CN107104221B - 电池组汇流排 - Google Patents

Abstract

本公开内容涉及使用在各种应用中的电池组，这些应用包括诸如汽车和船的交通工具的启动、照明和点火以及其他目的。所公开的电池组设计包括通过许多汇流排串联连接的许多电池单元元件。本公开内容描述了一种连接电池的系统，该系统使汇流排的尺寸最小且重量最轻并增大了电池组的操作效率。

Description

电池组汇流排

本申请是申请日为2009年6月30日、国际申请号为PCT/US2009/049231，国家申请号为200980124487.1、发明名称为“电池组汇流排”的发明专利申请的分案申请。

相关申请的交叉引用

本申请要求2008年6月30日提交的美国临时申请61/076,948的优先权，该专利在此通过引用全文并入。

技术领域

本公开内容涉及电池组(用作汽车用、商用、工业用和海洋用电池组的启动、照明和点火(“SLI”)和其他应用的铅酸电池组)。本公开内容更具体涉及电池组和电池组的内部电连接。

背景技术

已知提供可以用于SLI和其他应用的卷绕构型(如，螺旋卷绕或胶辊的)中的具有一个或多个电池单元元件的电池组。这种已知的电池组通常包括多种形状和构型。在具有多个缠绕电池元件的电池组中，电池通过导电的汇流排(strap)被串联连接，这需要相当多额外的材料成本和重量。然而，这种已知的电池组并不能实现某些有优势的特征和/或多个特征的组合。

发明内容

本发明涉及一种包括六个电池单元的电池组，这六个电池以2×3的方式且三个电池位于分隔线的任一侧上，其中电池通过5个汇流排被串连地电连接且其中不超过两个汇流排穿过分隔线。

本发明还涉及包括第一排的三个电池单元和第二排的三个电池单元的电池组，其中第一排的电池通过2个电池组汇流排串连地电连接且其中第二排中的第一电池和第二电池通过电池组汇流排电连接以及其中连接第二排中的第一电池或第二电池的其中一个的汇流排被电连接至第一排中的电池，且其中汇流排将第二排中的第三电池电连接至第一排的电池且其中电池单元通过汇流排串连地电连接。

根据本发明的系统和方法的各种实施例的这些和其他特征和优势描述在下面的根据本发明的各种装置、结构和/或方法的各种示例性实施例的详细描述中或可以从这样的详细描述中明显看出。

附图说明

参照下面的附图，将会详细描述根据本公开内容的系统和方法的各种示例性的实施例：

图1是根据示例性实施例的包括电池组的交通工具的等轴测图；

图2根据示例性实施例的电池组的一部分的分解等轴测图；

图3根据示例性实施例的去除了盖的电池组的等轴测图；

图4是现有技术的去除了盖的电池组的俯视图；

图5是图4所示的汇流排铸焊(cast-on strap)的俯视图；

图6是根据示例性实施例的去除了盖的电池组的俯视图；以及

图7是图6所示的铸造汇流排的俯视图。

应该理解，附图并不一定是按比例的。在某些情况下，可以省略对理解本发明不需要的或造成其他细节难以设想的细节。当然，应该理解，本发明并不一定限于此处所阐释的具体实施例。

具体实施方式

本公开内容改善了电池组性能和/或减少了重量和成本。本公开内容涉及用于使用比常规的电池组汇流排(strap)减小的总尺寸和电阻的汇流排来串联连接电池单元的方法和装置。根据各种示例性实施例的汇流排和构型提供了比常规的电池单元更有效的电路径和/或使用更少的材料。

现在参考图1，显示的交通工具130包括根据示例性实施例的电池组100。虽然交通工具130显示为汽车，但是根据各种可选择的实施例，交通工具可以包括任意各种类型的交通工具，包括摩托车、公共汽车、休闲汽车、船以及类似结构等等。根据示例性的实施例，交通工具130使用内燃机用于机车目的。

图1显示的电池组100被配置成提供启动或操作交通工具100和/或各种交通工具系统(如，SLI)所需的动力的至少一部分。而且，应该理解，电池组100可以被用在不涉及交通工具130的各种应用中，且所有这样的应用预期在本公开内容的范围内。

电池组可以包括任何类型的二次电池组(如，可充电的电池组)。根据示例性的实施例，电池组100包括铅酸蓄电池组。铅酸蓄电池组的各种其他实施例可以是密封的(如，免维护)或未密封的(如，湿式)。

根据示例性的实施例，图2阐释了电池组100。在各种示例性的实施例中，电池组100包括盖102和罩或容器101、一个或多个电池组元件110、汇流排106以及电池组端子(terminal)103-104。在各种示例性的实施例中，每一个电池组元件110包括负极、正极和呈卷绕构型(如，螺旋卷绕的或胶辊的)的隔板。电池单元或元件通过汇流排106串联连接且电池组端子103-104在串连的每一端部处电连接至电池。

根据示例性的实施例，图3阐释了去除了盖的电池组100。在各种实施例中，电池组100包括设置在由容器或罩101界定的隔室内的若干个电池元件111-116。本文提供的示例涉及机动车的应用，其中6个螺旋卷绕的电池用于产生标准的机动车12V电池组。在阅读此说明书之后，对本领域的技术人员将会感到明显的是，用于构建电池组的电池的尺寸和数目可以广泛变化，这取决于期望的最终用途。

在多个实施例中，容器101包括由一个或多个壁界定的多个罩或电池容器。虽然附图通常阐释了具有6个电池容器或隔室的容器，但是根据其他示例性的实施例，可以设置不同数目的电池容器或隔室。虽然附图通常阐释了电池容器以对称方式布置，但是应理解，电池容器可以以其他方式(如，偏置或交错方式)被布置。

在多个实施例中，每一个电池容器被配置成在其内大体包含电池组100的电池元件。电池元件可以是卷绕电池元件，其包括正极、负极以及设置在正极与负极之间的隔板，诸如吸附性玻璃垫(“AGM”)隔板。在多个实施例中，电极和隔板以螺旋方式被卷绕或缠绕，且酸(如，硫酸)可以被设置在电池容器内。

根据示例性的实施例，每一个容器或隔室具有通常圆柱形的构型。然而，一个或多个电池容器可以具有其他构型(如，在电池容器的底部或顶部其中一个具有不同直径的“锥形”形状，“沙漏”形状，等)。一个或多个电池容器或隔室还可以具有形成于其底部上的特征(即，闭合端部)。

在多个实施例中，容器101还包括底座。根据一个示例性的实施例，底座与容器101整体形成。根据另一个示例性的实施例，底座被单独制造并连接到容器。

图3还显示了汇流排铸焊121-125，其包括长度足以电连接线圈中的每一圈(如，经由从线圈向上延伸的接线柱(lug)(未显示))的细长主体部分。图2也阐释了将接线柱连接至负端的汇流排铸焊。在铸焊过程中，熔融的铅被倾倒入包含电池单元线圈的一部分(如，接线柱)的模具中，当铅冷却且硬化时，其粘附到模具上。

在多个实施例中，多个单独的电化学电池或元件111-116布置在电池组100的电池容器内。在多个实施例中，元件111-116优选地是大体圆柱形的形式。在不同实施例中，元件111-116和电池容器或隔室布置成两个大体平行的列，每列三个电池。电池元件111-116通过导电的汇流排或汇流排构件121-125被串联地电连接。端子通过端部汇流排126-127被电连接至电池元件111-116。某些通道设置在电池容器或隔室之间以允许汇流排构件121-125被嵌在容器顶部之下。

图4阐释了现有技术的6电池电池组200的一部分的实施例。图5显示了图4的电池组的汇流排221-225。汇流排221-225的尺寸、形状和构型每一个都影响电池组200的成本和/或性能。包括汇流排221-225在内的材料的成本是电池组成本的相当大的部分。汇流排221-225还对电池组200的重量有贡献。汇流排221-225形成内部电流流动路径的一部分。总的路径长度影响总电阻且因而影响电池组200的性能。因此，减小汇流排221-225的尺寸和质量将是有优势的。

图6阐释了汇流排构件121-125、端部汇流排126-127、电池容器和电池元件111-116的一个示例性构型。图7显示了图6的电池组的汇流排121-125。正如在图6中显示的，第一汇流排121将第一元件111电连接至第二元件112，第二汇流排构件122将第二元件112电连接至第三元件113，第三汇流排构件123将第三元件113电连接至第四元件114，第四汇流排构件124将第四元件114电连接至第五元件115以及第五汇流排构件125将第五元件115电连接至第六元件116。在多个实施例中，第一端部汇流排126将第一端子接线柱电连接至第一元件111且第二端部汇流排127将第二端子接线柱电连接至第六元件116。

汇流排构件121-125和端部汇流排126-127可以用在任意数目的构型中。例如，汇流排构件121-125可以将第六元件116电连接至第二元件112，将第二元件112电连接至第五元件115，将第五元件115电连接至第四元件114，将第四元件114电连接至第三元件113以及将第三元件113电连接至第一元件111。

可选择地，汇流排构件121-125可以将第三元件113连接至第四元件114，将第四元件114连接至第一元件111，将第一元件111连接至第二元件112，将第二元件112连接至第六元件116以及将第六元件116连接至第五元件115。

在又一个可选择的实施例中，汇流排构件121-125可以将第五元件115电连接至第四元件114，将第四元件114电连接至第六元件116，将第六元件116电连接至第二元件112，将第二元件112电连接至第一元件111以及将第一元件111电连接至第三元件113。

通过以这些或类似的方式来串连地电连接电池111-116，提高了电池组100的总效率并减少了电连接电池111-116所需的材料。更具体而言，图6-7所阐释的电池组(如，汇流排构件的构型)使用了比图4-5所阐释的电池组(如，汇流排构件的构型)少至少约13％的材料。而且，图6-7所阐释的电池组(如，汇流排构件的构型)的性能比图4-5所阐释的电池组(如，汇流排构件的构型)的好至少约25％(在低温冷启动条件下测得的性能)。

在多个示例性的实施例中，正如图6所阐释的，包括6个电池单元的电池组100对称地布置成2×3的方式。在这些实施例中，电池组可以被认为包括两部分，每一个部分包括三个完整的电池单元元件(图6中由分隔线105所阐释的)。在多个示例性的实施例中，5个汇流排构件121-125中不超过2个穿过分隔线105。例如，在图6的实施例中，第二汇流排构件122和第五汇流排构件125穿过分隔线105，但第一汇流排构件121、第三汇流排构件123或第四汇流排构件124不穿过。在其他示例性的实施例中，诸如上面描述的那些，穿过或不穿过分隔线105的汇流排可以是不同的，但根据各种示例性的实施例，不超过两个汇流排穿过分隔线105。

在具有呈2×3方式的六个电池的各种示例性的实施例中，诸如图6的实施例，每一个电池单元元件直接相邻两个或三个其他电池元件且对角线相邻一个或两个其他电池元件(如，第一电池元件111直接相邻第二电池元件112和第三电池元件113且对角线相邻第四电池元件114；第二电池元件112直接相邻第一电池元件111、第四电池元件114和第六电池元件116且对角线相邻第三电池元件113和第五电池元件115；等)。在多个示例性的实施例中，存在五个电池组汇流排，且其中四个电池组汇流排与直接相邻的电池元件电连接且一个电池组汇流排与对角线相邻的电池元件电连接。例如，在图6的实施例中，第二汇流排构件122电连接对角线相邻的第二电池元件112和第三电池元件113，而第一汇流排构件121将第一电池元件111电连接至第二电池元件112，第三汇流排构件123将第三电池元件113电连接至第四电池元件114，第四汇流排构件124将第四电池元件114电连接至第五电池元件115以及第五汇流排构件125将第五电池元件115电连接至第六电池元件116。在各种其他示例性的实施例中，除第二汇流排构件112之外的汇流排构件可以用于电连接对角线相邻的电池构件。

在多个示例性的实施例中，第一端子接线柱103和第二端子接线柱104从盖102的顶面延伸。在多个示例性的实施例中，第一端子接线柱103和第二端子接线柱104从盖102的顶面延伸并大体位于盖102的边缘附近。在一个示例性的实施例中，第一端子接线柱103和第二端子接线柱104位于大体靠近前边缘或后边缘(端子接线柱103和104都靠近相同的边缘)与第一端部和第二端部的交叉处的区域内。

电池组的各种元件，电池组罩、电池组盖和电池容器可以由本领域众所周知的多种材料制成。例如，盖、容器和/或各种部件可以由任何聚合物(如，聚乙烯、聚丙烯、含有聚丙烯的材料，等)或复合(如，玻璃增强的聚合物)材料制成。例如，容器可以由含有聚丙烯的材料(如，纯聚丙烯、包括聚丙烯的共聚物、含有添加剂的聚丙烯等)制成。这种聚合物材料对由设置在容器的电池内的酸(如，硫酸)造成的降解具有相对的抵抗性。端子接线柱、侧部端子和连接构件可以由一种或多种导电材料(如，铅或含铅的材料)制成。

汇流排构件121-125和端部汇流排126-127可以由一种或多种导电材料(如，铅或含铅的材料)制成。

在多个实施例中，容器101包括构建成连接(如，热密封)至盖102的一个或多个唇缘和/或凸缘。盖102包括电连接或传导连接(燃熔(post burned))至端部汇流排126和/或127的一个或多个端子103和/或104。

为了运输和/或处理的目的，容器101还可以包括位于容器每一个端部的上部部分上的一个或多个凸缘。电池组100可以由凸缘，而不是盖102提升和/或承载以防止对盖102与容器101之间的密封产生任何损坏。

基于装配的目的，容器还可以还包括位于容器的一个端部或两个端部的下部部分上的一个或多个底脚。此外，可以设置适配器系统以抬高电池组并改善装配。

正如本文中使用的，术语“近似(approximately)”、“约(about)”“大体(substantially)”和类似的术语预期具有与本公开内容的主题有关的技术领域的技术人员通用的且认可的用法一致的宽泛的意义。阅读此公开内容的本领域的技术人员应该理解，这些术语预期允许所描述的和所要求保护的某些特征的描述不会将这些特征的范围限制到所提供的准确的数值范围。因此，这些术语应该被解释为表明所描述的和所要求保护的主题的非实质性的或不重要的修改和变化被认为在正如所附权利要求引述的本发明的范围内。

应注意，在此说明书中提及相对位置(如，“顶部”和“底部”)仅仅用于确认不同的元件，正如它们在附图中定位的那样。应认识到，具体部件的方位可以根据它们所使用的应用广泛地变化。

为了本公开内容的目的，术语“连接”意指两个构件直接或间接地彼此相连。这种相连可以本质上是静止的或本质上是可活动的。这种相连可以用两个构件或彼此整体形成为单一整体的两个构件和任何额外的中间体构件来实现，或用两个构件或彼此连接的两个构件和任何额外的中间体构件实现。这种相连可以本质上是永久性的或可以本质上是可活动的或可释放的。

为了本公开内容的目的，术语“电连接”意指以电流可以在构件之间流动的方式使两个构件直接或间接地彼此相连或连接。这种电连接可以本质上是静止的或可活动的。这种电连接可以用两个构件或彼此整体形成为单一整体的两个构件和任何额外的中间体构件来实现，或用两个构件或彼此连接的两个构件和任何额外的中间体构件实现。这种电连接可以本质上是永久性的或可以本质上是可活动的或可释放的。

重要地是，注意到正如优选的和其他示例性实施例所显示和描述的，系统的元件的结构和布置仅仅是示例性的。虽然在此公开内容中仅详细描述了本发明的一些实施例，但是阅读此公开内容的本领域的技术人员将会理解，许多改动是可能的(如，各种元件的大小、尺寸、结构、形状和比例、参数值、安装布置、使用的材料、颜色、方位的变化，等)而不会实质上偏离所引述主题的新颖性的教导和优势。例如，显示为整体形成的元件可以由多个部件或元件构建，和/或显示为多个部件的元件可以整体形成，界面的操作可以被颠倒或以其他方式变化，结构和/或构件或连接或系统的其他元件的长度和/或宽度可以被改变，设置在元件之间的调整位置的性质或数目可以被改变，元件的位置可以被颠倒或以其他方式变化以及分离元件的性质或数目或位置可以被改变或变化。应注意，系统的元件和/或组件可以由赋予足够的强度或耐久性，呈多种颜色、质地以及组合中的任一种的多种材料中的任一种构建。因此，所有这样的改动预期被包括在本发明的范围内。可以在优选的和其他示例性实施例的设计、操作条件和布置中做出其他替换、改动、变化和省略而不会偏离本发明的范围。

Claims (14)

1.一种电池组，其包括：

在第一排的第一、第二和第三电池单元；

在与第一排相对的第二排的第四、第五和第六电池单元，

六个电池容器，每一个电池单元位于所述六个电池容器中的一个电池容器中；

第一电池组汇流排，其电联接第一和第二电池单元；

第二电池组汇流排，其电联接第二和第三电池单元；

第三电池组汇流排，其电联接第一和第五电池单元；

第四电池组汇流排，其电联接第四和第五电池单元；

第五电池组汇流排，其电联接第三和第六电池单元，其中所述电池组汇流排串联地电联接第一排和第二排的电池单元；

数个通道，所述数个通道设置在所述六个电池容器之间以允许所述第一电池组汇流排、第二电池组汇流排、第三电池组汇流排、第四电池组汇流排和第五电池组汇流排嵌在相应的电池容器的顶部之下；

其中，所述电池组汇流排是浇铸到电池单元上，并且位于电池组的盖的下方。

2.如权利要求1所述的电池组，还包括：

第一电池组端子，其电联接至位于由电池组汇流排形成的电联接的电池单元的序列的第一端处的电池；

第二电池组端子，其电联接至位于由电池组汇流排形成的电联接的电池单元的序列的第二端处的电池，

其中，所述第一电池组端子和第二电池组端子两者都位于在所述第一排电池单元和所述第二排电池单元之间的分隔线的相同侧上；并且

其中，所述第一电池组端子和第二电池组端子均包括端部汇流排，每个端部汇流排的一部分靠近电池容器的周边。

3.如权利要求2所述的电池组，其中：

所述电池单元和所述汇流排被容纳在罩内，并且所述端子位于接近所述罩的盖的拐角处。

4.如权利要求1所述的电池组，其中所述电池组具有前侧、后侧以及两个端部，其中每个所述端部近似等于两个电池单元的宽度，所述前侧和后侧均近似等于三个电池单元的宽度，其中第一电池组端子靠近所述电池组的第一拐角，第二电池组端子靠近所述电池组的第二拐角，并且所述第一拐角和第二拐角都靠近所述电池组的相同侧。

5.如权利要求1所述的电池组，其中：

所述第一、第二、第三、第四、第五和第六电池单元中的每一个为卷绕电池单元，所述第一、第二、第三、第四和第五汇流排直接接触所述卷绕电池单元的顶部。

6.如权利要求1所述的电池组，其中，不多于两个电池组汇流排穿过在所述第一排电池单元和所述第二排电池单元之间的分隔线。

7.如权利要求1所述的电池组，其中，第三和第五电池组汇流排穿过在所述第一排电池单元和所述第二排电池单元之间的分隔线。

8.如权利要求1所述的电池组，其中：

每个电池组汇流排具有两个局部扇形部分和在所述两个局部扇形部分之间的直线部分，其中所述两个局部扇形部分中的每一个局部扇形部分位于电池组汇流排连接的两个电池单元中的相应一个电池单元的上表面上，其中所述直线部分被配置为连接所述两个局部扇形部分；

其中，第三汇流排的直线部分的长度大于第五汇流排的直线部分；以及

其中，第三汇流排的直线部分的长度大于第一、第二和第四汇流排的直线部分。

9.如权利要求5所述的电池组，其中，所述汇流排具有足以电联接卷绕电池元件中的每一圈的延伸主体部分。

10.如权利要求1所述的电池组，其中所述电池单元是圆柱形的。

11.一种电池组，其包括：

六个具有顶部的圆柱形电池单元，包括：

在第一排的第一、第二和第三电池单元；

在与第一排相对的第二排的第四、第五和第六电池单元；

六个具有顶部的电池容器，每一个电池单元位于所述六个电池容器中的一个电池容器中，其中，所述六个圆柱形电池单元的顶部低于所述六个电池容器的顶部；

五个电池组汇流排，包括：

第一电池组汇流排，其电联接第一和第二电池单元；

第二电池组汇流排，其电联接第二和第三电池单元；

第三电池组汇流排，其电联接第一和第五电池单元；

第四电池组汇流排，其电联接第四和第五电池单元；和

第五电池组汇流排，其电联接第六和第三电池单元，

数个通道，所述数个通道设置在所述六个电池容器之间以允许所述五个电池组汇流排嵌在相应的电池容器的顶部之下；

其中，所述电池组汇流排串联地电联接所述第一排和所述第二排的电池单元；

其中，所述第三电池组汇流排的长度大于所述第一、第二、第四和第五电池组汇流排的长度；并且

其中，所述电池组汇流排是浇铸到电池单元上，并且位于电池组的盖的下方。

12.根据权利要求11所述的电池组，其中所述电池组具有前侧、后侧以及两个端部，其中每个端部近似等于两个电池的宽度，所述前侧和后侧均近似等于三个电池的宽度，其中第一电池组端子靠近所述电池组的第一拐角，第二电池组端子靠近所述电池组的第二拐角，并且所述第一拐角和第二拐角都靠近所述电池组的相同侧。

13.一种电池组，其包括：

在第一排的第一、第二和第三卷绕电池单元；

在与第一排相对的第二排的第四、第五和第六卷绕电池单元，

六个电池容器，每一个卷绕电池单元位于所述六个电池容器中的一个电池容器中；

第一电池组汇流排，其直接将所述第一卷绕电池单元的顶部电联接至所述第二卷绕电池单元的顶部；

第二电池组汇流排，其直接将所述第二卷绕电池单元的顶部电联接至第三卷绕电池单元的顶部；

第三电池组汇流排，其直接将所述第一卷绕电池单元的顶部电联接至所述第五卷绕电池单元的顶部；

第四电池组汇流排，其直接将所述第四卷绕电池单元的顶部电联接至所述第五卷绕电池单元的顶部；

第五电池组汇流排，其直接将所述第六卷绕电池单元的顶部电联接至所述第三卷绕电池单元的顶部，其中所述电池组汇流排串联地电联接所述第一排和第二排的卷绕电池单元；

数个通道，所述数个通道设置在所述六个电池容器之间以允许所述第一电池组汇流排、第二电池组汇流排、第三电池组汇流排、第四电池组汇流排和第五电池组汇流排嵌在所述六个电池容器的顶部之下；

其中，所述电池组汇流排是浇铸到卷绕电池单元上，并且位于电池组的盖的下方。

14.一种电池组，包括权利要求11-12中任一项技术特征或技术特征的任意组合。

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