專利名稱：二次電池模塊的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及二次電池單元，更具體地說，涉及一種高功率和高容量的二次電池模塊。
背景技術：
近來，使用非水電解液的二次電池已經(jīng)被開發(fā)成作為高密度和高能量的能源。
通常，將幾個到幾十個高功率二次電池(以下稱“單元電池”)串聯(lián)連接形成模塊，用于驅動諸如混合電動車(HEV)等需要高功率電源的設備的電動機。
單元電池通常包括具有正電極、負電極和介于這兩個電極之間的隔板的電極組件，內部具有容納該電極組件的空間的殼體，固定在殼體上以將其密封的蓋組件，以及從蓋組件上伸出的分別電連接于電極組件的正電極和負電極的正極端子和負極端子。
為了制造包含單元電池的模塊，通常將單元電池交替布置，使得一個電池單元的正極端子和負極端子分別與相鄰于它的電池單元的正極端子和負極端子交叉，然后用導電的連接件將各端子彼此相連。
導電的連接件可以例如用螺母固定在端子上，以使其不會從端子上脫離?；谶@個目的，在端子的外表面形成有螺紋。
如上所述，常規(guī)二次電池模塊可以具有幾個到幾十個單元電池，這些單元電池用螺釘通過導電的連接件相互電連接。
但是，在這樣的二次電池模塊結構中，每個端子需要兩個螺母來安裝連接件，這樣在使用大量螺母時會增加螺母安裝失誤的可能性。即便螺母已經(jīng)被很好的擰緊，它們的嚙合在某些外部環(huán)境下也有可能變得松動，并最終完全旋開。
特別是當二次電池用來驅動真空清潔器、電動小型摩托車或電動車(如混合汽車)等高容量設備的高容量電動機時，螺母連接問題變得更明顯，因為在這類設備的外部環(huán)境下，會有連續(xù)的振動和/或沖擊作用在二次電池上。
換言之，因為二次電池連續(xù)地振動、沖擊和/或移動，在這種條件下其溫度通常不穩(wěn)定，螺母可能會逐漸地松動，并最終可能完全旋開。
如果螺母松動或旋開，對應的二次電池模塊的完整性就會降低，使用該二次電池組的設備的質量也會下降。
所以，需要一種二次電池模塊，通過加強螺母的嚙合，來提高完整性和對內部振動和/或外部沖擊的抵抗性。

發(fā)明內容
根據(jù)本發(fā)明的一個示例性實施例，提供一種二次電池模塊，包括多個單元電池，以及電連接這些單元電池的連接件，其中每個連接件通過使用至少一個其內周表面上具有螺紋的螺母固定在單元電池的端子上，并且螺母的內周表面是錐形的。
所述螺紋的一部分可以用來將螺母結實地固定在端子上。該螺母的內周表面可以沿螺母的高度從一側到另一側逐漸變大。
根據(jù)本發(fā)明的另一示例性實施例，提供一種二次電池模塊，包括多個單元電池，在位于該模塊的第一和第二端的最外側單元電池上分別設置的第一和第二框架，至少一個在框架之間延伸的連接桿，以及至少一個與連接桿嚙合以固定框架的螺母，其中螺母的內周表面是錐形的。


圖1為常規(guī)二次電池模塊的透視圖。
圖2為根據(jù)本發(fā)明一實施例的二次電池模塊上的用來嚙合連接件的螺母的橫截面圖。
圖3為使用根據(jù)本發(fā)明一實施例的螺母的二次電池組的前視圖。
圖4為使用根據(jù)本發(fā)明一實施例的螺母的二次電池組的俯視圖。
圖5為說明根據(jù)本發(fā)明一實施例的螺母在嚙合狀態(tài)下的橫截面圖。
圖6為根據(jù)本發(fā)明驅動電動機的二次電池模塊的示意框圖。
具體實施例方式
參見圖1，二次電池模塊10具有通過連接件相互電連接在一起的多個單元電池。
在這種二次電池模塊10中，正極端子14和負極端子15交替布置。同樣，它們從單元電池11、11’的蓋組件的頂面伸出，其外周表面具有螺紋，這樣螺母17，17’與它們嚙合以安裝連接件16。
具體地講，正負端子14、15具有類似螺栓的形狀，并且第一螺母17與它們嚙合。這樣，連接件16可以置于端子14、15上以將單元電池11的正極端子14連接于相鄰單元電池11’的負極端子15。然后，第二螺母17’與正負端子14、15相嚙合，以將連接件16固定在端子上。
圖2為使用在二次電池模塊10上的螺母18的橫截面圖。根據(jù)本發(fā)明的實施例，螺母18的內周表面是錐形的。
參見圖2，可以看出螺母18的內周表面是相對于螺母18的中心軸Z以預定角度傾斜的。對于具有錐形結構的螺母18，內螺紋孔18b的內徑沿螺母的高度從一端到另一端增大(圖2中從頂面到底面)，所以孔18b頂面的直徑要小于其底面的直徑。
雖然以上說明指的是根據(jù)本發(fā)明一實施例的用于固定連接件16的螺母18，但是這種錐形的內周表面結構可以應用于如下所述的所有二次電池模塊的螺母上。
圖3圖示的是根據(jù)本發(fā)明的螺母18應用于電池模塊組10’的單元電池110、110’的正負端子140、150之間的連接。
參見圖3，連接件160與螺栓形狀的、且伸出到單元電池11的外部的端子140和150嚙合。螺母18可以與端子140、150相嚙合以固定連接件160。如上所述，螺母18可以沿其錐形的內周表面上形成有螺紋。
圖4圖示的是具有上述結構螺母22的示例性實施例，在二次電池模塊2基本上組裝有圖3中的單元電池110、110’時，該螺母用于固定包含在二次電池2中的固定框架20、20’。
在二次電池模塊2中，雖然多個單元電池110、110’、...以及110n以預定間隔布置，框架20、20’布置在最外面的單元電池110和110n上。在連接桿23安裝到框架20、20’上之后，螺母22與連接桿23端部上形成的外螺紋21嚙合。結果，所產(chǎn)生的緊固力將單元電池110、110’、...以及110n固定在框架20、20’上。
與裝配在框架20上的連接桿23的末端嚙合的螺母22，可以具有如圖2所示的錐形的內周表面。
根據(jù)本發(fā)明的示例性實施例，錐形角λ滿足下面的等式0＜Tan-1{(DN1-DN2)/2H}＜(DN1-DN2)/2H，其中，DN1表示螺母22的大孔的直徑，DN2表示螺母22的小孔的直徑，H表示螺母22的高度。傾斜角λ大致在0到1的范圍內。
以下將參照圖5更詳細地介紹螺母18的功能。螺栓或螺母的螺紋部分的載荷分布沿螺紋部分的長度是不均勻的，第一圈螺紋(從圖5中的底部)經(jīng)受最大載荷。所以對螺紋部分的損壞通常發(fā)生在第一圈螺紋上。
但是，在根據(jù)本發(fā)明的具有錐形內周表面的螺母18中，減弱了第一圈螺紋上的載荷集中，因而可以得到均勻的載荷分布。
這一事實基于Stoeckly和Macke在1950年所提出的下列等式，該等式表示平螺旋(flat screw)和錐形螺旋(tapered screw)沿螺旋部分長度的應力分布。
ωωn=e-pxsinhqxo{(1-k)epxo(qcoshqx-psinhqx)+k[qcoshq(xo-x)+psinhq(xo-x)]}---(1)]]>
其中，ω表示在螺紋根部剪應力所產(chǎn)生的螺旋載荷，ωn表示將螺旋載荷均布在整個螺旋部分上的平均螺旋載荷。xo、p、q以及k由下列等式確定epxo(qcoshqxo-psinhqxo)=-kq1-k]]>p=LDa2υtanβ,]]>q=(2LDa)2+p2]]>λ=2kσAEtanβ(1Ab+1An),]]>a2=haAD(1Ab+1An)+H]]>h=-4(1-ν2)[logc+(1-c)K2β-sin2β+Hlogc2β+sin2β+(1-c)(cos2β-c)(1+H)sin2β-2βcos2β]]]>H=tanβ-μcotβ+μ,]]>K=12(1-υ)[1+(1-2υ)2βsin2β]]]>其中，a表示螺距，b表示螺紋深度，d表示螺旋半徑，c＝d/b，Db表示螺栓的外徑，Dn表示螺母的內徑，Ab，An表示螺栓和螺母的平均面積，D＝(Db+Dn)/2表示平均直徑，A＝πD2/4表示平均面積，L表示螺母長度，n表示螺紋圈數(shù)，s表示螺母底部的間距，s1＝πnD表示螺母底部的s值，λ表示斜角，λop表示視覺斜角，x＝s/s1，x0表示螺栓和螺母在接觸面積上的x值，β表示螺旋角的一半，ω表示螺旋載荷，ωn＝σA/πnD表示平均螺旋載荷，E表示彈性系數(shù)，ν表示泊松比，μ表示摩擦系數(shù)，σ表示在擰緊螺栓到螺母上時螺栓上的應力。
基于有關錐形螺旋載荷分布的等式(1)，具有0度斜角的平螺旋的螺旋載荷可以表示如下ωωn=ep(1-x)sinhq(qcoshqx-psinhqx)---(2),]]>基于上述等式，可以看出在平螺旋中 結果是3或更高。這說明第一圈螺紋的載荷是平均螺紋載荷的3倍或更多。
但是，如果螺母18的內周表面是如圖5所示的錐形，那么可以分布由平螺旋的第一圈螺紋承載的載荷，從而在螺旋部分得到均勻的載荷分布。
在這種情況下，對應于端子140的外周的螺母18的內周表面的角沒有特別的限制。
由此，在單元電池110、110’的正負端子140、150的螺紋根部上的載荷相對比較均勻。這樣，雖然在常規(guī)螺母結構中最大剪應力與平均剪應力的比值可能為4.86，但是，在根據(jù)本發(fā)明的螺母結構中其可以減少到2.5。
具有上述螺母結構的二次電池，可以用作混合電動車(HEV)、電動車(EV)、無線清潔器、電動自行車以及電動小型摩托車等設備的用于驅動電動機的能源。
圖6為具有圖2到圖5中所述的螺母、且用來驅動電動機92的二次電池組10’，2的示意框圖。
根據(jù)本發(fā)明的實施例，改進了螺母的嚙合力，從而防止在二次電池模塊內由于內部振動或外部沖擊而使螺母松動。另外，可以減小螺母損壞的可能性，從而提高二次電池模塊的完整性和可靠性。
盡管以上介紹了本發(fā)明的示例性實施例，但本發(fā)明并不局限于這些實施例，而且在沒有脫離本發(fā)明所附權利要求、詳細描述以及附圖的范圍的情況下，還可以進行各種形式的修改。因此，這些修改也在本發(fā)明的范圍之內。
權利要求
1.一種二次電池模塊，包括多個單元電池，以及將所述多個單元電池相互電連接的多個連接件，其中每個連接件通過使用至少一個螺母固定在單元電池的端子上，所述螺母在其內周表面上具有螺紋，并且其中所述螺母的內周表面是錐形的。
2.根據(jù)權利要求1的二次電池模塊，其中所述螺紋的一部分用于將螺母結實地固定在端子上。
3.根據(jù)權利要求2的二次電池模塊，其中所述螺母的內周表面沿螺母的高度從第一端到第二端逐漸變大。
4.根據(jù)權利要求1的二次電池模塊，其中該二次電池模塊可用于驅動電動機。
5.一種二次電池模塊，包括互相連接的多個單元電池，在位于二次電池模塊第一端上的單元電池處設置的第一框架，在位于二次電池模塊第二端上的單元電池處設置的第二框架，至少一個在第一框架和第二框架之間延伸的連接桿，以及至少一個與所述至少一個連接桿相嚙合以固定第一框架和第二框架的螺母；其中所述螺母的內周表面是錐形的。
6.根據(jù)權利要求5的二次電池模塊，其中所述螺紋的一部分用于將螺母結實地固定在端子上。
7.根據(jù)權利要求5的二次電池模塊，其中所述螺母的內周表面沿螺母的高度從一側到另一側逐漸變大。
8.根據(jù)權利要求5的二次電池模塊，其中該二次電池模塊可用于驅動電動機。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種二次電池模塊，包括多個單元電池，以及將單元電池相互電連接的連接件，其中每個連接件通過使用至少一個螺母固定在單元電池的端子上，該螺母的內周表面上具有螺紋，并且該螺母的內周表面是錐形的。
文檔編號H01M2/20GK1753226SQ20051010509
公開日2006年3月29日 申請日期2005年9月26日 優(yōu)先權日2004年9月24日
發(fā)明者金泰容, 全倫哲, 李建求 申請人:三星Sdi株式會社