CN108140797B - 包括一体式弹簧或柔性垫的电池端子 - Google Patents

Abstract

一种电池系统，包括第一电池单元，其经由第一电池单元和第二电池单元的顺应性端子之间的直接接触电连接到第二电池单元。顺应性端子包括：第一端部，其电连接安置在电池单元内的电极组件；第二端部，其安置在电池单元外侧；以及弹性顺应性部分，其安置在第二端部与电池单元壳体之间。

Description

包括一体式弹簧或柔性垫的电池端子

技术领域

本发明涉及用于在两个或更多个电池单元之间或者在电池单元与另一个装置之间形成电连接的端子，且更具体地，涉及具有顺应性端子的电池单元。

背景技术

电池组为范围从便携式电子设备到可再生能源系统和环境友好车辆的各种技术提供功率。例如，混合动力车辆（HEV）结合内燃发动机使用电池组和电动马达以提高燃料效率。电池组由多个电池模块形成，其中每个电池模块包括若干电化学电池单元。这些电池单元布置成堆叠并且被串联或并联地电连接。同样地，电池组内的电池模块被串联或并联地电连接。

在一些常规电池系统中，使用导电跳线、导线、母排等（其可以是刚性的或柔性的）与电池单元的端子形成电连接。电池端子本身根据精确要求制成，且通常刚性地固定到相应的电池单元壳体。在许多情况下，通过焊接形成电连接，这是有问题的，原因在于焊接将高温引入电池单元。此类高温能够损坏电池单元，且对于一些类型的电池单元（诸如锂离子电池单元）而言，高温能够导致爆炸。此外，一旦单个电池单元已通过焊接连接到电池系统，其就难以更换，由此对应电池组的维修变得昂贵。在其他常规电池组中，单元之间的电连接可由机械方法形成，诸如经由诸如螺母和螺纹螺柱的紧固件将母排附接到电池单元端子。此类方法是劳动密集的，并且能够倾向于有难度，诸如与紧固件的过度收紧或收紧不足有关的那些难度。

发明内容

在一些方面中，一种电池单元包括：电池单元壳体；电极组件，其以密封方式安置在电池单元壳体中；以及弹性顺应性端子，其延伸穿过单元壳体并且电连接到电极组件。端子包括连接到电极组件的第一端部以及配置成与相邻电导体（例如，相邻电池单元的端子）形成电连接的第二端部。另外，端子包括安置在端子第一端部与电池单元壳体之间的顺应性部分。在一些实施例中，顺应性部分包括安置在端子第一端部与电池单元壳体之间的弹性顺应性传导性垫。

有利地，弹性顺应性端子通过减少对于精密机加工或研磨（例如，以实现所需的开口公差）的要求实现更低阻抗接触并且减少制造成本。

附图说明

图1是电池组的部分分解透视图，所述电池组包括电化学电池单元的阵列，每个电池单元均具有顺应性端子。

图2是图1的电池组的完全分解透视图，其中封盖被省略。

图3是电化学电池单元的示意性横截面视图，其中所述电化学电池单元包括弹性顺应性端子。

图4是替代性实施例电池单元的透视图，所述替代性实施例电池单元包括弹性顺应性端子。

图5是图3的电池单元的透视图，所述电池单元包括替代性弹性顺应性端子。

图6是图3的电池单元的一部分的示意性横截面视图，其中端子被部分地分解并且图示电连接构型。

图7是图3的电池单元的一部分的示意性横截面视图，其中端子被部分地分解并且图示替代性电连接构型。

图8是图3的弹性顺应性第二端子的一部分的横截面视图。

图9是替代性弹性顺应性端子的一部分的横截面视图。

图10是替代性弹性顺应性端子的一部分的横截面视图。

图11是如沿图12的线11-11所见的另一替代性弹性顺应性端子的视图。

图12是图11的弹性顺应性端子的横截面视图。

图13是如沿图14的线13-13所见的另一替代性弹性顺应性端子的视图。

图14是图13的弹性顺应性端子的横截面视图。

具体实施方式

参考图1到图3，用于提供电功率的电池组1包括电化学电池单元20，这些电化学电池单元电互连并且以有条理的方式存储在电池组壳体2内。电池单元20是锂离子电池单元，其包括电极组件60（图6），所述电极组件与电解液一起密封在电池单元壳体21内以形成功率生成和存储单元。在一些实施例中，可将几组电池单元20束在一起以形成电池模块（未示出），这些电池模块相应地被存储在电池组壳体2内。然而，在所图示的实施例中，电池单元20不被束成模块，且代替地直接电连接到电池组壳体端子6、7。在电池模块内和/或在电池组壳体2内，电池单元20直接串联或并联地电连接，如下文进一步讨论的那样。

电池组壳体2包括底板3和侧壁4，所述侧壁4具有连结到且环绕底板3的周边的一个端部。电池组壳体2还包括盖5，所述盖5可拆卸地连接到侧壁4的相对端部。电池组1包括正电池组端子6和负电池组端子7，两个端子被支撑在侧壁4的第一侧壁部分4a上并延伸穿过第一侧壁部分4a。

电绝缘片11安置在电池单元20与侧壁4之间，以及安置在相邻电池单元行之间的适当位置处，以防止穿过电池单元20的阵列的串联导电路径发生短路。

电池组也可以包括传感器导线线束10，其安置在电池单元阵列上，使得能够监测每个电池单元20的状态。传感器导线线束10可以连接到电池系统控制器（未示出），所述电池系统控制器可安置在电池组壳体2内或外部位置处。

电池单元20包括由金属层压膜形成的袋型电池单元壳体21。电池单元壳体21具有矩形形状。在所图示的实施例中，电池单元壳体21是立方形，并且包括六个正交表面。这些表面包括第一端部22；第二端部23，其与第一端部22相对；第一侧面24；第二侧面25，其邻接第一侧面24；第三侧面26，其邻接第二侧面25并与第一侧面24相对；以及第四侧面27，其邻接第三侧面26和第一侧面24，第四侧面27与第二侧面25相对。第一侧面24、第二侧面25、第三侧面26和第四侧面27中的每一者在第一端部22与第二端部23之间延伸，并且这六个表面一起限定由电极组件60占据的密封的内部空间。

电极组件60包括一系列堆叠的正电极板61，这些正电极板61与负电极板62交错并且通过中间隔板（未示出）分离。相比于总电池单元厚度（例如，具有大约数十或数百毫米的厚度），这些电极板非常薄（例如，具有大约0.095 mm到0.145 mm的厚度），且因此在图3、图6和图7中示意性地图示。

每个电池单元20包括导电的第一电池单元端子40，其电连接到正电极板61和负电极板62中的一者（例如，电连接到正电极板61）；以及导电的第二电池单元端子42，其电连接到正电极板61和负电极板62中的另一者（例如，电连接到负电极板62）。在所图示的实施例中，第一电池单元端子40安置在电池单元壳体21的一个侧面（即，第一侧面24）上，并且第二电池单元端子42安置在电池单元壳体21的另一侧面，诸如相对侧面（即，第三侧面26）上。

参考图6和图8，第一电池单元端子40和第二电池单元端子42中的每一者均具有端子第一端部43、端子第二端部44和安置在端子第二端部44与电池单元壳体21之间的顺应性部分46。第一电池单元端子40和第二电池单元端子42中的每一者的端子第一端部43电连接到电极组件60的对应电极板，并且配置成以密封方式穿过电池单元壳体21。顺应性部分46和端子第二端部44安置在电池单元壳体21外侧。

第一电池单元端子40和第二电池单元端子42中的每一者的端子第二端部44是薄的导电板，诸如箔（例如金属箔）。在所图示的实施例中，端子第二端部44的轮廓具有矩形形状，但不限于该形状。例如，在一些实施例中，端子第二端部44的轮廓具有圆形形状（图5）或不规则形状（诸如，倒T形状（图2））。

顺应性部分46安置在端子第二端部44与电池单元壳体21之间，并且由弹性顺应性材料形成。如本文中所使用的，术语“顺应性”指代当处于足够的力下时屈服或让步（giveway）的能力，并且术语“弹性顺应性”指代当移除力时弹性地返回未加载构型的能力。在所图示的实施例中，例如，顺应性部分46是泡沫垫50，所述泡沫垫与端子第二端部44分层并且使用粘合剂粘接于其以形成层压件。泡沫垫50具有与端子第二端部44相同的周边形状和尺寸。

再次参考图2，电池单元20的阵列安置在电池组壳体2内，使得每个电池单元20的端部（例如，第二端部22）面向电池组壳体2的底板3。电池单元20以网格图案布置以便包括电池单元20的行R1、R2、R3、R4和电池单元20的列C1、C2、C3、C4、C5。电池单元20被取向以便在一行的相邻电池单元20之间以及在阵列的相邻行之间实现串联电连接。

电池单元20布置成使得一个电池单元20的第一电池单元端子40直接接触相邻电池单元20的第二电池单元端子42并与其形成电连接。通过促使一行的电池单元20在一起来保证相邻电池单元20之间的电连接。在一些实施例中，通过在该行的电池单元20与电池组壳体2的侧壁4之间提供弹性构件13来实现沿电池单元行的压缩力。例如，波形弹簧13能够安置在每一行R1、R2、R3、R4的一个端部或两个端部处，以确保该行的相邻电池单元20之间的正接触（positive contact）。类似地，波形弹簧13能够安置在每一列C1、C2、C3、C4、C5的一个端部或两个端部处，以确保该列的相邻电池单元20之间的正接触。在一些实施例中，波形弹簧13施加压缩力，所述压缩力以这样一种方式和/或以足够的力相对第二电池单元端子42促动第一电池单元端子40，使得所述压缩力使顺应性部分46、第一电池单元端子40和第二电池单元端子42中的至少一者变形。

参考图9，替代性电池单元端子142类似于上文关于图8所描述的电池单元端子42，且将使用共同的附图标记来指代共同的特征。替代性电池单元端子142具有端子第一端部43、端子第二端部44和安置在端子第二端部44与电池单元壳体21之间的替代性顺应性部分146。替代性弹性顺应性部分146是流体填充的囊状物150，所述囊状物与端子第二端部44分层并且使用粘合剂粘接于其以形成层压件。在所图示的实施例中，囊状物150具有与端子第二端部44相同的周边形状和尺寸。

参考图10到图12，另一个替代性电池单元端子242类似于上文关于图8所描述的电池单元端子42，且将使用共同的附图标记来指代共同的特征。替代性电池单元端子242具有端子第一端部43、端子第二端部44和安置在端子第二端部44与电池单元壳体21之间的替代性顺应性部分246。替代性弹性顺应性部分246包括一个或多个弹簧250，其在一个端部处连接到电池单元壳体21且在相对端部处连接到端子第二端部44。在图10中所图示的实施例中，弹簧250是螺旋压缩弹簧。然而，弹簧250可具有其他构型。例如，如图11和图12中所示，替代性顺应性部分246'可以包括板簧250'的阵列，所述板簧均匀地分布在由端子第二端部44限定的区域周围。

参考图12和图13，另一个替代性电池单元端子342类似于上文关于图8所描述的电池单元端子42，且将使用共同的附图标记来指代共同的特征。替代性电池单元端子342具有端子第一端部43、端子第二端部44和安置在端子第二端部44与电池单元壳体21之间的替代性顺应性部分346。替代性弹性顺应性部分346是多孔弹性垫350，其与端子第二端部44分层并且使用粘合剂粘接于其以形成层压件。垫350具有与端子第二端部44相同的周边形状和尺寸，并且也包括延伸穿过垫的厚度的穿孔352。这些穿孔均匀地分布在由端子第二端部44限定的区域周围。

在所有实施例中，顺应性部分46、146、246、346均安置在端子第二端部44与电池单元壳体21之间。该特征使得端子40、42能够适应阵列的相邻电池单元20之间的制造差异，并且符合它们所接合的端子的构型（例如，位置、大小、形状等）。另外，该特征也可提供提高所接合的两个端子之间的接触的弹簧力，并且可以导致无顺应性特征的刚性端子的更低阻抗。

在图3中所图示的实施例中，顺应性部分46是电绝缘泡沫垫50，并且端子40、42的第一端部43与端子40、42的第二端部44之间的电路径绕开顺应性部分46。然而，在一些实施例中，顺应性部分46是导电的，并且形成端子第一端部43与端子第二端部44之间的电路径的一部分（图7）。例如，在图10到图12中所图示的实施例中，顺应性部分46包括导电弹簧，并且顺应性部分246、246'安置在端子第一端部43与端子第二端部44之间的电路径中。

虽然电池单元20具有立方形电池单元壳体21，但是电池单元壳体21不限于立方形状。例如，电池单元壳体21的形状可以为矩形（图4）。在另一个示例中，电池单元壳体21可具有准许密堆积的其他多边形形状，诸如具有六角布置的侧面（未示出）的八面结构。

此外，电池单元20不限于锂离子电池。例如，电池单元20可以是铝离子电池、碱性电池、镍镉电池、镍氢电池或其他类型的电池单元。

虽然本文中将电池单元壳体21描述为由金属层压膜形成的袋型电池单元壳体，但是电池单元壳体21不限于该材料或构型。例如，电池单元壳体21可由其他材料形成和/或可形成为具有棱柱形、圆柱形或其他构型。

虽然本文中将电极组件60描述为包括一系列堆叠的板61、62的“堆叠式”电极组件，但是电极组件60不限于该构型。例如，在一些实施例中，电极组件60可包括卷绕式电极组件（例如，卷芯式（jelly roll）组件）、折叠式电极组件（即，Z型折叠组件）或其他电极布置。

上文相当详细地描述了包括弹性顺应性电池单元端子的电池单元的选择性说明性实施例。应理解的是，本文中仅描述被认为对于阐明电池单元而言必要的结构。其他常规结构及关于电池系统的附属和辅助部件的那些结构被认为已为本领域技术人员所知晓和理解。此外，虽然上文已描述电池单元的工作示例，但电池单元不限于上文描述的工作示例，而是可在不脱离如权利要求中所阐述的装置的情况下执行各种设计变更。

Claims (16)

1.一种电化学电池单元，包括：

电池单元壳体；

电极组件，其安置在所述电池单元壳体中；

导电且弹性顺应性的端子，其安置在所述电池单元壳体的外表面上，所述端子包括：第一端部，其电连接到所述电极组件；第二端部，其安置在所述电池单元壳体外侧；以及弹性顺应性部分，其安置在所述第二端部与所述电池单元壳体之间；

其中，所述弹性顺应性部分包括泡沫垫或者流体填充的囊状物。

2.根据权利要求1所述的电化学电池单元，其中，所述弹性顺应性部分包括弹簧。

3.根据权利要求1所述的电化学电池单元，其中，所述弹性顺应性部分包括单个弹性构件，所述单个弹性构件延伸跨越由所述第二端部的电接触表面限定的区域。

4.根据权利要求1所述的电化学电池单元，其中，所述弹性顺应性部分包括至少两个单个弹性构件，其跨越由所述第二端部的电接触表面限定的区域分布。

5.根据权利要求1所述的电化学电池单元，其中，所述弹性顺应性部分是导电的。

6.根据权利要求1所述的电化学电池单元，其中，所述端子第二端部包括呈箔的形式的导电板。

7.根据权利要求1所述的电化学电池单元，其中，所述端子第二端部的轮廓具有矩形形状。

8.根据权利要求1所述的电化学电池单元，其中，所述端子第二端部的轮廓具有弯曲形状。

9.根据权利要求1所述的电化学电池单元，其中，所述电极组件包括一系列正电极板，所述正电极板与负电极板交错并且通过中间隔板分离，并且所述端子第一端部电连接到所述正电极板和所述负电极板中的一者。

10.一种电池系统，包括第一电化学电池单元和第二电化学电池单元，所述第一电化学电池单元包括：

第一电池单元壳体；

第一电极组件，其安置在所述第一电池单元壳体中；以及

导电且弹性顺应性的第一端子，其安置在所述第一电池单元壳体的外表面上，

所述第二电化学电池单元包括：

第二电池单元壳体；

第二电极组件，其安置在所述第二电池单元壳体中；以及

导电且弹性顺应性的第二端子，其安置在所述第二电池单元壳体的外表面上，

其中，所述第一端子直接接触所述第二端子并与其形成电连接；

其中，所述弹性顺应性部分包括泡沫垫或者流体填充的囊状物。

11.根据权利要求10所述的电池系统，包括系统壳体和安置在所述系统壳体中的壳体弹性装置，其中

所述第一电化学电池单元安置在所述系统壳体中，

所述第二电化学电池单元安置在所述系统壳体中与所述第一电化学电池单元相邻，使得所述第一端子直接接触所述第二端子并与其形成电连接，并且

所述壳体弹性装置安置在所述第一电化学电池单元与所述系统壳体以及所述第二电化学电池单元与所述系统壳体中的至少一者之间，使得所述壳体弹性装置施加压缩力，所述压缩力相对所述第二端子促动所述第一端子并且由所述压缩力使所述第一端子和所述第二端子中的至少一者变形。

12.根据权利要求11所述的电池系统，其中，所述系统是电池组，并且所述系统壳体是电池组壳体。

13.根据权利要求10所述的电池系统，其中，第一端子和第二端子中的每一者均包括：

第一端部，其电连接到所述第一电极组件和所述第二电极组件中的对应的一者；第二端部，其安置在所述第一电池单元壳体和所述第二电池单元壳体中的对应的一者外侧；以及弹性顺应性部分，其安置在所述第二端部与所述第一电池单元壳体和所述第二电池单元壳体中的所述对应的一者之间。

14.根据权利要求13所述的电池系统，其中，所述弹性顺应性部分包括弹簧。

15.根据权利要求13所述的电池系统，其中，所述弹性顺应性部分包括单个弹性构件，所述单个弹性构件延伸跨越由所述第二端部的电接触表面限定的区域。

16.根据权利要求13所述的电池系统，其中，所述端子第二端部包括呈箔的形式的导电板。

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