CN104603978A - 电池、电池组、电池的制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明的目的在于电池的小型化及低成本化。一种在电池槽中收容多个单体电池而构成的电池，其特征在于，所述电池槽由绝缘性材料形成，并且具有多个收容部，其由该电池槽的内壁部形成，分别收容所述各单体电池，用于连接所述多个单体电池的导电部件埋设在所述电池槽的壁部内。所述收容部具有沿着所述单体电池的外表面的形状，与所述单体电池的外表面接触。

Description

电池、电池组、电池的制造方法
技术领域
本发明涉及将多个单体电池收容在电池槽中而成的电池。
背景技术
近年来，用作为各种机器的动力源的电池受到了关注。专利文献1公开了一种电池，其具有：耳部，其从扁平型电极组的两端面以旋涡状凸出；夹持部件，其具有第1及第2夹持部，将该耳部分为沿电极组厚度方层叠的两束，并分别夹持各束；以及引线，其从与端子电气连接的连接部处分支为两股，具有位于夹持部件两边的集电部。
专利文献1：日本特开2011-071109号公报
专利文献2：日本特开2006-134803号公报
专利文献3：日本特开2012-009332号公报
但是，在上述结构中，为了确保夹持部件和集电部之间的强度，必须将上述部件及部位做得较厚。因此，成本增加，难以使电池小型化。
因此，本发明的目的在于电池的小型化及低成本化。
发明内容
为了解决上述课题，本发明所涉及的电池为，（1）在电池槽中收容了多个单体电池的电池，其特征在于，所述电池槽由绝缘性材料形成，并且具有多个收容部，该多个收容部由该电池槽的内壁部形成，分别收容所述各单体电池，
用于连接所述多个单体电池的导电部件埋设在所述电池槽的壁部内。
（2）在上述（1）的结构中，所述收容部具有沿着所述单体电池的外表面的形状，能够与所述单体电池的外表面接触。根据（2）的结构，由于利用电池槽的内壁部保持各电池，所以能够防止各电池的位置偏移。
（3）在上述（1）或（2）的结构中，所述单体电池也可以是隔着隔板层叠正极片及负极片而成的发电片绕轴卷绕而成的卷绕体。
（4）在上述（3）的结构中，具有夹持所述卷绕体的电极部的夹持部件，通过所述导电部件能够将相邻的所述卷绕体的所述夹持部件彼此连接。
（5）在上述（1）～（4）的结构中，所述多个单体电池可以电串联连接。
（6）在上述（1）～（5）的结构中，作为所述绝缘性材料可以使用树脂。
（7）电池组具有：上述（1）～（6）中任意一项所述的电池；壳体，其收容所述电池，具有导通热交换介质的导通通路；以及导热片，其从所述导电部件延伸至所述导通通路内。根据（7）的结构，能够使用导热片高效地进行电池的温度调节。
（8）一种在由树脂形成的树脂电池槽中收容了电池模块的电池的制造方法，其特征在于，具有下述步骤，即，第1步骤，在该步骤中，通过经由导电部件连接多个单体电池而制造所述电池模块；以及第2步骤，在该步骤中，通过在将所述电池模块收容在模具内的状态下，向所述模具注塑树脂，从而注塑成型出所述树脂电池槽，在所述第2步骤中，以使得所述导电部件埋设在所述树脂中的方式进行注塑成型。
发明的效果
根据上述（1）、（8）的发明，能够实现电池的小型化及低成本化。
附图说明
图1是第1实施方式的电池的立体图。
图2是第1实施方式的电池的局部的剖面图。
图3是第1实施方式的电池的放大立体图。
图4是现有的电池模块的局部的立体图。
图5是变形例1的电池的立体图。
图6是变形例2的组电池的立体图。
图7是变形例3的电池的立体图。
图8示出电池模块的一个例子。
图9示出电池模块的另一个例子。
图10是第2实施方式的电池的放大立体图。
图11是具有第2实施方式的电池的电池组的剖面图。
图12示出制造电池的制造工序的顺序。
附图标记说明
1…电池 11…电池模块 12…电池槽主体
13…盖体  110…单体电池  111…连接单元
111a…夹持部件  111b…连接导电板
121…收容部。
具体实施方式
（第1实施方式）
图1是本实施方式所涉及的电池的立体图，将说明所需的要素进行透视地进行图示。图2是沿以双点划线示出的切割线X1-X2将图1的电池沿X-Ｙ面方向切割后的电池的局部剖面图。图3是电池的局部的放大立体图，将说明所需的要素进行透视地进行图示。参照上述图，电池1包括电池模块11、电池槽主体12和盖体13。电池模块11包括多个单体电池110。这些单体电池110沿X轴方向排列。
单体电池110包括卷绕体，该卷绕体通过将隔着隔板层叠的片状的正极体及负极体以旋涡状卷绕而构成。单体电池110也可以是能够充放电的二次电池。正极体通过在正极用集电箔的表面涂覆正极活性物质而构成。负极体通过在负极用集电箔的表面涂覆负极活性物质而构成。
正极体包含集电箔、以及形成于集电箔表面的正极层。正极层包括正极活性物质和导电剂等。正极活性物质可以是LiCoO2等Li?Co类复合氧化物、LiNiO2等Li?Ni类复合氧化物、尖晶石LiMn2O4等Li?Mn类复合氧化物、LiFeO2等Li?Fe类复合氧化物。正极活性物质可以是LiFePO4等过渡金属和锂元素的磷酸化合物的或硫酸化合物、V2O5、MnO2、TiS2、MoS2、MoO3等过渡金属氧化物或硫化物、PbO2、AgO、NiOOH。
负极体包含集电箔、以及形成于集电箔表面的负极层。负极层包括负极活性物质和导电剂等。负极活性物质可以是金属氧化物、锂-金属复合氧化物、碳。
与卷绕体的径向正交的方向上的两端部、即卷绕体的Ｙ轴方向的两端部形成有未涂覆部110a。一侧的未涂覆部110a（以下有时称为电池负极端子）通过将负极用集电箔集束而构成，另一侧的未涂覆部110a（以下有时称为电池正极端子）通过将正极用集电箔集束而构成。在这里，未涂覆部110a是负极用集电箔或正极用集电箔上未涂覆活性物质的部分。
连接单元111包括一对夹持部件111a、以及连接这些夹持部件111a的连接导电板111b。一对夹持部件111a中的一个夹持部件111a从X轴方向夹持相邻的单体电池110的电池正极端子中的一个，另一个夹持部件111a从X轴方向夹持相邻的单体电池110的电池负极端子中的另一个。由此，将相邻的单体电池110彼此电串联地连接。
如上所示，将多个单体电池110电串联地连接而得到输出功率较高的电池1。电池1能够用于向车辆行驶用的电动机供给电力的蓄电池。车辆可以是仅将电动机作为动力源的电动车、将电动机及发动机兼用为动力源的混合动力车、以及具有能够外部充电的电池1的插电式混合动力车。
夹持部件111a仅前端侧与电池正极端子（电池负极端子）连接，后端侧与电池正极端子（电池负极端子）分离。通过夹持部件111a的后端侧与电池正极端子（电池负极端子）分离而形成间隙111c，能够经由该间隙111c而向卷绕体的内部注入电解液。电解液的更详细的注入方法在后面记述。
在本实施方式中，将多个单体电池110串联连接，但也可以将多个单体电池110并联连接。在此情况下，相邻的两个单体电池110中的一个的电池正极端子（电池负极端子）与另一个的单体电池110的电池正极端子（电池负极端子）通过连接单元111连接。通过将多个单体电池110并联连接，能够得到电池容量较大的电池1。该电池1如上述所示，能够用于向车辆行驶用的电动机供给电力的蓄电池。
在电池槽主体12中形成有多个收容各单体电池110的收容部121。各收容部121由电池槽主体12的内壁部形成。各收容部121具有沿着各单体电池110的外表面的形状，与各单体电池110的外表面接触。如上所示，通过使电池模块11的外表面与电池槽主体12的内壁部接触，能够牢固地保持电池模块11。由于不需要用于保持电池模块11的独立的保持部件，所以能够抑制电池1的大型化。
在这里，作为将电池模块11进行集束的方法，已知具有在收容电池模块11的壳体外部加装集束带、利用该集束带压住壳体的方法。但是，在该方法中，由于需要将集束带装在壳体上，所以组装工序复杂化，成本也增加。在本实施方式的电池1中，由于电池模块11由电池槽主体12集束，所以即使没有集束带也能够对电池模块11进行集束。由此，能够在抑制组装作业的复杂化的同时抑制成本增加。
另外，在现有的组装工序中，由于在有底筒状的壳体内插入电池模块11，所以必须在电池模块11和壳体内表面之间形成间隙。因此，壳体变大，妨碍电池1的小型化。与此相对，在本实施方式中，由于电池槽主体12的内壁部与电池1相接，所以能够省略间隙。由此，能够抑制电池1的大型化。另外，通过取消间隙，能够使注入壳体内的电解液的液量变少。即，根据本实施方式的结构，由于注入的电解液的大部分流入卷绕体的内部，所以能够减少不必要的注入。
通过利用电池槽主体12的内壁部集束电池模块11，从而能够省略在电池槽主体12内部用于吊挂支撑电池模块11的支撑部件。由此，在电池槽主体12内配置电池模块11的空间变大，能够在抑制电池1大型化的同时增加电池模块11的尺寸。
电池槽主体12由绝缘材料构成。绝缘材料可以是树脂。通过电池槽主体12由绝缘材料构成，从而能够省略用于确保单体电池110之间的绝缘性的独立部件。其结果，能够使电池模块11小型化。另外，由于电池模块11的保持变得容易，所以能够简单地增减单体电池110的个数。
另外，在由铝等金属构成电池槽主体12的情况下，需要针对壳体腐蚀、电解液分解等考虑对策，但在本实施方式中，由于电池槽主体12由树脂构成，所以可以不需要上述对策。
连接导电板111b埋设在电池槽主体12的树脂的内部。由此，能够提高连接导电板111b的保持强度。其结果，能够提高连接导电板111b的连接可靠性。
图4是现有的电池模块的局部的立体图。参照该图，在现有的电池模块中，在连接卷绕体101时，必须跨越分隔单体电池的分隔壁连接集电端子102。因此，集电端子102的长度变得更长，从而电阻增加，充放电时的发热温度变高。与此相对，在本实施方式的结构中，由于使用沿单体电池110的排列方向延伸的连接导电板111b，将相邻的两个单体电池110中的一个的电池正极端子和另一个的电池负极端子连接，所以能够缩短连接导电板111b的长度。由此，抑制在连接导电板111b中的电阻增加，能够降低充放电时的发热温度。
（变形例1）
图5是变形例1所涉及的电池的立体图。此外，电池的内部构造与实施方式1的电池相同，所以省略重复的说明。参照该图，电池40的外侧面设置有脚部41。在脚部41上形成有紧固孔部41a。在这里，在将电池40收容于壳体中的情况下，通过将设置在壳体上的开口部和紧固孔部41a以未图示的紧固螺栓紧固，从而能够固定电池40。在将电池40与车辆的例如地板紧固的情况下，通过将设置在地板上的开口部和紧固孔部41a通过未图示的紧固螺栓紧固，从而能够固定电池40。
（变形例2）
图6是变形例2所涉及的组电池的立体图。参照该图，组电池50包括两个电池50a、50b。此外，电池的内部构造与实施方式1的电池相同，所以省略重复的说明。电池50a的侧面形成凸缘部501a，电池50b的侧面形成凸缘部501b。凸缘部501a上形成有沿Ｚ轴方向的半圆开口部502a和沿X轴方向凹陷的嵌合凹部503a。
凸缘部501b上形成有沿Ｚ轴方向的半圆开口部502b和沿X轴方向凸出的嵌合凸部503b。
通过在组电池50的组装状态下，凸缘部501b的嵌合凸部503b与凸缘部501a的嵌合凹部503a嵌合，从而电池50a、50b一体化。但也可以通过将凸缘部501a及凸缘部501b的接合面熔接而提高电池50a、50b的接合强度。另外，也可以将电池50a、50b的接触面全部熔接而进一步提高接合强度。
通过在组电池50的组合状态下，使凸缘部501a的半圆开口部502a及凸缘部501b的半圆开口部502b彼此对齐，从而形成一个开口部。通过在该开口部中拧紧紧固部件，从而固定组电池50。组电池50的固定方法与变形例1相同，所以省略重复的说明。
在本变形例的结构中，由于凸缘部501a、501b彼此连接，所以例如在电池50b上施加了外力的情况下，能够利用两个凸缘部501a、501b支撑电池50b。由此，与利用一个凸缘部固定电池的方法相比，能够增加固定强度。
（变形例3）
图7是变形例3所涉及的电池的立体图。参照该图，本变形例所涉及的电池60通过将多个单体电池110沿纵向排列而构成。在电池60的外侧面设置有脚部61。在脚部61上形成紧固孔部61a。电池60的安装方法已在变形例1中进行了说明，所以省略重复的说明。如变形例1至3中的说明所示，通过采用在电池模块的周围利用树脂固定并保持的结构，能够容易地制造各种形状的电池。例如电池模块11的结构可以是如图8所示，将单体电池110沿横向排列而串联连接的结构，或者如图9所示将并联连接的单体电池110串联连接的结构。
（变形例4）
在上述实施方式中，单体电池110是由卷绕体构成的，但本发明并不限定于此。单体电池110也可以是将隔着隔板层叠的正极片及负极片、即将发电片沿一个方向叠放的构造。
（第2实施方式）
图10是第2实施方式的电池的放大立体图。图11是收容有第2实施方式的电池的电池组的剖面图。电池组70包括上部壳体71（相当于壳体）、下部壳体72（相当于壳体）及电池73。上部壳体71的上表面处形成凸部71a，由该凸部71a及电池73所夹的空间中形成排烟通路。在这里，排烟通路是在过充电、过放电等电池异常时将从电池73排出的气体向电池组70的外部排除的路径。上部壳体71及下部壳体72通过由紧固螺栓（未图示）彼此连结而一体化。
在上部壳体71的内部，以虚线围住的区域示出导通通路74、75。导通通路74、75沿X轴方向延伸，能够在该方向上流过热交换介质。即，电池70通过充放电而发热，如果不理会该发热状态，则电池会劣化。因此，在电池70发热的情况下，通过在导通通路74、75的内部流过冷却后的空气，能够冷却电池70。另外，如果电池70变为极低温，则内部电阻上升而输入输出特性降低。因此，在电池70的温度变为极低温的情况下，通过在导通通路74、75中流过温暖的空气，能够加热电池70。
热交换介质能够通过未图示的鼓风机动作而向导通通路74、75供给。此外，电池组70能够用于向使车辆行驶的电动机供给电力的蓄电池。在此情况下，能够通过使鼓风机动作而吸入车厢内或车厢外的空气，将该吸入的空气向导通通路74、75的内部供给。
电池70除了具有导热片111c这一点之外，与变形例1的电池40具有相同结构。导热片111c从连接导电板111b贯穿电池槽主体12而凸出至导通通路74或75的内部。由此，导热片111c通过流过导通通路74或75的内部的冷却风而被冷却。通过导热片111c被冷却，连接导电板111b被冷却，从而能够抑制在充放电时发热的电池70的温度上升。另外，导热片111c通过流过导通通路74或75的内部的暖风而被加热。通过导热片111c被加热，连接导电板111b被加热，从而能够改善在极低温状态下的电池70的输入输出特性。
在这里，优选在从热交换介质的送风方向观察时各导热片111c配置在彼此不重合的位置上。这是由于，在将各导热片111c配置在彼此重合的位置上时，位于上游的导热片111c妨碍热交换介质的移动，因此，无法对位于下游的导热片111c高效地进行冷却或加热。
导热片111c形成为平板形状，其表面及背面沿热交换介质的移动方向延伸。由此，由于导热片111c和热交换介质之间的接触面积增加，所以能够高效地对连接导电板111b进行温度调节。另外，能够抑制在对热交换介质送风时的压力损耗增加。
在本变形例中，由于排烟通路设置在凸部71a和电池模块11的上表面之间，导通通路74、75设置在电池模块11的侧面和上部壳体71之间，所以能够使排烟通路和导通通路74、75彼此分离。
由于电池槽主体12由绝缘材料形成，所以能够使电池槽主体12接触上部壳体71、下部壳体72等金属部件。由此，对电池模块11的保持力由上部壳体71等补强，即使在输送规定等强度要求很严格的情况下，也能够高效地保持电池模块11整体。
（第3实施方式）
下面，参照图12的工序图，说明实施方式1的电池的制造方法。在步骤S101中，将单体电池110沿规定方向排列。此时，以使得相邻的两个单体电池110中的一个的电池正极端子和另一个的电池负极端子沿所述规定方向排列的方式排列单体电池110。此外，利用夹具对所排列的单体电池110进行定位。
在步骤S102中，通过将相邻的单体电池110由连接单元111连接，从而制造电池模块11。连接方法可以是铆接或熔接。在本实施方式中，使用连接单元111连接相邻的单体电池110，但也可以使用下述方法，即，将相邻的两个单体电池110中的一个的电池正极端子与夹持部件111a连接，将另一个单体电池110的电池负极端子与夹持部件111a连接后，将这些夹持部件111a利用连接导电板111b连接起来。
在步骤S103中，在具有与电池槽主体12相对应的形状的磨具中放入电池模块11，在模具内喷塑注入加热熔融的树脂后，通过冷却·固化而形成电池槽主体12。在这里，喷塑注入树脂至某种程度后，则电池模块11被所注入的树脂挤压，在监视该挤压力的同时实施喷塑注入，从而能够将硬化的树脂（即电池槽主体12）对电池模块11施加的挤压力控制为所期望的值。由此，由于卷绕体内部的发电要素被牢固地紧密结合，所以能够抑制电池模块11的输入输出特性降低。根据该方法，与使用集束带将电池模块集束的方法相比，能够以简单的构造集束电池模块11。
在步骤S104中，将由树脂构成的盖体13设置在电池槽主体12的开口部处，从电解液注入口13a向电池槽主体12的内部注入电解液。注入电池槽主体12的电解液通过形成于连接单元111和电池正极端子（电池负极端子）110a之间的间隙111c，流入卷绕体内部。此外，在电池槽主体12中，形成有将从电解液注入口13a注入的电解液向间隙111c引导的导通通路（未图示）。
在步骤S105中，将盖体13熔接在电池槽主体12的内表面上而进行固定。根据上述方法，由于在将连接单元111设置在单体电池110上的状态下制造电池模块11，从而能够确保连接可靠性。
在这里，在如变形例1至3所示在壳体主体上形成脚部41等的情况下，需要在模具中设置与脚部41等对应的形状部。另外，如第2实施方式说明所示，在连接单元111上形成导热片111c的情况下，需要使延伸至导通通路74、75内的导热片112的前端部分从模具内的树脂填充区域中后退。

Claims (8)

1.一种电池，其在电池槽中收容多个单体电池，
其特征在于，
所述电池槽由绝缘性材料形成，并且具有多个收容部，该多个收容部由所述电池槽的内壁部形成，分别收容所述各单体电池，
用于连接所述多个单体电池的导电部件埋设在所述电池槽的壁部内。
2.根据权利要求1所述的电池，其特征在于，
所述收容部具有沿着所述单体电池的外表面的形状，与所述单体电池的外表面接触。
3.根据权利要求1或2所述的电池，其特征在于，
所述单体电池是隔着隔板层叠正极片及负极片而成的发电片绕轴卷绕而成的卷绕体。
4.根据权利要求3所述的电池，其特征在于，
具有夹持所述卷绕体的电极部的夹持部件，
通过所述导电部件将相邻的所述卷绕体的所述夹持部件彼此连接。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的电池，其特征在于，
所述多个单体电池电串联连接。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的电池，其特征在于，
所述绝缘性材料为树脂。
7.一种电池组，其特征在于，具有：
上述权利要求1至6中任一项所述的电池；
壳体，其收容所述电池，具有导通热交换介质的导通通路；以及
导热片，其从所述导电部件延伸至所述导通通路内。
8.一种电池的制造方法，其制造在由树脂形成的树脂电池槽中收容了电池模块而构成的电池，
其特征在于，具有下述步骤，即：
第1步骤，在该步骤中，通过经由导电部件连接多个单体电池而制造所述电池模块；以及
第2步骤，在该步骤中，通过在将所述电池模块收容在模具内的状态下，向所述模具注塑树脂，从而注塑成型出所述树脂电池槽，
在所述第2步骤中，以使得所述导电部件埋设在所述树脂中的方式进行注塑成型。
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