CN102779967B - 带有集成母线的电池单元 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及带有集成母线的电池单元，具体地，一种电池单元具有主本体，该主本体包括被构造成通过电化学反应产生功率的活性材料。第一端子布置在所述主本体上并且包括集成母线。所述集成母线被构造成将所述电池单元放置成与相邻电池单元的第二端子电连通。

Description

带有集成母线的电池单元
技术领域
本发明涉及一种电池组并且更具体地涉及一种用于电池组的集成母线。
背景技术
电池单元已经作为用于电动汽车和各种其它应用的清洁、有效和环保的电源。一种类型的电池单元被称作锂离子电池。锂离子电池是可再充电的并且能形成为多种形状和大小，以有效地填充电动汽车中的可用空间。例如，电池单元可以呈现棱柱形筒的形式。
能将多个电池单元提供在电池组中以提供足以操作电动汽车的电量。典型地，多个电池单元用分离的细长母线互连。分离的母线通常具有接纳来自电池单元的柱的多个孔。通常，柱螺接并且连接到母线，或者被直接焊接到母线。由于各个连接处的电阻，沿着母线的多个不同的电接触面能导致功率损失。沿着母线的大量的电接触面也增加了不期望的电池组性能的可能性，并且导致已知电池组的制造复杂性。
有对于这样的电池组组件的持续需求，即，其允许电池单元与最小量的部件电连接，使质量最小化，并且使电池组组件内的电阻最小化。期望地，电池组组件使电池组组件的不期望性能的可能性和制造复杂性最小化。
发明内容
依照本发明，惊人地发现了一种这样的电池组组件，即，其允许电池单元与最少量的部件电连接、使电池组组件内的电阻最小化、使电池组组件的质量最小化、使不期望的性能的可能性最小化、并且使电池组组件的制造复杂性最小化。
在第一实施方式中，一种电池单元包括主本体，所述主本体具有被构造成通过电化学反应产生功率的活性材料。所述电池单元还包括具有集成母线的第一端子。所述集成母线被构造成将所述电池单元放置成与相邻电池单元的第二端子电连通。
在另一实施方式中，一种电池单元组件包括具有主本体和带有集成母线的第一端子的第一电池单元，所述主本体带有被构造成通过电化学反应产生功率的活性材料。所述电池单元组件还包括布置成邻近所述第一电池单元的第二电池单元。所述第二电池单元具有主本体，所述主本体包括被构造成通过电化学反应产生功率的活性材料。所述第二电池单元也具有第二端子，所述第二端子与所述第一电池单元的集成母线电连通。
在另一实施方式中，一种电池单元组件包括具有主本体和带有集成母线的第一端子的第一电池单元，所述主本体带有被构造成通过电化学反应产生功率的活性材料。所述集成母线是基本上L形的并且包括从所述主本体向外延伸的第一部分。所述集成母线还包括连接到所述第一部分的第二部分。所述第二部分从所述第一部分向侧向延伸。所述电池单元组件还包括布置成邻近所述第一电池单元的第二电池单元。所述第二电池单元具有主本体，所述主本体包括被构造成通过电化学反应产生功率的活性材料。所述第二电池单元也具有第二端子，所述第二端子与所述第一电池单元的集成母线的第二部分电连通。
本发明还提供如下方案：
1. 一种电池单元，包括：
主本体，所述主本体包括构造成通过电化学反应产生功率的活性材料；和
具有集成母线的第一端子，所述集成母线构造成将所述电池单元放置成与相邻电池单元的第二端子电连通。
2. 如方案1所述的电池单元，其中所述集成母线包括：从所述主本体向外延伸的第一部分；和连接到所述第一部分并且从所述第一部分侧向延伸的第二部分。
3. 如方案2所述的电池单元，其中所述集成母线是基本上L形的。
4. 如方案3所述的电池单元，其中所述集成母线具有形成在所述第二部分中的孔，所述孔被构造成接纳所述相邻电池单元的第二端子的电柱。
5. 如方案4所述的电池单元，其中所述电柱是带有螺纹的并且被构造成用螺母固定到所述集成母线。
6. 如方案1所述的电池单元，其中所述集成母线是刚性的并且由单块导电材料形成。
7. 如方案6所述的电池单元，其中所述集成母线由铝和铜中的一种形成。
8. 如方案1所述的电池单元，其中所述集成母线是刚性的并且包括用第二导电材料涂覆的第一导电材料。
9. 如方案1所述的电池单元，其中所述集成母线是刚性的并且包括用第二导电材料包层的第一导电材料。
10. 如方案1所述的电池单元，其中所述集成母线是柔性的并且由多个导电层形成。
11. 如方案10所述的电池单元，其中层状结构由多个薄铜片形成。
12. 如方案1所述的电池单元，其中所述集成母线是柔性的并且包括编织的导电材料。
13. 如方案12所述的电池单元，其中所述集成母线由编织铜形成。
14. 一种电池单元组件，包括：
具有主本体和带有集成母线的第一端子的第一电池单元，所述主本体包括被构造成通过电化学反应产生功率的活性材料；
布置成邻近所述第一电池单元的第二电池单元，所述第二电池单元具有主本体和第二端子，所述主本体包括被构造成通过电化学反应产生功率的活性材料，并且所述第二端子与所述第一电池单元的集成母线电连通。
15. 如方案14所述的电池单元组件，其中所述第一电池单元的第一端子的集成母线被焊接到所述第二电池单元的第二端子。
16. 如方案14所述的电池单元组件，其中所述集成母线包括从所述主本体向外延伸的第一部分，和连接到所述第一部分并且从所述第一部分向侧向延伸的第二部分。
17. 如方案16所述的电池单元，其中所述集成母线是基本上L形的。
18. 如方案17所述的电池单元，其中所述集成母线具有形成在所述第二部分中的孔，并且所述第二电池单元的第二端子包括电柱，所述电柱被接纳在所述第一电池单元的集成母线的孔中。
19. 如方案18所述的电池单元，其中所述电柱具有螺纹并且用螺母附连到所述集成母线。
20. 一种电池单元组件，包括：
具有主本体和带有集成母线的第一端子的第一电池单元，所述主本体包括被构造成通过电化学反应产生功率的活性材料，其中所述集成母线是基本上L形的并且包括从所述主本体向外延伸的第一部分，和连接到所述第一部分并且从所述第一部分向侧向延伸的第二部分；
布置成邻近所述第一电池单元的第二电池单元，所述第二电池单元具有主本体和第二端子，所述主本体包括被构造成通过电化学反应产生功率的活性材料，并且所述第二端子与所述第一电池单元的集成母线的第二部分电连通。
附图说明
通过下面的详细描述，尤其是当根据这里所描述的附图考虑时，本发明的上面的以及其它的好处对本领域技术人员而言将变得是更加显而易见的。
图1是根据本发明的一个实施方式的、带有被示为电连通的两个电池单元的电池组的透视图；
图2是在图1的圆圈2中所示的电池组的放大的部分透视图，进一步示出了其中一个电池单元的集成母线的接片；
图3是根据本发明的另一实施方式的、带有被示为电连通的两个电池单元的电池组的透视图；和
图4A-4E是在图1中的截面线4处截取的电池组的放大的部分横截面图，进一步示出了其中一个电池单元的集成母线的各种实施方式。
具体实施方式
下面的详细描述和附图描述和示出了本发明的各个实施方式。描述和附图用来使本领域技术人员能制造和使用本发明，并且不旨在以任何方式限定本发明的范围。
参考图1-2，示出了根据本发明的一个实施方式的电池单元组件100。电池单元组件100包括多个电池单元102、104。所示的电池单元102、104是棱柱形筒式电池单元。作为非限制性的例子，电池单元102、104可以是棱柱形筒式锂离子（Li-ion）电池单元。应当认识到，在本发明的范围之内，也可以使用应用不同结构诸如圆柱形和不同电化学性的其它筒式电池单元102、104。尽管在图1中仅仅示出了两个电池单元102、104，但应当理解，额外的类似电池单元102、104可以以阵列布置以形成本发明的电池组组件100。
本发明的电池单元组件100包括第一电池单元102和第二电池单元104。第一电池单元102在电池单元102、104的阵列中布置成例如邻近第二电池单元104。第一电池单元102和第二电池单元104中的每一个都具有主本体106，主本体106带有被构造成通过电化学反应产生功率的活性材料。第一电池单元102和第二电池单元104每个还分别包括第一端子108和第二端子110。第一端子108可以是正极并且第二端子10可以是负极，或者根据需要也可以正好相反。
在第一端子108被用在筒为正极的电池系统中时，例如，如同图1-4E中所示的那样，第一端子110可以与主本体106电连通。然而，熟练的技工应当理解，本发明也可以应用到筒为不带电的电池系统中，其中第一端子108与主本体106电绝缘，例如，通过聚合物间隔器或类似装置。本领域技术人员因此应当认识到，根据需要，无论电池系统是筒为正极的或者筒为不带电的，都能使用本发明。
第一端子108具有集成母线112。集成母线112被构造成使第一电池单元102的第一端子108与相邻的第二电池单元104的第二端子110电连通。特别地，第一电池单元102的第一端子108的集成母线112连接到第二电池单元104的第二端子110。集成母线112可以焊接到第二端子110，例如，通过激光焊接或类似焊接方法。
在图3中所示的某个实施方式中，集成母线112具有形成在其内的孔114，并且第二端子110包括接纳在集成母线112的孔114中的电柱116。电柱116可以被螺接并且允许使用螺母117将集成母线112机械紧固到第二端子110。在本发明的范围内，也可以使用用于将第一电池单元102的第一端子110的集成母线112固定到第二电池单元104的第二端子110的其它手段。
现在参考图4A-4E，本发明的集成母线112包括第一部分118和第二部分120。第一部分118从主本体106向外侧向延伸。第二部分120与第一部分118相连接并且从第一部分118侧向延伸。在特定实施方式中，第一部分118和第二部分120是一体的。第二部分120悬挂在主本体106之上并且接触第二端子110以使第一电池单元102与第二电池单元104电连通。在一特定实施方式中，集成母线112的横截面是基本上L形的。在集成母线112具有第一部分118和第二部分120，并且集成母线112包括用于接纳电柱116的孔114的情况下，如同图3中所示的那样，孔114可以形成在集成母线112的第二部分中。
在图4A-4B中示出了集成母线112是刚性的实施方式。在集成母线112是刚性的情况下，应当认识到，第一电池单元102和相邻的第二电池单元104将不得不制造为不同的单元并且贯穿电池组100相互交替以确保第一和第二电池单元102、104串联在一起。作为非限制性的例子，刚性的集成母线112可以由单块导电材料形成，如同在图4A中所示的那样。作为特定的非限制性的例子，刚性的、单块集成母线可以由铝和铜中的一种形成。熟练的技工可以根据需要选择其它合适的刚性的导电材料。
参考图4B，集成母线112是刚性的并且包括第一导电材料122和第二导电材料124。第二导电材料124被涂覆在第一导电材料122上。作为非限制性的例子，第一导电材料122是铜并且第二导电材料是镍、锌、和锡中的一种。在集成母线112被涂覆的情况下，集成母线112可以是尤其适用于电阻焊接或机械紧固的，例如，如同在图3中所示的那样。第二导电材料124的涂层典型地是比第一导电材料122的金属更不带电的金属。第二导电材料124的涂层可以被设置以减少电腐蚀。应当理解，在本发明的范围内，第一导电材料122和第二导电材料124可以使用其它导电材料。
参考图4C，集成母线是刚性的并且包括用第二导电材料124包层的第一导电材料122。包层过程整合了限定的接触面125，在那里第一导电材料122和第二导电材料124被压在一起。第二导电材料124典型地选择成与第二端子110的材料焊接兼容。例如，在期望焊接诸如激光焊接的地方，第二导电材料124和第二端子110的材料可以使用相同或相似的材料。作为非限制性的例子，第一导电材料122可以由铝形成并且第二导电材料124可以由铜形成。将铜包层铝应用于集成母线112可以允许将集成母线112连接到第二端子110的所期望的焊接操作，例如，在第二端子110也由铜形成的情况下。应当理解，在本发明的范围内，第一导电材料122和第二导电材料124可以使用其它导电材料。
在图4D-4E中示出了集成母线112是柔性的实施方式。在集成母线112是柔性的情况下，应当认识到，第一电池单元102和相邻的第二电池单元104能制造为相同的，并且在第一电池单元102和第二电池单元104以阵列布置在电池组100内时集成母线112在所期望的方向上弯折或弯曲。例如，第一电池单元102可以具有在第一方向上弯折或弯曲的集成母线112，并且第二电池单元104可以具有在与第一方向不同的第二方向上弯折或弯曲的集成母线112，其中随后电池单元102、104以类似的方式在电池组100中交替以组装电池组100。柔性的集成母线112因此有利地有助于使本发明的电池组100的制造复杂性最小化。
如同在图4D中所示的那样，集成母线112是柔性的并且可以包括由多个导电层126形成的层状结构。作为非限制性的例子，导电层126可以包括多个薄铜片。各导电层126具有有助于由导电层126形成的层状结构弯曲的厚度。作为非限制性例子，各导电层126的厚度可以在大约5mil和大约20mil之间。薄导电层112的层状结构有助于集成母线112在电池组100的组装期间的弯折和弯曲。熟练技工可以根据需要选择导电层126的类型以及导电层的合适厚度。
参考图4E，集成母线112是柔性的并且可以包括编织的导电材料128。作为非限制性的例子，编织的导电材料128可以是编织铜。在本发明的范围内，其它类型的导电布或织物，包括其它类型的导电材料，也可以被用作编织的导电材料128。
有利地，本发明的集成母线112有助于用更少的部件组装电池组100。通过使用第一和第二电池单元102、104的集成母线112，在现有技术电池组中一种电阻的源和潜在的不期望性能得以消除，因为集成母线112不分离地连接到第一电池单元102和第二电池单元104。通过使用集成母线112使电池组100内的电接触面的数量最小化也优化了电池组100的耐用性。
尽管为了示出本发明的目的已经示出了某些代表性的实施方式和细节，但是对本领域技术人员而言显见的是，可以进行多种改变而不脱离本发明的在下面随附权利要求中进一步描述的范围。

Claims (17)

1.一种电池单元，包括：
主本体，所述主本体包括构造成通过电化学反应产生功率的活性材料；和
具有集成母线的第一端子，所述集成母线包括从所述第一端子的中心部向外侧向延伸的第一部分和从所述第一部分向侧向延伸的第二部分，所述集成母线是柔性的；
其中所述集成母线的第二部分相对于所述集成母线的第一部分弯折或弯曲并且接触相邻电池单元的第二端子，并且其中所述第一端子的至少一部分、所述第一部分的至少一部分和所述第二部分的至少一部分由单块材料形成。
2.如权利要求1所述的电池单元，其中所述集成母线是基本上L形的。
3.如权利要求2所述的电池单元，其中所述集成母线具有形成在所述第二部分中的孔，所述孔被构造成接纳所述相邻电池单元的第二端子的电柱。
4.如权利要求3所述的电池单元，其中所述电柱是带有螺纹的并且被构造成用螺母固定到所述集成母线。
5.如权利要求1所述的电池单元，其中所述集成母线由单块导电材料形成。
6.如权利要求5所述的电池单元，其中所述集成母线由铝和铜中的一种形成。
7.如权利要求1所述的电池单元，其中所述集成母线包括用第二导电材料涂覆的第一导电材料。
8.如权利要求1所述的电池单元，其中所述集成母线包括用第二导电材料包层的第一导电材料。
9.如权利要求1所述的电池单元，其中所述集成母线由多个导电层形成。
10.如权利要求9所述的电池单元，其中所述多个导电层由多个薄铜片形成。
11.如权利要求1所述的电池单元，其中所述集成母线包括编织的导电材料。
12.如权利要求11所述的电池单元，其中所述集成母线由编织铜形成。
13.一种电池单元组件，包括：
具有主本体和带有集成母线的第一端子的第一电池单元，所述主本体包括被构造成通过电化学反应产生功率的活性材料；其中，所述集成母线包括从所述第一端子的中心部向外侧向延伸的第一部分和从所述第一部分向侧向延伸的第二部分，所述集成母线是柔性的；
布置成邻近所述第一电池单元的第二电池单元，所述第二电池单元具有主本体和第二端子，所述主本体包括被构造成通过电化学反应产生功率的活性材料；
其中所述第一电池单元的集成母线的第二部分相对于所述集成母线的第一部分弯折或弯曲并且接触所述第二电池单元的第二端子，并且其中所述第一端子的至少一部分、所述第一部分的至少一部分和所述第二部分的至少一部分由单块材料形成。
14.如权利要求13所述的电池单元组件，其中所述第一电池单元的第一端子的集成母线被焊接到所述第二电池单元的第二端子。
15.如权利要求13所述的电池单元组件，其中所述集成母线是基本上L形的。
16.如权利要求15所述的电池单元组件，其中所述集成母线具有形成在所述第二部分中的孔，并且所述第二电池单元的第二端子包括电柱，所述电柱被接纳在所述第一电池单元的集成母线的孔中。
17.如权利要求16所述的电池单元组件，其中所述电柱具有螺纹并且用螺母附连到所述集成母线。
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