CN112740465A - 电源装置 - Google Patents
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Abstract
为了抑制电源装置的大型化并且抑制相邻的电池单体彼此的传热，电源装置具有：多个电池单体(1)，它们的外形为方形；多个隔板(2)，它们用于使相邻的电池单体(1)绝缘；以及约束构件，其将多个电池单体(1)和多个隔板(2)集合化。各个隔板(2)包括：夹持板部(22A)，其配置于相邻的电池单体(1)之间；片状的绝热构件(24A)，其配置于夹持板部(22A)与相邻的电池单体(1)之间；周壁(26A)，其自夹持板部(22A)朝向相邻的电池单体(1)突出，并且对用于收纳相邻的电池单体(1)的收纳空间进行划定；以及多个肋(27A)，它们设于周壁(26A)的内侧。多个肋(27A)对绝热构件(24A)进行保持。
Description
技术领域
本发明涉及具有多个电池单体的电源装置。
背景技术
近年来，使用推进用的电源装置的电动车辆正在普及。电动车辆已知有各种结构，例如，存在搭载有驱动用电动机的电动汽车(BEV：Battery Electric Vehicle)、除了电动机以外还搭载有发动机的混合动力车(HEV：Hybrid Electric Vehicle)等。在搭载于这些电动车辆的电源装置中使用多个电池单体。各个电池单体是锂离子电池、镍氢电池等能够充放电的二次电池。在这种电源装置中，期望的是电源装置所占有的空间较小，要求提高空间效率。作为空间效率优良的电源装置，已知有一种包括在一个方向上层叠的多个方形电池、配置于各电池单体之间的绝缘性的隔板以及用于将多个方形电池集合化的约束构件在内的电源装置(专利文献1)。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2010-157450号公报
发明内容
发明要解决的问题
已知的是若二次电池成为高温则会产生各种不良情况。特别是，若内部的发电元件的化学反应在热的作用下被促进，则存在因化学反应所产生的热而导致进一步被自加热的危险。另一方面，专利文献1的电源装置设为电池单体彼此靠近地配置的结构，因此，当某个电池单体由于某些异常而成为被自加热的状态时，热会自该电池单体向相邻的电池单体传递。在从成为了异常状态的电池单体向相邻的电池单体传递的热量较大的情况下，存在因所传递的热而导致相邻的电池单体的内部的发电元件的化学反应被促进的危险。为了抑制这样的热传播，需要使为了进行绝缘而设置的隔板较厚，但这样的结构会导致电源装置的大型化，产生空间效率降低的问题。
本发明是为了解决这样的问题而完成的，本发明的主要目的在于提供一种电源装置，该电源装置具有抑制电源装置的大型化并且抑制相邻的电池单体彼此的传热的结构。
用于解决问题的方案
本发明的一个方案的电源装置具有：多个电池单体，它们的外形为方形；多个隔板，它们用于使相邻的电池单体绝缘；以及约束构件，其将多个电池单体和多个隔板集合化。各个隔板包括：夹持板部，其配置于相邻的电池单体之间；片状的绝热构件，其配置于夹持板部与相邻的电池单体之间；周壁，其自夹持板部朝向相邻的电池单体突出，并且对用于收纳相邻的电池单体的收纳空间进行划定；以及多个肋，它们设于周壁的内侧。多个肋对绝热构件进行保持。
发明的效果
根据本发明的电源装置，针对隔板而言能够维持所需的功能并且能够使相邻的电池彼此绝热，因此能发挥能够抑制电源装置的大型化并且能够抑制相邻的电池单体彼此的传热这样的效果。
附图说明
图1是本发明的第一实施方式的电源装置的立体图。
图2是图1的电池单体的立体图。
图3是表示图1的隔板的一个例子的立体图。
图4是用于说明图3的隔板的形状的电源装置的剖视图。
图5是表示图1的隔板的一个例子的立体图。
图6是用于说明图5的隔板的形状的电源装置的剖视图。
图7是本发明的第二实施方式的电源装置的立体图。
图8是表示图4的隔板的一个例子的立体图。
图9是从另一方向观察图6而观察到的立体图。
具体实施方式
首先，对想到本发明的一个方式的绝热构件的结构的经过进行说明。如专利文献1所示，在典型的电源装置中，使多个电池单体以相同的姿势配置。在相邻的电池单体之间配置有绝缘性的隔板，以便防止相邻的电池单体彼此的短路。另一方面，近年来，随着电池单体的高容量化，各个电池单体所具有的能量趋于增大。
如上所述，专利文献1的电源装置是电池单体彼此靠近地配置的结构，因此，当某个电池单体由于某些异常而成为被自加热的状态时，热会自该电池单体向相邻的电池单体传递。在从成为了异常状态的电池单体向相邻的电池单体传递的热量较大的情况下，存在因所传递的热而导致相邻的电池单体的内部的发电元件的化学反应被促进的危险。在电池单体高容量化时，从成为了异常状态的电池单体向相邻的电池单体传递的热量相对较大，因此，该现象可能会成为问题。
针对该问题，本发明的发明人对采用具有绝热性的隔板的结构进行了研究。在现有的电源装置中，隔板使用成形性较高的树脂，以便成形为能够实现相邻的电池单体的绝缘、因凝结水导致的短路的防止等各种功能的形状。因此，为了提高绝热性而需要使隔板的材料厚度较大。然而，若使隔板的厚度较大，则会导致电源装置的大型化，并且存在电源装置的单位体积的容量降低的问题。另一方面，作为绝热性较高的构件，存在片状的绝热构件，但这种绝热构件的成形性较低，因此存在难以成形为片以外的形状这样的问题。鉴于这样的实际情况，发明人对用于设为能够利用片状的绝热构件的结构进行了研究。
(第一实施方式)
图1是表示本发明的第一实施方式的电源装置100的立体图。如图1所示，电源装置100具有多个电池单体1、多个隔板2、以及将多个电池单体1和多个隔板2集合化的约束构件3。多个电池单体1沿着一个方向进行配置。各个隔板2配置于相邻的电池单体1之间。多个隔板2具有片状的绝热构件，防止相邻的电池单体1彼此的短路。另外，隔板2具有绝热性，抑制相邻的电池单体彼此的传热。多个电池单体1借助汇流条(未图示)而串联或并联地进行连接。在电源装置100中，根据并联连接的电池单体1的数量和串联连接的电池单体1的数量来确定电源装置的电压和容量。电池单体1可以采用锂离子二次电池、镍氢电池等各种二次电池。
隔板2中所包含的绝热构件是厚度为0.1mm～1.5mm的片材，包括由织布、无纺布等构成的纤维片、以及保持吸附于纤维片的纤维间的多孔材料。适合于本发明的实施方式的绝热构件具有导热率为0.02W/(m·K)以下的特性。多孔材料优选是干凝胶、气凝胶等具有空隙构造的材料。特别是，二氧化硅气凝胶、二氧化硅干凝胶具有对空气分子的运动进行限制的纳米尺寸的空隙构造，具有优良的绝热性能。另外，相对于来自外部的按压而言二氧化硅干凝胶能够稳定地维持其构造。由于二氧化硅颗粒的熔点较高，因此二氧化硅干凝胶也具有较高的耐热性。构成纤维片的纤维能够使用各种纤维，也可以含有具有耐热性的阻燃性纤维。作为阻燃性纤维，已知有氧化丙烯酸纤维、阻燃性维尼纶纤维、聚醚酰亚胺纤维、芳香族聚酰胺纤维以及玻璃纤维等。特别是，通过使纤维片包含玻璃纤维，从而能够期待在提高耐热性的基础上提高刚度并且抑制蠕变变形。对于使用了包含阻燃性纤维的纤维片的绝热构件而言，即使电池单体发生热失控而被加热至高温也不会破损，能够稳定地阻断热能的传导从而有效地阻止热失控的诱发。
此外，优选的是将上述的绝热构件中含有的纤维设为纤维直径较细的合成纤维。绝热构件的绝热性起因于后述的粉体的特性，因此，能够通过将纤维直径较细的合成纤维设为基材从而使绝热材料含有大量的粉体。针对本实施方式中使用的纤维片而言，从兼顾导热率、生产率的观点出发，优选为1μm～30μm。
另外，上述的绝热构件也可以通过添加热塑性树脂而成形。添加了热塑性树脂的绝热构件能够提高刚度。也能够通过对绝热构件的表面进行涂层处理从而赋予各种特性。例如，能够利用由辐射率较低的氧化铝形成的涂层进行覆盖从而抑制绝热构件的辐射传热的影响。在这样形成绝热构件时，能够通过对添加物进行调整从而维持绝热性、耐热性等并且能根据所要求的性能恰当地赋予物理特性。
如图1所示，约束构件3包括配置于层叠的多个电池单体1的层叠方向上的两端的一对端板32、以及固定于一对端板32的多个束紧条34。束紧条34的端部与端板32连结。借助定位螺钉36将束紧条34固定于端板32。
通过将预定的厚度的金属板加工成预定的宽度而制作束紧条34。将束紧条34的端部与端板32连结从而将一对端板32连结，从而在其间保持电池单体1。束紧条34将一对端板32固定为预定的尺寸，由此能抑制在其间层叠的电池单体1的膨胀。若束紧条34伸长，则无法阻止电池单体1的膨胀，因此，通过将在电池单体1的膨胀压力下不伸长的强度的金属板例如SUS304等不锈钢板、钢板等金属板加工成具有足够的强度的宽度和厚度从而制作束紧条34。
此外，图1的束紧条34由定位螺钉36固定于端板32，但不一定必须由螺纹结合构件进行固定。具体而言，也能够利用焊接、卡定构造等进行固定。另外，在图1的电源装置中是在端板32的侧面固定束紧条34的结构，但端板和束紧条的固定构造无需限于所图示的结构。针对束紧条34而言其所需的功能在于对一对端板32的相对距离进行限制。只要是能够限制一对端板的位移的结构则端板32、束紧条34的结构就可以是任何结构。
(电池单体)
如图2所示，电池单体1包括长方体形状的外装罐12、以及设置有正负的电极端子16的封口体14。另外，电池单体1具有收纳于外装罐12内的电极体，在外装罐12内填充有电解液，并且电池单体1具有随着充放电、劣化而进行膨胀或收缩的特性。
外装罐12形成为具有开口的箱型形状。封口体14焊接于外装罐12并且将外装罐12的开口封闭。具体而言，通过对铝、铝合金等的金属板进行深拉深加工而制作外装罐12。封口体14与外装罐12同样地由铝、铝合金等的金属板制作。该封口体14在两端部固定有正负的电极端子16。封口体14在插入于外装罐12的开口部的状态下被焊接。典型地，通过对封口体14的外周和外装罐12的内周的分界照射激光束从而将封口体14气密地固定于外装罐12。
此外，针对外装罐、封口体为金属的电池单体而言，金属暴露于其表面。这种电池单体有时构成为利用绝缘性的热收缩管覆盖外装罐的表面，以便防止因凝结水等导致的短路。在本实施方式中，也可以根据需要采用利用热收缩管覆盖外装罐12的表面的结构。
(隔板2A)
图3是表示图1所示的隔板2的一个例子的立体图。如图3和图4所示，隔板2A包括夹在相邻的电池单体1之间的夹持板部22A、自夹持板部22A的周缘朝向相邻的两个电池单体1突出的周壁26A、以及配置于夹持板部22A与相邻的电池单体1之间的片状的绝热构件24A。
周壁26A自夹持板部22A朝向相邻的电池单体1突出，在隔板2A的两面划定了用于收纳电池单体1的收纳空间。周壁26A在内侧设有多个肋27A，以便对配置于收纳空间的电池单体1进行保持。具体而言，周壁26A具有相对的壁面，在相对的壁面分别设有多个肋27A。
优选的是绝热构件24A使用上述的绝热构件。绝热构件24A配置于在周壁26A的内侧所划定的收纳空间，其被设于周壁26A的多个肋27A夹持。此外，在相邻的电池单体1之间存在一个绝热构件24A即可，绝热构件24A配置于在隔板2A设置的一对收纳空间中的至少一者即可。
根据该结构，绝热构件24A被多个肋27A保持，因此，在将电池单体1配置于隔板2A的收纳空间时，绝热构件24A不会发生位置偏移，能够提高组装作业性。
另外，根据以上的结构，绝热构件24A被设于相对的壁面的多个肋27A夹持，因此会在周壁26A的相对的壁面与绝热构件24A之间形成间隙。因此，即使夹持板部22A、电池单体1和绝热构件24A紧密接触，也能够抑制因毛细现象导致的凝结水的上升。
(隔板2B)
图5是表示图1所示的隔板2的一个例子的立体图。如图5和图6所示，隔板2B包括夹在相邻的电池单体1之间的夹持板部22B、自夹持板部22B的周缘朝向相邻的两个电池单体1突出的周壁26B、以及配置于夹持板部22B与相邻的电池单体1之间的片状的绝热构件24B。
周壁26B自夹持板部22B朝向相邻的电池单体1突出，在隔板2的两面划定了用于收纳电池单体1的收纳空间。周壁26B在内侧设有多个肋27B，以便对配置于收纳空间的电池单体1进行保持。具体而言，周壁26B具有相对的壁面，在相对的壁面分别设有多个肋27B。另外，在夹持板部22B与多个肋27B之间形成有间隙。
绝热构件24B配置于在周壁26B的内侧所划定的收纳空间，并且介于夹持板部22B与多个肋27B之间。配置于在周壁26B的内侧所划定的收纳空间的绝热构件24B在被多个肋27B限制了位移的状态下被保持。
根据该结构，绝热构件24B被多个肋27B保持，因此，在将电池单体1配置于隔板2B的收纳空间时，绝热构件24B不会发生位置偏移，能够提高组装作业性。
(第二实施方式)
图7是表示本发明的第二实施方式的电源装置200的立体图。此外，在以下的说明中，对与第一实施方式相同的构成要素标注相同的附图标记，并且省略其说明。第二实施方式的电源装置200构成为在隔板2与电池单体1之间形成有冷却间隙4。由于在电池单体1成为高温时会促进劣化，因此，构成为能够通过对电池单体1进行冷却从而抑制电池的劣化。此外，如图7所例示，优选的是将束紧条34设为能够在隔板2与电池单体1之间向冷却间隙4导入冷却风那样的形状。具体而言，在图7所例示的电源装置200中，构成为，在一个侧面设置有一对束紧条34，冷却间隙4的流入口面向一对束紧条34之间。
(隔板2C)
图8和图9是用于表示图7所示的隔板2的一个例子的立体图。如图8和图9所示，隔板2C具有夹在相邻的电池单体1之间的夹持板部22C、以及自夹持板部22C的周缘朝向相邻的两个电池单体1突出的周壁26C。周壁26C自夹持板部22C朝向相邻的电池单体1突出，在隔板2C的两面划定了用于收纳电池单体1的收纳空间。
如图8所示，夹持板部22C在一个面设有多条肋23C。多条肋23C与相邻的电池单体1的外装罐12抵接，由此在相邻的肋23C之间形成冷却间隙4。冷却用的气体在冷却间隙4流动，由此能够对电池单体1进行冷却。
隔板2C具有绝热构件24C，该绝热构件24C配置于夹持板部22C的设有肋23C的面的那一侧的相反侧。优选的是绝热构件24C使用上述的绝热构件。绝热构件24C配置于在隔板2C的周壁26C的内侧所划定的收纳空间。在该状态下将电池单体1配置于收纳空间。根据该结构，绝热构件24C设于夹持板部22C的相对于形成有多条肋23C的面而言位于相反侧的面，因此，绝热构件24C不会阻碍在冷却间隙4流动的冷却风对电池单体1的冷却，并且能够抑制相邻的电池单体1彼此的传热。
另外，如图9所示，周壁26C在内侧设有多个肋27C。具体而言，周壁26C具有相对的壁面，在相对的壁面分别设有多个肋27C。另外，在夹持板部22C与多个肋27C之间形成有间隙。隔板2C包括配置于夹持板部22C的一个面的绝热构件24C。绝热构件24C配置于在周壁26C的内侧所划定的收纳空间，并且介于夹持板部22C与多个肋27C之间。配置于在周壁26C的内侧所划定的收纳空间的绝热构件24C被多个肋27C限制位移。
根据该结构，绝热构件24C被多个肋27C保持，因此，在将电池单体1配置于隔板2C的收纳空间时，绝热构件24C不会发生位置偏移，能够提高组装作业性。
以上的结构的电源装置具有：多个电池单体，它们的外形为方形；多个隔板，它们用于使相邻的电池单体绝缘；以及约束构件，其将多个电池单体和多个隔板集合化。各个隔板包括：夹持板部，其配置于相邻的电池单体之间；片状的绝热构件，其配置于夹持板部与相邻的电池单体之间；周壁，其自夹持板部朝向相邻的电池单体突出；以及多个肋，它们设于周壁的内侧。多个肋对绝热构件进行保持。根据该结构，隔板能够维持所需的功能并且能够使相邻的电池彼此绝热。因此，该结构的电源装置能够抑制电源装置的大型化，并且能够抑制相邻的电池单体彼此的传热。
以上，基于实施方式对本发明进行了说明。这些实施方式为例示，并且对于本领域技术人员能够理解的是，在上述各个构成要素、各个处理过程的组合中可以存在各种变形例并且那样的变形例也在本发明的范围内。
附图标记说明
1、电池单体；12、外装罐；14、封口体；16、电极端子；2、2A、2B、2C、隔板；22A、22B、22C、夹持板部；23C、肋；24A、24B、24C、绝热构件；26A、26B、26C、周壁；27A、27B、27C、肋；3、约束构件；32、端板；34、束紧条；36、定位螺钉；4、冷却间隙；100、200、电源装置。
Claims (7)
1.一种电源装置，其中，
所述电源装置具有：
多个电池单体，它们的外形为方形；
多个隔板，它们用于使相邻的电池单体绝缘，各个隔板包括：夹持板部，其配置于所述相邻的电池单体之间；片状的绝热构件，其配置于所述夹持板部与相邻的电池单体之间；周壁，其自所述夹持板部朝向相邻的电池单体突出，并且对用于收纳所述相邻的电池单体的收纳空间进行划定；以及多个肋，它们设于所述周壁的内侧，并且，所述多个肋对所述绝热构件进行保持，以及
约束构件，其将所述多个电池单体和所述多个隔板集合化。
2.根据权利要求1所述的电源装置，其特征在于，
所述多个肋对所述相邻的电池单体进行保持。
3.根据权利要求1或2所述的电源装置，其特征在于，
所述多个隔板分别在所述夹持板部与所述多个肋之间设有间隙，所述绝热构件配置于所述夹持板部与所述多个肋之间的间隙。
4.根据权利要求1～3中任一项所述的电源装置，其特征在于，
所述电源装置包括含有主纤维的纤维片、以及吸附保持于所述纤维片的粉体。
5.根据权利要求4所述的电源装置，其特征在于，
所述粉体包括二氧化硅气凝胶或二氧化硅干凝胶。
6.根据权利要求4所述的电源装置，其特征在于，
所述纤维片包括氧化丙烯酸纤维、阻燃性维尼纶纤维、聚醚酰亚胺纤维、芳香族聚酰胺纤维以及玻璃纤维中的至少一者。
7.根据权利要求4所述的电源装置，其特征在于，
所述绝热构件还包括热塑性树脂。
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