電池組和裝備有該電池組的車輛的製作方法

2024-02-07 04:02:15

專利名稱：電池組和裝備有該電池組的車輛的製作方法
技術領域：
本發明涉 及一種電池組，其中多個可充電/可放電的單電池(二次電池)串聯連 接。具體地，本發明涉及一種適於安裝在車輛中的電池組，還涉及一種構成該電池組的單電 池的結構，以及一種安裝有該電池組的車輛。
背景技術：
通過將多個單電池如鋰離子電池、鎳氫電池、其它二次電池或蓄電元件(如電容 器)等串聯連接所形成的電池組在作為用作車載電源或者個人電腦或可攜式通訊終端的 電源的高輸出電源方面的重要性日益增長。特別地，期望通過將多個作為單電池的、重量輕 但能提供高能量密度的鋰離子電池串聯連接所形成的電池組被有利地用作車載高輸出電 源。在這種由多個單電池構成的電池組中，當電池組充電或放電時，在構成電池組 的各個單電池中產生熱量。因此，要求電池組必須具有散熱性能以便快速釋放所產生的 熱量並由此冷卻。所提出的一種滿足該要求的相關技術是在相鄰單電池之間設置冷卻 風通路以改善電池組的散熱性能的技術(例如，在日本專利申請2006-260967號公報 (JP-A-2006-260967)中)。相關技術的其它示例包括在日本專利申請9-199179號公報 (JP-A-199179)、日本專利申請2001-57196號公報(JP-A-2001-57196)和日本專利申請 2005-116438 號公報(JP-A-2005-116438)中記載的技術。順便提及，由於安裝在車輛如機動車輛等中的電池組是在除了安裝空間有限之 外還用在振動環境中的前提下設置的，所以車載電池組由被排列並被約束的多個單電池 (即，各單電池被彼此緊固)構成。在約束構成電池組的單電池時，對各個單電池施加相當 大的載荷。在約束過程期間施加的相當大的載荷引起電池容器本體(即，容納電極體和電解 質的外部本體)在載荷方向上彎曲或變形的問題。容器本體的扭曲成為各個單電池的將被 串聯連接的正電極端子和負電極端子之間的距離(尺寸)或相對位置相對於初始設計的理 想值產生偏差和變動的因素，且因此是不優選的。儘管可認為使用由難以變形的材料製成的厚壁容器來解決上述問題是合適的，但 從減輕電池組重量的觀點看，不希望採用由這種材料製成的厚壁容器。此外，單單防止容器 變形是不夠的，還需要確保電池組的充分的散熱性能。

發明內容
本發明提供了這樣一種電池組，其能確保散熱性能，並且具有構成電池組的各單 電池的均一形狀，特別是在單電池利用沿預定的排列方向施加在其上的載荷被約束的狀態 下各單電池在排列方向上的均一厚度(尺寸)，本發明還提供了一種裝備有該電池組的車輛。本發明的第一方面在於一種電池組，在所述電池組中多個單電池按排列方向排列。所述單電池的每個都包括電極體和容器，所述電極體包括正電極和負電極，所述容器容 納所述電極體。每個所述單電池容器的在所述排列方向上並置的兩個側壁(例如，箱盒形 電池容器的、構成容器的較寬面的側壁)是直接面對供冷卻介質通過的通道的通道側側壁 和不直接面對所述通道的非通道側側壁。此外，在所排列的所述單電池中的至少一個單電 池的所述單電池容器中，插入有充填所述電極體和所述兩個側壁之間的間隙的一個或多個 間隙充填部件。各個所述容器中的所述一個或多個間隙充填部件配置成使得所述通道側側 壁和所述電極體之間的距離比所述非通道側側壁和所述電極體之間的距離短。根據如上所 述地構造的電池組，在電池組的一個或多個單電池中會產生的容器中 的間隙、通常是由於容納在容器中的電極體的形狀不均一所產生的間隙能被一個或多個間 隙充填部件充填。這可防止一個或多個單電池的外部形狀因在約束時沿排列方向施加的載 荷而發生變形，且因此能實現各單電池的形狀(特別是其在排列方向上的厚度)的均一。此外，由於各個容器中的所述一個或多個間隙充填部件配置成使得通道側側壁和 電極體之間的距離比非通道側側壁和電極體之間的距離短，所以在容器中產生的熱量(主 要是從電極體產生的熱量)能在通過通道側側壁的方向上快速消散。也就是，能改善各個 單電池的散熱性能，並且能提高電池組的冷卻效率。結果，例如，能實現冷卻風扇的小型化， 從而能降低電池組的成本。在根據本發明第一方面的電池組中，在所排列的所述單電池中的至少一個單電池 的所述單電池容器中可插入有厚度彼此相等的多個間隙充填部件作為所述一個或多個間 隙充填部件，且所述多個間隙充填部件中的至少一個間隙充填部件可配置在所述通道側側 壁和所述電極體之間，並且其它的一個或多個間隙充填部件可配置在所述非通道側側壁和 所述電極體之間。配置在所述通道側側壁和所述電極體之間的所述至少一個間隙充填部件 的總厚度可小於配置在所述非通道側側壁和所述電極體之間的所述間隙充填部件的總厚 度。這樣，由於容器中的間隙被填塞且配置在各個容器中的間隙充填部件的分布偏移 到一側而使得配置在通道側側壁和電極體之間的所述至少一個間隙充填部件的總厚度比 配置在非通道側側壁和電極體之間的間隙充填部件的總厚度薄，所以在各個容器中產生的 熱量(主要是從電極體產生的熱量)能快速消散。因此，與配置在各個容器中的間隙充填部件的總厚度保持相同而在各個容器中靠 近通道側側壁的間隙充填部件的厚度和靠近非通道側側壁的間隙充填部件的厚度被調節 成彼此相等的情況相比，能改善各個單電池的散熱性能，並且能提高電池組的冷卻效率。此外，配置在所述通道側側壁和所述電極體之間的所述至少一個間隙充填部件的 所述總厚度可在構成所述電池組的所述單電池的所述容器間基本上相等。根據具有該構造 的電池組，電極體和最有助於從單電池容器內部散熱的通道側側壁(即，直接面對通道的 側壁)之間的距離在各單電池間是恆定不變的，從而能使散熱性能在各單電池間均一。因 此，能使各單電池的老化劣化程度等一致。結果，能實現電池組的使用壽命延長。此外，在所排列的所述單電池中的至少一個單電池的所述單電池容器中，可插入 有厚度彼此不同的至少兩種間隙充填部件作為所述間隙充填部件，並且在所述至少兩種間 隙充填部件之中，較厚的間隙充填部件可配置在所述非通道側側壁和所述電極體之間。在如上所述地構造的電池組中，同樣，在各個電池中通道側側壁和電極體之間的距離比非通道側側壁和電極體之間的距離相對更短，從而在各個容器中產生的熱量(主要 是從電極體產生的熱量)能在通過通道側側壁的方向上快速消散。順便提及，在各個容器中所述一個或多個間隙充填部件可選擇性地僅配置非通道 側側壁和電極之間，而不配置在通道側側壁和電極體之間。也就是說 ，在所排列的所述單電池中的至少一個單電池的所述單電池容器中，所 述一個或多個間隙充填部件可僅配置在所述非通道側側壁和所述電極體之間。根據如上所述地構造的電池組，由於在電極體和最有助於從單電池容器內部散熱 的通道側側壁(即，直接面對通道的側壁)之間未插入間隙充填部件，所以它們之間的距離 非常短，從而主要從電極體產生的熱量能快速消散到電池容器的外部(具體地，到達所述 通道)而不受間隙充填部件的妨礙。因此，能進一步改善各個單電池的散熱性能，且因此能 進一步提高電池組的冷卻效率。此外，在所排列的所述單電池之間的間隙中可配置有利用沿所述排列方向施加的 載荷與所述單電池一起被約束的間隔保持板。所述間隔保持板的面對所述通道側側壁的面 具有凹部，所述凹部構成供所述冷卻介質(典型地為空氣)通過的通道。根據該構造，在間隔保持板配置在預定位置的同時，直接面對通道側側壁的通道 能形成為上述凹部，也就是，形成為在間隔保持板和通道側側壁之間形成的間隙。因此，可 將冷卻介質導入到間隔保持板的凹部中，且能使冷卻介質(典型地為空氣)與通道側側壁 接觸，由此能有效地消散在單電池中產生的熱量。此外，所述一個或多個間隙充填部件每個都可形成為具有預定厚度的板片狀。所 述間隙充填部件中的一個或多個還可插入在所述側壁和所述電極體之間。通過採用一種類型的具有相同形狀的間隙充填板片，能有效地充填(填塞)各單 電池容器中的間隙尺寸不同的間隙。也就是說，通過準備與各個容器中的間隙尺寸對應的 一定數量的間隙充填板片，並且通過調節各個容器中間隙充填板片在數量上的分布，使得 配置在通道側側壁和電極體之間的間隙充填板片的數量少於配置在非通道側側壁和電極 體之間的間隙充填板片的數量(或者，使得一個或多個間隙充填板片選擇性地僅配置在非 通道側側壁和電極體之間)，能容易地使得在各個容器中配置在通道側側壁和電極體之間 的所述至少一個間隙充填板片的總厚度比配置在非通道側側壁和電極體之間的間隙充填 板片的總厚度薄，而無需具有多種類型的各種尺寸和形狀的間隙充填部件。此外，所述多個單電池的每個都可設置有通過卷繞板片狀的正電極和板片狀的負 電極所形成的扁平形狀的卷繞電極體。所述多個單電池可排列成使得所述卷繞電極體的扁 平面彼此面對，並且可利用沿所述排列方向施加的載荷被約束。然後，在所述多個單電池中 的至少一個單電池中，所述一個或多個間隙充填部件可插入在所述側壁和所述卷繞電極體 的所述扁平面之間。根據卷繞的程度或狀態(例如，電極體形成材料的厚度變動，等等)，卷繞電極體 的厚度可能不一致。因此，都具有這種卷繞電極體的單電池在卷繞電極體和容器側壁之間 的間隙尺寸方面可能不同。但是，在上述構造中，採用間隙充填部件可使都容納有卷繞電極 體的單電池在排列方向上的厚度均一。因此，根據上述方面的電池組，儘管該構造的單電池 是卷繞型的電池，但仍能實現高的散熱性能並防止在排列方向(約束方向)上產生扭曲。本發明的第二方面在於一種安裝有根據本發明第一方面的電池組的車輛。根據第二方面，構成電池組的各個單電池的散熱性能得到改善，電池組的冷卻效率得到提高，且電 池組的使用壽命將延長。結果，能提高裝備有該電池組的車輛的可靠性。


從下面參照附圖對 示例性實施例的說明中可清楚看到本發明的上述和其它特徵 及優點，在附圖中相似的附圖標記用於表示相似的要素，並且其中圖1是示意性地示出根據本發明實施例的電池組的構造的透視圖；圖2是圖1所示的電池組的構造的示意性側視圖；圖3是示意性地示出處於約束狀態的單電池容器中的狀態和單電池的周邊構造 的剖視圖； 圖4A和4B是示意性地示出能插入到根據本發明實施例的電池組的各個單電池容 器中的間隙充填板片的示例的圖示，圖4A是正視圖，圖4B是側視圖；圖5是示意性地示出根據本發明另一實施例的各個單電池的容器中的狀態的剖 視圖；圖6是示意性地示出卷繞電極體的示例的正視圖；以及圖7是示意性地示出裝備有根據本發明實施例的電池組的車輛(機動車輛)的側 視圖。
具體實施例方式下文中將參照附圖描述本發明的實施例。在下述附圖中，起相同作用的部件和部 位用相同的附圖標記表示。此外，本發明不限於下文描述的實施例。圖1所示的電池組100由串聯連接的多個可充電/可放電的單電池20構成。在 圖1所示的示例中，具有相同構型的四個單電池20以恆定的間隔串聯排列。每個單電池20都包括具有正電極和負電極的電極體，以及容納該電極體和電解 質的容器50。該實施例中的電極體是扁平形狀的卷繞型電極體80(圖6)(下文描述)。與 在典型的電池組中所採用的單電池中一樣，各個單電池20中的電極體由預定的電池組成 部件(用於正電極和負電極的活性物質、正電極和負電極的集電體、隔板等)構成。在該實施例中，容器50具有能夠容納扁平形狀的卷繞型電極體80的形狀(圖中 所示的示例中的箱盒形)。容器50的材料與典型的單電池中所用的材料相同即可，關於其 材料沒有特殊限制。但是，從減輕電池組自身重量的觀點看，可採用例如由薄金屬板片等或 合成樹脂製成的容器。在容器50的上表面上設置有與卷繞電極體80的正電極電連接的正電極端子60 和與卷繞電極體80的負電極電連接的負電極端子62。在每兩個相鄰的單電池20之間，單 電池20之一的正電極端子60和另一單電池20的負電極端子62通過連接器64電連接。通 過以這種方式使單電池20串聯連接，便構造成具有期望電壓的電池組100。接下來，還將參照圖2描述構成電池組100的各個單電池20的冷卻機構。圖2是 圖1所示的電池組100的構造的示意性側視圖。在該實施例中，單電池20被約束為電池按預定方向排列並且在排列方向上被施 以載荷的狀態。具體地，多個單電池20以交替反轉的方式配置成使得正電極端子60和負電極端子62在單電池的排列方向上交替排布，也就是，使得單電池20的正電極端子60靠 近相鄰單電池20的負電極端子。相鄰容器50的側壁52、54(各個容器的較寬面，即，各個 容器50的面對容納在容器50中的卷繞電極體80 (下面描述)的扁平面的面)、也就是容器 50的側壁52和相鄰容器50的側壁54在單電池20的排列方向上彼此面對。各個容器50的構成 面對容器50的排列方向的上述較寬面的兩個側壁52、54是直 接面對供冷卻介質(典型地為空氣)通過的通道46的通道側側壁52，和不直接面對通道 46 (即，不與上述通道接觸)的非通道側側壁54。在該實施例中，在將間隔保持板40(下文描述)配置在預定位置的同時，自動地形 成允許冷卻介質從在排列方向上並置的單電池20之間通過的通道46。間隔保持板40配置 在按排列方向排布的單電池20之間的間隙中(在圖中所示的示例中，間隔保持板40配置 在所排列的單電池20之間的間隙中，以及配置在單電池在排列方向上的兩個最外側)。在 各個間隔保持板40的面對相鄰的通道側側壁(即，直接面對通道46的側壁)52的面41上 形成有構成供冷卻介質(典型地為空氣等)通過的通道46的凹部44。具體地，各個間隔保 持板的側面41具有凹凸形狀，其中凸部42和凹部44交替形成(即，在從側面看去的視圖 中類似於梳子狀的凹凸形狀)。通過將冷卻介質導入到在凹部44和通道側側壁52之間形 成的間隙46中，能消散在單電池20中產生的熱量。間隔保持板40可由能使間隔保持板40用作散熱部件的材料構成。例如，可使用 由具有良好導熱性的金屬或重量輕且堅硬的合成樹脂如聚丙烯等製成的間隔保持板。此 夕卜，在間隔保持板40的凹凸形狀的尺寸示例中，直線形地形成的各個凸部42的寬度可以為 大約0. 2cm,直線形地形成的各個凹部44的寬度可以為大約0. 8cm,且其深度可以為大約 0.2cm。但是，所述凹凸形狀的尺寸可根據電池組100的使用條件等適當地變化。例如，當 希望改善電池組的散熱性能時，使用凹部44的寬度尺寸和/或深度尺寸大的間隔保持板即 可。順便提及，將單電池20和間隔保持板40約束在一起的約束部件配置於在排列方 向上並置的單電池20和間隔保持板40周圍。也就是，一對約束板76A、76B配置於在電池 排列方向上最外側的單電池20的外側。此外，緊固梁部件72安設成橋接兩個約束板76A、 76B。然後，通過利用螺釘78等將梁部件72的端部緊固和固定在約束板76A、76B上，能約 束單電池20和間隔保持板40以便在排列方向上施加預定載荷。在該實施例中，各個間隔保持板40的另一側面45、即與凹凸形狀的面41相對的面 形成為平的，以便與相鄰容器50的較寬側壁54緊密接觸(圖2)。結果，各個容器的與相鄰 間隔保持板40的平面45緊密接觸的側壁54不面對(不接觸)通道46。也就是，各個容器 的側壁54可被看作根據該實施例的非通道側側壁54。由於上述構造，間隔保持板40的平 面45能擠壓單電池容器50的非通道側側壁54。由於間隔保持板40的平面45的擠壓，能 利用沿單電池20的排列方向施加的預定載荷緊固和固定單電池20。接下來，將參照圖3及圖4A和4B描述本實施例中各個單電池20的容器50內的 構造。圖3是示意性地示出處於約束狀態的單電池20的容器50內的狀態和單電池20的 周邊結構的剖視圖。單電池20的容器50容納電極體80A至80D。該實施例中的電極體80A至80D是 如上所述的扁平形狀的卷繞電極體80A至80D。如圖3所示，由於卷繞的程度或狀態(例如，構成電極體的各種部件的(典型地，正電極或負電極的，或隔板的)厚度的變動等)，有時會導致卷繞電極體80A至80D的厚度變得不一致。這意味著單電池20的容器50中的間 隙的(特別地，在各個單電池20中卷繞電極體80和兩個側壁52、54之間的間隙的)尺寸 根據所採用的卷繞電極體80A至80D而變化。在該實施例中，能利用圖4A和4B所示的薄板片形的絕緣間隙充填部件10(以下 簡稱為「間隙充填板片」)來充填或填塞各個單電池20的容器50中的間隙。也就是，如圖 3所示，通過根據容器50中的間隙(卷繞電極體80和兩個側壁52、54之間的間隙)的尺寸 將適當數量(在該實施例中為多個)的間隙充填板片10插入到間隙中來填塞各個單電池 20的容器50中的間隙(卷繞電極體80和兩個側壁52、54之間的間隙)。具體地，可使用由厚度為Imm或更小(典型地，10至1000 μ m，優選為100至 200 μ m)的聚烯烴基樹脂如聚丙烯等製成的間隙充填板片10。或者，可使用通過用電絕緣 樹脂塗覆鋁製板片的表面所獲得的板片作為間隙充填板片。間隙充填板片10的材料和厚 度可根據電池組100的構造條件(例如，被施加以約束單電池20的載荷的大小，或容器中 間隙的尺寸)適當地改變。在該實施例中，在各個單電池20中，間隙充填板片10中的至少一個配置在通道側 側壁52和卷繞電極體80A至80D之間，而其它的間隙充填板片配置在非通道側側壁54和 卷繞電極體80A至80D之間。在圖3所示的示例中，在各個單電池20中，一個間隙充填板 片IOa配置在通道側側壁52和卷繞電極體80A至80D之間，而兩個或更多個(在該實施例 中，兩個至六個)間隙充填板片IOb配置在非通道側側壁54和卷繞電極體80A至80D之間。 在該實施例中，間隙充填板片10a、10b在各個單電池20中配置成使得通道側側壁52和電 極體80A至80D之間的距離比非通道側側壁54和電極體80A至80D之間的距離短。這樣，通過填塞各個容器50中的間隙且使配置在容器50中的間隙充填板片的分 布向兩個側壁之一偏移(即，向非通道側側壁54偏移)，能使配置在通道側側壁52和卷繞 電極體80A至80D之間的所述至少一個間隙充填板片IOa(在該實施例中為一個板片)的 總厚度比配置在非通道側側壁54和卷繞電極體80A至80D之間的間隙充填板片IOb (兩個 至六個板片)的總厚度薄。根據如上所述地構造的電池組100，在單電池20的容器50的一個或多個中形成的 間隙、通常是由於容納在容器50中的電極體80A至80D的非均一形狀而形成的間隙能被間 隙充填部件10填塞。這能防止一個或多個單電池20的外部形狀因在約束時沿排列方向施 加的載荷而發生變形，且因此能使單電池的形狀(特別地，其在排列方向上的厚度)均一。此外，由於容器中的間隙在配置於各個容器50中的間隙充填部件的分布向一側 偏移而使得配置在通道側側壁52和電極體80A至80D之間的所述至少一個間隙充填部件 IOa的總厚度比配置在非通道側側壁54和電極體80A至80D之間的間隙充填部件IOb的 總厚度薄的情況下被填塞，所以在各個單電池中通道側側壁52和電極體80A至80D之間的 距離變得比非通道側側壁54和電極體80A至80D之間的距離短，從而在各個容器中電極體 80A至80D能配置在靠近通道側側壁52的位置。因此，在各個容器中產生的熱量(主要是 從電極體80產生的熱量)能在通過通道側側壁52的方向上(S卩，朝向通道46)快速消散。因此，與在配置於各個容器中的間隙充填部件的總厚度保持相同的情況下靠近通 道側側壁52的間隙充填部件IOa的厚度和靠近非通道側側壁54的間隙充填部件IOb的厚度被調節成彼此相等的情況相比，能改善各個單電池20的散熱性能，並且能提高電池組 100的冷卻效率。結果，例如，能實現冷卻風扇的小型化，從而能降低電池組的成本。此外， 冷卻風扇的小型化還能減小電池組及其周邊器件的總尺寸，且因此在電池組容納(安裝) 在有限空間如車輛等中的情況下是優選的。此外，由於冷卻風扇的小型化有助於降低風扇 工作時的噪聲，其也是優選的。在該實施例中，由於在靠近 通道46的容器側的間隙充填板片IOa的數量在各單電 池20間相等，所以能使各單電池20的散熱性能均一。因此，能使各單電池20的老化劣化
程度等均一。在該實施例中，採用圖4A和4B所示的具有相同形狀的一種類型的間隙充填板片 IOaUOb能有效地充填(填塞)單電池容器中的、各種尺寸的間隙。也就是，通過準備與各個容器50中的間隙尺寸對應的一定數量的間隙充填板片 10，並且通過調節各個容器中間隙充填板片在數量上的分布，使得配置在通道側側壁52和 電極體80之間的間隙充填板片IOa的數量少於配置在非通道側側壁54和電極體80之間的 間隙充填板片IOb的數量，能容易地使得在各個容器中配置在通道側側壁52和電極體80A 至80D之間的所述至少一個間隙充填板片IOa的總厚度比配置在非通道側側壁54和電極 體80A至80D之間的間隙充填板片IOb的總厚度薄，而無需具有多種類型的各種尺寸和形 狀的間隙充填部件(例如，具有能夠單獨充填間隙的厚度的塊狀充填部件)。順便提及，如該實施例中所示，配置在通道側側壁52和電極體80A至80D之間的 間隙充填部件10的總厚度可在構成電池組100的各單電池20的容器50間基本上相等(在 圖3所示的示例中，其總厚度為所有容器50中的一個間隙充填部件10的厚度)。根據如上所述地構造的電池組100，電極80A至80D和最有助於從單電池容器50 內部散熱的通道側側壁52 (即，直接面對通道46的側壁52)之間的距離在各單電池20間 恆定不變，從而能使散熱性能在各單電池間一致。因此，能使各單電池20的老化劣化程度 等相同。結果，能實現電池組100的使用壽命的延長。順便提及，儘管在該實施例中，利用間隔保持板40來形成供冷卻介質(典型地為 空氣)通過的通道46，但這不是限制性的，而是通道46也能直接在容器50的通道側側壁 52中形成。例如，可在各個容器50的通道側側壁52中設置凹部，並且可將冷卻介質(典型 地為空氣)導入到凹部中。此外，儘管在該實施例中，通過所採用的間隙充填部件(板片)10a、IOb的數量 (所層疊的板片的數量)來調節插入到各個容器50中的間隙充填部件(板片)10a、10b的 總厚度，但其調節不限於該構造。例如，可在各個容器50中插入厚度彼此不同的至少兩種 間隙充填部件(典型地，板片)。例如，儘管在圖3所示的實施例中，間隙充填部件(板片) 在各個容器中被插入和配置成使得兩個至六個間隙充填板片IOb層疊在非通道側側壁54 和卷繞電極體80A至80D之間，但這可變型如下。也就是，可在非通道側側壁54和卷繞電 極體80A至80D之間插入和配置所形成的厚度與所述多個間隙充填板片IOb的總厚度相等 的一個或多個厚壁間隙充填板片(典型地為一個板片)。這樣，在各個容器中在非通道側側 壁54和電極體80A至80D之間配置有一個或多個較厚的間隙充填部件(例如，可與通過使 圖3中用附圖標記IOb示出的多個板片相互接合所獲得的部件等同的一個厚壁間隙充填部 件)而在通道側側壁52和電極體80A至80D之間配置有較薄的間隙充填部件(例如，圖3中用附圖標記IOa示出的一個板片)的情況下，能獲得與如圖3所示採用多個間隙充填板 片IOb的情況基本上相同的效果。或者，間隙充填部件10可僅配置在非通道側側壁54和電極體80A至80D之間，而 不配置在通道側側壁52和電極體80A至80D之間。也就是，如圖5所示， 在所排列的單電池20中的至少一個單電池的單電池容器50 中(在所示實施例中為在排列方向上並置的全部四個單電池容器50)，用於填塞各個容器 中側壁52、54和電極體80A至80D之間的間隙的一個或多個間隙充填部件(在所示實施例 中為多個間隙充填板片IOb)可插入在所述間隙中，並且可僅配置在各個容器中的非通道 側側壁54和電極體80A至80D之間(即，不配置在通道側側壁52和電極體80A至80D之 間)。根據如上所述地構造的電池組200，各個容器50中的電極體80A至80D與其最有 助於從單電池容器50內部散熱的通道側側壁52(即，直接面對通道46的側壁52)彼此靠 近，使得主要從電極體80A至80D產生的熱量能快速消散到電池容器50的外部(具體地， 消散到所述通道中)而不受間隙充填部件10的妨礙。因此，能進一步改善各個單電池20 的散熱性能，並且進一步提高電池組200的冷卻效率。為了確認根據該實施例的電池組的效果，本發明人進行了實驗，其中利用電池組 測量充電-放電過程中的電池溫度，在每個所述電池組中排列有大約四個至八個鋰離子二 次電池(如圖所示容納在箱盒形(矩形)的電池容器中的卷繞型鋰離子電池)作為單電池。 具體地，準備這樣的電池組，在每個所述電池組中，當單電池被併入電池組中時僅沿各個單 電池容器的非通道側側壁(即，不面對相鄰間隔保持板的通道的側壁)插入間隙充填板片 並調節所插入的間隙充填板片的總厚度(例如，圖5所示的電池組)。然後，針對上述電池 組，以30A充電和放電各30秒(30秒用於充電，另30秒用於放電)並重複20個循環。此 夕卜，在該實驗中，使用空氣(冷卻風)作為冷卻介質，並且將充電-放電過程中冷卻風的流 量設定為35m3/hr。測量以這種方式在充電-放電過程中達到的電池溫度，並確認了溫度上升被抑制 為最高43°C，且通過避免在各個單電池容器中在通道側側壁和電極體之間插入間隙充填板 片改善了電池組所達到的冷卻效果。在與上述實驗相同的條件下進行另一實驗，該實驗使用這樣的電池組，在每個所 述電池組中配置在各個容器中的間隙充填板片的總厚度與在上述實驗中相同且通道側側 壁側的間隙充填板片的總厚度和非通道側側壁側的間隙充填板片的總厚度被調節得彼此 相等。結果發現，與在上述實驗中測試的上述電池組相比，電池的溫度上升至最高59°C，且 電池組不能提供良好的冷卻效果。這證實了儘管間隙充填板片的總厚度在容器間相同，但 利用間隙充填板片填塞容器中的間隙且同時使各個容器中間隙充填板片的分布向一側偏 移所實現的冷卻效果改善的優點。在該實施例中可採用的單電池20的構造和構成各個單電池20的部件、材料等將 在下文中詳細描述。根據該實施例的卷繞電極體80是扁平形狀的卷繞電極體80，如圖6所示，該卷繞 電極體是通過如在通常的鋰離子電池中的卷繞電極體中那樣將板片狀的正電極82(下文 稱為「正電極板片82」)和板片狀的負電極84(下文稱為「負電極板片84」)與總共兩個板片狀的隔板86(下文稱為「隔板板片86」)層疊在一起、然後在使正電極板片82和負電極板片84在與卷繞方向垂直的方向上稍微彼此偏移的情況下卷繞所層疊的板片、再在跨越 側面的方向上擠壓和壓平卷繞體而製成的。由於所層疊的板片是在使正電極板片82和負電極板片84在與卷繞電極體80的 卷繞方向垂直的方向上稍微彼此偏移的情況下進行卷繞的，所以正電極板片82的端部和 負電極板片84的端部從卷繞芯部81 (即，正電極板片82的正電極活性物質層形成部、負電 極板片84的負電極活性物質層形成部和隔板板片86被緊密卷繞的部分)伸出。正電極側 伸出部(即，正電極活性物質層的非形成部)82A和負電極側伸出部(即，負電極活性物質 層的非形成部)84A分別設置有正極引線端子82B和負極引線端子84B，且分別與正電極端 子60和負電極端子62電連接。順便提及，構成卷繞電極體80的材料和部件與根據相關技術的鋰離子電池電極 體的材料和部件相同即可，關於這些材料和部件沒有特別限制。例如，可通過在長形的正電 極集電體上施加鋰離子電池用正電極活性物質層而形成正電極板片82。對於正電極集電 體，可使用適於正電極的鋁箔(在該實施例中)和其它金屬箔。至於正電極活性物質，可使 用根據相關技術的用於鋰離子電池的一種或多種物質而沒有任何特殊限制。其優選示例包 括 LiMn204、LiCoO2, LiNi02。另一方面，可通過在長形的負電極集電體上施加鋰離子電池用負電極活性物質層 而形成負電極板片84。對於負電極集電體，可使用適於負電極的銅箔(在該實施例中)和 其它金屬箔。至於負電極活性物質，可使用根據相關技術的用於鋰離子電池的一種或多種 物質而沒有任何特殊限制。其優選示例包括碳基材料如石墨碳、無定形碳等，含鋰的過渡金 屬氧化物，過渡金屬氮化物等。此外，用在正電極板片和負電極板片82、84之間的隔板板片86的優選示例包括由 多孔的聚烯烴基樹脂製成的板片。例如，可使用由長度為大約2至4m(例如3. Im)、寬度為 大約8至12cm(例如Ilcm)及厚度為大約5至30 μ m(例如25 μ m)的合成樹脂(例如，聚 烯烴如聚乙烯等)製成的多孔隔板板片。此外，在所用的電解質為固體電解質或凝膠體電 解質的情況下，隔板有時不是必須的(在這種情況下，電解質本身能用作隔板)。此外，容納 在各個單電池的容器中的電極體不限於上述卷繞型電極體。例如，電極體也可以是通過將 正電極板片和負電極板片與隔板(或也能用作隔板的固體或凝膠體電解質)交替層疊在一 起所形成的層疊型電極體。隨後，將描述與卷繞電極體80 —起容納在容器50中的電解質的構造。該實施例 中的電解質例如為鋰鹽，例如LiPF6等。在該實施例中，使用通過將適當量(例如IM的濃 度)的鋰鹽如LiPF6等溶解在非水電解液如碳酸二乙酯和碳酸次乙酯的混合溶液(例如以 1 1的質量比)中所獲得的溶液作為電解質溶液。通過將卷繞電極體80和一個或多個間 隙充填板片10容納在容器50中、並向其中注入上述電解質溶液、然後密封該容器來構成該 實施例的單電池20。然後，通過按預定的排列方向排列這些單電池20、再沿排列方向約束 單電池20和間隔保持板40來構成該實施例的電池組100。根據所述實施例的電池組100、200都特別適於用作安裝在車輛如機動車輛等中 的電機(電動機)用電源。因此，本發明能提供一種裝備有上述電池100、200的車輛1(典 型地，機動車輛，或特別是裝備有電動機的機動車輛，例如混合動力機動車輛，電動車輛或燃料電池機動車輛)。儘管已參照優選實施例描述了本發明，但上述說明並不起限定作用等，而是能做 出各種變型等等。例如，在電池組安裝在車輛如機動車輛中的情況下，能串聯連接更多數量的單電 池，且能提供用於保護電池組的主要部分(單電池組等)的外部罩蓋、用於將電池組固定在 車輛 的預定部位的組成部件、用於將多個電池組(電池模塊)彼此相互連接的組成部件等。 但是，這些裝備的存在與否並不會改變本發明的技術範圍。此外，單電池的種類不限於上述鋰離子電池。本發明的單電池還可以是電極體構 成材料或電解質不同的各種電池中的任一種，例如，採用鋰金屬或鋰合金作為負電極的鋰 二次電池，鎳氫電池，鎳鎘電池，或所謂的物理電池，如電雙層電容器。本發明意圖涵蓋各種變型和等同布置。此外，儘管以各種組合和構型示出了示例 性實施例的各種要素，但是包括更多、更少或僅單個要素的其它組合和構型也在本發明的 精神和範圍內。
權利要求
一種電池組，在所述電池組中多個單電池按排列方向排列，其特徵在於所述單電池的每個都包括電極體和容器，所述電極體包括正電極和負電極，所述容器容納所述電極體；每個所述單電池容器的在所述排列方向上並置的兩個側壁是直接面對供冷卻介質通過的通道的通道側側壁和不直接面對所述通道的非通道側側壁；並且在所排列的所述單電池中的至少一個單電池的所述單電池容器中，插入有充填所述電極體和所述兩個側壁之間的間隙的一個或多個間隙充填部件，並且所述一個或多個間隙充填部件配置成使得所述通道側側壁和所述電極體之間的距離比所述非通道側側壁和所述電極體之間的距離短。
2.根據權利要求1所述的電池組，其中在所排列的所述單電池中的至少一個單電池的所述單電池容器中插入有厚度彼此相 等的多個間隙充填部件作為所述一個或多個間隙充填部件；所述多個間隙充填部件中的至少一個間隙充填部件配置在所述通道側側壁和所述電 極體之間，並且其它的一個或多個間隙充填部件配置在所述非通道側側壁和所述電極體之 間；並且配置在所述通道側側壁和所述電極體之間的所述至少一個間隙充填部件的總厚度小 於配置在所述非通道側側壁和所述電極體之間的所述間隙充填部件的總厚度。
3.根據權利要求2所述的電池組，其中，配置在所述通道側側壁和所述電極體之間的 所述至少一個間隙充填部件的所述總厚度在構成所述電池組的所述單電池的所述容器間基本上相等。
4.根據權利要求1至3中任一項所述的電池組，其中在所排列的所述單電池中的至少一個單電池的所述單電池容器中，插入有厚度彼此不 同的至少兩種間隙充填部件作為所述間隙充填部件；並且在所述至少兩種間隙充填部件之中，較厚的間隙充填部件配置在所述非通道側側壁和 所述電極體之間。
5.根據權利要求1所述的電池組，其中，在所排列的所述單電池中的至少一個單電池 的所述單電池容器中，所述一個或多個間隙充填部件僅配置在所述非通道側側壁和所述電 極體之間。
6.根據權利要求1至5中任一項所述的電池組，其中在所排列的所述單電池之間的間隙中配置有利用沿所述排列方向施加的載荷與所述 單電池一起被約束的間隔保持板；並且所述間隔保持板的面對所述通道側側壁的面具有凹部，所述凹部構成供所述冷卻介質 通過的通道。
7.根據權利要求1至6中任一項所述的電池組，其中所述一個或多個間隙充填部件每個都形成為具有預定厚度的板片狀；並且所述間隙充填部件中的一個或多個插入在所述側壁和所述電極體之間。
8.根據權利要求1至7中任一項所述的電池組，其中所述多個單電池的每個都設置有通過卷繞板片狀的正電極和板片狀的負電極所形成 的扁平形狀的卷繞電極體；所述多個單電池排列成使得所述卷繞電極體的扁平面彼此面對，並且利用沿所述排列 方向施加的載荷被約束；並且在所述多個單電池中的至少一個單電池中，所述一個或多個間隙充填部件插入在所述 側壁和所述卷繞電極體的所述扁平面之間。
9.一種車輛，其特徵在於包括根據權利要求1至8中任一項所述的電池組。
10.一種電池組，包括按排列方向排列的多個單電池，其中，所述單電池的每個都包括電極體和容器，所述電極體包括正電極和負電極，所述容器 容納所述電極體；每個所述單電池容器的在所述排列方向上並置的兩個側壁是直接面對供冷卻介質通 過的通道的通道側側壁和不直接面對所述通道的非通道側側壁；並且在所排列的所述單電池中的至少一個單電池的所述單電池容器中，插入有充填所述電 極體和所述兩個側壁之間的間隙的一個或多個間隙充填部件，並且所述一個或多個間隙充 填部件配置成使得所述通道側側壁和所述電極體之間的距離比所述非通道側側壁和所述 電極體之間的距離短。
全文摘要
提供了一種電池組，該電池組能確保散熱性能並且具有構成電池組的單電池在排列方向上的均一厚度(尺寸)。在其中多個單電池(20)按排列方向排列的電池組(100)中，在所述多個單電池(20)中至少一個單電池的單電池容器(50)中，插入有充填電極體(80A-80D)和電池容器(50)的兩個側壁(52，54)之間的間隙的一個或多個間隙充填部件(10a，10b)，並且所述一個或多個間隙充填部件(10a，10b)配置成使得電極體(80A-80D)和直接面對供冷卻介質通過的通道的通道側側壁(52)之間的距離比電極體(80A-80D)和不直接面對所述通道的非通道側側壁(54)之間的距離短。
文檔編號H01M10/50GK101960643SQ200980107806
公開日2011年1月26日 申請日期2009年3月3日 優先權日2008年3月6日
發明者山本貴彥, 棚橋隆幸 申請人:豐田自動車株式會社