CN113169400A - 电池组件 - Google Patents

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Abstract

为了提高电池组件的安全性，电池组件(1)具备：电池层叠体(2)，其具有层叠起来的多个电池，各电池具有释放电池内部的气体的阀部；排气管道(38)，其与各电池的阀部连接；以及冲击吸收层(39)，其配置于排气管道(38)的与阀部相对的第1壁部(34)的朝向排气管道内侧的面，该冲击吸收层(39)的弹性模量比第1壁部(34)的弹性模量小。

Description

电池组件
技术领域
本发明涉及电池组件。
背景技术
例如，作为车辆用等要求较高的输出电压的电源，已知有将多个电池电连接而成的电池组件。通常，在构成电池组件的各电池设有根据内压的上升而开阀的阀部。当由于电池内部的化学反应产生气体而电池内压升高时，高温高压的气体自阀部被排出。在各阀部连接排气管道，自电池排出的气体从排气管道被向电池组件外排出。
关于这样的电池组件，在专利文献1中，公开了一种在排气管道的内表面即与各电池的阀部相对的相对面设有金属层的构造。在该电池组件中，在承接自各电池排出的高温高压的气体的排气管道的顶面设置金属层，由此，抑制了排气管道由于气体的冲击、热而破损、熔融的情况。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：国际公开2013/161655号
发明内容
发明要解决的问题
近年来，要求电池组件的进一步的高容量化，为了满足该要求，电池的高容量化不断发展。若电池高容量化，则自电池排出的气体的量增加。自电池排出的气体中含有可燃性的气体。另外，气体中也含有电池构造物的碎片等微颗粒。若向电池外部排出可燃性气体和高温的微颗粒，可燃性气体、高温微颗粒以及电池外部的氧凑齐，则存在导致着火的危险。因此，若自电池排出的气体的量增加，则存在导致着火的危险、着火的规模增大而电池组件的安全性降低的危险。
在这样的状况下，本发明人等对通过设于排气管道的顶面的金属层来直接承接自电池排出的气体的现有的电池组件反复进行了深入研究，认识到了在现有的电池组件中存在谋求进一步提高安全性的余地。
本发明是鉴于这样的状况而完成的，其目的在于提供一种用于提高电池组件的安全性的技术。
用于解决问题的方案
本发明的一个方案是电池组件。该电池组件具备：电池层叠体，其具有层叠起来的多个电池，各电池具有释放电池内部的气体的阀部；排气管道，其与各电池的阀部连接；以及冲击吸收层，其配置于排气管道的与阀部相对的第1壁部的朝向排气管道内侧的面，该冲击吸收层的弹性模量比第1壁部的弹性模量小。
此外，对于以上的构成要素的任意的组合、将本发明的表现在方法、装置、系统等之间进行变换后的方案，作为本发明的方案也是有效的。
发明的效果
根据本发明，能够提高电池组件的安全性。
附图说明
图1是实施方式的电池组件的分解立体图。
图2是放大表示电池组件的上部的剖视图。
具体实施方式
以下，基于优选的实施方式，参照附图对本发明进行说明。实施方式并非限定发明而是例示，实施方式中记述的所有特征、其组合未必一定是发明的本质性的特征、组合。设为对各附图所示的相同或同等的构成要素、构件、处理标注相同的附图标记，并且适当省略重复的说明。另外，为了易于说明而方便地设定各图所示的各部分的比例尺、形状，并且只要没有特别提及就并非限定性地进行解释。另外，对于在本说明书或权利要求中使用“第1”、“第2”等用语的情况而言，只要没有特别提及，该用语就不表示任何顺序、重要度，而是用于区分某个结构和其他结构。另外，在各附图中，省略在说明实施方式上不重要的构件的一部分并进行表示。
图1是实施方式的电池组件的分解立体图。图2是放大表示电池组件的上部的剖视图。在图2中，省略了对电池14的内部构造的图示。电池组件1具有电池层叠体2、一对端板4、侧隔板10、约束构件12、汇流条板28以及顶盖60。
电池层叠体2具有多个电池14、以及单体间隔板16。各电池14例如为锂离子电池、镍氢电池、镍镉电池等能够充电的二次电池。电池14是所谓的方形电池，具有扁平的长方体形状的外装罐18。在外装罐18的一面设置未图示的大致长方形形状的开口，经由该开口在外装罐18容纳电极体、电解液等。在外装罐18的开口设置将外装罐18密封的封口板20。
在封口板20，在长度方向上的一端附近设置正极的输出端子22，在另一端附近设置负极的输出端子22。一对输出端子22分别与构成电极体的正极板、负极板电连接。以下，适当地将正极的输出端子22称为正极端子22a，将负极的输出端子22称为负极端子22b。另外，在不需要对输出端子22的极性进行区分的情况下，将正极端子22a和负极端子22b统称为输出端子22。外装罐18、封口板20以及输出端子22为导电体，例如为金属制。外装罐18的开口和封口板20通过焊接等被接合。形成于封口板20的贯通孔(未图示)供各输出端子22贯通。绝缘性的密封构件(未图示)介于各输出端子22与各贯通孔之间。
在本实施方式中，为了便于说明，将外装罐18的设置封口板20的那一侧的面作为电池14的上表面，将与外装罐18的上表面背向的面作为电池14的底面。另外，电池14具有连接上表面和底面的两个主表面。该主表面是电池14所具有的6个面中面积最大的面。另外，主表面是与上表面的长边以及底面的长边连接的长侧面。除了上表面、底面以及两个主表面之外的其余两个面作为电池14的侧面。该侧面是与上表面的短边以及底面的短边连接的短侧面。
另外，为了便于说明，在电池层叠体2中，将电池14的上表面侧的面作为电池层叠体2的上表面，将电池14的底面侧的面作为电池层叠体2的底面，将电池14的短侧面侧的面作为电池层叠体2的侧面。另外，将电池层叠体2的上表面侧作为铅垂方向上方，将电池层叠体2的底面侧作为铅垂方向下方。这些方向和位置是为了方便而规定的。因此，例如，在本发明中，被规定为上表面的部分不一定意味着位于比被规定为底面的部分靠上方的位置。
在封口板20，在一对输出端子22之间设置阀部24。阀部24也被称为安全阀，其是用于释放电池14的内部的气体的机构。阀部24构成为能够在外装罐18的内压上升至预定值以上时开阀而释放内部的气体。阀部24例如包括设于封口板20的局部的与其他部分相比厚度较薄的薄壁部、以及形成于该薄壁部的表面的线状的槽。在该结构中，当外装罐18的内压上升时，薄壁部以槽为起点破裂，由此开阀。各电池14的阀部24与后述的排气管道38连接，电池内部的气体自阀部24被向排气管道38排出。
另外，电池14具有绝缘膜26。绝缘膜26例如为筒状的收缩管，其在外装罐18通过了内部之后被加热。由此，绝缘膜26进行收缩并且将外装罐18的两个主表面和两个侧面覆盖。能够利用绝缘膜26来抑制相邻的电池14之间、或者电池14与端板4之间的短路。
多个电池14以相邻的电池14的主表面彼此相对的方式以预定的间隔被层叠。此外，“层叠”意为在任意的1个方向上排列多个构件。因此，电池14的层叠也包括将多个电池14沿水平排列的情况。另外，各电池14被配置为输出端子22朝向相同的方向。在本实施方式中，为了方便，各电池14被配置为输出端子22朝向铅垂方向上方。相邻的两个电池14以一个电池14的正极端子22a和另一个电池14的负极端子22b相邻的方式被层叠。
单体间隔板16也被称为绝缘间隔件，例如由具有绝缘性的树脂片构成。作为构成单体间隔板16的树脂，能够例示聚丙烯(PP)、聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)、聚碳酸酯(PC)、NORYL(注册商标)树脂(改性PPE)等热塑性树脂。单体间隔板16配置于相邻的两个电池14之间而使该两个电池14之间电绝缘。
电池层叠体2由一对端板4夹持。一对端板4配置于电池层叠体2的电池14的层叠方向X上的两端。一对端板4隔着外端隔板5与位于层叠方向X上的两端的电池14相邻。外端隔板5能够由与单体间隔板16相同的树脂材料构成。各端板4是由铁、不锈钢、铝等金属构成的金属板。外端隔板5介于端板4与电池14之间，由此使两者绝缘。
各端板4在朝向与电池14的层叠方向X正交的方向Y即一对输出端子22所排列的方向的两个面具有紧固孔4a。在本实施方式中，在电池层叠体2的上表面和底面的排列方向Z上隔开预定的间隔地配置有3个紧固孔4a。设置紧固孔4a的面是与约束构件12的平面部54相对的面。
在电池层叠体2的上表面承载汇流条板28。汇流条板28是将多个电池14的设有输出端子22的面覆盖的板状的构件。汇流条板28例如由聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)树脂构成。汇流条板28在与各电池14的阀部24对应的位置具有使阀部24暴露的多个开口部32。另外，汇流条板28具有与多个开口部32连通的排气管道38。因此，排气管道38经由开口部32与各电池14的阀部24连接。
排气管道38具有第1壁部34和一对第2壁部36。第1壁部34沿层叠方向X延伸并且与各阀部24相对。一对第2壁部36被配置为分别沿层叠方向X延伸并且在方向Y上夹着多个开口部32。即，第1壁部34是将开口部32的上方覆盖的顶面，一对第2壁部36是将开口部32的侧方包围的侧壁。第1壁部34固定于一对第2壁部36的上端，由此，在汇流条板28形成排气管道38。在本实施方式中，第1壁部34由铁、铝等金属构成。第2壁部36由聚丙烯(PP)、聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)、聚碳酸酯(PC)、NORYL(注册商标)树脂(改性PPE)等树脂构成。此外，第2壁部36与汇流条板28的除了第1壁部34之外的其他部分一体成形。
在第1壁部34的朝向排气管道内侧的面配置冲击吸收层39。冲击吸收层39是沿层叠方向X延伸的片状，例如由粘接剂等粘贴于第1壁部34的内侧面。冲击吸收层39的弹性模量比第1壁部34的弹性模量小。即，冲击吸收层39比第1壁部34柔软，并且当从外部施加力时比第1壁部34容易变形。因此，当从电池14的阀部24排出气体时，冲击吸收层39由于气体的压力而变形。由此，能够吸收与排气管道38的顶面碰撞的气体的冲击，能够抑制气体中含有的电池构造物的碎片等微颗粒与排气管道38的顶面碰撞而回弹的势头。因此，能够抑制微颗粒的飞散。
在本实施方式中，仅在与各电池14的阀部24相对的第1壁部34配置有冲击吸收层39。构成排气管道38的侧壁的一对第2壁部36没有配置冲击吸收层39，该一对第2壁部36暴露于排气管道38的内部空间。自电池14排出的气体通常沿与设置阀部24的封口板20垂直的方向喷射。因此，主要是排气管道38的顶面直接承接气体。因此，通过仅在第1壁部34设置冲击吸收层39，能够可靠地抑制微颗粒的飞散，并且能够抑制由于设置冲击吸收层39而引起的电池组件1的部件数量的增加、成本的增大。此外，冲击吸收层39也可以还配置于第2壁部36。
另外，本实施方式的冲击吸收层39的热导率比第1壁部34的热导率低。另外，冲击吸收层39的热导率比空气的热导率低。由此，能够利用冲击吸收层39来抑制自电池14排出的气体的热向第1壁部34传递。其结果是，能够减轻由于自电池14排出的气体的热而导致第1壁部34变形、损伤的危险。另外，优选的是，冲击吸收层39具有耐燃性和耐热性。由此，能够更长期地维持对微颗粒飞散的抑制、对向第1壁部34传热的抑制。
作为构成冲击吸收层39的材料，能够例示由有机纤维、无机纤维等聚集而成的纤维集成体、由绝热件以及层压膜构成的导热抑制片。
导热抑制片的绝热件为片状，具有在由无纺布等构成的纤维片的纤维间承载有二氧化硅干凝胶等多孔质材料的构造。二氧化硅干凝胶具有限制空气分子的运动的纳米尺寸的空隙构造，并且热导率较低。绝热件的热导率约为0.018W/m·K～0.024W/m·K。绝热件特别是作为在狭小空间中使用的绝热件是有用的。绝热件的热导率比空气的热导率低。另外，二氧化硅干凝胶能够相对于来自外部的挤压柔软地变形，并且能够稳定地维持其构造。因此，即使被自电池14排出的气体施加冲击，也能够稳定地维持冲击吸收层39的构造。
层压膜是用于包覆并保护整个绝热件的构件。能够利用层压膜抑制绝热件的多孔质材料自纤维片脱落。另外，通过利用层压膜包覆绝热件，能够在组装电池组件1时容易地使冲击吸收层39粘接于第1壁部34。层压膜例如由聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)等构成。另外，该导热抑制片具有较高的耐热性。更具体而言，绝热件的耐热性较高。再具体而言，纤维片和/或多孔质材料的熔点较高，例如为300℃以上。
另外，汇流条板28在与电池14的输出端子22对应的位置具有使输出端子22暴露的开口部40。在各开口部40承载汇流条42。多个汇流条42被汇流条板28支承。利用被承载于各开口部40的汇流条42，将相邻的电池14的正极端子22a和负极端子22b电连接。
汇流条42是由铜、铝等金属构成的大致带状的构件。汇流条42的一个端部与一个电池14的正极端子22a连接，另一个端部与另一个电池14的负极端子22b连接。此外，汇流条42也可以将相邻的多个电池14的同极性的输出端子22彼此并联连接而形成电池块进而将电池块彼此串联连接。
与在层叠方向X上位于两端的电池14的输出端子22连接的汇流条42具有外部连接端子44。外部连接端子44与后述的顶盖60的端子部62电连接。外部连接端子44经由端子部62与外部负载(未图示)连接。另外，在汇流条板28承载电压检测线46。电压检测线46与多个电池14电连接来检测各电池14的电压。电压检测线46具有多个导线(未图示)。各导线的一端与各汇流条42连接，另一端与连接器48连接。连接器48与外部的电池ECU(未图示)等连接。电池ECU对各电池14的电压等的探测、各电池14的充放电等进行控制。
侧隔板10是在电池14的层叠方向X上较长的长条状的构件。在本实施方式中，在与电池14的层叠方向X正交的方向Y上排列一对侧隔板10。各侧隔板10例如由具有绝缘性的树脂构成。作为构成侧隔板10的树脂，与单体间隔板16同样地，能够例示聚丙烯(PP)、聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)、聚碳酸酯(PC)、NORYL(注册商标)树脂(改性PPE)等热塑性树脂。
在一对侧隔板10之间配置电池层叠体2以及一对端板4。各侧隔板10具有第1部分50、第2部分52以及第3部分53。第1部分50为矩形形状，其沿着电池层叠体2的侧面在电池14的层叠方向X上延伸。第2部分52是沿层叠方向X延伸的带状，其从第1部分50的下边向电池层叠体2侧突出。第3部分53是沿层叠方向X延伸的带状，其从第1部分50的上边向电池层叠体2侧突出。
约束构件12也被称为紧固件(日文：バインドバー)，其是在电池14的层叠方向X上较长的长条状的构件。在本实施方式中，在与电池14的层叠方向X正交的方向Y上排列一对约束构件12。各约束构件12由铁、不锈钢等金属构成。在一对约束构件12之间配置电池层叠体2、一对端板4以及一对侧隔板10。
各约束构件12具有平面部54、以及一对臂部56。平面部54为矩形形状，其沿着电池层叠体2的侧面在层叠方向X上延伸。一对臂部56从平面部54的端部向电池层叠体2侧突出，并且在电池层叠体2和冷却板6的排列方向Z上相对。即，一个臂部56从平面部54的上边向电池层叠体2侧突出，另一个臂部56从平面部54的下边向电池层叠体2侧突出。在一对臂部56之间配置电池层叠体2以及一对侧隔板10。
在平面部54的与各端板4相对的区域，通过焊接等固定接触板68。接触板68是在排列方向Z上较长的构件。在接触板68的与端板4的紧固孔4a对应的位置设置贯通孔70，该贯通孔70在方向Y上贯通接触板68。另外，平面部54在与接触板68的贯通孔70对应的位置具有贯通孔58，该贯通孔58在方向Y上贯通平面部54。
一对端板4接合于各约束构件12的平面部54，由此多个电池14在层叠方向X上被约束。具体而言，多个电池14和多个单体间隔板16交替地排列而形成电池层叠体2，电池层叠体2隔着外端隔板5在方向X上被一对端板4夹持。在该状态下，电池层叠体2以及一对端板4在方向Y上被一对侧隔板10夹持。再者，一对约束构件12从一对侧隔板10的外侧在方向Y上将整体夹入。
一对端板4和一对约束构件12以紧固孔4a、贯通孔70以及贯通孔58重合的方式相互对位。并且，螺钉等紧固构件59贯通于贯通孔58和贯通孔70，并与紧固孔4a螺合。由此，将一对端板4和一对约束构件12固定起来。使一对端板4和一对约束构件12接合，由此，多个电池14在层叠方向X上被紧固而被约束。由此，各电池14在层叠方向X上被定位。另外，多个电池14的上表面和底面被在排列方向Z上彼此相对的两个臂部56夹持。由此，多个电池14在排列方向Z上被定位。
侧隔板10的第1部分50沿着电池层叠体2的侧面在电池14的层叠方向X上延伸。约束构件12的平面部54在第1部分50的外侧沿着电池层叠体2的侧面在电池14的层叠方向X上延伸。因此，侧隔板10的第1部分50介于电池层叠体2的侧面与约束构件12的平面部54之间。由此，使各电池14的侧面和约束构件12电绝缘。
侧隔板10的第2部分52与电池层叠体2的底面抵接。约束构件12的从平面部54的下端突出的臂部56在第2部分52的外侧沿着电池层叠体2的底面延伸。因此，侧隔板10的第2部分52介于电池层叠体2的底面与约束构件12的一个臂部56即下侧的臂部56之间。由此，使各电池14的底面和约束构件12电绝缘。
侧隔板10的第3部分53与电池层叠体2的上表面抵接。约束构件12的从平面部54的上端突出的臂部56在第3部分53的外侧沿着电池层叠体2的上表面延伸。因此，侧隔板10的第3部分53介于电池层叠体2的上表面与约束构件12的另一个臂部56即上侧的臂部56之间。由此，使各电池14的上表面和约束构件12电绝缘。
作为一例，在上述定位完成之后，在电池层叠体2承载汇流条板28。并且，在各电池14的输出端子22安装汇流条42，将多个电池14的输出端子22彼此电连接。例如汇流条42通过焊接固定于输出端子22。
在汇流条板28的上表面层叠顶盖60。利用顶盖60，来抑制冷凝水、灰尘等与汇流条42、电池14的输出端子22、阀部24等接触。顶盖60例如由具有绝缘性的树脂构成。顶盖60于在排列方向Z上和外部连接端子44重叠的位置具有端子部62。顶盖60例如通过卡扣装配固定于汇流条板28。在顶盖60承载于汇流条板28的状态下，外部连接端子44与端子部62连接。
此外，也可以在电池层叠体2的底面配置用于冷却电池层叠体2的冷却板。另外，也可以使导热层介于电池层叠体2与冷却板之间。
如以上说明的那样，本实施方式的电池组件1具备：电池层叠体2，其具有层叠起来的多个电池14，各电池14具有释放电池内部的气体的阀部24；排气管道38，其与各电池14的阀部24连接；以及冲击吸收层39，其配置于排气管道38的与阀部24相对的第1壁部34的朝向排气管道内侧的面，其弹性模量比第1壁部34的弹性模量小。
这样，通过在直接承接自阀部24喷出的气体的排气管道38的顶面配置柔软的冲击吸收层39，能够抑制排放气体中的微颗粒与排气管道38的顶面碰撞而飞散。由此，能够抑制微颗粒向电池组件1的外部、电池14侧飞散，能够抑制电池组件1的着火的危险、着火的规模增大的情况。因此，能够提高电池组件1的安全性。另外，能够在提高电池组件1的安全性的同时，实现电池组件1的进一步的高容量化。
另外，本实施方式的冲击吸收层39的热导率比第1壁部34的热导率低。即，冲击吸收层39具有比第1壁部34高的绝热性。由此，能够减轻由于自电池14排出的气体的热而导致第1壁部34变形、损伤的危险。因此，能够减薄在防止由热引起的变形、损伤这一方面所要求的第1壁部34的厚度。即，能够谋求第1壁部34的薄型化。其结果是，能够谋求电池组件1的低高度化。
另外，本实施方式的第1壁部34由金属构成。通过由高刚性的金属构成第1壁部34，能够更加可靠地保护顶盖60不受自电池14喷出的气体的影响。另外，通过将第1壁部34设为金属制，能够降低因热而引起的变形、损伤的可能性。在该情况下，能够降低冲击吸收层39所要求的绝热性，因此，能够扩大构成冲击吸收层39的材料的选择范围。当然，即使第1壁部34为金属制，通过冲击吸收层39的绝热来对第1壁部34的变形、损伤进行的抑制也是有效的。
另外，是通过冲击吸收层39的绝热来抑制第1壁部34的因热而引起的变形、损伤的结构即可，也可以由树脂构成第1壁部34。通过将第1壁部34设为树脂制，能够谋求电池组件1的轻量化。另外，也能够将第1壁部34和冲击吸收层39一体成形。
以上，详细地说明了本发明的实施方式。前述的实施方式只不过是示出了实施本发明时的具体例的实施方式。实施方式的内容并不限定本发明的技术范围，在不脱离权利要求书所规定的发明的思想的范围内，能够进行构成要素的变更、追加、删除等多种设计变更。添加了设计变更的新的实施方式兼具所组合的实施方式以及变形各自的效果。在前述的实施方式中，关于能够进行这样的设计变更的内容，附有“本实施方式的”、“在本实施方式中”等表述来进行强调，但即使是没有这样的表述的内容，也允许进行设计变更。各实施方式所包括的构成要素的任意的组合作为本发明的方式也是有效的。在附图的剖面标注的阴影线并非对标注了阴影线的对象的材质进行限定。
电池组件1所具有的电池14的数量未被特别限定。包括单体间隔板16以及侧隔板10的形状、端板4和约束构件12之间的紧固构造的电池组件1的各部分的构造未被特别限定。电池14也可以是圆筒状等。
附图标记说明
1、电池组件；2、电池层叠体；14、电池；24、阀部；34、第1壁部；38、排气管道；39、冲击吸收层。

Claims (4)

1.一种电池组件，其特征在于，
所述电池组件具备：
电池层叠体，其具有层叠起来的多个电池，各电池具有释放电池内部的气体的阀部；
排气管道，其与各电池的所述阀部连接；以及
冲击吸收层，其配置于所述排气管道的与所述阀部相对的第1壁部的朝向排气管道内侧的面，该冲击吸收层的弹性模量比所述第1壁部的弹性模量小。
2.根据权利要求1所述的电池组件，其中，
所述冲击吸收层的热导率比所述第1壁部的热导率低。
3.根据权利要求2所述的电池组件，其中，
所述第1壁部由树脂构成。
4.根据权利要求1或2所述的电池组件，其中，
所述第1壁部由金属构成。
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