專利名稱：電池組的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種由適合用于二次電池的多串聯和并聯連接的電池模塊組成的電池組。
背景技術：
近年來，電子設備、特別是諸如蜂窩電話、膝上型個人計算機和可攜式攝像機一類的便攜式信息設備已提高性能并變得流行，產生對能量密度高的小型和輕質二次電池的更大需求。正在進行更先進的電池的研究。特別地，作為這種二次電池之一的鋰離子二次電池正引起人們的注意。鋰離子二次電池以下面的方式制造在轉變?yōu)殡姵卦埃浻捎啥嗫缀铣蓸渲ぶ瞥刹⒔n有電解液的隔板將正極(其中正極活性材料層形成在正極集電器表面上) 和負極(其中負極活性材料層形成在負極集電器表面上)堆疊。正極活性材料層由諸如鋰鈷復合氧化物一類的正極活性材料粉末、導電粉末和粘合劑制成；正極集電器表面由鋁箔制成。負極活性材料層由含碳負極活性材料粉末和粘合劑制成；負極集電器表面由銅箔制成。為了將電池用作用于電動車輛等的電源，需要根據要求的電容量將許多電池單元串聯和并聯連接。圖6是示出常規(guī)電池組的一個實例的圖。圖6中所示的電池組是由七個電池單元組成的大容量鋰離子電池組。電池組1的第一外殼部3a和第二蓋部北中，保護電路板7被安裝在組裝好的電池4上，其中具有約 4. OAh的容量的電池單元以7串聯、1并聯的型式排列；電池組1配備有用于外部連接的連接接頭8。圖7是示出常規(guī)電池組的另一個實例的圖。圖7中所示的電池組是由14個常規(guī)電池單元組成的大容量鋰離子電池組。該電池組的第一外殼部3a和第二外殼部北中，具有約1. OAh的容量的電池單元以7串聯、1并聯型式排列而產生組裝好的電池如和4b，其然后被并聯連接以便形成7串聯、2并聯型式的排列。另外，安裝有保護電路板7 ；設有用于外部連接的連接接頭8。對于這種電池組，在每個電池組中安裝保護電路板以在電池的充電和放電過程中保護電池以免出現異常。取決于保護電路板所占據的空間的體積，體積能量密度減小。例如，請參見專利文獻1。電池單元串聯或并聯或既串聯又并聯連接的電池組的生產和維護隨著電池單元的數目增加而變得更加復雜。公知作為用于電池單元被直接布置在其中的電池組的替代品為在外殼中具有存儲了多個電池單元的多個電池模塊的電池組。當電池模塊被使用時，取決于如何組合各種電池模塊，可以使組裝具有不同水平的電力輸出的電池組的過程更有效率。即使在電池模塊中，如電池組的情形中那樣，為電池單元被串聯或并聯或既串聯又并聯連接的組裝的電池設置保護電路板。例如，請參見專利文獻2。對于保護電路板，一般而言，使用各種半導體元件。使用適合于電池模塊的耐電壓和耐電流的半導體元件。例如，假設為了使具有24V的輸出的電池模塊耐受電壓，保護電路由耐受雙倍輸出電壓、即48V的元件制成。如果兩個模塊是串聯連接的，則沒有為耐電壓留下空間。如果三個模塊是串聯連接的，則輸出電壓于是超過元件能耐受的電壓；當發(fā)生異常時，保護功能可能由于半導體元件損壞而不起作用。因此，對將電池模塊電氣地連接在一起有限制。還有一種方法，通過該方法，保護電路板由耐受高電壓的構件組成。然而，其中的一個問題在于構件的外部尺寸大并且構件的每單位價格高。構件在體積和價格兩方面均不
王困相現有技術文獻
專利文獻
專利文獻 1 JP-A-2006-12805 專利文獻 2 JP-A-11-；341693。

發(fā)明內容
本發(fā)明要解決的課題
本發(fā)明的目的是提供一種非?？煽康碾姵亟M，其在使用共同電池模塊進行串聯和并聯連接方面非常靈活并且組裝生產率高，該電池組具有多個電池模塊，由多個電池單元組成的組裝好的電池被存儲在其中，電池模塊被串聯或并聯或既串聯又并聯連接。解決課題的手段
根據本發(fā)明，一種電池組包括多個電池模塊，其將多個電池單元容納在外殼中；以及保護電路板，其同時控制多個電池模塊的充電和放電。該電池組中，電流熔絲至少被布置在電池模塊中的正極側輸入/輸出線或負極側輸入/輸出線上。該電池組中，電池電壓檢測線連接到電池模塊中的各電池單元的正極側或負極側上；并且從電池模塊弓I出的電池電壓檢測線連接到保護電路板上。該電池組中，電池電壓檢測線連接到具有形成在絕緣基板上的多個電氣隔離的熔絲的貼片熔絲上并從電池模塊引出。該電池組中，電池單元各覆蓋有薄膜覆蓋材料。該電池組中，各電池單元的正極活性材料含有鋰錳復合氧化物。本發(fā)明的電池組是具有被容納在由合成樹脂或金屬制成的外殼內的電池模塊的電池組。本發(fā)明的優(yōu)點
根據本發(fā)明，可以提供這樣的電池組其在設定各種串聯和并聯連接中的輸出電壓和電流時非常靈活且組裝生產率高，并具有高體積能量密度。


圖1是示出根據本發(fā)明的電池組的圖并且是外殼的分解透視圖，該外殼的一部分已被移除。圖2是示出設置在本發(fā)明的電池組容納的電池模塊中的鋰離子二次電池的電池單元的一個實例的圖且為透視圖。圖3是示出根據本發(fā)明的一個實施例的被容納在電池組中的電池模塊的圖且為分解透視圖。圖4是提供圖3中所示的電池電壓檢測線如何連接的更詳細的說明的圖；圖4A是示出貼片熔絲和連接部分的透視圖；圖4B是示出貼片熔絲如何附接的側視圖；圖4C是貼片熔絲的俯視圖。圖5是示出根據本發(fā)明的一個實施例的電池模塊的電布線的圖。圖6是示出常規(guī)電池組的一個實例的圖。圖7是示出常規(guī)電池組的另一個實例的圖。
具體實施例方式下文將參照附圖更詳細地描述本發(fā)明的實施例。圖1是示出根據本發(fā)明的電池組的圖。圖1是外殼的分解透視圖，該外殼的一部分已被移除。本發(fā)明的電池組1在由第一外殼部3a和第二外殼部北組成的外殼中容納多個電池模塊5和保護電路板7。連接到電池模塊5上的電池模塊輸出線9和電池單元電壓檢測線11連接到保護電路板7上。此外，連接到保護電路板7上的是能使電池組1被電氣連接的輸入/輸出單元13。在該實例中，電池組1容納四個電池模塊5。四個電池模塊5能夠以4串聯、1并聯型式、2串聯、2并聯型式、1串聯、4并聯型式等被連接在一起。對于具有相同構造的電池模塊，可以提供具有不同水平的輸出電壓和電流的電池組。由于連接到電池模塊5的電池模塊輸出線9和電池單元電壓檢測線11連接到本發(fā)明的電池組1的保護電路板7上，所以可以單獨監(jiān)測組成電池模塊的各電池單元的工作狀態(tài)，從而使得可以防止過充電、過放電、過電流、溫度異常等。如上所述，由于保護電路板7設置在電池組中，所以不需要對每個電池單元或電池模塊5設置保護電路板7。此外，保護電路板7上形成有允許電池模塊以任意串聯或并聯連接型式或以任意串聯和并聯連接型式連接的可選擇的電路。使用相同的電池模塊5和相同的保護電路板7， 可以為電池組提供不同水平的輸出電壓和電流。圖2是示出設置在本發(fā)明的電池組容納的電池模塊中的鋰離子二次電池的電池單元的一個實例的圖。圖2為透視圖。鋰離子二次電池的電池單元21的開口由薄膜覆蓋材料23密封；連接到電池元件的正極上的正極接片(tab) 25和連接到負極上的負極接片27分別經薄膜覆蓋材料23的密封開口部分被引出。希望將熱粘合聚乙烯薄膜作為薄膜覆蓋材料布置在電池單元的內表面上，將聚對苯二甲酸乙二酯高強度薄膜、聚酰胺薄膜等布置在外表面上，并使用鋁箔層被布置和堆疊在其中的柔性層壓薄膜。此外，可通過對由鋁箔制成的集電器的表面施加鋰過渡金屬復合氧化物顆粒和諸如炭黑一類的含碳導電材料隨同粘合劑分散于其中的漿狀物來形成正極。對于鋰過渡金屬復合氧化物，可使用鋰錳復合氧化物。當使用鋰錳復合氧化物時， 電池當被充電時比使用鋰鈷復合氧化物的電池更安全。因此，可以使各電池單元的保護電路簡單。因而，可以縮小電池模塊的尺寸。鋰錳復合氧化物可為僅包括鋰和錳的氧化物，或包括其它化學元素的復合氧化物。負極可以通過對銅箔的表面施加漿狀物來形成通過將用于獲得摻雜或不摻雜鋰的石墨、無定形碳粉、硅等與粘合劑混合來獲得該漿狀物。對于本發(fā)明的電池組，可以使用各種電容量不同的電池單元?？梢圆捎秒娙萘看笥诨虻扔贗Ah且小于或等于500Ah的電池單元。圖3是示出被容納在根據本發(fā)明的一個實施例的電池組中的電池模塊的圖。圖3 是分解透視圖。電池模塊5包括在電池模塊外殼51a和51b中的組裝好的電池4 組裝好的電池 4容納多個電池單元21。對于電池模塊外殼51a和51b，能夠使用以下材料諸如聚碳酸酯或ABS樹脂一類的合成樹脂，或諸如鋁、低碳鋼或不銹鋼的金屬材料。電池模塊外殼51a和 51b利用螺釘52連接在一起。當使用合成樹脂材料作為外殼的成分時，可以防止被施加電壓的部分當該部分與外殼接觸時短路。同時，如果要求外殼的熱釋放特征和強度，則希望使用金屬材料。在該實例中，七個電池單元21在電池模塊5中被串聯連接而形成組裝好的電池4。 電池單元的形狀、要連接的電池單元的數目和電連接方法可根據預期用途適當變化。以下設置在本電池模塊5中組裝好的電池4的正極側輸入/輸出線M、組裝好的電池的負極側輸入/輸入線55、以及從各電池單元引出并用于監(jiān)測各電池單元的電壓的電池電壓檢測線60。正極側輸入/輸出線M上設有電流熔絲57以保護免于短路。貼片熔絲61連接到電池電壓檢測線60上以防止電壓檢測線短路。這些情形中，設置了輸入/輸出線外部連接接頭59和電池電壓檢測線外部連接接頭66;未安裝保護電路板。在圖3中所示的實例中，用于電壓檢測線的貼片熔絲61包括在絕緣基板上的多個電氣隔離的熔絲62，其數目與電壓檢測線的數目對應。電壓檢測線貼片熔絲61包括接頭61a和61b，其能使多個電路被同時連接。因此， 連接到一個接頭61a上的是具有連接到電池電壓檢測線60上的多個電氣觸點的接頭63。 連接到另一個接頭61b上的是連接到電池電壓檢測線外部連接接頭64上的輸出側電池電壓檢測線65。因此，接頭61b連接到電池電壓檢測線輸出側接頭66上，從而能使所有電池電壓檢測線被同時連接。用于保護免于短路的正極側輸入/輸出線M的電流熔絲57根據電池或其中使用電池的設備而變化。為了確保安全，希望為24V系統采用額定30A或以上的熔絲，并且為用于驅動系統中且需要大電流的系統采用額定100A或以上的熔絲。
正極側輸入/輸出線M和負極側輸入/輸出線55連接組裝好的電池53和輸入/ 輸出線外部連接接頭59。根據要求的電流量適當選擇應用于正極側輸入/輸出線M和負極側輸入/輸出線陽的線材料。優(yōu)選的是，該材料具有AWG#14th線(直徑為1. 628mm)或以上的厚度。優(yōu)選的是，負極側輸入/輸出線陽具有AWG#30th線(直徑為0. 2546mm)或以上的厚度。以上電連接可通過由諸如銅或鋁的金屬板而非線材料制成的母線來實現。圖4是提供圖3中所示的電池電壓檢測線如何連接的更詳細的說明的圖。圖4A 是示出貼片熔絲和連接部分的透視圖。圖4B是示出貼片熔絲如何附接的側視圖。圖4C是貼片熔絲的俯視圖。貼片熔絲61配備有多個電氣隔離的熔絲62并具有能使多個熔絲62被同時電連接的接頭61a和61b。因此，連接到一個接頭61a上的是具有連接到電池電壓檢測線60上的多個電氣觸點的接頭63。連接到另一個接頭61b上的是連接到輸出側電池電壓檢測線 64上的接頭65。因此，多個電池電壓檢測線被連接在一起。輸出側電池電壓檢測線64上設有電池電壓檢測線輸出側接頭66。因此，可以對設置在電池組中的保護電路供應電池的電壓。設有配備有多個熔絲的貼片熔絲。因此，可以同時將所有電池電壓檢測線連接在一起。使用中的接頭并不暴露被施加電壓的部分。因此，可以形成非?？煽康碾娺B接。圖5是示出根據本發(fā)明的一個實施例的電池模塊的電布線的圖。圖5中所示的實例中，組裝好的電池4由串聯連接的七個電池單元21組成。從定位在組裝好的電池4的層壓體的一端的電池單元的正極引出的正極側輸入/ 輸出線M被連接。從定位在以上組裝好的電池的層壓體的另一端的電池單元的負極引出的負極側輸入/輸出線陽被連接。負極側輸入/輸出線M經電流熔絲57連接到輸入/ 輸出線外部連接接頭59上并連接到電池保護板上。同時，電池電壓檢測線60連接到各電池單元的正極側上并連接到設置在貼片熔絲61中的七個電氣隔離的熔絲62上。定位在貼片熔絲61的輸出側的輸出側電池電壓檢測線64連接到電池電壓檢測線外部連接接頭66上并經該接頭連接到電池保護電路上。本電池模塊并不包括保護電池模塊中的電池的充電和放電的保護電路，從而允許根據要求的電壓或電流串聯或并聯或既串聯又并聯地自由連接多個電池模塊。根據使用該電池的設備所需的電壓或電流適當設定串聯連接以組成組裝好的電池的電池單元的數目。存在12V或24V系統作為使用該電池的設備的典型電壓。然而，在鋰離子二次電池的情形中，優(yōu)選對于12V系統將三到四個電池單元串聯連接，而對于24V系統將六到八個電池單元串聯連接。還可以通過改變串聯連接的電池單元的數目來支持各種電壓，例如36V或42V。實例
以下通過舉例來描述本發(fā)明。實例1
鋰離子二次電池的正極采用以下方式制造。通過以90 5 5的質量比將鋰錳復合氧化物粉末、含碳導電材料和聚偏氟乙烯混
7合并分散到N-甲基吡咯烷酮(NMP)中并進行攪拌而制備正極活性材料層的漿狀物。然后， 使用刮刀將漿狀物均勻地施加到厚度為20 μ m的鋁箔板的兩側以形成正極。對于負極，通過以91 9的質量比將無定形碳粉和聚偏氟乙烯混合并分散到N-甲基吡咯烷酮(NMP)中并進行攪拌而制備負極活性材料層的漿狀物。然后，使用刮刀將漿狀物施加到厚度為10 μ m的銅箔板的兩側以形成負極。將正極板和負極板經由隔板堆疊在其中的電池元件浸漬電解液正極活性材料層和負極活性材料層被施加到正極板和負極板的兩側。還通過薄膜覆蓋材料密封開口以形成鋰離子二次電池的電池單元。電池單元的容量為4. OAh。通過串聯連接七個二次電池形成組裝好的電池，然后將其容納在電池模塊外殼中。附接到各電池單元上的電池電壓檢測線在配備有七個電氣隔離的熔絲的貼片熔絲的一端連接到接頭上；貼片熔絲的另一端連接到用于外部連接的接頭上。正極側輸入/輸出線連接到電流熔絲的一端上；電流熔絲的另一端和負極側輸入 /輸出線連接到用于外部連接的接頭上。將希望數量的如上所述形成的電池模塊容納在電池組中并連接到保護電路板上。 因而形成電池組。在一個實例中，其中存儲了串聯連接的七個電池單元的組裝好的電池并且安裝了保護電路板的電池組寬90mm、長210mm且厚70mm。當四個電池組被合并時，體積達5292cm3。而該實例中生產的電池組容納四個不具有保護電路板的電池模塊并且寬200mm、 長 250mm 且厚 IOOmm ；體積達 5000cm3。這樣，未對每個電池模塊設置保護電路板；只為容納四個電池模塊的電池組設置一個保護電路板。因而，可以減小電池組的體積并因此提高體積能量密度。本發(fā)明的電池組是通過在生產電池模塊之后將要求數目的電池模塊的接頭連接到設置在電池組中的保護電路板上而形成的。因而，可以減少組裝步驟的數目并因此提高生產電池組的生產率。至于電池模塊，不是所有四個電池均被串聯連接的電池模塊，可使用2串聯、2并聯連接型式的電池模塊。因此，使用具有相同構造的電池模塊，可以生產不同輸出電壓和電流的電池組并改善生產電池組的方式的靈活性。本發(fā)明的電池組能夠被應用于使用各種活性材料的二次電池。特別地，使用被充電時非常安全的鋰錳復合氧化物作為正極活性材料的鋰離子電池是優(yōu)選的。也可以提供只對電池組而不對電池模塊使用保護電路板的電池組。實例2
圖7是示出常規(guī)電池組的一個實例的圖。電池組1中，電池單元以7串聯、2并聯型式連接以生產組裝好的電池并安裝保護電路板。在由第一外殼部3a和第二外殼部北組成的外殼中，七個電池單元被串聯連接在其中的兩個組裝好的電池53被并聯連接。保護電路板 7被定位成與組裝好的電池接觸。電池組1寬180mm、長210mm且厚70mm。當四個電池組被連接時，總體積為 10584cm3。同時，當使用與以上電池組中相同數目的電池單元以及當電池組容納由7串聯、2并聯連接型式的組裝好的電池組成的四個電池模塊時，電池組的尺寸為寬380mm、長250mm 且厚IOOmm并且體積達9500cm3。根據本發(fā)明，可以提供具有比使用相同數目的電池單元的電池組更小的體積的電池組，在每個電池組中設置了保護電路板并且輸出電壓和電流相等。因此，可以提供每體積電容量大的電池組。工業(yè)實用性
需要布置用于電池的充電和放電的保護電路板。沒有為由組合了容量比較大的二次電池如鋰離子電池的電池單元的組裝好的電池組成的每個電池模塊設置用于電池的充電和放電的保護電路板。電池組設有只用于該電池組的保護電路板。因此，可以提供體積效率高的電池組。
權利要求
1.一種電池組，其特征在于，包括將多個電池單元容納在外殼中的多個電池模塊；以及同時控制多個所述電池模塊的充電和放電的保護電路板。
2.根據權利要求1所述的電池組，其特征在于，電流熔絲至少被布置在所述電池模塊中的正極側輸入/輸出線或負極側輸入/輸出線上。
3.根據權利要求1或2所述的電池組，其特征在于電池電壓檢測線連接到所述電池模塊中的每個電池單元的正極側或負極側上；并且從所述電池模塊弓I出的電池電壓檢測線連接到所述保護電路板上。
4.根據權利要求3所述的電池組，其特征在于，所述電池電壓檢測線連接到具有形成在絕緣基板上的多個電氣隔離的熔絲的貼片熔絲并從所述電池模塊引出。
5.根據權利要求1至4中任一項所述的電池組，其特征在于， 所述電池單元覆蓋有薄膜覆蓋材料。
6.根據權利要求1至5中任一項所述的電池組，其特征在于， 所述電池單元的正極活性材料為鋰錳復合氧化物。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種電池組，包括多個電池模塊，其將多個電池單元容納在外殼中；以及保護電路板，其同時控制多個電池模塊的充電和放電。該電池組在串聯和并聯連接上非常靈活、組裝生產率高并且能量密度高。
文檔編號H01M2/10GK102177600SQ200980136148
公開日2011年9月7日 申請日期2009年7月15日 優(yōu)先權日2008年7月16日
發(fā)明者笠井正勝 申請人:Nec能源元器件株式會社