CN102473871B - 电池组 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种电池组，其具有多个由多个单元电池(100)排列而成的、且被收纳在壳体内的电池模块，电池模块以多个单元电池(100)排成一列而成的组电池(200)为单位，通过排列多个组电池(200)而构成。电池模块包含多个组电池(200)并联地排列而成的第1电池模块(300)、和多个组电池(200)串联地排列而成的第2电池模块(400A、400B)，通过组合第1电池模块(300)和第2电池模块(400A、400B)而构成电池组。

Description

电池组
技术领域
本发明涉及具备多个由多个电池构成的电池模块的电池组。
背景技术
将多个电池收纳在壳体中、从而能够输出规定的电压及容量的电池组被广泛用作各种设备、车辆等的电源。其中，开始采用通过并联及串联连接通用的电池，使输出规定的电压及容量的组电池模块化，并将该电池模块进行各种组合，从而能与各式各样的用途相对应的技术。该模块化技术通过使收纳在电池模块中的电池高性能化，可以谋求电池模块本身的小型及轻量化，因而具有提高组装电池组时的作业性，同时提高在车辆等的被限定的空间搭载时的自由度等多种优点。
但是，构成组电池的各个电池由于性能未必一致，因而例如在放电中，因最低容量的电池而使组电池的电流容量受到限制，而且在充电中，因最低容量的电池而使组电池整体的再充电受到限制。因此，在超过上述限制地对组电池进行充放电时，因最低容量的电池的劣化而有可能产生组电池的循环寿命下降等问题。
作为这样的问题的解决方法，在专利文献1中，记载了在并联及串联连接多个电池的组电池中、通过复合地相互连接相邻的电池彼此之间而构成网络的技术。通过构成这样的网络，特性不均衡的电池被自动平衡化，因而能够抑制特定电池的性能劣化，其结果是，能够提高组电池的循环寿命。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特表2002-533042号公报
发明内容
发明所要解决的问题
如上所述，通过使组电池模块化，并与车辆等的被限定的空间的大小一致地适宜组合该电池模块，便能够灵活地搭载输出规定的电压及容量的电池组。
例如，在通过二维排列圆筒形电池而构成电池模块时，电池模块的外形尺寸由二维排列的圆筒形电池的行列数决定，以该外形尺寸为基准，通过使排列电池模块的个数、或配置的朝向(纵向配置或横向配置)变化，能够与被限定的空间的大小一致地搭载组合有多个电池模块的电池组。
但是，电池模块的外形尺寸由圆筒形电池的高度、和二维排列的圆筒形电池的行列数所规定，因而即使改变排列的电池模块的个数或配置的朝向，有时也不能在狭窄的空间搭载，在被限定的空间搭载电池模块时的自由度未必能够说是充分的。
本发明是鉴于上述问题点而完成的，其主要目的在于提供一种电池组，其通过将多个电池模块放入电池组中，能够提高在被限定的空间搭载电池模块时的自由度。
用于解决课题的手段
本发明以多个单元电池(素電池：unitcells)排成一列的组电池为单位，准备并联地排列多个该组电池的第1电池模块、和串联地排列多个该组电池的第2电池模块这两种电池模块，组合该两种电池模块而构成电池组。
串联地排列多个组电池而成的第2电池模块的外形尺寸中的最小宽度与构成组电池的单元电池的最小宽度一致。另一方面，并联地排列多个组电池而成的第1电池模块的外形尺寸的最小宽度根据并联排列的组电池的个数而变化，但至少相对于单元电池的最小宽度为组电池的个数倍。因此，能够增大第1电池模块和第2电池模块的外形尺寸的最小宽度之差。由此，通过在宽广的空间搭载第1电池模块，在狭窄的空间搭载第2电池模块，能够提高在被限定的空间搭载电池组时的自由度。此外，第1电池模块及第2电池模块都以多个单元电池排成一列而成的组电池为单位而构成，因而能够容易构筑各电池模块。
也就是说，本发明的电池组具备多个由多个单元电池排列而成的、且被收纳在壳体内的电池模块，其中，电池模块以多个单元电池排成一列而成的组电池为单位，通过排列多个组电池而构成，电池模块含有由组电池多个并联地排列而成的第1电池模块和由组电池多个串联地排列而成的第2电池模块，通过组合第1电池模块和第2电池模块而构成电池组。
这里，优选并联地电连接组电池中的排成一列的多个单元电池。由此，在通过组合以组电池为单位而构成的第1电池模块及第2电池模块而构成的电池组中，即使构成组电池的单元电池中的一个万一发生故障，也能够确保电池组的电流供给。
此外，优选组电池具备正极及负极的电极端子、和输入输出控制单元电池的充放电的信号的信号端子。由此，容易进行由组电池构成的电池模块彼此之间的电连接及充放电控制。
此外，优选单元电池具备将单元电池内产生的气体排出到电池外的开放部(安全阀)，组电池还具备与单元电池的开放部连通的排气通道。由此，即使构成组电池的单元电池中的一个因异常发热而使安全阀工作，从而向单元电池外放出高温气体，也能够不使高温气体暴露于周边的单元电池而经由排气通道排放到组电池外。其结果是，即使构成组电池的单元电池中的一个万一发生故障，也不会对其它正常的单元电池施加影响，因而能够构筑高安全性的电池模块。
发明的效果
根据本发明，通过用外形尺寸的最小宽度不同的两种电池模块构成电池组，且以多个单元电池排成一列而成的组电池为单位构成该两种电池模块，能够容易实现在被限定的空间搭载时的自由度大的电池组。
附图说明
图1是示意表示本发明的一实施方式的电池模块中使用的单元电池的构成的剖视图。
图2是示意表示本发明的一实施方式的组电池的构成的分解立体图。
图3(a)是本发明的一实施方式的组电池的立体图，(b)是组电池的剖视图，(c)是(b)的A部的局部放大图。
图4(a)～(e)是示意表示本发明的一实施方式的第1电池模块的构成的分解立体图。
图5是本发明的一实施方式中的第1电池模块的立体图。
图6(a)～(e)是示意表示本发明的一实施方式的第2电池模块的构成的分解立体图。
图7是本发明的一实施方式中的第2电池模块的立体图。
图8(a)～(d)是示意表示另一实施方式的第2电池模块的构成的分解立体图。
图9是另一实施方式中的第2电池模块的立体图。
图10是表示在汽车中搭载具备多个电池模块的电池组的例子的示意图。
图11(a)、(b)是表示第1电池模块和第2电池模块的组合的一个例子的立体图。
具体实施方式
以下，基于附图对本发明的实施方式进行详细的说明。再有，本发明并不限定于以下的实施方式。此外，可在不脱离发挥本发明效果的范围的范围内进行适宜的变更。另外，也可以与其它实施方式组合。
图1是示意表示本发明的一实施方式的电池模块中使用的电池(以下称为“单元电池”)100的构成的剖视图。再有，本发明中的电池组以多个单元电池100排成一列而成的组电池为单位，作为通过排列多个组电池而构成的电池模块的集合体而构成。
作为本发明中的构成组电池的单元电池100，例如能够采用图1所示的圆筒形的锂离子二次电池。该锂离子二次电池也可以是作为笔记本型个人计算机等便携式电子设备的电源使用的通用电池。在此情况下，能够使用高性能的通用电池作为电池模块的单元电池，因而能够更容易谋求电池模块的高性能化、低成本化。此外，单元电池100具备在因发生内部短路等而使电池内的压力升高时将气体排出到电池外的安全机构。以下，参照图1对单元电池100的具体的构成进行说明。
如图1所示，将隔着隔膜3卷绕正极1和负极2而成的电极组4与非水电解液一同收纳在电池壳体7中。在电极组4的上下配置有绝缘板9、10，正极1经由正极引线5与过滤器12接合，负极2经由负极引线6与兼作负极端子的电池壳体7的底部接合。
过滤器12被连接在内帽盖13上，内帽盖13的突起部被连接在金属制的阀体14上。再有，阀体14被连接在兼作正极端子的端子板(正极的电极部)8上。另外，端子板8、阀体14、内帽盖13及过滤器12成为一体，经由垫圈11将电池壳体11的开口部封口。
如果因在单元电池100中发生内部短路等，从而使单元电池100内的压力上升，则阀体14朝端子板8膨胀，如果内帽盖13和阀体14的接合脱落，则电流路径被截断。如果单元电池100内的压力进一步上升，则阀体14断裂。由此，在单元电池100内发生的气体经由过滤器12的贯通孔12a、内帽盖13的贯通孔13a、阀体14的裂缝、以及端子板8的开放部8a而排到外部。
再有，将在单元电池100内产生的气体排到外部的安全机构并不限定于图1所示的结构，也可以是其它结构。
图2是示意表示本实施方式的组电池200的构成的分解立体图，图3(a)是组电池200的立体图，图3(b)是组电池200的剖视图，图3(c)是图3(b)的A部的局部放大图。
如图2所示，排成一列的多个(图中为6个)单元电池(筒状电池)100被收纳在壳体30内，构成图3(a)所示的组电池200。这里，单元电池100的正极端子8被整齐地排列在同一方向，排成一列的多个单元电池100被并联地电连接。由此，在通过组合以组电池200为单位而构成的电池模块所构成的电池组中，即使构成组电池200的单元电池100中的一个万一发生故障，也能够确保电池组的电流供给。
具体地说，如图2所示，在平板20的表面上形成有正极连接板21和负极连接板22，正极连接板21如图3(c)所示，经由形成在平板20上的开口部20a而与各单元电池100的正极端子8连接。此外，各单元电池100的负极端子(电池壳体7的底部)通过负极汇流条23来连接，经由从负极汇流条23的一部分延伸的导通部24、24a而被连接在形成于平板20上的负极连接板22、22b上。由此，各单元电池100通过形成于平板20上的正极连接板21及负极连接板22被并联地电连接。
此外，如图3(c)所示，平板20被密合地设置在单元电池100的一端部(在本实施方式中，为正极端子8侧)上，单元电池100的开放部8a如图3(b)所示，经由正极连接板21的开口部21b，与设在平板20和盖40形成的空间中的排气通道50连通。由此，从单元电池100的开放部8a排出的高温气体经由形成于平板20上的开口部20a被排到排气通道50中。此外，排气通道50相对于多个单元电池100以大致密封状态被区分，因而排到排气通道50中的高温气体不会暴露于周边的单元电池100，而能够经由排气通道50从设在盖40上的排出口40a排到组电池200外面。
此外，平板20的一端部如图3(a)所示，从盖40的排出口40a向外部伸出，设在正极连接板21的端部上的正极的电极端子21a及设在负极连接板22的端部上的负极的电极端子22a向外部露出。由此，容易进行组电池200彼此之间的电连接。再有，平板20也可以是形成有正极及负极的电极端子21a、22a、和形成有输入输出用于控制单元电池100的充放电的信号的信号端子(未图示)的布线基板。
这里，本发明的组电池200只要多个单元电池100排成一列即可，单元电池100的正极端子8的朝向、或单元电池100间的电连接关系没有特别的限制。例如，也可以交替变换相互邻接的单元电池100的正极端子8的朝向而排列，使排成一列的单元电池100串联地电连接。此外，正极及负极的电极端子21a、22a、和输入输出用于控制单元电池100的充放电的信号的信号端子也未必装入组电池200中。
此外，组电池200也未必收纳在壳体30中。在此情况下，不在组电池200上形成排气管路50，但如后所述，通过将由多个组电池200构成的电池模块装入壳体中，能够相对于电池模块形成排气管路。
本发明中的电池组通过集中多个电池模块而构成，但该电池模块以多个单元电池100排成一列而成的组电池200为单位，通过排列多个组电池200而构成。而且，构成电池组的电池模块包括并联地排列多个组电池200的第1电池模块、和串联地排列多个组电池200的第2电池模块这两种电池模块，通过组合第1电池模块和第2电池模块而构成电池组。
图4(a)～(e)是示意表示本实施方式的第1电池模块300的构成的分解立体图，图5是第1电池模块300的立体图。
如图4(c)所示，通过并联地排列多个(图中为4个)由多个(图中为6个)单元电池排成一列的而成的组电池200，构成第1电池模块300。这里，所谓“并联地排列”，指的是将多个组电池200排列在与多个单元电池排成一列的X方向(列方向)垂直的Y方向。
在第1电池模块300中，串联地电连接多个并联排列的组电池200的正极及负极。具体地说，形成于平板20的表面上的各组电池200的正极的电极端子21a及负极的电极端子22a相互串联地电连接。再有，排列在X方向的单元电池100的负极端子(电池壳体的底部)通过负极汇流条23来连接，经由从负极汇流条23的一部分延伸的导通部24而被连接在形成于平板20上的负极连接板22上。
这里，平板20也可以在整个第1电池模块300上构成一个平板20以取代如图2所示的在每个组电池200上设置。此外，关于壳体30，也可以使整个第1电池模块300收纳在一个壳体30中以取代使每个组电池200装入壳体中，并用盖40封盖。此外，如图5所示，也可以使平板20的一端部从盖40的排出口向外部伸出，使整个第1电池模块300的正极及负极的电极端子21a、22a向外部露出。由此，容易进行第1电池模块300彼此之间的电连接、或与后述的第2电池模块的电连接。
图6(a)～(e)是示意表示本实施方式的第2电池模块400A的构成的分解立体图，图7是第2电池模块400A的立体图。
如图6(c)所示，通过串联地排列多个(图中为2个)由多个(图中为6个)单元电池排成一列而成的组电池200，构成第2电池模块400A。这里，所谓“串联地排列”，指的是将多个组电池200排列在与多个单元电池排成一列的X方向(列方向)平行的方向。
在第2电池模块400A中，串联地电连接串联排列的多个组电池200的正极及负极。具体地说，将形成于平板20的表面上的各组电池200的正极连接板21及负极连接板22经由正极及负极的电极端子21a、22a而相互串联地电连接。此外，各组电池200的单元电池100的负极端子(电池壳体7的底部)通过负极汇流条23来连接，经由从负极汇流条23的一部分延伸的导通部24、24a而被连接在形成于平板20上的负极连接板22上。
这里，平板20也可以在整个第2电池模块400A上构成一个平板20以取代如图2所示的在每个组电池200上设置。此外，关于壳体30，也可以使整个第2电池模块400A收纳在一个壳体30中以取代使每个组电池200装入壳体中，并用盖40封盖。此外，如图7所示，也可以使平板20的一端部从盖40的排出口向外部伸出，使整个第2电池模块400A的正极及负极的电极端子21a、22a向外部露出。由此，容易进行第2电池模块400A彼此之间的电连接、或与第1电池模块300的电连接。
图8(a)～(d)是示意表示另一实施方式的第2电池模块的构成的分解立体图，图9是另一实施方式中的第2电池模块400B的立体图。
在本发明中，第2电池模块通过串联地排列多个组电池200而构成，而在“串联地排列”中，除了如图6(a)～(e)所示，将多个组电池200排列在与多个单元电池排成一列的X方向(列方向)平行的方向的方式以外，也包括如图8(a)～(d)所示，将多个(图中为2个)组电池200排列在单元电池(筒状电池)100的轴方向(Z方向)的方式。具体地说，相互串联地电连接形成于平板20的表面上的各组电池200的正极连接板21及负极连接板22。
这里，关于壳体30，也可以如图9所示，使整个第2电池模块400B收纳在一个壳体30中以取代使每个组电池200装入壳体中，并用盖40封盖。此外，也可以使平板20的一端部从盖40的排出口向外部伸出，使整个第2电池模块400B的正极及负极的电极端子21a、22a向外部露出。由此，容易进行第2电池模块400B彼此之间的电连接、或者与第1电池模块300或第2电池模块400A的电连接。
这里，多个组电池200并联地排列而成的第1电池模块300的外形尺寸如图5所示，长度L1由单元电池(筒状电池)的直径和组电池200中排成一列的单元电池的个数之积决定，高度H1由单元电池的轴方向的高度决定，宽度W1由单元电池的直径和第1电池模块300中并联排列的组电池200的个数之积决定。
此外，多个组电池200串联地排列而成的第2电池模块400A的外形尺寸，如图7所示，长度L2由单元电池(筒状电池)的直径、组电池200中排成一列的单元电池的个数和第2电池模块400A中串联排列的组电池200的个数之积决定，高度H2由单元电池的轴方向的高度决定，宽度W2由单元电池的直径决定。
此外，多个组电池200串联地排列而成的第2电池模块400B的外形尺寸如图9所示，长度L3由单元电池(筒状电池)的直径和组电池200中排成一列的单元电池的个数之积决定，高度H3由单元电池的轴方向的高度和第2电池模块400B中串联排列的组电池200的个数之积决定，宽度W3由单元电池的直径决定。
也就是说，串联地排列多个组电池200而成的第2电池模块400A、400B的外形尺寸中的最小宽度W2、W3与构成组电池200的单元电池(筒状电池)的最小宽度(筒状电池的直径)一致。另一方面，并联地排列多个组电池200而成的第1电池模块300的外形尺寸的最小宽度W1根据并联地排列的组电池200的个数而变化，但至少相对于单元电池的最小宽度为组电池200的个数倍。因此，能够增大第1电池模块300和第2电池模块400A、400B的外形尺寸的最小宽度之差。由此，通过在宽广的空间搭载第1电池模块300，在狭窄的空间搭载第2电池模块400A、400B，能够提高在被限定的空间搭载电池组时的自由度。此外，第1电池模块300及第2电池模块400A、400B都能够以多个单元电池排成一列而成的组电池200为单位而构成，因而能够容易构筑各电池模块。
图10是表示在汽车中搭载具备多个电池模块的电池组的例子的示意图。通过在后部座位下面的比较宽广的空间中，以高度H1为纵向配置第1电池模块300，在前后座位间的地板下的狭窄的空间中，以最小宽度W2为纵向配置第2电池模块400A，从而能够在被限定的空间中高效率地配置电池模块。
再有，本发明中的电池组为了能够输出规定的电压及容量，只要通过适宜组合外形尺寸不同的两种电池模块(第1电池模块300和第2电池模块400A、400B)而构成即可，只要根据搭载电池组的空间的大小适宜选择各电池模块300、400A、400B的个数及排列的方法即可。
图11(a)、(b)是表示第1电池模块300和第2电池模块400B的组合的一个例子的立体图。图11(a)在比较宽广的空间内，并联地配置多个(图中为8个)第1电池模块300，而在狭窄的空间内，串并联(图中为3个×3个)地配置第2电池模块400B。再有，如果空间富余，也可以使第2电池模块400B的一部分两层重叠。
此外，如图11(b)所示，不仅在狭窄的空间内配置第2电池模块400B，而且在比较宽广的空间内并联地配置多个(图中为8个)第1电池模块300，进而也可以在余下的空间内配置多个(图中为3个)第2电池模块400B。
这里，如图11(a)、(b)所示，作为组合第1电池模块300和第2电池模块400B而成的电池组，构成第1电池模块300的组电池200中的单元电池的轴方向和构成第2电池模块400B的组电池中的单元电池的轴方向相互正交。
此外，作为第1电池模块300，并联地排列的组电池200的个数没有限制，因而构成第1电池模块300的组电池200的个数多于构成第2电池模块400B的组电池200的个数。
以上，通过优选的实施方式说明了本发明，但这样的记述不是限定事项，当然可以进行多种变更。例如在上述实施方式中，对于构成第1电池模块300及第2电池模块400A、400B的组电池200，说明了串联地电连接的例子，但也可以并联地电连接。此外，将单元电池100规定为圆筒形电池，但也可以是方形电池。此外，单元电池的种类没有特别的限定，例如能够使用锂离子电池、镍氢电池等。
产业上的可利用性
本发明作为汽车、电动自行车或电动玩具等的驱动用电源是有用的。
符号说明：
1正极2负极
3隔膜4电极组
5正极引线6负极引线
7电池壳体8端子板(正极的电极部)
8a开放部9、10绝缘板
11垫圈12过滤器
12a贯通孔13内帽盖
13a贯通孔14阀体
20平板20a开口部
21正极连接板21a、22a电极端子
21b开口部22负极连接板
23负极汇流条24导通部
30壳体40盖
40a排出口50排气通道
100单元电池200组电池
300第1电池模块400A、400B第2电池模块

Claims (9)

1.一种电池组，其具备多个由多个单元电池排列而成的、且被收纳在壳体内的电池模块，其中，
所述多个单元电池排成一列且并联地电连接而构成组电池，多个所述组电池收纳在所述壳体内而构成所述电池模块；
所述电池模块包含：
所述组电池多个并联地排列而成的第1电池模块；和
所述组电池多个串联地排列而成的第2电池模块，
所述并联地排列，指的是将多个组电池排列在与多个单元电池排成一列的列方向垂直的方向，
所述串联地排列，指的是将多个组电池排列在与多个单元电池排成一列的列方向平行的方向或者排列在单元电池的轴方向，
所述第1电池模块的壳体为长方体，
所述第2电池模块的壳体为长方体；
通过组合所述第1电池模块和所述第2电池模块而构成所述电池组；
所述单元电池具备开放部，用于将该单元电池内产生的气体排出到电池外，
所述组电池具备与所述单元电池的开放部连通的排气通道；
所述排气通道具有配设在所述多个单元电池的一端侧的平板，
所述单元电池的开放部经由形成于所述平板上的贯通孔而与所述排气通道连通；
在所述平板上形成有与所述单元电池的正极端子、负极端子和输入输出控制所述单元电池的充放电的信号的信号端子连接的布线。
2.根据权利要求1所述的电池组，其中，所述单元电池的开放部形成于该单元电池的正极端子上。
3.根据权利要求1所述的电池组，其中，所述组电池具备正极及负极的电极端子、和输入输出控制所述单元电池的充放电的信号的信号端子。
4.根据权利要求3所述的电池组，其中，
所述第1电池模块中的多个所述组电池的所述正极及负极的电极端子被串联地电连接；
所述第2电池模块中的多个所述组电池的所述正极及负极的电极端子被串联地电连接。
5.根据权利要求1所述的电池组，其中，
所述平板被密合地配设在所述单元电池的一端部上；
所述排气通道相对于所述多个单元电池以密闭状态被划分。
6.根据权利要求1所述的电池组，其中，
所述平板由布线基板构成；
在所述布线基板上形成有布线，所述布线分别与所述组电池中的正极和负极的电极端子及所述信号端子连接。
7.根据权利要求1所述的电池组，其中，
所述单元电池由筒状电池构成，
将构成所述组电池的多个单元电池排成一列；
在所述第1电池模块中，在与所述多个单元电池排成一列的列方向垂直的方向上排列有多个所述组电池；
在所述第2电池模块中，在与所述多个单元电池排成一列的列方向平行的方向上排列有多个所述组电池，或在由所述筒状电池构成的单元电池的轴方向排列有多个所述组电池。
8.根据权利要求7所述的电池组，其中，构成所述第1电池模块的所述组电池中的单元电池的轴方向和构成所述第2电池模块的所述组电池中的单元电池的轴方向相互正交。
9.根据权利要求1所述的电池组，其中，构成所述第1电池模块的所述组电池的个数多于构成所述第2电池模块的所述组电池的个数。
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