CN105960719B - 电池模块 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种电池模块。电池模块具备：多个电池单元，具有安全机构；单元壳体，具有将多个电池单元以规定的排列分别进行收容的多个电池收纳部；绝缘部件，配置在电池单元的一侧；和管道，成为对从电池单元排出的废气进行排气的路径。电池收纳部具有收容电池单元的多个开口部。绝缘部件具有：贯通孔，形成在与多个开口部中收容了电池单元的开口部相对置的位置；和盖部，封闭多个开口部中未收容电池单元的开口部。废气经由绝缘部件的贯通孔而被排出至管道的路径。
Description
技术领域
本公开涉及在将多个电池单元进行了排列的状态下收纳并互相电连接而构成的电池模块。
背景技术
在专利文献1中公开了下述电池块：在具有能收纳多个电池单元的电池单元收容部的金属制的外壳中，收纳数目比电池单元收容部少的锂离子电池单元，而在未收纳电池单元的收容部中收纳了不具有电能的虚拟单元。
在专利文献2中记载有以下内容：在组合多个能收纳规定数目的电池单元的单元壳体而构成的电池组中，通过将某一个单元壳体中收纳的电池单元数目设定得比规定数目少，从而使得按照用途实现最佳的输出电压、电流容量。
在先技术文献
专利文献
专利文献1：JP特开2012-221844号公报
专利文献2：JP特开2008-251472号公报
发明内容
发明所要解决的课题
在电连接多个电池单元而构成的电池模块中，为了根据用途、规格、电池单元的容量增加等得到期望的输出电压、电流容量，期望能够以低成本灵活地变更电池单元的个数，并在该情况下也维持安全性。
本公开的目的在于，提供一种能够在维持安全性的同时以低成本灵活地应对电池单元的个数变更的电池模块。
用于解决课题的方法
本公开所涉及的电池模块具备：多个电池单元，在一侧具有安全机构；单元壳体，具有将所述多个电池单元以规定的排列分别进行收容的多个电池收纳部；绝缘部件，配置在所述电池单元的一侧；和管道，成为对从所述电池单元排出的废气进行排气的路径，所述电池收纳部具有收容所述电池单元的多个开口部，所述绝缘部件具有：贯通孔，形成在与所述多个开口部中收容了所述电池单元的开口部相对置的位置；和盖部，封闭所述多个开口部中未收容所述电池单元的开口部，所述废气经由所述贯通孔而被排出至所述管道的路径。
发明效果
根据本公开所涉及的电池模块，能够在维持安全性的同时以低成本灵活地应对电池单元的个数变更。
附图说明
图1为本实施方式的电池模块的立体图。
图2为构成电池模块的电池单元、单元壳体、上侧保持器以及下侧保持器的分解立体图。
图3(a)为从上方观察上侧保持器的立体图，图3(b)为将上侧保持器倒转状态下的立体图。
图4为构成电池模块的上部的正极集电板、上侧模块壳体以及管道罩的分解立体图。
图5为构成电池模块的下部的负极集电板以及下侧模块壳体的分解立体图。
图6为组装为电池模块的状态下的图3(a)中的A-A截面图。
图7为组装为电池模块的状态下的图3(a)中的B-B截面图。
图8(a)为表示上侧保持器所设置的盖部的变形例的立体图，图8(b)为表示上侧保持器所设置的盖部的变形例的装配截面图。
具体实施方式
以下，参照附图针对本公开所涉及的实施方式详细地进行说明。在该说明中，具体的形状、材料、数值、方向等是为了容易理解本公开的例示，能够按照用途、目的、规格等进行适当变更。此外，最初就可设想在以下包括多个实施方式、变形例等的情况下适当地组合这些特征部分来使用。
图1为本实施方式的电池模块10的立体图。电池模块10作为整体构成为矩形框体状。在以下的说明中，在图1～图7中将电池模块10的水平面上的长边方向设为长度方向(X)、将水平面上的短边方向设为宽度方向(Y)、将铅垂方向设为高度方向(Z)。
电池模块10具备：收容例如圆柱状的多个电池单元11(参照图2)的单元壳体12；互相组合而构成在内部收纳单元壳体12的模块壳体14的上侧模块壳体14a以及下侧模块壳体14b；覆盖上侧模块壳体14a的上部而设置来形成作为排气空间的管道16的管道罩18。管道16与在电池模块10的长度方向一侧开口的排气口17连通。
如图1所示，在电池模块10的长度方向上相对置的一个侧面20，电池模块10的正极侧输出端子22p呈钉状地被突出设置。此外，虽然在图1中没有示出，但在电池模块10的长度方向上相对置的另一个侧面24，电池模块10的负极侧输出端子22n(参照图4)呈同样的钉状地被突出设置。
在模块壳体14的宽度方向上相对置的两侧的侧面，分别形成有矩形状的开口部15。单元壳体12通过这些开口部15而露出。由此使得从单元壳体12向外部的散热、即电池模块10的冷却变得良好。
图2为构成电池模块10的电池单元11、单元壳体12、上侧保持器(绝缘部件)26以及下侧保持器(其他绝缘部件)28的分解立体图。这些部件在被组装的状态下收纳于模块壳体14。
电池单元11为构成电池模块10的单电池。本实施方式中电池单元11呈圆柱状，在上端具有正极电极部，在下端具有负极电极部。此外，对于电池单元11，优选采用例如锂离子电池。但是，不限定于锂离子电池，作为电池单元11也可采用镍氢电池、钠电池等。此外，在本实施方式中电池单元11采用了圆筒状的部件，但并不限于此，也可采用方形的电池单元。
在本实施方式中，在电池单元11的正极电极部嵌入有安全机构(未图示)。该安全机构具有在电池单元11的内部压力增大到规定压力以上时动作(例如构成电池单元11的一部分的金属板的薄壁部破裂而开口)而使废气从电池单元11排出的功能。此外，也可以在电池单元11的负极电极部设置安全机构，使负极电极部朝向管道16侧来配置电池单元11，或者在电池模块10的下部形成管道。
单元壳体12为用于将规定数目的电池单元11在进行了排列的状态下收纳的部件。单元壳体12通过呈大致长方体状的金属制的部件构成。对于单元壳体12，能够采用例如对铝合金进行了成形而得到的部件。单元壳体12的成形通过切削那样的加工方法、挤压、铸造等的模压成形来进行。此外，在单元壳体12的长度方向上相对置的侧面，形成有沿着高度方向延伸的槽32。
在本实施方式中，单元壳体12具有20个电池收纳部30。各电池收纳部30分别形成为沿着单元壳体12的高度方向延伸的贯通孔。更详细地来说，电池模块10将两个单元壳体12在宽度方向上进行排列的状态下收容。在各单元壳体12中，7个电池收纳部30沿着长度方向形成2列，并在两列之间有6个电池收纳部30形成1列。在从宽度方向进行观察时，6个电池收纳部30配置为位于7个电池收纳部30的每个之间。由此，能够在单元壳体12中以锯齿配置收纳电池单元11，能够使单元壳体12的宽度方向的尺寸小型化。
如上述那样，由于各单元壳体12形成有7+6+7＝20个电池收纳部30，因而能分别收容20个电池单元11。不过，在本实施方式中，各单元壳体12分别收纳18个电池单元11，作为电池模块10而构成为包括36个电池单元11。即，在各单元壳体12中，分别在2个电池收纳部30中未收纳电池单元11。
在本实施方式中，单元壳体12的高度形成为与电池单元11大致相同的程度。由此，在单元壳体12中收纳有电池单元11时，成为电池单元11的正极电极部以及负极电极部在电池收纳部30的上下的开口部露出的状态。此外，单元壳体12为收纳电池单元11的至少一部分的形状即可。此外，单元壳体12、电池单元11的正极电极部、负极电极部以及单元壳体12的电池收纳部30的位置关系根据单元壳体12的形状而适当地变化。
上侧保持器26为配置于在单元壳体12中收纳的电池单元11的正极电极部侧的绝缘部件。上侧保持器26例如通过具有在电池模块10中所需的绝缘性、耐热性以及强度的树脂材料，使顶板部34和侧壁部36a、36b呈门型地被一体地成形。
图3(a)为从上方观察上侧保持器26的立体图，图3(b)为翻转的状态下的立体图。在上侧保持器26的顶板部34形成有多个贯通孔38。具体地来说，顶板部34的贯通孔38形成于与在单元壳体12中收纳的电池单元11的正极电极部相对应的位置。
在本实施方式中，在各具有20个电池收纳部30的单元壳体12中各收纳了18个电池单元11。即，在各单元壳体12中，各有2个电池收纳部30未收纳电池单元11。具体地来说构成为：在各单元壳体12中形成的电池收纳部30之中、沿着长度方向排列了7个电池收纳部30的2列中位于长度方向中央的电池收纳部30中，未收纳电池单元11。与此相对应，上侧保持器26的顶板部34在与未收纳电池单元11的电池收纳部30相对应的位置上未形成贯通孔，而是形成堵塞该电池收纳部30的上端开口部的盖部40。
上侧保持器26的盖部40与未收纳电池单元11的电池收纳部30的位置相对应，在本实施方式的电池模块10中，设为在单元壳体12的7个一列的电池收纳部30的长度方向中央的电池收纳部30中未收纳电池单元11。因此，在上侧保持器26的顶板部34中，在长度方向中央位置处沿着宽度方向而4个盖部40排成一列地形成。
在本实施方式的上侧保持器26中，盖部40形成为在顶板部34的下表面以圆盘状突出的突出部。由此，在组装为电池模块10时构成为：在单元壳体12中未收纳电池单元11的电池收纳部30的上端开口部嵌合了盖部40的状态下进行封闭。在后面参照图6对该嵌合状态的详细情况进行叙述。
如图3(b)所示，在上侧保持器26的顶板部34的宽度方向缘部分别形成有低的立壁部42，在顶板部34的宽度方向中央竖立设置有沿着长度方向延伸的低的间隔壁44。在组装为电池模块10时立壁部与单元壳体12的上端部外周相卡合，间隔壁44被嵌入到两个单元壳体12之间。此外，在上侧保持器26的侧壁部36a、36b的相对置的内面，分别一体地各形成了2个柱部46，在组装为电池模块10时被嵌入到单元壳体12的槽32(参照图2)，从而成为上侧保持器26被定位且侧壁部36a、36b与单元壳体12的长度方向的端面相抵接的状态。具有这些立壁部42、间隔壁44以及侧壁部36a、36b的上侧保持器26，在组装为电池模块10时，具有对收纳了电池单元11的单元壳体12的上端部进行保持的功能。此外，上侧保持器26的侧壁部36a、36b具有位于后述的正极侧集电板以及负极侧集电板的各集电部与单元壳体12之间来进行绝缘的功能。
在上侧保持器26的顶板部34，竖立设置有4个固定用凸起部35，在各固定用凸起部35的上端面分别形成有公螺纹孔。此外，上侧保持器26的侧壁部36a、36b位于与固定用凸起部35相对应的位置，在其下端面分别形成有公螺纹孔。
再次参照图2，则下侧保持器为配置于在单元壳体12中收纳的电池单元11的负极电极部侧的绝缘部件。下侧保持器28例如通过具有电池模块10所需的绝缘性、耐热性以及强度的树脂材料而一体成形。
下侧保持器28具有矩形状的底板部48、在底板部48的四周缘部竖立设置的低的立壁部50、在底板部48的宽度方向中央沿着长度方向竖立设置的间隔壁52。在组装为电池模块10时，成为下侧保持器28的立壁部50与单元壳体12的下端部外周相卡合、间隔壁52嵌入到两个单元壳体12之间的状态。由此，下侧保持器28还具有对收纳了电池单元11的单元壳体12的下端部进行保持的功能。
在下侧保持器28的底板部48，以与上侧保持器26的盖部40同样的配置而设置了以圆盘状突出的盖部54。下侧保持器28的盖部54，与单元壳体12中未收纳电池单元11的电池收纳部30的下端开口部相嵌合来进行封闭。在后面参照图6对该盖部54的嵌合状态进行叙述。
图4为构成电池模块10的上部的正极集电板56、上侧模块壳体14a以及管道罩18的分解立体图。
正极集电板56由例如铝板、镍板、铜板等导电性的金属板构成。正极集电板56具有簧片形成部58、和相对于簧片形成部58大致垂直地弯折形成并安装有正极侧输出端子22p的集电部60。
在正极集电板56的簧片形成部58中，形成有与单元壳体12的电池收纳部30相对应的数目的簧片部62。即，在本实施方式中，与各单元壳体12相对应地形成有7个、6个、7个这3列总计20个簧片部62。因此，作为正极集电板56的整体而形成有40个簧片部62。
虽然图4中没有示出，但各簧片部62具有通过在簧片形成部形成的大致U字状的缺口部而划分形成的片状的连接部，该连接部经由上侧保持器26的贯通孔38而与电池单元11的正极电极部以冶金方式接合。该接合例如通过电阻焊接、超声波焊接、激光焊接等进行。由此，在电池模块10中包括的所有电池单元11的正极电极部经由正极集电板56而并联连接，能够经由集电部60的正极侧输出端子22p使电流流入流出。此外，簧片形成部58的簧片部62以外的部分，与电池单元11之间由于隔着上侧保持器26的顶板部34而不接触。
在正极集电板56的簧片形成部58，形成有4个凸起部插通孔64，通过在这些凸起部插通孔64中插通上侧保持器的固定用凸起部35(参照图3)，从而正极集电板56被定位。
上侧模块壳体14a作为绝缘部件而被一体成形。上侧模块壳体14a具有分别形成在电池模块10的长度方向上相对置的一个侧面20以及另一个侧面24的上侧部分的侧壁部20a、24a。在各侧壁部20a、24a中，分别形成有由后述的下侧模块壳体的侧壁部的凸部嵌入的凹部23a、25a。
上侧模块壳体14a具有分别与侧壁部20a、24a的上端角部连结的2个连结部66。这些连结部66与侧壁部20a、24a一起，配置为使正极集电板56与管道罩18之间绝缘。
管道罩18例如由铝或铁等金属板形成。管道罩18形成有4个螺纹孔18a，在组装为电池模块10的状态下将螺钉19(参照图1)插入到螺纹孔18a并拧入上侧保持器26的固定用凸起部35来固定。
在管道罩18与正极集电板56之间，形成用于将可能从电池单元11喷出的高温的废气从电池模块10排出的空间即管道16(参照图1)。管道16形成为：电池模块10的宽度方向两侧以及长度方向一侧由上侧模块壳体14a的侧壁部20a、24a以及连结部66封闭，从设置于长度方向另一侧的排气口17将从电池单元11喷出的废气排出到外部。
图5为构成电池模块10的下部的负极集电板68以及下侧模块壳体14b的分解立体图。负极集电板68由例如铝板、镍板、铜板等导电性的金属板构成。负极集电板68具有簧片形成部70、和相对于簧片形成部70大致垂直地弯折形成并安装了负极侧输出端子22n的集电部72。负极集电板68的集电部72以及负极侧输出端子22n相对于正极集电板56的集电部60以及正极侧输出端子22p而位于长度方向的相反侧。
在负极集电板68的簧片形成部70，形成有与单元壳体12的电池收纳部30相对应的数目的簧片部74。该簧片部74的数目以及形成位置与正极集电板56相同。因此，电池模块10中包含的所有电池单元11的负极电极部经由负极集电板68而并联连接，能够通过集电部72的负极侧输出端子22n使电流流入流出。此外，在负极集电板68中簧片形成部70的簧片部74以外的部分，与电池单元11之间由于隔着下侧保持器28的底板部48而不接触。
下侧模块壳体14b作为绝缘部件而一体成形。下侧模块壳体14b具有：构成电池模块10的底部的底板部76；在底板部76的长度方向两侧竖立设置的侧壁部20b、24b；和在底板部76的宽度方向缘部竖立设置的低的立壁部78。
在下侧模块壳体14b的侧壁部20b、24b分别形成有凸部23b、25b，这些凸部23b、25b通过与上侧模块壳体14a的侧壁部20a、20b的凹部23a、25a成为面齐平的状态地嵌入，从而形成电池模块10的一侧面20以及另一侧面24。
图6为组装为电池模块10的状态下的图3(a)中的A-A截面图。此外，图7为组装为电池模块10的状态下的图3(a)中的B-B截面图。具体地来说，图6为单元壳体12中未收纳电池单元11的电池收纳部30在宽度方向上排列了4个的位置处的截面图，图7为单元壳体12中收纳于电池收纳部30的电池单元11在宽度方向上排列了4个的位置处的截面图。
如图6所示，在本实施方式的电池模块10中，在位于两个单元壳体12的长度方向中央区域的各2个总计4个电池收纳部30中未收纳电池单元11，电池收纳部30的内部成为空间80。未收纳电池单元11的电池收纳部30的上端开口部由在上侧保持器26突出设置的盖部40嵌合来封闭。
优选盖部40相对于电池收纳部30而嵌合成密封状态或者高压力损耗状态。通过这样设置，在电池模块10所包含的电池单元11的安全机构动作而废气通过上侧保持器26的贯通孔38以及正极集电板56的簧片部62喷出到管道16时，能够抑制废气进入未收纳电池单元的电池收纳部30中。因此，能够将高温的废气从期望的路径、即管道16的排气口17排出到模块外部。其结果，在电池单元11的个数少于能收纳的最多个数的情况下也能维持电池模块10的安全性。
如图6所示，单元壳体12中未收纳电池单元11的电池收纳部30的下端开口部，由在下侧保持器28突出设置的盖部54嵌合来封闭。由此，能够与上侧保持器26的盖部40一起来更可靠地防止高温气体向未配置电池单元11的电池收纳部30内流入。
其中，下侧保持器28的盖部54与上侧保持器26的盖部40相比，可以设为放松嵌合成与电池收纳部30的下端开口部之间空有间隙的程度的状态、即低压力损耗状态。通过这样形成间隙，从而下侧保持器28相对于单元壳体12的组装变得容易，并且能够大致地定位单元壳体12。此外，还能经由电池收纳部30的开口部和盖部54之间的间隙来引出后述的温度传感器的布线。
如上述那样，根据本实施方式的电池模块10，构成为由设置于上侧保持器26的盖部40来封闭在单元壳体12中未收纳电池单元11的电池收纳部30的开口部，因此在高温气体从电池单元11的安全机构喷出了的情况下，也能有效地防止向未收纳单元的电池收纳部30的流入，从而能够使高温气体向管道16的排气口17流动。由此，能够维持具有未收纳单元的电池收纳部30的电池模块10的安全性。
关于上侧保持器26的盖部40，例如预先将用于形成上侧保持器26的贯通孔38的针模能拆装地安装于在上侧保持器26的树脂成形时使用的模具的阳模或者阴模的一者，通过拆卸与未收纳电池单元的电池收纳部相对应的位置的针模，从而能够在上侧保持器26上一体成形上侧保持器26的盖部40。这种情况针对下侧保持器28的盖部54也相同。根据本实施方式的电池模块10，仅对上侧保持器26以及下侧保持器28这两个部件进行设计变更，就能够灵活地应对与用途或规格等相对应的电池单元数目的增减，能够大幅度地减少设计变更所需要的成本以及时间。由于没有采用虚拟单元，因此还具有不需要这部分的成本以及安装作业的优点。
在本实施方式中，构成为将未收纳电池单元11的电池收纳部30在单元壳体12的长度方向中央区域配置为一列。通过这样将未收纳单元的电池收纳部30在长度方向中央区域配置为一列，从而能够容易地取得电池模块10的重量平衡。如上那样，通过将未收纳单元的电池收纳部30排列为一列，从而具有上侧保持器26以及下侧保持器28的盖部40、54的形成以及装配时的对位变得容易的优点。
此外，本公开所涉及的电池模块并不限定于上述的实施方式及其变形例，能在本公开的专利请求范围中记载的事项及其均等的范围中进行各种改良以及变更。
在上述中，说明了上侧保持器26的盖部40被一体成形，但并不限于此。例如，如图8所示可以是：预先将盖部90分体成型，在与未收纳电池单元的电池收纳部相对应的上侧保持器26的贯通孔中嵌合盖部90的圆柱状的突起部92并通过粘接等来固定。在该情况下，针对下侧保持器28也可同样地通过粘接等来固定盖部90。这样，则在电池模块10中不需要伴随着电池单元数目的变更的上侧保持器26以及下侧保持器28的设计变更，能以更低成本容易地进行电池单元数目的增减。
此外，如图8(b)所示，也可在单元壳体12中未收纳电池单元11的电池收纳部30的内壁面通过粘接等配置温度传感器94，并基于由该温度传感器检测到的温度来进行电池模块10的状态监视。
此外，在上述中设为将上侧保持器26的盖部40以及下侧保持器28的盖部54形成为突出部并嵌合到电池收纳部30的开口部来进行封闭的结构，但只要为封闭电池收纳部30的开口部的结构即可，也可为上侧保持器26的顶板部34的平板状的非开口部。
此外，在上述中，对将盖部40、54的位置配置为一列的例子进行了说明，但只要根据单元壳体12中未收纳电池单元11的电池收纳部30来配置即可，也可设置在锯齿形位置或分散的位置等。
进而，也可以在单元壳体12中未收纳电池单元11的电池收纳部30的一部分或者全部中收纳例如铅棒材、铁棒材等重量部件，来取得与电池单元个数不同的多个电池模块组合而成为蓄电装置的情况下的电池模块间的重量平衡。
符号说明
10 电池模块；11 电池单元；12 单元壳体；14 模块壳体；14a 上侧模块壳体；14b下侧模块壳体；15 开口部；16 管道；17 排气口；18 管道罩；18a 螺纹孔；19 螺钉；20 一个侧面；20a、20b、24a、24b、36a、36b 侧壁部；22n 负极侧输出端子；22p 正极侧输出端子；23a、25a 凹部；23b、25b 凸部；24 另一个侧面；26 上侧保持器；28 下侧保持器；30 电池收纳部；32 槽；34 顶板部；35 固定用凸起部；38 贯通孔；40、54、90 盖部；42、50、78 立壁部；44、52 间隔壁；46 柱部；48 底板部；56 正极集电板；58、70 簧片形成部；60、72 集电部；62、74 簧片部；64 凸起部插通孔；66 连结部；68 负极集电板；76 底板部；80 空间；92 突起部；94 温度传感器；X 长度方向；Y 宽度方向；Z 高度方向。
Claims (5)
1.一种电池模块，具备：
多个电池单元，具有安全机构；
单元壳体，具有将所述多个电池单元以规定的排列分别进行收容的多个电池收纳部；
绝缘部件，配置在所述电池单元的一侧电极部与一侧集电板之间；和
管道，成为对从所述电池单元排出的废气进行排气的路径，
所述电池收纳部具有收容所述电池单元的多个开口部，
所述绝缘部件具有：
贯通孔，形成在与所述多个开口部中收容了所述电池单元的开口部相对置的位置；和
盖部，封闭所述多个开口部中未收容所述电池单元的开口部，
所述废气经由所述贯通孔而被排出至所述管道的路径，
所述绝缘部件的盖部形成为与所述电池收纳部的开口部相嵌合的突出部。
2.根据权利要求1所述的电池模块，其中，
所述盖部与所述绝缘部件一体成形或者分体成形。
3.根据权利要求1或2所述的电池模块，其中，
所述单元壳体中未收纳电池单元的电池收纳部被设定在电池模块的长边方向中央区域，所述绝缘部件的盖部的位置被设定在与该未收纳电池单元的电池收纳部相对应的位置。
4.根据权利要求1或2所述的电池模块，其中，
所述电池模块还具备：其他绝缘部件，配置在所述单元壳体中收容的电池单元的另一侧电极部与另一侧集电板之间，
所述另一侧集电板具有：簧片部，经由形成于所述其他绝缘部件的贯通孔而与电池单元的另一侧电极部连接，
所述其他绝缘部件具有：盖部，与未收纳电池单元的电池收纳部的另一侧开口部嵌合来进行封闭。
5.根据权利要求1或2所述的电池模块，其中，
在未收纳所述电池单元的电池收纳部的内壁，设置有对单元壳体温度进行检测的温度传感器。
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