CN101388443A - 包括电联接装置的电池组及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

一种包括电耦合组件的电池组。该电池组包括顶壳、底壳、电池衬垫、多个单体电池、联接装置和电路板。该联接装置包括框架和具有多个内部电接头和外部电接头的电耦合组件。所述内部接头和外部接头包括电池接头和电路板接头。在制造过程中，所述内部接头和外部接头通过所述连接结被固定在适当的位置，该连接结在所述电耦合组件被置于所述框架中之后被剪断。

Description

包括电联接装置的电池组及其制造方法
相关申请
本申请要求享有于2007年9月4日提交的第60/969,841号美国临时专利申请的优先权，其全部内容结合于此作为参考。
背景技术
本申请主要涉及用于电动工具的再充电电池组。再充电电池组可用于多种电压(如12V和21V)，并且一般由串联或并联的多个再充电单体电池组成。一些电池组由单体电池(如锂离子电池)构成，该单体电池具有过充电易引起损坏的化学性质。在包括多个单体电池的电池组中，一些单体电池可能具有与电池组中的其它单体电池不同的电荷水平(charge level)。给这样的电池组再充电可能导致某些单体电池过充电，这些单体电池的电荷水平比电池组中的其它电池的电荷水平高。因此，为了避免对具有敏感化学性质的单体电池过充电，一些电池组分别对每个电池进行监控和充电。现有技术中电池组包括控制器，该控制器监测并控制单体电池的充电。这些电池组通常包括导线和母线，通过它们将单独的单体电池连接到包括控制器的电路板上。在这种电池组的制造过程中，单体电池和电路板之间的导线和母线的连接过程不仅工艺繁琐而且费用相对较高。
发明内容
本发明的实施例涉及一种以简单又经济的方式将单独的单体电池连接到电路板上的系统和方法。
在一个实施例中，本发明提供了一种用于电池组的联接装置(harness)。该联接装置包括框架和电耦合组件。该电耦合组件固定在框架上，并且包括多个电池接头、多个电路板接头和多个连接结(link)。这些连接结在电耦合组件固定到框架上之后被剪断。在剪断连接结之后，电耦合组件通过所述多个电池接头和所述多个电路板接头为多个单体电池提供单独的电连接。
在另一个实施例中，本发明提供了一种制造电池组的方法。该电池组包括顶壳、底壳、框架、电池衬垫、多个单体电池、电路板以及具有多个连接结、多个电路板接头和多个电池接头的电耦合组件。该方法包括将电耦合组件置于框架内，切断所述多个连接结，在切断连接结之后将单体电池与多个电池接头相连接，以及将电路板与多个电路板接头相连接。电路板与每个单体电池单独电连接。
在另一实施例中，本发明提供一种电动工具电池组，该电动工具电池组包括底壳、置于底壳中的电池衬垫、多个由电池衬垫支撑的单体电池、连接到多个单体电池的电联接装置、支撑在框架上的电路板以及牢牢固定在底壳上的。顶壳和底壳基本上封装电池衬垫、所述多个单体电池和所述电联接装置。该电联接装置包括框架和固定在该框架上的电耦合组件。电耦合组件包括多个电池接头、多个电路板接头和多个连接结。这些连接结在电耦合组件固定到框架上之后被剪断。在连接结被剪断之后，电耦合组件通过所述多个电池接头和所述多个电路板接头为所述多个单体电池提供单独的电连接。
在一实施例中，本发明提供一种电池组，该电池组包括顶壳、底壳、电池衬垫、多个单体电池、联接装置和电路板。联接装置单独将多个单体电池与电路板电耦合。
在另一实施例中，本发明提供一种制造电池组的方法。该方法包括将电耦合组件置于框架内，该组件具有通过多个连接结连接在一起的多个内部接头和外部接头；剪断内部接头和外部接头之间的所述多个连接结；将多个单体电池连接到所述内部接头和外部接头的电池接头上；将所述内部接头和外部接头的多个电路板接头连接到电路板上；以及将电耦合组件、框架和单体电池置于壳中。
在另一实施例中，本发明提供一种用于电池组的联接装置。该联接装置包括框架和具有多个内部电接头和外部电接头的电耦合组件。内部电接头和外部电接头包括电池接头和电路板接头。在制造过程中，所述内部接头和外部接头通过连接结保持在合适的位置，在电耦合组件被置于框架中后该连接结被剪断。
通过结合附图及详细的描述，本发明的其他方面将更加明显。
附图说明
图1是组成本发明实施例的电池组的分解图。
图2是根据本发明实施例的电联接装置的透视图。
图3是根据本发明实施例的电耦合组件的透视图。
图4是根据本发明实施例的包括多个单体电池和电路板的图2所示的电联接装置的透视图。
图5A是电联接装置和单体电池之间的电连接示意图，该单体电池是如图4所示的在适当的位置仍具有电耦合组件的多个连接结的单体电池。
图5B是电联接装置和单体电池之间的电连接示意图，该单体电池是如图4所示的除去连接结的单体电池。
具体实施方式
在对本发明的任意实施例进行详细的描述之前，应该理解本发明的应用不局限于下面的说明或附图中所示的结构的细节和部件的安装等等。本发明可采用其它的实施例，并且可以以各种方式被实施或被执行。同时，应该理解此处为说明目的而使用的特殊用语及术语不应被认为是限制性的。此处所用的“包括”、“包含”、“具有”及其变形意味着包括以下所列各项和其同等物，以及附加项。除非特定或限定为其它方式，术语“安装”、“连接”、“支撑”和“耦合”及其变形被广泛地使用，并且包括以直接方式和间接方式地安装、连接、支撑和耦合。此外，“连接”和“耦合”不限于物理或机械的连接或耦合。
本发明实施例涉及用于多电池电池组的电联接装置。该电联接装置包括一个或两个电耦合组件，该电耦合组件具有多个电耦合器，该多个电耦合器将多个单体电池串联在一起，并将每个单体电池单独地耦合到电路板上。在制造过程中，连接结将电耦合器固定在适当的位置，并且该连接结被剪断以切断耦合器之间的电连接，以得到期望的用于电池组的电连接。
图1示出了组成本发明的电池组100的实施例的一部分的分解图。为了清楚起见，电池组100的一些部件被移去。电池组100包括底壳105、顶壳110、电池衬垫115、多个再充电单体电池120-124、电联接装置130以及电路板135.
在所示实施例中，底壳105通常形状上为矩形，并且包括底部140和四个围壁145。底壳105被配置以容纳和支撑电池组100的部件，它可以采用适当的工艺(如喷射模塑法)来制造，并且可以由适当的材料(如聚碳酸酯ABS)来构成。
顶壳110被制作为与电池组100的部件相似的形状，并被容纳在电动工具和/或蓄电池充电器中。在一些实施例中，电池组是可从工具中移去的。可选的，电池组可被集成在工具中。顶壳110采用适当的工艺(如喷射模塑法)来制造，并且可以由适当的材料(如聚碳酸酯ABS)来构成。顶壳110和底壳105连接在一起并互相粘接，基本上封装电池组100的所有其他部件，以密封和保护电池组100的部件。在一些实施例中，顶壳110用适当的紧固件(如螺丝钉)固定到底壳105上。
在其它实施例中，顶壳110和底壳105被制作以支撑和封装具有不同形状的部件，顶壳和底壳的形状根据部件形状而定。例如，电池组可用矩形和/或扁平(如棱柱形)的电池构成，而不是采用图1所示的圆柱形电池。
电池衬垫115为矩形，且包括多个槽150，这些槽被配置以容纳单体电池120-124。电池衬垫115被置于底壳上并且在适当的位置上支撑单体电池120-124，消减对单体电池120-124的震动冲击(例如，当电池组100掉落时)。衬垫115可由适当的材料构成，如对封闭的电池可采用阻燃材料(如
Figure A200810168641D0010143727QIETU
)。在一些实施列中，电池衬垫115是扁平的，并且不包括所述多个槽150。
单体电池120-124中的每一电池具有一个正极接线端和一个负极接线端。单体电池120-124具有适当的额定电压并且可以由适当的化学物质(如锂离子、锂、锂—钴、锂—锰、镍氢、镍镉或其他化学物质)所构成。在所示实施例中，单体电池120-124为圆柱形，但是也可以采用本发明预期的其它形状和尺寸的电池。
图2显示了电联接装置130的一个实施例。该电联接装置130包括框架200和电耦合组件205(如图3所示)。电耦合组件205固定在所述框架200上(例如粘接在框架上或置于框架中，即框架200环绕电耦合组件205制造)。框架200由适当的材料构成，例如FR-50玻璃填充的尼龙。框架200包括电路板底板部分210和接线端部分215。接线端部分215包括狭槽，该狭槽用于供接线端将电动工具和/或电池充电器与电路板135和/或单体电池120-124耦合。框架200具有用于容纳单体电池120-124的“V”形槽(未示出)。“V”形槽提供与单体电池连接的两个接触点。这两个接触点支持单体电池120-124使其处于适当的位置，防止单体电池120-124沿侧面移动。框架200也包括固定单体电池120-124末端的壁220，防止其产生末端到末端的移动。因此，框架200连同电池衬垫115一起被置于顶壳110和底壳105中，支撑单体电池120-124，并将它们固定在适当的位置防止它们移动。
图3显示了电耦合组件205的一个实施例。该电耦合组件205包括多个内部电接头300和一对外部电接头305。内部电接头300包括多个相邻的电池接头310A-310D和多个第一电路板接头315A-315D。相邻的电池接头310A-310D与相邻的单体电池120-124电耦合。例如，电池组100中单体电池120-124串联相连，电池接头310D将电池120的正接线端连接到相邻单体电池121的负接线端。每个相邻的电池接头310A-310D分别与电路板接头315A-315D连接。
外部电接头305包括电池接头320A和320B以及与它们分别连接在一起的第二电路板接头325A和325B。通过第二电路板接头325A和325B与电池接头320A和320B的连接，第二电路板接头325A和325B向电动工具供电，该电能来自整个电池组100(即所有单体电池120-124)。因此，通过第二电路板接头325A和325B以及电池接头320A和320B的电流(即为电动工具供电时)大于通过内部接头300的电流，并且第二电路板接头325A和325B以及电池接头320A和320B采用足以承受较大电流的材料制造。
在制造电池组100的过程中(即将电耦合组件205置于框架200中之前)，多个连接结330-334保持内部接头300和外部接头305处于恰当的位置。一旦电耦合组件205被置于框架200中，连接结330-334被剪断，以切断内部接头300和外部接头305之间的电连接。在一些实施例中，电耦合组件205被形成两个组件，而不是一个；例如，通过不将连接结332包括在内，电耦合组件A和电耦合组件B可以被形成。
电耦合组件205可由合适材料(如镍)的平板通过冲压而形成。然后，电路板接头315A-315D和325A-325D可向上弯折，与材料的平板所形成的平面成90度夹角。电池接头310A-310D以及320A-320B可向下弯折，与材料的平板所形成的平面成90度夹角。弯折作为每个电池接头310A-310D和320A-320D一部分的多个连接调整片(tab)327，以使调整片327与电池接头310A-310D和320A-320D偏离。调整片327也包括孔328，以利于在将调整片327电焊(soldering)和/或弧焊(welding)至单体电池120-124时所使用的材料的流动。弧焊/电焊材料流入孔328中，会在调整片327和单体电池120-124之间形成更加牢固的物理连接和电连接。在一些实施例中，调整片327包括凹陷328，以在弧焊时集聚能量，并且在调整片327和单体电池120-124之间形成更加牢固的物理连接和电连接。
图4显示了与单体电池120-124以及电路板135装配在一起的联接装置130。单体电池120-124以适当的方式(如通过弧焊)与电池接头310A-310D和320A-320B连接。此外，电路板接头315A-315D和325A-325B通过适当方式(如通过电焊)与电路板135连接。
图5A显示了将电耦合组件205置于框架200中，且单体电池120-124与单体电池接头310A-310D和320A-320B弧焊之后，剪断连接结330-334之前的联接装置130的电连接。图5B显示了剪断连接结330-334之后，并且单体电池120-124已与单体电池接头310A-310D以及320A-320B弧焊的联接装置130的电连接。实际上，在电耦合组件205被置于框架200中之后，并且在单体电池120-124与单体电池接头310A-310D弧焊之前，连接结330-334被剪断，以防止单体电池120-124短路。
如共同待审的2005年5月25日提交的第11/138,070号美国专利申请所公开的，电路板135可以对每个单体电池120-124单独监控和充电，其内容作为参考引用于此。例如，接入单体电池121的线路穿过电路板连接头315A和315D。接入单体电池122的线路穿过电路板接头315A和315C。电池组100通过电路板接头325A和325B供电(如向电动工具供电)。
所示及所述实施例装配电池组100以使每个单体电池120-124与串联结构中的一个或多个相邻的电池120-124耦合，并且也与电路板135耦合。由于每个电池120-124的每个接线端仅弧焊和/或电焊了一次，所以很大程度地降低了制造工序的复杂程度和花费。
本发明描述了由串联连接的单体电池组成的电池组的实施例，然而本发明适用于任何多个单体电池组成的电池组，无论单体电池采用串联、并联或者串并联合的方式，本发明均可适用。此外，虽然结合某些优选实施例(即用于电动工具的电池组)详细的描述了本发明，但在本发明的一个或多个独立方面所涉及的范围和精神内可以存在变化和修改，可包括但不限于：汽车、飞机、轮船、玩具、调度设备、真空吸尘器、相机、电脑和音箱设备。此外，本发明的实施例可应用于高压或低压设备。
因此，除此之外本发明提供一种电池组，其中该电池组的每个单体电池通过单次电焊与电路板和相邻的单体电池耦合。本发明的各种特点和优点如附属的权利要求所述。

Claims (20)

1、一种用于电池组的联接装置，该联接装置包括：
框架；以及
电耦合组件，该电耦合组件固定在所述框架上，该电耦合组件包括多个电池接头、多个电路板接头和多个连接结，在将该电耦合组件固定到所述框架上之后所述连接结被剪断，在剪断所述连接结之后，该电耦合组件通过所述多个电池接头和所述多个电路板接头为多个单体电池提供单独的电连接。
2、根据权利要求1所述的联接装置，其中所述电耦合组件包括第一外部电接头和第二外部电接头，该第一和第二电接头具有能承受电动工具工作时的电流的尺寸。
3、根据权利要求1所述的联接装置，其中所述电耦合组件以串联的构造连接所述单体电池。
4、根据权利要求1所述的联接装置，其中在所述连接结被剪断之后，所述单体电池与所述电耦合组件相连，所述电耦合组件是与单体电池物理连接的唯一结构。
5、一种制造电池组的方法，所述电池组包括顶壳、底壳、框架、电池衬垫、多个单体电池、电路板和电耦合组件，所述电耦合组件具有多个连接结、多个电池接头和多个电路板接头，该方法包括：
将所述电耦合组件置于所述框架中；
切断所述多个连接结；
在切断所述连接结之后，将所述单体电池与所述多个电池接头相连接；以及
将所述电路板与所述多个电路板接头相连接；
其中所述电路板与每个单体电池单独电连接。
6、根据权利要求5所述的方法，该方法还包括通过所述电池衬垫支撑所述单体电池。
7、根据权利要求5所述的方法，该方法还包括将所述框架、电耦合组件、电池衬垫、多个单体电池和电路板封装在所述顶壳和底壳中。
8、根据权利要求5所述的方法，该方法还包括由一块平板材料冲压成所述电耦合组件。
9、根据权利要求8所述的方法，该方法还包括以第一方向将所述多个电路板接头弯折成与所述平板材料所形成的平面基本上成90度。
10、根据权利要求9所述的方法，该方法还包括以第二方向将所述多个电池接头弯折成与所述平板材料所形成的平面基本上成90度，所述第二方向与所述第一方向相反。
11、根据权利要求5所述的方法，其中所述单体电池与所述电池接头的连接包括弧焊和电焊中的一者。
12、根据权利要求5所述的方法，该方法还包括通过所述框架、电耦合组件、电池衬垫和处于较低位置的壳来支撑所述单体电池，以防止所述单体电池的移动。
13、根据权利要求5所述的方法，该方法还包括将所述电路板支撑在所述框架上。
14、一种电动工具电池组，该电动工具电池组包括：
底壳；
电池衬垫，该电池衬垫位于所述底壳上；
多个单体电池，该多个单体电池由所述电池衬垫支撑；
电联接装置，该电联接装置与所述多个单体电池耦合，该电联接装置包括：
框架，以及
电耦合组件，该电耦合组件固定在所述框架上，该电耦合组件包括多个电池接头、多个电路板接头和多个连接结，在将电耦合组件固定到所述框架上之后所述连接结被剪断，在剪断所述连接结之后，该电耦合组件通过所述多个电池接头和所述多个电路板接头为所述多个单体电池提供单独的电连接；
电路板，该电路板被支撑在所述框架上；以及
顶壳，该顶壳固定在所述底壳上，所述顶壳和底壳基本上封装了所述电池衬垫、多个单体电池和电联接装置。
15、根据权利要求14所述的电动工具电池组，其中所述顶壳被可移动地容纳在电动工具中。
16、根据权利要求14所述的电动工具电池组，其中所述电联接装置、电池衬垫和底壳限制所述多个单体电池，以防止单体电池的移动。
17、根据权利要求14所述的电动工具电池组，其中所述电耦合组件通过冲压一块平的金属片，并以第一方向将多个电路板接头弯折90度，且以第二方向将多个电池接头弯折90度而制成，所述第二方向与所述第一方向相反。
18、根据权利要求14所述的电动工具电池组，其中所述多个单体电池仅与所述电池接头连接。
19、根据权利要求14所述的电动工具电池组，其中所述电池衬垫包括多个槽。
20、根据权利要求19所述的电动工具电池组，其中所述多个槽基本上成V形，并且多个单体电池中的每个电池被所述多个槽中的一个槽所支撑。
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