CN1725541A - 电池组 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种电池组，于一组供电总线之间以并联方式连接多数条串接分支，各串接分支则是以多个电池串联连接组成，于两相邻的串接分支之间，连接有多个导电体，使得一串接分支上的电池与另一串接分支上的电池构成并联状态；以前述方式构成的串并联混合连接成网状式矩阵排列组合，兼具串联及并联优点，且不须使用高电流负荷能力的导电体，故得以降低电池组的整体重量及成本，并提高生产和使用效率。

Description

电池组

技术领域

本发明涉及一种电池组，尤指一种适用于需要大电流充放电(例如电动车辆)的电力来源的电池组。

背景技术

利用电力作为能量来源的车辆系统早已开发多年，而其供电装置可由组合多个蓄电池或是使用单一大型电池提供电力给车辆，前述两种方式均存在相当大的缺点。以前者为例，若电池组是以多个蓄电池连接而成，仅仅单个蓄电池即具有相当重量，而占据体积更是不可忽略，如此为数众多的蓄电池所构成的电池组，若是应用于电动车辆系统，其庞大的体积及重量对车辆而言反而造成一极大的负担。

若是以单颗高容量的特殊电池作为供电装置，其制造技术本身即比一般电池更为复杂，然而更重要的是，此类电池随着其体积的加大(端面直径变大)，发生爆炸的机率也随之提高，其危险及伤害不容轻视。

为克服前述两种方式的缺点，电池组可由多个小型电池集合连接构成，请参阅图11所示，若是将电池采用串联的连接方式，首先将多个电池61先以串联连接而构成多条的串接分支62，这些串接分支62则是再并联于两端供电总线63、64之间，以供电总线63、64接出正、负极性的电源以供应予负载。显而易见的是，这种型态的连接方式不允许单一条串接分支62中的任一单颗电池61有故障状况发生，一旦任一单颗电池61故障，则该串接分支62完全中断供电，纵使该串接分支62的其余电池61仍是正常状态也无法发挥作用，使得容量及效率大幅降低；此外，其余正常的串接分支62将平均分担该失效串接分支62的原供电能量，造成各个单颗电池61的供电负荷加大，电池61及电池组寿命也因此而缩短。

请参阅图12所示，若为并联方式的连接，是将多个电池71首先以导电体73并联连接其正、负两端以构成多排并接分支72，各排并接分支72彼此间再以串联方式连接而形成一电池组。

请参阅图13所示，为了达到图12所示的并联架构，为满足车用电池高电流量的要求，必须使用到极粗的导电体73并联连接一整排的各单颗电池71构成一并接分支72，以承受极大电流，且于各并接分支72的电池71的正、负两极皆必须由该种极粗导电电体73加以并联连接，根据图面电池71所标示的极性，两相邻并接分支72的电池极性排列方式恰为相反，因此连接正负极的两相邻导电体73还必须再互相以该种极粗导电体73串联连接。

前述并联架构确实可克服串联架构的缺点，即使某一颗电池71发生故障，同一并接分支72的其余单颗电池71仍可正常提供电力给负戴，然而这种架构却衍生出其它问题，首先，因为是使用并联方式连接，所使用的导电体73必须承受相当高的电流负荷，假设该电池组可提供N安培的电流予负载，则各导电体73便必须采用不低于N安培承戴能力的粗导电体，如此众多的粗导电体将使整体电池组的重量大幅增加，不利电池组的应用。

此外，众多单颗电池71并联是采用点焊方式进行，在如此粗导电体状况下，焊接作业相当困难，其可靠度势必随之下降，则电池组的生产及使用优良率委实令人堪忧，此种方式明显不可行。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种电池组，该电池组采用多个小直径二次电池以串并联混合连接成网状式矩阵排列组合状态，使电池组保有串、并联的连接优点，并使得电池组在实际应用时具有较高的功率与可靠及安全性，而且电池组不需使用高负荷能力的粗导电体，也有助于减轻整体重量。

本发明的电池组包含有：

一组供电总线，于该组供电总线之间并联连接有多条串接分支，各串接分支以多个电池串联连接组成；

多个导电体，连接两相邻串接分支，令一条串接分支上与另条一串接分支上的两相邻各单颗电池间构成并联状态。

前述多个导电体是利用一导电片构成，各导电片可以是自一导片本体的两侧延伸出多个片状接点，以该多个片状接点将电池加以连接。

前述电池组是置于一盒体内部并以一盖板加以盖合，其中盒体的侧壁上形成有多个斜向开孔。

前述构成电池组的各单颗电池规格，是指该单颗电池其中心点距离壳体外缘的最短距离介于0.5cm～3.5cm，而整体电池组是至少以4×4的单颗电池数目矩阵排列构成。

前述构成电池组的各单颗电池可为二次电池，例如锂离子电池、锂高分子电池、镍氢电池或氢氧燃料电池。

前述供电总线是利用两导电片构成，各导电片是自一导片本体的一侧延伸出多个片状接点，以该多个片状接点将电池加以连接。

由上述串并联混合连接成网状式矩阵排列组合的架构，即使其中有一颗电池发生故障，其余电池仍然可以正常运作，此外，因为电池组的电流主要是平均流过各个串接分支，实际上流过导电体的电流极为微小，而不必使用粗导体，因此能有效降低整体电池组的重量。

附图说明

图1为本发明电池组的电池连接方式电路示意图。

图2为本发明电池组的实际结构分解图。

图3为本发明电池组的外观图。

图4为本发明电池组连接后的立体图。

图5为图4的底部立体图。

图6为本发明电池组导电片的立体图。

图7为本发明导电片的端视图。

图8为本发明另一实施例的立体图。

图9为图8的仰视图。

图10为本发明又一实施例的立体图。

图11为一已知电池组采串联连接方式的电路示意图。

图12为一已知电池组采并联连接方式的电路示意图。

图13为上述图12电池组采并联连接方式的立体结构图。

11、电池

12、13供电总线

20、串接分支

30、导电体

40、盒体

41、开孔

42、盖板

44、导电片

440、导片本体

441、肋条

442、片状接点

46、接点平台

48、接点

61、71电池

62、串接分支

63、64供电总线

72、并接分支

73、导电体

具体实施方式

请参阅图1所示，本发明电池组中的各单颗电池11连接是采用串并联混合架构，于两供电总线12、13之间并联有多条的串接分支20，各串接分支20是以多个电池11依序串联组成。就两相邻串接分支20来看，两者之间连接有多个导电体30，形成十字交叉连接，令一串接分支20的电池11与另一串接分支20的电池11构成并联状态。以前述串并联混合连接成网状式矩阵排列组合架构所形成的电池组，兼具串联与并联的优点，而且不须使用粗的导电体，更可降低电池组的整体重量；作为供电总线12、13使用的导电体，因是作为电池组对外输出功率的总电流传输，其材质则必须根据该电池组的输出额定规格而设计。

在正常状况之下，电池组的电流主要是平均流过各个串接分支20，故实际上流过导电体30的电流极为微小，这也是不须使用粗导电体的主要因素。

参见图2所示，本发明电池组实际应用时，可置于一盒体40内部，再以一盖板42加以盖合，如图面所示，最外侧的供电总线12、13是由两导电片构成，各导电片是以一导片本体的一侧延伸出多个片状接点而形成。

而其余介于两供电总线12、13之间，两相邻并排的多个电池11的正、负两极是由导电体连接，例如本实施例中是以一狭长状的导电片44加以连接，该导电片44则是根据上述图1所示的电路连接方式将各排单颗电池11以串并联混合连接成网状式矩阵排列组合构成，有关该导电片44的具体构造及与各单颗电池11的结合方式将于稍后加以详述。完成电路连接的电池组即置于盒体40内部，再以该盖板42对应盖合(如图3所示)。

参阅图3所示，考虑到电池组运作时所产生的热能问题，在前述盒体40的侧壁上形成贯穿内外两侧的散热开孔41，该开孔可为内侧高于外侧的斜向设计，可在兼具盒体40内部热气可对外扩散的前提之下，也可降低外部液体直接流入至盒体40内部的机率，以避免损坏内部电池11。

请参阅图4～6所示，在前面说明中提及该成排多个电池11是利用导电片44连接其正、负极，而该导电片44的详细构造如同图6，是以一导片本体440的左右两侧延伸出多个对称的片状接点442，从导电片44端面观之(如图7所示)，导片本体440与对称的片状接点442是略呈弧形，该导电片44是以金属材料制成，较佳材质是以表面形成有镍材料的金属片构成，例如单纯镍片或是上下表面层为镍片中间层为铜片相叠(Clad)所构成等，因为镍材料具有耐腐蚀、导电性佳、成本便宜等优点，故适合用于本发明的电池组中。图中所示的导电片44仅属一较佳实施态样，该导电片44可以是于导片本体440其中一侧延伸出片状接点442形成，或是于导片本体440两侧延伸出非对称排列的片状接点442形成；而该片状接点442可以是与导片本体440一体形成，或是各自形成后再互相连接结合。

该导片本体440本身是形成有略微弯曲的肋条441，由端面视之具有弧度，此种设计可以在电池组当受到从上向下挤压的外力时，该导片本体440的肋条441将会变形而吸收压力，令导电片44不至于因此从电池11上脱落。至于该片状接点442为一矩形片体，中央形成一道U字形的狭缝及一连通该狭缝的缺口，使得该矩形片体分裂为三个接触点，皆焊接于各单颗电池11端面的正或负极上，因此当电池11受到极大水平方向的外力时，位于外侧的左、右接触点可以吸收部分冲击力，而处于中间的U形接触点因间接受到最小冲击力而较牢固地连接于电池11端面上。前述各个片状接点442对应连接各单颗电池11的其中一极。而位于电池组最外侧的两导电片44，其本体中段延伸出一接点平台46，该接点平台46上形成有与电源导线(图中未示)连接的接点48，该接点48可由螺栓构成，供与电源导线螺合锁固，该接点48可为任何形式。

相较以往的点状焊接连接，本发明前述导电片44上的片状接点442具有适当面积及分配点与电池11对应连接，因此无论是采用何种方式的连接加工作业(例如焊接)，该片状接点442与电池11之间的连接品质可获得较高的可靠度与安全度；而从另一方面来分析，使用安全性较高的小型二次电池极其适用于本发明的电池组中，以较佳规格而言，所使用的电池其中心点距离壳体外缘的最短距离是介于0.5cm～3.5cm，二次电池种类，例如锂离子电池、锂高分子电池、镍氢电池或氢氧燃料电池等，而电池形状则不限。构成整体电池组的电池数目，是以至少4×4的电池矩阵排列组合所构成，且仍可提供足够的输出电压以驱动连接的负载。

如图8、9所示，是采用方形电池的实施例，例如锂离子电池(角形电池、硬铝壳电池)，虽然其方形电池11的正负极性恰与圆柱形电池的极性相反(即一端凸点处为负极，另端平坦面为正极)，但仍是由多个导电片44连接成图1所示的电路架构。

而图10所示也是方形电池的一种，例如锂高分子电池(Lithium polymerbattery)、软包装锂离子电池(Advance lithium-ion battery，Laminatedlithium-Ion battery)，但正负极是以两极片位于电池11的同一端延伸出来，因此电池11的正负极性是依序排列，再以导电片44并列连接。

此外，以功率密度(Power density)的角度来比较本发明电池组与一般已知组合架构时，更可突显出本发明的功效提升。以往典型的功率密度最高约为700W/kg，例如使用在笔记本型计算机的功率密度大约是600W/kg。反观本发明所能提供的功率密度，远大于1000W/kg。

Claims (11)

1.一种电池组，其特征在于，该电池组包含：

一组供电总线，于该组供电总线之间并联连接有多条串接分支，各串接分支以多个电池串联连接组成；

多个导电体，连接于两相邻串接分支间，令一条串接分支与另一条串接分支上的两相邻各单颗电池间构成并联，形成一串并联混合连接的网状式矩阵排列组合状态。

2.如权利要求1所述的电池组，其特征在于，所述多个电池为可充电的二次电池。

3.如权利要求2所述的电池组，其特征在于，所述多个电池为锂离子电池。

4.如权利要求2所述的电池组，其特征在于，所述多个电池为锂高分子电池。

5.如权利要求2所述的电池组，其特征在于，所述多个电池为镍氢电池。

6.如权利要求2所述的电池组，其特征在于，所述多个电池为氢氧燃料电池。

7.如权利要求1所述的电池组，其特征在于，各单颗电池的中心点距离其壳体外缘的最短距离是介于0.5cm～3.5cm，电池组由数目至少是4×4的多个电池组成的矩阵排列构成。

8.如权利要求1所述的电池组，其特征在于，各导电体是利用一导电片构成。

9.如权利要求8所述的电池组，其特征在于，所述导电片以镍片构成。

10.如权利要求8所述的电池组，其特征在于，所述导电片是以表面形成有镍材质的金属片构成。

11.如权利要求8所述的电池组，其特征在于，所述导电片是以上下表面层为镍片中间层为铜片相叠所构成。

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