突起
40 单元电池
41 电极
42 电极
45 覆盖单元电池的绝缘片
50 支架
60 电极板
100 电池块
200 金属平板
210 心材
220 钎料层
230 金属板
240 钎焊片
250 钎焊膏
300 半管状金属板
400 框体
400－1 不锈钢板
400－2 铝框
450 金属部件
500 制冷剂气体
具体实施方式
本发明的电池块具有金属壳体和多个单元电池。金属壳体具有多个管状部件，在各管状部件的中空部收容有单元电池。包含于电池块的单元电池具有蓄电性能，因此，电池块优选作为高容量的蓄电池发挥功能。
[电池块]
图1A、图1B表示本发明的电池块的例子的概要。图1A是本发明的电池块100的立体图。图1B是电池块100的分解立体图。如图1B所示，电池块100包括：电极板10、支架20、管状部件31a、31b、…31t的集合体31、多个单元电池40(40a、40b、…40t)、支架50、电极板60。
单元电池40a、40b、…40t分别被收容于对应的管状部件31a、31b、…31t。所收容的单元电池40由支架20及支架50支承。单元电池的一电极41与电极板10连接，另一电极42与电极板60连接。
如图1B所示，单元电池40a、40b、…40t分别被收容于对应的管状部件31a、31b、…31t。由多个管状部件构成的集合体31构成本发明的电池块中的金属壳体。优选管状部件31a、31b、…31t以相互接触的状态固定并一体化。
优选构成金属壳体的多个管状部件31a、31b、…31t相互接合而一体化，成为集合体。更具体而言，多个管状部件31a、31b、…31t各自的侧面彼此接合而使多个管状部件31a、31b、…31t一体化。包含于一个电池壳体的管状部件的集合体31只要由两个以上的管状部件构成即可，上限没有特别限制。另外，金属壳体还可以具有包围管状部件的集合体31的框体400(参照后述的图9A)。
管状部件31可以是如图2A所示的例如圆形管31－1，也可以是如图2B所示的四边形等多边形管31－2。各管状部件31a、31b、…31t的内部沿管的轴向形成空洞。在各管状部件31a、31b、…31t中分别收容单元电池40a、40b、…40t。各单元电池40a、40b、…40t通常为圆柱状。
优选多个管状部件31a、31b、…31t相互接触而一体化。管状部件31a、31b、…31t的排列方式没有特别限定。例如在各管状部件31a、31b、…31t为圆形管的情况下，可以如图3A所示那样最密填充排列。另外，也可以如图3B所示那样将各管状部件31a、31b、…31u正方形排列。此外，图3A、图3B中省略了接合面35的图示。
优选管状部件31为金属制。优选构成管状部件31的金属为导热性高的金属，具体而言，为铝、铜、黄铜、不锈钢或它们的合金等。为使管状部件重量轻，优选为铝。
优选构成管状部件31的板的厚度为0.2mm～0.8mm，例如约为0.4mm。厚度越薄，越能够使金属壳体重量减轻，所以是希望的，但过薄时不能得到作为壳体的强度。
管状部件31的中空尺寸根据收容于其中的单元电池40的大小而设定。即，优选中空的截面的直径比收容于其中的单元电池40的截面的直径稍大。这是由于需要在中空部收容单元电池。管状部件31的中空截面的直径和收容于其中的单元电池40(由绝缘片覆盖单元电池的情况下包含该绝缘片)的截面的直径之差(余隙)优选为0.01mm以上且0.38mm以下。余隙过大，则所收容的单元电池会发生振动等，所以不是希望的。余隙过小，则有时不能收容单元电池。
如图2A、图2B所示，管状部件31分别具有接合面35，在接合面处进行接合。“接合面35”是指例如图4A所示那样的将一张金属平板200弯曲加工成管状时的、粘合面35。另外，“接合面35”是指例如图4B所示那样的将两个半管状金属板300粘合成管状时的粘合面35。
如上所述，可将金属平板弯曲加工并将接合面接合(参照图4A)或将半管状的部件粘合而得到管状部件31(参照图4B)。接合面35处的接合方法可以为钎焊、利用粘接剂进行的粘接、金属焊接或扩散焊接等，优选为钎焊。利用钎焊，可以通过与管材部件彼此之间的接合(后述)工序相同的工序将接合面接合。
[接合方法和突起的关系]
如图2A、图2B所示，管状部件31(31－1、31－2)也可以在接合面35处的、管的中空内表面具有突起38。突起38没有特别限定，但优选为通过接合面35处的接合而产生的突起。下面，参照图5A～图5D说明接合方法和突起38的关系。
1)通过钎焊进行接合的情况
可通过在具有接合面35的未接合的管状部件(管状金属板)30a的外周面配置钎料，进而加热进行钎焊而得到管状部件31。例如可通过如下制法a)、b)、c)制造在外周面配置有钎料的未接合的管状部件30a。此外，“钎料”是指熔点比构成心材的金属低的合金。
a)如图5A所示，可以将包含心材210和钎料层220的金属板230弯曲加工成管状。
b)如图5B所示，也可以将金属平板200弯曲加工成管状并缠绕钎焊片(箔钎料)240。
c)如图5C所示，也可以将金属平板200弯曲加工成管状并涂覆钎焊膏(钎焊软膏)250。
这样准备在外周面配置有钎料的未接合的管状部件(管状金属板)30a。此外，未接合的管状部件(管状金属板)30a的制造方法不特别限定于上述制法。
在具有接合面35的管状金属板30a的接合面35，优选在管状金属板30a的宽度方向的端部彼此间设置间隙，而不使其完全密接。对在外周面配置有钎料的管状金属板30a进行加热，来对接合面进行钎焊。通过将管加热至比钎料的熔点高的温度来进行钎焊。在钎焊工序中，优选向接合面的间隙流入钎料，进而使钎料渗漏到中空内表面并形成突起。这样，可以进行接合面35的接合和由钎料的余部构成的突起38的形成(参照图5D)。
如图6A所示，优选接合面35处的管状金属板30a的间隙的间隔t1为0.05mm以上且0.2mm以下。这是为了利用毛细管现象使钎料浸入间隙内。间隙过窄时，钎料难以流入间隙，有时不能形成突起。而间隙过宽时，不能产生毛细管现象，而不能进行钎焊。
另外，为可靠地形成突起，也可以调整接合面35处的间隙的形状，而使钎料容易流入。例如图6B所示，也可以使接合面35相对于管状金属板30a的主面平面倾斜。该情况下的管状金属板30a的间隙的间隔t2优选为0.05mm以上且0.2mm以下。其理由与图6A相同。
另外，如图6C所示，也可以将接合面35设为多阶状。这是因为，通过调整接合面35处的间隙的形状，而使钎料容易流入间隙，形成恰当的突起。该情况下的间隙的间隔t3优选为0.2mm以下。间隙的间隔t4优选为0.05mm以上且0.2mm以下。间隙的间隔t5优选为0.5mm以下。
2)利用粘接剂进行接合的情况
可通过在具有接合面35的管状金属板30a的接合面35涂覆粘接剂将接合面35粘接而得到管状部件31。在进行该粘接中，涂覆的粘接剂渗漏到中空内表面而形成突起。即，形成由粘接剂的余部构成的突起。
3)通过焊接进行接合的情况
可通过对具有接合面35的管状金属板30a的接合面35进行金属焊接而得到管状部件31。金属焊接的方法没有特别限定，可以是TIG焊接或激光焊接等。在进行金属焊接的情况下，优选在接合面35处使金属板密接。使密接的接合面35金属熔融而进行了焊接时，有时形成被称作“焊接突起”的突起。通过主动地形成该焊接突起，而在中空内表面形成突起。
4)通过扩散焊接进行接合的情况
可通过对具有接合面35的管状金属板30的接合面35进行扩散焊接而得到管状部件31。扩散焊接是通过在接合面35将重叠的金属板彼此加压及加热来进行的。只要在进行加压时，在接合面进行压力成型而形成突起即可。
优选根据管状部件31的中空截面的直径和收容于其中的单元电池(在利用绝缘片覆盖单元电池的情况下包含该绝缘片)的截面的直径之差(余隙)设定管状部件31的接合面处的突起38(参照图2A、图2B)的高度，只要比余隙大即可。作为大体的基准，将突起38的高度设为“余隙和覆盖单元电池的绝缘片的厚度的1/5之和”以上且“余隙和覆盖单元电池的绝缘片的厚度的1/3之和”以下即可。突起38抑制收容于管状部件31的中空部的单元电池的振动或旋转。
如图7A所示，也可以在管状金属板30a的侧面的局部设置贯通口32。另外，如图7B所示，也可以在长度方向的两端部分别设置切口33。这是为了可以通过贯通口32或切口33将外部部件(温度传感器等)与收容于内部的单元电池(未图示)连接。
如上所述，构成电池块的金属壳体具有多个管状部件。多个管状部件分别相互接触而一体化。具体而言，各管状部件在各管状部件的侧面相互接合而一体化。
通过钎焊、利用粘接剂进行的粘接或金属焊接等来进行管状部件彼此的接合，但优选通过钎焊进行。例如可以使外周面配置有钎料的多个管状金属板相互接触将其预固定成集合体，并对集合体进行加热，由此将管状部件(管状金属板)彼此接合。
预固定成集合体的管状部件可以是接合面35接合后的部件，也可以是接合前的部件。如果将接合前的具有接合面35的多个管状部件(管状金属板)预固定成集合体，则可以在同一工序进行接合面35的接合和成为管状部件31的管状金属板30彼此的接合，故而优选之。
如图8A所示，多个成为管状部件的管状金属板30(30a、30b、…30e)的接合面35可以分别在同一方向规则地配置，也可以如图8B所示那样随机配置。图8A中，接合面35被配置于图中上方。如果将接合面35配置在同一方向，则例如可得到钎料容易流入接合面35的间隙的效果。
为了将管状金属板30(30a、30b、…30e)预固定，只要如图9A所示那样利用作为夹具的框体400固定集合体即可。在框体400的内面可以预先配置钎料，也可以不预先配置钎料。可以在将管状部件彼此接合后拆除作为夹具的框体400，也可以将作为夹具的框体400作为电池块的金属壳体的一部件使用。
将框体400作为将管状部件彼此钎焊接合时的夹具使用。因此，有时优选框体400的线膨胀系数与管状部件的线膨胀系数相同。这是为了使得在钎焊接合的加热中，框体可靠地保持管状部件的集合体，且不对管状金属板30(30a、30b、…30e)施加应力。因此，例如图9B所示，使用将不锈钢板400－1和铝框400－2组合而成的框体，调整框体的膨胀系数。不锈钢板400－1防止管状部件30和铝框400－2接合。
如图10A～图10C所示，集合体也可以具有多个管状部件和插入在管状部件彼此之间的间隙中的金属部件450(450a、450b、450c)。这是因为，通过设置插入在间隙中的金属部件450，可以提高金属壳体的热容量。具体而言，如图10A所示，也可以通过在间隙中插入金属部件450a，从而完全填埋间隙。此外，只要能够提高金属壳体的热容量，也可以不完全填埋间隙。也可以通过例如如图10B所示那样插入三角柱状的金属部件450b，或如图10C所示那样插入圆柱状的金属部件450c，从而不完全填埋间隙。
另一方面，集合体中的管状部件彼此之间的间隙可以仍旧是中空的。这是因为通过向间隙流入制冷剂或配置加热器，容易对电池块进行加热或冷却。例如如图11所示，也可以在间隙中流过制冷剂气体500。
在对管状金属板30a、30b、…的集合体30进行加热并通过钎焊接合而得到金属壳体后，在每个管状部件31中收容单元电池，附加其它作为电池而需要的部件，由此制成电池块。通常利用金属制的壳体覆盖单元电池，但也可以进一步利用绝缘片覆盖。绝缘片通常为树脂膜，其厚度为45μm～75μm。
[电池块的制造方法]
下面，参照图12A～图12D、图13说明作为一例的本发明的电池块(金属壳体)的制造方法。
(A)首先，准备如图12A所示那样的包含心材210和钎料层220的金属板230(图12A)。之后，将金属板230进行弯曲加工，形成接合面35。之后，得到如图12B所示那样的以钎料层220为外周面的管状金属板30a。通过重复进行这些工序，得到多个管状金属板30a、30b、…30e。
(B)使多个管状金属板30a、30b、…30e相互接触并进行固定，得到管状金属板30a、30b、…30e的集合体30。具体而言，使管状金属板30a、30b、…30e相互接触并预固定，制成集合体30。然后，如图12C所示那样，利用框体400将集合体30固定。
(C)对管状金属板的集合体30进行加热。然后，对管状金属板30a、30b、…30e的接合面35进行钎焊接合，制成管状部件31a、31b、…31e的集合体31。另外，对管状金属板30a、30b、…30e彼此进行钎焊接合。由此形成如图12D所示那样的由钎料构成的突起38。如上，得到金属壳体。
(D)进而，如图13所示那样，在图12D的金属壳体的多个管状部件31a、31b、…31e内分别收容单元电池40a、40b、…40e。然后，附加作为电池而需要的部件。如上，制造电池块。此外，单元电池40也可以具有覆盖单元电池的绝缘片45。
以上，对电池块的制造方法进行了说明，但电池块的制造方法不限于上述的制造方法。例如也可以替换上述的(A)工序而如图5B所示那样对金属板200进行弯曲加工，形成接合面35，得到管状金属板30a。该情况下，优选在上述的(B)工序之后且进入(C)工序之前，在集合体的外周面配置钎料。
下面，通过与现有的电池块的制造方法的对比，说明本发明的电池块的制造方法的作用效果。
以往，在将管状部件设为铸件的情况下，由于模型的原料为沙子，所以模型的表面精度差，其转印物即管状部件的表面精度也降低。另外，在得到铝制的管状部件的情况下，由于铝熔液的成分偏差等，有时也会产生气孔。因此，除为提高表面精度而需要进行二次加工外，还难以消除产生的气孔。另外，也可以考虑通过拉拔加工来得到管状部件，但如果降低管状部件的壁厚，则成型精度容易降低，成型本身难于实现。
与之相对，根据本发明的电池块的制造方法，对金属板进行弯曲加工等得到管状部件，因此，能够简易地提高电池块的收容单元电池的部分的成型精度。因此，通过本发明的电池块的制造方法得到的电池块可以抑制所收容的单元电池的振动，因此，不容易损害作为电池块蓄电池的性能。另外，该电池块轻量且小型。作为活用这些特性的电池块的用途，可列举例如搭载于汽车的蓄电池。
本申请主张同申请人之前申请的日本专利申请、即日本特愿2011－120473号(申请日2011年5月30日)的优先权，将这些说明书的内容作为本发明的一部分引用。
工业实用性
本发明的电池块具有多个单元电池和收容这些多个单元电池的金属壳体，金属壳体的成型精度高。因此，抑制了所收容的单元电池的振动等，适宜地发挥了各单元电池的功能。而且，能够简便且低成本制造金属壳体。

Claims (9)

1.电池块，其包括含有多个管状部件的金属壳体和收容于各所述管状部件之中的多个单元电池，其中，
所述管状部件分别在接合面被接合，并且分别在所述接合面处的中空内表面形成有突起，该接合面是将金属板弯曲后形成管状部件时，原金属板进行接合的两端，
所述多个管状部件相互接合而成一体，所述管状部件的接合面处的接合及管状部件彼此之间的接合均为钎焊接合。
2.如权利要求1所述的电池块，其中，
所述管状部件是将包含心材和钎料层的金属板弯曲加工成管状且在接合面进行钎焊而成的部件。
3.如权利要求1或权利要求2所述的电池块，其中，
所述管状部件为铝、铜、黄铜或不锈钢制。
4.如权利要求1或权利要求2所述的电池块，其中，
所述管状部件为圆形管或多边形管。
5.如权利要求1或权利要求2所述的电池块，其中，
所述管状部件具有贯通口或切口部。
6.如权利要求1所述的电池块，其中，
所述接合面处的间隙为0.05mm以上且0.2mm以下。
7.电池块的制造方法，其包括以下步骤：
对包含心材和钎料层的金属板进行弯曲加工，形成接合面，得到多个以钎料层为外周面的管状金属板的步骤；
使所述多个管状金属板相互接触并进行固定，得到管状金属板的集合体的步骤；以及
对所述管状金属板的集合体进行加热，而对所述管状金属板的接合面进行钎焊接合，制成在所述接合面处的中空内表面形成有突起的管状部件，且对所述管状金属板彼此进行钎焊接合，得到电池壳体的步骤。
8.电池块的制造方法，其包括以下步骤：
对金属板进行弯曲加工，形成接合面，得到多个管状金属板的步骤；
使所述多个管状金属板相互接触并进行固定，得到管状金属板的集合体的步骤；
在所述集合体的外周面配置钎料的步骤；以及
对配置有所述钎料的集合体进行加热，而对所述管状金属板的接合面进行钎焊接合，制成在所述接合面处的中空内表面形成有突起的管状部件，且对所述管状金属板彼此进行钎焊接合，得到电池壳体的步骤。
9.如权利要求7或权利要求8所述的电池块的制造方法，其中，
还包括在所述电池壳体的管状部件的中空部收容单元电池的步骤。
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