CN111834564A - 电池模块 - Google Patents
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Abstract
本发明提供能够实现电池组的薄型化的电池模块，其能够减小层叠电池单元时需要的间隙。电池模块(1)，具备：电池单元组(2)，其包含平板状的多个电池单元(10)；板(3)，其具有导热性，层叠有各电池单元；一对套环(5)，其将板的两端部分别固定；以及弹性部件(4)，其具有弹性，且两端部的固定部(4a)与板的两端部一起被固定于一对套环。多个电池单元以在层叠方向彼此接触的状态，使层叠方向的一侧的电池单元与板接触，使另一侧的电池单元与弹性部件接触。弹性部件在与电池单元接触的接触部和固定部之间具有变化吸收部。变化吸收部吸收由于多个电池单元从通常状态时向膨胀状态时的变化而导致的接触部与固定部的直线距离的变化。
Description
技术领域
本发明涉及电池模块。
背景技术
在电动汽车(EV)、混合动力汽车(HEV)等车辆中，作为用于 向驱动源即电动机供给电力的电源，搭载有车辆用电池组。在车辆用 电池组内，例如容纳有将多个电池单元串联连接而成的电池模块。例 如，在专利文献1公开了一种电池组，其具备：电池，其包含层叠的 多个电池单元；电池壳体，其容纳电池；和约束带，其在电池单元的 层叠方向上产生紧固力，将多个电池单元一体地保持。
然而，在方形电池中，层叠有正极材料、隔膜、负极材料，且在 内部容纳有卷绕成椭圆形状的电极片。在利用一般被称为弹力高的约 束带等施加一定的压力来约束方形电池的情况下，即使电池由于充放 电而膨胀，例如也能够通过在卷绕成椭圆形状的电极片的中心部产生 的间隙来吸收应力，因此能够抑制电极片的破损。
另一方面，在袋型电池中，由于在层叠了电极片的状态下被层压 密封，因此成为在电池因充放电而膨胀的情况下，产生的应力直接施 加于电池的约束结构体的形式。若约束结构体使用弹力高的材料，则 有可能对电极片内部施加应力，电极片可能破损。为了避免这种情况， 使用螺旋弹簧或板簧等弹性部件来控制电极片的加压(参照专利文献 2、3)。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2008-192551号公报
专利文献2：日本专利第5098318号公报
专利文献3：日本特开2005-116437号公报
专利文献4：日本特开2012-248374号公报
发明内容
发明欲解决的技术问题
然而，作为在对电池单元加压的同时不阻碍电池单元自身的伸缩 的电池的约束结构，提出了使电池单元的加压部具有弹性，刚性地约 束电池模块的结构。然而，在这样的电池的约束结构中，在电池单元 之间需要大的间隙，因此无法用于以高能量密度为目的的电池组，存 在改善的余地。
本发明的目的在于提供一种电池模块，其能够减小层叠电池单元 时所需的间隙，能够实现电池组的薄型化。
用于解决问题的技术手段
为了实现上述目的，本发明所涉及的电池模块的特征在于，具备： 板，所述板具有导热性，并且层叠有多个电池单元；一对固定部件， 一对所述固定部件将所述板的两端部分别固定；以及弹性部件，所述 弹性部件具有弹性，且在两端部设置的固定部与所述板的两端部一起 被固定于一对所述固定部件，多个所述电池单元以在层叠方向上彼此 接触的状态，使层叠方向的一侧的所述电池单元与所述板接触，使另 一侧的所述电池单元与所述弹性部件接触，所述弹性部件在与所述电 池单元接触的接触部和所述固定部之间具有变化吸收部，所述变化吸 收部将由于多个所述电池单元从通常状态时向膨胀状态时的变化而导 致的所述接触部与所述固定部的直线距离的变化吸收。
在上述电池模块中，所述变化吸收部具有一个以上的弯曲点。
在上述电池模块中，一对所述固定部件在从层叠方向观察的情况 下，在所述固定部件的一个端部通过连结部彼此连结。
发明效果
根据本发明的电池模块，起到如下效果：能够减小层叠电池单元 时所需的间隙，能够实现电池组的薄型化。
附图说明
图1是表示实施方式所涉及的电池模块的概略结构的纵剖视图。
图2是表示实施方式所涉及的电池模块的概略结构的局部分解立 体图。
图3是表示实施方式所涉及的电池模块的主要部分的概略结构的 示意图。
图4的(A)及图4的(B)是用于说明实施方式所涉及的电池模 块的主要部分的结构的示意图。
符号说明
1 电池模块
2 电池单元组
3 板
4 弹性部件
4a 固定部
4b 接触部
4c 变化吸收部
5 套环
5a 连结部
10 电池单元
41、42 连接点
CP 弯曲点
具体实施方式
以下，参照附图对本发明的实施方式所涉及的电池模块进行详细 说明。另外，本发明并不限定于下述的实施方式。另外，下述的实施 方式中的构成要素包含本领域技术人员能够容易想到、或者实际上相 同的要素。另外，可以将以下所记载的构成要素适当组合。
[实施方式]
图1是表示实施方式所涉及的电池模块的概略结构的纵剖视图。 图2是表示实施方式所涉及的电池模块的概略结构的局部分解立体图。 图3是表示实施方式所涉及的电池模块的主要部分的概略结构的示意 图。图4的(A)及图4的(B)是用于说明实施方式所涉及的电池模 块的主要部分的结构的示意图。另外，图1中省略了在一对套环的宽 度方向上连结的连结部。图4的(A)表示电池单元的膨胀前的弹性部 件的状态的一例，图4的(B)表示电池单元膨胀时的弹性部件的状态 的一例。
在以下的说明中，图示 的X方向是本实施方式中的电池模块的宽度方向。Y方向是本实施方 式中的电池模块的进深方向，是与宽度方向垂直的方向。Z方向是本实 施方式中的电池模块的层叠方向，是与宽度方向以及进深方向正交的 方向。特别地，将层叠方向的一方称为上方侧，将另一方称为下方侧。 另外，本实施方式的层叠方向例如设为在电池模块搭载于车辆的状态 下沿着铅垂方向的方向。
电池模块1被容纳于框体(未图示)，构成电池组。电池组例如 搭载于电动汽车(EV)、混合动力汽车(HEV)、插电式混合动力汽 车(PHEV)等车辆(未图示)，是向该车辆的行驶用的驱动源(未图 示)供给电力的二次电池。电池模块1具备电池单元组2、板3、弹性 部件4和一对套环5。
如图1所示，电池单元组2由平板状的多个电池单元10构成。多 个电池单元10在层叠方向上相互接触的状态下，层叠方向的一侧的电 池单元10与板3接触，另一侧的电池单元10与弹性部件4接触。本 实施方式的电池单元组2相对于板3配置于层叠方向的上方侧且配置 于层叠方向的下方侧。电池模块1具有沿层叠方向排列的多个电池单 元组2。多个电池单元组2中的隔着弹性部件4相邻的电池单元组2在 层叠方向上隔着间隙G排列。间隙G设置在被一对弹性部件4约束且 配置于层叠方向的上方侧的两个电池单元组2与被一对弹性部件4约 束且配置于层叠方向的下方侧的两个电池单元组2之间。电池单元10 是能够充放电的二次电池。本实施方式的电池单元10例如是平板状的 锂离子电池，L字型的正电极端子和负电极端子从进深方向的一方突 出。多个电池单元10在层叠方向上层叠，相互串联或并联连接。
板3层叠多个电池单元10。板3具有导热性，由铜或铝合金等金 属材料形成为平板状。在从层叠方向观察的情况下，板3具有覆盖电 池单元10的大小，且形成为大致四边形状。板3在层叠方向上被夹在 两个电池单元10之间，与这些电池单元10在层叠方向上面接触。板3 在宽度方向的两端部具有供螺栓9贯通的两个贯通孔。板3的宽度方 向的两端部被配置于层叠方向的上方侧的一对套环5和配置于层叠方 向的下方侧的一对套环5夹持而固定。板3在层叠方向上与电池单元 10接触的状态下，从该电池单元10吸取热量并散热，或将该热传递至 物理及热连接的各轴套5。
弹性部件4具有弹性，并且设置于两端部的固定部4a与板3的两 端部一起被固定于一对套环5。弹性部件4隔着电池单元组2而与板3 对置配置，对该电池单元组2加压而进行约束。弹性部件4具有导热 性，由铜或铝合金等金属板形成。弹性部件4具有t＝0.5～1.0mm左右 的厚度。弹性部件4在从层叠方向观察的情况下，具有覆盖电池单元 10的大小，且被形成为大致四边形状。弹性部件4在对电池单元组2 进行适当的加压的基础上，通过焊接等固定于板3。如图1～图3所示， 弹性部件4在与电池单元10接触的接触部4b和固定部4a之间具有变 化吸收部4c。固定部4a分别设置于弹性部件4的两端部，并经由连接 点41与变化吸收部4c连接。固定部4a是在弹性部件4中形成为平板 状的部分。接触部4b是在弹性部件4中形成为平板状的部分。接触部 4b的宽度方向的两端分别经由连接点42与变化吸收部4c连接。
变化吸收部4c吸收由于多个电池单元10从通常状态时到膨胀状 态时的变化而引起的接触部4b与固定部4a的直线距离的变化。电池单 元10的通常状态例如表示未对电池组进行充放电的状态。电池单元10 的膨胀状态例如表示正在进行充放电的状态。变化吸收部4c具有一个 以上的弯曲点CP。变化吸收部4c通过使弯曲点CP呈直线状地伸长并 弹性变形而能够得到弹力。如图1、图3及图4所示，本实施方式的变 化吸收部4c具有两个弯曲点CP。弯曲点CP在电池单元10的通常状 态时(例如电池单元10收缩的状态)发生弹性变形，从而弹性部件4 对电池单元组2进行加压。
一对套环5是固定部件，与弹性部件4的固定部4a一起分别固定 板3的两端部。一对套环5在宽度方向上对置地配置，且沿层叠方向 排列。各套环5具有沿层叠方向贯通的贯通孔，通过螺栓9的紧固来 将板3的两端部以及弹性部件4的固定部4a固定。在从层叠方向观察 的情况下，一对套环5在套环5的一个端部通过连结部5a彼此连结。 换言之，一对套环5在从层叠方向观察的情况下具有U字型形状。
接着，对本实施方式的电池模块1的组装进行说明。首先，作业 者准备将SOC(state of charge：充电状态)设为使用下限的状态的多 个电池单元10。作业者将这些多个电池单元10在层叠方向上层叠而作 为电池单元组2，将该电池单元组2分别配置在板3的层叠方向的上方 侧和下方侧。接着，作业者利用一对弹性部件4从上下方向夹住配置 于板3的电池单元组2，在预先施加一定的压力的状态下，通过电阻焊 接等将弹性部件4的两端的固定部4a、板3的两端部、套环5相互接 合。弹性部件4在电池单元10收缩最大的状态下，以对电池单元组2 施加一定的压力的方式与板3接合。此时，变化吸收部4c的两个弯曲 点CP成为稍微直线状地伸长而弹性变形的状态。由此，弹性部件4能 够追随电池单元10的膨胀及收缩。接着，作业者利用螺栓9将沿层叠 方向排列的多个套环5固定。
电池单元10具有以下特性：SOC越少则越收缩、且由于充电而膨 胀。因此，使用将SOC设为使用下限的状态的电池单元10，以使弹性 部件4追随电池单元10的膨胀、收缩的方式，在对该弹性部件4施加 一定的压力的状态下将弹性部件4与板3接合。由此，即使在电池单 元10收缩最大的状态下，也能够实现弹性部件4对电池单元组2施加 一定的压力的状态。该一定的压力例如是从弹性部件4朝向位于层叠 方向的板3的压力(图3的箭头)。由此，即使在放电时电池单元10 收缩的情况下，弹性部件4也能够对电池单元10进行加压。
接着，对本实施方式所涉及的电池模块1中电池单元10膨胀或收 缩的情况下的弹性部件4的状态变化进行说明。在电池模块1的充放 电时，多个电池单元10在层叠方向上反复膨胀、收缩。当电池单元组 2由于电池单元10的层叠方向上的膨胀/收缩而在层叠方向上相对移动 时，接触部4b与固定部4a的直线距离发生变化(图4的(A)、图4 的(B))。例如，由2个电池单元10构成的电池单元组2的层叠方 向的长度l1因电池单元10的层叠方向的膨胀而变化为长度l2。在该情 况下，长度l2>长度l1。在本实施方式中，弹性部件4的变化吸收部4c 发生弹性变形，从而吸收接触部4b与固定部4a的直线距离的变化。例 如，在电池单元10膨胀的情况下，对于接触部4b与固定部4a的直线 距离的伸长，变化吸收部4c发生弹性变形而吸收其伸长。另一方面， 在电池单元10收缩的情况下，对于接触部4b与固定部4a的直线距离 的收缩，利用变化吸收部4c的弹性来吸收其收缩。
在本实施方式中，在被一对弹性部件4约束的多个电池单元组2 之间形成有间隙G。当由于电池单元10的层叠方向上的膨胀/收缩而使 电池单元组2在层叠方向上相对移动时，弹性部件4的变化吸收部4c 由于弹性变形而弯曲的程度发生变化，从而能够吸收该相对移动而使 间隙G的大小发生变化。因此，能够在容纳电池模块1的框体内吸收 因电池单元10的层叠方向上的膨胀/收缩而引起的电池单元组2的移 动，能够使壳体在层叠方向上的长度、即厚度变薄，电池模块1的小 型化、薄型化成为可能，能够提供一种高能量密度的电池组。
如以上说明的那样，本实施方式所涉及的电池模块1具备：板3， 其具有导热性且层叠有多个电池单元10；一对套环5，其将板3的两 端部分别固定；以及弹性部件4，其具有弹性，且在两端部设置的固定 部4a与板3的两端部一起固定于一对套环5。多个电池单元10在层叠 方向上相互接触的状态下，使层叠方向的一侧的电池单元10与板3接 触，使另一侧的电池单元10与弹性部件4接触。弹性部件4在与电池 单元10接触的接触部4b和固定部4a之间具有变化吸收部4c。变化吸 收部4c将由于多个电池单元10从通常状态时到膨胀状态时的变化而引 起的接触部4b与固定部4a的直线距离的变化吸收。
根据上述结构，即使由于电池单元10的层叠方向上的膨胀/收缩， 而使电池单元组2在层叠方向上相对移动，弹性部件4的变化吸收部 4c也会因弹性变形而变化从而吸收该相对移动，因此即使限制电池单 元组2并进行加压，也能够进行电池单元10自身的伸缩。另外，通过 在容纳电池模块1的框体内吸收电池单元10的层叠方向上的膨胀/收缩 引起的电池单元组2的移动，能够使壳体在层叠方向上的厚度变薄， 能够减小层叠电池单元10时所需的间隙G。其结果，能够实现电池组 的小型化、薄型化，能够提供高能量密度的电池组。另外，在将电池 模块1容纳于框体时，在该壳体的上表面、下表面不需要缓冲材料。 因此，能够抑制由于用于在层叠方向上进行加压的缓冲材料因电池单 元10的收缩而产生的应力或热而造成塑性变形，能够抑制无法持续施 加朝向层叠方向的压力。
另外，本实施方式所涉及的电池模块1的变化吸收部4c具有1个 以上的弯曲点CP。由此，即使电池单元膨胀或收缩而在层叠方向上伸 缩，变化吸收部4c也能够进行追随，能够抑制产生的应力经由弹性部 件4向电池单元10传递。
另外，本实施方式所涉及的电池模块1在从层叠方向观察的情况 下，一对套环5在套环5的一个端部通过连结部5a彼此连结。由此， 在组装电池模块1时，能够减少弹性部件4的宽度方向的位置偏差， 例如，在电池单元10收缩最大的状态下，能够实现弹性部件4对电池 单元组2施加一定的压力的状态。
需要说明的是，在上述实施方式中，电池单元组2是在层叠方向 上层叠两个电池单元10而构成，但并不限定于此。例如，可以层叠3 个电池单元10，也可以层叠4个电池单元。在该情况下，板3也可以 配合电池单元10的增加而增加。另外，层叠方向为沿着铅垂方向的方 向，但并不限定于此。
另外，在上述实施方式中，板3由平板状的金属板构成，但并不 限定于此。例如，板3也可以在内部具有液体冷却流路。
另外，在上述实施方式中，变化吸收部4c具有两个弯曲点CP， 但并不限定于此。例如，可以是3个以上，也可以是1个以下。另外， 变化吸收部4c只要具有弹性即可，也可以没有弯曲点CP，例如也可以 具有S字形状(图3的虚线40)。
Claims (3)
1.一种电池模块，其特征在于，具备：
板，所述板具有导热性，并且层叠有多个电池单元；
一对固定部件，一对所述固定部件将所述板的两端部分别固定；以及
弹性部件，所述弹性部件具有弹性，且在所述板的两端部设置的固定部与两端部一起被固定于一对所述固定部件，
多个所述电池单元以在层叠方向上彼此接触的状态，使层叠方向的一侧的所述电池单元与所述板接触，使另一侧的所述电池单元与所述弹性部件接触，
所述弹性部件在与所述电池单元接触的接触部和所述固定部之间具有变化吸收部，
所述变化吸收部将由于多个所述电池单元从通常状态时向膨胀状态时的变化而导致的所述接触部与所述固定部的直线距离的变化吸收。
2.如权利要求1所述的电池模块，其中，
所述变化吸收部具有一个以上的弯曲点。
3.如权利要求1或2所述的电池模块，其中，
在从层叠方向观察的情况下，一对所述固定部件在所述固定部件的一个端部通过连结部彼此连结。
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