电池模块和电池组的制作方法

本发明涉及电池模块和电池组。

背景技术：

存在一种电气互连多个平板电池以形成电池模块用模块，以及通过把多个电池模块容纳在外壳中形成电池组的技术(例如，日本未经审查的专利公开no.2013-077500(jp2013-077500a)、日本未经审查的专利申请公开no.2010-287516(jp2010-287516a)、wo2012/057323)。对于这样的电池组，研究了通过设置在电池模块外部的汇流条(busbar)互连电池模块(例如，jp2013-077500a)。

技术实现要素：

在记载在jp2013-077500a中的电池组中，通过在电池模块上延伸的汇流条互连相邻电池模块的端子。在其中例如这样的电池组被用于驱动汽车的电动机的情况下，由于伴随快速充电等，大量的电流流过汇流条，因此汇流条需要足够厚。由于这个原因而在电池模块之外安装的厚汇流条会导致电池组的体积能量密度降低。

本发明提供一种进一步抑制因在电池模块的外部设置电池模块之间的连接部件，而导致的体积能量密度的降低的电池模块和电池组。

本发明的第一方面涉及一种布置在电池组(batterypack)中的电池模块(batterymodule)。所述电池模块包括：堆叠的多个平板电池；具有板状的连接部件主体并在平板电池的堆叠方向上平行于平板电池布置的连接部件；和在平板电池的堆叠方向上布置在所述连接部件主体的侧面的绝缘部件。所述连接部件具有两个端子。所述两个端子中的第一端子连接到所述平板电池的端子。所述两个端子中的第二端子连接到相邻电池模块的端子。

在按照本发明的第一方面的电池模块中，所述连接部件的两个端子被设置在未设置连接部件主体的绝缘部件的两个相对侧。

在按照本发明的第一方面的电池模块中，所述平板电池每个可被配置成在同一侧面上具有正电极端子和负电极端子，所述连接部件的第一端子可相对于电池模块，被布置在与设置所述平板电池的端子的侧面相同的一侧。

在按照本发明的第一方面的电池模块中，所述连接部件可以是平板电池。

在按照本发明的第一方面的电池模块中，所述连接部件可由导电材料形成。

在按照本发明的第一方面的电池模块中，所述连接部件主体是平板状地形成的。

按照本发明的第一方面的电池模块，还可包括在所述平板电池的堆叠方向上被布置在由所述平板电池形成的堆叠体的两侧、并被固定到所述电池组的外壳上的外侧固定部件。所述连接部件可被布置在所述外侧固定部件之间。

在按照本发明的第一方面的电池模块中，所述连接部件可被布置在所述外侧固定部件之间，以致平板电池至少之一被布置在所述连接部件和每个外侧固定部件之间。

在按照本发明的第一方面的电池模块中，所述平板电池可以是全固态电池。所述外侧固定部件可被配置成在平板电池的堆叠方向上向所述平板电池施加负荷。所述连接部件主体可以是平板状地形成的，并且所述连接部件主体可被配置成沿所述平板电池的堆叠方向看，覆盖被从外侧固定部件施加负荷的平板电池的整个负荷承载部分。

本发明的第二方面涉及一种电池组。所述电池组包含多个按照本发明的第一方面的电池模块。彼此相邻的电池模块被布置成以致所述相邻的电池模块之一的连接部件的端子面向另一个电池模块的平板电池的端子之一，并且所述端子被相互连接。

依据本发明的所述方面，能够进一步抑制因在电池模块的外部设置电池模块之间的连接部件而导致的体积能量密度的降低。

附图说明

下面参考附图，说明本发明的例证实施例的特征、优点以及技术和工业意义，附图中，相同的附图标记表示相同的元件，其中：

图1是示意表示电池组外壳的透视图；

图2是示意表示电池组的平面图；

图3是示意表示电池模块的一部分的分解透视图；

图4是电池元件的示意剖视图；

图5是示意表示连接部件的透视图；

图6是示意表示连接部件的侧视图；

图7是示意表示按照第一实施例的修改示例的电池模块的一部分的分解透视图；和

图8是示意表示按照第二实施例的电池模块的一部分的分解透视图。

具体实施方式

下面参考附图，详细说明本发明的实施例。在下面的说明中，相似的组件被赋予相同的附图标记。

第一实施例

电池组的组件

图1是示意表示电池组1的透视图。电池组1被布置在例如电动汽车(ev)或混合动力汽车(hv)的车辆驾驶室的地板下面。电池组1包括容纳后面说明的电池模块10和电子设备9的电池组外壳2，和封闭电池组外壳2的开口的电池组盖子3。在电池组盖子3上形成两个开口，以及用于对电池组1中的二次电池进行充电和放电的电池端子4、5通过所述两个开口延伸到电池组1的外部。在例示的第一实施例中，电池端子4、5通过电池组盖子3，从电池组1的内部延伸到外部，不过，电池端子4、5也可通过电池组外壳2，从电池组1的内部延伸到外部。电池端子4、5也可被直接附接在电池组外壳2或电池组盖子3上。

图2是示意表示电池组盖子3被移除下的电池组1的平面图。在说明书中，为了方便起见，将提供把图1的左侧称为前，右侧称为后，上侧称为右和下侧称为左的说明。不过，所述说明并不限定相对于车辆安装电池组1的方向，以及可相对于车辆沿任意方向布置电池组1。

如图2中所示，在电池组外壳2中，布置电子设备9和多个电池模块10。在图2中所示的例子中，电子设备9被布置在电池组外壳2的前方的区域中，以及所有的电池模块10被布置在电子设备9后面。电子设备9可被设置在诸如电池模块10之间之类的任意位置。

电子设备9包括检测电池组1内的电池模块10或者构成电池模块10的平板电池21的状态，或者控制电池组1内的电池模块10或者构成电池模块10的平板电池21的设备。从而，电子设备9通过例如线束连接到每个电池模块10，并检测电池模块10间的两个端子之间的电压等等。

电池模块的构成

如图2中所示，电池模块10包括堆叠的多个平板电池21、在所述平板电池21的堆叠方向上布置在由所述平板电池21形成的堆叠体的两侧的外侧固定部件22，和在所述平板电池21的堆叠方向上平行于平板电池布置的板状连接部件23。

图3是示意表示电池模块的一部分的分解透视图。图3中，相互分离地表示了平板电池21、外侧固定部件22和连接部件23；不过实际上，平板电池21和连接部件23的表面通过在后面说明的绝缘部件35相互接触，以及连接部件23和外侧固定部件22的表面通过所述绝缘部件35相互接触。

每个平板电池21具有正电极端子21a和负电极端子21b。在第一实施例中，每个平板电池21都被配置成在同一侧面上，具有正电极端子21a和负电极端子21b。特别地，在第一实施例中，如图2中所示，每个平板电池21被配置成使正电极端子21a和负电极端子21b两者都被布置在每个平板电池21的主体的后侧面上。不过，每个平板电池21可在电池组外壳2中被布置在面向任意方向的侧面上，只要正电极端子21a和负电极端子21b被布置在同一侧面上即可。

尽管并无特别限制，不过优选从平板电池21的主体沿水平方向，而不是沿垂直方向布置正电极端子21a和负电极端子21b。如此，不沿垂直方向延伸地布置每个平板电池21的正电极端子21a和负电极端子21b消除在电池组1中沿垂直方向设置端子用空间的需要，从而允许电池组1的总高度保持较低。

每个平板电池21包括一个或多个电池元件50。图4是电池元件50的示意剖视图。如图4中所示，在电池元件50中，顺序地堆叠正电极集流层51、正电极活性材料层52、固体电解质层53、负电极活性材料层54和负电极集流层55。在第一实施例中，正电极集流层51、正电极活性材料层52、固体电解质层53、负电极活性材料层54和负电极集流层55分别由固体材料形成。

正电极集流层51具有正电极集流体，以及具有从正电极活性材料层52集流的功能。用于正电极集流体的材料的例子包括铝、不锈钢、镍、铁和钛。正电极集流层51具有从电池元件50突出并起电池元件50的正电极作用的正电极51a。

正电极活性材料层52包含正电极活性材料。在电池元件50是锂离子电池的情况下，酌情使用的正电极活性材料的例子包括已知的正电极活性材料，诸如锂钴氧化物或锂锰氧化物。除了正电极活性材料之外，正电极活性材料层52还可包含固体电解质、导电剂和粘合剂。

用于正电极活性材料层52的固体电解质的例子包括和用于下面说明的固体电解质层53的材料相同的材料，氧化物基非晶固体电解质和结晶氧化物。

固体电解质层53包含固体电解质，固体电解质是一种表现出离子导电性的固体物质。在电池元件50是锂离子电池的情况下，已知的固体电解质，诸如硫化物固体电解质(诸如li2s-p2s5和li7p3s11)和氧化物固体电解质(诸如lii和li2o-b2o3-p2o5)，可以酌情用作固体电解质。

负电极活性材料层54包含负电极活性材料。在电池元件50是锂离子电池的情况下，可以酌情使用诸如石墨之类的已知负电极活性材料作为负电极活性材料。除了负电极活性材料之外，负电极活性材料层54还可如上所述包含固体电解质、导电剂和粘合剂。

负电极集流层55具有负电极集流体，以及具有从负电极活性材料层54集流的功能。除了用于正电极集流体的材料之外，用于负电极集流体的材料的例子还包括铜。负电极集流层55具有从电池元件50突出并起电池元件50的负电极作用的负电极55a。

在第一实施例中，电池元件50被配置成具有固体电解质层53。然而，电池元件50可以是除全固态电池外的电池，例如，其中正电极集流层、正电极活性材料层、分离器、负电极活性材料层和负电极集流层被浸入电解液中的液体电解质电池。

每个平板电池21可由单个电池元件50形成。这种情况下，电池元件50的正电极51a起平板电池21的正电极端子21a的作用，而负电极55a起平板电池21的负电极端子21b的作用。

每个平板电池21可以是包含外部体和容纳在所述外部体中的一个或多个电池元件50的电池。所述外部体可由具有金属层和密封材料层的层叠外部体形成，这种情况下，可作为层叠电池地形成每个平板电池21。所述外部体可以是箱状地形成的箱状部件，这种情况下，作为矩形电池地形成每个平板电池21。

在每个平板电池21在外部体中包括单个电池元件50的情况下，电池元件50的正电极51a连接到平板电池21的正电极端子21a，而负电极55a连接到平板电池21的负电极端子21b。在每个平板电池21在外部体中包括多个电池元件50的情况下，电池元件50被串联或并联地相互连接。至少一些的电池元件50的正电极51a连接到平板电池21的正电极端子21a。至少一些的电池元件50的负电极55a连接到平板电池21的负电极端子21b。

如上所述，每个电池模块10包括堆叠的平板电池21。从图2可以看出，平板电池21是沿水平方向堆叠的，以致平板电池21的较宽侧面彼此面对。在第一实施例中，在每个电池模块10中，构成电池模块10的所有平板电池21的正电极端子21a和负电极端子21b都被布置在电池模块10的同一侧面上。

构成每个电池模块10的平板电池21被串联或并联地相互连接(未图示)。在相邻的平板电池21被串联相互连接的情况下，相邻的平板电池21的正电极端子21a和负电极端子21b被相互连接。在相邻的平板电池21被并联相互连接的情况下，相邻的平板电池21的正电极端子21a被相互连接，并且相邻的平板电池21的负电极端子21b被相互连接。

如上所述，外侧固定部件22在平板电池21的堆叠方向上被布置在由平板电池21形成的堆叠体的两侧。于是，在第一实施例中，一个外侧固定部件22被布置在构成电池模块10的平板电池21的堆叠体的右侧，而一个外侧固定部件22被布置在左侧。构成电池模块10的这两个外侧固定部件22中的至少一个通过螺栓等被固定到电池组外壳2上。

在第一实施例中，包含在每个电池模块10中的外侧固定部件22由例如在两个外侧固定部件22之间延伸的轴(未图示)被相互连接。特别地，在第一实施例中，外侧固定部件22被相互连接，以沿布置在外侧固定部件22之间的平板电池21的堆叠方向向平板电池21施加较大的负荷。这种构成使得能够沿作为全固态电池的平板电池21的电池元件50的堆叠方向，施加约束力。

连接部件的构成

图5是示意表示连接部件23的透视图。如图5中所示，连接部件23包括平板状的连接部件主体31和设置在连接部件主体31的相对侧面的两个连接端子32、33。在第一实施例中，通过用诸如金属之类的导电材料一体地形成连接部件主体31和两个连接端子32、33，来获得连接部件23。

如图5中所示，绝缘部件35被设置在未设置连接端子32、33的连接部件主体31的较宽侧面上。换句话说，连接端子32、33被设置在未设置绝缘部件35的连接部件主体31的相对侧面上。绝缘部件35可用表现出绝缘性的任意材料，诸如树脂制成；例如，绝缘部件35可由设置在连接部件主体31的侧面上的树脂层叠板形成。

如图5中所示，在第一实施例中，在连接部件主体31的整个较宽侧面上布置绝缘部件35。不过，绝缘部件35不必覆盖连接部件主体31的整个较宽侧面，而可被布置成覆盖连接部件主体31的一部分。这种情况下，绝缘部件35被布置在连接部件主体31的侧面上，以致不使邻近连接部件主体31布置的平板电池21和连接部件23直接相互接触，并且以致不使邻近连接部件主体31布置的外侧固定部件22和连接部件23直接相互接触。

如图2和图3中所示，连接部件23是平行于平板电池21布置的。于是，连接部件23的较宽侧面被布置成面向平板电池21的侧面。连接部件23被布置在平板电池21和外侧固定部件22之一之间。

图6是示意表示在平板电池21的堆叠方向上的连接部件23的侧视图。图中，邻近连接部件23布置的平板电池21用虚线指示。从图6可看出，当沿平板电池21的堆叠方向看时，平板状地形成的连接部件主体31被布置成覆盖除正电极端子21a和负电极端子21b外的整个平板电池21(下面称为“平板电池主体21c”)。

如上所述，在平板电池21的堆叠方向上，外侧固定部件22向平板电池主体21c施加负荷。这种情况下，负荷被从外侧固定部件22施加给平板电池主体21c。于是，平板电池主体21c被认为是平板电池21中的承载来自外侧固定部件22的负荷的负荷承载部分。如上所述，连接部件主体31被配置成在平板电池21的堆叠方向上，覆盖整个平板电池主体21c。于是，连接部件主体31被认为被配置成在平板电池21的堆叠方向上，覆盖被从外侧固定部件22施加负荷的平板电池21的整个负荷承载部分。

例如，在平板电池21被配置作为层叠电池的情况下，平板电池主体21c包括外部体和容纳在所述外部体中的电池元件。这种情况下，电池元件可不被布置在当沿平板电池21的堆叠方向看时，平板电池主体21c的外缘区域的一部分上(在所述外缘侧的一部分上，在外部体之间不存在电池元件，以便通过层叠处理把外部体附接在一起)。在如上所述的情况下，从外侧固定部件22向电池元件所占据的平板电池21的区域施加负荷。从而，电池元件所占据的平板电池21的区域被认为是负荷承载部分。这种情况下，连接部件主体31被配置成覆盖平板电池21的负荷承载部分，即，当沿平板电池21的堆叠方向看时，电池元件所占据的整个部分。

使连接部件23具有如上所述的构成允许当连接部件23被布置在平板电池21和外侧固定部件22之间时，以适当的方式，向作为全固态电池的平板电池21施加约束力。

电池组的构成

返回参见图2，说明电池组1中的电池模块10等的布置和构成。如上所述，电池模块10被容纳在电池组外壳2中。在图2中所示的例子中，从第一电池模块10a到第八电池模块10h的8个电池模块10被容纳在电池组外壳2中。

被容纳在电池组外壳2中的电池模块10被布置成以致构成每个电池模块10的平板电池21的堆叠方向相同。在图2中所示的例子中，在电池组外壳2中，每个电池模块10被布置成以致平板电池21是沿右-左方向堆叠的。特别地，在例示的第一实施例中，构成每个电池模块10的平板电池21的正电极端子21a和负电极端子21b被布置在每个电池模块10的后侧。

在包含在每个电池模块10中的连接部件23之中，连接部件23的第一连接端子32被布置在每个电池模块10的后侧，以及连接部件23的第二连接端子33被布置在每个电池模块10的前侧。结果，连接部件23的第一连接端子32相对于电池模块10，被布置在与设置平板电池21的端子21a、21b的侧面相同的一侧。连接部件23的第二连接端子33相对于电池模块10，被布置在与平板电池21的端子21a、21b相对的一侧。结果，相邻的电池模块10之一的连接部件的端子面向另一个电池模块10的平板电池的端子之一(或者另一个电池模块10的连接部件的端子)。

每个电池模块10的连接部件23的第一连接端子32(即，和平板电池21的端子21a、21b布置在相同的一侧的连接端子)连接到平板电池21的正电极端子21a之一或负电极端子21b之一(未图示)。每个电池模块10的连接部件23的第二连接端子(即，布置在与平板电池21的端子21a、21b相对的一侧的连接端子)通过表现出导电性的链接部件25，被连接到相邻的电池模块10的端子(平板电池21的端子21a、21b和包含在电池模块10中的连接部件23的连接端子32、33中的一个)。在第一实施例中，连接部件23的连接端子32、33之中的第一连接端子32被连接到电池模块10的平板电池21的端子21a、21b之一。连接部件23的连接端子32、33之中的第二连接端子33被连接到相邻的电池模块10的端子。

例如，在图2中所示的例子中，第二电池模块10b的连接部件23的第一连接端子连接到第二电池模块10b的平板电池21的端子21a、21b之一。第二电池模块10b的连接部件23的第二连接端子连接到第一电池模块10a的平板电池21的端子21a、21b之一。类似地，第三电池模块10c的连接部件23的第一连接端子连接到第三电池模块10c的平板电池21的端子21a、21b之一，第三电池模块10c的连接部件23的第二连接端子连接到第二电池模块10b的平板电池21的端子21a、21b之一。

在图2中所示的例子中，第一电池模块10a的连接部件23的第二连接端子由具有导电性的链接部件，连接到电池端子5。第五电池模块10e的连接部件23的第二连接端子由具有导电性的链接部件，连接到电池端子4。

如上所述，第一实施例采用设置在每个电池模块10中的板状连接部件23相互连接相邻电池模块10的端子。这种构成消除了在电池模块10的外部设置跨电池模块10延伸的汇流条、导线等的需要。在电池模块10的外部设置汇流条或导线的情况下，需要使大电流流过的汇流条或导线加厚，从而为了防止由归因于车辆振动等引起的汇流条或导线的磨损而导致的短路的发生，在电池模块的外部需要确保用于容纳汇流条或导线的足够空间。相反，按照第一实施例的构成消除了在电池模块10的外部设置大空间的需要，从而提高了电池组1的体积能量密度。

在电池模块10的外部设置汇流条或导线的情况下，例如，当电池组1因车辆碰撞等而变形时，汇流条或导线可能接触不应该被接触的部分，从而可能导致短路等。相反，按照第一实施例，连接部件23被布置在固定到电池组外壳2的外侧固定部件22之间。这种构成使得在电池组1变形的情况下，也不太可能发生短路等。于是，能够进一步提高电池组1的安全性。

修改示例

在第一实施例中，连接部件23的连接部件主体31是平板状地形成的。然而，连接部件23不必是平板状地形成的，只要板状地形成连接部件23即可。于是，例如，可波纹板状地形成连接部件23。这种情况下，在连接部件23和邻近连接部件23布置的平板电池21之间，形成流体的通道。这使得平板电池21易于冷却。

在第一实施例中，连接部件23由诸如金属之类的导电材料形成。然而，连接部件23不必完全由导电材料形成；连接部件23可部分由导电材料形成，以及两个连接端子32、33可被配置成通过导电材料相互连接。连接部件23可被配置为其中正电极端子和负电极端子被设置在相对侧面的平板电池。

在第一实施例中，每个平板电池21被配置成在同一侧面上具有正电极端子21a和负电极端子21b。然而，平板电池21每个可被配置成在不同的侧面上，例如在相对侧面上，具有正电极端子21a和负电极端子21b。

在第一实施例中，绝缘部件35被设置在连接部件23的侧面上。然而，绝缘部件35不必被设置在连接部件23和外侧固定部件22之间，或者连接部件23和平板电池21之间，只要设置在连接部件23的侧面上的部件表现出绝缘性即可。作为具体方面，例如，可以考虑利用绝缘材料形成外侧固定部件22，或者利用绝缘材料形成包含外部体的平板电池21的外部体。

在第一实施例中，平板电池21的两个端子21a、21b被布置在主体的后侧面上。然而，如图7中所示，平板电池21'的两个端子21a'、21b'可被布置在平板电池21'的主体的上侧面中。这种情况下，两个端子21a'、21b'彼此分离地被布置在平板电池21'的主体的上侧面上。

这种情况下，连接部件23'的连接端子32'、33'被设置在连接部件主体31'的相同一侧。特别地，如图7中所示，连接端子32'、33'与平板电池21'的两个端子21a'、21b'对准，彼此分离地被布置在连接部件主体31'的上表面上。使连接部件23'具有如上所述的构成，从而如此被布置，消除了在电池模块10的外部设置汇流条或导线的需要，和允许电池组1具有进一步提高的体积能量密度。

第二实施例

参见图8，说明按照本发明的第二实施例的电池组。由于按照第二实施例的电池组的构成基本上和按照第一实施例的电池组的构成相同，因此下面的说明集中于与按照第一实施例的电池组的构成的差异。

图8是类似于图3的分解透视图，示意表示按照第二实施例的电池模块的一部分。图8中，平板电池21、外侧固定部件22和连接部件23被表示成彼此分离。不过，平板电池21和连接部件23的表面相互接触。

从图8可以看出，在第二实施例中，连接部件23也是平行于平板电池21布置的。在第二实施例中，连接部件23在平板电池21的堆叠方向上，被布置在两个平板电池21之间，而不是被布置在平板电池21和外侧固定部件22之间。换句话说，在第二实施例中，连接部件23被布置在两个外侧固定部件22之间，以致在连接部件23和每个外侧固定部件22之间布置至少一个平板电池。于是，在第二实施例中，如图8中所示，连接部件23的两个侧面每个被布置成面向平板电池21的侧面。

当电池组1因车辆碰撞等而变形时，布置在连接部件23的表面上的绝缘部件35可能破裂，导致金属的外侧固定部件22和金属的连接部件23相互接触。如上所述，外侧固定部件22和连接部件23之间的这种接触可能进一步导致发生漏电。

相反，按照第二实施例，在每个外侧固定部件22和连接部件23之间布置一个或多个平板电池21。由于平板电池21包括表现出绝缘性的电解质层，因此即使当金属的外侧固定部件22和平板电池21的电池元件相互接触时，也可进一步抑制大电流流动。按照第二实施例的这种构成使得在电池组1因车辆碰撞等而变形的情况下，也不太可能发生漏电。