CN112825380A

CN112825380A - 电池组

Info

Publication number: CN112825380A
Application number: CN202010823454.4A
Authority: CN
Inventors: 梅村幸司
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2019-11-19
Filing date: 2020-08-17
Publication date: 2021-05-21
Also published as: JP2021082477A; US20210151722A1

Abstract

本发明涉及电池组，该电池组具备：多个单电池，每个单电池具备电极体和收容所述电极体的电池壳体，所述多个单电池在预定方向上排列；及1个或多个间隔件，配置于在所述预定方向上相邻的2个所述单电池之间。所述间隔件在与所述单电池相对的至少一方的面具有朝向所述单电池突出的凸部。所述凸部与所述单电池的电池壳体接触。所述电池壳体的与所述凸部接触的接触部向所述电池壳体的内部方向以能够将所述电极体向所述接触部的方向的移动卡定的方式突出。

Description

电池组

技术领域

本发明涉及电池组。

背景技术

用作车辆搭载用电源的锂离子二次电池、镍氢电池等二次电池一般为了高输出化而以将多个单电池串联连接而成的电池组的形态使用。

电池组典型地具有多个单电池以在该单电池之间夹设间隔件的状态在预定方向上排列(层叠)的结构，对电池组施加束缚载荷(例如，参照日本特开2015-041484)。在日本特开2015-041484中记载了：根据间隔件配置于单电池的扁平面的中央部且通过载荷而单电池的扁平面的中央部凹陷成间隔件的轮廓的形状的结构，在电池壳体的内压上升时，能够抑制电池壳体的盖体与主体的焊接部位的疲劳劣化。

发明内容

然而，本申请的发明人进行了锐意研究，结果发现了“在以上述为代表的以往技术中，在因搭载有电池组的车辆越过道路上的突起等而在车辆产生了外部冲击的情况下，有时单电池内部的电极体移动从而引起内部短路、端子类的内部断线等损伤”，并且发现了在这一点上存在改善的余地。

于是，本发明的目的在于，提供难以引起相对于外部冲击的损伤的电池组。

这里公开的电池组具备：多个单电池，每个单电池具备电极体和收容所述电极体的电池壳体，所述多个单电池在预定方向上排列；及1个或多个间隔件，配置于在所述预定方向上相邻的2个所述单电池之间。所述间隔件在与所述单电池相对的至少一方的面具有朝向所述单电池突出的凸部。所述凸部与所述单电池的电池壳体接触。所述电池壳体的与所述凸部接触的接触部向所述电池壳体的内部方向以能够将所述电极体向所述接触部的方向的移动卡定的方式突出。

根据这样的结构，能够提供难以引起相对于外部冲击的损伤的电池组。

在这里公开的电池组的一方案中，所述接触部处于与所述电极体的端部相对的位置。

根据这样的结构，更难以引起相对于外部冲击的电池组的损伤。

在这里公开的电池组的另一方案中，在所述电池壳体安装有电极端子，所述接触部处于与所述电极体的所述电极端子侧的端部相对的位置。

根据这样的结构，进一步难以引起相对于外部冲击的电池组的损伤。

在这里公开的电池组的又一方案中，所述间隔件还在与所述单电池相对的至少一方的面具有朝向所述单电池突出的第2凸部，所述电池壳体的与所述第2凸部接触的接触部向所述电池壳体的内部方向以能够将所述电极体向与所述第2凸部接触的接触部的方向的移动卡定的方式突出，与所述第2凸部接触的接触部处于与所述电极体的与所述电极端子侧相反一侧的端部相对的位置。

根据这样的结构，更进一步难以引起相对于外部冲击的电池组的损伤。

在这里公开的电池组的一方案中，所述间隔件在双方的面具有凸部，由所述间隔件夹着的所述单电池的电池壳体的与各凸部接触的各接触部向所述电池壳体的内部方向突出，将所述电极体夹入而保持。

附图说明

本发明的示例性实施例的特征、优点及技术上和工业上的意义将会在下面参照附图来描述，在这些附图中，同样的标号表示同样的要素，其中：

图1是示意性地示出本实施方式的电池组的一例的立体图。

图2是示意性地示出图1所示的单电池的平面图。

图3是示意性地示出图1所示的单电池的纵剖视图。

图4是示意性地示出图3所示的电极体的分解图。

图5是示意性地示出本实施方式的电池组的后部的局部剖视图。

图6是示意性地示出优选的方式的单电池的平面图。

图7是局部地示出试验例1的试验体的结构的示意图。

图8是局部地示出试验例3的试验体的结构的示意图。

图9是示出各试验例的焊接部耐疲劳劣化试验的评价结果的坐标图。

具体实施方式

以下，一边适当参照附图，一边说明这里公开的电池组的优选的实施方式。此外，这里说明的实施方式当然并非意在特别限定本发明。这里公开的电池组能够基于本说明书所公开的内容和本领域中的技术常识而实施。

另外，在以下的附图中，对起到相同的作用的构件·部位标注相同的标号，有时省略或简化重复的说明。附图中的标号U、D、F、Rr、L、R分别意味着上、下、前、后、左、右。附图中的标号X、Y、Z分别意味着单电池的排列方向、单电池的长侧壁的宽度方向、单电池的长侧壁的铅垂方向。不过，它们只不过是便于说明的方向，丝毫不限定电池组的设置方式。另外，各图中的尺寸关系(长度、宽度、厚度等)并不反映实际的尺寸关系。

图1是示意性地示出本发明的实施方式的一例的电池组1的立体图。电池组1具备多个单电池10和多个间隔件40。另外，电池组1具备束缚机构。具体而言，例如，如图所示，电池组1具备一对端板50A、50B、多个束缚带52及多个螺纹件54。一对端板50A、50B在预定的排列方向X(图1的前后方向)上配置于电池组1的两端。多个束缚带52以跨越一对端板50A、50B的方式安装。多个单电池10在排列方向X上排列。多个间隔件40在排列方向X上配置于相邻的2个单电池10之间。另外，2个端部间隔件60分别配置于单电池10与端板50A之间及单电池10与端板50B之间。此外，单电池10的数量只要是2个以上即可，没有特别的限制。在电池组1具备2个单电池10的情况下，间隔件40成为1个。

端板50A、50B将多个单电池10、多个间隔件40及2个端部间隔件60在排列方向X上夹入。多个束缚带52由多个螺纹件54固定于端板50A、50B。多个束缚带52分别以在排列方向X上施加规定的束缚压力的方式安装。多个束缚带52例如以使由单电池10的间隔件40按压的区域中的面压成为大体90～600kgf/cm²(例如200～500kgf/cm²左右)的方式安装。由此，从排列方向X对多个单电池10、多个间隔件40及2个端部间隔件60施加载荷，电池组1被一体地保持。此外，在图示例中，由端板50A、50B、多个束缚带52及多个螺纹件54构成束缚机构，但束缚机构不限定于此。

图2是示意性地示出单电池10的平面图。图3是示意性地示出单电池10的纵剖视图。单电池10典型地是能够反复充放电的二次电池(例如，锂离子二次电池、镍氢电池、双电层电容器等)。单电池10具备电极体20、电解液(未图示)及电池壳体30。

电池壳体30是收容电极体20和电解液的外壳。电池壳体30例如是铝、钢等的金属制。图示例的电池壳体30具有有底方型(长方体形状)的外形。电池壳体30由盖体和壳体主体构成。盖体和壳体主体通过激光焊等焊接而接合。

电池壳体30具有上壁30u、与上壁30u相对的底壁30b及作为从底壁30b连续的侧壁的一对短侧壁30n及一对长侧壁30w。电池壳体30的盖体由上壁30u构成，壳体主体由底壁30b、一对短侧壁30n及一对长侧壁30w构成。壳体主体例如利用1张金属板通过拉深加工而形成。一对短侧壁30n和一对长侧壁30w分别具有平坦的部分。底壁30b、一对短侧壁30n及一对长侧壁30w的厚度(板厚)大体为1mm以下，典型地为0.5mm以下，例如为0.3～0.4mm。除了电池组1的端部之外，电池壳体30的一对长侧壁30w分别与间隔件40相对。在电池组1的端部处，电池壳体30的一对长侧壁30w与间隔件40及端部间隔件60分别相对。

在电池壳体30的上壁30u设置有以在电池壳体30的内压上升为预定水平以上的情况下释放该内压的方式设定的薄壁的安全阀32。另外，在电池壳体30的上壁30u设置有用于注入电解液的注液口(未图示)。在电池壳体30的上壁30u安装有外部连接用的正极端子12T和负极端子14T。相邻的单电池10的正极端子12T和负极端子14T由汇流条18电连接。由此，单电池10串联地电连接。不过，构成电池组1的单电池10的形状、尺寸、个数、配置、连接方法等不限定于这里公开的方案，能够适当变更。例如，在电池组1中，也可以是单电池10的一部分或全部并联地电连接。

关于收容于电池壳体30的内部的电极体20及电解液的结构，可以与以往同样，没有特别的限定。电解液例如是包括非水溶剂和支持盐的非水电解液。非水溶剂例如是碳酸亚乙酯(EC)、碳酸二乙酯(DMC)、碳酸甲乙酯(EMC)等碳酸酯。支持盐例如是LiPF₆、LiBF₄等锂盐。

图4是示意性地示出电极体20的分解图。在图示例中，电极体20是卷绕电极体。电极体20通过带状的正极12和带状的负极14以经由带状的分隔件16而绝缘的状态层叠且以卷绕轴WL为中心卷绕而构成。

正极12具备正极集电体和固定于其表面的正极活性物质层12a。正极活性物质层12a包括能够可逆地吸藏及放出电荷载体的正极活性物质(例如锂过渡金属复合氧化物)。负极14具备负极集电体和固定于其表面的负极活性物质层14a。负极活性物质层14a包括能够可逆地吸藏及放出电荷载体的负极活性物质(例如碳材料)。分隔件16是使电荷载体透过并且将正极活性物质层12a和负极活性物质层14a绝缘的多孔质构件。

在电极体20的宽度方向Y上，分隔件16的宽度W3比正极活性物质层12a的宽度W1、负极活性物质层14a的宽度W2宽。另外，负极活性物质层14a的宽度W2比正极活性物质层12a的宽度W1宽。即，W1、W2及W3满足W1<W2<W3。在正极活性物质层12a的宽度W1的范围中，正极活性物质层12a和负极活性物质层14a以绝缘的状态相对。

在电极体20的宽度方向Y的右端部设置有正极集电体露出部12n。在正极集电体露出部12n附设有集电箔用的正极集电板12c。电极体20的正极12经由正极集电板12c而与正极端子12T电连接。另外，在电极体20的宽度方向Y的左端部设置有负极集电体露出部14n。在负极集电体露出部14n附设有集电箔用的负极集电板14c。电极体20的负极14经由负极集电板14c而与负极端子14T电连接。

电极体20的外观是扁平形状。电极体20在与卷绕轴WL正交的剖视下具有一对卷绕平坦部20f和夹设于一对卷绕平坦部20f之间的一对卷绕R部20r。电极体20的宽度方向Y的一对端部开口，在宽度方向Y的端部处电极体20的内外连通。

在单电池10中，电极体20的一对卷绕R部20r中的一方配置于电池壳体30的底壁30b侧，另一方配置于电池壳体30的上壁30u侧。换言之，电极体20的一对卷绕R部20r配置于铅垂方向Z的上下。电极体20的宽度方向Y的一对端部以与电池壳体30的一对短侧壁30n相对的方式配置。电极体20的一对卷绕平坦部20f以与电池壳体30的一对长侧壁30w相对的方式配置。换言之，电极体20的一对卷绕平坦部20f沿着排列方向X配置。

此外，在图示例中，电极体20是卷绕电极体，但电极体20的形态不限于此。电极体20也可以是多个片状的正极及多个片状的负极交替地层叠的层叠型电极体。

图5是电池组1的后部的沿着层叠方向及上下方向的示意局部剖视图。间隔件40夹设于相邻的2个单电池10之间。间隔件40例如由聚丙烯(PP)、聚苯硫醚(PPS)等树脂材料或热传导性好的金属材料构成。

在图示例中，间隔件40在双面具有多个肋42。也可以是间隔件40不具有肋42的方式。肋42可以具有与公知的电池组的间隔件的肋同样的结构。在图示例中，这些肋42与电极体20(尤其是卷绕平坦部20f)相对。由于在电池组1上施加有束缚载荷，所以这些肋42通过束缚载荷而按压电池壳体30。通过按压电池壳体30，能够抑制电极体20的膨胀等。

在图示例中，这些肋42以冷却用流体(例如，空气)能够通过间隔件40与电池壳体30之间的方式呈梳齿状排列。因而，间隔件40具有作为用于通过肋42而使在单电池10的内部产生的热散发的散热件的功能。此外，肋42的排列不限定于此。

间隔件40在与右侧的单电池10相对的面具有朝向单电池10突出的凸部44R。另外，间隔件40在与左侧的单电池10相对的面具有朝向单电池10突出的凸部44L。

以下，对间隔件40及其右侧的单电池10进行详细说明。凸部44R与单电池10的电池壳体30接触。电池壳体30的与凸部44R接触的接触部34向电池壳体30的内部方向突出。由此，接触部34成为电极体20向接触部34的方向(即，附图的上方向U)移动时的止动件。也就是说，接触部34向电池壳体30的内部方向以能够将电极体20向接触部34的方向的移动卡定的方式突出。

在图示例中，通过束缚载荷，长侧壁30w变形成与间隔件40的凸部44R对应的形状，由此，接触部34向电池壳体30的内部方向突出。也就是说，接触部34在从单电池10的外表面侧观察的情况下凹陷，另一方面，在从单电池10的内表面侧观察的情况下突出。由此，通过由束缚载荷引起的电池壳体30的变形，能够使接触部34向电池壳体30的内部方向突出，因此，组装电池组1之前的单电池10的电池壳体30的长侧壁30w可以平坦。或者，也可以在组装电池组1之前，使电池壳体30的长侧壁30w的应该与间隔件40的凸部44R接触的部分以在从单电池10的外表面侧观察的情况下凹陷的方式预先变形，以使得间隔件40的凸部44R与电池壳体30的对位容易。此时，该变形也可以成为与间隔件40的凸部44R对应的形状，但优选变形量比其小，以避免成为电极体20向电池壳体30的插入操作的妨碍。

接触部34具有向电池壳体30的内部方向突出的突出部，但该突出部的尺寸根据单电池10及电极体20的设计而适当决定即可。突出部的突出方向的尺寸(即，突出部的高度；具体而言是排列方向X上的从电池壳体30的内表面到突出部的顶点为止的尺寸)优选为电极体20的厚度的0.5％以上且15％以下，更优选为2％以上且10％以下。

在图示例中，接触部34处于与电极体20的端部相对的位置。在该情况下，能够有效地将电极体20的移动卡定，更难以引起相对于外部冲击的损伤。然而，接触部34的位置不限于此，能够根据电极体20的外形而适当设定。例如，在电极体20是在中央部具有凹陷的外形的情况下，也可以在与电极体20的中央部的凹陷相对的电池壳体30的位置设置接触部34。

另外，如图示例那样接触部34与电极体20的端部中的电极端子(即，正极端子12T及负极端子14T)侧的端部相对是有利的。在电极体20向电极端子的方向进行了移动的情况下，更容易引起端子类的内部断线。由此，根据这样的结构，能够抑制电极体20的电极端子方向的移动，更难以引起相对于外部冲击的损伤。另外，在图示例中，正极端子12T及负极端子14T安装于盖体，盖体与壳体主体焊接。根据这样的结构，能够进一步抑制盖体与壳体主体的焊接部的疲劳劣化。

将更优选的方式的单电池示意性地示于图6。在更优选的方式中，间隔件40还在与单电池10相对的至少一方的面具有朝向单电池10突出的第2凸部，电池壳体30的与第2凸部接触的接触部(第2接触部)34’向电池壳体30的内部方向以能够将电极体20向第2接触部34’的方向的移动卡定的方式突出，第2接触部34’处于与电极体20的与电极端子侧相反一侧的端部相对的位置。这样，通过如图6所示那样在电极体20的两端部分别设置第1接触部34及第2接触部34’，能够进一步抑制电极体20的移动，更难以引起相对于外部冲击的损伤。

在图示例中，向电池壳体30的内部方向突出的接触部34与电极体20接触。然而，接触部34也可以不与电极体20接触。接触部34与电极体20的距离越小，则越能够抑制电极体20的移动，尤其是，接触部34与电极体20接触是有利的。接触部34可以与电极体20直接接触，在电极体20由绝缘膜覆盖的情况下，也可以隔着绝缘膜而间接地接触。

间隔件40在与左侧的单电池10相对的面也具有朝向单电池10突出的凸部44L。间隔件40的与左侧的单电池10相对的面和左侧的单电池10具有与上述同样的结构。即，凸部44L与左侧的单电池10的电池壳体接触，同样，电池壳体的与凸部44L接触的接触部向电池壳体的内部方向以能够将电极体向接触部的方向的移动卡定的方式突出。然而，间隔件40也可以仅在一方的面具有上述的凸部。

另外，如图示例那样间隔件40在双方的面具有凸部44R、44L且由间隔件40夹着的单电池10的电池壳体30的与各凸部接触的各接触部向单电池10的电池壳体30的内部方向突出且将电极体20夹入而保持是有利的。根据这样的结构，能够将电极体20牢固地固定，由此能够进一步抑制电极体20的移动，因此更难以引起相对于外部冲击的损伤。尤其是，在如图示例那样电极体20是卷绕电极体的情况下，由于电极体20在端部具有卷绕R部20r，所以容易将电极体20的端部夹入而保持，更加有利。

端部间隔件60的与端板50B相对的面平坦。另一方面，端部间隔件60在与单电池10相对的面具有肋62。肋62与间隔件40的肋42同样地呈梳齿状排列。端部间隔件60也可以具有与配置于端板与单电池之间的公知的端部间隔件同样的结构。然而，有利的是，如图示例那样，端部间隔件60还在与单电池10相对的面具有凸部64。凸部64与间隔件40的凸部44R同样地与单电池10的电池壳体30接触，电池壳体30的与凸部64接触的接触部36向电池壳体30的内部方向以能够将电极体向接触部36的方向的移动卡定的方式突出。根据这样的结构，更难以引起位于电池组1的端部的单电池10的相对于外部冲击的损伤。此外，端部间隔件60也能够设为不具有凸部64的结构。

如以上这样构成的电池组1难以引起相对于外部冲击的内部短路、端子类的内部断线等损伤。除此之外，也起到难以引起电池壳体的盖体与壳体主体的焊接部的疲劳劣化这一效果。电池组1能够以各种用途来利用。电池组1例如能够作为搭载于车辆的马达用的动力源(驱动用电源)而良好地使用。车辆的种类没有特别的限定，但典型地可举出汽车(例如插电式混合动力汽车(PHV)、混合动力汽车(HV)、电动汽车(EV)等)。另外，电池组1能够用作工业用或家庭用的电力贮存装置。

本申请的发明人为了验证这里公开的电池组所起到的效果而实际使用单电池和一对间隔件进行了简易的试验。以下，对该试验例进行说明，但该试验例丝毫不限定本发明。

〔试验体的制作〕

准备了如图7所示的卷绕电极体120收容于电池壳体130的单电池110。单电池110的卷绕电极体120的结构设为了与一般的锂离子二次电池同样。电池壳体130由壳体主体和盖体构成，它们通过激光焊接而接合。在单电池110也与图2及图3同样地安装有端子类(未图示)。

另外，准备了如图7所示的在一方的面具有肋142和凸部144的一对间隔件140。间隔件140为PP制。以使具有凸部144及肋142的面与单电池110相对的方式，利用一对间隔件140将单电池110夹入。而且，将其利用一对SUS制的束缚板夹入，施加了束缚载荷。束缚板与间隔件140的接触面积设为了13cm²，施加载荷设为了50N。这样制作了试验例1的试验体。在试验例1的试验体中，通过束缚载荷而电池壳体130的与凸部接触的接触部变形，向内部突出，其突出方向的尺寸h(图7的h)是0.2cm。

作为试验例2，改变凸部144的尺寸而准备了上述接触部的突出方向的尺寸h(图7的h)是0.4cm的试验体。

另外，准备了如图8所示的不具有凸部而具有肋242的一对间隔件240。间隔件240也为PP制。在间隔件240中，间隔件140的具有凸部144的部分也具有肋242。以使具有肋242的面与单电池110相对的方式，利用一对间隔件240将单电池110夹入。而且，将其利用一对SUS制的束缚板夹入，施加了束缚载荷。束缚板与间隔件240的接触面积设为了13cm²，施加载荷设为了50N。这样制作了试验例3的试验体。试验例3的试验体的突出方向的尺寸h(图7的h)相当于0cm。

〔耐冲击试验〕

对试验例1～3的试验体施加了上方向(附图的U的方向)的冲击。关于冲击施加后的试验体进行X线透过观察，调查了电极体120的移动及内部断线的有无。在耐冲击试验中，将冲击的强度在10G～100G的范围内改变而进行。将其结果示于表1。

【表1】

表1

○：无电极体移动且无内部断线

×：有电极体移动且无内部断线

××：有电极体移动且有内部断线

根据表1的结果可知，通过在间隔件设置凸部且使电池壳体的与凸部接触的接触部向电池壳体内部突出，能够抑制电极体的移动、内部断线。

〔电池壳体的焊接部的耐疲劳劣化试验〕

从试验例1～3的试验体的单电池的侧面部导入空气而使电池内压发生了变动。初始的电池内压设为了0.25MPa，将±0.20MPa的范围内的内压变动设为了1循环。反复进行内压变动，求出了从电池壳体130的盖体与主体的焊接部发生了空气的泄漏的循环数。另外，也求出了将±0.15MPa的范围内的内压变动设为了1循环的情况下的从焊接部发生了空气的泄漏的循环数及将±0.10MPa的范围内的内压变动设为了1循环的情况下的从焊接部发生了空气的泄漏的循环数。将其结果示于图9。

根据图9的结果可知，通过在间隔件设置凸部且使电池壳体的与凸部接触的接触部向电池壳体内部突出，能够抑制电池壳体的盖体与主体的焊接部的疲劳劣化。

以上，虽然详细说明了本发明的具体例，但它们只不过是例示，并不限定权利要求书。在权利要求书所记载的技术中包括对以上例示的具体例进行各种变形、变更而得到的技术。

Claims

1.一种电池组，具备：

多个单电池，每个单电池具备电极体和收容所述电极体的电池壳体，所述多个单电池在预定方向上排列；及

1个或多个间隔件，配置于在所述预定方向上相邻的2个所述单电池之间，

其中，所述间隔件在与所述单电池相对的至少一方的面具有朝向所述单电池突出的凸部，

所述凸部与所述单电池的电池壳体接触，

所述电池壳体的与所述凸部接触的接触部向所述电池壳体的内部方向以能够将所述电极体向所述接触部的方向的移动卡定的方式突出。

2.根据权利要求1所述的电池组，

所述接触部处于与所述电极体的端部相对的位置。

3.根据权利要求2所述的电池组，

在所述电池壳体安装有电极端子，所述接触部处于与所述电极体的所述电极端子侧的端部相对的位置。

4.根据权利要求3所述的电池组，

所述间隔件在与所述单电池相对的至少一方的面还具有朝向所述单电池突出的第2凸部，所述电池壳体的与所述第2凸部接触的接触部向所述电池壳体的内部方向以能够将所述电极体向与所述第2凸部接触的接触部的方向的移动卡定的方式突出，与所述第2凸部接触的接触部处于与所述电极体的与所述电极端子侧相反一侧的端部相对的位置。

5.根据权利要求1～4中任一项所述的电池组，

所述间隔件在双方的面具有凸部，由所述间隔件夹着的所述单电池的电池壳体的与各凸部接触的各接触部向所述电池壳体的内部方向突出，将所述电极体夹入而保持。