CN114026738A - 电池组 - Google Patents

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Abstract

防止从打开的排出阀喷射出的高温的废气所引起的安全性的降低。电池组具备：连接多个电池单元(1)而成的电池块(10)；和在内部配置电池块(10)而成的壳体(2)，电池单元(1)在端面具有如果内压超过设定压力则打开的排出阀，构成电池块(10)的多个电池单元(1)设为以端面对置的姿势配置在直线上，电池块(10)在电池单元(1)的对置的端面彼此之间具有将排出阀的废气引导到外部的排出间隙(12)。此外，壳体(2)具备：在两侧具有侧壁(22)，并将电池块(10)配置在侧壁(22)的内侧而成的下壳体(2A)；密闭下壳体(2A)的开口部而成的上壳体(2B)；配置在下壳体(2A)的内侧且与电池块(10)之间而成的散热板(5)；和从散热板(5)的侧缘突出并配置在覆盖排出间隙(12)的开口的位置而成的自由弯曲的耐热罩(6)。

Description

电池组
技术领域
本发明涉及内置有能够在外包装壳体充电的电池。
背景技术
近年来，作为电气设备的电源使用的电池组进一步要求高输出化，采用每单位体积的效率优异的锂离子电池等非水系电解液二次电池。锂离子电池为高输出，但另一方面，内部压力有时会因某种原因而上升。为了确保电池的相对于内压上升的安全性，设置了以设定压力打开来防止破裂的排出阀。在排出阀打开时，电池处于异常的发热状态而高温的气体从排出阀猛烈地喷出。为了将从排出阀排出的废气排出到外部，开发了在外包装壳体设置有孔的电池组。(参照专利文献1)
进而，还开发在外包装壳体设置多个贯通孔以提高内部的通气性，促进电池的散热以防止热量蓄积在壳体内的电池组。(参照专利文献2)
在先技术文献
专利文献
专利文献1：JP特开2001-196039号公报
专利文献2：JP特开平10-162795号公报
发明内容
-发明所要解决的课题-
以往的电池组在外包装壳体设置孔，将从排出阀喷射出的废气排出到外部。该电池组难以将从电池单元猛烈地喷射出的高温的废气安全地排出到外部。特别是，从作为非水系电解液二次电池的锂离子电池的排出阀喷射出的废气为400℃以上的异常的高温而且被猛烈地喷射出，因而废气将外包装壳体热熔，进而如果废气在高温状态下被喷射到壳体外并起火，则安全性显著受损。
本发明以防止以上的弊端作为目的而被开发，因而本发明的主要的目的在于，提供一种防止从打开的排出阀喷射出的高温的废气所引起的安全性的降低的电池组。
-用于解决课题的手段-
本发明的某方式所涉及的电池组具备连接多个电池单元而成的电池块；和在内部配置电池块而成的壳体。电池单元在端面具有如果内压超过设定压力则打开的排出阀，构成电池块的多个电池单元设为以端面对置的姿势配置在直线上，电池块在电池单元的对置的端面彼此之间具有将排出阀的废气引导到外部的排出间隙。壳体具备：在两侧具有侧壁，并将电池块配置在侧壁的内侧而成的下壳体；密闭下壳体的开口部而成的上壳体；配置在下壳体的内侧且与电池块之间而成的散热板；和从散热板的侧缘突出并配置在覆盖排出间隙的开口的位置而成的自由弯曲的耐热罩。
-发明效果-
本发明的电池组能够抑制从电池单元的排出阀喷射出的高温的废气所产生的弊端并提高安全性。
附图说明
图1为本发明的实施方式所涉及的电池组的立体图。
图2为图1所示的电池组的分解立体图。
图3为图2所示的电池组的分解立体图。
图4为图1所示的电池组的垂直横剖视图。
图5为表示耐热罩的形状的其他一例的垂直横剖视图。
具体实施方式
本发明的第1实施方式的电池组具备连接多个电池单元而成的电池块和在内部配置电池块而成的壳体。电池单元在端面具有如果内压超过设定压力则打开的排出阀，构成电池块的多个电池单元以端面对置的姿势配置在直线上，电池块在电池单元的对置的端面彼此之间具有将排出阀的废气引导到外部的排出间隙。壳体具备：在两侧具有侧壁，并将电池块配置在侧壁的内侧而成的下壳体；密闭下壳体的开口部而成的上壳体；配置在下壳体的内侧且与电池块之间而成的散热板；和从散热板的侧缘突出并配置在覆盖排出间隙的开口的位置而成的自由弯曲的耐热罩。
以上的电池组消除从打开的排出阀喷射出的高温的废气所产生的弊端并确保高安全性。这是因为，以上的电池组能够防止从排出阀喷射出的高温的废气所引起的壳体的热损伤，阻止废气以高的温度喷射到壳体外而起火的弊端。该优点采用以下的独特的构造来实现，即以上的电池组将电池块配置在下壳体的内侧，并由上壳体密闭下壳体的开口部，并且除了在下壳体的内侧配置散热板以外，还在散热板的侧缘设置从这里突出且自由弯曲的耐热罩，将该耐热罩配置在将喷出废气的电池块的排出间隙的开口部覆盖的位置。以上的电池组使从电池单元的排出阀喷射到排出间隙的废气与散热板和耐热罩碰撞，衰减热能和动能这两方。进而，通过废气与散热板进行碰撞，从而能够高效地将热能传到到散热板。传导了热能的散热板将所吸收的热能扩散并进行散热。在该状态下能量被衰减的废气被排出到壳体外。
进而，以上的电池组从散热板的侧缘突出地设置自由弯曲的耐热罩，因而在电池块进入了下壳体的状态下，能够弯曲耐热罩并将耐热罩配置在堵塞排出间隙的开口部的理想的位置。在理想的位置堵塞排出间隙的开口部的耐热罩使喷出到排出间隙的废气与内侧碰撞并扩散。该构造不使从排出间隙喷出的废气直接冲击壳体而与耐热罩进行碰撞，因而能防止壳体的热障碍。因而，以上的电池组能够防止从排出阀喷出到排出间隙的高温的废气所引起的壳体的热障碍。此外，耐热罩通过使从排出间隙喷出的废气进行碰撞从而衰减动能并进行扩散，使被扩散的废气在壳体内流动并释放到外部。进而，耐热罩通过使废气碰撞从而高效地吸收热能并向下壳体传导来进行散热。
进而，以上的电池组具有以下的优点：能够高效地衰减废气的热能而排出到壳体的外部，并且简单且容易地将电池块顺利地配置在下壳体的固定位置而高效地组装。这是因为，由于将耐热罩设为自由弯曲，因而在将电池块引导到下壳体的固定位置的状态下，设为使上端扩展的状态，在将电池块迅速地引导到槽型的下壳体之后，能够弯曲耐热罩并配置在密闭电池块的排出间隙的位置。配置在堵塞排出间隙的位置的耐热罩使喷出到排出间隙的废气与内表面碰撞而高效地吸收热能。电池块从排出间隙喷出高温的废气，因而配置于该位置的耐热罩非常高效地吸收废气的热能。此外，耐热罩部分地设置在堵塞电池块的排出间隙的开口部的位置，而不配设在没有排出间隙的区域。因此，在散热板的侧缘部分地设置耐热罩、使废气的能量衰减的构造还实现了能够使电池组轻量化且进行高效地组装的优点。
本发明的第2实施方式的电池组将散热板和耐热罩设为导热率比下壳体优异的板材。
以上的电池组具有将从排出阀喷出的废气的热能经由耐热罩和散热板传导到下壳体而能够高效地散热到外部的优点。这是因为，从排出阀喷出到排出间隙的废气与散热板和耐热罩碰撞，因而废气的热能被高效地传导到散热板和耐热罩，吸收了热能的散热板通过优异的导热特性而扩散到较大的面积并导热到下壳体，下壳体以较大的面积将热能散热到外部。
本发明的第3实施方式的电池组将下壳体和上壳体设为热塑性的塑料制，并将散热板和耐热罩设为金属板。
本发明的第4实施方式的电池组将散热板和耐热罩设为1片金属板。以上的电池组具有以下优点，即废气的热能从耐热罩被迅速地传导到散热板，散热板将所吸收的热能扩散到较大的面积而从下壳体散热到外部，能够将废气的热能高效地散热到外部。
本发明的第5实施方式的电池组将散热板和耐热罩设为铝板。以上的电池组具有轻量化并且能将废气的热能迅速且高效的散热到外部的优点。
本发明的第6实施方式的电池组将电池单元设为圆筒电池。进而，本发明的第7实施方式的电池组将散热板设为沿着圆筒电池的外周面的形状。
本发明的第8实施方式的电池组具有壳体将废气排出到外部的排气开口，将排气开口在散热板与耐热罩中的任意的对置位置开口。
以上的电池组不使从排出间隙喷出的废气直接冲击壳体而产生热损伤，废气与散热板、耐热罩碰撞，进而在壳体内被扩散而衰减能量之后，从排气开口排出。因此，高温的废气不喷出到壳体的外部，能够可靠地阻止在壳体外废气接触空气而起火的弊端并提高安全性。
本发明的第9实施方式的电池组具有壳体将废气排出到外部的多个排气开口，使多个排气开口在下壳体的侧壁在长边方向上分离地配置。
在本发明的第10实施方式的电池组中，电池块将多个电池单元配置为多列。
本发明的第11实施方式的电池组具备与电池块连接的电路基板，将电路基板配置在下壳体的一对所述侧壁之间且在上壳体的内侧。
本发明的第12实施方式的电池组将电池单元设为非水系电解液二次电池。进而，本发明的第13实施方式的电池组将电池单元设为锂离子电池。
以下，基于附图来详细地说明本发明的实施方式。另外，在以下的说明中，根据需要采用表示特定的方向、位置的用语(例如，“上”、“下”以及包括这些用语的其他用语)，但这些用语的使用是用于使参照了附图的发明的理解变得容易，并不通过这些用语的意思来限制本发明的技术范围。此外，在多个附图中示出的同一符号的部分表示同一或者相同的部分或者构件。
进而，以下所示的实施方式表示本发明的技术思想的具体例，并不是将本发明限定为以下内容。此外，只要没有特定的记载，以下所记载的构成部件的尺寸、材质、形状以及其相对的配置等是想要进行例示的内容，并不是将仅本发明的范围仅限定于此的意思。此外，在一实施方式、实施例中说明的内容也能适用于其他实施方式、实施例。此外，附图所示的构件的大小、位置关系等为了清楚地进行说明，有时会进行放大。
(实施方式1)
图1～图4所示的电池组100具备：能够充电的多个电池单元1；收纳包括多个电池单元1的电池块10的壳体2；和安装在该壳体2中收纳的电池的保护电路等的电子部件的电路基板3。
(电池单元1)
电池单元1为在端面设置如果内压超过设定压力则打开的排出阀的圆筒电池。圆筒电池在圆筒状的金属壳体收纳电极和电解液。金属壳体成为在将底部密闭的筒状的外包装罐的开口部密封地固定封口板的密闭构造。将金属板冲压加工为筒状来制作外包装罐。经由绝缘材料的垫圈在外包装罐的开口部周缘进行铆接加工来密封地固定封口板。
虽然未图示，但为了防止由于金属壳体的内压异常地变高而产生破损，电池单元1在封口板设置排出阀。该电池单元1在封口板设置开口而排出内部的气体等的排出阀的开口部。其中，电池单元1也能够在外包装罐的底部设置排出阀及其开口部。排出阀如果内压超过设定压力、例如比1.5MPa高则打开，以防止内压上升所引起的金属壳体的破坏。排出阀在异常的状态下被打开。因此，在排出阀打开的状态下，电池单元1的温度也变得非常高。因此，从打开的排出阀排出的气体、电解液(喷出物)成为异常的高温。特别是，将电池单元1设为锂离子电池等非水系电解液二次电池的电池组的废气的温度成为400℃以上的异常的高温。进而，由于锂离子电池填充有非水系电解液，因而如果以高温被排出到壳体外，则有时会与空气中的氧接触而起火，进而成为异常的高温。不限于锂离子电池，在其他的能够充电的电池中，从打开的排出阀喷出的废气也成为高温，因而衰减废气的能量而将气体排出到壳体外从提高安全性的角度来说是重要的。
(电池块10)
电池块10以将电池单元1的端面对置的姿势配置在直线上，在相邻的电池单元1的对置的端面之间设置将从排出阀喷出的废气引导到外部的排出间隙12。图3的电池块10在长边方向上连结4组电池组装体11，并在直线上配置构成电池组装体11的电池单元1。进而，电池块10在直线上配置的电池单元1彼此之间设置排出间隙12。电池组装体11将电池单元1插入电池支架4并在固定位置配置电池单元1。电池支架4与壳体2的侧壁22平行地配置2列电池单元1。图中的电池块10在配置为2列的电池单元1的端面对置的位置且在直线上配置的电池单元1彼此之间设置废气的排出间隙12。电池块10以在排出间隙12配置的引线板13串联地连接在长边方向上配置的电池单元1。图3的电池块10在长边方向上将包括2列的电池单元1的电池组装体11排列为4行，将8个电池单元1串联和并联连接为2列4行。在图中的电池组100中，由2个电池单元1构成电池组装体11，由4组电池组装体11构成电池块10，在壳体2内配置电池块10，但本发明的电池组并不将在壳体中收纳的电池单元的个数、连接状态特定为图中的构造。
排出间隙12为将从排出阀喷出的废气引导到外部、并且通过引线板13连接电池组装体11的电池单元1的间隙。排出间隙12例如以1mm～5mm的宽度将从电池单元1的端面的排出阀喷出的废气向周围扩散并排出。
(壳体2)
壳体2由聚碳酸酯等的热塑性树脂制，将整体设为细长的箱形，在内部收纳连结多个电池单元1的电池块10和与该电池块10连接的电路基板3。聚碳酸酯制的壳体2能够承受低温到高温，并且耐冲击性优异。其中，本发明并不将壳体限定于聚碳酸酯，也能够使用能够在较大温度范围内使用的其他热塑性树脂、优选工程塑料。
图3的壳体2包括下壳体2A、密闭下壳体2A的开口部的上壳体2B和在下壳体2A的内侧配置的散热板5。下壳体2A为在图2中在细长的长方形的底板21的两侧设置侧壁22的槽型，且在侧壁22的内侧配置电池块10。上壳体2B将外周缘与下壳体2A连结，并密闭下壳体2A的上方开口部。图4所示的下壳体2A被设为弯曲形状，以使得两侧的侧壁22沿着圆筒电池，在底板21与侧壁22的内侧配置散热板5。散热板5为能够承受废气的温度的具有耐热性的金属板。散热板5阻止从排出阀喷射出的废气直接喷射到下壳体2A、上壳体2B，并吸收废气的热能使其向四方飞散。下壳体2A在侧壁22的长边方向上分离地设置将废气排出到外部的多个排气开口23。排气开口23在散热板5的对置位置、即散热板5的外侧开口。该电池组100使喷出到排出间隙12的废气与散热板5碰撞而衰减能量，使废气穿过电池块10与散热板5的间隙，进而使穿过散热板5与壳体2的间隙的废气扩散而从排气开口23排出到外部。
(散热板5)
散热板5配置在下壳体2A的内侧且与电池块10之间，使从电池单元1喷出的废气的能量衰减。散热板5适用导热特性比壳体2优异的板材。该散热板5吸收进行碰撞的废气的热能，将所吸收的热能迅速地向较大的面积扩散而热传导至下壳体2A，下壳体2A以较大的面积将热能散热到外部。
作为优选的导热特性的板材，散热板5使用金属板。特别是，散热板5适用铝(包含铝合金)板。铝板具有耐热性和优异的导热特性且较轻，因此能够在轻量化的同时能够迅速地扩散废气的热能而高效地散热。图4的电池组100将下壳体2A的侧壁22设为沿着圆筒电池的外周面的形状，在侧壁22与电池块10之间配置散热板5。在此配置的散热板5将在下壳体2A的底板21的内表面配置的部分设为平面状，将配置于侧壁22的内侧的部分设为沿着圆筒电池的外表面的弯曲形状。
散热板5在内侧配置电池块10，电池块10通过电池支架4在固定位置配置电池单元1，因此在散热板5的内侧配置有电池块10的电池组装体11。向内侧弯曲的散热板5能够将电池块10顺利地引导而配置在固定位置，并且设为电池块10的厚度的约一半的高度以使得能够将弯曲的侧壁部的内表面与电池块10的两侧面接触。散热板5通过与弯曲的电池块10的两侧面接触，从而能够使来自电池块10的导热高效，但如果在散热板5与电池块10之间有空气层，则空气层妨碍导热。这是因为，如果弯曲的散热板5比电池块10的厚度的一半高，则散热板5的上缘的开口宽度比电池块10的幅宽窄，难以将电池块10顺利地插入。
散热板5使侧壁部的内表面与电池块10两侧的弯曲面面接触，使底面部与电池块10的底面面接触，从而能够高效地吸收电池块10的热能。进而，散热板5使外侧面与下壳体2A的内表面面接触，从而能够将所吸收的热能高效地向下壳体2A导热。散热板5使用铝板作为导热特性优异的金属板，但也能够使用铝以外的金属板、例如铜板、或者具有耐热性且优异的导热特性的其他板材。
(耐热罩6)
进而，在散热板5的侧缘，在覆盖电池组装体11之间的排出间隙12的开口部的位置配置耐热罩6。耐热罩6也与散热板5同样地适用优异的耐热性和导热特性的铝等金属板。图3以及图4的电池组100将散热板5和耐热罩6设为1片金属板而将两者设为一体构造。该构造具有能够经由散热板5将耐热罩6配置为正确的配置的优点。耐热罩6在将电池块10配置在内侧的状态下弯曲并密闭排出间隙12的开口部，因此设为能够自由弯曲的金属板。将耐热罩6和散热板5设为1片金属板的构造能够配置为耐热罩6自由弯曲且在电池块10的排出间隙12的开口部的理想的位置没有位置偏离。
将散热板5与耐热罩6设为1片金属板并使耐热罩6自由弯曲的构造，在将电池块10引导到固定位置的状态下，如图3所示那样，作为将耐热罩6的上端侧扩展的状态而将电池块10向内侧引导，此后，如图2所示那样弯曲耐热罩6并配置在将电池块10的排出间隙12密闭的位置。如图2以及图4所示那样，耐热罩6通过在与散热板5的边界部分折弯，从而能够简单且迅速地变形并且密闭电池块10的排出间隙12。其中，耐热罩6也能够如图5所示那样弯曲为沿着电池单元1的外周面的形状。根据该构造，通过沿着排出间隙12的开口部弯曲的耐热罩6能够更有效地密闭排出间隙12，并能够可靠地衰减废气的能量。
耐热罩6的幅宽比排出间隙12更大以使得能够充分地覆盖排出间隙12的开口部。耐热罩6的幅宽例如比耐热罩6宽1mm以上，优选宽2mm以上，更优选宽3mm以上。过宽的耐热罩6沿着圆筒电池的表面弯曲而难以在理想的状态下密闭排出间隙12，因此幅宽例如设为20mm以下，优选设为15mm以下。图3的电池组100连结4组电池组装体11，因此在各个电池组装体11之间配置的排出间隙12成为3列。耐热罩6堵塞各个排出间隙12的开口部，因此图3的散热板5在侧缘沿着排出间隙12设置3列耐热罩6。即，设置使各个排出间隙12独立地进行密闭的多个耐热罩6。
能够加长耐热罩6，以扩大排出间隙12的开口部的密闭区域。图3的电池组100在电池块10的上表面配置电路基板3，设为将耐热罩6的前端缘与电路基板3的两侧缘接近的长度，由耐热罩6与电路基板3这两方覆盖排出间隙12的开口部。电路基板3为玻璃环氧树脂等热固化性树脂制且具有比热塑性树脂的壳体2优异的耐热性。该构造的电池组100由耐热特性比壳体2优异的散热板5、耐热罩6和电路基板3覆盖排出间隙12的开口部的几乎整周。如果在耐热罩6与电路基板3之间具有大的间隙，则由于废气穿过该间隙，因而该间隙尽可能地窄，例如设为2mm以下，优选设为1mm以下来抑制废气穿过。
(电路基板3)
电路基板3与电池单元1连接并安装实现电池单元1的保护电路的电子部件(未图示)。保护电路为防止电池单元1的过充电、过放电的电路、或者、防止过电流的电路、或者在温度异常地上升的状态下切断电流的电路。
以上的电池组100使从排出阀喷出到排出间隙12的废气与散热板5、耐热罩6和电路基板3碰撞而衰减能量，进而进行扩散并从在下壳体2A设置的排气开口23排出到壳体外。排气开口23配置在与散热板5的对置位置，以使得在使废气与散热板5和耐热罩6碰撞而衰减能量并扩散之后，排出到壳体2的外部。在与散热板5的对置位置配置的排气开口23在内侧具有散热板5且通过由散热板5扩散的排气开口23向壳体2的外部排气。图3的下壳体2A在下壳体2A的侧壁22在长边方向上分离地配置多个排气开口23。该电池组100使喷出到排出间隙12的废气与散热板5、耐热罩6碰撞并扩散，使所扩散的废气在壳体2内的间隙流动，从排出开口23向壳体2的外部排气。图2～图4的下壳体2A贴附被废气剥离或者熔融的标签7以密闭排气开口23的开口部。该电池组由标签7密闭排气开口23，能够防止异物侵入。
产业上的利用可能性
本发明能够有效地使用于将废气安全地排出的电池组。
-符号说明-
100...电池组
1...电池单元
2...壳体
2A...下壳体
2B...上壳体
3...电路基板
4...电池支架
5...散热板
6...耐热罩
7...标签
10...电池块
11...电池组装体
12...排出间隙
13...引线板
21...底板
22...侧壁
23...排气开口。

Claims (13)

1.一种电池组，具备：连接多个电池单元而成的电池块；和在内部配置所述电池块而成的壳体，
所述电池单元在端面具有如果内压超过设定压力则打开的排出阀，
构成所述电池块的多个电池单元设为以端面对置的姿势配置在直线上，
所述电池块在所述电池单元的对置的端面彼此之间具有将所述排出阀的废气引导到外部的排出间隙，
所述壳体具备：
在两侧具有侧壁，并将所述电池块配置在所述侧壁的内侧而成的下壳体；
密闭所述下壳体的开口部而成的上壳体；
配置在所述下壳体的内侧且与所述电池块之间而成的散热板；和
从所述散热板的侧缘突出并配置在覆盖所述排出间隙的开口的位置而成的自由弯曲的耐热罩。
2.根据权利要求1所述的电池组，其中，
所述散热板与所述耐热罩为导热率比所述下壳体的导热率优异的板材。
3.根据权利要求2所述的电池组，其中，
所述下壳体和所述上壳体由热塑性的塑料制，
所述散热板与所述耐热罩为金属板。
4.根据权利要求3所述的电池组，其中，
所述散热板与所述耐热罩为1片金属板。
5.根据权利要求3或4所述的电池组，其中，
所述散热板与所述耐热罩为铝板。
6.根据权利要求1～5中任一项所述的电池组，其中，
所述电池单元为圆筒电池。
7.根据权利要求6所述的电池组，其中，
所述散热板为沿着所述圆筒电池的外周面的形状。
8.根据权利要求1～7中任一项所述的电池组，其中，
所述壳体具有将废气排出到外部的排气开口，
所述排气开口在所述散热板与所述耐热罩中的任意的对置位置开口。
9.根据权利要求8所述的电池组，其中，
所述壳体具有将废气排出到外部的多个所述排气开口，
多个所述排气开口在所述下壳体的侧壁在长边方向上分离地配置。
10.根据权利要求1～9中任一项所述的电池组，其中，
所述电池块将多个所述电池单元配置为多列。
11.根据权利要求1～10中任一项所述的电池组，其中，
具备与所述电池块连接而成的电路基板，
所述电路基板配置在所述下壳体的一对所述侧壁之间且在所述上壳体的内侧。
12.根据权利要求1～11中任一项所述的电池组，其中，
所述电池单元为非水系电解液二次电池。
13.根据权利要求12所述的电池组，其中，
所述电池单元为锂离子电池。
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