CN107086283A - 配备有电池的移动体 - Google Patents

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Abstract

一种电池(100)，包括：至少部分地设置在外包装体(10)的外部的正极和负极端子(33P，33N)；和配置在外包装体(10)内的电流切断装置(40P)。电流切断装置设置在正极和负极端子(33P，33N)中任一者中并且在外包装体内的压力上升时切断电池元件(1B)与正极和负极中的所述任一者之间的电流路径。电池(100)以使得设置有电流切断装置(40P)的正极和负极端子(33P，33N)中的所述任一者相对于它们之中的另一者位于竖直上侧的方式设置在移动体(150)中。电流切断装置(40P)相对于电解液(2)的液面位于竖直上侧。

Description

配备有电池的移动体
技术领域
本发明涉及一种配备有电池的移动体，更具体地涉及一种配备有包括电流切断装置的二次电池的移动体。
背景技术
关于电池，日本专利申请公报No.2008-103268(JP 2008-103268 A)公开了一种由多个单电池构成的组合电池。国际公开No.2013/108365公开了一种在电池的内部压力上升时构成导电路径的电流切断装置。
在电流切断机构中，当电池外壳内的压力上升时，通过切断构成导电路径的金属板来切断电流。
发明内容
然而，存在有装设包括电流切断装置的电池的灵活性低这样的问题。本发明提供了一种配备有电池的移动体，并且该移动体的电池的搭载的灵活性高。
本发明的一方面涉及一种配备有电池作为动力源的移动体。所述电池包括：电池元件；构造成收纳所述电池元件的外包装体；封入所述外包装体的内部的电解液；至少部分地设置在所述外包装体的外部并且与所述电池元件电气地连接的正极端子和负极端子；和配置在所述外包装体内的电流切断装置，所述电流切断装置仅设置在所述正极端子和所述负极端子中的任一者中以便形成所述电池元件与所述正极端子和所述负极端子中的所述任一者之间的电流路径，所述电流切断装置构造成在所述外包装体内的压力上升时切断所述电流路径。所述电池在所述移动体中设置成使得，所述正极端子和所述负极端子中设置有所述电流切断装置的所述任一者相对于所述正极端子和所述负极端子中的另一者布置在竖直上侧，并且所述电流切断装置相对于所述电解液的液面布置在竖直上侧。注意，“竖直上侧”表示，当将两个部件彼此比较时，它们中的一者在竖直方向上的位置位于另一者在竖直方向上的位置上方。两个部件不必位于同一竖直线上。这不限于其中一部件位于另一部件正上方的情况，而且还包含一个部件偏离另一部件正上方的位置定位的情况。“仅设置在正极端子和负极端子中的任一者中”包括设置成仅与正极端子和负极端子中的任一者接触的情况和设置成仅与正极端子和负极端子中的任一者相邻的情况。
在配备有这样构成的电池的移动体中，电池可在移动体中设置成使得正极端子和负极端子中设置有电流切断装置的任一者相对于它们中的另一者位于竖直上方，因此搭载灵活性增加。此外，设置有电流切断装置的电极端子相对于未设置有电流切断装置的电极端子位于竖直上侧，因此电流切断装置会难以浸入电解液中。结果，可以降低通过电解液再导通的可能性。
所述移动体可包括多个电池，所述多个电池包括第一电池和第二电池。所述多个电池可串联连接以便构成组合电池。所述移动体可配备有所述组合电池。所述第一电池和所述第二电池的所述电流切断装置可分别设置在所述第一电池和所述第二电池的所述正极端子中或分别设置在所述第一电池和所述第二电池的所述负极端子中。所述组合电池可包括将所述第一电池与所述第二电池串联连接的汇流条。
这种情况下，由于第一电池和第二电池就电流切断装置而言具有相同结构，所以可以通过组合相同类型的多个电池来构成组合电池。
所述移动体可包括多个电池，所述多个电池包括第一电池和第二电池。所述多个电池可串联连接以便构成组合电池。所述移动体可配备有所述组合电池。所述组合电池可构造成使得：仅在所述第一电池的所述正极端子中设置有所述第一电池的所述电流切断装置；仅在所述第二电池的所述负极端子中设置有所述第二电池的所述电流切断装置；所述第一电池和所述第二电池交替地堆叠；并且所述第一电池的所述正极端子与所述第二电池的所述负极端子之间的距离比所述第一电池的所述正极端子与所述第二电池的所述正极端子之间的距离短。所述组合电池包括将所述第一电池的所述正极端子与所述第二电池的所述负极端子连接的汇流条。
这种情况下，第一电池的正极端子与第二电池的负极端子邻接并且它们经由汇流条连接，由此使得可以缩短汇流条的长度。
所述第一电池可呈棱柱形，所述第一电池的所述正极端子和所述负极端子可设置在同一第一平面上，所述第一平面是所述第一电池的外表面，所述第二电池可呈棱柱形，所述第二电池的所述正极端子和所述负极端子可设置在同一第二平面上，所述第二平面是所述第二电池的外表面，所述第一电池和所述第二电池可具有相同外形，并且在所述组合电池中，所述第一电池和所述第二电池可堆叠成使得所述第一平面和所述第二平面位于同一平面上。这种情况下，可以以高的单位体积密度在移动体中设置第一电池和第二电池。此外，甚至在堆叠包括设置在相同电极侧的相应电流切断装置的电池的情况下或甚至在堆叠包括设置在不同电极侧的相应电流切断装置的电池的情况下，也可以以高密度堆叠电池，由此可以缩短将电极连接的汇流条的长度。注意，“棱柱形”表示由包含其上设置有正极端子和负极端子的面的平面构成的大致棱柱状实体形状。
根据本发明，可以提供配备有能在电流切断装置切断电流之后防止导通的电池的移动体。
附图说明
下面将参照附图说明本发明的示例性实施方式的特征、优点以及技术和工业意义，在附图中相似的附图标记表示相似的要素，并且其中：
图1是根据第一实施方式的配备有第一电池的移动体的截面图；
图2是以放大方式示出图1所示的电池中由II包围的部分的截面图；
图3是紧接在反转板反转之后的图2的电池的截面图；
图4是以放大方式示出图3中由IV包围的部分的截面图；
图5是根据比较例的配备有第一电池的移动体的截面图；
图6是以放大方式示出图5所示的电池中由VI包围的部分的截面图；
图7是紧接在反转板反转之后的图6的电池的截面图；
图8是以放大方式示出图7中由VIII包围的部分的截面图；
图9是根据第二实施方式的透视图；
图10是根据第三实施方式的透视图；
图11是沿图10中的线XI-XI截取的截面图；
图12是根据第四实施方式的配备有电池的移动体的截面图；以及
图13是组合电池的电路图。
具体实施方式
以下参照附图说明实施方式。在提到数目、量等的情况下，本发明的范围不必局限于该数目、量等，除非另外指出。对相同构件及其相当的构件赋予相同的附图标记，并且可能不会重复进行赘述。此外，各附图未根据实际的尺寸比率图示，而是通过改变比率以便阐明结构来图示，以便有利于对该结构的理解。
(根据第一实施方式的配备有电池的移动体的结构)图1是配备有根据第一实施方式的第一电池的移动体的截面图。在移动体150的装设面151上设置有作为二次电池的棱柱形电池100。通过箭头“向上”指示的方向是竖直向上的方向。
移动体150在本例中为车辆。车辆不限于图1所示的汽车，而且可以是电动自行车、摩托车、铁道车辆、船舶、个人出行工具等。移动体150使用电池100作为动力源。移动体150可使用电池100以外的动力源作为动力源。移动体150可以是仅使用电池100作为动力源的电动车辆，或可以是包括电池100以外的动力源的混合动力车辆。
电池100包括：电池元件1B；用于收纳电池元件1B的外包装体10；至少部分地设置在外包装体10的外部并与电池元件1B电连接的负极端子33N和正极端子33P；与负极端子33N电连接的负极集电体53N；与正极端子33P电连接的正极集电体53P；和封入外包装体10中的电解液2。
当电池100设置在移动体150中时，装设空间被限制。希望电池100尽可能紧凑地设置在移动体150中。在图1中，电池100的正极端子33P和负极端子33N在移动体中设置成位于二次电池的侧面上。即，电池100以横向方式放置。
电池元件1B是通过经由隔板堆叠正极板和负极板而构成的。外包装体10将电池元件(电极体)1B收纳在其中。外包装体10包括收容部11和密封板12。收容部11具有在一个方向上开口的大致棱柱状实体外壳形状，并且构成用于电池100的外包装体。电池元件1B连同电解液2收纳在收容部11中。
密封板12呈具有大致矩形的平面视图的板状并且配置在设置于收容部11中的开口中。密封板12设置成闭塞收容部11的开口。收容部11和密封板12形成供收纳电池元件1B的密闭空间。收容部11和密封板12由诸如铝的金属材料制成。
负极端子33N和正极端子33P设置在外包装体10的外部作为电池100的外部端子。负极端子33N和正极端子33P安装在密封板12上。
电池100包括用于在外包装体10内的压力上升时切断电池元件1B与正极端子33P之间的电流流动的电流切断装置40P。电流切断装置40P位于电解液2的液面上方。电流切断装置40P仅设置在负极端子33N和正极端子33P中的任一者中。本实施方式代表性地说明了正极端子33P设置有电流切断装置40P的情况。
图2是以放大方式示出图1所示的第一电池中由II包围的部分的截面图。如图2所示，在密封板12附近设置有绝缘板23、垫片27、反转板41、正极集电体53P和集电体保持器61。
绝缘板23设置在外包装体10的内部。绝缘板23载置在密封板12上。绝缘板23插入密封板12与突片部件24之间。绝缘板23由绝缘材料制成，以便将密封板12与突片部件24电绝缘。
正极端子33P由导电材料制成。正极端子33P由诸如铜或铝的金属材料制成。正极端子33P穿过形成在密封板12中的通孔。正极端子33P与外包装体10的外部上的导电板(未示出)连接，并且在外包装体10的内部与反转板41电连接。
正极端子33P包括凸缘33a、轴部33b和远端部33c作为构成部位。
轴部33b具有中空筒状。轴部33b穿过密封板12的通孔以便以穿透的方式穿过密封板12延伸。
凸缘33a设置在朝外包装体10的外部延伸的筒状轴部33b的端部中。凸缘33a在外包装体10的外部与筒状轴部33b的端部连接。凸缘33a具有从筒状轴部33b向外径向延伸的凸缘形状。
远端部33c设置在以筒状方式朝外包装体10的内部延伸的轴部33b的端部中。远端部33c在外包装体10的内部与筒状轴部33b的端部连接。远端部33c具有围绕轴部33b的中心线的圆盘形状。远端部33c在轴部33b的延伸方向上的一侧以其间有一定间隔的状态与密封板12对向，并且在轴部33b的延伸方向上的另一侧也以其间有一定间隔的状态与正极集电体53P对向。
远端部33c与突片部件24接触。远端部33c焊接在突片部件24上。绝缘板23和突片部件24设置在远端部33c与密封板12之间。
垫片27由弹性树脂材料或橡胶材料制成。垫片27以与正极端子33P接触的方式设置在正极端子33P中。垫片27插入密封板12与正极端子33P之间。在密封板12中设置有用于挤压垫片27的环形肋12a。垫片27作为密封材料设置在正极端子33P与密封板12之间。
反转板41呈具有圆形平面视图的板状。反转板41具有凹形状，使得与突片部件24对向的外周部分接近正极端子33P并且由外周部分包围的中央部分远离正极端子33P。反转板41呈盘状。
反转板41由导电性材料制成。反转板41配置在正极端子33P的远端部33c与正极集电体53P之间。反转板41通过激光焊接固定在正极集电体53P的薄部分52上。反转板41将正极端子33P与正极集电体53P电连接。
集电体保持器61利用刚性高的绝缘树脂模制成形。集电体保持器61设置在外包装体10的内部。集电体保持器61被设置为用于将正极集电体53P保持在外包装体10的内部的部件。集电体保持器61具有包围正极端子33P和反转板41的形状。
正极集电体53P由集电体保持器61保持在外包装体10的内部。正极集电体53P以其间有一定间隔的状态与正极端子33P的远端部33c对向。
正极集电体53P包括薄部分52。在薄部分52中设置有环形沟槽54。薄部分52具有比其它部分薄的形状。正极集电体53P在薄部分52处与反转板41连接。沟槽54通过例如刻印而形成。
薄部分52和反转板41构成电流切断装置40P。由于沟槽54的厚度比其周围部分薄，所以薄部分52会容易在沟槽54处折断。在该实施方式中，在电流切断装置40P与正极端子33P之间设置有突片部件24。电流切断装置40P可直接安装在正极端子33P上。如图2所示，电流切断装置40P可在有些部件设置在电流切断装置40P与正极端子33P之间的状态下设置在正极端子33P中。
相对于反转板41，正极集电体53P侧的空间是密闭的。图1的电池元件1B和电解液2封装在这种密闭空间55中。当电解液2膨胀时或当从电解液2产生气体时，密闭空间55内的压力升高。
电流切断装置40P仅配置在正极端子33P中并且设置在外包装体10内。电流切断装置40P形成正极端子33P与电池元件1B之间的电流路径。当外包装体10内的压力上升时，电流切断装置40P切断通电路径。电池100设置在移动体150中，使得设置有电流切断装置40P的正极端子33P相对于未设置电流切断装置的负极端子33N位于竖直上侧并且电流切断装置40P相对于电解液2的液面位于竖直上侧。
在电流切断装置40P作动之前的充电状态下，电流从正极端子33P顺次流入突片部件24、反转板41、薄部分52、正极集电体53P和电池元件1B中。在二次电池的使用时(放电时)，电流沿与以上方向相反的方向流动。
(电流切断动作及其效果)图3是图2的电池在反转板反转之后的截面图。图4是以放大方式示出图3中由IV包围的部分的截面图。现在参照图3和4，当设置在外包装体10内部的密闭空间55的压力急剧上升时，正极集电体53P的薄部分52由外包装体10内的气体挤压。薄部分52的沟槽54折断并且反转板41从正极集电体53P分离。这引起反转板41不与正极集电体53P电连接。由于电流切断装置40P的这种动作，电池元件1B与正极端子33P之间的电流流动被切断。
因此与正极集电体53P分离的反转板41在远离正极集电体53P的方向上变形。更具体地，反转板41的中央部弯曲成远离正极集电体53P。由此，固定在反转板41上的薄部分52与正极集电体53P分离。结果，反转板41与正极集电体53P绝缘。
电流切断装置40P相对于电解液2的液面位于竖直上侧。相应地，在薄部分52与正极集电体53P分离的状态下，导电电解液2会很难在正极集电体53P与固定在反转板41上的薄部分52之间流动。结果，能确保正极集电体53P与反转板41之间的电绝缘。
(配备有根据比较例的电池的移动体的结构)图5是配备有根据比较例的第一电池的移动体的截面图。图6是以放大方式示出图5所示的电池中由VI包围的部分的截面图。图7是紧接在反转板反转之后的图6的电池的截面图。图8是以放大方式示出图7中由VIII包围的部分的截面图。
如图5至8所示，配备有根据比较例的电池的移动体150与配备有根据第一实施方式的电池的移动体150的不同之处在于电流切断装置40P浸入电解液2中。由于电流切断装置40P浸入电解液2中，所以构成电流切断装置40P的薄部分52也位于电解液2中。
当外包装体10内部的压力急剧上升时，正极集电体53P的薄部分52由外包装体10内的电解液2挤压。薄部分52的沟槽54折断并且反转板41从正极集电体53P分离。然而，电解液2流入折断部位中。结果，正极集电体53P可能再次与薄部分52导通。
相比之下，在根据第一实施方式的结构中，可以防止电解液2在正极集电体53P与反转板41之间流动，使得与根据比较例的结构相比可以有把握地切断电流。
(配备有根据第二实施方式的电池的移动体的结构和效果)图9是根据第二实施方式的透视图。如图9所示，多个电池100构成第二实施方式中的组合电池100a。在组合电池100a中，电流切断装置40P(图9中未示出)仅配置在正极端子33P中。在各电池100中，电流切断装置40P如图1所示相对于电解液2的液面配置在竖直上侧。
作为第一电池和第二电池的多个电池100中的每个电池的外表面都包括作为第一平面和第二平面的平面190。在同一平面190上设置有正极端子33P和负极端子33N。多个电池100以使得多个平面190构成同一平面的方式堆叠。电池100的正极端子33P经由汇流条90和与其相邻的电池100的负极端子33N连接。由此，多个电池100相互串联连接。
这样构成的根据第二实施方式的移动体具有与第一实施方式的移动体150相同的效果。此外，可通过组合具有相同结构的多个电池100来构成组合电池100a。结果，电池的种类不会增加。此外，棱柱形电池100以使得它们的相应平面190构成同一平面的方式堆叠，并且由此，电池100能以高密度设置在移动体150中。
(配备有根据第三实施方式的电池的移动体的结构和效果)图10是根据第三实施方式的透视图。如图10所示，多个电池100和电池200构成第三实施方式中的组合电池100a。在电池100中，电流切断装置仅配置在正极端子33P中。电池100具有如图1至4所示的结构。在电池200中，电流切断装置配置在负极端子33N侧。
电池100的正极端子33P经由汇流条92与电池200的负极端子33N连接。电池100的负极端子33N经由汇流条92与电池200的正极端子33P连接。
图11是沿图10中的线XI-XI截取的截面图。如图11所示，在电池200中，正极端子33P位于下侧，而负极端子33N位于竖直上侧。电流切断装置40N仅设置在负极端子33N中。电流切断装置40N具有与根据第一实施方式的电流切断装置40P相同的结构。电流切断装置40N设置在负极集电体53N与负极端子33N之间。电流切断装置40N相对于电解液2的液面设置在竖直上侧。
作为第一电池的电池100和作为第二电池的电池200的相应外表面包括作为第一平面的平面190和作为第二平面的平面290。在同一平面190、290上设置有正极端子33P和负极端子33N。多个电池100、200以使得多个平面190、290构成同一平面的方式堆叠。电池100的正极端子33P经由汇流条92与相邻的电池200的负极端子33N连接。由此，多个电池100、200相互串联连接。
在这样构成的根据第三实施方式的移动体中，电池100的正极端子33P配置成与电池200的负极端子33N邻接。相应地，将它们连接的汇流条92的长度短。结果，能降低汇流条92中的电阻。此外，可以降低汇流条92的成本。此外，由于汇流条92短，所以可以减轻汇流条92的重量。此外，棱柱形电池100、200以使得它们各自的平面190、290构成同一平面的方式堆叠，因此电池100、200能以高密度设置。
(配备有根据第四实施方式的电池的移动体的结构和效果)图12是配备有根据第四实施方式的电池的移动体的截面图。现在参照图12，在根据第四实施方式的结构中，电池200以倾斜方式设置在装设面151上。通过将外包装体10嵌合在装设面151的凹部152上，能使电池200倾斜。
此外，在本实施方式中，与图11相似，负极端子33N相对于正极端子33P设置在竖直上侧。电流切断装置40N设置成与负极端子33N邻接。电流切断装置40N相对于电解液2的液面位于竖直上侧。
设置这样构成的移动体150也具有与第一实施方式的移动体150相同的效果。
以上说明了本发明的实施方式，但本文中示出的实施方式可采用各种方式进行修改。首先，在第二和第三实施方式中，组合电池100a构造成使得多个电池串联连接，但组合电池可构造成使得多个电池并联连接。此外，如图13所示，组合电池可构造成使得多个电池100串联和并联连接。
应当考虑本文中公开的实施方式和实施例在各个方面仅为例子并且不是限制性的。本发明的范围通过权利要求而不是通过以上说明来显示，并且旨在包含在与权利要求相当的含义和范围内完成的所有改型。
本发明可特别有利地应用于包括电流切断装置的二次电池。

Claims (4)

1.一种配备有电池作为动力源的移动体，所述电池包括：
电池元件；
构造成收纳所述电池元件的外包装体；
封入所述外包装体的内部的电解液；
至少部分地设置在所述外包装体的外部并且与所述电池元件电气地连接的正极端子和负极端子；
配置在所述外包装体内的电流切断装置，所述电流切断装置仅设置在所述正极端子和所述负极端子中的任一者中以便形成所述电池元件与所述正极端子和所述负极端子中的所述任一者之间的电流路径，所述电流切断装置构造成在所述外包装体内的压力上升时切断所述电流路径，
所述移动体的特征在于：
所述电池在所述移动体中设置成使得，所述正极端子和所述负极端子中设置有所述电流切断装置的所述任一者相对于所述正极端子和所述负极端子中的另一者布置在竖直上侧，并且所述电流切断装置相对于所述电解液的液面布置在竖直上侧。
2.根据权利要求1所述的移动体，其中：
所述移动体包括多个电池，所述多个电池包括第一电池和第二电池；
所述多个电池串联连接以便构成组合电池；
所述移动体配备有所述组合电池；
所述第一电池和所述第二电池的所述电流切断装置分别设置在所述第一电池和所述第二电池的所述正极端子中或分别设置在所述第一电池和所述第二电池的所述负极端子中；并且
所述组合电池包括将所述第一电池与所述第二电池串联连接的汇流条。
3.根据权利要求1所述的移动体，其中：
所述移动体包括多个电池，所述多个电池包括第一电池和第二电池；
所述多个电池串联连接以便构成组合电池；
所述移动体配备有所述组合电池；
仅在所述第一电池的所述正极端子中设置有所述第一电池的所述电流切断装置；
仅在所述第二电池的所述负极端子中设置有所述第二电池的所述电流切断装置；
所述第一电池和所述第二电池交替地堆叠；
所述第一电池的所述正极端子与所述第二电池的所述负极端子之间的距离比所述第一电池的所述正极端子与所述第二电池的所述正极端子之间的距离短；并且
所述组合电池包括将所述第一电池的所述正极端子与所述第二电池的所述负极端子连接的汇流条。
4.根据权利要求2或3所述的移动体，其中：
所述第一电池呈棱柱形；
所述第一电池的所述正极端子和所述负极端子设置在同一第一平面上，所述第一平面是所述第一电池的外表面；
所述第二电池呈棱柱形；
所述第二电池的所述正极端子和所述负极端子设置在同一第二平面上，所述第二平面是所述第二电池的外表面；
所述第一电池和所述第二电池具有相同外形；并且
在所述组合电池中，所述第一电池和所述第二电池堆叠成使得所述第一平面和所述第二平面位于同一平面上。
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