專利名稱：具有互連相鄰單元電池的端子的連接器的模塊式電池的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種模塊式電池(modular battery)。更明確地說，本發(fā)明涉及一種在單元電池(unit cell)之間具有改進的連接元件的高能量和大容量的電池模塊。
背景技術：
一般而言，可充電電池或二次電池與原電池不同，其在放電后可反復充電。低容量的可充電電池用于如移動電話、膝上型計算機以及錄象攝像機之類的小型便攜式電子設備。另一方面，大容量的可充電電池可以用作驅動燃油電力兩用車等的電機的電源?？蓪⒍鄠€小容量的可充電電池串聯(lián)連接以形成大容量的電池模塊，使其也可用來驅動需要大量電能的電動機車的電機。
電池模塊或模塊式電池通常包括多個可再充電電池，這些可再充電電池常被稱為單元電池(為方便起見，以下稱之為“單元電池”)。這些單元電池分別包括由正和負電極及設置在這兩者之間的隔板組成的電極組件、具有容納電極組件的空間的外殼、與外殼結合在一起并密封外殼的蓋組件、以及分別電耦合到正和負電極的正和負極端子。
可再充電電池或單元電池的形狀大都為圓柱形或棱柱形。在棱柱形結構中，通常正和負極端子從蓋組件向外凸出，使其能暴露于單元電池的外側。
將單元電池形成電池模塊時，可將它們設置成使得一個單元電池的正極端子緊靠相鄰單元電池的負極端子。然后，通過連接元件(導體)將正和負極端子彼此連接。該連接元件可以通過螺母或其它機構固定到正和負極端子上。正和負極端子可以具有象螺栓那樣的螺紋以與螺母耦連。
通常，將連接元件形成為具有兩個彼此分開一定距離的嵌合部分或結構的單一件。一個嵌合部分或結構與一個單元電池的正極端子嵌合，而另一嵌合部分與直接相鄰的單元電池的負極端子嵌合。這種嵌合部分或結構可以是孔，通過該孔可以插入向外凸出的端子。當端子具有螺紋時，可用螺母將連接元件固定到端子上。
當兩個相鄰的單元電池的距離不精確而且兩個端子之間通過連接元件連接時，很難將連接元件和單元電池的端子連接。在給定連接元件的結構時，需要對兩個相鄰單元電池之間的距離精確控制。改變單元電池的一些部分的設計時，所述距離也將發(fā)生改變，其連接難度可想而知。因此，需要改進連接元件的設計，使得連接元件能適應距離的變化。
背景技術：
部分的上述信息只是用來理解本發(fā)明的背景，該部分沒有提到的內容均納入現有技術。

發(fā)明內容
本發(fā)明一個目的是提供一種模塊式電池。該模塊式電池包括多個包括第一單元電池和第二單元電池的單元電池以及包括第一元件和第二元件的端子連接器，第一單元電池包括第一端子，第二單元電池包括第二端子，第一元件被固定到第一端子上，第二元件被固定到第二端子上，其中在將第一和第二元件構成為圍繞中心線彼此相對轉動的同時，第一和第二元件彼此機械連接。
在前述的電池中，還可將端子連接器構成為電連接第一和第二端子。端子連接器還可包括可轉動地互連第一和第二元件的第三元件。端子連接器還可包括用于相互連接第一和第二元件并能圍繞中心線在第一和第二元件之間相對轉動的結構。第一和第二單元電池可以彼此相鄰，在它們之間沒有設置其它單元電池。第一元件可以包括與第一端子嵌合的端子部分以及與第二元件嵌合的耦連部分。第一元件被延伸為具有兩相對端部，其中端子部分可以位于一個端部附近，而耦連部分可以位于另一端部附近。第一元件的耦連部分可以包括耦連孔，其中端子連接器還可以包括插入到所述耦連孔并與第二元件嵌合的耦連元件。中心線可以通過耦連孔。
還是在前述的電池中，其中第二元件可包括與第二端子嵌合的端子部分和耦連孔，其中耦連元件還可以插入第二元件的耦連孔中?？蓪⑼ㄟ^第一和第二元件的耦連孔插入的耦連元件構造成起用于相對轉動的軸的作用。耦連元件可以是鉚釘?？蓪Ⅰ钸B元件焊接到第一和第二元件的至少之一上。將第一和第二元件分別固定到第一和第二端子上時，第一和第二元件幾乎不圍繞中心線轉動。該電池還可以包括多個附加端子連接器，其中每一附加端子連接器將屬于多個單元電池中的一個單元電池的端子和屬于與該單元電池相鄰的另一單元電池的端子以與所述端子連接器相同的方式機械地相互連接。單元電池可以是棱柱形結構。該電池還可以包括設置在第一和第二單元電池之間的分隔板。
本發(fā)明另一目的是提供一種制造模塊式電池的方法。該方法包括提供包括第一單元電池和第二單元電池的多個單元電池，第一單元電池包括第一端子，第二單元電池包括第二端子；提供包括第一元件和第二元件的端子連接器，其中在將第一和第二元件被設置成圍繞中心線彼此相對轉動的同時，第一和第二元件彼此機械連接；以及用端子連接器相互連接第一和第二端子。
在前述的方法中，相互連接可以包括將第一元件固定到第一端子上，將第二元件固定到第二端子上，其中相互連接還可以包括圍繞中心線相對于第二元件轉動第一元件。相互連接還包括電連接第一和第二端子。端子連接器還可以包括用來相互連接第一和第二元件并能在第一和第二元件之間相對轉動的結構。所述第一和第二單元電池可以彼此相鄰，在它們之間沒有設置其它單元電池。
本發(fā)明一方面提供了能方便地調節(jié)單元電池之間的距離差異的電池模塊。此外，本發(fā)明另一方面提供了始終有電流流動的電池模塊。
一實施方式提供的電池模塊包括多個具有一些端子和一連接元件的單元電池，連接元件的兩端部用至少一對相鄰單元電池的端子固定，并在兩端部的中點具有接點。據此，該電池模塊具有這樣的特征，即，連接元件的兩個端部可以作為軸的該接點為中心回轉。該單元電池可以是棱柱形或圓柱形的可充電電池。另一方面，該連接元件可以包括至少兩個條和在接點處將這兩個條接合起來的耦連件。這兩個條被構造為以耦連件為中心回轉。兩個條可以包括處于每個端部的通孔，通過通孔可以插入單元電池的端子。
連接元件可以具有使兩個條重疊并彼此接觸的構造。兩個條的接觸面積可以具有階梯狀構造。另外，這兩個條可以具有這樣的構造，即，具有通孔的每個端部沿相反方向凸出。耦連件可以包括在第一條的一側上凸出、具有耦連孔的軸元件，和插入軸元件上的耦連孔中的耦連銷，軸元件插過第二條上的另一孔，通過該孔軸元件插在第二條之外。該耦連件可以包括在兩個條的接觸面上插入通孔中以將它們連接的鉚釘。該耦連件可以包括在兩個條的接觸面上插入通孔中的螺栓以及與該螺栓對應的螺母?？蓪Ⅰ钸B件焊接到這兩個條上，這可降低耦連件和條之間的接觸電阻。
根據本發(fā)明的另一實施方式，電池模塊還可以包括用來在單元電池之間保持距離、使冷卻劑循環(huán)流過的電池阻擋件。該電池模塊可以用作如燃油電力兩用車(HEV)、電動機車(EV)、無繩吸塵器、摩托車、電動滑行車之類的電機驅動裝置的電源。


圖1是本發(fā)明一實施方式的電池模塊的分解透視圖；圖2是圖1所示的連接元件的分解透視圖；圖3是圖2所示的連接元件的透視圖；圖4是圖3所示的橫截面圖；圖5是固定到兩相鄰端子的連接元件的側視圖；圖6是另一實施方式的連接元件的橫截面圖；圖7是本發(fā)明另一實施方式的連接元件的橫截面圖；圖8是本發(fā)明又一實施方式的連接元件的分解透視圖；圖9是圖8所示的連接元件的橫截面圖；圖10是本發(fā)明再一實施方式的連接元件的橫截面圖；圖11是本發(fā)明另一實施方式的連接元件的橫截面圖。
具體實施例方式
以下將參考各附圖更全面地描述本發(fā)明的各種實施方式。在維持本發(fā)明的構思的同時，可以多種方式對這些實施方式進行改型，而不限于此處的說明。在以下的描述中，相同的附圖標記表示相同或功能相似的元件。
用于模塊式電池中的單元電池可以制造成各種形狀，例如，棱柱形、圓柱形等等。例如，在下列實施方式中，以棱柱形單元電池進行說明。
圖1是本發(fā)明的一實施方式的電池模塊100的分解透視圖。電池模塊100包括多個以預定間隔順序設置的單元電池111，該電池模塊可以是大容量電池。每個單元電池111包括電極組件118、外殼112、蓋組件113以及正極端子114和負極端子115。電極組件118包括正電極、負電極和設置在這兩者之間的隔板。外殼112具有容納電極組件的內部空間。蓋組件113安裝在外殼112上并且封閉其開口側。正和負極端子114、115被分別連接到電極組件118的正和負電極。
在一些實施方式中，外殼112由如鋁、鋁合金或鍍鎳鋼之類的導電金屬制成。在一些實施方式中，外殼112被形成為具有內部空間的如六角棱柱體或其它的形狀。
根據所示出的該實施方式，每個單元電池111具有從蓋組件113向外伸出的正和負極端子114和115的構造。這兩個端子114和115的外圓周面上具有螺紋。在其它實施方式中，端子114和115可以具有其它形狀和結構。在所示出的該實施方式中，每個單元電池111的端子114和115用與端子114和115固定的螺母117固定到蓋組件113上。
可將多個單元電池111設置為構成具有大容量的電池模塊100。在所示出的實施方式中，端子114、115形成為在兩兩相鄰的兩端子之間具有間隔的兩直行。在每一直行中，正和負極端子114和115交替設置，使得兩個相鄰的端子一個為正極端子，一個為負極端子。
電池模塊100還包括為將單元電池串聯(lián)連接而連接兩相鄰的單元電池111中的正和負極端子114和115的連接元件120。連接元件120包括在其兩個端部之間的接點。連接元件120的這兩個端部可以作為軸的接點為中心轉動。在所示出的實施方式中，連接元件120被設置在螺母117上，并通過固定螺母119與端子114和115被固定在螺母上。
圖2為圖1所示的連接元件120的分解透視圖。圖3是圖2所示的連接元件120的透視圖。圖4是圖3所示的連接元件120的橫截面圖。參考這些附圖，連接元件120具有板狀結構，其包括第一條121、第二條122和耦連件140。
第一條121包括位于一端的通孔123，正(或負)極端子114或115可通過該通孔插入。第二條122具有與第一條121對應的形狀。換句話說，第二條的一端124′包括通孔123′，負極端子115(或正極端子114)可通過該通孔插入，而其另一端與第一條121的另一端連接。
耦連件140形成在第一條121和第二條122的接點125和125′上。耦連件140連接第一條121和第二條122，使得第一條121和第二條122可圍繞通過耦連件140的中心線前后回轉或轉動。
如前所述，兩個條121和122和耦連件140一道形成連接元件120。每個條121、122包括在一個端部124和124′處的通孔123和123′和在另一端部處的接點125和125′。第一和第二條121和122彼此重疊，使得在接點125和125′處呈表面接觸?？蓪⒌谝缓偷诙l121和122形成為具有相同尺寸。在連接元件120中，第一和第二條121和122的一個端部124和124′的橫截面具有階梯形部分。如圖4所示，在它們的端部124、124′，第一和第二條121、122的階梯形部分以相反的方向呈階梯形。第一和第二條121和122的端部124和124′具有相同的高度。第一條121的厚度(t1，參考圖4)與第二條122的厚度(t2，參考圖4)相同。第一條121中的階梯形部分的厚度為t2。第二條122的階梯形部分的厚度為t2。所以，當第一和第二條接合時，第一和第二條的每個端部124和124′都可以處于相同的平面上。
耦連機構或耦連件140包括第一條121的階梯形軸元件126和形成在軸元件126的中心的耦連孔127。耦連機構140還包括形成在第二條122中以容納階梯形軸元件126的孔128。耦連機構140還包括通過耦連孔127插入的耦連銷129。該耦連件140起軸的作用，通過該耦連件第一和第二條121和122可以相對轉動以及將第一條121和第二條122接合。
耦連銷129包括頭部或凸緣130。頭部130的直徑大于孔128，以避免第二條122從軸元件126中滑出。將耦連銷129插入耦連孔127后可將其焊接到第二條122上。可以用激光或TIG進行焊接工序。因此，可以減小耦連銷129和第二條122之間的接觸電阻。
如圖所示，第一和第二條121和122的兩個接點125和125′彼此緊密相鄰，以形成單一的連接元件120，電流流過該連接元件。此外，使第一和第二條121和122的接點125和125′接合，以便以軸元件126為軸圍繞耦連銷129的中心彼此相對轉動。由于這兩個條121和122可以彼此相對轉動，在這兩個條121和122的每個端部124和124′處的通孔123和123′在相應于兩相鄰單元電池111的端子114和115之間可以具有可以調整的距離。
例如，當兩相鄰單元電池111之間的距離小于連接元件120的兩個端部124和124′的通孔123和123′之間的最初預定距離時，由于第一和第二條121和122以耦連件140為中心轉動，第一和第二條121和122的孔123和123′也可以具有減小的距離?？梢允謩右部梢允褂米詣釉O備自動調整條的轉動。據此，可以考慮兩相鄰單元電池111的端子114和115之間的距離來調整連接元件120的通孔123和123′之間的距離。
即使兩相鄰單元電池111的端子114和115之間的距離大于連接元件120的通孔123和123′的最初預定的距離時，第一條121的孔123和第二條122的孔123′可以具有被調整的距離，該距離對應于通過以與上述方向相反的方向回轉或相對轉動第一和第二條121和122時端子的距離。
如6是根據本發(fā)明另一實施方式的連接元件220的橫截面圖。參考該圖，耦連機構或耦連件240包括在第一和第二條221和222的每個接點225和225′處的孔231、以及通過孔231將第一和第二條221和222固定的鉚釘227?？蓪T釘227焊接到這兩個條221和222上以減小形成于鉚釘和條之間的接觸電阻。
圖7是本發(fā)明另一實施方式的連接元件320的橫截面圖。參考該圖，第一和第二條321和322被構造為通過螺栓333和在第一和第二條321和322的每個接點325和325′處的孔331進行固定的螺母334彼此相對回轉或轉動?？蓪⒙菟?33和螺母334焊接到這兩個條321和322上以減小它們之間的接觸電阻。對于這些實施方式中的與上面在第一實施方式已討論過的那些結構和操作相同的部分不再贅述。
圖8是本發(fā)明又一實施方式的連接元件420的分解透視圖。圖9是圖8所示的連接元件420的連接橫截面圖。參考這些附圖，連接元件420為平板結構，其包括第一和第二條441和442以及耦連機構或耦連件440。
第一條441包括在端部的通孔443，正極或負極端子114或115(參考圖1)可通過該通孔插入。第二條442的形狀與第一條441的形狀相應。換句話說，第二條442包括處于一個端部444′處的通孔443′，負或正極端子114或115可通過該通孔插入。第二條442的另一端部與第一條441的另一端部連接。
耦連機構或耦連件440形成在第一和第二條441和442的接點445和445′處，使得第一和第二條441和442可以耦連件440為中心彼此相對回旋。第一和第二條441和442的接點445和445′彼此相反地形成階梯形，使得第一和第二條441和442的每個端部444和444′在兩個條441和442連接在一起時具有相同的高度。
換句話說，將第一和第二條441和442的接點445和445′形成具有第一條441和第二條442的一半厚度的臺階。據此，即使將第一和第二條441和442接合在一起，這兩個條441和442的另一端部444和444′也可以位于同一平面上。
耦連件440包括從接點445的接合面垂直凸出并在中部具有耦連孔447的軸元件446、和插入第一條441的軸元件446中心處的耦連孔447及第二條442中的另一孔448的耦連銷449，通過該孔插入軸元件以固定第二條442。耦連件440起轉動軸的作用，圍繞該轉動軸第一和第二條441和442可以彼此分別相對轉動并使第一條441和第二條442接合。
耦連銷449包括比孔448大的頭部或凸緣450以防止第二條442從軸元件449中滑出。將耦連銷449插入耦連孔447后，可將其焊接到第二條442上?？梢杂眉す饣騎IG實現這種焊接。焊接可以減小耦連銷449和第二條442之間的接觸電阻。這樣，第一和第二條441和442的兩個接點445和445′彼此緊密相鄰以形成電流流過的連接元件420。
此外，第一和第二條441和442的每個接點445和445′連接在一起以圍繞作為軸的耦連件440彼此相對回轉或轉動。由于這兩個條441和442可以彼此回轉，可對這兩個條441和442的每個端部444和444′的孔443和443′之間的距離進行調整，以相應于兩相鄰單元電池111的端子114和115之間的距離。
圖10是本發(fā)明再一實施方式的連接元件520的橫截面圖。參考該圖，耦連機構或耦連件540包括第一和第二條541和542的接點545和545′處的孔551和通過孔551將這兩個條541和542接合的鉚釘552。
圖11是本發(fā)明另一實施方式的連接元件520的橫截面圖。參考該圖，第一和第二條641和642被構造為通過螺栓653和通過形成在接點645和645′處的孔651固定的螺母654彼此相對轉動或回轉。其它結構和操作與第一實施方式中的相同，在此不再贅述。
以下，參考圖5所示的實施方式說明電池模塊的操作。首先，將正和負極端子114和115安裝成從每個單元電池111的蓋組件113中凸出。將墊圈155安裝在端子114和115上，將螺母117固定在墊圈155上，借此，將端子114和115固定在蓋組件113上。
借助于連接各單元電池111而形成具有高能量輸出的電池模塊時，連接元件120通過第一條121和第二條122的每個端部124和124′上的通孔123和123′與每個單元電池111的端子114和115安裝在一起。此時，每一單元電池111以預定間隔排列，其中每一單元電池111的正和負極端子114和115被交替地重復設置，然后使端子114和115穿插于構成連接元件120的第一條121和第二條122的端部124和124′上的通孔123和123′中，之后，將螺母119固定于其上，完成連接元件120的組裝。
若單元電池111之間的距離存在差異，兩個相鄰單元電池111的端子114和115之間的距離與連接元件120上的兩個通孔123和123′的距離不同。然而，由于本發(fā)明實施方式的連接元件120包括能以耦連件140為中心相對轉動或回轉的兩個條121和122，可以方便地調節(jié)通孔123和123′之間的距離。所以，盡管單元電池111之間存在距離差異，連接元件120還是可以連接兩個端子114和115。
另一方面，即使連接元件120的兩個條121和122如前所述可以轉動，它們能完全且始終如一地保持它們的接合面，因此，能始終保持電流，防止電池能量輸出降低。
根據本發(fā)明的實施方式，由于可將連接元件上的通孔之間的距離調整為單元電池的端子之間的距離，所以能方便地應對單元電池的距離差異。另外，本發(fā)明的連接元件有利于縮短安裝時間和減少安裝所付出的勞動。此外，這種連接元件可以防止電流收集效率下降，始終保持電池的性能。再者，這種連接元件具有極好的緩沖性，因此，能彈性地應對由于電池脹大引起的單元電池之間的距離差異。
雖然已經結合目前被認為是實用的一些示例性實施方式描述了本發(fā)明，但是，應該理解，本發(fā)明并不局限于所披露的這些實施方式，反之，本發(fā)明意欲涵蓋落入所附權利要求的構思和保護范圍內的各種改型和等同配置。
權利要求
1.一種模塊式電池，其包括多個包括第一單元電池和第二單元電池的單元電池，所述第一單元電池包括第一端子，所述第二單元電池包括第二端子；以及包括第一元件和第二元件的端子連接器，所述第一元件被固定到所述第一端子，所述第二元件被固定到所述第二端子，其中，所述第一和第二元件在被設置為圍繞一中心線彼此相對轉動的同時彼此機械連接。
2.如權利要求1所述的電池，其中，所述端子連接器還被設置為電連接所述第一和第二端子。
3.如權利要求1所述的電池，其中，所述端子連接器還包括將所述第一和第二元件轉動地互連的第三元件。
4.如權利要求1所述的電池，其中，所述端子連接器還包括用于互連所述第一和第二元件并允許圍繞所述中心線在所述第一和第二元件之間相對轉動的結構。
5.如權利要求1所述的電池，其中，所述第一和第二單元電池彼此相鄰，在它們之間沒有放置其它單元電池。
6.如權利要求1所述的電池，其中，所述第一元件包括與所述第一端子嵌合的端子部分以及與所述第二元件嵌合的耦連部分。
7.如權利要求6所述的電池，其中，所述第一元件被延伸為具有兩相對端部，其中所述端子部分處于一個端部附近，而耦連部分處于另一端部附近。
8.如權利要求6所述的電池，其中，所述第一元件的耦連部分包括耦連孔，其中所述端子連接器還包括插入所述耦連孔中并與所述第二元件嵌合的耦連元件。
9.如權利要求8所述的電池，其中，所述中心線穿過所述耦連孔。
10.如權利要求8所述的電池，其中，所述第二元件包括與所述第二端子嵌合的端子部分以及耦連孔，其中所述耦連元件還插入該第二元件的所述耦連孔中。
11.如權利要求10所述的電池，其中，通過所述第一和第二元件的耦連孔插入的所述耦連元件被設置為起用于相對轉動的軸的作用。
12.如權利要求10所述的電池，其中，所述耦連元件是鉚釘。
13.如權利要求10所述的電池，其中，所述耦連元件被焊接到所述第一和第二元件的至少之一上。
14.如權利要求1所述的電池，其中，將所述第一和第二元件分別固定到所述第一和第二端子上時，所述第一和第二元件幾乎不圍繞所述中心線轉動。
15.如權利要求1所述的電池，其中，還包括多個附加端子連接器，其中每一附加端子連接器將屬于多個單元電池的一個單元電池的端子和屬于與該一個單元電池相鄰的另一單元電池的端予以與所述端子連接器相同的方式機械地相互連接。
16.如權利要求1所述的電池，其中，所述單元電池為棱柱形結構。
17.如權利要求1所述的電池，其中，還包括設置在所述第一和第二單元電池之間的分隔板。
18.一種制造模塊式電池的方法，該方法包括提供多個包括第一單元電池和第二單元電池的單元電池，所述第一單元電池包括第一端子，所述第二單元電池包括第二端子；提供包括第一元件和第二元件的端子連接器，其中所述第一和第二元件在被設置為圍繞中心線彼此相對轉動的同時彼此機械連接；以及用所述端子連接器將所述第一和第二端子相互連接。
19.如權利要求18所述的方法，其中，相互連接包括將所述第一元件固定到所述第一端子和將所述第二元件固定到所述第二端子，其中相互連接還包括圍繞所述中心線相對于所述第二元件轉動所述第一元件。
20.如權利要求18所述的方法，其中，相互連接包括電連接所述第一和第二端子。
21.如權利要求18所述的方法，其中，所述端子連接器還包括用來相互連接所述第一和第二元件并允許在第一和第二元件之間相對轉動的措施。
22.如權利要求1所述的電池，其中，所述第一和第二單元電池彼此相鄰，在它們之間沒有放置其它單元電池。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種電池模塊，其包括多個具有端子和連接元件的單元電池，連接元件的兩個端部分別固定到至少一對相鄰的單元電池的端子上并在中心具有接點。由于兩個條的兩個端部可以在接頭部的中心回轉，改進了連接元件，使之能方便地適應單元電池之間的距離差異。
文檔編號H01M10/00GK1971975SQ200610148678
公開日2007年5月30日 申請日期2006年7月31日 優(yōu)先權日2005年7月29日
發(fā)明者金泰容, 全倫哲, 李建求 申請人:三星Sdi株式會社