CN105990622A - 电池包 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种电池包，目的在于对电池包内的电池均匀加热。该电池包具备电池模块20和加热器33，电池模块20具有多个圆柱形电池21、保持所述多个圆柱形电池21的散热板22、导入将容纳在其中的所述各圆柱形电池21冷却的冷却空气的第1室40和与所述第1室40不同的空间的第2室50，其至少壁的一部分由所述散热板22形成，其中包含空气层；所述加热器33被配置成与所述散热板之间隔着所述空气层，以使所述第2室50的所述空气层产生对流。

Description

电池包
技术领域
本发明涉及具有包含多个圆柱形电池的电池模块的电池包的结构。
背景技术
将多个电池串联或并联连接而作为电池组并将其收纳于壳体而成的电池包，被利用于电动车辆等。这种电池包在温度下降时会出现其输出降低、可充电容量降低等问题。因此，以往提出了在电池包上设置加热器，低温时利用该加热器对各电池进行加热的方案。
例如，在专利文献1中，公开了如下技术：在具有多个圆柱形电池和保持多个圆柱形电池的金属制的电池架的电池包中，将加热器直接安装到电池架的侧面，经由电池架来加热圆柱形电池。
此外，在专利文献2中，公开了如下技术：一种电池包，具有多个圆柱形电池和电池架，所述电池架中个别地划分有电池收容空间，该电池收容空间能够将多个圆柱形电池分别收纳，在这种电池包中，配置发热体使其发热面与各圆柱形电池的各外周面的一部分面接触，通过发热体直接加热各圆柱形电池的一部分。
此外，在专利文献3中公开了一种电池包，其具有由多个矩形电池层叠而成的叠层电池，收容叠层电池并具有与叠层电池离开的分隔部的壳体，和设置在分隔部的外表面上的加热器，通过介于分隔部与电池部之间的空气对各矩形电池进行加热。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特许5392407号公报
专利文献2：日本特开2012-243535号公报
专利文献3：日本特开2008-053149号公报
发明内容
发明要解决的问题
然而，将多个电池串联或并联连接而成的电池组存在如下情况，即，当各电池的温度存在差异时各电池的充放电特性变得不均匀，导致特定电池的剩余容量大幅度降低，特定电池的劣化加快。因此，在由多个电池构成的电池组中，均匀保持各电池的温度变得越来越重要。
然而，在像专利文献1所记载的现有技术那样，在电池架上直接安装加热器的情况下，因为电池架的与加热器接触的部分被局部加热，所以经由电池架而被加热的各电池间会产生温度差，难以对各电池均匀加热。此外，在像专利文献2所记载的现有技术那样，使发热体的发热面与各圆柱形电池外周的一部分面接触的方法中，在发热面接触的部分与发热面未接触的部分间产生温度差，在各圆柱形电池上会产生电池内温度差，难以对各电池均匀加热。另外，在专利文献3所记载的现有技术中，因为不能在壳体中的支持叠层电池的设置部的下侧设置空隙，所以不能通过加热器对该部分进行加热，难以对叠层电池均匀加热。这样，在专利文献1至3所记载的现有技术中，存在难以对电池包内的电池均匀加热的问题。
因此，本发明以对电池包内的电池均匀加热为目的。
用于解决问题的技术手段
本发明的电池包具有如下特征：具备电池模块和加热器，所述电池模块具有：多个圆柱形电池；保持所述多个圆柱形电池的散热板；导入将收容在其中的所述各圆柱形电池进行冷却的冷却空气的第1室；和第2室，其是与所述第1室不同的空间，至少壁的一部分由所述散热板形成，且其中包含空气层；所述加热器，为了使所述第2室的所述空气层产生对流而与所述散热板之间隔着所述空气层配置。
根据这种结构，本发明因为用加热器对散热板周边的空气加热，通过加热空气的对流加热散热板和保持在散热板上的多个圆柱形电池，所以散热板和各圆柱形电池没有被局部地加热，能够对电池包内的圆柱形电池均匀加热。
在本发明的电池包中，也可优选设为，所述第2室的壁的其他部分中的一部分由被配置成与所述散热板之间隔着所述空气层的具有传热性的底盖形成，所述加热器安装于所述底盖。
该结构中，能够通过加热器加热具有传热性的底盖从而均匀地加热由底盖和散热板分隔成的第2室的空气层，能够均匀地加热电池包内的圆柱形电池。
在本发明的电池包中，也可优选设为，所述第2室是排出从所述圆柱形电池放出的气体的排烟路径(通道)。
根据这种结构，能够有效利用电池包的内部空间，能够使电池包小型化。
在本发明的电池包中，也可优选设为，所述电池模块以所述第2室在所述第1室的铅垂下方的方式配置，所述加热器配置在所述散热板的铅垂下方。
根据该结构，因为从铅垂下方对第2室的空气层进行加热，所以能够在上侧的散热板的周边聚集被加热后的空气，均匀加热电池包内的圆柱形电池。
在本发明的电池包中，也可优选设为，在所述电池模块的所述第2室的下方设有第3室，该第3室为大致封闭空间。另外优选设为，该第3室的至少壁的一部分由环状的裙部形成，所述环状的裙部包围位于第2室的铅垂下方的空间。
由此，位于第2室的与第1室侧相反的一侧的第3室为大致封闭的空间，因此能够抑制用于使第2室的空气产生对流而进行加热的热，从第2室向与第1室侧相反的一侧(即第2室的下方)、进而向其他部分散失。特别是，在第2室的壁的一部分由与散热板隔着空气层而配置的底盖形成、且上述加热器被安装在该底盖上的情况下，通过在该第2室的下方(底盖的下方)设置略封闭空间的第3室，抑制加热器的热散失的效果更加显著。由此，这种实施方式的电池包，能够降低用于加热各圆柱形电池的能量，并且能够更均匀地加热电池模块的各圆筒形电池。
发明的技术效果
本发明达到能对电池包内的电池均匀加热的效果。
附图说明
图1是表示本发明的实施方式的电池包被搭载到电动车辆上的状态的说明图。
图2是本发明的实施方式的电池包的立面图。
图3是本发明的实施方式的电池包的平面图。
图4是本发明的实施方式的电池包的截面图。
图5是本发明的实施方式的电池包中所收纳的电池模块的分解立体图。
图6是利用了平板加热器的本发明的其他实施方式的电池包的截面图。
图7是安装有裙部的本发明其他的实施方式的电池包的截面图，所述裙部用于在电池模块下部与壳体之间形成空间。
图8是将加热器安装在底盖的内侧的本发明其他的实施方式的电池包的剖视图。
附图标记说明
10:电池包 11:壳体 11a:底板
11b:侧板 12、15：支架 13a、16a、17a：螺栓
13b、16b、17b：螺母 14：绝缘体 15：支架
18：入口喷嘴 20：电池模块 21：圆柱形电池
21a、21b：电极 22：散热板 22a：贯通孔
22b：上表面 22c：下表面 22d、22e、30e：开口
23：罩 23a：顶板 23b：方管
23c、30c：孔 24：上侧凸缘 25：下侧凸缘
26：空气流路 27：缝隙 28：盖板
29：正极汇流条 30：负极汇流条组件
30a：负极汇流条 30b：端子 30d：肋条
31：顶盖 32：底盖 32a：凹凸部
33：棒状加热器 34：板式加热器 35：裙部
40：第1室 50：第2室 60：第3室
81：冷却空气管道 82：连接管道 91：箭头
100：电动车辆 101：地板面板 102：贯通部
103：冷却风扇 104：车室 105：前座
106：后座。
具体实施方式
以下，参照附图对本发明的实施方式进行说明。在以下的实施方式中，如图1所示，电池包10安装在由电动发动机驱动的电动车辆100的前座105附近的地板面板101的下侧。更详细地说，如图2所示，壳体11通过安装在侧板11b上的托架12由螺栓13a、螺母13b固定在电动车辆100的地板面板101的下表面，悬挂于地板面板101。此外，对收纳在电池包10内的电池进行冷却的冷却空气，由安装在车室104内的冷却风扇103供给。此外，在图1中，纸面的向上方向表示铅垂向上方向，向下方向表示铅垂向下方向，纸面左侧表示电动车辆100的前方，纸面右侧表示电动车辆100的后方。
如图2所示，本实施方式的电池包10，是在壳体11中收容有电池模块20和棒状加热器33的电池包。电池模块20包含多个圆柱形电池21、保持圆柱形电池21的散热板22、覆盖散热板22所保持的圆柱形电池组的外周的树脂制的罩23、安装在罩23的上侧的顶盖31、和安装在散热板22的下侧的盘状的底盖32。圆柱形电池21是可充放电的二次电池，例如，收纳在圆柱形外壳内的镍氢电池、锂离子电池等。
在散热板22的长度方向的两端的下侧角部，安装有由树脂构成的L形的绝缘体14。L形的托架15的一面由螺栓16a和螺母16b固定在绝缘体14的端面上，该托架15的另一面由螺栓17a和螺母17b固定在壳体11的底板11a的内面上。这样，保持圆柱形电池21的散热板22被固定在壳体11的底板11a的内面。
如图2所示，在形成在电池模块20上的空气流路26的开放端，经由连接管道82连接有冷却空气管道81，该冷却空气管道81将从图1所示冷却风扇103排出的冷却空气导入空气流路26。如图2所示，冷却空气管道81从设置在地板面板101上的贯通部102贯通设置在壳体11上部的入口嘴18而被导入壳体11中。
如图2、图3所示，从冷却风扇103排出的冷却空气，通过冷却空气管道81、连接管道82向形成在电池模块20左侧面的空气流路26流入。因为空气流路26的端部封闭，所以流入空气流路26的空气，如图3所示，从设置在罩23左侧面的缝隙27向罩23的内部流入而对收容在罩23内部的各圆柱形电池21进行冷却。对各圆柱形电池21冷却后温度上升的冷却空气，从设置在罩23右侧面的缝隙27向电池模块20的外部排出。如图2所示，排出的空气，在电池模块20与壳体11之间的空间流过，从壳体11的入口嘴18、地板面板101的贯通部102与冷却空气管道81之间的间隙返回车室104内。
以下，参照图4、图5对收容在壳体11的电池模块20的结构详细进行说明。如图5所示，散热板22是设有供圆柱形电池21插入的多个贯通孔22a的、例如铝等的金属板。圆柱形电池21向散热板22的组装，是通过将圆柱形电池21插入贯通孔22a，在贯通孔22a的内表面(圆柱面)与圆柱形电池21的外表面(圆柱面)之间的间隙填充粘结剂将圆柱形电池21固定在贯通孔22a上而进行的。这样，通过将圆柱形电池21组装在散热板22的贯通孔22a中，使来自温度高的圆柱形电池21的外表面(圆柱面)的热通过热传导向散热板22转移以使温度高的圆柱形电池21的温度降低，同时通过热传导使散热板22的热向温度低的圆柱形电池21转移以使温度低的圆柱形电池21的温度上升。也就是说，各圆柱形电池21以可在各圆柱面与散热板22之间进行热转移的方式由各贯通孔22a保持，通过散热板22抑制各圆柱形电池21的温度的偏差。为此，散热板22由热传导率高的铝等金属材料形成，以能够高效率地进行各圆柱形电池21间的热转移。此外，散热板22的厚度是能够通过贯通孔22a的圆柱面保持圆柱形电池21，并能够利用热传导有效地进行热转移的程度的厚度，例如是10～20mm左右，或者圆柱形电池21长度的1/4左右的厚度。
树脂制的罩23由顶板23a和方筒23b构成，顶板23a在上表面设有供各圆柱形电池21的正侧的电极21a突出的孔23c，方筒23b覆盖组装在散热板22上的多个圆柱形电池21的外周。如图4所示，在将罩23安装在散热板22上时，各圆柱形电池21的正侧的电极21a从罩23的顶板23a的孔23C突出。如图4、图5所示，在罩23的孔23c的上侧安装有按几个组连接圆柱形电池21的正侧的电极21a的多个正极汇流条29，其上安装有树脂制的顶盖31。
如图4、图5所示，在罩23的侧面形成有空气流路26.具体来说，在罩23的侧面，以向外侧伸出的样子形成有L形的上侧凸缘24和下侧凸缘25。上侧凸缘24的凸缘面朝向上方延伸，下侧凸缘25的凸缘面朝向下方延伸。如图4所示，在各凸缘24、25的凸缘面上安装有盖板28，由各凸缘24、25和盖板28形成了矩形的空气流路26。如图2、图5所示，在形成有空气流路26的罩23的长度方向的侧面，形成有用于导入圆柱形电池21的冷却空气的缝隙27。在图2、图5中，图示了在罩23的左侧的面上形成的缝隙27，如图3所示，罩23的右侧的侧面上也形成了与左侧的面上同样的缝隙27。如前面所述，罩23的右侧的侧面上形成的缝隙27是将冷却圆柱形电池21后的空气从罩23中排出的结构。
这样，因为形成有散热板22、圆柱形电池21、罩23、顶盖31，所以散热板22的上表面22b与罩23和顶盖31构成了第1室40，即其中收容圆柱形电池21、且被导入对圆柱形电池21进行冷却的冷却空气的空间。此外，散热板22的上表面22b是划分第1室40的壁的一部分。
如图4、图5所示，在散热板22的下表面22c的下侧安装有按几个组连接圆柱形电池21的负侧的电极21b的负极汇流条组件30。如图5所示，负极汇流条组件30，是将在与正极汇流条29同样形状的板上与圆柱形电池21的配置相应地开设有孔30c的负极汇流条30a排列多片并进行树脂模制而成的。在负极汇流条30a的孔30c上形成有与圆柱形电池21的负侧的电极21b相接触的板状的端子30b。
正极汇流条29、负极汇流条30a分别将一组圆柱形电池21的正侧的电极21a彼此相连接，并将负侧的电极21b彼此相连接，由该各汇流条29、30a连接的组的圆柱形电池21被连接为整齐排列。而且，通过将正极汇流条29与负极汇流条30a用连接汇流条(未图示)连接，构成了将并联连接了多个圆柱形电池21的组串联连接起来的组电池。
如图4、图5所示，在负极汇流条组件30的下侧安装有底盖32，该底盖32中央凹陷成盘状，底面上形成有补强用的凹凸部32a。如图4所示，在负极汇流条组件30的下侧的面的外周部上，突出有树脂制的肋30d，安装使得底盖32的外周部与肋30d的尖端相接触。底盖32是传热性好的铝等的金属制。
这样，因为形成有散热板22、圆柱形电池21、负极汇流条组件30和底盖32，所以散热板22的下表面22c、圆柱形电池21的负侧的电极21b、负极汇流条组件30的肋30d和底盖32形成了其中含有空气层的一个空间即第2室50。此外，散热板22的下表面22c是划分第2室50的壁的一部分。
如图5所示，在负极母线汇流条组件30的长度方向的两端设有大致矩形的开口30e。此外，在散热板22的下表面22c的长度方向的两端设有开口22e，在散热板22的长度方向的两端面设有开口22d。散热板22两端面的开口22d与下表面22c的开口22e构成为由弯曲成L形的流路相连通。而且，当负极母线汇流条组件30安装在散热板22的下表面22c时，负极母线汇流条组件30的开口30e与散热板22的下表面22c的开口22e就重合。因此，当将负极汇流条组件30与底盖32安装在散热板22上时，就会构成连通第2室50与散热板22的端面的开口22d的流路。
圆柱形电池21的负侧的电极21b形成为能够由内压使端面打开的结构，以便在圆柱形电池21的内部产生了气体时能够将该气体向外部释放。因此，从圆柱形电池21的负侧的电极21b释放的气体向在散热板22的下侧形成的第2室50中流入。流入第2室50的气体，在第2室50中通过而流向电池模块20的两端，通过负极汇流条组件30的开口30e、散热板22的开口22e、开口22d向外部排出。因此，在从圆柱形电池21排出气体时，第2室50构成排出该气体的排烟通道。
如图4所示，在向内侧凹入的底盖32的宽度方向中央的凹凸部32a的外表面，安装有加热电池模块20的棒状加热器33。由棒状加热器33放出的热，从底盖32的外表面将底盖32加热。因为底盖32是由金属等传热性好的材料构成，所以通过棒状加热器33的热使底盖32整体的温度上升。温度上升后的底盖32，从铅垂下方对底盖32与散热板22的下表面22c之间的第2室50中的空气进行加热，所以第2室50中的空气通过对流如图4的箭头91所示的那样进行流动，空气被加热。被加热的空气与散热板22的下表面22c以及圆柱形电池21的负侧的电极21b的各表面接触并对各表面进行加热。也就是说，散热板22的下表面22c以及圆柱形电池21的负侧的电极21b的整个表面通过被加热的空气而被加热。因为与各圆柱形电池21的负侧的各电极21b相接触的空气的温度大致均匀，所以从空气向各圆柱形电池21的热输入也大致均匀。因此，各圆柱形电池21被从下侧均匀加热。此外，如前所述，因为散热板22为热传导率高的铝等金属制，所以向散热板22的下表面22c的热输入会从散热板22的各贯通孔22a的表面向各圆柱形电池21的各圆柱面移动，从各圆柱面对各圆柱形电池21进行加热。此时，因为散热板22能有效地进行各圆柱形电池21之间的热转移，所以能将各圆柱形电池21均匀加热。
这样，本实施方式的电池包10，因为通过设在底盖32的中央的棒状加热器33使底盖32与散热板22之间的空气对流，对底盖32和各圆柱形电池21的负侧的电极21b加热，所以用小的棒状加热器33就能均匀加热各圆柱形电池21。因此，能将电池包10小型化。
此外，本实施方式的电池包10，因为隔着构成从圆柱形电池21放出气体时用于将该气体排出的排烟通道的第2室50的空气层而对各圆柱形电池21进行加热，所以没有必要在棒状加热器33与圆柱形电池21或者散热板22之间另外设置空气层，能将电池包10小型化。
其次，参照图6对本发明其他的实施方式进行说明。对与先前参照图1到图5进行说明的实施方式同样的部分标记同样的符号并省略说明。图6所示的实施方式是将参照图1～图5说明的实施方式的棒状加热器33设成平板状的板式加热器(片式加热器)34的实施方式。
如图6所示，本实施方式的电池包10，是在底盖32的下侧的外面设置有板式加热器34的电池包。板式加热器34因为能对底盖32的下侧的整个表面进行均匀加热，所以与先前参照图1～图5说明的实施方式相比能更均匀地对底盖32加热。因此，能够在散热板22与底盖32之间的空气层中产生更加均匀的空气对流，因此能更加均匀地对电池模块20的各圆柱形电池21进行加热。
其次，参照图7对本发明其他的实施方式进行说明。对与先前参照图1～图5说明的实施方式同样的部分标记同样的符号并省略说明。
图7所示的实施方式设有用于形成第3室60的矩形环状的裙部35，所述第3室60是将参照图1～图5说明的实施方式的底盖32与壳体11的底板11a之间的空间大致封闭的空间。如图7所示，裙部35的左侧的上端连接于罩23的下侧凸缘25，裙部35的右侧的上端连接于罩23的右侧的侧面的肋。此外，各下端连接于壳体11的底板11a。电池模块20的长度方向的两端面上也同样设有连接罩23或者散热板22的两端与壳体11的底板11a的板。电池模块20左下侧的板和右下侧的板以及两端下侧的各板相互连接以形成矩形的环形状。
由裙部35、底盖32和壳体11的底板11a围成的第3室60，成为大致封闭的空间，因此能够抑制棒状加热器33的热从底盖32的下侧向壳体11的其他部分散失，并且能够通过棒状加热器33的热使其中的空气对流并均匀加热底盖32。因此，本实施方式的电池包10，能够减少用于加热各圆柱形电池21的能量，并且能够更均匀地对电池模块20的各圆柱形电池21进行加热。
其次，参照图8对本发明其他的实施方式进行说明。对与先前参照图1～图5进行说明的实施方式同样的部分标记同样的符号并省略说明。
图8所示的实施方式，是将参照图6说明的实施方式的板式加热器34配置在散热板22与底盖32之间的第2室50中的实施方式。如图8所示，板式加热器34位于第2室50中，并与散热板22的下表面22c以及各圆柱形电池21的负侧的电极21b分离配置。板式加热器34使第2室50中的空气产生如箭头91所示的对流，通过该对流对散热板22以及各圆柱形电池21的负侧的电极21b加热。在本实施方式中，因为板式加热器34的大小是将各圆柱形电池21的负侧的电极21b的范围覆盖的大小，所以能对各圆柱形电池21均匀加热。
如以上说明所述，各实施方式起到了能够对电池包10内的各圆柱形电池21均匀加热的效果。
此外，在以上各实施方式中，虽然是以电池包10被配置在电动车辆100的地板下为例进行了说明，但本发明不限于这样配置的电池包10，例如也可适用于搭载在如图1所示的后座106后面的空间、或者搭载在行李空间上的电池包10。此外，本发明也能够适用于利用发动机和马达驱动的混合动力车辆等其他电动车辆。
本发明不限定于以上说明的实施方式，包含由权利要求所规定的不脱离本发明的技术范围或本质的全部的变形以及改进。

Claims (6)

1.一种电池包，具备：电池模块和加热器，
所述电池模块具有：
多个圆柱形电池，
保持所述多个圆柱形电池的散热板，
第1室，其中被导入冷却空气，该冷却空气对该第1室中所收容的所述各圆柱形电池进行冷却，和
第2室，是与所述第1室不同的空间，至少壁的一部分由所述散热板形成，在该第2室中包含空气层；
所述加热器，被配置成与所述散热板之间隔着所述空气层，以使所述第2室的所述空气层产生对流。
2.根据权利要求1所述的电池包，其中，
所述第2室的壁的其他部分中的一部分，由被配置成与所述散热板之间隔着所述空气层的具有传热性的底盖形成，
所述加热器被安装于所述底盖。
3.根据权利要求1或2所述的电池包，其中，
所述第2室是排出从所述圆柱形电池放出的气体的排烟路径。
4.权利要求1至3中任一项所述的电池包，其中，
所述电池模块被配置成所述第2室在所述第1室的铅垂下方，所述加热器被配置在所述散热板的铅垂下方。
5.权利要求1至4中任一项所述的电池包，其中，
在所述电池模块的所述第2室的下方，设有第3室，该第3室为大致封闭空间。
6.权利要求5所述的电池包，其中，
所述第3室的至少壁的一部分由环状的裙部形成，所述环状的裙部包围位于第2室的铅垂下方的空间。
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