密闭式长方体电池及采用其的电池模块的制作方法

专利名称：密闭式长方体电池及采用其的电池模块的制作方法
技术领域：
本发明为关于一种具备长方体构造且对电池内压的耐压性优异的密闭式长方体 电池，以及由多个这种电池所构成的电池模块。
背景技术：
已知作为密闭式电池的形状一般是采用圆筒形。在圆筒形电池中，电极体可采用 正极板与负极板隔着分隔部卷成圆筒形的简单构造，同时这种构造对电池内部压力的耐压 性也很优异。而近年来考虑到对环境的影响，开发出在汽车或电车等车辆内搭载可充放电的充 电电池的技术。当车辆搭载充电电池时，由于刹车时的再生电力会蓄积到该搭载电池内，而 作为车辆的动力源使用，故能提高能源的使用效率。

发明内容
尤其这种车辆用电池，比起已知的便携式机器所用的电池，更要求高电压以及高 电容量，故必须使用大型的电池。然而，使用大型的电池，从电池性能与生产性的观点来看， 比起圆筒形电池所用的卷式电极体，用正极板与负极板交替层叠这种电极体会比较适当， 而且需要更能有效的利用设置电池的空间，故比起圆筒形而言，用长方体电池会优选(专 利文献1)。然而，层叠构造的电极体，一般而言，有容易向层叠方向膨胀的倾向，因为该电极 体膨胀，故电池也膨胀。又，当构成大型长方体电池时，由于承受电池内部压力的平面部分 的面积很大，故也很容易因为电池内压上升而膨胀。为了抑制这种情况，一般而言，必须增 加电极体的收容部件的壁厚，然而这样的话，电池体积以及重量会增加。一般而言，车辆搭 载驱动用电池，多为以追加方式搭载于已知的机构上，故电池的设置空间受到限制。再者， 从车辆驱动的能量效率的观点来看，会希望搭载电池尽可能地轻量化。又，将多个长方体电池层叠作成电池模块使用时，为了抑制层叠了单位电池的电 池层叠体朝层叠方向膨胀，必须向层叠方向将电池层叠体拧紧固定好，若考虑到上述车辆 的电池模块的设置空间或车辆驱动的能量效率，则有必要尽可能省略设置拧紧电池层叠体 的固定部件，使电池模块小型化、轻量化。专利文献1 日本特开2001-110381号公报为了解决上述问题，本发明的目在于提供一种密闭式长方体电池，其不但是一种 体积效率优异的长方体电池，而且因为构造简单，故耐压性也很优异，另外重量也很轻。再 者，本发明另一个目的在于提供一种电池模块，其为层叠多个上述密闭式长方体电池而构 成，其特征为在朝层叠方向将电池层叠体拧紧固定以抑制电池层叠体膨胀的同时，达到小型化与轻量化的目的。为达成前述目的，本发明的密闭式长方体电池包含电极体，其具备正极以及负 极；矩形框状部件，其构成可收容该电极体以及电解液的电池壳体；以及第1盖部件与第2 盖部件，其特征在于该第1盖部件包含主体部，其覆盖该框状部件一侧开口 ；以及侧部， 其以几乎沿着该矩形框状部件的互相对向的至少1组边部的方式从该主体部突出设置；该 第2盖部件包含主体部，其覆盖该框状部件的另一侧开口 ；以及侧部，其以几乎沿着该矩 形框状部件的互相对向的至少1组边部的方式从该主体部突出设置。若使用该构造，由于可利用第1以及第2盖部件的主体部以及从主体部弯折出去 的边部的拉伸应力承受电池内压上升所造成的膨胀力，故可利用单纯的构造让电池的耐压 性提高。而且，电池的形状不是圆筒状而是长方体，可提高体积效率，也可让第1以及第2 盖部件的壁厚变薄，并降低电池的重量以及体积，对使用大型电池的车辆等而言，特别有意 义。在本发明的实施形态中，该电极体最好具有下述构造，该构造中，形成该正极的正 极板与形成该负极的负极板隔着分隔板朝规定方向交替层叠并相对，该第1盖部件以及第 2盖部件最好分别具有相对该电极体层叠方向的1组该侧部。此时的电极体，也可具有层叠 构造，该层叠构造中，形成该正极的正极板与形成该负极的负极板隔着褶皱状或袋状的分 隔板交替层叠并相对。特别是在制造大型电池的情况下，从电解液的浸透性或生产性的观点来看，虽然 比起已知的卷绕式电极体而言，使用具有层叠式构造的电极体会比较优选，但是相反的，在 使用层叠构造的电极体的情况下，电极体容易朝层叠方向膨胀。然而，将本发明的第1以及 第2盖部件的构造应用于褶皱构造的电极体，便能够抑制电池的膨胀，同时获得上述褶皱 构造电极体的优点。在具备上述构造的密闭式长方体电池中，该第1盖部件更宜具备覆盖该框状部件 一侧开口的主体部，以及将与该主体部形成一体的缘部以几乎沿着该矩形框状部件的4边 的方式折弯所形成的4个侧部；该第2盖部件更宜具备覆盖该框状部件另一侧开口的主体 部，以及将与该主体部形成一体的缘部以几乎沿着该矩形框状部件的4边的方式折弯所形 成的4个侧部。该第1盖部件以及第2盖部件分别具备对应该框状部件4个边的4个侧部， 由此能够更可靠地抑制电池膨胀。在具备上述构造的密闭式长方体电池中，例如，可用绝缘材料形成该框状部件，并 将该第1盖部件当作连接该正极的正极侧端子，然后将该第2盖部件当作连接该负极的负 极侧端子。像这样，让第1以及2盖部件分别兼作正极侧以及负极侧端子，就无须再设置追 加的端子部件。又，由于为单纯将各电池之间层叠使其串联连接，故将该长方体电池多个组 成电池模块使用时，其电池模块的构造比较简单，组装作业也比较容易。在本发明的密闭式长方体电池中，该第1以及第2盖部件宜使用镀镍钢材制作而 成。钢材镀镍可降低单位电池之间的接触电阻，并提高耐腐蚀性。在本发明的密闭式长方体电池中，优选设置电池电压监视用端子。当把多个单位 电池组合成电池模块使用时，便能够监视各单位电池的充电状态等，若有单位电池发生问 题也比较容易发现，单位电池之间的性能差异也比较容易检测。本发明的电池模块，为以上述密闭式长方体电池作为单位电池，并将多个单位电
5池以相邻单位电池的其中一侧的该第1盖部件与另一侧的第2盖部件互相对向的方式层 叠，形成大致长方体形状的电池层叠体，并具备分别沿着该电池层叠体的层叠方向的两侧 面延伸的1组侧面增强部件；分别固定在该1组侧面增强部件的电池层叠体层叠方向上的 前端部以及后端部上，并分别覆盖该电池层叠体的前部以及后部的板状压缩部件；以及受 到该前后压缩部件支持、分别从层叠方向前后将该电池层叠体拧紧固定的紧固部件。若以如此构成，便可利用配置在电池层叠体侧面上的侧面增强部件，例如，覆盖电 池层叠体侧面的侧面板确保电池层叠体的层叠方向的压力。换言之，在保护电池层叠体侧 面的部件之外，无须另外再设置将电池层叠体朝层叠方向拧紧固定的部件，故可让电池模 块小型化、轻量化。上述的侧面增强部件，为覆盖该电池层叠体侧面的板状侧面板，该侧面板的垂直 该层叠方向的上下方向的两端部，优选朝电池层叠体侧弯折。侧面增强部件如设置成如此 的构造，则弯折的两端部会增加侧面板的机械性强度，故无须追加增强部件，便可将多个电 池模块层叠设置，将其设置到车辆等设备上变得比较简易。又，该侧面板也能够抑制电池层 叠体朝侧面方向膨胀。本发明的电池模块的该紧固部件，可以是与形成在该压缩部件上的螺孔螺合的螺 纹部件。又，此时，调整该螺纹部件的拧紧程度，便能够调整朝该电池层叠体层叠方向施加 的压力大小。通过这样的构造，电池模块的组装会变得比较容易。再者，调整层叠方向的压 力对电池模块的性能有很大的影响，在电池模块组装之后，利用螺纹部件的拧紧程度简易 且正确地调整层叠方向的压力，可提高电池模块质量管理的精度。再者，更具备第1集电部件，其根据该紧固部件压接于作为该电池层叠体一端部 的第1盖部件上；以及第2集电部件，其根据该紧固部件压接于作为另一端部的第2盖部 件上。再者，各集电部件，以承受该紧固部件压力的方式配置。设置成这样的构造，便能提 供电池层叠体机械性保护，并同时降低内部电阻。尤其，增加单位电池与各集电板的接触面 积，能够让接触电阻变小，并大幅降低电池模块的内部电阻。本发明的电池模块，优选具备由绝缘材料所构成的外壳，该外壳覆盖模块主体，该 模块主体包含该电池层叠体以及安装在其周围的导电性部件。设置成像这样的构造，便能 够以简易的构造保护模块主体不受外部电气影响。本发明的电池模块，在如上所述具备由绝缘材料所构成的外壳的情况下，进一步， 该外壳优选隔着第1外壳安装部件与第2外壳安装部件安装在该模块主体上，该第1外壳 安装部件为贯通该压缩部件并将该电池层叠体拧紧紧固的金属制螺纹部件；该第2外壳安 装部件为与该第1外壳安装部件螺合，并贯通该外壳，且由绝缘材料所构成的螺纹部件。根 据设置成这样的构造，便可利用朝层叠方向对电池层叠体施加压力的压缩部件或第1外壳 安装部件将外壳安装在模块主体上，故可将用来安装外壳的追加部件抑制在最小限度，让 电池模块能够小型化以及轻量化。可在本发明的电池模块内设置压力调整机构，在该电池层叠体的内部压力上升到 一定数值的时候将电池层叠体内部的气体排出到外部。这样的构造，可更进一步提高电池 的耐压性。


以下通过参照

本发明的较佳实施例，将更能容易理解。然而，实施例以及 附图仅单纯用来图示以及说明，并没有用来限定本发明的范围。本发明范围由添附的权利 要求书来限定。在附图中，多个附图中的同一部件编号表示同一部位。图1为本发明的电池模块的一个实施形态的部分剖开的侧视图。图2为图1的电池模块所使用的密闭式长方体电池的剖面图。图3为图2的密闭式长方体电池的盖部件以及框状部件的立体图。图4为图2的电极体的层叠构造的实施例的示意图，(a)为使用褶皱状分隔部的 构造，(b)为使用袋状分隔部的构造，(c)为组合使用褶皱状分隔部与袋状分隔部的构造。图5(a)为本发明的电池模块的一个实施形态的示意图，该电池模块为由具备电 压监视端子的密闭式长方体电池所构成，(b)为显示在(a)的单位电池中的电压监视端子 的构造的剖面图。图6为图2的密闭式长方体电池受力的示意剖面图。图7为图1的电池模块的外壳的内部的立体图。图8为图7的模块主体的拧紧力与侧面板的应变的关系图。图9为沿着图7的IX-IX线的剖面图。图IOA为示意图，表示本发明的电池模块所使用的紧固部件的一个实施例。图IOB为示意图，表示本发明的电池模块所使用的紧固部件的另一个实施例。图11为沿图9的XI-XI线的剖面图。图12为俯视图，表示本发明的电池模块的一个实施形态所使用的压力调整机构 的构造。图13为本发明的电池模块的一个实施形态的冷却构造的立体图。符号说明1电池层叠体3侧面板(侧面增强部件)5压缩板7紧固螺栓(紧固部件)11分隔板12正极板13负极板15电极体17框状部件19第1盖部件19a第1盖部件的主体部19b第1盖部件的侧部21第2盖部件21a第2盖部件的主体部21b第2盖部件的侧部B电池模块
7
C单位电池X电池模块中电池层叠体的层叠方向Y单位电池中电极体的层叠方向
具体实施例方式以下，从

本发明的实施形态，但本发明并非仅限于该实施形态。图1为部分剖开的侧视图，表示本发明一实施形态的电池模块B的构造。该电池 模块B为一种搭载于例如电车中的电池模块，具备将密闭式长方体电池的单位电池C朝单 位电池C的厚度方向层叠多个(在本实施形态中为30个)的电池层叠体1、将电池层叠体 1朝层叠方向X拧紧固定的侧面板3、压缩板5以及固定螺栓7，作为这些主要构成要件，被 外壳9所覆盖，该外壳9由绝缘材料所构成。电池模块B的构造在下文详述。图2为表示图1的单位电池C的构造的剖面图。单位电池C具备电极体15，其包 含分隔部11、构成正极的正极板12，以及构成负极的负极板13 ；矩形框状部件17，其形成将 电极体15与电解液一起收容的空间；第1盖部件19 ；以及第2盖部件21。S卩，根据这些框 状部件17、第1盖部件19以及第2盖部件21，构成将电极体15与电解液一起收容的电池 壳体22。又，本实施形态的单位电池C，以氢氧化镍作为主要的正极活性物质，以储氢合金 作为主要的负极活性物质，以碱性水溶液作为电解液，构成可重复充放电的镍氢充电电池。如图3所示，第1盖部件19具备平板状的主体部19a，可覆盖框状部件17 —侧的 开口 17a，再者，主体部19a的4个边设有侧部19b，其为一体成形地从主体部19a弯折出去 的边缘部位，大约沿着框状部件17的4个边17b突出设置，并覆盖框状部件17 —部分的外 周围面。第2盖部件21也跟第1盖部件19同样具备主体部21a以及侧部21b，并覆盖框状 部件17的另一个开口 17c。又，在本实施形态中，在第1以及第2盖部件19、21中，各侧部 19b之间以及21b之间互相并未接合，仅利用焊接等方式接合也可。又，侧部19b，并不仅限 于弯折加工，例如，也可另外制作然后再与主体部19a熔接。电极体15，如图2所示的，具备正极板12与负极板13隔着分隔部11朝既定方向 交替层叠并互相对向的层叠构造。更具体而言，如图4(a)的示意图所示的，具备正极板12 与负极板13隔过弯折成褶皱状的分隔部IlA交替层叠并互相对向的褶皱构造。在本实施 形态中，电极体15沿着图3中的框状部件17的方向Y层叠，方向Y为从沿图3左右方向互 相对向的一组边部17b、17b的一边向另一边延伸。又，电极体15也可以设置成褶皱构造以外的层叠构造。例如，如图4(b)所示的， 也可让正极板12与负极板13隔着多个各自独立的袋状分隔部IlB交替层叠并互相对向。 或者，如图4(c)所示，也可让正极板12与负极板13隔着褶皱状的分隔部IlA以互相对向 的方式层叠，而分隔部IlA收容着多个各自独立的袋状分隔部11B。又，在本实施形态中，第1以及第2盖部件19、21分别设有对应框状部件17的4 个边17b的4个侧部19b、21b，也可设置仅对应框状部件17的互相对向的1组边17b、17b 的各1组(2个)侧部19b、21b。此时，各组侧部19b、21b宜设定成对向电极体15的层叠方 向Y。或也可设定成2个盖部件19、21的其中一侧，例如第1盖部件19的侧部19b对向层 叠方向Y，并让另一侧的第2盖部件21的侧部21b对向与层叠方向Y垂直的方向。又，在本实施形态中，第1盖部件19以及第2盖部件21为由镀镍钢板所构成的，将第1以及第2盖部件19、21分别连接正极以及负极。即，让第1以及第2盖部件19、21 分别兼作单位电池C的正极侧端子以及负极侧端子。又，构成第1盖部件19以及第2盖部 件21的材料并不限于镀镍钢材，可在考虑过通电化学特性、机械强度或耐腐蚀性等特性之 后，再选择适当的材料。又，第1盖部件19与第2盖部件21亦可使用不同的材料。框状部 件17为了与第1盖部件19以及第2盖部件21绝缘，为使用绝缘材料所制成。至于框状部 件17的绝缘材料，在本实施形态中是使用改性聚苯醚树脂(polyphenylether ；PPE)，但在 考虑过机械强度、耐热性以及耐电解液腐蚀性等特性之后，可选用各种适当的材料。又，本实施形态的单位电池C，如图3所示的，在框状部件17的上侧的1边17b上， 设置了将单位电池C内部气体排出去的气体排出口 23。气体排出口 23具备与气体排出口 23所设置的边17b几乎平行，并朝框状部件17中央突出的分叉排出部23a，如后所述，构成 电池模块B的压力调整机构70的一部分。又，单位电池C上宜设置电压监视端子，用来监视单位电池C的电压。电压监视端 子可设置1对，亦即正极侧与负极侧各1个，但最好如图5(a)所示，在电池模块B中相邻单 位电池C的正极侧与负极侧共享1个端子。例如，如图5(b)所示的，可使用安装在导线24 一端上的圆形端子25 (仅图示出第1盖部件19侧作为代表)，作为电压监视端子。端子螺 栓27插通圆形端子25的中央孔，再插通设置在第1盖部件19的侧部19b的表面上的椭圆 形端子安装孔28，然后锁入设置在框状部件17的1边17b上的端子安装螺孔29，在接触作 为正极侧端子的第1盖部件19的状态下，安装在单位电池C上。若使用本实施形态的密闭式长方体电池的单位电池C，可以得到以下效果。当单位 电池C内部的气体压力上升时，其压力Pi，如图6的示意剖面图所示，将第1以及第2盖部 件19、21的主体部19a、21a向外侧朝与主体部垂直的方向推压，同时将第1以及第2盖部 件19、21的侧部19b、21b通过框状部件17的挠曲而向外侧，即朝向与主体部19a、21a平行 的方向推压。当从主体部19a、21a弯折出去的侧部19b、21b不存在的时候，主体部19a、21a 会大幅向外侧挠曲，电池C会膨胀，而在本实施形态中，由于施加在侧部19b、21b上的力量 会作用成为对主体部19a、21a的拉力F，故能大幅抑制因为主体部19a、21a的挠曲所造成的 向单位电池C的侧面方向，即向各单位电池C之间的层叠方向X的膨胀。再者，如本实施形态，在使用具备层叠构造的电极体15的情况下，由于伴随重复 的充电放电会让电极体15有向层叠方向Y膨胀的倾向，故框状部件17除了气体压力Pi之 外，更受到沿着层叠方向Y从电极体15产生的力量Fe。然而，由于在对向层叠方向Y的位 置上设置了侧部19b、21b，故能抑制单位电池C朝层叠方向的膨胀，同时电极体膨胀所产生 的力量也会作用成为对主体部19a、21a的拉力F。因此，在大型长方体电池中，除了能设置 成层叠构造电极体15以获得良好的生产性或电解液的浸透性这个优点之外，更能进一步 地有效抑制单位电池C的膨胀。换言之，为了抑制因为电池内压所造成的膨胀，已知技术必须增加盖部件的壁厚， 然而，若通过设置以边缘部弯曲所形成的侧部19b、21b，便能大幅减少盖部件的壁厚，进而 提高单位电池C的耐压性，并减少体积以及重量。再者，如上所述，由于使用具备绝缘性的改良PPE树脂构成框状部件17，并使用具 备导电性的镀镍钢材构成第1盖部件19以及第2盖部件21，然后分别将第1盖部件19连 接正极，将第2盖部件21连接负极，故第1盖部件19以及第2盖部件21可分别作为单位电池C的正极侧端子以及负极侧端子。此时，如图1所示的层叠多个单位电池C作为电池 模块B使用时，邻接的单位电池C的其中一侧的第1盖部件19与另一侧的第2盖部件21 重叠接触，便可让这2个单位电池C串联连接。因此，无须追加使用连接部件，便可让电池 模块B小型化、轻量化，并让组装作业简单化。而且，由于第1盖部件19以及第2盖部件21 都是由镀镍钢材所形成的，故能减少各单位电池C之间的接触电阻。由此，便能抑制因为充 放电时的焦耳热所造成的电池发热，并提高电池性能。例如，如本实施形态这样，在以单位 电池C构成镍氢充电电池的情况下，充电放电循环寿命或充电效率等性能会提高。又，由于在本实施形态的单位电池C上设置了用来监视电池电压的电压监视端 子，如图5 (a)所示，在组合多数单位电池C作为电池模块B使用的情况下，能够对每个单位 电池C的充电状态等进行监视，故能够轻易地找出发生不良情况的单位电池C。再者，由于 该电压监视端子，也能够当作充放电监视或控制用端子，故其能够很容易地建构出一种系 统，该系统可将电池模块B重复充放电期间所发生的各单位电池C之间的性能差异抑制在 最小限度内，并使电池模块B的性能大幅提高。接着，就使用单位电池C所构成的电池模块B的构造进行说明。本实施形态的电 池模块B的电池层叠体1，如图1所示，为由单位电池C，与具备后述构造的散热板31层叠 所构成。就单位电池C而言，邻接的单位电池C的其中一侧的第1盖部件19与另一侧的第 2盖部件21朝互相对向的方向层叠，再者，2个单位电池C会隔设1个散热板31。图7为将收容在图1的外壳9内作为电池模块B主要部分的模块主体47部分断 开的立体图。又，在以下的说明中，电池层叠体1的正极侧(图7的前侧)称为前侧，负极 侧(图7的后侧)称为后侧。在电池层叠体1的层叠方向X的两侧面上，配置了侧面板3， 其为沿着层叠方向X延伸的一组板状部件，并覆盖电池层叠体1的两侧面。两侧面板3、3， 其垂直层叠方向X的上下方向的各端部3a、3b朝电池层叠体1侧几乎直角弯折，形成很浅 的U字形的剖面形状。侧面板3在层叠方向X的前端部3c以及后端部3d的附近分别设有 压缩板5，其为板状的压缩部件，由侧面螺栓32所固定，根据前后的压缩板5、5覆盖电池层 叠体1的层叠方向X的前面以及后面。又，在电池层叠体1的层叠方向X的上方以及下方， 分别配置着表面板33以及底面板34，其为沿着层叠方向X延伸的板状部件。表面板33以 及底面板34，其左右各端部以几乎直角的方式弯折而具有浅U字形的剖面形状，弯折的两 侧部以分别与侧面板3的上端部3a以及下端部3b重叠的方式配置。该重叠部分上有数个 位置由螺栓连结，而将表面板33以及底面板34固定在侧面板3上。最好在侧面板3向外侧表面大致中央部的位置上安装应变计G，作为应变检测装 置，主要用来检测侧面板3的前后方向的层叠方向X的应变ε。应变计G虽然也可以省略 不设置，但通过安装这个部件，如以下详述，能利用紧固螺栓7适当调整朝层叠方向X将电 池层叠体1拧紧的力量，并利用电池模块B的气密状态确实保持该拧紧力道。图8的关系图显示出固定螺栓7朝层叠方向X将电池层叠体1拧紧的力量F与随 拧紧状态而在侧面板3的层叠方向X上所产生的应变ε之间的关系。即，随着拧紧力F增 加，应变ε也跟着增大。但是，在侧面板拧紧力F比较小的区域Rl中的应变ε，主要是由 电极体15(图2)的压缩所造成的，且压缩状态几乎被维持。然而，在拧紧力F超过一定数 值卩工的区域R2中的应变ε，除了电极体15的压缩之外，还有框状部件17的变形也是部分 原因，故由绝缘性材料所构成的框状部件17(图2)产生塑性变形会让拧紧力F—旦达到目
10标值F2之后发生松弛的情形。该拧紧力F的松驰可使用应变计G检测出来，并当作应变ε的减少量，然后对应 需要增加紧固螺栓7的拧紧度，以确保电池模块B的气密性。应变计G连接着接收应变计 G的检测信号以检测出应变ε的检测电路D。应变检测电路D更连接着当应变ε到达既 定数值时会发出声光警示的警报器W，其安装在例如外壳9的外面上。又，安装在模块主体47上的应变计G的数量或安装位置，并不限于图7所示的实 施例，可对应所要求的应变检测精确度适当选择设定。图9为沿着图7的IX-IX线的剖面图。如图9所示的，成为正极侧的集电部件的 第1集电板35，以与单位电池C重叠的方式，配置在位于电池层叠体1的最前部的单位电池 C的第1盖部件19的前侧上。进而，绝缘板37以及绝缘板保护板39，依顺序重叠配置在该 第1集电板35的前侧上。多个侧面螺栓32插通侧面板3以及设置在侧面板3与电池层叠体1之间的侧面 绝缘板41，由此压缩板5被该侧面螺栓32固定在侧面板3的前端部上。作为拧紧部件用 的多个固定螺栓7从前方朝电池层叠体1的层叠方向X拧入压缩板5的螺孔60内，贯通压 缩板5。固定螺栓7的前端抵接绝缘板保护板39，并隔着绝缘板保护板39、绝缘板37以及 第1集电板35将电池层叠体1朝层叠方向X的后方推压。电池层叠体1的后端部，也具有 跟图9所示的前端部同样的构造，电池层叠体1的后端部被紧固螺栓7隔着绝缘板保护板 39、绝缘板37以及第2集电板(未经图标)朝层叠方向X的前方推压。即，根据被支持于 前后各压缩板5上的固定螺栓7，从层叠方向X的前后将电池层叠体1拧紧。又，固定螺栓7，除了如图9所示设有头部的螺栓之外，更可使用没有头部而只有 轴部的螺纹部件，例如，亦可使用如图IOA所示的开槽固定螺栓7Α，或如图IOB所示的内六 角固定螺栓7Β。使用这样没有头部的螺纹部件，各顶面7Aa、7Ba就不会从压缩板5的表面 突出去，可以缩小电池模块B在层叠方向上的尺寸。又，受前后压缩板5支持，将电池层叠体1朝层叠方向X拧紧固定的部件，并不限 于像固定螺栓7这样的部件。例如，可在压缩板5与绝缘板保护板39之间隔设像弹簧这样 的弹性部件。在绝缘板37以及绝缘板保护板39各自的中央部上分别设有圆形开口 37a、39a，在 该开口 37a、39a内，用来当作电池模块B的正极侧端子的正极端子螺栓45拧入在第1集电 板35大致中央部上的螺孔44内。又，在压缩板5的中央部上设置了开口 5a，外部的部件可 通过该开口 5a连接正极端子螺栓45。在本实施形态中，绝缘板保护板39与绝缘板37厚度几乎相同，第1集电板35的 厚度约为这些绝缘板保护板39以及绝缘板37厚度的4倍。因此，电池层叠体1的层叠方 向X的压力会由第1集电板35负担。另一方面，绝缘板保护板39保护绝缘板37不会承受 固定螺栓7的前端压力。因此，绝缘板保护板39宜使用强度较高的材质。接着，就本实施形态中外壳9与电池层叠体1的连结构造进行说明。外壳9为用 来保护电池层叠体1以及由安装在电池层叠体1周围的侧面板3或压缩板5等导电性部件 所构成的模块主体47不受来自电池模块B外部的机械、热以及导电性影响的部件。因此， 构成外壳9的材料，宜使用机械性强度、耐热性以及耐电解液性优良的绝缘材料，在本实施 形态中，为使用改性聚苯醚(PPE)树脂。
图11为沿图9的XI-XI线的剖面图，外壳9安装到模块主体47上的构造。在压 缩板5上，除了在图7中所说明的具有头部的紧固螺栓7之外，还有作为安装外壳9的部件 的第1外壳安装螺栓51螺合并贯通的螺孔62。该第1外壳安装螺栓51，为仅由设有螺纹 沟槽的轴部所构成的金属制部件，一端抵接绝缘板保护板39，另一端与金属制的螺帽53以 及由绝缘材料所构成的螺纹套筒55螺合。由绝缘材料所构成的第2外壳安装螺栓59插通 设置在外壳9前面上的螺栓插通孔57，该第2外壳安装螺栓59与螺纹套筒55的螺孔螺合， 由此将外壳9安装在模块主体47上。又，本实施形态的电池模块B具备压力调整机构70，当电池层叠体1的内压，即各 单位电池C的内压总和达到既定数值时，例如达到IMpa时，压力调整机构70便将电池内的 气体排出到外部去。具体而言，如图12所示，设置在各单位电池C的框状部件17上的各气 体排出口 23分别分支二个排出部23a，将相邻单位电池C的气体排出口 23的排出部23a的 一侧与形成连通路径的可挠性管路71依次连接，末端单位电池C其中一个排出部23a连通 监视压力用的压力计P以及压力调整阀73。前端单位电池C的其中一个排出部23a被盖子 闭塞住。该些气体排出口 23、作为可挠性连通部件的管路71、压力计P以及压力调整阀73 构成电池模块B的压力调整机构70。压力调整阀73，可使用例如将提升阀与弹簧组合所构 成，除此之外，也可使用一般常用的任何机构。压力调整阀作为安全阀而动作。又，压力计P 也可以省略不设置，再者，当电池层叠体1的内压达到既定数值的可能性很低时，压力调整 机构70也可省略不设置。又，如图9所示，散热板31朝与层叠方向X垂直的方向延伸，并设有让冷却用空气 通过的多个通风孔31a。另一方面，如图13所示，在电池模块B的外壳9的上部83a以及底 部83b的内面，设有让作为冷媒的空气A流通的流入路径91以及流出路径93，在上部83a 的前端壁以及后端壁上，分别设置了强制冷却用的排气风扇95。受到各排气风扇95的排气 压力而从底部83b的前后开口被导入流入路径91的空气A，会通过上部83a的流出路径93 而从前后的排气风扇95排出到外部去，途中会进入图9的散热板31的通风孔31a，利用散 热板31冷却单位电池C。又，也可在底部83b的前端壁以及后端壁上，设置从外部将空气导 入外壳9内的吸气风扇(未经图示)，取代图13的排气风扇95。又，在本实施形态中，为每2个单位电池C隔设1个散热板31，但隔设散热板31的 位置或数量可适当改变。又，冷媒除了空气A之外，亦可使用一般常用的冷煤，例如油类。由于在电池模块B内设置如此的冷却构造，利用简单的构造对各单位电池C有效 进行冷却，故电池性能，特别是长期充放电循环性能会提高。若使用上述实施形态的电池模块B，可以得到以下的效果。在该电池模块B中，压 缩板5固定在侧面板3上，固定螺栓7受到压缩板5的支持，由此固定螺栓7对电池层叠体 1施加层叠方向X的压力。即，侧面板3覆盖电池层叠体1的侧面，提供电池层叠体1机械 性保护，由此确保电池层叠体1在层叠方向X上的压力。因此，除了保护电池层叠体1侧面 的部件之外，无须另外设置用以负担电池层叠体在层叠方向X上的压力的螺栓等部件，故 电池模块B能够小型化、轻量化。又，分别覆盖侧面板3的上部以及下部的表面板33以及 底面板34，如上所述，仅连结侧面板3，可抑制侧面板3膨胀突出。再者，在本实施形态中，由于在两侧面板3中，与层叠方向X垂直的上下方向的各 端部3a、3b朝电池层叠体1侧大致直角弯折，故能抑制构成电池层叠体1状态下的各单位电池C朝侧面方向的膨胀突出。电池层叠体1，特别是在组装的时候，在固定螺栓7朝层叠 方向X拧紧固定时，会因为各单位电池C的内压上升而向侧面方向以及上下方向膨胀。然 而，在本实施形态中，由于电池层叠体1上下方向的膨胀会透过侧面板3的弯折端部3a、3b 成为拉力而作用在侧面板3上，故能有效抑制侧面方向的膨胀。同样地，根据设有弯折的端 部的表面板33以及底面板34，能有效抑制电池层叠体1上下方向的膨胀。又，将侧面板3的上下两端部3a、3b朝大致直角的方向弯折，会增加侧面板3的机械 性强度，故无须使用追加的增强部件就能层叠设置多个电池模块B。因此，电池模块B便能简 易地设置到车辆等设备上。设置端部弯折的表面板33以及底面板34，也能得到同样的效果。又，由于使用与贯通压缩板5的螺孔螺合的固定螺栓7作为受压缩部件支持并将 电池层叠体1朝层叠方向X拧紧固定的部件，故电池模块B的组装作业变得比较容易，再 者，电池模块B组装后，可透过调节固定螺栓7的拧紧固定程度的简单作业，精确地调整朝 电池层叠体1的层叠方向X施加的压力。由于朝电池层叠体1的层叠方向X施加的压力值， 是影响各单位电池C性能以及电池模块B性能的重要因素，故若能以简易且正确的方式对 其进行调整，便能以高精确度管理电池模块B的质量。又，在本实施形态的电池模块B中，将第1集电板35以及第2集电板35分别重叠 配置于电池层叠体1的层叠方向X的两端部，即，位于最前部的单位电池C的第1盖部件 19，以及位于最后部的单位电池C的第2盖部件21上，且该第1以及第2集电板35被固定 螺栓7压接于电池层叠体1上，故单位电池C与各第1集电板35的接触面积增大，接触电 阻变小。故可期待电池模块B的内部电阻降低，电池的效率提高。再者，亦可期待单位电池 C的表面压力，防止电解液泄漏的效果。再者，在该电池模块B中，由绝缘材料所形成的箱形外壳9覆盖由电池层叠体1、侧 面板3、压缩板5、固定螺栓7等导电性部件所构成的模块主体47，用这种简单的构造就能保 护模块主体47不受外部电气影响。由于外壳9利用对电池层叠体1朝层叠方向X施加压力 的压缩板5以及第1外壳安装螺栓，并透过由绝缘材料所构成的第2外壳安装螺栓安装在 主体上，故能将安装外壳用的追加部件抑制在最小限度，让电池模块B小型化以及轻量化。又，像本实施形态这样，设置压力调整机构70，便可将电池层叠体1的内压维持在 既定数值以下，以更确实地抑制单位电池C的膨胀。又，在本实施形态中，设置了具有二个 分叉排出部23a、23a的气体排出口 23，且邻接的各排出部23a之间用管路71连接，故压力 计P以及压力调整阀73可分别只设置1个即可。又，在本实施形态中，单位电池C构成镍氢充电电池，但本发明不仅限于此，可应 用于各种一次电池以及充电电池，例如，镍镉电池或锂离子电池等。再者，本发明的耐压构 造可应用于以电双层电容为首的各种类型的电容器。
1权利要求
1. 一种密闭式长方体电池，包含电极体，具备正极与负极；矩形框状部件，其形成收 容该电极体与电解液的电池壳体；第1盖部件；以及第2盖部件；该第1盖部件具备主体部，其覆盖该框状部件的一侧开口 ；以及侧部，其为自该主体部，以大致沿着该矩形框状部件的互相对向的至少1组边突出设 置而成；该第2盖部件具备主体部，其覆盖该框状部件的另一侧开口 ；以及侧部，其为自该主体部，以大致沿着该矩形框状部件的互相对向的至少1组边突出设 置而成。
2.如权利要求1所述的密闭式长方体电池，其中，该电极体具备下述构造，该构造中，形成该正极的正极板与形成该负极的负极板隔着 分隔板朝规定方向交替层叠并相对，该第1盖部件以及第2盖部件分别具备和该电极体的 层叠方向相对向的1组该侧部。
3.如权利要求2所述的密闭式长方体电池，其中，该电极体具备下述层叠构造，该层叠构造中，形成该正极的正极板与形成该负极的负 极板隔着褶皱状的分隔板交替层叠并相对。
4.如权利要求2所述的密闭式长方体电池，其中，该电极体具备下述层叠构造，该层叠构造中，形成该正极的正极板与形成该负极的负 极板隔着袋状的分隔部交替层叠并相对。
5.如权利要求1所述的密闭式长方体电池，其中，该第1盖部件具备主体部，其覆盖该框状部件的一侧开口 ；以及4个侧部，将与该主体部成一体的边缘部以大致沿着该矩形框状部件的4个边部弯折 所形成；该第2盖部件具备主体部，其覆盖该框状部件的另一侧开口 ；以及4个侧部，将与该主体部形成一体的边缘部以大致沿着该矩形框状部件的4个边部弯 折所形成。
6.如权利要求1所述的密闭式长方体电池，其中，该框状部件为由绝缘材料所构成，该第1盖部件为连接该正极的正极侧端子，该第2盖 部件为连接该负极的负极侧端子。
7.如权利要求1所述的密闭式长方体电池，其中，该第1盖部件以及第2盖部件为由镀镍钢材所构成。
8.如权利要求1所述的密闭式长方体电池，其中，设置有电池电压监视用端子。
9. 一种电池模块，具备大致长方体形状的电池层叠体，该电池层叠体以权利要求1所 述的密闭式长方体电池作为单位电池，并将多个单位电池以相邻接的单位电池的其中一侧 的该第1盖部件与另一侧的第2盖部件互相对向的方式层叠所形成，其特征为包含1组侧面增强部件，各自沿着该电池层叠体的层叠方向的两侧面延伸； 板状的压缩部件，分别固定于该1组的侧面增强部件在电池层叠体的层叠方向上的前 端部与后端部上，并分别覆盖该电池层叠体的前部与后部；以及紧固部件，受到该前后的压缩部件支持，分别从层叠方向的前后将该电池层叠体拧紧 固定。
10.如权利要求9所述的电池模块，其中，该侧面增强部件，为覆盖该电池层叠体侧面的板状侧面板，该侧面板中与该层叠方向 垂直的上下方向的两端部朝电池层叠体侧被弯折。
11.如权利要求9所述的电池模块，其中，该紧固部件为和形成于该压缩部件上的螺孔互相螺合的螺纹部件。
12.如权利要求11所述的电池模块，其中，可利用该螺纹部件的拧紧程度来调整朝该电池层叠体的层叠方向施加的压力。
13.如权利要求9所述的电池模块，其中进一步包含第1集电部件，其受该紧固部件压接于作为该电池层叠体一端部的第1盖部件上；以及 第2集电部件，其受该紧固部件压接于作为该电池层叠体另一端部的第2盖部件上。
14.如权利要求13所述的电池模块，其中，该各集电部件以承受来自该紧固部件的压力的方式配置。
15.如权利要求9所述的电池模块，其中进一步具备由绝缘材料所构成的外壳，该外壳覆盖模块主体，该模块主体包含该电池层叠体以及 安装在该电池层叠体周围的导电性部件。
16.如权利要求15所述的电池模块，其中，该外壳通过第1外壳安装部件与第2外壳安装部件安装在该模块主体上，该第1外壳安装部件，为贯通该压缩部件而将该电池层叠体拧紧固定的金属制螺纹部件；该第2外壳安装部件，为螺合于该第1外壳安装部件，并贯通该外壳，且由绝缘材料所 构成的螺纹部件。
17.如权利要求9所述的电池模块，其中，进一步设置压力调整机构，其在该电池层叠体的内部压力上升到一定值时，将电池层 叠体内部的气体排到外部。
全文摘要
本发明提供一种构造简单、体积效率以及耐压性优异的密闭式长方体电池。本发明的密闭式长方体电池(C)包含具备正极(12)以及负极(13)的电极体(15)；构成收容该电极体(15)与电解液的电池壳体(22)的矩形框状部件(17)；第1盖部件(19)；以及第2盖部件(21)，其特征为该第1盖部件(19)具备覆盖该框状部件(17)一侧开口(17a)的主体部(19a)；以及从该主体部(19a)以大致沿着该矩形框状部件(17)的互相对向的至少1组边(17b)的方式突出设置的侧部(19b)；该第2盖部件(21)具备覆盖该框状部件(17)另一侧的开口(17c)的主体部；以及从该主体部以大致沿着该矩形框状部件(17)的互相对向的至少1组边(17b)的方式突出设置的侧部(21b)。
文档编号H01M2/10GK101999182SQ20098011269
公开日2011年3月30日 申请日期2009年3月19日 优先权日2008年4月11日
发明者堤香津雄, 西村和也 申请人:川崎重工业株式会社