CN112803091B - 层叠型电池组 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种能够防止异常发热的传播的层叠型电池组。层叠型电池组(1)包含由多个单元电池(101～107)层叠而成的电池层叠体(100)。单元电池(101～107)中的各个包含树脂保持件(110)、容纳于树脂保持件(110)的平型电池(130)、以及覆盖平型电池(130)的金属板(140)，从而具有平型电池(130)在层叠方向上被树脂保持件(110)和金属板(140)夹持的构造。如此，由于在层叠方向上邻接的平型电池(130)间介有树脂保持件(110)和金属板(140)，因此能够获得通过树脂保持件(110)的隔热效果、通过金属板(140)的热容量的增大效果、散热效果、防火效果等。

Description

层叠型电池组
技术领域
本发明涉及一种层叠型电池组，尤其是涉及一种由多个平型电池层叠而成的层叠型电池组。
背景技术
作为由多个平型电池层叠而成的层叠型电池组，已知有专利文献1～3中公开的层叠电池组。例如，在专利文献1和2中公开了一种具有经由金属板而层叠了平型电池的构造的层叠型电池组。然而，如果仅经由金属板而层叠平型电池，则假设在某个平型电池异常发热的情况下，经由金属板而邻接的平型电池也被加热，从而邻接的平型电池也异常发热，存在一个接一个地异常发热传播的风险。
相对于此，专利文献3中公开的层叠型电池组在邻接的平型电池间配置具有隔热片的间隔件，从而防止了异常发热的传播。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2009-301877号公报
专利文献2：日本特表2012-511802号公报
专利文献3：日本特开2010-218716号公报
发明内容
发明所要解决的技术问题
然而，专利文献3所使用的间隔件具有通过两片金属板夹持隔热片的构造，存在构造复杂的问题。
因此，本发明的目的在于，提供一种能够通过简单的构造来防止异常发热的传播的层叠型电池组。
用于解决问题的技术手段
根据本发明的层叠型电池组的特征在于，是由多个单元电池层叠而成的层叠型电池组，多个单元电池中的各个包含树脂保持件、容纳于树脂保持件的平型电池、以及覆盖平型电池的金属板，从而具有平型电池在层叠方向上被树脂保持件和金属板夹持的构造。
根据本发明，由于在层叠方向上邻接的平型电池间介有树脂保持件和金属板，因此能够获得通过树脂保持件的隔热效果、通过金属板的热容量的增大效果、散热效果、防火效果等。另外，如果将多个单元电池在相对于框体的支撑面垂直的方向上层叠，则不需要用于稳定地支撑各个平型电池的复杂的支撑机构，而能够通过简单的构造来稳定地支撑各个平型电池。
多个单元电池的各个可以为：还包含设置于树脂保持件与平型电池之间、热传导率比树脂保持件低、并且可挠性比树脂保持件高的薄片构件。由此，进一步提高了隔热效果，并且在相对于框体的支撑面垂直的方向上层叠了单元电池的情况下，能够抑制树脂保持件内的平型电池的位置偏移或松动。
金属板可以为：具有从层叠方向观察时与树脂保持件不重叠的突出部。由此，能够将平型电池的热从突出部有效地散热至外部。在该情况下，可以为：还具备连接在层叠方向上邻接的突出部的热传导构件，在层叠方向上邻接的突出部互相连接。由此，由于热容量大幅地增大，因此即使在某个平型电池异常发热的情况下，也可以经由多个突出部而有效地散热。另外，在后者的情况下，突出部可以为：具有：第一部分，其与从层叠方向观察时与树脂保持件重叠的主区域构成相同平面；第二部分，其连接于第一部分，并且沿层叠方向延伸；以及第三部分，其连接于第二部分和在层叠方向上邻接的其它的突出部的第一部分，第一和第三部分通过从第二部分观察时向从树脂保持件离开的方向突出，从而构成散热片。由此，能够获得更高的散热效果。此外，树脂保持件可以为：具有从与层叠方向正交的方向覆盖平型电池的侧板部，在侧板部设置有台阶差，在台阶差定位金属板。由此，由于平型电池与金属板的接触面积增大，因此能够提高通过金属板的热容量的增大效果、散热效果、防火效果等。
根据本发明的层叠型电池组可以为：还具备载置有层叠的多个单元电池的支架，支架包含：底板部，其位于框体的支撑面与多个单元电池之间；以及壁面部，其连接于底板部，并且沿层叠方向延伸，在壁面部，在与平型电池的端子电极相对的部分设置有开口部。由此，能够将电路基板安装于壁面部，并且假设即使在某个平型电池异常发热，从端子电极的附近吹出高温的气体的情况下，高温的气体也不会被壁面部遮挡，而可以经由开口部放出至外部。
发明的效果
如上所述，根据本发明的层叠型电池组能够通过简单的构造来防止异常发热的传播。
附图说明
图1是示出根据本发明的一个实施方式的层叠型电池组1的外观的大致立体图。
图2是示出从层叠型电池组1去除了顶部框体3的状态的大致立体图。
图3是示出将电池层叠体100安装于支架20的状态的大致立体图。
图4是示出支架20的构造的大致立体图。
图5是用于说明单元电池的构造的大致分解立体图。
图6是示出将单元电池101～107层叠于支架20的状态的大致截面图。
图7是电池层叠体100的示意性的yz截面图。
图8是根据变形例的电池层叠体100A的示意性的yz截面图。
图9是放大并示出根据变形例的电池层叠体100A的主要部的yz截面图。
图10是用于说明根据第一变形例的金属板140A的形状的大致立体图。
图11是示出根据追加了热传导构件160的例子的层叠型电池组的大致立体图。
图12是用于说明根据第二变形例的金属板140B的形状的大致立体图。
图13是使用了金属板140B的电池层叠体100B的示意性的yz截面图。
图14是用于说明根据第三变形例的金属板140C的形状的大致立体图。
图15是用于说明根据第四变形例的金属板140D的形状的大致立体图。
图16是用于说明根据第五变形例的金属板140E的形状的大致立体图。
图17是使用了金属板140E的电池层叠体100E的示意性的yz截面图。
符号说明
1……层叠型电池组
2……基底框体
2A……底板部
2B、2C……侧板部
2D～2G……弯折部
3……顶部框体
4……螺钉
4a……螺孔
5……固定构件
11、12……电路基板
20……支架
20a……开口部
21……底板部
21a……螺孔
21b……定位孔
22……壁面部
22a……螺孔
100、100A、100B、100E……电池层叠体
101～107……单元电池
110……树脂保持件
110a……螺孔
110b……切口
110c……引导部
111……底板部
112～115……侧板部
112a……上台阶面
112b……下台阶面
112c……内侧面
116、117……定位部
118……背面
120……薄片构件
130……平型电池
131、132……端子电极
140、140A～140E……金属板
141……主区域
142……突出部
142a……第一部分
142b……第二部分
142c……第三部分
142d……第四部分
142e……第五部分
150……盖
160……热传导构件
E1、E2……端子电极
P……连接器
具体实施方式
在下文中，参照附图，对本发明的优选实施方式进行详细地说明。
图1是示出根据本发明的一个实施方式的层叠型电池组1的外观的大致立体图。
如图1所示，根据本实施方式的层叠型电池组1具有通过螺钉4固定基底框体2和顶部框体3的箱型的外观。在设置于顶部框体3的开口部设置有一对端子电极E1、E2，在设置于基底框体2的开口部设置有连接器P。端子电极E1、E2是用于对层叠型电池组1进行充电/放电的一对端子。另外，连接器P是用于对层叠型电池组1进行数据的输入/输出的端子。对基底框体2和顶部框体3的材料没有特别限制，可以使用金属材料，也可以使用树脂材料。当使用金属材料作为基底框体2和顶部框体3的材料时，可以获得高的可靠性和散热特性。另一方面，当使用树脂材料作为基底框体2和顶部框体3的材料时，可以谋求轻量化。在基底框体2设置有用于将根据本实施方式的层叠型电池组1固定于使用电源的设备(搬运车等)的固定构件5。
图2是示出从根据本实施方式的层叠型电池组1去除了顶部框体3的状态的大致立体图。
如图2所示，在框体的内部容纳有电池层叠体100。基底框体2具有：构成xy平面的底板部2A；构成yz平面的侧板部2B；以及构成xz平面的侧板部2C，且电池层叠体100固定于构成框体的支撑面的底板部2A上。基底框体2还具备：从底板部2A连续的弯折部2D、2E；从侧板部2B连续的弯折部2F；以及从侧板部2C连续的弯折部2G，在这些弯折部2D～2G设置有用于拧入螺钉4的螺孔4a。
电池层叠体100安装于支架20，如图3所示地具有七个单元电池101～107沿z方向层叠的构造。位于最上层的单元电池107被盖150覆盖。如图4所示，支架20是由构成xy平面的底板部21和构成yz平面的壁面部22构成的构件，在底板部21安装有电池层叠体100。支架20与电池层叠体100的固定通过使用设置于底板部21的螺孔21a拧入螺钉来进行。另外，支架20与基底框体2的固定通过在设置于底板部21的定位孔21b，插入固定于基底框体2的未图示的固定销来进行。对支架20的材料没有特别限制，但是优选使用金属材料。
在支架20的壁面部22设置有开口部20a。当电池层叠体100安装于支架20时，设置于电池层叠体100的端子电极131、132从开口部20a露出。由此，即使在电池层叠体100的一部分异常发热，从端子电极131、132的附近吹出高温的气体的情况下，高温的气体也不会被壁面部22遮挡，而可以经由开口部20a放出至外部。在壁面部22固定有图2所示的电路基板11。在电路基板11形成有连接电池层叠体100与端子电极E1、E2的电路。壁面部22与电路基板11的固定通过使用设置于壁面部22的螺孔22a拧入螺钉来进行。
另外，在基底框体2的侧板部2C固定有其它的电路基板12。在电路基板12形成有控制电池层叠体100的电路、或监视电池层叠体100的动作状况的电路等，这些电路经由连接器P而连接于外部的设备。
图5是用于说明单元电池的构造的大致分解立体图。
如图5所示，单元电池具备：树脂保持件110；敷设于树脂保持件110内的薄片构件120；以与薄片构件120相接的方式容纳于树脂保持件110内的平型电池130；以及覆盖平型电池130的金属板140。
树脂保持件110是具有构成xy平面的底板部111、构成xz平面的侧板部112、113、以及构成yz平面的侧板部114、115的容纳体。侧板部113的z方向上的高度以不干扰金属板140的方式部分地降低。在侧板部112、113设置有具有螺孔110a的突起，通过在螺孔110a拧入未图示的螺钉，多个单元电池101～107在z方向连结，并且固定于支架20的底板部21。另外，侧板部114设置有用于导出平型电池130的端子电极131、132的切口110b、以及引导端子电极131、132的引导部110c。此外，在侧板部112、113设置有沿y方向和z方向突出的定位部116、117，在侧板部115设置有沿x方向和z方向突出的定位部116、117。由此，当沿z方向层叠单元电池101～107时，位于下方的单元电池的定位部116和位于上方的单元电池的定位部117嵌合，进行xy方向上的定位。由此，在通过将螺钉拧入螺孔110a来连结单元电池101～107之前，可以临时固定单元电池101～107。
薄片构件120是缓冲材料，由比树脂保持件110的热传导率低、且比树脂保持件110的可挠性高的材料构成。在本发明中不是必须使用薄片构件120，但是通过在树脂保持件110的底板部111与平型电池130之间介有具有这样的特性的薄片构件120，能够抑制树脂保持件110内的平型电池130的位置偏移或松动。即，由于根据本实施方式的层叠型电池组1具有平型电池130层叠于相对于框体的支撑面垂直的方向(z方向)的构造，因此通过在树脂保持件110与平型电池130之间介有可挠性高的薄片构件120，通过重力薄片构件120和树脂保持件110以及平型电池130紧贴。此外，由于薄片构件120的热传导率比树脂保持件110低，因此在z方向上邻接的平型电池130间的隔热特性也提高。
平型电池130例如是锂离子电池，面积最大的xy平面具有大致矩形形状。并且，以xy平面(底面)经由薄片构件120面对树脂保持件110的底板部111，xz平面(长边方向的侧面)面对树脂保持件110的侧板部112、113，yz平面(短边方向的侧面)面对树脂保持件110的侧板部114、115的方式，容纳于树脂保持件110。平型电池130的端子电极131、132从yz平面(短边方向的侧面)导出，经由切口110b而从树脂保持件110的侧板部114突出，并且被引导部110c支撑。对平型电池130的构造没有特别限制，但是可以使用包括具有多个正极和多个负极经由隔膜而层叠的构造的层叠体与电解液一同封入于袋状的层叠膜内的构造的袋式电池。
金属板140是由铝等的金属构成的板状构件，具有覆盖平型电池130的xy平面(上表面)的主区域141、以及从主区域141沿y方向突出的两个突出部142。由此，平型电池130在层叠方向上被树脂保持件110的底板部111和金属板140的主区域141夹持。金属板140的主区域141优选与平型电池130的xy平面(上表面)相接，但是两者间可以存在微小的间隙。即使在该情况下，在平型电池130发热时，通过平型电池130的膨胀而使两者接触。金属板140起到增大单元电池的热容量，并且通过主区域141使xy面内的平型电池130的温度分布均匀化，通过突出部142将平型电池130的热散热至外部的作用。此外，在平型电池130异常发热并着火的情况下，还作为防止高温的气体吹向在z方向上邻接的平型电池130的防火壁发挥功能。在本发明中，不是必须在金属板140设置突出部142，但是通过设置突出部142，散热特性大幅地提高。
具有该构造的单元电池101～107如图6所示地层叠于支架20上，构成电池层叠体100。并且，位于电池层叠体100的最上层的单元电池107如图3所示地被由树脂构成的盖150覆盖。单元电池101～107可以在端子电极E1、E2间串联连接，也可以并联连接。
图7是电池层叠体100的示意性的yz截面图。
如图7所示，在z方向上邻接的平型电池130间介有金属板140、树脂保持件110以及薄片构件120。树脂保持件110和薄片构件120作为在z方向上邻接的平型电池130间的隔热构件发挥作用，即使在一个平型电池130异常发热的情况下，起到防止该热传播至其它的平型电池130的作用。另一方面，金属板140如上所述地起到增大单元电池的热容量的作用、使平型电池130的温度分布均匀化的作用、将平型电池130的热散热至外部的作用、以及作为防火壁的作用。
图8是根据变形例的电池层叠体100A的示意性的yz截面图。另外，图9是放大并示出根据变形例的电池层叠体100A的主要部的yz截面图。
如图8和图9所示，在根据变形例的电池层叠体100A中，在树脂保持件110的侧板部112设置有台阶差，在该台阶差定位有金属板140。即，树脂保持件110的侧板部112具有构成xy平面的上台阶面112a和下台阶面112b、以及构成xz平面的内侧面112c，下表面112b的z方向上的高度比上台阶面112a低。并且，在由下台阶面112b和内侧面112c规定的切口部分定位配置有金属板140的y方向上的端部。上台阶面112a与上层的单元电池所包含的树脂保持件110的背面118相接。由此，由于平型电池130的上表面的整面与金属板140接触，能够更有效地实现金属板140的上述作用。
如上所述，由于根据本实施方式的层叠型电池组1具有包含金属板140的单元电池101～107层叠于相对于框体的支撑面垂直的方向的构造，可以获得通过树脂保持件110和薄片构件120的隔热效果、通过金属板140的热容量的增大效果、散热效果、防火效果等。此外，通过仅仅将容纳平型电池130的树脂保持件110经由金属板140而层叠，拧入螺钉的简单的构造，能够稳定地支撑各个平型电池130。
对金属板的形状没有特别限制，可以是如图10所示的根据第一变形例的金属板140A那样，突出部142从y方向上的两侧突出的形状。另外，尽管未图示，但是可以将突出部142沿x方向突出。此外，在顶部框体3由金属材料构成的情况下，由于如果将金属板140A的突出部142和顶部框体3热连接时，则框体整体作为热沉发挥功能，因此能够获得非常大的热容量。
另外，如图11所示，可以由热传导构件160连接在z方向上邻接的金属板140的突出部142。作为热传导构件160的材料，优选使用铝等的金属，并且可以通过拧入螺钉固定于突出部142。由此，由于各金属板140热结合，因此即使在某个平型电池130异常发热的情况下，也可以经由多个金属板140而散热。在该情况下，热也经由金属板140而施加于未异常发热的其它的平型电池130，但是由于突出部142在从z方向观察时位于与树脂保持件110和平型电池130不重叠的外部区域，因此温度通过突出部142的散热效果而降低，从而施加于其它的平型电池130的热变得不那么高。
另外，如图12所示的第二变形例，可以使用具有突出部142沿z方向弯折的形状的金属板140B。由此，如作为使用了金属板140B的电池层叠体100B的yz截面图的图13所示，由于在z方向上邻接的突出部142互相接触，因此可以将各金属板140热结合。在z方向上邻接的突出部142彼此可以不直接接触，也可以经由热传导性高的构件而热接触。
在图12和图13所示的例子中，通过将一片金属板140在端部弯折3次(向内侧弯折180°，向外侧弯折2次90°)形成突出部142，但是可以如图14所示的根据第三变形例的金属板140C那样，通过使用挤压成型法等，不进行弯折加工而形成突出部142，也可以如图15所示的根据第四变形例的金属板140D那样，将一片金属板140在端部弯折2次(向内侧弯折2次90°)形成突出部142。其中，在将突出部142中的、与主区域141构成相同平面的部分定义为第一部分142a，将连接于第一部分142a，并且沿z方向延伸的部分定义为第二部分142b，将连接于第二部分142b和在z方向上邻接的其它的突出部142的第一部分142a定义为第三部分142c的情况下，优选如图12～图14所示的金属板140B、140C那样，第一和第三部分142a、142c在从第二部分142b观察时，向从树脂保持件110和平型电池130离开的方向(x方向或y方向)突出，从而构成散热片。由此，能够获得更高的散热效果。
此外，如图16所示的根据第五变形例的金属板140E，可以通过将一片金属板140在端部弯折4次(向内侧弯折90°，向外侧弯折90°，向内侧弯折90°，向外侧弯折90°)形成突出部142。在此，在突出部142中，在将与主区域141构成相同平面的部分定义为第一部分142a，将连接于第一部分142a，并且沿z方向延伸的部分定义为第二部分142b，将连接于第二部分142b，并且沿y方向延伸的部分定义为第三部分142c，将连接于第三部分142c，并且沿z方向延伸的部分定义为第四部分142d，将连接于第四部分142d，并且沿y方向延伸的部分定义为第五部分142e的情况下，如作为使用了金属板140E的电池层叠体100E的yz截面图的图17所示，第一部分142a与上层的金属板140E的第三部分142c相接，第二部分142b与上层的金属板140E的第四部分142d相接，第三部分142c与下层的金属板140E的第一部分142a相接，第四部分142d与下层的金属板140E的第二部分142b相接，第五部分142e向y方向突出。
为了实现这一点，以使位于y方向的两端的一对第二部分142b的外部尺寸与位于y方向的两端的一对第四部分142d的内部尺寸大致一致，并且第二部分142b的z方向上的高度与第四部分142d的z方向上的高度大致一致的方式，设计金属板140E即可。由此，由于位于上下的金属板140E彼此的接触面积大幅地增加，因此能够得到更高的散热性。在使用了根据第五变形例的金属板140E的情况下，尽管热也容易施加于在未异常发热的其它的平型电池130，但是由于突出部142的散热效果，施加于其它的平型电池130的热变得不那么高。
在上文中，对本发明的优选实施方式进行了说明，但是本发明不限于上述的实施方式，可以在不脱离本发明的主旨的范围内进行各种变更，不用说，这些也是包含于本发明的范围内的。

Claims (7)

1.一种层叠型电池组，其特征在于，
是由多个单元电池层叠而成的层叠型电池组，
所述多个单元电池中的各个包含树脂保持件、容纳于所述树脂保持件的平型电池、覆盖所述平型电池的金属板、以及设置于所述树脂保持件与所述平型电池之间、热传导率比所述树脂保持件低、并且可挠性比所述树脂保持件高的薄片构件，从而具有所述平型电池在层叠方向上被所述树脂保持件和所述金属板夹持的构造。
2.根据权利要求1所述的层叠型电池组，其特征在于，
所述金属板具有从所述层叠方向观察时与所述树脂保持件不重叠的突出部。
3.根据权利要求2所述的层叠型电池组，其特征在于，
还具备连接在所述层叠方向上邻接的所述突出部的热传导构件。
4.根据权利要求2所述的层叠型电池组，其特征在于，
在所述层叠方向上邻接的所述突出部互相连接。
5.根据权利要求4所述的层叠型电池组，其特征在于，
所述突出部具有：第一部分，其与从所述层叠方向观察时与所述树脂保持件重叠的主区域构成相同平面；第二部分，其连接于所述第一部分，并且沿所述层叠方向延伸；以及第三部分，其连接于所述第二部分和在所述层叠方向上邻接的其它的所述突出部的所述第一部分，
所述第一和第三部分通过从所述第二部分观察时向从所述树脂保持件离开的方向突出，从而构成散热片。
6.根据权利要求2所述的层叠型电池组，其特征在于，
所述树脂保持件具有从与所述层叠方向正交的方向覆盖所述平型电池的侧板部，
在所述侧板部设置有台阶差，在所述台阶差定位所述金属板。
7.根据权利要求1～6中任一项所述的层叠型电池组，其特征在于，
还具备载置有层叠的所述多个单元电池的支架，
所述支架包含：底板部，其位于框体的支撑面与所述多个单元电池之间；以及壁面部，其连接于所述底板部，并且沿所述层叠方向延伸，
在所述壁面部，在与所述平型电池的端子电极相对的部分设置有开口部。
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