專利名稱：具有新穎電池內(nèi)連接的棱形電池組的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種棱形電池組，并且更具體地涉及包括多個棱形電池的棱形電池組。更具體地本發(fā)明涉及具有棱形電池的可再充電的電池組，但本發(fā)明當然不僅僅限于具有棱形電池的可再充電的電池組。
背景技術(shù)：
具有大致棱形形狀的電池組和電池通常分別被通稱為棱形電池組和棱形電池。盡管大多數(shù)棱形電池組和電池具有矩形或圓形橫截面，但不失一般性，棱形電池組可被制成具有任何合適的橫截面。棱形電池組或電池模塊通常由多個電池構(gòu)成。每個電池都由正電池板組和負電池板組構(gòu)成。每個電池板組都包括多個平行層疊的電極板。正電池板組和負電池板組分別連接到正集電器和負集電器上。每個電池然后通過集電器和/或相應(yīng)的接觸端子連接到相鄰的電池上。電極電池板組和集電器的組件通常密封在棱形殼體中，并且封裝的電池在整體上具有棱形形狀，從而稱為“棱形電池”。
棱形電池組通常包括多個平行層疊并結(jié)合在一起的棱形電池，并且形成的電池組在整體上具有棱形形狀。應(yīng)注意到，術(shù)語“棱形電池”通常指包括多個電極板的電池，所述多個電極板平行層疊并沿它們相對應(yīng)的橫向側(cè)電連接在一起。這與柱形電池不同，在柱形電池中，每個電極組都包括螺旋地或盤旋地繞入到多個大致柱形表面中的電極板。
在本說明中，術(shù)語“棱形電池”用來描述一類電池組，而并不旨在限制于或局限于正好呈棱形的電池。更具體地，該術(shù)語用于描述具有正、負電極板組的電池，其中每個電極板組都包括多個平行層疊的電極板。電極板組的電極板在一橫向側(cè)上電連接在一起，而在另一相反側(cè)上不是電結(jié)合的。電池正、負電極板組的電極板相互交錯地層疊，從而除了最外面的電極板之外，每個電極板組的電極電池板都夾在電極板組的極性相反的一對電極板之間。此外，在相鄰的一對正、負電極板之間以本領(lǐng)域內(nèi)技術(shù)人員公知的方式或適當?shù)夭贾糜蟹指羝?。?yīng)注意到，盡管棱形電池通常具有矩形電極板，但電極板并非必需或嚴格必須是矩形的。
在許多大電流的應(yīng)用場合或在需要高能量密度的應(yīng)用場合使用具有棱形電池的電池組。例如，諸如鎳氫(NiMH)電池組的可再充電棱形電池組由于其極佳的能量密度特性而廣泛地應(yīng)用為驅(qū)動電動車(EV)或混合電動車(HEV)的電源。
一般地，在存在液體或流體類型的電解質(zhì)的情況下通過正負電極板組之間的化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生電能，并且這樣產(chǎn)生的電能首先通過集電器然后通過接觸端子傳送到負載。為了達到適當?shù)念~定功率要求，將多個電池連接在一起形成電池單元或電池模塊。然后通過焊接相鄰電極板組的集電器板的上部自由端而將電池連接在一起。在許多電池組中，電極板組之間的接觸是電池組內(nèi)電阻的重要來源。較大的內(nèi)電阻意味著較高的能量損耗，并引發(fā)散熱問題。對于諸如電動車或混合電動車的大電流應(yīng)用場合而言，這樣的能量損耗和發(fā)熱是特別不利的，這是因為效率將受到不利地影響，而且內(nèi)部熱量需要被散發(fā)，以避免由于過熱而引起過早失效或電池組損壞。因此，如能提供具有改進的電池內(nèi)連接的棱形電池組來改善傳統(tǒng)棱形電池組的缺點是令人期望的。
此外，因為電池組的緊湊性將影響電池組的能量體積比，而且對每單元體積能量密度較高的電池組的需求不斷增加，如果改進的棱形電池組還具有良好的空間利用率以提高能量密度，將是有利的，當然這一點并非是必需的。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的目的在于提供一種改進的棱形電池組，特別是具有改進的電池內(nèi)連接的棱形電池組，來改善傳統(tǒng)電池內(nèi)連接的缺點。至少，本發(fā)明的目的是為公眾提供一個有用的選擇。
根據(jù)本發(fā)明，提供一種棱形電池組，其包括電池組殼體以及多個電極板組，每個所述電極板組都包括正集電器和負集電器，所述正、負集電器分別連接到正電極板組和負電極板組，所述電池組殼體包括多個適于容納所述多個電極板組的電池腔室，其中，相鄰的電池腔室通過一對分別布置在所述相鄰電池腔室中的導(dǎo)電橋接件而電連接，并且所述橋接件通過延伸穿越所述相鄰電池腔室的多個導(dǎo)電體而穿越所述相鄰電池腔室電連接，每個所述橋接件在多于一個的位置連接到相應(yīng)的集電器。
優(yōu)選地，每個所述電池腔室大致為矩形，相鄰電池腔室之間的分隔壁也大致為矩形，每個所述的橋接件大致為矩形，并且具有與所述分隔壁相類似的形狀，而且其尺寸與所述分隔壁的尺寸相當。
優(yōu)選地，所述集電器以及所述橋接件具有相似的形狀和尺寸。
優(yōu)選地，所述橋接件對在多個位置焊接在一起，從而相鄰電池腔室之間形成電相互連接，所述分隔壁夾在該對橋接件之間，而且相鄰橋接件之間的相互連接由密封件環(huán)繞，從而在相鄰的電池腔室之間形成密封的電相互連接。
優(yōu)選地，所述橋接件以及相應(yīng)的集電器分別在接近它們的上端部和下端部處電連接。
優(yōu)選地，每個所述橋接件都包括預(yù)制有多個突起部分的細長金屬板，所述突起部分對應(yīng)于所述互連孔而分開，而且每個突起部分的尺寸形成為被相應(yīng)的互連孔環(huán)繞，相應(yīng)橋接件上的所述突起部分適于使得，在它們被焊接在一起時，布置在所述橋接件之間的密封件將所述電池腔室的所述互連孔密封。
優(yōu)選地，每個所述電池腔室都包括上端和下端，相應(yīng)的橋接件對以及集電器在所述上端和下端附近焊接在一起，在焊接所述橋接件和集電器之后，所述電池腔室的所述上端和下端被密封。
此外，本發(fā)明還描述了制造棱形電池組的方法，該方法包括以下步驟形成具有多個電池腔室的電池組殼體，所述電池腔室由分隔壁限定，在每個分隔壁上形成有多于一個互連孔；將一對導(dǎo)電橋接件放置到所述電池腔室中，并連接該對橋接件，從而分隔壁被夾在該對橋接件之間，同時所述互連孔被密封；將電極板組放置在所述電池腔室內(nèi)部，使所述集電器與相應(yīng)的橋接件對準；在多于一個的位置處將對應(yīng)的集電器和對應(yīng)的橋接件焊接在一起；用電解質(zhì)填充所述電池組；以及密封所述電池組殼體。
此外，所述方法還包括在用電解質(zhì)填充所述電池組之前密封電池腔室下端的步驟。


以下將參考附圖以示例的方式更加詳細地描述本發(fā)明的優(yōu)選實施例，在附圖中圖1為表示本發(fā)明的棱形電池組的優(yōu)選實施例的外視圖的立體圖；圖2表示圖1的電池組的模制電池組殼體的局部分解圖；圖3表示圖2的電池組殼體，其具有在組裝過程中的成對的導(dǎo)電橋接件；圖4表示圖2的殼體，其中已經(jīng)組裝了橋接件；圖4A表示沿圖4的殼體的電池腔室的分隔壁剖取的局部放大的縱向橫截面圖；圖5表示在插入到圖4的電池腔室的過程中的電極電池組；圖6表示部分組裝的棱形電池模塊，其中端子接頭處于組裝過程中；圖7表示在電極板組處于合適位置而且端子接頭組裝后對電池殼體的密封；并且圖8表示圖1的組裝后的棱形電池的局部分解圖。
具體實施例方式
在以下說明中，盡管以鎳氫(NiMH)電池組作為方便的說明示例進行了說明(這是因為可再充電的鎳氫電池組得到了廣泛的應(yīng)用，并公知其具有極佳的功率密度特性，并且價格合理、電池壽命適中)，但本領(lǐng)域內(nèi)技術(shù)人員應(yīng)理解到，不失一般性，本說明描述的原理作必要修正后可應(yīng)用到其它類型的(包括具有平行層疊電極板的電池的)棱形電池組中，特別是可再充電的棱形電池組中。
通常，電池模塊包括多個連接在一起的電池，來達到合適額定功率要求。每個電池都包括電極板組10，該電極板組10由一堆平行插置的正、負電極板形成，而且分隔器插設(shè)在相鄰電極板之間(總起來說，即為“電極板組”)。電極板組包括由分隔器分開的正電極板組以及負電極板組。正電極板組包括多個前部連接到正集電器上的正電極板。負電極板組包括多個前部連接到負集電器上的負電極板。正、負電極板組一起構(gòu)成棱形電池的電極板組。電極板組布置成使得正電極板和負電極板通過插設(shè)在每對正、負電極板之間的分隔器而交錯。
每個電極板都包括反應(yīng)區(qū)域和導(dǎo)聯(lián)區(qū)域。一對正、負板的相應(yīng)反應(yīng)區(qū)域大致重疊，而且在存在電解質(zhì)的情況下進行反應(yīng)，從而將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能。典型的棱形電池的電極板的反應(yīng)區(qū)域大致為矩形的，其較長側(cè)或縱向側(cè)中的一者靠近導(dǎo)聯(lián)部分。該導(dǎo)聯(lián)部分通常是細長的，并與反應(yīng)區(qū)域的縱向側(cè)的長度大致相等并大致為矩形，以使效率最大。當然，導(dǎo)聯(lián)部分可以更短或更長。電極板的矩形反應(yīng)區(qū)域通常由相同的基礎(chǔ)材料制成，而且反應(yīng)區(qū)域和導(dǎo)聯(lián)部分二者具有大致相同的長度。當然，應(yīng)注意到，反應(yīng)區(qū)域通常是矩形的，但并不必須如此，而且不失一般性，可采用其它形狀的反應(yīng)區(qū)域。
在典型的可再充電的鎳氫電池組中，正電極板的反應(yīng)區(qū)域由涂布有氫氧化鎳的鎳發(fā)泡的金屬(nickel-foamed metal)制成。負電極板的反應(yīng)區(qū)域由涂布有構(gòu)成負電極的材料(諸如吸氫合金)的沖壓鎳金屬板制成。因為產(chǎn)生電能的反應(yīng)實際上是表面反應(yīng)，從而電極板通常非常薄以降低材料成本和重量。集電器11通常為具有良好導(dǎo)熱性和導(dǎo)電性的鍍鎳銅或鋼。對其中電極板通過電子束焊接或二氧化碳激光焊接而連接至集電器的棱形電池而言，集電器通常為薄的鍍鎳板，這是因為實際的焊接連接處位于焊接源的進入表面后面。
在電極板組10的形成中，電極板的導(dǎo)聯(lián)部分首先被包扎在一起。在本語境下的包扎包括但不限于電極板組的各個導(dǎo)聯(lián)部分擠壓、包裝、聚集、焊接或緊固在一起。包扎的導(dǎo)聯(lián)部分然后可通過軟焊、焊接或諸如鉚接的機械緊固方式維持形式。而且，在導(dǎo)聯(lián)部分包扎在一起之前，電極組通常已經(jīng)為交錯結(jié)構(gòu)，其中極性相反的相鄰電極板處于緊密包裝的關(guān)系。
在電極板已經(jīng)包扎在一起后，它們與集電器和接觸端子組裝。然后將該組件插入到棱形電池組殼體中，并且將相鄰的電池連接在一起形成電池模塊。
參考附圖，棱形電池模塊1包括多個連接在一起的電池。每個電池都包括具有正、負集電器11的電極板組10。每個電極板組10都被插入到電池組殼體13的電池腔室12中，從而各個電池組彼此分開，并通過它們相應(yīng)的集電器11而電連接。
電池組殼體13通常由硬塑料或樹脂模制而成，并被預(yù)制成具有將相鄰電池腔室分隔開的分隔壁14的多個電池腔室12。如圖2更加具體示出的，每個電池腔室12基本為具有大致矩形分隔壁14的矩形，所述分隔壁14形成每個電池腔室12的側(cè)邊界。因此，殼體13大致為矩形，并包括多個具有平行分隔壁的矩形電池腔室。每個電池腔室的下端通過形成在每個分隔壁附近的縫隙15而部分打開，以便于在相應(yīng)對的橋接件和以下將要說明的集電器之間進行焊接或軟焊。電池腔室的上端完全打開，并將在組裝快要結(jié)束時由頂蓋覆蓋?；ミB孔16形成在分隔壁14的上端和下端附近，從而為也在下面說明的相鄰一對橋接件之間的互相連接提供引導(dǎo)。
參考圖3，其示出了對電池腔室的分隔壁的一對導(dǎo)電橋接件進行的組裝。每個橋接件17都包括由與集電器的材料類似的材料制成的矩形金屬板。多個突出部分18形成在材料橋接件上，位于與互連孔16的位置相對應(yīng)的位置處。在橋接件17的金屬板的基本平面上的突出部分的高度設(shè)計成使得，在相應(yīng)對的橋接件放置在一起從而將分隔壁夾在其間時，相應(yīng)的突出部分的突起端部將貼合地接觸，以易于焊接。突出部分能通過沖壓或擠壓金屬板或其它合適的成形工序而形成。為了確保相鄰電池腔室之間良好的流體密封性，將例如密封環(huán)或套環(huán)19的密封件插入在相鄰的橋接件對之間，并環(huán)繞突出部分，從而在相鄰一對的橋接件的突出部分被焊接在一起時，密封件將起到密封互連孔的作用，從而電解質(zhì)不會從一個電池腔室流到另一電池腔室。形成密封環(huán)的合適材料的示例為高溫橡膠或硅樹脂(silicone)。為了形成電池內(nèi)電連接，該對橋接件定位成使得突出部分與互連孔對準，而密封件布置在分隔壁與橋接件之間。然后在將橋接件擠壓在一起的同時，將突出部分焊接在一起，從而在相鄰的電池腔室之間形成有效的密封，如圖4所示。
在橋接件已經(jīng)安裝到模制的塑料電池組殼體上后，將電極板組10插入到電池腔室12中，如圖5所示。為了便于良好的焊接，電極板組的尺寸應(yīng)使得集電器與電池腔室的橫向邊界緊密配合，如形成部分組裝的電池組殼體的橫向邊界的橋接件所限定的那樣。然后集電器與橋接件焊接。為了減小相鄰電池或電極板組之間的接觸電阻，每個集電器以及橋接件對在多于一個的位置處焊接。在如圖所示的優(yōu)選示例性的電極板組中，每個集電器延伸到電極板的上下端部之外，從而集電器的突出的上下端部可通過例如金屬或其它合適的焊接方法焊接到相應(yīng)的橋接件上。由于目前金屬焊接能非常好地控制，集電器在電極板組的主體外部的突出可非常小，例如在幾個毫米如2mm至3mm的范圍內(nèi)，從而可最有效地利用電池腔室內(nèi)部的空間以使功率密度最大。由于電池腔室的上端完全打開，從而集電器與橋接件之間的焊接可從電池腔室的上端開始進行。為了便于集電器和橋接件下端之間的焊接，孔隙15被特別地形成在電池腔室的下端靠近分隔壁下端處。因此，焊槍能接觸到集電器的下端，從而便于金屬焊接。在完成焊接后，例如通過對塑料片23的諸如熱封接的塑料焊接、激光二極管焊接或超聲波焊接，密封電池腔室的下端。電池腔室的底部包括在殼體前后側(cè)之間延伸的模制部分，從而便于可靠而方便地密封電池腔室底部。
為了提供接口裝置以便于外部電連接，將端子接頭20連接到各個集電器上。如圖6所示，一對端子接頭20連接到電池腔室的位于末端的每個單獨直立的集電器上。該對端子接頭20提供從集電器開始的并聯(lián)連接，從而降低集電器與外部電連接之間的接觸電阻。在端子接頭已經(jīng)與集電器連接、電池腔室的下端已經(jīng)密封、而且電池腔室已經(jīng)充有電解質(zhì)后，用頂蓋21密封電池腔室的上端。安全通孔27設(shè)置在頂蓋上以釋放過大的壓力。應(yīng)注意，通過提供一對橋接件來進行電池內(nèi)電連接，然后通過在多個位置將集電器焊接到橋接件上，可顯著降低電池內(nèi)接觸電阻，從而提高了棱形電池模塊的性能。而且通過提供電池腔室的上、下端開始時打開的模制電池組殼體，從而使集電器與相應(yīng)橋接件之間的焊接更加容易，這樣提高了生產(chǎn)率和可靠性。
盡管已經(jīng)參考以上描述的優(yōu)選實施例說明了本發(fā)明，但應(yīng)理解到，所述實施例用作示例來幫助對本發(fā)明的理解，而不是旨在對本發(fā)明的范圍和精神進行限制。本發(fā)明的范圍應(yīng)從以上描述的本發(fā)明的基本原理和精神中加以確定。具體地，對本領(lǐng)域的技術(shù)人員顯而易見的或普通的變化或修改，以及在本發(fā)明基礎(chǔ)上作出的改進都應(yīng)認為落入本發(fā)明的范圍和邊界之內(nèi)。
而且，盡管參考矩形的棱形電池組說明了本發(fā)明，但應(yīng)理解，不失一般性，本發(fā)明經(jīng)修改或無需修改可應(yīng)用到其它棱形電池組中。
權(quán)利要求
1.一種棱形電池組，其包括電池組殼體以及多個電極板組，每個所述電極板組都包括正集電器和負集電器，所述正、負集電器分別連接到正電極板組和負電極板組，所述電池組殼體包括多個適于容納所述多個電極板組的電池腔室，其中，相鄰的電池腔室通過一對分別布置在所述相鄰電池腔室中的導(dǎo)電橋接件而電連接，所述橋接件通過延伸穿越所述相鄰電池腔室的多個導(dǎo)電體而穿越所述相鄰電池腔室被電連接，每個所述橋接件在多于一個的位置被連接到相應(yīng)的集電器。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的棱形電池組，其特征在于，每個所述電池腔室大致為矩形，相鄰電池腔室之間的分隔壁也大致為矩形，每個所述的橋接件大致為矩形，并且具有與所述分隔壁相類似的形狀，而且其尺寸與所述分隔壁的尺寸相當。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的棱形電池組，其特征在于，所述集電器以及所述橋接件具有相似的形狀和尺寸。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的棱形電池組，其特征在于，所述橋接件對在多個位置焊接在一起，從而相鄰電池腔室之間形成電相互連接，所述分隔壁夾在該對橋接件之間，而且相鄰橋接件之間的相互連接由密封件環(huán)繞，從而在相鄰的電池腔室之間形成密封的電相互連接。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的棱形電池組，其特征在于，所述橋接件以及相應(yīng)的集電器分別在接近它們的上端部和下端部處電連接。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的棱形電池組，其特征在于，每個所述橋接件都包括預(yù)制有多個突起部分的細長金屬板，所述突起部分對應(yīng)于所述互連孔而分開，而且每個突起部分的尺寸形成為被相應(yīng)的互連孔環(huán)繞，相應(yīng)橋接件上的所述突起部分適于使得，在它們被焊接在一起時，布置在所述橋接件之間的密封件將所述電池腔室的所述互連孔密封。
7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的棱形電池組，其特征在于，每個所述電池腔室都包括上端和下端，相應(yīng)的橋接件對以及集電器在所述上端和下端附近焊接在一起，在焊接所述橋接件和集電器之后，所述電池腔室的所述上端和下端被密封。
8.一種形成權(quán)利要求1的棱形電池組的方法，該方法包括以下步驟形成具有多個電池腔室的電池組殼體，所述電池腔室由分隔壁限定，在每個分隔壁上形成有多于一個的互連孔；將一對導(dǎo)電橋接件放置到所述電池腔室中，并連接該對橋接件，從而分隔壁被夾在該對橋接件之間，同時所述互連孔被密封；將電極板組放置在所述電池腔室內(nèi)部，使所述集電器與相應(yīng)的橋接件對準；在多于一個的位置處將對應(yīng)的集電器和對應(yīng)的橋接件焊接在一起；用電解質(zhì)填充所述電池組；以及密封所述電池組殼體。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的制造棱形電池組的方法，其還包括在用電解質(zhì)填充所述電池組之前密封電池腔室下端的步驟。
全文摘要
一種棱形電池組，其包括電池組殼體以及多個電極板組，每個所述電極板組都包括正集電器和負集電器，所述正、負集電器分別連接到正電極板組和負電極板組，所述電池組殼體包括多個適于容納所述多個電極板組的電池腔室，其中，相鄰的電池腔室通過一對分別布置在所述相鄰電池腔室中的導(dǎo)電橋接件而電連接，所述橋接件通過延伸穿越所述相鄰電池腔室的多個導(dǎo)電體而穿越所述相鄰電池腔室被電連接，每個所述橋接件在多于一個的位置被連接到相應(yīng)的集電器。
文檔編號H01M6/42GK101048888SQ200580017547
公開日2007年10月3日 申請日期2005年6月2日 優(yōu)先權(quán)日2004年6月2日
發(fā)明者凌沛錚 申請人:時暉實業(yè)有限公司