CN100355114C - 二次电池及使用该二次电池的二次电池模块 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种二次电池模块，包括将第一单元电池电连接到邻近的单元电池的连接器。该连接器通过连接构件连接到该第一单元电池上，该连接构件被连接到该第一单元电池的端子上。该连接构件具有外螺纹和连接器被定位于其上的凸缘。该连接器还被配合到该连接构件上，并且通过螺母被固定在其上，该螺母与该连接构件的外螺纹接合。

Description

二次电池及使用该二次电池的二次电池模块

技术领域

本发明涉及二次电池，更具体地说，涉及通过改进高功率、大容量的电池中单元电池之间的连接结构而具有增强的集流效率的二次电池，并涉及使用该二次电池的二次电池模块。

背景技术

近来，已发展使用具有高能量密度的非水电解液的高功率二次电池。这些具有高功率的二次电池被用于诸如电动车之类的需要较大电功率的电力机械中，通过串联连接多个单个电池来形成这些二次电池。

通常，串联或者并联连接多个单个二次电池(以下指单元电池)，以形成高功率二次电池(以下指电池模块)。每个单元电池包括具有正负电极和被插在它们之间的隔板的电极组件，具有用于容纳该电极组件的空间的壳体，连接并密封壳体的盖组件，以及从盖组件中向外伸出并与装配在电极组件上的正负集流体电连接的正负极端子。

如图1所示，通过串联连接每个单元电池形成电池模块100。布置每个单元电池111，使得在盖组件113的顶部伸出的正极端子114和负极端子115与另一个相邻的单元电池111的相反极性交替，并且使得通过使用螺母117、118穿过连接器116的媒介螺纹连接，来形成正负极端子114、115。

换言之，端子114、115中的每一个都作为主要与螺母117螺纹连接的螺栓而形成。然后，连接器116配合在其上，以连接一个单元电池的正极端子114和另一个相邻的单元电池的负极端子115，并且另外的螺母118旋于连接器116上，以固定该连接器。

然而，电池模块的这种传统结构存在由于端子和连接器之间强大的连接阻抗而降低集流效率的问题。

换言之，由于电子主要通过旋在端子上的螺母移至连接器，用于电子运动的通路限于螺母和端子之间小的接触面积，从而增加连接阻抗，结果，降低电导率。

尤其是，当具有大容量的二次电池需要用于驱动用在混合电动车(HEV)或者电动车(EV)的电动机的高功率时，前述的传统技术无法建立所期望的电动机操作特性，因为阻抗的增加和电导率的降低造成功率的降低。

发明内容

为解决一个或更多的前述问题，本发明的实施例通过改进单元电池的端子连接结构来提供带有更好的电导率和集流效率的二次电池，以使与端子的接触面积最大化，并提供使用该二次电池的二次电池模块。

为实现这些方面，本发明的实施例提供一种电池模块，包括带有第一端子的第一单元电池，以及带有第二端子的邻近的第二单元电池。连接器电连接该第一端子和第二端子。该连接器通过连接构件固定到该第一单元电池上。该连接构件被连接到该第一端子上，并具有外螺纹以及该连接器被定位于其上的凸缘(flange)。螺母被拧到该外螺纹上。

因此，将第一端子与连接器电连接的连接构件，可增加第一端子和连接器之间的接触面积，最终提高电导率。

该连接构件在其内圆周表面上有内螺纹，以与带外螺纹的第一端子连接。该连接构件还在其外圆周表面上有外螺纹，以与螺母连接。该连接构件上的凸缘沿着该连接构件下部的外圆周表面而形成。

该连接器可为由导电材料制成的板结构。在连接器的两端，以与该第一和第二端子相同的间隔形成孔，以便该连接器可与连接构件和第一端子，以及另一连接构件和第二端子配合。该第二端子具有与该第一端子相反的极性。

此外，该电池模块可具有在该第一端子的端部和该连接构件中内沟槽的内端部之间的弹簧垫圈。

该电池模块通过串联连接单元电池而形成。这里，相邻单元电池的正、负极端子可被交替布置。

本发明的二次电池包括带有容纳电极组件的空间的壳体，与该壳体连接并将其密封的盖组件，以及被电连接到该电极组件的端子。连接构件被固定到该盖组件外部的端子上。该连接构件在其中心具有内螺纹孔，并被拧到该端子上。该连接构件还具有朝其底部向外伸出的凸缘，并具有被拧到螺母上的外螺纹。

此外，本发明一个实施例的电池模块用带有以上结构的二次电池作为单元电池而形成，并且包括带有第一端子的第一单元电池和带有第二端子的邻近的第二单元电池。连接器电连接该第一和第二端子。连接构件具有向外伸出的凸缘，该连接器被定位在该凸缘上。该连接构件还具有在其中心的被拧到该第一端子的带有内螺纹的孔，以及被拧到螺母上的外螺纹。该连接器与连接构件配合，并通过螺母固定。

因此，电连接端子和连接器的连接构件接触端子的相当大的表面，并增加该连接器的接触面积，从而提高电导率。

此外，本发明的电池模块包括带有第一端子的第一单元电池和带有第二端子的第二单元电池。连接器电连接该第一端子和第二端子，并被紧固在从连接构件伸出的凸缘和在连接螺母外部底部的另一凸缘之间。该连接构件还具有被拧到该第一端子的内螺纹孔。

均接触连接器的连接螺母和连接构件的凸缘可被形成为具有突起。该连接器也可被形成为具有突起。

此外，该二次电池可被用作电源，用于驱动诸如混合电动车(HEV)、电动车(EV)、无线清洁器、摩托车、电动小型摩托车等机械的电动机。

附图说明

被合并进来且构成说明书一部分的附图，说明本发明实施例的示例，并且与描述一起用来解释本发明的原理：

图1是示出根据现有技术的二次电池模块的分解透视图；

图2是根据本发明一实施例的二次电池的分解透视图；

图3是示出根据本发明一实施例的二次电池的装配状态的横截面图；

图4是根据本发明另一实施例的二次电池模块的组成的分解透视图；

图5是示出根据本发明另一实施例的二次电池的装配状态的横截面图；

图6和图7是示出本发明又一实施例的二次电池的装配状态的横截面图；

图8是示出根据本发明一实施例驱动电动机的二次电池模块的示意性框图。

具体实施方式

参见图2，形成具有大容量的电池模块10的每个单元电池11包括含有正、负电极和插入到它们之间的隔板的电极组件18，带有用于容纳该电极组件的空间的壳体12，与壳体12连接并将其密封的盖组件13，以及分别与正、负集流体电连接并从盖组件13向外伸出的正负极端子14、15。

以上壳体12由诸如铝、铝合金或镀镍钢等导电金属制成，并且其形状可为带有用于容纳电极组件的内部空间的六边形或圆柱形。

根据本发明的这一实施例，每个单元电池11具有带有以一定间隔从其伸出的两个正负极端子14、15的盖组件13，将该单元电池认为是以下说明中单元电池的示例。

交替地布置具有上述结构的每个单元电池11，以形成电池模块10，其中当向上放置端子14、15时，从盖组件13的顶部伸出的正极端子14和负极端子15邻近另一相邻电池11的相反极性的端子14、15。

因此，在单元电池11的两侧形成端子排，每排端子均包括成直线交替并重复布置的正负极端子。这里，可将端子排看作是交替两种不同极性端子的端子线。

用连接器20装配本实施例的二次电池，将相邻单元电池的正极端子14和负极端子15电连接，以串联连接每个单元电池11，并用上述结构形成电池模块。

这里，当端子通过衬垫从盖组件13伸出来时，每个单元电池11的端子14、15是带外螺纹的，并通过拧到螺母17上而固定到盖组件13上。垫圈19安装在螺母17和衬垫16之间。

现在将描述用装配在盖组件13上的每个单元电池的端子14、15装配连接器20的方法。

如图3所示，连接器20与单元电池的端子14、15配合，并穿过外部带螺纹的且具有凸缘32的连接构件30以及螺母40进行固定，连接器20定位在该凸缘上，并且螺母40被拧到连接构件30上。

这里，设计连接构件30以固定连接器20，并且该连接构件30在其中心具有沟槽31。沟槽31的内圆周表面具有内螺纹，以与外螺纹端子14、15进行螺纹连接并固定。

这样，端子14、15的大量表面可接触连接构件30。

此外，连接构件30具有从下部的外圆周表面伸出的凸缘32，连接器定位在该凸缘上。连接构件在其外圆周表面上具有外螺纹，以与螺母40连接。

这样，在以上的连接器20通过定位于凸缘32上而配合到连接构件30中之后，通过将螺母40拧到形成在连接构件30外部的外螺纹上，将该连接器与连接构件30固定。

这里，连接器20是由导电材料制成的装配结构，并且在两端以与连接构件相同的间隔带有孔21，以便该连接器可与连接构件30配合，该连接构件被拧到一个单元电池的正或负极端子上，以及另一相邻单元电池的相反极性端子上。

孔21基本上对应于连接构件30的外径。

因此，将端子14、15与连接器20电连接的连接构件30，在端子14、15与连接器20之间提供大量的接触面积，从而提高电导率。

这里，在端子14、15的端部与形成在连接构件30内部的沟槽之间额外装配弹簧垫圈33，以防止连接构件30变松。

现在将描述装配电池模块的连接器20的过程及其操作。

端子14、15穿过衬垫16从盖组件13向外伸出，并通过首先将垫圈19配合到伸出的端子上以及将螺母17拧到端子上，将端子14、15固定到盖组件13上。

一旦固定端子，连接构件30被连接到每个单元电池11的端子14、15上，然后，连接器20与连接构件30在其上进行装配，并用螺母40适当旋紧，以将单元电池与连接器20连接，并形成高功率电池模块10。

换言之，图2示出连接器20如何连接到单元电池11上。参见图2和图3，将每个单元电池11布置在预定间隔处，在单元电池排列中的正极端子14和负极端子15之间交替。

然后，连接器20被配合到一个单元电池的正极端子14和与其直接相邻布置的另一个单元电池的负极端子中，以将它们电连接。同样，另一个连接器20被配合到位于另一端子排的第二单元电池的正极端子14和邻接该第二单元电池的第三单元电池11的负极端子15中。这样，所有的单元电池11串联连接。为了如上面那样在端子之间装配连接器，连接构件30首先装配到每个单元电池的端子中。

通过将弹簧垫圈33配合到形成在连接构件30中心的带螺纹的沟槽31中，并将外螺纹端子与连接构件30的沟槽31螺纹连接，将该连接构件连接到端子14、15上。

然后，连接器20通过形成在其上的孔21，配合到连接构件30上，并定位在形成于连接构件30外部的凸缘32上。

接下来，连接器20通过将螺母40拧到带外螺纹的连接构件30上而固定到端子上。换言之，将连接器20与凸缘32和螺母40固定。因此，将连接器20与端子14、15连接的连接构件30可降低端子和连接器20之间的阻抗，并提高集流效率。

换言之，由于连接构件30通过形成在内部的沟槽31而接触端子14、15的大块表面，所以通过与端子接触的全部表面来集流。

首先从端子到达连接构件30的电流通过连接构件30、与其螺纹连接的螺母以及作为其一部分形成的凸缘，流到连接器20，从而最大化其集流效率。

现在将描述根据本发明另一实施例的电池模块。

参见图4，组成具有大容量的电池模块10’的每个单元电池11，包括具有正、负电极和插入到其间的隔板的电极组件18，带有用于容纳电极组件18的空间的壳体12，结合并密封壳体12的盖组件13，与正负集流体电连接并从盖组件伸出来的正和负极端子14、15，以及将正、负极端子与盖组件13固定的连接构件30’。

这里，连接构件30’在中心具有内螺纹孔31’，以被拧到外螺纹端子14、15上，并在其外圆周表面具有外螺纹，以被拧到螺母40上。连接构件30’还具有沿着底端的边伸出的凸缘32’，其中将连接器20定位为连接在邻近的单元电池11的端子14、15之间。

壳体12由诸如铝、铝合金或者镀镍钢之类的导电材料制成，并且其形状可为具有用于容纳电极组件的空间的六边形或其它形状。

根据本发明的此实施例，每个单元电池11具有以预定间隔的两个伸出的端子，即正极端子14和负极端子15。具有这种结构的单元电池将作为示例进行说明。

为了构成具有大容量的电池模块10，单元电池11带有在盖组件的顶部向上伸出的端子14、15，其中一个单元电池11的正或负极端子14、15与其邻近的单元电池11交替。

因此，通过在单元电池两端以预定间隔交替每个正、负极端子，形成端子排。这里，可将端子排理解为通过排列彼此相邻的相反极性的端子而形成的一排端子。

这里，每个单元电池的端子14、15穿过盖组件13上的衬垫16，作为螺栓而伸出，并且通过拧到连接构件30’而装配和固定在盖组件13上。垫圈19装配在连接构件30’和衬垫16之间。

连接器20被装配为在邻近的单元电池的两个相反的正和负极端子14、15之间电连接，串联或并联连接多个单元电池，并形成具有大容量的电池模块。

现在将描述带有已被装配到盖组件13上的每个单元电池11的端子14、15与连接器20的装配。

如图5所示，通过使用已被与每个单元电池的端子14、15装配的连接构件30’，来装配连接器20。换言之，通过连接构件30’和螺母40的媒介，连接器20被固定，其中连接构件30’具有将连接器20定位于其上的凸缘32’，并在外圆周表面具有外螺纹，而且螺母40被拧到带外螺纹的连接构件30’上。

这里，由于连接构件30’穿过内螺纹孔31’与外螺纹端子14、15拧在一起，所以它能够接触端子14、15的较大表面。

此外，该连接构件具有沿着外底部的边伸出的凸缘32’，连接器20被定位于凸缘上，并且连接构件的外圆周表面具有外螺纹。

因此，当连接器20定位在连接构件30’的凸缘32’上并与其配合时，可用拧到连接构件30’的螺母40将它与连接构件30’装配和配合。

上述连接器20为由导电材料制成的装配结构，并且在其两端以与邻近的单元电池的连接构件30’相同的间隔，具有孔21，以便它可以与连接构件30’配合，连接构件30’与一个单元电池的正或负极端子和另一邻近的单元电池的相反极性端子装配在一起。

孔21的尺寸基本上对应于连接构件30’的外径。

因此，由于连接构件接触端子14、15的大表面并将它们与连接器20电连接，因此增加与端子的接触面积，并最终提高电导率。

参见图4和图5，现在将说明装配本发明中电池模块的实施例的连接器20的过程及其操作。

每个单元电池11的端子14、15穿过衬垫16从盖组件13伸出来，并且连接构件30’通过垫圈19的媒介与端子14、15连接，从而将端子14、15与盖组件固定。

换言之，连接构件30’的内螺纹孔31’被拧到端子14、15的螺栓上，从而将连接构件30’与端子相连，因而将它们与盖组件固定。

一旦如上述那样固定端子，连接器20与每个单元电池11的端子14、15装配在一起，从而连接每个电池而形成高功率的电池模块。

换言之，如图4中所见，以预定间隔布置每个单元电池11，在其中交替正和负极端子14、15。

这里，连接器20与一个单元电池的正极端子14和与其直接相邻布置的另一单元电池的负极端子15配合，以将它们电连接。另一连接器与位于另一端子排的第二单元电池的另一正极端子14和与第二单元电池直接相邻布置的第三单元电池的另一负极端子15配合，从而串联地连接所有单元电池11。

现在将说明端子之间的连接器20的装配。

连接器与连接构件30’配合，该连接构件通过形成于其上的孔而与两个邻近的单元电池的端子14、15相接合。该连接器被定位于从连接构件30’向外伸出的凸缘32’上。然后，通过用螺母40旋紧连接构件30’的外螺纹将连接器20固定。从而，连接器20被固定在连接构件30’的凸缘32’和螺母40之间。

因此，连接器20通过连接构件30’与端子14、15连接，从而降低该连接器与端子之间的阻抗并提高集流效率。换言之，通过端子14、15的较大表面实现集流，其中端子与连接构件30’的带内螺纹的孔31的内部相接触。

因此随着电流离开端子，流过连接构件30’、作为连接构件一部分而形成的凸缘32以及螺母40，到达连接器20，可最大化集流效率。

图6为根据本发明另一实施例的电池模块的装配状态的横截面图。通过使用连接构件35以及连接螺母45将连接器20固定，其中连接构件35已经与单元电池的端子14、15相配合，连接螺母45将连接器20与连接构件35固定。

该连接构件在中心具有被拧到外螺纹端子14、15的内螺纹孔，还具有通过延伸其上端而形成的凸缘36。

与端子14、15配合的连接器20被定位在连接构件35的凸缘36上。

此外，连接螺母45在中心具有被拧到端子14、15的内螺纹孔，还具有在底部向外延伸的凸缘46。因此，随着将连接器20定位在连接构件35的凸缘36上，并且旋紧螺母45，可将连接器20与连接螺母45的凸缘46紧固。

因此，连接器20连接单元电池11，它与连接构件35的凸缘36和连接螺母45的另一凸缘46紧密地紧固。

现在参见图7，连接构件35的凸缘可在上表面具有小突起(bump)37。突起37可在凸缘36上不受任何限制而规则或者不规则地形成，并起到通过增加连接器20’和凸缘36之间的附着而降低阻抗的作用。如图所示，突起27、47可分别形成在连接器20’和上凸缘46上。

将图6和图7中的其余部件分配与早先描述的实施例相同的参考标号，并且进行类似地操作。因而此处不再额外提供前面所述部件的描述。图8为如图2或4所讨论的驱动电动机50的二次电池模块10、10’的示意性框图。

本发明的上述实施例可通过增加连接器和端子之间的接触面积并降低其间的阻抗，来建立具有改进的集流效率的电池模块。

此外，上述电池模块的实施例可通过提高的集流效率而具有改进的功率。

虽然参考实施例的示例已对本发明进行详细描述，但是本领域技术人员会理解可对其进行各种修改和替换，而不背离在所附权利要求和其等价替换中所阐明的本发明的精神和范围。

Claims (13)

1、一种二次电池模块，包括：

第一单元电池，具有从其中伸出的第一端子；

第二单元电池，邻近该第一单元电池，并具有从其中伸出的第二端子，该第二端子具有与该第一端子相反的极性；

连接构件，具有外螺纹和凸缘，并且在其中心具有固定于该第一端子的沟槽，从而该连接构件被连接到该第一端子；

连接器，电连接该第一单元电池和第二单元电池，该连接器被定位在该凸缘上，并与该连接构件配合；以及

螺母，被拧到该连接构件的外螺纹上，并将该连接器连接到该连接构件上。

2、如权利要求1所述的二次电池模块，其中该连接构件具有形成在该沟槽的内圆周面上的内螺纹，并且该连接构件被拧到该第一端子的外螺纹上。

3、如权利要求1所述的二次电池模块，进一步包括在该第一单元电池上的盖组件，其中该第一端子穿过衬垫从该盖组件伸出，并且通过螺母被连接到该盖组件上。

4、如权利要求1所述的二次电池模块，其中该连接器具有形成在其端部的孔，每个孔被构造为与该连接构件及该第一端子和第二端子之一相配合。

5、如权利要求4所述的二次电池模块，其中该连接器上的孔的尺寸对应于该连接构件的直径。

6、如权利要求1所述的二次电池模块，进一步包括被定位于该第一端子处并紧邻该连接构件的弹簧垫圈。

7、如权利要求1所述的二次电池模块，进一步包括盖组件，其中该第一端子穿过衬垫从该盖组件伸出来，并且通过该连接构件被固定在该盖组件上。

8、如权利要求1所述的二次电池模块，其中该连接器在其端部具有孔，每个孔被构造为与该连接构件及该第一端子和第二端子之一相配合。

9、如权利要求8所述的二次电池模块，其中该连接器上的孔的尺寸对应于该连接构件的直径。

10、一种二次电池模块，包括：

第一单元电池，具有从其中伸出的第一端子；

第二单元电池，邻近该第一单元电池，并具有从其中伸出的第二端子，该第二端子具有与该第一端子相反的极性；

连接构件，具有第一凸缘和被连接到该第一端子的内螺纹孔；

连接器，被定位在该第一凸缘上，并且电连接该第一单元电池和第二单元电池；以及

连接螺母，在其底端具有第二凸缘，且在其中心具有内螺纹孔，该连接螺母被拧到该第一端子上，以将该连接器紧固在该第一凸缘和第二凸缘之间。

11、如权利要求10所述的二次电池模块，其中该第一凸缘、第二凸缘中的至少之一，或者两者具有接触该连接器的突起。

12、如权利要求11所述的二次电池模块，其中该连接器具有与所述第一凸缘、第二凸缘中的至少之一或者两者的突起相接触的相应突起。

13、一种二次电池，包括：

壳体，具有用于容纳电极组件的空间；

盖组件，具有端子，该盖组件结合并密封该壳体，并且被电连接到该电极组件上；

螺母；以及

连接构件，具有向外伸出的凸缘、被接合到该盖组件外部的端子的带有内螺纹的孔、以及被拧到该螺母上的外螺纹。

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