电池单体、电池单元以及电池堆的制作方法
【专利摘要】本发明提供一种电池单体、电池单元以及电池堆，该电池堆(10)构成为，即使将多个电池单体(30)层叠，也不易发生连接错误。电池堆(10)使用方形的电池单体(30A、30B)。电池单体(30A、30B)具有：电池壳体(32)，其具有由彼此正交的第1方向和第2方向规定的基准面(32a)、从基准面(32a)的端部向与第1方向以及第2方向成直角的第3方向延伸设置的端子支撑面(32b)；以及正极端子(34p)以及负极端子(34n)，它们凸出设置在端子支撑面(32b)上，在第1方向上隔着规定距离而配置。正极端子(34p)以及负极端子(34n)配置在从端子支撑面(32b)的中心沿第1方向的距离不同的位置上。
【专利说明】电池单体、电池单元以及电池堆
【技术领域】
[0001 ] 本发明涉及一种电池单体、电池单元以及电池堆。
【背景技术】
[0002]当前，作为这种电池堆，已知专利文献I的技术。图11是从上方观察电池堆100的图，图12是从图11的箭头AR方向观察的图。在图11及图12中，电池堆100是通过将结构不同的电池单体102和电池单体112依次层叠而构成的。即，电池单体102在壳体的端面上具有正极端子104p和负极端子104η。正极端子104ρ以及负极端子104η形成为，在向图示的上方凸出后向水平方向弯曲的L字形。另一方面，电池单体112在壳体的端面具有正极端子114ρ和负极端子114η。正极端子114ρ以及负极端子114η是在向图示的上方凸出后向水平方向弯曲的L字形。电池单体112的正极端子114ρ向与电池单体102的正极端子104ρ相反的方向弯曲。电池单体112的负极端子114η向与电池单体102的负极端子104η相反的方向弯曲。另外，通过将电池单体102的负极端子104η和电池单体112的正极端子114ρ的重合部位利用螺栓120紧固，从而将电池单体102和电池单体112电连接，并且机械地连接。
[0003]专利文献1:日本专利5159112号
[0004]但是，现有的电池堆100中的电池单体102和电池单体112构成为，正极端子104ρ、114ρ以及负极端子104η、114η的弯曲方向不同。如上所述，由于电池单体102、112使用正极端子和负极端子为不同形状的2种类型，所以存在下述课题，S卩，必须将重合的电池单体交替地配置，从而作业麻烦，另外，容易错误地连接。
【发明内容】
[0005]本发明就是为了解决上述课题中的至少一部分而提出的，能够作为以下的方式而实现。
[0006](I)根据本发明的一个方式，提供方形的电池单体。电池单体的特征在于，具有:电池壳体，其具有由彼此正交的第I方向和第2方向规定的基准面、从该基准面的端部向与第I方向以及第2方向成直角的第3方向延伸设置的端子支撑面；以及正极端子以及负极端子，它们凸出设置在所述端子支撑面上，在所述第I方向上隔着规定距离而配置，所述正极端子以及负极端子配置在从所述端子支撑面的中心沿所述第I方向的距离不同的位置上。
[0007]在本方式的电池中，通过将相同形式的电池层叠，从而能够将多个电池直接连接。与在现有技术中说明的将不同结构的电池彼此以不同方式配置的结构相比，不易发生配线错误。
[0008](2)在其他方式中，所述正极端子以及所述负极端子具有:基部，其从所述端子支撑面向所述第2方向凸出；以及连接部，其从该基部的前端部向所述第3方向中的相同的方向延伸。
[0009](3)在其他方式中，一对所述电池单体配置为，一个电池单体的基准面和另一个电池单体的基准面相对，所述一个电池单体的正极端子和所述另一个电池单体的负极端子不重合，所述一个电池单体的正极端子和所述另一个电池单体的负极端子，经由配置在所述第I方向上的内部连结板连接。在其他方式中，电池单元通过使用相同结构的电池单体，相对于一个电池单体，使另一个电池单体旋转180度，使电池壳体的基准面相对，利用内部连结机构一体化，从而能够将2个电池单体电连接并机械地连结，能够使组装作业简化。
[0010](4)在其他方式的电池单元中，具有紧固部件，其将所述内部连结板和所述正极端子紧固，并且将所述内部连结板和所述负极端子紧固。
[0011](5)在其他方式中，具有:绝缘部件，其配置在所述一个电池单体的所述基准面和所述另一个电池单体的所述基准面之间；以及固定部，其安装在所述绝缘部件的上部，将所述内部连结板固定。
[0012]在本方式中，绝缘部件能够提高电池单元的电池之间的绝缘性，并且能够牢固地支撑将正极端子和负极端子连结的内部连结板。
[0013](6)在使用其他方式所涉及的电池单元的电池堆中，具有:单元集合体，其包含沿所述第3方向层叠而成的多个电池单元；以及外部连结板，其将一个电池单元的正极端子中的没有利用所述内部连结板连接的正极端子，与其他电池单元的负极端子(34η)中的没有利用所述内部连结板￠2)连接的负极端子连接。在本方式中，为了对层叠多个电池单元而成的电池堆进行组装，将多个电池单元向第3方向层叠而构成单元集合体。并且，在相邻的电池单元的正极端子以及负极端子中，经由外部连结板将没有利用内部连结板连接的正极端子和负极端子连结，由此组装成电池堆。通过将多个电池单元组装为一体，并且将各个电池单元的正极端子和负极端子电连接，从而还能够同时进行电池单元的机械连结。
【专利附图】
【附图说明】
[0014]图1是表示保持有本发明的一个实施例所涉及的多个电池的电池堆的斜视图。
[0015]图2是表示图1的电池堆的俯视图。
[0016]图3是表示电池单元的斜视图。
[0017]图4是表示电池单元的俯视图。
[0018]图5是电池单元的侧视图。
[0019]图6是表示将电池单元分解的斜视图。
[0020]图7是对电池单元的组装作业进行说明的说明图。
[0021]图8是对继图7之后的组装作业进行说明的说明图。
[0022]图9是对继图8之后的组装作业进行说明的说明图。
[0023]图10是对电池单元的电连接路径进行说明的说明图。
[0024]图11是从上方观察现有技术所涉及的电池堆的图。
[0025]图12是从图11的箭头AR方向观察的图。
[0026]标号的说明
[0027]10…电池堆
[0028]12…支撑板
[0029]12a…安装部
[0030]13…连结部件
[0031]20…电池单元
[0032]20U…单元集合体
[0033]30A、30B …电池
[0034]30…电池
[0035]32…电池壳体
[0036]32a…基准面
[0037]32b…端子支撑面
[0038]32c …孔
[0039]34a…基部
[0040]34b…连接部
[0041]34η…负极端子
[0042]34ρ…正极端子
[0043]40…绝缘部件
[0044]40Α…第I绝缘部件
[0045]40Β…第2绝缘部件
[0046]42…绝缘板
[0047]42a…冷却路径
[0048]50…连结固定机构
[0049]60…内部连结机构
[0050]61…固定部
[0051]61a…安装孔
[0052]62…内部连结板
[0053]62a…第I连接部
[0054]62b…第2连接部
[0055]62c…连结部
[0056]63…螺母
[0057]64…紧固部件
[0058]70…外部连结机构
[0059]71…固定部
[0060]71a…安装孔
[0061]72…外部连结板
[0062]72a…第I连接部
[0063]72b…第2连接部
[0064]72c…连结部
[0065]73…螺母
[0066]74…紧固部件
【具体实施方式】
[0067](I)电池堆的概略结构
[0068]图1是表示保持有本发明的一个实施例所涉及的多个电池单体的电池堆的斜视图，图2是表示图1的电池堆的俯视图。电池堆10具有将由2个电池单体构成的电池单元20层叠多个而形成的结构。电池单体30是扁平且方型的通用电池，例如，可以使用作为汽车用电源使用的锂离子电池。
[0069]在图1中示出彼此正交的XYZ轴。X方向相当于第I方向，Y方向相当于第2方向，Z方向相当于第3方向。在Z方向上排列电池单元20。在这里，在表示沿Z方向排列的特定的电池单元20及其结构部件的情况下，标注(η — I)、(η)、(η+1)...的下标而表示。
[0070]电池堆10具有将多个电池单元20组合而形成的单元集合体20U，在单元集合体20U的两侧分别配置有支撑板12。在支撑板12的两侧部形成有安装部12a。通过在安装部12a的部位处经由连结部件13连结两侧的支撑板12，从而将多个电池单元20 —体地组装。
[0071](2)电池堆10的各部分的结构
[0072]图3是表示电池单元20的斜视图，图4是表示电池单元20的俯视图，图5是表示2个电池单元20的侧视图。电池单元20具有:2个电池单体30A、30B ;第I绝缘部件40A ；第2绝缘部件40B ;以及连结固定机构50。
[0073]图6是表示将电池单元20分解的斜视图。在图6中，电池单元20具有2个电池单体30A、30B。在这里，电池单体30A、30B使用相同结构的电池，但以一个电池单体30B的朝向旋转180度的状态配置。各个电池单体30A、30B具有电池壳体32。通过将电池壳体32由铝、铁等金属材料形成，从而阻挡从外部向内部浸透的水蒸气。
[0074]电池壳体32是由侧面和端面围成的扁平的方形形状。在这里，电池壳体32的方形形状除了立方体之外，还包含对其端部进行倒角后的形状，只要实质上能够以相同的宽度层叠的形状即可。电池壳体32的侧面中的I个，作为由彼此正交的X方向和Y方向规定的基准面32a而表示。电池单体30A、30B各自的基准面32a以相对的方式配置。电池壳体32的端面中的I个成为从基准面32a的上端向Z方向延伸设置的端子支撑面32b。在端子支撑面32b上形成有正极端子34p以及负极端子34η。
[0075]正极端子34ρ以及负极端子34η是相同的L字形，具有从端子支撑面32b向Y方向凸出的基部34a、以及从基部34a的前端部向Z方向弯折的连接部34b。如电池单体30A所示，正极端子34p以及负极端子34η以从端子支撑面32b的中心轴CL，沿X方向的距离不同的距离Lp、Ln(Lp > Ln)分别配置。端子支撑面32b的中心轴CL可以作为穿过端子支撑面32b的重心(即中心)，与基准面32a平行且与电池壳体32的层叠方向(在本实施例中为Z轴方向)垂直的轴。Lp、Ln是指中心轴CL至正极端子34p或者负极端子34η的中心的距离。电池单体30Α、30Β的正极端子34ρ和负极端子34η配置为，在通过使电池单体30Β以中心轴CL为中心旋转180度，从而使电池单体30Α、30Β各自的基准面32a相对时，彼此不重合(参照图4)。另外，在端子支撑面32b的中央部，形成有用于释放在电池单体30A、30B内产生的气体的气体释放孔32c。
[0076]在图5中，在电池单体30A和电池单体30B之间配置有第I绝缘部件40A。第I绝缘部件40A配置在电池单体30A的基准面32a和电池单体30B的基准面32a之间。第I绝缘部件40A具有绝缘板42，该绝缘板42的形状与对电池单体30A和电池单体30B之间进行绝缘的电池单元20的侧面大致相同。在绝缘板42的侧面形成有用于对电池单体30A、30B进行冷却的多个冷却路径42a。冷却路径42a与Y方向平行地形成(图6)。作为第I绝缘部件40A，可以使用聚丙烯(PP)、聚对苯二甲酸(PBT)等。第2绝缘部件40B配置在相邻的电池单元20之间，是与第I绝缘部件40A相同的结构。
[0077]在图6中，连结固定机构50具有内部连结机构60和外部连结机构70。内部连结机构60是在电池单元20内将电池单体30A和电池单体30B电连接并机械地连结的机构。内部连结机构60具有固定部61、内部连结板62、螺母63、紧固部件64。固定部61是用于对内部连结板62进行支撑的部件，与绝缘板42的上端部一体形成。在固定部61的上表面上，沿X方向配置有2个安装孔61a。各个安装孔61a沿Y方向形成，嵌合安装螺母63，各个安装孔61a形成为六边形，以阻止螺母63旋转。在螺母63的孔内形成有与紧固部件64紧固的螺纹。内部连结板62是长条的金属制的板材，具有第I连接部62a和第2连接部62b，在它们之间利用连结部62c连结一体。在第I连接部62a和第2连接部62b上分别形成有贯穿孔。此外，对于内部连结机构60的连结作业，在后面记述。
[0078]外部连结机构70是将电池单元20 (η 一 I)、20 (η)...电连接并机械地连结的机构(参照图1、图2)。外部连结机构70具有固定部71、外部连结板72、螺母73、以及作为螺栓的紧固部件74。固定部71是用于对外部连结板72进行支撑的部件，与绝缘板42的上端部一体形成。在固定部71的上表面上，沿X方向配置2个安装孔71a。各个安装孔71a沿Y方向形成，嵌合安装螺母73，各个安装孔71a形成为六边形，以阻止螺母73旋转。在螺母73的孔内形成与紧固部件74紧固的螺纹。外部连结板72是金属制的板材，具有第I连接部72a和第2连接部72b，将它们利用连结部72c连结。在第I连接部72a和第2连接部72b上形成有贯穿孔。此外，对于外部连结机构70的连结作业，在后面记述。
[0079](3)电池单元20以及电池堆10的组装作业
[0080]图7及图8是对电池单元20的组装作业进行说明的说明图。在图7中，首先，在形成于第I绝缘部件40A的上部的固定部61的安装孔61a中分别嵌合螺母63，并且在固定部71的安装孔71a中分别嵌合螺母73。然后，使电池单体30A的基准面32a与第I绝缘部件40A的一个侧面对齐。然后，使电池单体30B相对于电池单体30A以中心轴CL为中心旋转180度，使电池单体30B的基准面32a与第I绝缘部件40A的另一个侧面对齐(图8的状态)。然后，如图8所示，在电池单体30A的负极端子34η、电池单体30Β的正极端子34ρ上载置内部连结板62。通过利用紧固部件64进行紧固，将内部连结板62固定在固定部61上，并且将电池单体30Α的负极端子34η和电池单体30Β的正极端子34ρ电连接(图9的状态)。由此，电池单元20 —体化。
[0081]下面，根据图9，以将2个电池单元20(η — 1)、20(η)组装的情况，对组装多个电池单元20的作业进行说明。在预先组装的多个电池单元20 (η -1) ,20 (η)之间放入第2绝缘部件40Β，使电池单元20 (η - 1)、20(η)对齐。然后，将外部连结板72 (η)的第I连接部72a载置于电池单元20 (η)的正极端子34ρ上，另外，将第2连接部72b载置于电池单元20(n-1)的负极端子34η上。在该状态下，利用紧固部件74对外部连结板72 (η)进行紧固。由此，电池单元20(η— 1)、20(η)被电连接的同时，被机械连结。相同地，利用外部连结板72将其他电池单元20的正极端子34ρ和负极端子34η依次连接。由此，得到图1及图2所示的电池堆10。
[0082](4)电池单元20的电连接路径
[0083]图10是对电池单元20的电连接路径进行说明的说明图。在图10中，以电池单元20 (η)的电连接路径为中心，对与电池单元20(η — I) >20 (η+1)之间的电连接路径进行说明。此外，在图10中，电池单元20(η)的电连接路径示出主要的路径，省略一部分的部件而记载。
[0084]与电池单元20 (η — I)的负极端子连接的外部连结板72 (η)，利用其第I连接部72a与电池单元20 (η)的电池单体30Α的正极端子34ρ连接。正极端子34ρ经过电池单体30Α的内部路径、负极端子34η，与内部连结板62连接。进而，内部连结板62经过电池单体30Β的正极端子34ρ、电池单体30Β的内部路径、负极端子34η，与外部连结板72 (η+1)的第2连接部72b连接。进而，外部连结板72 (η+1)的第I连接部72a与相邻的电池单元20 (η+1)的正极端子连接。如上所述，电池单元20的各个电池单体30Α、30Β经由内部连结板62串联连接。并且，多个电池单元20经由外部连结板72串联连接。
[0085](5)电池堆10的作用.效果
[0086](5) 一 I如图1、图7及图8所示，电池单元20使用相同结构的电池单体30Α、30Β，相对于一个电池单体30Α，使另一个电池单体30Β旋转180度，使电池壳体32的基准面32a相对，利用内部连结机构60 —体化，由此，能够将2个电池单体30A、30B电连接并机械地连结，从而能够使组装作业简化。而且，由于使用相同结构的电池单体30A、30B，所以与现有技术中说明的将不同结构的电池彼此以不同方式配置的结构相比，不易产生配线错误。
[0087](5) — 2如图6所示，电池单体30的正极端子34p和负极端子34η在电池壳体32的端子支撑面32b上配置在不同的位置，即，正极端子34p相距端子支撑面32b的中心的距离为Lp，负极端子34η相距端子支撑面32b的中心的距离为Ln (Lp > Ln)。因此，容易识别出是电池单体30的正极端子34p还是负极端子34η，不易产生配线错误。
[0088](5) 一 3如图9所示，在组装多个电池单元20时，通过将多个电池单元20以相同的配置层叠，并利用外部连结机构70 —体化，从而能够将相邻的电池单元20在电连接的同时机械地连结，能够使组装作业简化。而且，由于使用相同结构的电池单元20，所以不易产生配线错误。
[0089]本发明并不限于上述的实施方式、实施例、变形例，可以在不脱离其主旨的范围内，以各种的结构实现。在上述实施例中，内部连结机构60的固定部61以及外部连结机构70的固定部71，除了与绝缘部件40 —体地形成之外，只要是能够对内部连结板62以及外部连结板72进行定位的结构即可，也可以不是一体的。
[0090]在上述实施例中，绝缘部件40的冷却路径42a作为空气的冷却通路而构成，但并不限于此，也可以构成为使液体冷媒等冷却介质流过。另外，如上述实施例所示，冷却路径42a除了形成在绝缘板42的一个面上之外，也可以形成在两面上。
【权利要求】
1.一种电池单体，该电池单体是方形的， 其特征在于，具有: 电池壳体(32)，其具有由彼此正交的第I方向⑴和第2方向⑴规定的基准面(32a)、从该基准面(32a)的端部向与第I方向⑴以及第2方向⑴成直角的第3方向(Z)延伸设置的端子支撑面(32b);以及 正极端子(34p)以及负极端子(34η)，它们凸出设置在所述端子支撑面(32b)上，在所述第I方向(X)上隔着规定距离而配置， 所述正极端子(34p)以及负极端子(34η)配置在从所述端子支撑面(32b)的中心沿所述第I方向(X)的距离不同的位置上。
2.根据权利要求1所述的电池单体，其中， 所述正极端子(34p)以及所述负极端子(34η)具有:基部(34a)，其从所述端子支撑面(32b)向所述第2方向(Y)凸出；以及连接部(34b)，其从该基部(34a)的前端部向所述第3方向(Z)中的相同的方向延伸。
3.—种电池单元，其使用多个权利要求1或2所述的电池单体， 在该电池单元中， 一对所述电池单体配置为，一个电池单体的基准面(32a)和另一个电池单体的基准面(32a)相对，所述一个电池单体的正极端子(34p)和所述另一个电池单体的负极端子(34η)不重合， 所述一个电池单体的正极端子(34ρ)和所述另一个电池单体的负极端子(34η)，经由配置在所述第I方向(X)上的内部连结板￠2)连接。
4.根据权利要求3所述的电池单元，其具有: 紧固部件(64)，其将所述内部连结板￠2)和所述正极端子(34p)紧固，并且将所述内部连结板￠2)和所述负极端子(34η)紧固。
5.根据权利要求3或4所述的电池单元，其具有: 绝缘部件(40)，其配置在所述一个电池单体的所述基准面(32a)和所述另一个电池单体的所述基准面(32a)之间；以及固定部(61)，其安装在所述绝缘部件(40)的上部，将所述内部连结板(62)固定。
6.一种电池堆，其使用权利要求3所述的电池单元， 在该电池单元中具有: 单元集合体(20U)，其包含沿所述第3方向(Z)层叠的多个电池单元(20);以及 外部连结板(72)，其将一个电池单元(20)的正极端子(34p)中的没有利用所述内部连结板(62)连接的正极端子(34p)，与其他电池单元(20)的负极端子(34η)中的没有利用所述内部连结板￠2)连接的负极端子(34η)连接。
【文档编号】H01M2/30GK104241584SQ201410269716
【公开日】2014年12月24日 申请日期:2014年6月17日 优先权日:2013年6月18日
【发明者】辰己善亮, 横井孝明, 内田安则, 片山顺多 申请人:丰田合成株式会社