CN102859756B - 用于电动或混合动力车辆的电池单元 - Google Patents

Abstract

本发明涉及电池单元，所述电池单元包括沿着堆叠轴堆叠的多个电池元件（12），每个电池元件包括连接电极（18、20），垫片（22、24）和系紧螺栓（54），垫片轴向设置在至少一些所述连接电极之间，系紧螺栓通过在连接电极和垫片的腔而轴向延伸。单元还包括端凸缘（50、52）和弹性预加应力装置，端凸缘与系紧螺栓接合从而在轴向将连接电极和垫片夹持在一起，预加应力装置与端凸缘的至少一个接合以将轴向弹性预加应力施加在堆叠的连接电极和垫片上。

Description

用于电动或混合动力车辆的电池单元

技术领域

本发明涉及用于电动或混合动力车辆电池的蓄电池组件的领域，特别用于汽车。

背景技术

术语“电动汽车”表示批准电池电动车辆的联合国规定No.100中定义的车辆。

本发明更具体地涉及蓄电池组件，其包括机械叠加并连接的多个电能蓄电池元件。电池由一个或多个蓄电池组件形成，并形成用于电动或混合动力车辆的电力推动的电源。

专利申请US 2006/0204840描述了由能量蓄电池元件和加强板的交替堆叠形成的蓄电池组件。紧固板用于将蓄电池元件和板夹持在一起。这些紧固板具有支托，支托用作与螺母相互作用以形成单一组件的螺纹杆的通道。

也具有已知的蓄电池组件，在专利申请US 2009/0017367中描述，包括彼此相对堆叠的多个蓄电池元件，在堆叠的端部的两个紧固板，以及加强构件，其中加强构建在板之间横向延伸并且具有适于接收蓄电池元件的端部的壳体。组件还包括螺纹杆和螺母，为了紧固构件并使得蓄电池元件的堆叠持续装配，螺纹杆和螺母结合。

在该蓄电池组件中，电连接板提供在邻近的蓄电池元件的相关联的正性和负性电极之间。正性电极安装在形成在连接板中的洞内，然后焊接到板上。通过转动，而将负性电极紧固于板上。这些操作漫长并代价高。

美国专利US 5674641公开了另一种蓄电池组件，该蓄电池组件包括多个叠加的电能蓄电池元件、垫片、紧固杆、上端板和下端板，垫片在蓄电池元件的连接电极之间轴向设置，紧固杆通过在连接电极和垫片中的孔而轴向延伸，上端板和下端板与杆相互作用以装配连接电极和垫片。

WO 2006/068373公开了另一种蓄电池组件，该蓄电池组件包括在制成两部分的接收壳内堆叠并安装的多个蓄电池元件。蓄电池元件的连接电极包括用于螺纹杆的通道的孔和用于在壳的下部的所述杆的紧固件。绝缘垫片轴向设置在邻近的蓄电池元件的连接电极之间。这些垫片支持电连接板，其中，电连接板连接蓄电池元件的电极。

当安装这些蓄电池组件时，连接电极和轴向设置在电极之间的装置的质量差的电镀可能导致电流的有缺陷流动。

而且，在某些车辆行驶条件中，这些蓄电池组件经受的振动可能使得轴向设置在电极之间的装置以及电极本身之间的电接触中断。这也导致有缺陷的电流供应。

发明内容

本发明的目的是克服上述缺点。

更具体地，本发明意在提供一种蓄电池组件，其容易制造、装配并且操作高度可靠。

本发明也意在提供一种蓄电池组件，在该蓄电池组件中，确保能量蓄电池元件的电极之间保持电连接。

在一个实施例中，蓄电池组件包括沿着堆叠轴叠加的多个电能蓄电池元件，每个元件包括连接电极、垫片和组件棒，垫片轴向设置在蓄电池元件的至少一些连接电极之间，组件棒通过在连接电极和垫片中的孔而轴向延伸。组件还包括端板和弹性预加应力装置，端板与组件棒相互作用以轴向夹持连接电极和垫片，预加应力装置与端板的至少一个相互作用以将轴向预加应力施加在轴向堆叠的连接电极和垫片上。

为了保持堆叠的连接电极和垫片之间轴向接触并且为了在各个蓄电池元件之间提供良好的电连接（即使在蓄电池组件经受振动时），预加应力装置使轴向预加应力可以应用到连接电极和垫片。为了使连接电极和垫片的轴向堆叠上的接触压力保持统一，预加应力装置施加连续的预加应力。预加应力装置也用于补偿由温度变化而引起的垫片和/或连接电极中的任何尺寸变化。

有利地，预加应力装置与组件棒和端板分离。

预加应力装置可以轴向安装在组件棒和相对应的端板或板中的一些之间。每个组件棒可以与轴向堆叠的一个或多个预加应力装置相关联。

有利地，预加应力装置轴向设置在每个组件棒的头部和相对应的端板之间。

优选地，预加应力装置中的每个包括至少一个具有轴向弹性的弹性环形垫圈。

在一个实施例中，垫片轴向设置在邻近的蓄电池元件的连接电极之间。

蓄电池组件包括导电性垫片。蓄电池组件同样可以包括绝缘垫片。

在一个实施例中，电能蓄电池元件的装配方式使得正性和负性电极沿着堆叠轴交替设置，以便一个蓄电池元件的正性电极轴向邻近于邻近的蓄电池元件的负性电极。绝缘和导电垫片可以布置为串联连接多个蓄电池元件。正性和负性连接电极可以沿着堆叠轴从一个蓄电池元件到另一个轴向邻近的元件交替设置。

可选择地，可以通过分别沿着堆叠轴对准正性和负性电极并通过以适合的方式安装垫片而并行装配蓄电池元件。

优选地，每个绝缘垫片包括底部和延伸部，两个轴向邻近的蓄电池元件的至少一个电极支撑在底部上，延伸部与所述蓄电池元件的至少一个的外壳接触。

绝缘垫片可以至少部分延伸，以便在相对蓄电池元件的侧上，相对于连接电极和导电垫片而突出。

在一个实施例中，导电垫片中的每个包括孔，连接器插头连接在所述孔内，所述连接器插头连接到电线以进行电压测量。

有利地，绝缘套筒用于通过连接电极和垫片中的孔来安装组件棒。

在一个实施例中，每个组件棒包括公配件、母配件和支撑头，公配件包括螺纹杆和夹持头，母配件包括螺纹杆拧到其上的安装部分，支撑头与端板的其中之一接触。

有利地，组件包括用于使蓄电池元件保持在与组件棒分离的位置的装置。

绝缘装置可以用于使电能蓄电池元件单个绝缘。优选地，这些装置包括连续的绝缘带，绝缘带在蓄电池元件之间作之字形行进，以便覆盖每个元件的至少两个相对面。

附图说明

通过由非限制性实例提供并由附图示出的实施例的具体描述，本发明将会变得更清楚，附图中：

-图1是根据本发明的示例性实施例的蓄电池组件的分解立体图，以及

-图2是图1的组件的装配的立体图。

具体实施方式

图1和图2显示蓄电池组件10的示例性实施例，蓄电池组件10包括沿着堆叠轴X-X’叠加的多个电芯或电能蓄电池元件12，其中假定堆叠轴X-X’竖直。

蓄电池元件12彼此相同，并采用矩形板的形式。蓄电池元件12轴向堆叠在一起，使得两个邻近的蓄电池元件的首要面转向彼此。在示出的实例中，有十一个蓄电池元件12。显然，提供不同个数的蓄电池元件是可能的，这取决于待释放的电能。

每个蓄电池元件12具有外包装壳14，在外包装壳14内设置有由电解液分离的阴极和阳极（这些部件都未示出）。电解液可以是，例如，质子惰性电解液（在锂离子蓄电池元件情况下），或聚合物膜分离器（在锂离子聚合物蓄电池元件情况下）。

包装壳14具有降低厚度的密封关闭区域16，其包括自由边缘，正性连接电极18和负性连接电极20从自由边缘关于轴X-X’横向延伸。连接电极18，20彼此横向隔开。它们采用翼片的形式，并由厚度少于关闭区域16的厚度的薄箔制成。

在示出的示例性实施例中，布置电能蓄电池元件12，使得正性电极18和负性电极20关于堆叠轴X-X’交替设置，使得蓄电池元件的正性和负性电极分别轴向面向并分别邻近于位于之下和/或之上的刚好邻近的蓄电池元件的负性或正性电极。

为了电连接各种蓄电池元件12，组件10包括轴向设置在轴向对准的连接电极18、20之间的导电垫片22和绝缘垫片24。垫片22由导电性材料（例如金属材料，诸如铝或任何其他合适的材料）形成，垫片22由绝缘材料形成，例如合成材料或任何其他合适的材料。

如下所述，组件10包括用于确保保持蓄电池元件12的连接电极18、20之间的电连接的装置。

在示出的示例性实施例中，导电垫片22和绝缘垫片24设置在两个轴向邻近的蓄电池元件12之间，堆叠的顶部蓄电池元件和邻近的较下部蓄电池元件的情况除外。这是因为：在这两个元件之间，仅在顶部蓄电池元件12的正性电极18和邻近的较下部元件的负性电极20之间设置一个绝缘垫片，这两个元件的其他的两个电极20、18彼此直接接触。

导电垫片22轴向安装在蓄电池元件的正性电极18和邻近的较上部蓄电池元件的负性电极20之间。绝缘垫片24轴向安装在蓄电池元件的负性电极20和邻近的较上部蓄电池元件的正性电极18之间。导电垫片22和绝缘垫片24沿着轴X-X’交替设置。

如果我们考虑两个邻近的蓄电池元件12，安装导电垫片22使其承受较下部蓄电池元件的正性电极18的上面，并且导电垫片22轴向延伸以便接触较上部的蓄电池元件的负性电极20的下面。相反地，绝缘垫片24设置在较下部蓄电池元件的负性电极20的上面和较上部蓄电池元件的正性电极18的下面之间，以与所述面轴向接触。

在示出的示例性实施例中，设置连接电极18、20，导电垫片22和绝缘垫片24，使得多个蓄电池元件12串联安装。在变体中，提供并行安装的蓄电池元件是可能的。出于该目的，优选的是，分别沿着堆叠轴对准正性和负性电极，并适当设置垫片。

导电垫片22彼此相同，每个导电垫片22具有底部26，底部26采用矩形板的形状并使两个轴向叠加的蓄电池元件12的电极18、20电连接。出于该目的，底部26的下、上表面分别与这些蓄电池元件12的正性电极18和负性电极20接触。位于蓄电池元件12的相对侧上的底部26的正面26a，由翼片28部分延伸。底部26和翼片28设计为覆盖相关联的电极18、20的面的主要部分，同时从所述电极的周边边缘回拨或与所述电极的周边边缘齐平。底部26的背面26b与相关联的蓄电池元件12的关闭区域16保持一段距离。

每个垫片22具有形成在翼片28中并相对于轴X-X’、平行于底部26的正面26a横向延伸的穿孔30。孔30用于安装连接器插头，连接器插头连接到电线31（部分示出）以进行电压测量。每个电线31的连接器插头形成适于安装在相关联的孔30中的公插头，其中相关联的孔30形成母插座。

垫片24包括第一子组绝缘垫片24a、第二子组绝缘垫片24b。绝缘垫片24a相同，并采用薄矩形板的形式。这里有这些垫片中的两个。如下所述，这些垫片24a之一的下表面安装成间接相对于堆叠的底部蓄电池元件12的负性电极20的上面。该垫片的上面安装成与轴向位于之上的蓄电池元件的正性电极18的下面接触。垫片24在这两个电极之间提供电绝缘。另一个垫片24a支撑堆叠的顶部蓄电池元件12的正性电极18的下面和轴向位于之下的蓄电池元件12的负性电极20的上面。

在蓄电池元件12轴向设置在堆叠的底部和顶部蓄电池元件之间的情况下，垫片24b轴向安装在蓄电池元件的负性电极20和邻近的较上部蓄电池元件的正性电极18之间。

垫片24b彼此相同，每个垫片24b具有底部32，底部32采用矩形板的形状并使轴向叠加的蓄电池元件12的电极20、18电绝缘。底部32设计为覆盖电极20、18的面的主要部分，所述底部的正面32a大致与每个电极的前自由边缘齐平。底部32的正面32a由翼片34部分延伸，以相对于每个电极的前自由边缘推动的形式延伸，更一般地延伸到导电垫片22之外。翼片34与导电垫片22的翼片28轴向对准。翼片34在蓄电池组件10和用于盖住蓄电池组件的壳（未示出）之间提供电绝缘。

每个垫片24b包括从底部的背面32b延伸的薄延伸部36，并被设计为支撑与垫片相关的蓄电池元件的关闭区域16之一。如果这两个电极之一或两个电极都变形，该延伸部36避免两个邻近的蓄电池元件的应该绝缘的负性电极20和正性电极18之间的任何接触。这是因为：电极18、20以薄箔的形式制成，薄箔可能变得有点弯曲并与轴向邻近的电极接触，从而可能导致短路。以这种方式，增加蓄电池元件10的操作安全性。

第一子组垫片24a相对于电极18、20和相关联的蓄电池元件12的壳14的设置，与对于第二子组垫片24b已讨论的类似。

为了使组件10可以与电能用户电连接，上接合点40和下接合点42分别用于紧固电力电缆44和46，其中有利地，电能用户可以是车辆的电力推动单元。上接合点40安装成支撑堆叠的顶部蓄电池元件的正性电极18的上面。下接合点42安装成与所述堆叠的底部蓄电池元件的负性电极20和相对应的垫片24a的上面接触。从而，垫片24a安装成间接与所述负性电极20接触。接合点40、42由导电性材料制成。

下接合点42的结构与导电垫片22的结构相同，但厚度减少了。电力电缆46的一端轴向夹持在接合点42和相对应的垫片24a之间。上接合点40的结构也与垫片22的结构类似，另外上接合点40具有用于紧固电力电缆44的延伸部40a。

以与导电垫片22类似的方式，接合点40、42具有孔，孔用于安装连接到电线47的连接器插头。这些电线47使得可以测量蓄电池组件10的全部终端的总电压。该测量在堆叠的顶部蓄电池元件的正性电极18和底部蓄电池元件的负性电极20之间进行。

组件10还包括板48，板48的结构与导电垫片22的结构相同，并且板48轴向安装以便支撑在堆叠的顶部蓄电池元件12的负性电极20的上面上。该板48具有孔，孔用于安装为了使得可以测量堆叠的顶部蓄电池元件12的电压而连接到电线47的连接器插头。

出于关于导电垫片22和绝缘垫片24而固定蓄电池元件的电极18、20的目的，组件10包括上端板50，下端板52和组件棒54，其中组件棒54与端板互相作用以夹持垫片，并且组件棒54轴向连接电极。

上端板50包括第一支撑板56，第一支撑板56安装成与接合点40的上表面轴向接触并且通过下行延伸臂56a而在侧边缘垂直延伸。臂56a的轴向尺寸使得，在蓄电池元件12的装配位置，臂56a的下端轴向位于堆叠的底部蓄电池元件的正性电极18之下，大致处于下端板52的水平。臂56a在轴向堆叠的电极18、20和在堆叠的外侧上（换句话说，在相对电极和垫片的其他堆叠的侧上）的垫片22、24附近延伸。臂56a形成保护或屏障，用于确保组件10关于盖住组件10的壳电绝缘。

端板50也具有第二支撑板58和相反板60、62，其中，第二支撑板与板48的上表面轴向接触，相反板60、62分别与支撑板56、58的上表面轴向接触。支撑板58的侧边缘通过关于蓄电池元件12的轴向中平面对称于臂56a的轴向臂58a延伸。臂58a向下轴向延伸，并且其下端在蓄电池元件12的装配位置轴向位于下端板52的水平处。支撑板56、58由绝缘材料制成。

下端板52具有第一支撑板64、第二支撑板66，其中第一支撑板64、第二支撑板66分别与堆叠的底部蓄电池元件12的正性电极18和负性电极20的下面接触。支撑板64具有弹性支持臂65，其用于紧固电线31、47的端部紧固在其上的连接器35。为了测量每个蓄电池元件12的电压，并测量组件10的全部终端的总电压，印刷电路卡可以连接到连接器。支撑板66的侧边缘由向上延伸通过横向间隔的轴向臂67来延伸，其中横向间隔位于连接电极18、20和垫片22、24之间。轴向臂67的上端在蓄电池元件12的装配位置轴向位于上端板50的支撑板58的水平处。

端板52也具有相反板68、69，其中相反板68、69分别支撑支撑板64、66的下表面。

组件棒54轴向通过电极18、20和垫片22、24的堆叠，以便将它们轴向夹持在端板50、52之间。为了使得可以安装组件棒54，连接电极18、20，垫片22、24，接合点40、42，板48，支撑板56、58、64、66以及相反板60、62、68、69具有轴向对准的穿孔。在示出的示例性实施例中，在这些构件的每一个中提供三个孔。

组件棒54彼此相同，并且个数为六。每个棒54具有公配件，公配件包括轴向延伸并在其上端提供拧紧头72的螺纹杆70，其中拧紧头72具有螺旋洞，以便钥匙可以插入以转动。每个棒54也具有母配件，母配件包括圆柱形安装部分74，在安装部分74内设置有对应于杆70的螺纹的螺纹。安装部分74的下部具有支撑头76，其中支撑头76与下端板52的对应相反板68、69接触。当螺纹杆70拧到安装部分74中时，端板50、52可以轴向夹持绝缘垫片22、24和电极18、20，并且可以在它们之间提供轴向接触，以创建堆叠的蓄电池元件12的电连接。

绝缘套筒78用于将螺纹杆70和安装部分74安装在形成在连接电极18、20，垫片22、24，板48，接合点40、42，支撑板56、58、64、66以及相关的相反板中的孔中。为了使棒电绝缘，绝缘套筒78插在组件棒54和这些孔之间。出于该目的，套筒78由电绝缘材料制成，比如硅树脂。

为了保持蓄电池元件的电极18、20，垫片22、24之间的轴向接触，组件10包括弹性预加应力装置80，每个预加应力装置80放置在组件棒54的杆70之一周围并安装成与端板50的相关联的拧紧头72和相对应的相反板60、62轴向接触。预加应力装置80彼此相同，并且每个预加应力装置80都采用环形垫圈的形式，在自由状态下环形垫圈具有矩形横截面。垫圈例如可以具有杯形或钟形。可选择地，可以采用任何其他的能够施加轴向预加应力的轴向弹性预加应力装置。

在组件棒54已被拧紧之后，预加应力装置80能够在上端板50上施加轴向力，以便将轴向预加应力应用到蓄电池元件的电极18，20和垫片22、24。这确保的是，在电极18、20和连接垫片的两个轴向堆叠之间不会存在轴向间隙，从而在各种蓄电池元件12之间提供良好的电连接。而且，预加应力装置80能够产生接触压力，其中接触压力在时间上是全局均匀的，以应用在在电极18、20和垫片22、24之间。

每个组件棒54与同样个数的预加应力装置80相关联。在示出的示例性实施例中，在每个棒54的拧紧头72和上端板50之间提供单一预加应力装置80。作为变体，可能的是，作为对与每个棒54相关联的预加应力装置80的替代或与与每个棒54相关联的预加应力装置80的结合，提供轴向设置在支撑头76和下端板52之间的预加应力装置。还可行的是，采用轴向堆叠在组件棒的头72、76和相对应的端板之间的多个相关联的预加应力装置，每个棒54具有同样个数的预加应力装置。

有利地，组件10也包括传感器，用于测量蓄电池元件12的温度。第一传感器82紧固于堆叠的顶部蓄电池元件的上面，第二传感器可以紧固于例如位于堆叠的中部的蓄电池元件。测量传感器可以通过粘合紧固。传感器通过线（未示出）连接到连接器35。

为了使蓄电池元件12单个彼此绝缘，在装配各个蓄电池元件12期间提供绝缘带（未示出）。在第一步中，将绝缘带紧固于底部蓄电池元件12，并且将绝缘带围绕底部蓄电池元件12缠绕，以便覆盖底部蓄电池元件12的外壳14的全部。随后，逐渐堆叠蓄电池元件12期间，设置绝缘带使其在堆叠的蓄电池元件12之间作之字形行进或缠绕，使得放置于堆叠的底部、顶部蓄电池元件之间的每个蓄电池元件的外壳14的相对首要面由绝缘带覆盖。在顶部蓄电池元件12的情况下，绝缘带包围外壳14的全部。因此，蓄电池元件12彼此相对堆叠，绝缘带插在每两个邻近的蓄电池元件之间。通过实例，绝缘带可以采用聚酰胺薄膜的形式，聚酰胺薄膜的宽度为200mm，厚度为0.125mm。

为了使得蓄电池元件12关于彼此持续固定，在蓄电池元件12的堆叠周围提供拧紧卡圈84。也将两条泡沫86粘合到覆盖堆叠的顶部蓄电池元件12的上面的绝缘带部分。

在示出的示例性实施例中，顶部蓄电池元件12的负性电极20与邻近的较下部蓄电池元件的正性电极18直接接触。对于其他的轴向叠加的连接电极18、20而言，导电或绝缘垫片插在每两个刚好连续的电极之间。然而，可能的是，为了保持蓄电池元件12的期望电连接，通过提供适合的垫片布置而在其他轴向邻近的正性和负性电极之间提供直接轴向接触，而不脱离本发明的范围。

Claims (14)

1.一种蓄电池组件，包括沿着堆叠轴叠加的多个电能蓄电池元件(12)，每个元件包括连接电极(18、20)、垫片(22、24)和组件棒(54)，所述垫片轴向设置在至少一些所述连接电极之间，所述组件棒通过在所述连接电极和所述垫片中的孔而轴向延伸，其特征在于：所述蓄电池组件包括端板(50、52)和弹性预加应力装置(80)，所述端板与所述组件棒相互作用以轴向夹持所述连接电极和所述垫片，所述弹性预加应力装置与所述端板的至少一个相互作用以将轴向预加应力施加在堆叠的连接电极和垫片上，所述弹性预加应力装置(80)轴向设置在每个组件棒的头部(72)和相对应的端板之间。

2.根据权利要求1所述的组件，其中，所述弹性预加应力装置中的每个包括至少一个轴向弹性环形垫圈。

3.根据前述权利要求中的任一项所述的组件，其中，所述垫片(22、24)轴向放置在邻近的蓄电池元件的所述连接电极之间。

4.根据权利要求1或2中任一项所述的组件，包括导电性垫片(22)。

5.根据权利要求4所述的组件，还包括绝缘垫片(24)。

6.根据权利要求5所述的组件，其中，电能蓄电池元件(12)的装配方式使得正性电极(18)和负性电极(20)沿着所述堆叠轴交替设置，以便一个蓄电池元件的正性电极轴向邻近于邻近的蓄电池元件的负性电极，所述绝缘垫片和导电垫片布置为串联连接多个蓄电池元件。

7.根据权利要求6所述的组件，其中，每个所述绝缘垫片(24)包括底部(32)和延伸部(36)，两个轴向邻近的蓄电池元件的至少一个连接电极支撑在所述底部上，所述延伸部与所述蓄电池元件的至少一个的外壳(14)接触。

8.根据权利要求5-7中的任一项所述的组件，其中，所述绝缘垫片(24)至少部分延伸，以便在相对蓄电池元件(12)的侧上，相对于所述连接电极(18、20)和导电垫片(22)而突出。

9.根据权利要求4所述的组件，其中，每个所述导电垫片(22)包括孔(30)，连接到电线的连接插头连接在所述孔内。

10.根据权利要求1所述的组件，包括绝缘套筒(78)，用于通过所述连接电极和所述垫片的孔来安装所述组件棒(54)。

11.根据权利要求1所述的组件，其中，每个所述组件棒包括公配件、母配件和支撑头(76)，所述公配件包括螺纹杆(70)和夹持头(72)，所述母配件包括所述螺纹杆拧到其上的安装部分(74)，所述支撑头与所述端板的其中之一接触。

12.根据权利要求1所述的组件，包括用于将蓄电池元件保持在与所述组件棒(54)分离的位置的装置(84)。

13.根据权利要求1所述的组件，包括绝缘装置，用于使电能蓄电池元件(12)单个绝缘。

14.根据权利要求13所述的组件，其中，所述绝缘装置包括连续的绝缘带，所述绝缘带在蓄电池元件之间作之字形行进，以便覆盖每个元件的至少两个相对面。