CN1490890A - 密封型蓄电池和电池模块 - Google Patents

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Abstract

本发明的密封型蓄电池，具有横剖面形状为长圆形或长方形的金属制的外壳、对外壳的一端开口进行封口的金属制的封口板、以及极板组，构成将极板组与电解液一起收容在外壳内，在外壳的两侧的长侧面上、沿底面与开口之间形成有连续或断续的多个突条，故能提高冷却性能并能提高外壳的侧面的强度。

Description

密封型蓄电池和电池模块
技术领域
本发明涉及密封型蓄电池和电池模块，尤其涉及将极板组收容在横剖面形状为长圆形或长方形的金属制外壳内而构成的密封型蓄电池及将其串联连接的电池模块。
背景技术
作为电动汽车和混合型车电源所使用的密封型蓄电池，已被实用的有锂离子蓄电池和镍氢电池等。
作为这种密封型蓄电池已知有以下结构，例如，如图12所示，将带状的正极板51和负极板52通过隔板53卷绕成涡卷状的极板组54与电解液一起收容在金属制的圆筒形的外壳55内，并从正极板51和负极板52的适当部位将正极接头56和负极接头57分别向相反侧部延伸出，将向下侧延伸出的负极接头57与外壳55的底面焊接，将向上侧延伸的正极接头56与对外壳55的开口进行封口的封口板58进行焊接，将该封口板58通过密封垫片59对外壳55的开口部进行密封固定。
但是，在如图12所示的结构中，由于通过正极接头56而将正极板51与封口板58连接、通过负极接头57而将负极板52与外壳55连接，故接触电阻大，因此存在电池的内部电阻变大而输出特性和大电流放电特性不良的问题。另外，由于零件个数和组装工时增多，故还存在零件成本和生产成本的比例增高的问题。
另外，由于外壳55是圆筒形，能收容在一定容积内的电池个数较少，尤其为了防止电池温度的上升而在电池之间形成冷却通路时空间效率进一步变差。另外，由于剖面形状为圆形，对于电池中心部的冷却性能较差，故存在每电池输出的容积效率较差的问题。
另外，本申请人为了解决上述问题，提出过以下方案：对多个立方体状的蓄电池外壳设置将其短侧面共用并连接成一体构成的合成树脂制的方形蓄电池外壳，将极板组与电解液一起收容配置在各蓄电池外壳内构成单电池，并将各单电池在方形蓄电池外壳内串联连接而构成电池模块。
但是，由于是合成树脂制的方形蓄电池外壳，故在长期使用中不能完全防止气体从电池内漏出，存在电池性能降低的问题。另外，由于合成树脂的热传导率不大，故存在电池冷却效率低、高输出受到限制的问题。另外，由于各单电池中发生的内压引起蓄电池外壳的两端面容易膨胀，故在将多个电池模块并联配置而构成电池组的场合，必须将端板配置在电池模块的并联方向两端、将端板间用杆或带捆扎，从而存在电池组尺寸增大且成本增高的问题。
发明内容
鉴于上述以往的问题，本发明目的在于，提供每电池输出的容积效率高、并能实现高寿命·高输出的密封型蓄电池和电池模块。
本发明的密封型蓄电池，具有：横剖面形状为长圆形或长方形的金属制的外壳、对外壳一端的开口进行封口的金属制的封口板、以及极板组，构成将极板组与电解液一起收容在外壳内，在外壳的两侧的长侧面，沿底面与开口之间形成有连续或断续的多个突条。由于外壳的剖面形状为长圆形或长方形，故在一定容积内在各电池间形成冷却通路地配置多个电池的场合，与圆形剖面的电池相比，能较多地进行收容配置，并由于能将各电池有效地冷却至中心部，故能提高每电池输出的容积效率。另外，由于使用金属制的外壳和封口板，即使在长期使用中也能完全防止气体的漏出而达到高寿命。另外，金属制的外壳的热传导率高，并通过由在外壳的侧面上形成的突条来增加传热表面积，故能高效地进行冷却而达到高输出，且用突条提高外壳的侧面的强度，而能抑制因电池内压引起侧面的膨胀。
极板组，通过隔板将芯材互相向相反侧部突出的正极板和负极板层叠而构成，使由正极板和负极板的芯材的端缘构成的极板组的两端面与外壳底面和封口板连接，在外壳与封口板之间夹装有绝缘性的密封垫片。
另外，在封口板的外周缘立起地形成有接合凸缘，并覆盖该接合凸缘的端面和内外侧面地安装有密封垫片，将该封口板配置在外壳的开口部内，将外壳开口部向内侧进行弯曲加工成覆盖接合凸缘地对外壳进行封口。
另外，在外壳的开口部使各突条断续，并用该突条非形成部位限制封口板的配置位置。
另外，在外壳的底面和封口板上形成有1个或多个连接突部时，可将该连接突部作为外部连接端子。
另外，极板组，通过隔板将芯材互相向相反侧部突出的正极板和负极板层叠而构成，使由正极板和负极板的芯材的端缘构成的极板组的两端面与集电体连接，在与外壳的内底面相对的集电体上设有与外壳的内底面压接的多个弹性连接片，在外壳的开口部侧的集电体上可设有通过绝缘构件贯通封口板的1个或多个连接突部。
另外，在外壳的底面上形成有1个或多个连接突部时，可将多个电池进行连接。
另外，在规定的外壳内压的作用下、能以外壳的两侧面具有不发生规定以上的挠曲量的强度和刚性的剖面形状和级距间隔形成突条。
另外，将极板组的端面与外壳底面和封口板或集电体在两侧面的突条的配设位置、沿突条之间进行焊接连接时，能利用突条的内部空间。
另外，在外壳的横剖面长轴方向的两端与极板组之间形成有空间时，能将其作为电解液的供给通路。
本发明的电池模块，是将多个上述密封型蓄电池使外壳底面与封口板相对地配置成一列，并将外壳底面的连接突部与设置在封口板上的连接突部或贯通封口板的突出的连接突部焊接地串联连接构成的，故电池间的连接电阻小、每单电池的内部电阻小。
另外，在互相连接的密封型蓄电池的外壳底面与封口板之间的间隙的外周部间可配置绝缘构件。
采用本发明的密封型蓄电池，由于外壳的剖面形状为长圆形成长方形，故在一定容积内在电池间配置形成冷却通路的场合，能比圆形剖面的电池更多地进行收容配置，并能将各电池高效地冷却至中心部，能使每电池输出的容积效率提高。另外，由于在外壳的两侧的长侧面上、沿底面与开口之间形成有连续或断续的多个突条，故能提高外壳的侧面的强度、并抑制侧面因电池内压引起的膨胀。
附图的简单说明
图1是表示本发明第1实施形态的电池模块的整体结构的立体图。
图2是该实施形态的密封型蓄电池的侧视图。
图3是图2的III-III向视剖视图。
图4是图2的IV-IV向视剖视图。
图5是图如图所示的V-V向视剖视图。
图6A～图6G是表示该实施形态的密封型蓄电池的制造工序的立体图。
图7是该实施形态的密封型蓄电池的变形结构例的部分剖面主视图。
图8表示该实施形态的密封型蓄电池的另一变形结构例中的外壳，图8A是主视图，图8B是图8A的VIIIB-VIIIB向视剖视图。
图9是将本发明第2实施形态的密封型蓄电池串联连接的电池模块的部分剖视图。
图10是表示该实施形态中的外壳的底面与集电体与极板组的负极端面的连接状态的分解立体图。
图11A～图11E是表示该实施形态的密封型蓄电池的制造工序的立体图。
图12是以往的密封型蓄电池的纵剖视图。
具体实施方式
〔第1实施形态〕
以下，参照图1～图6G对本发明的密封型蓄电池和电池模块的第1实施形态进行说明。
图中，1是将多个(图示例是6个)的密封型蓄电池2排成一列地一体连接并电气串联连接而构成的电池模块。各密封型蓄电池2，用金属制的封口板4对横剖面形状为圆角长方形的大致立方体状的金属制的外壳3的一端开口进行封口而构成。外壳3和封口板4，用为确保耐电解液性而进行镀镍的钢板构成。另外，封口板4为确保外壳3的开口部强度和刚性而用板厚大的钢板构成。
在电池模块1的一端的密封型蓄电池2的封口板4上形成的一对连接突部5a、5b之间架设焊接固定有将一方极性的连接端子7a设在中央部的连接板6，在另一端的密封型蓄电池2的外壳3的底面3a的中央部上焊接固定有另一方极性的连接端子7b。另外，在两端的密封型蓄电池2的下端，固定有安装该电池模块1用的安装托架8a、8b。
如图2～5所示，密封型蓄电池2构成：在其剖面长轴方向的两端部形成空间9的状态下、将极板组10与电解液一起收容在外壳3内。空间9，起到将电解液均匀地浸透保持在极板组10上用的作为电解液的供给通路的作用。
极板组10构成：在通过隔板13层叠有多片正极板11和负极板12的同时使正极板11和负极板12的芯材互相向相反侧部突出，用这些芯材11a、12a突出的侧端缘在极板组10的两端上形成有正极端面14和负极端面15。在这些正极端面14和负极端面15上，为了提高与封口板4及外壳3的底面3a的连接状态的可靠性而配置有板状的镍焊料等。另外，极板组10，也可以在带状的正极板和负极板之间夹装隔板的状态下卷绕成卷芯、通过提取卷芯进行压缩后构成。
该极板组10的正极端面14和负极端面15如后述那样，与封口板4和外壳3的底面3a直接连接，并在封口板4与外壳3之间夹装有绝缘性的密封垫片16。将接合凸缘17立起而形成为封口板4的外周缘，并将剖面为U字形的密封垫片16安装成覆盖该接合凸缘17的端面和内外侧面的状态，将该封口板4配置在外壳3的开口部内，通过将外壳3的开口部向内侧弯曲加工成覆盖接合凸缘17而对外壳3进行封口。
在外壳3的底面3a上，与设在封口板4上的连接突部5a、5b相对应、留有适当的间隔而形成有一对矩形的连接突部18a、18b。在封口板的中央部形成有注入电解液的注液口19，在注液后，安装有密封该注液口19的橡胶阀20a的安全阀20。
在外壳3的两侧的长侧面上，在留有适当的间隔且互相相对的位置上沿底面3a与开口部之间形成有多条(图示例是4条)连续的剖面为梯形的突条21。而且，沿两侧面的突条21之间，利用由激光束焊接或电子束焊接形成的焊接部22分别将正极端面14与封口板4和外壳3的底面3a与负极端面15进行连接。另外，在封口板4的接合凸缘17上也形成有与突条21对应地向外侧突出的突条部，由此能沿正极端面14和负极端面15的全宽可靠地形成焊接部22，所有的正极板11和负极板12被与封口板4和外壳3的底面3a连接。
另外，在规定的外壳3的内压作用下，以外壳3的两端面具有不发生有规定以上的挠曲量的强度和刚性的剖面形状和级距间隔形成有突条21。
参照图6A～图6G说明以上结构的密封型蓄电池2的制造工序。首先，如图6A所示，与极板组10(图示例是表示通过隔板13重叠地卷绕有正极板11和负极板12的结构的例子)的正极端面14相对配置有封口板4。接着，如图6B所示，在用焊接部22连接正极端面14与封口板4后，将密封垫片16安装在封口板4的接合凸缘17上。接着，如图6C所示，在将极板组10插入配置在外壳3内后，如图6D所示，通过密封垫片16覆盖接合凸缘17地如箭头所示对外壳3的开口部向内侧进行弯曲加工，将外壳3的开口部进行封口。接着，如图6E所示，用焊接部22连接外壳3的底面3a和负极端面15。接着，从在封口板4上形成的注液口19注入电解液后，如图6F所示，通过安装安全阀20，如图6G所示完成密封型蓄电池2。
另外，在将以上结构的多个密封型蓄电池2进行串联连接而构成一体化后的电池模块1的场合，如图3～图5用假想线所示，使封口板4的连接突部5a、5b与外壳3的底面3a的连接突部18a、18b抵接，从封口板4与底面3a之间的间隙至连接突部5a、18a和5b、18b的前端侧部照射激光束或电子束、用焊接部23进行机械及电气的一体连接。
另外，在连接后的密封型蓄电池2的底面3a与封口板4之间的间隙的外周部间配置有绝缘构件24。由此，能防止因进入密封型蓄电池2、2间的间隙中的灰尘或水分等引起的短路的发生。另外，根据需要可利用绝缘性的薄膜覆盖电池模块1的外周。
采用本实施形态的密封型蓄电池，由于剖面形状为长圆形成长方形，故在将该密封型蓄电池2多个配置在规定的空间内的场合，尤其在密封型蓄电池2、2间配设形成冷却通路的场合能高效地配设空间，能使每电池输出的容积减小。
另外，由于密封型蓄电池2的外形是扁平的，能有效地冷却至中心部，故对电池剖面的整体能获得高的冷却性能。另外，由于外壳3是金属制的，故热传导率高，通过用形成于外壳3的侧面上的突条21来增加传热表面积，能有效地进行冷却，提高输出特性和寿命。另外，由于不必如树脂制的外壳那样进行气体透过防止处理，故能用少的工时便宜地进行制造。
设在封口板4上的连接突部5a、5b和设在外壳3的底面3a上的连接突部18a、18b成为外部连接端子，这些外部连接端子与极板组10之间的连接路径变短、并通过用多个部位的焊接部22进行连接，能增大连接部位和连接面积、能减小连接电阻。另外，由于能使极板组10内的电流分布均匀、并能使极板整个面上的活性物质均匀地起反应，故能减小密封型蓄电池2的内部电阻、能获得高的输出特性和大电流放电特性、能实现高输出和长寿命。
另外，在封口板4的外周缘上立起于地形成有接合凸缘17，由于将剖面为U字形的密封垫片16与该接合凸缘17嵌合而对外壳进行封口，故能将外壳3与封口板4之间可靠地进行密封，并在内压作用时，用接合凸缘17支承外壳3的开口部，能防止外壳3的开口部的变形而能确保必需的耐压强度。
由于设置多条突条21而不会因电池内压使外壳3的两侧面膨胀，因此在使外壳3的侧面相对地并联配设多个密封型蓄电池2而构成电池组的场合，不必在其两端配置端板，能减小电池组的设置空间。
在以上的说明中，作为外壳3的横剖面形状例示了圆角长方形，而也可是长圆形或长方形。设置在封口板4和外壳3的底面3a上的连接突部，可突设在各中央部的1处、也可留有适当间隔地突设成3处以上。另外，也可仅在封口板4和底面3a的任一方突设连接突部5a、5b或18a、18b。
另外，如图7所示，最好是作成在外壳3的开口部形成有突条非形成部位25而使各突条21断续，并在与外壳3的空间9中的突条非形成部位25对应的位置形成有凹入台阶部26、构成用突条非形成部位25和凹入台阶部26作成限制封口板4的位置的结构。若这样作，能将封口板4高精度地限制在规定位置上、能确保负极端面15与外壳3的底面3a的适当的连接状态。
另外，仅将突条21形成与焊接部22对应的根数，而在外壳3的两侧面不能具有必需的强度和刚性和场合，如图8所示，也可在突条21、21之间形成1条或多条加强突条26。
〔第2实施形态〕
以下，参照图9～图11E对本发明的密封型蓄电池的第2实施形态进行说明。另外，对与上述第1实施形态相同的结构要素，标上相同的参照符号并省略说明。
在本实施形态中，如图9、图10所示，将集电体31、32相对正极端面14和负极端面15用由激光束焊接或电子束焊接构成的焊接部33进行连接。在图示例中，焊接部33留有适当间隔地设在5个部位。
在与正极端面14连接的集电体31上，如图9所示，设有连接突部34，该连接突部34通过绝缘构件35贯通封口板36而向外部突出，在封口板36的外面将通过绝缘板37抵接的卡合环38卡合固定在连接突部34的外周上。连接突部34也可将分体的短轴构件与集电体31焊接构成，当利用冲压成形进行一体成形时，能实现降低成本。
另外，在与负极端面15连接的集电体32上，如图10所示，在焊接部33、33间的4个部位设有切起成形的多个弹性连接片39、使与外壳3的底面3a的内面压接，利用激光束焊接或电子束焊接形成的焊接部40连接各弹性连接片39与底面3a。在底面3a上，在这些焊接部40、40之间的2个部位上与各连接突部34对应地形成有连接突部18a、18b。
另外，封口板36与外壳3的开口端部的内周嵌合，其全周利用激光焊接等形成的焊接部41与外壳3的开口端部连接成一体。另外，为了防止集电体31的两侧端与外壳3接触而短路，在集电体31的两侧端贴附有绝缘带42。
参照图11A～图11E对以上结构的密封型蓄电池2的制造工序进行说明。首先，如图11A所示，将集电体31、32与极板组10的正极端面14和负极端面15相对配置。接着，如图11B所示，将这些正极端面14与集电体31和负极端面15与集电体32用焊接部33进行连接，在将绝缘构件35安装在集电体31的连接突部34上后，在将封口板36向集电体31推压的状态下，通过绝缘板37将卡合环38向连接突部34推压嵌合地卡合。接着，将该极板组10和集电体31、32和封口板36的组装体配置在外壳3内，将封口板36的外周缘与外壳3的开口端部用焊接部41对全周进行密封，接着如图11E所示，通过将外壳3的底面3a与弹性连接片39用焊接部40进行连接，完成密封型蓄电池2。
另外，在将以上结构的多个密封型蓄电池2进行串联连接而构成一体化的电池模块1的场合，使贯通封口板36而突出的连接突部34与外壳3的底面3a的连接突部18a、18b抵接，在从封口板36与底面3a之间的间隙至连接突部34、18a和34、18b的前端侧部照射激光束或电子束，用焊接部43机械和电气地连接成一体。
采用本实施形态的结构，外壳3的底面3a与负极端面15通过设有弹性连接片39的集电体32而具有高的可靠性地进行连接。另外，由于将构成外部连接端子的连接突部34设在与正极端面14连接的集电体31上，故能在通过集电体31、32而具有高的可靠性且连接电阻小的状态下、对连接突部34和外壳3与正极端面14和负极端面15之间进行连接、使电池的内部电阻减小。
另外，由于在外壳3的底面3a上形成有连接突部18a、18b，故通过将多个密封型蓄电池2使底面3a与封口板36相对地配置、通过电池间的间隙对连接突部34与18a、18b从侧方用激光束焊接或电子束焊接形成焊接部43，能将多个密封型蓄电池2机械地连接成一体并能容易地获得电气地串联连接的电池模块。

Claims (12)

1、一种密封型蓄电池，具有横剖面形状为长圆形或长方形的金属制的外壳、对外壳一端的开口进行封口的金属制的封口板、以及极板组，极板组与电解液一起被收容在外壳内，其特征在于，在外壳的两侧的长侧面上、沿底面与开口之间形成有连续或断续的多个突条。
2、如权利要求1所述的密封型蓄电池，其特征在于，极板组通过隔板将芯材互相向相反侧部突出的正极板和负极板层叠而构成，使由正极板和负极板的芯材的端缘构成的极板组的两端面与外壳底面和封口板连接，在外壳与封口板之间夹装有绝缘性的密封垫片。
3、如权利要求2所述的密封型蓄电池，其特征在于，在封口板的外周缘立起地形成有接合凸缘，并覆盖该接合凸缘的端面和内外侧面地安装有密封垫片，将该封口板配置在外壳的开口部内，将外壳开口部向内侧进行弯曲加工成覆盖接合凸缘地对外壳进行封口。
4、如权利要求3所述的密封型蓄电池，其特征在于，在外壳的开口部使各突条断续，并用该突条非形成部位限制封口板的位置。
5、如权利要求1所述的密封型蓄电池，其特征在于，在外壳的底面和封口板上形成有1个或多个连接突部。
6、如权利要求1所述的密封型蓄电池，其特征在于，极板组通过隔板将芯材互相向相反侧部突出的正极板和负极板层叠而构成，使由正极板和负极板的芯材的端缘构成的极板组的两端面与集电体连接，在与外壳的底面相对的集电体上设有与外壳的底面压接的多个弹性连接片，在外壳的开口部侧的集电体上设有通过绝缘构件贯通封口板的1个或多个连接突部。
7、如权利要求6所述的密封型蓄电池，其特征在于，在外壳的底面上形成有1个或多个连接突部。
8、如权利要求1所述的密封型蓄电池，其特征在于，在规定的外壳内压的作用下、以外壳的两侧面具有不发生规定以上的挠曲量的强度和刚性的剖面形状和级距间隔形成突条。
9、如权利要求2或6所述的密封型蓄电池，其特征在于，将极板组的端面与外壳底面和封口板或集电体，在两侧面的突条的配设位置沿突条之间进行焊接连接。
10、如权利要求1所述的密封型蓄电池，其特征在于，在外壳的横剖面长轴方向的两端与极板组之间形成有空间。
11、一种电池模块，其特征在于，将权利要求5或7所述的多个密封型蓄电池使外壳底面与封口板相对地配置成一列，并将外壳底面的连接突部与设在封口板上的连接突部或贯通封口板而突出的连接突部焊接地进行连接。
12、如权利要求11所述的电池模块，其特征在于，在互相连接的密封型蓄电池的外壳底部与封口板之间的间隙的外周部间配置绝缘构件。
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