專利名稱：電池組的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種高能量密度電池組。
背景技術(shù)：
近年來，不斷增長的環(huán)境意識已經(jīng)導(dǎo)致了一種將車輛動力能源從使用礦物燃料的發(fā)動機轉(zhuǎn)移到使用電能的電動機的趨勢。
作為電動機動力能源的電池組和電池的技術(shù)也已經(jīng)迅速發(fā)展和提高。
安裝在車輛上的電池組要求緊湊、重量輕，而且能夠以大功率頻繁地充放電。還要求電池組具有良好的抗振性和散熱性。
日本專利申請公開No.2000-195480提出的電池組是一種其中多個扁平電池在外部結(jié)構(gòu)構(gòu)件中排列的電池組。通過在每個電池之間插入隔離物提供了它們之間的給定間隔，使得每個扁平電池都具有良好的散熱性，從而提高了電池組的周期特性和速率特性(放電特性)。

發(fā)明內(nèi)容
但是上述電池組是一種開發(fā)用于電容器系統(tǒng)的電池組。其生產(chǎn)效率低，而且由于其有很多零件，其容積效率低。此外，壓力沒有均勻施加到每個電池上。因此，在頻繁重復(fù)充電和放電之后，電池內(nèi)部產(chǎn)生氣體導(dǎo)致一些電池容量降低，壽命縮短。
為了使上述電池組能夠用作安裝在車輛上的電池組，電池組還需要具有抗振性以確保在連續(xù)振動情況下能夠穩(wěn)定工作，而且需要有效的散發(fā)其熱量，即使是在電池以非常高的密度排列的情況下。
本發(fā)明的一個目的是提供一種緊湊、重量輕、可以最優(yōu)地構(gòu)成大功率電源的高能量密度電池組。
本發(fā)明的一個方面是提供一種電池組，其包括在一個平面上排列的多個電池堆疊，每個電池堆疊包括多個彼此層疊的扁平電池；以及平面固定件，其壓在多個電池堆疊上，用于將多個電池堆疊固定在一起，其中，為固定件的偏轉(zhuǎn)調(diào)整各個電池堆疊的高度。


現(xiàn)在參照附圖描述本發(fā)明，其中圖1是本發(fā)明的電池組的透視圖，示意性顯示了堆疊電池的一種狀態(tài)。
圖2的圖說明了根據(jù)其厚度進行分類的電池的一種排列。
圖3的圖顯示了散熱片的偏轉(zhuǎn)分布或電池堆疊的高度分布。
圖4是沿著圖1的線IV-IV得到的截面圖。
圖5的圖顯示了每一電池壓縮偏轉(zhuǎn)范圍δc與電池上的壓力P之間的相互關(guān)系(第一實施方案)。
圖6A顯示了一個粗調(diào)節(jié)墊片和一個細調(diào)節(jié)墊片的排列。
圖6B的圖顯示了粗調(diào)節(jié)墊片和細調(diào)節(jié)墊片的一個組合件。
圖7的圖顯示了散熱片的偏轉(zhuǎn)分布或電池堆疊的高度分布。
圖8是處于填充了墊片的狀態(tài)的電池組的截面圖。
圖9的圖顯示了每一電池壓縮偏轉(zhuǎn)范圍δc與電池上的壓力P之間的相互關(guān)系(第二實施方案)。
具體實施例方式
下面將參照附圖解釋本發(fā)明的實施方案，其中相同的元件用相同的引用符號來指示。
第一實施方案根據(jù)本發(fā)明第一實施方案的電池組包括多層的9個扁平電池(下文中簡稱為電池)，分別在縱向排成三排，橫向排成三排。各電池層彼此層疊并在電池的厚度方向(大體上垂直于電池平面的方向)上排列。堆疊的電池固定在一起，散熱片在堆疊電池厚度方向上壓在其兩個面上。本實施方案的電池組中各電池的縱向和橫向位置是根據(jù)每個電池的厚度來確定的，所以即使是使用了偏轉(zhuǎn)的散熱片，也會將相同的壓力施加到所有的電池上。
具體如圖1所示，在電池組100中，兩個電池堆疊250的陣列夾在下散熱片300A和上散熱片300B之間。中散熱片200夾在兩個電池堆疊250的陣列之間。在下和中散熱片300A和200之間的下電池堆疊250陣列中，各電池150在其厚度方向(圖1中的Z方向)層疊了四層。在每一層中，各電池150分別在縱向(圖1中的X方向)排成三行，在橫向(圖1中的Y方向)排成三行(一共是九個電池)。
散熱片300A和300B通過四個具有壓力調(diào)節(jié)功能的固定螺栓310A到310D在四個角連接在一起。通過擰緊固定螺栓310A到310D，壓力通過散熱片300A到300D施加到電池堆疊250上，由此將各電池堆疊250固定在一起。
請注意，在各電池堆疊250中，第一層中的電池150與第二層中的電池150并聯(lián)，第三層中的電池150與第四層中的電池150并聯(lián)。此外，在電池150之中，那些在縱向上排在相同行中的電池彼此串聯(lián)。
在電池組100中，考慮到散熱片300A和300B在擰緊四個固定螺栓310A到310D時(見圖1)的偏轉(zhuǎn)，一層中每個電池150的位置是根據(jù)每個電池150的厚度來確定的。偏轉(zhuǎn)是指散熱片內(nèi)表面在其厚度方向相對于位于該散熱片連接固定螺栓的四個角中一個角處的一個參考點的位移(見圖3)。
制造出來的每個電池150的厚度例如為3.3mm，允許誤差±0.1mm。因此，在非次品的電池150中有厚度為3.4mm的電池和厚度為3.2mm的電池。在本發(fā)明中，在制造電池組100之前，將電池150分類成A、B和C級；厚度接近允許誤差上限(厚度接近3.4mm)的電池分為A級；厚度接近允許誤差中間(厚度為3.3mm)的電池分為B級；厚度接近允許誤差下限(厚度接近3.2mm)的電池分為C級。如圖1和2所示，分為A級的電池150層疊在A區(qū)域(中心部分)，該區(qū)域散熱片300A和300B的偏轉(zhuǎn)最大。分為B級的電池150層疊在B區(qū)域，該區(qū)域中散熱片300A和300B的偏轉(zhuǎn)與A區(qū)域相比第二大。分為C級的電池150層疊在C區(qū)域，該區(qū)域偏轉(zhuǎn)最小。
但是請注意，圖2中顯示的四個B區(qū)域中的電池堆疊高度變化和四個C區(qū)域中的變化都保持在大約30μm或更小的范圍內(nèi)。
如上所述，電池根據(jù)其厚度事先分類，并將分類為各級的電池層疊在各自的預(yù)定區(qū)域。因此，電池堆疊的高度分布可以安排如下，如圖3所示，散熱片300A和300B的中心部分高度最大，越靠近四個角高度變得越小。
如圖4所示，如果適當(dāng)調(diào)整位于各區(qū)域的電池堆疊250A到250F的高度，壓力就可以均勻施加給構(gòu)成電池組100的所有電池150。具體來講，調(diào)整電池堆疊250A到250F的高度，以使得電池堆疊250A到250C的上表面的位置和電池堆疊250D到250F的下表面的位置分別沿著散熱片300A和300B彎曲的內(nèi)表面排列，由于固定螺栓310A到310D擰緊，散熱片300A和300B都處于偏轉(zhuǎn)狀態(tài)。圖4夸大顯示了上散熱片300B和中散熱片200由于擰緊固定螺栓310A到310D而偏轉(zhuǎn)的狀態(tài)。但實際上，如果下散熱片300A和上散熱片300B的硬度是相同的，下散熱片300A就會以與上散熱片300B偏轉(zhuǎn)方向相反的方向偏轉(zhuǎn)，偏轉(zhuǎn)量與上散熱片300B的偏轉(zhuǎn)量大體上相同，下散熱片300A和上散熱片300B相對于中散熱片200的平面是對稱的。此外，在夸大顯示的圖4中散熱片和電池堆疊之間存在間隙。但實際上，因為散熱片的偏轉(zhuǎn)是相當(dāng)于不超過電池150在其厚度方向上變形量的非常輕微的偏轉(zhuǎn)，所以不會產(chǎn)生間隙。
通常，在扁平電池的情況下，因為將電極封在其中的外殼件不是剛性的，所以在頻繁重復(fù)充電和放電之后，電池中產(chǎn)生的氣體累積在電極之間。從而發(fā)生周期退化(在充電和放電周期之后電池性能退化)，并縮短電池壽命。即，如果使施加到各個電池堆疊上的壓力相同并且均勻，就能夠在所有電池上施加合適的壓力，從而防止氣體累積在電極之間。
當(dāng)不考慮散熱片300A和300B的偏轉(zhuǎn)，而使所有電池堆疊的高度一致時，結(jié)果是較大的壓力施加到最靠近固定螺栓310A到310D位置的電池堆疊上，最小的壓力施加到散熱片300A和300B中心部分的電池堆疊上。為了只通過擰緊散熱片300A和300B四個角的固定螺栓310A到310D就將相同的壓力施加到所有電池堆疊，需要將散熱片300A和300B的硬度增加到一個相當(dāng)大的程度。但是，如果硬度增加，散熱片300A和300B的厚度必定增加，因此其重量變大。
另一方面，為了在不增加散熱片300A和300B硬度的情況下將相同的壓力施加到所有的電池堆疊，需要增加固定螺栓的數(shù)量來固定散熱片上更多的點。如果增加要固定的點，必須確保安裝固定螺栓的空間，因此散熱片300A和300B的面積變大。
象在本實施方案中一樣，如果為散熱片300A和300B的偏轉(zhuǎn)調(diào)整電池堆疊的高度，就能夠在不增加散熱片300A和300B硬度和不增加安裝固定螺栓的點的數(shù)量的情況下，在構(gòu)成電池組100的所有電池上施加均勻的壓力。因此，電池組100可以制造得緊湊且重量輕。
圖5顯示了每一電池壓縮偏轉(zhuǎn)范圍δc與電池上的壓力P之間的相互關(guān)系。如上所述，電池根據(jù)其厚度分成三個等級，且排列三個等級的電池，以使得電池堆疊的高度分布如圖3所示。通過這樣做，將每一電池壓縮偏轉(zhuǎn)范圍δc保持在大約0.12mm和0.15mm的范圍δc1內(nèi)。此外，施加到各個電池上的壓力P可以在0.75Kgf/cm2到2.1Kgf/cm2(74Kpa到206KPa)的范圍P1內(nèi)進行調(diào)整。如圖5所示，當(dāng)壓縮偏轉(zhuǎn)范圍δc在范圍δc1內(nèi)時，接觸壓力P在范圍P1內(nèi)大體上線性變化。因此，為了獲得一個目標(biāo)壓力，電池的選擇要能夠使每個電池的壓縮偏轉(zhuǎn)變成與目標(biāo)壓力相應(yīng)的每一電池壓縮偏轉(zhuǎn)范圍。
根據(jù)本實施方案，通過為散熱片的偏轉(zhuǎn)調(diào)整電池堆疊的高度，可以將施加到電池上的壓力調(diào)整到一個對于電池最佳的壓力，而且能夠降低散熱片的硬度。另外，能夠?qū)⒐潭菟ǖ臄?shù)量減少到最小數(shù)量，由此電池組可以緊湊且重量輕。通過選擇具有合適厚度的電池可以調(diào)整電池堆疊的高度。
第二實施方案根據(jù)本發(fā)明第二實施方案的電池組與第一實施方案的電池組基本相同。差別在于在第二實施方案中使用墊片來調(diào)整電池堆疊的高度。
在第一實施方案中要求根據(jù)電池的厚度對電池進行分類。在本實施方案中，墊片用于調(diào)整高度，由此提高了其可使用性。本實施方案中的墊片包括一個粗調(diào)整墊片260A和一個細調(diào)整墊片260B，如圖6A所示。粗調(diào)整墊片260A由磷青銅等金屬材料制成。因為金屬材料硬，彈性小，所以粗調(diào)整墊片260A用于粗略的調(diào)整電池堆疊的高度。細調(diào)整墊片260B由樹脂或橡膠材料等彈性材料制成。因為這種材料能夠輕易變形，所以細調(diào)整墊片260B用于微調(diào)施加到電池上的壓力。如圖6A所示，粗調(diào)整墊片260A放置在電池堆疊250的下方(在散熱片300A一側(cè))，細調(diào)整墊片260B放置在電池堆疊250的上方(散熱片300B一側(cè))。另外，圖6B中顯示的墊片270是一個粗調(diào)整墊片260A和層疊在其上的細調(diào)整墊片260B的組件。該墊片270填充在電池堆疊250下方的空間中(在散熱片300A一側(cè))。
在本實施方案中，電池150首先不論各個電池的厚度如何就相互層疊在一起，然后測量九個電池堆疊250的高度。接下來為各個電池堆疊選擇墊片，使得電池堆疊的高度分布變成如圖7所示，其中在散熱片300A和300B的中心部分高度最大，越靠近四個角高度越小。在高度調(diào)整中，當(dāng)使用圖6A中的分離型墊片時，粗調(diào)整墊片260A放置在電池堆疊250A到250F的下側(cè)，細調(diào)整墊片260B放置在電池堆疊250A到250F的上側(cè)，如圖8所示，圖中說明了電池組10的截面圖。將粗調(diào)整墊片260A放置在電池堆疊250A到250F下側(cè)的原因是由于墊片260A是一個非彈性體，所以墊片260A具有大比例高度調(diào)整功能(可以粗略調(diào)整高度)。此外，將細調(diào)整墊片260B放置在電池堆疊250A到250F上側(cè)的原因是由于墊片260B是一個彈性體，所以墊片260B具有小比例高度調(diào)整功能。另一方面，當(dāng)使用圖6B中顯示的墊片時，盡管圖8中沒有說明，但墊片270放置在電池堆疊250A到250F的下側(cè)。
如圖8所示，如果通過選擇具有合適高度的墊片來適當(dāng)調(diào)整各個區(qū)域中電池堆疊250A到250F的高度，則能夠?qū)⒕鶆虻膲毫κ┘拥綐?gòu)成電池組100的所有電池150上。具體來講，調(diào)整電池堆疊250A到250F的高度，使得電池堆疊250A到250C的上表面的各位置和電池堆疊250D到250F的下表面的各位置分別沿著散熱片300B和300A彎曲的內(nèi)表面排列，散熱片300A和300B由于擰緊固定螺栓310A到310D都處于偏轉(zhuǎn)狀態(tài)。圖8夸大顯示了通過擰緊固定螺栓310A到310D而偏轉(zhuǎn)的上散熱片300B和中散熱片200的狀態(tài)。但實際上，如果下散熱片300A和上散熱片300B的硬度是相同的，則下散熱片300A就會以與上散熱片300B偏轉(zhuǎn)方向相反的方向偏轉(zhuǎn)，偏轉(zhuǎn)量與上散熱片300B的偏轉(zhuǎn)量大體上相同，下散熱片300A和上散熱片300B相對于中散熱片200的平面是對稱的。此外，在夸大顯示的圖8中散熱片與電池堆疊之間存在間隙。但實際上，因為散熱片的偏轉(zhuǎn)是相當(dāng)于不超過墊片260B在其厚度方向上的彈性變形量的非常輕微的偏轉(zhuǎn)，所以不會產(chǎn)生間隙。
根據(jù)本實施方案，與在第一實施方案中一樣，能夠在不增加散熱片300A和300B的硬度的情況下，和不增加安裝固定螺栓的點的數(shù)量的情況下，將均勻的壓力施加到構(gòu)成電池組100的所有電池上。因此，電池組100能夠制造得緊湊且重量輕。
圖9顯示了每一電池壓縮偏轉(zhuǎn)范圍δc與電池上的壓力P之間的相互關(guān)系。如上所述，通過使用墊片來調(diào)整各電池堆疊的高度，以使得電池堆疊的高度分布如圖7所示。通過這樣做，將每一電池壓縮偏轉(zhuǎn)范圍δc保持在大約0.127mm和0.150mm的范圍δc2內(nèi)。此外，施加到各個電池上的壓力P可以在1.1Kgf/cm2到2.1Kgf/cm2(108Kpa到206KPa)的范圍P2內(nèi)進行調(diào)整。如圖9所示，當(dāng)壓縮偏轉(zhuǎn)范圍δc在范圍δc2內(nèi)時，接觸壓力P在范圍P2內(nèi)大體上線性變化。因此，為了獲得目標(biāo)壓力，墊片的選擇要能夠使得每個電池的壓縮偏轉(zhuǎn)范圍變成與目標(biāo)壓力相應(yīng)的每一電池壓縮偏轉(zhuǎn)范圍。
根據(jù)本實施方案，通過為散熱片的偏轉(zhuǎn)調(diào)整電池堆疊的高度，能夠?qū)⑹┘拥诫姵厣系膲毫φ{(diào)整到一個對于電池最佳的壓力，而且可以降低散熱片的硬度。另外，可以將固定螺栓的數(shù)量減少到最小數(shù)量，由此電池組可以是緊湊且重量輕的。通過選擇具有合適厚度的墊片能夠調(diào)整電池堆疊的高度。
換句話說，本發(fā)明的電池組是以這樣一種方式制造的電池組100，各包括多個層疊的扁平電池150的多個電池堆疊250排列在一個平面上，并且通過用板式固定件300A和300B在電池150的厚度方向從電池堆疊250的兩側(cè)壓住排列好的電池堆疊250，以將電池堆疊250固定在一起。在電池組100中，在考慮固定件300A和300B的偏轉(zhuǎn)的同時調(diào)整各個電池堆疊250的高度。
不管電池150的位置如何，如上所述的結(jié)構(gòu)最終都能使均勻的接觸壓力施加到所有電池150上。因此，即使頻繁的重復(fù)充電和放電，也能夠消除由電池內(nèi)部產(chǎn)生的氣體引起的電池容量和壽命減少，從而提高了電池組100的可靠性。因此，能夠?qū)⒃撾姵亟M安裝在車輛上。
這里描述的優(yōu)選實施方案是說明性的而不是限制性的，而且在不偏離本發(fā)明的要旨或基本特性的情況下可以其它方式實踐或具體化本發(fā)明。權(quán)利要求指明了本發(fā)明的范圍，所有在權(quán)利要求含義范圍內(nèi)的變化都意在包含在此。
本說明書的公布涉及2003年10月10日申請的日本專利申請No.2003-351753包含的主體，這里通過整體引用該文獻作為參考。
權(quán)利要求
1.一種電池組，包括多個排列在一個平面上的電池堆疊，每個電池堆疊包括多個彼此層疊的扁平電池；以及一個平面固定件，其壓在多個電池堆疊上，用于將該多個電池堆疊固定在一起，其中，為固定件的偏轉(zhuǎn)調(diào)整各個電池堆疊的高度。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的電池組，其中通過層疊具有不同厚度的電池來調(diào)整各個電池堆疊的高度。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的電池組，其中通過在電池堆疊和固定件之間插入墊片來調(diào)整各個電池堆疊的高度。
4.根據(jù)權(quán)利要求3的電池組，其中所述墊片包括由非彈性材料制成的第一墊片，用于粗略調(diào)整電池堆疊的高度；和/或由彈性材料制成的第二墊片，用于細微調(diào)整電池堆疊的高度。
5.根據(jù)權(quán)利要求4的電池組，其中第一和第二墊片組合在一起。
6.根據(jù)權(quán)利要求1的電池組，還包括一個連接到固定件的連接構(gòu)件，其將固定件壓在多個電池堆疊上，其中，在固定件的偏轉(zhuǎn)相對于固定件上連接構(gòu)件連接到其上的點為較大的區(qū)域，將電池堆疊的高度調(diào)整得較大。
7.根據(jù)權(quán)利要求6的電池組，其中連接構(gòu)件在固定件的周緣連接到固定件，以及電池堆疊的高度被調(diào)整成在固定件的中心區(qū)域要比在其周緣處大。
8.根據(jù)權(quán)利要求1的電池組，其中固定件包括一個用于冷卻所述多個電池堆疊的散熱片。
9.一種用于組合電池組的方法，該電池包括多個排列在一個平面上的電池堆疊，每個電池堆疊包括多個彼此層疊的扁平電池；以及，平面固定件，其壓在所述多個電池堆疊上，用于將該多個電池堆疊固定在一起，該方法包括為固定件的偏轉(zhuǎn)調(diào)整各個電池堆疊的高度。
全文摘要
一種電池組，包括多個排列在一個平面上的電池堆疊，每個電池堆疊包括多個彼此層疊的扁電池；以及平面固定件，其壓在多個電池堆疊上，用于將多個電池堆疊固定在一起。為固定件的偏轉(zhuǎn)調(diào)整各個電池堆疊的高度。
文檔編號H01M2/10GK1606182SQ20041008494
公開日2005年4月13日 申請日期2004年10月10日 優(yōu)先權(quán)日2003年10月10日
發(fā)明者東野龍也, 宮本丈司 申請人:日產(chǎn)自動車株式會社