CN102047470A - 电池单元互连系统 - Google Patents
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Abstract
提供一种用于互联多个电池单元的柔性且可适应的电池单元互连系统。该电池单元互连系统包括传导性互连件，其具有：第一终结端和第二终结端，第一终结端偏离第二终结端且由中间部分分开；设置在第一终结端和第二终结端的每个上的一对间隔开的螺纹杆件；以及在中间部分之上设置在传导性互连件外表面上的绝缘套管。该系统还包括：一对V形传导性端子线夹，用于通过相应一些间隔开的开孔被布置在相应一些间隔开的杆件上；以及多个螺纹螺母，用于布置在每个螺纹杆件上，其中，端子线夹用于夹持多个电池单元的电极。
Description
技术领域
本发明主要涉及电池，并且更具体地涉及一种用于使多个电池单元互连的互连系统。
背景技术
使用诸如汽油和柴油的化石燃料的车辆会产生通常包括各种污染物的废气。将可充电和放电的储存电池组或二次电池用作车辆电源的技术，作为一种解决上述问题的方法已经得到了广泛的关注。从而研制出仅使用电池工作的电动车辆(EV)和将电池和常规内燃机一起使用的混合动力电动车辆，且一些目前已经商用。各种镍金属氢化物(NiMH)的二次电池已经广泛用作EV和HEV应用中的电源。然而，最近提出了使用锂离子电池，具体而言是锂聚合物二次电池。
对于将用作电源的这些二次电池组，需要高输出和大容量。出于此原因，这些电池通常由多个小电池单元(单元电池)构成，单元电池彼此串联或并联地互连来形成电池模块。互连多个电池模块以获得具有所期望的输出和容量特征的电池组。
为了在各种应用中使用上述类型的电池组，在这些应用当中，与电池组有电力交流的装置要进行运动，举例来说，例如，各种机动车辆、飞行器、船舶、火车等，通常所期望的是建立起耐用的电池单元互连件，其可用于电互连单个电池组模块内、或电池组模块之间或两者情形的多个电池单元，且在模块之间提供电互连来形成电池组。耐用的电池单元互连必须在制造和工作环境中提供适合的电互连和电接触，该制造和工作环境可包括与车辆或船舶的安装或运动相关的各种力和力矩，以及可引起各种形式的腐蚀和其它降解过程的温度极限和大气污染。尽管已经提出了用于使单个电池单元互连的一些互连件，但电池单元电极的性质，如它们的大小、形状、间距、电极材料、材料特征等，以及电池单元的性质，如它们的大小、形状、电池间距、电池内和电池间的电极间距等，是随新电池单元构造和材料的发展而不断且快速地变化的。因此，所期望的是研发出用于可在上述类型的电池模块和电池组中使用的电池单元的互连件。
发明内容
总的来说，本发明提供了柔性且适应于使多个电池单元互连的电池单元互连系统。本发明的电池组互连系统是可伸缩的，且可构造成用以解决不断且快速变化的电池单元构造和材料，这可以改变电池单元电极的性质，如它们的大小、形状、间距、电极材料、材料特性等，以及电池单元的性质，如它们的大小、形状、电池间距、电池内和电池间的电极间距等。该互连系统可在多个电池的数目可变的情况下使多个电池单元互连。
该电池单元互连系统的示例性实施例包括传导性互连件，其具有第一终结端和第二终结端，该第一终结端偏离第二终结端且由中间部分与其分开；布置在第一终结端和第二终结端的每个上的一对间隔开的螺纹杆件；以及，在中间部分上布置在传导性互连件外表面上的绝缘套管。该系统还包括一对V形传导性端子线夹，每个端子线夹具有一对交叉支腿，每个支腿均具有位于其上的接触面；以及，布置在支腿交叉点处的一对间隔开的开孔，每个V形端子线夹用来通过间隔开的开孔的相应一些布置在间隔开的杆件的相应一些上。该系统还包括用于布置在每个螺纹杆件上的多个螺纹螺母，其中，端子线夹用于通过将接触面压迫接合到传导性互连件外表面来夹持多个电池单元的电极。
该互连系统可提供的是，传导性互连件具有S形。
该互连系统还可提供的是，传导性互连件包括铝或铜。
该互连系统还可提供的是，V形端子线夹包括铝或铜。
该互连系统还可构造成每个V形端子线夹均在交叉支腿顶端具有平面，该平面包括间隔开的开孔。
该互连系统还可提供的是，传导性互连件大致为圆柱形。
还可构造该互连系统使得第一终结端和第二终结端分别具有平面，其中，相应的成对的螺纹杆件布置在该平面上，且延伸穿过传导性互连件。
还可构造该互连系统使得偏离使第一终结端分开一定偏离距离，且传导性互连件具有一定长度，其中，该长度大于偏离差。互连系统还可构造成使得长度对偏离距离的比大于2。
电池单元互连系统的另一示例性实施例包括传导性互连件，其具有：第一终结端和第二终结端，第一终结端与第二终结端偏离且由中间部分从其中分开；布置在第一终结端上的第一对间隔开的螺纹杆件和布置在第二终结端上的第二对间隔开的螺纹杆件；以及，在中间部分上布置在传导性互连件外表面上的绝缘套管。该系统还包括：第一V形传导性端子线夹和第二V形传导性端子线夹，端子线夹的每个均具有一对交叉支腿，每个支腿均具有位于其上的接触面；以及，布置在支腿交叉点处的一对间隔开的开孔，第一端子线夹通过其间隔开的开孔对布置在第一终结端处的第一对间隔开的杆件上，而第二端子线夹通过其间隔开的开孔对布置在第二终结端处的第二对间隔开的杆件上。该系统还包括多个螺纹螺母，每个螺纹螺母均布置在一个螺纹杆件上。该系统还包括多个电池单元，每个电池单元具有第一传导性电极、第二传导性电极和它们之间的电极间距，电池单元与彼此大致轴向对齐的第一电极和彼此大致轴向对齐的第二电极触摸接触，多个电池单元的第一半部分使它们的第一电极夹持在第一端子线夹与第一终结端的接触面之间以在其间形成第一电接触，而多个电池单元的第二半部分使它们的第二电极夹持在第二端子线夹与第二终结端的接触面之间以在其间形成第二电接触。
本领域的技术人员将通过优选实施例的详细说明而更为清楚本发明的这些及其它特征和优点。以下描述伴随具体实施方式的附图。
附图说明
下文为附图的简要描述，在几个视图中，相似的元件编号相同：
图1为根据本发明示例性实施例的互连件的透视图；
图2为根据本发明示例性实施例的V形端子线夹的透视图；
图3为本发明的电池单元互连系统的示例性实施例的俯视图；
图4为图3中的电池单元互连系统的局部前视图；
图5为图3中的电池单元互连系统的局部透视图；以及
图6为本发明的电池单元互连系统的另一示例性实施例的俯视图。
具体实施方式
本发明提供了柔性且适应于使多个电池单元互连的电池单元互连系统。本发明的电池组互连系统是可伸缩的，且可构造成解决不断且快速变化的电池单元构造和材料，可改变电池组电极的性质的问题，所述电池组电极的性质如它们的大小、形状、间距、电极材料、材料特性等，以及电池单元的性质，如它们的大小、形状、电池间距、电池内和电池间的电极间距等。互连系统可用于使多个电池单元互连，其中，多个电池的数目可从相对少的电池数目变化至足以形成电池模块(例如，6至20)的数目，至涵盖多个电池模块的数目，且包括足以形成电池组的数目。
参见图1至图5，公开了一种用于使多个电池单元100电互连的电池单元互连系统10以及其中所结合的部件的示例性实施例。参见图3和图5，由电池单元互联系统10互连的电池单元100的数目可足以构成电池组模块110。参见图6，电池单元互连系统10还可用于使多个电池组模块110互连来形成电池组120。
电池单元互连系统10包括传导性互连件12。传导性互连件12可由具有足够的传导率来传送电功率往返于电池和装置的任何适合的导电材料制成，利用该导电材料，传导性互连件12处于电力交流。例如，传导性互连件12可由具有较高导电性的材料制成，如纯铝或各种铝合金，或纯铜或各种铜合金，或它们的组合。增大传导率或降低电阻会减小传导性互连件12和相关系统部件(包括电池单元)的电阻发热。传导性互连件12可具有任何适合的形状或横截面轮廓，如大致为圆柱形或大致为矩形。在示例性实施例中，传导性互连件12由具有大约7.94mm直径的6061T6铝合金圆柱形杆件制成。纯铝和铝合金，以及纯铜和铜合金容易用于具有在此所述形状的多种杆件和条形件形式。
传导性互连件12具有第一终结端14和第二终结端16。这些端部用于与电池电极进行电连接或电终结(electrical termination)。第一终结端14和第二终结端16可具有任何适合的长度，且这些长度对于相应的端部是不同的。这些长度通常将选为容纳电池电极的宽度。第一终结端14和第二终结端16相对于它们相应的纵轴线18和20彼此偏离一定的偏离距离(d)。在示例性实施例中，偏离距离(d)为大约30.75mm。然而，该偏离距离(d)可为任何适合的距离，且可结合电池的厚度和电池间电极间距(不同电池中相似极性的电极之间的间距)，电池电极的长度和其它因素而变化。传导性互连件12还具有全长(1)，如图1和图3中所示的在相应端部之间。在示例性实施例中，长度(1)为大约80mm。然而，全长(1)可为任何适合的长度，且可结合电池内的电极间距(给定电池内相反极性的电极的间距)和其它因素而变化。长度(1)和偏离距离(d)的该组合提供了大于2的比例(1/d)。
第一终结端14和第二终结端16由在其间延伸的中间部分22而彼此分开。中间部分22中的传导性互连件12的外表面24由电绝缘层26覆盖。绝缘层26可包括绝缘套管26，该绝缘套管26滑动配合在中间部分22上，或可通过任何绝缘层沉积方式沉积到中间部分22上。绝缘层26可包括任何适合的电绝缘材料，如各种电绝缘工程塑料，包括可用作收缩包覆管或套管的那些材料，使得它们在外表面24上滑动配合至中间部分22，且然后加热来促使管收缩，从而在中间部分上形成紧固适合的绝缘层26。绝缘层26用于防止意外电弧、放电或传导性互连件12与并未直接连接到传导性互连件12上的相邻电池的电池电极之间的接触。绝缘层26可以以任何适合的方式布置在中间部分22的外表面24上。
参见图1至图6，一对间隔开的螺纹杆件26，28设置在第一终结端14和第二终结端16的每个上。螺纹杆件26位于第一终结端14上，而螺纹杆件28位于第二终结端16上。杆件26，28相对于相应纵轴线18和20大致正交地延伸，且通常具有可排列成与纵轴线18，20交叉的它们各自的纵轴线19，21。通过旋入到适当定位的螺纹开孔对的所述方式来设置螺纹杆件，螺纹开孔在第一终结端14和第二终结端16上延伸穿过传导性互连件12。然而，螺纹杆件另外可通过任何适合的附接方式或方法来设置。螺纹杆件间隔开足够的距离来使得电池电极能够容纳在其中。通常，给定对中的相应的一个之间的间距将大于或等于电池电极的宽度。将考虑传导性互连件12的直径且参照在此描述的其它部件的附接及其大小相关联的转矩要求来选择杆件的延长长度和直径、螺距及其它的材料和材料特性。在示例性实施例中，螺纹杆件为带头的不锈钢机器螺栓。
现参见图2至图5，电池单元互连系统10还包括第一V形传导性端子线夹40和第二V形传导性端子线夹40。每个都使用相同的参考标号，因为通常出于部分标准化和成本考虑而优选使它们相同；然而，这不是必需的，且第一V形传导性端子线夹40和第二V形传导性端子线夹40可彼此不同，如通过具有不同的大小，或通过由不同材料制成，或通过具有不同的外部修整(finish)或标记。每个V形传导性端子线夹40具有一对交叉支腿42，44。支腿42，44的每个在其相应的相对内表面上具有相应的电接触面46，48。每个线夹40还具有相应的一对间隔开的开孔50，开孔50沿支腿交叉点的转角设置在支腿交叉点处。更具体而言，如图4中所示，开孔50可沿平分延伸穿过支腿42，44的中平面53，55的平面51中心定位。每个V形端子线夹还可包括位于包围(encompass)间隔开的开孔的交叉支腿顶端处的平面57。所示的平面57延伸线夹的整个长度，且为紧固件底座提供支承、安置表面，该紧固件用于将夹持力施加到线夹40上，如螺纹螺母52。第一端子线夹40用来进行布置，且在安装时，通过其间隔开的开孔对50布置在第一终结端14处的第一对间隔开的杆件28上。同样，第二端子线夹40用来进行布置，且在安装时，通过其间隔开的开孔对50布置在第二终结端16处的第二对间隔开的杆件30上。
第一V形传导性端子线夹40和第二V形传导性端子线夹40还可由具有足够的传导性来向电池和装置传递电力和将电力传递到电池和装置的任何适合的导电材料制成，利用该导电材料，其进行电力交流。例如，线夹40可由具有高导电性的材料制成，如纯铝或各种铝合金，或纯铜或各种铜合金，或它们的组合。增大传导性或降低电阻会减小线夹40和包括电池单元的相关系统部件的电阻发热。线夹40可具有任何适合的大小。在示例性实施例中，线夹40由6061 T6铝合金制成，该铝合金由具有在此所示的V形而没有平面的条形料形成。平面57机械制作成图2中所示的形状。支腿42，44的厚度为大约3.175mm，支腿的宽度为大约12.7mm，而线夹40的全长为大约20.32mm。纯铝和铝合金，以及纯铜和铜合金容易用于具有在此所述形状的多种杆件和条形件形式。传导性互连件12和线夹40两者的制备将包括彻底清洁和去油污来除去可能无传导性的材料，具体是从接触面46，48和终结端14，16上除去。
参见图3至图6，在此所述的电池单元100可为任何适合的可再充电池单元。在示例性实施例中，电池单元为锂聚合物(LiPo)电池单元，但电池单元互连系统10可还可结合其它类型的电池单元100使用。每个电池单元100具有大约186.50mm的长度，大约103.25mm的宽度和大约7.20mm的厚度。以触摸接触来设置电池单元100，且优选为通过一系列互连构件机械地互锁和固定到彼此上，以便保持连接的电池网络，如图3和图5中所示的六个电池，该网络也可包括电池模块110。电池单元100每个具有两个电池电极，一个具有负极，而另一个具有正极。在示例性实施例中，电池电极包括具有大约0.20mm的厚度和大约20mm的宽度的金属带。具有正极(阴极)的电极包括阳极氧化铝。具有负极(阳极)的电极包括镀镍的铜。在所示的布置中，电池单元100布置成同一极性(例如，正或+)的所有第一电极64均轴向对齐，而极性相反的所有第二电极62(例如，负或-)也轴向对齐。如图3和图5中所示，电池单元互连系统10然后用于使多个电池单元的各种电极互连，如下所示。多个(例如，6个)电池单元100的第一半部分(例如，3个)使其第一电极64设置在且夹持在第一端子线夹40和第一终结端14的接触面46，48之间，以通过紧固设置在螺纹杆件28上的螺母52来在其间形成第一电接触。螺母52应当上紧固至足以提供较低电阻电接触的转矩，转矩可随线夹40的大小、传导性互连件12、电池电极大小和材料等变化。在示例性实施例中，施加的转矩为大约1.2N-m。在示例性实施例中，所述电池单元互连系统10产生大约150微欧或更小的接触电阻。多个电池单元100的第二半部分(例如，3个)使其第二电极62夹持在第二端子线夹40和第二终结端16的接触面46，48之间，以在其间形成第二电接触。以此方式，电池单元的第一半部分与第二半部分串联。出于示例的目的，该机械和电互连的电池的组可称为电池模块110，但给定构造的每一模块110的多个电池单元100可与图示的标号不同。如图3和图5中可见，该布置使相应的未附接电池电极64，62可用于电池单元互连系统10的另一应用，即，相邻模块110的互连，如图6中的另一示例性实施例所图示的。因此，电池单元互连系统10的另一应用同样可用于使多个电池模块110互连来形成电池组120。
电池单元互连系统10可容易地在大小上伸缩，以适于更少或更多的电池单元、不同大小的电池单元、不同载流能力的电池单元等的互连。在此所述的电池单元互连系统10可用于使LiPo电池单元互连以形成具有高输出和大容量的电池模块和电池组，如需要提供二次电池组来在EV和HEV应用中用作电源。
已经根据相关法定标准描述了前述发明，因此，该说明在性质上是示例性的，而非限制性的。实施例所公开的变型和修改对于本领域的技术人员是容易想到的，且归入本发明的范围内。因此，本发明提供的法律保护范围只可通过研究权利要求来确定。
Claims (20)
1.一种电池单元互连系统，包括：
传导性互连件，其具有第一终结端和第二终结端，所述第一终结端偏离所述第二终结端且由中间部分与其分开；布置在所述第一终结端和所述第二终结端的每个上的一对间隔开的螺纹杆件；以及在所述中间部分上布置在所述传导性互连件外表面上的绝缘层；
一对V形传导性端子线夹，每个端子线夹具有：一对交叉支腿，每个支腿在其上具有接触面；以及布置在所述支腿的交叉点处的一对间隔开的开孔，每个V形端子线夹用来通过所述间隔开的开孔的相应一些布置在所述间隔开的杆件的相应的一些上；以及
多个螺纹螺母，用来布置在所述螺纹杆件的每个上，其中，所述端子线夹用于通过将所述接触面压迫接合到所述传导性互连件的外表面来夹持多个电池单元的电极。
2.根据权利要求1所述的互连系统，其中，所述传导性互连件具有S形。
3.根据权利要求1所述的互连系统，其中，所述传导性互连件包括铝或铜。
4.根据权利要求1所述的互连系统，其中，所述V形端子线夹包括铝或铜。
5.根据权利要求1所述的互连系统，其中，所述V形端子线夹的每个在所述交叉支腿的顶端处具有包括所述间隔开的开孔的平面。
6.根据权利要求1所述的互连系统，其中，所述传导性互连件大致为圆柱形。
7.根据权利要求1所述的互连系统，其中，所述第一终结端和所述第二终结端分别具有平面，其中，所述螺纹杆件的相应对布置在所述平面上，且延伸穿过所述传导性互连件。
8.根据权利要求1所述的互连系统，其中，所述偏离使得所述第一终结端和所述第二终结端分开一定偏离距离。
9.根据权利要求8所述的互连系统，其中，所述传导性互连件具有一定长度。
10.根据权利要求9所述的互连系统，其中，所述长度大于偏离差。
11.根据权利要求9所述的互连系统，其中，所述长度与所述偏离距离的比大于2。
12.一种电池单元互连系统，包括：
传导性互连件，其具有：第一终结端和第二终结端，所述第一终结端偏离所述第二终结端且由中间部分与其分开；布置在所述第一终结端上的第一对间隔开的螺纹杆件和布置在所述第二终结端上的第二对间隔开的螺纹杆件；以及，在所述中间部分上布置在所述传导性互连件的外表面上的绝缘层；
第一V形传导性端子线夹和第二V形传导性端子线夹，所述端子线夹的每个具有：一对交叉的支腿，每个支腿在其上具有接触面；以及，布置在所述支腿的交叉点处的一对间隔开的开孔，所述第一端子线夹通过其间隔开的开孔对布置在所述第一终结端处的所述第一对间隔开的杆件上，以及所述第二端子线夹通过其间隔开的开孔对布置在所述第二终结端处的所述第二对间隔开的杆件处；
多个螺纹螺母，每个螺纹螺母布置在一个所述螺纹杆件上，以及
多个电池单元，每个电池单元具有第一传导性电极、第二传导性电极和它们之间的电极间距，所述电池单元与彼此大致轴向对齐的所述第一电极和彼此大致轴向对齐的所述第二电极触摸接触，所述多个电池单元的第一半部分使其第一电极夹持在所述第一端子线夹和所述第一终结端的接触面之间以在其间形成第一电接触，以及所述多个电池单元的第二半部分使其第二电极夹持在所述第二端子线夹和所述第二终结端的接触面之间以在其间形成第二电接触。
13.根据权利要求12所述的互连系统，其中，所述传导性互连件具有S形。
14.根据权利要求12所述的互连系统，其中，所述传导性互连件包括铝或铜。
15.根据权利要求12所述的互连系统，其中，所述V形端子线夹包括铝或铜。
16.根据权利要求12所述的互连系统，其中，所述V形端子线夹的每个在所述交叉支腿顶端处具有包括所述间隔开的开孔的平面。
17.根据权利要求12所述的互连系统，其中，所述传导性互连件大致为圆柱形。
18.根据权利要求12所述的互连系统，其中，所述第一终结端和所述第二终结端分别具有平面，其中，所述螺纹杆件的相应对布置在所述平面上，且延伸穿过所述传导性互连件。
19.根据权利要求12所述的互连系统，其中，所述第一传导性电极和所述第二传导性电极包括薄的柔性金属带。
20.根据权利要求19所述的互连系统，其中，所述第一传导性电极和所述第二传导性电极包括铝或铜或它们的组合。
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