CN104321902B - 电池、电池组和车辆 - Google Patents

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Abstract

本发明的目的是抑制电池的大型化，并且抑制壳体内的发电部的位置偏移。本发明提供一种电池，其特征在于，具有通过绝缘性的外装材料将单电池覆盖了的发电部、和将所述发电部收容的密闭结构的壳体，所述壳体的内压比外压高。在此，所述发电部可以是通过所述外装材料将所述单电池排列而成的电池群覆盖了的电池模块。所述电池模块能够以在连接邻接的所述单电池的导电部件所处的区域中折弯的状态被收容于所述壳体。能够设置沿与所述导电部件最接近的所述壳体的面使冷介质导通的冷介质通道。

Description

电池、电池组和车辆
技术领域
本发明涉及在壳体内收容有发电部的电池的结构。
背景技术
已知在壳体内收容有发电部的电池。专利文献1公开了一种电池，该电池在壳体内悬挂支持了将片状的发电部绕轴卷绕而成的扁平状卷绕体的两端部。通过这样在壳体内悬挂支持卷绕体，卷绕体被定位在壳体内规定的位置。
在先专利文献
专利文献1：日本特开2011-71109号公报
专利文献2：日本特开2011-249250号公报
专利文献3：日本特开2011-222230号公报
发明内容
但是，在上述的结构中，需要用于悬挂支持卷绕体的支持部件，因此使电池大型化。
因此，本发明的目的是抑制电池的大型化，并且抑制壳体内的发电部的位置偏移。
为解决上述课题，本申请发明涉及的电池涉及如下内容。
(1)具有通过绝缘性的外装材料将单电池覆盖了的发电部、和将所述发电部收容的密闭结构的壳体，所述壳体的内压比外压高。
(2)在上述(1)的结构中，所述发电部是通过所述外装材料将所述单电池排列而成的电池群覆盖了的电池模块，所述电池模块能够以在连接邻接的所述单电池的导电部件所处的区域中折弯的状态，被收容于所述壳 体。根据(2)的结构，能够抑制电池的大型化，并且更有效地抑制壳体内的各单电池的位置偏移。
(3)在上述(2)的结构中，能够设置冷介质通道，所述冷介质通道沿与所述导电部件最接近的所述壳体的面使冷介质导通。根据(3)的结构，充放电时在电池模块之中与温度更容易变高的部位接近的区域被冷却，因此能够高效地进行电池冷却。
(4)在上述(2)或(3)的结构中，所述壳体具有：在第1方向上彼此相对的第1侧面、在与所述第1方向正交的第2方向上彼此相对的第2侧面、底面、和顶面，用于将所述电池模块的电力向所述壳体的外部取出的一对取出电极设置于所述顶面侧，所述电池群所包含的所述单电池的个数为偶数，所述电池群包含第1单电池和第2单电池，所述第1单电池的所述顶面侧的端部介由第1连接部件与所述一方的取出电极连接、且所述底面侧的端部与所述导电部件连接，所述第2单电池的所述顶面侧的端部介由第2连接部件与所述另一方的取出电极连接、且所述底面侧的端部与所述导电部件连接。根据(4)的结构，能够减小用于将电池群与取出电极连接的连接部件的长度。由此，能够削减成本。
(5)在上述(4)的结构中，所述电池群还包含介由所述导电部件与所述第1单电池连接的第3单电池、和介由所述导电部件与所述第3单电池连接的第4单电池，所述第1连接部件与所述第1单电池的正极和负极之中一方的电极连接，所述导电部件在所述外装材料的外部露出，所述电池具有与所述第1单电池中另一方的电极连接的第1电压检测部、和与将所述第3单电池和所述第4单电池连接的所述导电部件的露出部分连接的第2电压检测部。根据(5)的结构，即使在将第1单电池和第3单电池连接的连接部件没有电压检测部，也能够检测第1单电池和第3单电池的各电压。由此，能够削减成本。
(6)在上述(5)的结构中，所述第1电压检测部能够与所述第1单电池中所述顶面侧的端部连接。
(7)一种电池组，具有多个上述(4)～(6)之中任一项所述的电池， 各所述单电池的各所述一对取出电极沿所述第1方向排列。
(8)一种车辆，能够搭载上述(1)～(6)之中任一项所述的电池。该情况下，通过从所述电池供给的电力，来驱动车辆行驶用的马达。
(9)一种车辆，能够搭载上述(7)所述的电池组。该情况下，通过从所述电池组供给的电力，来驱动车辆行驶用的马达。
根据本发明，其目的是抑制电池的大型化，并且抑制壳体内的发电元件的位置偏移。
附图说明
图1是电池模块的展开图。
图2是将图1的电池模块利用X-X’截面切断的截面图。
图3是收容有电池模块的电池的立体图。
图4是将图3的电池利用T-T’截面切断的截面图。
图5是对冷却片进行加工的加工装置的工作说明图。
图6是电池组的立体图。
图7是第2实施方式的电池模块的截面图。
图8是第2实施方式的电池的截面图。
图9是变形例3的电池组的组装图。
图10是图示出电池壳体的变形例的概略图。
图11是图示出电池壳体的另一变形例的概略图。
具体实施方式
(第1实施方式)
一边参照附图，一边对本发明的第1实施方式进行说明。图1是电池模块(相当于发电部)的展开图。X轴、Y轴和Z轴是彼此正交的三轴，X轴对应于与电池模块的长度方向正交的方向，Y轴对应于电池模块的长度方向，Z轴对应于电池模块的厚度方向。图2是将电池模块利用图1的X-X’截面切断的截面图。图3是组装有电池模块的电池的外观立体图。T1 轴、T2轴和T3轴是彼此正交的三轴。图4是将图3的电池利用T-T’截面切断的截面图。
参照图1，电池模块10包含电池群11、单电池间连接片(相当于导电部件)12a、正极端子连接片12b(相当于第1连接部件)、负极端子连接片12c(相当于第2连接部件)、和外装材料13。电池群11包含第1单电池11a、第2单电池11b、第3单电池11c和第4单电池11d。这些第1～第4单电池11a～11d，沿外装材料13的长度方向即Y轴方向排列。其中，单电池11的个数也可以是1～3个、或5个以上。第1单电池11a位于Y轴方向的一端部，第2单电池11b位于Y轴方向的另一端部。
外装材料13由薄膜部件13a、13b构成。这些薄膜部件13a、13b夹着第1～第4单电池11a～11d，在其外缘侧的区域彼此热熔合。通过薄膜部件13a、13b彼此热熔合，第1～第4单电池11a～11d被密封在外装材料13的内部。再者，单电池间连接片12a也可以在外装材料13的外部露出。
薄膜部件13a、13b可以使用具有绝缘性的可挠性薄片。薄膜部件13a、13b也可以是叠层薄膜。这样，通过外装材料13具有绝缘性，能够将第1～第4单电池11a～11d单元化作为一个电池模块。
参照图2，第1单电池11a包含正极体111a、负极体111b和隔板111c，正极体111a和负极体111b隔着隔板111c而层叠。再者，在以下的说明中，有时将正极体111a、负极体111b和隔板111c层叠的方向称为层叠方向。第1～第4单电池11a～11d可以是镍氢电池、锂离子电池等的二次电池、或电容器。再者，图2将一部分的正极体111a、负极体111b和隔板111c省略图示。
正极体111a包含集电体、和形成于集电体表面的正极层。正极层包含正极活性物质、导电剂等。正极活性物质可以是LiCoO2等的Li·Co系复合氧化物、LiNiO2等的Li·Ni系复合氧化物、尖晶石LiMn2O4等的Li·Mn系复合氧化物、LiFeO2等的Li·Fe系复合氧化物。正极活性物质可以是LiFePO4等的过渡金属和锂的磷酸化合物或硫酸化合物、V2O5、MnO2、TiS2、MoS2、MoO3等的过渡金属氧化物或硫化物、PbO2、AgO、NiOOH。
负极体111b包含集电体、和形成于集电体表面的负极层。负极层包含负极活性物质、导电剂等。负极活性物质可以是金属氧化物、锂-金属复合氧化物、碳。
正极端子连接片12b与第1单电池11a的层叠方向的一端部连接。正极端子连接片12b与电池1的总正端子21(相当于取出电极)连接。正极端子连接片12b和总正端子21的连接方法可以是超声波焊接、点焊接。
负极端子连接片12c与第2单电池11b的层叠方向的一端部连接。负极端子连接片12c与电池1的总负端子22(相当于取出电极)连接。负极端子连接片12c和总负端子22的连接方法可以是超声波焊接、点焊接。
隔板111c含有电解质。电解质可以是固体电解质或电解液。固体电解质可以使用高分子固体电解质、无机固体电解质。高分子固体电解质可以使用例如聚环氧乙烷(PEO)、聚环氧丙烷(PPO)、它们的共聚物。为确保离子传导性，高分子固体电解质可以包含锂盐。锂盐可以使用例如LiBF4、LiPF6、LiN(SO2CF3)2、LiN(SO2C2F5)2、或它们的混合物。
参照图3和图4，电池模块10收容于电池壳体30的内部。电池壳体30包含在T3轴(相当于第1方向)方向上彼此相对的一对第1壳体侧面30a、在T1轴(相当于第2方向)方向上彼此相对的一对第2壳体侧面30b、壳体底面30c、和壳体顶面30d。再者，在图3中，壳体顶面30d被省略。
在此，包含第1壳体侧面30a、第2壳体侧面30b和壳体底面30c的壳体主体，和壳体顶面30d，能够分别以不同方式制造。壳体主体可以通过例如压制成形而制造。壳体顶面30d可以通过焊接于第1壳体侧面30a和第2壳体侧面30b的内表面而固定。电池壳体30可以使用金属。
电池模块10在弯曲部10a折弯。弯曲部10a，在邻接的单电池的中间部分、即将邻接的单电池连接的单电池间连接片12a所处的区域形成。
第1单电池11a，壳体顶面30d侧的端部介由正极端子连接片12b与总正端子21连接，壳体底面30c侧的端部介由单电池间连接片12a与第3单电池11c连接。
第2单电池11b，壳体顶面30d侧的端部介由负极端子连接片12c与总负端子22连接，壳体底面30c侧的端部介由单电池间连接片12a与第4单电池11d连接。
这样，通过将电池模块10以折弯的状态收容于电池壳体30的内部，能够有效地活用电池壳体30的内部空间。由此，电池1的大型化被抑制。
另外，通过构成电池群11的单电池的个数被设定为偶数，并且电池模块10以折弯的状态被收容于电池壳体30的内部，能够将总正端子21、与连接正极端子连接部12b的第1单电池11a的连接部位的间隔减小。由此，能够减小正极端子连接部12b的长度。同样能够将总负端子22、与连接负极端子连接部12c的第2单电池11b的连接部位的间隔减小。由此，能够减小负极端子连接部12c的长度。
在壳体底面30c设有冷却管道31。冷却管道31包含冷却片31a和管道壁部31b。冷却片31a与壳体底面30c接触，每隔规定间隔设置于壳体底面30c的长度方向(T1轴方向)。冷却片31a可以使用热传导率高的金属。金属可以是铝。
图5是对冷却片进行加工的加工装置的工作说明图，以(a)～(e)的顺序进行加工。加工装置可以使用冲击成形装置。冲击加工装置包含冲头81和冲模82。冲头81相对于冲模82的凹部进退。冲头81通过未图示的马达而驱动。在冲模82的凹部载置成为冷却片母材的熔渣(slag)M。熔渣M可以是由铝构成的圆柱状的铸锭。
使冲头81向冲模82的凹部下降，则熔渣M被压碎，压碎了的熔渣M的一部分从冲头81与冲模82的间隙延展，由此形成冷却片31a。采用该方法，仅靠使冲头81向冲模82下降，就能够简单地制造冷却片31a。并且，金属模具的费用被削减，能够抑制电池1的制造成本的增大。
通过壳体底面30c、冷却片31a和管道壁部31b所包围的空间，形成用于使冷介质导通的冷介质路径。通过在该冷介质路径的内部流动的冷介质，壳体底面30c被冷却，进而，能够冷却电池模块10。由此，第1～第4单电池11a～11d的劣化被抑制。冷介质可以是空气、或液态的热交换介质。
在此，在使电池模块10充放电时，弯曲部10a有时与其它部位相比温 度变高。也就是说，由于单电池间连接片12a位于弯曲部10a，因此使电池模块10充放电时的发热温度相对变高。由于弯曲部10a与壳体底面30c接触，冷却片31a与壳体底面30c接触，因此通过在冷却管道31的内部流动的冷介质，能够效率良好地冷却第1～第4单电池11a～11d。
电池壳体30的内压设定得比外压高。提高电池壳体30的内压的方法，可以是将惰性气体(例如氮气)、或空气向电池壳体30的内部供给的方法。通过向电池壳体30的内部送入惰性气体等，电池壳体30的内部成为加压气氛，电池模块10被按压于电池壳体30的内表面。
通过电池模块10被按压，电池模块10的位置偏移被抑制。通过电池模块10的位置偏移被抑制，能够抑制电池模块10的外装材料13在电池壳体30的内壁滑动、磨损等。另外，通过电池模块10被按压，作为单电池的发电元件的正极体111a、负极体111b和隔板111c更紧固地密合，因此能够抑制电池模块10的输入输出特性的降低。
在此，作为在电池壳体30的内部约束电池模块10的方法，已知在电池壳体30的外部安装约束部件，通过该约束部件而按压电池壳体的方法。但是，在该方法中，需要将约束部件安装于电池壳体30，因此使组装工序复杂化，成本也增大。根据本实施方式的电池1，即使没有约束部件，也能够约束电池模块10。由此，能够抑制组装工作的复杂化，并且抑制成本的增大。
通过由电池壳体30的内压而约束电池模块10，能够省略用于在电池壳体30的内部悬挂支持电池模块10的支持部件。由此，在电池壳体30的内部，用于配置电池模块10的空间增大，因此也能够抑制电池1的大型化，并且增大电池模块10的尺寸。
在此，在过充电、过放电等的电池异常时，有时从第1～第4单电池11a～11d放出气体，气体外装材料13的内压增高。在本实施方式中，通过电池壳体30的内部压力而使气体外装材料13从外部被加压，因此能够抑制气体从外装材料13流出。
电池模块10的外装材料13具有绝缘性，电池壳体30不具有电位，因 此不需要对电池壳体30的内表面实施绝缘处理。由此，能够削减成本。
在此，作为密封单电池所使用的材料，包含铝的叠层薄膜众所周知。该包含铝的叠层薄膜具有止水性，因此能够抑制水分侵入到单电池的内部。在本实施方式中，电池壳体30由金属构成，通过该金属能够抑制水分从单电池的外部侵入到内部。因此，本实施方式中的外装材料13，也可以使用不包含铝的叠层薄膜。由此，能够提高材料选择的自由度。
上述的电池1能够搭载于车辆。电池1向车辆行驶用的马达供电。马达通过从电池1供给的电力而旋转工作，使车辆行驶。车辆可以是仅具有电池1来作为车辆行驶用的动力源的电动车、兼用电池1和其他元件(例如内燃机、燃料电池)来作为动力源的混合动力车。混合动力车包含能够通过车辆外部的电源将电池1充电的插电式混合动力车。另外，如图6所示，多个电池1连接而成的电池组A也可以搭载于车辆。电池组A通过向车辆行驶用的马达供电，使车辆行驶。
(第2实施方式)
一边参照附图，一边对第2实施方式涉及的电池进行详细说明。图6是电池模块(相当于发电部)100的展开图。图7是与图4对应的电池的截面图。电池模块100包含第1单电池51、第2单电池52、第3单电池53和第4单电池54。第1单电池51位于电池模块100的一端部，第2单电池52位于电池模块100的另一端部。
第1单电池51构成为将正极体51a和负极体51b隔着隔板层叠。正极体51a和负极体51b分别是与第1实施方式的正极体111a和负极体111b相同的结构，因此省略详细说明。另外，第2～第4单电池54是与第1单电池51相同的结构，因此省略详细说明。
第1单电池51的正极体51a介由正极端子连接片43(相当于第1连接部件)与电池的正极端子57(相当于取出电极)连接。在第1单电池51的负极体51b，连接有电压检测片41a(相当于第1电压检测部)。第1单电池51的负极体51b和第3单电池53的正极体53a，介由单电池间连接片42a(相当于导电部件)电连接和机械连接。第3单电池53的负极体 53b和第4单电池54的正极体54a介由单电池间连接片42b(相当于导电部件)电连接和机械连接。第4单电池54的负极体54b和第2单电池52的正极体52a介由单电池间连接片42c(相当于导电部件)电连接和机械连接。第2单电池52的负极体52b介由负极端子连接片44(相当于第2连接部件)与电池的负极端子58(取出电极)连接。
如图7所示，电池模块100与第1实施方式的电池模块10同样地以在邻接的单电池的边界部分折弯的状态收容于电池壳体59的内部。将第3单电池53和第4单电池54连接的单电池间连接片42b，在外装材料13的外部露出，对于该露出部分接触电压检测端子56(相当于第2电压检测部)。单电池间连接片42b具有弹性。单电池间连接片42b通过其弹性力被电压检测端子56压住。但是，单电池间连接片42b和电压检测端子56也可以通过彼此焊接而接合。
在此，正极端子连接片43、电压检测片41a、电压检测端子56、负极端子连接片44和电压检测片41b，对于未图示的监视单元被电连接。监视单元将从这些正极端子连接片43、电压检测片41a、电压检测端子56、负极端子连接片44和电压检测片41b取得了的电压信息向未图示的ECU(electric control unit，电子控制单元)发送。ECU基于介由正极端子连接片43和电压检测片41a而取得了的电压信息，算出第1单电池51的电压。ECU基于介由电压检测片41a和电压检测端子56而取得了的电压信息，算出第3单电池53的电压。ECU基于介由电压检测端子56和电压检测片41b而取得了的电压信息，算出第4单电池54的电压。ECU基于介由负极端子连接片44和电压检测片41b而取得了的电压信息，算出第2单电池52的电压。
根据上述的结构，即使在所有的单电池间都没有电压检测片，也能够检测各单电池51～54的电压。由此，电池的成本被削减。
如图7所示，单电池的个数为偶数个的情况下，能够将正极端子连接片43、电压检测片41a、电压检测端子56、负极端子连接片44和电压检测片41b集中于电池壳体59的一端侧。由此，能够将电压监测路径与母线 模块一体化。在此，母线模块是在包含多个电池的电池组中，使连接邻接的电池的多个母线单元化的模块。通过使用母线模块，使母线的组装工作容易化等。
(变形例1)
在上述的实施方式中，通过将正极体111a、负极体111b和隔板111c沿规定方向层叠而构成单电池，但本发明并不限于此，例如，也可以由将正极体111a和负极体111b隔着隔板111c层叠而成的叠层片绕规定的轴卷绕而成的卷绕体构成单电池。
(变形例2)
在上述的实施方式中，将冷却管道31沿电池壳体30的壳体底面30c配置，但本发明并不限于此，可以设置于其它部位。其它部位可以是电池壳体30的壳体侧面30b。另外，作为另一变形例，冷却片31也可以省略。
(变形例3)
在上述的实施方式中，将电池所包含的单电池的个数设为偶数，但本发明并不限于此，也可以是奇数。图9是将收容有奇数个(例如5个)单电池的电池串联而成的电池组的组装图。电池组80包含第1电池81、第2电池82和第3电池83。第1电池81包含第1～第5单电池81a～81e。第2～第3电池82～83是与第1电池81相同的结构，因此省略详细说明。
第1电池81的正极端子86a和负极端子86b形成于不同的面。该情况下，如图所示，通过使第1电池81的负极端子86b和第2电池82的正极端子86c沿第1电池81和第2电池82的外表面延伸，能够将第1电池81和第2电池82电连接。同样，通过使第2电池82的负极端子86d和第3电池83的正极端子86e沿第2电池82和第3电池83的外表面延伸，能够将第2电池82和第3电池83电连接。电池组所包含的电池的个数可以根据材料的成品率、加工设备、搭载空间等适当设定。
(变形例4)
在上述的实施方式中，由包含第1壳体侧面30a、第2壳体侧面30b和壳体底面30c的壳体主体、以及壳体顶面30d构成了电池壳体30，但本 发明并不限于此。如图10所示，也可以通过有底筒状的壳体a和壳体b的端部彼此接合而形成电池壳体30。该情况下，收容于电池壳体30的内部的电池模块10(100)，通过壳体的内表面而被按压。并且，通过使壳体a和壳体b的形状相同，能够削减电池的成本。另外，如图11所示，可以通过将平板状的侧壁c和有底筒状的壳体d的端部彼此接合而形成电池壳体30。该情况下，收容于电池壳体30内部的电池模块10(100)，通过壳体的内表面而被按压。并且，能够使正极端子等的部件集中于壳体d的上壁部d1。
(变形例5)
与总正端子21(总负端子22)连接的正极端子连接片12b(负极端子连接片12c)可以弯曲。由此，在正极端子连接片12b(负极端子连接片12c)，形成所谓的游隙，因此在电池的振动时施加于正极端子连接片12b(负极端子连接片12c)的负荷被减轻。
附图标记说明
1电池；10电池模块；11电池群；11a～11d第1～第4单电池；12a单电池间连接片；12b正极端子连接片；12c负极端子连接片；30电池壳体；31冷却管道。

Claims (4)

1.一种电池，其特征在于，具有：
电池模块，所述电池模块是通过一对绝缘性的外装材料将单电池排列而成的电池群以及将邻接的所述单电池连接的导电部件覆盖而成的，且在所述导电部件所处的区域中折弯；
密闭结构的壳体，所述壳体是收容所述电池模块的金属制的壳体，在顶面侧设置有用于将所述电池模块的电力向外部取出的一对取出电极；和冷介质通道，所述冷介质通道沿所述壳体的底面的外表面使冷介质导通，
所述壳体的内压比外压高，
位于所述底面侧的所述导电部件与所述底面的内表面接触。
2.一种电池，其特征在于，具有：
由电池模块构成的发电部，所述电池模块是通过绝缘性的外装材料将单电池排列而成的电池群覆盖而成的，且在连接邻接的所述单电池且露出到所述外装材料的外部的导电部件所处的区域中折弯，所述单电池中正极体和负极体隔着隔板层叠；和
将所述发电部收容的密闭结构的壳体，
所述壳体具有：在第1方向上彼此相对的第1侧面、在与所述第1方向正交的第2方向上彼此相对的第2侧面、底面、和顶面，
多个单电池沿所述第1方向排列，
用于将所述电池模块的电力向所述壳体的外部取出的一对取出电极设置于所述顶面侧，
所述电池群所包含的所述单电池的个数为偶数，
所述电池群包含第1单电池、第2单电池、第3单电池和第4单电池，所述第1单电池中的所述正极体的所述顶面侧的端部介由第1连接部件与一方的取出电极连接、且所述第1单电池中的所述负极体的所述顶面侧的端部与第1电压检测部连接，
所述第2单电池中的所述负极体的所述顶面侧的端部介由第2连接部件与另一方的取出电极连接、且所述第2单电池中的所述正极体的所述顶面侧的端部与第3电压检测部连接，
所述第3单电池中的所述正极体的所述底面侧的端部介由所述导电部件与所述第1单电池中的所述负极体的所述底面侧的端部连接，
所述第4单电池中的所述正极体的所述顶面侧的端部介由所述导电部件与所述第3单电池中的所述负极体的所述顶面侧的端部连接，并且所述第4单电池中的所述负极体的所述底面侧的端部介由所述导电部件与所述第2单电池的所述正极体的所述底面侧的端部连接，
第2电压检测部连接于将所述第3单电池的所述顶面侧的端部和所述第4单电池的所述顶面侧的端部连接的所述导电部件的露出部分，
在所述第1单电池的所述负极体，在所述顶面侧的端部连接有所述第1电压检测部，在底面侧的端部连接有所述导电部件，
在所述第2单电池的所述正极体，在所述顶面侧的端部连接有所述第2电压检测部，在所述底面侧的端部连接有所述导电部件。
3.根据权利要求2所述的电池，其特征在于，具有冷介质通道，所述冷介质通道沿所述底面的外表面使冷介质导通。
4.一种电池组，具有多个权利要求2或3所述的电池，所述电池组的特征在于，
各所述单电池的各所述一对取出电极沿所述第1方向排列。
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