專利名稱：電池模塊和組合電池的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電池模塊和組合電池。
背景技術(shù)：
最近，作為使用電力作為其動(dòng)力源的電動(dòng)車(EV)，組合使用發(fā)動(dòng)機(jī)和電動(dòng)機(jī)作為其動(dòng)力源的混合動(dòng)力電動(dòng)車(HEV)等中的動(dòng)力源用二次電池(secondary battery)，從減輕重量等的觀點(diǎn)，注意力已引向于包覆在層疊薄膜中的電池，即引向?qū)盈B鎧裝電池。
層疊鎧裝(laminate-sheathed)電池一般包括具有柔韌性的層疊薄膜，和通過熱熔接層疊薄膜的外邊緣，封裝在層疊薄膜內(nèi)的電力產(chǎn)生元件(electric-power generating element)。電力產(chǎn)生元件與電極引線的一端連接，電極引線的另一端伸出到層疊薄膜之外(參見JP-A-2001-345081)。
就將二次電池應(yīng)用于EV、HEV等的動(dòng)力源來說，需要把多個(gè)單元電池相互電連接，并把它們裝配成二次電池，以便獲得更高的電壓，和增大的容量。

發(fā)明內(nèi)容
但是，在采用層疊鎧裝電池作為二次電池的情況下，由于在相鄰的層疊鎧裝電池之間，或者在按照堆疊方式相互附著的層疊鎧裝電池之間，不能獲得足夠的剛性，因此難以獲得極好的操縱(handling)。于是，從提高生產(chǎn)效率的觀點(diǎn)，要求簡化當(dāng)裝配多個(gè)單元電池時(shí)的操縱。
另外，當(dāng)要求引出電壓測(cè)量電纜，以便測(cè)量單個(gè)層疊鎧裝電池的電壓時(shí)，引出電纜的操作麻煩，并且需要額外的空間，以便容納電纜，從而妨礙減小動(dòng)力源的尺寸。
為了滿足上述要求，完成了本發(fā)明，于是，本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種電池模塊和組合電池，借助所述電池模塊和組合電池，單元電池的操縱被簡化，從而提高生產(chǎn)效率，同時(shí)有助于減小動(dòng)力源的尺寸。
為了實(shí)現(xiàn)上述目的，根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供一種電池模塊，所述電池模塊包括用電連接在一起的多個(gè)單元電池構(gòu)成的電池組件，每個(gè)單元電池包括電力產(chǎn)生元件和封裝電力產(chǎn)生元件的層疊薄膜，配置成容納電池組件的電池艙，和配置成保持作為電池組件的多個(gè)單元電池的保持部件，所述保持部件由印刷有電壓測(cè)量線路的印刷線路板構(gòu)成，所述電壓測(cè)量線路分別測(cè)量多個(gè)單元電池的電壓。
下面參考附圖，說明本發(fā)明的實(shí)施例。


圖1是根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的電池模塊的前視圖；圖2A和2B分別是在保持部件保持層疊鎧裝電池的狀態(tài)下，保持部件的前視圖和側(cè)視圖；圖3A和3B分別是在保持部件保持層疊鎧裝電池的狀態(tài)下，保持部件的前視圖和底視圖；圖4是構(gòu)成保持部件的印刷線路板的前視圖；圖5是層疊鎧裝電池的一個(gè)例子的透視圖；圖6A是層疊鎧裝電池的平面圖，圖6B是沿圖6A的6B-6B線得到的橫截面圖；圖7A-7C分別是圖1中所示的電池艙的前視圖、頂視圖和側(cè)視圖；圖8是根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例的組合電池的透視圖；圖9是包含安裝于其上的組合電池的車輛的示意圖；圖10是構(gòu)成根據(jù)本發(fā)明第三實(shí)施例的保持部件的印刷線路板的前視圖；圖11A是根據(jù)本發(fā)明第四實(shí)施例的電池模塊的前視圖，所述電池模塊包括串聯(lián)連接的8個(gè)單元電池，圖11B是所述電池模塊的底視圖，專用于表示母線和電池模塊的印刷線路板之間的關(guān)系，這里在一個(gè)形式中，該電池模塊中的電壓測(cè)量端子分別設(shè)置在印刷線路板的兩個(gè)表面上；圖12A是圖11A和11B中所示的電池模塊的透視后視圖，圖12B是等同于圖11B的底視圖；圖13A是包括本發(fā)明第四實(shí)施例的電池模塊的前視圖，該電池模塊包括串聯(lián)連接的8個(gè)單元電池，圖13B是專門表示電池模塊的母線和印刷線路板之間的關(guān)系的電池模塊底視圖，其中在另一形式中，該電池模塊的測(cè)量端子設(shè)置在印刷線路板的一個(gè)表面上；和圖14A是圖13A和13B中所示的電池模塊的透視后視圖，圖14B是等同于圖13B的底視圖。
具體實(shí)施例方式
本說明書中，術(shù)語“單元電池”、“電池模塊”和“組合電池”應(yīng)如下定義。術(shù)語“單元電池”表示使其電力產(chǎn)生元件封裝在層疊薄膜內(nèi)的一個(gè)電池，即，表示單個(gè)的層疊鎧裝電池。術(shù)語“電池模塊”表示電池艙(accommodation case)和容納于其中的電池組件(assembly)的組合，電池組件由一個(gè)單元電池、或相互電連接的多個(gè)單元電池構(gòu)成。術(shù)語“組合電池”表示多個(gè)電池模塊的組合。可以使用“單元電池”、“電池模塊”和“組合電池”任意之一作為電池。“單元電池”、“電池模塊”和“組合電池”的稱呼被用于方便理解電池大小方面的差異。此外，在組合電池中可使用多個(gè)電池模塊，從而多個(gè)電池模塊相互電連接，或者多個(gè)電池模塊被獨(dú)立使用，而不必相互電連接。
(第一實(shí)施例)圖1是根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的電池模塊60的前視圖。圖2A及2B和圖3A及3B分別是在保持部件(retention member)50保持層疊鎧裝電池11的狀態(tài)下，保持部件50的前視圖、側(cè)視圖、頂視圖和底視圖，圖4是構(gòu)成保持部件50的印刷線路板51的前視圖。圖5是層疊鎧裝電池11的一個(gè)例子的透視圖，圖6A是層疊鎧裝電池11的平面圖，圖6B是沿圖6A的6B-6B線得到的橫截面圖。圖7A-7C分別是圖1中所示的電池艙61的前視圖、頂視圖和側(cè)視圖。
參見圖1-圖4，電池模塊60包括單元電池11；保持單元電池11的保持部件50，和容納保持單元電池11的保持部件50的電池艙61。保持部件50由印有電壓測(cè)量線路52的印刷線路板51構(gòu)成，電壓測(cè)量線路52分別測(cè)量單元電池11的電壓。電池模塊還包括可分離地連接在印刷線路板51上的夾緊部件53，以便分別使單元電池11的電極端子41、42和電壓測(cè)量線路52電連接。均包括封裝在層疊薄膜內(nèi)的電力產(chǎn)生元件的層疊鎧裝電池被用作單元電池11。下面當(dāng)適當(dāng)時(shí)，把電池艙61簡稱為“艙61”。
具體地說，在本實(shí)施例的電池模塊60中，保持層疊鎧裝電池11的保持部件50由印刷線路板51構(gòu)成。雖然由于印刷線路板51屬于公知技術(shù)，這里省略印刷線路板51的詳細(xì)說明，不過該印刷線路板具有包括用附著于絕緣板的正反面上的銅箔制成的線路的結(jié)構(gòu)，所述絕緣板由諸如酚醛塑料(bakelite)或環(huán)氧樹脂之類非導(dǎo)電材料制成，厚度為幾毫米。印刷線路板51包括絕緣板，從而是相當(dāng)剛硬的板狀材料。如后所述，印刷線路板51具有保持面，每個(gè)保持面具有附著于其上的彈性薄片54(對(duì)應(yīng)于彈性體)，每個(gè)彈性薄片54是電絕緣的，當(dāng)把印刷線路板51放置在電池艙61內(nèi)時(shí)，彈性薄片54由相關(guān)的層疊鎧裝電池11擠壓和彈性變形(參見圖2B中的局部放大視圖)。
印刷線路板51保持電池組件12，電池組件12由電連接在一起的多個(gè)層疊鎧裝電池11構(gòu)成。所述多個(gè)層疊鎧裝電池11被保持在印刷線路板51的正面51a和反面51b上。具體地說，印刷線路板51的正面51a保持沿寬度方向(圖1中的右-左方向)排成一行的四個(gè)層疊鎧裝電池11，印刷線路板51的反面51b同樣保持沿寬度方向排成一行的四個(gè)層疊鎧裝電池11。在圖解說明的實(shí)施例中，總共8個(gè)層疊鎧裝電池11被串聯(lián)連接在一起，從而構(gòu)成電池組件12。這樣，通過串聯(lián)連接恰當(dāng)數(shù)目的層疊鎧裝電池11，能夠提供可解決所需電壓的電池模塊60。
在印刷線路板51的下端部分，形成用于分別容納層疊鎧裝電池11的電極端子41、42的凹槽55。保持在印刷線路板51的正面51a的左端的層疊鎧裝電池11使其負(fù)電極端子42放置在相關(guān)凹槽55中，并與保持在反面51b的左端的層疊鎧裝電池11的正電極端子41連接。而保持在反面51b的左端的層疊鎧裝電池11使其負(fù)電極端子42放置在反面51b的上部，并與右側(cè)的相鄰層疊鎧裝電池11的正電極端子41連接。通過重復(fù)這樣的連接，8個(gè)層疊鎧裝電池11被串聯(lián)連接在一起。此外，位于正面51a左端的層疊鎧裝電池11使其正電極端子41與正極接頭63電連接，而位于正面51a右端的層疊鎧裝電池11使其負(fù)電極端子42與負(fù)極接頭64電連接。
在相互連接分別位于印刷線路板51的正面51a和反面51b的上部的相鄰層疊鎧裝電池11的電極端子41、42的情況下，采用了恰當(dāng)?shù)倪B接部件，例如母線(bus-bar)80。如后所述，放置在有關(guān)凹槽55中的兩個(gè)電極端子41、42借助相關(guān)的夾緊部件53，直接相互電連接。
印刷線路板51印刷有分別用于測(cè)量多個(gè)(例證實(shí)施例中為8個(gè))層疊鎧裝電池11的電壓的多個(gè)(例證實(shí)施例中為8個(gè))電壓測(cè)量線路52(參見圖4)。特別地，在本實(shí)施例中，多個(gè)電壓測(cè)量線路52分別印刷在正面51a和反面51b上，因?yàn)槎鄠€(gè)層疊鎧裝電池11分別保持在印刷線路板51的正面51a和反面51b上。具體地說，8個(gè)電壓測(cè)量線路52(52a～52h的類屬表示)被印刷在印刷線路板51的正面51a上，因?yàn)樗膫€(gè)層疊鎧裝電池11保持在正面51a上。類似地，反面51b印刷有8個(gè)電壓測(cè)量線路52。
雖然電壓測(cè)量線路52的布線圖案不存在特別限制，不過在本實(shí)施例中，設(shè)置在電壓測(cè)量線路52e～52h的一端的測(cè)量端子56分別被安排在凹槽55的內(nèi)緣55a處。此外，設(shè)置在電壓測(cè)量線路52a～52d的一端的測(cè)量端子57被安排在印刷線路板51的上部，層疊鎧裝電池11的電極端子41、42被安排在所述上部。這里，保持的層疊鎧裝電池11的電極端子41、42分別與測(cè)量端子57重疊。通過例如用錫焊或超聲波焊接，把這些重疊部分相互焊接在一起，層疊鎧裝電池11的這些電極端子41、42分別與測(cè)量端子57電連接。電壓測(cè)量線路52的另一端與設(shè)置在印刷線路板51的左端的接頭部分58連接。雖然未示出，該接頭部分58可分離地與和外部控制設(shè)備連接的連接器連接，從而允許外部控制設(shè)備測(cè)量層疊鎧裝電池11的電壓。
夾緊部件53分別可分離地固定在印刷線路板51的凹槽55上。每個(gè)夾緊部件53具有形成有凹槽53a，以便分別安裝到相關(guān)凹槽55的內(nèi)緣55a上的右側(cè)面和左側(cè)面。通過把夾緊部件53插入相關(guān)凹槽55中，把凹槽53a分別安裝在凹槽55的內(nèi)緣55a上，把每個(gè)夾緊部件53固定在相關(guān)凹槽55上。如上所述，相關(guān)的正面和反面層疊鎧裝電池11的電極端子41、42被放置在每個(gè)凹槽55中，相關(guān)的夾緊部件53形成有用于容納放置在凹槽55中的兩個(gè)電極端子41、42的容納空間。在該容納空間內(nèi)，兩個(gè)電極端子41、42被整體夾緊，并且相互電連接。每個(gè)夾緊部件53配有使在夾緊部件中夾緊的兩個(gè)電極端子41、42與布置在相關(guān)凹槽55的內(nèi)緣55a的相關(guān)測(cè)量端子56電連接的內(nèi)部線路59。內(nèi)部線路59例如由附著于定義容納空間的內(nèi)表面上的薄金屬板構(gòu)成。從而，把夾緊部件53插入相關(guān)凹槽55，使放置在凹槽55內(nèi)的兩個(gè)電極端子41、42相互電連接，并使電極端子41、42與相關(guān)的電壓測(cè)量線路52電連接。每個(gè)夾緊部件53將表現(xiàn)這樣的電連接功能，以及把兩個(gè)電極端子41、42固定地放置在凹槽55中的功能，即相對(duì)于印刷線路板51，限制相關(guān)的兩個(gè)層疊鎧裝電池11的位置的定位功能。這使得能夠省略用于適當(dāng)定位層疊鎧裝電池11的專用部件和專用操作。
最好，每個(gè)夾緊部件53包括一個(gè)彈性元件，所述彈性元件能夠?qū)﹄姌O端子41、42施加夾緊壓力，從而確保電極端子41、42之間的連接。同時(shí)，也可提供諸如定位爪之類的制動(dòng)器，從而防止夾緊部件53從凹槽55里掉出。
按照上述方式保持多個(gè)層疊鎧裝電池11的印刷線路板51放置在艙61內(nèi)。
艙61包括填充絕緣封裝材料，例如低溫固化的氨基甲酸乙酯基封裝材料的上下空間。填充封裝材料，從而絕緣封裝并固定連接電路，限制了層疊鎧裝電池11的松動(dòng)，防止采用母線的電連接電路的斷開。
參見圖5和圖6，每個(gè)層疊鎧裝電池11包括具有柔韌性的一對(duì)層疊薄膜21、22；通過相互熱熔接層疊薄膜21、22的外緣，封裝在層疊薄膜21、22內(nèi)的一個(gè)電力產(chǎn)生元件31；和一端與電力產(chǎn)生元件31電連接的正電極端子41和負(fù)電極端子42。電極端子41、42分別與電力產(chǎn)生元件31的相對(duì)端面連接。電極端子41、42的另一端分別從層疊薄膜21、22的外緣向外伸出。
圖解說明的層疊鎧裝電池11是鋰離子二次電池，其中通過連續(xù)堆疊正電極板，負(fù)電極板和隔離物，形成堆疊型電力產(chǎn)生元件31，該電力產(chǎn)生元件31封裝在層疊薄膜21、22內(nèi)。就包括堆疊型電力產(chǎn)生元件31的層疊鎧裝電池11來說，需要施加壓力以夾緊電力產(chǎn)生元件31，以便使電極板之間的距離保持恒定，從而保持電池性能。
為此，本實(shí)施例中的印刷線路板51使其支持彈性薄片54的保持面附著于彈性薄片54上，當(dāng)電池11被容納在艙61內(nèi)時(shí)，這些彈性薄片54將由層疊鎧裝電池11擠壓和彈性變形(參見圖2B中的局部放大視圖)。在電力產(chǎn)生元件31被夾在艙61和印刷線路板51之間的狀態(tài)下，彈性薄片54的彈性變形允許層疊鎧裝電池11被容納在艙61內(nèi)。諸如橡膠或氨基甲酸乙酯之類恰當(dāng)?shù)膹椥圆牧峡捎米鲝椥员∑?4。分別在印刷線路板51的保持面上設(shè)置彈性薄片54的原因在于當(dāng)把層疊鎧裝電池11安裝在印刷線路板51上時(shí)，先前附著于印刷線路板51上的彈性薄片54能夠提高生產(chǎn)率，而如果彈性薄片54被置于層疊鎧裝電池11和艙61的內(nèi)表面之間，那么散熱能力會(huì)惡化。可取的是把具有較高導(dǎo)熱性的導(dǎo)熱薄片置于層疊鎧裝電池11和艙61的內(nèi)表面之間，以使它們彼此緊密接觸，從而層疊鎧裝電池11產(chǎn)生的熱量被充分散到外部。這種情況下，采用彈性的高導(dǎo)熱薄片使得能夠更好地夾緊電力產(chǎn)生元件31。
參見圖6B，每個(gè)層疊薄膜21、22一般是包括兩層或多層的復(fù)合薄片，并且從內(nèi)到外，一般包括將被熱熔接的密封層24，諸如鋁層疊薄膜之類的金屬層25，和形成外部鎧裝的樹脂層26。密封層24由可熱封的樹脂形成。適用的可熱封樹脂材料包括諸如聚丙烯(PP)，聚乙烯(PE)之類熱塑性樹脂材料。
層疊薄膜21、22分別具有矩形形狀，并且按照把相關(guān)電力產(chǎn)生元件31置于它們之間的方式，覆蓋到相關(guān)電力產(chǎn)生元件31上。從相關(guān)電力產(chǎn)生元件31的外緣到層疊薄膜的外端，利用熱熔接，使所述一對(duì)層疊薄膜21、22的密封層24相互接合。在電極端子41、42伸出的那些部分，借助熱熔接，使構(gòu)成電極端子41、42的鋁板分別直接與密封層24接合。在外緣23的四個(gè)側(cè)面23a～23d中，分別伸出電極端子41、42的兩個(gè)側(cè)面23a和23c是由于經(jīng)電極端子41、42傳送的振動(dòng)的緣故可能產(chǎn)生微小間隙的部分。于是，和另外兩個(gè)側(cè)面23b和23d的撕裂強(qiáng)度相比，伸出電極端子41、42的側(cè)面23a和23c的撕裂強(qiáng)度通常被增大。通過例如對(duì)電極端子41、42進(jìn)行表面處理，通過調(diào)整密封層24的材料，或者通過改變熱熔接的方式或條件，和側(cè)面23b和23d的撕裂強(qiáng)度相比，增大側(cè)面23a和23c的撕裂強(qiáng)度。熱熔接外緣23也被稱為“密封部分23”。
在由于異常，例如過度充電的緣故，在電池內(nèi)產(chǎn)生氣體的情況下，當(dāng)產(chǎn)生的氣體的壓力大于預(yù)定壓力時(shí)，密封部分23的四個(gè)側(cè)面23a～23d中，撕裂強(qiáng)度較小的側(cè)面23b或23d的熱熔接部分被撕裂，隨后氣體通過撕裂部分釋放到外面。這防止層疊鎧裝電池11爆炸的情況，并且提高了異常情況下的可靠性。通過例如改變密封部分23的寬度，或者熱熔接條件，能夠恰當(dāng)?shù)卦O(shè)置撕裂側(cè)面23b或23d的熱熔接部分的預(yù)定壓力，例如，該預(yù)定壓力可以約為1kgf/cm2。
參見圖7A～7C，艙61包括平直形狀，以便密封地容納層疊鎧裝電池11的外殼70；和當(dāng)異常時(shí)釋放從層疊鎧裝電池11產(chǎn)生的氣體，在外殼70內(nèi)擴(kuò)散氣體，當(dāng)氣壓達(dá)到預(yù)定壓力時(shí)，朝著外部擴(kuò)散氣體的撕裂閥(未示出)。
外殼70包括將彼此鄰接，從而在外殼70內(nèi)形成電池容納空間的第一半和第二半外殼71和72。第一半和第二半外殼71和72分別具有平直的矩形形狀(參見圖7A)，并且上端部和下端部分別呈圓弧形(參見圖7C)?？汕‘?dāng)?shù)剡x擇外殼70的尺寸。圖解說明的實(shí)施例中的外殼70具有這樣的尺寸，以便容納保持總共8個(gè)層疊鎧裝電池11的印刷線路板51，所述8個(gè)層疊鎧裝電池11包括分別在印刷線路板51的正面51a和反面51b上，沿寬度方向排成一行的各4個(gè)層疊鎧裝電池11。雖然可選擇恰當(dāng)?shù)牟牧?，例如金屬材料或樹脂材料用于第一半和第二半外?1和72，不過從冷卻性能和強(qiáng)度的觀點(diǎn)來看，兩半外殼最好由諸如鋁或不銹鋼之類的金屬材料制成。借助緊固螺絲(未示出)把第一半外殼和第二半外殼相互固定，從而使電池容納空間處于密封狀態(tài)，防止水分進(jìn)入。通過在第一半和第二半外殼71和72的鄰接面上涂覆密封材料，或者在它們之間插入密封元件，例如密封墊(packing)，能夠提高第一半和第二半外殼71和72的鄰接面的不透水性。在第一半和第二半外殼71和72的鄰近側(cè)面之間形成圓形通孔73，其中布置電池組件12的正極接頭63和負(fù)極接頭64(參見圖1)。
外殼70具備一個(gè)或多個(gè)撕裂閥。對(duì)于撕裂閥來說，可采用恰當(dāng)?shù)臉?gòu)造，撕裂閥可包括在外殼70開口的排氣孔；和密封排氣孔，并且當(dāng)外殼70的內(nèi)壓達(dá)到預(yù)定壓力時(shí)，打開排氣孔的密封板。密封板由恰當(dāng)?shù)牟牧闲纬?，例如密封材料，金屬材料或樹脂材料，并且按照密封排氣孔的方式，利用諸如粘結(jié)劑或熱密封之類的接合物安裝。當(dāng)發(fā)生異常情況時(shí)，從層疊鎧裝電池11產(chǎn)生的進(jìn)入外殼70的氣體達(dá)到預(yù)定壓力時(shí)，密封板被撕裂或者爆裂，散布在外殼70內(nèi)的氣體通過排氣孔被釋放到外面。這防止艙61的異常膨脹，破損等。通過改變材料，密封板的厚度，使用的粘結(jié)劑的類型，和/或熱熔接條件，能夠恰當(dāng)?shù)卦O(shè)置起動(dòng)撕裂閥的預(yù)定壓力，所述預(yù)定壓力被設(shè)置成與撕裂層疊鎧裝電池11的密封部分23的壓力相同，即例如約為1kgf/cm2。
就裝配電池模塊60來說，首先分別把彈性薄片54附著于印有電壓測(cè)量線路52的印刷線路板51的正面51a和反面51b的保持面上。隨后使印刷線路板51水平定向，在其上排列四個(gè)層疊鎧裝電池11，同時(shí)把適用的電極端子41、42分別放入相關(guān)凹槽55中。左側(cè)的兩個(gè)層疊鎧裝電池11的側(cè)面23b和23d相互重疊，右側(cè)的另兩個(gè)層疊鎧裝電池11的側(cè)面23b和23d相互重疊(參見圖2)。
當(dāng)層疊鎧裝電池11被排列在印刷線路板51上時(shí)，適用的電極端子41、42分別與相關(guān)的測(cè)量端子57重疊。這四個(gè)層疊鎧裝電池11被臨時(shí)固定，并且這種狀態(tài)下的重疊部分被錫焊或超聲波焊接在一起，從而分別使層疊鎧裝電池11的電極端子41、42與測(cè)量端子57電連接。另外，正面51a上最左側(cè)的正電極端子41與正極接頭63電連接，正面51a上最右側(cè)的層疊鎧裝電池11的負(fù)電極端子42與負(fù)極接頭64電連接。
在四個(gè)層疊鎧裝電池11被臨時(shí)固定于印刷線路板51上的狀態(tài)下，翻轉(zhuǎn)印刷線路板51，隨后排列剩余的四個(gè)層疊鎧裝電池11，并按照如上相同的方式，使它們的電極端子41、42分別與相關(guān)的測(cè)量端子57連接。這導(dǎo)致正面和反面上成對(duì)的兩個(gè)層疊鎧裝電池11的電極端子41、42分別被放置在印刷線路板51的相關(guān)凹槽55中。
隨后，把每個(gè)夾緊部件53放入相關(guān)凹槽55中，同時(shí)把相關(guān)電極端子41、42插入用于夾緊部件53的容納空間中。這同時(shí)完成放置在相關(guān)凹槽55內(nèi)的兩個(gè)電極端子41、42之間的電連接，和電極端子41、42與相關(guān)電壓測(cè)量線路52之間的電連接。
隨后，解除層疊鎧裝電池11的臨時(shí)固定，其上保持多個(gè)層疊鎧裝電池11的印刷線路板51被安放到艙61中，向艙61中填充封裝材料，從而完成電池模塊60的裝配。
在根據(jù)第一實(shí)施例的電池模塊60中，保持層疊鎧裝電池11的保持部件50由印刷有分別測(cè)量層疊鎧裝電池11的電壓的電壓測(cè)量線路52的印刷線路板51構(gòu)成，從而層疊鎧裝電池11由相當(dāng)堅(jiān)硬的印刷線路板51保持，從而便于層疊鎧裝電池11的操縱，并提高生產(chǎn)效率。此外，能夠顯著減少電壓測(cè)量操作，例如常規(guī)的電纜引出操作。另外，在艙61內(nèi)不設(shè)置任何電纜，從而使得不必在艙61內(nèi)留出用于安排電纜的空間，從而能夠減小艙61的尺寸，以致減小采用艙61的動(dòng)力源的尺寸。此外，由于不設(shè)置任何電纜，因此不會(huì)產(chǎn)生電纜對(duì)層疊鎧裝電池11施加壓力的情形。
電池模塊還包括可分離地連接在印刷線路板51上，從而使層疊鎧裝電池11的電極端子41、42分別與電壓測(cè)量線路52電連接的夾緊部件53，從而能夠同時(shí)完成安置在相關(guān)凹槽55內(nèi)成對(duì)的兩個(gè)電極端子41、42之間的電連接，以及電極端子41、42與相關(guān)電壓測(cè)量線路52之間的電連接，以致能夠進(jìn)一步提高生產(chǎn)效率。
每個(gè)夾緊部件53還具有相對(duì)于印刷線路板51，限制相關(guān)層疊鎧裝電池11的位置的定位功能，從而使得能夠省略適當(dāng)定位層疊鎧裝電池11的專用部件和專用操作，從而能夠進(jìn)一步提高生產(chǎn)效率。
電池模塊還包括彈性薄片54，所述彈性薄片54設(shè)置在印刷線路板51的保持面上，并且當(dāng)印刷線路板被放置到電池艙中時(shí)，由層疊鎧裝電池11擠壓和彈性變形。從而，就具備堆疊型電力產(chǎn)生元件31的層疊鎧裝電池11來說，電力產(chǎn)生元件31可被加壓和夾緊，從而允許使電極板之間的距離保持恒定，從而保持電池性能，并延長使用壽命。
此外，印刷線路板51保持由電連接在一起的多個(gè)層疊鎧裝電池11構(gòu)成的電池組件12，印刷線路板51印刷有分別測(cè)量多個(gè)層疊鎧裝電池11的電壓的多個(gè)電壓測(cè)量線路52，從而能夠容易地操縱多個(gè)層疊鎧裝電池11，并且能夠進(jìn)一步提高生產(chǎn)效率。此外，能夠顯著減少諸如電纜引出操作之類的電壓測(cè)量操作，從而還能夠減小動(dòng)力源的尺寸。
上面，多個(gè)層疊鎧裝電池11由印刷線路板51的正面51a和反面51b保持，多個(gè)電壓測(cè)量線路52印刷在印刷線路板51的正面51a和反面51b上，從而通過最大限度地有效利用印刷線路板51的寬度方向，能夠減小電池模塊的尺寸，從而允許設(shè)置在正面和反面上的層疊鎧裝電池11獨(dú)立散熱，從而限制電池性能的退化。
每個(gè)單元電池11是包含封裝在層疊薄膜內(nèi)的電力產(chǎn)生元件的層疊鎧裝電池11，從而允許提供重量輕的電池模塊60。
注意電池模塊60并不局限于關(guān)于上述實(shí)施例描述的細(xì)節(jié)，可恰當(dāng)?shù)夭捎贸Ｒ?guī)已知的措施。例如，可通過熱熔接、激光焊接、電子束焊接，借助鉚釘，或者借助捻縫技術(shù)，使成對(duì)的兩個(gè)層疊鎧裝電池11的電極端子41、42相互耦接。
上面，按照用于相關(guān)電力產(chǎn)生元件31的正電極端子41和負(fù)電極端子42分別與電力產(chǎn)生元件31的相對(duì)端面連接的結(jié)構(gòu)，提供了圖解說明的層疊鎧裝電池11。但是，本發(fā)明也適用于接納按照正電極端子41和負(fù)電極端子42都與相關(guān)電力產(chǎn)生元件31的一個(gè)端面連接的結(jié)構(gòu)形成的層疊鎧裝電池的情形。
(第二實(shí)施例)
圖8是根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例的組合電池90的透視圖，圖9是包含安裝于其上的組合電池90的車輛100的示意圖。
借助冷卻空氣C流經(jīng)其間的間隔97，堆疊根據(jù)第一實(shí)施例的多個(gè)電池模塊60，構(gòu)成第二實(shí)施例的組合電池90。雖然可適當(dāng)?shù)卦O(shè)置每個(gè)間隔97的尺寸，不過從在有限空間內(nèi)堆疊盡可能多級(jí)的電池模塊，以及實(shí)現(xiàn)冷卻空氣C的更好流動(dòng)的觀點(diǎn)來看，采用的尺寸可在2mm-4mm的范圍內(nèi)。
雖然可在不存在相互電連接的情況下，獨(dú)立使用組合電池中的多個(gè)電池模塊60，不過圖解說明的實(shí)施例包括通過并聯(lián)多個(gè)電池模塊構(gòu)成的組合電池90。把多個(gè)電池模塊布置成組合電池90使得能夠按照相當(dāng)廉價(jià)的方式，處理關(guān)于電池容量的要求，或者每種用途的輸出，而不必制備新的專用電池模塊60。
為了如圖8所示，通過并聯(lián)6個(gè)電池模塊60，形成組合電池90，分別借助具有外部的正極接頭部分91a的正極接頭耦接板91和具有外部的負(fù)極接頭部分92a的負(fù)極接頭耦接板92，使電池模塊60的正極接頭63和負(fù)極接頭64相互電連接。此外，每個(gè)艙61具備位于兩側(cè)的螺孔部分(未示出)，通過借助固定螺絲94，把具有與螺孔部分對(duì)應(yīng)的開孔部分的接合板93分別固定到螺孔部分，使電池模塊60相互連接。電池模塊60的正極接頭63和負(fù)極接頭64分別由正電極絕緣蓋95和負(fù)電極絕緣蓋96保護(hù)，并且借助恰當(dāng)?shù)纳?，例如紅色和藍(lán)色，相互區(qū)分開。上面的電池模塊60和下面的電池模塊60之間分別形成流過冷卻空氣C的間隔97。
從而，即使在通過并聯(lián)多個(gè)電池模塊60形成的組合電池90中，層疊鎧裝電池11或電池模塊60出現(xiàn)故障，通過簡單地替換出現(xiàn)故障的元件，就能夠修復(fù)組合電池。
當(dāng)將把組合電池90安裝在如圖9中所示的電動(dòng)汽車(EV)100中時(shí)，組合電池90被安裝在位于車體的中心部分的座位下面。這是因?yàn)榘惭b在座位下，使得能夠保留更寬的車內(nèi)空間和更寬的行李箱。注意組合電池安裝位置并不局限于在座位下面，可以安裝在后備箱下面。就無發(fā)動(dòng)機(jī)的EV或FCV(燃料電池汽車)來說，組合電池可以安裝在汽車的前部，那里通常安裝發(fā)動(dòng)機(jī)。
此外，和利用金屬外箱的電池相比，每個(gè)層疊鎧裝電池11重量相當(dāng)輕，從而有助于減輕組合電池90，從而減輕整個(gè)汽車100的重量，于是有助于提高EV汽車的行車?yán)锍獭?br> 如上所述，由于通過堆疊多個(gè)電池模塊60，構(gòu)成根據(jù)第二實(shí)施例的組合電池90，通過僅僅改變基礎(chǔ)或基本電池模塊60的數(shù)目，或者改變它們的連接方式，能夠獲得各種容量和/或電壓的組合電池90。
另外，電池模塊60或組合電池90的安裝防止過分增大汽車100的重量，并避免過分縮小有效空間，從而使得能夠提供行車?yán)锍毯托旭傂阅艹霰姷钠?00。
雖然圖解說明了通過垂直堆疊多個(gè)電池模塊60形成的組合電池90，不過裝配方向并不局限于垂直方向。例如，可通過使多個(gè)垂直直立的電池模塊60沿著橫向方向相互并置，形成組合電池。
此外，安裝方式并不局限于EV中的組合電池90，例如可以只安裝電池模塊60，或者安裝組合電池90和電池模塊60的組合物，取決于適當(dāng)車輛中的用途?？砂惭b本發(fā)明的電池模塊60或組合電池90的車輛100最好包括EV、FCV或混合動(dòng)力電動(dòng)車(HEV)，對(duì)此沒有限制。
(第三實(shí)施例)圖10是構(gòu)成根據(jù)本發(fā)明第三實(shí)施例的保持部件的印刷線路板的前視圖。
通過向第一實(shí)施例的印刷線路板增加溫度檢測(cè)器110(110a～110d的類屬術(shù)語)，和溫度測(cè)量線路111(111a～111d的類屬術(shù)語)和112(112a～112d的類屬術(shù)語)，形成第三實(shí)施例，和第一實(shí)施例相同的組成部件用相同的附圖標(biāo)記表示，并且省略其說明。
注意通過單獨(dú)測(cè)量層疊鎧裝電池11的電壓，和單獨(dú)檢測(cè)層疊鎧裝電池11的溫度，能夠?qū)?yīng)于層疊鎧裝電池11的溫度特性，控制本發(fā)明的二次電池中的層疊鎧裝電池11的輸入和輸出電壓。
溫度檢測(cè)器110分別布置在印刷線路板51上，層疊鎧裝電池11的排列位置處。每個(gè)溫度檢測(cè)器110包括諸如K型熱電偶或熱敏電阻之類的線路，它最好具有約-50℃～+100℃的測(cè)量范圍。雖然最好用印刷線路構(gòu)成溫度檢測(cè)器，從而排除相關(guān)層疊鎧裝電池11的排列面的任何不規(guī)則性，不過也可把作為溫度檢測(cè)器的小型芯片附著于印刷板上，所述芯片不會(huì)妨礙層疊鎧裝電池11的排列。上述溫度傳感器110分別被布置在印刷線路板51上多個(gè)層疊鎧裝電池11的排列位置，并且分別通過溫度測(cè)量線路111、112與接頭部分58連接。另外，溫度檢測(cè)器110和溫度測(cè)量線路111、112被排列在印刷線路板51的反面上。
這樣，接頭部分58與動(dòng)力源控制部分(未示出)連接，從而允許分別檢測(cè)層疊鎧裝電池的溫度。
從而，在第三實(shí)施例中，除了第一實(shí)施例產(chǎn)生的效果之后，還能夠省去單獨(dú)提供溫度檢測(cè)器本身以及溫度檢測(cè)器的單獨(dú)配線。
雖然本實(shí)施例中，分別為單個(gè)層疊鎧裝電池11安排了溫度檢測(cè)器110，不過根據(jù)溫度管理的要求，也可減少溫度檢測(cè)器的數(shù)目。這種情況下，能夠只檢測(cè)特定層疊鎧裝電池11的溫度，或者在偏離層疊鎧裝電池11的排列位置的位置，檢測(cè)層疊鎧裝電池的整個(gè)組件的溫度。
(第四實(shí)施例)圖11-14涉及相互連接第一實(shí)施例的印刷線路板上相鄰層疊鎧裝電池11的上電極端子41、42(右端子和左端子)的母線80的改進(jìn)。第一實(shí)施例中的母線通過錫焊或超聲波焊接，與電極端子41、42連接，這些電極端子分別被錫焊或超聲波焊接到測(cè)量端子57上，以便確保與測(cè)量端子57的連接。
在第四實(shí)施例中，借助緊固件，例如螺釘或鉚釘，母線被固定到印刷板上。這種情況下，電極端子41、42分別被夾在母線和印刷板之間，從而通過壓接(crimping)，分別確保母線和電極端子之間的電連接。此外，由于測(cè)量端子57被布置在緊固位置，因此還能夠確保電極端子和測(cè)量端子57之間的連接。
同時(shí)，本實(shí)施例中要求位于印刷線路板正面上的層疊鎧裝電池的上電極分別與位于印刷線路板反面上的層疊鎧裝電池的對(duì)應(yīng)上電極電絕緣(參見圖3A)。于是，固定位置被安排在不同于電極端子的位置，如圖11A中所示。這種安排使得能夠同時(shí)獲得電極端子和母線之間的電連接，以及電極端子和測(cè)量端子57之間的電連接。
圖12A是電池模塊的透視后視圖，電極端子41、42被夾在母線和與印刷線路板的正面類似的印刷板之間，從而借助壓接，確保電極端子和母線之間的電連接。此外，測(cè)量端子57分別被布置在固定位置，從而允許分別確保電極端子與測(cè)量端子57之間的電連接。
此外，圖13和圖14表示了第四實(shí)施例的另一形式，其特征在于測(cè)量端子57只被布置在印刷線路板的一個(gè)側(cè)面上。即，導(dǎo)電材料被用作緊固件，用于從位于印刷線路板反面一側(cè)的母線或電極端子到位于印刷線路板正面一側(cè)的測(cè)量端子的電連接。這允許把印刷線路板的印刷面只局限于其一個(gè)側(cè)面，從而獲得有利的成本性能。
根據(jù)第四實(shí)施例，可不在焊接的情況下，監(jiān)視電池電壓。此外，母線可被固定到印刷線路板51上，從而提高了抗振動(dòng)性。
(其它實(shí)施例)雖然已關(guān)于均包括串聯(lián)連接的多個(gè)單元電池的實(shí)施例，說明了電池模塊，不過本發(fā)明并不局限于此，并且通過利用印刷線路板的配線圖案的自由度較高的特征，本發(fā)明可被應(yīng)用于包括并聯(lián)連接的多個(gè)單元電池的電池模塊。還可在印刷線路板上形成具有相互連接電子端子41、42的母線80的功能的配線圖案。此外，雖然描述了包括由夾緊部件53夾住，并且相互電連接的適用電極端子41、42的實(shí)施例，不過也可采用這樣的構(gòu)造，即有關(guān)兩個(gè)單元電池的適用的兩個(gè)電極端子分別與相關(guān)的電壓測(cè)量線路單獨(dú)電連接，同時(shí)以相互電絕緣的狀態(tài)，夾住和固定適用的兩個(gè)電極端子。
根據(jù)所述實(shí)施例，多個(gè)單元電池由相當(dāng)堅(jiān)硬的印刷線路板保持，從而表現(xiàn)出單元電池的操縱被簡化，從而提高生產(chǎn)效率的效果，同時(shí)表現(xiàn)出能夠顯著減少諸如電纜引出操作之類的電壓測(cè)量操作，并且能夠減小動(dòng)力源的尺寸的效果。
在簡化單元電池的操縱，和提高生產(chǎn)效率的應(yīng)用中，可使用本發(fā)明。
2003年10月14日提出的日本專利申請(qǐng)No.2003-353528，和2004年8月24日提出的日本專利申請(qǐng)No.2004-243810的整個(gè)內(nèi)容作為參考包含于此。
雖然利用特定的術(shù)語說明了本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，不過這些說明只是用于舉例說明，顯然在不脫離下述權(quán)利要求的精神或范圍的情況下，可做出各種改變和變化。
權(quán)利要求
1.一種電池模塊，包括由電連接在一起的多個(gè)單元電池構(gòu)成的電池組件，每個(gè)單元電池包括一個(gè)電力產(chǎn)生元件和封裝電力產(chǎn)生元件的層疊薄膜，配置成容納電池組件的電池艙；和配置成保持作為電池組件的多個(gè)單元電池的保持部件，所述保持部件由印刷有電壓測(cè)量線路的印刷線路板構(gòu)成，所述電壓測(cè)量線路分別測(cè)量多個(gè)單元電池的電壓。
2.按照權(quán)利要求1所述的電池模塊，其中電池模塊還包括夾緊部件，所述夾緊部件可分離地連接在印刷線路板上，并且分別使多個(gè)單元電池的電極端子與電壓測(cè)量線路電連接。
3.按照權(quán)利要求2所述的電池模塊，其中每個(gè)夾緊部件還具有相對(duì)于印刷線路板，限制多個(gè)單元電池中相關(guān)單元電池的位置的定位功能。
4.按照權(quán)利要求1所述的電池模塊，其中電池模塊還包括分別設(shè)置在印刷線路板的保持面上，并且當(dāng)印刷線路板被放置在電池艙中時(shí)，由多個(gè)單元電池?cái)D壓和彈性變形的彈性體。
5.按照權(quán)利要求1所述的電池模塊，其中多個(gè)單元電池保持在印刷線路板的正面和反面上，并且其中多個(gè)電壓測(cè)量線路印刷在印刷線路板的正面和反面上。
6.按照權(quán)利要求1所述的電池模塊，其中保持部件還包括測(cè)量多個(gè)單元電池的溫度的溫度測(cè)量線路。
7.按照權(quán)利要求1所述的電池模塊，其中電池模塊還包括母線，和分別把母線固定在印刷線路板上的固定部件，其中母線分別使多個(gè)單元電池的電極端子與電壓測(cè)量線路電連接，其中母線分別使多個(gè)單元電池中，沿著印刷線路板的平面方向，彼此相鄰的單元電池的電極端子相互電連接，并且其中分別在印刷線路板的電壓測(cè)量線路的位置，把固定部件固定到印刷線路板上。
8.按照權(quán)利要求7所述的電池模塊，其中固定部件是導(dǎo)電的。
9.一種由按照權(quán)利要求1所述的多個(gè)電池模塊構(gòu)成的組合電池，所述多個(gè)電池模塊相互并聯(lián)和/或串聯(lián)連接。
10.一種包括安裝于其上的、按照權(quán)利要求1所述的電池模塊的車輛。
11.一種包括安裝于其上的、按照權(quán)利要求9所述的組合電池的車輛。
全文摘要
為了提供一種電池模塊和組合電池，從而簡化單元電池的操縱，從而提高生產(chǎn)效率，同時(shí)有助于減小動(dòng)力源的尺寸，電池模塊(60)包括作為單元電池的層疊鎧裝電池(11)，和保持層疊鎧裝電池的保持部件(50)，保持部件由印刷有電壓測(cè)量線路(52)的印刷線路板(51)構(gòu)成，電壓測(cè)量線路(52)分別測(cè)量層疊鎧裝電池的電壓。
文檔編號(hào)H01M10/40GK1641904SQ20041008819
公開日2005年7月20日 申請(qǐng)日期2004年10月14日 優(yōu)先權(quán)日2003年10月14日
發(fā)明者島村修, 堀江英明, 鈴木正明 申請(qǐng)人:日產(chǎn)自動(dòng)車株式會(huì)社