專利名稱：電池組的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
一種適用于需要大電流充放電(例如電動車輛)的電力來源的電池組，是通過多個電池以串并聯(lián)混合連接成網(wǎng)狀式矩陣排列組合，達成可大幅減輕整體重量的電池組。
背景技術(shù)：
利用電力作為能量來源的車輛系統(tǒng)早已開發(fā)多年，而其供電裝置可通過組合多個蓄電池或是使用單一大型電池提供電力給車輛，但前述兩種方式都存在相當(dāng)大的缺點。以前者為例，若電池組是以多個蓄電池連接而成，僅僅單個蓄電池就具有相當(dāng)重量，而占據(jù)體積更是不可忽略，如此為數(shù)眾多的蓄電池所構(gòu)成的電池組，若是應(yīng)用于電動車輛系統(tǒng)，其龐大的體積及重量對車輛而言反而造成極大的負擔(dān)。
若是以一個高容量的特殊電池作為供電裝置，其制造技術(shù)本身就比一般電池更為復(fù)雜，然而最重要的考慮是使用上的安全性。此類電池隨著其體積的加大(端面直徑變大)，發(fā)生爆炸的機率也隨之提高，其危險及傷害不容輕視。
為克服前述兩種方式的缺點，電池組可通過多個小型電池集合連接構(gòu)成，請參閱圖11所示，若是將電池采用串聯(lián)的連接方式，首先將多個電池61先以串聯(lián)連接而構(gòu)成多條的串接分支62，這些串接分支62則是再并聯(lián)于兩端供電總線63、64之間，以供電總線63、64接出正、負極性的電源以供應(yīng)予負載。顯而易見的是，這種形態(tài)的連接方式不允許單一條串接分支62中的任意一個電池61有故障狀況發(fā)生，一旦任意一個電池61故障，則該串接分支62完全中斷供電，縱使該串接分支62的其余電池61仍是正常狀態(tài)也無法發(fā)揮作用，使得容量及效率大幅降低。此外，其余正常的串接分支62將平均分擔(dān)該失效串接分支62的原供電能量，造成各個單個電池61的供電負荷加大，電池61及電池組壽命也因此而縮短。
請參閱圖12所示，若為并聯(lián)方式的連接，是將多個電池71首先以導(dǎo)電體73并聯(lián)連接其正、負兩端以構(gòu)成多排并接分支72，各排并接分支72彼此間再以串聯(lián)方式連接而形成一電池組。
請參閱圖13所示，為了達到圖12所示的并聯(lián)架構(gòu)，為滿足車用電池高電流量的要求，必須使用到極粗的導(dǎo)電體73并聯(lián)連接一整排的各單個電池71構(gòu)成一并接分支72，以承受極大電流，且于各并接分支72的電池71的正、負兩極都必須通過這種極粗導(dǎo)電體73加以并聯(lián)連接，根據(jù)圖面電池71所標示的極性，兩相鄰并接分支72的電池極性排列方式恰為相反，因此連接正負極的兩相鄰導(dǎo)電體73還必須再互相以這種極粗導(dǎo)電體73串聯(lián)連接。
前述并聯(lián)架構(gòu)確實可克服串聯(lián)架構(gòu)的缺點，即使一個電池71故障，同一并接分支72的其余電池71仍可正常提供電力給負戴，然而這種架構(gòu)卻衍生出其它問題。首先，因為是使用并聯(lián)方式連接，所使用的導(dǎo)電體73必須承受相當(dāng)高的電流負荷，假設(shè)該電池組可提供N安培的電流予負載，則各導(dǎo)電體73便必須采用不低于N安培承受能力的粗導(dǎo)電體，如此眾多的粗導(dǎo)電體將使整體電池組的重量大幅增加，不利電池組的應(yīng)用。
此外，這些眾多單個電池71并聯(lián)是采用點焊方式進行，在如此粗導(dǎo)電體狀況下，焊接作業(yè)相當(dāng)困難，其可靠度勢必隨之下降，則這種電池組的生產(chǎn)及使用效率委實令人堪憂，這種方式明顯不可行。
實用新型內(nèi)容本實用新型的主要目的是提供一種電池組，采用多個小直徑二次電池以串并聯(lián)混合連接成網(wǎng)狀式矩陣排列組合狀態(tài)，使電池組確保有串、并聯(lián)的連接優(yōu)點，同時也可降低電池組的整體重量。
為達成前述目的，該電池組包含有
一組供電總線，在此組供電總線之間并聯(lián)連接有多條串接分支，各串接分支以多個電池串聯(lián)連接組成；多個導(dǎo)電體，是連接兩相鄰串接分支，使一條串接分支上與另一條串接分支上的兩相鄰各單個電池間構(gòu)成并聯(lián)狀態(tài)。
前述多個導(dǎo)電體是利用一導(dǎo)電片構(gòu)成，各導(dǎo)電片可以是自一導(dǎo)片本體的兩側(cè)延伸出多個片狀接點，以該多個片狀接點將電池加以連接。
前述電池組是置于一盒體內(nèi)部并以一蓋板加以蓋合，其中盒體的側(cè)壁上形成有多個斜向開孔。
前述構(gòu)成電池組的各單個電池規(guī)格，是指該單個電池中心點距離殼體外緣的最短距離介于0.5cm～3.5cm，而整體電池組以至少4×4的電池數(shù)目矩陣排列構(gòu)成。
前述構(gòu)成該電池組的各單個電池可為可充電的二次電池，例如鋰離子電池、鋰高分子電池、鎳氫電池或氫氧燃料電池。
前述該組供電總線是利用兩導(dǎo)電片構(gòu)成，各導(dǎo)電片是自一導(dǎo)片本體的一側(cè)延伸出多個片狀接點，以該多個片狀接點將電池加以連接。
通過上述串并聯(lián)混合連接成網(wǎng)狀式矩陣排列組合的架構(gòu)，即使其中有一個電池故障，其余電池仍然可以正常運作，使得電池組在實際應(yīng)用時具有較高的功率與可靠及安全性。此外，因為電池組的電流主要是平均流過各個串接分支，實際上流過導(dǎo)電體的電流極為微小，而不必使用粗導(dǎo)電體，因此能有效降低整體電池組的重量。
有關(guān)本實用新型的其它特征結(jié)構(gòu)，將配合各圖式在實施方式加以詳述。
圖1是本實用新型電池組的電池連接方式電路示意圖；圖2是本實用新型電池組的實際結(jié)構(gòu)分解圖；圖3是本實用新型電池組的外觀圖；圖4是本實用新型電池組連接后的立體圖；
圖5是圖4的底部立體圖；圖6是本實用新型電池組導(dǎo)電片的立體圖；圖7是本實用新型導(dǎo)電片的側(cè)視圖；圖8是本實用新型另一實施例的立體圖；圖9是圖8的仰視圖；圖10是本實用新型又一實施例的立體圖；圖11是一已知的電池組采用串聯(lián)連接方式的電路示意圖；圖12是一已知的電池組采用并聯(lián)連接方式的電路示意圖；圖13是上述圖12電池組采用并聯(lián)連接方式的立體結(jié)構(gòu)圖。
主要組件符號說明11 電池12、13 供電總線20 串接分支30 導(dǎo)電體40 盒體41 開孔42 蓋板44 導(dǎo)電片440導(dǎo)片本體441肋條442片狀接點46 接點平臺48 接點61、71 電池62 串接分支63、64 供電總線
72并接分支73導(dǎo)電體具體實施方式
請參閱圖1所示，本實用新型電池組中的各單個電池11的連接是采用串并聯(lián)混合架構(gòu)，于兩供電總線12、13之間并聯(lián)有多條的串接分支20，各串接分支20是以多個電池11依序串聯(lián)組成。就兩相鄰串接分支20來看，兩者之間連接有多個導(dǎo)電體30，形成十字交叉連接，令一串接分支20的電池11與另一串接分支20的電池11構(gòu)成并聯(lián)狀態(tài)。以前述串并聯(lián)混合連接成網(wǎng)狀式矩陣排列組合架構(gòu)所形成的電池組，兼具串聯(lián)與并聯(lián)的優(yōu)點，而且無須使用粗的導(dǎo)電體，更可降低電池組的整體重量；作為供電總線12、13使用的導(dǎo)電體，因是作為電池組對外輸出功率的總電流傳輸，其材質(zhì)則必須考慮應(yīng)依該電池組的輸出額定規(guī)格而設(shè)計。
在正常狀況下，電池組的電流主要是平均流過各個串接分支20，故實際上流過導(dǎo)電體30的電流極為微小，這也是無須使用粗導(dǎo)電體的主要因素。
參見圖2所示，本實用新型電池組實際應(yīng)用時，可置于一盒體40內(nèi)部，再以一蓋板42加以蓋合，如圖所示，最外側(cè)的供電總線12、13是由兩導(dǎo)電片構(gòu)成，各導(dǎo)電片是以一導(dǎo)片本體的一側(cè)延伸出多個片狀接點而形成。
而其余介于兩供電總線12、13之間，兩相鄰并排的多個電池11的正、負兩極是通過導(dǎo)電體連接，例如本實施例中是以一狹長狀的導(dǎo)電片44加以連接，該導(dǎo)電片44則是根據(jù)上述圖1所示的電路連接方式將各排單個電池11以串并聯(lián)混合連接成網(wǎng)狀式矩陣排列組合構(gòu)成，有關(guān)該導(dǎo)電片44的具體構(gòu)造及與各個電池11的結(jié)合方式將于稍后加以詳述。完成電路連接的電池組即置于盒體40內(nèi)部，再以該蓋板42對應(yīng)蓋合(如圖3所示)。
參閱圖3所示，考慮到電池組運作時所產(chǎn)生的熱能問題，在前述盒體40的側(cè)壁上形成貫穿內(nèi)外兩側(cè)的散熱開孔41，該開孔可為內(nèi)側(cè)高于外側(cè)的斜向設(shè)計，可在兼具盒體40內(nèi)部熱氣可對外擴散的前提下，也降低外部液體直接流入至盒體40內(nèi)部的機率，以避免損壞內(nèi)部電池11。
請參閱圖4～圖7所示，在前面說明中提及該些成排多個電池11是利用導(dǎo)電片44連接其正、負極，而該導(dǎo)電片44的詳細構(gòu)造如同圖6，是以一導(dǎo)片本體440的左右兩側(cè)延伸出多個對稱的片狀接點442，從導(dǎo)電片44側(cè)面看它(如圖7所示)，導(dǎo)片本體440與對稱的片狀接點442略呈弧形，該導(dǎo)電片44是以金屬材料制成，較佳材質(zhì)是以表面形成有鎳材料的金屬片構(gòu)成，例如單純鎳片，或是上下表面層為鎳片，中間層為銅片相疊(Clad)所構(gòu)成等，因為鎳材料具有耐腐蝕、導(dǎo)電性佳、成本便宜等優(yōu)點，故適合用于本實用新型的電池組中。圖中所示的導(dǎo)電片44僅屬一較佳實施例，該導(dǎo)電片44可以是在導(dǎo)片本體440其中一側(cè)延伸出片狀接點442形成，或是在導(dǎo)片本體440兩側(cè)延伸出非對稱排列的片狀接點442形成；而該片狀接點442可以是與導(dǎo)片本體440一體形成，或是各自形成后再互相連接結(jié)合。
該導(dǎo)片本體440本身形成有略微彎曲的肋條441，從側(cè)面看上去具有弧度，此種設(shè)計可以在電池組當(dāng)受到從上向下擠壓的外力時，該導(dǎo)片本體440的肋條441將會變形而吸收壓力，令導(dǎo)電片44不至于因此從電池11上脫落。至于該片狀接點442為一矩形片體，中央形成一道U字形的狹縫及一連通該狹縫的缺口，使得該矩形片體分裂為三個接觸點，都焊接于各個電池11端面的正或負極上，因此當(dāng)電池11受到極大水平方向的外力時，位于外側(cè)的左、右接觸點可以吸收部分沖擊力，而處于中間的U形接觸點因間接受到最小沖擊力而較牢固地連接于電池11端面上。前述各個片狀接點442對應(yīng)連接各單個電池11的其中一極。而位于電池組最外側(cè)的兩導(dǎo)電片44，其本體中段延伸出一接點平臺46，該接點平臺46上形成有與電源導(dǎo)線(圖中未示)連接的接點48，該接點48可由螺栓構(gòu)成，供與電源導(dǎo)線螺合鎖固，該接點48可為任何形式。
相較以往的點狀焊接連接，本實用新型前述導(dǎo)電片44上的片狀接點442具有適當(dāng)面積及分配點與電池11對應(yīng)連接，因此無論是采用何種方式的連接加工作業(yè)(例如焊接)，該片狀接點442與電池11之間的連接品質(zhì)可獲得較高的可靠度與安全度。而從另一方面來分析，使用安全性較高的小型二次電池極其適用于本實用新型的電池組中，以較佳規(guī)格而言，所使用的電池中心點距離殼體外緣的最短距離介于0.5cm～3.5cm，二次電池種類，例如鋰離子電池、鋰高分子電池、鎳氫電池或氫氧燃料電池等，而電池形狀則不限。構(gòu)成整體電池組的電池數(shù)目，是以至少4×4的電池矩陣排列組合所構(gòu)成，且仍可提供足夠的輸出電壓以驅(qū)動連接的負載。
如圖8、圖9所示，是采用方形電池的實施例，例如鋰離子電池(角形電池、硬鋁殼電池)，雖然其方形電池11的正負極性恰與圓柱形電池的極性相反(即一端凸點處為負極，另端平坦面為正極)，但仍是通過多個導(dǎo)電片44連接成圖1所示的電路架構(gòu)。
而圖10所示也是方形電池的一種，例如鋰高分子電池(Lithium polymerbattery)、軟包裝鋰離子電池(Advance lithium-ion battery，Laminatedlithium-Ion battery)，但正負極是以兩極片位于電池11的同一端延伸出來，因此電池11的正負極性依序排列，再以導(dǎo)電片44并列連接。
此外，從功率密度(Power density)的角度來比較本實用新型電池組與一般已知組合架構(gòu)時，更可突顯出本實用新型的功效提升。以往典型的功率密度最高約為700W/kg，例如使用在筆記本型計算機的功率密度大約是600W/kg。而本實用新型所能提供的功率密度，則遠大于1000W/kg。
綜上所述，本實用新型的電池組以串并聯(lián)混合連接成網(wǎng)狀式矩陣排列組合架構(gòu)，使得電池組在實際應(yīng)用時具有較高的功率與可靠及安全性，而電池組不需使用高負荷能力的粗導(dǎo)電體，也有助于減輕整體重量，本實用新型的功效相較于以往已知的電池組，具備顯著的功能突破與效益提升，特依專利法提出實用新型申請。
權(quán)利要求1.一種電池組，其特征在于包含一組供電總線，在該組供電總線之間并聯(lián)連接有多條串接分支，各串接分支是以多個電池串聯(lián)連接組成；多個導(dǎo)電體，連接于兩相鄰串接分支間，使一條串接分支與另一條串接分支上的兩相鄰各單個電池間構(gòu)成并聯(lián)，形成一串并聯(lián)混合連接的網(wǎng)狀式矩陣排列組合狀態(tài)。
2.如權(quán)利要求1所述的電池組，其特征在于，所述多個電池為可充電的二次電池。
3.如權(quán)利要求2所述的電池組，其特征在于，所述多個電池為鋰離子電池。
4.如權(quán)利要求2所述的電池組，其特征在于，所述多個電池為鋰高分子電池。
5.如權(quán)利要求2所述的電池組，其特征在于，所述多個電池為鎳氫電池。
6.如權(quán)利要求2所述的電池組，其特征在于，所述多個電池為氫氧燃料電池。
7.如權(quán)利要求1所述的電池組，其特征在于，各單個電池的中心點距離其殼體外緣的最短距離介于0.5cm～3.5cm，電池組以至少4×4的電池數(shù)目矩陣排列而成。
8.如權(quán)利要求1所述的電池組，其特征在于，各導(dǎo)電體利用一導(dǎo)電片構(gòu)成。
9.如權(quán)利要求8所述的電池組，其特征在于，所述導(dǎo)電片的材質(zhì)是以鎳片構(gòu)成。
10.如權(quán)利要求8所述的電池組，其特征在于，所述導(dǎo)電片是以表面形成有鎳材質(zhì)的金屬片構(gòu)成。
11.如權(quán)利要求8所述的電池組，其特征在于，所述導(dǎo)電片是以上下表面層為鎳片中間層為銅片相疊所構(gòu)成。
專利摘要本實用新型是一種電池組，在一組供電總線之間以并聯(lián)方式連接多條串接分支，各串接分支則是以多個電池串聯(lián)連接組成，在兩相鄰的串接分支之間，連接有多個導(dǎo)電體，使得一串接分支上的電池與另一串接分支上的電池構(gòu)成并聯(lián)狀態(tài)；以前述方式構(gòu)成的串并聯(lián)混合連接成網(wǎng)狀式矩陣排列組合，兼具串聯(lián)及并聯(lián)優(yōu)點，且無須使用高電流負荷能力的導(dǎo)電體，故可以降低電池組的整體重量及成本，并提高生產(chǎn)和使用效率。
文檔編號H01M8/00GK2781578SQ20052000048
公開日2006年5月17日 申請日期2005年2月6日 優(yōu)先權(quán)日2005年2月6日
發(fā)明者姚立和 申請人:姚立和