CN102763241A

CN102763241A - 电池模块

Info

Publication number: CN102763241A
Application number: CN2011800086327A
Authority: CN
Inventors: 下司真也; 永山雅敏; 岸井大辅; 天明裕
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2011-01-06
Filing date: 2011-12-22
Publication date: 2012-10-31
Also published as: EP2662911A1; EP2662911A4; KR20140002461A; US20120308875A1; JPWO2012093456A1; WO2012093456A1

Abstract

本发明涉及一种电池模块（100），其中，并联连接的多个单元电池（10）收纳在夹具（20）内，而且在单元电池（10）中，包含正极（1）、负极（2）以及隔膜（3）的电极组（4）收纳在电池壳体（7）中，电池壳体（7）具有与正极（1）和负极（2）之中的任一极电连接的第1电位，夹具（20）具有各自地收纳多个单元电池（10）的多个收纳部（21），而且具有与第1电位相反的电位即第2电位，单元电池（10）在电池壳体（7）与夹具（20）绝缘的状态下收纳于收纳部（21）中。

Description

电池模块

技术领域

本发明涉及一种具有多个单元电池的电池模块。

背景技术

近年来，将多个电池收纳在壳体中、从而使其能够输出规定的电压以及容量的电池模块广泛用作各种设备以及车辆等的电源。其中，人们开始采用如下的技术：使将通用的电池并联或者串联连接而输出规定的电压以及容量的组电池模块化，并将该电池模块进行各种组合，从而能够适应多种多样的用途。该模块化技术通过使收纳于电池模块中的电池高性能化，从而可以谋求电池模块自身的小型化以及轻量化。因此，电池模块具有提高搭载于车辆等有限的空间中时的自由度等各种各样的优点（例如参照专利文献1等）。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开平10-106521号公报

发明内容

发明所要解决的课题

然而，伴随着收纳于电池模块中的电池的高性能化，在一个电池发生了短路的情况下，该电池不仅产生发热以及冒烟等，而且该发热等的影响一旦同样波及到电池模块内的其它电池，则整个电池模块产生发热以及冒烟。作为发生短路的原因，例如可以考虑以下的情况：由于搭载有电池模块的车辆的碰撞以及设备的落下等，钉等尖锐的具有导电性的物质、或者构成电池模块的导电性的构件挤压在电池上而使电池贯通（以下称为外部要因），以致电池内的正极和负极之间产生电连接。

本发明是鉴于上述的问题而完成的，其主要目的在于提供一种安全性较高的电池模块。

用于解决课题的手段

为了实现上述的目的，本发明将电池模块设计为如下的构成：对收纳着单元电池的夹具施加与单元电池的电池壳体相反的电位。

具体地说，本发明涉及一种电池模块，其是并联连接的多个电池（以下将在电池模块中使用的电池称为“单元电池”）收纳在夹具内的电池模块，其中，在单元电池中，包含正极、负极以及隔膜的电极组收纳在电池壳体中，电池壳体具有与正极和负极之中的任一极电连接的第1电位，夹具具有各自地收纳多个单元电池的多个收纳部，而且具有与第1电位相反的电位即第2电位，单元电池在电池壳体与夹具绝缘的状态下收纳于收纳部中。

根据本发明的电池模块，由于电池壳体具有第1电位，夹具具有与第1电位相反的电位即第2电位，所以即使因外部要因而在收纳于夹具中的单元电池内发生内部短路，在单元电池外部的夹具和单元电池表面之间也发生外部短路，从而单元电池内的充电电流在单元电池的外部进行放电。因此，单元电池内的短路电流变得较小，发热减小，从而冒烟等变得难以发生。由此，可以提高安全性。

发明的效果

根据本发明的电池模块，即使因外部要因而在单元电池内发生短路，单元电池的发热以及冒烟也难以发生，因而可以提高安全性。

附图说明

图1是示意表示本发明的一实施方式的电池模块的单元电池的构成的剖视图。

图2是示意表示本发明的一实施方式的电池模块的构成的剖视图。

图3是表示本发明的一实施方式的电池模块的夹具的构成的立体图。

图4是表示本发明的一实施方式的电池模块的夹具和正极集电板的连接方法的一个例子的局部剖视图。

图5是表示钉等尖锐的导电性物质贯穿于本发明的一实施方式的电池模块的状态的局部剖视图。

图6（a）是表示钉等尖锐的导电性物质贯穿于没有对夹具施加与电池壳体相反的电位的电池模块的状态的剖视图，图6（b）是表示图6（a）的状态的单元电池的短路电流以及电压的大小的曲线图。

图7（a）是表示钉等尖锐的导电性物质贯穿本发明的一实施方式的电池模块的状态的剖视图，图7（b）是表示图7（a）的状态的单元电池的短路电流以及电压的大小的曲线图。

图8是表示本发明的一实施方式的电池模块在负极端子和负极正极板之间设置电流限制机构的构成的局部剖视图。

具体实施方式

下面基于附图就本发明的实施方式进行详细的说明。此外，本发明并不局限于以下的实施方式。另外，在不脱离本发明产生效果的范围的范围内，可以进行适当的变更。

首先，参照图1，就本实施方式的电池模块中使用的单元电池进行说明。图1是示意表示本发明的一实施方式的电池模块的单元电池的构成的剖视图。

如图1所示，本实施方式的电池模块中使用的单元电池10具有：电极组4，其由分别含有活性物质的正极板1和负极板2隔着隔膜3卷绕而成；以及电池壳体7，其收纳着该电极组4以及非水电解质且由金属构成。在电池壳体7的上部设置有开口部，该开口部经由垫圈9而用封口板8进行密封。正极板1经由正极引线5而与兼做正极端子的封口板8进行连接。负极板2经由负极引线6而与兼做负极端子的电池壳体7的底部进行连接。也就是说，电池壳体7具有负的电位（第1电位）。在封口板8上形成有开放部8a，在因内部短路等而于单元电池10内产生气体时，该气体从开放部8a向单元电池10的外部排出。单元电池10的外侧面由电池壳体7构成，但本发明并不局限于电池壳体7，只要是由能够具有正的电位或者负的电位的材料构成而且构成为单元电池10的外壳的形态即可。另外，在电池壳体7的外侧面卷着热收缩的绝缘性树脂薄膜7a。

在本实施方式中，单元电池10的种类并没有特别的限定，例如可以使用锂离子电池以及镍氢电池等二次电池。另外，本发明并不局限于圆筒形电池，例如也可以是方形电池等。

其次，参照图2和图3，就本实施方式的电池模块进行说明。图2是示意表示本发明的一实施方式的电池模块的构成的剖视图。图3是表示本发明的一实施方式的电池模块的夹具的构成的立体图。

如图2所示，在本实施方式的电池模块100中，多个单元电池10以使其极性沿同一方向对齐的方式进行排列，并收纳于壳体60中。多个单元电池10收纳于图3所示的夹具20中，单元电池10各自收纳于在夹具20中形成的收纳部21中。夹具20和电池壳体7的侧面通过树脂薄膜7a来维持绝缘性。此外，维持夹具20和电池壳体7之间的绝缘性的方法并不局限于将树脂薄膜7a卷在电池壳体7上的方法，在夹具20和电池壳体7之间也可以配置绝缘性的构件。

在此，夹具20优选用具有热传导性的材料、例如铝等构成。由此，由于可以使单元电池10所产生的热向夹具20侧快速地散热，因而可以有效地抑制单元电池10的温度上升。

在多个单元电池10的具有正的电位（第2电位）的正极端子（第2电极端子）11侧，配设有将正极端子11电连接的正极集电板（第2集电板）30，另外，在具有负的电位（第1电位）的负极端子（第1电极端子）12侧，配设有将负极端子12电连接的负极集电板（第1集电板）40。正极集电板30被设定为：经由由树脂等构成的正极侧夹具31而与单元电池10密合在一起。另外，在夹具20和负极集电板40之间，配设有由弹性构件构成的平板状的间隔物50。在正极集电板30上，设置有电池模块100的一个极（这里为正极）的外部端子（未图示），在负极集电板40上，设置有另一个极（这里为负极）的外部端子（未图示）。

此外，在如本实施方式那样、多个单元电池10以使其极性沿同一方向对齐的方式进行排列的情况下，通过用由导电性平板构成的正极汇流条构成正极集电板30，便可以容易地进行并联连接。同样，通过用由导电性平板构成的负极汇流条构成负极集电板40，便可以容易地进行并联连接。另外，正极集电板30以及负极集电板40例如也可以由形成有使单元电池10彼此之间电连接的布线图案的电路板构成。

另外，壳体60的构成是：在与正极集电板30之间形成有内部空间即排气室70。进而在壳体60上形成有使排气室70和外部连通的排出口61。这样一来，在正极集电板30上设置用于插入各个单元电池10的正极端子11的贯通孔，使开放部8a和排气室70连通，由此可以经由排气室70，使由单元电池10排出的气体从排出口61排到壳体60的外部。

下面参照图4，就夹具20和正极集电板30的连接方法进行说明。图4是表示本发明的一实施方式的电池模块的夹具和正极集电板的连接方法的一个例子的局部剖视图。

如图4所示，在夹具的端部20a和正极集电板30上形成有螺纹孔（或螺栓孔），而且以穿过这些螺纹孔的方式设置有由导电性材料构成的连接构件即螺钉80a。由此，夹具20通过螺钉80a而与正极集电板30进行电连接，从而具有正的电位。此外，夹具20和正极集电板30的连接方法并不局限于此，只要是能够使夹具20和正极集电板30电连接的方法即可。

另一方面，如上所述，在夹具20和负极集电板40之间配设有由弹性构件构成的平板状的间隔物50，并采用使夹具20和负极集电板40绝缘的构成。

下面参照图5，对由这样的构成而得到的效果进行说明。图5是表示钉等尖锐的导电性物质贯穿于本发明的一实施方式的电池模块的状态的局部剖视图。

如图5所示，如果钉等尖锐的导电性物质90贯穿本实施方式的电池模块100，具体地说，导电性物质90贯穿夹具20，进而贯穿与该夹具20的贯穿部分邻接的单元电池10（以下称之为短路单元电池10a），则在正极板1和负极板2之间发生内部短路，同时在具有正的电位的夹具20以及具有负的电位的短路单元电池10a的电池壳体7之间发生短路（外部短路）。在该外部短路的作用下，单元电池10内的充电电流主要在单元电池10的外部放电，因而短路单元电池10a内的由内部短路引起的发热几乎不会发生，从而不会产生冒烟等。

关于由上述的外部短路产生的效果，下面参照图6以及图7进行更为详细的说明。图6（a）是表示钉等尖锐的导电性物质贯穿没有对夹具施加与电池壳体相反的电位的电池模块的状态的剖视图，图6（b）是表示图6（a）的状态的单元电池的短路电流以及电压的大小的曲线图。图7（a）是表示钉等尖锐的导电性物质贯穿本发明的一实施方式的电池模块的状态的剖视图，图7（b）是表示图7（a）的状态的单元电池的短路电流以及电压的大小的曲线图。此外，如前所述，在单元电池10内，使隔膜3介于正极板1和负极板2之间而将其进行卷绕，但在图6（a）以及图7（a）中，为了图的简化而将其分别表示为环状。

如图6（a）以及图6（b）所示，在钉等贯穿于单独的电池中的情况下，在正极板1和负极板2之间发生内部短路，但在钉等贯穿于由多个单元电池并联连接而成的电池模块中的情况下，在被钉等贯穿的短路单元电池10a中发生内部短路92，其它正常的单元电池10（以下称之为其它单元电池10b）的电流不会流向与外部装置连接的外部端子一方，而是流入电阻更小的短路单元电池10a。因此，流入短路单元电池10a中的电流量增大，从而发生发热以及冒烟等的可能性也增大。

另一方面，本实施方式如图7（a）以及图7（b）所示，由于对夹具20施加与各单元电池10的电池壳体7相反的电位，因而可以在单元电池10的外部发生短路（外部短路93）。另外，由于夹具20以及电池壳体7由金属构成，因而夹具20以及电池壳体7的比电阻小于包含活性物质的正极板1和负极板2的比电阻。其结果是，电流向电阻更小的单元电池10的外部即夹具20侧集中，也就是说，与内部短路94侧相比，电流主要流向外部短路93侧，因而可以防止单元电池10的内部的发热。

在本实施方式中，由于对电池模块所必需的构成即夹具20施加与各单元电池10的电池壳体7相反的电位，因而不设置新的构件便可以使单元电池10内的充电电流主要在单元电池10的外部放电。再者，由于使用由铝块等热传导性大的金属构成的夹具20，因而可以增大散热性，可以进一步降低单元电池冒烟和燃烧的可能性。

这样一来，通过对夹具20施加与电池壳体7侧面的极相反极的电位，从而可以提高电池模块100的安全性。

此外，在本实施方式中，就单元电池10的电池壳体7具有负的电位的的构成进行了说明，但也可以对电池壳体7施加正的电位，在此情况下，通过对夹具20施加负的电位，可以取得与上述同样的效果。对夹具20施加负的电位的方法与使用图4进行说明的方法同样，可以考虑通过导电性的螺钉等将负极集电板40和夹具20进行电连接的方法，但本发明并不局限于此。

不过，在本实施方式的电池模块100中，由于多个单元电池10各自并联连接，因而当导电性物质90贯穿一个单元电池10、从而如上述那样产生夹具20和其短路单元电池10a的短路电路时，即使在短路单元电池10a以外的其它单元电池10b中也产生外部短路。也就是说，集中于正极集电板30的其它单元电池10b的电流不会从电池模块100的正极侧的外部端子（未图示）输出，而是流入产生的短路电路。也就是说，来自其它单元电池10b的电流经由正极集电板30、夹具20、导电性物质90、短路单元电池10a的电池壳体7以及负极集电板40而回到各个单元电池10，从而发生短路。这样一来，如果在保持导电性物质90贯穿电池模块100不变的状态下进行放置，则尽管其它单元电池10b自身是正常的，电流也不会从电池模块100的正极侧的外部端子输出。因此，不能发挥作为电池模块100的功能，从而在搭载电池模块100的车辆以及设备等中的使用变得困难。

于是，参照图8就包括解决这样的问题的构成的电池模块进行说明。图8是表示本发明的一实施方式的电池模块在负极端子和负极集电板之间设置电流限制机构的构成的局部剖视图。

如图8所示，在本实施方式的电池模块中设置对短路电路进行电限制的电流限制机构91，以便在导电性物质90贯穿一个单元电池10的情况下，使其它单元电池10的电流不会流入由夹具20、导电性物质90以及短路单元电池10a形成的短路电路。例如，电流限制机构91设置在收纳于夹具20中的多个单元电池10的负极端子12和负极集电板40之间。由此，在集中于正极集电板30的其它单元电池10的电流（规定值以上的电流）流入短路电路的情况下，短路单元电池10a的负极端子12和负极集电板40之间的电导通被断开，因而其它单元电池10的电流不会流入短路电路，而是正常地从正极侧的外部端子输出。

这样一来，即使导电性物质90贯穿单元电池10而形成短路电路，集中于正极集电板30的其它单元电池10b的电流也暂时流过该短路电路，但电流限制机构91通过流过规定值以上的电流而使电导通受到限制或断开，集中于正极集电板30的其它单元电池10b的电流再次从正极侧的外部端子输出。因此，即使导电性物质90贯穿单元电池10，电池模块100也能正常地发挥功能，从而能够在搭载电池模块100的车辆以及设备等中使用。此外，作为电流限制机构91，可以使用二极管等整流元件以及熔断丝等。另外，电流限制机构91可以设置在能够限制或断开负极端子12和负极集电板40的电连接的场所，也可以设置在负极集电板40内以及单元电池10内等。另外，在本实施方式中，将电流限制机构91设置在负极侧，但也可以设置在正极侧。也就是说，也可以设置在能够断开正极端子11和正极集电板30的电连接的场所。这样一来，电流限制机构91通过流过规定值以上的电流而使电导通断开，从而集中于正极集电板30的其它单元电池10b的电流再次从正极侧的外部端子输出。

以上通过优选的实施方式就本发明进行了说明，但这样的记述并不是限定事项，当然可以进行各种改变。例如，也可以不设置正极集电板30或负极集电板40而借助于夹具20使正极端子11或负极端子12进行电连接。例如，如果借助于夹具20使各单元电池10的正极端子11分别进行电连接，则不设置螺钉80a等连接构件也可以对夹具施加正电位。

产业上的可利用性

本发明的电池模块可以提高其安全性，可以用作汽车以及电动自行车等车辆、便携式电子设备或者移动通信设备的電源等。

符号说明：

1正极（板）

2负极（板）

3隔膜

4电极组

5正极引线

6负极引线

7电池壳体

7a树脂薄膜

8封口板

8a开放部

9垫圈

10单元电池

10a短路单元电池

10b其它单元电池

11正极端子（第2电极端子）

12负极端子（第1电极端子）

20夹具

20a夹具的端部

21收纳部

30正极集电板（第2集电板）

31正极侧夹具

40负极集电板（第1集电板）

50间隔物

60壳体

61排出口

70排气室

80a螺钉

90导电性物质

91电流限制机构

92内部短路

93外部短路

94内部短路

100电池模块

Claims

1.一种电池模块，其是并联连接的多个单元电池收纳在夹具内的电池模块，其中，

在所述单元电池中，包含正极、负极以及隔膜的电极组收纳在电池壳体中，

所述电池壳体具有与所述正极和所述负极之中的任一极电连接的第1电位，

所述夹具具有各自地收纳所述多个单元电池的多个收纳部，而且具有与所述第1电位相反的电位即第2电位，

所述单元电池在所述电池壳体与所述夹具绝缘的状态下收纳于所述收纳部中。

2.根据权利要求1所述的电池模块，其中，进一步具有：

将所述多个单元电池的具有所述第1电位的第1电极端子各自进行电连接的第1集电板，以及

将所述多个单元电池的具有所述第2电位的第2电极端子各自进行电连接的第2集电板；

而且所述夹具和所述第2集电板被电连接在一起。

3.根据权利要求2所述的电池模块，其中，所述夹具和所述第2集电板经由由导电性材料构成的连接构件进行连接。

4.根据权利要求1～3的任一项所述的电池模块，其中，在所述多个单元电池的各单元电池中，设置有当至少在所述第1集电板和所述第1电极端子之间、以及所述第2集电板和所述第2电极端子之间的任一方流过规定值以上的电流时，用于限制电流的电流限制机构。

5.根据权利要求1～4的任一项所述的电池模块，其中，

所述电池壳体具有负的电位，

所述夹具具有正的电位。