專利名稱：容易設(shè)計(jì)和安裝的蓄電池組的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電化學(xué)蓄電池組。蓄電池組可例如被使用在電力運(yùn)輸和混合動力運(yùn)輸或車載系統(tǒng)的領(lǐng)域中。
背景技術(shù)：
電化學(xué)蓄電池通常具有以下量級的額定電壓對于NiMH類型的電池組，為1. 2V,對于磷酸鐵鋰離子LiFeP04技術(shù)，為3. 3V,對于氧化鈷基鋰離子類型的技術(shù)，為4. 2V。這些額定電壓相對于大部分要進(jìn)行供電的系統(tǒng)的要求而言過小。為了獲得合適的電壓水平，串聯(lián)地布置多個(gè)蓄電池。為了獲得高功率和高電容，并聯(lián)地布置多個(gè)蓄電池。級數(shù)(串聯(lián)的蓄電池?cái)?shù))和在每級中并聯(lián)的蓄電池?cái)?shù)根據(jù)對于電池組所期望的電壓、電流和電容變化。多個(gè)蓄電池的組合被稱為蓄電池組。在設(shè)計(jì)蓄電池組時(shí)，尋求在限定的運(yùn)行電壓下提供一定的功率水平。為了使功率最大化，通過盡可能地降低電池組的內(nèi)部寄生電阻來使所輸送的電流最大化。出于其在較小的質(zhì)量中存儲高能量的能力，鋰離子類型的電池組良好地適用于運(yùn)輸?shù)膽?yīng)用。在鋰離子電池組的技術(shù)中，以略微損害單位質(zhì)量能量為代價(jià)，磷酸鐵基的電池組相對于氧化鈷基的鋰離子電池組而言提供高水平的內(nèi)在安全性。此外，鋰離子電池組也具有這樣一最小電壓，在所述最小電壓之下蓄電池會經(jīng)歷劣化。實(shí)際上，對于高功率的應(yīng)用，需要專門地設(shè)計(jì)一種電池組，所述電池組的輸出電壓、電容和功率適用于這種應(yīng)用。設(shè)計(jì)特別是要求選擇蓄電池的類型、選擇串聯(lián)連接的蓄電池的級數(shù)和選擇并聯(lián)連接的支路數(shù)。所制造的電池組應(yīng)響應(yīng)一定數(shù)目的限制，特別是機(jī)械強(qiáng)度、對抗發(fā)熱的安全性、出現(xiàn)短路或存在異物、盡可能降低的電力損耗、盡可能小的體積和盡可能低的成本。為了保證對蓄電池的機(jī)械維護(hù)，對抗異物出現(xiàn)或?qū)^熱后果的安全性，通常在一箱體中布置電池組的蓄電池。箱體包括用于接納蓄電池的多個(gè)平行的圓柱形管體。管體允許橫向地定位蓄電池。管體還使蓄電池相互絕熱，以避免一蓄電池的過熱傳導(dǎo)到相鄰的蓄電池。這樣會使用絕緣套筒的絕緣性能并不良好的蓄電池，甚至沒有套筒的蓄電池。箱體在管體的第一端部處形成一軸向止擋件。在蓄電池之間的連接機(jī)構(gòu)在管體的第二端部處實(shí)施。為此，每個(gè)蓄電池具有電連接件，所述電連接件與其第一端子(在管體的第一端部處布置的端子)固連和延伸到管體的第二端部。蓄電池繼而根據(jù)合適的電路被連接在一起，以形成多級和多支路并且以連接監(jiān)控電路。這類電池組的設(shè)計(jì)和制造顯得 特別復(fù)雜，這對于試制品的制造會造成嚴(yán)重阻礙。箱體的設(shè)計(jì)特別是相當(dāng)長的，而箱體本身對于電池組的電學(xué)性能不是決定性的。這類電池組從而較不適于在其設(shè)計(jì)上進(jìn)行修改和其組件通常過于特定而不能再集成到其它電池組設(shè)計(jì)中。此外，電池組的組裝會甚至顯得危險(xiǎn)，這是因?yàn)樾铍姵貞?yīng)被保持充電以避免蓄電池的腐蝕和其破壞。此外，這類電池組相當(dāng)受不同蓄電池的電學(xué)性能的差異(dispersion)限制。此外，這類電池組的體積相當(dāng)大，這在某些應(yīng)用中，如機(jī)動車的應(yīng)用中顯得特別不利。專利文獻(xiàn)EP1109237描述了一種包括蓄電池的電池組組件。蓄電池被保持在兩支架之間，所述兩支架相面對和具有接納蓄電池的端部的槽座。支架通過軸體和螺釘固連。在支架處，蓄電池的一端部貼靠支架的第一表面。電連接件布置壓靠支架的第二表面，以使相鄰的蓄電池串聯(lián)連接。
當(dāng)這種類型的多個(gè)組件應(yīng)串聯(lián)連接以滿足要輸送的電壓的要求時(shí)，應(yīng)安置電源連接機(jī)構(gòu)以使連接組件的兩端子串聯(lián)連接。為了限制由與蓄電池的這種串聯(lián)連接所產(chǎn)生的電阻，這種連接機(jī)構(gòu)的截面應(yīng)較大，這不利于電池組的整體尺寸。此外，組件的這種組合的槽座就體積而言不再是優(yōu)化的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明旨在解決這些弊端的一個(gè)或多個(gè)。從而，本發(fā)明針對一種蓄電池組，所述蓄電池組包括一第一電化學(xué)蓄電池，所述第一電化學(xué)蓄電池具有第一軸向端部和第二軸向端部，在所述第一電化學(xué)蓄電池的第一軸向端部和第二軸向端部處分別布置有第一電連接端子和第二電連接端子；一第二電化學(xué)蓄電池，所述第二電化學(xué)蓄電池具有第一軸向端部和第二軸向端部，在所述第二電化學(xué)蓄電池的第一軸向端部和第二軸向端部處分別布置有第一電連接端子和第二電連接端子；一相面對地布置的第一支架和第二支架，與第二支架相面對地布置的第三支架，第一支架到第三支架是電絕緣的，每個(gè)支架包括多個(gè)槽座以及在每個(gè)槽座和與其相鄰的槽座之間布置的通道；一第二支架包括布置在第一表面中的多個(gè)槽座和布置在第二表面中的多個(gè)槽座，第一表面的槽座和第二表面的槽座相背對并通過貫穿鏜孔相連通，一所述第一蓄電池的第一軸向端部被布置在第一支架的各自的槽座中，第一蓄電池的第二軸向端部被布置在第二支架的各自的槽座中，所述第二蓄電池的第一軸向端部被布置在第二支架的第二表面的各自的槽座中，所述第二蓄電池的第二軸向端部被布置在第三支架的各自的槽座中，一所述槽座被構(gòu)型以限制蓄電池的軸向運(yùn)動和橫向運(yùn)動且通過氣隙保持蓄電池分開，每個(gè)支架包括側(cè)向壁，側(cè)向壁限制蓄電池在槽座中的橫向運(yùn)動，在所述支架中，在相鄰槽座之間的所述通道通過穿過所述側(cè)向壁的槽道形成；一使第一支架和第二支架固連的至少一接合軸體，使第二支架和第三支架固連的至少一接合軸體；一至少一第一電連接件，所述至少一第一電連接件穿過第一支架的通道之一和使第一蓄電池之中的兩相鄰蓄電池電串聯(lián)連接；一至少一第二電連接件，所述至少一第二電連接件穿過第三支架的所述通道之一和使第二蓄電池之中的兩相鄰蓄電池電串聯(lián)連接；一至少第三電連接件，第一蓄電池包括至少一第一級的電并聯(lián)連接的蓄電池，第二蓄電池包括至少一第二級的電并聯(lián)連接的蓄電池，第一級的每個(gè)蓄電池通過貫穿鏜孔通過有區(qū)別的第三電連接件串聯(lián)連接到第二級的一蓄電池。根據(jù)一變型，所述支架沒有圍繞蓄電池的中間部分的側(cè)板。依舊根據(jù)一變型，兩相鄰蓄電池的中間部分僅僅通過氣隙分開。根據(jù)另一變型，每個(gè)支架包括至少一貫穿孔，所述至少一貫穿孔平行于蓄電池延伸和被布置在支架的槽座之間，以通到在蓄電池之間的氣隙中。依舊根據(jù)另一變型，每個(gè)支架包括至少一通道，所述至少一通道在槽座和支架的周沿之間橫向地延伸。根據(jù)一變型，第一蓄電池包括至少兩級的電串聯(lián)連接的蓄電池，所述兩級的每一級包括至少兩個(gè)電并聯(lián)連接的蓄電池，所述第一電連接件是金屬板體，所述金屬板體使所述兩級串聯(lián)連接和使所述兩級的所述蓄電池并聯(lián)連接，所述金屬板體包括可熔段，所述可熔段形成并聯(lián)連接和穿過在相鄰的槽座之間的所述通道之一。依舊根據(jù)另一變型，可熔段被定尺寸以當(dāng)這些蓄電池之一處于短路時(shí)，打開在并聯(lián)的所述蓄電池中的兩個(gè)之間的電連接。根據(jù)一變型，可熔段被定尺寸以當(dāng)并聯(lián)連接的所述蓄電池之一形成開路時(shí)傳導(dǎo)電
流。 依舊根據(jù)一變型，蓄電池組包括充電和充電平衡電路，所述充電和充電平衡電路連接到串聯(lián)連接的每個(gè)級的端子。根據(jù)另一變型，在相鄰的槽座之間的通道基本上延伸到支架的厚度的一半。依舊根據(jù)另一變型，支架的槽座以形成行和列的矩陣的形式被布置。依據(jù)根據(jù)一變型，每個(gè)所述第一蓄電池通過有區(qū)別的第三電連接件串聯(lián)連接到所述第二蓄電池之一上。


在以下參照附圖作為非限制性示例進(jìn)行的描述中，本發(fā)明的其它特征和優(yōu)點(diǎn)將清晰地得到展示，附圖中一圖1是本發(fā)明的一實(shí)施方式的電池組的透視圖；一圖2是圖1的電池組的一端部支架的外表面視圖；一圖3是在圖2上所示的端部支架的內(nèi)表面視圖；一圖4是在圖2上所示的端部支架的局部透視圖；一圖5是圖2的端部支架的局部橫向剖視圖；一圖6是在端部支架處的圖1的電池組的局部橫向剖視圖；—圖7是圖1的電池組的中間支架的第一表面的視圖；一圖8是圖7的中間支架的第二表面的視圖；一圖9是圖7的中間支架的透視圖；—圖10是圖7的中間支架的局部橫向剖視圖；一圖11是中間支架處的圖1的電池組的局部橫向剖視圖；—圖12是圖7的中間支架的橫向剖視圖；—圖13是中間支架處的圖1的電池組的橫向剖視一圖14示意性地示出在圖1的電池組中的電連接；一圖15是示意性地示出蓄電池在圖1的電池組中的布置和連接的側(cè)視圖；一圖16是示意性地示出蓄電池在圖1的電池組中的布置的立視圖；一圖17是保證在圖1的電池組的蓄電池之間的電連接的第一類型金屬箔片的立視圖；一圖18是保證在圖1的電池組的蓄電池之間的電連接的第二類型金屬箔片的立視圖。
具體實(shí)施例方式圖1是根據(jù)本發(fā)明的電池組I的一示例的透視圖。電池組I包括多個(gè)電化學(xué)蓄電池2，所述電化學(xué)蓄電池具有第一和第二軸向端部。第一和第二電連接端子分別地布置在蓄電池2的第一和第二軸向端部處。蓄電池2有利地是圓柱形的且其軸線是平行的。蓄電池2在此情形下按照行和列布置。電池組I包括連接到蓄電池2的充電和充電平衡電路7。電路7被容置在框架71中，框架具有開口 72。當(dāng)電池組I容置在機(jī)動車的金屬底盤內(nèi)時(shí)，該底盤可被作為散熱器使用，用以冷卻電池組或其組件。因此，可在電路7上涂覆導(dǎo)熱膏，用以在該電路7和接納電池組I的底盤之間建立熱橋。在圖1上所示的電池組`I包括通過五個(gè)支架保持的四個(gè)蓄電池2段部SI到S4。電池組I在其軸向端部處包括第一和第二支架400。第一和第二支架400是電絕緣的。絕緣支架400更為確切地在圖2到圖4上示出。電池組I還包括三個(gè)中間支架450。支架450也是電絕緣的。支架450更為確切地在圖7到圖9上示出。接合軸體100將所有支架400和450固連在一起。接合軸體100在電池組的長度上延伸和通過螺母101進(jìn)行保持，所述螺母旋擰在軸體100的螺紋端部上和壓靠接觸支架400的外表面。支架400和450相面對地布置和是獨(dú)立的機(jī)械元件。如在圖3上所示，支架400包括多個(gè)槽座411，所述槽座用于接納蓄電池2的相應(yīng)的端部。通道404和405被布置在每個(gè)槽座411和與之相鄰的槽座之間。圖7到圖9示出對于形成圖1的電池組可使用的中間支架450的一示例。如圖7和圖8所示，中間支架450包括相面對形成的槽座475和槽座485。這些槽座的開口用于接納蓄電池2的相應(yīng)的端部。段部SI和S4的蓄電池從而保持在支架400和中間支架450之間，段部S2和S3的蓄電池保持在中間支架450之間。每個(gè)蓄電池2從而在兩支架之間軸向地延伸。段部SI和S4的蓄電池每個(gè)具有在支架400的各自的槽座411中布置的一軸向端部和在中間支架450的槽座475或485中布置的其另一軸向端部。段部S2和S3的蓄電池每個(gè)具有在支架450的槽座475中布置的一軸向端部和在另一中間支架450的槽座485中布置的其另一軸向端部。接合軸體100將所有支架400和450固連，如在下文中將進(jìn)行詳述的。接合軸體100沿著蓄電池2的軸線延伸和允許沿著該軸線在支架400之間施加一保持力。中間支架450的使用強(qiáng)化電池組I的設(shè)計(jì)模塊性。因此，從包括兩支架400的電池組的組件出發(fā)，可通過簡單地添加一中間支架450來再添加一新設(shè)計(jì)電池組的一段部。接合軸體100的使用允許簡化電池組I的設(shè)計(jì)。實(shí)際上，可使用同一支架400模型和同一支架450模型用于不同的電池組模型一包括不同的蓄電池長度。通過對于這些不同的電池組模型使用不同長度的接合軸體100，將可對這種長度差異進(jìn)行管理。此外，接合軸體100的使用方便安裝。實(shí)際上，在組裝支架400和450之前，可通達(dá)蓄電池2的端子的進(jìn)口是可利用的。因此，可在其兩端部處實(shí)施蓄電池的端子的電連接。不需要使用將兩端子連接到同一端部處的纜線-這進(jìn)一步增加電池組的成本。如將在下文中詳述的，槽座411、475和485被構(gòu)型以限制蓄電池2的軸向運(yùn)動和橫向運(yùn)動。這樣沿著不同的軸線由支架400和450保持的蓄電池2通過氣隙102分開。這類氣隙102允許避免在蓄電池2之間形成熱橋，在蓄電池中一個(gè)出現(xiàn)故障時(shí)，熱橋會導(dǎo)致鏈系的損壞。這類氣隙102形成突出的熱絕緣和電絕緣且允許使用具有更小強(qiáng)度的絕緣套筒的蓄電池2或使用沒有絕緣套筒的蓄電池。在蓄電池2之間形成的氣隙102的厚度例如可在Imm到4mm之間。如更為確切地在圖3和圖4上所示，槽座411具有不同的表面，所述表面保證對蓄電池2的軸向運(yùn)動的限制。因此，每個(gè)槽座411具有底部壁406，所述底部壁形成用于蓄電池2的軸向止擋件。底部壁406在其中間部分中具有鏜孔402。鏜孔402允許提供通達(dá)蓄電池2的連接端子的進(jìn)口。鏜孔402特別是允許在固定螺釘103上布置絕緣保護(hù)罩，所述固定螺釘將電連接件300貼靠在連接端子201上。每個(gè)槽座411也具有限制蓄電池2的橫向運(yùn)動的側(cè)壁410。

支架400具有橫向鏜孔401。這些鏜孔401用于被接合軸體100貫穿過。這些貫穿鏜孔401有利地布置在支架400的周沿。支架400也包括貫穿鏜孔403，所述貫穿鏜孔軸向地延伸和布置在槽座411 一側(cè)。鏜孔403允許空氣在蓄電池2之間的軸向流動，優(yōu)化蓄電池的冷卻。鏜孔403特別地利于布置在電池組I的中心的蓄電池2的冷卻，布置在電池組的中心的所述蓄電池固有地具有比布置在周沿的蓄電池2更低的冷卻。圖5和圖6是支架400的構(gòu)成細(xì)節(jié)的剖視圖，分別地在不存在和存在蓄電池2時(shí)。如在圖6上所示，電連接件300固定在蓄電池2的連接端子201上。螺釘103旋擰在連接端子201中并使電連接件300貼靠連接端子201。電連接件300穿過同一行的通道404延伸以連接沿著該同一行布置的蓄電池2的端子201。通過例如將連接端子300布置在同一行的蓄電池2的兩端部上，將該行的所有蓄電池并聯(lián)連接。由于在槽座411和每個(gè)相鄰的槽座之間存在通道404和405，可在支架400的位置實(shí)施不同構(gòu)型的電連接。因此，同一支架400將允許形成具有非常不同的電連接構(gòu)型的電池組1，這是因?yàn)橹Ъ軐⒖扇葜脴?gòu)型非常不同的電連接件。支架400例如將允許，根據(jù)連接件300的構(gòu)型，將一段部的所有蓄電池2并聯(lián)連接或在一段部中使多級蓄電池串聯(lián)。有利地，側(cè)壁410在支架400的周沿在槽座411處鉆孔。因此，通道407被布置在支架400的周沿和允許空氣的橫向流動，優(yōu)化對蓄電池2的端子的冷卻。有利地，支架400具有布置在其周沿的凹槽412。支架400也具有槽道408，槽道布置在支架的周沿并延伸到在凹槽412和通到槽座411中的孔口(未提及)之間的橫向平面中。凹槽412、槽道408和這些孔口的組合允許在連接件300和外界之間實(shí)施電連接，例如用以實(shí)施電壓測量或溫度測量。這些電連接可通過容置在槽道408中和通到凹槽412中的導(dǎo)線實(shí)施。
支架400在其周沿具有螺紋鏜孔409。這些螺紋鏜孔409允許將電池組I固定在一框架上,例如機(jī)動車底盤上。螺紋鏜孔409也可在組裝電池組I時(shí)被使用，以方便電池組的裝卸。有利地，支架400是相同的，這允許減少構(gòu)成一電池組所需的組件的基準(zhǔn)數(shù)。有利地，槽座411以形成行和列的矩陣的形式布置，這對于給定數(shù)目的蓄電池2允許優(yōu)化電池組I的緊湊性。同一行的槽座411通過通道404連接。同一列的槽座411通過通道405連接。有利地，通道404和405足夠深，以使得電連接件得到良好的保護(hù)以免受外部侵害。有利地，通道404和405的深度近似等于支架400的厚度的一半，以使得電連接件被保持在支架400的中心。深的通道404和405還允許容置電源連接件，如平行于電池組I的端部的集流器。有利地，通道404和405通過向支架400的內(nèi)表面打開的槽道形成，以方便在蓄電池2的端子之間布置電連接件。有利地，通道404和405的寬度至少等于槽座411的直徑的一半，以使得這些通道可或者被電源連接件(串聯(lián)連接)穿過，或者被平衡和保護(hù)連接件(并聯(lián)連接)穿過。圖12和圖13是支架450的構(gòu)成細(xì)節(jié)的剖視圖。如在圖10上所示，相背對的槽座475和槽座485由支架450的壁體480分開。壁體480具有在其中間部分中形成的貫穿鏜孔452。鏜孔452允許在電池組I的兩相鄰段部之間實(shí)施電連接。中間支架450包括第一表面，槽座475布置在第一表面中。壁體480在槽座475的底部中界定一軸向止擋件456。該軸向止擋件456允許限制蓄電池——其一端部容置在槽座475中——的軸向運(yùn)動。每 個(gè)槽座475也具有限制蓄電池2的橫向運(yùn)動的側(cè)壁460。通道454和455布置在每個(gè)槽座475和與之相鄰的槽座之間。由于在槽座475和相鄰的每個(gè)槽座之間存在通道454和455，可在支架450處實(shí)施不同構(gòu)型的電連接。因此，同一支架450將允許形成具有非常不同的電連接構(gòu)型的電池組1，這是因?yàn)橹Ъ軐⒖稍谛铍姵?之間容置構(gòu)型非常不同的電連接件。有利地，通道454和455足夠深，以使得電連接件得到良好的保護(hù)以免受外部侵害。有利地，通道454和455的深度近似等于支架450的厚度的一半，以使得電連接件被保持在支架450的中心。有利地，通道454和455的寬度至少等于槽座475或485的直徑的一半，以使得這些通道可或者被電源連接件(串聯(lián)連接)，或者被平衡和保護(hù)連接件(并聯(lián)連接)穿過。有利地，通道454和455通過向支架450的內(nèi)表面打開的槽道形成，以方便在蓄電池2的端子之間布置電連接件。中間支架450包括第二表面，槽座485布置在第二表面中。壁體480在槽座485的底部中界定一軸向止擋件466。該軸向止擋件466允許限制蓄電池——其一端部容置在槽座485中——的軸向運(yùn)動。每個(gè)槽座485也具有限制蓄電池2的橫向運(yùn)動的側(cè)壁470。軸向止擋件456和466有利地相對于支架450的橫向平面傾斜，以更為容易地適于蓄電池2的幾何差異，特別是在蓄電池2的軸向支承面和連接端子201之間的差異。圖11是剖視圖，示出在從屬于兩相鄰段部，例如SI和S2的兩蓄電池2之間的電連接。兩蓄電池2——其端部分別地容置在中間支架450的槽座475和槽座485中——是對齊的。蓄電池2的端子202通過螺釘340連接到另一蓄電池2的端子201。螺釘340具有凸肩，凸肩一方面與端子202和另一方面與連接件300相接觸。螺釘340將連接件300保持與端子201接觸，以優(yōu)化電流通過截面。螺釘340的本體提供在端子201和端子202之間的優(yōu)化的電流通過截面。與端子202接觸的螺釘340的凸肩也允許優(yōu)化電流通過截面。這類通過螺釘340的電連接，通過將電流直接地從一蓄電池傳導(dǎo)到另一蓄電池，還允許減小連接的重量。連接件300穿過通道454，以將連接件201連接到相鄰蓄電池的連接件201。支架450具有貫穿鏜孔451。這些鏜孔451用于被接合軸體100穿過。這些貫穿鏜孔451有利地被布置在支架450的周沿。支架450還包括貫穿鏜孔453，所述貫穿鏜孔軸向地延伸和布置在槽座475或485之間。鏜孔453允許空氣在蓄電池2之間的軸向流動，優(yōu)化蓄電池的冷卻。鏜孔453特別地利于布置在電池組I的中心的蓄電池2的冷卻，布置在電池組的中心的所述蓄電池固有地具有比布置在周沿的蓄電池2更低的冷卻。有利地，側(cè)壁460在支架450的周沿在槽座475處鉆孔。因此，通道457被布置在支架450的周沿和允許空氣的橫向流動，優(yōu)化蓄電池2的端子的冷卻。相同地，側(cè)壁470在支架450的周沿在槽座485處鉆孔。因此，通道467布置在支架450的周沿和允許空氣的橫向流動，優(yōu)化蓄電池2的端子的冷卻。此外，通道474 (更為確切地在圖12上示出)布置在相鄰的槽座485之間。這些通道474與通道467對齊和從而允許空氣穿過支架450的橫向流動，以優(yōu)化蓄電池2的端子的連接的冷卻。如同端部支架400的槽座，槽座475和485根據(jù)一矩陣成行和成列布置。中間支架450的槽座475和485以及鏜孔451和453具有與端部支架400的槽座411以及鏜孔401和403相同的橫向定位。鏜孔464在鏜孔452和支架450的一邊沿之間橫向地延伸。鏜孔464橫向地穿過壁體480和通到布置在支架450的周`沿上的槽道458中。槽道458從各自的鏜孔464延伸直到凹槽462。凹槽462在板體450的一邊部上軸向地延伸。凹槽462、槽道458和鏜孔464的組合允許在連接件300和電路7之間實(shí)施電連接，例如用于實(shí)施電壓測量或溫度測量。這些電連接可通過容置在槽道458中的和通到凹槽462中的纜線實(shí)施。中間支架450還具有橫向延伸的鏜孔463，以使得鏜孔453與支架450的一邊部相連通。該鏜孔463通到槽道461中。槽道461在凹槽462和鏜孔463之間在支架450的周沿壁體上延伸。如在圖13上所示，鏜孔463由導(dǎo)線105穿過。該導(dǎo)線105穿過鏜孔453，以到達(dá)在兩蓄電池2之間的氣隙102。該導(dǎo)線105 —方面連接到溫度探頭107和另一方面連接到電路7。溫度探頭107通過膠片106被保持壓靠接觸蓄電池2。此外，中間支架450在其周沿上包括螺紋鏜孔459，所述螺紋鏜孔允許將電池組固定在底盤上或?qū)㈦娐?固定在支架450上。此外，與在電池組領(lǐng)域中已形成的技術(shù)成見——在其中，趨于圍繞蓄電池和在蓄電池之間集成大量的保護(hù)件——相反，電池組I有利地沒有與支架400或450之一固連的周沿側(cè)板。因此，支架400和450可容易地通過模制進(jìn)行制造，而不需要復(fù)雜的形狀。此外，這些支架400和450可被使用于大量不同的電池組，減少電池組的每種新模型的設(shè)計(jì)和制造時(shí)間。接合軸體100的使用允許最大程度地釋出蓄電池2在支架400和支架450之間的中間截面。蓄電池的冷卻從而得到優(yōu)化。有利地，在支架400或450之間布置的相鄰的蓄電池2僅僅通過氣隙102分開和在這些蓄電池之間沒有插置任何材料壁。因此，利于空氣在蓄電池2之間的流動，這允許優(yōu)化電池組I的冷卻。此外，電池組I的重量以及體積從而可被減小。不存在周沿側(cè)板或不存在在蓄電池2之間插置的材料有利地，與在出現(xiàn)故障的情形下，被認(rèn)為如固有地非?？煽康男铍姵?的使用相結(jié)合，如L1-FeP04類型的蓄電池的情形。圖14示出在根據(jù)本發(fā)明的一特別有利的實(shí)施方式的電池組I中的電連接。電池組I具有正極端子P和負(fù)極端子N。電池組I的蓄電池2被布置在五個(gè)支路Br1到Br5中。下標(biāo)j在下文中對應(yīng)支路Βι>每個(gè)支路Brj包括串聯(lián)連接的十二個(gè)蓄電池Eu。支路Br1包括蓄電池Ε1Λ, E2j 1； E3jl, E4j !和Eiut5下標(biāo)i在下文中對應(yīng)一級Et1:包括分別地從屬于每個(gè)支路的五個(gè)蓄電池。同一級的蓄電池通過斷路器并聯(lián)連接。一般性地通過斷路器表示電保護(hù)開關(guān)，允許避免或非常強(qiáng)地限制(例如通過因數(shù)100)電流的通過和在出現(xiàn)過載的情形下執(zhí)行斷路，以保護(hù)其所連接的組件。示例的斷路器的定尺寸將在下文中進(jìn)行詳述。第一級Et1的蓄電池Eu并聯(lián)連接。蓄電池Eu通過其正極端子連接到電池組I的端子P。這些正極端子到端子P的連接有利地通過大截面連接件實(shí)施，如金屬集流棒330(在下文中詳述)，這是因?yàn)檫@種連接具有收集不同支路的并聯(lián)電流的作用。第一級Et1的蓄電池Elij的負(fù)極端子通過斷路器連接在一起。因此，斷路器Dy將蓄電池Em的負(fù)極端子連接到蓄電池Eli2的負(fù)極端子。第二級Et2的蓄電池Ey也并聯(lián)連接。同一級i的蓄電池實(shí)際上并聯(lián)連接。對于每個(gè)中間級，同一級的蓄電池的正極端子通過斷路器連接在一起和其負(fù)極端子也通過斷路器連接在一起。如所示出的，對于兩相鄰級(共享連接結(jié)的兩級)，每個(gè)斷路器被使用于并聯(lián)連接。因此，斷路器Dy被使用于并聯(lián)連接蓄電池Em和E1,不過也用于并聯(lián)連接蓄電池E2il和
F
^2, 2°最后一級(未示出)的負(fù)極端子到端子N的連接有利地通過大截面連接件實(shí)施，如金屬集流棒330。充電和充電平衡電路7連接到每級的端子。本領(lǐng)域技術(shù)人員將確定合適的電路7，用以實(shí)施每級的蓄電池的電壓平衡和管理每個(gè)蓄電池的充電。經(jīng)過蓄電池Eu的電流被標(biāo)記為Ii，j。經(jīng)過斷路器Du的電流被標(biāo)記為級i的端子的電壓標(biāo)記為U”通過級i的正極端子與充電和平衡電路7所交換的電流被標(biāo)記為Ieq⑴。對于其對過壓的耐抗能力和對于所提供的較大的運(yùn)行安全性，優(yōu)選地使用磷酸鐵基鋰離子類型的蓄電池2。為了保證對蓄電池的最優(yōu)保護(hù)，斷路器的切斷閾值小于對于蓄電池所容許的最大充電電流或最大放電電流。此外，斷路器的切斷閾值被定大小為當(dāng)所述蓄電池之一形成開路時(shí)，傳導(dǎo)電流。如更為詳細(xì)地在專利申請F(tuán)R0903358中所描述的，這類構(gòu)型允許一通過在電池組I中的焦耳效應(yīng)限制損耗；一降低高安全電池組I的成本 ；
一即便蓄電池短路，也保證繼續(xù)電池組的運(yùn)行；一即便蓄電池?cái)嗦罚ㄟ^獲益在仍運(yùn)行的所有蓄電池上的補(bǔ)償，保證繼續(xù)電池組的運(yùn)行。在圖14和圖15上所示的電池組I的示意中，電池組I包括串聯(lián)連接的十二級。每級包括并聯(lián)連接的五個(gè)蓄電池2。電池組I從而包括并聯(lián)連接的五個(gè)支路。蓄電池2根據(jù)三個(gè)疊置層Cl、C2和C3，四個(gè)對齊段部S1、S2、S3和S4和五個(gè)連結(jié)列Col到Co5布置。從屬于相鄰段部的至少兩級串聯(lián)連接。這些串聯(lián)連接的級的蓄電池通過不同的電連接件連接。例如，段部S4和層Cl的每個(gè)蓄電池通過段部S3和層Cl的蓄電池自有的螺釘340連接。還可設(shè)計(jì)使得，一段部的每個(gè)蓄電池通過有區(qū)別的電連接件與一相鄰段部的一蓄電池串聯(lián)連接。在示例中，一層的每個(gè)蓄電池與同一層的蓄電池連接，不過通過其所自有的螺釘340與一相鄰段部的蓄電池連接。因此，不需要收集一級的所有蓄電池的電流，以將電流傳導(dǎo)到串聯(lián)的另一級。從而限制在同一層中的串聯(lián)連接所產(chǎn)生的電阻，同時(shí)獲益電流在同一級的蓄電池之間的優(yōu)化分布。在示例中，金屬箔片310和320保證在兩相鄰級之間的電串聯(lián)連接。金屬箔片310和320也保證不同支路的電并聯(lián)連接。金屬棒330在電池組I的每個(gè)端部形成集電裝置。金屬箔片310，其一示例在圖18上示出，用于在端部支架400處使兩級串聯(lián)連接。箔片310具有伸長形截面311，允許在電池組I的疊置層中布置的兩級的串聯(lián)連接。每個(gè)蓄電池從而通過有區(qū)別的伸長形截面311串聯(lián)連接到另一級的一蓄電池。因此，不需要收集一級的所有蓄電池的電流，以將電流傳導(dǎo)到串聯(lián)的另一級。從而限制由在同一段部中的級的串聯(lián)連接所產(chǎn)生的電阻，同時(shí)獲益電流在同一級的蓄電池之間的優(yōu)化分布。也避免使用由于截面大而具有大體積的電流收集組件。伸長形截面311通過可熔段312相連接?？扇鄱?12具有縮小的寬度。鏜孔313布置在伸長形截面的端部處，以允許連接螺釘601的通過。在兩級之間的串聯(lián)電流被引導(dǎo)經(jīng)過伸長形截面311。金屬箔片320，其一示例在圖17上示出，用于在中間支架450處使兩級串聯(lián)連接。箔片320具有接觸板體321，所述接觸板體允許在電池組I的同一層中布置的兩級的串聯(lián)連接。接觸板體321通過可熔段322相連接。所獲得的可熔段322具有縮小的寬度。鏜孔323布置在接觸板體321中，以允許連接螺釘340的通過。在兩級之間的串聯(lián)電流被引導(dǎo)經(jīng)過接觸板體321的厚度。在確定可熔段312和322的寬度的一示例中，寬度可如下進(jìn)行確定。假定，期望在30A的電流下在一秒鐘將可熔段312和322熔化。從關(guān)系式I2. t=k. S2，假定箔片310的厚度為O.1mm和以銅制成。從而推斷可熔段312和322的1_寬度滿足這些熔融條件。在確定伸長形截面311的寬度的一示例中，寬度可如下進(jìn)行確定。假定，使用鋰離子蓄電池2 :具有提供60A的直流電流的可能性和具有在5πιΩ到15mΩ之間的內(nèi)部電阻。為了限制在伸長形截面311中的系列損耗(les pertes en serie),將可經(jīng)過伸長形截面311的最大電阻固定為O. 5mΩ。通過假定金屬箔片310的厚度為O. 1mm、以銅制成和在伸長形截面311的 鏜孔313之間的距離為45mm，以下關(guān)系式允許推導(dǎo)寬度為16mm的伸長形截面311滿足所規(guī)定的最大電阻閾值
R=ρL/SR是伸長形截面311的電阻，L是鏜孔313之間的距離，P是銅的電阻率，和S是伸長形截面311的通過截面。金屬箔片310和320可容易地通過金屬片的承壓切割來實(shí)施，例如銅金屬片或鋁
金屬片。使用金屬箔片310和320顯得特別有利，這是因?yàn)槭褂媒饘俨?10和320允許限制要在包括非常多的蓄電池2的電池組I中要實(shí)施的焊縫數(shù)。因此，電池組I可以相對降低的成本和較大的電連接可靠性實(shí)施。這類金屬箔片可以非常小的成本實(shí)施和允許限制在電池組I的不同級和不同支路之間的電連接構(gòu)件數(shù)。盡管對用以串聯(lián)連接兩級蓄電池和用以并聯(lián)連接不同的支路的金屬箔片的使用進(jìn)行描述，還可設(shè)計(jì)通過各種其它合適的部件形成這些連接。特別是可設(shè)計(jì)通過使用穿過在槽座之間的通道的印刷電路或通過使用在支架400和450上接合的金屬軌道，來實(shí)施這些連接。使用用于在兩級蓄電池之間的連接的集成電路允許容易地以可再加載的熔絲的形式集成并聯(lián)連接的斷路器的作用，這使得對電池的維護(hù)特別容易。對這類集成式電路的使用還允許特別容易地實(shí)施將每個(gè)支路連接到控制和充電平衡電路7的電壓測量軌道。利于在電池組I的中心的蓄電池2的冷卻的不同特征允許減小在不同蓄電池2之間的溫度差。因此，不同蓄電池2的電學(xué)性能更為均勻，這允許減小在不同蓄電池2之間的充電和放電差，和從而增大電池組I的有效電容。此外，從而也縮小在不同蓄電池之間的壽命差。對于包括至少三段部、三列和三層的電池組，這些特征顯得是特別有利的，至少一蓄電池2從而在其它的蓄電池2之間裝入。本領(lǐng)域?qū)I(yè)人員將可容易地確定合適的絕緣材料，以組成支架400和450。除了其電絕緣屬性，這類材料應(yīng)具有彈性模數(shù)和與由電池組I所產(chǎn)生的限制相兼容的熱膨脹系數(shù)承受具有減小的變形的蓄電池2，在加熱時(shí)變形有限或甚而承受由接合軸體100所施加的力。支架400和450例如將可以從屬于可燃性類VO的聚醚醚酮(PEEK Polyetheretherketone)或以聚苯硫醚(PPS polyphenylene sulfide)實(shí)施。盡管未示出，有利地在布置在電池組I的端部上的電連接螺釘上布置絕緣罩。
權(quán)利要求
1.蓄電池組(1)，其特征在于，所述蓄電池組包括 一第一電化學(xué)蓄電池(2)，所述第一電化學(xué)蓄電池具有第一軸向端部和第二軸向端部，在所述第一電化學(xué)蓄電池的第一軸向端部和第二軸向端部處分別布置有第一電連接端子(201)和第二電連接端子(202)； 一第二電化學(xué)蓄電池(2)，所述第二電化學(xué)蓄電池具有第一軸向端部和第二軸向端部，所述第二電化學(xué)蓄電池的第一軸向端部和第二軸向端部處分別布置有第一電連接端子和第二電連接端子； 一相面對地布置的第一支架和第二支架(400)，與所述第二支架(400，450)相面對地布置的第三支架(450)，所述第一支架到所述第三支架是電絕緣的，每個(gè)支架包括多個(gè)槽座(411,475)以及在每個(gè)槽座和與其相鄰的槽座之間布置的通道(404，405，454，455)； 一所述第二支架包括布置在第一表面中的多個(gè)槽座和布置在第二表面中的多個(gè)槽座(485)，所述第一表面的槽座(475)和所述第二表面的槽座(485)相背對并通過貫穿鏜孔(452)相連通， 一所述第一電化學(xué)蓄電池的第一軸向端部被布置在所述第一支架的各自的槽座中，所述第一電化學(xué)蓄電池的第二軸向端部被布置在所述第二支架的各自的槽座中，所述第二電化學(xué)蓄電池的第一軸向端部被布置在所述第二支架的第二表面的各自的槽座中，所述第二電化學(xué)蓄電池的第二軸向端部被布置在所述第三支架的各自的槽座中， 一所述槽座被構(gòu)型以限制所述電化學(xué)蓄電池的軸向運(yùn)動和橫向運(yùn)動且通過氣隙(102)保持所述電化學(xué)蓄電池分開，每個(gè)支架包括側(cè)向壁(460)，所述側(cè)向壁限制所述電化學(xué)蓄電池在所述槽座中的橫向運(yùn)動，在所述支架中，在相鄰的槽座(411)之間的所述通道(404，405)通過穿過所述側(cè)向壁的槽道形成； 一使所述第一支架和第二支架(400)固連的至少一接合軸體(100)，使所述第二支架和第三支架(400)固連的至少一接合軸體(100)； 一至少一第一電連接件(300，310，320)，所述至少一第一電連接件穿過所述第一支架的所述通道(404，405 )之一和使所述第一電化學(xué)蓄電池之中的兩相鄰電化學(xué)蓄電池電串聯(lián)連接； 一至少一第二電連接件(300，310，320)，所述至少一第二電連接件穿過所述第三支架的所述通道(454，455 )之一和使所述第二電化學(xué)蓄電池之中的兩相鄰電化學(xué)蓄電池電串聯(lián)連接； 一至少第三電連接件(340)，所述第一電化學(xué)蓄電池包括至少一第一級的電并聯(lián)連接的電化學(xué)蓄電池，所述第二電化學(xué)蓄電池包括至少一第二級的電并聯(lián)連接的電化學(xué)蓄電池，所述第一級的每個(gè)電化學(xué)蓄電池通過貫穿鏜孔(452)通過有區(qū)別的第三電連接件串聯(lián)連接到所述第二級的一電化學(xué)蓄電池。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的蓄電池組(1)，其特征在于，所述支架沒有圍繞所述電化學(xué)蓄電池的中間部分的側(cè)板。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的蓄電池組(I)，其特征在于，兩相鄰電化學(xué)蓄電池的中間部分僅僅通過氣隙(102)分開。
4.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的蓄電池組(1)，其特征在于，每個(gè)支架(400)包括至少一貫穿孔(403)，所述至少一貫穿孔平行于所述電化學(xué)蓄電池延伸和被布置在所述支架的槽座(411)之間，以通到在所述電化學(xué)蓄電池之間的氣隙(102)中。
5.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的蓄電池組(1)，其特征在于，每個(gè)支架(400)包括至少一通道(407)，所述至少一通道在槽座(411)和所述支架(400)的周沿之間橫向地延伸。
6.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的蓄電池組，其特征在于，所述第一電化學(xué)蓄電池包括至少兩級的電串聯(lián)連接的電化學(xué)蓄電池，所述兩級的每一級包括至少兩個(gè)電并聯(lián)連接的電化學(xué)蓄電池，所述至少一第一電連接件是金屬板體，所述金屬板體使所述兩級串聯(lián)連接和使所述兩級的所述電化學(xué)蓄電池并聯(lián)連接，所述金屬板體包括可熔段(311，321)，所述可熔段形成并聯(lián)連接和穿過在相鄰的槽座之間的所述通道之一。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的蓄電池組，其特征在于，所述可熔段被定尺寸以當(dāng)這些電化學(xué)蓄電池之一處于短路時(shí)，打開在并聯(lián)的所述電化學(xué)蓄電池中的兩個(gè)之間的電連接。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的蓄電池組，其特征在于，所述可熔段被定尺寸以當(dāng)并聯(lián)連接的所述電化學(xué)蓄電池之一形成開路時(shí)傳導(dǎo)電流。
9.根據(jù)權(quán)利要求6到8中任一項(xiàng)所述的蓄電池組，其特征在于，所述蓄電池組包括充電和充電平衡電路(7 )，所述充電和充電平衡電路連接到串聯(lián)連接的每個(gè)級的端子。
10.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的蓄電池組，其特征在于，在相鄰的槽座之間的所述通道延伸到所述支架的厚度的一半。
11.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的蓄電池組，其特征在于，支架的槽座以形成行和列的矩陣的形式被布置。
12.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的蓄電池組，其特征在于，每個(gè)所述第一電化學(xué)蓄電池通過有區(qū)別的第三電連接件串聯(lián)連接到所述第二電化學(xué)蓄電池之一上。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種蓄電池組(1)，所述蓄電池組包括－電化學(xué)蓄電池(2)，所述電化學(xué)蓄電池具有第一軸向端部和第二軸向端部，所述第一軸向端部和第二軸向端部處布置有第一電連接端子和第二電連接端子；－相面對地布置的電絕緣支架(400，450)，每個(gè)支架包括多個(gè)槽座以及在每個(gè)槽座和與其相鄰的槽座之間布置的通道。蓄電池的軸向端部被布置在支架的槽座中。接合軸體(100)使支架(400)固連和至少一電連接件穿過所述通道之一和使兩相鄰蓄電池電連接。
文檔編號H01M10/50GK103038916SQ201180037093
公開日2013年4月10日 申請日期2011年7月25日 優(yōu)先權(quán)日2010年7月29日
發(fā)明者L·德帕奧利, D·沙魯, M·德布瓦-勒諾丹 申請人:原子能及能源替代委員會