專利名稱：電池塊的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及在電池盒中收納有多個電池的電池塊。
背景技術：
在電池盒中以能夠以規(guī)定的電壓輸出規(guī)定的電流的方式收納了多個單元電池的電池塊作為各種設備、車輛等的電源被廣泛使用。其中，開始采用使電池塊模塊化并根據用途組合模塊的技術。并且，通過使上述單元電池高性能化，實現上述模塊本身的小型及輕量化。通過上述單元電池的高性能化，提高組裝電池塊時的操作性。另外，通過組合上述模塊的技術，獲得在車輛等有限的空間中的電源配置的自由度提高等優(yōu)點。另一方面，伴隨二次電池的高性能化，除了確保單元電池本身的安全性以外，確保上述模塊的安全性也變得重要。特別是在上述模塊中，若由單元電池的內部短路等引起的 異常發(fā)熱的熱量傳遞到其他單元電池，則有時正常的單元電池的特性也惡化，引起異常發(fā)熱。其結果，有時會引起所收納的單元電池的連鎖性的劣化或異常。對于這種問題，在專利文獻I中，提出了如下方法在用于收納二次電池的、由熱傳導性的多個筒構成的電池盒中，為了防止熱失控(thermalrunaway)而設置與上述筒一體成形的塑料制的壁。在該方法中，上述壁隔斷由異常發(fā)熱的二次電池向配置于其旁邊的二次電池的輻射熱。圖17是表示記載于專利文獻I的以往的電池塊的熱移動的示意圖。在圖17中，1A、1B都是二次電池。3是用于防止熱失控的塑料制的壁。壁3的表面與二次電池1A、1B的表面的間隙為O. 5mm以下。二次電池1A、1B的表面與壁3的表面接觸。形成壁3的塑料的熱傳導率是0.05W/(m*K)以上且3W/(m*K)以下。壁3的厚度是
O.5mm以上且3mm以下。在上述電池塊中，由二次電池IA向二次電池IB的輻射熱被壁3隔斷。另一方面，壁3通過將二次電池IA產生的熱量傳導至二次電池IB而放出該熱量。這樣防止相鄰的二次電池的熱失控。另外，已知在從單元電池到電池盒的熱量的吸收方面進行改進的電池塊。例如已知以下電池塊與電池盒的周緣部的列的部分的壁厚相比，所述電池盒的中央部的列的部分的壁厚更厚的電池塊(例如，參照專利文獻2);規(guī)定了收納于電池盒的相鄰的單元電池間的距離與所述單元電池的直徑的關系的電池塊(例如，參照專利文獻3及4);以及通過具有大的熱容量的電池盒吸收從單元電池產生的熱量的電池塊(例如，參照專利文獻5)。另外，已知在從電池盒的熱量的放出方面進行改進的電池塊。例如已知以下電池塊在電池盒的外面具有散熱層的電池塊，該散熱層具有比所述電池盒高的散熱性(例如，參照專利文獻6);在電池盒與單元電池之間具備了有熱傳導性的層的電池塊(例如，參照專利文獻7及8);以及通過使電池盒的中央部的壁厚更薄來提高中央部的散熱性的電池塊(例如，參照專利文獻9)。專利文獻I :(日本)特開2006-339017號公報專利文獻2 :(日本)特開2011_049011號公報
專利文獻3 :(日本)特開2006-222066號公報專利文獻4 :美國專利申請公開第2006/0159984號說明書專利文獻5 :美國專利申請公開第2010/0151308號說明書專利文獻6 :(日本)特開2009-266773號公報專利文獻7 :(日本)特開2004-146161號公報專利文獻8 :美國專利第7019490號說明書專利文獻9 :美國專利申請公開第2010/0028765號說明書但是，在市場上，特別期望作為車輛用電源的二次電池的容量進一步增加。若二次電池的容量進一步增加，則異常發(fā)熱時的二次電池的發(fā)熱量進一步增加。在構成為通過配 置于旁邊的二次電池吸收異常發(fā)熱的二次電池的熱量的以往的電池塊中，二次電池的容量進一步增加了的情況下，難以充分地吸收異常發(fā)熱產生的二次電池的熱量。其結果是，相鄰的二次電池發(fā)生熱失控的危險性進一步提高。另外，其他以往的電池塊在收納的單元電池的容量進一步增加的情況下，也可能無法充分防止熱失控的連鎖發(fā)生。

發(fā)明內容
本發(fā)明是鑒于上述情況而設立的。本發(fā)明的問題在于，提供收納具有更高容量的單元電池并且即使所述單元電池異常發(fā)熱時也防止所述單元電池的連鎖性的劣化或異常的電池塊。解決問題的方案 為了解決上述問題，本發(fā)明提供以下所示的電池塊。[I]電池塊，包括具有多個孔的金屬制的電池盒；以及收納于所述孔的多個單元電池，在設所述單元電池與所述電池盒之間的熱傳導系數為K1，設相鄰的兩個所述孔間的所述電池盒的最小壁厚部的熱傳導系數為K2，并且設室溫的基準電池的異常發(fā)熱溫度與使室溫的基準電池異常發(fā)熱的周圍溫度之比為K3時，所述電池盒具有滿足K2/K1 ^ K3-1的關系的所述最小壁厚部。[2]如[I]所述的電池塊，多個所述孔的配置是交錯配置，所述單元電池的形狀是圓柱，在設所述基準電池的電池容量為AO (Ah)，設室溫的所述基準電池的異常發(fā)熱溫度為Tl⑷，設使室溫的所述基準電池異常發(fā)熱的周圍溫度為T2 (K)，設所述單元電池的電池容量為A (Ah)，設所述單元電池的外徑為D (m)，設所述單元電池與所述孔的內周壁之間的傳熱系數為a (ff/(m2 · K))，設所述電池盒的熱傳導率為λ (ff/(m · K))，并且設所述最小壁厚部分的厚度為X (m)時，滿足下述式I的關系式X 彡 O 2X a XD2)/(36X λ )
(式 I) X ((T1/T2) X (A/A0)-1) · · · · 。[3]如[I]或[2]所述的電池塊，所述電池盒的周緣部的壁厚比所述電池盒的中央
部的壁厚厚。[4]如[I] [3]中任一項所述的電池塊，所述電池盒具有周緣部的一列為η個的m列所述孔，所述電池盒的周緣部的熱容量是2X (n+m+1)個所述單元電池的熱容量。[5]如[I] [4]中任一項所述的電池塊，所述電池盒的周緣部的、所述孔的軸向上的中央部的壁厚比在所述軸向上的端部的壁厚厚。[6]如[I] [5]中任一項所述的電池塊，所述單元電池包含電極組， 所述孔的長度比所述電極組的長度長，至少所述電極組的整體被收納于所述孔。[7]如[I] [6]中任一項所述的電池塊，所述電池盒由多個具有所述孔的圓形或多邊形的筒互相接合而構成。[8]如[7]所述的電池塊，還包括凸部，其配置于所述筒的外壁；以及凹部，其配置于所述筒的外壁，且能夠與所述凸部嵌合。[9]如[I] [8]中任一項所述的電池塊，所述孔的形狀是多邊形，所述孔以相鄰的所述孔的形狀中的角相對的方式配置。[10]如[I] [9]中任一項所述的電池塊，所述電池盒的周緣部的所述孔的開口面積比所述電池盒的中央部的所述孔的開口面積大。[11]如[I] [10]中任一項所述的電池塊，所述電池盒由鋁合金制成。[12]如[I] [11]中任一項所述的電池塊，所述電池盒由以不同的金屬材料制成的兩種以上的部件構成。[13]如[I] [12]中任一項所述的電池塊，還包括覆蓋所述電池盒的外表面的絕緣層。在所述電池塊中，根據所述單元電池的容量恰當地保持所述電池盒的熱傳導率與最小壁厚的平衡。因此，即使在高容量的單元電池異常發(fā)熱的情況下，也能夠釋放從單元電池產生的熱量，以不誘發(fā)其相鄰的單元電池的異常發(fā)熱。本發(fā)明的電池塊即使在收納了具有較高容量的單元電池，且所述單元電池異常發(fā)熱時，也能夠防止所述單元電池的連鎖性的劣化或異常。


圖I是表示本發(fā)明實施方式I的電池塊的圖，(a)是示意地表示電池塊的立體圖，(b)是示意性地表示電池塊的俯視圖。圖2是示意地表示本發(fā)明實施方式I的電池塊的俯視放大圖。圖3是表示本發(fā)明實施方式I的電池塊的圖，(a)是電池塊的長邊側周緣部的放大圖，(b)是電池塊的短邊側周緣部的放大圖，(C)是電池塊的角部的放大圖。圖4是表示基準電池的異常發(fā)熱時的溫度變化的圖。圖5是表示改變了基準電池的環(huán)境溫度時的溫度變化的圖。圖6(a)是表示構成本發(fā)明實施方式I的電池盒的圓筒狀的芯材的圖，(b)是表示電池盒制造時的圓筒狀的芯材的配置的圖。圖7是示意性表示本發(fā)明實施方式2的電池塊的俯視放大圖。圖8(a)是表示構成本發(fā)明實施方式2的電池盒的六角筒狀的芯材的圖，(b)是表示電池盒制造時的六角筒狀的芯材的配置的圖。圖9(a)是構成本發(fā)明實施方式3的電池盒的四角筒狀的芯材的圖，(b)是電池盒制造時的四角筒狀的芯材的配置的圖。圖10是示意地表示本發(fā)明實施方式4的電池塊的俯視圖。圖11是示意地表示本發(fā)明實施方式5的電池塊的側視圖。圖12是本發(fā)明實施方式6的電池決的單元電池插入部的放大圖 。圖13是示意地表示本發(fā)明實施方式7的電池塊的俯視放大圖。圖14是本發(fā)明實施方式8的電池盒的俯視圖。圖15是示意地表示本發(fā)明實施方式9的電池塊的俯視圖。圖16是示意地表示本發(fā)明實施方式10的電池塊的側視圖。圖17是表示以往的電池塊中的熱移動的示意圖。圖18是表示傳熱系數α的測定裝置的概略的圖。標號說明1Α、IB 二次電池3 壁101、101A、101B、101C 單元電池102電池盒102a、116、117A、117B 孔102b最小壁厚部102A 周緣部103貫通孔IO4圓筒件105、109、111 芯材106連接層107保持框108六棱柱件110四棱柱件112 凸部113 凹部114 外框115電極組116A 頂點部116B 邊部118 部件119、120 板件131單元電池的殼體
132加熱器D單元電池的外徑Dl孔117A的內徑D2孔117B的內徑ml、m2 測定點X最小壁厚部的厚度
具體實施例方式本發(fā)明的電池塊包括電池盒和單元電池。上述電池盒是金屬制的。上述電池盒具有用于收納單元電池的多個孔。上述孔可以是貫通孔，也可以是有底的孔。多個上述孔的 配置可以是規(guī)則整齊的配置，也可以是不規(guī)則的配置。所謂上述孔的規(guī)則整齊的配置，例如是格子配置或交錯配置。上述電池盒能夠通過將具有上述孔的筒的外周壁彼此接合而構成?；蛘呱鲜鲭姵睾心軌蛲ㄟ^重疊具有成為上述孔的多個開口的板狀部件而構成?；蛘呱鲜鲭姵睾心軌蛲ㄟ^在金屬塊上掘鑿多個上述孔而構成。上述電池盒包含最小壁厚部。上述最小壁厚部是在沿著上述孔的軸向觀察上述電池盒時上述電池盒中的上述孔的周圍的、壁厚最小的部分。上述最小壁厚部例如是上述孔彼此之間的部分。另外，在上述電池盒具有上述孔以外的其他孔時，可以是上述孔與上述其他孔之間的部分(圖2、圖6(b)、圖8(b)、圖9(b)及圖13中的標號X)。上述電池盒具有滿足以下關系的上述最小壁厚部。K2/K1 彡 K3-1—般而言，通過將兩點間的傳熱路徑上的傳熱系數(單位W/(m2 · K))、該傳熱路徑的截面面積(單位m2)、以及兩點間的溫度差(單位K)相乘，可以求出兩點間的傳熱量。上述傳熱系數表示上述傳熱路徑上的每單位截面面積的熱量的傳遞容易度(單位W/(m2 ·Κ))。上述傳熱路徑形成于同一物質的部件中時，上述傳熱系數通過用該傳熱路徑的長度(單位m)除以構成上述傳熱路徑的材料的熱傳導率(單位W/(m · K))而求出。上述傳熱路徑形成于兩種物質(例如金屬部件與空氣等)之間時，通過實驗或計算可以求出上述傳熱系數。熱傳導系數表示兩點間的傳熱路徑的熱量的傳遞容易度(單位W/K)。通過將上述傳熱系數與上述傳熱路徑的截面面積相乘，可以求出上述熱傳導系數。Kl是上述單元電池與上述電池盒之間的熱傳導系數。Kl表示上述單元電池與上述電池盒之間的熱量的傳遞容易度(圖2中的實線的波浪線箭頭)。Kl通過將電池盒與單元電池之間的傳熱系數和上述孔的內周壁的面積相乘,可以求出KI。K2是相鄰的兩個上述孔間的、上述電池盒的上述最小壁厚部的熱傳導系數。K2表示從上述單元電池傳遞到上述電池盒的熱量的、在上述電池盒中的傳遞容易度(圖2中的虛線的波浪線箭頭)。K2通過用上述電池盒中傳遞的熱量的傳熱路徑的長度除上述電池盒的材料的熱傳導率，并乘以位于離連接相鄰的兩個上述孔間的直線最近處的上述最小壁厚部的截面面積而求出。K3是室溫的基準電池的異常發(fā)熱溫度與使室溫的基準電池異常發(fā)熱的周圍溫度之比。上述基準電池是與被收納的上述單元電池相同種類的電池。“室溫的基準電池的異常發(fā)熱溫度”是從室溫起異常發(fā)熱時的上述基準電池的峰值溫度?！笆覝氐幕鶞孰姵氐漠惓０l(fā)熱溫度”通常通過防爆裝置中的穿刺測試而求出，其中包括用熱電偶等測量上述基準電池的表面溫度的方法。上述穿刺測試遵照在電池工業(yè)會指南SBA G1101-1997 “鋰二次電池安全性評價基準準則”中記載的方法。以下示出上述穿刺測試的條件的一例。在上述基準電池為二次電池時，利用完全充電(100%充電)的上述基準電池。從橫斷上述基準電池的軸的方向用釘貫通上述基準電池的中央。上述釘的直徑是
2.5 5. 0mm。貫通后，將上述基準電池放置6小時以上。圖4是表示電池容量為AO (Ah)的基準電池的穿刺測試中的、基準電池的溫度的經時性變化的一例的曲線。橫軸表不自被釘刺的時間點起的時間?？v軸表不基準電池的表面
溫度。圖4中的縱軸的原點是室溫(例如27°C )。根據圖4，基準電池的溫度在數十秒內上升到T1，之后在數分鐘內降低。即，基準電池上升到T1的熱量在數十秒間產生。圖4中的T1是“室溫的基準電池的異常發(fā)熱溫度”?！笆故覝氐幕鶞孰姵禺惓０l(fā)熱的周圍溫度”是使基準電池的周圍溫度逐漸上升時的基準溫度的溫度變化的拐點的溫度。通過在測定基準電池的表面溫度的同時使收納上述基準電池的恒溫槽內部的溫度逐漸(例如以(O. I O. 5) °C /秒)上升，可以求出“使室溫的基準電池異常發(fā)熱的周圍溫度”。圖5是表示使電池容量為AO (Ah)的基準電池的環(huán)境溫度勻速上升時的、基準電池的表面溫度的變化的一例的曲線。橫軸表示時間?？v軸表示基準電池的表面溫度。圖5中的縱軸的原點是室溫(例如27°C )。根據圖5，初期，基準電池的表面溫度相應于環(huán)境溫度的上升而上升?；鶞孰姵氐谋砻鏈囟冗_到T2時急劇上升。這樣，發(fā)生異常發(fā)熱。圖5中的T2是“使室溫的基準電池異常發(fā)熱的周圍溫度”。如圖2所示，來自異常發(fā)熱的單元電池的熱量向相鄰的單元電池傳遞。另外，來自異常發(fā)熱的單元電池的熱量在電池盒內傳遞。并且，根據圖4及圖5可知，使單元電池的表面溫度為T2的量的熱量向單元電池傳遞后，有時發(fā)生單元電池的異常發(fā)熱。因此，需要將某一單元電池升溫到Tl時的熱量向相鄰的單元電池以外釋放、或者由相鄰的單元電池以外吸收，以使該熱量為使上述相鄰的單元電池升溫到T2的熱量以下。更具體而言，使Kl在(K1+K2)中所占的比例為1/K3以下(即K2/K1彡K3_l)。由此，向相鄰的單元電池傳遞的熱量被抑制為誘發(fā)異常發(fā)熱的熱量以下。具體而言，Κ2由上述最小壁厚部的厚度決定。因此，通過恰當地決定上述最小壁厚部的厚度，能夠滿足上述的關系 “Κ2/Κ1 彡 Κ3-1”。出于提高上述單元電池的收納密度的觀點，上述最小壁厚部的厚度優(yōu)選在滿足“Κ2/Κ1彡Κ3-1”的范圍內較小。另外，出于提高上述單元電池的收納密度的觀點，較為理想的是，上述孔與上述單元電池之間的間隙優(yōu)選在滿足“Κ2/Κ1 3Κ3-1”的范圍內較小。并且，出于提高上述單元電池的收納密度的觀點，較為理想的是，每單位面積的上述孔的開口面積優(yōu)選在滿足“Κ2/Κ1 ^ Κ3-1”的范圍內較大。上述電池盒在滿足“Κ2/Κ1彡Κ3-1”的范圍內，還可以包含上述的結構以外的其他結構。作為這種其他結構，例如可以舉出適當地設置電池盒的局部壁厚的薄厚的結構、由不同金屬材料制成的兩種以上的部件構成的結構、以及覆蓋電池盒的外表面的絕緣層。上述單元電池例如是具有電極組的通常的二次電池。上述電極組卷繞或層疊正極板、負極板以及配置于上述正極板與上述負極板之間的絕緣層。以下，參照附圖對本發(fā)明的實施方式進行說明。(實施方式I)利用圖I至圖6說明本發(fā)明實施方式I。首先，用圖I說明實施方式I的電池塊的結構。圖1(a)是示意地表示本發(fā)明實施方式I的電池塊的立體圖，圖1(b)是從上方觀察圖1(a)的電池塊的圖。
在圖I (a)及圖1(b)中，101是圓柱形狀的單元電池。單元電池101的電池容量是A(Ah)。單元電池101的外徑是D(m)。102是收納單元電池101的電池盒。電池盒102由周緣部102A和位于其內側的中央部構成。上述中央部配置有多個圓形的孔102a?？?02a具有能夠使單元電池101容易地插入的程度的大小。為了提高電池塊的體積能量密度(作為模塊的每單位體積的電氣容量)，多個孔102a的配置是交錯配置。另外，電池盒102的周緣部102A比電池盒102的中央部的壁厚厚(圖1(b))。與周緣部102A相鄰的孔102a沿著電池盒102的長邊方向為η個，沿著電池盒102的短邊方向為m個。周緣部102A具有相當于2X (n+m+1)個單元電池的熱容量(圖3(a) 圖3(c))。另外，在電池盒102的孔102a之間設置有多個貫通孔103。貫通孔103為了使電池盒102輕量化而設置，具有大致三角形的剖面形狀。貫通孔103并不必須貫通電池盒102。如圖2所示，電池盒102在孔102a與貫通孔103之間具有最小壁厚部102b。最小壁厚部102b的厚度是X(m)。通過以下的式I可以求出最小壁厚部102b的厚度x。X 彡 O 2X a XD2)/(36X λ )(式 I) X ((Τ1/Τ2) X (A/AO)-I) · · · ·通過將本實施方式的條件應用于上述的關系“K2/K1彡K3-1”，可以導出式I。如圖2所示,從異常發(fā)熱的單元電池發(fā)出的熱量從X點起向Π點及Y2點在電池盒102中傳遞。從異常發(fā)熱的單元電池IOlA發(fā)出的熱量在電池盒102中傳遞期間，也向單元電池IOlB傳遞。因此，通過從X點起到Yl點為止的電池盒102的部分，以及從X點起到Y2點為止的電池盒102的部分的各自的熱傳導系數，能夠表示向相鄰的單元電池IOlB傳遞的熱量。此外，在圖2中，X點表示位于單元電池IOlA與單元電池IOlB之間的兩個貫通孔103間的中間地點。Yl點及Y2點分別是單元電池IOlB與單元電池IOlC的中間地點并且表示位于單元電池IOlB與單元電池IOlC之間的兩個貫通孔103、103間的中間地點。單元電池IOlC表示與單元電池IOlB相鄰的、單元電池IOlA以外的單元電池。首先，導出K1。將電池盒102與單元電池IOlB之間的傳熱路徑的傳熱系數和上述傳熱路徑的截面面積相乘，從而求出K1。在上述傳熱路徑中，存在單元電池10IB與孔102a的內周面之間的間隙的空氣、以及電池盒102的材料這兩種物質。因此，通過實驗或計算，求出單元電池IOlB與電池盒102之間的傳熱系數a (ff/(m2 · K))。上述傳熱路徑的截面面積，是收納單元電池IOlB的孔102a的內周壁中的、傳遞來自單元電池IOlA的熱量的部分的上述內周壁的長度(La)與孔102a的軸向上的長度之積。但是，在本實施方式的電池塊中，孔102a的軸向上的長度及在上述軸向上的電池盒102的長度全部恒定。因此，以后，省略孔102a的長度及電池盒102的長度來構筑算式。在假定從單元電池101發(fā)出的熱量的傳遞距離都相同時，傳遞從單元電池IOlA向單元電池IOlB發(fā)出的熱量的上述內周壁的部分的長度La是從Yl點起到Y2點為止的圓弧的長度。單元電池101的外徑是D(m)。連結Yl點及單元電池IOlB的中心的直線與連結Y2點及單元電池IOlB的中心的直線所成的角是120°。因此，上述傳熱路徑的截面面積求出為“π XD/3”。因此，成為Kl = α X Ji XD/3(I)。接著，導出Κ2。Κ2是通過用從單元電池10IA起不向單元電池10IB傳遞而向電池盒102傳遞時的熱量的傳熱路徑的長度，除電池盒102的熱傳導率除，并進一步乘以傳熱路徑的截面面積而求出的。設電池盒102的熱傳導率為λ (ff/(m · K))。
上述傳熱路徑是從X點起到Yl點為止的傳熱路徑和從X點起到Y2點為止的傳熱路徑這兩條。根據單元電池101的外徑為D(m)，并且連結Yl點和單元電池IOlB的中心的直線與連結Y2點和單元電池IOlB的中心的直線構成的角為120°，求出一條上述傳熱路徑的長度為“ n XD/6”。因為省略單元電池101的軸向上的電池盒102的長度，所以上述傳熱路徑的截面面積是最小壁厚部102b的寬度x(m)。一條上述傳熱路徑的熱傳導系數為“6X λ Χχ/(π XD)”。上述熱傳熱路徑有兩條。因此，成為Κ2 = 12Χ λ Xx/( Ji XD)(2)。接著，導出Κ3。由于因單元電池內部的材料的熔解導致的短路或熱反應，引起上述異常發(fā)熱。異常發(fā)熱時的發(fā)熱量與單元電池的電極材料的量即電池容量成正比。因此，異常發(fā)熱的單元電池的溫度與單元電池的電池容量與基準電池的電池容量之比成正比。產生異常發(fā)熱的周圍溫度取決于電極材料的物性，不取決于電極材料的量。室溫的上述基準電池的異常發(fā)熱溫度為Tl (K)。使室溫的上述基準電池異常發(fā)熱的周圍溫度是Τ2(Κ)。單元電池101的電池容量是A(Ah)。設上述基準電池的電池容量為AO (Ah) ο因此,成為Κ3 = (Τ1/Τ2) X (Α/Α0) (3)。將上述的式(I) (3)的Κ1、Κ2、Κ3分別代入上述的式“Κ2/Κ1彡Κ3-1”。于是，導出上述式I。最小壁厚部102b的厚度x(m)越大，在電池盒102中熱量越容易傳遞。但是，上述X大到一定程度后，電池盒102A中的熱傳遞促進效果達到頂點。根據這種理由，在本實施方式中，上述X優(yōu)選為O. 2D以下。另外，出于提高單元電池101的收納密度的觀點，較為理想的是，孔102a的內徑與單元電池101的外徑之差優(yōu)選為O. 2mm以下。接著，用圖2和圖3說明在本實施方式的電池塊中單元電池101異常發(fā)熱時的熱
量的流動。圖2是表示在圖I所示的電池塊中在一個單元電池上發(fā)生了異常發(fā)熱時的熱量的流動。在圖2中，IOlA是異常發(fā)熱的單元電池，IOlB是與單元電池IOlA相鄰的單元電池。實線的波浪線箭頭表示從單元電池IOlA向相鄰的單元電池IOlB傳遞的熱量的流動，虛線的波浪線箭頭表示在電池盒102中傳遞的熱量的流動。在單元電池異常發(fā)熱時，由于單元電池的表面附近處的內部短路等，有時發(fā)生不平衡的發(fā)熱。在此情況下，對相鄰的單元電池帶來的熱量最大。圖2表示單元電池IOlA內部的、離單元電池IOlB近的部分發(fā)生了異常發(fā)熱的情況。如波浪線箭頭所示，從異常發(fā)熱的單元電池102A發(fā)出的熱量主要向單元電池IOlB傳遞，在單元電池IOlB及其周圍的電池盒102中傳遞而擴散。在本實施方式的電池塊中，根據上述式I可以求出電池盒102的最小壁厚部102b的厚度X。如果使X更大，則與從單元電池IOlA到單元電池IOlB的傳熱路徑的熱阻相比，從單元電池IOlA穿過最小壁厚部102b擴散到電池盒102的熱的傳熱路徑的熱阻相對變小。因此,從單元電池IOlA發(fā)生的熱量中的、在電池盒102中傳遞的熱量充分增加。由此，向單元電池IOlB傳遞的熱量變少。因此，單元電池IOlB的異常發(fā)熱不會發(fā)生。因此，能夠防止單元電池101間的連鎖性的劣化及連鎖性的異常。 圖3(a)是圖1(b)所示的電池塊的長邊側的周緣部的放大圖。圖3(b)是圖1(b)所示的電池塊的短邊側的周緣部的放大圖。圖3(c)是上述長邊側的周緣部與上述短邊側的周緣部的角部的放大圖。圖3(a)至圖3(c)分別表示配置于與上述周緣部相鄰的位置的單元電池在偏向離上述周緣部近的部分的位置發(fā)生異常發(fā)熱時的熱量的流動。圖3(a)至圖3(c)分別在與單元電池IOlB的熱容量同等的范圍處從表面上分割周緣部102A而表示。周緣部102A根據來自單元電池IOlA的熱量的流動而分割。如圖3(c)所示，相對于長邊側的單元電池數n，長邊側的周緣部102A的分割數為n+1個。另外，相對于短邊側的單元電池數m，短邊側的周緣部102A的分割數為m個。即，周緣部102A整體的熱容量相當于2X (n+m+1)個單元電池。通過采用這種結構，即使在偏向周緣部102A的位置處的單元電池101異常發(fā)熱時，與異常發(fā)熱的單元電池IOlA的相鄰的單元電池IOlB同樣，周緣部102A能夠吸收熱。因此，能夠實現穩(wěn)定的熱擴散。此外，例如金屬適合電池盒102的材料。因為熱傳導性高、加工性好、輕量，因而尤其優(yōu)選鋁合金。并且，也可以是熱傳導性高的銅。另外，配置的單元電池的數和單元電池的列數不限于圖I所示的形態(tài)。說明具體的實施例。假設將外徑D為18mm，電池容量A為2. 6Ah的單元電池插入以熱傳導率λ為200W/(m · K)的鋁合金形成的電池盒的孔中來構成電池塊。通過實驗的測量而求出的、單元電池與電池盒之間的傳熱系數α是300W/(m2 · K)。傳熱系數α根據圖18所示的測定裝置求出。首先，在電池盒102的孔102a中插入空的單元電池的殼體131，在單元電池的殼體131中插入加熱器132。接下來，通過加熱器132從單元電池的殼體131的內側對單元電池的殼體131進行加熱。然后，以熱電偶測定單元電池的殼體131上的測定點ml的溫度tl [K]，以熱電偶測定電池盒102上的測定點m2的溫度t2 [K]，另外以熱通量計測定測定點m2的熱通量Q[W/m2]。將獲得的測定值代入以下的算式，求出傳熱系數α。
傳熱系數α = Q/(tl_t2)另外，進行基準電池的穿刺測試及加熱測試。其結果是，基準電池的從室溫起的異常發(fā)熱溫度Tl是370°C。另外，基準電池從室溫達到異常發(fā)熱的周圍溫度T2是140°C。此外，通過上述的實驗可知，T2為Tl的約四成的熱量時，誘發(fā)相鄰的單元電池的異常發(fā)熱。將以上的條件應用于上述式1，求出電池盒的最小壁厚部的厚度，結果為O. 22mm。因此，使最小壁厚部的厚度為O. 4mm，制作電池盒102，并制作實施方式I的電池塊。并且，在電池盒102內使單元電池101發(fā)生異常發(fā)熱時，確認了異常發(fā)熱的單元電池IOlA的相鄰的單元電池IOlB未發(fā)生異常發(fā)熱。本實施方式的電池塊包含具有根據式I求出的厚度X的最小壁厚部。因此，能夠將來自異常發(fā)熱的單元電池的熱量快速地分散到模塊整體，而不會誘發(fā)相鄰的單元電池的異常發(fā)熱。接著，用圖6說明實施方式I的電池盒的制造方法。準備圖6(a)所示的圓筒件104。圓筒件104由金屬制的圓筒狀的芯材105和覆蓋其外表面的連接層106構成。連接層106由熔點比芯材105低的金屬材料構成。接下來，如圖6(b)所示，在保持框107中堆積圓筒件104。所堆積的圓筒件104互相接觸，并配置成交錯形狀。接下來，在保持交錯配置的狀態(tài)下，以芯材105的熔點與連接層106的熔點間的溫度用加熱爐等對圓筒件104加熱，從而僅熔解連接層106來將圓筒件104互相接合。例如，圓筒件104是硬釬焊件(銷售品)。上述硬釬焊件具有鋁合金A3003.的厚度為Imm的芯材和其外表面上的作為焊料的鋁合金A4243的厚度為O. Imm的層。堆積成交錯形狀的上述硬釬焊件在氮氣環(huán)境或真空中在610°C下保持5分鐘。通過該加熱，僅作為連接層106的鋁合金A4243熔解，上述硬釬焊件的接觸的部分互相接合。在本實施方式的方法中，使圓筒件104橫向擱置而堆積，并互相接合。為此，能夠容易地將圓筒件104配置成交錯形狀。另外，能夠高精度地維持圓筒件104的交錯配置。在本實施方式中，利用焊料作為連接層106，但也可以利用樹脂等其他材料的層。通過本實施方式的方法，能夠以較低的成本制造上述的本實施方式的電池塊的電池盒。(實施方式2)用圖7說明實施方式2。圖7是實施方式2的電池塊的、異常發(fā)熱的單元電池IOlA附近的俯視放大圖。 本實施方式的電池塊除了不具有貫通孔103以外，是與實施方式I相同的結構。本實施方式的電池盒102的最小壁厚部102b的厚度X為單元電池IOlB與單元電池IOlC間的壁厚。本實施方式中的最小壁厚部102b的厚度X也與實施方式I同樣，根據上述式I求出。本實施方式的電池盒102與實施方式I的電池盒相比，能夠使單元電池間的距離進一步變窄而配置。因此，能夠進一步提高電池塊的體積能量密度。并且，與實施方式I同樣，能夠將來自異常發(fā)熱的單元電池的熱量快速地分散到模塊整體，而不誘發(fā)相鄰的單元電池的異常發(fā)熱。用圖8說明實施方式2的電池盒的制造方法。首先準備圖8(a)所示的六棱柱件108。六棱柱件108由具有圓形的孔102a的六邊形的筒即芯材109以及覆蓋芯材109外表面的連接層106構成。芯材109的材料例如是鋁合金。連接層106例如是焊料層。接著，如圖8(b)所示，將多個六棱柱件108重疊多段。在重疊六棱柱件108時，與實施方式I同樣地以保持框進行整理。接下來，以加熱爐等對重疊的六棱柱件108加熱，僅熔解連接層106。通過該加熱，六棱柱件108互相接合，形成電池盒 102。在該制造方法中，六棱柱件108的側面彼此相接，由此規(guī)定六棱柱件108的位置。 并且，能夠使插入單元電池101的多個孔102a配置成交錯狀。此外，本實施方式的電池盒也能夠通過金屬的擠壓成型、切削加工、放電加工等制造。本實施方式的制造方法與這些其他方法相比，能夠以更低的成本制造電池盒102。(實施方式3)用圖9說明實施方式3。圖9是表示實施方式3的電池盒的制造方法的圖。圖9(a)表示能夠插入一個單元電池的棒材的四棱柱件110，圖9(b)是沿著單元電池的插入方向觀察重疊了多個四棱柱件110的電池盒的側視圖。如圖9(a)所示，四棱柱件110由具有圓形的孔102a的四邊形的筒即芯材111、沿芯材111的長邊方向形成于一對側壁各自的中央的凸部112、沿芯材111的長邊方向切去四個側緣所形成的凹部113以及覆蓋芯材111的外表面的連接層106。形成凹部113，以使通過并排兩個四棱柱件110而合體的兩個凹部113與凸部112嵌合。如圖9(b)所示，重疊四棱柱件110。此時，四棱柱件110的側面彼此相接。另外，位于四棱柱件110的側壁的中央的凸部112與在并排的兩個四棱柱件110之間形成的凹部113互相嵌合。這樣，四棱柱件110配置成交錯狀。與實施方式I同樣地，以保持框整理重疊的四棱柱件110。接下來,通過以加熱爐等加熱熔解連接層106，來將四棱柱件110互相接合。這樣形成電池盒102。在該制造方法中，通過凸部112和凹部113嵌合來規(guī)定四棱柱件110的位置。并且，能夠使插入單元電池101的孔102a配置成交錯狀。(實施方式4)用圖10說明實施方式4。圖10是示意地表示實施方式4的電池塊的俯視圖。114是以與電池盒102不同種類的材料構成的、收納電池盒102的外框。本實施方式的電池塊除了周緣部102A包含外框114以外，與實施方式I同樣地構成。孔102a在電池盒102上配置成橫向η個縱向m個時，外框114具有2X (n+m+1)個單元電池的熱容量。外框114的材料例如是樹脂或鎂合金
等金屬材料等。在使用電池塊作為電源時，尤其在需要使多個電池塊連結以輸出高電壓、大電流時，存在觸電、短路引起的起火等危險性。因此，需要電池塊絕緣。在此情況下，作為外框114的材料，樹脂等絕緣體很有效。在此情況下，形成覆蓋電池盒102外表面的絕緣層。另外，對于作為汽車用電源的電池塊，為了延長行駛距離，要求輕量以及具有優(yōu)異的散熱性。在此情況下，作為外框114的材料，低密度并且高熱傳導性的鎂合金等很有效。本實施方式的電池塊即使在與電池盒的周緣部相鄰的位置的單元電池發(fā)生了異常發(fā)熱時，也能夠將來自異常發(fā)熱的單元電池的熱量快速地分散到模塊整體，而不誘發(fā)相鄰的單元電池的異常發(fā)熱。本實施方式的電池塊還包括絕緣性、輕量化、高熱傳導性等復合的功能。(實施方式5)用圖11說明實施方式5。圖11是示意地表示實施方式5的電池塊的側視圖。本實施方式的電池盒102的周緣部在孔102a的軸向的兩端處的厚度薄，在中央部處的厚度厚。本實施方式中的上述周緣部的熱容量與實施方式I的電池盒的周緣部102A的熱容量相同。本實施方式的電池塊除了周緣部的形狀以外，與實施方式I同樣地構成。
在單元電池101發(fā)生了異常發(fā)熱時，單元電池101向圖中的上下方向都散熱。電池盒102上的上述軸向的中央部與上述軸向的端部相比，相對地難以散熱。因此，有時電池盒102的上述中央部的溫度變高，電池盒102上產生溫度偏差，電池性能受損。在本實施方式的電池塊中，孔102a的軸向的中央部的電池盒102的熱容量大。因此，來自單元電池101中央部的熱量容易擴散，能夠進一步降低單元電池101中央部的溫度。另外，本實施方式的電池盒102在周緣部的熱容量和與周緣部鄰接配置的全部單元電池101的熱容量相同。因此，使周緣部的中央部的厚度加厚也不發(fā)生能量密度的降低。本實施方式的電池塊即使在與周緣部相鄰的位置的單元電池發(fā)生了異常發(fā)熱時，也能夠將來自異常發(fā)熱的單元電池的熱量均等且快速地分散到模塊整體，而不誘發(fā)相鄰的單元電池的異常發(fā)熱。本實施方式的電池塊還能夠減小孔102a的軸向上的電池盒102的
溫度偏差。(實施方式6)用圖12說明實施方式6。圖12是實施方式6的電池塊的剖視圖。115是在單元電池101內部構成的電極組。電極組115在層疊并卷繞正極、負極及使正極和負極絕緣的隔膜的狀態(tài)下插入圓筒殼體。圖中的虛線表示電極組115的軸向上的上端的位置和下端的位置?？?02a與單元電池101的電極組115相比在軸向上長。本實施方式的電池塊除了孔102a的長度如上所述確定以外，與實施方式I同樣地構成。通常，由于在電極組115內發(fā)生短路等異常而發(fā)生異常發(fā)熱。因此，發(fā)熱在電極組115中變大。本實施方式的電池盒102存在于單元電池101的徑向上的、電極組115的外偵U。這樣，在本實施方式的電池盒中，電極組115整體收納于孔102a中，所以能夠使熱量有效地擴散。本實施方式的電池塊中，能夠將來自異常發(fā)熱的單元電池的熱量快速且高效率地分散到模塊整體，而不誘發(fā)相鄰的單元電池的異常發(fā)熱。(實施方式7)用圖13說明實施方式7。圖13是示意地表示實施方式7的電池塊的俯視放大圖。圖13表示在孔116中插入有單元電池101的狀態(tài)。本實施方式的電池塊除了具有孔116以代替孔102a以外，與實施方式I同樣地構成?？?16具有由六個頂點部116A和分別連結兩個頂點部116A的相同長度的六個邊部構成的六邊形的形狀?？?16以相鄰的兩個孔116的六邊形的頂點部116A彼此相對的方式配置。單元電池101的外周面與孔116的邊部116B相接，并與頂點部116A離開。因此，頂點部116A與單元電池101的間隙介于相鄰的單元電池101之間。孔116是六邊形。因此，在將單元電池101收納在最稠密的配置即交錯配置的孔116中時，在相鄰的全部單元電池101之間，形成相同大小的間 隙。該間隙是單元電池101的外周面與孔116的頂點部116A的間隙。單元電池101在邊部116B與孔116的內周壁接觸，在頂點部116A不接觸。因為單元電池101與邊部116B接觸，所以單元電池101與電池盒102之間的傳熱性得以確保。單元電池101與頂點部116A不接觸，且以使頂點部116A彼此相對的方式配置了兩個孔116，所以在連結兩個孔116的直線上，頂點部116A與單元電池101的間隙有兩個。因此，從某一單元電池101向相鄰的單元電池101移動的熱量穿過上述的兩個間隙。因此，從某一單元電池101向相鄰的單元電池101的熱移動得以抑制。本實施方式的電池塊在單元電池101異常發(fā)熱時，抑制向相鄰的單元電池的傳熱，能夠使異常發(fā)熱的熱量快速地分散到模塊整體。(實施方式8)用圖14說明實施方式8。圖14是實施方式8的電池塊的俯視圖。在圖14中，電池盒102具有與電池盒102周緣部相接的孔117A和配置于其內側即中央部的孔117B。孔117A的內徑Dl比孔117B的內徑D2大O. Imm左右。收納于孔117A、117B的單元電池的外徑都是D (m)。本實施方式的電池塊除了孔117A的內徑與孔117B的內徑不同以外，采用與實施方式I相同的結構。在本實施方式的電池塊中，電池盒102的周緣部的孔117A與單元電池101的間隙比中央部的孔117B與單元電池101的間隙大。因此，孔117A與單元電池101之間的熱阻比孔117B與單元電池101之間的熱阻大。對于電池盒102的周緣部而言，通常在與周緣部相鄰的位置的單元電池發(fā)生了異常發(fā)熱時，熱量難以擴散，向相鄰的單元電池的傳熱量容易變多。在本實施方式的電池塊中，收納于孔117A的單元電池與電池盒102之間的熱移動相比于孔117B與電池盒102之間的熱移動更受抑制。本實施方式的電池塊即使是在周緣部，也能夠將來自異常發(fā)熱的單元電池的熱量快速且高效率地分散到模塊整體，而不誘發(fā)相鄰的單元電池的異常發(fā)熱。(實施方式9)用圖15說明實施方式9。圖15是示意性地表示實施方式9的電池塊的俯視圖。在圖15中，電池盒102還具有與電池盒102的金屬材料不同的金屬材料的部件118。本實施方式的電池塊除了還具有部件118以外，是與實施方式I同樣的結構。通過在實施方式I的電池盒102的貫通孔103中充滿金屬材料而形成部件118。在電池盒為鋁合金時，部件118的材料例如為鎂合金或銅等。部件118的材料為鎂合金時，獲得熱傳導性。并且，與鋁合金時相比，輕量化、耐振動性提高。另外，部件118的材料為銅時，熱傳導特性提高，熱容量也變大。因此，從電池盒102向單元電池的傳熱量變小。本實施方式的電池塊能夠將來自異常發(fā)熱的單元電池的熱量快速且高效率地分散到模塊整體，而不誘發(fā)相鄰的單元電池的異常發(fā)熱。并且，提供附加了由部件118的材料帶來的特性的電池塊。此外，在實施方式I的制造方法中，在堆積的多個圓筒件104的間隙插入不同種類材料的棒材，其后使連接 層106加熱熔解，由此能夠制造本實施方式的電池盒102。通過上述加熱熔融，在連接層106與上述棒材的界面處發(fā)生合金化或化合物的形成?；蛘?，通過熱壓焊接將圓筒件104與上述棒材一體化。(實施方式10)用圖16說明實施方式10。圖16是示意性地表示實施方式10的電池塊的側視圖。在圖16中，電池盒102是富于熱傳導性的金屬制的板件119和由與板件119不同的金屬材料構成的板件120的層疊構造體。本實施方式的電池塊除了電池盒102是上述層疊構造體以外，是與實施方式I同樣的結構。板件119的材料例如是鋁合金。板件120的材料例如是實施方式9所示的、與電池盒的金屬材料不同的金屬材料。本實施方式的電池塊與實施方式I同樣，能夠將來自異常發(fā)熱的單元電池的熱量快速且高效率地分散到模塊整體，而不誘發(fā)相鄰的單元電池的異常發(fā)熱。并且，能夠提供可獲得熱傳導性的提高、耐振動性、輕量化的復合效果的電池塊。此外，通過以下方法能夠制造本實施方式的電池盒，即，在表面上設置有連接層的金屬等平板上，通過沖壓加工或切削加工開出能夠插入單元電池的大小的孔，重疊多張上述平板，通過加熱爐等使連接層加熱熔解。在平板彼此的界面上發(fā)生合金化或化合物的形成，或者對平板進行熱壓焊接，由此使平板一體化。也可以在上述平板上開出孔后，在平板的表面上形成連接層。本申請主張基于2011年3月17日申請的日本特愿第2011-058825號的優(yōu)先權。該申請說明書中所記載的內容全部引用于本申請說明書。工業(yè)實用性本發(fā)明的電池塊即使在單元電池異常發(fā)熱時，也將因異常發(fā)熱產生的熱量快速且高效率地分散到模塊整體，而不誘發(fā)相鄰的單元電池的異常發(fā)熱，由此能夠防止連鎖性的單元電池的劣化或異常。本發(fā)明的電池塊能夠適用于汽車、電動自行車或電動器具等的驅動用電源或蓄電裝置等。
權利要求
1.電池塊，包括具有多個孔的金屬制的電池盒；以及收納于所述孔的多個單元電池， 在設所述單元電池與所述電池盒之間的熱傳導系數為K1， 設相鄰的兩個所述孔間的所述電池盒的最小壁厚部的熱傳導系數為K2， 并且設室溫的基準電池的異常發(fā)熱溫度與使室溫的基準電池異常發(fā)熱的周圍溫度之比為K3時， 所述電池盒具有滿足K2/K1 ^ K3-1的關系的所述最小壁厚部。
2.如權利要求I所述的電池塊， 多個所述孔的配置是交錯配置， 所述單元電池的形狀是圓柱， 在設所述基準電池的電池容量為AO (Ah), 設室溫的所述基準電池的異常發(fā)熱溫度為Tl〔K〕， 設使室溫的所述基準電池異常發(fā)熱的周圍溫度為T2〔K〕， 設所述單元電池的電池容量為A (Ah), 設所述單元電池的外徑為D〔m〕， 設所述單元電池與所述孔的內周壁之間的傳熱系數為a (ff/(Hi2-K)), 設所述電池盒的熱傳導率為λ (ff/(m · K)), 并且設所述最小壁厚部分的厚度為x(m)時，滿足下述式I的關系式X ≥(Ji2X α X D2)/(36 X λ) (式 I) X ((Τ1/Τ2) X (Α/Α0)-1) · · · ·
3.如權利要求I所述的電池塊， 所述電池盒的周緣部的壁厚比所述電池盒的中央部的壁厚厚。
4.如權利要求I所述的電池塊， 所述電池盒具有周緣部的一列為η個的m列所述孔， 所述電池盒的周緣部的熱容量是2X (n+m+1)個所述單元電池的熱容量。
5.如權利要求I所述的電池塊， 所述電池盒的周緣部的、所述孔的軸向上的中央部的壁厚比在所述軸向上的端部的壁厚厚。
6.如權利要求I所述的電池塊， 所述單元電池包含電極組， 所述孔的長度比所述電極組的長度長， 至少所述電極組的整體被收納于所述孔。
7.如權利要求I所述的電池塊， 所述電池盒由多個具有所述孔的圓形或多邊形的筒互相接合而構成。
8.如權利要求7所述的電池塊，還包括 凸部，其配置于所述筒的外壁；以及 凹部，其配置于所述筒的外壁，且能夠與所述凸部嵌合。
9.如權利要求I所述的電池塊， 所述孔的形狀是多邊形， 所述孔以相鄰的所述孔的形狀中的角相對的方式配置。
10.如權利要求I所述的電池塊， 所述電池盒的周緣部的所述孔的開口面積比所述電池盒的中央部的所述孔的開口面積大。
11.如權利要求I所述的電池塊， 所述電池盒由鋁合金制成。
12.如權利要求I所述的電池塊， 所述電池盒由以不同的金屬材料制成的兩種以上的部件構成。
13.如權利要求I所述的電池塊， 還包括覆蓋所述電池盒的外表面的絕緣層。
全文摘要
本發(fā)明提供電池塊，該電池塊收納具有較高容量的單元電池，即使在該單元電池異常發(fā)熱時，也不引起相鄰的單元電池的異常發(fā)熱，防止被收納的單元電池的連鎖性的劣化或異常。本發(fā)明的電池塊包括具有滿足“K2/K1≥K3－1”的關系的最小壁厚部的電池盒。K1是電池盒與單元電池之間的熱傳導系數。K2是用于收納單元電池的、相鄰的兩個孔之間的電池盒的最小壁厚部的熱傳導系數。K3是作為基準的電池的異常發(fā)熱溫度與該電池達到異常發(fā)熱的周圍溫度之比。
文檔編號H01M10/50GK102870253SQ20128000123
公開日2013年1月9日 申請日期2012年3月1日 優(yōu)先權日2011年3月17日
發(fā)明者淺井田康浩, 西川幸男, 濱田秀明, 細谷直人, 岸井大輔 申請人:松下電器產業(yè)株式會社