專利名稱：電池單元的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種具有傳感器的電池單元。本申請要求2010年11月9日在日本申請的特愿2010-251127的優(yōu)先權(quán)，在此引用了其內(nèi)容。
背景技術(shù)：
電池包括僅進(jìn)行放電的一次電池以及可進(jìn)行充電放電的二次電池，任意一種在使用時(shí)均會發(fā)熱的這種現(xiàn)象已被公知。由于該發(fā)熱而使電池溫度上升時(shí)，可能無法獲得良好的電池性能，因此進(jìn)行以下嘗試為了測量電池單體即電池單元的電池溫度而在電池單元附近配置溫度傳感器(參照專利文獻(xiàn)I及專利文獻(xiàn)2)，適當(dāng)進(jìn)行冷卻等以使電池性能保持良好。專利文獻(xiàn)I :日本特開2004-14171號公報(bào)專利文獻(xiàn)2 :日本特開2006-4911號公報(bào)但是，即使如上述文獻(xiàn)那樣在電池容器附近的外部配置溫度傳感器，也難以正確掌握發(fā)熱的電池單元內(nèi)部的正確溫度。因此，用于良好地保持電池性能的冷卻控制等變得復(fù)雜。另一方面，如果能妥善地將溫度傳感器內(nèi)置于電池單元內(nèi)部，例如與電池容器內(nèi)的電極板接觸而配置溫度傳感器，則電極板易產(chǎn)生應(yīng)變或損傷，電池性能反而可能會退化。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型鑒于以上情況而出現(xiàn)，其目的在于提供一種內(nèi)置傳感器的同時(shí)可良好地發(fā)揮電池性能的電池單元。本實(shí)用新型的電池單元具有第I電池塊,該第I電池塊具有正極板和負(fù)極板通過隔膜層疊的第I層疊電極體；配置在上述第I層疊電極體上的第I隔板;第2電池塊，該第2電池塊具有正極板和負(fù)極板通過隔膜層疊的第2層疊電極體；配置在上述第2層疊電極體上的第2隔板；電池容器，上述第I電池塊和上述第2電池塊以上述第I隔板和上述第2隔板相接觸的方式容納于該電池容器中；以及傳感器。上述傳感器配置在上述第I隔板和上述第2隔板之間所形成的傳感器配置區(qū)域。上述電池單元在形成于第I電池塊的第I隔板和第2電池塊的第2隔板之間的傳感器配置區(qū)域配置傳感器，因此可抑制構(gòu)成層疊電極體的電極板中產(chǎn)生的應(yīng)變或損傷。[0009]根據(jù)本實(shí)用新型，可提供一種內(nèi)置傳感器的同時(shí)可良好地發(fā)揮電池性能的電池單J Li ο
[0010]圖I是表示第I實(shí)施方式的電池單元的構(gòu)成的示意分解圖。[0011]圖2是圖I的A-A’線截面圖。[0012]圖3是圖I的B-B’線截面圖。[0013]圖4是表示圖I所示的第2電池塊的詳細(xì)結(jié)構(gòu)的示意圖。[0014]圖5(a)是表不圖I所不的隔板的變形例的俯視圖，圖5(b)是該變形例的截面圖。圖6是表示第2實(shí)施方式的電池單元的構(gòu)成的截面圖。
具體實(shí)施方式
以下參照附圖說明本實(shí)用新型的實(shí)施方式。在說明所使用的附圖中，為了易于理解而表示特征性部分，因此存在附圖中的結(jié)構(gòu)的尺寸及縮小比例相對實(shí)際結(jié)構(gòu)不同的情況。在實(shí)施方式中，對同樣的構(gòu)成要素標(biāo)以相同的標(biāo)號進(jìn)行圖示，并省略其詳細(xì)說明。(第I實(shí)施方式)圖I是表示第I實(shí)施方式的電池單元的構(gòu)成的示意分解圖。圖I所示的電池單元 I例如是長方形的鋰離子二次電池單元。第I實(shí)施方式的電池單元的構(gòu)成是在電池容器中插入多個下述的電池塊，且將傳感器配置在該多個電池塊之間，用具有電極端子的蓋子密封該電池容器(電解液也貯存于電池容器內(nèi))。以下參照圖I至圖4進(jìn)行詳述，其中在每個圖中均使用相同的正交坐標(biāo)系O如圖I所示，電池容器2是上述長方形。即，電池容器2是如下容器具有在Y軸方向配置長邊(長L)且在X軸方向配置短邊(長1(小寫L))的大致矩形的底面，并具有與該底面的所有邊連接并向垂直于該底面的方向(+Z方向)延伸的壁面。蓋子3是與電池容器2的上述底面實(shí)質(zhì)上相同的板狀的形狀，電極端子(正極端子4或負(fù)極端子5)貫通該板狀的形狀的兩面并固定。并且，也形成用于注入電解液的注液孔7(參照圖3)。電池容器2和蓋子3可以由不因電解液等而變質(zhì)的絕緣性的塑料樹脂制成，也可以由鋁等導(dǎo)電性的金屬制成。它們彼此是相同材料時(shí)，通過焊接或粘合/熱熔融等可有效進(jìn)行電池容器2和蓋子3的上述密封。當(dāng)它們是導(dǎo)電性時(shí)，如圖I所示，在電極端子和蓋子3之間設(shè)置塑料樹脂等絕緣性部件6，以使電極端子不與蓋子3電連接。此外，在該密封階段，注液孔7未被掩埋，所以從嚴(yán)格意義上來說并不是實(shí)質(zhì)上完全密封的狀態(tài)。在該密封后，從注液孔7注入電解液(未圖示)，然后用螺絲等密封部件8 堵塞注液孔7，從而形成上述實(shí)質(zhì)上完全密封的狀態(tài)。為了使該實(shí)質(zhì)上完全密封的狀態(tài)更加完善，優(yōu)選密封部件8和蓋子3用相同材料形成。電池容器2內(nèi)至少內(nèi)置兩個電池塊。圖I中示出了第I電池塊9和第2電池塊10 兩個電池塊。第I電池塊9和第2電池塊10從易于制造的角度而言是相同構(gòu)成，為了易于說明，區(qū)分為“第I”及“第2”。由于任意一個電池塊都是相同構(gòu)成，所以在此詳細(xì)說明一個電池塊時(shí)以第2電池塊10為例，參照圖4進(jìn)行說明。電池塊具有正極板和負(fù)極板經(jīng)由隔膜而層疊的層疊電極體11 ;包圍層疊電極體 11的周邊的形狀的樹脂制(例如絕緣性的塑料樹脂制)的隔板。在圖4中，以實(shí)質(zhì)上寬WX 聞hX厚t的矩形不出兩個板狀的第I隔板部件12,以實(shí)質(zhì)上寬wX聞hX厚t的矩形不出兩個板狀的第2隔板部件13 (其中W > w)。為了使電解液良好的浸透到層疊電極體11，在第I隔板部件12和第2隔板部件 13上在不妨礙配置下述突起部17的位置上形成貫通孔16 (為了使電解液的浸透有效，優(yōu)選如圖所示形成多個)。并且，為了保護(hù)層疊電極體11免受電池單元I的振動等影響，在第I隔板部件12和第2隔板部件13上形成突起形狀的多個突起部17(高d)。可通過從板狀的第I隔板部件12和第2隔板部件13的背面按壓使之變形而形成突起部17(在圖4中， 第I隔板部件12和第2隔板部件13中，均將形成有突起部17的一個面稱為表面，將另一個面稱為背面)。從該表面觀察，突起部可以是圓筒形狀或圓拱形狀等，只要具有上述保護(hù)功能，可以是任意形狀。多個突起部17以相鄰的突起部17之間具有預(yù)定間隔空隙且具有一定規(guī)則性的方式而配置。因此，可以象圍棋棋盤一樣在第I隔板部件12和第2隔板部件 13上配置突起部17，也可以象網(wǎng)格狀一樣在第I隔板部件12和第2隔板部件13上配置突起部17。但在第I隔板部件12中，按照上述規(guī)則性應(yīng)配置的突起部17中有一部分突起部 17未形成(將按照上述規(guī)則性應(yīng)配置的突起部17的形成區(qū)域中實(shí)際上未形成突起部17的區(qū)域稱為突起部未形成區(qū)域12a)。稍后詳述，這是為了在包括突起部未形成區(qū)域12a且連接沿著第I隔板部件12的表面放射狀包圍該突起部未形成區(qū)域12a的多個突起部17而形成的區(qū)域中，確保放置傳感器15的空間。使兩個第I隔板部件12的背面朝向?qū)盈B電極體11并且夾持層疊電極體11。進(jìn)一步，使兩個第2隔板部件13的背面朝向?qū)盈B電極體11并且向與第I隔板部件12的背面垂直的方向配置兩個第2隔板部件13的背面且夾持層疊電極體11。即，在被這4個隔板包圍的空間配置層疊電極體11，從而形成上述電池塊。在圖4中，為了易于將這4個隔板彼此組合成框狀，設(shè)置兩個從第I隔板部件12的朝向Z軸方向的邊的存在于-Y —側(cè)的邊到+Y方向的凹狀的切口，設(shè)置兩個從第I隔板部件 12的朝向Z軸方向的邊的存在于+Y —側(cè)的邊到-Y方向的凹狀的切口，在和上述凹狀切口對應(yīng)的位置上設(shè)置兩個從第2隔板部件13的朝向Z軸方向的邊的存在于-X —側(cè)的邊到-X 方向的突起狀的突起，在和上述凹狀切口對應(yīng)的位置上設(shè)置兩個從第2隔板部件13的朝向 Z軸方向的邊的存在于+X —側(cè)的邊到+X方向的突起狀的突起。通過嵌合該凹狀的切口和該突起形狀的突起，上述4個隔板可維持從四方夾持層疊電極體11的矩形管形狀(井口形狀)。在不形成該凹狀的切口和該突起形狀的突起的情況下，在形成電池塊時(shí)，將上述4 個隔板適當(dāng)接觸/配置到層疊電極體11，并通過絕緣性膠帶等纏繞所有隔板，使所有隔板物理連接。但通過將上述凹狀的切口或上述突起形狀的突起形成在各隔板上，可嵌合它們從而容易地形成電池塊，因此可提高生產(chǎn)效率。并且，排列上述構(gòu)成的電池塊形成電池組(這里是第I電池塊9及第2電池塊10 這兩個電池塊排列而形成電池組)，將絕緣性的塑料樹脂等緩沖材料14(在圖I中為了簡便而省略了圖示。參照圖2、圖3)鋪到電池容器2的底面，并將電池組插入到電池容器2的內(nèi)部。此時(shí)，第I隔板部件12和第2隔板部件13發(fā)揮插入引導(dǎo)的功能，因此該插入變得容易，且可防止層疊電極體11在該插入時(shí)受到損傷。此外，緩沖材料14實(shí)質(zhì)上覆蓋上述底面而配置，即使在電池單元I的高度方向(Z方向)產(chǎn)生振動的情況下，也可緩沖傳送到內(nèi)置于電池單元I的電池組的振動。在將上述電池組插入到電池容器2后或插入前，傳感器15配置在包括突起部未形成區(qū)域12a且連接沿著第I隔板部件12的表面放射狀包圍突起部未形成區(qū)域12a的多個突起部17而形成的區(qū)域中(以下稱為傳感器配置區(qū)域)。第I電池塊9和第2電池塊10彼此的第I隔板部件12的突起部17互相接觸并形成電池組，因此使用突起部的高d的話， 電池塊的層疊方向(X軸方向)上的傳感器配置區(qū)域的寬度表示為2Xd(參照圖2)。并且，在傳感器配置區(qū)域中，實(shí)質(zhì)上通過多個突起部17至少以點(diǎn)支撐傳感器15的外表面，從而使傳感器15配置/固定于電池容器2內(nèi)的預(yù)定位置，在振動等施加到電池單元I時(shí)，為使電池容器2內(nèi)傳感器15不會大幅跳動，在第I隔板部件12的表面限制其動作。如上所述，通過多個突起部17點(diǎn)支撐傳感器15，從而可防止阻礙電解液的循環(huán)，因此可形成電池性能良好的電池單元I。當(dāng)然，也可根據(jù)設(shè)計(jì)規(guī)格如下設(shè)計(jì)適當(dāng)連接多個突起部 17形成線狀結(jié)構(gòu)，即不通過點(diǎn)而通過線支撐傳感器15的外表面。也可不是線，而混合點(diǎn)和線來支撐傳感器15的外表面。此外，夾持一個電池塊的上述2個第I隔板部件12是相同構(gòu)成，但只要通過兩個電池塊接觸的部位上的各自的隔板形成上述傳感器配置區(qū)域即可，因此無需是相同構(gòu)成。 圖5表示通過相當(dāng)于第I隔板部件12的兩種隔板12A及12B夾持一個電池塊且排列兩個電池塊時(shí)的一例(其他構(gòu)成和圖I的構(gòu)成相同，因此省略說明)。隔板12A及12B如圖5(a)所示，彼此與第I隔板12的尺寸相同，但如作為沿著圖 5(a)中的C-C’線的XY平面截面圖(兩個電池塊接觸的地方的各自的隔板的截面圖)的圖 5(b)所示，各自的多個突起部17不以相同的圖案形成。設(shè)計(jì)為，使隔板12A和12B重合時(shí)各自的突起部17不重合，因此，這種情況下，傳感器配置區(qū)域的寬度和突起部17的高d相同。和使用兩個第I隔板部件12時(shí)相比，可減小傳感器配置區(qū)域的寬度，因此除了上述效果外，還可促進(jìn)電池單元的小型化。并且，為了測量內(nèi)置于電池容器2的電池塊之間產(chǎn)生的溫度，以傳感器15為溫度傳感器來進(jìn)行說明。但測定電池塊之間產(chǎn)生的壓力時(shí)使用壓力傳感器等，可根據(jù)電池單元 I的內(nèi)部產(chǎn)生的溫度、壓力等測定任意參數(shù)，從而可適當(dāng)變更傳感器15的種類。并且，當(dāng)傳感器是小型的、不易進(jìn)行上述傳感器配置區(qū)域中的上述限制時(shí)，可將傳感器主體收容到傳感器收容容器15A中形成傳感器15，如上所述限制該傳感器收容容器15A的外表面。在本實(shí)施方式的電池單元I中，傳感器主體是作為溫度傳感器的熱電對，因此如圖I 圖4所示，其構(gòu)成是將該熱電對收容到傳感器收容容器15A中。熱電對是異種金屬相接合的結(jié)構(gòu)，通過熱電對進(jìn)行溫度測量時(shí)，需要將連接到各個異種金屬的布線15a和15b 取出到電池單元I的外部，將這些布線連接到電池單元I外部的電壓計(jì)23。因此，將這兩個布線15a和15b捆扎并與密封部件8 —體化。通過該構(gòu)成，在從注液孔7取出這些布線且注液后，通過密封部件8可使電池單元I為實(shí)質(zhì)上完全密封的狀態(tài)。進(jìn)一步，層疊電極體11可以是多個正極板和多個負(fù)極板分別通過隔膜依次層疊的層疊電極體(積層型層疊電極體)，也可是一個正極板和一個負(fù)極板通過一個隔膜層疊且纏繞的狀態(tài)的層疊電極體(纏繞型層疊電極體)。在圖I和圖4中雖省略了圖示，但如圖2和圖3所示，在層疊電極體11中形成從正極板延伸的正極極耳19和從負(fù)極板延伸的負(fù)極極耳20，分別通過對應(yīng)的正極導(dǎo)線21或負(fù)極導(dǎo)線22分別電連接到對應(yīng)的正極端子4或負(fù)極端子5。在振動等施加到電池單元I時(shí)，為使電池容器2內(nèi)上述電池單元不大幅跳動而設(shè)計(jì)層疊電極體11的厚度(X軸方向)。其中，通過兩個電池塊形成一個電池單元，因此層疊電極體11的厚度(X軸方向)設(shè)計(jì)為(l-((4Xd) + (4Xt)))/2。該式中的“I”是小寫的L。[0041]為使第I隔板部件12和第2隔板部件13緊密夾持層疊電極體11，該層疊電極體 11的高(Z軸方向)設(shè)計(jì)得與這些隔板的高h(yuǎn)實(shí)質(zhì)上相同或較小。此外，該隔板的高h(yuǎn)設(shè)計(jì)得和電池單元I的高度方向(Z軸方向)的內(nèi)部尺寸H實(shí)質(zhì)上相同或略小。根據(jù)以上構(gòu)成，本實(shí)施方式的電池單元可通過傳感器測量在鋰離子二次電池的充電放電中變?yōu)樽罡邷氐碾姵貑卧獌?nèi)部的中央附近的溫度。此時(shí)，在配置于各電池塊且配置在電池塊之間的隔板所形成的傳感器配置區(qū)域中配置該傳感器，因此可提供一種可防止電極板的應(yīng)變或損傷的同時(shí)發(fā)揮良好的電池性能的電池單元。(第2實(shí)施方式)接著參照圖6說明第2實(shí)施方式的電池單元。和第I實(shí)施方式的電池單元的不同點(diǎn)在于，在第I實(shí)施方式中，傳感器15的布線15a和15b兩個均從注液孔7取出，但在本實(shí)施方式中，僅將其中的一條布線從注液孔7取出且另一個布線不取出。其他構(gòu)成和第I實(shí)施方式的電池相同，標(biāo)以和第I實(shí)施方式相同的標(biāo)號，省略該標(biāo)號的說明。在第2實(shí)施方式的電池單元中，電池容器2和蓋子3均由導(dǎo)電性的材料例如金屬形成。從傳感器15’延伸的兩條布線15a’和15b’中,布線15a’和第I實(shí)施方式的電池單元一樣拉到電池單元外部，與電壓計(jì)23連接。對于布線15b’，電池單元插入到電池容器2之前，在緩沖材料14上形成貫通布線 15b’的孔，除此之外，貫通和緩沖材料14相同的緩沖材料14’，將緩沖材料14’配置到電容容器2的底部。由此可獲得以下構(gòu)成布線15b’夾持在電池容器2和緩沖材料14’之間并與電池容器2接觸，且將電池單元插入到電池容器2時(shí)，因其重量而進(jìn)一步強(qiáng)化了布線15b’ 和電池容器2的接觸。在密封部件8和電池容器2之間配置金屬端子25，連接到金屬端子25的布線24 與電壓計(jì)23連接，從而進(jìn)行該傳感器15’的電壓測量(電壓下的溫度測量)。即這種情況下，電池容器2和蓋子3是導(dǎo)電性的材料，從而可將它們實(shí)質(zhì)上作為布線而利用。通過該構(gòu)成，在注液孔7較小從而難以將內(nèi)置于電池單元的傳感器的兩個布線均通過注液孔7導(dǎo)出到電池單元外部的情況下，也可適當(dāng)?shù)嘏渲脗鞲衅?，因此可使電池單元小型化。此外，本?shí)施方式的傳感器可以和第I實(shí)施方式中所述的傳感器相同。替代布線而使用電池容器2等，因此例如作為溫度傳感器要求其溫度測定的精度時(shí)，使傳感器15是因一定的熱量而斷線的保險(xiǎn)絲等的溫度傳感器，則通過溫度測量用的電壓計(jì)23測定是否電氣性斷線即可，從而可確保足夠的精度。在上述第I和第2實(shí)施方式的電池單元中，以電池單元具有兩個電池塊為例進(jìn)行了說明，電池單元中含有的電池塊的個數(shù)也可是三個以上。當(dāng)電池單元具有三個以上的電池塊時(shí)，可在彼此相鄰的多個電池塊的任意之間配置傳感器，也可在特定的電池塊之間配
置傳感器。并且，示出了從傳感器將與其連接的布線導(dǎo)出到電池單元外部的構(gòu)成，也可以不是布線從該傳感器導(dǎo)出到電池單元外部的構(gòu)成。可以是通過內(nèi)置于該傳感器的無線裝置使測定信息從該傳感器傳送到電池單元外部的構(gòu)成，還可以是在分解電池單元時(shí)首次可獲得該測定信息的歷史的構(gòu)成。 進(jìn)一步，上述實(shí)施方式的電池單元以鋰離子二次電池為例進(jìn)行了說明，一次電池、 二次電池等任意的電池單元均可適用本實(shí)用新型。[0052] 以上說明了本實(shí)用新型的優(yōu)選實(shí)施方式，本實(shí)用新型不限于上述實(shí)施方式。在不脫離本實(shí)用新型的主旨的范圍內(nèi)，可對結(jié)構(gòu)進(jìn)行增加、省略、置換，也可進(jìn)行其他變更。本實(shí)用新型不由上述說明限定，僅由權(quán)利要求范圍限定。
權(quán)利要求1.一種電池單元，具有第I電池塊，該第I電池塊具有正極板和負(fù)極板通過隔膜層疊的第I層疊電極體；和配置在上述第I層疊電極體上的第I隔板；第2電池塊，該第2電池塊具有正極板和負(fù)極板通過隔膜層疊的第2層疊電極體；和配置在上述第2層疊電極體上的第2隔板；電池容器，上述第I電池塊和上述第2電池塊以上述第I隔板和上述第2隔板相接觸的方式容納于該電池容器中；以及傳感器，上述電池單元的特征在于，上述傳感器配置在上述第I隔板和上述第2隔板之間所形成的傳感器配置區(qū)域。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的電池單元，其中，上述第I隔板或上述第2隔板的表面上形成多個突起部，關(guān)于配置在上述傳感器配置區(qū)域的上述傳感器，實(shí)質(zhì)上通過上述多個突起部使上述傳感器的外表面的一部分至少被點(diǎn)支撐且被限制。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的電池單元，其中，通過兩個上述第I隔板夾持上述第I層疊電極體而構(gòu)成上述第I電池塊，通過兩個上述第2隔板夾持上述第2層疊電極體而構(gòu)成上述第2電池塊。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的電池單元，其中，上述第I電池塊還具有兩個第3隔板，與兩個上述第I隔板一起將上述第I層疊電極體的周邊包圍成矩形管形狀，上述第2電池塊還具有兩個第4隔板，與兩個上述第2隔板一起將上述第2層疊電極體的周邊包圍成矩形管形狀。
5.根據(jù)權(quán)利要求2至4的任意一項(xiàng)所述的電池單元，其中，關(guān)于配置在上述傳感器配置區(qū)域的上述傳感器，上述傳感器的外表面的一部分至少被線支撐且被限制。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的電池單元，其中，上述第I層疊電極體和上述第2層疊電極體均是積層型，上述第I隔板和上述第2隔板實(shí)質(zhì)上是相同構(gòu)成，上述第3隔板和上述第4隔板實(shí)質(zhì)上是相同構(gòu)成，上述傳感器是溫度傳感器。
7.根據(jù)權(quán)利要求2至4的任意一項(xiàng)所述的電池單元，其中，上述電池容器是導(dǎo)電性的，上述傳感器具有兩條布線，上述布線中的一條布線電連接到上述電池容器。
專利摘要電池單元具有第1電池塊、第2電池塊、電池容器和傳感器。上述第1電池塊具有正極板和負(fù)極板通過隔膜層疊的第1層疊電極體；和配置在上述第1層疊電極體上的第1隔板。上述第2電池塊具有正極板和負(fù)極板通過隔膜層疊的第2層疊電極體；和配置在上述第2層疊電極體上的第2隔板。上述第1電池塊和上述第2電池塊以上述第1隔板和上述第2隔板相接觸的方式容納到上述電池容器中。上述傳感器配置在上述第1隔板和上述第2隔板之間所形成的傳感器配置區(qū)域。
文檔編號H01M10/48GK202352793SQ20112043303
公開日2012年7月25日 申請日期2011年11月4日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月9日
發(fā)明者倉橋智佳 申請人:三菱重工業(yè)株式會社