专利名称：电池的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种电池，更为具体地讲，涉及一种作为电池一部分的电池单元阵列的支撑组件。
背景技术：
电动车辆(EV)、混合动力电动车辆(HEV)、及燃料电池车辆(FCV)通常包括高压蓄电池。在运转时，蓄电池提供电能以运转车辆中的多个组件，例如连接至车轮的电动马达。 蓄电池通常包括多个可存储电荷的电化学电池单元。例如，蓄电池可为锂离子电池。会出现如下的一些问题高效封装电池单元阵列、有效连接电池单元以提供所需的电池特性、提供足够的冷却以确保电池单元不会过热、以及为所有或至少许多电池单元提供传感器用于测量电压和温度以探测除湿电池单元运转故障。
发明内容
本发明公开了一种电池，其包括第一多个电池单元对，每个电池单元对纵向连接， 且电池单元对的每个电池单元具有与电池单元的正极端子相邻的环形凹口。第一多个电池单元对设置在第一和第二下支撑带的上方。支撑带具有容纳第一多个电池单元对的支撑表面和向上延伸并与电池单元对的一个凹口相匹配的固定凸缘。第一和第二下支撑带为近似矩形的立方体形状。支撑带具有数个部件以固定电池单元，其导致支撑带并非矩形立方体。下支撑带的长边设置为彼此平行，而电池单元对的纵轴设置为与下支撑带的长边基本垂直。第一和第二中支撑带设置在第一多个电池单元对上方。中支撑带的下侧具有支撑表面和至少一个向下延伸的固定凸缘。支撑表面与第一多个电池单元对接合，而向下延伸的固定凸缘与第一多个电池单元对中的一个电池单元对相关联的一个凹口相匹配。第一和第二中支撑带的上侧具有配置用于容纳电池对的支撑表面和向上延伸的固定凸缘。第二多个电池单元对设置为各个电池单元对纵向连接且各个电池单元具有与电池单元正极端子相邻的环形凹口。环形凹口与第一和第二中支撑带相关联的向上延伸的固定凸缘相匹配。第三和第四中支撑带设置在第二多个电池单元对上方。中支撑带的下侧具有支撑表面和至少一个向下延伸的固定凸缘。支撑表面与第二多个电池单元对相接合，且向下延伸的固定凸缘与一个电池单元对相关联的一个环形凹口相匹配。第三和第四中支撑带的上侧具有配置用于容纳电池单元对的支撑表面和向上延伸的固定凸缘。第三多个电池单元对也设置为各个电池单元对纵向连接且各个电池单元具有与正极端子相邻的环形凹口。环形凹口与第三和第四支撑带相关联的向上延伸的固定凸缘相匹配。各个电池单元对均具有正极端子端和负极端子端，且第一多个电池单元对以交替形式设置在第一下支撑带中，这样每隔一组支撑表面收容正极端子端，而其余支撑表面收容负极端子端。电池单元为近似圆柱形，且收容支撑表面大约在5点钟和7点钟位置接触电池单元，而接合支撑表面在大约11点钟和1点钟位置接触电池单元。根据本发明的一个实施例，所述电池还包含位于第三多个电池对上方的第一和第二上支撑带，其中上支撑带的下侧面具有支撑表面和至少一个向下延伸的固定凸缘，其中支撑表面与第三多个电池单元对接合，且向下延伸的固定凸缘与一个电池单元对相关联的一个环形凹口相匹配。根据本发明的一个实施例，其中，第一和第二下支撑带为第一和第二下端部支撑带；第一和第二上支撑带为第一和第二上端部支撑带；且第一、第二、第三、和第四中支撑带为第一、第二、第三、和第四中端部支撑带，电池还包含具有容纳第一多个电池对的支撑表面的下中央支撑带；第一中央支撑带，其在第一中央支撑带的下侧面和上侧面上具有支撑表面以分别与第一多个电池单元对接合及容纳第二多个电池单元对；第二中央支撑带， 其在第二中央支撑带的下侧面和上侧面上具有支撑表面以分别与第二多个电池单元对接合及容纳第三多个电池单元对；上中央支撑带，其具有支撑表面以接合电池单元对，其中下中央支撑带、第一中央支撑带、第二中央支撑带、和上中央支撑带的支撑表面在电池单元连接形成电池单元对的位置附近接触电池单元对。根据本发明，还公开了一种组装电池的方法，所述方法包含将多个下支撑带放置在平面上；以及将第一多个总体上呈圆柱形的电池单元放置在下支撑带的支撑表面上，其中电池单元设置为基本上平行并以交替方式设置成每隔一个电池单元的负极端子指向第一方向而其余电池单元的正极端子指向第一方向。根据本发明的一个实施例，所述方法还包含将中支撑带放置在第一多个电池单元上；将第二多个总体上成圆柱形的电池单元放置在中支撑带上，其中中支撑带具有设置在第一多个电池单元上的中支撑带的第一侧面上的第一组支撑表面、以及在中支撑带的与第一侧面相对的第二侧面上的第二组支撑表面，第一组支撑表面和第二组支撑表面被设置为使得第一多个电池单元和第二多个电池单元处于紧密排列的阵列中。根据本发明的一个实施例，其中下支撑带具有与每隔一对支撑表面相邻的固定凸缘，且电池单元具有与电池单元的正极端子相邻的环形凹口，该方法还包含使环形凹口与固定凸缘接合，同时将第一多个电池单元放置在下支撑带的支撑表面上。根据本发明的一个实施例，其中支撑表面设置在下支撑带上使得在相邻电池单元之间存在至少预定距离。根据本发明的一个实施例，所述方法还包含将第一多个中支撑带放置在第一多个电池单元上；将第二多个总体上呈圆柱形的电池单元放置在第一多个中支撑带上；将第二多个中支撑带放置在第二多个电池单元上；将第三多个总体上呈圆柱形的电池单元放置在第二多个中支撑带上，其中第一和第二多个中支撑带在两个侧面上具有支撑表面以支撑与中支撑带相邻的电池单元，且中支撑带的支撑表面被设置为使得第一、第二、和第三多个电池单元设置在紧密排列的阵列中。根据本发明的一个实施例，所述方法还包含将多个上支撑带放置在第三多个电池单元上。这种电池配置最小化了用于支撑电池单元的塑料的量，特别是与在组装电池单元组阵列之前将电池单元组容纳在塑料结构中以形成电池的结构相比。这种塑料的减少降低了成本、重量、组装步骤的数目、以及封装体积。封装体积还因将电池单元设置在紧密封装阵列中而受益。
图1为说明了机动车辆及设置在车辆中的电池的示意性立体图。图2为说明了包括多个电池单元和多个堆叠支撑件的电池的立体图。图3a为堆叠支撑件的侧视图，以虚线显示了电池单元。图北为堆叠支撑件的一部分，指示了支撑表面相对于虚线所示的电池单元的位置。图4为堆叠支撑件和弹性带的立体分解图。图5为电池的侧视图，显示了母线连接电池单元。图6为电池的示意性侧视图，显示了近端上的母线连接电池单元和远端处的母线连接电池单元的一部分。图7为带有盖住端部的遮盖的电池的侧视图，显示了用于将冷却空气引入电池单元的入口。图8显示了两个相邻并相连的电池单元的一部分的截面图。图9显示了两个相邻并相连的电池单元的侧视图。图10显示了母线的立体图。图11显示了通过母线在一端相连的两个纵向连接的电池单元对。图12显示了扣环的立体图。图13显示了带有与之连接的母线和扣环的电池单元的端部。图14显示了端板的一部分。图15、16显示了带有插入其中的温度传感器的端板的一部分的截面图。
具体实施例方式本领域技术人员将理解，参考任一
及描述的实施例的多个特征可与一个或多个其它附图中所说明的特征相组合以得到并未明确说明或描述的替代实施例。所说明特征的组合提供了用于典型应用的代表性实施例。然而，对于特定应用或实施方案，可能需要与本说明书教导相一致的特征的多种组合和修改。本领域技术人员可认识到与本说明书相一致的类似应用或实施方案，例如以与附图中实施例所示略微不同的顺序设置组件的应用或实施方案。本领域技术人员将认识到本说明书的教导可用于其它应用或实施方案。在图1中，显示了具有电池12的车辆10。在图2中，显示了去除了外壳的电池14 的立体图。电池14具有多个电池单元16，其沿电池单元16的纵轴设置为电池单元对18。 将两个电池单元配对为电池单元对18为一个非限制性示例。在另一实施例中，单个电池单元设置为阵列。在另一实施例中，多于两个的电池单元纵向连接以形成电池单元组，其随后设置为形成电池单元阵列。选择纵向设置的电池单元的数目的相关因素为电池单元的冷却。如果冷却介质在一端导入并沿电池组的长度移动，沿冷却路径的最后一个电池单元比沿冷却路径的第一个电池单元接收到较高温度的冷却介质。在图2所示的实施例中，电池单元对分别设置为第一排20、第二排22、和第三排对电池单元对，支撑带维持电池单元16的相对位置。下支撑带沈位于第一排电池单元20下方并设置为与板观、30平行(图2中看不到30)。另一下支撑带32设置为与支撑带沈平行并总体上位于支撑带26中央。取决于纵向连接的电池单元的数目，可提供更多或更少的下支撑带32。在第一排电池单元对20的顶部，设置有外部中支撑带34和中央中支撑带36。 在支撑带34和36的顶部设置有第二排电池单元对22。另一组外部中支撑带38和中央中支撑带设置在第二排电池单元电源对22上方。图1的实施例具有三排电池单元对。在另一实施例中，可组装更少或更多排的电池单元对，而外部中支撑带和中央中支撑带的数目相应地增加或减少。上支撑带42、44设置在顶排电池单元对(其为第三排的顶部。支撑带沈、42具有相同的设计，但指向不同，支撑带沈的支撑表面(此附图中不易见)向上延伸，支撑带42的支撑表面向下延伸，即支撑表面与电池单元接合。类似地，支撑带44和32相同，支撑带34与38相同、支撑带36与40相同。继续参考图2，支撑带沈、32具有朝向下的槽(图2中的视图里不可见)，支撑带 42、44具有朝向上的槽。弹性带46设置在上支撑带相关联的槽中。支撑带为波浪形，波浪的底部延伸入槽的底面。当遮盖位于电池14上方时，挤压弹性带46以提供压力，从而维持电池单元在电池14内的相对位置。在图3a中，显示了支撑带50 (下)、52 (第一中)、54(第二中)、和56 (上)的部分。所显示的支撑带50的部分可在一端(例如图3中所示的近端部)支撑6个电池单元。 另一支撑带设置在电池单元(或电池单元对)的远端，所述另一支撑带在图3a中不可见。 电池单元58 (图3a中虚线所示)可设置在支撑表面60上。固定凸缘62从支撑表面60向上延伸。电池单元58在正极端子端附近具有环形凹口 64与固定凸缘62接合。在替代实施例中，连接固定凸缘62以形成单个固定凸缘。电池单元58的右边为由支撑表面68容纳的另一电池单元66。在一个实施例中，支撑表面为凹形的用于放置电池单元的外部圆柱形表面。交替位于支撑带50上的一排电池单元具有位于支撑带50上的正极端子端(例如电池单元58)和位于支撑带50上的负极端子端(例如电池单元66)。因此，在一排电池单元中，负极端子端与正极端子端相邻，反之亦然。第一中支撑带52设置在第一排电池单元的上方。支撑带52具有向下延伸并与电池单元58的环形凹口 64接合的固定凸缘。支撑带52具有向下延伸与电池单元66相邻的边72。电池单元66的前边缘位于边72之后。边72可防止电池单元66滑出。除了设置在第一排电池单元的上方之外，第一中支撑带52还提供了对第二排电池单元的支撑。由于第一中支撑带52的支撑结构，第二排电池单元与第一排电池单元有所偏离，这样它们处于紧密排列的阵列中。最紧密的排列设置为三个相邻电池单元的中心彼此距离相等，即形成等边三角形。然而，在图3a中所示的实施例中，三个相邻电池单元的中心形成等腰三角形 74，其提供了紧密排列的阵列，而非最紧密排列的阵列。在图北中，第二中支撑带M在5点钟位置和6点钟位置之间以及6点钟位置和 7点钟位置之间接触电池单元75。在此视图中看不见电池单元75所处的实际支撑表面，因为其被边72所遮挡。上支撑带56向下延伸也接触电池单元75。由于被边73所遮挡，看不见支撑表面。这些上支撑表面在10点钟位置和11点钟位置之间以及1点钟位置和2点钟位置之间接触电池单元75。应注意，电池中的所有电池单元均相同，只有指向和连接有所不同。然而出于说明目的，对多个电池单元分配了不同的附图标记以说明本发明的相关特征。再次参考图3a，第二中支撑带M设置于第二排电池单元的上方并支撑第三排电池单元。上支撑带56处于第三排电池单元的顶部。支撑带56的上表面具有槽76，弹性带
646位于该槽中。弹性带46可为金属带。任何合适的弹力或弹性金属均可用在槽76中；此外，可使用其它合适的形状替代图3a中所示的波浪形弹簧。图4中显示了支撑带的立体分解图。从图4的视角可以看出支撑带52上的固定凸缘70从支撑带52的前表面向后缩入一定距离。边72与支撑带52的前表面平齐。此外， 支撑带52上的一对支撑表面68放置电池单元的端部(未显示)，而另一对从支撑带M向下延伸的支撑表面也与电池单元相接触，从而通过其周边上的四个支撑表面将电池单元固定在适当位置。在图5中，显示了电池80的侧视图，具有三排电池单元，每排有十四个电池单元， 正极端子和负极端子交替指向外。在图5中，电池单元82的负极端子和电池单元84的正极端子可见。七个母线86连接底排电池单元的相邻电池单元。十三个母线88连接第二排中的电池单元和第三排中的电池单元。电池单元的另一端也设有母线，其在图6中示意性说明，其中电池具有设置为三排的四十二个电池单元对。图6中仅电池单元对的近端电池单元可见。图6中可见所有母线的至少一部分，母线102、104连接电池单元对的近端电池单元，母线106、108连接电池对的远端电池单元。电池单元110正电势最高，电池导线114 离开电池100。类似地，电池单元112负电势最低，电池导线116离开电池100。如果单个电池单元中的电势为4. 2V，图6中的各个电池单元代表了电池对，且有42个电池对，则导线114和116之间的电势为176V。需要避免相邻电池单元(例如电池单元118和120)之间发生短路。电池单元118和120之间有10个电池单元电池单元118和120后方各有一个，以及四个电池单元对122后方各有一个。电池单元118和120的端子之间有50. 4V(12 个电池单元，每个电池单元4. 2V)的电势差。1.6mm的气隙足以避免短路。考虑到安全系数，设置了 2mm的间隙。所需间隙可取决于电池单元的类型、电池单元如何连接、电池所受到的振动、以及所需的安全系数而有所变化。在图6中，由于紧密排列的阵列设置导致电池单元垂直不对齐，电池100具有虚设电池单元位置124。在这种实施例中，虚设电池单元位置可用于将电缆导线(例如传感器电线)引入引出电池100。在另一实施例中，可引入电池单元100的右侧，而仅保留虚设电池单元位置124的一部分。在又一实施例中，位置124中设有两个额外的电池单元，且位置124中的电池单元具有最大的负电势。电池单元在充电/放电运转期间释放能量。为了避免过热及损坏电池单元，通常要冷却电池单元。在一个实施例中，沿电池单元对纵向提供冷却空气。在图7中，电池132 的端板130具有开口 134用于允许冷却空气流入电池单元的间隔中。在远端，空气离开电池单元的间隔。再次参考图5，气孔136、138、140大致与开口 134对齐。在图8中，通过截面显示了两个相邻电池单元150、152的部分。电池单元150的端子1 通过弯曲接头156与电池单元体155直接或者间接连接。通过在弯曲接头156内部设置绝缘体158以将二者分离来避免正极端子IM和电池单元体155之间的短路。凹口 157位于弯曲接头156附近。母线160焊接至正极端子154。母线160从正极端子IM朝向电池单元152延伸。电池单元152的负极端子162与电池单元150的正极端子指向相同方向。在一个实施例中，支架164通过焊接连接至负极端子162。母线160中的开口位于支架164附近。垫圈168位于母线160上方。一些实施例中不包括垫圈168。支架164内部具有螺纹以允许与具有合适螺纹的螺栓166接合。螺栓166将母线160固定在适当位置。 电池单元150的正极端子端154、母线160、支架164、垫圈168、及螺栓166的电势基本上相等，因为它们电连接。图9中显示了相邻电池单元150、152的侧视图。正极端子154设于电池单元150 端部的中心。相对于正极端子1 极性相反的弯曲接头156占据了电池单元150端部的外部。母线160朝向电池单元152延伸。母线160具有长孔170。图10中显示了母线160的立体图，显示了长孔170、弯头172(图8中也有所显示)、及用于焊接的位置174。由于设置了弯头172而使母线160不会与弯曲接头156 (图8 中所示)接触。由于母线160处于正极端子154的电势，而弯曲接头156处于电池单元体 155的负电势，所以母线160与弯曲接头156之间接触会导致短路。在图11中，显示了六个电池单元200a_f，其为电池单元阵列的一小部分。电池单元200a和200d纵向连接并形成第一电池单元对。电池单元200b和200c纵向连接并形成第二电池单元对。电池单元200e和200f纵向连接并形成第三电池单元对。图11中仅可见正极端子202b、202d、和202f的一部分。电池单元200b、200d和200f的负极端子204b、 204d和204f分别设有支架206b、206d和206f。如上文关于阵列中电池单元的设置所讨论的，一个电池单元的正极端子与另一电池单元的负极端子相邻，例如电池单元200a的正极端子(图11中不可见正极端子，但在图11的最左侧)与电池单元200b的负极端子204b 相邻。电池单元200a的正极端子通过母线208a电连接至电池单元200b的负极端子204b。 母线208a通过支架206b和螺栓214b与电池单元200b的负极端子204b相连；这样，所有这些元件电势相同。在图11中所示的实施例中，垫圈210b设置在支架206b和螺栓214b之间。电压感应导线212b连接至垫圈210b。在替代实施例中，没有垫圈210b，而电压感应导线212b连接至母线208b或支架206b。图11中可见的电池单元200a_f的圆柱形体的表面相对于其正极端子为负电势(例如，关于电池单元200d，正极端子相对于电池单元200d的圆柱形体(其具有负电荷)具有正电荷)。扣环216a、216c和216e分别与电池单元200a、 200c和200e的弯曲接头218a、218c和218e连接。下文将参考图12、13更为详细地讨论扣环。扣环216a,216c和216e设有感应导线220a、220c、禾口 220e。扣环216a,216c和216e分别处于电池单元200a、200C、200e的负极端子的负电势。因此，通过测量感应导线212b (与母线208a的电势相同)与感应导线220a (与扣环216a的电势相同)之间的电势差，可确定跨过电池单元200a的电势。通过测量感应导线212b和连接至扣环216c的感应导线220c 之间的电压，确定跨过电池单元200b(其与电池单元200c构成电池单元对)的电势。对于电池单元对，通过在电池单元对的两端进行测量来确定电势。然而，这相对于在电池单元对的电池单元之间的接头处进行测量表现出了优势。所示的测量配置不需要在邻近负极端子 204a处进行测量以确定跨过电池单元200a的电压。可根据下列表格测量跨过每个所示电池单元的电压。
权利要求
1.一种电池，包含多个堆叠支撑件，每个所述堆叠支撑件包括多个固定凸缘和多个支撑表面；多个总体上呈圆柱形的电池单元，每个所述电池单元支撑在一对所述支撑表面上，且每个所述电池单元具有形成在侧壁上的环形凹口，所述环形凹口与一个所述固定凸缘相匹配，其中，所述电池单元在所述堆叠支撑件上设置为多个电池单元排，且所述支撑表面以使得所述电池被设置为紧密排列的阵列并在相邻电池单元之间维持至少预定距离的方式设置在所述堆叠支撑件上。
2.根据权利要求1所述的电池，其特征在于，所述堆叠支撑件隔离各个电池单元排。
3.根据权利要求1所述的电池，其特征在于，所述多个电池单元排包含至少第一排电池单元和第二排电池单元，所述第一排电池单元支撑在一对堆叠支撑件上，且所述第一排电池单元以每个第一排电池单元的正极端子与另一第一排电池单元的负极端子相邻的交替方式设置在所述一对堆叠支撑件上。
4.根据权利要求1所述的电池，其特征在于，还包含将一个电池单元的正极端子电连接至与所述一个电池单元相邻的电池单元的负极端子的母线。
5.根据权利要求3所述的电池，其特征在于，所述环形凹口与每个电池单元的所述正极端子相邻，且各个堆叠支撑件中每隔一对支撑表面具有一个固定凸缘。
6.根据权利要求1所述的电池，其特征在于，所述预定距离基于防止相邻电池单元之间电短路。
全文摘要
本发明公开了一种电池，该电池包括多个包含固定凸缘和支撑表面的堆叠支撑件、以及多个总体上呈圆柱形的电池单元。各个电池单元支撑在一对支撑表面上。各个电池单元具有形成于侧壁中的环形凹口，环形凹口与一个固定凸缘相匹配。电池单元在堆叠支撑件上设置为多个电池单元排。支撑表面以将电池单元设置在紧密排列的阵列中并在相邻电池单元之间维持至少预定距离的方式设置在堆叠支撑件上。
文档编号H01M2/10GK102299279SQ20111014814
公开日2011年12月28日 申请日期2011年5月25日 优先权日2010年6月22日
发明者帕特里克·丹尼尔·玛古尔, 沙拉夫·帕拉马斯万 申请人:福特全球技术公司