TWI640117B - 電池組及安裝電池組的方法 - Google Patents

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Abstract

說明一個電池組，該電池組可容易製造並在電池組(10)安裝及操作時可提供足夠熱消散，且在電池單元(11)的連接結構(14)與連接接點(33、34)之間提供可靠的電性連接，以及可處理個別電池單元(11)的故障。說明一電池組(10)，該電池組包含：至少兩個電池單元(11)。其中每個電池單元(11)具有一正與一負電連接接點(33、34)。其中一連接結構(14)至少被分配到該些電池單元(11)的正電連接接點(33)或負電連接接點(34)。其中每個電池單元(11)經由至少一連接元件(15、51)被連接到該連接結構(14)。其中該各自的連接元件(15、51)的一截面符合一電池單元(11)的一既定最大電流。其中該連接元件(15、51)被固定在面對該電池單元(11)的該連接結構(14)的一側。每個連接結構(14)具有一電流輸送容量，該電流輸送容量相當於每個連接的電池單元(11)的個別電流的總和。

Description

電池組及安裝電池組的方法
本發明是有關於一種容納電池單元的裝置(在下列也參照為電池組)，以及有關於一種安裝或製造電池組的方法。
電池組被用在很多不同的電性操作裝置上，尤其是用在電動車輛上、用在電動腳踏車上以及藉由可重複充電的電池所作動的工具上、用在可攜式電腦上以及電話上等等，通常，可充電單元被用在這些電池組中。現今，以鋰為主的可充電電池單元被用在此種電池組中。可充電電池的特色是在第一次放電過程之後可再次充電。然而，這需要相應的電路以監控充電與放電過程。舉例而言，藉由電池管理系統進行監控。當電池組內的個別單元被連接，在電池組的連接結構與電池單元的電性接點之間的可靠的電性連接是必需的。此種接點需要在作動時與超過電子裝置的整個生命週期時仍可靠地操作，例如在相應的機械、熱與電負載下可靠地操作。
再者，尤其是在具有數百個電池單元的大型電池組的例子中，在充電及放電時，非常高的電流會發生在電池組的連接區域。不論高電流流向哪裡，會產生很多的熱且需要避 免將此熱轉移到電池組上，因為電池單元尤其是鋰離子單元在熱供應無法控制時會排氣或甚至爆炸。因此，在先前技術中使用各種技術，以防止在安裝電池組時或充放電過程中熱作用在電池單元上。為了在充放電過程中防止熱累積，舉例而言，可使用額外的冷卻方法。然而，習知電池組的個別電池單元的排列，使得個別電池單元可足夠通風冷卻，可盡可能避免電池組內的熱累積超過一允許值。然而，也需要在安裝過程中考慮熱的作用，尤其是在連接過程中的熱的作用。
電池組連接結構固定到電池單元的個別電連接通常由點焊完成。這會在個別電池單元造成局部高熱，但為了製造可靠的電性連接--這是必要的。另一方面，電池組的設計包括在一電池組內有時有數百個電池單元，在電池組作動時，因為電池單元內的不同質，個別的電池單元可能故障。其中故障通常是由減少的內阻所造成，於是造成流到電池組連接結構的電流會增加。此增加的電流會造成電池單元內不受控制的熱累積，且在鄰近的電池單元中會造成連鎖反應，造成整個電池組不受控制的排氣或爆炸。為了防止此種後果，需要一種可容易製造且根據其設計可防止上述一個或多個問題的電池組。
因此，本發明的目標包括說明一種電池組，可被容易製造、在電池組安裝及作動時可提供足夠的熱消散、在連接結構與電池單元的連接接點之間可提供可靠的電性連接以及可處理個別電池單元的故障。
此目標可由申請專利範圍的獨立項的特徵所達 成。
本發明是基於一種概念，提供連接結構與對應的電性連接到電池組中的電池單元的連接接點。首先，使充電時充電電流均勻分布，且在放電時可靠地傳達許多個別電池單元的高電流到連接區域，而不會使個別的電池單元有過度的熱負載。此外，在個別電池單元故障且因故障所產生的超高電流時，根據本發明在電池單元的電連接接點與連接結構之間的連接，可確保個別電池單元有效的分離。
與上述問題一致的一個解決方法。一種電池組，包含：至少兩個電池單元。其中每個電池單元具有一正與一負電連接接點，一連接結構至少被分配到該些電池單元的正電連接接點或負電連接接點。每個電池單元經由至少一連接元件被連接到該連接結構。該各自的連接元件的一截面符合一電池單元的一既定最大電流。
最佳地，該連接元件被固定在面對該電池單元的該連接結構的一側。
每個連接結構具有一電流輸送容量，該電流輸送容量相當於每個連接的電池單元的個別電流的總和。
最佳地，一第一連接結構被分配到該電池單元的該正電連接接點，且一第二連接結構被分配到該電池單元的該負電連接接點。其中，該連接元件每個被固定在面對該電池單元的該連接結構的該些側。
最佳地，電池組更包括至少一夾持結構，以容納至少兩個電池單元。
最佳地，該夾持結構具有一區域，該區域指向該連接結構，其中該區域被一連接開口所穿孔。
最佳地，在安裝狀態，該連接結構放在該夾持結構的該區域上，且該連接元件穿過該連接開口。
最佳地，一第一夾持結構被排列在該正電連接接點的該側，且一第二夾持結構被排列在該負電連接接點的該側。
最佳地，為了把該兩夾持結構與插入的該電池單元一起夾持，至少一第一固件元件被排列在該第一與該第二夾持結構之間的既定位置。也可設置複數個固件元件。
二擇一或額外的，為了以該夾持結構夾持該兩連接結構，至少一個或多個固件元件被設置，該夾持結構一起容納該電池單元。
最佳地，該固件元件可由一非電導材料形成或者可被電絕緣材料所包圍。
與上述問題一致的其他解決方案。說明一種製造電池組的方法。該方法包括下列步驟：在夾持結構插入至少兩電池單元；在每個電池單元的連接結構的一第一側，在每個案例，連接一連接結構到一連接元件；具有被固定的連接元件的連接結構放置在夾持結構上，其中該連接元件被固定到面對電池單元的該連接結構的該第一側，且連接被連接到該連接結構的該連接元件到電池單元的電連接接點。
在安裝狀態，藉由附著連接元件到導向電池單元的連接結構的側邊，例如是一但附著到連接元件，連接結構被 反轉，連接點面向夾持結構或電池單元。這具有兩個很重要的優點。首先，連接點因此被保護而不受外界影響，尤其是機械性影響，可避免連接點損傷。其次，連接元件只需要被彎曲少許，因為少了連接結構的材料厚度，使得到連接接點的間隙變小。這對焊接點也有正向影響，因為在連接結構與連接接點兩者，作用在連接元件上材料應力較少。此外，因為連接元件彎曲較少，因此在連接/焊接時，可改良操作。
與上述問題一致的一個解決方案。電池組，包括：至少兩個電池單元。在此例中的每個電池單元具有一正電與一負電連接接點。一第一連接結構被分配到該電池單元的該正電連接接點，且一第二連接結構被分配到該電池單元的該負電連接接點。
既然充電時電池組內的電池單元接收電流，該電流由電池管理系統或充電器控制。在放電時輸出高電流，輸出大小由負載需求決定。每個連接結構具有一電流輸送容量，該電流輸送容量相當於電池組連接的電池單元的個別電流的總和。
在該第一連接結構與含在電池組內電池單元相應的正電連接接點之間的電性連接，與在該第二連接結構與含在電池組內電池單元相應的負電連接接點之間的電性連接，在每個案例藉由連接元件而設置這些電性連接。在此例中，每個電池單元的連接接點每個被相應連接到至少一連接元件。其中每個連接元件被連接到分配的連接結構。也就是說，連接結構的電流輸送容量遠高於相應的連接元件的電流輸送容量。
與本發明一致，連接元件的截面在電池單元的電性連接以及連接結構之間製造的電性連接，皆符合個別電池單元的既定最大電流。這確保了在放電時，只有最大既定或允許電流可流經電池單元。在電池單元因為產生低內阻而故障的情況下，尤其會發生高電流。連接元件會熔化且因此使受影響的電池單元由電池組分離。其次，已定義截面的連接元件作為在充電過程中的限電流元件，結果是只有受限的電流可流入電池單元。結果，可達到流入電池單元中電流的均勻分布或電流平衡。比起遠離此連接區域的電池單元，較接近電源供應線的電池單元可避免過度快速充電或接收較高電流。
最佳地，電池組內的電池單元在並聯電路中互連。也就是說，在每個案例中，電池單元的正或負連接接點每個被分配到一連接結構。這意謂著，正電連接接點與負電連接接點每個位在一側。舉例而言，電池組的上側或下側。對正電連接接點而言，充電或放電電流可經由一第一連接結構進入或離開。對負電連接接點而言，充電或放電電流可經由一第二連接結構進入或離開。
在又一組態中，提供容納至少兩個電池單元的至少一夾持結構。藉由此夾持結構，可達到電池單元的實質固定。經由夾持結構，電池單元被機械性固定，使得當盡可能低的機械夾持力作用在連接元件或連接結構上時，該連接元件或該連接結構不會遭受機械應力。
在一特定組態，電池單元的形狀為圓的。且在一第一末端有正電連接接點，在一相對末端有負電連接接點。然 而，本發明不受限於圓形的電池單元。凹陷的電池單元和平坦的電池單元可同樣地被使用，包括複數個圓形電池單元。其中各自已使用的電池單元的電連接接點也可排列在電池組的同一側。然而，也可使用其他種的連接結構排列。如果適當的話，在電池組一側的複數個連接結構彼此間電性絕緣。
在又一特定的組態，設置一第一與一第二夾持結構。每個排列在電池單元的相對末端。使得在每個案例中，電池單元的相對末端為相應的正電與負電連接接點，電池單元的相對末端被容納在兩個夾持結構內。為了此目的，夾持結構最佳具有容納開口，設置以容納電池組的每個電池單元的至少部分的外形。藉由此容納開口的優點，在安裝過程中，電池單元可被容納在夾持結構中且被良好固定，使得電池單元的位置不會再改變。在固定連接元件與連接結構的過程中，正電與負電連接接點的位置因此不會再改變。藉由夾持結構的組態，同樣可能由被選擇或被形成的容納開口之間的間隙定義在個別電池單元之間的間隙，使得在電池組的個別電池單元之間有足夠通風。為此目的，在第一與第二夾持結構中的容納開口每個具有既定深度。結果是個別的電池單元可被足夠安全地插入。在此例中，容納開口以此型式裝配，使電池單元不會掉出。因此，由容納開口提供一夾持連接。
此外，每個夾持結構具有複數個連接開口，其中經由連接開口的接點為電池單元的電性連接接點。在此例中，夾持結構的每個連接開口被分配到一容納開口。也就是說，連接元件穿過連接開口到容納開口，因此連接到電池單元的電連 接接點。為了此目的，個別的連接開口被連接到對應的容納開口。因此，在連接開口與容納開口之間存在一通孔。為了防止電池單元在連接開口的方向掉出或滑出容納開口，連接開口需小於容納開口。
此外，同時連接端的機械保護或電池單元的電連接由較小的連接開口提供，指向外。既然電池單元的末端的一部分被容納開口的至少一突出或一圓周環覆蓋，因此可防止電連接的機械損傷或使電池單元絕緣。在容納開口與連接開口之間的間隙可經由環的厚度或容納開口中的突出厚度來調整。間隙越大，個別電池單元的電連接接點的機械與熱保護就越大。
如上述已說明，每個夾持結構具有容納開口與連接開口。連接開口被排列在該夾持結構的連接側，其中該容納開口被排列在該夾持結構的容納側。容納開口的容納側用以容納電池單元，其中設置連接側用以形成由外界到電池單元的電連接接點的電通道。也就是說，個別夾持結構的連接側導向外到電池組的外殼。夾持結構的容納側在外殼中相對於電池組導向內。也就是說，當觀看一獨立夾持結構時，容納側與連接側互相相對，因此形成夾持結構的上側與下側。在此例中，容納開口被排列在夾持結構的容納側以提供電池單元結構性的夾持。
夾持結構的連接側每個被連接結構所覆蓋。因此，該第一與該第二連接結構每個被排列在該第一與該第二夾持結構的連接側，其中電池單元被排列在該第一與該第二夾持結構之間。
為了供應充電電流或排出放電電流，每個連接結構具有電池組連接區域。在此例中，電池組連接區域被排列在連接結構的外環或外邊緣且最佳地由此突出或突出該連接結構到超過電池組的外部尺寸。電池組連接區域用以連接充電器或連接用戶。當複數個電池組彼此互連，則複數個電池組的電池連接區域連接。
為了確保電流均勻通過對應的連接結構，電池組連接區域被排列在相對於電池組的對邊對角線上。也就是說，舉例而言，在正電側的電池組連接區域被排列在左上側，而在負電側的電池組連接區域被排列在電池組下側的右下角。結果，均勻的電流會通過電池組內所含有的電池單元，且因此可避免因不均勻電流分布所造成的個別電池單元點狀過熱。
連接結構由電導材料所製成，且為平的。最佳地，連接結構完全覆蓋或幾乎完全覆蓋各自的夾持結構。因為連接結構的平坦設計，可使所有被連接的電池單元具有均勻電流分布。最大電流輸送容量被定義為在連接結構的截面與各自的區域，例如是在輸送電流所需的體積上。既然有時在此種電池組上有超過一百個電池單元，簡短的說，每個電池單元可使用最高電流，各自的連接結構需要提供足夠高的電流輸送容量，相當於個別電池單元的個別電流的總和。也就是說，充電時經由連接結構的電流超過100安培(A)，且尤其是放電過程中有最大需求。最佳地，連接結構由金屬形成。在此例中，使用銅是一個選項。然而，也可由其他電導材料製造連接結構。用以在連接結構與電池單元的電連接接點之間製造連接的連接元 件，可由第二種不同的金屬製成，舉例而言，鎳或鋁。在此例中，適於使用Hilumin®條。然而，也可使用其他種電導材料作為連接元件。
連接結構具有接觸開口。在此例中，夾持結構的連接開口被分配到每個接觸開口。最佳地，各自的連接開口對應到被分配的接觸開口，其中接觸開口也可能大於或小於對應的夾持結構的連接開口。因此，接觸開口曝露夾持結構各自的連接開口，而因此各自的電池單元的電連接接點位於其下。因此，連接結構使接觸可藉由連接元件通過連接開口進入容納開口到電池單元的電連接接點。連接開口可具有任意所欲的形狀。最佳地，如接觸開口般、大體上為圓形。
連接元件最佳為條狀，藉由連結方法被固定在連接結構上且在每個案例突出到對應的接觸開口。特別有利的連接方法已證實為連接元件摩擦焊接或超音波焊接到各自的連接結構。在此種方法中，可達成在連接結構與連接元件之間足夠的機械連接與電性連接。在摩擦焊接時所產生的熱大體上少於點焊方法所產生的熱。再者，當連接一較厚材料到一較薄材料時，使用點焊方法很難達到可靠的機械與電性連接。因為，能量都被較厚材料所吸收。另一方面，在摩擦焊接時，材料被連接到各自的表面上，可提供一平坦連接。在此例中，被連接的兩個區域在壓力下彼此相對移動，結果使材料生熱與塑化。被連接的區域接著被以高壓力彼此擠壓。因此，即使在不同材料厚度與不同材料的例子中，可達成可靠的機械連接與電性連接。
再者，預先製造具有相應的、被連接的連接元件的連接結構是有利的。這樣一來，連接結構可在電池組安裝個別電池單元之前被製造。一但上面固定住連接元件的連接結構被定位在各自的夾持結構上，連接元件每個突出到接觸開口內。在各自電池單元的正電或負電連接點之間，可產生電連接。在此例中，進一步的點焊的方法也是可能的，以確保在電池單元與連接元件之間的電性連接是可靠的電連接。
連接元件具有截面，當電流超過最大充電電流或放電電流時，連接元件會熔化。於是，在連接結構與連接元件之間的連接中斷，遏制另一電流通過。再者，可防止電池單元有缺陷時或相應的連鎖反應時過度變熱，整個電池組無法作動及充滿危險。
對熱絕緣來說，可在連接結構與夾持結構之間排列一熱絕緣層，舉例而言，含有Teflon®的層。最佳地，以連接結構相同的尺寸與開口形成熱絕緣層。
在電池組充電時，在連接元件的截面上，可達成電池組內被連接的個別電池單元上的均勻電流分布。在電池組充電時，需均勻地對電池組所有的電池單元充電，例如是相同的電流強度，且不會對較靠近電池組連接區域的電池單元充較多電。如在先前技術中，該些電池單元會被過度加熱，造成無法控制的反應。因為根據本發明的電池組組態的關係，尤其是其上固定的連接結構與連接元件，充電電流由電池組連接區域均勻分布到電池組的所有電池單元。藉由有目標的選擇或連接元件剖面的減少，流到電池單元的電流數量或流出的電流數量 是有限的，且充電時也分布到其他的電池單元。在放電時，在當前電流超過電池單元最大電流、不受控制的放電下，連接元件定義的剖面會確保連接元件熔化，以及連接元件會由電池組其他部分分離。
也就是說，根據本發明的連接元件的截面代表電池單元放電過程中的安全功能與充電過程中的限制功能。
與先前技術一致，在電池單元的連接的例子中，個別電池單元通常經由接觸條連接，其中尤其是在充電過程中，靠近電池組連接區域的電池單元接收比遠離電池組連接區域的電池單元還高的電流。因此，在此例中，靠近電池組連接區域的電池單元被加熱超過可允許的溫度，產生如上述的故障反應。
既然整個電池組在製造與在操作時，可能遭受臨界熱累積。最佳的夾持結構可由熱阻抗、非電導材料製造，最佳地由熱固性塑膠製成。
例如是圓形電池單元的內直徑的例子，容納開口的尺寸符合各自的外尺寸(例如是各自電池單元的外直徑)，一但電池單元被插入容納開口時，可在電池單元上達到對應的夾持效應。二擇一或除此之外，既定量的附著劑可用在容納開口中，以加強電池單元的固定。
連接結構的外尺寸大體上相當於夾持結構的外尺寸。
已插入電池單元的夾持結構或夾持結構上具有連接結構的夾持結構，主要經由連接元件與連接結構之間或連接 元件與電池單元電連接接點之間的連接夾持在一起。然而，為了盡可能的紓解電連接的機械負載，在每個案例的第一與第二夾持結構之間排列一固件元件是有利的。因此在第一與第二夾持結構之間，額外的固件元件可牢牢地夾持插入夾持結構的電池單元。
連接元件在連接點固定到連接結構上，最佳是藉由摩擦焊接或超音波焊接。在每個案例中的連接點的尺寸相當於連接元件寬度的平方面積。因為受惠於連接元件到連接結構平坦的連接，可達到穩固的機械連接與電性連接。
本目標也由製造電池組的方法所達成。該方法最佳包含下列步驟：在一夾持結構插入至少兩電池單元；連接一連接結構到一連接元件；其中每個電池單元的每個連接結構上設置至少一連接元件。一但該連接元件被連接到該連接結構，具有連接元件的連接結構相應地被定向，如此一來連接元件可被連接到電池單元各自的電連接接點。接著，電池單元的其他側被類似地連接到各自的連接結構與連接元件。
第一實施例的個別特徵也可施加到第二實施例上，反之亦然。
10‧‧‧電池組
11‧‧‧電池單元
12、13‧‧‧夾持結構
14‧‧‧連接結構
15‧‧‧連接元件
16‧‧‧接觸開口
17、18‧‧‧電池組連接區域
21‧‧‧容納開口
22‧‧‧凸部
23‧‧‧連接開口
24‧‧‧上區域
24a‧‧‧下區域
25、26‧‧‧固件元件
27‧‧‧凸緣
33、34‧‧‧電連接接點
35‧‧‧絕緣
51‧‧‧連接元件
52‧‧‧連接點
53‧‧‧焊接接點
71‧‧‧縱向連接
72‧‧‧橫向連接
73‧‧‧連接點
參照附隨的圖式，本發明的實施例在下列會更詳細說明。其中：圖1是根據本發明的電池組的立體圖。
圖2繪示夾持結構的立體圖。
圖3a繪示根據本發明容納在電池組的電池單元的剖面圖。
圖3b繪示夾持結構的容納開口或連接開口的剖面圖。
圖4繪示上述連接結構的示意圖。
圖5繪示與不同於上述的另一實施例一致的電池組的示意圖。
圖6繪示圖5一區域的放大圖。
圖7繪示先前技術的電池組。
圖8繪示與本發明又一組態一致的電池組的立體圖。
圖9繪示與又一實施例一致的夾持結構的立體圖。
圖10繪示與本發明第二實施例一致的電池組的剖面圖。
圖1繪示電池組10的立體圖。在此例示性實施例中，電池組10包括40個電池單元11，電池單元11的每個末端被容納在夾持結構12、13裡。夾持結構12、13每個被連接結構14覆蓋，其中無法看見在圖式下方的連接結構。連接結構14具有接觸開口16。再者，連接結構14具有連接元件15，連接元件15固定在連接結構14上且每個突出到接觸開口16內。在每個案例中的連接元件15經由連接被連接到電池單元11的電連接接點(在此無符號)。在連接結構的左前區域，連接結構14具有電池組連接區域17，該電池組連接區域突出超過夾持結構12。電池組連接區域18繪示在下側，該電池組連接區域18由下連接結構14延伸且同樣地用在連接到其他電池組、或用在連接到充電器或用在連接到負載。
圖2繪示夾持結構12、13的立體圖。圖2由容納側繪示夾持結構12、13。容納側是排列各自的容納開口21的 那一側。電池單元11被插入容納開口21。夾持結構12、13的特徵最佳是至少一個基底元件或凸部22突出到容納開口21且作為被插入的電池單元11的座。如圖2所示，四個凸部22設置在夾持結構12、13，該凸部突出到容納開口21。又一元件，繪示在此但無指定符號，又一元件是連接開口23，位在容納開口21的相對側。該連接開口會在圖3b中詳細繪示。夾持結構12、13中的連接開口23位於稱為連接側的側邊上。
電池單元11與具有連接結構14的夾持結構12、13的剖面圖各自繪示在圖3a與圖3b中。如圖3a所示，電池單元11被容納在上與下夾持結構12、13。由圖3b中可見，每個夾持結構12、13具有容納開口21與連接開口23。因此，電池單元11被插入，在每個案例中其末端插入容納開口21，且接著電池單元11的電連接接點可穿過連接開口23而達成連接。電池單元11的電連接接點33、34在夾持結構12、13的上側或下側之下。也就是說，電連接接點33、34比每個被連接結構14定位的夾持結構12、13的區域還低。如圖3b所示，在電池單元11被容納的區域具有凸部22，可以是獨立的凸部或突出像圓形凸緣或邊緣突出到開口內。在此例中，容納開口21的尺寸符合電池單元11的外尺寸。經由夾持結構12、13或位在夾持結構12、13上，連接結構14每個被排列在電導材料上。連接結構14每個具有接觸開口16。連接元件15被固定在連接結構14上且穿過這些接觸開口16。最佳藉由連結方法，舉例而言，摩擦焊接或超音波焊接。因此，連接元件15延伸到接觸開口16且藉由傳統的接觸形成方法(如點焊或類 似方法)被連接到電池單元11的電連接接點33、34。
圖4由上視繪示連接結構14，是具有對應的接觸開口16的連接結構。在此例中，接觸開口16的數目相當於包含在電池組10中電池單元11的數目。接觸開口16的尺寸是按規格切割，使得連接元件15可穿過接觸開口16並可與電池單元11的電連接接點33、34接觸。繪示在圖4的連接結構14也具有電池組連接區域17、18，充電器或負載的輸送線路可連接到電池組連接區域17、18。當複數個電池組10彼此連接，複數個電池組每個在電池組連接區域17、18會彼此連接。在此種例子下，個別的連接結構14每個會設計為可乘載彼此連接的電池組的總電流。
圖5繪示根據本發明電池組的又一例示性實施例。在此實施例中，連接元件51被設計為：連接元件51是條狀且在每個案例中突出到兩個鄰近的接觸開口16。此條狀連接元件51在每個案例中，在對應的接觸開口16的圓周區域以及在連接點52被連接到連接結構14。條狀連接元件51延伸到對應的接觸開口16且被連接到對應的電池單元11的電連接接點33、34。在此例示性實施例中可見，在每個案例，相同的電連接接點33、34，例如是電池單元11的正連接接點或負連接接點，被定位在電池組10的一側。
圖6繪示圖5中一區域的放大圖，其中連接結構14經由條狀連接元件51被連接到對應的電池單元11。條狀連接元件51突出到兩接觸開口16。在電池單元11中，繪示電連接接點33。舉例而言，其中電連接接點33藉由焊接接點53 被連接到條狀連接元件51。在此例示性實施例中，條狀連接元件51藉由兩個連接點52被連接到連接結構14。在又一組態中，此條狀連接元件51在每個案例只有唯一連接點52可能被連接到連接結構14。因此可在連接結構14與條狀連接單元51之間達到有效率且較不複雜的連接方法。
圖7繪示習知的電池組，其中複數個電池單元11被並聯。由圖中可容易看出，個別電池單元11藉條狀連接單元71與72直接被彼此連接，其中連接點73用作橫向連接72與縱向連接71之間的連接，以及用作其下與電池單元11的電連接接點33之間的連接。因此，在橫向與縱向連接71、72的連接時所產生的熱也可直接導到其下的電連接接點33，使得電池單元11在安裝過程中也遭受這個熱的作用。因為太多的熱，使得電池單元11的絕緣35會被破壞。
當電池單元11如圖7中所示被加以連接，會產生相當多的熱的作用。熱可被轉移到電池單元11上且可能造成危險情況。再者，在電池單元11失效的事件中，這會造成整個電池組的失效。因為，橫向連接72或縱向連接71可能熔化。因此，高電流的電池單元11無法有效地與其他電池單元11斷開，可能會造成危險的連鎖反應，以及最終複數個電池單元11可能會排氣或爆炸。
如圖7所示，在電池組充電過程中，與和本發明一致的連接結構14相比，位於電源供應側的電池單元11會被提供較多電流。經由條狀的橫向與縱向連接71與72，無法有可靠的供應電流分布。因此，位於電源供應線上的電池單元11 比遠離電源供應線的電池單元11更熱。
本發明組態的又一優點來自於連接結構14與電池單元11的電連接接點33、34兩者之間的熱分離。如圖3a中清晰可見，由於連接結構14與連接接點33、34之間的間隙，在連接結構14的高電流，或製造連接元件51與連接結構14之間連接點52的連接，這兩者所產生的熱的作用無法傳導到電池單元11。經由凸部22或夾持結構12、13的邊緣可調整間隙。也就是說，在具有較多電池單元11的較大電池組的例子中，由於連接結構14上的高電流，較多電池單元的夾持結構12、13其至少一凸部22厚於較少電池單元11的夾持結構12、13的凸部22可被使用。因此，電池單元11可不受熱的作用(來自於專屬的電流)所產生的應力影響，而只被連接元件15、51與連接接點33、34之間製造連接時所產生的熱的作用影響。
藉由選擇電池單元的數目，根據本發明的電池組的尺寸可依需求變化。此外，藉由電池單元的數目及排列方法，電池組的形狀可符合各式特定應用的例子。舉例而言，如果彼此相連的複數個電池組被用在車輛中，一個或多個電池單元故障時，只有具有故障的電池單元的電池組需要被更換，這種方法可大幅節省成本。
圖8繪示與本發明第二例示性實施例一致的、根據本發明的電池組。
電池組10包含兩連接結構14。再者，設置有兩夾持結構12、13。電池單元11每個被插入夾持結構12、13的容納開口21(未繪示)中或容納於其內。放置於夾持結構12與 13向外的指向區域的連接結構14，其設計類似於第一例示性實施例中的連接結構。
對比於第一例示性實施例，連接單元15在此例中排列在上連接結構14的下指向區域24a與第一夾持結構12的上指向區域24之間。然而，對排列在圖8底部的連接結構14而言，連接元件15排列在上指向側。連接元件15，最佳由鎳或Hilumin®條製造，具有不需要像第一例示性實施例一樣大幅的向後彎的優點。
在電池組10的生產過程中，首先電池單元11可被插入夾持結構12、13，且被固件元件25夾持在一起。舉例而言，在兩個分開操作或同時操作時。和此類似，具有接觸開口16與連接元件15的連接結構14可被製造，其中連接元件15每個以此方式排列，連接元件15突出到指定的連接開口16。在各自的連接元件15與連接結構14之間的連接類似於第一例示性實施例，可利用摩擦焊接或超音波焊接製造連接。一但所有的連接元件15已被固定在連接結構14上，連接結構14被反轉且定位在夾持結構12或13的上或下指向區域24。此外，絕緣層可被引入夾持結構12或13與各自的連接結構14之間。
不是一定必要需藉由固件元件25一起夾持夾持結構12或13，但尤其是如可使電池組10的生產過程更便利與更安全，可使用固件元件25。如果適當的話，在生產過程與電池組10使用時，使用電池單元11與容納開口21之間的夾持效應應是足夠的，使夾持結構12或13足夠夾持在一起。
一但具有連接元件15的連接結構14被定位或放置在預先製造、包含電池單元11與兩個夾持結構12與13的電池組10上，每個案例中，連接結構14以又一固件元件26可被固定到夾持結構12、13中其一。類似使固件元件穿過電池組10且在對邊鎖附連接結構14彼此。結果，具有連接元件15的連接結構14相較於夾持結構12與13被固定，且電池單元11容納在其中。現在，又一方法中，在各自的連接元件15與電池單元11的正電或負電接點33、34之間的電連接可被製造。固件元件26的供應不是必要的。根據每個應用的例子，舉例而言，如果機械負載的程度輕(如發生在電池組10上的震動或類似行為)，連接元件15與電池單元11的連接接點33、34之間的連接足以固定連接結構。
在連接結構14與夾持結構12、13之間或連接結構14與電連接接點33或34之間的此種連接元件15的排列方式具有一優點，是連接元件15只需以機械方法向後彎少許。結果，在摩擦焊接接點或超音波摩擦焊接接點以及連接到連接結構14的生產過程中，連接元件15可簡單的被置放在對應的接觸開口16旁邊的接觸點52的區域。一但所有連接元件15接著被連接到連接結構14，反轉連接結構14，使得連接元件15位在夾持結構12、13與連接結構14之間，且因此幾乎直接被置放在電池單元11的電連接接點33、34上。接著，在電池單元11的電連接接點33、34的其他電性連接可被製造。既然連接元件15不再需要為此目的如第一例示性實施例中大幅的向後彎，電連接可更可靠的被製造且有較少的接觸不良。此 外，具有負效應的張力不會發生在此連接上，張力是由大幅彎曲的連接元件15的彈性回復力所引起。
由此例示性實施例所產生的另一優點包括：在電池組作動過程中，遭受機械負載的例子，舉例而言，是震動發生的後果。連接元件15遭受較小的機械應力，而因此大幅減少連接元件15與電池單元11的電連接接點33或34之間的接觸中斷。此外，更重要的優點包括：在此例示性實施例中，連接元件15與連接結構14之間的連接點不受外界影響，舉例而言，外界影響在本質上為機械影響。此外，製造出背對電池單元11的完全平坦的表面，尤其是大體上可使覆蓋膜或塗佈的應用更加便利。
圖9繪示夾持結構12與13的替代組態。相對於圖2的夾持結構，夾持結構12與13的替代組態具有圓周凸緣27，形成可插入電池單元11的容納開口21的邊界。較小直徑的開口，在凸緣27內延伸，是連接開口23。在圖9繪示的圖式中開口指向向上且直徑大於連接開口23的是容納開口21。
圖9中的夾持結構12、13的製造比圖2中的夾持結構還簡單。因此，具有容納開口21與連接開口23的夾持結構12、13可用簡化的射出成型製程或切片移除製程來降低製造成本。
圖10繪示圖8中所示的電池組10的剖面。電池單元11被插入在第一與第二夾持結構12與13之間，且被各自的容納開口21所夾持。向內突的凸緣27在此不繪示，但突出超過電池單元11的上末緣或下末緣到各自的夾持結構12、 13的開口。正電與負電連接接點33與34在夾持結構12、13之內，且因此當連接結構14被定位時，可防止過早的接觸。連接結構14具有接觸開口16，其中連接元件15突出到此接觸開口16。與圖3a中繪示的例示性實施例相比，連接元件15在此例中大體上較少向後彎或大體上機械變形較少。再者，圖10繪示第一固件元件25，其夾持含有一起插入的電池單元11的第一與第二夾持結構12與13。為此目的，在每個案例中，兩個螺絲鎖到夾持結構12、13的內孔且在每個案例中咬合套管25的螺紋。再者，繪示又一固件元件26，鎖附連接結構14到夾持結構12、13上。
固件元件25、26是可依據應用的例子而進行的一種手段。因此，在一些應用的例子中，可免除這些固件元件25、26，以及在一些應用的例子中，只有一個或另一個固件元件25或26被使用，或者固件元件25、26兩者同時會被使用。尤其是，當電池組10遭受外界影響時，選擇所使用的固件元件25、26是很關鍵的。
在一例示性實施例，電池組包含：至少兩個電池單元(11)。其中在每個案例中，每個電池單元(11)具有一正與一負電連接接點(33、34)。其中一第一連接結構(14)被分配到該些電池單元(11)的正電連接接點(33)且一第二連接結構(14)被分配到該些電池單元(11)的負電連接接點(34)。每個連接結構(14)具有一電流輸送容量，該電流輸送容量相當於每個連接的電池單元(11)的個別電流的總和。其中每個電池單元經由至少一連接元件(15、51)被連接到第 一連接結構(14)，以及經由至少又一連接元件(15、51)被連接到第二連接結構(14)。其中各自的連接元件(15、51)的截面符合電池單元(11)既定的最大電流。
尤其是，至少兩個電池單元(11)在並聯電路中彼此互連，其中在每個案例中，正電與負電連接接點(33、34)被分配到每個案例中的一連接結構(14)。
尤其是，電池組(10)更包含至少一夾持結構(12、13)以容納至少兩個電池單元(11)。
尤其是，至少兩個電池單元(11)是圓形的電池單元。
尤其是，電池單元(11)的電連接接點(33、34)被排列在面對電池單元(11)而互相相對的末端。
尤其是，第一夾持結構(12)被排列在正電連接接點(33)的側邊，且第二夾持結構(13)被排列在負電連接接點(34)的側邊。
尤其是，夾持結構(12、13)具有容納開口(21)以容納電池組的每個電池單元(11)外形的至少一部分。
尤其是，每個容納開口(21)具有既定深度以在空間中固定電池單元。
尤其是，在夾持結構(12、13)中的容納開口(21)的排列在每個案例中定義出插入容納開口(21)的電池組的電池單元(11)之間的間隙。
尤其是，對電池組(10)的每個電池單元(11)而言，夾持結構(12、13)具有連接開口(23)。其中，連接 開口(23)每個使插入容納開口(21)的電池單元(11)能實現電性接觸。
尤其是，容納開口(21)大於被指派的連接開口(23)。
尤其是，夾持結構(12、13)在每個案例中具有容納電池單元(11)的一容納側與電池單元(11)電性連接的連接側，其中容納側相對於連接側。
尤其是，夾持結構(12、13)的連接開口(23)被排列在連接側。
尤其是，被連接到正電連接接點(33)的第一連接結構(14)相對於被連接到負電連接接點(34)的第二連接結構(14)。
尤其是，第一連接結構(14)被排列在第一夾持結構(12)的連接側，且第二連接結構(14)被排列在第二夾持結構(13)的連接側。以及電池單元(11)被排列在第一夾持結構(12)與第二夾持結構(13)之間。
尤其是，每個連接結構(14)具有電池組連接區域(17、18)。
尤其是，電池組連接區域(17、18)突出超過各自的夾持結構(12、13)的外緣。
尤其是，設置有兩個電池組連接區域(17、18)，被排列在電池組(10)上對角線的相對側。
尤其是，每個連接結構(14)由電導材料製造且為平坦的，以使所有被連接的電池單元(11)具有均勻的電流 分布。
尤其是，連接結構(14)由第一金屬形成，最佳由銅或其他電導材料形成。
尤其是，連接元件(15、51)由第二金屬形成，最佳由鎳條(Hilumin®條)或其他電導材料形成。
尤其是，連接結構(14)具有接觸開口(16)，每個被分配到夾持結構(12、13)的連接開口(23)。
尤其是，連接結構(14)的接觸開口(16)每個暴露夾持結構(12、13)的連接開口(23)與電池單元(11)的正電或負電連接接點(34、33)的對應接觸區域。
尤其是，接觸元件(15、51)每個藉由結合方法固定在連接結構(14)上，突出到各自的接觸開口(16)。
尤其是，連接元件(15、51)藉由摩擦焊接或超音波焊接被固定在連接結構(14)。
尤其是，連接元件(15、51)在電池單元(11)的電連接接點(34、33)藉由黏合劑被連接。
尤其是，連接元件(15、51)在電池單元(11)的電連接接點(33、34)藉由點焊接合被連接。
尤其是，連接元件(15、51)具有截面，在電流超過最大充電或放電電流的例子中，連接元件(15、51)會熔化且中斷連接結構(14)與電池單元(11)的電連接接點(33、34)之間的連接。
尤其是，熱絕緣層，最佳包含Teflon®，被排列在連接結構(14)與夾持結構(12、13)的連接側之間。
尤其是，連接元件(15、51)的截面以此方式被裝配，使得電池組(10)中被連接的電池單元(11)在充電過程中，可有均勻的電流分布。
尤其是，夾持結構(12、13)由耐熱與非電導材料所形成，最佳由熱塑性塑膠形成。
尤其是，以容納開口(21)的尺寸而言，符合被容納的電池單元(11)的外周長，且會在電池單元(11)上產生夾持效應。
尤其是，連接結構(14)的外尺寸大體上相當於夾持結構(12、13)的外尺寸。
尤其是，連接結構(14)具有連接點(52)以各自固定連接元件(15、51)。其尺寸每個至少相當於連接元件(15、51)的寬度的平方面積。
尤其是，至少一固件元件被排列在第一與第二夾持結構(12、13)之間，以同時將兩夾持結構(12、13)與被一起插入的電池單元(11)一起夾持。
尤其是，電池單元(11)藉由附著劑被固定在容納開口(21)。
再者，說明一種製造電池組的方法。包括：插入至少兩電池單元(11)到夾持結構(12、13)；連接每個電池單元(11)中的連接結構(14)到一連接元件(15、51)；以及連接被連接到連接結構(14)的連接元件(15、51)到電池單元(11)的電連接接點(33、34)。

Claims (8)

  1. 一種電池組，包含：至少兩個電池單元(11)，其中每個電池單元(11)具有一正與一負電連接接點(33、34)，該正電與該負電連接接點(33、34)被排列在該電池單元(11)的相對邊；其中該些電池單元(11)的該些正電連接接點(33)被連接到一第一連接結構(14)，且該些電池單元(11)的該些負電連接接點(34)被連接到一第二連接結構(14)，其中該第一連接結構(14)與該第二連接結構(14)被排列在該電池組(10)的相對邊，且每個連接結構(14)具有一電流輸送容量，該電流輸送容量相當於每個連接的電池單元(11)的個別電流的總和，其中每個電池單元經由至少一連接元件(15、51)被連接到該第一連接結構(14)且經由至少又一連接元件(15、51)被連接到該第二連接結構(14)，其中該各自的連接元件(15、51)的一截面符合一電池單元(11)的一既定最大電流，其中，該至少一連接元件(15、51)為條狀，其中該連接元件(15、51)每個在面對該電池單元(11)的該第一連接結構(14)及該第二連接結構(14)的一側，被固定在該第一連接結構(14)及該第二連接結構(14)；一第一夾持結構(12)被排列在該正電連接接點(33)的該側，且一第二夾持結構(13)被排列在該負電連接接點(34)的該側，其中，該第一與第二夾持結構(12，13)為耐熱與非電導材料所製，其中該些第一及第二連接結構(14)分別具有一電池組連接區域(17、18)，用以供應一充電電流或放出一放電電流，該些電池組連接區域(17、18)配置在該些第一及第二連接結構(14)之外緣，其中該些第一及第二連接結構(14)之該些電池組連接區域(17、18)在該電池組(10)上對角線的相對側。
  2. 如申請專利範圍第1項的電池組，其中在安裝狀態，該連接結構(14)放在該夾持結構(12、13)的一區域(24)上，且該連接元件(15、51)各自穿過該第一與該第二夾持結構(12、13)的一連接開口(23)。
  3. 如申請專利範圍第2項的電池組，其中為了把該兩夾持結構(12、13)與插入的該電池單元(11)一起夾持，至少一第一固件元件(25)被排列在該第一與該第二夾持結構(12、13)之間，與/或為了以該夾持結構(12、13)夾持該兩連接結構(14)，至少一第二固件元件(26)被設置，該夾持結構(12、13)一起容納該電池單元(11)。
  4. 如申請專利範圍第1項的電池組，其中該至少兩電池單元(11)在一並聯電路互連，其中在每個案例下正電與負電連接接點(33、34)被分配到在每個案例下的一連接結構(14)。
  5. 如申請專利範圍第1項的電池組，其中該夾持結構(12、13)具有容納開口(21)以容納該電池組的每個電池單元(11)該外形的至少一部分，其中每個容納開口(21)具有一既定深度以在空間中固定該電池單元，且在每個案例下在該夾持結構(12、13)中的該些容納開口(21)的排列定義該電池組的該些電池單元(11)之間的一間隙，該電池組的該些電池單元(11)被插入該些容納開口(21)中，其中該容納開口(21)以其尺寸來說符合被容納的該電池單元(11)的外圓周且在該電池單元(11)上施加一夾持效應，或其中該些電池單元(11)藉由接著劑被固定在該些容納開口(21)中。
  6. 如申請專利範圍第1項的電池組，其中該連接元件(15、51)每個藉由一結合方法被固定在該連接結構(14)上，且突出到該各自的接觸開口(16)。
  7. 如申請專利範圍第1項的電池組，其中該連接元件(15、51)藉由一黏合劑連接被連接到該電池單元(11)的該電連接接點(34、33)。
  8. 一種製造電池組的方法，該方法包含下列步驟：在每個案例插入至少兩電池單元(11)到一第一與一第二夾持結構(12、13)，其中，該第一與第二夾持結構(12、13)為耐熱與非電導材料所製；在每個電池單元(11)連接一第一連接結構(14)到至少一連接元件(15、51)，其中，該連接元件(15、51)為條狀，其中該第一連接元件(15、51)每個在面對該電池單元(11)的該第一連接結構(14)的一側，被固定在該第一連接結構(14)；在每個電池單元(11)連接一第二連接結構(14)到至少一連接元件(15、51)，其中，該連接元件(15、51)為條狀，其中該第二連接元件(15、51)每個在面對該電池單元(11)的該第二連接結構(14)的一側，被固定在該第二連接結構(14)；連接對應地連接至該第一與該第二連接結構(14)的該些連接元件(15、51)到該電池單元(11)的電連接接點(33、34)，其中該些第一及第二連接結構(14)分別具有一電池組連接區域(17、18)，用以供應一充電電流或放出一放電電流，該些電池組連接區域(17、18)配置在該些第一及第二連接結構(14)之外緣，其中該些第一及第二連接結構(14)之該些電池組連接區域(17、18)在該電池組(10)上對角線的相對側。
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