CN116895888A - 蓄电池封装体 - Google Patents

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Abstract

本发明提供能够不对二次电池单体施加负荷而在全方向上抑制蓄电池模块的挠曲、扭曲的蓄电池封装体。并且，本发明的方案有助于能量的效率化。本发明的蓄电池封装体具备：多个固态电池单体的层叠体；端板，其分别连接于层叠体的层叠方向的两端；第一壁构件，其分别经由第一自调心机构而连接于两端的端板；以及支承构件，其支承第一壁构件，第一自调心机构包括球状构件、以及在球状构件的表面能够滑动的两个板状构件，一方的板状构件连接于端板，另一方的板状构件连接于第一壁构件。

Description

蓄电池封装体
本申请基于2022年3月31日申请的日本国专利申请第2022-060272号来主张优先权，并将其内容援用于此。
技术领域
本发明涉及一种蓄电池封装体。
背景技术
近年来，为了能够确保更多的人获得合适、可靠、可持续且先进的能量，正在进行对能量的效率化做出贡献的二次电池所相关的研究开发。在近年开发出的车辆中，构成一般的电子设备的蓄电池模块在被安装成封装体的蓄电池封装体的状态下搭载。
具备二次电池单体的蓄电池封装体中存在如下课题。搭载于车辆的蓄电池封装体中，因车辆的振动而被加压了的蓄电池模块容易发生挠曲、扭曲，构成蓄电池模块的二次电池单体有可能破损。
日本特开2021-096989号中公开了一种构成蓄电池模块(电池堆)的二次电池单体的层叠体即便在层叠方向上被加压了的状态下也抑制挠曲的发生的技术。该技术通过在对层叠体的两端进行按压的爪构件的表面设置倾斜，吸收层叠体的封装体侧的膨胀，来实现。
发明内容
在日本特开2021-096989号的技术中，向蓄电池模块的封装体侧凸出的挠曲被强制抑制。因此，有可能对构成蓄电池模块的二次电池单体施加大的负荷、二次电池单体破损。另外，在日本特开2021-096989号的技术中，虽然能够抑制向蓄电池模块的封装体侧凸出的挠曲，但是难以抑制向其他侧的挠曲。
本发明的方案的目的在于提供一种能够不对二次电池单体施加负荷而在全方向上抑制蓄电池模块的挠曲、扭曲的蓄电池封装体。并且，本发明的方案有助于能量的效率化。
本发明方案采用以下的结构。
(1)本发明的一方案所涉及的蓄电池封装体具备：多个固态电池单体的层叠体；端板，其分别连接于所述层叠体的层叠方向的两端；第一壁构件，其分别经由第一自调心机构而连接于所述两端的所述端板；以及支承构件，其支承所述第一壁构件，所述第一自调心机构包括球状构件、以及在所述球状构件的表面能够滑动的两个板状构件，一方的板状构件连接于所述端板，另一方的板状构件连接于所述第一壁构件。
根据该结构，固态电池单体的层叠体经由第一自调心机构而固定于第一壁构件、支承构件等固定构件。因此，层叠体成为与固定构件点接触了的状态，因此能够使由固态电池单体的膨胀等引起的层叠体的挠曲、曲折在全方向上缓和而抑制该挠曲、曲折。
另外，根据该结构，因从固定构件侧传来的扭曲等产生的压力通过经由第一自调心机构而被均匀化，相对于层叠体无论从怎样的角度均施加等压，因此能够实现对固态电池单体不施加大的负荷的状态。
(2)在所述(1)所述的蓄电池封装体中，优选的是，在所述端板与所述第一壁构件之间具备从所述端板或所述第一壁构件突出的突出部。
根据该结构，通过具备突出部，能够抑制在层叠体挠曲了时端板接近第一壁构件这一情况，其结果是，能够抑制层叠体过度挠曲。
(3)在所述(2)所述的蓄电池封装体中，优选的是，在隔着所述第一自调心机构而与所述支承构件相反一侧具备所述突出部。
根据该结构，在设想相对最大地挠曲一侧具备突出部，因此能够以最大限度发挥过度的挠曲的抑制效果。
(4)在所述(2)或(3)所述的蓄电池封装体中，优选的是，所述突出部的前端面随着靠近所述支承构件而远离所述突出部的后端面。
根据该结构，能够在层叠体挠曲了时相对于与突出部接近的端板或第一壁构件而使突出部的前端面的整体面接触。能够增大突出部相对于端板或第一壁构件的接触面积，因此能够以稳定了的状态抑制层叠体的过度的挠曲。
(5)在所述(2)～(4)中任一项所述的蓄电池封装体中，优选的是，所述层叠体及所述端板与所述支承构件分离。
根据该结构，不会因与支承构件的接触而妨碍固态电池单体的体积膨胀等引起的层叠体的曲折。因此，能够回避在妨碍了层叠体的曲折的情况下在层叠体内的固态电池单体产生应力而固态电池单体破损的问题。
(6)本发明的另一方案所涉及的蓄电池封装体具备：多个固态电池单体的层叠体；第二壁构件，其分别连接于所述层叠体的层叠方向的两端；端板，其分别经由第二自调心机构而连接于所述两端的所述第二壁构件；第一壁构件，其连接于所述端板；以及支承构件，其支承所述第一壁构件，所述第二自调心机构包括球状构件、以及在所述球状构件的表面能够滑动的两个板状构件，一方的板状构件连接于所述第二壁构件，另一方的板状构件连接于所述端板。
根据该结构，固态电池单体的层叠体经由第二自调心机构而固定于第一壁构件、支承构件等固定构件。因此，层叠体成为与固定构件点接触了的状态，因此能够使由固态电池单体的膨胀等引起的层叠体的挠曲、曲折在全方向上缓和而抑制该挠曲、曲折。
另外，根据该结构，因从固定构件侧传来的扭曲等引起的压力通过经由第二自调心机构而被均匀化，相对于层叠体无论从怎样的角度均施加等压，因此能够实现对固态电池单体不施加大的负荷的状态。
(7)在所述(6)所述的蓄电池封装体中，优选的是，在所述第二壁构件与所述端板之间具备从所述第二壁构件或所述端板突出的突出部。
根据该结构，通过具备突出部，能够抑制在层叠体挠曲了时分散板接近端板这一情况，其结果是，能够抑制层叠体过度挠曲。
(8)在所述(7)所述的蓄电池封装体中，优选的是，在隔着所述第二自调心机构而与所述支承构件相反一侧具备所述突出部。
根据该结构，在设想相对最大地挠曲一侧具备突出部，因此能够最大限度地发挥过度的挠曲的抑制效果。
(9)在所述(7)或(8)所述的蓄电池封装体中，优选的是，所述突出部的前端面随着靠近所述支承构件而远离所述突出部的后端面。
根据该结构，能够在层叠体挠曲了时相对于与突出部接近的分散板或端板使突出部的前端面的整体面接触。能够增大突出部相对于分散板或端板的接触面积，因此能够在稳定了的状态下抑制层叠体的过度的挠曲。
(10)在所述(6)～(9)中任一项所述的蓄电池封装体中，优选的是，所述层叠体及所述第二壁构件与所述支承构件分离。
根据该结构，不会因与支承构件的接触而妨碍固态电池单体的体积膨胀等引起的层叠体的曲折。因此，能够回避在妨碍了层叠体的曲折的情况下在层叠体内的固态电池单体产生应力而固态电池单体破损的问题。
根据本发明的方案，能够提供能不对二次电池单体施加负荷而在全方向上抑制蓄电池模块的挠曲、扭曲的蓄电池封装体，进而能够有助于能量的效率化。
附图说明
图1A是本发明的第一实施方式的蓄电池封装体的俯视图。
图1B是将图1A的蓄电池封装体中的自调心机构的附近的区域放大后的图。
图2是同实施方式中的蓄电池模块的剖视图。
图3是本发明的第二实施方式的蓄电池封装体的剖视图。
图4是本发明的第三实施方式的蓄电池封装体的俯视图。
图5是同实施方式中的蓄电池封装体的剖视图。
图6是同实施方式的变形例1所涉及的蓄电池封装体的剖视图。
图7是同实施方式的变形例2所涉及的蓄电池封装体的剖视图。
图8是同实施方式的变形例3所涉及的蓄电池封装体的剖视图。
图9A是本发明的第四实施方式的蓄电池封装体的剖视图。
图9B是将图9A的蓄电池封装体中的突出部的附近的区域放大后的图。
具体实施方式
以下，使用附图来详细说明适用本发明的实施方式的蓄电池封装体。需要说明的是，以下的说明中使用的附图为了使特征易懂而有时权宜地将成为特征的部分放大示出，各构成要素的尺寸比率等未必与实际相同。另外，在以下的说明中例示的材料、尺寸等是一例，本发明并不限定于此，能够在不变更其主旨的范围内适当变更而实施。
<第一实施方式>
图1A是本发明的第一实施方式的蓄电池封装体100的俯视图。蓄电池封装体100主要具备多个固态电池单体的层叠体101、一对端板102、一对自调心机构103、一对第一壁构件104、连结构件105及支承构件106。图1B是将图1A的蓄电池封装体100中的第一自调心机构103的附近的区域放大后的图。
构成层叠体101的多个固态电池单体(未图示)设为在Y方向上层叠。层叠的多个固态电池单体分别具备正极集电体、正极活性物质、固态电解质、负极活性物质、负极集电体，设为它们以在Y方向上直接重叠或隔着其他构件而重叠的方式层叠而成。
在层叠体101的层叠方向L的两端分别连接有一对端板102中的任意的端板102。一方的第一端板102A以与固态电池单体101的层叠方向L上的一端L1相接的方式配置，另一方的第二端板102B以与同层叠方向上的另一端L2相接的方式配置。
约束机构(未图示)设为隔着第一端板102A及第二端板102B从两端L1、L2对多个固态电池单体101沿层叠方向L按压，并约束全固态电池单体101。作为约束机构，例如可举出将层叠的全固态电池单体101的周围包围的带束状的约束机构(约束环箍等)，但也可以是其他形态的约束机构。
相对于层叠体101的两端的端板102(102A、102B)分别与层叠体101相反一侧经由自调心机构103(第一自调心机构103A)而连接有第一壁构件104(104A、104B)。即，端板102A经由第一自调心机构103A而连接于第一壁构件104A，端板102B经由第一自调心机构103A而连接于第一壁构件104B。第一壁构件104A、104B分别由支承构件(封装体)106支承。第一壁构件104A与第一壁构件104B也可以经由一个或两个以上的连结构件105连结。
自调心机构103由球状构件107、以及在球状构件107的表面能够滑动的两个板状构件108(108A、108B)构成，板状构件108A安装于端板102，板状构件108B安装于第一壁构件104。任意的板状构件108A、108B均在相对于球状构件107滑动的面上具有凹陷部。球状构件107的一部分嵌入板状构件108A的凹陷部，球状构件107的另一部分嵌入板状构件108B的凹陷部。球状构件107在被板状构件108A和板状构件108B夹着的状态下被把持。
通过经由自调心机构103，端板102及层叠体101相对于第一壁构件104以点接触了的状态被固定。因此，因支承构件106的扭曲而产生的压力在自调心机构103处被均匀化，相对于构成层叠体101的固态电池单体无论从怎样的角度均施加等压。
从相对于第一壁构件104维持端板102及层叠体101的点接触状态的观点出发，球状构件107例如只要是高速钢、铬钼钢等强硬度材料、SUS即可，优选由SUS440C、SUS630这样的硬度的材料构成，并具有第一壁构件以上的硬度。在第一壁构件104由SUS304(硬度187：换算为维氏硬度HV)、铝合金(硬铝：duralumin)(硬度155)构成的情况下，球状构件107优选具有高于它们的200以上的硬度。
图2是将图1A、图1B的蓄电池封装体100沿着A-A线切断时的剖视图。层叠体101因固态电池单体的体积膨胀等而向所有方向曲折。在妨碍了该曲折的情况下，向层叠体101内的固态电池单体施加负荷，固态电池单体有可能破损。于是，为了不妨碍层叠体101的曲折，优选的是，至少层叠体101及端板102从支承构件106分离。
根据以上所述，在本实施方式的蓄电池封装体100中，固态电池单体的层叠体101经由自调心机构103而固定于第一壁构件、支承构件等固定构件。因此，层叠体101成为与固定构件点接触了的状态，因此能够使由固态电池单体101的膨胀等引起的层叠体101的挠曲、曲折在全方向上缓和而抑制该挠曲、曲折。
另外，因从固定构件侧传来的扭曲等产生的压力通过经由自调心机构103而被均匀化，相对于层叠体101无论从怎样的角度均施加等压，因此能够实现对固态电池单体不施加大的负荷的状态。本实施方式通过提供这样的蓄电池封装体100，从而能够有助于能量的效率化。
<第二实施方式>
图3是本发明的第二实施方式的蓄电池封装体110的俯视图。在蓄电池封装体110中，在固态电池单体的层叠体101的层叠方向的两端分别连接有分散板(第二壁构件)111(111A、111B)，在分散板111与端板102(102A、102B)之间安装有自调心机构103(第二自调心机构103B)。端板102A、102B分别连接于由支承构件106支承的第一壁构件104A、104B。分散板111具有使由自调心机构103B产生的压力以对层叠体101的各端面的整体均匀施加的方式分散的功能。层叠体101及分散板111优选与支承构件106分离。蓄电池封装体110的其他结构与上述蓄电池封装体100同样，至少起到与蓄电池封装体100同样的效果。关于与蓄电池封装体100对应的部位，以相同的附图标记示出。
本实施方式的端板102A、102B经由第一壁构件104A、104B而固定于支承构件106，设想以将在两端配备了自调心机构103B的层叠体(电池堆体：cell stack)101插入所固定的端板102A与102B之间的方式构成的形态。若是该形态的蓄电池封装体110，则能够保持载荷不变而不产生使端板102紧固连结于层叠体101的作业来制造该蓄电池封装体110。
<第三实施方式>
图4是本发明的第三实施方式的蓄电池封装体120的俯视图。图5是将图4的蓄电池封装体120沿着A-A线切断时的剖视图。蓄电池封装体120在端板102与第一壁构件104之间具备从端板102或第一壁构件104突出的突出部109。蓄电池封装体120的其他结构与上述蓄电池封装体100同样，至少起到与蓄电池封装体100同样的效果。关于与蓄电池封装体100对应的部位，以相同的附图标记示出。
图4、5所示的突出部109的结构是一例。突出部109设为与端板102和第一壁构件104中的仅任一方连接，与端板102和第一壁构件104中的另一方分离。在此，例示了突出部109具有沿Y方向延伸的棒状(柱状等)，一端连接于第一壁构件104，另一端从端板102分离的结构。通过具备突出部109，能够抑制在层叠体101挠曲了时端板102接近第一壁构件104这一情况，其结果是，能够抑制层叠体101过度挠曲。
在支承构件106侧，层叠体101的挠曲的大小被限制，相对于此，在与支承构件106相反一侧，由于周围开放，因此层叠体101的挠曲不被限制而变大。因此，突出部109优选配备于挠曲相对变大一侧，最优选配备于与支承构件106相反一侧。
图6是第三实施方式的变形例1所涉及的蓄电池封装体130的剖视图。突出部109也可以连接于第一壁构件104与端板102之间的多个部位。例如图6所示那样，只要连接于与支承构件106相反一侧(上侧)、以及支承构件106侧(下侧)这两部位，则不仅能够抑制由层叠体101的上侧的膨胀引起的过度的曲折也能够抑制由下侧的膨胀引起的过度的曲折。
图7是第三实施方式的变形例2所涉及的蓄电池封装体140的剖视图。突出部109也可以不连接于第一壁构件104而连接于端板102。例如，也可以是，如图7所示那样，突出部109中的一端连接于端板102，另一端从第一壁构件104分离的状态。在此，例示了在第一壁构件104与端板102之间突出部109仅连接于一部位的情况，但也可以与变形例1同样地连接于多个部位。
图8是第三实施方式的变形例3所涉及的蓄电池封装体150的剖视图。自调心机构103至少配备于层叠体101的一端L1侧和另一端L2侧这两部位即可。例如，也可以与第二实施方式同样地在分散板111与端板102之间配备自调心机构103(第二自调心机构103B)。在此，例示了在分散板111与端板102之间突出部109仅连接于一部位的情况，但也可以与变形例1同样地连接于多个部位。
<第四实施方式>
图9A是本发明的第四实施方式的蓄电池封装体160的剖视图。示出了因固态电池单体的体积膨胀等而层叠体101挠曲，端板102的上端部接近于第一壁构件104的状态。图9B是将图9A的蓄电池封装体160中的突出部109的附近的区域放大后的图。
在蓄电池封装体160中，突出部109的表面中的与端板102或第一壁构件104的上端部接近(对置)的前端面109a相对于支承构件106的表面的法线方向(Z方向)倾斜。即，突出部109的前端面109a以随着靠近支承构件106而远离突出部109的后端面(与端板102或第一壁构件104连接的面)的方式倾斜。在此，例示了与端板102接近的突出部的前端面109a倾斜的情况。蓄电池封装体160的其他结构与上述蓄电池封装体120同样，至少起到与蓄电池封装体120同样的效果。关于与蓄电池封装体120对应的部位，以相同的附图标记示出。
通过突出部的表面109a这样倾斜，能够相对于在层叠体101挠曲了时旋转的端板的表面102a使突出部的表面109a整体面接触。即，能够增大突出部109相对于端板102的接触面积。因此，在本实施方式中，与相对于接近的端板102的表面102a而仅突出部的表面109a的一部分接触这样的情况相比，能够以更稳定了的状态抑制层叠体101的过度的挠曲。
需要说明的是，本实施方式中的表面109a的朝向(倾斜方向)设想如图9A所示那样层叠体101向与支承构件106相反一侧(上侧)挠曲了的状态而设定。也可以设想为向其他侧挠曲了的状态，并使用具有不同的倾斜面的突出部109。例如，针对向支承构件侧(下侧)的挠曲，适合以随着远离支承构件106而向层叠体101侧扩展的方式倾斜的表面109a，也可以使用具有这样的表面109a的突出部109。
也可以在第一壁构件104与端板102之间在比第一自调心机构103A靠近支承构件106一侧具备突出部110。在该情况下，能够抑制支承构件106侧凸出这样的层叠体101的弯曲(挠曲)，能够防止弯曲了的层叠体101与支承构件106接触而层叠体101中的电池单体侧面部损伤这一情况。

Claims (10)

1.一种蓄电池封装体，其特征在于，
所述蓄电池封装体具备：
多个固态电池单体的层叠体；
端板，其分别连接于所述层叠体的层叠方向的两端；
第一壁构件，其分别经由第一自调心机构而连接于所述两端的所述端板；以及
支承构件，其支承所述第一壁构件，
所述第一自调心机构包括球状构件、以及在所述球状构件的表面能够滑动的两个板状构件，一方的板状构件连接于所述端板，另一方的板状构件连接于所述第一壁构件。
2.根据权利要求1所述的蓄电池封装体，其特征在于，
在所述端板与所述第一壁构件之间具备从所述端板或所述第一壁构件突出的突出部。
3.根据权利要求2所述的蓄电池封装体，其特征在于，
在隔着所述第一自调心机构而与所述支承构件相反一侧具备所述突出部。
4.根据权利要求2或3所述的蓄电池封装体，其特征在于，
所述突出部的前端面随着靠近所述支承构件而远离所述突出部的后端面。
5.根据权利要求2或3所述的蓄电池封装体，其特征在于，
所述层叠体及所述端板与所述支承构件分离。
6.一种蓄电池封装体，其特征在于，
所述蓄电池封装体具备：
多个固态电池单体的层叠体；
第二壁构件，其分别连接于所述层叠体的层叠方向的两端；
端板，其分别经由第二自调心机构而连接于所述两端的所述第二壁构件；
第一壁构件，其连接于所述端板；以及
支承构件，其支承所述第一壁构件，
所述第二自调心机构包括球状构件、以及在所述球状构件的表面能够滑动的两个板状构件，一方的板状构件连接于所述第二壁构件，另一方的板状构件连接于所述端板。
7.根据权利要求6所述的蓄电池封装体，其特征在于，
在所述第二壁构件与所述端板之间具备从所述第二壁构件或所述端板突出的突出部。
8.根据权利要求7所述的蓄电池封装体，其特征在于，
在隔着所述第二自调心机构而与所述支承构件相反一侧具备所述突出部。
9.根据权利要求7或8所述的蓄电池封装体，其特征在于，
所述突出部的前端面随着靠近所述支承构件而远离所述突出部的后端面。
10.根据权利要求6～8中任一项所述的蓄电池封装体，其特征在于，
所述层叠体及所述第二壁构件与所述支承构件分离。
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