CN100355116C - 可充电电池和使用其的电池组件 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种包括电极部件的可充电电池，该电极部件包括正极、负极以及插入所述正负极之间的隔板。该电池还包括容纳电极部件的壳体，以及露在该壳体外的多个正极端子和负极端子，所述正极端子和负极端子与壳体连接，并且与该电极部件相连。

Description

可充电电池和使用其的电池组件

技术领域

本发明涉及在单元电池之间具有改进的连接结构的高功率、高容量可充电电池。本发明还涉及使用该可充电电池的电池组件。

背景技术

目前需要开发使用无水电解液及具有高能量密度的高功率可充电电池。这种电池可以使用在低容量电池中，其中在该低容量电池中，蓄电池组电池封装成组，作为诸如便携式电话、膝上型计算机和可携式摄像机等各种便携式小型电子设备的电源。或者，一种高容量可充电电池可以用于诸如混合汽车中驱动电机的电源，其中在该高容量可充电电池中，串联或并联有几十个蓄电池组电池。

通常，通过将多个可充电电池串联连接成单元电池来装配这种高容量可充电电池或电池组件。每个单元电池包括电极部件、壳体和盖部件。

也就是说，单元电池可以制成圆柱形或矩形等不同的形状。单元电池的电极部件可以包括正负电极板的杆，以及插入其中的绝缘器隔板，它们相互缠绕成胶卷(jelly roll)并插入壳体中。壳体安装有具有外部端子的盖部件，以形成电池。

在日本未决实用新型申请No.H06-86259中公开了一种具有上述结构的矩形单元电池。它还公开了具有端子的盖从矩形壳体表面伸出的结构。

但是，由于在公布中公开的这种可充电电池仅在电池的一侧表面具有端子，因而单元电池不方便连接在一起，并且该电池的使用也受到了限制。也就是说，电极部件的正极和负极安装有导电接头或集电板，用于收集在电池工作时所产生的电流。该接头或集电板与通过石墨安装在盖部件上的正极端子和负极端子相连，以分别将正极和负极上产生的电流传导到正极端子和负极端子。

但是，因为上述结构的正极端子和负极端子仅安装在盖部件的一侧，单元电池中需要有隔离连接元件来形成电池组件。因此，连接单元电池较为困难，并且空间利用也不佳。

图5示出了根据现有技术的电池组件100，该电池组件100中的单元电池串联连接。根据图5，正极端子114和负极端子115从每个单元电池111的盖部件113上表面伸出，分别布置在相邻单元电池111的负极端子115和正极端子114的旁边。连接元件116通过螺母117、118连接带螺纹的负极端子115和正极端子114。

如果根据现有技术的该单元电池的壳体下部朝向地板，由于正极端子和负极端子都仅布置在壳体上部，所以也许只能互相靠近地布置单元电池，才能让其彼此串联或并联连接。所以，在一定的单元空间内，单元电池布置效率较低。

对于需要将大量单元电池容纳在一定的空间内以提供高容量、高功率的混合电动车来说，这个问题变得尤其严重。由于上述现有技术单元电池必须仅按一种方式来配置，所以减小了每单元面积上的容量和功率。

另外，为了提供根据现有技术的电池组件，使用螺母来连接几个或几十个单元电池。螺母的绝缘较为困难和费时，因而增加了成本。

发明内容

本发明公开一种可充电电池，通过改进单元电池端子的连接结构而提高空间利用率，以增加电池每单元面积的功率和容量。本发明还公开了一种使用该电池的电池组件。

本发明还公开了一种可充电电池，通过简化单元电池之间的连接而改进可充电电池的端子结构，从而节省了连接和更换操作所需要的时间与工作。本发明还公开了一种使用该电池的电池组件。

本发明的可充电电池和电池组件可以用作诸如电动车、混合电动车、无线吸尘器、摩托车以及小型摩托车等高功率电器设备的电源。

本发明的其它特点将在以下进行阐述，这些特点在说明中将会变得很清楚，或在本发明的实践中得到认识。

本发明提供的可充电电池包括电极部件，该电极部件包括正极、负极以及插入正负极之间的隔板。该电池还包括容纳电极部件的壳体，以及露在该壳体外的多个正极端子和负极端子，正极端子和负极端子与壳体连接，并且与该电极部件相连。

本发明还提供一种包括可充电电池的电池组件，该可充电电池包括多个单元电池。该多个单元电池相连，其中单元电池的一端和另一端分别具有正极端子和负极端子，从而至少两个单元电池能够相互连接。

可以理解的是，以上总体描述和以下详细描述都是示范性和说明性的，都是为了对由权利要求所声明的本发明提供进一步说明。

附图说明

提供附图用于进一步理解本发明，并且附图是组成本说明书的一部分，它们图示了本发明的各个实施例，并结合说明来解释本发明的原理。

图1为根据本发明一个实施例的可充电电池的透视示意图。

图2A为示出了胶卷型电极部件的透视图。

图2B示出了为迭片型电极部件的分解透视图。

图3为根据本发明一示范性实施例的可充电电池的前视图。

图4为根据本发明另一示范性实施例的电池组件的透视示意图，该电池组件中连接有单元电池。

图5为根据现有技术的可充电电池组件的透视示意图。

具体实施方式

本发明提供的可充电电池包含电极部件，该电极部件包括正极、负极以及插入正负极之间的隔板。该可充电电池还包括容纳电极部件的壳体，以及露在该壳体外的多个正极端子和负极端子，所述正极端子和负极端子与壳体连接，并且与该电极部件相连。可充电电池优选形成为矩形的壳体和可以缠绕成与胶卷相似的电极部件。

电极部件的每个正极和负极包括集电器、涂有活性材料的涂层区域以及无涂层区域。无涂层区域沿每个正极和负极的一端以相对方向形成，以形成电极部件的两端。

当上盖部件向上朝向而布置壳体时，负极的无涂层区域和正极的无涂层区域位于壳体的两侧。这使得安装在上盖部件的正极端子和负极端子与安装在下盖部件的正极端子和负极端子分别通过接头(或集电板)连接到该正极和负极的无涂层区域。

在上述结构中，壳体的另一端可以具有正极端子和负极端子，并且在壳体和负极端子及正极端子之间具有隔板绝缘元件，用来使它们绝缘。可充电电池壳体的每端可以具有安装有正极端子和负极端子的盖部件，以使壳体封闭，并连接到电极部件。

安装在壳体每端的正极和负极端子对可以按以下布置，即正极和负极分别安装在相同一侧或相对的两侧。另外，安装在壳体端部的端子优选具有螺纹表面的柱状结构。

根据本发明的电池组件，该电池组件中连接有几个单元电池，单元电池的两端分别安装有正极端子和负极端子，这样至少两个单元电池可以通过连接元件连接在一起。

当将电池组件在水平和垂直方向上布置时，可以通过连接元件将电池组件的电池单元串联或者并联连接。通过连接导体，将安装在单元电池端部的上部端子连接到其正上方单元电池的下部端子，电池组件的单元电池在垂直方向以串联或并联而布置。另外，单元电池布置在水平和垂直方向，以通过连接导体或连接元件串联或并联连接相邻单元电池。

安装在单元电池上的端子具有螺栓装配形式的螺纹轴结构。连接导体包括具有将两个端子固定在一起的足够长度的螺母，这样当两个单元电池的端子在纵向方向上排列时，两个单元电池能够连接起来。

以下将参照附图详细描述本发明的优选实施例。

图1为根据本发明示范性实施例的可充电电池的透视示意图。图2A为示出了胶卷型电极部件的透视图。图2B为示出了迭片型电极部件的分解透视图。图3为根据本发明示范性实施例的可充电电池的前视图。图4为根据本发明电池组件的透视示意图，该电池组件中连接有单元电池。

参见图1，用于高容量电池组件的每个单元电池11包括电极部件12，电极部件12包括负极、正极以及插入正负极之间的隔板。该单元电池还包括壳体13，壳体13封闭时通过垫圈形成了一个空间，该空间容纳电极部件12和分别连接到壳体上端和下端的盖部件14a、14b。另外，正极端子16a、17a和负极端子16b、17b从每个单元电池11的每个盖部件14a、14b上伸出。每个端子16a、16b、17a和17b具有螺纹，并且通过接头15连接到正极12a和负极12b。

壳体13由诸如铝、铝合金或镀镍钢等导电材料制成，并且为六面体或者具有容纳电极部件的内空间的其它形状。

另外，盖部件14a、14b牢固地安装在表面的端子上，并且可以包括壳体13和盖片140a、140b之间绝缘的垫圈(未示出)。盖部件可以进一步包括在设定压力下破裂以释放气体的通气板(未示出)，以防止电池爆炸。

参见图2A，该电极部件12可以形成缠绕胶卷型，其中正极12a和负极12b分别在其集电器上具有适当的活性材料，并形成中间具有隔板的薄片，然后旋转缠绕成胶卷形。胶卷型电极部件的两端具有无涂层区域12d、12e。图2B表示了一种迭片型电极部件120，其中正极120a和负极120b分别在其各自的集电器上涂有活性材料，并形成中间具有隔板120c的薄片，分别在正极120a和负极120b的一端具有无涂层区域120d、120e。

以下，将参考如图2A所示的胶卷型电极部件进行举例说明。显然，也可以使用如图2B所示的迭片型电极部件120。

另外，这些示例都是参照以下结构进行说明的，也就是分别连接到端子上的正极的无涂层区域12d和负极的无涂层区域12e沿每个电极的一端形成电极部件12。显然，本发明并不局限于上述结构，还可以应用到所有电池形状以及没有无涂层区域的电池。

根据本发明的该实施例，可充电电池的电极部件12包括正极的无涂层区域12d和负极的无涂层区域12e，它们分别在胶卷型电极部件的两端互相面对。正极12a、负极12b以及插入正负极之间的隔板缠绕成胶卷型。当壳体13垂直布置以在其上下端安装盖部件14a、14b时，正极12a和负极12b的无涂层区域12d和12e位于壳体的相对两端。盖部件14a、14b的端子16a、17a、16b和17b通过安装在无涂层区域12d和12e上的接头15(或集电板)连接。

在该可充电电池的结构中，电极端子16a、16b和电极端子17a和17b分别从壳体13的端部向上和向下伸出。

如图4所示，多个上述结构的单元电池11以串联或并联布置，并且互相连接形成电池组件10。根据该实施例，当单元电池垂直布置时，端子16a、16b和17a、17b分别向上和向下，单元电池11布置于水平堆积方向(图4中的H方向)和垂直方向(图4中的V方向)，以将它们连接在一起。

当单元电池11沿水平方向H布置以互相连接时，单元电池以一定的间隔面向相邻的单元电池而布置。从单元电池的上盖部件14a伸出的正极端子16a和负极端子16b按如下布置，即一个单元电池的正极端子16a和另一个单元电池的端子16b彼此相邻。重复这种结构，并在中心基础上保持单元电池11之间一定的距离，从而形成端子排，即端子极性交叉布置的一条线。

为了串联连接单元电池11，一个单元电池11的正极端子16a和相邻单元电池的负极端子16b通过连接元件20相连。连接元件20具有极板结构，在其两端具有孔21。螺母18安装在每个端子16a、16b上，端子16a、16b通过孔21插入，并且连接元件20以螺母22紧固在其上。这就使得单元电池11的正极端子16a通过连接元件20连接到相邻单元电池11的负极端子16b，以形成沿H方向串联连接的单元电池11的端子排。

另外，如图4所示，单元电池可以沿垂直方向V彼此连接而布置。安装在一个单元电池11的下盖部件14b上的正极端子17a和负极端子17b分别朝向安装在垂直方向上另一个相邻单元电池11的上盖部件14a上的正极端子16a和负极端子16b。相邻单元电池11上的正极端子17a、16a在并联电路中以螺母相互连接，并且通过连接元件30紧固到一起。

换句话说，安装在上部单元电池底端盖部件14b上的正极端子(或负极端子)通过两端的连接导体30连接到安装在下部单元电池顶端盖部件14b上的正极端子(或负极端子)上。这种结构使得两个单元电池上的端子通过一个连接导体30就可以相互并联连接在一起。所以，单元电池既可以按垂直方向V也可以按水平方向H彼此电连接。还有可能连接多个单元电池11，使电池组件10的容量达到最大化。

H或V结构的单元电池可以串联或并联连接。当单元电池按垂直方向布置时，单元电池11的端子位置可以交叉形成一个端子排，其中正极端子和负极端子在垂直方向上交替相互连接。因此，一个单元电池11的正极端子17a通过连接元件30以一定的间隔紧固在垂直相邻单元电池的负极端子16b上，从而将单元电池11串联连接起来。

沿水平或垂直方向布置的所有单元电池总体上为串联连接，所以电池组件的功率得到了最大化。

根据本发明的该实施例，几个单元电池可以容易地串联或并联连接成电池组件。另外，当多个单元电池连接在一起时，单元电池的布置结构可以变化，以在一定的单元空间内容纳更多的单元电池，这样每单位面积内的功率和容量就得到了最大化。

对于本领域技术人员显而易见的是，可以不脱离本发明的原理和范围对本发明进行各种变换和修改。因此，只要这些变换和改变在附属的权利要求书及其等同范围之内，那么本发明就应当包括这些修改和改变。

Claims (18)

1、一种可充电电池，包括：

包括正极、负极以及插入所述正负极之间的隔板的电极部件；

容纳该电极部件的壳体；

用于密封该壳体的盖部件；以及

露在该壳体外的多个正极端子和负极端子，所述正极端子和负极端子与该壳体连接，并且与该电极部件连接；

其中该盖部件被分别安装在该壳体的相对侧，每个盖部件均设置有正极端子和负极端子对。

2、根据权利要求1的可充电电池，

其中在壳体一端提供的正极端子和负极端子与在该壳体另一端提供的正极端子和负极端子具有相同的极性。

3、根据权利要求2的可充电电池，

其中该电极部件的相对端表面分别具有正极无涂层区域和负极无涂层区域，以及

其中安装在该壳体各端的正极端子和负极端子分别通过接头或集电板连接到该正极无涂层区域和负极无涂层区域。

4、一种由权利要求1的可充电电池提供能量的电动机。

5、根据权利要求1的可充电电池，

其中该电极部件具有螺旋缠绕的胶卷形状。

6、根据权利要求1的可充电电池，

其中该壳体具有矩形箱体形状。

7、一种电池组件，包括：

包括多个单元电池的可充电电池，

其中该多个单元电池连接在一起，以及

其中单元电池的一端具有正极端子和负极端子对，另一相对端也具有正极端子和负极端子对，从而至少两个单元电池能够相互连接。

8、根据权利要求7的电池组件，

其中所述单元电池沿水平方向布置，并通过连接到所述电池端子的连接元件而连接。

9、根据权利要求8的电池组件，

其中所述连接元件在其两端具有孔，以在所述孔中插入单元电池的端子，以及

其中所述端子具有待与螺母固定的外螺纹。

10、根据权利要求9的电池组件，

其中该连接元件将一个单元电池的正极端子与相邻单元电池的负极端子串联连接。

11、根据权利要求9的电池组件，

其中该连接元件将相邻单元电池的电极端子以相同极性并联连接。

12、根据权利要求7的电池组件，

其中所述单元电池沿水平方向布置，以通过连接导体将相邻单元电池的电极端子以相同极性或不同极性并联或串联连接。

13、根据权利要求12的电池组件，

其中该连接导体形成为螺母，以固定两个具有外螺纹的端子。

14、根据权利要求13的电池组件，

其中该连接导体将一个单元电池的正极端子与相邻单元电池的负极端子串联连接。

15、根据权利要求13的电池组件，

其中该连接导体连接相邻单元电池上具有相同极性的电极端子，并且并联连接所述单元电池。

16、根据权利要求8的电池组件，

其中所述单元电池彼此既垂直又水平地布置，以及

其中所述单元电池通过连接导体或连接元件串联或并联连接到相邻的单元电池。

17、根据权利要求12的电池组件，

其中所述单元电池彼此既垂直又水平地布置，以及

其中所述单元电池通过连接导体或连接元件串联或并联连接到相邻的单元电池。

18、一种由权利要求16的电池组件提供能量的电动机。

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