CN103947034A - 电池包 - Google Patents

Abstract

提高散热性的同时消除使用金属制外壳时的缺点。电池包具备多个单电池(1)、收纳多个单电池(1)的电池保持构件(2)以及收纳电池保持构件(2)的树脂制的外壳(4)，外壳(4)嵌件成型有金属制的散热板(14)，使散热板(14)的一部分在外壳(4)的外表面侧以及内表面侧露出，将在外壳(4)的内表面侧露出的散热板(14)与电池保持构件(2)热耦合。由此，使电池保持构件(2)与外壳(4)在热耦合的状态下接触，能够将在外部露出的散热板(14)用作散热片，能够获得将单电池(1)的发热经由电池保持构件(2)高效地散热到外部而高可靠性地使用电池保持构件的优点。

Description

电池包

技术领域

本发明涉及收纳有多个可充电的二次电池的电池包，涉及能够应用在例如电动脚踏车或助力自行车用电源等中的电源包。

背景技术

串联及/或并联连接大量二次电池而成的电池包被用作电动脚踏车或助力自行车的动力源、或者电动汽车的电源装置等。电池包为，将二次电池收纳在树脂制的电池保持构件中，进而将电池保持构件收纳在绝缘性的外壳中。

这样的电池包能够通过增多串联连接的单电池数来提高输出电压，并且能够通过增多并联连接的单电池数来提高电池容量。特别鉴于近年来的高输出化的要求，电池包有单电池的使用数增多的趋势。另一方面，各单电池由于对大电流进行充放电而发热。因而，为了长期稳定地使用单电池，要求高效地冷却电池包。

于是，想到通过将外壳设为金属制来从外壳的表面整面散热而提高散热性。然而，金属制的外壳不仅热传导性而且导电性也优良，因此存在不易实现与内部收纳的单电池之间的绝缘性的问题。此外，为了避免水滴等浸入到外壳而在内部产生短路的事态，需要将外壳设为防水构造，然而，金属制的外壳从成形性等方面来看是不易实现防水性的，这成为成本变高的因素。而且，金属制的外壳不但重量变重，而且由于设为金属制导致原材料成本也上升。

另一方面，如果使用树脂制的外壳则能够实现低价且轻型，并且也比较容易实现防水构造，但是存在与金属制的外壳相比散热性较差的缺点。

先行技术文献

专利文献

专利文献1：特开2002－124224号公报

专利文献2：特开2002－334684号公报

专利文献3：特开2003－36819号公报

专利文献4：特开2005－285456号公报

专利文献5：特开2001－210286号公报

发明内容

发明要解决的课题

本发明鉴于这样的以往的问题点而做出。本发明的主要目的在于提供一种提高散热性且消除了使用金属制外壳时的缺点的电池包。

用于解决课题的手段及发明效果

为了实现上述的目的，本发明的第一侧方面所涉及的电池包具备多个单电池1、收纳所述多个单电池1的电池保持构件2以及收纳所述电池保持构件2的树脂制的外壳4，其中，所述外壳4嵌件成型有金属制的散热板14，使所述散热板14的一部分在所述外壳4的外表面侧以及内表面侧露出，能够使在所述外壳4的内表面侧露出的所述散热板14与所述电池保持构件2热耦合。由此，通过使该电池保持构件与外壳在热耦合状态下接触，能够将露出于外部的散热板用作散热片，能够获得能够将单电池的发热经由电池保持构件高效地散热到外部而能够高可靠性地使用电池包的优点。

此外，第二方面所涉及的电池包可以是，所述外壳4用绝缘性的保护膜16将在内表面侧露出的所述散热板14的表面进行覆盖。由此，能够避免使散热板成为在外壳的内表面暴露的状态，能够确保绝缘性和防水性并提高安全性以及可靠性。

而且，此外，第三方面所涉及的电池包可以是，在所述散热板14，将在所述外壳4的外表面侧露出的面形成为凹凸状14a。由此，能够增加散热板的表面积而提高散热性。

而且，此外，第四方面所涉及的电池包可以是，所述散热板14将在所述外壳4的内表面侧露出的面形成为大致平坦面。由此，能够使散热板与电池保持构件接触的面紧贴而提高热耦合，能够提高散热性。

而且，此外，第五方面所涉及的电池包可以是，在所述外壳4的内表面，将所述散热板14的露出的板露出面15形成为从该外壳4的表面以台阶状凹陷的凹状，所述电池保持构件2设有相对于所述板露出面15突出的凸条32，能够将所述凸条32插入所述板露出面15。由此，能够维持电池保持构件与外壳之间的绝缘性的同时提高热耦合并提高散热性。

而且，此外，第六方面所涉及的电池包可以是，所述凸条32兼用作阻止单电池1从电池保持构件2所形成的电池收纳空间34脱离的突出阻止部。由此，不需要在电池保持构件另外设置与散热板接触的接触面，能够共用现有的构件，而不需要大幅度地变更形状、尺寸、成本就能够实现散热性的提高。

而且，此外，第七方面所涉及的电池包可以是，在所述外壳4，所述散热板14露出的面是该外壳4的顶面和底面，或者顶面和底面中的某个。

附图说明

图1是从斜上方观察实施例1所涉及的电池包时的立体图。

图2是图1的电池包的仰视图。

图3是从III－III线观察图2的电池包时的横剖面图。

图4是从IV－IV线观察图2的电池包时的横剖面图。

图5是外壳的分解立体图。

图6是表示图5的电池集合体的立体图。

图7是图6的电池集合体的分解立体图。

图8是从背面斜下方观察图7的电池集合体时的分解立体图。

图9中，图9A是表示外壳与电池保持构件的接合面的示意剖面分解图，图9B是表示从图9A的状态将外壳与电池保持构件接合后的状态的示意截面图。

图10中，图10A是表示实施例2所涉及的电池包的外壳和电池保持构件的接合面的示意剖面分解图，图10B是表示从图10A的状态将外壳与电池保持构件接合后的状态的示意截面图。

图11是图4的剖面的主要部分放大立体图。

图12是图11的剖面的进一步的放大立体图。

具体实施方式

以下，基于附图对本发明的实施方式进行说明。但是，以下所示的实施方式只是示例用于将本发明的技术思想具体化的电池包，本发明不将电池包特定为以下的方式。另外，也不将权利要求书所示的构件特定为实施方式的构件。特别是关于实施方式所记载的结构构件的尺寸、材质、形状及其相对配置等，只要没有特别的特定记载，就未意图将本发明的范围仅限于此，而只是说明例而已。另外，关于各附图所示的构件的大小及位置关系等，有时为了清楚地说明而进行了夸大。而且，在以下的说明中，相同的名称、附图标记表示相同或实质相同的构件，适当地省略详细说明。而且，构成本发明的各要素既可以是用相同的构件构成多个要素来用一个构件来兼作多个要素的方式，相反也可以由多个构件来分担地实现一个构件的功能。此外，一部分在实施例、实施方式中说明过的内容也能够应用到其他实施例、实施方式等中。

(实施例1)

图1示出了本发明的实施例1所涉及的电池包100。该图所示的电池包100被安装于电动摩托车，提供驱动用的电源。因此，设置有用于对电动摩托车供给电力的输出连接器。输出连接器包含将内置于电池包100的二次电池串联及/或并联连接的作为高电压线的输出端子。此外，还与输出端子另外地设置有用于在电池包100与电动摩托车之间交换控制信号的信号端子。而且，输出连接器还可以具备用于从外部对内置的单电池1进行充电的充电端子。充电端子也可以与输出端子兼用。输出连接器将这些输出端子及/或充电端子、信号端子集中起来。但是，不需要将这些端子集中于一个输出连接器，也可以是在独立的连接器分别设置各端子。

该电池包100被配设在电动用摩托车的规定位置，将输出连接器与设置于电动摩托车的插座(receptacle)连接。另外，在此说明将电池包用作电动用摩托车的电源装置的例子，但是本发明不将电池包限定于电动摩托车用电源装置，当然还能够作为其他电源装置来利用。

图1所示的电池包100具备：多个可充电的单电池1；以及电池保持构件2，独立地划分出能够分别收纳多个单电池1的电池收纳空间34。图中的电池包100在外壳4收纳有将多个单电池1配置在电池保持构件2的规定位置并将该多个单电池1串联和并联连接而成的电池集合体。

电池包100如图2的仰视图以及图3～4的截面图所示，将构成外形的外壳4的整体形状设为大致箱形。外壳4中分别内置有多个单电池1。

外壳4被二分割为散热壳11和连结壳12，在内部收纳有电池保持构件2。图5示出了外壳4的分解立体图。该图所示的外壳4在由散热壳11和连结壳12构成的内部空间内收纳电池保持构件2。电池保持构件2中收纳有单电池1(详细情况将后述)。此外，散热壳11与连结壳12的接合面夹设有垫片等弹性变形的密封件13，实现该接合界面处的防水。

(电池集合体)

图6示出了由外壳4所包含的电池保持构件2构成的电池集合体的立体图，图7以及图8的分解立体图示出了该电池集合体的分解立体图。如这些图所示，电池集合体具备：多个可充电的单电池1；塑料制的电池保持构件2，将这些单电池1排列成多层多列进行保持；多个导线板5，焊接于被电池保持构件2保持在规定位置的各个单电池1的端面电极1A，对相邻的单电池1进行连接；以及电路基板6，设置于电池保持构件2的一面。

如图7以及图8的分解立体图所示，电池保持构件2沿纵向排列7层单电池1、将该7层沿横向排列配置14列。即，将98个单电池1以7层14列排列配置成矩阵状。但是，本发明的电池包不将单电池的个数及排列特定为该状态。而且，排列成多层多列的多个单电池串联、并联连接而构成电池集合体。图7以及图8所示的电池集合体中，将配置在同列的7个单电池并联连接，并且，将排列在相互相邻的列的各7个单电池彼此串联连接，将14列单电池彼此串联连接。即，图中的电池集合体将98个单电池连接成7并14串。该构造通过将多个单电池并联连接能够增大电池包的输出电流，并且，通过将相互并联连接的单电池串联连接能够提高电池包的输出电压。但是，本发明的电池包不将相互并联连接的单电池的个数和相互串联连接的单电池的个数特定为上述情况。

(单电池1)

单电池1是可充电的二次电池。图中的电池包将单电池1设为圆筒形的单电池。在本实施例中，作为单电池1，使用圆筒形的锂离子二次电池。锂离子二次电池适合大容量、大输出的电池系统。这是因为，锂离子二次电池能够增大容积或相对于重量的容量。但是，本发明的电池包不将电池特定为锂离子二次电池，也能够应用锂聚合物电池、镍氢电池、镍镉电池等可充电的其他二次电池。而且，外形也不限于圆筒形，也可以形成为方形电池。

(电池保持构件2)

电池保持构件2将多个圆筒形的单电池1以相互平行的姿势排列保持多层多列。如图7以及图8的立体图所示，各电池保持构件2将能够收纳单电池1的圆筒状的电池收纳空间34设置成多层多列，在各个电池收纳空间34插入单电池1而将单电池1配置在规定位置。电池保持构件2将用于收纳单电池1的电池收纳空间34设置成在单电池1的轴向上开口。图中的电池保持构件2成形为具有圆柱状的电池收纳空间34的形状。该电池收纳空间34成形为能够将圆筒形的单电池1插入的内形。图中的电池保持构件2将98个电池收纳空间34设置成7层14列的矩阵状，以便能够按照规定的排列收纳98个单电池1。而且，电池保持构件2在其两面使电池收纳空间34的两端开口。

电池保持构件2在圆筒形的单电池1的长边方向(图7、图8中为上下方向)的中间处分割成第一子保持构件2a和第二子保持构件2b。第一子保持构件2a和第二子保持构件2b使电池收纳空间34的两端开口，成形为能够插入圆筒形的单电池1的形状。电池保持构件2由塑料等绝缘构件成形。将塑料成形为设置有电池收纳空间34的形状的电池保持构件2通过区划地排列单电池1，能够将多个单电池1正确地定位的同时进行排列。

第一子保持构件2a和第二子保持构件2b在彼此的电池收纳空间34内插入单电池1的两端部的状态下被相互连结，从而在各个电池收纳空间34内收纳单电池1。第一子保持构件2a和第二子保持构件2b经由止动螺钉而相互连结。图中的第一子保持构件2a开设有供止动螺钉插入的螺孔(未图示)，第二子保持构件2b在对置面上设置有将该止动螺钉旋入的连结孔缘。

(突出阻止部32)

而且，电池保持构件2在外侧端面一体地成形设置有用于阻止插入到电池收纳空间34的单电池1的端面电极1A从外侧端面向外侧突出的突出阻止部32。该突出阻止部32从电池收纳空间34的开口端缘向内侧突出，在电池收纳空间34的开口部设置成以局部覆盖该开口部的方式伸出的状态，以使得插入到电池收纳空间34的单电池1的端面电极1A从外侧端面露出但端面电极1A不从开口端突出。

图6的电池保持构件2中，将电池收纳空间34配置成矩阵状，并且，在多个电池收纳空间34以与电池收纳空间34的开口部局部重叠的方式以直线状设置突出阻止部32。该电池保持构件2中，插入到电池收纳空间34的单电池1的端面电极1A与突出阻止部32抵接，从而阻止单电池1的端面电极1A从外侧端面突出。此外，突出阻止部32还作为用于将导线板5引导至规定位置的引导件发挥功能。而且，突出阻止部32还作为用于与散热板14接触的凸条32发挥功能。

电池保持构件2在第一子保持构件2a与第二子保持构件2b连结的状态下，使单电池1的端面电极1A从电池收纳空间34的外侧开口部向外部露出。在向外部露出的端面电极1A通过点焊或激光焊接等方法焊接有导线板5。图7、图8的电池保持构件2还将突出阻止部32用作在使电池收纳空间34的两端开口的两面上将多个导线板5相互分离地配置在规定位置的引导件。导线板5被突出阻止部32引导，与单电池1的端面电极1A连接。因此，突出阻止部32设置在配置与端面电极1A连接的导线板5的位置。此外，换言之，在配置有导线板自身的位置处不存在突出阻止部，因此，通过使突出阻止部与散热板热耦合，能够避免散热板与导线板的不被希望的导通。

(导线板5)

如图7、图8所示，导线板5被电池保持构件2的突出阻止部32引导，通过点焊或激光焊接与单电池1的端面电极1A连接，将相邻的单电池1串联、并联连接。导线板5将相同列的单电池1并联连接，将相邻列的单电池1串联连接。导线板5具备：1列宽度的第一导线板5A，配置成位于连接成多列的单电池1的两端，将1列7个单电池1并联连接；以及2列宽度的第二导线板5B，对14个单电池1的端面电极1A进行连接，以便将各列7个单电池1并联连接，并且将相邻列的7个单电池1串联连接。

图7、图8的电池集合体为，在第二子保持构件2b的外侧面(图7中为下表面侧)，相互平行地排列有对2列单电池1进行连接的7张第二导线板5B。7张第二导线板5B分别将7层单电池1并联连接，将相邻的2列单电池1串联连接。此外，在第一子保持构件2a的外侧面(图7中为上表面侧)，在中间配置有对2列单电池1进行连接的6张第二导线板5B，在成为输出侧的两端，配置有对1列单电池1进行连接的2张第一导线板5A。配置在中间的6张第二导线板5B分别将7层单电池1并联连接，将相邻的2列单电池1串联连接。配置在两端的2张第一导线板5A将7层单电池1并联连接。以上的电池集合体将7层单电池1并联连接的同时将14列单电池1以之字状串联连接，将连接于两端部的第一导线板5A作为输出而与输出端子(未图示)连接。

导线板5使用电阻小且热传导优良的金属板，例如使用镍板、铁或铁合金、铜或铜合金等对表面进行了镍等的镀层处理的金属板。导线板5使用最适于焊接的厚度的金属板，例如使用0.1mm～0.3mm的金属板。被进行点焊或激光焊接的导线板不管是过厚还是过薄都不能够以理想状态焊接到单电池的端面电极。因此，考虑流动的电流或用途来将导线板设定为最佳的厚度。

而且，导线板5在其一端设置用于与电路基板6连接的连接片5a。如图7、图8所示，该导线板5使连接片5a的前端部进一步弯折，将该前端部与电路基板6直接电连接。电路基板6开设有供连接片5a的前端部插入的狭缝6a，在该狭缝6a中插入连接片5a的前端部，并且，通过该焊锡将连接片5a与电路基板6连接。电路基板6经由连接片5a输入来自导线板5的电压、电流，检测电池集合体的中间电位。

(电路基板6)

电路基板6安装有通过检测单电池的温度或电压等来保护单电池的保护电路。该电路基板6固定于电池保持构件2的端面，和与多个单电池1连接的导线板5的连接片5a连接。导线板5的连接片5a与电路基板6中安装的电压检测电路连接。由此，能够在电路基板6侧检测电池集合体的中间电位。电路基板6是用于安装控制各列单电池1的充放电电流的充放电电路或保护电路等、电池包的驱动所需要的电路及其结构部件、元件等的基板，能够利用环氧玻璃基板等。

而且，也可以与单电池的表面接触地设置对单电池进行加热的发热体。该情况下，在电路基板中具备对发热体的通电进行接通/断开的控制电路。控制电路检测温度来对发热体的通电进行接通/断开。控制电路具备检测电池温度或者外部空气温度的温度传感器。该温度传感器例如为热敏电阻。热敏电阻将周围的温度作为电阻值的变化进行检测，输入至控制电路。该电池包将用于检测单电池的温度的温度传感器与单电池接近地设置。

另外，电路基板除了设置于各电池保持构件的结构之外，还可以是仅设置于任意一个电池保持构件，在另一个电池保持构件中省略电路基板，通过一个电路基板来共用2个电池保持构件的监视。

(散热板14)

在图5的例子中，散热壳11和连结壳12为树脂制。而且，这些壳嵌件成型有金属制的散热板14。散热板14的一部分在壳的外表面侧以及内表面侧露出。并且，使在壳的内表面侧露出的散热板14与电池保持构件2热耦合。由此，使电池保持构件2与壳在热耦合的状态下接触，从而能够将露出到外部的散热板14用作散热片，获得了能够将单电池的发热经由电池保持构件2高效地散热到外部而高可靠性地使用电池保持构件2的优点。作为这样的散热板14，能够利用热传导性优良的铝或铜等的金属板。特别是，铝金属制的散热板14能够轻型且低价地构成，是优选的。

在散热壳11与连结壳12的内表面，如图9A的放大截面图所示，将散热板14的露出的板露出面15设为从壳的表面以台阶状凹陷的凹状。另一方面，电池保持构件2设置有相对于板露出面15突出的凸条32。凸条32用构成电池保持构件2的树脂通过一体成型来形成。树脂制的凸条32为绝缘性，因此，如图9B所示，即使凸条32与散热板14接触也不会被导电，维持了散热板14与单电池之间的绝缘性。另一方面，使单电池的热经由电池保持构件2的凸条32向散热板14传导，而且，从在壳表面露出的部位向电池包的外部高效地散热。凸条32将表面形成为大致平坦面。此外，散热板14也将在壳的内表面侧露出的面形成为大致平坦面。

(保护膜16)

而且，散热壳11以及连结壳12也可以是用绝缘性的保护膜16将在内表面侧露出的板露出面15覆盖。将这样的结构作为实施例2，在图10A的截面图中示出。保护膜16被粘贴到在壳内表面露出的板露出面15。对这样构成的板露出面15插入电池保持构件2的凸条32，在如图10B所示那样经由保护膜16接触的状态下，通过螺钉连接等将电池保持构件2和壳固定。由此，提高了凸条32与散热板14的热耦合状态，提高了散热性。此外，能够对接合面附加绝缘性和防水性，散热板14在壳内表面不暴露，能够提高安全性以及可靠性。该保护膜16为了确保热传导而较薄地形成，而且为了能够实现足够的绝缘性和防水性而设定为厚度。该例子中，设为1mm程度的厚度。

(凹凸状14a)

另一方面，如对图4的主要部分进行了放大的图11以及将图11进一步放大了的图12所示，散热板14也可以将在外壳4的外表面侧露出的面形成为凹凸状14a。这样，散热板14在内表面侧设为平滑面以提高与凸条32的热耦合，在外表面侧增加表面积来提高散热性，由此能够将电池保持构件2的热高效地传导而向外部放出。

另外，在图5的例子中，散热壳11和连结壳12均将金属板的散热板14作为嵌件来实现散热构造，但是例如也可以构成为，仅在散热壳设置散热板，在连结壳不设置散热板。

此外，在以上的例子中，将散热板设置于电池包的顶面和底面、以及中央的空间，但是不限于此，可以仅设置于顶面或者底面，也可以相反除了设置于顶面和底面之外还在电池包的侧面设置散热板。

收纳于外壳4的电池保持构件2通过输出电缆将输出线连接。并且，将电池包整体作为输出，与设置于外壳4的输出连接器的输出端子连接。这样，并联连接将大量单电池串联及并联连接而成的电池保持构件2，使容量倍增。

工业上的可利用性

本发明所涉及的电池包能够适当地应用为电动摩托车、电动轮椅、电动三轮车、助力自行车、电动手推车等的驱动用电池包等。

附图标记说明

100……电池包

1……单电池；1A……端面电极

2……电池保持构件；2a……第一子保持构件；2b……第二子保持构件

4……外壳

5……导线板

5A……第一导线板

5B……第二导线板

5a……连接片

5b……延长抽头

6……电路基板；6a……狭缝

11……散热壳

12……连结壳

13……密封件

14……散热板；14a……凹凸状

15……板露出面

16……保护膜

32……突出阻止部(凸条)

34……电池收纳空间

Claims (7)

1.一种电池包，具备多个单电池(1)、收纳所述多个单电池(1)的电池保持构件(2)以及收纳所述电池保持构件(2)的树脂制的外壳(4)，其特征在于，

所述外壳(4)嵌件成型有金属制的散热板(14)，

使所述散热板(14)的一部分在所述外壳(4)的外表面侧以及内表面侧露出，

使在所述外壳(4)的内表面侧露出的所述散热板(14)与所述电池保持构件(2)热耦合。

2.如权利要求1所述的电池包，其特征在于，

所述外壳(4)用绝缘性的保护膜(16)将在内表面侧露出的所述散热板(14)的表面覆盖。

3.如权利要求1或2所述的电池包，其特征在于，

所述散热板(14)将在所述外壳(4)的外表面侧露出的面形成为凹凸状(14a)。

4.如权利要求1至3中任一项所述的电池包，其特征在于，

所述散热板(14)将在所述外壳(4)的内表面侧露出的面形成为大致平坦面。

5.如权利要求1至4中任一项所述的电池包，其特征在于，

在所述外壳(4)的内表面，将所述散热板(14)的露出的板露出面(15)形成为从该外壳(4)的表面以台阶状凹陷的凹状，

所述电池保持构件(2)设有相对于所述板露出面(15)突出的凸条(32)，

将所述凸条(32)插入所述板露出面(15)。

6.如权利要求5所述的电池包，其特征在于，

所述凸条(32)兼用作阻止单电池(1)从电池保持构件(2)所形成的电池收纳空间(34)脱离的突出阻止部。

7.如权利要求1至6中任一项所述的电池包，其特征在于，

在所述外壳(4)，所述散热板(14)被露出的面为该外壳(4)的顶面和底面，或者顶面和底面中的某个。