CN1291796A - 组合型二次电池 - Google Patents

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Abstract

一种构成紧凑且能以高冷却性能均匀冷却各单体电池的组合型二次电池。设有将多个具有宽度窄的窄侧面和宽度宽的宽侧面的长方体状电池槽3以其窄侧面相互一体连接而成的一体电池槽2,并用盖体4一体性封闭各电池槽3的上面开口,在各电池槽3内,装入由与其宽侧面平行的多个正极板和负极板夹着隔膜沿窄侧面方向层叠而成的极板组,构成单体电池6,并在电池槽3的连接方向相邻的端部之间,串联连接各单体电池6。

Description

组合型二次电池
本发明涉及连接多个单体电池以获得所需电池容量的组合型二次电池。
为了获得所需电池容量而连接多个单体电池结合成一体的传统的组合型二次电池，已知有如图9所示的装置。该组合型二次电池的构成为，将如图10所示的密封型碱性二次电池构成的多个单体电池31(31a-31j)以其电池槽32的宽度较宽的宽侧面相互相对地重叠配置，并将端板42抵靠在两端的单体电池31a、31j的电池槽32的外侧，再用夹紧条43将两端板42、42之间夹紧而连接成一体。
单体电池31的构成为，电池槽32内装有将正极板与负极板夹着隔膜层叠而成的产生电能要素即极板组37和电解液，各电池槽32的开口部用设有安全阀35的盖子36封闭，与从构成极板组37的各正极板引出的导线39连接的正极端子33，以及与从各负极板引出的导线39连接的负极端子34安装在盖子36上。
被连结的相邻单体电池31之间的正极端子33与负极端子34由连接片41连接，各单体电池31被串联连接。此外，各电池槽32之间被连接时，在电池槽32的宽侧面上沿上下方向突出设置的筋条38相邻之间相互贴合，由各筋条38、38间的宽侧面间的空间形成沿电池槽32上下方向贯通的冷却介质通道，向冷却介质通道送风来冷却各单体电池31a-31j。
但是，上述现有的组合型二次电池，因为独立的各单体电池3在形成于其电池槽32宽侧面的筋条38、38紧贴状态下并列配置的，所以利用形成于各单体电池31的宽侧面之间的筋条38、38之间的冷却介质通道，能基本均匀冷却各单体电池31，但存在的问题是，与各单体电池31、31之间形成有冷却介质通道相对应，组合型二次电池必须增加形成冷却介质通道的空间。
此外，是在筋条38、38之间形成冷却介质通道的，但如果减小筋条38的配置间距，则冷却介质通道面积变小、冷却能力下降，相反如果增大配置间距，则因为单体电池31的内压会导致电池槽32的壁面向外侧鼓起，导致冷却介质通道面积变小、冷却能力下降，而如果为了防止出现这样的情况而加厚电池槽32的壁面，则导热性能下降，仍然存在冷却能力下降的问题。
鉴于上述现有技术存在的问题，本发明的目的在于，提供一种结构紧凑且能高性能均匀冷却各单体电池的组合型二次电池。
本发明的组合型二次电池，设有将多个具有宽度较窄的窄侧面和宽度较宽的宽侧面的长方体状电池槽以其窄侧面相互一体连接而成的一体电池槽，用盖体一体封闭各电池槽的上面开口，各电池槽内，装有将与电池槽的宽侧面平行的多个正极板和负极板夹着隔膜层叠而成的极板组，构成单体电池，并将各单体电池在电池槽的连接方向相邻的端部之间串联连接，因为可以共用各单体电池的电池槽的窄侧面且电池槽间未设置冷却空间，故构成可以紧凑，且因为在各电池槽内，将装入与其宽侧面平行的极板组而构成的各单体电池在其宽侧面方向两端部之间串联连接，所以能使单体电池间的连接结构紧凑，并且因为将各电池槽的宽侧面连续成一平面的一体电池槽的宽侧面作为冷却面，所以能均匀且有效地冷却各单体电池。
此外，如果在一体电池槽的宽侧面突出设置沿电池槽连接方向隔开适当间隔且与该方向为正交方向延伸的筋条，则通过将该一体电池槽以宽侧面重叠的状态并列配置，在筋条之间就形成冷却介质通道，使冷却介质通过该冷却介质通道，就能均匀冷却各电池槽。
此外，如果在筋条之间隔开适当间隔设置凸部，则在增大筋条配置间隔、增大冷却介质通道截面积且减薄电池槽宽侧面壁厚的情况下，利用凸部，仍能防止电池槽的宽侧面因内部压力而向外侧鼓起、从而使冷却介质通道截面积变小，因此能保证有高的冷却性能。
此外，如果形成跨接一体电池槽与盖体侧面的连接筋条，则利用该筋条，在保证电池槽与盖体的结合强度的同时，可以保证冷却介质顺畅的流通，提高冷却性能，并且如果对随着一体电池槽与盖体的融接而凸出于宽侧面的融接毛刺进行成型加工来形成该连接筋条，则可以相反有效利用妨碍冷却介质通道形成的融接毛刺，方便地使其形成连接筋条。
此外，如果将矫正热板压靠在随着一体电池槽与盖体的融接而凸出于宽侧面的融接毛刺部上，使融接毛刺再熔解后成型为平滑部分，则通过再熔解进行密封，就可以消除因一体电池槽与盖体的接合面之间夹有尘埃等异物、树脂材料中含有的水分气化后产生气泡等而使融接部产生气孔等的不良现象，并且由于融接部变平滑，消除了应力集中之虞，可以缓解电池内部压力上升时作用于融接部的应力。
此外，如果在适当的筋条或凸部的外侧面，设置当一体电池槽以其宽侧面相互重叠时相互嵌合的多个定位用凸部和凹部，当将一体电池槽并列配置时就可以正确对准位置，就能方便地形成适当的冷却介质通道。
此外，如果使电池槽宽侧面的壁厚比将一体电池槽以其宽侧面相互重叠时形成于宽侧面之间的冷却介质通道厚度还薄，或者使电池槽宽侧面的壁厚为电池槽窄侧面宽度的1／10以下，则可以保证高的冷却性能。
现简单说明一下附图。
图1所示为本发明组合型二次电池一实施形态的外观立体图。
图2所述为上述实施形态的局部纵剖侧视图。
图3所示为沿图2的A-A线的剖视图。
图4所示为上述实施形态的极板组的主视图。
图5所示为沿图4的B-B线的剖视图。
图6所示为上述实施形态的一体电池槽并列配置状态时的示意性横剖俯视图。
图7示出上述实施形态中的一体电池槽与盖体的融接部，其中(a)为融接部处理之前的纵向剖视图，(b)为再熔解处理工艺的纵向剖视图。
图8所示为在上述实施形态的一体电池槽的宽侧面形成连接筋条工序的纵向剖视图。
图9所示为传统例子的组合型二次电池的外观立体图。
图10所示为传统例子的单体电池的局部切除立体图。
以下参照图1-图8，说明本发明组合型二次电池的一个实施形态。
本实施形态的组合型二次电池1是适合用作电动汽车驱动源的镍、氢二次电池，如图1-图3所示，由具有宽度窄的窄侧面和宽度宽的宽侧面且上面开口的长方体状多个(图示例子中为6个)电池槽3共用其窄侧面而一体连接成的一体电池槽2构成，且各电池槽3的上面开口由一体的盖体4一体性封闭。
在各电池槽3内，如后面将详细说明的那样，与电池槽3的宽侧面平行的多个正极板和负极板夹着隔膜沿窄侧面方向层叠而成极板组5，极板组5与电解液一起装在各电池槽3内，构成单体电池6。
在一体电池槽2两端的电池槽3的外侧窄侧面及各电池槽3、3之间的窄侧面的上端部形成有连接孔7，在两端电池槽3外侧的窄侧面的连接孔7内装有正极或负极的连接端子8，在中间电池槽3、3之间的窄侧面的连接孔7内，装有串联连接两侧的单体电池6、6的连接金属件9。此外，盖体4上，为每个电池槽3设有当内部压力超过一定压力时释放压力用的安全阀10，并且在适当的单体电池6或每个单体电池6形成有安装检测单体电池6温度的温度检测传感器的传感器安装孔11。
在各电池槽3的宽侧面成一平面的一体电池槽2的宽侧面12，在与各电池槽3的两侧端对应的位置，凸出设有上下方向延伸的筋条13，且在筋条13之间，以适当间距凸出设有矩阵状多个较小的圆形凸部14。这些筋条13与凸部14高度相同。还有，在电池槽3的上端部和盖体4的侧面，与筋条13的延长位置及凸部14的配置位置对应，形成有跨接电池槽上端部与盖体之间的、与筋条13及凸部14相同高度的连接筋条15a及15b。此外，在一体电池槽2的宽侧面12两端附近的2个筋条13的外侧面的上部和下部，设有当一体电池槽2以其宽侧面12相互重叠时相互嵌合的多个定位用凸部16和凹部17。
现参照图4、图5详细说明上述极板组5。在图4、图5中，Ni的发泡金属构成的多片正极板18与在Ni的穿孔金属上涂上活性物质而成的多片负极板19交替配置，各正极板18包覆有袋状隔板20。由此，构成由正极板18与负极板19在两者之间夹装有隔板20的状态下层叠而成的极板组5。在图4中，斜线所示区域表示正极板18与负极板19夹着隔板20相对、起产生电能作用的区域。
这些正极板18与负极板19的相互相反侧的侧边部向外侧伸出，该伸出侧边部构成引线部18a、19a，在其侧端边分别焊接着集电板21、22。各集电板21、22的两侧边向内侧弯折，用来限制尺寸，以使极板18、19与集电板21、22焊接时即使加压也不会向外侧扩展。29为在引线部18a、19a的上下相隔适当间隔形成的一对定位孔，通过将定位销***该定位孔推压导线部18a、19a的侧端边，使引线部18a、19a的侧端边对齐，将该侧端边与集电板21、22可靠且均匀地焊接。
此外，一体电池槽2中的电池槽3的宽度和壁厚及筋条13、凸部14的高度的尺寸关系，如图6所示，设电池槽3窄侧面方向的宽度为W、宽侧面的壁厚为t时，设定为t≤W／10，此外，设将一体电池槽2以其宽侧面12相互重叠时、由筋条13及凸部14在宽侧面12、12之间形成的冷却介质通道23的厚度尺寸为d时，宽侧面12的壁厚t设定为t＜d。
另外，如图7(a)所示，当将一体电池槽2与盖体4一体接合时，是在加热它们的接合部的状态下，向箭头方向加压进行融接的，但这样，树脂会溢出该融接部25的外侧面及内侧面，凸出融接毛刺部25a。该融接毛刺部25a会妨碍冷却介质通道23，故必须除去，以往考虑在切除面27进行切除。
但是，有时在一体电池槽2与盖体4的接合面之间会有尘埃等的异物，或者树脂材料中含有的水分气化生成气泡等而在融接部25产生气孔26，如果如上所述切除融接部25的一部分，则气孔26与外面相通，会出现电池槽3内的密封性受损的问题。
因此，当不形成跨接一体电池槽2与盖体侧面的连接筋条15a、15b时，如图7(b)所示，通过将矫正热板28按压在融接部25外侧面的融接毛刺部25a上使其再次熔解，来形成无气孔26且与宽侧面12大致为同一个面或稍凸出的外侧面平滑的再熔解部29。通过这样来形成再熔解部29，在融接部25可以实现高可靠性的密封，另外由于平滑的外侧面，不会妨碍冷却介质通道23，且无产生应力集中之虞，能缓解电池内部压力上升时作用于融接部25的应力。
在本实施形态中，为了形成跨接一体电池槽2与盖体4的侧面的连接筋条15a、15b，如图8所示，当在加热一体电池槽2和盖体4的接合部的状态下，向箭头方向加压进行融接时，通过将形成有与这些连接筋条15a、15b形状对应的凹部的模子24抵靠在一体电池槽2与盖体4的侧面并加压，利用随着融接溢出到外侧的融接毛刺部25a的树脂来形成筋条15a、15b，并防止融接毛刺部25a的树脂溢出到其它部位，防止上述冷却介质通道23在一体电池槽2与盖体4的融接部变窄。
另外，在如上所述形成有连接筋条15a、15b的情况下，为了完全消除一体电池槽2与盖体4的融接部25处的气孔26，进一步提高密封性能，也可以增加靠上矫正热板来形成再熔解部29的工序。
在以上构成的组合型二次电池1中，因为将多个单体电池6的长方体状电池槽3共用其窄侧面一体连接而成一体电池槽2，并且在其电池槽3、3之间不设冷却介质通道，所以构成可以紧凑，并且通过将各电池槽3的宽侧面连续成一平面的一体电池槽2的宽侧面12作用冷却面，可以均匀且有效地冷却各单体电池6。此外，因为在各电池槽3内装入层叠与其宽侧面平行的极板而成的电极组5来构成单体电池6，并将各单体电池6在电池槽3的宽侧面方向相邻的端部之间串联连接，所以，可以紧凑地构成单体电池间的连接，尤其是如果在形成于电池槽3窄侧面上端部的连接孔7内装入连接金属件9加以连接，在一体电池槽2内进行连接，则可以进一步小型紧凑。
此外，因为在一体电池槽2的宽侧面12相距适当间隔凸出设有上下方向延伸的筋条13，所以，通过将该一体电池槽2以宽侧面12重叠的状态并列配置，就可以在筋条13、13之间形成冷却介质通道23，在该冷却介质通道23中通过冷却介质，就可以均匀冷却各电池槽3。还有，因为在上述筋条13、13之间，相距适当间隔矩阵状地凸出设有直径较小的凸部14，所以，即使增大筋条13的配置间隔、增大冷却介质通道23的通道截面积且减薄电池槽3的宽侧面的壁厚t，利用凸部14也能防止电池槽3宽侧面因内部压力而向外侧鼓起、使冷却介质通道23的通道截面积变小，可以保证高的冷却性能。
此外，因为跨接一体电池槽2与盖体4的侧面形成连接筋条15a、15b，所以，利用该连接筋条15a、15b，可以在保证一体电池槽2与盖体4的结合强度的情况下，可以保证冷却介质顺畅的流通、提高冷却性能。
此外，如上所述，当并列配置一体电池槽2形成冷却介质通道23时，通过在一体电池槽2两端附近的筋条13的上部和下部设置定位用的凸部16和凹部17，则可以使一体电池槽2、2正确对准位置，可以方便地形成适当的冷却介质通道23。
此外，因为使电池槽3宽侧面的壁厚t为电池槽3窄侧面宽度的1／10以下，所以，单体电池6内的热量可以通过较薄的宽侧面有效传递至冷却介质通道23内的冷却介质，并且因为使冷却介质通道23的厚度d比电池槽3宽侧面的壁厚t还大，所以，所传递的热量能被大量的冷却介质吸收后再顺畅排出，可获得高的冷却性能。
如上所述，若采用本实施形态，极紧凑的构成就能均匀且散热性能高地冷却各单体电池，可以提供小型紧凑且电池容量及寿命高、差异小的高性能组合型二次电池。
若采用本发明的组合型二次电池，如以上说明可知，因为设置将多个长方体状电池槽以其窄侧面相互一体连接并用盖体一体封闭而成的一体电池槽，共用各电池槽的窄侧面且在电池槽之间未设置冷却空间，所以构成可以紧凑，另外，因为在各电池槽内装入与其宽侧面平行的极板组而构成的各单体电池在其宽侧面方向两端部之间串联连接，所以单体电池之间的连接可以紧凑，并且通过将各电池槽的宽侧面连续成一平面的一体电池槽的宽侧面作为冷却面，可以均匀且有效地冷却各单体电池。
此外，如果在一体电池槽的宽侧面沿电池槽的连接方向相距适当间隔凸出设置在与其正交方向延伸的筋条，则在并列配置该一体电池槽时，可以在筋条之间形成冷却介质通道，在冷却介质通道内流通冷却介质，就可以均匀冷却各电池槽。
此外，如果在筋条之间相距适当间隔凸出设置凸部，则即使增大筋条的配置间隔、增大冷却介质通道截面积且减薄电池槽宽侧面的壁厚，利用凸部也能防止电池槽的宽侧面因内部压力而向外鼓起因而导致冷却介质通道截面积变小，因此可以保证高的冷却性能。
此外，如果跨过一体电池槽与盖体的侧面来形成连接筋条，则利用该筋条，可以在保证电池槽和盖体结合强度的情况下，保证冷却介质顺畅流通，来提高冷却性能，如果再对随着一体电池槽与盖体的融接而凸出于宽侧面的融接毛刺进行成型加工，形成该连接筋条，就可以有效利用妨碍冷却介质通道形成的融接毛刺，方便地形成连接筋条。
此外，如果将矫正热板抵靠在随着一体电池槽与盖体的融接而凸出于宽侧面的融接毛刺部上，使融接毛刺部再熔解而成型为平滑部分，则通过再熔解进行密封，就可以消除一体电池槽与盖体的融接部产生的气孔不良，另外由于融接部变平滑，消除了产生应力集中之虞，可以缓解电池内部压力上升时作用于融接部的应力。
此外，通过在适当的筋条或凸部的外侧面上设置当一体电池槽以其宽侧面相互重叠时相互嵌合的多个定位用凸部和凹部，将一体电池槽并列配置时可以正确对准位置，可以方便地形成适当的冷却介质通道。
此外，使电池槽宽侧面的壁厚比当一体电池槽以其宽侧面相互重叠时形成于宽侧面之间的冷却介质通道厚度还薄，并使电池槽宽侧面的壁厚为电池槽窄侧面宽度的1／10以下，就可以保证高的冷却性能。

Claims (9)

1．一种组合型二次电池，设有将多个具有宽度较窄的窄侧面和宽度较宽的宽侧面的长方体状电池槽以其窄侧面相互一体连接而成的一体电池槽，用盖体一体封闭各电池槽的上面开口，各电池槽内，装有与电池槽的宽侧面平行的多个正极板和负极板夹着隔膜层叠而成的极板组，构成单体电池，各单体电池在电池槽的连接方向相邻的端部之间串联连接。
2．根据权利要求1所述的组合型二次电池，其特征在于，在所述一体电池槽的宽侧面，凸出设有沿电池槽连接方向隔开适当间隔且与该连接方向为正交方向延伸的筋条。
3．根据权利要求2所述的组合型二次电池，其特征在于，在所述筋条之间隔开适当间隔设有凸部。
4．根据权利要求2或3所述的组合型二次电池，其特征在于，形成有跨接一体电池槽与盖体侧面的连接筋条。
5．根据权利要求4所述的组合型二次电池，其特征在于，所述连接筋条通过对随着一体电池槽与盖体的融接而凸出于宽侧面的融接毛刺部进行成型加工而形成。
6．根据权利要求1-5中的任一项所述的组合型二次电池，其特征在于，将矫正热板压靠在随着一体电池槽与盖体的融接而凸出于宽侧面的融接毛刺部上，使融接毛刺部再熔解后成型为平滑部分。
7．根据权利要求2-6中的任一项所述的组合型二次电池，其特征在于，在适当的筋条或凸部的外侧面，设置当一体电池槽以其宽侧面相互重叠时相互嵌合的多个定位用凸部和凹部。
8．根据权利要求2-7中的任一项所述的组合型二次电池，其特征在于，使电池槽宽侧面的壁厚比一体电池槽以其宽侧面相互重叠时形成于宽侧面之间的冷却介质通道厚度还薄。
9．根据权利要求1-7中的任一项所述的组合型二次电池，其特征在于，使电池槽宽侧面的壁厚为电池槽窄侧面宽度的1／10以下。
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