CN102473879A - 电池组及电池组的制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种电池组及这种电池组的制造方法，该电池组具有多个通过容纳层叠有多个二次电池的层叠体而成的电池组件，能够减少用于检测容纳于构成电池组的各电池组件的各二次电池的电压的电压检测线的数量，该电池组包括：多个电池组件(10A、10B)，分别包括层叠有多个二次电池(30)的层叠体(20)、一对输出端子(60、70)以及用于检测二次电池的端子电压且具有一对输出端子的额定电流以上的额定电流的电压检测端子(80)；以及母线(930)，将该多个电池组件的电压检测端子彼此电连接起来。

Description

电池组及电池组的制造方法
技术领域
本发明涉及一种具有多个通过容纳层叠有多个二次电池的层叠体而成的电池组件的电池组及电池组的制造方法。
背景技术
作为通过将多个容纳多个二次电池而成的电池组件组合起来而成的电池组，日本特开2007-59088号公报公开了一种电池组，该电池组在容纳于构成电池组的各电池组件的各二次电池的极耳上连接电压检测线，借助该电压检测线检测各二次电池的电压，基于该检测出来的电压，对容纳于构成电池组的各电池组件的二次电池的充放电进行控制。
发明内容
发明要解决的问题
可是，在上述电池组中，由于在容纳于构成电池组的各电池组件的各二次电池的极耳上分别连接有电压检测线，因此电压检测线的数量变多，电压检测线的布线工作较为复杂。特别是在使用了扁平型的二次电池的电池组中，一般而言，由于构成电池组的二次电池的数量变多，因此电压检测线的数量变得更多，电压检测线的布线工作变得更为复杂。
本发明要解决的课题在于，提供一种电池组及这种电池组的制造方法，该电池组具有多个通过容纳层叠有多个二次电池的层叠体而成的电池组件，且能够减少用于检测容纳于构成电池组的各电池组件的各二次电池的电压的电压检测线的数量。
用于解决问题的方案
本发明的第1实施方式是一种电池组，其具有多个电池组件并且包括母线(busbar)，上述电池组件分别包括层叠有多个二次电池的层叠体、一对输出端子以及用作检测二次电池的端子电压且具有一对输出端子的额定电流以上的额定电流的电压检测端子，上述母线将该多个电池组件的电压检测端子彼此电连接起来。
此外，本发明的第2实施方式是一种电池组的制造方法，其用于制造具有多个电池组件的电池组，包括：将多个二次电池层叠的工序；通过将层叠起来的多个二次电池的极耳与电池组件的电路相对应地分别电连接于一对输出端子和用于检测二次电池的端子电压且具有一对输出端子的额定电流以上的额定电流的电压检测端子而获得电池单元的工序；通过将电池单元容纳于壳体而获得电池组件的工序；以及将多个电池组件层叠，并且利用母线将多个电池组件的电压检测端子彼此电连接起来的工序。
附图说明
图1是表示本发明的实施方式的电池组件的立体图。
图2是从极耳导出侧观察电池组件的电池单元(cell unit)而得的立体图。
图3是表示容纳于本发明的实施方式的电池组件的单电池的立体图。
图4是表示本发明的实施方式的电池组件的内部结构的分解立体图。
图5是表示构成电池组件的单电池的电连接结构的图。
图6是表示本发明的实施方式的电池组的立体图。
图7是表示本发明的实施方式的电池组在安装外部母线之前的状态的图。
图8是表示容纳于构成本发明的实施方式的电池组的电池组件的单电池的电连接结构的图。
图9是表示本发明的另一实施方式的电池组的俯视图。
具体实施方式
以下，参照附图，对应用了本发明的具体实施方式详细地进行说明。
如图1所示，本实施方式的电池组件10是组装后述的电池组90时的单位单元，电池组件10包括包含多个(在本例中为4个)单电池30在内的电池单元20(参照图2、图3)和将该电池单元20容纳于内部的壳体50。
如图2所示，电池单元20包括4个单电池30A～30D(第1单电池30A、第2单电池30B、第3单电池30C以及第4单电池30D)、安装于单电池30A～30D的两端的垫片(spacer)41～45(第1垫片41、第2垫片42、第3垫片43、第4垫片44以及第5垫片45)、外部输出正极端子60、外部输出负极端子70以及电压检测用端子80。
如图3所示，各单电池(cell)30例如为将发电元件容纳于外壳构件31的内部的、俯视时呈大致矩形形状的扁平型锂离子二次电池，该发电元件由隔着隔膜交替地层叠正极板和负极板的电极层叠体和电解质构成。另外，单电池30是单电池30A～30D的总称。
该单电池30的外壳构件31例如由在金属箔的两面上层叠有合成树脂层的层压薄膜等构成。该外壳构件31通过在容纳有发电元件的状态下热熔接该外壳构件31的四边而形成凸缘32，从而在将发电元件密封在内部的状态下容纳发电元件。
此外，构成上述的发电元件的正极板和负极板在外壳构件31内分别连接于从外壳构件31导出到外部的正极耳34和负极耳35，上述正极耳34和负极耳35两者都是从外壳构件31的长度方向一端侧的短边导出到外部的。在凸缘32的长度方向两端侧的短边上，分别形成有供后述的垫片的固定销插入的固定孔33。
在电池单元20中，4个单电池30A～30D形成为以各自的主表面彼此贴紧的方式层叠而成的层叠体，各极耳34、35沿与单电池30A～30D的层叠方向(Z方向)正交的方向且沿相同的方向延伸出来。如图2所示，在单电池30A～30D的导出有极耳34的一侧的端部，安装有5个垫片41～45。垫片41～45在层叠的状态下彼此卡定连结，并且在单电池30A～30D的层叠方向上具有规定的节距。
最下层的第1单电池30A的凸缘32位于第1垫片41与第2垫片42之间。此外，第2单电池30B的凸缘32位于第2垫片42与第3垫片43之间，第3单电池30C的凸缘32位于第3垫片43与第4垫片44之间。而且，第4单电池30D的凸缘32位于第4垫片44与第5垫片45之间。另外，虽然没有特别图示，但是在4个单电池30A～30D的没有导出极耳34、35的一侧的端部也安装有5个垫片。
而且，如图2所示，从第1垫片41～第5垫片45导出有作为电池组件10的输出端子的外部输出正极端子60和外部输出负极端子70、用于检测构成电池组件10的单电池30A～30D的电压的电压检测用端子80。
图4是表示容纳于电池组件10的单电池30的立体图。如图4所示，第1单电池30A的正极耳34和第2单电池30B的正极耳34利用超声波焊接等与同外部输出正极端子60电连接的内部母线61接合。另一方面，第1单电池30A的负极耳35和第2单电池30B的负极耳35同第3单电池30C的正极耳34和第4单电池30D的正极耳34一起利用超声波焊接等与同电压检测用端子80电连接的内部母线81接合，此外，第3单电池30C的负极耳35和第4单电池30D的负极耳35利用超声波焊接等与同外部输出负极端子70电连接的内部母线71接合。
外部输出正极端子60、外部输出负极端子70以及电压检测用端子80固定于安装在单电池30A～30D的端部(具体而言，为长度方向一端侧的凸缘32)的第1垫片41～第5垫片45，而且从各端子60、70、80输入的外力不会经由内部母线61、71、81传递至各电池的正极耳34和负极耳35。
通过如上述那样将单电池30A～30D的各极耳34、35经由内部母线61、71、81分别与外部输出正极端子60、外部输出负极端子70以及电压检测用端子80连接，如图5所示，这些单电池30A～30D形成了2并联2串联的连接结构。在本说明书中，L并联M串联(L、M为2以上的整数)是指将M个通过并联地连接L个单电池而成的区块(以下称为并联区块)串联地连接起来而成的电路结构。因而，本实施方式的2并联2串联是指将并联区块P1和并联区块P2串联地连接起来而成的电路结构，该并联区块P1通过并联地连接单电池30A和单电池30B而成，该并联区块P2通过并联地连接单电池30C和单电池30D而成。
如图5所示，电压检测用端子80是用于检测构成电池组件10的单电池30A～30D的电压的端子。具体而言，通过使用外部输出正极端子60和电压检测用端子80，测量这两个端子之间的电压，能够检测第1单电池30A和第2单电池30B的电压，此外，通过使用外部输出负极端子70和电压检测用端子80，测量这两个端子之间的电压，能够检测第3单电池30C和第4单电池30D的电压。
另外，作为外部输出正极端子60、外部输出负极端子70以及电压检测用端子80，优选由能够使与容纳于电池组件10的单电池30的电池容量相对应的电流流动的端子构成。特别是在本实施方式中，作为电压检测用端子80使用具有外部输出正极端子60和外部输出负极端子70的额定电流以上的额定电流的端子(或是作为能够允许流过的电流的最大值的最大容许电流大于或等于外部输出正极端子60和外部输出负极端子70的最大容许电流的端子)。在此，作为电压检测用端子80只要使用具有外部输出正极端子60和外部输出负极端子70的额定电流以上的额定电流的端子即可，但通过使用与外部输出正极端子60和外部输出负极端子70同样的端子(即，具有与外部输出正极端子60和外部输出负极端子70相同的额定电流的端子)，能够谋求简化电池组件10的制造工序。
第1垫片41是由合成树脂材料等电绝缘性优异的材料构成的大致板状构件。如图4所示，在该第1垫片41的上表面上形成有2个插入到第1单电池30A的凸缘32的固定孔33中的固定销411。此外，在该第1垫片41的两端形成有供螺母柱(sleeve)46(参照图2)插入的螺母柱插入孔412，在该螺母柱插入孔412的附近形成有向上方突出的卡合爪413。通过将该卡合爪413卡合于形成于第2垫片42的下表面上的卡合孔(未图示)，而将第1垫片41和第2垫片42连接起来。
此外，图2所示的第2垫片42～第4垫片44也由合成树脂材料等电绝缘性优异的材料构成，且与第1垫片41同样地分别形成有固定销、螺母柱插入孔以及卡合爪。通过将各垫片41～44的固定销插入到形成于各单电池30的长度方向两端部的凸缘32上的固定孔33中，限定了各单电池30A～30D的表面方向(X方向或Y方向)的位置。另一方面，第5垫片45也由合成树脂材料等电绝缘性优异的材料构成，但不形成固定销和卡合爪，而仅形成有螺母柱插入孔。另外，在图4中，对第2垫片42～第4垫片44未进行图示。
返回到图1，如上述那样构成的电池单元20容纳于图1所示的壳体50的内部。该壳体50是用于保护电池单元20的脆弱的单电池30A～30D的外壳，且具有呈上部开口的有底箱状的下壳体51和盖住下壳体51的开口的上壳体52。下壳体51和上壳体52通过将它们的缘部彼此卷紧而彼此固定。通过将电池单元20容纳于该壳体50而形成电池组件10，能够不用在意各单电池30A～30D的脆弱性地组装后述的电池组90。
如图1所示，在上壳体52上，在与电池单元20的螺母柱46对应的位置上形成有4个螺钉插入孔521。虽然没有特别图示，但在下壳体51上，也在与电池单元20的螺母柱46对应的位置上形成有4个螺钉插入孔。于是，通过在上壳体52的插入孔521、电池单元20的螺母柱46以及下壳体51的插入孔中插入螺钉，在壳体50内固定电池单元20的位置。
如图1所示，在下壳体51的长度方向一端侧的侧面上形成有3个切口511、512、513，从上述切口511、512、513分别导出外部输出正极端子60、外部输出负极端子70以及电压检测用端子80。
而且，在本实施方式中，如图6所示，通过将2个如上述那样构成的本实施方式的电池组件10组合起来，能够成为电池组90。图6是表示本实施方式的电池组90的立体图，图7是表示电池组90在安装外部母线910、920、930之前的状态的图。另外，在图6、图7中，构成电池组90的各电池组件分别为第1电池组件10A、第2电池组件10B。
如图6、图7所示，通过将第1电池组件10A和第2电池组件10B层叠而作为层叠体，并且利用各外部母线910、920、930将各电池组件10A、10B的外部输出正极端子60A、60B、外部输出负极端子70A、70B以及电压检测用端子80A、80B电连接起来，而构成本实施方式的电池组90。具体而言，利用外部母线910将各电池组件10A、10B的外部输出正极端子60A、60B彼此电连接起来，利用外部母线920将各电池组件10A、10B的外部输出负极端子70A、70B彼此电连接起来，此外，利用外部母线930将各电池组件10A、10B的电压检测用端子80A、80B彼此电连接起来。另外，各端子60A、60B、70A、70B、80A、80B和各外部母线910、920、930之间例如可以使用固定用螺钉并将固定用螺钉固定于形成于各端子60A、60B、70A、70B、80A、80B中的内螺纹部(未图示)，由此，通过使各端子60A、60B、70A、70B、80A、80B和各外部母线910、920、930贴紧，能够将上述端子与母线电连接起来。
另外，在本实施方式中，优选外部母线910、920、930成为能够允许与容纳于各电池组件10A、10B的单电池30的电池容量相对应的电流流过这样的材质和形状(特别是截面形状)，在本实施方式中，外部母线910、920、930采用了能够使外部输出正极端子60A、60B、外部输出负极端子70A、70B以及电压检测用端子80A、80B的额定电流(或是最大容许电流)以上的电流不产生发热等问题地流过的结构。具体而言，如图6所示，能够由板状的导电性构件构成外部母线910、920、930。
此外，如图6所示，在各外部母线910、920、930上分别连接有电压检测线911、921、931，这些电压检测线911、921、931连接于未图示的电压传感器。
在图8中，表示容纳于构成电池组90的电池组件10A、10B的单电池的电连接结构。另外，在图8中，用单电池30E～30H表示构成电池组件10A的各单电池，并用单电池30I～30L表示构成电池组件10B的各单电池。
如图8所示，构成电池组90的电池组件10A、10B通过利用外部母线910、920、930分别将外部输出正极端子60A、60B、外部输出负极端子70A、70B以及电压检测用端子80A、80B连接起来，而成为具有4并联2串联的电路结构的电池组90。本实施方式的4并联2串联是指将并联区块P1和并联区块P2串联地连接起来而成的电路结构，该并联区块P1通过并联地连接电池组件10A的单电池30E和单电池30F、电池组件10B的单电池30I和单电池30J而成，该并联区块P2通过并联地连接电池组件10A的单电池30G和单电池30H、电池组件10B的单电池30K和单电池30L而成。即，在电池组90中，并联地连接构成层叠体的一电池组件的并联区块和构成该层叠体的另一电池组件的并联区块。
于是，通过将连接于外部母线910的电压检测线911和连接于外部母线930的电压检测线931连接于电压传感器(未图示)，能够检测单电池30E、30F、30I、30J的电压。此外，同样地，通过将连接于外部母线920的电压检测线921和连接于外部母线930的电压检测线931连接于电压传感器(未图示)，能够检测单电池30G、30H、30K、30L的电压。
如上所述，在本实施方式中，使构成电池组90的电池组件10A、10B成为包括具有外部输出正极端子60A、60B和外部输出负极端子70A、70B的额定电流以上的额定电流的电压检测用的电压检测用端子80A、80B的结构，并且利用外部母线930将电池组件10A、10B的电压检测用端子80A、80B电连接起来。因此，根据本实施方式，能够将用于检测作为构成电池组90的电池组件10A、10B的构成要素的各单电池30E～30H、30I～30L的端子电压的电压检测线减少为电压检测线911、921、931这3根检测线(能够减少到最小限度的根数)，因此，能够简化电压检测线的布线工作。此外，由于能够减少电压检测线，因此能够减少控制基板侧的销的数量等，从而能够实现省成本化、省空间化。
另外，在本实施方式中，由具有外部输出正极端子60A、60B和外部输出负极端子70A、70B的额定电流以上的额定电流(或是外部输出正极端子60A、60B和外部输出负极端子70A、70B的最大容许电流以上的最大容许电流)的端子构成电压检测用端子80A、80B。因此，即使在构成电池组件10A、10B的各单电池30E～30H、30I～30L中的例如构成电池组件10A(或10B)的单电池发生故障，由此，导致在没有发生故障的单电池特别是构成另一电池组件10B(或10A)的单电池中流过的电流量增加的情况下，也能够有效地防止另一电池组件10B(或10A)的电压检测用端子80B(或80A)产生发热、破损等问题。特别是在构成电池组件10A、10B的单电池由于短路而发生故障的情况下，充入到发生了故障的单电池中的电力会向外释放，由此，会有比较大的电流瞬间流过，但即使在这种情况下，也能够有效地防止电压检测用端子80产生发热、破损等问题。
而且，在本实施方式中，以能够允许电压检测用端子80A、80B的额定电流(或是最大容许电流)以上的电流流动的方式构成将电压检测用端子80A、80B彼此电连接起来的外部母线930。因此，与上述同样地，即使在构成电池组件10A、10B的单电池发生故障的情况下，也能够有效地防止外部母线930产生发热、破损、断线等问题。
而且，根据本实施方式，通过使用固定用螺钉利用各外部母线910、920、930将外部输出正极端子60A、60B、外部输出负极端子70A、70B以及电压检测用端子80A、80B连接起来，由此，能够更加简单地进行上述各端子60A、60B、70A、70B、80A、80B彼此的电连接。
另外，在上述的实施方式中，单电池30相当于本发明的二次电池，外部输出正极端子60、60A、60B和外部输出负极端子70、70A、70B相当于本发明的输出端子，外部母线910、920、930相当于本发明的母线。
以上，对本发明的实施方式进行了说明，但上述实施方式只不过是为了易于理解本发明而记载的例示而已，本发明并不限定于上述实施方式。上述实施方式所公开的各要素和属于本发明的技术范围的所有的设计变更、等同物都落入本发明的范围内。
例如，在上述的实施方式中，例示了通过使用连接结构为2并联2串联的电池组件10并将2个该电池组件10组合起来而成的连接结构为4并联2串联的电池组90，但构成电池组的电池组件的连接结构和构成电池组的电池组件的数量并没有特别限定，能够适当地进行设定。即，例如，如图9所示，也可以通过采用具有12个电池组件10的结构，并利用各外部母线910a、920a、930a将上述12个电池组件10的各端子60、70、80彼此电连接起来，而成为24并联2串联的电池组90a。另外，如图9所示，在电池组90a中，在各外部母线910a、920a、930a上分别连接有电压检测线911a、921a、931a，这些电压检测线911a、921a、931a连接于未图示的电压传感器。
另外，例如，在上述的实施方式中，在将构成电池组件10的单电池30的串联数设为3以上的情况下，只要将电池组件10的电压检测用端子80的形成数设为与串联数相对应的数量即可，例如，在将串联数设为N(N为3以上的整数)的情况下，将电池组件10的电压检测用端子80的数量设为N-1个即可。此时，各电池组件10的连接结构为L并联N串联，在构成电池组的层叠体的电池组件的数量为K个(K为2以上的整数)的情况下，电池组成为K×L并联N串联的连接结构。
本申请是根据2009年8月28日申请的日本特许愿第2009-197734号来主张优先权的，这些申请的全部内容援引加入至本发明的说明书中。
产业上的可利用性
根据本发明，通过利用母线将多个电池组件的电压检测端子彼此电连接起来，能够减少用于检测容纳于构成电池组的各电池组件的各二次电池的电压的电压检测线的数量。
附图标记说明
10、10A、10B、电池组件；20、电池单元；30A～30D、单电池；34、正极耳；35、负极耳；50、壳体；60、60A、60B、外部输出用正极端子；61、内部母线；70、70A、70B、外部输出用负极端子；71、内部母线；80、80A、80B、电压检测用端子；81、内部母线；90、90a、电池组；910、920、930、外部母线；911、921、931、电压检测线。

Claims (5)

1.一种电池组，其特征在于，包括：
多个电池组件，分别包括层叠有多个二次电池的层叠体、一对输出端子以及用于检测上述二次电池的端子电压且具有上述一对输出端子的额定电流以上的额定电流的电压检测端子；以及
母线，将上述多个电池组件的上述电压检测端子彼此电连接起来。
2.根据权利要求1所述的电池组，其特征在于，
上述母线能够容许上述电压检测端子的额定电流以上的电流流过。
3.根据权利要求1或2所述的电池组，其特征在于，
上述母线由板状的导电性构件构成。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的电池组，其特征在于，
上述多个电池组件的各输出端子彼此利用与将上述电压检测端子彼此电连接起来的母线不同的母线分别电连接起来。
5.一种电池组的制造方法，其用于制造具有多个电池组件的电池组，其特征在于，包括：
将多个二次电池层叠的工序；
通过将上述层叠起来的多个二次电池的极耳与上述电池组件的电路相对应地分别电连接于一对输出端子和用于检测上述二次电池的端子电压且具有上述一对输出端子的额定电流以上的额定电流的电压检测端子而获得电池单元的工序；
通过将上述电池单元容纳于壳体而获得电池组件的工序；以及
将多个上述电池组件层叠，并且利用母线将上述多个电池组件的上述电压检测端子彼此电连接起来的工序。
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