CN109962192A - 电池模块 - Google Patents

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Abstract

提供能够抑制由于伴随电池的充放电而电池产生膨胀以及收缩而引起的电池的破损的电池模块。一种电池模块，具有层叠的多个电池和约束多个电池的约束构件，其中，约束构件包括配置于多个电池的层叠方向的两端的一对端板、和连结一对端板并以加压状态约束多个电池的张力带，张力带具有能够进行弹性变形的凹凸部。

Description

电池模块
技术领域
本公开涉及电池模块。本公开特别涉及具有层叠的多个电池和约束多个电池的约束构件的电池模块。
背景技术
近年来，公开了各种电池模块。
例如，在专利文献1中公开了电池模块，该电池模块使用配置于层叠多个单电池而成的电池块的两端的端板以及将端板的端部进行连结的金属带来固定该电池块。
在专利文献2中公开了燃料电池的模块，该燃料电池的模块在电池堆的层叠方向两侧隔着该电池堆而配置端板，具备将该端板彼此进行紧固的紧固部件。
在专利文献3中公开了电池模块，该电池模块的电池层叠体由押压板、变形板以及端板约束。
另外，在专利文献4中公开了具备具有突起区域的端板的燃料电池的模块。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2015-207553号公报
专利文献2：日本特开2010-003636号公报
专利文献3：日本特开2015-076188号公报
专利文献4：日本专利第4621815号公报
发明内容
在具有约束层叠的多个电池的构造的电池模块中，伴随充放电而可能产生电池的膨胀以及收缩。因而，在使用配置于层叠的多个电池的层叠方向的两端的一对端板以及连结该一对端板而以加压状态约束多个电池的张力带来约束这样的多个电池的情况下，伴随电池的膨胀以及收缩，适当的约束力以上的负荷施加于张力带，由此，张力带产生塑性变形而有可能会破损。
因而，本公开的目的在于提供能够抑制这样的问题的电池模块。
本发明者们发现了能够利用以下的单元来解决上述课题。
<方案1>
一种电池模块，具有层叠的多个电池和约束所述多个电池的约束构件，其中，
所述约束构件包括配置于所述多个电池的层叠方向的两端的一对端板、以及连结所述一对端板并以加压状态约束所述多个电池的张力带，
所述张力带具有能够进行弹性变形的凹凸部。
<方案2>
根据方案1所记载的电池模块，其中，
所述凹凸部仅位于与所述端板的侧面相对置的部分。
<方案3>
根据方案1或者2所记载的电池模块，其中，
在所述多个电池之间还具有中间板。
<方案4>
根据方案3所记载的电池模块，其中，
所述凹凸部仅位于与所述端板以及所述中间板的至少一个侧面相对置的部分。
<方案5>
根据方案1～4中的任意一个方案所记载的电池模块，其中，
所述张力带由金属或者纤维强化塑料构成。
<方案6>
根据方案1～5中的任意一个方案所记载的电池模块，其中，
所述凹凸部通过压花加工而得到。
<方案7>
根据方案1～6中的任意一个方案所记载的电池模块，其中，
所述多个电池是全固体电池。
根据本公开的电池模块，能够抑制电池的膨胀以及收缩所引起的张力带的破损。
附图说明
图1是示出本公开的电池模块的一个方式的概略剖视图。
图2是示出本公开的电池模块的一个方式的外观的立体图。
图3是示出以往的电池模块的张力带产生塑性变形的一个方案的概略剖视图。
图4是示出本公开的电池模块的一个方式的概略剖视图。
图5是例示性地示出本公开的凹凸部的形状的概略剖视图。
图6是示出本公开的凹凸部的一个方式的立体图。
图7是示出本公开的电池模块的一个方式的概略剖视图。
图8是示出将本公开的电池模块搭载于车辆时的一个方式的概略图。
附图标记说明
10、20、30、40、70：多个电池；11、12、21、22、31、32、41、42：端板；13、14、23、24、33、34，43、44、73、74：张力带；3a、13a、14a、23a、24a：凹凸部；3a1、3a2、3a3、3a4：凸部；43a、43b、44a、44b、73a、74a：凹凸部；25、75：中间板；100、200、300、400、700：电池模块。
具体实施方式
以下，参照附图，详细地说明本公开的实施方式。此外，本公开并不限定于以下的实施方式，能够在本公开的要旨的范围内进行各种变形而实施。另外，在附图的说明中，对相同的要素附加相同的附图标记，省略重复的说明。不过，以下的图所示的方式为本公开的例示，并不限定本公开。
本公开的电池模块是具有层叠的多个电池和约束多个电池的约束构件的电池模块，
约束构件包括配置于多个电池的层叠方向的两端的一对端板、以及连结一对端板而以加压状态约束多个电池的张力带，
张力带具有能够进行弹性变形的凹凸部。
另外，在本公开中，“弹性变形”意味着对物体施加外力而使其变形，之后当除去外力时，恢复到原来的状态的变形。与其对照地，“塑性变形”意味着对物体施加外力而使其变形，之后即使除去外力也残余的变形。
图1是示出本公开的电池模块的一个方式的概略剖视图。如图1所示，电池模块100具有层叠的多个电池10和约束多个电池10的约束构件，此时的约束构件包括配置于层叠的多个电池10的层叠方向的两端的一对端板11以及12、及连结一对端板11以及12并以加压状态约束多个电池10的张力带13以及14。张力带13具有能够进行弹性变形的凹凸部13a，张力带14具有能够进行弹性变形的凹凸部14a。
另外，图2是示出本公开的电池模块的一个方式的外观的立体图。在电池模块200中，具有层叠的多个电池20、约束构件以及作为其它构件的配置于多个电池20之间的中间板25。此时的约束构件包括配置于多个电池20的层叠方向的两端的一对端板21以及22、及连结一对端板21以及22并以加压状态约束多个电池20的张力带23以及24。张力带23具有能够进行弹性变形的凹凸部23a。凹凸部23a仅位于张力带23的、与中间板25的侧面相对置的部分。同样地，张力带24具有能够进行弹性变形的凹凸部24a。凹凸部24a仅位于张力带24的、与中间板25的侧面相对置的部分。此外，关于中间板25将在后面叙述。
本公开的电池模块能够抑制电池的膨胀以及收缩所引起的张力带的破损。其原理被认为如下所述。此外，该原理并不用于限定本公开。
在如上所述伴随电池的充放电而产生电池的膨胀以及收缩的情况下，当施加于以往的电池模块所使用的张力带的负荷为适当的约束力以上时，张力带在任意的部位产生塑性变形，有可能会破损。
例如，图3(a)所示的以往的电池模块300具有层叠的多个电池30和约束多个电池30的约束构件，此时的约束构件包括配置于多个电池30的层叠方向的两端的一对端板31以及32、及连结一对端板31以及32并以加压状态约束多个电池30的张力带33以及34。此时，张力带33以及34未具有能够进行弹性变形的凹凸部。当产生多个电池30的膨胀以及收缩时，如图3(b)所示，张力带33以及34在任意的部位产生塑性变形，还有破损的部位。
相对于以往的电池模块，本公开的电池模块的张力带具有能够进行弹性变形的凹凸部。因此，在产生电池的膨胀以及收缩的情况下，该凹凸部优先地产生弹性变形。这样，凹凸部能够吸收因电池的膨胀以及收缩而产生的尺寸变化对张力带造成的负荷。由此，还能够抑制张力带产生塑性变形而破损。
即，例如，在图1所示的电池模块100中，即使产生多个电池10的膨胀以及收缩，由于张力带13的凹凸部13a以及张力带14的凹凸部14a优先地产生弹性变形，从而也能够抑制张力带13以及14的塑性变形所致的破损。
《多个电池》
电池模块具有层叠的多个电池。
在此，“多个”意味着两个以上。即，本公开的电池模块只要具有层叠有两个以上的电池即可。在本公开中，多个电池的数量的上限不被特别限定，只要根据电池模块的使用用途、目的来设定即可。
在本公开中，电池的种类不被特别限定，例如也可以为一次电池、二次电池或者燃料电池。在它们之中，本公开的多个电池优选是包含电解质地构成电池的构件全部以固体形成的全固体电池。
<全固体电池>
以下，以本公开的多个电池是全固体电池的情况为例，详细地进行说明。
作为全固体电池的种类，能够举出全固体锂电池、全固体钠电池、全固体镁电池以及全固体钙电池等，其中尤以全固体锂电池以及全固体钠电池为优选，特别优选全固体锂电池。另外，全固体电池既可以是一次电池，也可以是二次电池，但其中尤以二次电池为优选。
全固体电池能够具有1个以上的单元全固体电池。另外，单元全固体电池能够通过将正极集电体层、正极活性物质层、固体电解质层、负极活性物质层以及负极集电体层按照该顺序进行层叠而构成。进而，全固体电池在具有两个以上的单元全固体电池的情况下，根据各构成要素的层叠顺序，既可以为双极型，也可以为单极型。
另外，关于正极集电体层、正极活性物质层、固体电解质层、负极活性物质层以及负极集电体层各自的结构部件，不被特别限定，能够使用能够应用于全固体电池的公知材料。
《约束构件》
电池模块具有约束上述多个电池的约束构件。
约束构件包括配置于多个电池的层叠方向的两端的一对端板、以及连结一对端板并以加压状态约束所述多个电池的张力带。
<张力带>
张力带只要为能够以加压状态约束多个电池的部件，则可以由公知的部件构成。例如，可以由金属或者纤维强化塑料等构成。作为金属，能够举出不锈钢。另外，作为纤维强化塑料，例如使用碳纤维强化塑料、玻璃纤维强化塑料等，但不限定于它们。
在本公开中，张力带具有能够进行弹性变形的凹凸部。以下，详细地说明能够进行该弹性变形的凹凸部。此外，将“能够进行弹性变形的凹凸部”还简称为“凹凸部”。
(凹凸部)
在本公开中，凹凸部能够位于张力带的任意的部分。例如，在图1所示的电池模块100中，凹凸部13a位于遍及层叠方向上的与多个电池10的侧面相对置的部分及与端板11以及12的侧面相对置的部分的整体的位置。此外，图1所示的凹凸部13a和14a被对称地描绘，但也可以分别位于非对称的部位。
在本公开中，凹凸部优选仅位于张力带的、与端板的侧面相对置的部分。其理由如下。此外，端板的侧面是指与多个电池的层叠方向正交的端板的侧面。
张力带的凹凸部仅位于与端板的侧面相对置的部分的电池模块不仅能够抑制上述电池的膨胀以及收缩所引起的张力带的破损，而且在从多个电池的层叠方向施加有强的外力(例如，车辆的侧面碰撞等)的情况下，上述凹凸部优先地弯曲而产生弹性变形，根据情况，有时产生塑性变形，从而能够抑制张力带的整体产生变形。即，能够在从多个电池的层叠方向施加有强的外力的情况下，控制张力带产生变形的部位。由此，能够抑制张力带产生变形的部分与电池的接触所致的电池的破损。
更详细而言，在电池因来自多个电池的层叠方向的强的外力而压缩，由此张力带发生弯曲的情况下，当张力带存在凹凸部时，张力带的弯曲优先地在凹凸部产生。即，即使假设凹凸部发生弯曲，由于凹凸部仅位于张力带的、与端板的侧面相对置的部分，所以弯曲的部分不会与电池接触，所以也能够抑制弯曲的部分的接触所致的电池的破损。
例如，在图4所示的电池模块400中，张力带43的凹凸部43a以及43b分别仅位于张力带43的、与端板41以及42的侧面相对置的侧的部分。同样地，张力带44的凹凸部44a以及44b分别仅位于张力带44的、与端板41以及42的侧面相对置的侧的部分。
当在电池模块400中有多个电池40发生膨胀以及收缩的情况下，凹凸部43a、43b、44a以及44b优先地产生弹性变形，张力带43以及44能够产生塑性变形而抑制破损。另外，在从电池模块400的多个电池40的层叠方向受到强的外力的情况下，凹凸部43a、43b、44a以及44b优先地产生变形。在该情况下，即使凹凸部43a、43b、44a以及44b发生弯曲，由于张力带的弯曲的部位(凹凸部43a、43b、44a以及44b的任意一个以上的部位)与多个电池40不接触，所以也能够抑制电池的破损。
此外，本公开的电池模块能够具有1个以上的张力带。这些张力带中的至少一个张力带具有凹凸部。能够与所需的电池模块的目的以及用途等相匹配地，使凹凸部位于1个或者多个张力带中的任意张力带的任意部位。
在本公开中，张力带的凹凸部只要能够产生弹性变形，就不被特别限定，可以为任意的形式。凹凸部也可以仅由凹部构成，也可以仅由凸部构成，也可以由将凹部与凸部进行组合而成的结构构成。在图5的(a)～(e)中，例示性地示出几个凹凸部的形状，但不限定于它们。
以图5(a)所示的凹凸部3a为例进行说明。凹凸部3a包括4个凸部3a1、3a2、3a3以及3a4。各凸部能够沿着箭头的方向产生弹性变形可能。此外，4个凸部3a1、3a2、3a3以及3a4既可以分别为相同的大小以及朝向，也可以为不同的大小以及朝向。此外，在图5(a)中，4个凸部3a1、3a2、3a3以及3a4具有均等的间隔，但也可以不是均等的间隔，另外，4个凸部3a1、3a2、3a3以及3a4也可以连续。
另外，图6示出图5(a)所示的凹凸部3a的立体图。在图6所示的凹凸部3a的例子中，凹凸部3a的宽度d与张力带的宽度D相同。即，能够在从张力带的宽度D的端部至端部为止的范围设置凹凸部3a。在此，张力带的宽度是指与多个电池的层叠方向正交的面的长度，凹凸部的宽度是指与张力带的宽度平行的面的凹凸形状的长度。另外，只要不损害本公开的效果，凹凸部的宽度也可以设定成比张力带的宽度小。
在本公开中，张力带的凹凸部能够利用公知的手法制作凹凸形状而形成。例如，凹凸部能够通过压花加工而得到。
<端板>
在本公开的电池模块中，一对端板配置于多个电池的层叠方向的两端，由张力带连结。在本公开中，由一对端板以及上述张力带构成约束构件。
端板不被特别限定，可以由公知的结构构成。例如，也可以由金属或者纤维强化塑料等构成。作为金属，能够举出不锈钢。另外，作为纤维强化塑料，例如使用碳纤维强化塑料、玻璃纤维强化塑料等，但不限定于它们。
《其它构件》
在本公开中，除了上述层叠的多个电池以及约束多个电池的约束构件以外，根据电池模块的使用用途、目的，电池模块也可以具有其它构件。例如，能够在多个电池之间还具有中间板。以下，作为其它构件，例示性地说明具有中间板的情况下的本公开模块的方案。
<中间板>
本公开的电池模块能够还具有中间板。中间板能够成为用于保障多个电池之间的绝缘的空间，所以本公开的电池模块优选还具有中间板。例如，能够由中间板将构成电池模块的多个电池分成分别具有多个电池的多个电池组。在该情况下，能够将所分成的电池组与其它电池组进行连接，实现高电压化以及高容量化。另外，在该情况下，即使假设1个电池组被损坏，也能够利用剩余的电池组进行动作。另外进而，在该情况下，将电池组分别用于前轮以及后轮的驱动用，从而能够实现四轮驱动化。
另外，在本公开的电池模块还具有中间板的情况下，张力带的凹凸部优选仅位于与端板以及中间板的至少一个侧面相对置的部分。据此，不仅能够抑制张力带的破损，而且还能够抑制从多个电池的层叠方向受到强的外力的情况下的电池的破损。进而，根据张力带针对多个电池的约束效果这样的平衡的观点，张力带的凹凸部也可以仅位于与中间板的侧面相对置的部分。此外，中间板的侧面是指与多个电池的层叠方向正交的中间板的侧面。
图7示出在多个电池之间还具有中间板的情况下的一个方式的例子。电池模块700在多个电池70之间还具有中间板75。在该情况下，张力带73的凹凸部73a仅位于与中间板75的侧面相对置的部分。同样地，张力带74的凹凸部74a仅位于与中间板75的侧面相对置的部分。根据这样的方案，不仅能够抑制张力带73以及74的破损，还能够抑制从多个电池70的层叠方向受到强的外力的情况下的电池的破损。
另外，能够利用上述结构来抑制从多个电池70的层叠方向受到强的外力的情况下的电池的破损。
表示将电池模块700搭载于车辆时的一个方式的概略图在图8中示出。在该图8所示的方案中，张力带73以及74以与地面垂直地立起的状态配置，在它们之间配置有电池层叠体。但是，也可以按照以电池的层叠方向为轴而旋转90°的方式配置，即张力带相对于地面水平地配置，在它们之间配置电池层叠体。
在图8中，在搭载于车辆的电池模块700中，张力带73以及74的凹凸部73a以及74a仅位于与中间板75的侧面相对置的部分。因而，即使假设因车辆的侧面碰撞所致的强的外力而凹凸部73a以及74a发生弯曲，该弯曲部位(凹凸部73a以及/或者74a)也不会与多个电池70接触，而能够抑制电池的破损。

Claims (7)

1.一种电池模块，具有层叠的多个电池和约束所述多个电池的约束构件，其中，
所述约束构件包括配置于所述多个电池的层叠方向的两端的一对端板、以及连结所述一对端板并以加压状态约束所述多个电池的张力带，
所述张力带具有能够进行弹性变形的凹凸部。
2.根据权利要求1所述的电池模块，其中，
所述凹凸部仅位于与所述端板的侧面相对置的部分。
3.根据权利要求1或者2所述的电池模块，其中，
在所述多个电池之间还具有中间板。
4.根据权利要求3所述的电池模块，其中，
所述凹凸部仅位于与所述端板以及所述中间板的至少一个侧面相对置的部分。
5.根据权利要求1～4中的任意一项所述的电池模块，其中，
所述张力带由金属或者纤维强化塑料构成。
6.根据权利要求1～5中的任意一项所述的电池模块，其中，
所述凹凸部通过压花加工而得到。
7.根据权利要求1～6中的任意一项所述的电池模块，其中，
所述多个电池是全固体电池。
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