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CN109565024A - 电池模块 - Google Patents

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CN109565024A
CN109565024A CN201780050506.5A CN201780050506A CN109565024A CN 109565024 A CN109565024 A CN 109565024A CN 201780050506 A CN201780050506 A CN 201780050506A CN 109565024 A CN109565024 A CN 109565024A
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lead
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heat
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Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
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Abstract

具有分别包含单体壳体和收容于该单体壳体内的电池要素的多个电池单体而构成的电池模块具备：将所述电池单体的端子和集电体电连接的引线；和通过所述单体壳体成为给定温度以上情况下的来自所述单体壳体的热而阻断所述端子与所述集电体的电连接的热阻断机构。

Description

电池模块
技术领域
本发明涉及电池模块。
背景技术
过去，作为电池模块，有专利文献1记载的电池模块。在该电池模块中，多个电池单体配置成矩阵状。各电池单体的正极端子与导电性的平板所构成的正极集电板电连接，各电池单体的负极端子与导电性的平板所构成的负极集电板经由熔丝电连接。如此地，将多个电池单体并联连接，并且将流过额定以上的大电流的电池单体的熔丝以焦耳热熔断，来将该电池单体从电气电路切离。通过这样，防止在电池单体流过大电流而电池单体异常发热。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：国际公开2012-073403号公报
发明内容
发明要解决的课题
流到熔丝的电流根据电池单体的种类(内部电阻的差异)、电池单体的并联数以及模块结构(排气结构)等而变动。因此，每当进行熔丝的设计，必须至少考虑这3个因子，每当3个因子改变，就需要熔丝的再设计。因而有电气电路的构成不容易的问题。
为此，本公开的目的在于，提供能与使用熔丝的情况比较更简单地构成能将异常发热的电池单体切离的电气电路的电池模块。
用于解决课题的手段
本公开的一个方案的电池模块具备：各电池单体包含单体壳体和收容于该单体壳体内的电池要素的多个电池单体；将各电池单体的端子和集电板电连接的引线；和通过在单体壳体成为给定温度以上情况下的来自单体壳体的热而阻断端子与集电板的电连接的热阻断机构。
发明的效果
根据本公开的电池模块，基于相比于流过电池单体的端子的电流，热阻断机构更难受到电池单体的种类(内部电阻的差异)、电池单体的并联数、以及模块结构(排气结构)的差异带来的影响的电池单体的单体壳体温度，进行异常发热的电池单体从电气电路的切离。因此，能适用相同热阻断机构的电池模块的范围比能适用相同熔丝的电池模块的范围更大。因而与利用熔丝的情况比较，能更简单地构成电气电路。
附图说明
图1是本公开的第1实施方式所涉及的电池模块的分解立体图。
图2的(a)是用于说明圆筒形电池的负极侧引线的结构和圆筒形电池异常发热的情况下的负极侧引线的动作的示意立体图。(b)是与第1实施方式的变形例的(a)对应的示意立体图，(c)是与第1实施方式的其他变形例的(a)对应的示意立体图。
图3是将变形例的电池模块的负极侧引线在包含其延伸方向和圆筒形电池的高度方向的平面垂直二等分时的截面图。
图4是表示第2实施方式的电池模块中的圆筒形电池的负极侧端部周边的结构的示意截面图，是将负极侧引线在包含其延伸方向以及上述高度方向的平面垂直二等分时的示意截面图。(a)是圆筒形电池为正常的状态下的示意截面图，(b)是圆筒形电池为异常发热的状态下的示意截面图。
图5是从圆筒形电池的高度方向的负极侧底面的外侧来看图4的(a)时的示意俯视图。
图6是第2实施方式的变形例的电池模块中的与图4的(a)对应的示意截面图。
图7的(a)是第3实施方式的电池模块中的与图4的(a)对应的示意截面图，(b)是第3实施方式的电池模块中的与图4的(b)对应的示意截面图。
图8的(a)是第4实施方式的电池模块中的与图4的(a)对应的示意截面图，(b)是第4实施方式的电池模块中的与图4的(b)对应的示意截面图。
具体实施方式
以下参考附图来详细说明本公开所涉及的实施方式。一开始就想定了，以下在包含多个实施方式或变形例等的情况下将这些特征部分适宜组合来构建新的实施方式。在以下的说明以及图面中，Z方向表示圆筒形电池11的高度方向。
(第1实施方式)
图1是本公开的第1实施方式所涉及的电池模块10的分解立体图。首先，使用图1来说明电池模块10的整体影像。如图1所示那样，电池模块10具备：多个圆筒形电池11；和设有多个收容各圆筒形电池11的筒状的收容部的电池固定器20。
圆筒形电池11是电池单体的一例，具备金属制的单体壳体12、收容于单体壳体12内的电池要素(未图示)、和正极端子、负极端子。在电池要素中包含一对电极体和容许电荷的移动的非水电解质等。单体壳体12由收容电池要素的有底圆筒形状的单体壳体主体13和堵塞单体壳体主体13的开口部的封口体14构成。在单体壳体主体13与封口体14之间设有垫片(未图示)。封口体14例如具有包含阀体、帽等的层叠结构，通过与电池要素的正极电连接来作为圆筒形电池11的正极端子发挥功能。另外，单体壳体主体13作为圆筒形电池11的负极发挥功能，但通常，单体壳体主体13的外周侧面被绝缘树脂薄膜被覆而单体壳体主体13的底面作为负极端子发挥功能。圆筒形电池11收容于电池固定器20的筒状的收容部的孔21。
电池模块10具有安装于电池固定器20的一对支柱30。各支柱30是覆盖电池固定器20的横向两侧面的板状构件，在一个面设有凸部31。各支柱30配置成使各凸部31朝向电池固定器20侧，夹着电池固定器20相互对置。凸部31与电池固定器20的凹部25嵌合。
在电池固定器20上，正极侧引线板41以经由正极绝缘板42与多个圆筒形电池11的各正极端子电连接的状态而设置，在其上，正极侧集电板40以与正极侧引线板41电连接的状态而设。
另一方面，在电池固定器20之下，负极侧引线板46以经由负极绝缘板53与多个圆筒形电池11的各负极端子电连接的状态而设，在其下，负极侧集电板45以与负极侧引线板46电连接的状态而设置。多个圆筒形电池11通过正极以及负极侧引线板41、46并联连接。正极侧引线板41包含正极板主体43和正极侧引线47，正极板主体43经由正极侧引线47与圆筒形电池11的正极电连接。另外，负极侧引线板46包含负极板主体48和负极侧引线50，负极板主体48经由负极侧引线50与圆筒形电池11的负极电连接。
在电池固定器20与正极以及负极侧引线板41、46之间设置形成有使多个圆筒形电池11的各端子部分露出的孔的正极以及负极绝缘板42、53。正极侧集电板40、负极侧集电板45等例如使用未图示的螺丝固定在一对支柱30。电池模块10例如使用正极侧集电板40以及负极侧集电板4与相邻配置的其他电池模块10串联连接。
图2的(a)是用于说明圆筒形电池的11的负极侧引线50的结构和圆筒形电池11异常发热的情况下的负极侧引线50的动作的示意立体图。如图2的(a)所示那样，负极侧引线50包含作为热阻断机构的一例的熔融构件51和具有比熔融构件高的熔点的高熔点构件52。熔融构件51例如由锡(熔点232度)、锡合金(熔点300度程度)或焊料合金(熔点180度程度)等构成。熔融构件51优选由熔点500度以下的金属材质构成，更优选由熔点400度以下的金属材质构成。另外，高熔点构件52由铝(熔点660度)、铜(熔点1085度)等构成，优选由熔点550度以上的金属材质构成。
高熔点构件52构成负极侧引线50中的负极板主体48侧的部分，与负极板主体48相连。另外，熔融构件51构成负极侧引线50的延伸方向的一部分。熔融构件51配设于高熔点构件52与负极侧底面18的边界。详细地，熔融构件51配置于高熔点构件52的圆筒形电池11侧的端部与圆筒形电池的11的负极侧底面18之间。熔融构件51通过超声波金属接合或基于激射光的点焊而与高熔点构件52的圆筒形电池11侧的端部和负极侧底面18接合。高熔点构件52经由熔融构件51与负极侧底面18电连接。
接下来，说明圆筒形电池11异常发热时的负极侧引线50的动作。若圆筒形电池11例如因单体壳体12内部的正极与负极的微小短路等而异常发热，则圆筒形电池11的单体壳体温度例如上升到作为给定温度的一例的500度程度的温度。于是，熔融构件51通过来自单体壳体12(负极侧底面18)的热而熔融，从高熔点构件52分离。其结果，失去负极侧底面18与高熔点构件52的电连接，异常发热的圆筒形电池11被从电气电路(并联电路)切离。
另外，高熔点构件52可以通过经由熔融构件51的向负极侧底面18的接合而成为用高熔点构件52自身的弹性向负极侧底面18加力的状态。在该情况下，若熔融构件51因来自单体壳体12的热而熔融，则将高熔点构件52向负极侧底面18侧加力的力消失，高熔点构件52能自由移动。然后，高熔点构件52向负极板主体48侧移动，以消除其内部弹性引起的变形，从融化的熔融构件51分离。因而能确实地阻断负极侧底面18与高熔点构件52的电连接，能将异常发热的圆筒形电池11从电气电路确实地切离。
根据上述实施方式，基于相比于流过圆筒形电池11的负极侧端子的电流，热阻断机构更难受到圆筒形电池11的种类(内部电阻的差异)、圆筒形电池11的并联数以及模块结构(排气结构)的差异的影响的圆筒形电池11的单体壳体12温度，来进行异常发热的圆筒形电池11从电气电路的切离。因此，能适用相同热阻断机构的电池模块10的规格范围比能适用相同熔丝的电池模块10的规格范围要更大。因而与利用熔丝的情况比较，能简单地构成电气电路。
另外，在上述第1实施方式中，说明了熔融构件51配设于高熔点构件52与负极侧底面18的边界的情况。但也可以如图2的(b)所示那样，熔融构件151构成负极侧引线150中的延伸方向的两端部以外的一部分。并且可以，若熔融构件151熔融，则通过高熔点构件152被分断为电池侧部分152a和负极板主体侧部分152b，负极侧底面18与负极板主体48(参考图1)的电连接被阻断，异常发热的圆筒形电池11从电气电路被切离。另外，在该情况下，如图3、即将负极侧引线350在包含其延伸方向和Z方向的平面垂直二等分时的截面图所示那样，可以由大致扁平形状的金属板片构成熔融构件351。并且可以，在其一个侧面接合高熔点构件352的电池侧部分352a，在其另一个侧面接合高熔点构件352的负极板主体侧部分352b。如此一来，能简单地构成负极侧引线350，因而优选。
或者如图2(c)所示那样，可以用熔融构件251构成负极侧引线250的全部。在该情况下，能将异常发热的圆筒形电池11从电气电路确实地切离，因而优选。
另外，由熔融构件51构成负极侧引线50的延伸方向的至少一部分，但也可以由熔融构件构成正极侧引线的延伸方向的至少一部分，还可以由熔融构件构成负极以及正极侧引线各自延伸方向的至少一部分。另外，说明了多个圆筒形电池11全都并联连接的情况，但也可以包含与多个圆筒形电池串联连接的2个以上的圆筒形电池。另外，说明了电池单体是圆筒形电池11的情况，但电池单体也可以是方型电池。
另外，说明了异常发热的圆筒形电池11的单体壳体温度是500度程度的温度的情况。但异常发热的圆筒形电池的单体壳体温度按每种规格而不同，这点不言自明，熔融构件的材质按每种圆筒形电池的规格是以来自异常发热的圆筒形电池的单体壳体的热熔融的材质即可。异常发热的圆筒形电池的单体壳体温度例如可以是100度～650度的范围内的任意的温度。
(第2实施方式)
图4是表示第2实施方式的电池模块410中的圆筒形电池11的Z方向的负极侧端部周边的结构的示意截面图，是将负极侧引线450在包括其延伸方向以及Z方向的平面垂直二等分时的示意截面图。并且图4的(a)是圆筒形电池11为正常的状态的情况的示意截面图，图4的(b)是圆筒形电池11为异常发热的情况的示意截面图。另外，图5是从Z方向的负极侧底面18的外侧来看图4的(a)时的示意俯视图。
另外，第2实施方式和后述的第3以及第4实施方式与第1实施方式仅负极侧引线周边的结构不同，其他结构与第1实施方式相同。在第2到第4实施方式中，省略了对与第1实施方式相同作用效果以及变形例的记载，对与第1实施方式相同的结构标注与第1实施方式相同的参考编号，并省略说明。
如图4的(a)所示那样，电池模块410具备圆筒形电池11、负极侧引线450以及发泡树脂构件465。负极侧引线450的延伸方向的一端部450a与圆筒形电池11的负极侧底面18接合。负极侧引线450从负极侧底面18远离地延伸，与负极板主体48(参考图1)连接。
发泡树脂构件465由若被加热就会发泡而膨胀的发泡树脂材料构成。发泡树脂构件465例如能由包含成膜性树脂以及热膨胀胶囊从而通过加热产生气体而膨胀的材料、或包括聚氨酯树脂、聚乙烯树脂的材料构成。另外，发泡树脂构件465可以由若被加热就发泡而膨胀的任何发泡树脂材料构成。发泡树脂构件465固定在负极侧底面18。如图5所示那样，发泡树脂构件465与负极侧引线450的延伸方向的一部分(以α示出的部分)的全区域重叠。发泡树脂构件465具有长方体形状，由发泡树脂构件465的1个边(纸面上位于下侧且位于左侧的边)构成的角部488遍布负极侧引线450的宽度方向(以箭头A示出)的全区域而接触负极侧引线450的延伸方向的一个部位。
在上述结构中，若圆筒形电池11异常发热而圆筒形电池11的单体壳体12(负极侧底面18)成为异常高的温度，则如图4的(b)所示那样，发泡树脂构件465发泡而膨胀，发泡树脂构件465的高度(Z方向尺寸)变高。于是，负极侧引线450中位于角部488周边的部分在发泡树脂构件465中向纸面的下侧膨胀的角部周边区域被切断。其结果，负极侧底面18和负极板主体48被分断，异常发热的圆筒形电池11从电气电路切离。
根据上述第2实施方式，仅将发泡树脂构件465设置于单体壳体12上就能将异常发热的圆筒形电池11简单地从电气电路切离。另外，若将负极侧引线的一部分以利用激射光的点焊等接合在发泡树脂构件，就能更确实地切断负极侧引线，因而优选。另外，如图6、即第2实施方式的变形例的电池模块510中的与图4对应的示意截面图所示那样，若在负极侧引线550中接触发泡树脂构件565的部分设置缺口570或切缝，就易于在圆筒形电池11的异常发热时切断负极侧引线550，因而优选。
(第3实施方式)
图7的(a)是第3实施方式的电池模块610中的与图4的(a)对应的示意截面图，图7的(b)是第3实施方式的电池模块610中的与图4的(b)对应的示意截面图。
如图7的(a)所示那样，电池模块610具备圆筒形电池11、负极侧引线650以及作为引线加力构件的一例的热可塑性的树脂构件665。树脂构件665包含负极侧引线按压部667和电池连结部668。树脂构件665具有截面大致L字的形状，在图7的(a)的截面中，具有矩形的负极侧引线按压部667和矩形的电池连结部668正交的形状。负极侧引线按压部667具有引线接触平面部667a，引线接触平面部667a固接在负极侧引线650的负极侧底面18侧的端部中的与负极侧底面18侧相反的一侧的表面，或以未固接的状态与该表面抵接。引线接触平面部667a与负极侧底面18大致平行地扩展。电池连结部668从负极侧引线按压部667的引线接触平面部667a以外的部分延伸到负极侧底面18侧，前端部接合在负极侧底面18。
负极侧引线650的圆筒形电池11侧的前端部650a被引线接触平面部667a和负极侧底面18夹持。负极侧引线650的前端部650a被引线接触平面部667a向负极侧底面18侧按压而加力，通过弹性变形而接触圆筒形电池11的负极侧底面18。
在上述结构中，若圆筒形电池11异常发热而圆筒形电池11的单体壳体12(负极侧底面18)成为异常高的温度，则如图7的(b)所示那样，树脂构件665熔融，将负极侧引线650向负极侧底面18侧加力的力消失，负极侧引线650变得能自由移动。然后，负极侧引线650向负极板主体48侧移动，从而将其内部弹性引起的变形消除，从负极侧底面18分离。其结果，负极侧引线650与负极侧底面18的电连接被阻断，异常发热的圆筒形电池11从电气电路被切离。
另外，说明了引线加力构件是若圆筒形电池11的单体壳体12成为异常高的温度就熔融的树脂构件665的情况。但引线加力构件(将负极侧引线向圆筒形电池的负极侧底面加力的构件)也可以是若圆筒形电池的单体壳体成为异常高的温度就熔融的金属构件(例如锡、锡合金、焊料等)。
(第4实施方式)
图8的(a)是第4实施方式的电池模块710中的与图4的(a)对应的示意截面图，图8的(b)是第4实施方式的电池模块710中的与图4的(b)对应的示意截面图。
在第4实施方式中，作为引线加力构件(将负极侧引线650向圆筒形电池11的负极侧底面18加力的构件)，取代树脂构件665而采用包含双金属部777的含双金属构件765，在这点上与第3实施方式不同。在第4实施方式中，对与第3实施方式相同的结构标注相同参考编号，省略说明。
如图8的(a)所示那样，含双金属构件765包含负极侧引线按压部767和电池连结部768。含双金属构件765具有截面大致L字的形状，在图8的(a)的截面中，具有矩形的负极侧引线按压部767与矩形的电池连结部768正交的形状。含双金属构件765具有：有截面大致L字的形状的第1金属构件780；第2金属构件781；和由树脂等绝缘性材料构成的绝缘膜782。第2金属构件781以冷压延贴附在第1金属构件780的与圆筒形电池11侧相反的一侧的外面。第2金属构件781的热膨胀率与第1金属构件780的热膨胀率不同。第2金属构件781和贴合第2金属构件781的第1金属构件780的一部分构成双金属的金属板件。第1以及第2金属构件780、781各自例如在铁与镍的合金中添加锰、铬、铜等而构成。绝缘膜782固接在第1金属构件780中在Z方向上隔着间隙与负极侧底面18对置的内侧面。绝缘膜782的负极侧底面18侧的面与负极侧底面18大致平行延伸。
负极侧引线650的圆筒形电池11侧的前端部650a被绝缘膜782和负极侧底面18夹持。负极侧引线650的前端部650a被绝缘膜782向负极侧底面18侧按压而被加力，通过弹性变形接触圆筒形电池11的负极侧底面18。
在上述结构中，若圆筒形电池11异常发热而圆筒形电池11的单体壳体12(负极侧底面18)成为异常高的温度，则如图8的(b)所示那样，双金属的金属板件向从负极侧底面18远离的一侧弯曲，随着其弯曲，负极侧引线650在远离负极侧底面18的方向上向负极板主体48侧移动，从而将内部弹性引起的变形消除。其结果，负极侧引线650相对于负极侧底面18被电阻断，异常发热的圆筒形电池11从电气电路被切离。
另外，在第3实施方式中，说明了以含双金属构件765将负极侧引线650向负极侧底面18侧加力的情况。但作为引线加力构件，也可以取代含双金属构件而使用具有若温度上升就收缩的性质的弹性构件或弹簧。并且在圆筒形电池11为正常的情况下，可以以该弹性构件或弹簧将负极侧引线650向负极侧底面18侧加力，另一方面，在圆筒形电池11异常发热的情况下，可以通过该弹性构件或弹簧收缩而该弹性构件或弹簧的作用力消失。另外，如实施例最初叙述的那样，也可以将第1～第3实施方式以及全部变形例中说明的结构当中2个以上的结构组合来构成新的实施方式。例如热阻断机构可以包含第1实施方式的熔融构件、第2实施方式的发泡树脂构件和第3、第4实施方式的引线加力构件当中2个以上的构件。
附图标记的说明
10、410、510、610、710 电池模块
11 圆筒形电池
12 单体壳体
18 负极侧底面
45 负极侧集电板
50、150、250、350、450、550、650 负极侧引线
51、151、251、351 熔融构件
465、565 发泡树脂构件
665 树脂构件
765 含双金属构件
777 双金属部。

Claims (5)

1.一种电池模块，具有分别包含单体壳体和收容于该单体壳体内的电池要素的多个电池单体而构成，
所述电池模块具备：
将所述电池单体的端子和集电体电连接的引线；和
通过在所述单体壳体成为给定温度以上情况下的来自所述单体壳体的热而阻断所述端子与所述集电体的电连接的热阻断机构。
2.根据权利要求1所述的电池模块，其中，
所述热阻断机构包含通过所述热而熔融的熔融构件，
所述熔融构件构成所述引线的延伸方向的至少一部分。
3.根据权利要求1或2所述的电池模块，其中，
所述热阻断机构包含安装于所述单体壳体的发泡树脂构件，
所述引线由来自通过所述热发泡而膨胀的所述发泡树脂构件的力切断。
4.根据权利要求1～3中任一项所述的电池模块，其中，
所述热切断机构包含通过将所述引线向所述单体壳体侧加力而使所述引线接触所述单体壳体的引线加力构件，
所述引线加力构件的作用力因所述热而消失，从而使所述引线从所述单体壳体分离。
5.根据权利要求4所述的电池模块，其中，
所述引线加力构件是通过所述热而熔融的树脂构件，或者是通过所述热而变形的包含双金属的含双金属构件。
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