TWI550937B - 組合電池與組合電池的製造方法 - Google Patents

Description

組合電池與組合電池的製造方法

本發明是有關於一種將多個電池單元(battery unit)一體化而構成的組合電池與組合電池的製造方法。

構成先前的組合電池的各電池單元包括：金屬製的殼體，收納著發電元件(power generating element)；及前後一對框體，用於自殼體的厚度方向兩側夾持住該殼體的外側以進行覆蓋。而且，有通過如下方式來將多組電池單元一體化而成的組合電池(例如，參照專利文獻1)：將利用前後一對框體夾持殼體而成的電池單元沿前後方向排列成多組，同時在排列成多組的電池單元的兩端配置側板，使多根貫穿螺栓(penetrating bolt)自一端的側板穿過所有的框體而貫穿至另一端的側板，並將螺母(nut)緊固在該貫穿的螺栓的突出端。

而且，上述專利文獻1中，除如上所述利用貫穿螺栓而將電池單元擰緊於兩端的側板之間以外，亦揭示有如下技術：在自前後方向受到壓製的狀態下，藉由接著劑或熱焊接等將各框體固著，藉此進行夾持固定，而無需貫穿螺栓等，從而可實現組合電池的輕量化。

[先前技術文獻]

[專利文獻]

[專利文獻1]日本專利特開2004-281099號公報

然而，對於將多個電池單元一體化而構成的組合電池而言，為了防止因振動衝擊等而在框體內引起殼體的位置偏移，必需要將框體與殼體進行密接。然而，如上述專利文獻1的前後一對分離型框體是為了將殼體可靠地收納到框體內而以具有尺寸公差(dimensional tolerance)的方式製作的，因此，當將殼體收納到框體內製成電池單元時，在框體與殼體之間會產生微小的間隙。因而，當將多個此類的電池單元進行排列並在該些電池單元的兩端配置側板，且使多根貫穿螺栓自一端的側板穿過所有框體而貫穿至另一端的側板，再將螺母緊固在該貫穿的螺栓的突出端而一體化時，必需藉由施加高緊固力來消除上述間隙，然而，若提高緊固力，則存在框體產生變形而發生應變(strain)的問題。而且，為了提高緊固力或者在框體間充分確保所需的接合強度，而必需使用高強度的螺栓或側板，因而存在導致組合電池的重量增大的問題。

而且，當在自前後方向受到壓製的狀態下，藉由接著劑或熱焊接等將各框體固著而構成時，如上所述，若將多個與殼體之間產生間隙的框體沿前後方向排列並進行壓製，則框體會因間隙而與上述情況同樣地產生應變，從而無法較佳地使該發生應變的框體彼此接合(接著或熱焊接)。因此，無法獲得耐用的組合電池，因而仍有改良的餘地。

對此，本發明是鑒於所述狀況而完成的，其目的在於提供一種既能實現輕量化亦能確保所需的框體彼此的接合強度的組合電池與組合電池的製造方法。

亦即，為了解決上述課題，本發明的組合電池是將多個電池單元一體化而構成，其特徵在於：上述電池單元包括具有金屬製的殼體的電池、及一體形成於該殼體的外表面的樹脂製的框體，且將相鄰的電池單元的框體的表面彼此接合而將多個電池單元一體化。

而且，本發明的組合電池的製造方法可為如下方法，將多個電池單元一體化而構成組合電池，其特徵在於：將樹脂製的框體一體形成於收納著發電元件的金屬製的殼體的外表面，且將多個一體形成著該框體的殼體進行排列，使相鄰的殼體的框體的表面彼此接合而一體化。

如上所述，可藉由將框體一體形成於電池的殼體的外表面，使得殼體與框體不會產生間隙地將兩者密接。因此，無需如先前的前後一對分離型框體般具有用以消除間隙或者用以確保接合強度的貫穿螺栓或側板等，因而既能實現組合電池的輕量化，亦能可靠地確保所需的框體彼此的接合部的接合強度。

或者，為了解決上述課題，本發明的組合電池是將多個電池單元一體化而構成，其特徵在於：上述電池單元包括具有金屬製的殼體的電池、及以不會引起位置偏移的方式來保持該殼體的樹脂製的框體，且將相鄰的電池單元的框體的表面彼此接合而將多個電池單元一體化。

如上所述，框體以不會引起位置偏移的方式來保持電池殼體，藉此無需如先前的前後一對分離型框體般具有用以消除間隙或者用以確保接合強度的貫穿螺栓或側板等，因而既能實現組合電池的輕量化，亦能可靠地確保所需的框體彼此的接合部的接合強度。

或者，為了解決上述課題，本發明的組合電池是將多個電池一體化而構成，其特徵在於：各電池具有金屬製的殼體，且該組合電池包括一體形成於該些殼體的外表面的樹脂製的框體。

根據上述構成，亦無需貫穿螺栓或側板等，因而既能實現組合電池的輕量化，亦能可靠地確保所需的框體彼此的接合部的接合強度。

而且，本發明的組合電池中，上述框體亦可在上述殼體的厚度方向兩側面的各個具有肋條。

如上所述，於框體在殼體的厚度方向兩側面的各個具有肋條的情況下，與在殼體的厚度方向兩側面的整個面具有框體的情況相比，既可實現輕量化，亦可藉由肋條來抑制強度下降。

而且，本發明的組合電池中，相鄰的電池單元的其中一框體的肋條與另一框體的肋條亦可位於相對向的位置。

於該情況下，即便因熱、過量充電或電解液分解等而使電池膨脹，亦可藉由框體的肋條相互抵接，來抑制電池膨脹。

而且，本發明的組合電池中，亦可在相鄰的電池單元的其中一框體的肋條與另一框體的肋條之間具有間隙。

於該情況下，由於肋條間產生有小的間隙，故而可通過間隙而朝上下方向進行通氣。

而且，本發明的組合電池中，亦可為相鄰的電池單元的其中一框體具有卡止部，同時另一框體具有與上述卡止部卡合的被卡止部。

於該情況下，可容易地將電池單元彼此進行定位。

而且，本發明的組合電池中，可採用藉由上述框體的樹脂緊密結合於上述殼體表面的粗糙面，而將殼體與框體一體化的構成，例如，可對上述殼體表面進行粗糙化處理，將經處理的該殼體配置在模具內，並將熱塑性樹脂射出至該模具內，而於殼體的外表面一體形成框體。

如上所述，只要以使殼體表面變得粗糙的方式進行粗糙化處理，將經處理的殼體配置在模具內，並將熱塑性樹脂射出至模具內，而於殼體的外表面一體形成框體，則可藉由樹脂緊密結合於殼體的外表面的粗糙面，或者殼體的外表面與樹脂的接觸面積增加，而更增強殼體與樹脂的接合強度。作為殼體表面的粗糙度，較佳為形成著具有大於等於10 nm且小於等於1000 nm的高低差的凹凸，若高低差小於10 nm，則樹脂難以緊密結合於殼體表面的粗糙面，而若高低差大於1000 nm，則金屬殼體會變脆。

在本發明的組合電池與組合電池的製造方法中，可藉由將框體一體形成於電池的殼體的外表面，而使殼體與框體之間不會產生間隙地將兩者密接。因此，可提供一種組合電池與組合電池的製造方法，無需如先前的前後一對分離型框體般具有用以消除間隙或者用以確保接合強度的貫穿螺栓或側板等，因而既能實現組合電池的輕量化，亦能可靠地確保所需的框體彼此的接合部的接合強度。

以下，一邊參照圖式一邊對本發明的組合電池的一實施形態進行詳細說明。

圖1中表示構成本實施形態的組合電池的電池單元1。該電池單元1包括電池2、及作為覆蓋該電池2的外表面的絕緣構件的樹脂製的框體3。電池2使用的是氫化鎳電池(nickel hydride battery)。另外，在圖的紙面上，以上下方向、左右方向及前後方向進行以下說明。

電池2包括：金屬製的殼體2A，構成為上端開放的上方開放型，且俯視時為長方形；板狀的蓋體2B，關閉該殼體2A的上端開口，且俯視時為長方形；及發電元件(未圖示)，收納在殼體2A的內部。

而且，在蓋體2B的長邊方向兩端部，使分別與殼體2A內的發電元件電性連接的正極端子4與負極端子5朝上方突出。

框體3一體形成於金屬製的殼體2A的外表面。具體而言構成為如下：以使表面變粗糙的方式對殼體2A表面實施粗糙化處理，並將經處理的殼體2A配置在模具(未圖示)內，將熔融的熱塑性樹脂射出至該模具內，而於殼體2A的外表面一體形成框體3，藉此，樹脂緊密結合於形成在殼體外表面的粗糙面，由此能夠將框體3與殼體2A牢固地一體化。

而且，框體3在殼體的厚度方向兩側面的各個具有上下肋條3A、3B、及多個(本實施形態中為4個)肋條3C，上述上下肋條3A、3B在上下兩端以遍及殼體的全周的方式朝前後方向及左右方向凸出，上述多個肋條3C在該些上下肋條3A、3B之間以隔開規定間隔而大致遍及殼體的全周的方式朝前後方向的整個區域及左右方向的一部分凸出。位於上下端的肋條3A、3B的上下方向的厚度比位於該些肋條3A、3B間的4個肋條3C的上下方向的厚度更厚，並且，上述肋條3A、3B的朝前後方向及左右方向的突出量比該些4個肋條3C的朝前後方向及左右方向的突出量更大。而且，在殼體的左右端的前後方向中央部，具有用以連結上下端的肋條3A、3B的朝左右方向凸出的縱肋條3D。進而，在該縱肋條3D的前後端連結著上述4個肋條3C的左右端。

亦如圖3所示，藉由如上所述沿上下方向隔開間隔而具有肋條3A、3B、3C，從而在上下方向相鄰的肋條間，形成著多個(本實施形態中為5個)用於以能夠冷卻殼體2A的方式通氣的水平方向的間隙S1。而且，藉由使在框體3的上下端的肋條3A、3B間作為中間肋條而設置的肋條3C的突出量小於上下端的肋條的突出量，從而在其中一框體3的肋條3C的表面3c與相對於該表面3c而在殼體2A的厚度方向上相對向的另一框體3的肋條3C的表面3c之間產生較小的間隙S2，因此，亦可通過該些間隙S2而朝上下方向進行通氣。此處，具有沿上下方向隔開間隔而朝橫向延伸的肋條3A、3B、3C，但亦可具有沿左右方向隔開間隔而朝縱向延伸的肋條，還可具有沿斜向隔開間隔而朝斜向延伸的肋條等的朝任何方向延伸的肋條。而且，上述肋條不僅可具有多個，亦可具有單個。

而且，由於相對於其中一框體3的肋條3C，另一框體3的肋條3C位於相對向的位置，故而具有如下優點：即便因熱、過量充電或電解液的分解等而使電池2膨脹，亦可藉由框體3的肋條3C相互抵接，來抑制電池2膨脹。另外，為了便於理解，使間隙S2在圖式上形成為較大，但實際上是極小的間隙。而且，亦可調整肋條3C的突出程度而不產生間隙S2。在此情況下，在與相鄰的框體3、3的上下端的肋條3A、3B、3A、3B抵接的同時，或者在相鄰的框體3、3的上下端的肋條3A、3B、3A、3B抵接之後，以使相鄰的框體3、3的4個肋條3C、3C彼此抵接的方式來調整肋條3C的突出程度。

如上所述，藉由在殼體2A表面一體形成框體3，而使殼體2A與框體3之間不會產生間隙。因此，即便在使相鄰的框體3、3接合的情況下，亦可消除像先前那樣在殼體與框體之間所產生的間隙，因而不必對框體3施加較大的力。因此，由於不會因框體3的變形而產生應變，故而框體3的尺寸精度(更詳細而言，框體3的接合面的平面度)不會降低。其結果，可藉由利用熔融來將殼體的厚度方向上相鄰的框體3、3的表面彼此接合，而在充分確保所需的接合強度的同時，將多個電池單元1、1一體化。作為熔融的樹脂，可使用聚對苯二甲酸乙二酯(Polyethylene terephthalate，PET)、聚丙烯(Polypropylene，PP)、或聚苯硫醚(Polyphenylene sulfide，PPS)等。

因此，能夠無間隙地將相鄰的框體3、3的上下端的肋條3A、3B、3A、3B的接合面3a與3a、3b與3b彼此接合。而且，可藉由在該接合狀態下對肋條3A與3A、3B與3B進行熱焊接(或者超音波焊接)，而使框體3、3彼此牢固地一體化。作為使上述框體3、3彼此接合的方法，除了熱焊接以外，亦可使用接著劑等。而且，為了使框體3、3彼此更牢固地一體化，亦可輔助性地使較細的螺栓貫穿框體3、3，並使螺母旋接擰緊在貫穿的螺栓的前端。另外，如上所述，因殼體2A與框體3之間並無間隙，故而不會因螺栓擰緊而導致相鄰的框體3、3發生應變，僅藉由施加旋擰力便可進一步提高接合強度。

在框體3的前後方向的其中一(圖1中為後側)端面，形成著作為被卡止部的孔6(本實施形態中為四角部位)，而在另一(圖1中為前側)端面，突出形成著作為用於卡止於該孔6的卡止部的圓柱狀的突出部7。因此，可藉由在前後方向上相鄰的一個框體3的孔6中，在前後方向上卡止有另一框體3的突出部7，從而完成上下方向及左右方向上的定位。

若對將多個電池單元一體化而構成組合電池的組合電池的製造方法進行簡單說明，則首先為如上所述，將經粗糙化處理的殼體2A配置於模具(未圖示)內，將經高溫熔融的熱塑性樹脂射出至該模具內，而於殼體2A的外表面一體形成框體3。在框體3一體形成於殼體2A之後，將發電元件放入至殼體2A內，繼而將蓋體2B安裝在殼體2A的上端，藉此關閉殼體2A的上端，而製成電池單元1。其次，對每一個製成的電池單元1確認電池2的性能，並如圖2所示，將多個經甄選的合格品的電池單元1沿前後方向排列。此時，如上所述，可藉由在前後方向上相鄰的其中一框體3的孔6中，在前後方向上卡止有另一框體3的突出部7，從而完成相鄰的電池單元1、1彼此的上下方向及左右方向上的定位。然後，藉由將相鄰的電池單元1、1的框體3、3的表面彼此接合，亦即如上所述將接合狀態下的上下肋條3A與3A、3B與3B進行熱焊接(或者超音波焊接)，而將框體3、3彼此牢固地一體化，從而完成組合電池的製造。另外，當完全未設置上述肋條3A、3B以及3C時，可使框體3、3的平坦表面彼此接合。而且，除了在殼體2A上一體形成框體3之後，將發電元件放入至殼體2A內以外，亦可構成為在使相鄰的電池單元1、1的框體3、3的表面彼此接合之後，將發電元件放入至殼體2A內，且將蓋體2B安裝於殼體2A的上端。

另外，本發明不僅限於上述實施形態，在不脫離本發明主旨的範圍內可實施各種變更。

於上述實施形態中，是將2個電池單元1、1接合而製成組合電池，但亦可將3個或3個以上的任意個數的電池單元接合而製成組合電池。而且，電池單元的形狀除了形成為俯視時為長方形以外，亦可形成為俯視時為正方形。

而且，於上述實施形態中，各電池單元1是由電池2與框體3而構成，且將相鄰的電池單元1、1的框體3、3的表面彼此接合而將多個電池單元1一體化，但亦可為並非每一電池具有框體，而是具有一體形成於多個電池2的殼體2A的外表面的樹脂製的框體，且框體保持多個電池。若對該組合電池的製造方法加以簡單說明，則首先為如上所述，將經粗糙化處理的殼體2A隔開間隔地配置於模具(未圖示)內，且將高溫熔融的熱塑性樹脂射出至該模具內，而於各殼體2A的外表面一體形成框體。在將框體一體形成於各殼體2A之後，分別將發電元件放入至殼體2A內，然後將蓋體2B安裝在殼體2A的上端，藉此關閉殼體2A的上端，而製成組合電池。另外，除了在將框體一體形成於殼體2A之後，將發電元件放入至殼體2A內以外，亦可將多個完成的電池1隔開間隔地配置在模具內，而形成框體。

而且，於上述實施形態中，表示了氫化鎳電池，但亦可為鋰離子電池等。亦即，只要包括電池與框體，則可為任一種電池。

而且，亦可在2個電池單元1、1的兩端具有側板，從而自電池單元的兩側進行夾持固定。

而且，於上述實施形態中，在單一的電池單元1的框體3的其中一端面具有作為被卡止部的4個孔6，且在另一端面具有作為卡止部的4個突出部7，藉此可使任意個數的電池單元1卡止，但亦可構成為在2個電池單元1、1的其中一電池單元1的框體3的其中一端面具有4個孔6，而在剩餘的電池單元的框體3的另一端面具有4個突出部7，且僅可使2個電池單元1、1卡止，從而被卡止部以及卡止部的個數以及具體構成可自由變更。而且，亦可省略被卡止部以及卡止部而實施。

1‧‧‧電池單元

2‧‧‧電池

2A‧‧‧殼體

2B‧‧‧蓋體

3‧‧‧框體

3A、3B、3C‧‧‧肋條

3D‧‧‧縱肋條

3a、3b‧‧‧接合面

3c‧‧‧表面

4‧‧‧正極端子

5‧‧‧負極端子

6‧‧‧孔

7‧‧‧突出部

S1、S2‧‧‧間隙

圖1是表示本發明的1個電池單元的一實施形態的立體圖。

圖2是將2個電池單元接合而成的組合電池的立體圖。

圖3是將2個電池單元接合而成的組合電池的省略了上部的側視圖。

1‧‧‧電池單元

2‧‧‧電池

2A‧‧‧殼體

2B‧‧‧蓋體

3‧‧‧框體

3A、3B、3C‧‧‧肋條

3D‧‧‧縱肋條

4‧‧‧正極端子

5‧‧‧負極端子

6‧‧‧孔

7‧‧‧突出部

Claims (8)

1. 一種組合電池，是將多個電池單元一體化而構成，其特徵在於：上述電池單元包括具有金屬製的殼體的電池、及以不會引起位置偏移的方式來保持上述殼體的樹脂製的框體，且將相鄰的上述電池單元的上述框體的表面彼此接合而將上述電池單元一體化，其中相鄰的上述電池單元的其中一上述框體具有卡止部，同時另一上述框體具有與上述卡止部卡合的被卡止部，藉由上述框體的樹脂緊密結合於上述殼體表面的粗糙面，而將上述殼體與上述框體一體化。
2. 一種組合電池，是將多個電池一體化而構成，其特徵在於：各上述電池具有金屬製的殼體，且包括一體形成於上述殼體的外表面的樹脂製的框體，其中上述框體在上述殼體的厚度方向兩側面的各個具有肋條，相鄰的上述電池單元的其中一上述框體的上述肋條與另一上述框體的上述肋條位於相對向的位置，在相鄰的上述電池單元的其中一上述框體的上述肋條與另一上述框體的上述肋條之間具有間隙，相鄰的上述電池單元的其中一上述框體具有卡止部，同時另一上述框體具有與上述卡止部卡合的被卡止部。
3. 如申請專利範圍第1項所述之組合電池，其中上述框體在上述殼體的厚度方向兩側面的各個具有肋條。
4. 如申請專利範圍第3項所述之組合電池，其中相鄰的上述電池單元的其中一上述框體的上述肋條與另一上述框體的上述肋條位於相對向的位置。
5. 如申請專利範圍第3項所述之組合電池，其中在相鄰的上述電池單元的其中一上述框體的上述肋條與另一上述框體的上述肋條之間具有間隙。
6. 如申請專利範圍第2項所述之組合電池，其中藉由上述框體的樹脂緊密結合於上述殼體表面的粗糙面，而將上述殼體與上述框體一體化。
7. 如申請專利範圍第1項或第2項所述之組合電池，其中對上述殼體表面進行粗糙化處理，將經處理的上述殼體配置在模具內，並將熱塑性樹脂射出至上述模具內，而於上述殼體的外表面一體形成上述框體。
8. 如申請專利範圍第1項或第6項所述之組合電池，其中上述殼體表面的粗糙面是形成著具有大於等於10nm小於等於1000nm的高低差的凹凸的面。