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CN112038515B - 电池组 - Google Patents

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CN112038515B
CN112038515B CN202010499684.XA CN202010499684A CN112038515B CN 112038515 B CN112038515 B CN 112038515B CN 202010499684 A CN202010499684 A CN 202010499684A CN 112038515 B CN112038515 B CN 112038515B
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Abstract

本发明提供一种电池组。电池组(10)具有保持多个单电池(30)的第1芯组(14)、第2芯组(16)。第1芯组(14)、第2芯组(16)的第1电池群(或第2电池群)的单电池(30)分别通过正极侧连接母线(44)、负极侧连接母线(48)与连接器(20)电连接。另外，上下相邻的电池群彼此通过电池群间连接母线(46)电连接。而且，在彼此相向的电池群间连接母线(46)中，在电位差最大的电池群连接母线彼此之间介插有绝缘体(52)。据此，即使在水浸入电池组内等情况下，也能够尽可能地减小母线彼此之间的短路电流。

Description

电池组
技术领域
本发明涉及一种电池组(battery pack)，该电池组通过在壳体中收装多个芯组(core pack)而构成。
背景技术
在各种设备中，电池组作为电源以可装卸的方式设置。如日本发明专利公开公报特开2011-216366号所记载的那样，这种电池组通过在壳体的中空内部收装具有多个单电池(single cell)的芯组而构成。单电池例如被排列为多列，并且任意的电池列(任意列)的单电池被设为各个正极指向同一方向的姿势。另外，与该任意列相邻的电池列(相邻列)的单电池被设为各个正极指向与所述任意列的单电池的正极相反的方向的姿势。
因此，任意列的单电池的正极和相邻列的单电池的负极指向同一方向。而且，正极和负极通过母线(bus bar)电连接。即，任意列的单电池和相邻列的单电池成为串联电连接(串联连接)的状态。
在壳体的例如底面上设置有连接器(connector)，该连接器与电动车辆等外部设备上所设置的连接器卡合。即，连接器彼此被电连接。而且，来自电池组的电功率通过所述两个连接器被供给至外部设备。
发明内容
假设为了增大放电容量、电压，而在壳体内收装多个芯组。在具体实现该结构时，考虑将彼此相向的芯组中的、距离连接器最远的电池列彼此通过母线(bus bar)串联电连接(参照图3)。在该情况下，跨接于最接近连接器的正极的电池列和其相邻列的母线在所有母线之中电位最高。另一方面，跨接于最接近连接器的负极的电池列和其相邻列的母线在所有母线之中电位最低。而且，在壳体内，电位最低的母线与电位最高的母线相向。
在此，电池组本身虽然被进行了密封，但是，在万一雨水等浸入电池组内的情况下，有在电位最低的母线与电位最高的母线之间发生短路的担忧。尤其是，可预测到在所述两个母线的电位差较大时，发生短路的可能性增大。
本发明的主要目的在于，提供一种电池组，所述电池组即使在水浸入电池组内等情况下，也能够尽可能地减小母线彼此之间的短路电流。
根据本发明的一实施方式，提供一种电池组，所述电池组具备壳体和连接器，其中，所述壳体收装多个具有第1电极和第2电极的单电池；所述连接器电连接所述第1电极和第2电极，所述电池组的特征在于，
具备第1芯组和第2芯组，所述第1芯组和第2芯组保持多个所述单电池，并且在所述壳体内以彼此相向的方式被收装，
在所述第1芯组内和所述第2芯组内，由处于第1电极指向同一方向的姿势的多个所述单电池形成第1电池群(first cell group：)，且由处于第1电极指向与所述第1电池群(second cell group)的所述单电池的第1电极相反的方向的姿势的多个所述单电池形成第2电池群，并且所述第1电池群与所述第2电池群被交替配置，
所述电池组还具备正极侧连接母线、负极侧连接母线、电池群间连接母线和芯组间连接母线，其中，
所述正极侧连接母线将所述连接器的正极端子部和所述第1芯组内或所述第2芯组内的、所述第1电池群或所述第2电池群的所述单电池的正极电连接；
所述负极侧连接母线将所述连接器的负极端子部和所述第2芯组内或所述第1芯组内的、所述第1电池群或所述第2电池群的所述单电池的负极电连接；
所述电池群间连接母线在所述第1芯组内或所述第2芯组内，将所述第1电池群的所述单电池和所述第2电池群的所述单电池电连接；
所述芯组间连接母线将所述第1芯组内的、位于电流的流动方向的最下游的所述第1电池群或所述第2电池群的所述单电池和所述第2芯组内的、位于电流的流动方向的最上游的所述第1电池群或所述第2电池群的所述单电池串联电连接，
所述电池群间连接母线中的、将负极通过所述负极侧连接母线与所述负极端子部电连接的所述单电池的正极和相邻的所述第2电池群或所述第1电池群的所述单电池的负极电连接的电池群间连接母线，与
所述电池群间连接母线中的、将正极通过所述正极侧连接母线与所述正极端子部电连接的所述单电池的负极和相邻的所述第2电池群或所述第1电池群的所述单电池的正极电连接的电池群间连接母线彼此相向，
至少在彼此相向的所述两个电池群间连接母线彼此之间介插有绝缘体。
根据本发明，在彼此相向的电池群间连接母线中，至少在以下电池群间连接母线之间介插绝缘体：对负极通过负极侧连接母线与连接器的负极端子部电连接的单电池的正极和相邻的第2电池群或第1电池群的单电池的负极进行电连接的电池群间连接母线；对正极通过正极侧连接母线与正极端子部电连接的单电池的负极和相邻的第2电池群或第1电池群的单电池的正极进行电连接的电池组集合体连接母线。
在所有的电池群间连接母线之中，所述两个电池群间连接母线中的一方的电位最低，另一方的电位最高。即，两母线的电位差大于壳体内其他的彼此相向的电池群间连接母线彼此的电位差。这样，在电位差较大的母线彼此之间，具有易于发生短路且短路电流增大的倾向，但是，在本发明中，在两母线之间介插有绝缘体。因此，能够避免短路电流在两母线之间流动。
即，假设即使在电池组的壳体内浸入水的情况下，也难以在两母线之间发生短路。另外，即使在其他的彼此相向的电池群间连接母线彼此之间发生短路，如上所述那样，由于所述电池群间连接母线彼此的电位差较小，因此短路电流也足够小。因此，能够抑制单电池以及电池组的发热。
上述的目的、特征和优点可从参照附图说明的下面的实施方式的说明中容易地理解。
附图说明
图1是本发明的实施方式所涉及的电池组的概略整体立体图。
图2是图1的电池组的概略分解立体图。
图3是沿着图1的电池组的长度方向的概略纵向剖视图。
具体实施方式
下面，列举优选的实施方式，并且参照附图来详细地说明本发明所涉及的电池组。
图1～图3分别是本实施方式所涉及的电池组10的概略整体立体图、概略分解立体图、沿着长度方向的概略纵向剖视图。该电池组10具有两端开口的中空四棱柱形状的壳体12和被收装于该壳体12的中空内部的第1芯组14、第2芯组16。其中的壳体12例如通过对由铝或铝合金构成的原材料实施挤出成型而制成。在该情况下，壳体12的强度优异且重量轻，并且由于热导率高而传热效率优异。而且，由于价格低，因此能够以低成本获得壳体12。
壳体12的底侧的开口被底部壳体18封堵。在该底部壳体18的底面上设置有连接器20，所述连接器20用于在放电时从第1芯组14、第2芯组16取出电功率，另一方面，在充电时向第1芯组14、第2芯组16供给电功率。连接器20具有正极端子部和负极端子部(均未图示)。
而且，在底部壳体18与第1芯组14、第2芯组16之间，插入有电池管理单元(BMU)24，所述电池管理单元(BMU)24作为控制单元，对所述第1芯组14、第2芯组16的温度、电压进行管理。BMU24兼作通信部，与外部设备(电动车辆等)、充电装置进行通信。
另一方面，壳体12的顶侧的开口被顶部壳体26封堵。在该顶部壳体26上，形成有拱形形状的把手28，所述把手28用于在使用者提起电池组10或者搬运电池组10时进行握持。
第1芯组14通过由第1电池保持架32a、第2电池保持架32b保持多个单电池30而构成。在该情况下，单电池30呈圆柱形状，在轴向的两端部上分别设置有正极端子、负极端子。正极例如为第1电极，在该情况下，负极为与正极相反的极性的第2电极。这样的单电池30的结构为公知结构，因此，省略正极端子和负极端子的图示、详细的说明。
作为单电池30的优选例，可列举出锂离子二次电池，但并不特别限定于此。作为其他的优选例，可列举出镍氢电池、镍镉电池等。
在第1电池保持架32a、第2电池保持架32b上，分别贯穿形成有多个收装孔34a、34b。所述收装孔34a、34b随着使第1电池保持架32a与第2电池保持架32b重合而彼此连通。收装孔34a、34b的直径与单电池30的直径相对应。另外，连通的收装孔34a、34b的长度与单电池30的高度相对应。单电池30处于其长度方向与电池组10的长度方向(上下方向)正交的姿势，在该状态下被单独插入收装孔34a、34b而被保持。
被插入收装孔34a、34b内的单电池30沿着与其长度方向正交的横向排列。下面，将由在横向上排列的多个单电池30形成的一列标记为“电池群(cell group)”。
在第1电池保持架32a和第2电池保持架32b上，最接近连接器20的最下方的电池群中的单电池30处于负极面向第2芯组16的姿势。另外，在该最下方的电池群的正上方与其相邻的电池群中，单电池30处于正极面向第2芯组16的姿势。下面，将由负极面向第2芯组16的姿势的单电池30组成的电池群称为“第1电池群”，将由正极面向第2芯组16的姿势的单电池30组成的电池群称为“第2电池群”。
在最下方的第2电池群的正上方与其相邻的电池群为第1电池群，在该第1电池群的正上方与其相邻的电池群为第2电池群。这样，第1电池群与第2电池群被交替配置。即，相邻的电池群彼此之间，相反极性的电极端子面向同一方向。
在本实施方式中，在第1芯组14中设置有四个第1电池群和三个第2电池群。下面，为了易于区分，将第1电池群的附图标记按照从下到上的顺序设为40a、40b、40c、40d。另外，将第2电池群的附图标记按照从下到上的顺序设为42a、42b、42c。此外，在下面，“第1电池群的正极(或负极)”表示“形成第1电池群的单电池30的正极(或负极)”的意思，同样地，“第2电池群的正极(或负极)”表示“形成第2电池群的单电池30的正极(或负极)”的意思。
最下方的、换言之，最接近连接器20的第1电池群40a的正极通过正极侧连接母线44与连接器20的正极端子部电连接。正极侧连接母线44以与壳体12的内壁相向的方式被配置，并且将形成第1电池群40a的单电池30的正极彼此并联电连接(并联连接)。
第1电池群40a的负极与第2电池群42a的正极通过横跨相邻的电池群彼此的电池群间连接母线46被串联电连接。此外，电池群间连接母线46还发挥将形成第1电池群40a的单电池30的负极彼此、形成第2电池群42a的单电池30的正极彼此并联电连接的作用。
同样，第2电池群42a的负极与第1电池群40b的正极、第1电池群40b的负极与第2电池群42b的正极、第2电池群42b的负极与第1电池群40c的正极、第1电池群40c的负极与第2电池群42c的正极、第2电池群42c的负极与第1电池群40d的正极通过电池群间连接母线46被串联电连接。当然，通过电池群间连接母线46，形成同一电池群的单电池30彼此被并联电连接。
第2芯组16也同样地通过由第3电池保持架32c、第4电池保持架32d保持多个单电池30而构成。即，分别贯穿形成于第3电池保持架32c、第4电池保持架32d的多个收装孔34c、34d随着使第3电池保持架32c与第4电池保持架32d重合而彼此连通。单电池30在处于其长度方向与电池组10的长度方向(上下方向)正交的姿势的状态下，被单独插入收装孔34c、34d而被保持。
下面，将正极与第1芯组14的第1电池群40a～40d的正极指向同一方向的电池群称为“第1电池群”，将负极与第1芯组14的第2电池群42a～42c的负极指向同一方向的电池群称为“第2电池群”。因此，在第2芯组16内，形成第1电池群的单电池30的正极和形成第2电池群的单电池30的负极面向第1芯组14。
在第2芯组16中，最接近连接器20的最下方的电池群为第1电池群，在其正上方与其相邻的电池群为最下方的第2电池群。另外，在该第2电池群的正上方与其相邻的电池群为第1电池群。即，在第2芯组16中，第1电池群与第2电池群也被交替配置。在本实施方式中，在第2芯组16上设置有四个第1电池群和三个第2电池群。下面，为了易于区分，将第1电池群的附图标记按照从下到上的顺序设为40e、40f、40g、40h。另外，将第2电池群的附图标记按照从下到上的顺序设为42d、42e、42f。
最下方的、换言之，最接近连接器20的第1电池群40e的负极通过负极侧连接母线48与连接器20的负极端子部电连接。负极侧连接母线48以与壳体12的内壁相向的方式被配置，并且将形成第1电池群40e的单电池30的负极彼此并联电连接。
另外，与第1芯组14同样地，第1电池群40e的正极与第2电池群42d的负极、第2电池群42d的正极与第1电池群40f的负极、第1电池群40f的正极与第2电池群42e的负极、第2电池群42e的正极与第1电池群40g的负极、第1电池群40g的正极与第2电池群42f的负极、第2电池群42f的正极与第1电池群40h的负极通过电池群间连接母线46被串联电连接。另外，通过电池群间连接母线46，形成同一电池群的单电池30彼此被并联电连接。
而且，位于第2芯组16的最上方的第1电池群40h的正极通过芯组间连接母线50与位于第1芯组14的最上方的第1电池群40d的负极串联电连接。即，芯组间连接母线50将第2芯组16内的、距离连接器20最远且位于电子的移动方向的最下游(电流的流动方向的最上游)的第1电池群40h的正极与第1芯组14内的、距离连接器20最远且位于电子的移动方向的最上游(电流的流动方向的最下游)的第1电池群40d的负极电连接。
此外，芯组间连接母线50将形成第1电池群40h的单电池30的正极彼此、形成第1电池群40d的单电池30的负极彼此并联电连接。
在这样的结构中，在对所有电池群间连接母线46的电位进行比较时，根据后述的理由，连接最接近连接器20的负极端子部的第1电池群40e和在其正上方与其相邻的第2电池群42d的电池群间连接母线46的电位最低。另一方面，连接最接近连接器20的正极端子部的第1电池群40a和在其正上方与其相邻的第2电池群42a的电池群间连接母线46的电位在所有的电池群间连接母线46之中最高。下面，为了易于与其他的电池群间连接母线46进行区分，将电位最低的电池群间连接母线46标记为“最低电位母线46a”，将电位最高的电池群间连接母线46标记为“最高电位母线46b”。
如根据图3可知的那样，最低电位母线46a被配置于第2芯组16的面向第1芯组14的一面。另一方面，最高电位母线46b被配置于第1芯组14的面向第2芯组16的一面。即，最低电位母线46a与最高电位母线46b彼此相向。
而且，在本实施方式中，在最低电位母线46a与最高电位母线46b之间，介插有作为绝缘体的惰性油灰(putty)52。当然，惰性油灰52处于硬化状态，对最低电位母线46a与最高电位母线46b之间的间隙进行填充。
在第1电池保持架32a～第4电池保持架32d上，分别突出形成有用于形成框状部54的壁部。电池群间连接母线46、正极侧连接母线44的大部分、负极侧连接母线48的大部分被收装于框状部54。
在壳体12的内壁与面向该壳体12的电池群间连接母线46之间，介插有作为散热部件的散热片56。优选为，选择富有弹性且能在第1电池保持架32a或第4电池保持架32d与壳体12的内壁之间维持被压缩的状态的散热片56。这是因为，在该情况下，散热片56以较大的面积与第1芯组14或第2芯组16和壳体12的内壁贴紧。
本实施方式所涉及的电池组10基本上如以上这样构成，接着对其作用效果进行说明。
在将电池组10安装于电动车辆等外部设备的情况下，使用者握持把手28将电池组10搬运至该外部设备，以使连接器20与外部设备的连接器电连接的方式将电池组10收装于外部设备的电池安装部。由于连接器20被设置于底部壳体18的底面(参照图1)，因此电池组10通常成为长度方向沿着重力方向延伸的姿势，或者成为长度方向相对于重力方向略微倾斜的姿势。而且，通过接通外部设备的启动开关，来从壳体12内的各单电池30向外部设备供给电功率。即，从各单电池30放电。
在此，上下相邻的电池群彼此通过电池群间连接母线46被串联电连接，另外，第1电池群40e的负极通过负极侧连接母线48与连接器20的负极端子部连接，并且第1电池群40a的正极通过正极侧连接母线44与正极端子部连接。而且，第2芯组16内的第1电池群40h的正极与第1芯组14内的第1电池群40d的负极通过芯组间连接母线50连接。因此，电子按照负极端子部→第1电池群40e→第2电池群42d→第1电池群40f→第2电池群42e→第1电池群40g→第2电池群42f→第1电池群40h→第1电池群40d→第2电池群42c→第1电池群40c→第2电池群42b→第1电池群40b→第2电池群42a→第1电池群40a→正极端子部的顺序移动。因此，在所有的电池群间连接母线46中，连接最接近连接器20的负极端子部的第1电池群40e和在其正上方与其相邻的第2电池群42d的电池群间连接母线46的电位最低。即，连接第1电池群40e与第2电池群42d的电池群间连接母线46为最低电位母线46a。
另一方面，连接最接近连接器20的正极端子部的第1电池群40a和在其正上方与其相邻的第2电池群42a的电池群间连接母线46的电位在所有的电池群间连接母线46之中最高。即，连接第1电池群40a与第2电池群42a的电池群间连接母线46为最高电位母线46b。此外，彼此相向的电池群间连接母线46彼此的电位差随着远离连接器20而变小。
在这样的结构中，在万一水从电池安装部浸入电池组10的壳体12内的情况下，有在最低电位母线46a与最高电位母线46b之间发生短路的担忧。这是由于，最低电位母线46a与最高电位母线46b的电位差大于彼此相向的其他的电池群间连接母线46彼此的电位差，而且，上述最低电位母线46a和最高电位母线46b在电池群间连接母线46之中最接近底部壳体18。
然而，在本实施方式所涉及的电池组10中，在最低电位母线46a与最高电位母线46b之间介插有惰性油灰52(绝缘体)。因此，能够避免短路电流在最低电位母线46a与最高电位母线46b之间流动。即，通过在最低电位母线46a与最高电位母线46b之间介插绝缘体，能够消除在两母线46a、46b之间发生短路的担忧。
比其靠上方的电池群间连接母线46彼此的电位差并不那么大。因此，即使短路电流在未填充有惰性油灰52的电池群间连接母线46间流动，该电流值也较小。即，能够充分抑制在各单电池30中流动的短路电流。因此，单电池30的发热量较小。从而，能够避免该单电池30以及电池组10的温度过度上升。
而且，像这样，通过在担忧有较大的短路电流流动的最低电位母线46a与最高电位母线46b之间填充惰性油灰52，另一方面，在电位差足够小的电池群间连接母线46彼此之间不实施绝缘处理，据此，能够避免电池组10的重量增加。除此以外，还能够实现绝缘处理所需的成本的低廉化。
而且，惰性油灰52的价格低且容易获得，并且密封能力优异，因此能够期待拦截浸入的水的效果。此外，惰性油灰52本身对于水的物理性/化学性稳定。因此，能够长期获得短路防止效果和密封效果。
本发明并不特别限定于上述的实施方式，在不脱离本发明的主旨的范围内，能够进行各种变更。
例如，可以将各单电池30的负极设为第1电极，且将正极设为第2电极。
另外，绝缘体并不特别限定于惰性油灰52，也可以为树脂等。
而且，也可以不仅在电位差最大的最低电位母线46a与最高电位母线46b之间设置绝缘体，还在有短路的担忧的其他部位设置绝缘体。作为这样的部位，可以想到电位差第二大的电池群间连接母线46、46彼此之间，即在最低电位母线46a的正上方与其相邻的电池群间连接母线46和在最高电位母线46b的正上方与其相邻的电池群间连接母线46之间。根据需要，也可以将绝缘体设置于其他的电池群间连接母线46、46彼此之间。

Claims (2)

1.一种电池组，其具备壳体(12)和连接器(20)，其中，所述壳体(12)收装多个具有第1电极和第2电极的单电池(30)；所述连接器(20)电连接所述第1电极和所述第2电极，
所述电池组的特征在于，
具备第1芯组(14)和第2芯组(16)，所述第1芯组(14)和所述第2芯组(16)保持多个所述单电池，并且在所述壳体内被以彼此相向的方式收装，
在所述第1芯组内和所述第2芯组内，由处于第1电极指向同一方向的姿势的多个所述单电池形成第1电池群(40a～40h)，且由处于第1电极指向与所述第1电池群的所述单电池的第1电极相反的方向的姿势的多个所述单电池形成第2电池群(42a～42f)，并且所述第1电池群与所述第2电池群交替配置，
所述电池组还具备正极侧连接母线(44)、负极侧连接母线(48)、电池群间连接母线(46)和芯组间连接母线(50)，其中，
所述正极侧连接母线(44)将所述连接器的正极端子部和所述第1芯组内或所述第2芯组内的、所述第1电池群或所述第2电池群的所述单电池的正极电连接；
所述负极侧连接母线(48)将所述连接器的负极端子部和所述第2芯组内或所述第1芯组内的、所述第1电池群或所述第2电池群的所述单电池的负极电连接；
所述电池群间连接母线(46)在所述第1芯组内或所述第2芯组内，将所述第1电池群的所述单电池和所述第2电池群的所述单电池电连接；
所述芯组间连接母线(50)将所述第1芯组内的、位于电流的流动方向的最下游的所述第1电池群或所述第2电池群的所述单电池和所述第2芯组内的、位于电流的流动方向的最上游的所述第1电池群或所述第2电池群的所述单电池串联电连接，
所述电池群间连接母线中的、将负极通过所述负极侧连接母线与所述负极端子部电连接的所述单电池的正极和相邻的所述第2电池群或所述第1电池群的所述单电池的负极电连接的电池群间连接母线(46a)，与
所述电池群间连接母线中的、将正极通过所述正极侧连接母线与所述正极端子部电连接的所述单电池的负极和相邻的所述第2电池群或所述第1电池群的所述单电池的正极电连接的电池群间连接母线(46b)彼此相向，
至少在彼此相向的两个所述电池群间连接母线彼此之间介插有绝缘体(52)。
2.根据权利要求1所述的电池组，其特征在于，
所述绝缘体为惰性油灰。
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