CN1641905A - 电池组 - Google Patents

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Abstract

提供一种易于组装且可靠性高的电池组。在电池组(1)由上壳体(3)和下壳体(4)构成的情况中，容纳有多个盒形电池(5)和一分隔件(2)。该分隔件(2)支承呈堆叠方式的电池以使该电池相互间隔开，且其具有用于使并联电连接的电池(5b)与电池(5c)之间绝缘的绝缘件。该分隔件还设有电池(5)、正电极(6)、负电极(7)、中间接头片(8)和用于对准上壳体(3)和下壳体的引导件。

Description

电池组
相关申请的交叉引用
本文件基于2004年1月15日向日本专利局提交的日本优先权文件JP2004-007470，在此引入该文件的全部内容以供参考。
发明领域
本发明涉及一种电池组，尤其涉及一种其内以堆叠方式容纳有多个电池的电池组，每个电池都通过把电极堆和电解液容纳在盒形外壳内构成。
背景技术
在近来的电子设备小型化趋势中，用于电子设备的各种电池也正在变小且具有各种形状。其中，盒形锂离子电池广泛用于移动电话、笔记本式个人计算机等，因为其能增大能量密度。
适于广范围电子设备的电池容量和电压可通过把多个盒形锂离子电池堆叠在电池组内来实现。并联由此堆叠的多个电池还可以增大该电池组的电池容量。串联由此堆叠的多个电池还可以增大该电池组的输出电压。
在这种电池组中，已经采用一种分隔件例如绝缘带来实现由此呈堆叠方式设置的电池之间的绝缘。例如，已经通过绕盒形电池外壳的外缘部粘接绝缘带以提供间距来实现相邻电池之间的绝缘。
然而，盒形电池的电池外壳的强度同圆柱形电池相比较小，于是此具有大能量密度的盒形电池例如锂离子电池就出现了电池外壳随着该电池的内压增大而膨胀的缺陷，从而降低了耐用性和可靠性。
为克服该缺陷，以下专利文件1公开了这样一种封装电池，其中，利用一种具有侧板膨胀吸收间隙的垫片支承该电池(专利文件1：日本专利申请公开文献No.2519576)。
因为位于堆叠电池的电池外壳之间的垫片提供了侧板膨胀吸收间隙，即便盒形电池外壳的侧板导致桶形膨胀，该封装电池装置也可把膨胀部吸入该侧板膨胀吸收间隙内。
发明概述
然而，上述传统电池组具有以下缺陷。即，传统堆叠式电池组采用绝缘带、垫片或其类似物作为用于绝缘的分隔件，这不希望地使构造复杂，并使组装困难。
另一缺陷是设在电池之间的分隔件主要用于提供电池之间的间隙或者引导该电池，于是装载该电池之后的电池组的强度取决于各个部件例如绝缘带和垫片的强度。又一缺陷是传统电池组未构造用以支承整个电池组件，这导致结构强度弱。
再一缺陷是传统分隔件没有用于对准电池、基片及端子的引导件，于是必须利用某些工具调节定位准确性。
因此，本发明提供了一种易于组装且可靠性高的电池组。
本发明的一个方面是提供一种具有容纳在壳体内的多个盒形电池电池组，其包括：支承呈堆叠方式的多个盒形电池以使该多个盒形电池相互隔开的分隔件，以及使并联电连接的电池之间绝缘的绝缘件至少设置在该分隔件上。
在本发明中，仅通过采用该支承呈堆叠方式的多个盒形电池以使它们相互隔开的分隔件，能够精确地、刚性地且可靠地支承电池，同时使该电池相互绝缘。电池组易于组装。因为该使并联的电池之间绝缘的绝缘件至少提供给分隔件，还能够更可靠地绝缘具有不同电位的电池。因此，依照本发明，可以理想地制作设在其内电池之间的布线，以及提供一种强度高且内部组件的定位准确性高的高可靠性电池组。
如果分隔件被构造为支承电池的外缘部，以及被构造为在其与电池的接触面的中央部内提供孔或者被构成为在其与电池的接触面的中央部处变薄，即便该电池膨胀，也可解除该电池的加压。这可进一步增强可靠性。
给分隔件提供用于电池的对准机构可进一步地方便组装以及增强该电池的定位准确性。给分隔件提供供电连接电池的接头片使用的对准机构可进一步地方便组装以及增强该电池的定位准确性。给分隔件提供供其上安装有保护电路的电路板使用的对准机构可进一步地方便组装以及增强该电池的定位准确性。给分隔件提供用于壳体的对准机构以使该分隔件支承该壳体的内侧，可进一步地方便组装以及提高强度。
附图的简要说明
图1是依照本发明一个实施例的电池组的示范性构造的示意图；
图2是一种分隔件的放大示意图；
图3是一种装载有电池的分隔件的示意性剖视图；以及
图4是说明接头片的对准的示意图。
优选实施例的详细说明
以下段落将参照附图描述本发明的实施例。图1表示依照本发明一个实施例的电池组的示范性构造。参考数字1指示一种用作摄像机一类电子设备的驱动用能源的电池组。应注意的是，图1是电池组1的分解图，其中，各个部件按照双点划线所示的方向组合。
这样构造电池组1，使一种分隔件2容纳在一种由上壳体3和下壳体4组成的壳体内。上壳体3是构成该壳体上部的部件，以及下壳体4是构成该壳体下部的部件。上壳体3和下壳体4通过焊接或者使用粘合剂而相互连结，以致密地密封该壳体的内部。这样构造分隔件2，使其支承多个电池5(图中表示了四个电池5a至5d)以使该多个电池5相互间隔开。
上壳体3、下壳体4和分隔件2由一种较坚韧的材料例如塑料制成。上壳体3、下壳体4和分隔件2优选由一种具有轻质量和绝缘性能的材料制成。选择轻质量材料，使得可以增强电池组和使用该电池组1的电子设备的轻便性。选择绝缘材料，使得可以避免起因于电池组1的电连接故障，例如构成该电池组1的各个部件或者电子设备的短路。分隔件2将在随后描述。
电池5是盒形锂离子二次电池。更具体的，每个电池5都是一种单元电池，这样构成该单元电池使得电极堆和电解液容纳在一种盒形外壳内，该电极堆具有堆叠在其内的正电极和负电极且一种分离器置于该正电极与负电极之间。每个电池5都具有作为阳端子的正电极销。每个电池5的盒形外壳都由一种导电材料例如锂、锂合金、铝(Al)和铝合金制成，且用作一种可与负电极电连接的阳极。
电池5a至5d被单独地插入并接合在由分隔件2提供的抽屉状间隔内，以安装该电池5a至5d。电池5a和电池5b按照使其左手侧作为阳电极以及其右手侧作为阴电极的方向插入并接合在分隔件2内。电池5c和电池5d按照使其左手侧作为阴电极以及其右手侧作为阳电极的方向插入并接合在分隔件2内。这便于下述电池5之间的电连接。
在电池组1内，电池5的并联连接可以增大电池容量，以及电池5的串联可以增大输出电压。在电池组1内，安装在分隔件2内的电池5a和电池5b并联，以及安装在分隔件2内的电池5c和电池5d并联。电池5a和5b与电池5c和5d串联连接。
电池5之间的电连接经由正电极接头片6、负电极接头片7和中间接头片8来实现。正电极接头片6、负电极接头片7和中间接头片8都是由金属或其类似物制成的导电元件。正电极接头片6提供用于使电池5a的阳电极与电池5b的阳电极之间电连接，负电极接头片7提供用于使电池5c的阴电极与电池5d的阴电极之间电连接，以及中间接头片8提供用于使电池5a的阴电极与电池5d的阳电极之间电连接。
电池5a至5d的阴电极分别提供有保护元件11a至11d，各个电池的阴电极侧上的电连接分别经由这些保护元件11a至11d建立。这些电池5a至5d、正电极接头片6、负电极接头片7、中间接头片8以及保护元件11a至11d之间的电连接经由焊接例如软焊或者经由采用粘合剂粘接来建立。
保护元件11a至11d是一旦检测到异常就可断开电连接的元件，例如正温度系数(PTC)热敏电阻器、温度熔丝和恒温器。
正温度系数(PTC)热敏电阻器由导体例如石墨和金属粉末与树脂的混合物组成，且在加热至高温时由于该树脂的膨胀和该导体的粘结密度的伴随降低而导致其电阻值增大。
温度熔丝由一种低熔点金属棒制成，其中，该低熔点金属在加热至高温时熔化。该低熔点金属具有粘接在其外围部分上的助熔剂。
恒温器由一种包括两种相互结合金属的双金属以及一种具有弹性的金属板构成，其中，一种开关触点提供给双金属和金属板中的每个。双金属和金属板之一能上下移动，而另一个固定。某些类型的恒温器仅在双金属和金属板之一上具有开关触点。通常，设在双金属上的开关触点与设在金属板上的开关触点保持在接触状态，一旦加热至到达一预定温度，双金属就移动以朝向相反方向弯曲，从而打开该开关触点。当温度再次返回至正常状态时，就恢复双金属和金属板的各自开关触点的接触状态。
密封件12a至12d通常由一种其一面具有粘性的绝缘带制成，且附加到电池5上以进行绝缘。密封件12a是一种使电池5a与连接到中间接头片8上的保护元件11a的侧面绝缘的部件，以及密封件12b是一种使电池5b与连接到中间接头片8上的保护元件11b的侧面绝缘的部件。密封件12c是一种使电池5c与连接到负电极接头片7上的保护元件11c的侧面绝缘的部件，以及密封件12d是一种使电池5d与连接到负电极接头片7上的保护元件11d的侧面绝缘的部件。
绝缘板13a是一种具有绝缘性能且相对于外部保护该保护元件11a和11b的部件，其设在保护元件11a和11b的外表面上以防止保护元件11a，11b和电池5a，5b与其它部件或连接部之间连接而导致短路。绝缘板13b是一种具有绝缘性能且相对于外部保护该保护元件11c和11d的部件，其设在保护元件11c和11d的外表面上以防止保护元件11c，11d和电池5c，5d与其它部件或连接部之间连接而导致短路。
电路板9是构成一种保护电路的印刷电路板，该保护电路具有确保电池组1安全充电和放电的功能，例如过量充电保护、过量放电保护以及过电流保护。端子元件10是一种构成与电子设备或者充电器连接的电池组1的阳端子和阴端子的元件。正电极接头片6和负电极接头片7分别经由电路板9上的电路与端子元件10的阳端子和阴端子电连接。正电极接头片6和负电极接头片7中每个与电路板9的电连接以及端子元件10的阳端子和阴端子中每个与电路板9的电连接通常经由焊接来建立。
电路板9和端子元件10通常经由螺钉紧固而固定到分隔件2上。分隔件2提供有供设在其上的电路板9和端子元件10使用的对准机构。例如，给分隔件2提供一种凸出部，给电路板9和端子元件10提供一种与该凸出部啮合的凹进部，能够对准该电路板9。
分隔件2上设有一种用于下壳体4的对准机构。更具体的，下壳体4内侧的底部具有一种可与组装了电路板9和端子元件10的分隔件2的底部啮合的不规则形状，以允许分隔件2、电路板9和端子元件10按照一种稳定方式与下壳体4啮合。通常还允许经由螺钉紧固来固定分隔件2和下壳体4。这样安装端子元件10，使其端子部暴露在电池组1的外表面上。端子元件10和下壳体4通常经由焊接或者经由采用粘合剂粘接而致密地密封，以避免其间具有任何间隙。
图2是分隔件2的放大图，以及图3是其内安装了电池5的分隔件2的剖视图，该图3取自与电池5的插入方向相垂直的方向。分隔件2被构造为具有盒形以按照堆叠方式容纳电池5a至5d。分隔件2的一个侧面被构造为没有侧壁以允许插入电池5。尽管未表示，但还允许提供类似于任何其它侧壁的侧壁，以在插入电池5之后装上盖子。这进一步增强了电池5的稳定性。
分隔件2的内侧壁上具有与电池5的厚度相对应的凸出部21以允许插入电池5，其中，通过正如抽屉一样推进电池5来沿着凸出构造21插入并接合电池5。凸出构造21可保持电池5隔开预定间距。分隔件2构造用以支承沿着内表面和凸出部21插入的电池5的周缘部。这里，设在分隔件2的整个内周界上的凸出部21也可局部提供。局部提供有助于减轻质量。凸出部21通常经由与分隔件2一体模塑形成，这使得可以增大其在电池5容纳于其内状态下的强度。
突起22是保持电池5于其间的凸起。为了便于平滑地插入和取出电池5，突起22通常设在分隔件2的底内壁和顶内壁上以及凸出部21的上下部上。只要电池5可稳定地保持于其间，突起22的形状不限于图2和图3所示的那些。例如，还允许在电池5的上下四角处提供突起。借助于突起22，电池5可以以无间隙且稳定的方式安装在分隔件2内。
一绝缘件23设在并联的电池5b与电池5c之间。绝缘件23由一种具有绝缘性能的材料制成。这可以使堆叠在分隔件2内的电池5的不同电位之间完全绝缘。即，使得可以避免电池5之间短路。提供绝缘件23还可以增大分隔件2的强度。还允许在其它电池5例如每个相邻电池5之间设置绝缘件23。这使得能够可靠地绝缘设在绝缘件23两侧上的电池5。如图2和3所示设在凸出部21的内侧上的绝缘件23也可由凸出部21本身构成。这允许与分隔件2一体模塑，并能进一步增大强度。
顺便提及的是，高能量密度的盒形电池例如锂电池会由于该电池的内压增大而引起该电池外壳的侧面膨胀。分隔件2具有一种可释放由膨胀所导致的加压的结构。
插入分隔件2内的多个电池5相隔凸出部21的厚度。即便电池5膨胀，此间距也能成功地保护单个部件使之免受由膨胀引起的加压。因此，凸出部21的厚度应依据电池5的可能膨胀度而适当设计。
分隔件2的与电池5侧面接触的表面上还设有用于释放加压的孔，以避免由电池5膨胀导致的加压。例如，孔24、孔25、孔26以及孔27设在用于安装电池5a的部分处。应注意的是，图2的一侧敞开作为插槽且没有侧壁，因此分离件2不会由于电池5膨胀而受压。还应注意的是，底面与电池5b隔开由凸出部21确保的间距，这样分隔件2就不会由于电池5膨胀而受压。类似于电池5a的情况，在与电池5b至5d的侧面接触的表面上同样提供有用于释放加压的孔。经由这些孔释放由电池5膨胀导致的加压还可以获得散热效果。只要分隔件2的侧壁的厚度能够吸收电池5的膨胀，还允许自外部把盖子放置到该分隔件2的这些孔的全部或部分上。
由于绝缘件23设在电池5b与电池5c之间，因此经由孔来避免受压的构造不能用在该电池5b与电池5c之间。因而如图3所示，绝缘件23被构造为朝向其中央部变薄以不会由于电池5的膨胀而受压。这成功地使释放由电池膨胀导致的加压与建立电池5之间的可靠绝缘相互协调。通过用与电池5接触的凸出部21支承该电池5的周缘部，同时通过使绝缘件的中央部变薄保持该电池5相互隔开一预定间距以预防该电池5的膨胀，来确保结构体的强度。
分隔件2还设有另一对准机构。电池5借助于分隔件2的内壁与凸出部21的分隔而对准。所插入的电池5按照由突起22稳定的方式容纳在分隔件2内。
引导件28和29具有用于对准负电极接头片7的凸出部。图4是引导件28和29的外围部的放大图。引导件28和29具有一种可与提供给负电极接头片7的凹进30和31啮合的凸出部，且这样提供该引导件28和29，使得所述啮合可把该负电极接头片7安置到一预定位置，从而对准该负电极接头片7。通常，引导件28和29通过利用与负电极接头片7连接的分隔件2的侧壁形成。分隔件2不仅与负电极接头片7连接，还以类似方式与用于正电极接头片6和中间接头片8的对准机构连接。这里优选通过给分隔件2的侧壁提供凹进以对应于接头片的形状来对准这些接头片，并把它们构造成使分隔件2与插入其内的接头片的外壁面之间无电平差。在图4所示的示范性例子中，负电极接头片7借助于分隔件2的凹进部32固定到一预定位置，以对准该负电极接头片7的侧面。
类似于接头片的对准，分隔件2还提供有与构成电池组1的其它部件例如保护元件11a至11d以及绝缘板13a和13b的形状相匹配的对准机构例如凹进，从而增强单个部件的组装强度并便于组装操作。
图2所示引导件33和34具有一种用于对准上壳体3的凸出部。引导件33和34具有一种可与提供给上壳体3的内表面的凹进啮合的凸出部，且提供为可以对准上壳体3。通常，引导件33和34通过利用与上壳体3接触的分隔件2的侧壁形成。与上壳体3接触的引导件33和34的凸出部成功地阻止该壳体与分隔件2之间摇摆不定。
如上所述，分隔件2不仅提供有用于上壳体3的对准机构，还提供有用于下壳体4的对准机构。因而，分隔件2提供有用于壳体的对准机构。电池组被构造为使壳体的内侧受分隔件2支承，这有助于增大该电池组1的强度。更特别的，通过在分隔件2与壳体接触的部分处给该分隔件2提供对准机构例如凸出部来增大电池组1的强度，于是当这些壳体安装到分隔件2上时，该对准机构就被压在上壳体3与下壳体4之间。
如上所述，由于绝缘件23设在具有不同极性的电池5之间(电池5b与电池5c之间)，依照本发明一个实施例的电池组1能成功地防止电池5的短路。绝缘件23提供为分隔件2的一部分就不需要额外绝缘部件。
由于以堆叠方式插入并接合的电池5a至5d的外缘部借助于分隔件2的内壁和凸出部21无摇摆地支承，可按照飘浮方式堆叠各个电池5而不需要采用绝缘带或其类似物，并可增大结构体的强度。
由于分隔件2提供有应付电池5膨胀且作为盒形电池膨胀的清除构造的孔例如孔24至27，以及由于绝缘件23朝向其中央部变薄，即便在电池5膨胀时，也能成功地防止电池组1的外观发生变形。即便电池5膨胀，分隔件2也不会受压，这增强了电池组1的安全性和可靠性。绝缘件23有助于增大分隔件2的强度。
由于主要部件例如电池5、接头片、电路板9和壳体都经由分隔件2对准，该电池组有利于各个部件的准确定位且易于组装。同时，结构体的强度增大。分隔件2可与上壳体3和下壳体4无摇摆地组装到一起，这增大了对下落等的冲击强度，即对外加荷载的强度。
本发明决不限于本发明的上述实施例，而是允许多种变化和应用且不脱离本发明的实质。例如，盒形电池5并不限于上述一个实施例中举例的锂离子电池，而是可以为具有堆叠面的锂聚合物电池、镍氢(Ni-MH)电池、镍镉(Ni-Cd)电池和锂金属电池等。
容纳在电池组内的电池5的数量不限于四个(电池5a至5d)，而是可以为对应于电池5数量的一个或多个，通常为两个、三个和六个，只要依据该电池的数量构造分隔件2。在上述实施例的电池组1内，也可以采用四个或更少电池5。电池5的连接方式不限于2P2S(两并联两串联)，而是可以为任何其它组合例如全串联、全并联、三个并联一个串联以及一个并联三个串联。电池5不仅可通过垂直堆叠构成，也可通过横向堆叠、垂直堆叠与横向堆叠的组合以及多向堆叠构成。
上述电池组1具有设在分隔件2的侧壁上的孔以应付电池5的膨胀，但也可将与该电池5的侧面接触的表面构造为朝向中央部变薄来代替设置所述孔。

Claims (7)

1.一种电池组，其具有容纳在壳体内的多个盒形电池，包括：
分隔件，其支承呈堆叠方式的所述多个盒形电池，所述多个盒形电池相互间隔开；其中，
使并联电连接的所述电池之间绝缘的绝缘件至少设置在所述分隔件上。
2.根据权利要求1所述电池组，其特征在于：
所述分隔件构造用于在所述电池的外缘部处支承所述电池，且该分隔件在其与所述电池的侧面接触的表面内具有孔。
3.根据权利要求1所述电池组，其特征在于：
所述分隔件构造用于在所述电池的外缘部处支承所述电池，且该分隔件具有一与所述电池的侧面接触的表面，该表面朝向其中央部变薄。
4.根据权利要求1所述电池组，其特征在于：
所述分隔件具有用于所述电池的对准机构。
5.根据权利要求1所述电池组，其特征在于：
所述分隔件具有用于接头片的对准机构，所述接头片用于电连接所述电池。
6.根据权利要求1所述电池组，还包括安装有保护电路的电路板；其中，
所述分隔件具有用于所述电路板的对准机构。
7.根据权利要求1所述电池组，其中，
所述分隔件具有用于所述壳体的对准机构，且该分隔件构造用于支承所述壳体的内侧。
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