技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明的實(shí)施方式涉及一種層疊多個(gè)電池單體而形成的電池模塊。

背景技術(shù)：

電池模塊層疊多個(gè)電池單體而形成。進(jìn)一步，在該電池模塊上組合控制基板等而形成電池組。例如，作為2次電池的電池單體包括形成輪廓的外殼、收容在該外殼內(nèi)的非水電解質(zhì)及電極體。電池單體若反復(fù)使用，則在電池壽命的末期因在內(nèi)部產(chǎn)生的氣體等而導(dǎo)致內(nèi)壓增加并膨脹，這是中所周知的。并且，在具有膨脹的電池單體的電池模塊中，會(huì)發(fā)生伴隨著相鄰的電池單體之間的粘結(jié)剝離而產(chǎn)生的電池單體的損傷、以及電極體相對(duì)于外殼的游離，存在導(dǎo)致電池性能下降的可能性。

針對(duì)該問(wèn)題，周知在電池單體的層疊方向上系上帶來(lái)束縛電池單體，抑制電池單體膨脹的方法。然而，即使使用上述方法，由于帶柔軟而變形，因此也難以抑制電池單體膨脹。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

因此，本實(shí)施方式要解決的課題在于，提供一種電池模塊，能夠防止電池單體的膨脹及電極體的游離，防止組裝電池模塊時(shí)相鄰的電池單體彼此的位置偏離，并且容易組裝。

本發(fā)明的一種電池模塊，其特征在于，包括：層疊體，層疊多個(gè)在外殼內(nèi)收納有電極體的電池單體而成；嵌合部，在形成上述層疊體的上述電池單體各自的層疊面上至少具有一個(gè)凹部或凸部，對(duì)相鄰的上述電池單體進(jìn)行定位并連結(jié)；框狀的第1框架，嵌合在上述層疊體的一側(cè)面?zhèn)?，在? 疊方向上束縛上述層疊體的各電池單體；框狀的第2框架，嵌合在上述層疊體的另一側(cè)面?zhèn)?，在層疊方向上束縛上述層疊體的各電池單體；以及推壓構(gòu)件，設(shè)置在上述層疊體的兩端，與上述第1框架及上述第2框架連接，產(chǎn)生在層疊方向上從上述電池單體的外側(cè)推壓上述電池單體內(nèi)的上述電極體的作用力。

附圖說(shuō)明

圖1是本實(shí)施方式的電池模塊的分解立體圖。

圖2是表示本實(shí)施方式的電池模塊的組裝狀態(tài)的截面概略圖。

圖3是形成圖1的電池模塊的電池單體及分隔件的立體圖。

圖4是圖3所示的電池單體及分隔件的截面圖。

圖5是表示圖1所示的電池模塊的推壓構(gòu)件的立體圖。

圖6是圖5所示的電池模塊的推壓構(gòu)件的截面圖。

圖7是用于說(shuō)明本實(shí)施方式的電池模塊上所產(chǎn)生的負(fù)荷的截面概略圖。

圖8是表示本實(shí)施方式的電池單體及分隔件的變形例的立體圖。

圖9是用F9-F9切斷圖8所示的電池單體及分隔件的狀態(tài)的截面圖。

圖10是表示本實(shí)施方式的電池模塊上所安裝的框架的變形例的立體圖。

圖11是表示設(shè)置在本實(shí)施方式的電池單體內(nèi)的保持構(gòu)件的立體圖。

圖12是表示圖11所示的保持構(gòu)件設(shè)置在電池單體內(nèi)的狀態(tài)的截面圖。

圖13是表示設(shè)置在本實(shí)施方式的電池單體內(nèi)的保持構(gòu)件的變形例的立體圖。

圖14是表示圖13所示的保持構(gòu)件設(shè)置在電池單體內(nèi)的狀態(tài)的截面圖。

具體實(shí)施方式

本實(shí)施方式的電池模塊具有層疊多個(gè)在外殼內(nèi)收納有電極體的電池單體而成的層疊體。在形成層疊體的電池單體的層疊面上具有對(duì)相鄰的電池單體進(jìn)行定位并連結(jié)的凹部或凸部中的至少一方的嵌合部。此外，本實(shí)施方式的電池模塊具有嵌合在層疊體的一側(cè)面?zhèn)惹以趯盈B方向上束縛該層疊體的框狀的第1框架、以及嵌合在該層疊體的另一側(cè)面?zhèn)惹以趯盈B方向上 束縛該層疊體的框狀的第2框架。進(jìn)一步，本實(shí)施方式的電池模塊在層疊體的兩端具備推壓構(gòu)件，與第1框架及第2框架連接，在層疊方向上從電池單體的外側(cè)對(duì)電池單體內(nèi)的電極體施力。

以下，用圖1至圖7說(shuō)明第1實(shí)施方式的電池模塊1。圖1是本實(shí)施方式的電池模塊的分解立體圖。圖2是表示電池模塊的組合狀態(tài)的截面概略圖。圖3是形成圖1的電池模塊的電池單體及分隔件的立體圖。圖4是圖3所示的電池單體及分隔件的截面圖。圖5是表示圖1所示的電池模塊的推壓構(gòu)件的立體圖。圖6是圖5所示的電池模塊的推壓構(gòu)件的截面圖。圖7是用于說(shuō)明電池模塊上所產(chǎn)生的負(fù)荷的截面概略圖。

如圖1所示，電池模塊1具有多個(gè)電池單體500、多個(gè)分隔件700、多個(gè)總線(xiàn)40、固定總線(xiàn)40的端子面框架20、框架10、及2個(gè)板簧(推壓構(gòu)件)30。分隔件700是配置在相鄰的電池單體500之間的具有絕緣性的構(gòu)件?？偩€(xiàn)40將多個(gè)電池單體500電連接?？蚣?0將多個(gè)電池單體500作為一個(gè)單元來(lái)包圍固定。

電池單體500具有矩形箱狀的外殼510。外殼510具有對(duì)置配置的大致方形的第1面530和第2面550。此外，外殼510在第1面530與第2面550之間具備4個(gè)側(cè)面570。

在4個(gè)側(cè)面570之一的面即端子面571上設(shè)置有2個(gè)端子520。2個(gè)端子520中的一個(gè)為正極，另一個(gè)為負(fù)極。在外殼510的內(nèi)部填充有非水電解質(zhì)。此外，在外殼510的內(nèi)部，例如收容有將隔著絕緣構(gòu)件層疊正極層和負(fù)極層而成的扁平狀的層疊體卷繞成螺旋狀而成的電極體590。即，電池單體500是所謂的二次電池。

此外，圖2是表示本實(shí)施方式的電池模塊1的組裝時(shí)的狀態(tài)的截面圖。另外，本圖中，省略了分隔件700。此外，配置在框架10內(nèi)的電池單體500的數(shù)量為一例。即，電池單體500的數(shù)量不限定于此。如圖2所示，電池單體500在框架10內(nèi)并列地排列，形成層疊體50。

此外，如圖3及圖4所示，在電池單體500的第1面530的4個(gè)角部，分別設(shè)置有凹部540。同樣，在第2面550的4個(gè)角部，也分別設(shè)置有凹部540。在接合電池單體500和后述的分隔件700時(shí)，4個(gè)凹部540與分隔件700的4個(gè)凸部740分別嵌合。另外，凹部540在加工外殼510時(shí)例如通過(guò) 沖壓加工而形成。

在本實(shí)施方式中，電池單體500具備設(shè)置有2個(gè)端子520的端子面571。此外，電池單體500被配置成，相鄰的電池單體500的正極側(cè)和負(fù)極側(cè)的各端子520交替地排列。換言之，電池單體500重疊配置成，在將端子面571對(duì)齊的狀態(tài)下，相鄰的一個(gè)電池單體500的第2面550和另一個(gè)電池單體500的第2面550對(duì)置。

分隔件700是配置在相鄰的2個(gè)電池單體500之間的絕緣性的矩形的框架。

如圖3所示，分隔件700具備比電池單體500的第1面530稍大的方形的內(nèi)板730。分隔件700具有沿著內(nèi)板730的周?chē)坞姵貑误w500的側(cè)壁770。即，分隔件700在內(nèi)板730的兩個(gè)面上嵌入固定2個(gè)電池單體500。此外，在側(cè)壁770的角部，設(shè)置有與后述的框架10嵌合的突起720。分隔件700的材料例如可以使用具有絕緣性的樹(shù)脂材料。

此外，如圖3及圖4所示，在內(nèi)板730的第1面731的4個(gè)角部，分別設(shè)置有4個(gè)凸部740。這4個(gè)凸部740與設(shè)置在電池單體500的第2面550上的4個(gè)凹部540嵌合。另外，圖3及圖4中所示的箭頭表示電池單體500與分隔件700的嵌合方向。

此外，如圖4所示，在分隔件700的內(nèi)板730的第1面731的相反側(cè)的第2面733的4個(gè)角部，與第1面731同樣分別設(shè)置有4個(gè)凸部740。這4個(gè)凸部740與配置在第2面733側(cè)的電池單體500的4個(gè)凹部540嵌合。

如圖1所示，框架10配置成包圍多個(gè)電池單體500及多個(gè)分隔件700。具體地說(shuō)，在本實(shí)施方式中，框架10具有配置在圖示上側(cè)(一面?zhèn)?的上表面框架(第1框架)100、以及配置在圖示下側(cè)(他面?zhèn)?的下表面框架(第2框架)110。在框架10的內(nèi)側(cè)配置包括例如11個(gè)電池單體500和嵌入在它們之間的10個(gè)分隔件700的層疊體50。在本實(shí)施方式中，框架10使用金屬性的材料來(lái)制作。另外，框架10的材料不限于金屬，只要具有所需的強(qiáng)度，就也可以使用樹(shù)脂等。

第1框架100是具有比并列設(shè)置有多個(gè)電池單體500的層疊體50的上表面51大的外周的方形的框體。此外，如圖1所示，第1框架100在其周壁130上具備多個(gè)孔150。孔150與設(shè)置在分隔件700的側(cè)壁770的角部的 突起720嵌合。即，孔150將第1框架100固定在上表面51側(cè)(參照?qǐng)D1)。此外，如圖1所示，第1框架100具備從周壁130的圖示上端延伸設(shè)置且包圍上表面51的周緣的環(huán)狀的突出部170。

同樣，第2框架110是具有比并列設(shè)置的多個(gè)電池單體500的下表面53大的外周的方形的框體。此外，如圖1所示，第2框架110具備在其周壁130上排列設(shè)置的多個(gè)孔150。孔150與設(shè)置在分隔件700的側(cè)壁770的角部的突起720嵌合。即，孔150將第2框架110固定在下表面53側(cè)(參照?qǐng)D1)。此外，如圖1所示，第2框架110具備從周壁130的圖示下端延伸設(shè)置且包圍下表面53的周緣的環(huán)狀的突出部170。即，層疊體50通過(guò)第1框架100在層疊方向上束縛上表面51側(cè)，并且通過(guò)第2框架110在層疊方向上束縛下表面53側(cè)。

此外，端子面框架20是與電池單體500的端子面571對(duì)置配置的框體。端子面框架20具備矩形的多個(gè)開(kāi)口部21。各開(kāi)口部21配置成格子狀，在各開(kāi)口部21分別設(shè)置有總線(xiàn)40。

如圖1所示，總線(xiàn)40是將在層疊方向上相鄰的電池單體500的相鄰的端子520(例如，正極和負(fù)極)電連接的板狀的構(gòu)件。即，總線(xiàn)40作為用于將各電池單體500彼此連接的電路的一部分而發(fā)揮作用。另外，總線(xiàn)40配置在端子面框架20的開(kāi)口部21并固定于端子520。

如圖1所示，板簧30是分別設(shè)置在層疊體50的一端55及另一端57的推壓構(gòu)件。具體地說(shuō)，如圖5及圖6所示，板簧30是與電池單體500的第1面530大致相同的大小的矩形的推壓構(gòu)件。如圖6所示，板簧30具有截面大致M型的形狀。

即，板簧30具備與電池單體500的第1面530或第2面550的周緣部抵接的腿部31、以及封閉腿部31的一方的由二次曲面形成的曲面部33。如圖5所示，曲面部33具備朝向中央部分傾斜的凹部35。具備這種形狀的板簧30與框架10接觸地配置在層疊體50的一端55或另一端57。換言之，板簧30被配置成與第1框架100及第2框架110連接，且被層疊體50的端面和框架10夾持。并且，板簧30從電池單體500的外側(cè)抑制因電池單體500的內(nèi)壓增加而引起的電池單體500的膨脹。

接著，用圖2及圖7說(shuō)明本實(shí)施方式的電池模塊1的構(gòu)造上的特征。 圖2是表示本實(shí)施方式的電池模塊1的組裝時(shí)(初始狀態(tài))的作用于電池模塊1的各構(gòu)件上的負(fù)荷的截面概略圖。圖7是表示內(nèi)壓因電池單體500的內(nèi)部所產(chǎn)生的氣體而增加的狀態(tài)下作用于電池模塊1的各構(gòu)件上的負(fù)荷的截面概略圖。另外，圖2及圖7中，為了容易觀察力發(fā)生作用的方向，省略表示分隔件700等幾個(gè)構(gòu)件。此外，各箭頭的方向表示負(fù)荷的方向。此外，箭頭的長(zhǎng)度表示負(fù)荷的大小。

首先，用圖2說(shuō)明電池模塊1的初始狀態(tài)的負(fù)荷的方向。如上所述，電池模塊1用第1框架100在層疊體50的上表面51側(cè)在層疊方向上束縛層疊體50。電池模塊1用第2框架110在層疊體50的下表面53側(cè)在層疊方向上束縛層疊體50。此外，板簧30分別設(shè)置在層疊體50的一端55及另一端57。2個(gè)板簧30及層疊體50配置并固定在第1框架100及第2框架110的內(nèi)側(cè)。此外，在各電池單體500的內(nèi)部，設(shè)置有電極體590。

在圖2中，箭頭O及箭頭Q表示板簧30的預(yù)壓負(fù)荷。箭頭P表示板簧30的預(yù)壓負(fù)荷所作用的電極體590的反作用力。箭頭R表示板簧預(yù)壓負(fù)荷所作用的框架10的反作用力。

此外，在圖7中，與圖2相同的箭頭表示相同的負(fù)荷。并且，箭頭S表示電池單體500內(nèi)所產(chǎn)生的氣體引起的內(nèi)壓負(fù)荷。箭頭T及箭頭W表示因內(nèi)壓負(fù)荷而增加產(chǎn)生的預(yù)壓負(fù)荷。此外，箭頭U表示因內(nèi)壓負(fù)荷而增加產(chǎn)生的框架10的反作用力。此外，箭頭N表示因內(nèi)壓負(fù)荷而增加產(chǎn)生的電極體590的反作用力。

層疊體50以從層疊方向的兩側(cè)用預(yù)定的壓力推壓多個(gè)排列的電池單體500的狀態(tài)被束縛。電池模塊1在這樣形成的層疊體50的一端55及另一端57分別配置板簧30。并且，電池模塊1通過(guò)框架10包圍并固定層疊體50及板簧30。由此，層疊體50被束縛在框架10的內(nèi)側(cè)。

在此，如圖2所示，板簧30配置在框架10與層疊體50之間，從而產(chǎn)生板簧預(yù)壓負(fù)荷。板簧預(yù)壓負(fù)荷包括表示朝向?qū)盈B體50作用的負(fù)荷的箭頭O、以及表示作用于板簧30的腿部31的負(fù)荷的箭頭Q。此外，作用于支撐腿部31的框架10的板簧預(yù)壓負(fù)荷的反作用力表示為箭頭R。即，在圖2中，用箭頭O表示的負(fù)荷與將2個(gè)箭頭Q相加的負(fù)荷相同而平衡。

此外，與用箭頭O表示的板簧30的預(yù)壓負(fù)荷相同大小的反作用力用箭 頭P來(lái)表示。箭頭P從電極體590經(jīng)由電池單體500的外殼510作用于板簧30。

此外，在不與板簧30相接的電池單體500，也如箭頭O所示，通過(guò)作用/反作用而產(chǎn)生板簧預(yù)壓負(fù)荷引起的電極體590的反作用力，保持各電極體590。

即，箭頭O的板簧預(yù)壓負(fù)荷與表示成箭頭P的板簧預(yù)壓負(fù)荷的電極體反作用力相等。此外，用箭頭R表示的板簧預(yù)壓負(fù)荷的框架反作用力與用箭頭Q表示的板簧預(yù)壓負(fù)荷相等。由此，電池模塊1通過(guò)用框架10及板簧30束縛層疊體50，能夠束縛配置在外殼510的內(nèi)部的電極體590。

之后，如圖7所示，在電池單體500的內(nèi)部，經(jīng)老化使用，充滿(mǎn)氣體。因所產(chǎn)生的氣體，在電池單體500的內(nèi)部，產(chǎn)生內(nèi)壓負(fù)荷(作為分布負(fù)荷，用箭頭S表示)。此時(shí)，在配置于層疊體50內(nèi)側(cè)的電池單體500中，所產(chǎn)生的內(nèi)壓負(fù)荷通過(guò)作用/反作用而推壓相鄰的電池單體500。并且，所產(chǎn)生的內(nèi)壓負(fù)荷在層疊體50的一端55及另一端57推壓板簧30。

這樣，在本實(shí)施方式的電池模塊1中，在電池單體500的第1面530及第2面550的4個(gè)角部分別具備4個(gè)凹部540。此外，在分隔件700上，設(shè)置有與電池單體500的4個(gè)凹部540嵌合的4個(gè)凸部740。電池模塊1通過(guò)使凹部540和凸部740嵌合，能夠提高多個(gè)電池單體500的組裝位置精度。由此，提高電池模塊1的一體性。此外，電池模塊1由于具有嵌合凹部540和凸部740的結(jié)構(gòu)，電池單體500和分隔件700難以脫離。

此外，框架10通過(guò)拉伸負(fù)荷在層疊方向上束縛層疊體50的兩端的8個(gè)角部。即，電池模塊1使框架10的層疊體50的束縛方向與電池單體500和分隔件700的嵌合方向一致。因此，電池模塊1能夠更穩(wěn)定地保持內(nèi)壓負(fù)荷增加了的層疊體50。另外，所使用的框架10使用拉伸方向上剛性、強(qiáng)度高的框架。

具有這種結(jié)構(gòu)的電池模塊1通過(guò)與板簧30及框架10組合配置，能夠充分吸收從電池單體500的內(nèi)部產(chǎn)生的內(nèi)壓負(fù)荷的增加。因此，形成層疊體50的電池單體500在電池模塊1的壽命末期，電池單體500也不會(huì)因內(nèi)壓的增加而變形。

即，本實(shí)施方式的電池模塊1通過(guò)框架10切實(shí)地在層疊方向上束縛層 疊體50的兩端各自的4角。此外，作用于層疊體50的端面的中央部的內(nèi)壓負(fù)荷被由板簧30作用的預(yù)壓負(fù)荷抑制。并且，板簧30的預(yù)壓負(fù)荷通過(guò)作用和反作用而作用于所層疊的所有電池單體500。因此，配置在電池單體500的外殼510內(nèi)部的電極體590即使在內(nèi)壓負(fù)荷增加的情況下，也通過(guò)板簧30的預(yù)壓負(fù)荷而被束縛在外殼510的預(yù)定的位置。

即，本實(shí)施方式的電池模塊1具備能夠提供能夠充分吸收電池單體500的內(nèi)壓負(fù)荷的增加的預(yù)壓負(fù)荷的板簧30及框架10，由此抑制電池單體500的外殼510的膨脹。此外，電池模塊1通過(guò)具備能夠提供能夠充分吸收電池單體500的內(nèi)壓負(fù)荷的增加的預(yù)壓負(fù)荷的板簧30及框架10，經(jīng)由電池單體500的外殼510束縛電極體590，能夠防止電極體590游離于外殼510而引起電池性能下降。

此外，第1框架100及第2框架110具備突出部170。該突出部170還發(fā)揮向?qū)盈B體50束縛框架10時(shí)的定位作用。即，例如還可以預(yù)先檢測(cè)出適合于層疊體50的束縛的框架10的位置，并以與其相符的寬度制作周壁130，在其一側(cè)設(shè)置突出部170。這樣制作的框架10不需要在層疊體50的束縛工序中對(duì)每個(gè)層疊體50分析層疊體50的束縛位置。換言之，只要嵌入到框架10的突出部170與一側(cè)面(上表面51)或另一側(cè)面(下表面53)抵接即可，作業(yè)性良好。

說(shuō)明了本發(fā)明的幾個(gè)實(shí)施方式，但上述實(shí)施方式僅是作為例子而提示的實(shí)施方式，不限定發(fā)明的范圍。這些新穎的方法和系統(tǒng)能夠以其他各種方式來(lái)實(shí)施，在不脫離發(fā)明的要旨的范圍內(nèi)，能夠進(jìn)行各種省略、置換及變更。這些實(shí)施方式及其變形屬于發(fā)明的范圍及要旨，并且屬于權(quán)利要求書(shū)中所記載的發(fā)明及其均等的范圍。

例如，在上述實(shí)施方式的電池模塊1中，將電池單體500和分隔件700通過(guò)設(shè)置在分別對(duì)應(yīng)的位置上的4個(gè)凹部540及4個(gè)凸部740來(lái)嵌合固定，但凹部540及凸部740不限于此。

例如，如圖8及圖9所示，在電池單體500b的第1面530b的中央部整體設(shè)置具有臺(tái)階的一個(gè)凸部540b，同樣在第2面550b的中央部整體設(shè)置具有臺(tái)階的一個(gè)凸部540b。此外，在分隔件700的內(nèi)板730b的雙面，分別 形成有與電池單體500b的凸部540b對(duì)應(yīng)的凹部740b。這樣形成的凹部740b和凸部540b能夠容易一對(duì)一地組裝電池單體500和分隔件700，作業(yè)性良好。另外，將分隔件或電池單體中的哪一側(cè)設(shè)為凹部或凸部，沒(méi)有特別限定?？梢愿鶕?jù)所采用的凹凸形狀及所使用的材料的特性等來(lái)適當(dāng)選擇。

此外，在上述實(shí)施方式的電池模塊1中，框架10是具備覆蓋上表面51及下表面53的一部分的環(huán)狀的突出部170的形狀，但框架10不限于該形狀。例如，如圖10所示，框架10b還可以使用沒(méi)有突出部170的筒狀的框體。即，框架10只要具有不會(huì)因從電池單體500的內(nèi)部產(chǎn)生的內(nèi)壓負(fù)荷而撓曲地能夠束縛層疊體50的剛性即可。

此外，在上述實(shí)施方式的電池模塊1中，板簧30作為獨(dú)立構(gòu)件而組裝在框架10與層疊體50之間，但不限于此。即，只要是能夠?qū)盈B體50提供足夠的預(yù)壓負(fù)荷的支撐構(gòu)件即可。例如，也可以使用與第1框架100及第2框架110一體地連接的支撐構(gòu)件。

此外，上述實(shí)施方式的電池模塊1中的電池單體500的凹部540的內(nèi)側(cè)部分充滿(mǎn)有非水電解質(zhì)，但凹部540的內(nèi)側(cè)部分不限于此。

例如，如圖11及圖12所示，還可以在電池單體500b的凹部540的內(nèi)側(cè)配置圓筒形狀的墊塊60。該墊塊60還作為確保電池單體500b的位置精度、且克服層疊時(shí)的壓力來(lái)支撐電池單體500b的支撐體而發(fā)揮作用。

進(jìn)一步，墊塊60不限于上述情況。即，如圖13及圖14所示，墊塊60b封閉大致方形的筒體的一端，在與電池單體500c的凹部540對(duì)應(yīng)的位置設(shè)置有凹部61b。此外，在墊塊60b的開(kāi)口部的內(nèi)側(cè)，沿著電極體590的形狀形成有支撐部63b。這樣形成的2個(gè)墊塊60b在電池單體500c的內(nèi)部支撐電極體590的兩端部，并且作為限制電極體590在電池單體500c內(nèi)部移動(dòng)的電極體590的保持件而發(fā)揮作用。

因此，即使在電池單體500c因內(nèi)壓的增加而開(kāi)始撓曲的情況下，由于墊塊60b保持電極體590，因此也能夠抑制發(fā)生電極體590的位置偏移及游離的可能性。