CN112868129B - 电池模组 - Google Patents

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Abstract

本发明的目的在于，提供一种电池模组，电池单体的冷却效率得以提高，电池模组1具备：电池单体2，其包括具有正电极层201、负电极层202及固体电解质层203的全固体电池；支承板3，其安装有电池单体2；冷却介质流道41，其流通有冷却支承板3的冷却介质；其中，在电池单体2的一面上突出设置有电极端子23，在电池单体安装面31上具有可以与电极端子23电连接的汇流条5，汇流条5与支承板3热接触，并且，使一面与电池单体安装面31相对向，并使电极端子23电连接于汇流条5，由此，电池单体2被安装在支承板3上。

Description

电池模组
技术领域
本发明涉及一种电池模组。
背景技术
一般地，在搭载于混合动力车和电池汽车等车辆上的锂离子二次电池等电池单体中，将电极板和电解液一同封入单体壳体内。图7表示普通的电池单体100。电池单体100具有用于将单体壳体101内部产生的异常气体放出至外部的防爆阀(安全阀)103。由于电池单体100包含电解液，因此为了电解液不堵塞防爆阀103，将防爆阀103设置在单体壳体101上表面的封口板101a上，防爆阀103朝向上方配置。通常，由于在封口板101a上突出设置有一对正负电极端子102，因此，电极端子102也必然朝向上方配置。
可是，电池单体由于充放电而发热，从耐久性来看需要进行冷却。以往，使电极端子朝向上方配置的电池单体的底面(电极端子突出设置面的相反面)与被水套等冷却机构冷却的支承板热接触，来对整个电池单体进行冷却。
图8是示意性地示出此时的冷却机构与电池单体的关系。藉由经由导热片301使单体壳体101的底面101b与支承板200热接触来载置电极端子102朝向上方配置的电池单体100。电池单体100在单体壳体101的内部收容有已放进绝缘袋104的电极板105。单体壳体101的外表面利用绝缘薄膜106包覆。支承板200经由导热片302热接触地载置在内部流通有冷却介质的水套400上。
在这种冷却结构中，在电极板105产生的热量，如图8中的箭头所示，被按照电极板105→绝缘袋104→单体壳体101→绝缘薄膜106→导热片301→支承板200→导热片302→水套400→冷却介质的路径传递，并藉由与冷却介质进行热交换而被冷却。
[先行技术文献]
(专利文献)
专利文献1：日本特开2013-69558号公报
发明内容
[发明所要解决的问题]
然而，在上述冷却结构中，由于在电池单体内的电极板上产生的热量，在利用冷却介质进行热交换的期间要经过多个部件，因此热阻抗很大。并且，电池单体中的电极端子与电极板直接连接，电极板的热量易于传递，并且尽管是发热量最大的部位，但却被配置在离冷却介质最远的位置。从这些理由来看，以往的冷却结构存在电池单体的冷却效率极差的问题。
因此，本发明的目的在于提供一种电池模组，电池单体的冷却效率得以提高。
[解决问题的技术手段]
(1)、根据本发明的电池模组(例如，后述的电池模组1)，具备：电池单体(例如，后述的电池单体2)，其包括具有正电极层(例如，后述的正电极层201)、负电极层(例如，后述的负电极层202)及固体电解质层(例如，后述的固体电解质层203)的全固体电池；支承板(例如，后述的支承板3)，其安装有前述电池单体；冷却介质流道(例如，后述的冷却介质流道41)，其流通有冷却前述支承板的冷却介质；其中，在前述电池单体的一面(例如，后述的封口板22)上突出设置有电极端子(例如，后述的正极端子23a、负极端子23b)，在前述电池单体安装面上具有可以与前述电极端子电连接的汇流条(例如，后述的汇流条5)，前述汇流条与前述支承板热接触，并且，使前述一面与前述电池单体安装面相对向，并使前述电极端子电连接于前述汇流条，由此，前述电池单体被安装在前述支承板上。
根据上述(1)所述的电池模组，由于可以显著减少电池单体与冷却机构之间的导热路径上的部件数量，因此，能够提高电池单体的冷却效率。
(2)、在(1)所述的电池模组中，前述汇流条具有可供前述电极端子***的电极端子***孔(例如，后述的电极端子***孔51)，前述电极端子可插拔地固定于前述汇流条的前述电极端子***孔。
根据上述(2)所述的电池模组，由于仅藉由将电极端子***汇流条，就能将电池单体安装在支承板的电池单体安装面上，因此，安装作业极为简单。另外，仅将电池端子从汇流条拔出，就能容易地将电池单体从电池单体安装面上取下。
(3)、在(1)或(2)所述的电池模组中，前述汇流条也可以设置在前述电池单体安装面上形成的凹部(例如，后述的汇流条收容凹部32)内。
根据上述(3)所述的电池模组，由于能够确保汇流条与支承板的较大的热接触面积，因此，能够经由汇流条更高效地冷却电池单体的电极端子。
(4)、在(1)～(3)中任一项所述的电池模组中，在前述电池单体的底面(例如，后述的封口板22)朝下突出设置有一对正负的前述电极端子，在前述支承板的上表面具有前述电池单体安装面。
根据上述(4)所述的电池模组，由于电池单体要被安装在支承板的上表面，因此，易于进行电池单体的安装作业。
(5)、在(1)～(4)中任一项所述的电池模组中，前述电池单体具有扁平的长方体形状，在前述电池单体安装面上沿厚度方向并列有多个前述电池单体。
根据上述(5)所述的电池模组，可以将多个电池单体紧凑地排列在支承板上。
(发明的效果)
根据本发明，能够提供一种电池模组，电池单体的冷却效率得以提高。
附图说明
图1是示出本发明的电池模组的一实施方式的立体图。
图2是从底面侧观察到的一个电池单体的立体图。
图3是示出收容在电池单体内的电极板的结构的剖视图。
图4是示出本发明的电池模组的支承板的平面图。
图5是沿着图4中的A-A线将本发明的电池模组切断的剖视图。
图6是沿着图4中的B-B线将本发明的电池模组切断的剖视图。
图7是示出具有电解液的电池单体的一例的立体图。
图8是说明以往的电池单体的导热路径的示意图。
具体实施方式
以下，结合附图对本发明的实施方式进行说明。
如图1所示，本实施方式所示的电池模组1具有：多个电池单体2；支承板3，其支承沿着y方向以层叠状态安装的多个电池单体2；水套4，其冷却支承板3。再者，以下所示的各图中的方向中，x、y、z的各方向表示相互正交的方向。x方向表示电池单体2的宽度方向。y方向表示电池单体2的厚度方向。z方向表示电池单体2的高度方向。在本实施方式中，z方向所指的方向是与重力方向相反的方向，表示电池模组1的上方向。
本实施方式所示的电池单体2由不包含电解液的全固体电池形成，在单体壳体21内收容电极板20(参照图3)。如图2所示，单体壳体21是由铝和铝合金等形成，底面侧开口，并且是在y方向上扁平的长方体状的箱体。电池单体2的底面(单体壳体21的底面)利用由同样的铝和铝合金等金属板形成的封口板22封闭。
在封口板22朝下方突出设置有作为与内部的电极板20电连接的电极端子的正极端子23a及负极端子23b。本实施方式所示的正极端子23a及负极端子23b是圆柱状，在电池单体2的宽度方向上相互隔开配置。在封口板22的表面上粘贴有导热片11。导热片11由例如硅酮等具有导热性及绝缘性的片材构成。正极端子23a及负极端子23b贯穿导热片11并朝下方突出。
如图3所示，电极板20具有多个正电极层201、多个负电极层202、多个固体电解质层203、多个正极集电体204a及多个负极集电体204b，它们被沿着y方向层叠一体化。正电极层201具有正极活性物质，被涂布在正极集电体204a的两面上。负电极层202具有负极活性物质，被涂布在负极集电体204b的两面上。固体电解质层203具备具有离子导电性的固体状的电解质，其介于正电极层201和负电极层202之间。正极集电体204a及负极集电体204b由铝、铜、SUS等金属箔形成。藉由对层叠方向施加规定的负荷(初始负荷)，从而由各层构成的电极板20被向y方向压缩。被压缩的电极板20以被收容在未图示的绝缘袋内的状态与绝缘袋一起被收容在单体壳体21内。正极端子23a与电极板20的正极集电体204a电连接，负极端子23b与电极板20的正极集电体204a电连接。
支承板3由铝和铝合金等金属板、氮化铝等陶瓷板等具有导热性的平板形成。如图1、图4所示，支承板3的上表面设为安装有多个电池单体2的电池单体安装面31。如图1、图4所示，本实施方式所示的支承板3，可以在电池单体安装面31上沿厚度方向并排安装5个电池单体2，但安装的电池单体2的数量没有限制。支承板3的大小根据安装在电池单体安装面31上的电池单体2的数量适当地设置。
在支承板3的电池单体安装面31上设置有多条汇流条5。汇流条5是将相邻的2个电池单体2、2的电极端子彼此电连接的导电部件，利用铝、不锈钢、铜等金属材料形成为平面视图中的矩形形状。汇流条5的厚度形成为与电池单体2的正极端子23a及负极端子23b的突出高度相同程度。本实施方式所示的支承板3，具有使长边方向分别取向为y方向的4条汇流条5。4条汇流条5以与电池单体2的一对电极端子23、23的隔开间隔对应的间隔，两两分开配置在电池单体安装面31的x方向上。在x方向上分开的2条汇流条5分别在y方向上排列在一条直线上。
汇流条5具有一对可以供电池单体2的正极端子23a及负极端子23b***的电极端子***孔51、51。一对电极端子***孔51、51在y方向排列成一条直线状。汇流条5的一对电极端子***孔51、51的间隔，对应于在y方向层叠有2个电池单体2、2时相邻的电极端子的间隔。在y方向上排列在一条直线上的2条汇流条5、5，配置为4个电极端子***孔51以一定的间隔排列。另外，在x方向上分开的2条汇流条5、5和另2条汇流条5、5，利用相当于一个电池单体2的厚度的间距相互错开。沿着x方向观察汇流条5时，在x方向上分开的汇流条5、5彼此的电极端子***孔51、51配置为在x方向上排列在一条直线上。
汇流条5，经由利用与导热片11相同的材质形成的导热片12而被配置在电池单体安装面31上形成的汇流条收容凹部32内。汇流条收容凹部32具有比汇流条5的平面形状稍大的矩形形状，从电池单体安装面31以比汇流条5的厚度尺寸稍深的尺寸凹进设置。具体而言，汇流条收容凹部32的深度具有汇流条5的厚度加上导热片12的厚度的尺寸。汇流条5藉由经由导热片12被收容在汇流条收容凹部32内，从而汇流条5的下表面及整个4个侧面被导热片12覆盖。由此，确保经由导热片12的支承板3与汇流条5的较大的接触面积。另外，被收容在汇流条收容凹部32内的汇流条5的上表面，与电池单体安装面31大略呈同一平面配置。
汇流条5藉由经由导热片12而被配置在汇流条收容凹部32内，从而与支承板3热接触。在本发明中，“热接触”是指能够在两个部件之间(此处是支承板3和汇流条5之间)进行热传递。本实施方式中，虽然导热片12介于支承板3和汇流条5之间，但只要是具有导热性(在支承板3有导电性时为导热性及绝缘性)，也可以有除导热片12之外的其它导热部件介于支承板3和汇流条5之间。另外，支承板3为非导电性时，导热部件也可以不介于支承板3和汇流条5之间，而是支承板3与汇流条5直接接触。
在支承板3的电池单体安装面31上，除汇流条收容凹部32之外还设置有2个电极端子收容凹部33、33。电极端子收容凹部33以与汇流条收容凹部32相同的深度凹进设置，并在支承板3的沿着y方向的两端部各配置一个。如后述在电池单体安装面31上安装有多个电池单体2时，配置在沿着y方向的两端的各电池单体2、2的正极端子23a及负极端子23b中的一方分别被收容在各电极端子收容凹部33上。各电极端子收容凹部33、33从支承板3的y方向的两端部向侧面分别开放。由此，在电极端子收容凹部33上收容有正极端子23a及负极端子23b时，能够将从支承板3的侧面将未图示的线束和/或汇流条与正极端子23a或负极端子23b电连接。
此外，在支承板3的电池单体安装面31上设置有1个主槽部34和6个分支槽部35。主槽部34是将支承板3的x方向的中央部沿着y方向延伸。主槽部34的两端在支承板3的侧面开放。分支槽部35与4个汇流条收容凹部32和2个电极端子收容凹部33对应配置，分别沿着x方向延伸。各分支槽部35连接对应的汇流条收容凹部32或电极端子收容凹部33与主槽部34之间。主槽部34与分支槽部35具有相同的深度。该深度比汇流条收容凹部32及电极端子收容凹部33的深度浅。
在主槽部34及分支槽部35中设置有电压检测线6。电压检测线6的一端利用焊接和/或接合等与各汇流条5电连接。电压检测线6从各汇流条5穿过分支槽部35及主槽部34，向支承板3的外部延伸。电压检测线6的另一端与未图示的CVS(单体电压传感器，CellVoltage Sensor)等电路电连接。电压检测线6由于被收容在主槽部34内和分支槽部35内，因此不会比电池单体安装面31更向上方突出。
另外，在各汇流条5上，在一对电极端子***孔51、51之间设置有沿着x方向延伸的凹陷部52。凹陷部52配置在分支槽部35的延长线上。电压检测线6的一端，在凹陷部52内与汇流条5电连接。因此，电压检测线6不会比各汇流条5的上表面更向上方突出。
水套4由铝和铜等高导热性的金属材料形成，配置在支承板3的下表面36侧。具体而言，水套4经由利用与导热片11相同材质形成的导热片13而被层叠在支承板3的下表面36上。由此，支承板3与水套4热接触。水套4具有在x方向上延伸的冷却介质流道41。如图1、图6所示，冷却介质流道41的y方向的宽度具有与能够安装在支承板3的电池单体安装面31上的全部电池单体2的厚度方向的尺寸对应的尺寸。如图1中箭头所示，水套4借助在冷却介质流道41内流通有冷却介质，从而经由导热片13来冷却支承板3。作为冷却介质，一般使用冷却液，但也可以是气体(空气)。
在本实施方式所示的电池模组1中，在支承板3的上表面配置的电池单体安装面31上安装有5个电池单体2。也就是说，从封口板22向下方突出的一对正极端子23a及负极端子23b，以使电池单体2的封口板22与电池单体安装面31相对的状态，从支承板3的上方分别***在支承板3的x方向上隔开配置的2条汇流条5、5的电极端子***孔51、51。由此，正极端子23a及负极端子23b与汇流条5电连接。由于电池单体2由全固体电池形成，即使朝向下方安装正极端子23a及负极端子23b，也不会产生防爆阀被电解液堵塞的问题。另外，各电池单体2是在作为底面的封口板22朝下突出设置有正极端子23a及负极端子23b，且在支承板3的上表面具有电池单体安装面31，因此易于进行电池单体2的安装作业。
一对正极端子23a及负极端子23b被***至电极端子***孔51、51的深处时，粘贴在封口板22的表面上的导热片11与电池单体安装面31接触。由此，电池单体2的单体壳体21经由导热片11与支承板3热接触。同样地，5个电池单体2沿着厚度方向(y方向)层叠排列在电池单体安装面31上。由此，可以将5个电池单体2紧凑地排列在支承板3上。如图1所示，在相邻的电池单体2、2之间配置有绝缘板24。
此处，相邻的电池单体2、2彼此，使电极端子的正负朝向交替相异。也就是说，沿着y方向观察层叠的5个电池单体2时，正极端子23a和负极端子23b交替配置。因此，在各汇流条5的一对电极端子***孔51、51内，***相邻的其中一方的电池单体2的正极端子23a与另一方的电池单体2的负极端子23b。由此，5个电池单体2利用4条汇流条5串联连接。另外，5个电池单体2之中，配置在y方向的两端的2个电池单体2、2的其中一方的电极端子(其中一方的电池单体2的正极端子23a与另一方的电池单体2的负极端子23b)被收容在支承板3的电极端子收容凹部33内，与未图示的线束和/或汇流条电连接。
在该电池模组1中，利用在水套4的冷却介质流道41中流通的冷却介质来冷却支承板3。藉由支承板3被冷却，从而经由与支承板3热接触的汇流条5来冷却被***该汇流条5中的各电池单体2的正极端子23a及负极端子23b。也就是说，电池单体2，藉由在与电极板20直接连接的正极端子23a及负极端子23b与利用水套4而被冷却的支承板3的汇流条5之间，进行热交换而被冷却。
因此，该电池模组1，利用水套4能够冷却在电池单体2的外部中作为发热量最大的部位的正极端子23a及负极端子23b，与以往那样冷却电池单体的底面相比，可以显著减少在电池单体2内的电极板20上产生的热，在利用冷却介质进行热交换的期间要经过的部件数量，从而能够高效地冷却电池单体2。并且，在该电池模组1中，电池单体2的封口板22也经由导热片11与支承板3热接触，从而在该封口板22中也能够冷却电池单体2，因此，能够进一步提高电池单体2的冷却效率。
并且，在本实施方式中，设置在支承板3上的汇流条5被设置在电池单体安装面31上形成的汇流条收容凹部32内,能够确保汇流条5与支承板3较大的热接触的面积，因此能够经由汇流条5更有效地冷却电池单体2的正极端子23a及负极端子23b。
各电池单体2的正极端子23a及负极端子23b，也可以可插拔地固定于汇流条5的电极端子***孔51内。由此，仅藉由将正极端子23a及负极端子23b***汇流条5的电极端子***孔51，就能将电池单体2安装在支承板3的电池单体安装面31上，因此电池单体2的安装作业极为简单。另外，只要将正极端子23a及负极端子23b从汇流条5中拔出，就能容易地将任意的电池单体2从电池单体安装面31上进行取下、交换等。
用于将正极端子23a及负极端子23b可插拔地固定于汇流条5的电极端子***孔51内的方法，可以采用适当的公知方法。本实施方式中，如图2所示，在正极端子23a及负极端子23b的外周具有弹性环25。弹性环25在正极端子23a及负极端子23b被***电极端子***孔51时弹性收缩，并利用其弹性复原力将正极端子23a及负极端子23b固定于电极端子***孔51内。另外，也可以在汇流条5的电极端子***孔51内设置对正极端子23a及负极端子23b作用弹性卡止力或保持力的板簧等弹性部件。
根据本发明的电池模组，可以在本发明的技术思想的范围内进行各种变更。例如，在以上的实施方式中，多个电池单体2利用汇流条5串联连接，但多个电池单体2也可以利用汇流条并联连接。另外，相邻的电池单体2、2之间也可以不紧密连接，而是在相邻的电池单体2、2之间具有规定的间隙地排列。
另外，在以上的实施方式中，在支承板3的下表面36经由导热片13层叠具有冷却介质流道41的水套4，但也不限定于这种构成。例如，冷却介质流道也可以设置在支承板3内。此时，由于不需要导热片13，因此能够进一步提高冷却效率。
支承板3不限定于配置为将电池单体安装面31设为沿着重力方向的朝向。例如，支承板3也可以配置为将电池单体安装面31设为相对于重力方向呈倾斜。另外，支承板3也可以配置为将电池单体安装面31设为垂直方向。
附图标记
1 电池模组
2 电池单体
21 封口板
23a 正极端子
23b 负极端子
201 正电极层
202 负电极层
203 固体电解质层
3 支承板
32 汇流条收容凹部
41 冷却介质流道
5 汇流条
51 电极端子***孔

Claims (5)

1.一种电池模组，具备：
电池单体，其包括具有正电极层、负电极层及固体电解质层的全固体电池；
支承板，其安装有前述电池单体；
冷却介质流道，其流通有冷却前述支承板的冷却介质；
其中，在前述电池单体的一面上突出设置有电极端子，
在电池单体安装面上具有可以与前述电极端子电连接的汇流条，
前述汇流条与前述支承板热接触，
并且，使前述一面与前述电池单体安装面相对向，并使前述电极端子电连接于前述汇流条，由此，前述电池单体被安装在前述支承板上。
2.根据权利要求1所述的电池模组，其中，前述汇流条具有可供前述电极端子***的电极端子***孔，
前述电极端子可插拔地固定于前述汇流条的前述电极端子***孔。
3.根据权利要求1或2所述的电池模组，其中，前述汇流条设置在前述电池单体安装面上形成的凹部内。
4.根据权利要求1～3中任一项所述的电池模组，其中，在前述电池单体的底面朝下突出设置有一对正负前述电极端子，
在前述支承板的上表面具有前述电池单体安装面。
5.根据权利要求1～4中任一项所述的电池模组，其中，前述电池单体具有扁平的长方体形状，在前述电池单体安装面上沿厚度方向并列有多个前述电池单体。
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