CN105378970B - 电池模块 - Google Patents

Abstract

为了提供对外部冲击具有高抵抗性的膜覆盖电池以及电池模块。框架体被放置在膜覆盖电池的周围部分上。框架体具有突出部。膜覆盖体的周围部分由突出部所支承。

Description

电池模块

技术领域

本发明涉及包含二次电池（secondary battery）的电池模块和电池组以及安装有电池组的电动车辆。

背景技术

作为针对诸如电动汽车、电动摩托车或电力辅助自行车之类的车辆的电源或者作为用于在房屋或建筑中使用的电源，包含二次电池的电池模块或电池组是可用的，并且可以在电池模块或电池组中使用各种类型的二次电池。在各种类型当中，优选地使用锂离子电池，所述锂离子电池在质量和体积能量密度两个方面优秀并且提供高的每单元电池电压。

锂离子电池包括：通过以卷形卷绕经由隔离物的带状的正极和负极的堆叠而获得的卷绕类型；以及通过经由隔离物堆叠平板正极和负极而获得的堆叠类型。锂离子电池通常作为整体而具有柱形或扁平形。

在它们当中，通过以膜状构件封装电池元件而获得的扁平形的锂离子电池具有被紧密地收容在设备中的基本上矩形形状，并且具有轻的重量。因此，在这样的扁平形的锂离子电池的情况下，实现具有高体积能量密度或者高质量能量密度的设备是可能的。特别地，轻重量性质对于针对例如车辆的电力发动机的电源电池是有意义的。

在专利文献1中公开的膜覆盖电池与被收容在可以具有大的厚度的诸如铝之类的壳体中的电池相比，在针对冲击的强度方面较低。因此，在其中在与膜覆盖电池的电力生成元件对应的位置处形成开口的框架构件被布置，以便保持在覆盖部件的周围（periphery）处的热焊接部分。进一步地，作为用于以框架支承电池的另一结构，专利文献2提出了一种结构，在所述结构中，在框架的一部分处提供弹性加压构件，以便稳妥地使提供在电池中的散热板与电池紧密接触。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2004-103258号公报

专利文献2：日本特表2012-523086号公报。

发明内容

发明要解决的问题

膜覆盖电池具有柔性膜作为覆盖体，并且因此在结构方面不同于具有以预先确定的大小生产的罐（can）状容器作为覆盖体的电池。更具体地，被收容在膜覆盖电池中的电池元件的厚度方面的不同意味着膜覆盖电池的外部尺寸方面的不同。因此，尺寸取决于制造中的变化更不用说取决于电池元件的大小而不同。在专利文献1或专利文献2中描述的电池中，为了处理由于单元电池的电容量方面的不同或者制造变化所引起的、膜覆盖电池的厚度方面的不同，必需准备与具有大的厚度的膜覆盖电池匹配的大小的框架。

进一步地，当堆叠多个膜覆盖电池以生产在其中在电池壳体中收容膜覆盖电池的电池模块时，出现以下问题。即，当框架的厚度相对于膜覆盖电池的厚度太大时，电池模块的体积效率随着堆叠的膜覆盖电池的数量增加而减少。为了处理这样的问题，必需准备根据膜覆盖电池的厚度具有不同大小的框架体。

在专利文献1中描述的电池的情况下，膜覆盖电池的外围部分由框架体的整个周围支承。因此，为了防止外围部分被损坏，必需准备具有均匀厚度的框架体，从而导致必需形成对应于厚度的各种尺寸的框架体，这使生产率降低。

进一步地，当专利文献1或专利文献2中描述的框架体被用作针对膜覆盖电池的主要保持构件时，框架体保持膜覆盖电池的周围部分。膜覆盖电池的周围部分是膜在其处被热熔（heat fused）到彼此的部分，或者是膜在其处仅被折叠在彼此之上的部分即厚度小的部分。因此，周围部分在机械强度方面容易降低，并且当关于周围部分的机械应力增加时，覆盖膜可能破裂或者热熔的部分可能打开。

本发明的目的是提供具有针对外部冲击的高耐久性的膜覆盖电池、在其中堆叠多个膜覆盖电池的电池模块、以及在其中保护电路连接到膜覆盖电池和电池模块的电池组、以及它们的制造方法。

用于解决问题的方法

根据本发明，提供有一种具有多个堆叠的膜覆盖电池的电池模块，所述膜覆盖电池均包括：电池元件外壳，在其中收容电池元件；凸缘部，其部分地或者完全地形成在电池元件外壳周围的覆盖膜中；以及正极引出片（tab）和负极引出片。电池模块进一步包括：框架体，其具有外围部分以及在外围部分之内的开口部。框架体的外围部分被布置在相邻的膜覆盖电池的凸缘部之间。突出部形成在与凸缘部相对的外围部分的表面上，从而朝向凸缘侧突出。包括突出部的框架体的部分的厚度小于通过从膜覆盖电池的厚度减去与突出部相对的凸缘部的厚度而获得的距离。

发明效果

根据本发明，显著地减少对定位在膜覆盖电池的外围部分处的凸缘部的机械应力是可能的。进一步地，由于突出部可以部分地提供在框架体中，所以即便当单元电池的厚度改变时，突出部也可以使用芯件（core piece）进行压铸模（die-mold），由此使得有可能提供在生产率方面优秀的框架体、电池、电池模块以及电池组。

进一步地，通过将突出部放置在电极引出片在其处引出的凸缘部的部分上，有可能保护电极引出片存在于其处并且机械应力最容易施加于其处的凸缘部的部分免于冲击。

特别地，即便当电池模块是在总是经受振动和冲击的环境中使用的类型时，比如被包含在电动汽车、电动摩托车或者电力辅助的自行车中使用的电池模块中的电池模块或者被包含在电池组中的电池模块，也有可能提供能够在长时间之上稳定地操作并且当被包含在电力辅助的自行车等等中时具有布局的高自由度的电池模块。

附图说明

图1是图示了在根据本发明的电池模块中使用的膜覆盖电池的示例的视图；

图2是图示了要被附接到在根据本发明的电池模块中使用的膜覆盖电池的框架体的示例的视图；

图3是图示了要被附接到在根据本发明的电池模块中使用的膜覆盖电池的框架体的视图；

图4是图示了在根据本发明的电池模块中使用的膜覆盖电池和框架体的布置的示例的视图；

图5是图示了在根据本发明的电池模块中使用的膜覆盖电池的厚度和框架体的厚度之间的关系的示例的视图；

图6是图示了本发明的膜覆盖电池和框架体的布置的另一示例的视图。

具体实施方式

图1是图示了在本发明中使用的膜覆盖电池的示例的视图。膜覆盖电池100被覆盖有膜覆盖部件，其中，具有高耐候性的膜被堆叠在其外表面侧上，并且可热焊接的膜被层压在其内表面侧上。例如，诸如聚酰胺膜或者聚对苯二甲酸乙二醇酯膜之类的具有高耐候性的膜被堆叠在铝箔的外表面侧上，并且诸如聚乙烯膜之类的可热焊接的合成树脂膜被层压在其内表面侧上。

膜覆盖电池将电池元件、电解质等等收容在膜覆盖部件的电池元件外壳110中，并且正极引出片120和负极引出片130被引出到膜覆盖部件之外。

作为电池元件，使用通过经由隔离物层压支承正极活性材料的正极和支承负极活性材料的负极而获得的电池元件、通过以卷形卷绕经由隔离物的带状的正极和负极的堆叠而获得的电池元件、或者通过以扁平形对正极和负极的卷绕堆叠进行加压而获得的电池元件。

正极引出片的一端电连接到正极，并且其另一端被引出到膜覆盖部件之外。负极引出片的一端电连接到负极，并且其另一端被引出到膜覆盖部件之外。

正极延伸片122的一端可以通过诸如点焊或超声焊接之类的焊接方式而被接合到膜覆盖电池100的正极引出片120。在图1中，正极延伸片122的一端被接合到正极片的引出端，并且正极延伸片的另一端被布置成定向在与正极引出片的引出方向的垂直方向上，即，指向负引出片不存在的一侧。

进一步地，一端被接合到负极引出片130的负极延伸片132在与正极延伸片122的引出方向相对的方向上被引出。

正极延伸片和负极延伸片可以由镍或镍合金形成。

膜覆盖部件包括上端部111、上端部外缘111a、下端部112、下端部外缘112a、侧部113、侧部外缘113a。

在图1中，上端部111的方向对应于正引出片和负引出片的引出方向。包括上端部111、下端部112和侧部113的凸缘部通过在将电解质注入到电池元件外壳中之后热焊接而部分地或者完全地密封，从而允许电解质保持在膜覆盖部件之内。

可以如下那样使用膜覆盖部件。例如，布置在电池元件的两个表面上的两个膜覆盖部件的外缘处的四个边被热焊接。替代地，单个膜覆盖部件在其中心处折叠，以覆盖电池元件的两个表面，并且然后在注入电解质之后热焊接其余的三个边。即，可以适当地改变密封部分。

正极引出片120和负极引出片130均可以从上端部外缘或者下端部外缘引出，或者可以从相对的外缘分别地引出。

为了描述的方便，从其引出正极引出片和负极引出片120和130中的至少一个的一个端部被称为上端部，与该一个端部相对的另一端部被称为下端部，并且不同于上端部和下端部两者的端部被称为侧部。然而，这不意味着上端部相对于地面在竖直方向上定位在下端部之上。

在本发明的膜覆盖电池的配置的示例中，诸如锂锰复合氧化物或者锂钴复合氧化物之类的锂过渡金属复合氧化物可以被用作用于电池体的正极的活性材料。进一步地，可以按需要向以上活性材料添加导电性赋予材料或者其他添加剂。作为集电箔，可以采取诸如铝箔之类的即便当向其施加正电势时也稳定的金属作为示例。

进一步地，作为负极，有可能使用通过向铜箔涂覆浆之后进行干燥而获得的负极，所述浆通过混合能够掺杂和去掺杂（dedoping）锂的碳材料、诸如碳黑之类的导电性赋予材料、粘结剂等等来获得。

使用膜覆盖部件并且具有在膜覆盖部件之外引出的正引出片和负引出片的存储元件的示例包括电双层电容器以及锂离子电容器。可以将在其中本发明的电池堆叠体被收容在覆盖膜中的部分的配置应用于以上存储元件。

图2是图示了要被附接到本发明的膜覆盖电池的框架体的示例的视图。

使用诸如ABS或聚碳酸酯之类的、具有高强度的合成树脂的铸模来生产框架体201。框架体201在与膜覆盖电池（未图示）的外围部分的凸缘部对应的框架部203之内具有对应于电池元件外壳的空间部202。

突出部203a、203b、203c、203d、203e和203f从框架体201的框架部203的表面朝向凸缘侧突出，而使得与膜覆盖电池的凸缘部相对。

在图1中描述的膜覆盖电池的凸缘部上的、在其处布置一个电极引出片的位置所相对的框架体的表面上的位置处提供突出部203a，并且在其处布置另一电极引出片的位置所相对的框架体的表面上的位置处提供突出部203f。

进一步地，在其处布置电极引出片的那些位置之外的位置处提供突出部，以便允许框架体通过框架体的突出部稳定地放置在凸缘部上。

突出部203c和203d被提供在经由空间部分别与在其处提供突出部203a和203f的框架部上的位置相对的框架部上的位置处。突出部203b和203e被提供在与在其上提供突出部203a和203f的外围部分正交的框架部上的位置处。

在图2中，框架体的突出部被提供在框架体的外围部分的两个表面上；然而，取决于膜覆盖电池的形状，可以仅在一个侧表面上提供突出部。

提供框架体可以防止膜覆盖电池或者在电池壳体中包含膜覆盖电池的电池模块与收容膜覆盖电池或电池模块的电池壳体（未图示）的内壁等等碰撞，即便当向电池模块或电池组施加冲击时。

进一步地，在框架体上提供突出部防止膜覆盖电池的凸缘部与框架体之间的猛烈碰撞。从其引出正极引出片或负极引出片的、膜覆盖电池的凸缘部的部分最易受到来自引出片的冲击，而使得突出部优选地布置在相对于在其处提供引出片的凸缘部的部分处。

这减少了在其处提供引出片的凸缘部在冲击的施加时的振幅，由此显著减少覆盖膜的损坏。

在本发明中，优选的是，在至少对应于上端部111和下端部112的框架体上的位置处、或者在至少对应于上端部和两个侧部的框架体上的位置处提供突出部。

在框架体的外围部分的与其在空间部侧上的侧表面相对的侧表面处形成平坦表面209。因此，当堆叠多个膜覆盖电池并且因此布置多个框架体时，可以将诸如胶带之类的固定构件或加固构件容易地粘接或固定到平坦表面209。

进一步地，为了减少电池模块的重量，可以形成凹部206。凹部206可以形成为通孔；然而，框架体的外围部分的内表面侧接触于膜覆盖体，而使得内表面侧优选为平坦的。类似地，凹部可以形成在与在其处布置空间部的侧相对的上端部和下端部处的表面中。

在框架体的侧表面处提供侧表面紧固部210a。进一步地，在与在其处定位侧表面紧固部210a的框架体的侧表面相对的侧上提供另一侧表面紧固部。

如由诸如图1的图示出的那样，框架体被放置在设有正极延伸片和负极延伸片的膜覆盖电池上。然后，膜覆盖电池的正延伸片和负延伸片中的一个被布置成与侧表面紧固部210a重叠，并且使用诸如螺钉固定（screwing）、钉固定（pinning）或焊接之类的紧固方式将片固定到框架体，由此框架体可以布置在串联连接的膜覆盖电池之间。相对侧上的侧表面紧固部210b以及正延伸片和负延伸片中的另一个可以以相同方式进行连接。

图3是图示了要被附接到本发明的膜覆盖电池的箱体的视图。

虽然在图3中图示了其中从相同侧上的端部引出膜覆盖电池的正极引出片和负极引出片的配置，但是可以根据片的引出方向或者尺寸适当地修改图3中的配置。

在图2中图示的框架体201的外围部分之内形成空间部，而在图3中图示的框架体201中，在外围部分之内设置中间板204，并且在箱体的两个表面中形成凹部，在所述凹部中，中间板的两个表面均充当所述凹部的底部。其他配置与图2的框架体的那些配置相同，因此，将省略其详细描述。

图4是图示了其中每个附接有框架体的图1的膜覆盖电池被堆叠的状态的视图。

图5是图示了膜覆盖电池的厚度和框架体的厚度之间的关系的示例的视图。

膜覆盖电池100（未图示）被布置在最下级，并且框架体201使用形成在框架体的外围部分中的突出部而被放置在包括形成在电池元件外壳110的周围的上端部、下端部和侧部113的凸缘部上。在该示例中，为了描述的方便，在膜覆盖电池的主表面与水平表面平行地设置的状态下重复地堆积框架体和膜覆盖电池。当膜覆盖电池的主表面与地板表面竖直地设置时，框架体被布置在相邻地布置的膜覆盖电池的凸缘部之间。

在图4中，在最下级的膜覆盖电池的电池元件外壳中提供粘合构件230，由此，被放置在最下级的膜覆盖电池上的膜覆盖电池通过粘合构件固定到该最下级的膜覆盖电池。在该状态下，包括突出部的框架体201的厚度小于通过从膜覆盖电池的厚度t1减去与突出部相对的凸缘部的厚度t2而获得的距离。

进一步地，当通过粘合构件连接相邻的膜覆盖电池时，包括突出部的框架体201的厚度小于通过从膜覆盖电池的厚度t1与粘合构件的厚度d之和减去与突出部相对的凸缘部的厚度t2而获得的距离。

因此，对应于仅一个框架体的负载被施加到膜覆盖电池的凸缘。因此，与其中膜覆盖电池主要由框架体支承的常规配置相比，有可能显著地减少要被施加到凸缘的负载。

进一步地，通过在其处存在电极引出片并且在其处向收容在膜覆盖电池之内的电池元件施加最大负载的凸缘部中提供突出部，有可能最小化最易受到损坏的电极引出片定位在其处的凸缘部的部分的振幅，以由此最有效地获得对振动的抵抗性（resistance）。

进一步地，与在其处提供正极引出片和负极引出片的位置对应的框架体的外围部分在宽度方面被做得更宽，从而不允许正极引出片和负极引出片的引出端从框架体的外缘突出。因此，有可能获得进一步抵抗于外部施加的振动的结构。

进一步地，当通过粘合构件连接相邻的膜覆盖电池时，框架体不是支承膜覆盖电池的主要部分。因此，即便当接触于膜覆盖电池的凸缘的部分是被部分地提供在框架体中的突出部时，也有可能显著地减少对凸缘部的机械应力，由此防止凸缘部的损坏。

因为突出部可以被部分地提供在框架体中，所以可应用于各种厚度的膜覆盖电池。例如，与框架体分离地形成的突出部可以安装到框架体，或者突出部可以使用芯件进行压铸模。因此，提供在生产率方面优秀的框架体、电池、电池模块以及电池组是可能的。

作为用于固定膜覆盖电池的粘合构件，可以使用双面胶带或者诸如热熔粘合剂之类的粘合剂。在可加工性（workability）方面，优选地使用双面胶带。

在图2和3中，在从其引出正极引出片和负极引出片的侧的方向对准的情况下堆叠膜覆盖电池；然而，可以使从其引出正极引出片和负极引出片的侧的方向不同。

进一步地，框架体优选地形成为使得其外围缘与上端部外缘111a、下端部外缘112a和侧部外缘113a的外围缘重合，或者位于上端部外缘111a、下端部外缘112a和侧部外缘113a的外围缘之外。

当堆叠大量膜覆盖电池时，可以重复上文描述的配置。当串联连接电池时，在相邻的膜覆盖电池彼此层压时，交替地反转膜覆盖电池以使得正极片和负极片彼此重叠。

在图4中，图示了其中图2的框架体被放置在膜覆盖电池上的电池模块的示例；然而，替代地，如在图6中图示的那样，可以组合箱体和框架体以形成电池模块。

在图6中，箱体201d被布置在最下级处，并且膜覆盖电池被放置在箱体的中间板204上。框架体201c的框架部被放置于在最下的箱体处布置的膜覆盖电池100的电池元件外壳110周围所形成的凸缘部上。

进一步地，另一膜覆盖电池通过粘合构件230粘结到布置在最下的箱体处的膜覆盖电池的电池元件外壳。在该状态下，箱体的中间板204和与箱体的外围部分的表面203对应的平面之间的距离小于最下级的膜覆盖电池的凸缘部的下表面和箱体的中间板的上表面之间的距离。

使框架体201c的厚度小于最下级的膜覆盖电池的凸缘部的上表面和层压在最下级的膜覆盖电池上的膜覆盖电池的凸缘部的下表面之间的间隙。在该配置的情况下，有可能防止膜覆盖电池仅由与箱体或框架体的外围部分对应的凸缘部所保持，由此减少要被施加于凸缘部的负载。

产业可应用性

可以提供高度抵抗于振动和冲击的电池模块和电池组。

附图标记列表

100：膜覆盖电池

110：电池元件外壳

111a：上端部外缘

112a：下端部外缘

113：侧部

113a：侧部外缘

120：正极引出片

122：正极延伸片

130：负极引出片

132：负极延伸片

201、201a、201c、201d：框架体

202：空间部

203：框架部

203a、203b、203c、203d、203e、203f：突出部

230：粘合构件。

Claims (7)

1.一种电池模块，其特征在于，包括多个堆叠的膜覆盖电池，所述膜覆盖电池均包括：

电池元件外壳，在其中收容电池元件；

凸缘部，部分地或者完全地形成在所述电池元件外壳周围的覆盖膜中；以及

正极引出片和负极引出片，

所述电池模块进一步包括框架体，所述框架体具有外围部分以及在所述外围部分之内的开口部，其中

所述框架体的所述外围部分被布置在相邻的膜覆盖电池的凸缘部之间，

突出部被形成在所述外围部分的与凸缘部相对的表面上，从而朝向凸缘侧突出，

所述框架体的包括所述突出部的部分的厚度小于通过从所述膜覆盖电池的厚度减去与所述突出部相对的凸缘部的厚度而获得的距离。

2.根据权利要求1所述的电池模块，其特征在于

所述突出部至少接触于在其处从所述覆盖膜引出所述正极引出片的边的凸缘部、以及在其处从所述覆盖膜引出所述负极引出片的边的凸缘部。

3.根据权利要求1或2所述的电池模块，其特征在于

所述膜覆盖电池通过粘合构件固定到其相邻的膜覆盖电池中的至少一个。

4.根据权利要求1所述的电池模块，其特征在于，包括两个或更多框架体，其中

所述两个或更多框架体使用粘合构件在其与限定其开口部的侧表面不同的外表面处固定到彼此。

5.根据权利要求1所述的电池模块，其特征在于

所述正极引出片和电连接到所述正极引出片的正极延伸片中的至少一个、以及所述负极引出片和电连接到所述负极引出片的负极延伸片中的至少一个使用紧固构件固定到所述框架体。

6.根据权利要求1所述的电池模块，其特征在于，进一步包括箱体，所述箱体具有外围部分、在所述外围部分之内的中间板、以及凹部，在所述凹部中，所述中间板的至少一个表面充当所述凹部的底部，其中

所述膜覆盖电池通过粘合构件固定到所述箱体的所述中间板，并且固定到所述中间板的膜覆盖电池通过粘合构件固定到其相邻的膜覆盖电池。

7.根据权利要求6所述的电池模块，其特征在于

所述箱体被布置在电池模块层压方向上的最外位置处。