专利名称：用于固定电池组件的设备和方法
技术领域：
本发明涉及电池组的组装件。
背景技术：
将锂电池包装到金属壳内为本领域人所共知，如在美国专利
No.6，406，815中可以看到。这些金属壳具有保护电池免受操弄和振动 损坏的优点。它们在尺寸上也是一致的，便于将多个壳组合成单个的 大组件，如在美国专利No.6，368，743中所乂>开的。
然而，制造金属壳很昂贵，并且每个不同的构型都需要新模具以 生产各种部件，以及需要将这些部件组装起来的新工具。因此，已经
研制出用于将锂电池装入封套中产生锂电池组件的技术和材料，其中 一种类型可以在美国专利No.6，729，908中看到。不幸的是，这些包装 未提供结构上的刚性，或者几乎和金属壳一样防止被操弄和振动，并 且由于在锂电池组件的厚度上存在固有偏差，使它们也不能组合成尺 寸一致的电池组。
发明内容
电池框从相对侧部围绕周边夹紧锂电池组件的包装封套，形成锂 电池组件和框组装件。如果包装封套是折叠型的，框架可夹紧在包装 封套的三个密封边上，并在第四或底边上形成凹面形来支撑并保护包
装封套底边。如果包装封套由两个单独件制成，并因此密封在所有四 个边上，该电池框架可以设计成能夹紧在所有四个密封边上。框架构 件具有母线俘获件，其将母线牢固地固定在适当位置，以便于将规定 用于锂电池组件组的所有端子机械和电气连接到母线上。
在本发明的另一方面，两个框件可以是相同的，从而可从一个才莫 腔制造。
在本发明的另一方面，框件在背离夹紧面的侧面上具有插头和插 孔构型，以便配合并对准一个或多个另外的锂电池组件和框架组装件， 以形成锂电池组件组。
在另一发明方面，提供一外壳，其封装至少一个电池组。该外壳 对电池组提供额外的压力。在一种实施例中，该外壳包括顶部和底部， 采用紧固件将其固定在一起。在另一实施例中， 一对压缩板将电池组 夹在其中，该压缩板被固定在一起，以便对电池组提供额外的压缩力。 在又一个实施例中，提供至少一个压缩带。该压缩带缠绕在电池组上， 以施加压应力。
为简单起见，本文使用的术语"电池，，指单电池、双电池、或^f壬何 其他的基本电池结构。
现在，将参照附图通过实例来描述本发明，其中 图1示出一种典型现有技术的锂电池被封装在制作锂电池组件的 包装封套中。
图2示出两个框架构件在夹紧到锂电池组件的密封边上之前所处 的位置。
图3示出多锂电池组件的叠层，其带有阳极和阴极母线，组成锂 电池组。
图4 (a)和(b)分别表示对分罩壳分开时以及采用螺栓紧固在 一起后对分罩壳的外部压缩力提供结构的分解图。
图5 (a)显示了一种利用压缩板和压缩螺栓的内部压缩系统，而 图5 (b)显示了另一利用围绕电池组包裹的压缩条的内部压缩系统。
图6 (a) - (d)显示了根据本发明的以一种例举的带框电池模块 组装的步骤。
图7 (a) - (d)显示了以一例举的组装过程中的步骤，显示出将 根据本发明的多个带框电池插入到外部保护套中。
具体实施例方式
首先参照图1，其显示了一种典型的锂电池组件，并且通常用数 字10表示。图1显示的锂电池组件包括阳极端子11、阴极端子12、 包装套15、侧封边13、顶封边16和底边14。实际的阳极和阴极组装 件(电池)以虛线显示，被隐藏在包装套15内部。
在一种优选的实施例中，包装套15由单片覆盖铝箔的聚合物制 成，并围绕锂电池在电池的底边14处折叠，并随后将其本身密封到侧 封边13和上封边16上 包装套也可以由两个或多个单独的片制成， 并随后在所有的四个边缘上密封。
图2显示了根据本发明的一种实施例、第一框20和第二框30处 于将被夹持到显示成介于其间设置的锂电池组件10上的位置。框20 和30优选塑料框，诸如由易模制的塑料制成。 一种例举的易模制塑料 为ABS塑料，其相对便宜并且在结构上也是足够的。如果需要防火塑 料，则优选使用具有发泡特性的塑料，如Abu-Isa的美国专利 No.6,809,129中公开的弹性体膨胀材料。
由于第一框20和第二框30被按压在一起，从而夹持在锂电池组 件10的侧封边13和上封边16上，扣柄脚31与柄脚接收器21啮合在 分别绕着框30和20周边的多个点，以便将框件锁定在一起，从而将 锂电池组件10固定在框组装件内。当锂电池插入到电池框中时，围绕 周边的柄脚31也充当锂电池的对准构件。第一才医20和第二框30都包 括末端的间隙构件37，允许夹持表面33上的间隙处于端子11和12 从包装套突出的框部分处，因而夹持表面33将不被夹持到端子上。在 一种优选的实施例中，当两个框被锁定在一起时，锂电池组件10的底
边14通过一槽而保持在位，该槽由两个凹面34靠在一起形成。该槽 有助于保护锂电池组件10的底边14。
图2还显示了直状态的阳极端子11和阴极端子12，如同当两个 框20和30被锁定在一起后它们所呈现的那样。图2进一步显示了第 一框20上的母线卡固构件22和第二框30上的母线卡固构件32。下 面将相对于图3描述这些构件的功能。
现在参照图3，多个锂电池组件和框组装件被显示成堆叠在一起 以制造锂电池组50。框结构通过将插头25和插孔26构件合并到框面 对夹持表面33的边上而促进了该组合过程。插头25和插孔26将邻近 的带框电池相互固定。組50中的锂电池组件数目取决于该组所需的电 性能。
图3进一步显示了端子母线40， 一个用于阳极，并且一个用于阴 极，其位于图2所示的母线卡固构件22、 32中。在该优选的实施例中， 第一锂电池组件和框组装件的端子11、 12向上折叠进入端子槽26、 36中，并且随后所需长度的母线被插入到该第一锂电池组件和框组装 件中。端子11和12随后优选超声焊接到相应的母线40上。接着，第 二锂电池组件和框组装件的端子向上折叠到槽26、 36内，并且随后以 这样的方式将第二锂电池组件和框组装件放置到第 一锂电池组件和框 组装件上，该方式使得母线40对准第二锂电池组件和框组装件的母线 卡固构件，并且使第一組装件的插头25和插孔26对准第二组装件的 相应插孔26和插头25。当然，用于插头插孔构件而显示的几何构型 并非用于限定，这是由于许多其它的配对形状也可以被利用以完成相 同的功能。显示的圆柱形仅仅是为了进行解释说明。如上所指出的， 第二组装件的端子11、 12随后被焊接诸如通过超声焊接到相应的母线 40上。该过程一直持续到所需数量的锂电池组件和框组装件堆叠起来 以形成锂电池组50。
尽管根据本发明的围绕电池的锂电池框在操作期间对电池组50 提供了保护， 一旦被封装在电池组件内，超出由卡扣构件25和26或 某些预期的应用而夹紧电池。框和电池之间的相对移动可能引起端子
断裂，这是因为它们通常由易损坏的应变金属片(foil gauge metals ) 组成。
因此，可能需要附加的压缩夹紧力以便向下夹持在锂电池上。足 够的夹紧力确保了在框与电池之间有很小或无相对移动。
本发明提供的设备提供了附加的压力到包含电池组的电池。在一 种实施例中，电池组50随后可以;故安装在一个外部保护壳中，该壳尺 寸被制成以这样的方式保持电池组，以便紧紧地将所有的锂电池组件 和框组装件保持在位，在框上提供了附加的夹持力，进一步固定锂电 池组件。供选地，电池组50可以通过适当的内部结构而牢固地被保持。
图4 (a)和(b)分别显示了一种外部压力提供结构的分解图， 其中，外壳半件410和420被分开，而图4 (b)显示了利用螺栓固定 在一起的封装半件410和420。在电池组件封装件中使用的典型材料 为塑料。如果需要额外的力，可以应用塑料添加剂以获得所需的物理 性能。如果添加剂不对外壳提供足够的力和硬度，则可以制造金属和 塑料组分的混合物以增加附加强度。
在图4(a)中，电池组50被显示为设置在封装半件420上。在 盖子闭合并且将压力施加到电池堆前，母线优选连接到中央的总线结 构，如在图4(a)中所看到的。被螺栓固定起来的构件411和电池封 装件的螺栓412 —起提供了所需的力，其最小化或消除了框与包含电 池组50的电池之间的相对运动。尽管螺栓412 ,皮显示在图4(a)和 (b)中，其它的固定件也可以被使用。
图4(a)中所示的电池组件封装件含有7个串联连接的电池叠层。 显示出的剩余空象限可以被用于包装电池组件的附件，如保护性的电 子元件、保险丝、连接器以及内部的线束。电池组件封装件也可以含 有构件，以形成围绕电池叠层的安装，并且也优选包括将与外部电池 连接的相同的插孔和插头构件。
电池组50也可以被构型成包括作为电池内部子组装件部分的压 缩系统硬件，在图5 (a)和(b)所示的一供选的力提供结构中，内
部结构被用于提供压力。这可以通过采用多种结构而实现。图5(a) 显示了利用压缩板510和压缩螺栓(未示出)的一种内部压缩系统， 该螺栓安装在被螺栓固定起来的构件511中，其最小化或消除了框和 含有电池组50的电池之间的相对移动。图5 (b)显示了利用压缩板 510结合压缩带540的一种内部压缩系统。尽管在图5 (b)中显示了 两(2)条带540，也可以使用单个的带或多于两(2)个的带。
上述的图4 (a) 、 (b)以及5 (a)和(b)仅仅是例举了一些优 选的压力提供结构。本领域的那些技术人员将会理解本发明设备的多 种变型是可能的。
图6 (a) - (d)显示了根据本发明的一例举带框电池模块的组装 的步骤，具有四(4)个电池以组成4V的模块。在步骤(a)中，将 第一电池/框组装件放置到母线上。电池的焊接片优选超声焊接到母 线。在步骤(b) - (d)中，邻接的电池/框组装件被放置到母线上， 随后每一个超声焊接到母线以形成4V的带框模块。
图7 (a) - (d)显示了在例举的組装过程中的步骤，显示出将根 据本发明的多个带框电池插入到外部保护罩中。在图7(a)中，第一 电池框堆被插入到外部框的底半部中。图7 (b)显示了插入到外部框 的底半部中的四个电池框叠层。图7 (c)显示了当将中央母线板放置 到图7 (b)所示的四个电池框叠层上之后以及将另三个电池框叠层放 置到母线上之后得到的最终结构。图7 (d)显示了在连接所有的总线 螺栓以及最后的母线后得到的最终电池组装件。图7 (d)所示的组装 件与图4 (a)所示的插入到框底半部的组装件相同。
尽管如本文所示并详细说明的用于固定电池的特定方法和设备完 全能够实现本发明的上述目地，应当理解，它是本发明当前优选的实 施例，并因此代表了本发明在广义上所预期的主题，本发明的范围完 全包含其它对本领域技术人员而言是显而易见的实施例，并且本发明 的范围相应地仅被限定到附属的权利要求书中，其中，以单数形式提 到一个元件并非用于指"一个以及仅此一个"，除非这样明确地声明， 而是指一个或多个。上述优选实施例的元件的所有结构及功能上的等
同物是本领域普通技术人员所公知的或后来变为7〉知的，特别地通过 参照而包含在本文中，并且希望被本发明的权利要求所包含。此外， 不需要装置或方法来解决每一个以及需要被本发明解决的问题，因为 它将被本发明的权利要求所包含。而且，本说明书中，不希望元件、 部件或方法步骤献给公众，而不管该元件、部件或方法步骤是否已明
确地描述在权利要求中。本文中没有一个权利要求的元件按照35U.S.C. 第112部分第六段的规定进行解释，除非特意采用术语"意思是"来清 楚地陈迷该元件。
权利要求
1、一种带框的锂电池组，包括第一框件，其包括四个侧面元件，该元件被定尺寸成重叠锂电池组件的至少三个封边，所述第一框件具有一开口，该开口被定尺寸成为待装框的锂电池组件提供间隙；第二框件，其包括四个侧面元件，该元件被定尺寸成重叠所述锂电池的所述至少三个封边，所述第二框件具有一开口，该开口被定尺寸成为所述待装框的锂电池提供间隙，所述第一和第二框件具有联锁结构，以便安装在一起以及安装到邻近的框组装件以形成带框的电池组；其中，所述第一框件和所述第二框件中的至少一个包括母线俘获部件，以及被所述母线俘获部件固定的母线，所述母线电连接到由所述电池组组成的所述锂电池的所有阳极和所有阴极中的至少一个上。
2、 根据权利要求l所述的框组装件，其特征在于，所述第一和第 二框件中的至少一个还包括用于所述锂电池组件的端子的端子间隙部 件。
3、 根据权利要求l所述的框组装件，其特征在于，所述联锁结构 包括插头和插孔部件，所述插头和插孔安装在一起以对准所述邻近的框组装件。
4、 根据权利要求1所述的框组装件，还包括一个封装所述电池组 中的至少一个的外壳，所述外壳对所述电池组提供附加的压力。
5、 根据权利要求4所述的框组装件，其特征在于，所述外壳包括 顶部和底部，所述顶部和底部采用固定件固定在一起。
6、 根据权利要求l所述的框组装件，还包括一对压缩板，其将所 迷电池组夹在当中，所述压缩板固定在一起以对所迷电池组提供附加 的压力。
7、 根据权利要求l所述的框组装件，还包括至少一个压缩带，用于围绕所述电池组包装，所述压缩带向所述电池组施加压力。
8、 根据权利要求l所述的框组装件，其特征在于，所述笫一框件 和所述第二框件在尺寸上相同。
9、 一种用于制作锂电池组的方法，包括以下步骤 提供多个锂电池组件和框组装件；将所述多个锂电池组件和框组装件中的第一个的同极性端子接片 与所述多个锂电池组件和框组装件中的第二个电连接，其中，电连接 的步骤包括将第一锂电池组件和框组装件的端子接片放置在平行于位于该框 组装件中的端子槽的位置；在所述的锂电池组件和框组装件的每一个中提供母线保持部件； 为每一极性提供一母线； 将所述母线插入到所述母线保持部件中； 将所述端子接片固定到所述母线上，并且通过将所述母线滑入所述第二锂电池组件和框组装件的所述母线 保持部件中而在所述第一组装件附近堆叠第二锂电池组件和框组装 件。
10、 根据权利要求9所述的方法，其特征在于，至少一个所述第 二框件还包括插头和插孔部件，便于所述相邻框组装件的固定对准， 还包括通过对准每一个组装件的所述插头和插孔部件而定向所述相邻 组装件的步骤。
全文摘要
一种带框的锂电池组，包括第一框(20)和第二框(30)。所述框被锁定到一起，将锂电池组件(10)夹持到封边表面(13，16)上，从而提供结构上的刚性，并预防由于操作和振动而引起的损伤。每一个框(20，30)在面对夹持表面(33)的侧面上具有多个插头(25)和插孔(26)，以便于对准并堆叠多个锂电池组件和框组装件，从而组成锂电池组(50)。每一个框(20，30)包括一个母线俘获构件(22，32)，具有插入其中的母线(40)，用于将给定锂电池组件组的所有端子电连接到母线(40)上。
文档编号H01M2/24GK101176223SQ200680016229
公开日2008年5月7日 申请日期2006年4月14日 优先权日2005年4月14日
发明者B·哈瑙尔, D·D·克鲁格, R·T·文德林, R·比尔 申请人:埃纳戴尔公司