模块电池及制造模块电池的方法_2

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>[0060](电池串之间的连接)
[0061 ] 图8是模块电池的电路图。
[0062]如图2至图6及图8所示,属于最靠近正极侧的第一电池串组1022_1的p个电池串1060各自的正极端1160连接于正极汇流排1025。属于第一电池串组1022_1的p个电池串1060各自的负极端1161连接于第一并联汇流排1027_1。属于第一电池串组1022_1的P个电池串1060通过正极汇流排1025及第一并联汇流排1027_1并联连接,由此构成第一电池块。在电流流过第一电池块时,电流在属于第一电池串组1022_1的P个电池串1060分开流动。
[0063]在整数i为2以上且η-1以下时,属于第i电池串组1022_i的p个电池串1060各自的正极端1160连接于第1-Ι并联汇流排1027」-1。属于第i电池串组1022」的p个电池串1060各自的负极端1161连接于第i并联汇流排1027」。属于第i电池串组1022」的P个电池串1060通过第1-Ι并联汇流排1027」-1及第i并联汇流排1027」并联连接,由此构成第i电池块。在电流流过第i电池块时,电流在属于第i电池串组1022」的P个电池串1060分开流动。
[0064]属于最靠近负极侧的第η电池串组1022_η的ρ个电池串1060各自的正极端1160连接于第m并联汇流排1027_m。属于第η电池串组1022_η的ρ个电池串1060各自的负极端1161连接于负极汇流排1029。属于第η电池串组1022_η的ρ个电池串1060通过第m并联汇流排1027_m及负极汇流排1029并联连接,由此构成第η电池块。在电流流过第η电池块时,电流在属于第η电池串组1022_η的ρ个电池串1060分开流动。
[0065](汇流排之间的连接)
[0066]如图3、图4及图8所示,正极汇流条1030与正极汇流排1025连接。负极汇流条1031与负极汇流排1029连接。
[0067](汇流排的性质)
[0068]正极汇流排1025 ;m个并联汇流排1027_l、1027_2、...、1027_m ;负极汇流排1029 ;正极汇流条1030 ;负极汇流条1031等汇流排是具有低电阻、高机械强度及高耐热性的布线结构体,并且典型地具有板形状或棒形状。然而,汇流排的全部或一部分也可被替换成其他种类的布线结构体。例如,汇流排的全部或一部分也可被替换成电缆。
[0069]汇流排优选由金属或合金构成,进一步优选由销合金构成。
[0070]电池串1060与汇流排的连接、以及汇流排之间的连接,通过焊接、铆接、螺纹固定等耐得住钠硫电池的工作高温的方法进行。由此,电池串1060与汇流排机械地结合,汇流排之间机械地结合。另外,电池串1060与汇流排电导通,汇流排之间电导通。
[0071](电池串内的连接)
[0072]图9的电路图示出电池串。
[0073]如图2至图6及图9所示,第一保险丝1084的一侧连接端1181与最靠近正极侧的第一单电池1080的正极端子1200电连接。第一保险丝1084的另一侧连接端1180成为电池串1060的正极端1160。
[0074]第一单电池1080的负极端子1201经由第一单电池连接件1086与第二单电池1081的正极端子1220电连接。
[0075]第二单电池1081的负极端子1221经由第二单电池连接件1087与第三单电池1082的正极端子1240电连接。
[0076]第三单电池1082的负极端子1241经由第三单电池连接件1088与第四单电池1083的正极端子1260电连接。
[0077]最靠近负极侧的第四单电池1083的负极端子1261与第二保险丝1085的一侧连接端1280电连接。第二保险丝1085的另一侧连接端1281成为电池串1060的负极端1161。第一单电池1080、第二单电池1081、第三单电池1082及第四单电池1083串联连接,第一单电池1080、第二单电池1081、第三单电池1082及第四单电池1083与第一保险丝1084和第二保险丝1085串联连接。省略第一单电池连接件1086、第二单电池连接件1087及第三单电池连接件1088的全部或一部分,直接连接一侧单电池的正极端子与另一侧单电池的负极端子也可。在下文中的限制范围内,对单电池的串联数量进行增减也可。
[0078]在电流流过电池串1060时,电流流过第一保险丝1084、第一单电池1080、第二单电池1081、第三单电池1082、第四单电池1083及第二保险丝1085。
[0079](保险丝的熔断电流)
[0080]第一保险丝1084及第二保险丝1085各自在有大于熔断电流的电流流过时发生熔断。
[0081]熔断电流被定义为在两个以上电池串1060中的一个发生故障时,短路电池不会由于在短路电池中转换为热量的功率燃烧。由此,使短路电池燃烧的过大的充电电流被第一保险丝1084及第二保险丝1085阻止,从而使模块电池1000的安全性提高。
[0082](每单位时间内产生的热量的上限值)
[0083]第一单电池1080、第二单电池1081、第三单电池1082及第四单电池1083各自在每单位时间内产生的热量为上限值以下时不会燃烧,但在每单位时间内产生的热量大于上限值时有可能会燃烧。
[0084]单电池中产生的热量为焦耳热。因此,单电池中的每单位时间内产生的热量的上限值也是单电池中的转换为热量的功率的上限值。
[0085]该功率的增大会在单电池发生短路时依然继续充电的情况下发生。这是因为,由短路电阻消耗的功率以施加于单电池的电压与流过单电池的电流的乘积施加,该电压在单电池充电时比放电时更高。
[0086]为使单电池不燃烧,假设发生了两个以上电池串1060包括故障电池串、且属于该故障电池串的第一单电池1080、第二单电池1081、第三单电池1082及第四单电池1083包括短路电池的故障,并且,在发生故障的情况下,短路电池中的转换为热量的功率(下面称为“续流功率”)达到上限值时,通过第一保险丝1084及第二保险丝1085阻止比流过故障电池串的充电电流大的充电电流流过故障电池串。第一保险丝1084及第二保险丝1085的熔断电流,与续流功率达到上限值时流过故障电池串的充电电流一致。
[0087]由此,短路电池中的每单位时间内产生的热量不会超过上限值,并且短路电池不会燃烧。因此,模块电池1000的安全性得到提高。另外,常规的工作电流不易使第一保险丝1084及第二保险丝1085发生熔断。
[0088](单电池的串联数量)
[0089]单电池的串联数量多时,与短路电池串联连接且未短路电池增多,通过未短路电池的内部电阻来限制充电电流。因此,随着单电池的串联数量增加,续流功率减小。在单电池的串联数量为阈值以下时,续流功率可达到上限值;在单电池的串联数量大于阈值时,续流功率不能达到上限值。
[0090]但是,单电池的串联数量多时,处于充电末期的单电池的电压的偏差增大,从而使处于充电末期的单电池的充电状态的偏差增大。因此,单电池的容量不能得到充分的利用,模块电池1000的能量密度降低。
[0091]另外,单电池的串联数量多时,在两个以上单电池发生故障的情况下无法使用的电池串容易增多。因此,模块电池1000的维修次数增加。
[0092]为提高能量密度并减少维修次数,使单电池的串联数量少于阈值。模块电池的安全性通过第一保险丝1084及第二保险丝1085得到确保。
[0093](续流功率的计算模型)
[0094]图10的电路图示出续流功率的计算模型。
[0095]如图10所示,在续流功率的计算模型1300中,属于I个电池块1320的、I个发生故障的电池串1340包括两个短路电池1360及1361。在续流功率的计算模型1300中,模型化了电池块的数量为n,电池串的并联数量为P,单电池的串联数量为s的情况。
[0096]I个电池块1320、由剩余的η-1个电池块构成的串联连接体1321及PCS1380插入于充放电路路径1400,由此串联连接I个电池块1320、串联连接体1321及PCS1380。PCS1380构成充电电流的供应源。
[0097]串联连接体1321被看作具有开路电压VO及内部电阻RO的电池。
[0098]在电池块1320中,I个发生故障的电池串1340及剩余的p-Ι个电池串的并联连接体1341并联连接。
[0099]并联连接体1341被看作具有开路电压Vp及内部电阻Rp的电池。
[0100]在发生故障的电池串1340中,第一短路电池1360、第二短路电池1361及由剩余的s-2个单电池构成的串联连接体1362串联连接。
[0101 ] 第一短路电池1360已发生短路,并具有内部电阻Ras及短路电阻Rap。在模块电池1000进行充电时,电压Va施加于第一短路电池1360,充电电流I1流向第一短路电池1360,电流I3流向短路电阻Rap。
[0102]第二短路电池1361已发生短路,并具有内部电阻Rbs及短路电阻Rbp。在模块电池1000进行充电时,电压Vb施加于第二短路电池1361,充电电流I1流向第二短路电池1361,电流I2流向短路电阻Rbp。
[0103](熔断电流的设定例)
[0104]图11的图表举例不出了短路电阻Rap及续流功率Pa之间的关系。图11的关系是使用续流电压的计算模型而算出的。
[0105]图11举例示出了如下情况下的关系:充电功率在PCS1380的交流侧为30
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