TW201401626A - 新結構之電池包 - Google Patents

Abstract

本發明係關於一種具有複數個彼此電性連接的電池之電池包，該電池可充電且可放電，其中該電池包包含兩種或以上具有不同的電容或尺寸的電池組，其中每一電池組包含兩個或以上具有相同電容或尺寸的電池，每一電池組中的電池彼此以串聯連接，且該電池組之間的電池係彼此以並聯連接。

Description

新結構之電池包

本發明關於一種高功率與高電容的電池包，更 具體而言，係關於一種具有複數個彼此電性連接的電池之電池包，該電池可充電且可放電，其中該電池包包含兩種或以上具有不同的電容或尺寸的電池組，其中每一電池組包含兩個或以上具有相同電容或尺寸的電池，每一電池組中的電池係彼此以串聯連接，且該電池組之間的電池係彼此以並聯連接。

隨著行動裝置逐漸發展且行動裝置的需求逐見增加時，以二電池作為能量來源之需求也快速增加。

依照二次電池的外部裝置，該二次電池可為單電池型式或具有複數個彼此電性連接的單元電池之電池包的型式。例如，可以一個電池的功率與電容來操作小型裝置(例如行動電話)於預定的一段時間。另一方面，因為中型或大型裝置需要高功率與大電容，因此在中型或大型裝置需要使用包含複數個電池的電池包，例如筆記型電腦、數位多功 能影音光碟(DVD)播放機、小型個人電腦(PCs)、電動車及混合電動車。

在二次電池中，因為鋰二次電池具有高功率與 大電容，因此廣泛使用鋰電池。

然而，由於鋰二次電池中包含各種易燃的材料， 因此，將鋰二次電池鋰過度充電、在鋰二次電池中的過度電流或其它外部物理衝擊施加於鋰二次電池上，將可能使鋰二次電池變熱或爆炸，故鋰二次電池的安全性非常低。由此，例如像正溫度係數(PTC)係數及保護電路模組(PCM)等安全元件將與電池連接，以有效地控制鋰二次電池的異常狀態，例如，鋰二次電池的過度充電或在鋰二次電池中的過度電流。

如上所述，每一小型裝置上使用一個或以上的 電池，然而，因為中型或大型裝置需要高功率與大電容，因此，在每一中型或大型裝置(例如，車輛)上可使用包含複數個彼此電性連接的電池之中型或大型電池模組。電池模組的尺寸與重量直接地與電池模組安置空間及相對應的中型或大型裝置的功率有關。有鑑於此，製造商嘗試製造小型且重量輕的電池模組。

通常地，在電池彼此以串聯或並聯連接的狀態 下，將複數個單元電池安裝一套管(cartridge)中，且複數個套管彼此電性連接以製造電池包。

圖1顯示傳統高功率、大電容電池包的單元電 池之間之串聯連接的示意圖。

參閱圖1，為了具有一結構而配置每一單元電 池，在該結構提供一陰極、一陽極與一分隔件於一電池盒中，同時在密封狀態的電解質及自該電池盒的上端與下端突出的陰極片20與陽極片30。將第一單元電池10設置於一電池盒中，使陰極片20位於其上端，設置相鄰於該第一單元電池10的一第二單元電池11，使得一陰極片21位於其下端。 在該單元電池10及11的相對電極彼此相鄰的狀態下，經由電極導線40，將該單元電池10及11的相對電極彼此電性連接。以連接第一單元電池10與第二單元電池11的相同方法，將一第三單元電池12串聯至該第二單元電池11。雖然未顯示於圖1中，但如上所述，包含複數個彼此串聯連接的單元電池之圖1的第一電池組，係以並聯連接至第二電池組，該第二電池組包含複數個以第一電池組相同的方式來連接。

將上述電池組彼此並聯連接並安裝至一外殼 70，其中，每一電池組的第一單元電池10的陰極片20係連接至陰極外部端子50，且每一電池組的一最後單元電池15的陽極片33係連接至陽極外部端子60。如圖1所示，將該陰極片20及30形成在該單元電池10的主軸方向。視情況而定，該電極片20及30可在單元電池10的短軸方向形成。

然而，包含彼此電性連接之單元電池10、11、 12、13、14及15之電池包中，該單元電池10、11、12、13、14及15具有相同尺寸或電容。為了減少電池包的重量與厚度，故須考量減少電池包電容的設計。或者，可能需要改變裝置的設計使得該裝置的尺寸可以減少。然而，在設計改變 的過程中，由於單元電池之間的電性連接複雜，因而難以滿足電池包的製造期望條件。

據此，目前急需一種包含複數個連接的單元電 池之高功率、大電容的電池包，其可根據使用電池包的裝置形式來配置電池包，同時維持電池包的電容。

有鑒於此，本發明用以解決上述問題及其它尚未被解決的技術問題。

由於以各種廣泛且深入的研究與實驗來解決上述的問題，因此本案的發明者已發展出以特定的方法，透過電性連接複數個具有各種電容與尺寸的電池來配置電池包，其中根據使用電池包的裝置設計而各別配置電池包。

根據本發明的一態樣，藉由提供具有將複數個彼此電性連接的電池之電池包，以達成上述與其它目的，該電池可充電且可放電，其中，該電池包包含兩個或以上具有不同電容或尺寸的電池組，其中，每一電池組包含兩種或以上具有相同電容或尺寸的電池，每一電池組的電池係彼此串聯連接，且該電池組之間的電池係彼此並聯連接。

因此，根據本發明的電池包，藉由將電池結合使得電池包符合使用電池包的裝置設計而形成電池包的結構。因此，根據本發明的電池包可彈性地符合使用電池包的各種形式之裝置，同時提供高電容。此外，該電池係 彼此電性連接，以滿足如上述所定義的特定條件。因此，當使用各種電池來配置電池包時，可基本地解決所產生的電壓平衡問題。

在較佳的範例中，在每一電池組中的電池及在電池組之間的電池可具有相同的電化學性質。

在另一較佳範例中，根據電池的尺寸，在電池組之間的電池可具有相同的能量密度與不同的電容。

在如上述配置電池的情況下，可輕易地製造電池，同時使用各種電池來製造電池包，從而，降低製造電池包時所增加的費用。

如上述，根據本發明的電池包包含兩種或以上具有不同電容或尺寸的電池組，例如，電池包可包含三種具有不同電容或尺寸的電池組。

每一電池組的電池排列組成沒有特別地限制，例如，具有不同電容或尺寸的電池可彼此相鄰排列以形成一排(bank)。即，屬於不同電池組的電池可彼此相鄰排列。在此排列結構中，可輕易地達到具有不同電容或尺寸的電池之間並聯連接，因此，簡化電池包的電線。

在電池組之間的電池如上述彼此並聯連接之結構中，可達到電壓平衡同時增加電池包的電容，從實驗而顯而易知，並將敘述於下文中。

另一方面，在電池組之間的電池彼此以串聯連接的結構、或在每一電池組中的二或以上的電池彼此並聯連接之結構中，當使用與本發明不相同的各種電池來配 置電池包時，不易達到具有不同電容或電線的電池之間的電壓平衡，而且非常複雜。

如前述，使用具有各種電容或尺寸的電池來 配置根據本發明的電池包，因此，可輕易地將電池包安裝於使用電池包的裝置中，而不論該裝置的設計。具體而言，當該裝置的整體厚度較薄時，則取向應用於本發明的該電池包。在這種情況下，所有的電池可設置在相同的平面上。

在一較佳範例中，以符合該電池的電容或尺 寸的電流量可將該電池組充電。

較佳地，使用固定電流與固定電壓(CC-CV) 的充電方法將該電池組充電。

每一電池的結構沒有特別限制，例如，每一 電池可具有自其一面或相對面而突出的電極端子之板狀電池。

使用特定的薄膜可達到在電池之間的電性連 接，例如，經由設置在每一電池的一側或相對側的電路板，可將電池的電極端子彼此電性連接。

具體而言，每一電池可為具有自其一側突出 的電極端子之板狀電池，且經由設置在電池的電極端子側的電路板，可將該電池的電極端子彼此電性連接。

藉由電路板的一循環可達到經由電路板的該 電池的電極端子之間電性連接。因此，該電池包具有非常簡化的結構。尤其，根據本說明書所使用電池包的裝置，當電池包需要具有非常薄的結構時，較佳為經由電路板的 該電池的電極端子之間電性連接。

可使用各種電池。例如，每一電池可為鋰二次電池，然而，本發明並不限於此。

根據本發明的另一態樣，將提供給包含具有上述結構的該電池包的裝置作為電源。

該裝置的一較佳的範例，使用根據本發明電池包的裝置可為行動裝置，例如，筆記型電腦、簡易型筆電、平板個人電腦(PC)、或智慧型平板。

在考慮消費者需求如長電池壽命與重量輕、薄、短及小型設計時，為了尺寸比與薄的厚度而該行動裝置需要具有大電容的電池包。然而，將具有特定尺寸的電池包設置在該行動裝置的內部空間，同時滿足上述需求(例如，將長方形平行六面體形狀標準化)係困難的。換言之，由於構成該行動裝置之元件的安置位置，非常薄的行動裝置具有可設置電池包的空間非常受限，因此，將該行動裝置的電池包安置空間標準化為困難的。另一方面，在根據本發明的電池包中，基於具有各種尺寸或電容的電池組之電池設置的彈性分非常高，從而，徹底地解決上述問題。

本發明所包含的上述裝置或設備在本技術領域中為已知的，因此省略其詳細的敘述。

從上面的描述可顯而易知，藉由結合複數個電池來配置本發明的電池包，使得電池符合使用電池包的裝置之設計。因此，可解決電壓平衡問題與電線問題，同時維持高電容性質。

10‧‧‧單元電池

11‧‧‧單元電池

12‧‧‧單元電池

13‧‧‧單元電池

14‧‧‧單元電池

15‧‧‧單元電池

20‧‧‧陰極片

21‧‧‧陰極片

30‧‧‧陽極片

50‧‧‧陰極外部端子

60‧‧‧陽極外部端子

70‧‧‧外殼

101a‧‧‧電池

101b‧‧‧電池

102a‧‧‧電池

102b‧‧‧電池

103a‧‧‧電池

103b‧‧‧電池

200‧‧‧電池包

300‧‧‧電池包

100‧‧‧電池組

A‧‧‧電池組

B‧‧‧電池組

C‧‧‧電池組

i‧‧‧電流

ia‧‧‧電流值

ib‧‧‧電流值

ic‧‧‧電流值

VBank1‧‧‧並聯組

VBank 2‧‧‧並聯組

574160L1‧‧‧電池組

474160L1‧‧‧電池組

614439L1‧‧‧電池組

本發明之上述及其他目的、特徵與其它優點將 可藉由如下詳細的描述並參照所附圖式而能更清楚了解。

圖1顯示具有傳統的六個單元電池安裝其中之套管的透視圖。

圖2顯示根據本發明的一實施例的電池組排列狀態的典型示意圖。

圖3顯示根據本發明的一實施例，每一電池組包含兩個或以上彼此串聯連接的電池且該電池組彼此並聯連接的狀態之電路圖。

圖4顯示根據本發明的一實施例的電壓平衡的圖表。

在此，將參照所附圖式，詳細描述本發明之較佳實施例。然而，應注意本發明的範圍不限於說明的實施例。

圖2係顯示根據本發明的一實施例的電池組排列狀態之典型的示意圖。

參閱圖2，電池包包含具有不同電容的三種電池組574160L1、474160L1及614439L1。該電池組574160L1包含具有相同尺寸與電容的兩個電池101a及101b，該電池組474160L1包含具有相同尺寸與電容的兩個電池102a及 102b，以及該電池組614439L1包含具有相同尺寸與電容的兩個電池103a及103b。

各別的電池101a、101b、102a、102b、103a及 103b為具有相同電化學性質(即，相同電極活性材料與電解質)的電池，且每一電池的電容係根據其尺寸來決定。此外，為了具有從其上端突出的陰極與陽極端子之板狀結構，因此配置每一電池101a、101b、102a、102b、103a及103b。 在該電池101a、102a及103a彼此相鄰的情況下，該電池101a、102a及103a屬於不同電池組且配置在電池包300的左側。 在相同的方法中，在該電池101b、102b及103b彼此相鄰的情況下，該電池101b、102b及103b屬於不同電池組且配置在電池包300的右側。相對於該電池包200的中間，電池101a、102a及103a與電池101b、102b及103b為對稱的。通常將電池101a、101b、102a、102b、103a及103b配置在相同平面上。

因此，如圖2所示，將電池103a與103b的下 端設置高於電池101a、101b、102a與102b。在此結構中，可改善根據使用電池包300的裝置內部結構之設計彈性。

視情況而定，可將電池102a與102b設置在電 池包300的相對側，或可將電池102a與102b選擇地設置在電池101a、101b、103a與103b之間，而不同於圖2所示的結構。

該左側電池101a、102a及103a彼此相鄰且具 有不同的電容，該左側電池彼此並聯連接以形成一排。在 相同的方法中，該右側電池101b、102b及103b彼此相鄰且具有不同的電容，該右側電池彼此並聯連接以形成另一排。該排彼此串聯連接。

經由設置在電池101a、101b、102a、102b、103a及103b之電極端子側之電路板200而達到在電池101a、101b、102a、102b、103a及103b之間的電性連接。

例如，電池組474160L1的電池102a的陰極端子(+)經由電路板200連接至電池組574160L1的電池101a的陰極端子(+)。電池組474160L1的電池102a的陽極端子(-)經由電路板200連接至電池101a的陽極端子(-)。使用此連接至614439L1電池組。因此，電池組574160L1、474160L1及614439L1彼此並聯連結。

圖3為根據本發明的一實施例之電路圖，圖3典型地顯示每一電池組包含兩個或以上彼此串聯連接的電池，該電池組彼此並聯連接，且圖4係根據本發明的一實施例所顯示電壓平衡的圖。

參閱該些圖式，複數電池(未顯示)彼此串聯連接以，形成至少一種電池組，且具有上述結構的複數電池組A、B及C係彼此並聯連結，以形成並聯組Vbank1及Vbank2。每一電池組的電池(未顯示)的數目沒有特別限制。此外，安裝於電池包的電池組的數目沒有特別限制。

一電池組的電池並聯連接至另一電池組的電池，該另一電池組的電池與一電池組的電池具有不相同的電容與尺寸。因此，當以最初電流值i將電池組充電時， 在符合電池(該電池安裝在個別的電池組)的電容與尺寸的電流值ia、ib及ic流至個別的電池組的情況下，使用固定電流與固定電壓(CC-CV)充電方法將電池組充電。因此，自然地達到電池組之間的電壓平衡。

在下述表1中指出包含具有不同的電容與尺寸之電池的各別的電池組的充電量之實驗值。

從上述表1可知，使用相當大的電流值於包含 具有相當大的電流與尺寸的電池之電池組。即，使用最大電流值ic至具有最大電流之電池組574160L1，及使用最小電流值ia至具有最小電容的電池組614439L1，因此，達到電池包的電壓平衡。

具體而言，在下述表2中指出：根據本發明的 一實施例，顯示自動電壓平衡測量圖之實驗數據的結果。

從上述表2可知，使用最初地充電電池組 574160L1、474160L1及614439L1之CC-CV充電方法將各別的電池組574160L1、474160L1及614439L1充電，該方法以符合電池組574160L1、474160L1及614439L1尺寸的預先決定的電流值與逐漸降低的電流值來充電，使得將符合電池組574160L1、474160L1及614439L1的電容或尺寸的充電電流使用至電池組574160L1、474160L1及614439L1，這些電池組彼此串聯連接。因此，維持並聯組Vbank1及Vbank2之間的電壓平衡，且經由相對充電狀態(relative state of charge)(RSOC)來確認每一電池的完全地充電狀態。

該CC-CV充電方法在本發明所涵蓋的技術領域為已知的，因此，將省略其詳細的描述。

雖然本發明已以數個較佳實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作任意之更動與潤飾，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

101a‧‧‧電池

102a‧‧‧電池

103a‧‧‧電池

101b‧‧‧電池

102b‧‧‧電池

103b‧‧‧電池

200‧‧‧電池包

300‧‧‧電池包

Claims (15)

1. 一種電池包，其具有複數個彼此電性連接的電池，該電池進行充電及放電，其中該電池包包含兩種或以上種具有不同的電容或尺寸的電池組，其中每一該些電池組包含兩個或以上個具有相同電容或尺寸的電池，每一該些電池組的電池彼此串聯連接，且該電池組之間的電池係彼此並聯連接。
2. 如申請專利範圍第1項所述之電池包，其中，在每一電池組中的電池與該電池組之間的電池具有相同電化學性質。
3. 如申請專利範圍第1項所述之電池包，其中，該電池組之間的電池根據其尺寸而具有相同能量密度及不同的電容。
4. 如申請專利範圍第1項所述之電池包，其中，該電池包包含三種具有不同電溶與尺寸的電池組。
5. 如申請專利範圍第1項所述之電池包，其中，將具有不同電容或尺寸的電池彼此相鄰的配置，以形成一排(bank)。
6. 如申請專利範圍第1項所述之電池包，其中，將該電池設置在相同的平面上。
7. 如申請專利範圍第1項所述之電池包，其中，在該電池組之間的電池係彼此並聯連接，以達到電壓平衡。
8. 如申請專利範圍第1項所述之電池包，其中，該些電池組係利用符合該些電池的電容或尺寸的電流進行充電
9. 如申請專利範圍第8項所述之電池包，其中，使用固定電流與固定電壓(CC-CV)充電方法將該電池組進行充電。
10. 如申請專利範圍第1項所述之電池包，其中，每一電池為一板狀電池，其具有從其一側或相對測突出電極端子。
11. 如申請專利範圍第1項所述之電池包，其中，該電池的該電極端子係經由設置在每一電池的一側或相對側的電路板而彼此電性連接。
12. 如申請專利範圍第1項所述之電池包，其中，每一電池係具有從其一側突出的電極端子之一板狀電池，且該電池的電極端子係經由設置在電池的電極端子側的電路板而彼此電性連接。
13. 如申請專利範圍第1項所述之電池包，其中，每一電池係一鋰二次電池。
14. 一種裝置，其包含如申請專利範圍第1至13項中任一項之電池包作為電源。
15. 如申請專利範圍第14項所述之裝置，其中該裝置為筆記型電腦、簡易型筆電、平板個人電腦(PC)、或智慧型平板。