适合于制备电池模组的电池转让专利
申请号 : CN200680032194.7
文献号 : CN101253639B
文献日 : 2010-07-21
发明人 : 金起载 , 李知宪
申请人 : 株式会社LG化学
摘要 :
这里公开的是一种具有电极组件的电池，其是可充电及放电的，被安装于板状电池盒内，且阴极端子及阳极端子从所述电池盒的相对端突出，其中所述电极端子关于在电池单元的平面上的垂直中央轴线彼此偏离，同时所述电极端子排列成对称的形式，所述电池盒包含上盒体和下盒体，仅其中之一提供了定位部分，以容纳电极组件，且所述电极端子被偏离朝向在电池单元的垂直截面上无定位部分的上盒体或下盒体；和一种包含上述电池的电池模组。当多个电池以各种不同方式安装而构成电池模组时，用于电极端子之间的电连接的连接构件的长度被最小化，且因此降低电池模组的内部电阻。亦可确保死区的尺寸，使其可作为其他用途，且因此可制造出较小尺寸的电池模组。再者，单元电池不仅能横向排列，亦能沿厚度方向排列。因此，能简易地完成单元电池之间的电连接，且因此可容易制造具有高度机械稳定性的电池模组。
权利要求 :
1.一种包含多个作为单元电池的电池的电池模组，
所述电池具有电极组件，其能够充电及放电，被安装于板状电池盒内，且阴极端子及阳极端子从所述电池盒的相对端突出，其中电极端子关于在电池单元的平面上的垂直中央轴线彼此偏离，且同时所述电极端子排列成对称的形式，所述电池盒包含上盒体和下盒体，仅其中之一提供有定位部分，以容纳电极组件，且电极端子被偏离朝向在电池单元的垂直截面上无定位部分的上盒体或下盒体，所述电极端子具有小于所述电池单元宽度的二分之一的宽度，并且所述电极端子被偏离，使得所述电极端子完全偏离电池单元的中央轴线；
将单元电池排列成一种N×n矩阵的三维排列结构，在该三维排列结构中，单元电池排列于横向方向及厚度方向，单元电池于三维排列结构中的横向方向的排列是经由将单元电池排列成使得相互电连接的两个单元电池的电极端子互相邻近而实现的，并且，单元电池于三维排列结构中的厚度方向的排列是经由将单元电池排列成使得不具有定位部分的两个单元电池的电池盒表面相互面对，且同时将相互电连接的两个单元电池的电极端子彼此间隔开而实现的，其中间隔开的电极端子是藉由具有台阶的汇流条而互相电连接。
2.如权利要求1所述的电池模组，其中电池是为袋状电池，其具有构造成包含金属层和树脂层的叠层结构的电池盒。
3.如权利要求2所述的电池模组，其中电池盒构成这样的结构，即其中将电极组件容纳于定位部分，而该定位部分形成于一体折叠型构件的上侧内表面或下侧内表面处，且上下接触区域被密封起来；或者构成这样的结构，即其中将电极组件容纳于定位部分，而该定位部分形成于两件式构件的上侧内表面或下侧内表面处，且上下接触区域被密封起来。
4.如权利要求1所述的电池模组，其中电极端子设置于电池主轴线的相对端。
5.如权利要求1所述的电池模组，其中电极端子被完全偏离，使得电极端子与无定位部分的电池盒表面接触，或者电极端子形成于与无定位部分的电池盒表面相邻的位置。
6.如权利要求1所述的电池模组，其中电池模组包括构造为一层状结构的整体框架，且该整体框架提供了多个容纳部分，其中能装载具有以横向方向排列的所述单元电池以及以厚度方向排列的所述单元电池的单元电池组。
7.如权利要求6所述的电池模组，其中将单元电池组装载至容纳部分内以滑动方式实行。
8.如权利要求6所述的电池模组，其中容纳部分构造为这样的一种结构，在此结构下，可组装及拆解容纳部分。
说明书 :
技术领域
本发明涉及一种电池及包含电池的电池模组，该电池具有形成于电池相对端的电极端子，使得电极端子彼此偏离。尤其是，本发明涉及一种具有电极组件的电池，其可充电及放电、被安装于板状电池盒内、且阴极端子及阳极端子从电池盒的相对端突出，其中电极端子关于在电池单元的平面上的垂直中央轴线相互偏离，且同时电极端子排列成对称的形式，该电池盒包含上盒体和下盒体，仅其中之一提供有定位部分，以容纳电极组件，且电极端子被偏离朝向在单元电池的垂直截面上无定位部分的上盒体或下盒体，且电池模组构成这样的结构，即其中使单元电池互相邻接，使得电极端子于厚度方向上偏离的表面彼此面对，且单元电池还在横向方向上彼此邻近。
背景技术
最近能充电、放电的二次电池已经被广泛应用作为无线移动装置的能源。此外，二次电池作为电动车(EV)和混合式电动车(HEV)的动力来源已经吸引了相当大的关注，研制这些车辆用来解决问题，诸如使用石化燃料的现有汽油或柴油车辆所造成空气污染。
小型移动装置使用一个或数个电池单元用于每个装置。另一方面，例如车辆等的中型或大型装置则使用包含多个电连接起来的电池单元的中型或大型电池组，这是因为中型或大型装置需要较高输出及较大电容量。
优选的，尽可能将中型或大型电池组制造成小尺寸小重量。因此，通常使用能以高集成度堆叠起来及具有小重量容量比的板状电池单元，例如棱形状电池或袋状电池等，使用作为中型或大型电池组的单元电池。特别的是，目前很多兴趣产生在袋状电池上，这种电池使用铝叠层片作为覆套构件(电池盒)。
在板状电池中，电极端子通常可在同一平面上从电池外表面突出。或者，其中一个电极端子可以从电池外表面突出，而电池的电池盒可以做为另一个电极端子。但是，在前一种情况中，阴极端子和阳极端子位于相同平面上，且因此在操作电池或制造电池组的过程中造成短路的可能性较高。另一方面，在后一种情况中，短路的可能性更高。另外，除作为电极端子的区域外，电池盒的大部分区域必须是绝缘的，因此工艺麻烦且复杂。
为此，已经发展出电极端子突起于电池外表面的不同区域的构造。其中一种是这样一种电池结构，其中电极端子形成于电池的相对端处。图1及图2说明一个实例，图1及图2为显示一种传统代表性的袋状电池的透视图及垂直剖面图。
参考这些图，袋状电池10的结构为这样的，两个电极引线(电极端子)11及12分别自电池单元13的上端及下端突出，且同时两个电极引线为互相相对。电极引线11及12形成于电池单元的相对端，使得电极引线11及12定位于同一轴线上，且电极引线11和12定位于电池单元13的中间位置。因此，袋状电池10构成为对称结构。
覆套构件14是一种包含上覆套部分和下覆套部分的两件式构件。当电极组件(未显示于图式中)被容纳于由覆套构件14所限定出来的定位部分15时，覆套构件14的接触区域(即覆套构件的相对侧面14a、上端14b及下端14c)被互相联结起来。藉此制成袋状电池10。覆套构件14构成叠层结构，其包含一层树脂层/一层金属膜层/一层树脂层。因此，藉由施加热量和压力于覆套构件14的上下覆套部分的相对侧面14a、上端14b及下端14c，使树脂层彼此熔接起来，可以将彼此接触的覆套构件14的上下覆套部分的相对侧面14a、上端14b及下端14c互相联结起来。依情况，可使用粘合剂将覆套构件14的上下覆套部分的相对侧面14a、上端14b及下端14c互相联结起来。对于覆套构件14的相对侧面14a而言，覆套构件14的上下覆套部分的相同树脂层互相直接接触，从而藉由熔接而实现在覆套构件14的相对侧面14a处的均匀密封。另一方面，对于覆套构件14的上端14b及下端14c而言，电极引线11及12从覆套构件14的上端14b及下端14c突出。因此，覆套构件14的上下覆套部分的上下端14b及14c被互相热熔接起来，同时考虑到电极引线11及12的厚度、电极引线11及12与覆套构件14之间的材料上面的差异，将薄膜状密封构件16插入于电极引线11及12与覆套构件14之间，以便增加密封性。
当观察袋状电池10的垂直剖面，电池单元13位于电池的中央轴线上。亦即，上定位部分15a及下定位部分15b皆从电池的中心轴线突出相同的厚度。
图3是为一个典型图式，其显示了由电连接多个袋状电池所构成的电池模组，其中一个电池10显示于图1中。
参考图3，多个电池10、10a、10b及10c在模组盒中布置在相同平面上，并且电池10、10a、10b和10c经由相应的汇流条22而相互电连接。藉此构成一个电池模组20。相邻两个电池10及10a的相对应电极端子11及12a之间的距离决定了汇流条22的长度。当汇流条22的长度增加，电池模组的内部电阻亦随之增加，且因此降低电池模组的性能。因此，为减少因电池10及10a之间的连接而产生的电阻，即为了缩短汇流条22的长度，已提出了一些传统技术增加电极端子11、12、11a、12a的宽度。但是，增加电极端子宽度对电池宽度的比例增加了组装电池模组时发生短路的可能性。
此外，图3所示的电池模组中，电极端子12a及11b之间没有设置汇流条22，亦即电极端子12a及11b之间存在死区(DS)。但是，考虑到电池10a及10b的大小，以及电极端子12a及11b的大小及位置，该死区被限于作为特殊目的。考虑到电池组需要以紧密的结构构成，同时提供相同的电容量且提高输出的事实，亦需要研究利用死区的电池模组的结构。
为有效地使用具有如图1所示结构的袋状电池10作为单元电池构造电池模组，必需将单元电池10a、10b、10c及10d如图3所示排列为横向方向(水平方向)。这是因为，当将单元电池10a、10b、10c及10d沿厚度方向(垂直方向)排列时，用于将单元电池10a、10b、10c及10d电连接起来的、如汇流条的连接构件的连接较难。当将垂直排列的电极端子互相电联结起来时，不是采用板状汇流条，而须采用三维连接构件。在此情况中，用于连接的熔接工艺困难且复杂。
此外，如图1所示的袋状电池10厚度小，且因此袋状电池仅以水平方向排列，藉此电池模组的机械强度非常小。基于此理由，为增加机械强度，必须使用坚固的构件，例如夹头(cartridge)。
小型移动装置使用一个或数个电池单元用于每个装置。另一方面，例如车辆等的中型或大型装置则使用包含多个电连接起来的电池单元的中型或大型电池组，这是因为中型或大型装置需要较高输出及较大电容量。
优选的，尽可能将中型或大型电池组制造成小尺寸小重量。因此，通常使用能以高集成度堆叠起来及具有小重量容量比的板状电池单元，例如棱形状电池或袋状电池等，使用作为中型或大型电池组的单元电池。特别的是，目前很多兴趣产生在袋状电池上，这种电池使用铝叠层片作为覆套构件(电池盒)。
在板状电池中，电极端子通常可在同一平面上从电池外表面突出。或者，其中一个电极端子可以从电池外表面突出，而电池的电池盒可以做为另一个电极端子。但是，在前一种情况中，阴极端子和阳极端子位于相同平面上，且因此在操作电池或制造电池组的过程中造成短路的可能性较高。另一方面，在后一种情况中，短路的可能性更高。另外，除作为电极端子的区域外，电池盒的大部分区域必须是绝缘的，因此工艺麻烦且复杂。
为此，已经发展出电极端子突起于电池外表面的不同区域的构造。其中一种是这样一种电池结构，其中电极端子形成于电池的相对端处。图1及图2说明一个实例，图1及图2为显示一种传统代表性的袋状电池的透视图及垂直剖面图。
参考这些图，袋状电池10的结构为这样的，两个电极引线(电极端子)11及12分别自电池单元13的上端及下端突出，且同时两个电极引线为互相相对。电极引线11及12形成于电池单元的相对端，使得电极引线11及12定位于同一轴线上，且电极引线11和12定位于电池单元13的中间位置。因此，袋状电池10构成为对称结构。
覆套构件14是一种包含上覆套部分和下覆套部分的两件式构件。当电极组件(未显示于图式中)被容纳于由覆套构件14所限定出来的定位部分15时，覆套构件14的接触区域(即覆套构件的相对侧面14a、上端14b及下端14c)被互相联结起来。藉此制成袋状电池10。覆套构件14构成叠层结构，其包含一层树脂层/一层金属膜层/一层树脂层。因此，藉由施加热量和压力于覆套构件14的上下覆套部分的相对侧面14a、上端14b及下端14c，使树脂层彼此熔接起来，可以将彼此接触的覆套构件14的上下覆套部分的相对侧面14a、上端14b及下端14c互相联结起来。依情况，可使用粘合剂将覆套构件14的上下覆套部分的相对侧面14a、上端14b及下端14c互相联结起来。对于覆套构件14的相对侧面14a而言，覆套构件14的上下覆套部分的相同树脂层互相直接接触，从而藉由熔接而实现在覆套构件14的相对侧面14a处的均匀密封。另一方面，对于覆套构件14的上端14b及下端14c而言，电极引线11及12从覆套构件14的上端14b及下端14c突出。因此，覆套构件14的上下覆套部分的上下端14b及14c被互相热熔接起来，同时考虑到电极引线11及12的厚度、电极引线11及12与覆套构件14之间的材料上面的差异，将薄膜状密封构件16插入于电极引线11及12与覆套构件14之间，以便增加密封性。
当观察袋状电池10的垂直剖面，电池单元13位于电池的中央轴线上。亦即，上定位部分15a及下定位部分15b皆从电池的中心轴线突出相同的厚度。
图3是为一个典型图式，其显示了由电连接多个袋状电池所构成的电池模组，其中一个电池10显示于图1中。
参考图3，多个电池10、10a、10b及10c在模组盒中布置在相同平面上，并且电池10、10a、10b和10c经由相应的汇流条22而相互电连接。藉此构成一个电池模组20。相邻两个电池10及10a的相对应电极端子11及12a之间的距离决定了汇流条22的长度。当汇流条22的长度增加，电池模组的内部电阻亦随之增加，且因此降低电池模组的性能。因此，为减少因电池10及10a之间的连接而产生的电阻，即为了缩短汇流条22的长度，已提出了一些传统技术增加电极端子11、12、11a、12a的宽度。但是，增加电极端子宽度对电池宽度的比例增加了组装电池模组时发生短路的可能性。
此外，图3所示的电池模组中，电极端子12a及11b之间没有设置汇流条22，亦即电极端子12a及11b之间存在死区(DS)。但是，考虑到电池10a及10b的大小，以及电极端子12a及11b的大小及位置，该死区被限于作为特殊目的。考虑到电池组需要以紧密的结构构成，同时提供相同的电容量且提高输出的事实，亦需要研究利用死区的电池模组的结构。
为有效地使用具有如图1所示结构的袋状电池10作为单元电池构造电池模组，必需将单元电池10a、10b、10c及10d如图3所示排列为横向方向(水平方向)。这是因为，当将单元电池10a、10b、10c及10d沿厚度方向(垂直方向)排列时，用于将单元电池10a、10b、10c及10d电连接起来的、如汇流条的连接构件的连接较难。当将垂直排列的电极端子互相电联结起来时，不是采用板状汇流条，而须采用三维连接构件。在此情况中，用于连接的熔接工艺困难且复杂。
此外，如图1所示的袋状电池10厚度小，且因此袋状电池仅以水平方向排列，藉此电池模组的机械强度非常小。基于此理由，为增加机械强度，必须使用坚固的构件，例如夹头(cartridge)。
发明内容
因此，已经做出本发明来解决上述问题及其他尚未解决的技术问题。
具体而言，本发明的第一目的是提供一种电池，其能缩短用于电连接电极端子的连接构件的长度，且藉此于制造电池模组时，减少电池模组的内部电阻。
本发明的第二目的是提供一种电池，其能于制造电池模组时形成一个够大的死区，而可供作其他用途。
本发明的第三目的是提供一种电池，其能容易实现当电池沿垂直方向堆叠于另一个电池时的电连接，以便制造高强度的电池模组。
本发明的第四目的是提供一种使用上述电池作为单元电池的电池模组，藉此将电池模组制成紧密的结构，电池模组的组装简单，且电池模组具有高强度。
为了实现本发明的目的，根据本发明的一个方面，涉及一种包含多个作为单元电池的电池的电池模组，
所述电池具有电极组件，其能够充电及放电，被安装于板状电池盒内，且阴极端子及阳极端子从所述电池盒的相对端突出，其中
电极端子关于在电池单元的平面上的垂直中央轴线彼此偏离，且同时所述电极端子排列成对称的形式，所述电池盒包含上盒体和下盒体，仅其中之一提供有定位部分，以容纳电极组件，且电极端子被偏离朝向在电池单元的垂直截面上无定位部分的上盒体或下盒体，
所述电极端子具有小于所述电池单元宽度的二分之一的宽度，并且所述电极端子被偏离，使得所述电极端子完全偏离电池单元的中央轴线；
将单元电池排列成一种N×n矩阵的三维排列结构，在该三维排列结构中，单元电池排列于横向方向及厚度方向，
单元电池于三维排列结构中的横向方向的排列是经由将单元电池排列成使得相互电连接的两个单元电池的电极端子互相邻近而实现的，并且，
单元电池于三维排列结构中的厚度方向的排列是经由将单元电池排列成使得不具有定位部分的两个单元电池的电池盒表面相互面对，且同时将相互电连接的两个单元电池的电极端子彼此间隔开而实现的，其中间隔开的电极端子是藉由具有台阶的汇流条而互相电连接。
依照本发明的一方面，上述及其他目的能够以提供一种电池而实现：其具有电极组件，可充电及放电、被安装于板状电池盒内、且阴极端子及阳极端子从电池盒的相对端突出，其中电极端子关于在电池单元的平面上的垂直中央轴线相互偏离，且同时电极端子排列成对称的形式，电池盒包含上盒体和下盒体，仅其中之一提供定位部分，以容纳电极组件，且电极端子被偏离朝向在电池单元的垂直剖面上无定位部分的上盒体或下盒体。
在如本发明的电池中，阴极端子及阳极端子从电池的主轴线(major axis)或短轴线(minor axis)上的端部突出，以致阴极端子及阳极端子相互相对。阴极端子及阳极端子在电池单元的垂直剖面和平面上被相互偏离。因此，当多个电池被安排于横向方向(水平方向)以构成电池模组时，用于电连接在电极端子之间的连接构件的长度被极大缩短，且因此降低电池模组的内部电阻。同时，亦可确保在电池模组内限定出的死区(DS)的大小，使得该死区能作为其他用途。另一方面，当将电池以厚度方向(垂直方向)排列而构成电池模组时，无定位部分的电池盒表面相互面对，且所以可容易地完成电极端子之间的电连接。
本发明的电池是一种薄型电池，通常具有薄厚度。因此，棱形状电池或袋状电池可作为本发明的电池。优选的，电池具有构成包含一层金属层和一层树脂层的叠层结构的电池盒。该电池的一种典型实例是具有藉由包含铝和树脂的叠层片而构成的电池盒的袋状电池。在袋状电池中，电池盒可以各式结构构成。例如，电池盒可构成这样一种结构，该结构中，电极组件被容纳于定位部分中，而该定位部分形成于一个一体式折叠型构件的上侧内表面或下侧内表面，且上下接触区域被密封起来；或者，电池盒可构成这样一种结构，该结构中，电极组件被收纳于定位部分中，而该定位部分形成于一个两件式构件的上侧内表面或下侧内表面，且上下接触区域被密封起来。
电极组件包括阴极及阳极，藉此可对电池进行充电及放电。电极组件构造成阴极及阳极堆叠的结构，且同时有隔板置于阴极与阳极之间。例如，电极组件构造为果冻卷型结构(jelly-roll type structure)或堆叠型结构。电极组件的阴极及阳极可这样构造，阴极的电极接头及阳极的电极接头直接从电池向外突出。或者，电极组件的阴极及阳极可这样构造，阴极的电极接头及阳极的电极接头连接至另外的电极引线，且电极引线从电池向外突出。在本发明的较佳实施例中，电极端子被设置于电池主轴的相对端。
如上述说明，本发明的其中一项特征是：电极端子在关于电池单元的平面上的垂直中央轴线彼此偏离，且同时电极端子排列成对称的形式。本发明的另一项特征是：电极端子被偏离朝向在电池单元的垂直剖面上无定位部分的上盒体或下盒体。
关于本发明的第一特征中，“电池单元的平面上的垂直中央轴线”所述的平面是指板状电池盒的较大的上表面及下表面；而“电单元池的平面上的垂直中央轴线”所述的垂直中央轴线是指在电极端子定向的方向上的电池单元的中央轴线。因此，本发明的电极端子是形成于电池盒的相对端，且所在位置是关于中央轴线左右对称。为方便说明，此种偏离结构将被称为“中央轴线上的偏离结构”。
关于本发明的第二特征中，作为容纳电池的电极组件的定位形成于上盒体或下盒体。因此，例如当作为容纳电池的电极组件的定位部分只形成于上盒体时，电极端子便被偏向下盒体。为方便说明，此种偏离结构将被称为“厚度方向上的偏离结构”。
本发明的电池以中央轴线上的偏离结构及厚度方向上的偏离结构构成。因此，本发明的电池提供多个构成电池模组时的优点，这些优点将于下述详细说明。
在中央轴线上的偏离结构中，电极端子的偏离可视各种情况而变化。在较佳的实施例中，电极端子被偏离，使得电极端子完全偏离电池单元的平面上的垂直中央轴线。
虽然未特别限制电极端子的宽度，但电极端子的宽度较佳可以为少于电池单元宽度的二分之一，更佳为少于电池单元宽度的五分之二。例如，当电极端子的宽度少于电池单元宽度的五分之二，且电极端子完全偏离电池单元的平面上的垂直中央轴线时，在排列多个电池而构成电池模组时，可确保死区的大小，而使得死区能作为其他用途。而且，当单元电池以厚度方向排列而构成电池模组时(下面将详细描述)，可容易地完成单元电池之间的电连接。
在厚度方向上的偏离结构中，电极端子的偏离可视各种因素而变化。在较佳的实施例中，电极端子被完全偏离，使得电极端子与无定位部分的电池盒表面接触，或者形成于与无定位部分的电池盒表面相邻的位置。
依照本发明的另一方面，提供一种电池模组，该电池模组包括多个以上述构造作为单元电池的电池。依据本发明的电池模组，其中的单元电池以使相邻的电极端子在最短的距离内定位的方式排列，且藉由如汇流条的连接构件而将相邻的电极端子彼此电连接起来。
虽然电极与连接构件之间的连接并未特别限制，但电极与连接构件之间的连接通常借助熔接、焊接或机械联接而完成。
依据本发明的电池模组，单元电池可排列成各式各样的结构。例如，两个或多个单元电池可排列成一种N×1矩阵的横向排列结构(平面排列结构)，该横向排列结构中的单元电池只排列于横向方向；以及两个或多个单元电池可排列成一种N×n矩阵的三维排列结构，该三维排列结构中的单元电池排列于横向方向及厚度方向。
单元电池于横向排列结构及三维排列结构中在横向方向上的布置可经由将单元电池排列成相互电连接的两个单元电池的电极端子互相邻近而完成。因此，减少连接构件的长度，且因此改善电池模组的结构稳定性，同时降低电池模组的内部电阻。另外，可增加死区的大小，藉此死区能作为各种用途。
单元电池于三维排列结构中在厚度方向上的布置可经由排列单元电池，使得两个单元电池的无定位部分的电池盒表面相互面对，且同时将相互电连接的两个单元电池的电极端子彼此间隔开而完成。依照此种布置，两个单元电池的电极端子邻近平面定位，且因此容易完成电极端子之间的电连接。例如，藉由具有台阶的汇流条将这些电极端子互相电连接起来。
如上述，依据本发明的电池模组可容易地构造成三维排列结构。在较佳的实施例中，电池模组包括一个构造为层状结构的一体框架，且该框架提供多个容纳部分，其中能装载单元电池组，该单元电池组具有以横向方向排列的两个或多个单元电池及以厚度方向排列的两个或多个单元电池。优选的，将单元电池组装载至容纳部分可以滑动方式进行。
在此种电池模组结构中，将排列成三维排列结构且相互电连接起来的单元电池组中的单元电池引入各自的容纳部分，且各自的容纳部分具有连接端子，用于与相邻的容纳部分电连接。
单个电池模组可被构成为一个电池组。根据情况，将多个电池模组互相电连接起来，从而构成一个中型或大型的电池组。
优选的，将中型或大型的电池组作为用于需要高输出及大容量的各式装置的动力源，例如电动车辆(EV)、混合式电动车辆(HEV)、电动机车及电动自行车等。
具体而言，本发明的第一目的是提供一种电池，其能缩短用于电连接电极端子的连接构件的长度，且藉此于制造电池模组时，减少电池模组的内部电阻。
本发明的第二目的是提供一种电池，其能于制造电池模组时形成一个够大的死区，而可供作其他用途。
本发明的第三目的是提供一种电池，其能容易实现当电池沿垂直方向堆叠于另一个电池时的电连接，以便制造高强度的电池模组。
本发明的第四目的是提供一种使用上述电池作为单元电池的电池模组，藉此将电池模组制成紧密的结构，电池模组的组装简单，且电池模组具有高强度。
为了实现本发明的目的，根据本发明的一个方面，涉及一种包含多个作为单元电池的电池的电池模组，
所述电池具有电极组件，其能够充电及放电，被安装于板状电池盒内，且阴极端子及阳极端子从所述电池盒的相对端突出，其中
电极端子关于在电池单元的平面上的垂直中央轴线彼此偏离，且同时所述电极端子排列成对称的形式，所述电池盒包含上盒体和下盒体，仅其中之一提供有定位部分，以容纳电极组件，且电极端子被偏离朝向在电池单元的垂直截面上无定位部分的上盒体或下盒体，
所述电极端子具有小于所述电池单元宽度的二分之一的宽度，并且所述电极端子被偏离，使得所述电极端子完全偏离电池单元的中央轴线；
将单元电池排列成一种N×n矩阵的三维排列结构，在该三维排列结构中，单元电池排列于横向方向及厚度方向，
单元电池于三维排列结构中的横向方向的排列是经由将单元电池排列成使得相互电连接的两个单元电池的电极端子互相邻近而实现的，并且，
单元电池于三维排列结构中的厚度方向的排列是经由将单元电池排列成使得不具有定位部分的两个单元电池的电池盒表面相互面对，且同时将相互电连接的两个单元电池的电极端子彼此间隔开而实现的，其中间隔开的电极端子是藉由具有台阶的汇流条而互相电连接。
依照本发明的一方面，上述及其他目的能够以提供一种电池而实现：其具有电极组件，可充电及放电、被安装于板状电池盒内、且阴极端子及阳极端子从电池盒的相对端突出，其中电极端子关于在电池单元的平面上的垂直中央轴线相互偏离，且同时电极端子排列成对称的形式，电池盒包含上盒体和下盒体，仅其中之一提供定位部分，以容纳电极组件，且电极端子被偏离朝向在电池单元的垂直剖面上无定位部分的上盒体或下盒体。
在如本发明的电池中，阴极端子及阳极端子从电池的主轴线(major axis)或短轴线(minor axis)上的端部突出，以致阴极端子及阳极端子相互相对。阴极端子及阳极端子在电池单元的垂直剖面和平面上被相互偏离。因此，当多个电池被安排于横向方向(水平方向)以构成电池模组时，用于电连接在电极端子之间的连接构件的长度被极大缩短，且因此降低电池模组的内部电阻。同时，亦可确保在电池模组内限定出的死区(DS)的大小，使得该死区能作为其他用途。另一方面，当将电池以厚度方向(垂直方向)排列而构成电池模组时，无定位部分的电池盒表面相互面对，且所以可容易地完成电极端子之间的电连接。
本发明的电池是一种薄型电池，通常具有薄厚度。因此，棱形状电池或袋状电池可作为本发明的电池。优选的，电池具有构成包含一层金属层和一层树脂层的叠层结构的电池盒。该电池的一种典型实例是具有藉由包含铝和树脂的叠层片而构成的电池盒的袋状电池。在袋状电池中，电池盒可以各式结构构成。例如，电池盒可构成这样一种结构，该结构中，电极组件被容纳于定位部分中，而该定位部分形成于一个一体式折叠型构件的上侧内表面或下侧内表面，且上下接触区域被密封起来；或者，电池盒可构成这样一种结构，该结构中，电极组件被收纳于定位部分中，而该定位部分形成于一个两件式构件的上侧内表面或下侧内表面，且上下接触区域被密封起来。
电极组件包括阴极及阳极，藉此可对电池进行充电及放电。电极组件构造成阴极及阳极堆叠的结构，且同时有隔板置于阴极与阳极之间。例如，电极组件构造为果冻卷型结构(jelly-roll type structure)或堆叠型结构。电极组件的阴极及阳极可这样构造，阴极的电极接头及阳极的电极接头直接从电池向外突出。或者，电极组件的阴极及阳极可这样构造，阴极的电极接头及阳极的电极接头连接至另外的电极引线，且电极引线从电池向外突出。在本发明的较佳实施例中，电极端子被设置于电池主轴的相对端。
如上述说明，本发明的其中一项特征是：电极端子在关于电池单元的平面上的垂直中央轴线彼此偏离，且同时电极端子排列成对称的形式。本发明的另一项特征是：电极端子被偏离朝向在电池单元的垂直剖面上无定位部分的上盒体或下盒体。
关于本发明的第一特征中，“电池单元的平面上的垂直中央轴线”所述的平面是指板状电池盒的较大的上表面及下表面；而“电单元池的平面上的垂直中央轴线”所述的垂直中央轴线是指在电极端子定向的方向上的电池单元的中央轴线。因此，本发明的电极端子是形成于电池盒的相对端，且所在位置是关于中央轴线左右对称。为方便说明，此种偏离结构将被称为“中央轴线上的偏离结构”。
关于本发明的第二特征中，作为容纳电池的电极组件的定位形成于上盒体或下盒体。因此，例如当作为容纳电池的电极组件的定位部分只形成于上盒体时，电极端子便被偏向下盒体。为方便说明，此种偏离结构将被称为“厚度方向上的偏离结构”。
本发明的电池以中央轴线上的偏离结构及厚度方向上的偏离结构构成。因此，本发明的电池提供多个构成电池模组时的优点，这些优点将于下述详细说明。
在中央轴线上的偏离结构中，电极端子的偏离可视各种情况而变化。在较佳的实施例中，电极端子被偏离，使得电极端子完全偏离电池单元的平面上的垂直中央轴线。
虽然未特别限制电极端子的宽度，但电极端子的宽度较佳可以为少于电池单元宽度的二分之一，更佳为少于电池单元宽度的五分之二。例如，当电极端子的宽度少于电池单元宽度的五分之二，且电极端子完全偏离电池单元的平面上的垂直中央轴线时，在排列多个电池而构成电池模组时，可确保死区的大小，而使得死区能作为其他用途。而且，当单元电池以厚度方向排列而构成电池模组时(下面将详细描述)，可容易地完成单元电池之间的电连接。
在厚度方向上的偏离结构中，电极端子的偏离可视各种因素而变化。在较佳的实施例中，电极端子被完全偏离，使得电极端子与无定位部分的电池盒表面接触，或者形成于与无定位部分的电池盒表面相邻的位置。
依照本发明的另一方面，提供一种电池模组，该电池模组包括多个以上述构造作为单元电池的电池。依据本发明的电池模组，其中的单元电池以使相邻的电极端子在最短的距离内定位的方式排列，且藉由如汇流条的连接构件而将相邻的电极端子彼此电连接起来。
虽然电极与连接构件之间的连接并未特别限制，但电极与连接构件之间的连接通常借助熔接、焊接或机械联接而完成。
依据本发明的电池模组，单元电池可排列成各式各样的结构。例如，两个或多个单元电池可排列成一种N×1矩阵的横向排列结构(平面排列结构)，该横向排列结构中的单元电池只排列于横向方向；以及两个或多个单元电池可排列成一种N×n矩阵的三维排列结构，该三维排列结构中的单元电池排列于横向方向及厚度方向。
单元电池于横向排列结构及三维排列结构中在横向方向上的布置可经由将单元电池排列成相互电连接的两个单元电池的电极端子互相邻近而完成。因此，减少连接构件的长度，且因此改善电池模组的结构稳定性，同时降低电池模组的内部电阻。另外，可增加死区的大小，藉此死区能作为各种用途。
单元电池于三维排列结构中在厚度方向上的布置可经由排列单元电池，使得两个单元电池的无定位部分的电池盒表面相互面对，且同时将相互电连接的两个单元电池的电极端子彼此间隔开而完成。依照此种布置，两个单元电池的电极端子邻近平面定位，且因此容易完成电极端子之间的电连接。例如，藉由具有台阶的汇流条将这些电极端子互相电连接起来。
如上述，依据本发明的电池模组可容易地构造成三维排列结构。在较佳的实施例中，电池模组包括一个构造为层状结构的一体框架，且该框架提供多个容纳部分，其中能装载单元电池组，该单元电池组具有以横向方向排列的两个或多个单元电池及以厚度方向排列的两个或多个单元电池。优选的，将单元电池组装载至容纳部分可以滑动方式进行。
在此种电池模组结构中，将排列成三维排列结构且相互电连接起来的单元电池组中的单元电池引入各自的容纳部分，且各自的容纳部分具有连接端子，用于与相邻的容纳部分电连接。
单个电池模组可被构成为一个电池组。根据情况，将多个电池模组互相电连接起来，从而构成一个中型或大型的电池组。
优选的，将中型或大型的电池组作为用于需要高输出及大容量的各式装置的动力源，例如电动车辆(EV)、混合式电动车辆(HEV)、电动机车及电动自行车等。
附图说明
从以下结合附图的详细描述中，可更清楚了解本发明的上述及其他目的、特征与其他优点，在附图中；
图1及图2是显示传统代表性袋状电池的透视图及剖面图；
图3是典型图式，显示了电连接多个袋状电池而构成的电池模组，其中一个袋状电池示于图1；
图4到图6是透视图、平面图及剖面图，典型显示了依据本发明的优选实施例；
图7是典型图式，显示了依据本发明优选实施例的电池模组，其具有多个构成横向排列结构的电池，其中一个电池示于图4；
图8是典型图式，显示了依据本发明另一优选实施例的电池模组，其具有多个构成三维排列结构的电池，其中一个电池示于图4；及
图9是典型图式，显示了依据本发明另一优选实施例的中型或大型的电池模组，其通过排列多个具有如图8所示的三维排列结构的电池模组而构成。
图1及图2是显示传统代表性袋状电池的透视图及剖面图；
图3是典型图式，显示了电连接多个袋状电池而构成的电池模组，其中一个袋状电池示于图1；
图4到图6是透视图、平面图及剖面图，典型显示了依据本发明的优选实施例；
图7是典型图式，显示了依据本发明优选实施例的电池模组，其具有多个构成横向排列结构的电池，其中一个电池示于图4；
图8是典型图式，显示了依据本发明另一优选实施例的电池模组，其具有多个构成三维排列结构的电池，其中一个电池示于图4；及
图9是典型图式，显示了依据本发明另一优选实施例的中型或大型的电池模组，其通过排列多个具有如图8所示的三维排列结构的电池模组而构成。
具体实施方式
现在，将参照附图详细说明本发明的优选实施例。但是，应注意的是，本发明的范围并不局限于所阐述的实施例。
图4到图6是透视图、平面图及剖面图，代表性地说明依据本发明电池的优选实施例。在电池的基本结构方面，图中所示的电池是以图1的电池为基础的。因此，下面仅描述依据本发明的电池与图1的电池之间的差异。
参考附图，电池100具有两个电极接头110及120，它们沿着电池单元130的主轴线从电池单元130的上端及下端突出。而且，电极接头110及120关于在电池单元130平面上的中央轴线X相互偏离。另一方面，相互偏离的电极接头110及120以关于电池单元130的中心C对称的形态布置。此外，电极接头110的宽度w小于电池单元的宽度W的二分之一，且电极接头110的内侧面与中央轴线X间隔开。
其中容纳了电极组件(图中未显示)的定位部分150形成于下盒体142内，其为电池盒140及142的其中之一，但是无定位部分150形成于上盒体140。因此，电极接头110及120在电池单元130的厚度方向上偏向下盒体140。
图7是典型图式，显示了依据本发明优选实施例的电池模组，其具有多个构成横向排列结构的电池，其中一个电池示于图4。
参考图7，电池模组200包含四个单元电池100、101、102及103，这些单元电池在同一平面上于电池模组盒210中沿横向方向(水平方向)排列。藉由作为连接构件的汇流条220而将四个单元电池100、101、102及103电连接起来，且同时将单元电池100、101、102及103排列成使得单元电池100、101、102及103的电极接头互相邻接。例如，于短距离内，藉由汇流条220而将第一个单元电池100的阳极接头120电连接于第二个单元电池101的阴极接头111，其中第一个单元电池100的阳极接头120偏向右端角落，而第二个单元电池101的阴极接头111偏向左端角落。另一方面，于短距离内，藉由汇流条220而将第二个单元电池101的阳极接头121电连接于第三个单元电池102的阴极接头112，其中第二个单元电池101的阳极接头121偏向左端角落，而第三个单元电池102的阴极接头112偏向右端角落。因此，当电池及电极接头的尺寸相同时，即使图7的汇流条220的长度短于图2的汇流条220，图7的汇流条220亦能达到电连接的目的，且因此减少电池模组的内部电阻。
由于电极接头的偏离位置及单元电池的独特布置，未设置电极接头110、120、111、121…及汇流条220的死区(DS)的大小大于图3中所示的死区。当建构电池组时，可有益地将死区利用作为冷却剂通道，或作为将电池模组200安装于电池组壳体(未显示)内部的安装空间。
图8是典型图式，显示了依据本发明另一个优选实施例的电池模组，其具有多个构成三维排列结构的电池，其中一个电池示于图4。
参考图8，电池模组201以2×2矩阵的三维排列结构而构成，该2×2矩阵中，四个单元电池100、101、102及103中的两个单元电池排列于横向方向，且四个单元电池100、101、102及103中的两个单元电池排列于厚度方向。
在排列于厚度方向的两个单元电池100及101情况中，未形成定位部分150的电池盒表面相互面对，且同时，相互电连接的电极接头110及121被相互间隔开。因此，虽然两个单元电池100及101被以厚度方向排列，但是电极接头110及121之间的高度上的偏离非常小，且因此可容易地使用具有与该高度偏离一致的台阶的汇流条222，实现电极接头110及121之间的电连接。
如图8所示，排列成横向方向的单元电池100及102之间的电连接可以与单元电池100及101之间的电连接相同的方式实现。
以此方式，将多个单元电池100、101、102及103安装于电池盒内，且同时将单元电池排列成三维排列结构，且使用汇流条220作为外部输入及输出而将单元电池相互电连接起来，由此构成电池模组201。
图9是典型图式，显示了依据本发明另一优选实施例的中型或大型的电池模组。通过将多个如图8所示的具有三维排列结构的电池模组作为单元模组而构成了图9所示的中型或大型的电池模组300。
参考图9，中型或大型的电池模组300构成这样一种结构，其中将多个具有2×2矩阵的三维排列结构的单元模组201、202、203…以滑动方式装入一个层状结构框架，其具有在之中限定出的多个容纳部分311、312、313、314及315310。虽然用于各自的单元模组201、202、203…的单元电池100的排列及电连接与图8所示的相同，但是单元电池100的排列及电连接并未限制于以上那些。可以滑动型态容纳单元电池的电池模组300建构为一种书架结构，且因此电池模组300具有高结构稳定性，而且易于完成电池模组300的组装。
在将单元电池201、202、203…安装于各自的容纳部分311、312、313…内时，形成于各自的容纳部分311、312、313…的外侧的输入端子及输出端子相互电连接起来，由此容易地组装及制造电池模组300。
依情况，可将各自的容纳部分311、312、313…建构为可以组装及拆解相应容纳部分311、312、313…的结构，由此可视所需要的容量及输出，选择性地制造中型或大型电池模组。
虽然，为了说明的目的而已经公开了本发明的几个优选实施例，但是本领域技术者将理解，在不脱离如所附权利要求公开的本发明的范围及精神的情况下，各式各样的变形、添加及替换都是可以的。
工业实用性
从上述说明可显而易见，依据本发明的电池的特征在于：电池的电极端子依特定状况而偏离。因此，当将多个电池以各式各样的方式排列以构成一个电池模组时，用于电连接在电极端子之间的连接构件的长度最大程度减少，且因此降低电池模组的内部电阻。而且，可确保死区的大小，使得该死区可作为其他用途，且因此可制造具有较小尺寸的电池模组。再者，单元电池不仅能以横向方向排列，也能以厚度方向排列。因此，可容易地实现单元电池之间的电连接，且因此可容易制造具有高机械稳定性的电池模组。这种电池模组能优选地应用于中型或大型电池组中，作为电动车辆、混合式电动车辆、电动机车及电动自行车的动力源。
图4到图6是透视图、平面图及剖面图，代表性地说明依据本发明电池的优选实施例。在电池的基本结构方面，图中所示的电池是以图1的电池为基础的。因此，下面仅描述依据本发明的电池与图1的电池之间的差异。
参考附图，电池100具有两个电极接头110及120，它们沿着电池单元130的主轴线从电池单元130的上端及下端突出。而且，电极接头110及120关于在电池单元130平面上的中央轴线X相互偏离。另一方面，相互偏离的电极接头110及120以关于电池单元130的中心C对称的形态布置。此外，电极接头110的宽度w小于电池单元的宽度W的二分之一，且电极接头110的内侧面与中央轴线X间隔开。
其中容纳了电极组件(图中未显示)的定位部分150形成于下盒体142内，其为电池盒140及142的其中之一，但是无定位部分150形成于上盒体140。因此，电极接头110及120在电池单元130的厚度方向上偏向下盒体140。
图7是典型图式，显示了依据本发明优选实施例的电池模组，其具有多个构成横向排列结构的电池，其中一个电池示于图4。
参考图7，电池模组200包含四个单元电池100、101、102及103，这些单元电池在同一平面上于电池模组盒210中沿横向方向(水平方向)排列。藉由作为连接构件的汇流条220而将四个单元电池100、101、102及103电连接起来，且同时将单元电池100、101、102及103排列成使得单元电池100、101、102及103的电极接头互相邻接。例如，于短距离内，藉由汇流条220而将第一个单元电池100的阳极接头120电连接于第二个单元电池101的阴极接头111，其中第一个单元电池100的阳极接头120偏向右端角落，而第二个单元电池101的阴极接头111偏向左端角落。另一方面，于短距离内，藉由汇流条220而将第二个单元电池101的阳极接头121电连接于第三个单元电池102的阴极接头112，其中第二个单元电池101的阳极接头121偏向左端角落，而第三个单元电池102的阴极接头112偏向右端角落。因此，当电池及电极接头的尺寸相同时，即使图7的汇流条220的长度短于图2的汇流条220，图7的汇流条220亦能达到电连接的目的，且因此减少电池模组的内部电阻。
由于电极接头的偏离位置及单元电池的独特布置，未设置电极接头110、120、111、121…及汇流条220的死区(DS)的大小大于图3中所示的死区。当建构电池组时，可有益地将死区利用作为冷却剂通道，或作为将电池模组200安装于电池组壳体(未显示)内部的安装空间。
图8是典型图式，显示了依据本发明另一个优选实施例的电池模组，其具有多个构成三维排列结构的电池，其中一个电池示于图4。
参考图8，电池模组201以2×2矩阵的三维排列结构而构成，该2×2矩阵中，四个单元电池100、101、102及103中的两个单元电池排列于横向方向，且四个单元电池100、101、102及103中的两个单元电池排列于厚度方向。
在排列于厚度方向的两个单元电池100及101情况中，未形成定位部分150的电池盒表面相互面对，且同时，相互电连接的电极接头110及121被相互间隔开。因此，虽然两个单元电池100及101被以厚度方向排列，但是电极接头110及121之间的高度上的偏离非常小，且因此可容易地使用具有与该高度偏离一致的台阶的汇流条222，实现电极接头110及121之间的电连接。
如图8所示，排列成横向方向的单元电池100及102之间的电连接可以与单元电池100及101之间的电连接相同的方式实现。
以此方式，将多个单元电池100、101、102及103安装于电池盒内，且同时将单元电池排列成三维排列结构，且使用汇流条220作为外部输入及输出而将单元电池相互电连接起来，由此构成电池模组201。
图9是典型图式，显示了依据本发明另一优选实施例的中型或大型的电池模组。通过将多个如图8所示的具有三维排列结构的电池模组作为单元模组而构成了图9所示的中型或大型的电池模组300。
参考图9，中型或大型的电池模组300构成这样一种结构，其中将多个具有2×2矩阵的三维排列结构的单元模组201、202、203…以滑动方式装入一个层状结构框架，其具有在之中限定出的多个容纳部分311、312、313、314及315310。虽然用于各自的单元模组201、202、203…的单元电池100的排列及电连接与图8所示的相同，但是单元电池100的排列及电连接并未限制于以上那些。可以滑动型态容纳单元电池的电池模组300建构为一种书架结构，且因此电池模组300具有高结构稳定性，而且易于完成电池模组300的组装。
在将单元电池201、202、203…安装于各自的容纳部分311、312、313…内时，形成于各自的容纳部分311、312、313…的外侧的输入端子及输出端子相互电连接起来，由此容易地组装及制造电池模组300。
依情况，可将各自的容纳部分311、312、313…建构为可以组装及拆解相应容纳部分311、312、313…的结构，由此可视所需要的容量及输出，选择性地制造中型或大型电池模组。
虽然，为了说明的目的而已经公开了本发明的几个优选实施例，但是本领域技术者将理解，在不脱离如所附权利要求公开的本发明的范围及精神的情况下，各式各样的变形、添加及替换都是可以的。
工业实用性
从上述说明可显而易见，依据本发明的电池的特征在于：电池的电极端子依特定状况而偏离。因此，当将多个电池以各式各样的方式排列以构成一个电池模组时，用于电连接在电极端子之间的连接构件的长度最大程度减少，且因此降低电池模组的内部电阻。而且，可确保死区的大小，使得该死区可作为其他用途，且因此可制造具有较小尺寸的电池模组。再者，单元电池不仅能以横向方向排列，也能以厚度方向排列。因此，可容易地实现单元电池之间的电连接，且因此可容易制造具有高机械稳定性的电池模组。这种电池模组能优选地应用于中型或大型电池组中，作为电动车辆、混合式电动车辆、电动机车及电动自行车的动力源。