CN111868958B - 电池组 - Google Patents

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Abstract

电池模块具备：具有多个电池的电池层叠体；多个第1约束构件及多个第2约束构件；以及连结构件。各第1约束构件在电池的层叠方向X延伸，多个第1约束构件在与层叠方向相交的方向排列。各第2约束构件在与层叠方向相交的方向延伸，多个第2约束构件在层叠方向排列。通过第1约束构件以及第2约束构件来划分电池层叠体的收纳空间。第1约束构件具有：在电池层叠体、第1约束构件以及第2约束构件所排列的面方向所相交的方向延伸的第1收纳部，第2约束构件具有在与面方向相交的方向延伸的第2收纳部。连结构件通过被收纳于第1收纳部和第2收纳部，将第1约束构件与第2约束构件连结。

Description

电池组
技术领域
本发明涉及电池模块以及电池组。
背景技术
作为例如车辆用等的要求高输出电压的电源，已知将多个电池串联连接而得的电池层叠体(例如，参照专利文献1)。一般地，电池层叠体采用将给定数的电池层叠并利用绑定条紧固而成的模块构造。然后，多个电池层叠体被收纳于电池组的壳体。
在先技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2012-181970号公报
发明内容
在以往的电池模块中，由一对端板将电池层叠体夹入。然后，将绑定条的两端部折弯，将前端固定于各端板。由此，在电池的层叠方向对各电池进行紧固。
电池由于充放电的重复等导致在内部产生气体，外装罐膨胀。此外，由于电极体本身也膨胀，因而由此也导致外装罐膨胀。若电池膨胀，则会对绑定条的折弯部施加负荷。特别地，近年来，电池的高容量化不断发展，电池的膨胀量处于增大的趋势。因此，对绑定条的折弯部施加的负荷也处于增大的趋势。
对此，考虑了通过使绑定条增厚来提高折弯部的强度，从而应对增大的负荷。然而，若使绑定条增厚，则弯曲加工变得困难。或者，考虑了通过减小折弯部的弯曲半径来缓和向折弯部的应力集中，从而应对增大的负荷。然而，在减小弯曲半径方面，期望使绑定条较薄，另一方面，若使绑定条较薄则绑定条整体的强度会下降。因此，对于具有现有的折弯构造的绑定条，担心将来电池的膨胀抑制可能会变得不充分。
本发明是鉴于这样的情况而做出的，其目的之一在于，提供一种进一步可靠地抑制电池模块中的电池的膨胀的技术。
本发明的一个方式是电池模块。该电池模块具备：电池层叠体，具有被层叠的多个电池；多个第1约束构件以及多个第2约束构件，对所述电池层叠体进行约束；以及连结构件，将所述第1约束构件以及所述第2约束构件连结。各第1约束构件在电池的层叠方向延伸，多个第1约束构件在与层叠方向相交的方向排列。各第2约束构件在与层叠方向相交的方向延伸，多个第2约束构件在层叠方向排列。通过相邻的两个第1约束构件以及相邻的两个第2约束构件，来划分收纳电池层叠体的收纳空间。第1约束构件具有在与电池层叠体、多个第1约束构件以及多个第2约束构件所排列的面方向所相交的方向延伸的第1收纳部，第2约束构件具有在与面方向相交的方向延伸的第2收纳部。连结构件被收纳于第1收纳部和第2收纳部，从而将第1约束构件与第2约束构件连结。
本发明的另一方式是电池组。该电池组具备上述方式的电池模块和收纳电池模块的壳体。
根据本发明，能够进一步可靠地抑制电池模块中的电池的膨胀。
附图说明
图1是表示实施方式所涉及的电池组的概略构造的俯视图。
图2是实施方式所涉及的电池模块中的电池层叠体的约束构造的立体图。
图3是电池层叠体的约束构造的分解立体图。
图4是放大地表示电池模块的一部分的俯视图。
图5的(A)是表示变形例所涉及的第1约束构件的概略构造的俯视图。图5的(B)是表示变形例所涉及的第1约束构件的概略构造的主视图。图5的(C)是表示变形例所涉及的第2约束构件的概略构造的俯视图。图5的(D)是表示变形例所涉及的第2约束构件的概略构造的主视图。
具体实施方式
以下，一边参照附图，一边基于优选的实施方式来说明本发明。实施方式并不限定发明，只是例示，记载于实施方式中的所有特征及其组合不限于发明的本质的特征。对各附图中示出的相同或等同的结构要素、部件、处理附加同一符号，适当省略重复的说明。此外，各图中示出的各部分的比例尺或形状是为了使说明容易而方便地设定的，只要没有特别提及，并不属于限定性解释。此外，即使是同一部件，有时在各图之间比例尺等会略有不同。此外，本说明书或权利要求书中使用的“第1”、“第2”等用语的情况，只要没有特别提及，并不是表示怎样的顺序或重要度，是用于对某一结构与其他结构进行区分。
图1是表示实施方式所涉及的电池组的概略构造的俯视图。图2是实施方式所涉及的电池模块中的电池层叠体的约束构造的立体图。图3是电池层叠体的约束构造的分解立体图。此外，在图1中省略了壳体中的盖部的图示。此外，仅图示了一个电池层叠体8。在图2以及图3中，仅图示了约束构造的一部分。
电池组1具备壳体2、电池模块4和电气系统组件6作为主要结构。壳体2是对电池模块4以及电气系统组件6进行收纳的容器。优选地，壳体2具有防水性。壳体2包含具有开口的容器部2a和将容器部2a的开口填塞的盖部(未图示)。壳体2被固定于车体等安装对象(未图示)。电气系统组件6包含与电池模块4连接的布线、电压检测装置等以往公知的机构。
电池模块4具备电池层叠体8、多个第1约束构件10、多个第2约束构件12、以及连结构件14，来作为主要结构。
电池层叠体8具有被层叠的多个电池16。各电池16例如是锂离子电池、镍-氢电池、镍-镉电池等能够充电的二次电池。电池16是所谓的方形电池，具有扁平的长方体形状的外装罐。在外装罐中收纳电极体、电解液等。电池16靠近长边方向的一端地设置正极的输出端子(未图示)，靠近另一端地设置负极的输出端子(未图示)。在一对输出端子之间设置阀部(未图示)。阀部被构成为：当外装罐的内压上升到给定值以上时进行开阀，以便能够放出内部的气体。
在本实施方式中，将设置了输出端子的侧设为电池16的上表面、将相反侧设为电池16的底面。此外，电池16具有将上表面以及底面相连的两个主表面。该主表面是电池16所具有的六个面中的面积最大的面。除了上表面、底面以及两个主表面之外其余的两个面设为电池16的侧面。此外，将电池16的上表面侧设为电池层叠体8的上表面，并将电池16的底面侧设为电池层叠体8的底面。此外，为了方便，将电池层叠体8的上表面侧设为垂直方向上方，并将电池层叠体8的底面侧设为垂直方向下方。
多个电池16被层叠成相邻的电池16的主表面彼此对置。此外，“层叠”意味着在任意的一个方向排列多个构件。因此，电池16的层叠还包含将多个电池16水平地排列的情况。此外，各电池16被配置成输出端子朝向相同方向(这里，为了方便，设为垂直方向上方)。相邻的两个电池16被层叠成一方的正极端子与另一方的负极端子相邻。正极端子与负极端子经由汇流条(未图示)而电连接。此外，还可能存在相邻的两个电池16的同极性的输出端子彼此利用汇流条而并联连接的情况。还存在将相邻的电池16并联连接的情况、将三个以上的电池16并联连接的情况。
在相邻的电池16之间配置隔板(未图示)。也就是说，多个电池16和多个隔板交替地层叠。隔板例如包括具有绝缘性的树脂。因此，相邻的两个电池16的外装罐彼此通过隔板而电绝缘。图1中图示了29个电池16层叠而成的电池层叠体8，然而电池16的数量不受特别的限制。此外，隔板还存在于电池16与第1约束构件10之间、以及电池16与第2约束构件12之间。由此，电池16与第1约束构件10以及第2约束构件12的各个约束构件被绝缘。电池16的外装罐还可以被热收缩管等的绝缘薄片覆盖。由此，能够抑制相邻的电池16间、电池16和第1约束构件10之间、以及电池16和第2约束构件12之间的短路。
电池层叠体8通过多个第1约束构件10、多个第2约束构件12以及连结构件14而被约束。也就是说，第1约束构件10、第2约束构件12以及连结构件14构成电池层叠体8的约束构造。这些例如包括铁、铝、不锈钢等金属。
各第1约束构件10是平板状的长条体，在电池的层叠方向X上延伸。第1约束构件10相当于绑定条。第1约束构件10不具有折弯部。多个第1约束构件10在与层叠方向X相交的方向、在本实施方式中是与层叠方向X正交的水平方向Y上排列。各第2约束构件12是平板状的长条体，在与层叠方向X相交的方向、在本实施方式中是水平方向Y上延伸。第2约束构件12相当于端板。多个第2约束构件12在层叠方向X上排列。
通过相邻的两个第1约束构件10以及相邻的两个第2约束构件12，来划分收纳电池层叠体8的收纳空间18。在层叠方向X上延伸的两个第1约束构件10在水平方向Y上夹入电池层叠体8。在水平方向Y上延伸的两个第2约束构件12在层叠方向X上夹入电池层叠体8。并且，在第1约束构件10与第2约束构件12的交点安装连结构件14。由此，第1约束构件10以及第2约束构件12被连结。
第1约束构件10具有在电池层叠体8、多个第1约束构件10以及多个第2约束构件12所排列的面方向也就是XY平面的延伸方向所相交的方向延伸的第1收纳部20。本实施方式的第1收纳部20由在与XY平面正交的铅垂方向Z上延伸的贯通孔构成。第1约束构件10在两端部具有第1收纳部20。此外，第1约束构件10在设置第1收纳部20的区域R2中的铅垂方向Z的中央部具有缺口22。第1收纳部20通过缺口22而被分断成上侧孔20a和下侧孔20b。上侧孔20a在铅垂方向Z上位于上方，下侧孔20b在铅垂方向Z上位于下方。
第2约束构件12在与XY平面方向相交的方向延伸，并具有与第1收纳部20重叠的第2收纳部24。本实施方式的第2收纳部24由在铅垂方向Z上延伸的贯通孔构成。在第2约束构件12中，在延伸方向(也就是水平方向Y)上隔开给定的间隔地配置多个第2收纳部24。相邻的第2收纳部24的间隔根据电池16从一个侧面到另一个侧面的长度来决定。此外，第2约束构件12的设置了第2收纳部24的区域与其他区域相比铅垂方向Z的尺寸小。也就是说，第2约束构件12在其延伸方向隔开给定的间隔地具有细宽度部26。并且，在细宽度部26设置有第2收纳部24。
缺口22的铅垂方向Z的尺寸与细宽度部26的铅垂方向Z的尺寸大致相等。第1约束构件10与第2约束构件12通过在缺口22嵌入细宽度部26而相互卡合。即，通过构成凹部的缺口22与构成凸部的细宽度部26的组装，第1约束构件10与第2约束构件12被接合。在该状态下，第1收纳部20与第2收纳部24从铅垂方向Z观察而重叠。连结构件14是棒状的构件，被收纳于第1收纳部20和第2收纳部24。换言之，在构成第1收纳部20的贯通孔和构成第2收纳部24的贯通孔中插入连结构件14。由此，第1约束构件10与第2约束构件12被连结。
例如，第1收纳部20的下侧孔20b的直径略微小于连结构件14的直径。在连结构件14被插入第1收纳部20以及第2收纳部24中时，被压入下侧孔20b中。由此，第1约束构件10以及第2约束构件12被连结，并且连结构件14被固定。
在将电池层叠体8收纳到收纳空间18的状态下，通过一对第1约束构件10，来进行电池层叠体8的水平方向Y上的定位。此外，通过一对第2约束构件12来进行电池层叠体8的层叠方向X上的定位。此外，通过一对第1约束构件10以及一对第2约束构件12，来压制因电池16的膨胀导致的电池层叠体8的容积的增大。
若电池16膨胀，则电池层叠体8主要在层叠方向X上尺寸变大。由此，对第1约束构件10施加拉伸方向的力。此外，连结构件14对位于第1收纳部20内的部分和位于第2收纳部24内的部分施加相对反方向的力。对此，电池模块4所具备的约束构造能够利用第1约束构件10所具有的向层叠方向X的拉伸强度和连结构件14所具有的剪切强度，来抑制电池16的膨胀，保持电池层叠体8的尺寸。
本实施方式的电池模块4具有在一对第2约束构件12连结三个以上的第1约束构件10而成的多个收纳空间18。更具体地，针对一对第2约束构件12，连结有七个第1约束构件10。由此，形成有六个收纳空间18。因此，电池模块4具有六个电池层叠体8。收纳空间18以及电池层叠体8在水平方向Y上排列。此外，第1约束构件10、第2约束构件12以及收纳空间18的数量不受特别的限制。
根据本实施方式的约束构造，通过调整第2约束构件12的长度、以及与一对第2约束构件12连结的第1约束构件10的数量，能够灵活地应对搭载的电池层叠体8的数量的变化。此外，通过调整第1约束构件10的长度，能够灵活地应对电池16的层叠数的变化。
此外，第1约束构件10具有被固定于壳体2的固定部28。本实施方式的固定部28由插入螺钉等紧固构件的插通孔构成。在壳体2的容器部2a以及/或者盖部，具有：在电池模块4被收纳到壳体2的状态下与固定部28相互重叠的贯通孔(未图示)。通过在容器部2a以及/或者盖部中设置的贯通孔、和固定部28中插入紧固构件，壳体2与电池模块4被相互固定。通过将第1约束构件10固定到壳体2，能够提高壳体2的刚性。也就是说，电池层叠体8的约束构造还作为对壳体2进行加强的骨架部发挥功能。
固定部28被设置于第1约束构件10中的与电池层叠体8相邻的区域R1。区域R1是与收纳空间18相接的区域、或者除了设置第1收纳部20的区域R2以外的区域。因此，即使随着电池16的层叠数增大而第1约束构件10进一步长条化，也能够保持壳体2的刚性。此外，通过第1约束构件10的长条化，能够不伴随部件数量的增加地使电池16的层叠数增加。由此，电池模块4的轻量化成为可能。
此外，如图4所示那样，电池模块4在第2约束构件12与电池层叠体8之间具备平板状的垫片30。图4是放大地表示电池模块4的一部分的俯视图。垫片30是被配置于第2约束构件12和电池层叠体8之间，来填埋二者的间隙的间隙调整构件。由于电池16的尺寸公差等，导致有时在电池层叠体8和第2约束构件12之间产生间隙。通过将垫片30配置于该间隙，能够进一步可靠地固定电池层叠体8。垫片30包含金属、树脂材料。优选地，垫片30具有弹性。由此，通过垫片30也能够吸收电池16的膨胀。
此外，第1约束构件10的与电池层叠体8相邻的区域R1的宽度W1比设置第1收纳部20的区域R2的宽度W2窄。宽度W1、W2是水平方向Y的尺寸。由此，相比于区域R1的宽度W1与区域R2的宽度W2相等的情况，能够进一步使收纳空间18增大。其结果，能够使电池16的尺寸增大，并能够提高电池模块4的体积能量密度。此外，通过减少与一对第2约束构件12连结的第1约束构件10的数量来使各收纳空间18增大，层叠更大的电池16，也能够实现体积能量密度的增加。
此外，通过使设置第1收纳部20的区域R2的宽度W2增大，能够进一步使连结构件14的直径增大。由此，能够进一步提高电池层叠体8的约束构造的强度。
如以上说明的那样，本实施方式所涉及的电池模块4具备电池层叠体8、对电池层叠体8进行约束的多个第1约束构件10以及多个第2约束构件12、和将第1约束构件10以及第2约束构件12连结的连结构件14。各第1约束构件10在电池16的层叠方向X上延伸，多个第1约束构件10在水平方向Y上排列。此外，各第2约束构件12在水平方向Y上延伸，多个第2约束构件12在层叠方向X上排列。通过相邻的两个第1约束构件10和相邻的两个第2约束构件12，来划分电池层叠体8的收纳空间18。
此外，第1约束构件10具有在与XY平面方向相交的铅垂方向Z上延伸的第1收纳部20，第2约束构件12具有在铅垂方向Z上延伸的第2收纳部24。并且，连结构件14通过被收纳于第1收纳部20和第2收纳部24，将第1约束构件10与第2约束构件12连结。通过这样的构造，能够利用第1约束构件10的拉伸强度和连结构件14的剪切强度来压制因电池16的膨胀导致的电池层叠体8的尺寸的增大。
因此，相比于利用在前端具有折弯部的绑定条来紧固电池层叠体8的构造，能够进一步提高约束构造针对电池16的膨胀的强度。由此，能够更可靠地抑制电池模块4中的电池16的膨胀。此外，能够应对随着电池16的高电容化的膨胀量的增大。此外，通过将这样的电池模块4搭载于电池组1，能够提供安全性更高的电池组1。
此外，根据本实施方式，通过调整连结构件14的直径、第1约束构件10的厚度、以及第2约束构件12的厚度中的一个以上，能够提高约束构造的强度。也就是说，能够不伴随着铅垂方向Z的尺寸变化地，简单地增大对电池16的膨胀的反作用力。
此外，在电池模块4中，在一对第2约束构件12连结三个以上的第1约束构件10，形成多个收纳空间18。由此，能够以更少的部件数量来紧固多个收纳空间18。由此，电池模块4的轻量化成为可能。此外，能够简单地对电池层叠体8的收纳数进行增减。此外，根据本实施方式，通过第1约束构件10以及第2约束构件12的组装数、第1约束构件10以及第2约束构件12的尺寸调整，能够简单地应对伴随着电池16的大型化或层叠数的增大的电池层叠体8的大型化。
此外，在本实施方式中，在一对第2约束构件12连结有多个第1约束构件10，然而还能够将三个以上的第2约束构件12与三个以上的第1约束构件10进行组装，将收纳空间18排列成矩阵状。此外，还可以将一对第1约束构件10与一对第2约束构件12进行组装，仅设为一个收纳空间18。
此外，第1约束构件10具有被固定于壳体2的固定部28。由此，能够提高电池组1的刚性。因此，能够允许电池层叠体8的大型化或搭载数的增加，并且确保电池组1的刚性。其结果，能够使电池组1的体积能量密度提高。在使电池16大型化的情况下，能够减少电池模块4的部件数量，因此，在这一点，也能够使体积能量密度提高。
此外，由第1约束构件10以及第2约束构件12包围电池层叠体8。因此，能够将第1约束构件10以及第2约束构件12利用于电池16的散热。由此，能够抑制因温度上升导致的电池16的性能下降。此外，有助于防止电池16的热失控、延烧。此外，相比于另外设置电池16的冷却构造的情况下，能够使电池组1小型化。
本发明并不限定于上述的实施方式，能够根据本领域技术人员的知识来增加各种设计变更等变形，增加了变形的实施方式也包含在本发明的范围内。通过向上述的实施方式追加变形而产生的新的实施方式一并具有被组合的实施方式以及变形各自的效果。
(变形例)
图5的(A)是表示变形例所涉及的第1约束构件的概略构造的俯视图。图5的(B)是表示变形例所涉及的第1约束构件的概略构造的主视图。图5的(C)是表示变形例所涉及的第2约束构件的概略构造的俯视图。图5的(D)是表示变形例所涉及的第2约束构件的概略构造的主视图。
在实施方式中，第1约束构件10具有缺口22，第2约束构件12具有细宽度部26。另一方面，在变形例中，第1约束构件10具有细宽度部26，第2约束构件12具有缺口22。通过这样的构造，也能够实现与实施方式同样的效果。此外，第1约束构件10以及第2约束构件12均具有缺口22，相互的缺口22可以彼此嵌合。此外，第1约束构件10以及第2约束构件12均具有细宽度部26，细宽度部26可以彼此重叠。
作为另一变形例，第2约束构件12和第2收纳部24还可以并未被一体成形。例如，还可以将构成第2收纳部24的柱环(collar)焊接到第2约束构件12，并在该柱环中插入连结构件14。关于第1约束构件10和第1收纳部20，也是同样的。此外，第1收纳部20以及第2收纳部24并不限定于贯通孔。例如，第1收纳部20以及第2收纳部24还可以是圆周方向的一部分被切掉而得的槽状。此外，还可以在第1收纳部20以及/或者第2收纳部24的内周面设置螺纹槽，利用与该螺纹槽对应的螺钉来构成连结构件14，将第1收纳部20以及/或者第2收纳部24与连结构件14螺合。此外，可以下侧孔20b是有底状的凹部，通过连结构件14的前端被下侧孔20b的底部支承，将连结构件14固定。此外，期望区域R1的宽度W1比区域R2的宽度W2窄，然而并不特别地限定于该构造，宽度W1与宽度W2可以是相同的大小，宽度W2也可以比宽度W1窄。
将以上的结构要素的任意的组合、本发明的表现在方法、装置、系统等之间进行变换而得到的结果作为本发明的方式也是有效的。
-符号说明-
1 电池组
2 壳体
4 电池模块
8 电池层叠体
10 第1约束构件
12 第2约束构件
14 连结构件
16 电池
18 收纳空间
20 第1收纳部
24 第2收纳部
28 固定部
30 垫片。

Claims (5)

1.一种电池组，具备电池模块和收纳所述电池模块的壳体，
所述电池模块具有：
电池层叠体，具有被层叠的多个电池；
多个第1约束构件以及多个第2约束构件，对所述电池层叠体进行约束；以及
连结构件，将所述第1约束构件以及所述第2约束构件连结，
各第1约束构件在所述电池的层叠方向延伸，所述多个第1约束构件在与所述层叠方向相交的方向排列，
各第2约束构件在与所述层叠方向相交的方向延伸，所述多个第2约束构件在所述层叠方向排列，
通过相邻的两个所述第1约束构件以及相邻的两个所述第2约束构件，来划分收纳所述电池层叠体的收纳空间，
所述第1约束构件具有：在与所述电池层叠体、所述多个第1约束构件以及所述多个第2约束构件所排列的面方向相交的方向延伸的第1收纳部，
所述第2约束构件具有在与所述面方向相交的方向延伸的第2收纳部，
所述连结构件被收纳于所述第1收纳部和所述第2收纳部，从而将所述第1约束构件与所述第2约束构件连结，
在所述层叠方向，所述第1约束构件从所述第2约束构件向所述壳体延伸，
在所述层叠方向，在所述第2约束构件与所述壳体之间形成有间隙。
2.根据权利要求1所述的电池组，其中，
所述电池模块具有：在一对所述第2约束构件连结三个以上的所述第1约束构件而成的多个所述收纳空间。
3.根据权利要求1或2所述的电池组，其中，
所述电池模块还具备：垫片，被配置于所述第2约束构件和所述电池层叠体之间，填埋两者的间隙。
4.根据权利要求1或2所述的电池组，其中，
所述第1约束构件的与所述电池层叠体相邻的区域的宽度比设置所述第1收纳部的区域的宽度窄。
5.根据权利要求1所述的电池组，其中，
所述第1约束构件具有被固定于所述壳体的固定部。
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