CN113366696A - 电池组 - Google Patents

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Nara Bangda Technology Holding Co ltd
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Abstract

便携式轻量型电池组(1)由一对端板(2)、插入端板(2)之间的多个电池单元(4)和多个电池单元连接件(5)形成。每个端板(2)包括第一部分(6)和汇流板(11)。第一部分(6)具有第一表面(7)和第二表面(8)，包括切口(9)的布置结构和流体流动开口(10)的布置结构。汇流板(11)基本上覆盖第一表面(7)，并且包括电池单元连接孔(12)的布置结构。流体流动孔口(13)的布置结构与所述流体流动开口(10)基本对准。电池组(1)通常可以与电动汽车和路用辅助设备一起使用，以用于露营、采矿和许多工业应用。

Description

电池组
背景技术
本发明涉及电池组，并且特别涉及便携式轻量型电池组。
特别地，本发明涉及特别设计的端板的构造，该端板以机械固定的方式容纳电池单元并且针对热设计和良好的电性能而被优化。本发明还涉及电池组的组件、用于形成端板、电池组和/或电池组件的系统和方法。
本发明在期望使用紧凑、轻量和/或便携式的能量供应的多种应用中是有用的，例如但不限于与电动车辆及其路用辅助设备一起使用，以用于露营、采矿和许多工业应用等。
现有技术的描述
除非出现相反的指示，否则本文对已知现有技术的任何引用不构成承认这样的现有技术在本申请的优先权日时是本发明相关领域的技术人员公知的。
电池组，特别是用于便携式应用的电池组，需要一系列经常相互冲突的性能要求，包括导电性、温度调节、机械强度、重量和能量体积密度。
已经对温度调节解决方案进行了各种尝试，然而对于便携式应用，大多数解决方案都重量过大。例如，一些使用流过密封的流体通道的液体。虽然这些能够通过强制对流的方式实现从电池单元的热能的高效的和高的流通量，但是它们需要附加储存器、泵送部件和用于从液体散热的结构(散热器)以发挥作用。液体本身以及这些附加部件的重量大大增加了整个系统的重量。液体冷却剂的使用对于在经受高瞬态载荷的电动车辆或其他装置中的使用可以具有显著的益处，因为液体的较大热容量可以有效地吸收热能的突发而不会显著加热。当电池组在持续载荷下时不会感受到该益处，然而，在这种情况下，液体的热容量变得饱和并且热性能受到用于从液体散热的部件(散热器)的限制。因此，基于液体冷却剂的系统的成本效益受限。
有时使用固态结构或者可替选地附接至电池单元的“热管”来将热量直接散逸到周围环境中，所述固态结构或者可替选地附接至电池单元的“热管”将热量转移至与电池单元分离并且被优化以将热量散逸到环境中的结构。类似地，一些设计使用直接并入电池单元或电池组的结构中的结构来改善散热。
已经在寻求最大能量体积密度和最小重量方面进行了各种尝试，在这些尝试中，电池是简单地将电池单元组装在一起，而在电池单元之间没有任何冷却结构或空间。这最大化了能量体积密度，但严重限制了电池组的热性能。
已经进行了各种其他尝试，在这些尝试中，框架结构由两个板状结构组成，在电池单元的相对端处将电池安装至这两个板状结构，以机械地连接电池单元并且保持电池单元之间的相对位置，在US5578392和US7189473中对此进行了描述。这两个系统在这些框架结构中包括附加孔，以使得流体能够流过电池单元之间的空间并流过电池组以进行热调节，然而，它们的设计未被优化。
发明内容
本发明试图克服现有技术的至少一些缺点。
本发明还试图提供一种电池组，以及特别地用于该电池组的端板，其与现有技术的电池组和端板设计相比具有差异和优点。
本发明还试图提供一种电池组，以及特别地用于该电池组的端板，其重量轻并且因此适用于便携式应用，例如但不限于与电动车辆一起使用。
本发明还试图提供一种电池组，以及特别地用于该电池组的端板，其具有有效的热特性和其他操作特性。
本发明试图提供一种电池组，其包括通过特别设计的端板框架电连接和机械连接的两个或更多个电能电池单元，端板框架附接至电池单元的端部。端板框架被设计为使得实现导电性、温度调节和重量的电池组要求之间的优化平衡。同时满足机械强度和电池单元气体流通的要求。通过由能量电池单元的主体之间的空间和端框架板中的多个孔形成的互连流体通道，实现了具有最小重量成本的温度调节，这些互连流体通道能够一起实现在电池组与用于热调节的流体之间的有效热传递，以及流体通过电池组的有效流动。并入端框架板中的电连接部件的设计使流体通道系统的孔和使气体能够从电池单元流通所需的孔周围的导电性最大化。设计的机械部件能够实现上述功能，同时使重量最小化。
在一个广泛的形式中，本发明提供了一种用于电池组的端板，该端板包括：
具有基本板状构造的第一部分，该第一部分具有第一表面和第二表面，该第一部分包括：
以间隔开的关系形成在该第一部分中的电池单元接纳切口的布置结构；以及，
在所述电池单元接纳切口之间设置的流体流动开口的布置结构；以及，
具有基本层状构造并且由导电材料形成的汇流板，该汇流板基本上覆盖所述第一部分的所述第一表面，该汇流板包括：
以间隔开的关系形成在该汇流板中的电池单元连接孔的布置结构，电池单元连接孔与所述第一部分的所述电池单元接纳切口基本对准；以及，
形成在所述汇流板中的流体流动孔口的布置结构，流体流动孔口与所述第一部分的所述流体流动开口基本对准。
优选地，每个电池单元接纳切口被成形为使得在使用中经由所述第一部分的第二表面接纳的电池单元的进入受到限制。
还优选地，电池单元接纳切口的侧壁的至少一部分包括以下各项中的任何一项或组合：
台肩；
凸缘；
台阶；或者，
斜面。
优选地，电池单元接纳切口具有与适于插入该电池单元接纳切口中的电池单元的形状基本相容的形状，例如但不限于以截面形式的圆形、正方形、矩形或任何其他形状。
还优选地，每个流体流动开口和每个流体流动孔口具有基本相似的形状，一起形成流体流动通道的一部分。
还优选地，所述第一部分至少部分地由非导电材料形成，该非导电材料优选地还能够耐受超过60℃的温度并且具有低可燃性，例如但不限于聚碳酸酯、聚芳酰胺6/6玻璃纤维增强、PTFE、PEEK等。
还优选地，每个流体流动开口和每个流体流动孔口具有基本相似的形状，一起形成流体流动通道的一部分。
还优选地，所述汇流板由诸如金属或非金属导体的高导电材料中的任何一种或组合形成，该金属例如但不限于铜、铝、镍等，该非金属导体例如但不限于石墨烯或导电聚合物或陶瓷材料。
在更广泛的形式中，本发明提供了一种电池组，该电池组包括一对间隔开的端板、插入所述一对间隔开的端板之间的多个电池单元以及多个电池单元连接件；
每个端板包括：
具有基本板状构造的第一部分，该第一部分具有第一表面和第二表面，该第一部分包括：
以间隔开的关系形成在该第一部分中的电池单元接纳切口的布置结构；以及，
在所述电池单元接纳切口之间设置的流体流动开口的布置结构；
具有基本层状构造并且由导电材料形成的汇流板，该汇流板基本上覆盖所述第一部分的所述第一表面，该汇流板包括：
以间隔开的关系形成在该汇流板中的电池单元连接孔的布置结构，电池单元连接孔与所述第一部分的所述电池单元接纳切口基本对准；以及，
形成在该汇流板中的流体流动孔口的布置结构，流体流动孔口与所述第一部分的所述流体流动开口基本对准；
每个电池单元包括第一端和第二端，第一端可操作地接合在所述端板的第一端板的电池单元接纳切口中，并且第二端可操作地接合在所述端板的第二端板的电池单元接纳切口中；以及，
每个电池单元连接件将每个所述电池单元的相应端部处的电极导电性地连接至其相应端板的汇流板。
优选地，每个电池单元接纳切口被成形为使得在使用中经由所述第一部分的第二表面接纳的电池单元的进入受到限制，使得电池的相应端部与所述第一部分的第一表面间隔开。
还优选地，电池单元接纳切口的侧壁的至少一部分包括以下各项中的任何一项或组合：
台肩；
凸缘；
台阶；或者，
斜面。
优选地，所述第一部分包括背对背放置的一对绝缘面板，其中，在第一绝缘面板中，每个电池单元接纳切口被确定尺寸为使得电池单元的端部可以装配在该电池单元接纳切口中，并且在第二绝缘面板中，每个电池单元接纳切口被确定尺寸为使得电池单元的相应端部被阻止装配在该电池单元接纳切口中以抵接电池单元的端部的外周边缘。
还优选地，电池单元接纳切口具有与适于被插入该电池单元接纳切口中的电池单元的形状基本相容的形状，例如但不限于以截面形式的圆形、正方形、矩形或任何其他形状。
优选地，每个流体流动孔口和每个流体流动开口具有基本相似的形状并且基本对准，一起形成流体流动通道的一部分。
优选地，所述第一部分至少部分地由非导电材料形成，该非导电材料优选地还能够耐受超过60℃的温度并且具有低可燃性，例如但不限于聚碳酸酯、聚芳酰胺6/6玻璃纤维增强、PTFE、PEEK等。
优选地，所述汇流板由诸如金属或非金属导体的高导电材料中的任何一种或组合形成，该金属例如但不限于铜、铝、镍等，该非金属导体例如但不限于石墨烯或导电聚合物或陶瓷材料。
在更广泛的形式中，本发明提供了一种电池组件，该电池组件包括串联和/或并联连接的多个如上文所述的电池组。
优选地，电池组件包括连接相邻放置的电池组的汇流板的连接板。
在更广泛的形式中，本发明提供一种用于形成电池组的方法，该方法包括在一对端板之间插入多个电池单元。
优选地，该方法包括用于形成电池组的方法，还包括附接电池单元连接件以将每个电池单元连接至每个端板的汇流板。
在更广泛的形式中，本发明提供一种形成电池组件的方法，该方法包括使用连接构件连接两个或更多个电池组。
附图说明
根据结合附图描述的本发明的优选但非限制性实施方式的以下详细描述，将更全面地理解本发明，在附图中：
图1示出了本发明的电池组的优选实施方式的立体图；
图2示出了图1的实施方式的分解图；
图3示出了本发明的替选优选实施方式的分解图；
图4示出了电池组的端板部件的优选实施方式的立体图；
图5示出了图4中所示的端板部件的剖视图；
图6示出了图1中所示的电池组的剖视图；
图7示出了电池单元切口和流体流动开口/孔口图案的优选布置的平面图；
图8示出了可以如何限定图7的孔布置；
图9示出了孔布置的比较分析；
图10示出了替选的三角形孔布置；
图11示出了替选的六边形孔布置；
图12示出了电池组的电池单元连接件部件的优选实施方式的立体图；
图13示出了包括电池单元连接件的电池组的顶视图；
图14在图14(a)和图14(b)中分别示出了示出将汇流板连接至电池单元的电池单元连接件的截面图和立体图；
图15示出了电池单元连接件布置的替选实施方式；
图16示出了多个电池组的组件；
图17示出了通过导电连接板连接的一对电池组；
图18示出了用于连接至汇流板的孔眼/环压接布置；
图19示出了图17的一对电池组的端立体图，示出了用于安装电池组的螺纹插入件；
图20示出了具有分离的汇流板的本发明的变型的立体图；
图21示出了图20的实施方式的分解图；
图22示出了替选矩形电池单元布置；以及，
图23示出了图22的孔布置的细节。
具体实施方式
在整个附图中，除非另有明确指示，否则相同的附图标记将用于标识相同的特征。
如图1至图3中所示，本发明的电池组1包括一对间隔开的端板2和3、插入这一对间隔开的端板2和3之间的多个电能电池单元4(本文简称为电池单元4)以及多个电池单元连接件5。
每个端板2优选地实施成包括第一部分6和汇流板11。
每个第一部分6可以至少部分地由非导电或绝缘材料形成，并且为了便于说明，可以被限定成包括第一表面7和第二表面8。每个端板2的每个第一部分6优选地包括以间隔开的关系形成在其中的电池单元接纳切口9的布置结构，以及设置在电池单元接纳切口9之间的流体流动开口10的布置结构。
汇流板11优选地具有基本层状构造并且由导电材料形成，基本上覆盖所述第一部分6的第一表面7。
汇流板11优选地包括以间隔开的关系形成在其中的电池单元连接孔12的布置结构，电池单元连接孔12与所述第一部分6的所述电池单元接纳切口9基本上对准。汇流板11优选地还包括形成在其中的流体流动孔口13的布置结构，流体流动孔口13与所述绝缘的第一部分6的所述流体流动开口10基本上对准，其中每个相应的孔口13和开口10一起限定流体流动通道21的一端。
如图6中所示，每个流体流动通道21在上端板2与下端板2之间延伸，并且在上端板2与下端板2之间，在电池单元4之间的空间中延伸。流体流动通道21允许流体流过电池单元4，以帮助电池单元4的热调节。
以电池单元4彼此间隔开的方式机械地支撑电池单元4的端板2的位置产生电池单元的优化的热调节，并且因此产生电池组1的优化的性能。
为了便于说明，每个电池单元4可以被限定成包括第一端14和第二端15。电池单元的第一端14优选地可操作地接合在所述端板的第一部分6的电池单元接纳切口9中，并且电池的第二端15优选地可操作地接合在所述端板的第二部分6的电池单元接纳切口9中。
如图12中所详示的，每个电池单元连接件5优选地将每个所述电池单元4的相应端14或端15处的电极29导电地连接至其相应端板2的汇流板11。这在图13、图14(a)和图14(b)中示出。
如图4和图5中所示，每个电池单元接纳切口9优选地成形为使得在使用中，经由所述第一部分6的第二表面接纳的电池单元4的进入受到限制，使得电池4的相应的端部14或端部15因此与所述第一部分6的第一表面7间隔开。
电池单元接纳切口9的侧壁的至少一部分优选地包括台肩16、台阶、斜面、凸缘等中的任何一个或组合。这限制了电池单元4的进入并且保持电池单元4与第一部分6的第一表面7间隔开，并且因此与汇流板11分离。在本发明的一个实施方式中，电池单元4的该压入配合或过盈配合到电池单元接纳切口9中促进电池组1的快速且容易的组装。在其他实施方式中，可能期望使用粘合剂将电池单元4结合至端板2中。
如图3的实施方式中所示，第一部分6可以在一种形式中被实施为分开形成并且然后背对背放置的一对面板17和18。即，在第一面板17中，每个电池单元接纳切口9被确定尺寸为使得电池单元4的端部14可以装配在该电池单元接纳切口中，并且在第二面板18中，每个电池单元接纳切口9被确定尺寸为使得电池单元4的相应端部14被阻止装配在该电池单元接纳切口中，而是抵接电池单元4的端部的外周边缘。
第一部分6可以完全或仅部分地由非导电或绝缘材料形成。第一部分6的重要方面在于其在邻近汇流板11处不导电，即，该第一部分6包括不导电的屏障以防止整个部件导电。因此，第一部分6的其余部分可以由能够导电的材料形成，或由半导体材料形成。
电池单元接纳切口9可以具有任何期望的形状，通过例如通过将每个电池单元4压入切口9中以使该电池单元4然后保持在其中来补充该形状并适当地装配电池单元4。图6的实施方式示出电池单元接纳切口9具有圆形截面形状以与圆形电池单元4相容，然而，电池单元/切口可以是正方形、矩形或任何其他相容的截面形状。
此外，在优选形式中，每个流体流动开口10和每个流体流动孔口13具有基本相似的形状，并且这两者基本上彼此对准，以限定穿过相应端板2的流体流动通道21的一部分。
电池组1优选地被实施为其中第一部分6至少部分地由非导电材料形成，优选地能够耐受超过60℃的温度并且具有低可燃性。示例可以包括但不限于聚碳酸酯、聚芳酰胺6/6玻璃纤维增强(polyaramid 6/6glass-fibre reinforced)、PTFE、PEEK等。
第一部分6可以完全由非导电材料形成，或者可以可替选地使用具有用于防止部件作为整体导电的非导电屏障的导电材料形成，例如但不限于层压有薄的非导电塑料片的金属片。
汇流板11优选地由诸如金属(例如但不限于铜、铝、镍等)或非金属导体(例如但不限于石墨烯或导电聚合物或陶瓷材料)的高导电材料中的任何一种或组合形成。
虽然包括液体或气体的任何流体都可以用于热调节，但是本发明优选地使用空气作为“流体”。这使得电池组的重量最小化。
在使用中，多个电池组1可以串联连接和/或并联连接，以形成如图16和图17中所示的电池组件20。这可以使用连接板19连接相邻放置的电池组1的汇流板11来实施。
图20和图21分别示出了本发明的电池组1的另一优选实施方式的立体图和分解图，其中在电池组1的一侧的汇流板11被分成两个电隔离部分11a和11b，并且使电池单元4布置在两个子集4a和4b中，使得两个子集的电压相加。在该实施方式中，电池单元4a和电池单元4b有效地串联连接，使得实现更高的输出电压。
虽然在上文中已经将本发明描述为涉及电池组，但是应当理解，本发明还涉及电池组的各个部件，特别包括电池组1的端板2。本发明的各个部件将更详细地描述如下：
电能电池单元
电池组1包括电连接和机械连接的多个电能电池单元4。这些电能电池单元4是能够输出电能的独立单元，其可以是但不限于电化学电池单元(例如锂离子电池单元、锂金属电池单元、镍金属电池单元或铅酸电池单元)、液流电池单元和燃料电池单元(例如，质子交换膜燃料电池单元)。在液流电池单元和燃料电池单元的情况下，气体流通功能改为用于输入反应物化学品和输出反应产物。
示出了使用圆柱形电池单元4的优选实施方式，但是也可以使用矩形或其他棱柱形电池单元来实现本发明。由于利用电池单元的机械结构的设计，电池单元4优选地具有能够承受机械负载的刚性体。使用“软包”电池单元的实施方式将包括电池单元的强化件或外部框架以保持电池组结构。
端板框架
通过端板框架结构2(也简称为端板2)将能量电池单元4机械地保持在适当的位置。这些端板框架结构2包括具有多个孔的板状结构2，电池单元4装配并保持在所述多个孔中。电池单元4被夹在所述一对端板框架2之间。在孔9的端部的面向外的表面7上的围绕孔9的边缘的凸缘16限制电池单元4侵入孔9中，并且在电池单元4的端部与结合到端板框架2的外表面中的汇流板11之间产生间隙。定位和机械地固定电池单元4的孔9被定位和放置成在这些孔9之间具有间隙，使得所安装的电池单元4彼此不直接接触并且电池单元4之间的间隙空间被互连。
端板框架2包括第一部分6，该第一部分6优选地至少部分地由非导电材料制成，该非导电材料还可以耐受在操作中遇到的超过60℃的可能温度并且具有低可燃性(例如，聚碳酸酯、聚芳酰胺6/6玻璃纤维增强、PTFE、PEEK)。端板框架2的第一部分6可以完全由非导电材料形成，或者可以可替选地使用具有用于防止部件作为整体导电的非导电屏障的导电材料(例如但不限于层压有薄的非导电塑料片的成形的金属片)形成。
构成端板框架2的还有汇流板11，该汇流板11优选地具有基本层状构造并且由导电材料形成，基本上覆盖所述第一部分6的第一表面7。
电池单元4可以通过粘合剂机械地结合至端框架板2，或者被压入配合或过盈配合至端框架板2和用于保持端框架板2的外部框架结构中，电池单元4被夹在端框架板2之间。
端框架板2可以被着色，以在将端框架板2附接至电池单元4的正电极或负电极时帮助识别端框架板2。
间隙热调节流体流动通道和孔
在端板2上的电池单元切口9之间的间隙空间中，是形成流体流动通道21的端部的流体流动孔24。每个通道21由一起形成流体流动孔24的端板的对准的流体流动开口10和流体流动孔口13与邻近电池单元4的端板之间的空间形成。流体流动通道21使得流体能够流过电池单元4之间的间隙空间。流体流动通道21能够实现热调节(主要是冷却，但也可以用于加热)。即，流体流动通道21使得热调节流体能够沿着电池单元4的轴向流动。
如图7、图8、图9、图10和图11中所示，由流体流动开口10和流体流动孔口13组成的流体流动孔24的形状可以由假想的“偏移形状”30形成，该假想的“偏移形状”30以一定偏移勾画出电池单元切口9的周边，使得相邻的假想偏移形状30的周边交叠。流体流动孔是由交叠的假想偏移形状30之间的中心间隙区域形成的。
例如图7和图8中所示，在圆形电池单元切口9以方形组装布置(square-packingarrangement)进行布置的情况下，这产生近似菱形但具有凹形弯曲边的形状。流体流动孔24的拐角可以被“圆角化”以防止可能导致端板2开裂的应力集中。限定流体流动孔24的几何形状的该方法产生最大可能表面积的孔，同时保持电池单元切口9周围的材料的恒定厚度，从而在减少重量和最大化流体流动效率的同时保持机械完整性。
汇流板
汇流板11并入端板2中。该汇流板11由导电材料形成，该导电材料用于通过收集来自多个电池单元的电流而电连接电池单元4。汇流板11由诸如金属(例如但不限于铜、铝、镍等)或非金属导体(例如但不限于石墨烯或导电聚合物或陶瓷材料)的高导电材料中的任何一种或组合形成。
在汇流板11中设置有孔口13，该孔口13与下面的端框架板绝缘部件的流体流动开口10匹配，一起形成流体流动孔24。位于电池单元安装孔9上方的孔或切口12的尺寸通常被确定成与下面的电池单元切口9不同。汇流板11不直接连接至电池单元4。替代地，位于电池单元切口9上方的切口12提供了用于将汇流板11连接至电池单元4的电极的电池单元连接件5的位置，电池单元4的电极在偏离汇流板11的表面的平面上。该偏移和连接孔12对于保持用于气体从电池单元4流通的路径是重要的。如果汇流板11直接连接至电池单元4而没有用于气体流通的路径，则这可能会由于气体的滞留而存在安全隐患。该路径还可以用于输送和去除由诸如燃料电池单元和液流电池单元的一些类型的能量电池单元消耗和产生的化学品。优选地使电池单元连接孔12的尺寸最小化以最大化汇流板11的表面积，并且从而最大化导电性，同时仍然允许足够的通路来安装电池单元连接件5并允许电池单元4的通风。
汇流板11可以通过包覆模制或粘合剂结合至端板框架2中。在电池单元切口9的正上方没有支承汇流板11的端框架板材料，以实现用于从电池单元4流通气体的路径。在汇流板11下面的其他区域中，汇流板11下面的端板框架的存在有助于保持汇流板11的结构完整性。
可以通过“翅片”来进一步改善汇流板11的热性能，该“翅片”从汇流板11表面突出或侵入间隙流体流动开口10中，以使得汇流板11能够更好地热耦接至热调节流体流。然而，这具有增加的复杂性、重量和占用空间的缺点。
电池单元连接件
该设计优选地实现了可熔电池单元连接件5。可熔连接件可以包括用于连接至汇流板11的焊盘25、用于连接至电池单元电极29的焊盘26以及两个焊盘之间的可熔导体27。可以通过钎焊或使用电阻、激光或超声波焊接处理的直接焊接将汇流板连接焊盘25结合至汇流板11。汇流板连接焊盘25的特征在于弯曲边缘但不需要弯曲边缘来减少应力集中并且增加汇流板连接焊盘25的周长，从而与沿着汇流板连接焊盘25使用直边缘相比，特别是对于钎焊或电阻焊接提高了结合效率。汇流板连接焊盘25和电池单元电极连接焊盘26的平面平行，而它们之间的可熔导体27是成角度的，以在汇流板连接焊盘25与电池单元电极连接焊盘26的平面之间产生偏移，以使得至偏移的汇流板11和电池单元4电极的连接如先前所描述的那样用于从电能电池单元4的气体的流通或者向电能电池单元4输送化学品以及从电能电池单元4去除化学品。电池单元连接焊盘26示出了在典型使用下平行于预期电流方向而定向的裂口。可以可选地包括该裂口以帮助将电池单元连接焊盘26电阻焊接至电池单元4电极，但是对于诸如激光焊接、超声波焊接或脉冲电弧焊接的替选结合方法不是必需的。
电池单元连接件5的可熔导体部分27包括具有变窄的截面面积的导体部分。该变窄的截面面积产生集中电流区域，在短路故障事件中，该集中电流区域将足以由于欧姆加热而导致可熔导体部分的破坏，从而切断与所连接的电池单元的电连接并且限制对所连接的电池单元和电池组的损坏，这是保险丝的典型动作。
还可以通过使用具有包括用于连接至螺钉端子电池单元的孔的电池单元连接焊盘的连接件来产生可熔电池单元连接件。也可以使用熔丝而不是片状材料来实现如图15中所示的可熔电池单元连接件5。
在实施方式中还可以以降低的安全性为代价来实现不被设计成“熔断”的普通电池单元连接件。大多数商业、现代锂离子电池单元设计都包含诸如正温度系数(PTC)部件和电流中断装置(CID)的内部装置，以确保在短路或其他故障事件下的安全性。当使用这样的电能电池单元实现本发明时，可熔电池单元连接件的使用是安全冗余的。
虽然本文已经描述了用于与本发明的优选实施方式一起使用的结合的连接件5，但是应当理解，可以使用不是刚性地结合至电池单元4的电池单元连接件，但是该电池单元连接件可以被设计成使用偏置的电池单元连接件布置来保持高导电性接触，该偏置的电池单元连接件布置确保在振动或冲击状况下保持接触。
热调节流体流动的驱动
流体(例如，空气或另一流体(包括液体或气体))流过电池组1以调节温度可以通过自然对流和强制对流两者来实现。用于流体流动通道21内的高流动效率和电池单元4的大的暴露面积的电池组1的设计意味着热调节流体流动可以借助于自然对流被自驱动通过电池组1。当电池组1定向为具有在相对于重力而竖直对准的相对侧上的流体流动孔24时，自然对流最高效地发生，从而促进竖直自然对流驱动的流体流过电池组。在电池组1处于不同定向的情况下，自然对流仍将发生，但效率较低。
在自然对流不足以驱动足够的热调节流体流过电池组1的情况下，可以使用强制对流。强制对流可以简单地通过将风扇靠近放置以引起或促使流体流过电池来实现。还可以通过歧管系统实现强制对流，该歧管系统引导强制的流体流过电池组。
电连接电池组
如图17和图18中所示，为了牵引电流和电力的与电池组1的电连接是通过汇流板11上的具有螺孔的区域来实现的，该螺孔允许常规汇流板或汇流连接器28的附接。
汇流板连接区域还用作连接多个电池组1的手段。一个电池组1的正极汇流板可以连接至另一电池组1的负极汇流板，以将两个组的电压相加。可替选地，组1可以以正极对正极被连接，以将两个组1的电流容量相加。
组的相对侧上的端板2被定向为使得相对板的汇流板连接区域位于电池组1的相对拐角上。在用于顶部电极和底部电极的在相对拐角中的汇流板连接区域的位置允许串联的两个或更多个电池组的有效连接。
机械连接电池组
如图19中所示，电池组1与其中使用电池组的外壳/系统的机械连接是通过拧入嵌入端板框架中的螺纹插入件22来实现的。螺纹插入件22通过包覆模制或粘合剂被插入端框架板2中的孔中。用于安装电池组1的框架结构23然后可以通过螺纹插入件22拧到端框架板上，如图16中所示。
替选实施方式
图3中所示的是具有更简单的几何形状的替选实施方式，并且端板2的第一部分6分成电池单元间隔面板17和汇流板支座面板18，以使得能够由2D切割(例如，布线、水射流切割、激光切割)片制造。
替选电池单元组装布置
图10、图11、图22和图23中示出了电池单元组装布置的替选构造。
图10示出了使用圆形电池单元4的三角形布置，并且图11示出了使用圆形电池单元4的六边形布置，而图22和图23示出了使用矩形电池单元4的替选布置。
如图10中所示的三角形电池单元组装实施方式提高了电池组的电池单元密度但降低了热调节流体流动效率。间隙流体流动通道21和孔24必须小得多。为了提高电池组密度而牺牲了热性能。
如图11中所示，也可以使用六边形布置进行规则的电池单元组装。该实现方式增加了用于流体流动的可用截面面积，并且显著降低了电池单元密度。这改善了热性能，但大大牺牲了电池组密度。
图22和图23示出了使用矩形电池单元4的不同的电池单元组装布置，图22示出了使用矩形电池单元切口4的端板几何形状，并且图23详细示出了显示用于限定矩形电池单元布置的流体流动通道的偏移形状30的流体流动孔。
如本领域技术人员将理解的，在本发明中可以使用任何期望形状的电池单元4，并且因此可以选择不同形状的流体流动通道21以优化电池组1的热性能特性。
用于更高电压的串联电池
上文描述的实施方式是单个“串联”构造。即，电池组由全部被布置成电池单元的正电极仅连接至其他正电极并且负电极仅连接至其他负电极的电池单元4组成。这产生了具有高电流容量但是电压输出仅等于单个电池单元4的电压输出的电池组1。为了配置更高电压的电池组，电池单元“串联”连接，即，电池单元4的子集使其正电极连接至另一电池单元4的子集的负电极。这可以通过如以上在标题“电连接电池组”下所描述来连接不同的电池组1来实现，但也可以在电池组1内完成以牺牲电流容量为代价来提高电池组1的输出。
为了生产更高电压的电池组1，可以在电池组的一侧或两侧上将汇流板11分成两个或更多个电隔离部分。每个“串联”电池单元子集使所有电连接的正电极和所有电连接的负电极分别在电池组的相对侧上。“串联”子集的正电极还连接至另一相邻串联子集的负电极。类似地，串联子集的负电极连接至另一相邻串联子集的正电极。交替的串联子集在电池组中具有翻转的取向，以使得能够在电池组的单侧上将正电极连接至负电极或负电极连接至正电极。以这种方式，串联子集顺序地“串联”连接，使得每个串联子集的电压相加以产生更高的电压。在图20和图21中示出了使用串联连接的两个电池单元子集4a和4b的该更高电压电池组的实施方式。
一些类型的电能电池单元的反应物和产物化学路径
如上文所述，该设计的特征在于在使用密封电化学电池单元时在某些情况下可以产生的主要出于从电池单元4流通气体的目的的通向电池单元电极的开放路径。由汇流板连接孔12、端框架板电池单元孔凸缘16和电池单元连接件5形成的该路径还可以用作用于输送和去除由一些类型的电能电池单元消耗的反应物化学品和产生的产物/废料化学品的路径。例如，氢燃料电池单元或液流电池单元实现方式可以增加管道并加宽连接孔12，以允许输送和去除对于电能电池单元的操作所需的化学品。
本发明总体上涉及电池组1，该电池组1包括两个或更多个电能电池单元4，两个或更多个电能电池单元4通过附接至电池单元4的端部的特别设计的端板框架2电连接和机械连接。端板框架2被设计为使得实现导电性、温度调节和重量的电池组要求之间的优化平衡。同时满足机械强度和电池单元气体流通的要求。
通过由能量电池单元4的主体之间的空间和端框架板中的多个孔形成的互连流体通道来实现具有最小重量成本的温度调节，这些互连流体通道一起实现了在电池组1与用于热调节的流体之间的有效热传递以及流体通过电池组的有效流动。与端框架板结合的电连接部件的设计使流体通道系统的孔和允许从电池单元的气体流通所需的孔周围的导电性最大化。设计的机械部件能够实现上述功能，同时使重量最小化。
在整个说明书中，术语“板状”已经用于描述端板的构造。术语“板状”应当被认为是具有长度、宽度和高度的任何三维形状。即，它可以是任何二维形状，例如但不限于正方形、矩形、圆形等，其还具有厚度分量。已经在本发明的优选实施方式中将本发明描述为具有正方形形状或矩形形状，但是应当容易理解，该形状可以变化。
在整个说明书中，术语“层状”也已经用于描述汇流板的构造。这旨在表示设置在端板上或端板附近的任何相对较薄的片状结构，而不管该片状结构是通过粘合剂固定的还是以其他方式物理附接的，或者实际上未附接而是仅覆盖端板的绝缘部分的一侧。
无论在何处使用，词语“包括(comprising)”都应以其“开放”意义来理解，即“包括(inluding)”的意义，并且因此不限于其“封闭的”意义，即“仅由……组成”的意义。相应的含义应归于相应词语“包括(comprise)”、“被包括(comprised)”和“包括(comprises)”出现的地方。
上文已经参照一个或更多个具体公开的实施方式描述了本发明。对于本领域技术人员而言变得明显的本发明的所有变型和修改应被认为落入如上文广泛描述且如所附权利要求所要求保护的本发明的精神和范围内。

Claims (20)

1.一种用于电池组的端板，所述端板包括：
具有基本板状构造的第一部分，所述第一部分具有第一表面和第二表面，所述第一部分包括：
以间隔开的关系形成在所述第一部分中的电池单元接纳切口的布置结构；以及，
在所述电池单元接纳切口之间设置的流体流动开口的布置结构；以及，
具有基本层状构造并且由导电材料形成的汇流板，所述汇流板基本上覆盖所述第一部分的所述第一表面，所述汇流板包括：
以间隔开的关系形成在所述汇流板中的电池单元连接孔的布置结构，所述电池单元连接孔与所述第一部分的所述电池单元接纳切口基本对准；以及，
形成在所述汇流板中的流体流动孔口的布置结构，所述流体流动孔口与所述第一部分的所述流体流动开口基本对准。
2.根据权利要求1所述的端板，其中，每个电池单元接纳切口被成形为使得在使用中经由所述第一部分的所述第二表面接纳的电池单元的进入受到限制。
3.根据权利要求2所述的端板，其中，所述电池单元接纳切口的表面壁的至少一部分包括以下各项中的任何一项或组合：
台肩；
凸缘；
台阶；或者，
斜面。
4.根据前述权利要求中任一项所述的端板，其中，所述电池单元接纳切口具有与适于插入所述电池单元接纳切口中的电池单元的形状基本相容的形状，例如但不限于以截面形式的圆形、正方形、矩形或任何其他形状。
5.根据前述权利要求中任一项所述的端板，其中，每个流体流动开口和每个流体流动孔口具有基本相似的形状，一起形成流体流动通道的一部分。
6.根据前述权利要求中任一项所述的端板，其中，所述第一部分至少部分地由非导电材料形成，所述非导电材料优选地还能够耐受超过60℃的温度并且具有低可燃性，例如但不限于聚碳酸酯、聚芳酰胺6/6玻璃纤维增强、PTFE、PEEK等。
7.根据前述权利要求中任一项所述的端板，其中，所述汇流板由诸如金属或非金属导体的高导电材料中的任何一种或组合形成，所述金属例如但不限于铜、铝、镍等，所述非金属导体例如但不限于石墨烯或导电聚合物或陶瓷材料。
8.一种电池组，所述电池组包括一对间隔开的端板、插入所述一对间隔开的端板之间的多个电池单元以及多个电池单元连接件；
每个端板包括：
具有基本板状构造的第一部分，所述第一部分具有第一表面和第二表面，所述第一部分包括：
以间隔开的关系形成在所述第一部分中的电池单元接纳切口的布置结构；以及，
在所述电池单元接纳切口之间设置的流体流动开口的布置结构；
具有基本层状构造并且由导电材料形成的汇流板，所述汇流板基本上覆盖所述第一部分的所述第一表面，所述汇流板包括：
以间隔开的关系形成在所述汇流板中的电池单元连接孔的布置结构，所述电池单元连接孔与所述第一部分的所述电池单元接纳切口基本对准；以及，
形成在所述汇流板中的流体流动孔口的布置结构，所述流体流动孔口与所述第一部分的所述流体流动开口基本对准；
每个电池单元包括第一端和第二端，所述第一端可操作地接合在所述端板的第一端板的电池单元接纳切口中，并且第二端可操作地接合在所述端板的第二端板的电池单元接纳切口中；以及，
每个电池单元连接件将每个所述电池单元的相应端部处的电极导电性地连接至其相应端板的汇流板。
9.根据权利要求8所述的电池组，其中，每个电池单元接纳切口被成形为使得在使用中经由所述第一部分的所述第二表面接纳的电池单元的进入受到限制，使得所述电池的相应端部与所述第一部分的所述第一表面间隔开。
10.根据权利要求8或9所述的电池组，其中，所述电池单元接纳切口的侧壁的至少一部分包括以下各项中的任何一项或组合：
台肩；
凸缘；
台阶；或者，
斜面。
11.根据权利要求8至10中任一项所述的电池组，其中，所述第一部分包括背对背放置的一对绝缘面板，其中，在第一绝缘面板中，每个电池单元接纳切口被确定尺寸为使得电池单元的端部能够装配在所述电池单元接纳切口中，并且在第二绝缘面板中，每个电池单元接纳切口被确定尺寸为使得所述电池单元的相应端部被阻止装配在所述电池单元接纳切口中以抵接所述电池单元的所述端部的外周边缘。
12.根据权利要求8至11中任一项所述的电池组，其中，所述电池单元接纳切口具有与适于被插入所述电池单元接纳切口中的电池单元的形状基本相容的形状，例如但不限于以截面形式的圆形、正方形、矩形或任何其他形状。
13.根据权利要求8至12中任一项所述的电池组，其中，每个流体流动孔口和每个流体流动开口具有基本相似的形状并且基本对准，一起形成流体流动通道的一部分。
14.根据权利要求8至13中任一项所述的电池组，其中，所述第一部分至少部分地由非导电材料形成，所述非导电材料优选地还能够耐受超过60℃的温度并且具有低可燃性，例如但不限于聚碳酸酯、聚芳酰胺6/6玻璃纤维增强、PTFE、PEEK等。
15.根据权利要求8至14中任一项所述的电池组，其中，所述汇流板由高导电材料形成，所述高导电材料包括金属或非金属导电材料中的任何一种或组合，所述金属例如铜、铝、镍等，所述非金属导电材料例如但不限于石墨烯或导电聚合物或陶瓷材料。
16.一种电池组件，包括串联和/或并联连接的多个根据权利要求8至15中任一项所述的电池组。
17.根据权利要求16所述的电池组件，包括连接相邻放置的电池组的汇流板的连接板。
18.一种用于形成电池组的方法，包括在一对端板之间插入多个电池单元。
19.根据权利要求18所述的用于形成电池组的方法，还包括附接电池单元连接件以将每个电池单元连接至每个端板的汇流板。
20.一种形成电池组件的方法，包括使用连接构件连接两个或更多个电池组。
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