具有互连相邻单元电池的端子的连接器的模块式电池

摘要

本发明公开了一种电池模块，其包括多个具有端子和连接元件的单元电池，连接元件的两个端部分别固定到至少一对相邻的单元电池的端子上并在中心具有接点。由于两个条的两个端部可以在接头部的中心回转，改进了连接元件，使之能方便地适应单元电池之间的距离差异。

说明书

技术领域

本发明涉及一种模块式电池(modular battery)。更明确地说，本发明涉及一种在单元电池(unit cell)之间具有改进的连接元件的高能量和大容量的电池模块。

背景技术

一般而言，可充电电池或二次电池与原电池不同，其在放电后可反复充电。低容量的可充电电池用于如移动电话、膝上型计算机以及录象摄像机之类的小型便携式电子设备。另一方面，大容量的可充电电池可以用作驱动燃油电力两用车等的电机的电源。可将多个小容量的可充电电池串联连接以形成大容量的电池模块，使其也可用来驱动需要大量电能的电动机车的电机。

电池模块或模块式电池通常包括多个可再充电电池，这些可再充电电池常被称为单元电池(为方便起见，以下称之为“单元电池”)。这些单元电池分别包括由正和负电极及设置在这两者之间的隔板组成的电极组件、具有容纳电极组件的空间的外壳、与外壳结合在一起并密封外壳的盖组件、以及分别电耦合到正和负电极的正和负极端子。

可再充电电池或单元电池的形状大都为圆柱形或棱柱形。在棱柱形结构中，通常正和负极端子从盖组件向外凸出，使其能暴露于单元电池的外侧。

将单元电池形成电池模块时，可将它们设置成使得一个单元电池的正极端子紧靠相邻单元电池的负极端子。然后，通过连接元件(导体)将正和负极端子彼此连接。该连接元件可以通过螺母或其它机构固定到正和负极端子上。正和负极端子可以具有象螺栓那样的螺纹以与螺母耦连。

通常，将连接元件形成为具有两个彼此分开一定距离的嵌合部分或结构的单一件。一个嵌合部分或结构与一个单元电池的正极端子嵌合，而另一嵌合部分与直接相邻的单元电池的负极端子嵌合。这种嵌合部分或结构可以是孔，通过该孔可以插入向外凸出的端子。当端子具有螺纹时，可用螺母将连接元件固定到端子上。

当两个相邻的单元电池的距离不精确而且两个端子之间通过连接元件连接时，很难将连接元件和单元电池的端子连接。在给定连接元件的结构时，需要对两个相邻单元电池之间的距离精确控制。改变单元电池的一些部分的设计时，所述距离也将发生改变，其连接难度可想而知。因此，需要改进连接元件的设计，使得连接元件能适应距离的变化。

背景技术部分的上述信息只是用来理解本发明的背景，该部分没有提到的内容均纳入现有技术。

发明内容

本发明一个目的是提供一种模块式电池。该模块式电池包括多个包括第一单元电池和第二单元电池的单元电池以及包括第一元件和第二元件的端子连接器，第一单元电池包括第一端子，第二单元电池包括第二端子，第一元件被固定到第一端子上，第二元件被固定到第二端子上，其中在将第一和第二元件构成为围绕中心线彼此相对转动的同时，第一和第二元件彼此机械连接。

在前述的电池中，还可将端子连接器构成为电连接第一和第二端子。端子连接器还可包括可转动地互连第一和第二元件的第三元件。端子连接器还可包括用于相互连接第一和第二元件并能围绕中心线在第一和第二元件之间相对转动的结构。第一和第二单元电池可以彼此相邻，在它们之间没有设置其它单元电池。第一元件可以包括与第一端子嵌合的端子部分以及与第二元件嵌合的耦连部分。第一元件被延伸为具有两相对端部，其中端子部分可以位于一个端部附近，而耦连部分可以位于另一端部附近。第一元件的耦连部分可以包括耦连孔，其中端子连接器还可以包括插入到所述耦连孔并与第二元件嵌合的耦连元件。中心线可以通过耦连孔。

还是在前述的电池中，其中第二元件可包括与第二端子嵌合的端子部分和耦连孔，其中耦连元件还可以插入第二元件的耦连孔中。可将通过第一和第二元件的耦连孔插入的耦连元件构造成起用于相对转动的轴的作用。耦连元件可以是铆钉。可将耦连元件焊接到第一和第二元件的至少之一上。将第一和第二元件分别固定到第一和第二端子上时，第一和第二元件几乎不围绕中心线转动。该电池还可以包括多个附加端子连接器，其中每一附加端子连接器将属于多个单元电池中的一个单元电池的端子和属于与该单元电池相邻的另一单元电池的端子以与所述端子连接器相同的方式机械地相互连接。单元电池可以是棱柱形结构。该电池还可以包括设置在第一和第二单元电池之间的分隔板。

本发明另一目的是提供一种制造模块式电池的方法。该方法包括：提供包括第一单元电池和第二单元电池的多个单元电池，第一单元电池包括第一端子，第二单元电池包括第二端子；提供包括第一元件和第二元件的端子连接器，其中在将第一和第二元件被设置成围绕中心线彼此相对转动的同时，第一和第二元件彼此机械连接；以及用端子连接器相互连接第一和第二端子。

在前述的方法中，相互连接可以包括将第一元件固定到第一端子上，将第二元件固定到第二端子上，其中相互连接还可以包括围绕中心线相对于第二元件转动第一元件。相互连接还包括电连接第一和第二端子。端子连接器还可以包括用来相互连接第一和第二元件并能在第一和第二元件之间相对转动的结构。所述第一和第二单元电池可以彼此相邻，在它们之间没有设置其它单元电池。

本发明一方面提供了能方便地调节单元电池之间的距离差异的电池模块。此外，本发明另一方面提供了始终有电流流动的电池模块。

一实施方式提供的电池模块包括多个具有一些端子和一连接元件的单元电池，连接元件的两端部用至少一对相邻单元电池的端子固定，并在两端部的中点具有接点。据此，该电池模块具有这样的特征，即，连接元件的两个端部可以作为轴的该接点为中心回转。该单元电池可以是棱柱形或圆柱形的可充电电池。另一方面，该连接元件可以包括至少两个条和在接点处将这两个条接合起来的耦连件。这两个条被构造为以耦连件为中心回转。两个条可以包括处于每个端部的通孔，通过通孔可以插入单元电池的端子。

连接元件可以具有使两个条重叠并彼此接触的构造。两个条的接触面积可以具有阶梯状构造。另外，这两个条可以具有这样的构造，即，具有通孔的每个端部沿相反方向凸出。耦连件可以包括在第一条的一侧上凸出、具有耦连孔的轴元件，和插入轴元件上的耦连孔中的耦连销，轴元件插过第二条上的另一孔，通过该孔轴元件插在第二条之外。该耦连件可以包括在两个条的接触面上插入通孔中以将它们连接的铆钉。该耦连件可以包括在两个条的接触面上插入通孔中的螺栓以及与该螺栓对应的螺母。可将耦连件焊接到这两个条上，这可降低耦连件和条之间的接触电阻。

根据本发明的另一实施方式，电池模块还可以包括用来在单元电池之间保持距离、使冷却剂循环流过的电池阻挡件。该电池模块可以用作如燃油电力两用车(HEV)、电动机车(EV)、无绳吸尘器、摩托车、电动滑行车之类的电机驱动装置的电源。

附图说明

图1是本发明一实施方式的电池模块的分解透视图；

图2是图1所示的连接元件的分解透视图；

图3是图2所示的连接元件的透视图；

图4是图3所示的横截面图；

图5是固定到两相邻端子的连接元件的侧视图；

图6是另一实施方式的连接元件的横截面图；

图7是本发明另一实施方式的连接元件的横截面图；

图8是本发明又一实施方式的连接元件的分解透视图；

图9是图8所示的连接元件的横截面图；

图10是本发明再一实施方式的连接元件的横截面图；

图11是本发明另一实施方式的连接元件的横截面图。

具体实施方式

以下将参考各附图更全面地描述本发明的各种实施方式。在维持本发明的构思的同时，可以多种方式对这些实施方式进行改型，而不限于此处的说明。在以下的描述中，相同的附图标记表示相同或功能相似的元件。

用于模块式电池中的单元电池可以制造成各种形状，例如，棱柱形、圆柱形等等。例如，在下列实施方式中，以棱柱形单元电池进行说明。

图1是本发明的一实施方式的电池模块100的分解透视图。电池模块100包括多个以预定间隔顺序设置的单元电池111，该电池模块可以是大容量电池。每个单元电池111包括电极组件118、外壳112、盖组件113以及正极端子114和负极端子115。电极组件118包括正电极、负电极和设置在这两者之间的隔板。外壳112具有容纳电极组件的内部空间。盖组件113安装在外壳112上并且封闭其开口侧。正和负极端子114、115被分别连接到电极组件118的正和负电极。

在一些实施方式中，外壳112由如铝、铝合金或镀镍钢之类的导电金属制成。在一些实施方式中，外壳112被形成为具有内部空间的如六角棱柱体或其它的形状。

根据所示出的该实施方式，每个单元电池111具有从盖组件113向外伸出的正和负极端子114和115的构造。这两个端子114和115的外圆周面上具有螺纹。在其它实施方式中，端子114和115可以具有其它形状和结构。在所示出的该实施方式中，每个单元电池111的端子114和115用与端子114和115固定的螺母117固定到盖组件113上。

可将多个单元电池111设置为构成具有大容量的电池模块100。在所示出的实施方式中，端子114、115形成为在两两相邻的两端子之间具有间隔的两直行。在每一直行中，正和负极端子114和115交替设置，使得两个相邻的端子一个为正极端子，一个为负极端子。

电池模块100还包括为将单元电池串联连接而连接两相邻的单元电池111中的正和负极端子114和115的连接元件120。连接元件120包括在其两个端部之间的接点。连接元件120的这两个端部可以作为轴的接点为中心转动。在所示出的实施方式中，连接元件120被设置在螺母117上，并通过固定螺母119与端子114和115被固定在螺母上。

图2为图1所示的连接元件120的分解透视图。图3是图2所示的连接元件120的透视图。图4是图3所示的连接元件120的横截面图。参考这些附图，连接元件120具有板状结构，其包括第一条121、第二条122和耦连件140。

第一条121包括位于一端的通孔123，正(或负)极端子114或115可通过该通孔插入。第二条122具有与第一条121对应的形状。换句话说，第二条的一端124′包括通孔123′，负极端子115(或正极端子114)可通过该通孔插入，而其另一端与第一条121的另一端连接。

耦连件140形成在第一条121和第二条122的接点125和125′上。耦连件140连接第一条121和第二条122，使得第一条121和第二条122可围绕通过耦连件140的中心线前后回转或转动。

如前所述，两个条121和122和耦连件140一道形成连接元件120。每个条121、122包括在一个端部124和124′处的通孔123和123′和在另一端部处的接点125和125′。第一和第二条121和122彼此重叠，使得在接点125和125′处呈表面接触。可将第一和第二条121和122形成为具有相同尺寸。在连接元件120中，第一和第二条121和122的一个端部124和124′的横截面具有阶梯形部分。如图4所示，在它们的端部124、124′，第一和第二条121、122的阶梯形部分以相反的方向呈阶梯形。第一和第二条121和122的端部124和124′具有相同的高度。第一条121的厚度(t₁，参考图4)与第二条122的厚度(t₂，参考图4)相同。第一条121中的阶梯形部分的厚度为t₂。第二条122的阶梯形部分的厚度为t₂。所以，当第一和第二条接合时，第一和第二条的每个端部124和124′都可以处于相同的平面上。

耦连机构或耦连件140包括第一条121的阶梯形轴元件126和形成在轴元件126的中心的耦连孔127。耦连机构140还包括形成在第二条122中以容纳阶梯形轴元件126的孔128。耦连机构140还包括通过耦连孔127插入的耦连销129。该耦连件140起轴的作用，通过该耦连件第一和第二条121和122可以相对转动以及将第一条121和第二条122接合。

耦连销129包括头部或凸缘130。头部130的直径大于孔128，以避免第二条122从轴元件126中滑出。将耦连销129插入耦连孔127后可将其焊接到第二条122上。可以用激光或TIG进行焊接工序。因此，可以减小耦连销129和第二条122之间的接触电阻。

如图所示，第一和第二条121和122的两个接点125和125′彼此紧密相邻，以形成单一的连接元件120，电流流过该连接元件。此外，使第一和第二条121和122的接点125和125′接合，以便以轴元件126为轴围绕耦连销129的中心彼此相对转动。由于这两个条121和122可以彼此相对转动，在这两个条121和122的每个端部124和124′处的通孔123和123′在相应于两相邻单元电池111的端子114和115之间可以具有可以调整的距离。

例如，当两相邻单元电池111之间的距离小于连接元件120的两个端部124和124′的通孔123和123′之间的最初预定距离时，由于第一和第二条121和122以耦连件140为中心转动，第一和第二条121和122的孔123和123′也可以具有减小的距离。可以手动也可以使用自动设备自动调整条的转动。据此，可以考虑两相邻单元电池111的端子114和115之间的距离来调整连接元件120的通孔123和123′之间的距离。

即使两相邻单元电池111的端子114和115之间的距离大于连接元件120的通孔123和123′的最初预定的距离时，第一条121的孔123和第二条122的孔123′可以具有被调整的距离，该距离对应于通过以与上述方向相反的方向回转或相对转动第一和第二条121和122时端子的距离。

如6是根据本发明另一实施方式的连接元件220的横截面图。参考该图，耦连机构或耦连件240包括在第一和第二条221和222的每个接点225和225′处的孔231、以及通过孔231将第一和第二条221和222固定的铆钉227。可将铆钉227焊接到这两个条221和222上以减小形成于铆钉和条之间的接触电阻。

图7是本发明另一实施方式的连接元件320的横截面图。参考该图，第一和第二条321和322被构造为通过螺栓333和在第一和第二条321和322的每个接点325和325′处的孔331进行固定的螺母334彼此相对回转或转动。可将螺栓333和螺母334焊接到这两个条321和322上以减小它们之间的接触电阻。对于这些实施方式中的与上面在第一实施方式已讨论过的那些结构和操作相同的部分不再赘述。

图8是本发明又一实施方式的连接元件420的分解透视图。图9是图8所示的连接元件420的连接横截面图。参考这些附图，连接元件420为平板结构，其包括第一和第二条441和442以及耦连机构或耦连件440。

第一条441包括在端部的通孔443，正极或负极端子114或115(参考图1)可通过该通孔插入。第二条442的形状与第一条441的形状相应。换句话说，第二条442包括处于一个端部444′处的通孔443′，负或正极端子114或115可通过该通孔插入。第二条442的另一端部与第一条441的另一端部连接。

耦连机构或耦连件440形成在第一和第二条441和442的接点445和445′处，使得第一和第二条441和442可以耦连件440为中心彼此相对回旋。第一和第二条441和442的接点445和445′彼此相反地形成阶梯形，使得第一和第二条441和442的每个端部444和444′在两个条441和442连接在一起时具有相同的高度。

换句话说，将第一和第二条441和442的接点445和445′形成具有第一条441和第二条442的一半厚度的台阶。据此，即使将第一和第二条441和442接合在一起，这两个条441和442的另一端部444和444′也可以位于同一平面上。

耦连件440包括从接点445的接合面垂直凸出并在中部具有耦连孔447的轴元件446、和插入第一条441的轴元件446中心处的耦连孔447及第二条442中的另一孔448的耦连销449，通过该孔插入轴元件以固定第二条442。耦连件440起转动轴的作用，围绕该转动轴第一和第二条441和442可以彼此分别相对转动并使第一条441和第二条442接合。

耦连销449包括比孔448大的头部或凸缘450以防止第二条442从轴元件449中滑出。将耦连销449插入耦连孔447后，可将其焊接到第二条442上。可以用激光或TIG实现这种焊接。焊接可以减小耦连销449和第二条442之间的接触电阻。这样，第一和第二条441和442的两个接点445和445′彼此紧密相邻以形成电流流过的连接元件420。

此外，第一和第二条441和442的每个接点445和445′连接在一起以围绕作为轴的耦连件440彼此相对回转或转动。由于这两个条441和442可以彼此回转，可对这两个条441和442的每个端部444和444′的孔443和443′之间的距离进行调整，以相应于两相邻单元电池111的端子114和115之间的距离。

图10是本发明再一实施方式的连接元件520的横截面图。参考该图，耦连机构或耦连件540包括第一和第二条541和542的接点545和545′处的孔551和通过孔551将这两个条541和542接合的铆钉552。

图11是本发明另一实施方式的连接元件520的横截面图。参考该图，第一和第二条641和642被构造为通过螺栓653和通过形成在接点645和645′处的孔651固定的螺母654彼此相对转动或回转。其它结构和操作与第一实施方式中的相同，在此不再赘述。

以下，参考图5所示的实施方式说明电池模块的操作。首先，将正和负极端子114和115安装成从每个单元电池111的盖组件113中凸出。将垫圈155安装在端子114和115上，将螺母117固定在垫圈155上，借此，将端子114和115固定在盖组件113上。

借助于连接各单元电池111而形成具有高能量输出的电池模块时，连接元件120通过第一条121和第二条122的每个端部124和124′上的通孔123和123′与每个单元电池111的端子114和115安装在一起。此时，每一单元电池111以预定间隔排列，其中每一单元电池111的正和负极端子114和115被交替地重复设置，然后使端子114和115穿插于构成连接元件120的第一条121和第二条122的端部124和124′上的通孔123和123′中，之后，将螺母119固定于其上，完成连接元件120的组装。

若单元电池111之间的距离存在差异，两个相邻单元电池111的端子114和115之间的距离与连接元件120上的两个通孔123和123′的距离不同。然而，由于本发明实施方式的连接元件120包括能以耦连件140为中心相对转动或回转的两个条121和122，可以方便地调节通孔123和123′之间的距离。所以，尽管单元电池111之间存在距离差异，连接元件120还是可以连接两个端子114和115。

另一方面，即使连接元件120的两个条121和122如前所述可以转动，它们能完全且始终如一地保持它们的接合面，因此，能始终保持电流，防止电池能量输出降低。

根据本发明的实施方式，由于可将连接元件上的通孔之间的距离调整为单元电池的端子之间的距离，所以能方便地应对单元电池的距离差异。另外，本发明的连接元件有利于缩短安装时间和减少安装所付出的劳动。此外，这种连接元件可以防止电流收集效率下降，始终保持电池的性能。再者，这种连接元件具有极好的缓冲性，因此，能弹性地应对由于电池胀大引起的单元电池之间的距离差异。

虽然已经结合目前被认为是实用的一些示例性实施方式描述了本发明，但是，应该理解，本发明并不局限于所披露的这些实施方式，反之，本发明意欲涵盖落入所附权利要求的构思和保护范围内的各种改型和等同配置。