CN208173649U

CN208173649U - 电池包

Info

Publication number: CN208173649U
Application number: CN201820399536.9U
Authority: CN
Inventors: 织田将成; 高桥宏文; 牧野茂树; 佐藤航; 西森独志
Original assignee: Hitachi Automotive Systems Ltd
Current assignee: Vehicle Energy Japan Inc
Priority date: 2017-03-29
Filing date: 2018-03-23
Publication date: 2018-11-30
Anticipated expiration: 2028-03-23
Also published as: US20220013828A1; EP3608988A4; JP6856423B2; US20190207279A1; US11133541B2; EP3608988A1; WO2018180254A1; US20220013829A1; US11843101B2; JP2018170070A

Abstract

本实用新型提供一种电池包，其可以减小电池组间的温差。本实用新型中记载的电池包的特征在于，包括：第一电池组，其将具有电池罐侧面以及与电池罐侧面连接的电池罐底面的蓄电池以使多个电池罐侧面相对的方式进行层叠；第二电池组，其将具有电池罐侧面以及与电池罐侧面连接的电池罐底面的蓄电池以使多个电池罐侧面相对的方式进行层叠；以及壳体，其收纳第一电池组以及第二电池组，第一电池组和第二电池组的相对面彼此互相直接或间接地热连接。

Description

电池包

技术领域

本实用新型涉及一种电池包。

背景技术

近年来，以环境规制为背景对车载用二次电池的要求正在提高。其中，锂离子二次电池通常与铅电池、镍氢电池等相比其放电电位较高，而且能够实现小型化、高能量密度化，因此被视为有前景的。面向正式应用，则锂离子二次电池所要求的点例如例举有更进一步的高能量密度化、高输出密度化、长寿命化等。为了使电池高输出化，随着高电位化，例如使大电流从电池中输入和输出为有效的。但是使大电流从电池中输入和输出的情况下，电池的内部电阻引起的发热在电池内部中产生。所产生的热无法从电池中充分去除的情况下，电池温度会上升。锂离子电池的电池容量、内部电阻等电池特性的劣化倾向根据电池温度的不同而不同，特别是电池温度越高，则往往电池特性越会降低。在此，需要提高电池的散热性能的技术开发。

在多个锂离子单体电池(以下称为单体电池)被组合并作为电池组使用的情况下(例如，作为电池模块、电池包来使用的情况)，希望减小电池组中的单体电池间的温差。这是因为在单体电池间的温差较大的情况下，在单体电池间容易产生劣化的差异。电池组的特性具有受限于电池组所包含的单体电池之中最劣化的电池的特性的倾向，因此需要设计避免特定的电池劣化的结构的电池组。

因此，在组合多个单体电池而形成的电池组中，开发了减小单体电池间的温差的技术。具体而言，在专利文献1中记载了如下的蓄电池：收容单体电池的电池槽形成为由宽度窄的短侧面和宽度宽的长侧面组成的长方体，使该电池槽的所述短侧面间邻接地连接多个单体电池，从而形成所需电力容量的组合电池。

在另一方面，在使大电流从电池中输入和输出的情况下，需要增加与电池连接的电缆的横截面积。作为用于电缆的构件，使用以铜为代表的金属，但由于金属通常热传导率较高，因此其散热性能较高。

【现有技术文献】

【专利文献】

【专利文献1】日本专利特开2000-164186号公报

实用新型内容

【实用新型要解决的问题】

在专利文献1所记载的技术中，在各单体电池的电池槽的长侧面上形成多条肋。然后，通过使空气等在该肋之间强制流通来进行单体电池的冷却。在这种结构中，在冷却效率降低的情况下(例如，强制流通的空气的流量较小的情况；输入输出电流较大，单体电池的发热量较大的情况)，构成的电池组内的电池温度产生分布，特别是配置在电池组的长侧面的中心附近的单体电池的电池温度较高，存在劣化发展的可能。本实用新型是鉴于上述问题而做出的，本实用新型的课题是提供电池组间的温差小的电池包。

【解决问题的技术手段】

本实用新型中记载的电池包，其特征在于，包括：第一电池组，其使多个电池罐侧面相对地层叠具有电池罐侧面以及与电池罐侧面连接的电池罐底面的蓄电池；第二电池组，其使多个电池罐侧面相对地层叠具有电池罐侧面以及与电池罐侧面连接的电池罐底面的蓄电池；以及壳体，其收纳第一电池组以及第二电池组，第一电池组和第二电池组的相对面彼此相互直接或间接地热连接。

【实用新型的效果】

根据本实用新型，能够提供一种减小电池组间的温差的电池包。

附图说明

图1为用于说明实施例1中的电池组的具体结构的一个例子的图。

图2为用于说明实施例2中的电池组的具体结构的一个例子的图。

图3为用于说明实施例5中的电池组的具体结构的一个例子的图。

图4为用于说明实施例6中的电池组的具体结构的一个例子的图。

图5为用于说明实施例7中的电池组的具体结构的一个例子的图。

图6为用于说明比较例1中的电池组的具体结构的一个例子的图。

图7为用于说明比较例2中的电池组的具体结构的一个例子的图。

图8为以与电池组中的最低温度的比例来示出实施例1、实施例2的结构和现有结构的各单体电池温度的自环境温度的温度上升的温度上升比例图。

图9为以与电池组中的最低温度的比例来示出实施例3、实施例4的结构和现有结构的各单体电池温度的自环境温度的温度上升的温度上升比例图。

图10为以与电池组中的最低温度的比例来示出实施例5、实施例6的结构和现有结构的各单体电池温度的自环境温度的温度上升的温度上升比例图。

图11为以与电池组中的最低温度的比例来示出实施例7的结构和现有结构的各单体电池温度的自环境温度的温度上升的温度上升比例图。

图12为从上表面观察图2的电池包的图。

图13为图12的第一个变形例。

图14为图12的第二个变形例。

图15为本实用新型的二次电池的立体图。

具体实施方式

对用于实施本实用新型的方式进行说明。但是，本实施方式并不限定于以下的内容，能够在不脱离本实用新型的宗旨的范围内实施任意的变更。

对本实施方式进行详细说明。本实施方式中的二次电池虽然使用了锂离子二次电池，但是也能够对其他种类的蓄电池适用本结构。另外，无论锂离子二次电池的结构构件是何种，都可以获得效果。即，在本实用新型中，虽然使用由铝集电箔和具有层状结构的正极材料等构成的电极作为正极，以及使用由铜集电箔和碳材料构成的电极作为负极，但是使用其他的结构也可以。例如，如实施例3和实施例4所述，即使在负极上使用铝箔的情况下也能够提高散热性。冷却环境是一个示例，其也适用于使用其他制冷剂的情况。另外，虽然在本实施例中使用方形电池作为锂离子电池的形状，但是即使作为其他形状所知的例如层压型、圆筒型等电池也能够获得效果。

当使用单体电池作为电池组时，单体电池彼此串联或并联连接。此时，为了保证安全性，对于单体电池的周围，例如如实施例7所示，可以在电池之间导入能够确保绝缘的构件。所述构件的形状是自由的，并且材料也能够自由选择，但是优选包括导热构件。在单体电池彼此串联或并联连接的情况下，虽然使用的配线没有特别限定，但是例如可以是汇流条。无论串联或并联连接的形式如何，使用本实用新型的电池配置以及外部端子的结构的话可以发挥出效果。例如，即使是将2个单体电池并联而成的电池组串联了6组那样的电池组也可以获得本实用新型的效果。另外，电池组除了将单体电池彼此串联或并联电连接之外，优选地，利用固定用夹具物理地束缚单体电池。但是本实用新型不限定束缚的方法。例如，在使用一组固定用夹具将2个电池组固缚的情况下可以发挥出效果，在使用两组固缚用夹具固缚的情况下也可以发挥出效果。

在本实用新型中，以通过上述手段连接而成的第一电池组和第二电池组作为基本结构来构成电池包，但是除此之外，电池包还可以包括电池的控制装置(例如，可以是Battery Management System(BMS，电池管理系统)等)、安全机构(例如，保险丝等)，并且即使将它们连接到所述电池组中的配线也可以获得本实用新型的效果。

壳体底面和电池组彼此的接触方法没有特别的限定，即使是例如采用粘合剂等的粘合、使用螺栓、螺母通过固定工具所进行的连接的情况下，也能发挥出本实用新型的效果。在本实施方式中，壳体的形状例示为长方体，但其形状没有被特别限定。另外，本实用新型中的效果并不受对电池包的电流施加条件、冷却条件限定。

以下，根据实施例以及比较例对本实用新型进行更详细的说明。图1是本实用新型的电池包100的分解立体图。此外，在之后的说明中在有上下左右前后的情况下，按照各附图的左下处所记载的方向。

电池包100由第一电池组10A和第二电池组10B以及收纳第一电池组10A和第二电池组10B的壳体5(5a、5b)构成。该壳体5由外壳5a和堵塞外壳开口的盖5b构成。此外，在本实施方式中，将底面5b作为另一构件，但也可以做成在外壳5a上设置底面并在上表面上配置开口的结构，做成将盖5b配置于上表面侧的结构。

图15是表示本实用新型中使用的蓄电池1的图。蓄电池1由宽幅面1a、一对窄幅面1b、底面1c以及盖1d构成。盖1d设置有正极外部端子2a以及负极外部端子2b。

再次回到图1，分别对第一电池组10A和第二电池组10B进行说明。

第一电池组10A是使蓄电池1的宽幅面1a相互相对地层叠多个(在本实施方式中为6个)蓄电池1而形成的。关于第二电池组10B也与第一电池组10A同样，具有使蓄电池的宽幅面相对地层叠的结构。

构成第一电池组10A的蓄电池1通过汇流条2互相串联连接。另外，第二电池组10B也同样，蓄电池1通过汇流条2互相串联连接。另外，第一电池组10A的底面5b侧的蓄电池1和第二电池组10B的底面5b侧的蓄电池1具有通过汇流条2相互连接的结构。然后，在两个电池组10A、电池组10B中，分别在电池包100的上表面中央侧上配置有与被收纳于电池包100中的其他电子部件(例如接线盒等)连接的外部端子3。在本实用新型中，通过几种放置方法(图1至图7)对电池包100的温度变化进行测定。

(实施例1)

首先对实施例1进行说明。在如图1所示将第一电池组和第二电池组平置之后，将它们直接热连接，然后在正极外部端子以及负极外部端子的顶端安装直径95mm的铜制HV电缆并施加电流。此时，此时来自电池的发热量平均为3W。

另外，作为冷却条件，仅对经由位于电池组下部的壳体的底板施加风速为5m/sec的空气。在图1中示出了壳体的上表面。在图8中表示对电池包提供本条件之后达到基本稳定状态时的结果。

(实施例2)

接着，对实施例2进行说明。实施例2与实施例1相比，不同点在于将第一电池组和第二电池组平置之后隔着平板状的导热构件6。

在图2中示出了本实施例的结构。在本实施例中，如上所述，在第一电池组10A和第二电池组10B之间配置有导热构件6。对该导热构件的厚度准备3mm和15mm的两个厚度，并且测定使用各厚度的情况下的电池包100的温度上升。其结果在图8中示出。此外，冷却条件、电流施加条件与实施例1相同。

(实施例3)

接着，对实施例3进行说明。实施例3与实施例1相比，不同点在于所使用的负极集电箔的材料从铜箔变更为铝集电箔。

具体的电池包100的结构与图1的配置关系相同，因此省略其说明。在图9中记载了电池包100的温度升高的结果。此外，冷却条件、电流施加条件与实施例1相同。

(实施例4)

接着，对实施例4进行说明。实施例4与实施例2相比，不同点在于所使用的负极集电箔的材料从铜箔变更为铝集电箔。

具体的电池包100的结构与图2的配置关系相同，因此省略其说明。在本实施方式中，导热构件6使用厚度15mm的构件。在图9中记载了电池包100的温度升高的结果。此外，冷却条件、电流施加条件与实施例1相同。

(实施例5)

接着，对实施例5进行说明。实施例5与实施例1相比，不同点在于将第一电池组10A和第二电池组10B如图3一样竖直放置，并且使构成电池组的蓄电池的窄幅侧面与电池包100的壳体5的底面接触。

在图10中记载了电池包100的温度升高的结果。此外，冷却条件、电流施加条件与实施例1相同。

(实施例6)

接着，对实施例6进行说明。实施例6与实施例2相比，不同点在于将第一电池组和第二电池组如图4一样竖直放置，并且使构成电池组的蓄电池的窄幅侧面与电池包100的壳体5的底面接触。

另外，在本实施例中，导热构件6的厚度与实施例2相同，准备3mm和15mm的两个厚度的构件，在图10中示出各测定结果。此外，冷却条件、电流施加条件与实施例1相同。

(实施例7)

接着，对实施例7进行说明。本实施例与实施例1～实施例6不同，其结构设置为将分别串联6个蓄电池1而成的第一电池组和第二电池组互相串联连接，并且蓄电池1的底面与电池包100的壳体的底面5b接触。此外，在本实施方式中，在第一电池组10A和第二电池组10B之间也配置导热构件6。导热构件6使用厚度为15mm的铝平板。在图11中记载了电池包100的温度升高的结果。此外，冷却条件、电流施加条件与实施例1相同。

(比较例1)

接着，对比较例1进行说明。比较例1与实施例1～实施例7不同，其不同点在于没有将电池组分为两个，而是作为单体电池组进行层叠。

图6为比较例1的电池包100的图。通过将12个电池1串联连接以形成单一的电池组，并且配置为使单体电池1的宽幅面1a与壳体5的底面5b接触。在图8以及图9中记载了电池包100的温度升高的结果。此外，冷却条件、电流施加条件与实施例1相同。

(比较例2)

接着，对比较例2进行说明。比较例2与实施例1～实施例7不同，其不同点在于没有将电池组分为两个，而是作为单一的电池组进行层叠，并且单体电池1的窄幅面1b与壳体5的底面5b接触。

图7为比较例2的电池包100的图。通过将12个电池1串联连接以形成单一的电池组，并且配置为使单体电池1的窄幅面1b与壳体5的底面5b接触。在图10以及图11中记载了电池包100的温度升高的结果。此外，冷却条件、电流施加条件与实施例1相同。以下，根据实施例和比较例的结果对本实用新型的效果进行说明。

作为将本实施例、比较例所示的条件提供给电池组的结果，在电池组的温度达到基本稳定状态时，与环境温度相比，电池温度上升。图8～图11为针对每个电池示出电池组中的各单体电池的相对于环境温度的上升温度与温度上升最小的单体电池的上升温度的比例的图。图中的单元No对应于与各实施例、比较例对应的图中所记载的单元No。此时，对于实施例中的两个电池组，存在于电池组彼此相对的位置的单体电池彼此的温度几乎相同，因此为了简化而省略了记载。以下，对各图的结果进行详细的说明。

图8表示作为对与比较例1同样平置的电池配置应用本实用新型的例子的、实施例1和实施例2的结构的温度上升比例。从图中可知，在作为现有的结构的比较例中，作为层叠电池的中心部分的单元No.7的温度为最大。这是因为在单元No.7附近的电池中，周围电池中产生的热量没有被散热，因此不仅自身的电池温度变高，而且周围的电池温度也变高，由于没有温差从而难以传递热量，作为结果，电池温度变高。另一方面，与壳体底面相接触的单元No.1的单体电池、存在外部端子的单元No.12的电池由于存在散热路径，因此温度上升得以抑制。根据以上的结果，在单元No.1、单元No.12与单元No.7的上升温度出现差异，因此在比较例1中，即使相同的电池组中温度上升比例也会大幅变化。因此，可以看出在比较例1中，单体电池间的温度容易出现差异。

在另一方面，在图8中同时示出本实用新型的实施例。在本实用新型中，通过针对存在于相同配置中的所有单元来比较电池间的温度上升率，可以看出，与比较例相比，所有单元都能够降低温度上升率。另外，如实施例2所示，通过将导热构件配置在电池组之间，该效果进一步增强，可以看出，缓和了电池间的温差。这意味着通过将外部端子配置在温度变得最高的单元No.6，能够有效地确保散热路径。除此之外，可以看出，在实施例2中，通过引入铝板也能够确保散热路径，因此能够有效地降低电池间的上升温度差。

图9表示作为对与比较例1同样平置的电池结构应用本实用新型的例子的、实施例3和实施例4的结构的温度上升比例。从图中可以看出，在以铝作为负极集电箔的情况下也与图8所示的一样，电池间的温差有缓和的趋势。导致图9中发生的热行为的现象与导致图8中发生的热行为的现象相同。

图10表示作为对与比较例2同样竖直放置的电池结构应用本实用新型的例子的、实施例5和实施例6的结构的温度上升比例。从图中可以看出，在作为现有的结构的比较例中，作为层叠电池的中心部分的单元No.6的温度为最大。在此发生的温度上升的起因与在图8所示的比较例1中出现的行为的起因都是相同的现象。

进一步地，从图中可以看出，在竖直放置的情况下也与图8～图9相同，缓和了电池间的温差。在竖直放置而不是平置的情况下，也有在长侧面的中心附近的温度变高的趋势。可以看出，通过在该部分配置外部端子以及铝集电箔，可以得到与图8、图9相同的效果，能够降低上升温度差。

图11是对于与比较例2相同竖直放置的电池结构，比较在实施例7中所示的结构中应用本实用新型的情况的温差。从图中可以看出，在本实用新型中也有缓和温差的趋势。可以看出，在实施例7中，通过在电池温度变为最高温的单元No.6上设置外部端子，也能够有效地对电池组外部散热。

本实用新型中记载的电池包的特征在于，包括：第一电池组(10A)，其将具有电池罐侧面(1a、1b)以及与电池罐侧面(1a、1b)连接的电池罐底面(1c)的蓄电池(1)以使多个所述电池罐侧面(1a、1b)相对的方式进行层叠；第二电池组(10B)，其将具有电池罐侧面(1a、1b)以及与电池罐侧面(1a、1b)连接的电池罐底面(1c)的蓄电池(1)以使多个所述电池罐侧面(1a、1b)相对的方式进行层叠；以及壳体(5)，其收纳第一电池组(10A)以及第二电池组(10B)，第一电池组(10A)和第二电池组(10B)的相对面彼此相互直接或间接地热连接。通过设为这种结构，能够提供减小电池组间的温差的电池包。

另外，在本实用新型中，将两个电池组的宽幅面(1a)设为与壳体(5)的底面面对面的结构。通过设为这种结构，冷却面积变大，与使窄幅面1b与壳体5接触相比，提高了冷却性能。

另外，在本实用新型中记载的电池包中，在将电池1的宽幅面1a设为下方的情况下，通过将外部端子3设在电池包的中央侧，能够通过外部端子对热量更难以散出的电池包的中央侧进行冷却。因此，能够提供进一步提高散热性并且减小电池组间的温差的电池包。

另外，如图12所示那样，在本实用新型中记载的电池包中，在第一电池组(10A)和所述第二电池组(10B)之间配置有第一导热构件(6)，导热构件(6)与第一电池组(10A)和第二电池组(10B)互相紧贴。通过设为这种结构，通过导热构件进一步促进热扩散，能够提供减小电池组间的温差的电池包。此外，图12为从上表面观察图2的图。

另外，本实用新型中记载的电池包中，如图13所示，第二导热构件61以及第三导热构件62可以配置在第一电池组10A和第二电池组10B的两侧上。在这种情况下，第一电池组10A被导热构件6和第二导热构件61夹着，第二电池组10B被导热构件6和第三导热构件62夹着，在电池组10A以及电池组10B的两侧上也提高了散热性，能够提供进一步减少电池组间的温差的电池包。

另外，在实用新型中记载的电池包中的构造为，第二导热构件61和第三导热构件62均使用宽度比第一导热构件6大的构件。通过设为这种结构，成为能够通过螺丝等固定壳体5和导热构件61、62的程度的大的结构，能够使壳体5和导热构件61、62能够被更牢固地紧贴。因此，能够将电池1的发热更容易传递到壳体5，能够提供提高了冷却性能的电池包。

另外，在实用新型中记载的电池包中，如图14所示，作为其他的方式，第一导热构件6的厚度比第二导热构件61以及第三导热构件62的厚度厚。通过设为这种结构，在散热性最差的两个电池组间，进一步促进了热扩散，能够提供提高了冷却性能的电池包。此外，在本实用新型中，使上述电池1的宽幅面1a与壳体5的底面接触的类型的电池包在电池组间、单体电池间中不流通冷却风这样的自然冷却中使用的情况下，显著地发挥效果。因此，本实用新型是非常合适于将电池1水平放置的结构的实用新型。

以上对本实用新型的实施方式进行了详细的说明了，但本实用新型并不限定于上述的实施方式，能够在不脱离权利要求所记载的本实用新型的宗旨的范围内进行各种设计变更。例如，上述的实施方式是为了更便于理解地说明本实用新型而进行的详细的说明，并非一定要限定于具备所说明的全部的结构。另外，一个实施方式的结构的一部分能够替换成其他的实施方式的结构，而且也能够在一个实施方式中加入其他的实施方式的结构。此外，能够对各实施方式的结构的一部分进行其他结构的追加、删除、置换。

符号说明

1 单体电池

2 配线

3 外部端子

4 壳体的底面

5 壳体上表面

6、61、62 导热构件。

Claims

1.一种电池包，其特征在于，包括：

第一电池组，其将具有电池罐侧面以及与所述电池罐侧面连接的电池罐底面的多个蓄电池以使所述电池罐侧面相对的方式进行层叠；

第二电池组，其将具有电池罐侧面以及与所述电池罐侧面连接的电池罐底面的多个蓄电池以使所述电池罐侧面相对的方式进行层叠；以及

壳体，其收纳所述第一电池组以及所述第二电池组，

所述第一电池组和所述第二电池组的相对面彼此相互直接或间接地热连接。

2.根据权利要求1所述的电池包，其特征在于，

在所述第一电池组和所述第二电池组之间配置有第一导热构件，

所述导热构件与所述第一电池组和所述第二电池组互相紧贴。

3.根据权利要求2所述的电池包，其特征在于，

该电池包具有第二导热构件和第三导热构件，

所述第一电池组被夹持于所述第一导热构件与所述第二导热构件之间，

所述第二电池组被夹持于所述第一导热构件与所述第三导热构件之间，

所述第二导热构件以及所述第三导热构件的厚度比所述第一导热构件的厚度厚。

4.根据权利要求2所述的电池包，其特征在于，

该电池包具有第二导热构件和第三导热构件，

所述第一导热构件的厚度比所述第二导热构件以及所述第三导热构件的厚度厚。