電池堆的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種由多個(gè)電池組構(gòu)成的電池堆。在其中堆疊有多個(gè)電池組的電池堆中，各單個(gè)電池組有時(shí)被稱為“電池單元”或簡(jiǎn)稱為“單電池”。
【背景技術(shù)】
[0002]存在通過(guò)串聯(lián)或并聯(lián)連接多個(gè)電池組來(lái)實(shí)現(xiàn)高電壓或大容量電池的情況。這種電池被稱作電池堆。各單個(gè)電池組往往具有扁平形狀。日本專利申請(qǐng)公報(bào)N0.2003-242956( JP2003-242956 A)公開(kāi)了一種其中多個(gè)扁平電池組排布并串聯(lián)連接的電池堆。
[0003]對(duì)于電池組，其典型示例為鋰離子電池，電解液和電池本體被收納在密閉的扁平外殼中。由于外殼是密閉的，所以其內(nèi)部壓力上升，并且在溫度上升的情況下或在外殼處于大氣壓低的高海拔地點(diǎn)的情況下外殼膨脹。此外，電池組在充電時(shí)發(fā)熱。因此，每當(dāng)電池組充電時(shí)，外殼膨脹。
[0004]例如，日本專利申請(qǐng)公報(bào)N0.2006-040879(JP 2006-040879 A)中公開(kāi)了一種防止由于內(nèi)部壓力的上升而引起的外殼膨脹的技術(shù)。該技術(shù)在于在扁平外殼的扁平面的中央設(shè)置梯形凹陷或梯形突出部，以便提高外殼的強(qiáng)度。這里，扁平外殼的扁平面對(duì)應(yīng)于外殼的面積最大的側(cè)面并且也稱為寬面。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]密閉的外殼常常通過(guò)焊接扁平外殼本體和密封板(蓋子)來(lái)實(shí)現(xiàn)。當(dāng)這種外殼反復(fù)膨脹和收縮時(shí)，焊接部位由于疲勞而劣化。因此，本發(fā)明提供了一種能抑制由于內(nèi)部壓力的上升而引起的外殼本體和密封板之間的焊接部位的疲勞劣化的電池堆。
[0006]根據(jù)本發(fā)明的第一方面的電池堆包括多個(gè)電池組和多個(gè)間隔件。所述電池組各自都具有外殼和密封板。所述外殼將電池本體收納在所述外殼中。所述外殼是扁平的，并且具有開(kāi)口。所述開(kāi)口的寬度窄。所述密封板嵌合在所述外殼的所述開(kāi)口的內(nèi)周面上。所述密封板的側(cè)面被焊接在所述外殼的所述內(nèi)周面上。所述多個(gè)間隔件各自配置在位于所述電池組的各側(cè)的扁平面的中央，并且所述間隔件與所述扁平面的接觸區(qū)域的輪廓小于所述電池組的所述扁平面的輪廓。所述多個(gè)間隔件與所述多個(gè)電池組交替地堆疊。所述多個(gè)間隔件和所述多個(gè)電池組沿堆疊方向被施加以載荷，并且所述電池組的所述扁平面的中央由于所述載荷而以所述間隔件的輪廓的形狀凹陷。這里，間隔件與電池組的接觸面僅需小于電池組的扁平面的輪廓，并且間隔件可在其不與電池組接觸的部位大于扁平面。
[0007]在根據(jù)本發(fā)明的第一方面的電池堆中所包括的電池組中，扁平外殼的開(kāi)口和密封板之間的焊接面的大部分對(duì)應(yīng)于與扁平面平行的焊接部位。與扁平面平行的焊接面是包含外殼的窄寬度面的開(kāi)口的長(zhǎng)邊的焊接面。這里，由于在短邊附近外殼的強(qiáng)度高，所以在此不關(guān)注外殼在短邊附近的膨脹。這里在由于外殼的內(nèi)部壓力上升而引起的外殼膨脹方面關(guān)注的是包含開(kāi)口的長(zhǎng)邊的焊接面。那是位于長(zhǎng)邊的中央部分的焊接面。這是因?yàn)殚_(kāi)口的長(zhǎng)邊的中央部分在內(nèi)部壓力上升時(shí)最容易膨脹。
[0008]在根據(jù)本發(fā)明的第一方面的電池堆中，為了將包含矩形開(kāi)口的長(zhǎng)邊的焊接面配置成與外殼的扁平面平行，密封板在外殼上嵌合成使得扁平外殼的開(kāi)口的內(nèi)周面與密封板的側(cè)面靠接，并且靠接面被焊接。同時(shí)，多個(gè)電池組在間隔件介于多個(gè)電池組之中的相鄰兩個(gè)電池組之間的狀態(tài)下堆疊，并且載荷沿堆疊方向施加至電池組。由于該載荷，扁平外殼即使在其內(nèi)部壓力上升時(shí)也被抑制膨脹。結(jié)果，外殼的開(kāi)口不容易沿寬度方向(與扁平面正交的方向)膨脹。換言之，外殼的開(kāi)口的內(nèi)周面不容易與密封板的側(cè)面分離。結(jié)果，在內(nèi)部壓力上升期間作用在焊接面上的應(yīng)力被緩和，并由此抑制了疲勞劣化。
[0009]在根據(jù)本發(fā)明的第一方面的電池堆中，在所述電池組和所述間隔件的截面中，深度和距離之間的關(guān)系可滿足0.005 < B/C < 0.11。所述截面沿所述堆疊方向橫斷所述密封板和所述間隔件。這里，B表示所述凹陷的深度，且C表示從所述密封板的下端到所述間隔件的上端的距離。此外，上述關(guān)系可滿足0.02 <B/C< 0.09。發(fā)明人通過(guò)改變要施加的載荷的大小而進(jìn)行了比較研究。結(jié)果，發(fā)現(xiàn)疲勞劣化容易在載荷過(guò)大時(shí)進(jìn)行。推測(cè)這是因?yàn)椋?dāng)載荷過(guò)大時(shí)，沿開(kāi)口外側(cè)方向的力作用于扁平面的上端(對(duì)應(yīng)于與密封板的側(cè)面的接觸區(qū)域的上端)，且拉應(yīng)力施加于與密封板的側(cè)面的焊接面的上部。發(fā)明人還發(fā)現(xiàn)，為了限制載荷的適當(dāng)大小，當(dāng)在沿堆疊方向橫斷密封板和間隔件的截面中看電池組時(shí)，使用由于載荷而在扁平面中形成的凹陷的深度B與從扁平面和密封板之間的接觸區(qū)域的下端到扁平面和間隔件之間的接觸區(qū)域的上端的距離C的比率B/C作為參數(shù)是適當(dāng)?shù)摹０l(fā)明人以不同方式改變B/C并進(jìn)行使內(nèi)部壓力上升的重復(fù)試驗(yàn)。反復(fù)進(jìn)行該重復(fù)試驗(yàn)，直至焊接部位被破壞。結(jié)果，當(dāng)滿足0.005 < B/C < 0.11時(shí)，焊接部位在重復(fù)次數(shù)變成無(wú)載荷情況下的重復(fù)次數(shù)的兩倍之前不會(huì)被破壞。此外，當(dāng)滿足0 K B/C < 0.09時(shí)，焊接部位可耐受約7，000次以上的重復(fù)試驗(yàn)。該次數(shù)對(duì)于耐疲勞性能而言是重要的。假設(shè)一天發(fā)生兩次膨脹，則在10年內(nèi)膨脹重復(fù)7，300次。例如，作為搭載在汽車中的電池堆的使用壽命的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，優(yōu)選使用壽命為10年以上。當(dāng)滿足0,02<B/C<0.09時(shí)符合這種標(biāo)準(zhǔn)。
[0010]根據(jù)本發(fā)明的第二方面的電池堆包括多個(gè)電池組和多個(gè)間隔件。所述電池組各自都具有外殼和密封板。所述外殼將電池本體收納在所述外殼中。所述外殼是扁平的，并且具有開(kāi)口。所述開(kāi)口的寬度窄。所述密封板嵌合在所述外殼的所述開(kāi)口的內(nèi)周面上。所述密封板的側(cè)面被焊接在所述外殼的所述內(nèi)周面上。所述多個(gè)間隔件各自配置在位于所述電池組的各側(cè)的扁平面的中央，并且所述間隔件與所述扁平面的接觸區(qū)域的輪廓小于所述電池組的所述扁平面的輪廓。所述多個(gè)間隔件與所述多個(gè)電池組交替地堆疊。所述多個(gè)間隔件和所述多個(gè)電池組沿堆疊方向被施加以載荷，并且所述電池組的所述扁平面的中央由于所述載荷而以所述間隔件的輪廓的形狀凹陷。在所述電池組和所述間隔件的截面中，所述扁平面從所述扁平面和所述密封板之間的接觸區(qū)域的下端到所述扁平面和所述間隔件之間的接觸區(qū)域的上端相對(duì)于與所述堆疊方向正交的方向直線地傾斜。所述截面沿所述堆疊方向橫斷所述密封板和所述間隔件。
[0011]在根據(jù)本發(fā)明的第二方面的電池堆中，外殼的扁平面的中央由于承受載荷而以間隔件的形狀凹陷。此外，扁平面從扁平面(其背面)和密封板的側(cè)面之間的接觸區(qū)域的下端到扁平面和間隔件之間的接觸區(qū)域的上端相對(duì)于與堆疊方向正交的方向直線地傾斜。這種形狀有助于提高外殼的強(qiáng)度。由于載荷與提高的外殼強(qiáng)度的協(xié)同效果，能有效地抑制外殼的開(kāi)口由于內(nèi)部壓力的上升而膨脹，且因此能抑制電池堆的疲勞劣化。
【附圖說(shuō)明】
[0012]下面將參照【附圖說(shuō)明】本發(fā)明的示例性實(shí)施例的特征、優(yōu)點(diǎn)及技術(shù)和工業(yè)意義，在附圖中相似的附圖標(biāo)記表示相似的要素，并且其中:
[0013]圖1是實(shí)施例中的電池堆的示意性剖視圖；
[0014]圖2A是電池組的俯視圖；
[0015]圖2B是電池組的正視圖；
[0016]圖2C是沿著圖2B中的2C-2C線截取的電池組的剖視圖；
[0017]圖3是圖2中用附圖標(biāo)記III表示的范圍的放大剖視圖；
[0018]圖4是用于說(shuō)明當(dāng)內(nèi)部壓力上升時(shí)外殼的膨脹的剖視圖；
[0019]圖5是被施加以載荷的電池組的放大剖視圖；
[0020]圖6是處于被施加以載荷的狀態(tài)下的電池組的剖視圖；
[0021]