CN109792010A - 组合电池 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种组合电池，该组合电池实现了组合电池的小型化，且提高了母线与外部端子电缆在固定部的紧固力。所提供的组合电池具备：电池组，其层叠了多个具有电极端子的单体电池；板状构件，其配置于所述电池组的端部；以及单体电池支架，其配置于所述板状构件和电池组之间，该组合电池的特征在于，在所述单体电池支架设置有该组合电池的端子固定部，所述板状构件具有与所述端子固定部重叠的重叠部。

Description

组合电池
技术领域
本发明涉及联结多个能够重复充放电的二次电池而构成的组合电池。
背景技术
近年来，特别是作为像混合动力汽车的电源装置那样的以大电流进行充放电的用途，联结多个锂离子电池的组合电池的开发正在推进。在该组合电池中，由于流通大电流，因此需要以低电阻的状态连接粗的外部端子电缆。为此以强的紧固力将外部端子电缆紧固于组合电池。然而当将外部端子电缆直接连接于构成组合电池的单体电池的正极或负极的电极端子时，存在单体电池的电极端子由于连接时的安装力矩而被破坏的担忧，因此采取如下方法：在单体电池的电极端子具备母线，并且通过与单体电池的电极端子分开设置的固定部对母线和外部端子电缆进行螺栓连接。固定部相对于螺栓的轴而受到旋转方向的力，但当固定部由于旋转方向的力而旋转时，无法得到螺栓的紧固力，因此螺栓的紧固力的大小依赖于固定部的强度。此时，为了确保固定部的强度，固定部需要一定程度的体积，为此，组合电池变得大型化。
在专利文献1中公开了将固定部一体化为树脂的端板的构造。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本专利特开2010-080353号公报
发明内容
发明要解决的问题
虽然在固定部施加了用于连接母线与外部端子电缆的旋转方向的力，但当固定部受该力而变形时无法确保紧固力，因此紧固力依赖于固定部的强度。在专利文献1中记载的组合电池通过将固定部与端板一体化从而实现组合电池的小型化，另一方面仅由树脂构件的强度接受紧固力，因此紧固力存在问题。
本发明是鉴于所述问题而完成的发明，其目的在于提供一种一边实现组合电池的小型化，一边提高母线与外部端子电缆在固定部的紧固力的组合电池。
解决问题的技术手段
为了达成所述目的，在本发明中，提供一种组合电池，该组合电池具备：电池组，其层叠了多个具有电极端子的单体电池；板状构件，其配置于所述电池组的端部；以及单体电池支架，其配置于所述板状构件和电池组之间，该组合电池的特征在于，在所述单体电池支架上设置有该组合电池的端子固定部，所述板状构件具有与所述端子固定部重叠的重叠部。
发明效果
根据本发明，将具有体积的固定部的位置降低至盒底侧，从而能够使组合电池变矮，并且利用端板的厚度来吸收固定部的体积，从而能够使组合电池的长度方向的尺寸缩短。将这些组合能够使组合电池小型化。
另外，通过使板状构件的重叠部的构成覆盖单体电池支架的端子固定部，能够用端板接受施加于固定部的旋转方向的力，从而固定部的强度增加，能够提高母线与外部端子电缆在固定部的紧固力。
附图说明
图1是示出第一实施方式涉及的组合电池的外观立体图。
图2是示出第一实施方式涉及的组合电池的外观分解立体图。
图3是用于说明中间支架、端部支架、端部单体电池以及端板的位置关系的局部立体图。
图4是用于说明中间支架、端部支架、端部单体电池以及端板的位置关系的局部立体图。
图5是针对固定部说明具有曲面的情况与为矩形的情况的差异的概念图。
图6是用于说明中间支架、端部支架、端部单体电池以及端板的位置关系的局部立体图。
图7是示出第二实施方式涉及的组合电池的外观立体图。
图8是示出第二实施方式涉及的组合电池的外观分解立体图。
图9是示出组合电池壳体的外观立体图。
具体实施方式
以下，参照附图，根据具体的实施例对用于实施本发明的最佳的方式进行说明，但本发明不限定于此，对于能在本发明的技术构思的范围内考虑到的其他的方式也包含于本发明的范围内。另外，实施例中的图是略图，不保证图中的位置关系、尺寸等的正确性。在本说明书中公开的技术构思的范围内，本领域技术人员能够进行各种变更和修改。另外，在用于说明本发明的所有附图中，具有相同的功能的部分附上相同的符号，有时省略其重复的说明。
实施例1
图1是示出第一实施方式涉及的组合电池的外观立体图。图2是图1的组合电池的外观分解立体图。其中在图2中省略了一部分。
图1所示的组合电池是如下的构成：用一对端部支架2和一对板状构件即端板3夹持电池层叠体1，并用一对侧架4将它们一体化，用中间母线5形成电池间的电线，用端部母线6和外部端子电缆7形成组合电池与外部的电线。
用图1和图2对电池层叠体进行说明。电池层叠体1具备多个单体电池8和多个中间支架9。各个单体电池是扁平的长方体形状，具有一对宽幅面。构成电池层叠体的多个单体电池以相邻的单体电池的相互的宽幅面彼此相对的方式层叠配置。以朝向相反的方式来配置相邻的单体电池彼此，以使得设置于电池盖的正极端子以及负极端子的位置颠倒。相邻的各个单体电池的正极端子和负极端子通过金属制的平板状导电构件即中间母线5电连接。也就是说，构成本实施方式涉及的组合电池的多个单体电池串联电连接。另外，在电池层叠体的两端的单体电池的正极端子或负极端子具备端部母线6。
对构成电池层叠体1的单体电池8进行说明。多个的单体电池都是同样的构造。单体电池具备由电池盒和电池盖组成的方形的电池容器。电池盒以及电池盖的材质是例如铝或铝合金。电池盒被设置为矩形箱状，该矩形箱状具有二个面积大的面(宽幅面)、二个面积小的面(窄侧面)、一面底板以及开口部。电池盖为矩形平板状，并以堵住电池盒的开口部的方式激光焊接。也就是说，电池盖密封着电池盒。由电池盖和电池盒组成的方形的电池容器被设为中空的长方体形状。
在电池盖设置有正极端子以及负极端子。在电池容器的内部，充放电元件在由绝缘壳体覆盖的状态下被收纳。充放电元件的正电极与正极端子连接，充放电元件的负电极与负极端子连接。在电池盖穿设有用于将电解液注入至电池容器内的注液孔。注液孔在电解液注入后由注液栓密封。作为电解液，例如能够使用在碳酸亚乙酯等碳酸酯系列的有机溶剂中溶解了六氟磷酸锂(LiPF6)等锂盐而得到的非水电解液。在电池盖设置有气体排出阀。气体排出阀通过冲压加工使电池盖部分薄壁化而形成。单体电池由于过充电等异常而发热并产生气体，在电池容器内的压力上升并达到规定压力时，气体排出阀开裂，通过从内部排出气体来降低电池容器内的压力。
图3是用于说明中间支架9、端部支架2、位于电池层叠体的端部的单体电池8以及端板3之间的位置关系的局部立体图。使用同一幅图对中间支架9、端部支架2以及端板3进行说明。
在电池层叠体的前后方向上层叠配置了多个中间支架9。中间支架9的材质是具有绝缘性以及耐热性的树脂，例如，是聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)、聚碳酸酯(PC)等工程塑料或橡胶。中间支架9介于各单体电池彼此之间，因此相邻的单体电池彼此的绝缘性得到确保。中间支架9具有隔离部9A和连结部9B。隔离部9A与电池的宽幅面对抗，并防止相邻的两个电池的宽幅面抵接。连结部9B具有山部和谷部，为了连结相邻的中间支架与后述的端部支架而使用。
端部支架2配置于在电池层叠体的前端配置的单体电池8和端板3之间，以及在电池层叠体后端配置的单体电池8和端板3之间。端部支架2介于单体电池8和端板3之间，因此端板和单体电池的绝缘性得到确保。
端部支架2具有隔离部2A、连结部2B以及固定部2C。隔离部2A与电池的宽幅面和端板对抗，防止电池的宽幅面与端板抵接。连结部2B具有山部和谷部，为了与相邻的中间支架连结而使用。
固定部2C从端部支架向端板3侧突出。固定部2C是用于连接紧固端部母线与外部端子电缆并进行电连接的部位，在固定部2C一体化有嵌入螺母10、嵌入螺栓。固定部成为被插入至后述的端板3的收纳部3A的构成，在连接紧固端部母线与外部端子电缆时将固定部所负担的旋转扭矩传递至端板，从而固定部的稳定性得到确保。
相邻的中间支架彼此、或中间支架与端部支架通过嵌合各个支架的连结部而相连结。具体来说，嵌合与中间支架的连结部9B相邻的中间支架的连结部9B，从而相邻的中间支架彼此相连结，嵌合中间支架的连结部9B与端部支架的连结部2B，从而中间支架与端部支架相连结。
端板3被设置为矩形平板状，形成为与单体电池8大致相同的大小。端板分别配置于电池层叠体的层叠方向的前方以及后方，隔着一对端部支架夹持着电池层叠体。收纳部3A具有使端板的上表面凹陷那样的形状，并使该凹陷的一部分朝端部支架侧开口。收纳部3A的形状与固定部2C大致相同。此外，端板的材质是铝、铝合金等金属。
使用图4至图6对端部支架和端板的其他形状进行说明。
端部支架的固定部的形状不是限定的，也可以具有如图3所示的曲面部A，或者也可以如图4所示为没有曲面部的矩形。然而，为了通过端板传递紧固端部母线与外部端子时的旋转扭矩从而巩固固定部的稳定性，固定部优选为不具有曲面部的矩形。如图5所示，当固定部的宽度Lw与固定部的突出长度Lh相等时，矩形能较大地取得固定部与端板的接触面积(在具有曲面部的构造的情况下的接触面积设为S1，矩形情况下的接触面积设为S2时，S2>S1)。另外，固定部的位置不是限定的，如图3和图4所示，也可以是与连结端部母线的电极端子对抗的位置，或者也可以如图6所示为两个电极端子的中心的位置。当在前者的位置设置固定部时，固定部与电极端子的距离短，因此缩短端部母线，从而能够降低接线电阻。另外在前者的情况下，当构成组合电池的电池的数量为偶数的情况下，变得需要两种端部支架，但当在后者的位置设置固定部的情况下，能够使端部支架的形状为一种。
侧架4在电池层叠体的层叠方向的左方以及右方左右对称地配置。如图1所示，侧架4通过一对端板3和螺栓11物理连接。侧架4是将规定厚度的不锈钢板、铜板等金属板切出规定的宽度后，对细节进行弯曲加工而制作的。
为了将电池层叠体1、端部支架2以及端板3一体化，需要在使端部支架2抵接于电池层叠体1的层叠方向的前方以及后方的状态下，用端板3将电池层叠体1连同端部支架2一起夹持，其后，用螺栓11将侧架4螺纹固定到端板3上。当用螺栓11将侧架4螺纹固定到端板3上时，夹在一对端板中的电池层叠体和端部单体电池支架以被压缩了规定量的状态被保持。此外，在本实施方式中，对使用螺栓将侧架固定于端板的方法进行了说明，也可以使用铆钉或者通过铆接、焊接等将侧架固定于端板。
根据以上说明了的本实施方式，能够取得如下的作用效果。在本实施方式中，能够将固定部收纳于端板的收纳部，因此能够使组合电池小型化。另外，能够用刚性的端板的收纳部接受固定部所负担的旋转扭矩，因此能够增加端部母线与外部端子电缆在固定部的紧固力。
实施例2
图7是示出本发明的第二实施方式的组合电池的概略图。图8是图7的组合电池的外观分解立体图。本实施方式的组合电池除了侧架和端板，具有与第一实施方式的组合电池相同的构造，因此参照该图进行说明从而省略对相同构造的重复说明。
图7所示的组合电池是用一对端部支架13夹持电池层叠体12，并将其收纳于组合电池壳体14的构成。组合电池壳体14由大部件14A和小部件14B构成。
如图8所示，本实施例的组合电池是使由端部支架13夹持的电池层叠体12从侧面滑动插入至组合电池14的大部件14A，将小部件14B紧贴于一方的端部支架后，用螺栓15对大部件14A和小部件14B螺纹固定而形成的。
图9是组合电池壳体14的外观立体图。图9是为了说明组合电池壳体14的构成，从图7去除电池层叠体12和端部支架13后的附图。组合电池壳体14被设置为矩形箱状，该矩形箱状具有两个面积大的板状面(沿长度方向的面12C)、两个面积小的板状面(沿宽度方向的面12D)、一面板状底部12E以及开口部12F。组合电池壳体的材质不是限定的，是铝合金等金属、玻璃环氧树脂、FRP树脂(纤维增强塑料)等具有刚性的树脂。
组合电池壳体的宽度方向上的面14D具有收纳部14G。收纳部14G具有使沿宽度方向的面14D的内侧凹陷那样的形状，并且能够配合收纳于收纳部的固定部的形状，具有曲面或是做成矩形。另外，收纳部的位置也能够配合固定部的位置，设置于任何位置。
根据以上说明了的本实施方式，能够取得如下的作用效果。在本实施方式中，能够将固定部收纳于坚固的壳体的收纳部，因此能够一边增加组合电池自身的机械强度一边使组合电池小型化。另外，能够用刚性的组合电池壳体的收纳部接受固定部所负担的旋转扭矩，因此能够增加端部母线与外部端子电缆在固定部的紧固力。
此外，在本发明中将端子固定部做成如下构成：端子固定部设置于单体电池支架上、且与单体电池的外部端子相对的位置。这是为了是缩短接线距离来使接线电阻变小。另一方面，在本发明中该端子固定部的位置不限定于此，例如设置于单体电池支架的中央部也是可能的。通过设置为这样的构成，能够将端子固定部配置于在端板中刚性最高的位置，因此在使母线与外部端子电缆在固定部的紧固力提高的基础上，提供不易损坏的组合电池也变得可能。
以上，简单地对本发明进行了整理。在本发明中记载的组合电池具备：电池组，其层叠了多个具有电极端子的单体电池；板状构件，其配置于电池组的端部；以及单体电池支架，其配置于板状构件和电池组之间，在单体电池支架上设置有组合电池的端子固定部，板状构件具有与端子固定部重叠的重叠部。通过设置为这样的构成，能够将固定部收纳于现有的端板或壳体的收纳部，因此能够使组合电池小型化。另外，能够用足够刚性的端板的收纳部接受固定部所负担的旋转扭矩，因此能够增加端部母线和外部端子电缆在固定部的紧固力。
另外，本发明中记载的组合电池的端子固定部具有矩形形状。通过设置为这样的构成，能够增大端子固定部与收纳部的接触面积，因此更能巩固端子固定部与收纳部的连接。
另外，本发明中记载的组合电池在端子固定部嵌件注塑成型有螺栓的头部或螺母。
另外，本发明中记载的组合电池的端子固定部配置于单体电池支架上、且与外部端子相对的位置。通过设置为这样的构成，能够使外部端子与端子固定部的距离最短。
另外，本发明中记载的组合电池的端子固定部配置于单体电池支架的中央部。通过设置为这样的构成，能够将端子固定部配置于在端板中刚性最高的位置，因此在使母线与外部端子电缆在固定部的紧固力提高的基础上，提供不易损坏的组合电池也变得可能。
以上，对本发明的实施例进行了详细叙述，但本发明不限定于所述的实施例，在不脱离在权利要求的范围内记载的本发明的精神的范围内，能够进行各种设计更改。例如，所述的实施方式是为了易于理解地说明本发明而详细地进行说明的内容，并非限定于具备说明了的所有构成的实施方式。另外，将某个实施例的构成的一部分替换为其他的实施例的构成是可能的，另外，在某个实施例的构成中加上其他的实施例的构成也是可能的，进一步地，对各个实施例的构成的一部分进行其他的构成的追加、删除、替换也是可能的。
符号说明
1 电池层叠体
2 端部支架
2A 隔离部
2B 连结部
2C 固定部
3 端板
3A 收纳部
4 侧架
5 中间母线
6 端部母线
7 外部端子电缆
8 单体电池
9 中间支架
9A 隔离部
9B 连结部
10 嵌入螺母
11 螺栓
12 电池层叠体
13 端部支架
14A 大部件
14B 小部件
14C 沿长度方向的面
14D 沿宽度方向的面
14E 板状底部
14F 开口部
14G 收纳部
15 螺栓
A 曲面部
Lw 固定部的宽度
Lh 固定部的突出长度
S1 在具有曲面部的构造的情况下的接触面积
S2 矩形情况下的接触面积。

Claims (7)

1.一种组合电池，其具备：电池组，其层叠了多个具有电极端子的单体电池；板状构件，其配置于所述电池组的端部；以及单体电池支架，其配置于所述板状构件和电池组之间，
该组合电池的特征在于，
在所述单体电池支架设置有该组合电池的端子固定部，所述板状构件具有与所述端子固定部重叠的重叠部。
2.根据权利要求1所述的组合电池，其特征在于，
所述板状构件是端板。
3.根据权利要求1所述的组合电池，其特征在于，
所述板状构件是壳体的一部分。
4.根据权利要求2或3所述的组合电池，其特征在于，
所述端子固定部为矩形形状。
5.根据权利要求2至4中任一项所述的组合电池，其特征在于，
在所述端子固定部嵌件注塑成型有螺栓的头部或螺母。
6.根据权利要求2至5中任一项所述的组合电池，其特征在于，
所述端子固定部配置于所述单体电池支架上、且与所述单体电池的外部端子相对的位置。
7.根据权利要求2至5中任一项所述的组合电池，其特征在于，
所述端子固定部配置于所述单体电池支架的中央部。
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