CN104081560B - 新颖结构的电池组件 - Google Patents
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Abstract
本发明提供电池组件，其中可充电且可放电的电池胞彼此电连接。电池组件包括容量和规模彼此不同的至少两种电池分组。每个电池分组包括具有相同容量和规模的至少两个电池胞。每个电池分组内的至少两个电池胞彼此串联连接。并且在电池分组之间电池胞并联连接。
Description
技术领域
本发明涉及一种高功率、大容量的电池组件，并且特别涉及一种具有被彼此电连接的多个电池胞的电池组件，该电池胞是可充电的和可放电的，其中电池组件包括具有不同容量或规模的两种或者更多种电池分组，其中每个电池分组包括具有相同容量或规模的两个或者更多个电池胞，每个电池分组中的电池胞彼此串联连接，并且在电池分组之间电池胞被彼此并联连接。
背景技术
随着移动装置的日益发展，并且对这种移动装置的需求的增加，对作为能源的二次电池的需求也急剧增加。
取决于其中二次电池被使用的外部设备的种类，二次电池可以以单个电池的形式或者以具有被彼此电连接的多个单元胞的电池组件的形式使用。例如，通过一个电池的功率和容量能够在预定的时间段内操作诸如移动电话的小型装置。另一方面，包括多个电池的电池组件需要在诸如膝上型计算机、便携式数字多功能盘(DVD)播放器、小型个人计算机(PC)、电动车辆以及混合动力电动车辆的中型或大型装置中使用，这是因为对于中型或大型装置来说高功率和大容量是必需的。
在二次电池当中，锂二次电池被广泛地使用，这是因为锂二次电池具有高功率和大容量。
然而，各种类型的易燃材料被包含在锂二次电池中。结果，由于锂二次电池的过度充电、锂二次电池中的过电流或者被施加到锂二次电池的其它外部物理冲击，导致锂二次电池可被加热或者爆炸。这样，锂二次电池的安全性非常低。因此，有效地控制诸如锂二次电池的过度充电或者锂二次电池中的过电流的锂二次电池的异常状态的诸如正温度系数(PTC)元件和保护电路模块(PCM)的安全元件在其中该安全元件被连接到电池胞的状态下被装载在电池胞上。
如上所述，在每个小型装置中使用一个或者多个电池胞，而在诸如车辆的每个中型或大型装置中使用包括彼此电连接的多个电池胞的中型或大型电池模块，因为对于中型或大型装置来说高功率和大容量是必需的。电池模块的规模和重量与相对应的中型或大型装置的功率和电池模块安装空间直接相关。为此，制造商正在尝试制造小且轻质的电池模块。
通常，在其中单元胞被彼此串联或者并联地连接的状态下多个单元胞被安装在套管中，并且多个套管被彼此电连接以制造电池组件。
图1是典型地示出传统的高功率、大容量电池组件的单元胞之间的串联连接的视图。
参考图1，每个单元胞被配置成具有下述结构，即，阴极、阳极、以及隔板连同密封状态下的电解质一起被设置在壳体中并且阴极突片20和阳极突片30从壳体的上端和下端突出。在其中第一单元胞10被布置使得阴极突片20位于其上端的情况下，被布置为与第一单元胞10相邻的第二单元胞11被布置使得阴极突片21位于其下端处。在其中单元胞10和11的相对的电极彼此相邻的状态下单元胞10和11的相对的电极经由电极引线40被彼此电连接。第三单元胞12以与第一单元胞10和第二单元胞11之间的连接相同的方式被串联地连接到第二单元胞11。虽然在图1中未示出，包括如上所述的被彼此串联地连接的多个单元胞的图1的第一电池分组以与第一电池分组相同的方式被并联地连接到包括被连接的多个单元胞的第二电池分组。
在其中每个电池分组的第一单元胞10的阴极突片20被连接到阳极外部端子50并且每个电池分组的最后的单元胞15的阳极突片33被连接到阳极外部端子60的状态下如上所述的被彼此并联地连接的电池分组被安装在外壳70中。如在图1中所示，在单元胞10的长轴方向中形成电极突片20和30。根据情形，在单元胞10的短轴方向中可以形成电极突片20和30。
然而，在包括彼此电连接的多个单元胞10、11、12、13、14、以及15的电池组件中，单元胞10、11、12、13、14、以及15具有相同的规模或者容量。因此，考虑到电池组件被应用到的装置的设计为了减少电池组件的重量和厚度，有必要减少电池组件的容量。可替选地，可能有必要改变装置的设计使得装置的规模能够被减少。然而，在设计改变过程中，单元胞之间的电气连接是复杂的，因此其可能难以制造满足所期待的条件的电池组件。
因此，存在对于包括多个被连接的单元胞的高功率、大容量的电池组件的高度需求，其中基于电池组件被应用到的装置的形式能够构造电池组件，同时保持电池组件的容量。
发明内容
技术问题
因此，已经完成本发明以解决上述问题以及尚待解决的其它的技术问题。
作为要解决如上问题的各种广泛和深入的研究和试验的结果，本申请的发明人已经开发一种电池组件，通过以特定的方式电连接具有各种容量或规模的多个电池胞构造这种电池组件，其中基于电池组件被应用到的装置的设计，不同地构造电池组件。
技术方案
根据本发明的一个方面，通过提供一种电池组件能够完成以上和其它目的，该电池组件具有被彼此电连接的多个电池胞，该电池胞是可充电的和可放电的，其中电池组件包括具有不同容量或规模的两种或者更多种电池分组，其中每个电池分组包括具有相同容量或规模的两个或者更多个电池胞，每个电池分组中的电池胞被彼此串联连接，并且在电池分组之间电池胞彼此并联连接。
因此，在根据本发明的电池组件中，通过组合电池胞使得电池组件对应于电池组件被应用到的装置的设计形成电池组件的结构。因此，根据本发明的电池组件可以灵活地对应于电池组件被应用到的装置的各种形状同时提供高容量。另外，电池组件被彼此电连接使得如上所述的被定义的具体条件被满足。因此，能够根本地解决当使用各种电池胞构造电池组件时引起的电压平衡问题。
在优选的示例中，每个电池分组中的电池胞可以具有相同的电化学特性，并且在电池分组之间电池胞可以具有相同的电化学特性。
在另一优选的示例中，在电池分组之间电池胞可以根据其规模具有相同的能量密度和不同的容量。
在其中配置如上所述的电池胞的情况下，能够容易地制造电池胞同时使用各种电池胞制造电池组件，从而最小化电池组件的制造成本的增加。
如上所述，根据本发明的电池组件包括具有不同容量或者规模的两种或者更多种电池分组。例如，电池组件可以包括具有不同容量或者规模的三种电池分组。
组成每个电池分组的电池胞的设置没有被特别地限制。例如，具有不同电容或者规模的电池胞可以被设置为彼此相邻以形成堆。即，属于不同的电池分组的电池胞可以被设置为彼此相邻。在此布置结构中，能够容易地实现具有不同容量或者规模的电池胞之间的并联连接并且从而简化电池组件的电力布线。
在其中在如上所述的在电池分组之间电池胞被彼此并联地连接的结构中，能够实现电压平衡以及电池组件的容量的增加，从在下文中将会描述的试验中其是显然的。
另一方面，在其中在电池分组之间电池胞被彼此串联连接的结构或者其中每个电池分组之中的两个或者更多个电池胞被彼此并联连接的结构中，当使用不同于本发明的各种电池胞构造电池组件时难以实现在具有不同容量的电池胞之间的电压平衡或者电力布线是非常复杂的。
如前面所描述的，使用具有不同容量或者规模的电池胞构造根据本发明的电池组件，并且因此，能够将电池组件容易地安装在电池组件被应用到的装置中，不论装置的设计如何。特别当装置的整体厚度薄时根据本发明的电池组件可优选地应用。在这样的情况下，所有的电池胞可以被布置在相同的平面上。
在优选的示例中，可以利用与电池胞的容量或者规模相对应的电流量对电池分组充电。
优选地，使用恒流和恒压(CC-CV)充电方法对电池分组充电。
每个电池胞的结构没有被特别地限制。例如，每个电池胞可以是板状电池胞，其具有从其一侧或者相对侧突出的电极端子。
使用特定的构件可以实现电池胞之间的电连接。例如，电池胞的电极端子可以经由被布置在每个电池胞的一侧或者相对侧处的电路板被彼此电连接。
具体地，每个电池胞可以是具有从其一侧突出的电极端子的板状电池胞并且电池胞的电极端子可以经由被布置在电池胞的电极端子侧处的电路板被彼此电连接。
通过电路板的电路实现经由电路板在电池胞的电极端子之间的电连接。结果，电池组件具有非常简化的结构。特别地，当根据电池组件被应用到的装置的规格对于电池组件来说必须具有非常薄的结构时经由电路板的电池胞的电极端子之间的电连接是优选的。
可以使用各种电池胞。例如，每个电池胞可以是锂二次电池；然而，本发明不限于此。
根据本发明的另一方面，提供一种包括具有上述构造的电池组件作为电源的装置。
其中根据本发明的电池组件被使用的装置的优选示例可以是诸如膝上型计算机、笔记本计算机、平板个人计算机(PC)、或者智能板的移动装置。
考虑到对于电池寿命长和轻质、薄、短且小的设计的消费者需求移动装置要求具有容量规模比率大和厚度薄的电池组件。然而，对于其中安装电池组件的移动装置的内部空间来说难以具有特定的规模同时满足上述要求，例如，标准化的长方体形状。即，由于组成移动装置的组件的安装位置导致非常薄的移动装置具有其中能够安装电池组件的非常有限的空间，并且因此，可能难以标准化移动装置的电池组件安装空间。另一方面，在根据本发明的电池组件中，基于具有各种规模或者容量的电池分组的电池胞的排列的灵活性非常高，从而彻底地解决上述问题。
在本发明所属的领域中公知上述装置或者设备，并且因此，其详细描述将会被省略。
本发明的有益效果
根据上面的描述显然的是，通过组合多个电池胞使得电池胞对应于电池组件被应用到的装置的设计来构造根据本发明的电池组件。因此，能够解决电压平衡问题和电力布线问题同时保持高容量性能。
附图说明
结合附图并根据下面的详细描述，将会更加清楚地理解本发明的上述和其它目的、特点和其它优点，其中：
图1是示出具有被安装在其中的现有技术的六个单元胞的套管的透视图；
图2是示出其中根据本发明的实施例的电池分组被设置的状态的典型视图；
图3是示出其中电池分组被彼此并联地连接的状态的电路图，每个电池分组包括被彼此串联地连接的根据本发明的实施例的两个或者更多个电池胞；以及
图4是示出根据本发明的实施例的电压平衡的曲线图。
具体实施方式
现在，将会参考附图详细地描述本发明的优选实施例。然而，应注意的是，本发明的范围不受到图示实施例的限制。
图2是示出其中根据本发明的实施例的电池分组被设置的状态的典型视图。
参考图2，电池组件包括具有不同容量的三种电池分组574160L1、474160L1和614439L1。电池分组574160L1包括具有相同规模和容量的两个电池胞101a和101b，电池分组474160L1包括具有相同规模和容量的两个电池胞102a和102b，并且电池分组614439L1包括具有相同规模和容量的两个电池胞103a和103b。
各电池胞101a、101b、102a、102b、103a和103b具有相同电化学特性，即，相同的电极活性材料和电解质的电池胞，基于其规模决定其容量。另外，每个电池胞101a、101b、102a、102b、103a以及103b被配置成具有其中阴极和阳极端子从其上端突出的板状结构。在其中电池胞101a、102a以及103a彼此相邻的状态下属于不同的电池分组的电池胞101a、102a以及103a被布置在电池组件300的左侧处。以相同的方式，在其中电池胞101b、102b以及103b彼此相邻的状态下也属于不同的电池分组的电池胞101b、102b以及103b被布置在电池组件300的右侧处。电池胞101a、102a以及103a和电池胞101b、102b以及103b关于电池组件200的中间对称。电池胞101a、101b、102a、102b、103a以及103b通常被设置在相同的平面上。
因此，如在图2中所示，电池胞103a和103b的下端被布置为高于电池胞101a、101b、102a以及102b的下端。在此结构中，能够根据电池组件300被应用到的装置的内部结构提高设计的灵活性。
根据具体情况，电池胞102a和102b可以被布置在电池组300的相对侧处或者电池胞102a和102b可以被选择性布置在电池胞101a、101b、103a以及103b当中，不同于图2中示出的结构。
彼此相邻并且具有不同容量的左侧电池胞101a、102a和103a被彼此并联连接以形成堆(bank)。以相同的方式，彼此相邻并且具有不同容量的右侧电池胞101b、102b和103b被彼此并联连接以形成另一堆。堆被彼此串联连接。
通过被布置在电池胞101a、101b、102a、102b、103a和103b的电极端子侧处的电路板200实现电池胞101a、101b、102a、102b、103a和103b之间的这种电连接。
例如，电池分组474160L1的电池胞102a的阴极端子(+)经由电路板200被连接到电池分组574160L1的电池胞101a的阴极端子(+)。电池分组474160L1的电池胞102a的阳极端子(-)经由电路板200被连接到电池胞101a的阳极端子(-)。这样的连接被应用于电池分组614439L1。这样，电池分组574160L1、474160L1和614439L1被彼此并联连接。
图3是典型地示出其中电池分组被彼此并联连接的状态的电路图，电池分组中的每一个包括被彼此串联连接的根据本发明的实施例的两个或者更多个电池胞，并且图4是示出根据本发明的实施例的电压平衡的曲线图。
参考这些附图，多个电池胞(未示出)被彼此串联连接以形成至少一个电池分组并且具有上述构造的多个电池分组A、B和C被彼此并联连接以形成并行的分组Vbank1和Vbank2。每个电池分组的电池胞(未示出)的数目没有被特别地限制。另外，被安装在电池组件中的电池分组的数目没有被特别地限制。
一个电池分组的电池胞被并联连接到另一电池分组的电池胞，该另一个电池分组的电池胞的容量或规模不同于该一个电池分组的电池胞。因此，当以初始电流值i对电池分组充电时，在与安装在各电池分组中的电池胞的容量和规模相对应的电流值ia、ib以及ic流入各电池分组的状态下，使用恒流和恒压(CC-CV)充电方法对电池组件充电。因此，自然地实现电池分组当中的电压平衡。
在下面表1中指示包括具有不同容量或者规模的电池胞的各种的电池分组的被充电的电流量的试验值。
<表1>
| 项目 | 574160(A)-ic | 474160(B)-ib | 614439(C)-ia |
| 容量(Nor.) | 1930mAh | 1540mAh | 1206mAh |
| 电流(0.5C) | 930mA | 750mA | 610mA |
如从表1中能够看到的，相对大的电流值被应用到包括具有相对大的容量或规模的电池胞的电池分组。即，最大的电流值ic被应用到具有最大容量的电池分组574160L1，并且最小的电流值ia被应用到具有最小的容量的电池分组614439L1，从而实现电池组件的电压平衡。
具体地，在下面表2中指出示出根据本发明的实施例的自动电压平衡测量结果的曲线图的试验数据。
<表2>
| 614439L1 | 474160L1 | 574160L1 | 电流 | Vbank1 | Vbank2 | 时间 | 电压 | RSOC | |
| 1 | 3653.6 | 3655.9 | 447 | 7313 | 0 | ||||
| 2 | 0 | ||||||||
| - | - | - | - | - | - | - | - | - | - |
| 24 | 3653.2 | 3655.9 | 470 | 7502 | 0 | ||||
| - | - | - | - | - | - | - | - | - | - |
| 59 | 3653.4 | 3656.5 | 504 | 7587 | 1 | ||||
| - | - | - | - | - | - | - | - | - | - |
| 470 | 430 | 460 | 580 | 1470 | 3739.9 | 3743.5 | 916 | 7699 | 6 |
| 471 | 670 | 720 | 910 | 2300 | 3739.9 | 3743.5 | 917 | 7699 | 6 |
| - | - | - | - | - | - | - | - | - | - |
| 4399 | 600 | 760 | 930 | 2290 | 4000.9 | 4005.6 | 4845 | 8081 | 62 |
| - | - | - | - | - | - | - | - | - | - |
| 12005 | 20 | 40 | 60 | 120 | 4182 | 4183.8 | 12447 | 100 | |
| - | - | - | - | - | - | - | - | - | - |
| 12238 | 20 | 40 | 50 | 110 | 4182.9 | 4184.8 | 444 | ||
| - | - | - | - | - | - | - | - | - | - |
| 12601 | 444 |
从上面的表2中能够看到，使用以与电池分组574160L1、474160L1和614439L1的规模相对应的预定电流值最初地对电池组件574160L1、474160L1以及614439L1充电并且逐渐地减少电流值使得与被彼此并联连接的电池分组574160L1、474160L1以及614439L1的容量或者规模相对应的充电电流被应用到电池分组574160L1、474160L1以及614439L1的CC-CV充电方法对各电池分组574160L1、474160L1以及614439L1充电。结果，在并行的分组Vbank1和Vbank2之间的电压平衡被保持并且通过相对充电状态(RSOC)确认每个电池胞的完全充电的状态。
在本发明属于的领域中公知CC-CV充电方法，并且因此，其详细描述将会被省略。
尽管为了说明性目的已经公开了本发明的示例性实施例，但本领域的技术人员将会认识到，在不脱离如本发明的所附权利要求书中公开的精神和范围的情况下，各种修改、添加和替代是可能的。
Claims (12)
1.一种电池组件，所述电池组件具有彼此电连接的多个电池胞，所述电池胞是可充电的和可放电的，其中，所述电池组件包括具有不同容量或规模的两种或者更多种电池分组，其中，每个所述电池分组包括具有相同的容量或规模的两个或者更多个电池胞，每个所述电池分组之中的电池胞彼此串联连接，并且在所述电池分组之间电池胞彼此并联连接，
其中，每个所述电池胞是板状电池胞，所述板状电池胞具有从其一侧突出的电极端子，并且所述电池胞的电极端子经由布置在所述电池胞的电极端子侧的电路板彼此电连接。
2.根据权利要求1所述的电池组件，其中，每个所述电池分组之中的电池胞具有相同的电化学特性，并且在所述电池分组之间电池胞具有相同的电化学特性。
3.根据权利要求1所述的电池组件，其中，在所述电池分组之间电池胞根据其规模具有相同的能量密度和不同的容量。
4.根据权利要求1所述的电池组件，其中，所述电池组件包括具有不同容量或规模的三种电池分组。
5.根据权利要求1所述的电池组件，其中，具有不同容量或规模的电池胞被布置为彼此相邻以形成堆。
6.根据权利要求1所述的电池组件，其中，所有的所述电池胞被布置在相同的平面上。
7.根据权利要求1所述的电池组件，其中，在所述电池分组之间电池胞彼此并联连接以实现电压平衡。
8.根据权利要求1所述的电池组件，其中，利用与所述电池胞的容量或规模相对应的电流量对所述电池分组充电。
9.根据权利要求8所述的电池组件，其中，使用恒流和恒压充电方法对所述电池分组充电。
10.根据权利要求1所述的电池组件，其中，每个所述电池胞是锂二次电池。
11.一种装置，所述装置包括作为电源的根据权利要求1至10中的任意一项所述的电池组件。
12.根据权利要求11所述的装置，其中，所述装置是膝上型计算机、笔记本计算机、平板个人计算机或者智能板。
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