專利名稱：Method of electrically connecting cell terminals in a battery pack的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是多電池芯電池系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
電池組已應(yīng)用在汽車和工業(yè)應(yīng)用上許多年。傳統(tǒng)上，這些電池組使用相對少量的 大電池芯，通常為鉛酸型的電池芯。一個(gè)使用少量大電池芯的電池組設(shè)計(jì)有幾個(gè)缺點(diǎn)首 先，如果其中一個(gè)電池芯失效，會使整體能量容量的損失顯著的百分比；例如，一個(gè)用11個(gè) 電池芯的電池組，單一電池芯失效會導(dǎo)致總?cè)萘?%的損失。其次，這種電池組的發(fā)熱冷卻 效率不佳一個(gè)電池芯的冷卻效率是正比于電池芯的表面積對體積比，較大的電池芯比起 較小的電池芯有較小的表面積對體積比。當(dāng)溫度提高，電池芯會退化。例如，當(dāng)鋰電池處于 60°C的溫度會在3個(gè)月內(nèi)喪失20%可用的充電量，相比之下，當(dāng)溫度維持在25°C時(shí)，它們會 用3年才失去相同百分比的充電量。因此，電池組的設(shè)計(jì)中，散熱是一個(gè)重要的因素。最近，在以前受限用于如筆記型電腦和電動工具等相對低功耗(也因此，電池芯 數(shù)量少)應(yīng)用領(lǐng)域的高密度、小尺寸的電池芯，已經(jīng)被建議用在需要大量電池芯的汽車和 工業(yè)應(yīng)用的電池組。不幸的是，這些電池組往往非常昂貴，部分原因是大量的包裝元件和用 傳統(tǒng)互連技術(shù)互連大量電池芯210 (例如，導(dǎo)線104耦合各電池芯端子106和一個(gè)金屬板， 如圖IA所示，或?qū)⒁唤饘倨?10焊接到電池芯端子106，如圖IB所示)的復(fù)雜性。此外，傳 統(tǒng)的電池芯互連(焊接線或片)容易因電池芯于運(yùn)作時(shí)輕微脫位(例如由于移動車輛中振 動)而失效。


本發(fā)明藉由下列實(shí)施例及圖式中所附的圖而說明，但不能以此成為限定，附圖中 相似的參考數(shù)字用來指示相似的元件，其中圖IA和IB圖示了復(fù)數(shù)個(gè)電池芯端子的電性連接的傳統(tǒng)方法；圖2圖示了使用大量小型電池芯的電池組的一個(gè)實(shí)施例；圖3圖示了模組內(nèi)電池芯的實(shí)際布局的一個(gè)實(shí)施例；圖4圖示了復(fù)數(shù)個(gè)模組所組成電池組的布局的一個(gè)實(shí)施例；圖5A和圖5B圖示了固定復(fù)數(shù)個(gè)電池芯于一個(gè)模組中的框架的一個(gè)實(shí)施例；圖6A和6B圖示了電性連接復(fù)數(shù)個(gè)電池芯陽極端子的一個(gè)陽極板的實(shí)施例；圖7A和7B圖示了電性連接復(fù)數(shù)電池芯陰極端子的一個(gè)陰極板的實(shí)施例；圖7C圖示了一個(gè)模組中，陰極板上的電流方向；圖8A圖示了相鄰區(qū)域間電性連接的一個(gè)實(shí)施例；
圖8B-8C圖示了在每一個(gè)模組前方和后方，陽極板和陰極板的布局；圖9A-9D表示欲用于電動車中的電池組的一組代表性的設(shè)計(jì)參數(shù)。
具體實(shí)施例方式經(jīng)濟(jì)且可靠地互連大量的小尺寸電池芯的一個(gè)低零件數(shù)量電池組，揭示于數(shù)個(gè)實(shí) 施例中。圖2是電池使用大量小型化電池芯的電池組的一個(gè)實(shí)施例。在此實(shí)施例中，電池 芯210群組于一些區(qū)塊202中；區(qū)塊接著群組為復(fù)數(shù)個(gè)模組204。如圖2所示的例子每一 個(gè)電池組包含9個(gè)模組；每一個(gè)模組包含10個(gè)區(qū)塊；而每一個(gè)區(qū)塊包含62個(gè)電池芯。因 此，一個(gè)電池組內(nèi)總共有5580個(gè)電池芯。每個(gè)電池芯210有一個(gè)正和一個(gè)負(fù)端子，分別稱為 陰極206和陽極208。在此實(shí)施例中，每一個(gè)區(qū)塊的電池芯以并聯(lián)方式電性連接，即陰極連 接在一起，而陽極連接在一起。每個(gè)模組中的區(qū)塊則以串聯(lián)方式連接，即第一區(qū)塊的陰極連 接到第二區(qū)塊的陽極，第二區(qū)塊的陰極連連到第三區(qū)塊的陽極等等，依此類推。此外，模組 之間也以串聯(lián)方式連接。電池組的總電壓為位于最后一個(gè)模組的最后一個(gè)區(qū)塊的陰極(圖 2，9號模組，10號區(qū)塊，標(biāo)記為的'V+')相對于第一個(gè)模組的第一個(gè)區(qū)塊的陽極的電壓。 (圖2，標(biāo)記為'V-')。因此，電池組的總體電壓等于每一個(gè)區(qū)塊電位乘上電池組的區(qū)塊 數(shù)量。圖9A-9D表示使用標(biāo)準(zhǔn)18650型鋰電池，欲用于電動車的電池組的一組代表性設(shè) 計(jì)參數(shù)。圖9A的表格總結(jié)出所需電池容量和估計(jì)的電池組的全部壽命。圖9B，標(biāo)記'電池 組規(guī)格'，表示電池組的尺寸和電氣特色。圖9C，標(biāo)記'電池組設(shè)計(jì)'，表示根據(jù)圖9B表的 資料，所得出一個(gè)電池組中，電池芯、模組和區(qū)塊的數(shù)目。圖9D表示一電池組估計(jì)成本的計(jì)
笪弁。圖3表示每一模組304內(nèi)電池芯的實(shí)際布局的一個(gè)實(shí)施例。在這個(gè)例子中，電池 芯210為一個(gè)圓形橫向剖面部分的圓柱形。如圖3所示，電池芯被緊湊排列在一個(gè)蜂窩陣列 中。在可替代的實(shí)施例中，圓柱體電池芯可能有其他形狀的斷面，如三角形、正方形、長方形 或六角形，而這些電池芯可能被安排在其他類型的陣列中，例如一個(gè)正方形或長方形陣列， 或在不規(guī)則陣列中。對于每一區(qū)塊202，有兩個(gè)圓柱匯流排302，如圖3中的深灰色圓形。此匯流排是 由導(dǎo)電材質(zhì)如鋁所制成。此匯流排電性連接一個(gè)區(qū)塊的陰極與下一個(gè)區(qū)塊的陽極，提供一 個(gè)低阻抗路徑讓電流在相鄰區(qū)塊間流動。此匯流排也提供機(jī)械支撐而將模組固定在一起， 且避免模組外殼上的壓力被轉(zhuǎn)移到電池芯。圖4表示一個(gè)電池組布局的實(shí)施例。在這個(gè)例子中，電池組包含了 9個(gè)模組410。 一個(gè)實(shí)施例是，每一個(gè)模組朝向同一垂直面，例如，模組410的前方對應(yīng)于圖3中模組304 的前方。一個(gè)共同的冷卻系統(tǒng)402，甚至可用來冷卻每一個(gè)電池芯。一個(gè)電池管理系統(tǒng)404 提供電池運(yùn)作的容錯(cuò)、自我學(xué)習(xí)，和自我修復(fù)的控制。電池組，包括冷卻系統(tǒng)402和電池管 理系統(tǒng)404，封閉于一個(gè)外殼406中。一個(gè)實(shí)施例是，每個(gè)模組的電池芯由一絕緣材料，如塑料制成的框架502固定在 一起。該框架的材料選擇是為了機(jī)械強(qiáng)度，以及為了其熱屬性，如它的承受溫度范圍和熱傳 導(dǎo)性。該框架有復(fù)數(shù)個(gè)圓柱孔504，供電池芯210插入，如圖5A和5B。在這個(gè)例子中，每個(gè)孔有一個(gè)圓形橫向剖面部分，其直徑略大于電池芯的橫向剖面部份。一個(gè)實(shí)施例是，三個(gè)可 變形塑料梁柱506被附加或與每一個(gè)孔的內(nèi)墻一體成形，并隨著孔的長度延伸。當(dāng)一個(gè)電 池芯210受壓進(jìn)入孔內(nèi)，梁柱506被輕微地壓縮，因而運(yùn)用柔和的壓力施于電池芯側(cè)邊以維 持電池芯在適當(dāng)?shù)奈恢?。較通常的說法是，任何能固定電池芯于孔內(nèi)的形式都可被使用，包 括與電池芯墻面或突出部分摩擦接觸。該復(fù)數(shù)個(gè)孔504依一個(gè)預(yù)期的形式排列，在此例中 為一個(gè)緊湊的蜂窩形式。如圖5A所示，每個(gè)可變形梁柱506被安排在圍繞該孔的塑料墻的 最薄的一個(gè)位置508。當(dāng)電池芯受壓進(jìn)入孔內(nèi)，薄的塑料墻提供一些靈活性。匯流排302由 相同的框架被維持在適當(dāng)?shù)胤?。電池芯是有方向性的，?dǎo)致所有陰極皆面向后方。用一個(gè)稱為陽極板的導(dǎo)電板將每一個(gè)區(qū)塊內(nèi)的電池芯的陽極連接起來，圖6A和 6B表示一個(gè)陽極板602的實(shí)施例，在這個(gè)例子中，陽極板是由厚度約1毫米的鋁制成。電池 芯的陽極端604被機(jī)械固定并由復(fù)數(shù)個(gè)突出于陽極板的一側(cè)的舌片對606和608電氣接觸 陽極板602。在一在實(shí)施例中，每一對的兩個(gè)舌片606和608分處于一個(gè)代表電池芯橫向剖 面部份的周圍614的對面位置，如圖6A的虛線圓形所示。每個(gè)舌片的形成，例如，一槽612 經(jīng)由在導(dǎo)電板上沿周圍局部切割的幾何形狀(例如，一個(gè)半圈)，如圖6A所示的實(shí)線圖。該 槽612可使用激光切割、沖壓、壓制或其他切割手段。導(dǎo)電板上的該區(qū)域的部份與其余部分 隔開，使切割后可折迭成一彈簧。在這個(gè)例子中，第一個(gè)舌片606，在此當(dāng)成為停止舌片，折 迭而垂直于板上，第二個(gè)舌片608，在此當(dāng)成為壓迫舌片，向后折迭(例如，約180度，雖然不 同的彎曲角度都可能被使用)，如圖6B所示。由于電池芯陽極端被安排在兩個(gè)舌片之間， 其壓迫舌片608施予彈力于電池芯的一側(cè)，推動電池芯抵住停止舌片606，從而電池芯牢牢 固定在適當(dāng)位置，將陽極板602固定于電池芯210。在這個(gè)例子中，一個(gè)電池芯的陽極端子 604和陽極板602之間的電性連接是由舌片和電池芯的一側(cè)接觸實(shí)際接觸，和陽極板的平 坦表面和電池芯的底部之間的實(shí)際接觸所造成。(請注意，在這個(gè)例子中，陽極終端包括整 個(gè)電池芯側(cè)面和底部。)。進(jìn)一步的實(shí)施例，一組超過兩個(gè)的舌片可以用來固定每一電池芯 的陽極端于陽極板。這些舌片還可以折迭成不同形狀的彈簧。這些舌片也可以另行制作， 再附著在陽極板。參考圖6A，復(fù)數(shù)個(gè)周圍614，如虛線輪廓且周圍分別設(shè)置一組舌片，被安排為跟著 固定電池芯的框架502內(nèi)的孔的形式排列，使陽極板602可快速地扣住被框架固定的電池 芯陽極板。上述電性連接電池組中復(fù)數(shù)個(gè)電池芯的陽極的方法比起傳統(tǒng)的方法至少有兩個(gè) 優(yōu)點(diǎn)，如圖1所示。首先，經(jīng)由扣住陽極板于復(fù)數(shù)個(gè)被以框架固定在一起的電池芯的陽極端 上，容易實(shí)施其連接，無須焊接。第二，舌片606和608的彈簧結(jié)構(gòu)可以允許各電池芯相對 位置有較寬松的容許量。因此，連接夠堅(jiān)固足以抵抗由運(yùn)作條件，如行駛中車輛的振動造成 電池芯間輕微的相對運(yùn)動。圖7A及7B說明了一個(gè)陰極板702電性連接復(fù)數(shù)個(gè)電池芯的陰極端子704的實(shí)施 例。在這個(gè)例子中，陰極板是由鋁制成，而且非常薄。復(fù)數(shù)個(gè)橢圓形舌片706經(jīng)由激光、沖 壓、壓制或其他切割手段切割復(fù)數(shù)個(gè)槽708于陰極板702內(nèi)所形成，如圖7A所示。舌片706 被安排為跟著固定電池芯的框架502內(nèi)的孔504的形式排列。由于陰極板702放在由框架 固定電池芯陰極端的頂部，舌片706輕微向下彎曲使其接觸到電池芯陰極端子704，如圖7B 所示。該舌片706接著使用超音波金屬壓焊或其他焊接方式焊接于電池芯的陰極終端。圖7C表示陰極板上電流的方向。圖8A表示一個(gè)電氣連接相鄰區(qū)塊的實(shí)施例。一個(gè)區(qū)塊的陰極板702經(jīng)由和固定 電池芯的同一個(gè)框架所固定的傳導(dǎo)匯流排302電性連接到下一個(gè)區(qū)塊的陽極板602，如上 所述。圖8B和8C分別說明在每一模組的前方和后方的陽極板和陰極板的布局。當(dāng)本發(fā)明以特定實(shí)施例作為參考來描述，將可作為各種修改和變化可以做出而并 未偏離本發(fā)明更廣泛的精神和范圍的證明。因此，說明書和圖示將被視為一種說明而非限 制意義。
權(quán)利要求
一種電性連接復(fù)數(shù)電池芯的復(fù)數(shù)端子的裝置，其特征在于，它包括一個(gè)有至少一平坦表面的導(dǎo)電板；復(fù)數(shù)組由該導(dǎo)電板的該平坦表面突出、且電性接觸該導(dǎo)電板的該平坦表面的導(dǎo)電舌片，每一組前述舌片分別被大約設(shè)置在一個(gè)呈現(xiàn)一電池芯橫截面的周緣，并且包括一個(gè)接觸一個(gè)電池芯的導(dǎo)電表面的第一舌片、和一個(gè)迫使該電池芯迫緊該第一個(gè)舌片的第二舌片。
2.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，其中前述復(fù)數(shù)組導(dǎo)電舌片是與該導(dǎo)電板一 體成型。
3.如權(quán)利要求2所述的裝置，其特征在于，其中每一舌片是經(jīng)由在該導(dǎo)電板上沿一幾 何形狀的一部分周緣切割一槽，并折迭該板由該切割而與該導(dǎo)電板剩余部分部份分離的一 區(qū)域所形成。
4.一種電池系統(tǒng)，其特征在于，包括復(fù)數(shù)個(gè)電池芯；一個(gè)有至少一個(gè)平坦表面的導(dǎo)電板；復(fù)數(shù)組由該平坦表面突出的舌片，每一組舌片被設(shè)置在大約一個(gè)各別電池芯處，且施 一彈力至該各別電池芯，從而機(jī)械固定及電性連接該導(dǎo)電板至該電池芯。
5.如權(quán)利要求4所述的系統(tǒng)，其特征在于，其中前述復(fù)數(shù)組舌片是與該導(dǎo)電板一體成型。
6.如權(quán)利要求5所述的系統(tǒng)，其特征在于，其中每一舌片是經(jīng)由在該導(dǎo)電板上沿一幾 何形狀的一部分周緣切割一槽，并折迭該板由該切割而與該導(dǎo)電板剩余部分部份分離的一 區(qū)域所形成。
7.如權(quán)利要求6所述的系統(tǒng)，其特征在于，其中前述每一舌片組包括一個(gè)用以導(dǎo)接該 電池芯的第一舌片、及一個(gè)用以迫使電池芯迫緊該第一個(gè)舌片的第二舌片。
8.一種連接復(fù)數(shù)電池芯的復(fù)數(shù)電氣端子的方法，其特征在于，包括將復(fù)數(shù)組由一導(dǎo)電板的一平坦表面突出的舌片與前述復(fù)數(shù)電池芯對齊；推抵該導(dǎo)電板至位于前述復(fù)數(shù)個(gè)電池芯上，藉由每一舌片的彈力使該導(dǎo)電板機(jī)械固定 及電性連接前述復(fù)數(shù)個(gè)電池芯。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于，其中前述復(fù)數(shù)組舌片是與該導(dǎo)電板一體 成型。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于，其中每一舌片是經(jīng)由在該導(dǎo)電板上沿一 幾何形狀的一部分周緣切割一槽，并折迭該板由該切割而與該導(dǎo)電板剩余部分部份分離的 一區(qū)域所形成。
全文摘要
文檔編號H01M2/20GK101952995SQ20098010575
公開日2011年1月19日 申請日期2009年2月17日 優(yōu)先權(quán)日2008年2月15日
發(fā)明者Lin Sheau-Pyng 申請人:Atieva Inc