CN116435672A - 电池模块 - Google Patents

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Abstract

电池模块具备多个单电池，单电池在一个端部配置有正极端子以及负极端子，多个单电池排列为一个端部在相同侧排列，并且形成由相邻的单电池排列而成的列构成的电池块，在排列的多个单电池的一个端部的上方配置有电绝缘性的板，在板上设有各单电池的正极端子以及负极端子露出的孔，并且在与单电池对置的面的相反侧的面上设有多个导电性构件，导电性构件沿着电池块中的单电池排列而成的列延伸，并对于一个电池块配置有两个，并且具备通过孔与一个电池块中包括的各单电池的相同极的端子连接的端子连接部。

Description

电池模块
本申请是2018年9月3日向中国国家知识产权局提出的题为“电池模块”的申请No.201880053649.6的分案申请。
技术领域
本发明涉及具备多个单电池的电池模块。
背景技术
近年来，从省资源、节能的观点出发，对能够反复使用的镍氢、镍镉、锂离子等二次电池的需求正在提高。其中，锂离子二次电池具有轻型并且电动势高、高能量密度的特征。因此，移动电话、数字相机、摄影机、笔记本型个人计算机等各种种类的携带型电子设备、移动体通信设备的驱动用电源的需求正在放大。
另一方面，为了减少化石燃料的使用量，为了削减CO2的排出量，作为机动车等电动机驱动用的电源，或者作为家庭用、产业用的电源，对电池模块的期待越来越大。作为这种电池模块的一个例子，为了得到所希望的电压、容量，能够举出搭载多个组电池而构成的电池模块，该组电池由多个单电池构成并将它们并联连接以及串联连接而成。在专利文献1中公开了这样的电池模块(电池组)，包括多个电池单元，该多个电池单元在该多个电池单元的第一端部处具有所述电池单元的第一端子，并且在该多个电池单元的所述第一端部处具有所述电池单元的第二端子的多个部分，所述多个电池单元的所述第一端部处于同一平面上配置状态，所述电池模块包括多个汇流条，该多个汇流条设置在所述多个电池单元的所述第一端部的附近，并且与所述多个电池单元的所述第一端子以及所述第二端子的所述部分耦合，使得将所述多个电池单元配置为串联连接、并联连接或者串联以及并联连接当中的一个连接状态。
在先技术文献
专利文献
专利文献1：JP特表2016-516273号公报
发明内容
然而，在专利文献1公开的电池模块中，电池单元的端子和汇流条的连接通过引线接合进行，因此连接工序中的连接加工的时间变长，成本也增大，并且该接合部分的电流密度为最高，因此虽然该接合部分发挥作为熔丝的功能，但是由于难以使接合线的长度、粗度在电池模块内为全部相同的长度、粗度，因此存在涉及熔丝特性的稳定性的问题。
本发明是鉴于上述点而完成的，其目的在于提供一种能够以低成本进行电池单元彼此的连接加工的电池模块。
本发明的电池模块具备多个单电池，所述单电池在一个端部配置有正极端子以及负极端子，所述多个单电池排列为所述一个端部在相同侧排列，并且形成由相邻的所述单电池排列而成的列构成的电池块，在排列的所述多个单电池的所述一个端部的上方配置有电绝缘性的板，在所述板上设有各所述单电池的所述正极端子以及所述负极端子露出的孔，并且在与所述单电池对置的面的相反侧的面上设有多个导电性构件，所述导电性构件具有如下结构：沿着所述电池块中的所述单电池排列而成的所述列延伸，并对于一个所述电池块配置有两个，并且具备通过所述孔与所述一个所述电池块中包括的各所述单电池的相同极的端子连接的端子连接部。
所述电池块可以具备多个排列有所述单电池的列。
所述导电性构件由板状的金属材料构成，也可以由金属板或金属箔构成。
所述端子连接部可以具备通过将电流的流路剖面积设为给定的面积以下而实现的熔丝功能。
也可以是所述电池块排列三个以上，配置在端以外的位置的所述导电性构件与一个所述电池块中的多个所述单电池的所述正极端子连接，并且与其他所述电池块中的多个所述单电池的所述负极端子连接。
在本发明中，在电绝缘性的板的面上设有多个导电性构件，其通过设置在电绝缘性的板上的孔与电池块内的各个单电池的相同极的端子连接，因此为简单的构造且能够容易地将多个单电池彼此的相同极彼此连接。
附图说明
图1是单电池的示意性的剖视图。
图2是实施方式所涉及的电池模块的示意性的立体图。
图3是放大了实施方式所涉及的电池模块的一部分的图。
图4是放大了实施方式所涉及的电池模块的一个单元的一个端部侧的图。
图5是示出导电性构件的一个例子的俯视图。
图6是示出导电性构件的另一个例子的俯视图。
图7是示出导电性构件的另一个例子的俯视图。
图8是示出导电性构件的另一个例子的俯视图。
图9是示出导电性构件的另一个例子的俯视图。
图10是示出导电性构件的另一个例子的俯视图。
具体实施方式
以下，根据附图详细说明本发明的实施方式。以下优选的实施方式的说明本质上只不过是例示，并不是意图对本发明、其应用物或者其用途进行限制的说明。在以下的附图中，为了简化说明，用相同的参照附图标记表示实质上具有相同的功能的结构要素。
(实施方式1)
<单电池>
图1是示意性地示出本发明的实施方式1中的电池模块中使用的单电池10的结构的剖视图。另外，本发明的电池模块中使用的电池可以是能够单体地作为笔记本型个人计算机等携带用电子设备的电源使用的电池(以下，将电池模块中使用的电池称为“单电池”)。在该情况下，能够将高性能的通用电池作为电池模块的单电池使用，因此能够更容易地实现电池模块的高性能化、低成本化。
本发明的电池模块中使用的单电池10例如能够采用图1所示那样的圆筒形的锂离子二次电池。该锂离子二次电池形成通常的结构，具备安全机构，该安全机构在由于内部短路等的发生而电池内的压力上升时，将气体释放到电池外。以下，参照图1说明单电池10的具体的结构。
如图1所示，将正极2和负极1经由隔离物3进行卷绕而成的电极组4与非水电解液一起收容在电池壳7中。在电极组4的上下，配有绝缘板9、110，正极2经由正极引线5与过滤器(filter)112接合，负极1经由负极引线6与兼做负极端子的电池壳7的底部接合。
过滤器112与内盖113连接，内盖113的突起部与金属制的阀板114接合。进而，阀板114与兼做正极端子8的端子板连接。而且，端子板、阀板114、内盖113以及过滤器112成为一体，并经由垫圈111对电池壳7的开口部进行封口。另外，电池壳7通过放置在垫圈111的上端并按压垫圈111，从而牢固地对电池壳7的开口部进行封口。放置在该垫圈111的上端的电池壳7的上端部分(负极端子7a)位于与端子板(正极端子8)相邻的位置，在圆筒的一侧的端部(在图中，上侧)存在正极端子8和负极端子7a。
若在单电池10中发生内部短路等而单电池10内的压力上升，则阀体114朝向端子板膨胀，若内盖113和阀体114的接合脱离，则电流路径被切断。若单电池10内的压力进一步上升，则阀体114断裂。由此，在单电池10内产生的气体经由过滤器112的贯通孔112a、内盖113的贯通孔113a、阀体114的裂口以及端子板的释放部8a向外部排出。
另外，将在单电池10内产生的气体向外部排出的安全机构不限于图1所示的构造，可以是其他的构造的安全机构。
<电池模块>
图2是本实施方式所涉及的电池模块100的示意性的立体图。另外，该图示出了为了说明而取下了罩等的内部构造。图3是放大了图2的一部分的图，图4是放大了电池模块100中的一个单电池10的正极端子8以及负极端子7a的部分的附图。
在电池模块100中，将配置有正极端子8以及负极端子7a的一个端部在图2中朝向上侧来排列多个单电池10、10、··。单电池10、10、··的另一端部填入电池保持架120而固定。单电池10、10、··在考虑到安全性的基础上最紧密地填充在电池模块100内，因此相邻的彼此大致接近地排列而形成列A、B、X、Y。两个列A、B构成电池块20。相邻的两个列X、Y构成另外的电池块。这些列笔直地延伸，多个列彼此相邻而平行地配置。在电池模块100的两侧端，分别配置有与这些列平行延伸的正极侧集电构件和负极侧集电构件，在它们的端部分别设有正极侧外部端子连接部130和负极侧外部端子连接部140。
在单电池10、10、··的一个端部的上方配置有绝缘板(电绝缘性的板)30。在绝缘板30上分别开设有与一个一个单电池10对应的孔31。孔31使各个单电池10的正极端子8和负极端子7a露出。在绝缘板30的与单电池10对置的面的相反侧的面上设有由板状的金属材料构成的导电性构件40。在绝缘板30上存在多个导电性构件40，各导电性构件40被狭缝44、44a、44b隔开，并分别电独立。
作为绝缘板30的材料，例如能够举出用环氧树脂将玻璃纤维固定而成的薄板、丙烯酸(PMMA)、聚碳酸酯(PC)等树脂制的板。作为导电性构件40的材料，例如能够举出铝、铜等。
在导电性构件40中，与孔31对置的部分的大部分被除去而同样地开有孔。然而，与正极端子8连接的正极端子连接部41和与负极端子7a连接的负极端子连接部43成为向导电性构件40的孔突出的形状。进而在绝缘板30的孔31的边缘部分，导电性构件40成为相对于孔31稍微伸出(overhang)的形状。通过设为这样伸出的形状，能够增大导电性构件40的面积，由此能够增大流过一个导电性构件40的电流量。此外，能够增大导电性构件40的表面积，由此能够增大散热量。
此外，负极端子连接部43当中、与导电性构件40的主体部分相连的连结部分42成为窄宽度的长方形状，设计成通过该连结部分42的每单位剖面积的电流密度在导电性构件40中最高。即，将流过连结部分42的电流的流路剖面积设为给定的面积以下，由此在流过过电流时连结部分42烧断，因此连结部分42承担熔丝的功能。
导电性构件40能够通过激光的切断加工、蚀刻等形成。通过进行这种加工，能够减小各个正极端子连接部41以及负极端子连接部43的形状、尺寸以及剖面积的偏差。因此，能够使负极端子连接部43的连结部分42烧断的电流量在任一连结部分42中都能够无偏差地设为恒定的量。
图5是示出多个导电性构件40’、200a、200b、··的整体的俯视图，但是为了使附图易于观察并且易于说明，使单电池10的根数比图2的电池模块100减少了。在使用图5所示的导电性构件40’、200a、200b、··的电池模块中，在纵方向上相邻的12根单电池10、10、··排列并构成一个列，该列存在12个。而且，该列以两个构成一个电池块，整体上存在六个电池块。另外，在图5中，未示出单电池10，但是以下对使用图5所示的导电性构件40’、200a、200b、··的电池模块(具有多个单电池10)进行说明。
在使用图5所示的导电性构件40’的电池模块中，由列A和列B构成第一电池块，由其相邻的列X和列Y构成第二电池块。各列分别由12根单电池10构成。此外，导电性构件40’、200a、200b、··沿着单电池10的列延伸。
在由列A和列B构成的第一电池块中，通过导电性构件200a连接列A、B的全部的单电池的负极端子。此外，在由列X和列Y构成的第二电池块中，通过导电性构件200a，连接列X、Y的全部的单电池的正极端子。即，导电性构件200a并联连接列A、B的全部的单电池的负极，并且并联连接列X、Y的全部的单电池的正极，进而串联连接列A、B的全部的单电池的负极和列X、Y的全部的单电池的正极。另外，多个导电性构件当中、配置在两端的导电性构件的一端的导电性构件仅并联连接一端侧的电池块的正极端子，另一端的导电性构件仅并联连接另一端侧的电池块的负极端子。
此外，对于由列X和列Y构成的第二电池块，配置连接有列X、Y的全部的单电池的正极端子的导电性构件200a和连接有列X、Y的全部的单电池的负极端子的导电性构件200b这两个导电性构件。这在任一电池块中都相同，对于一个电池块配置有两个导电性构件。
因此，图5所示的电池模块成为六个电池块串联连接而成的结构，该电池块通过并联连接24个(12根×2列)的单电池而构成。而且，分别配置在电池模块的两侧端的一端以及另一端的导电性构件分别与分别配置在电池模块的两侧端的正极侧集电构件以及负极侧集电构件电连接。因此，能够从分别设置在电池模块的两侧端的正极侧外部端子连接部和负极侧外部端子连接部输出单电池的24并联6串联的电力。
在本实施方式中，能够通过将开设有孔的绝缘板和由金属箔构成的导电性构件的组合来进行来自各单电池的集电，因此构造简单且能够降低制造成本。此外，由于导电性构件由金属箔构成，因此能够通过蚀刻等高精度地且以低成本进行加工，与各单电池连接的具有熔丝功能的部分也分别能够在一个电池模块内将断裂电流量的偏差抑制得较小。
此外，由于通过一个金属箔进行与单电池的端子的连接和集电，因此能够将集电的损失抑制得较小。另外，若使用18650作为单电池，使用厚度150μm的A1箔作为导电性构件，则将连结部的宽度设为1mm，将正极端子连接部的宽度设为3mm，将相邻的导电性构件的孔间的最小尺寸设为8mm，则能够流过2A/单元的电流。
进而，若单电池内的压力上升，从而单电池内产生的气体向单电池的外部排出，则该排出口仅由作为金属箔的导电性构件堵塞，因此金属箔断裂从而气体容易排出，且单电池内的压力不会上升过多。
由于能够比较自由地设计正极端子连接部以及负极端子连接部的形成的位置、形状等，因此能够设为难以产生内部短路的设计，能够提高安全性。
由于正极端子连接部以及负极端子连接部由金属箔构成，因此通过焊接等能够比较容易并且可靠地进行正极端子连接部和正极端子以及负极端子连接部和负极端子的连接，能够降低制造成本。
(实施方式2)
在实施方式2中，由于使用与实施方式1不同的形状的导电性构件，单电池、其以外的部分几乎与实施方式1相同，因此以下说明与实施方式1不同的部分。
图6中示出实施方式2所涉及的导电性构件50、201a、201b、··。在实施方式2中，单电池10排列的列进行排列的方向与实施方式1所示的列相差90度，在图的左右的方向上排列，列内的相邻的单电池10稍微分离，一个列排列有六根单电池10、10、··。列的数量为24。
在本实施方式中，形成由列J、K、L、M构成的第一电池块以及由列R、S、T、U构成的第二电池块，单电池10的列以四个形成一个电池块。
在第一电池块中，通过导电性构件201a连接四个列J、K、L、M的全部的单电池的负极端子。此外，在第二电池块中，通过导电性构件201a，连接四个列R、S、T、U的全部的单电池的正极端子。此外，在第二电池块中，四个列R、S、T、U的全部的单电池的负极端子通过导电性构件201b连接。
此外，虽然未图示，但是在本实施方式中，正极侧集电构件和负极侧集电构件在与实施方式1的它们所延伸的方向正交的方向上延伸。
在本实施方式中，也起到与实施方式1相同的效果。
(实施方式3)
在实施方式3中，使用与实施方式1不同的形状的导电性构件，单电池、其以外的部分与实施方式1相同，因此以下说明与实施方式1不同的部分。
图7中示出实施方式3所涉及的导电性构件60、202a、202b、··。
在本实施方式中，形成由列A1、B1、C1构成的第一电池块以及列由X1、Y1、Z1构成的第二电池块，单电池10的列以三个形成一个电池块。
在第一电池块中，通过导电性构件202a连接三个列A1、B1、C1的全部的单电池的负极端子。此外，在第二电池块中，通过导电性构件202a，连接三个列X1、Y1、Z1的全部的单电池的正极端子。此外，在第二电池块中，三个列X1、Y1、Z1的全部的单电池的负极端子通过导电性构件202b连接。
在本实施方式中，也起到与实施方式1相同的效果。
(实施方式4)
在实施方式4中，使用与实施方式2不同的形状的导电性构件，单电池、其以外的部分与实施方式2相同，因此以下说明与实施方式2不同的部分。
图8中示出实施方式4所涉及的导电性构件70、203a、203b、··。
在本实施方式中，形成由列J1、K1、L1、M1、N1、O1构成的第一电池块以及由列R1、S1、T1、U1、V1、W1构成的第二电池块，单电池10的列以六个形成一个电池块。
在第一电池块中，通过导电性构件203a连接六个列J1、K1、L1、M1、N1、O1的全部的单电池的负极端子。此外，在第二电池块中，通过导电性构件203a连接六个列R1、S1、T1、U1、V1、W1的全部的单电池的正极端子。此外，在第二电池块中，六个列R1、S1、T1、U1、V1、W1的全部的单电池的负极端子通过导电性构件203b连接。
此外，虽然未图示，但是在本实施方式中，正极侧集电构件和负极侧集电构件在与实施方式1的它们所延伸的方向正交的方向上延伸。
在本实施方式中，也起到与实施方式1相同的效果。
(实施方式5)
在实施方式5中，使用与实施方式1不同的形状的导电性构件，单电池、其以外的部分与实施方式1相同，因此以下说明与实施方式1不同的部分。
图9中示出实施方式5所涉及的导电性构件80、204a、204b、··。
在本实施方式中，形成由列A2构成的第一电池块以及由列X2构成的第二电池块，单电池10的列以一个形成一个电池块。
在第一电池块中，通过导电性构件204a，连接列A2的全部的单电池的负极端子。此外，在第二电池块中，通过导电性构件204a，连接列X2的全部的单电池的正极端子。此外，在第二电池块中，列X2的全部的单电池的负极端子通过导电性构件204b连接。
在本实施方式中，也起到与实施方式1相同的效果。
(实施方式6)
在实施方式6中，使用与实施方式2不同的形状的导电性构件，单电池、其以外的部分与实施方式2相同，因此以下说明与实施方式2不同的部分。
图10中示出实施方式6所涉及的导电性构件90、205a、205b、··。
在本实施方式中，形成由列J2、K2构成的第一电池块以及由列R2、S2构成的第二电池块，单电池10的列以两个形成一个电池块。
在第一电池块中，通过导电性构件205a，连接两个列J2、K2的全部的单电池的负极端子。此外，在第二电池块中，通过导电性构件205a，连接两个列R2、S2的全部的单电池的正极端子。此外，在第二电池块中，两个列R2、S2的全部的单电池的负极端子通过导电性构件205b连接。
此外，虽然未图示，但是在本实施方式中正极侧集电构件和负极侧集电构件在与实施方式1的它们所延伸的方向正交的方向上延伸。
在本实施方式中，也起到与实施方式1相同的效果。
(其他的实施方式)
上述实施方式是本申请发明的例示，本申请发明不限于这些例子，可以将公知技术、惯用技术、公知技术与这些例子组合，或者进行一部分置换。此外，本领域技术人员容易想到的改变发明也包括在本申请发明中。
优选绝缘板和导电性构件通过粘结剂等固定。例如，在制造成本、精度方面，优选通过将金属箔与开设有孔的绝缘板贴合，并用蚀刻等对该金属箔进行加工，从而形成导电性构件的方法。
只要正极端子和负极端子露出即可，绝缘板的孔的形状可以是任何形状。
导电性构件的材料以及厚度可以根据电池模块的容量、充放电速率的设定等设计值来适当设定即可。可以使用金属箔，也可以使用金属板。
承担熔丝的功能的部分可以是正极侧的端子连接部。此外，为了发挥熔丝功能，将电流的流路剖面积设为给定的面积以下，由于该给定的面积根据各个电池模块而不同，因此只要考虑每列的单电池的根数、构成电池块的列的数量、导电构件的材料和厚度、面积、电池模块的充放电速率的设定等来设定给定的面积即可。
附图标记说明
7a负极端子
8正极端子
10单电池
20电池块
30绝缘板(电绝缘性的板)
31孔
40、40’导电性构件
41正极端子连接部
42连结部分
43负极端子连接部
50、60、70、80、90导电性构件
100电池模块
200a、200b导电性构件
201a、201b导电性构件
202a、202b导电性构件
203a、203b导电性构件
204a、204b导电性构件
205a、205b导电性构件
A、B、X、Y列
A1、B1、C1列
A2、X2列
J、K、L、M列
J1、K1、L1、M1、N1、O1列
J2、K2、R2、S2列
R、S、T、U列
R1、S1、T1、U1、V1、W1列
X1、Y1、Z1列。

Claims (3)

1.一种电池模块，具备多个单电池，其中，
所述单电池在一个端部配置有第一电极端子以及第二电极端子，
所述多个单电池排列为所述一个端部在相同侧排列，并且形成由相邻的所述单电池构成的电池块，
在排列的所述多个单电池的所述一个端部的上方配置有电绝缘性的板，
在所述板上设有各所述单电池的构成第二电极端子的电池壳露出的孔，并且在与所述单电池对置的面的相反侧的面上设有由板状的金属材料构成的多个导电性构件，
所述多个导电性构件相互分离地排列，
所述多个导电性构件对于一个所述电池块具有与第一电极端子连接的第一导电性构件和与第二电极端子连接的第二导电性构件，
所述第二导电性构件具备通过所述孔与所述一个所述电池块中包括的各所述单电池的所述电池壳直接连接的端子连接部。
2.根据权利要求1所述的电池模块，其中，
所述端子连接部具备通过将电流的流路剖面积设为给定的面积以下而实现的熔丝功能。
3.根据权利要求1所述的电池模块，其中，
所述电池块排列三个以上，
所述多个导电性构件中的配置在端以外的位置的所述导电性构件与一个所述电池块中的多个所述单电池的所述第一电极端子连接，并且与其他所述电池块中的多个所述单电池的所述第二电极端子连接。
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