专利名称：可以直接使用单体电池串并联的电池系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及电池领域，尤其涉及可直接使用单体电池串并联的电池系统。
背景技术：
目前政府正在大力扶持新能源产业，以高效清洁的新能源能取代高污染低效率的煤、石油等正在成为ー种时尚。可循环充放电的二次电池正成为其中的领航者，其中镍氢、 锂离子电池倍受青睐。目前，很多公司正在进行以锂离子电池替代汽油的电动车研发与生产工作。将单体小电池串并连成大电池组是ー个重要的方向；因为单体电池电压较低一般不超过4V，必须串联起来使用；而且，単体电池容量越大安全性越差；所以，大多数厂家都采用将小电池串并联组成大电池组的方法；但然，也由于技术水平的限制，部分厂家因无法使用小电池串并联而不得不采用单体大容量电池。安全性能可靠的圆柱単体电池正在被广泛应用于电池组的串并联。目前市场上出现的圆柱形电池大多采用平滑端子盖帽、底部不带端子金属壳，如锂离子电池18650、26650等，此类电池的串并联无非是通过电阻焊或者激光焊在盖帽平滑端子和金属壳底部引出连接片，然后将连接片再焊接到其他电池上去，从而形成串并联，这种连接方法存在很多缺陷I.可靠性差，由于技术的限制，电池焊接存在一世界性难题，不论激光焊还是电阻焊都很难保证电池没有虚焊；而组合电池中有单体电池虚焊是很危险的,这会导致电池的不均衡，有电池会被过充过放，轻则电池组寿命提前结束，重则导致电池组起火爆炸,对车辆和人生造成伤害。2.破坏性强，不论是电阻焊还是激光焊都是瞬间高温将金属熔化粘合在一起，这个能量是有可能对单体电池内部造成破坏导致微短路的(尤其电池底部和内部结构贴的很紧)，从而，降低了单体电池的安全可靠性。3.不可拆卸与替换，单体电池一旦被焊接到电池组将无法再进行更换，不能拆，一拆电池组就损坏。但在实际运行中我们有时是需要更换ー些不合格单体电池的，如果不能更换就将造成很大的浪费或者电池组安全性能下降。4.结构不稳定，此类电池是靠连接片将电池组合到一起的，由于采用电阻焊或者激光焊，为了取得良好焊接效果以及考虑减小焊接破坏性，连接片仅能在0. I毫米厚度左右，因而电池的结构可靠性比较差。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术中电池组串并联过程存在的可靠性差、破坏性强、不可拆卸与替换、结构不稳定等一系列问题，提供ー种可直接使用单体电池串并连的电池系统。本发明的目的是通过以下技术方案来实现的本发明涉及ー种可直接使用单体电池串并连的电池系统，包括若干单体电池、正极极板、若干中间极板和负极极板，所述正极极板、若干中间极板和负极极板上的若干单体电池分别组成并联电池组，各并联电池组之间串联组成所述电池系统；所述单体电池包括盖帽、正极端子、负极端子；所述正、负极端子为底部向外突出的圆环形柱状金属，所述正极端子的圆环形柱状部分的外径与负极端子的圆环形柱状部分的内径相等，所述正极端子的圆环形柱状部分外表面设有螺纹，其底部向外突出部分固定在所述盖帽上，所述负极端子的圆环形柱状部分内表面设有螺纹，其底部向外突出部分固定在所述单体电池底部上。优选的，所述正极极板、若干中间极板和负极极板上对应地设有若干个孔，所述孔的个数与各板上可并联的单体电池的个数相等，装配成电池系统后，所述各板上孔的位置一一对应；装配成电池系统后，所述电池系统最上层的单体电池的正极端子的圆环形柱状部分通过正极极板上的孔并固定于该正极极板上，其负极端子的圆环形柱状部分通过中间极板上的孔并固定于该中间极板上；所述电池系统中间层的单体电池的正极端子的圆环形柱状部分与其上一层单体电池的负极端子的圆环形柱状部分通过螺纹拧合，其负极端子的圆环形柱状部分通过另一中间极板上的孔并固定于该中间极板上；所述电池系统最下层的单体电池的正极端子的圆环形柱状部分与其上一层单体电池的负极端子的圆环形柱状部分通过螺纹拧合，其负极端子的圆环形柱状部分通过负极极板上的孔并固定于负极极板上。优选的，所述正极极板包括正极板螺母、设置于正极上、下绝缘层之间的正极汇流片，所述正极板螺母可紧固在所述正极端子的圆环形柱状部分，所述正极汇流片和正极下绝缘层部分对应的孔的直径略大于所述正极板螺母的直径，正极上绝缘层对应的孔直径略大于所述正极板螺母端部的外径；所述中间极板包括等电位层和中间绝缘层，中间极板上孔的直径略大于负极端子的圆环形柱状部分的外径；所述负极极板包括螺栓、设置于负极上、下绝缘层之间的负极汇流片，所述螺栓可旋紧固定在所述负极端子的圆环形柱状部分； 所述负极上绝缘层部分对应的孔的直径略大于所述负极端子的圆环形柱状部分的外径，负极汇流片对应的孔的直径略大于所述螺栓的直径，负极下绝缘层对应的孔的直径略大于所述螺栓端部的外径。优选的，所述正极端子直接生成在所述盖帽上。优选的，所述盖帽还包括防爆孔、安全阀片、底板、绝缘件；所述底板与所述单体电池的正极极耳连通，所述安全阀片通过延伸出的弹片与底板相连，所述绝缘件将安全阀片、 正极端子的底部向外突出部分包覆，并被包覆在单体电池外壳内部。优选的，所述等电位层上设有弧形端子，所述弧形端子伸入所述中间极板上的孔中。优选的，所述正极极板上正极汇流片设有正极引出端，所述负极极板上负极汇流片设有负极引出端。优选的，所述正极极板、中间极板、负极极板均采用PCB板，所述PCB板中的上、下绝缘层对应正极极板的正极上、下绝缘层，负极极板的负极上、下绝缘层以及中间极板上的中间绝缘层，所述PCB板中的金属铜层分别对应正极极板、负极极板上的正、负极汇流片以及中间极板上的等电位层。优选的，所述电池系统的中间位置对应的正极极板、若干中间极板和负极极板上的一个孔均不安装单体电池，而是由一根螺杆贯穿，所述螺杆通过第一螺母紧固于正极极板，所述第一螺母与正极极板之间、所述螺杆底部与负极极板之间均设有第二绝缘垫片和加强板。与现有技术相比，本发明具有如下有益效果I、可直接实现单体电池的串并联；单体电池的正负极端子在制造单体电池前预先焊接在盖帽和売上，不需要按传统的方法在成品电池上点焊、激光焊，完全消除了点焊、激光焊对电池可能造成的伤害与不确定性；且可以提前辨别不良品。2、由于正负极端子带有对应螺纹，能通过螺纹拧合，因此单体电池之间可以通过端子螺纹紧固拧合，不再需要对成品电池点焊或者激光焊；可以避免目前因焊接而导致对单体电池破坏性强的问题，还可以避免目前因焊接而导致单体电池可靠性差等问题；同时螺纹紧固连接也提高了电池组结构机械可靠性。3、本发明的单体电池，必要时可以拆卸更换，解决了电池组串并联中不可拆卸的问题；同时也降低了电池组的成本损耗并延长电池组使用寿命。4、本发明还通过螺杆和加强板从上下两端向内紧固电池系统，进ー步保证整个电池系统的各个部分接触良好以及整个系统的结构可靠性。
图I为本发明电池系统的横截面结构示意图2为本发明单体电池的横截面结构示意图3为本发明电池系统正极极板的结构示意图，其中A为横截面示意图，B为俯视图4为本发明电池系统中间极板的结构示意图，其中A为横截面示意图，B为俯视图；图5为本发明电池系统负极极板的结构示意图，其中A为横截面示意图，B为俯视图；图6为本发明电池盖帽的结构示意图，其中A为横截面示意图，B为俯视图；图7为本发明带螺杆的电池系统的横截面结构示意图；其中，I、单体电池,2、正极极板,3、中间极板,4、负极极板,5、盖帽,6、外壳,7、上垫片，8、卷芯，9、下垫片，10、负极极耳，11、负极端子，12、正极极耳，13、第一绝缘垫片，14、正极端子，15、安全阀片，16、底板，17、绝缘圏，18、防爆孔，19、绝缘件，20、正极板螺母，21、正极汇流片，22、正极上绝缘层，23、正极下绝缘层，24、等电位层，25、中间绝缘层，26、螺栓， 27、负极下绝缘层，28、负极上绝缘层，29、负极汇流片，30、弧形端子，31、正极引出端，32、负极引出端，33、螺杆，34、第一螺母，35、第二绝缘垫片，36、加强板。
具体实施例方式下面结合附图以及实施案例对本发明结构作进ー步阐述，本阐述仅是对本发明结构的说明，而非对本发明的限制。实施例I如图1、2所示，ー种可直接使用单体电池串并连的电池系统，包括若干单体电池
I、正极极板2、若干中间极板3和负极极板4，所述正极极板2、若干中间极板3和负极极板4上的若干单体电池I分别组成并联电池组，各并联电池组之间串联组成所述电池系统；所述单体电池I包括盖帽5、外壳6、上垫片7、卷芯8、下垫片9、负极极耳10、正极极耳12、第一绝缘垫片13等基本组成部分，还包括正极端子14、负极端子11 ;所述正、负极端子14、 11为底部向外突出的圆环形柱状金属，所述正极端子14的圆环形柱状部分的外径与负极端子11的圆环形柱状部分的内径相等，所述正极端子14的圆环形柱状部分外表面设有螺纹，其底部向外突出部分固定在所述盖帽5上，所述负极端子11的圆环形柱状部分内表面设有螺纹，其底部向外突出部分固定在所述单体电池I底部上。所述正极极板2、若干中间极板3和负极极板4上对应地设有若干个孔，所述孔的个数与各板上可并联的单体电池I的个数相等，装配成电池系统后，所述各板上孔的位置一一对应；装配成电池系统后，所述电池系统最上层的单体电池I的正极端子14的圆环形柱状部分通过正极极板2上的孔并固定于该正极极板2上，其负极端子11的圆环形柱状部分通过中间极板3上的孔并固定于该中间极板3上；所述电池系统中间层的单体电池I的正极端子14的圆环形柱状部分与其上一层单体电池I的负极端子11的圆环形柱状部分通过螺纹拧合，其负极端子11的圆环形柱状部分通过另一中间极板3上的孔并固定于该中间极板3上；所述电池系统最下层的单体电池I的正极端子14的圆环形柱状部分与其上一层单体电池I的负极端子11的圆环形柱状部分通过螺纹拧合，其负极端子11的圆环形柱状部分通过负极极板4上的孔并固定于负极极板4上。本实施例的电池系统使用的正极极板、中间极板、负极极板主要解决电池组并联等电位、汇流、机械支撑等问题。电池系统正极极板的横截面结构示意图如图3所示,所述正极极板2包括正极板螺母20、设置于正极上、下绝缘层22、23之间的正极汇流片21，所述正极板螺母20可紧固在所述正极端子14的圆环形柱状部分，所述正极汇流片21和正极下绝缘层23部分对应的孔的直径略大于(I 2mm)所述正极板螺母20的直径，正极上绝缘层22对应的孔直径略大于(I 2mm)所述正极板螺母20端部的外径；所述中间极板3包括等电位层24和中间绝缘层25，中间极板3上孔的直径略大于(I 2mm)负极端子11的圆环形柱状部分的外径；所述负极极板4包括螺栓26、设置于负极上、下绝缘层28、27之间的负极汇流片29，所述螺栓26可旋紧固定在所述负极端子11的圆环形柱状部分；所述负极上绝缘层28部分对应的孔的直径略大于(I 2mm)所述负极端子11的圆环形柱状部分的外径，负极汇流片29 对应的孔的直径略大于(I 2mm)所述螺栓26的直径，负极下绝缘层27对应的孔的直径略大于(I 2mm)所述螺栓26端部的外径。本实施例中，所述正极端子14直接生成在所述盖帽5上。盖帽的横截面结构示意图如图6所示，所述盖帽5还包括防爆孔18、安全阀片15、绝缘圈17、底板16、绝缘件19 ； 所述底板16与所述单体电池I的正极极耳12连通，所述安全阀片15通过延伸出的弹片与底板16相连，所述绝缘件19将安全阀片15、正极端子14的底部向外突出部分包覆，并被包覆在单体电池外壳6内部。在本实施例中，所述等电位层24上还设有弧形端子30 (如图4所示)，所述弧形端子30伸入所述中间极板3上的孔中；从而更好的与电池负极端子11连接，实现等电位并联。本实施例的电池系统组装时从负极开始组装，通过负极极板4上的螺栓26 —一将单体电池I负极端子11拧到负极极板4上，然后给板上所有单体电池I正极端子14套上中间极板3，并将第二层单体电池负极端子11 一一对应的拧到负极极板4上各单体电池 I的正极端子14上，再在第二层单体电池I正极端子14套上中间极板(3)，再串联ー层电池……，最后ー层单体电池I正极端子14套上正极极板2，并通过正极板螺母20将该层单体电池正极端子14连接到正极极板2上。具体组装如下I、单体电池I负极端子11从上往下插入负极极板4的孔中，螺栓26从下往上拧到负极端子11上，从而将单体电池I连接到负极汇流片29上并形成并联，负极上绝缘层28、 负极下绝缘层27起到绝缘导热以及机械支撑作用，负极汇流片29上设有的负极弓I出端32， 作为电池组负极导出端，负极汇流片29汇集负极电流，同时保持负极等电位。2、中间极板3、正极极板2、负极极板4上的孔与单体电池--对应,有多少单体电
池要并联就需要多少个孔；同时，有多少层单体电池要串联就需要对应层数中间极板3。已连接到负极极板4上的单体电池I的正极端子14从底往上插入中间极板3的孔中，中间极板3上方的ー层单体电池I的负极端子11从上往下拧到正极端子14上，即将电池串联起来，同时电池负极底部与负极端子11卡紧等电位层24以及等电位24的弧形端子30，从而形成等电位并联，中间绝缘层25起到绝缘导热以及机械支撑作用，等电位层24保持并联电池电位相同。3、最后组装正极极板2，将从负极极板4起由下自上数的最后ー层已组装的単体电池I的正极端子14从底往上插入正极极板2的孔中，正极板螺母20从上往下拧到正极端子14上，从而将整层单体电池I连接到正极汇流片21上，正极上绝缘层22、正极下绝缘层23起到绝缘导热以及机械支撑作用，正极汇流片21设有的正极弓I出端31，作为电池组正极导出端，正极汇流片21汇集正极电流同时保持正极等电位。本实施例中，单体电池的正负极端子在制造单体电池前预先焊接在盖帽和壳上， 不会对成品电池造成伤害，且可以提前辨别不良品。当单体电池外壳为不锈钢材料金属壳时，壳为一端开ロ圆筒，可以直接在底部焊接端子，同时通过滚槽、卷边将盖帽封入壳内， 盖帽边缘需要塑胶绝缘件缓冲密封；电池外壳为铝合金材料金属壳时，壳为ー两头通圆筒， 底盖和上盖均通过激光焊接到圆筒两端，所以底部端子只能先焊接在底盖上。由于正负极两端皆有带螺纹端子，电池与电池之间可以通过端子螺纹紧固拧合，不再需要对成品电池点焊或者激光焊。可以避免目前因焊接而导致对单体电池破坏性强问题，还可以避免目前因焊接而导致单体电池可靠性差问题。同吋，电池与电池之间通过端子螺纹的紧固连接也提高了电池系统结构机械可靠性。在使用中，可根据用电器功率等要求，决定单个上述电池系统的串联层数，也可以是采用若干个本实施例的电池系统进行串联或是并联。实施例2本实施例同实施例1，所不同之处在于所述正极极板2、中间极板3、负极极板4 均采用PCB板，所述PCB板中的上、下绝缘层对应正极极板2的正极上、下绝缘层22、23，负极极板4的负极上、下绝缘层28、27以及中间极板3上的中间绝缘层25，所述PCB板中的金属铜层分别对应正极极板2、负极极板4上的正、负极汇流片21、29以及中间极板3上的等电位层24。这样，使得各极板生产エ序简化，更好的较低了电池系统的生产成本。实施例3
本实施例同实施例I，所不同之处在于，如图7所示，所述电池系统的中间位置对应的正极极板2、若干中间极板3和负极极板4上的一个孔均不安装单体电池1，而是由一根螺杆33贯穿，所述螺杆33通过第一螺母34紧固于正极极板2上，所述第一螺母34与正极极板2之间、所述螺杆33底部与负极极板4之间均设有第二绝缘垫片35和加强板36。 本实施例通过螺杆和加强板从上下两端向内紧固电池系统，进一步保证整个电池系统的各个部分接触良好以及整个系统的结构可靠性。
权利要求
1.一种可直接使用单体电池串并连的电池系统，包括若干单体电池(I)、正极极板(2)、若干中间极板(3)和负极极板(4)，其特征在于，所述正极极板(2)、若干中间极板(3) 和负极极板(4)上的若干单体电池(I)分别组成并联电池组，各并联电池组之间串联组成所述电池系统；所述单体电池⑴包括盖帽(5)、正极端子(14)、负极端子(11);所述正、负极端子(14、11)为底部向外突出的圆环形柱状金属，所述正极端子(14)的圆环形柱状部分的外径与负极端子(11)的圆环形柱状部分的内径相等，所述正极端子(14)的圆环形柱状部分外表面设有螺纹，其底部向外突出部分固定在所述盖帽(5)上，所述负极端子(11)的圆环形柱状部分内表面设有螺纹，其底部向外突出部分固定在所述单体电池(I)底部上。
2.根据权利要求I所述的可直接使用单体电池串并连的电池系统，其特征在于，所述正极极板(2)、若干中间极板(3)和负极极板(4)上对应地设有若干个孔，所述孔的个数与各板上可并联的单体电池(I)的个数相等，装配成电池系统后，所述各板上孔的位置一一对应；装配成电池系统后，所述电池系统最上层的单体电池(I)的正极端子(14)的圆环形柱状部分通过正极极板(2)上的孔并固定于该正极极板(2)上，其负极端子(11)的圆环形柱状部分通过中间极板(3)上的孔并固定于该中间极板(3)上；所述电池系统中间层的单体电池(I)的正极端子(14)的圆环形柱状部分与其上一层单体电池(I)的负极端子(11) 的圆环形柱状部分通过螺纹拧合，其负极端子(11)的圆环形柱状部分通过另一中间极板(3)上的孔并固定于该中间极板(3)上；所述电池系统最下层的单体电池(I)的正极端子 (14)的圆环形柱状部分与其上一层单体电池(I)的负极端子(11)的圆环形柱状部分通过螺纹拧合，其负极端子(11)的圆环形柱状部分通过负极极板(4)上的孔并固定于负极极板 ⑷上。
3.根据权利要求2所述的可直接使用单体电池串并连的电池系统，其特征在于，所述正极极板(2)包括正极板螺母(20)、设置于正极上、下绝缘层(22、23)之间的正极汇流片 (21)，所述正极板螺母(20)可紧固在所述正极端子(14)的圆环形柱状部分，所述正极汇流片(21)和正极下绝缘层(23)部分对应的孔的直径略大于所述正极板螺母(20)的直径， 正极上绝缘层(22)对应的孔直径略大于所述正极板螺母(20)端部的外径；所述中间极板(3)包括等电位层(24)和中间绝缘层(25)，中间极板(3)上孔的直径略大于负极端子(11) 的圆环形柱状部分的外径；所述负极极板(4)包括螺栓(26)、设置于负极上、下绝缘层(28、 27)之间的负极汇流片(29)，所述螺栓(26)可旋紧固定在所述负极端子(11)的圆环形柱状部分；所述负极上绝缘层(28)部分对应的孔的直径略大于所述负极端子(11)的圆环形柱状部分的外径，负极汇流片(29)对应的孔的直径略大于所述螺栓(26)的直径，负极下绝缘层(27)对应的孔的直径略大于所述螺栓(26)端部的外径。
4.根据权利要求3所述的可直接使用单体电池串并连的电池系统，其特征在于，所述正极端子(14)直接生成在所述盖帽(5)上。
5.根据权利要求4所述的可直接使用单体电池串并连的电池系统，其特征在于，所述盖帽(5)还包括防爆孔(18)、安全阀片(15)、底板(16)、绝缘件(19);所述底板(16)与所述单体电池(I)的正极极耳(12)连通，所述安全阀片(15)通过延伸出的弹片与底板(16) 相连，所述绝缘件(19)将安全阀片(15)、正极端子(14)的底部向外突出部分包覆，并被包覆在单体电池外壳￠)内部。
6.根据权利要求3所述的可直接使用单体电池串并连的电池系统，其特征在于，所述等电位层(24)上设有弧形端子(30)，所述弧形端子(30)伸入所述中间极板(3)上的孔中。
7.根据权利要求3所述的可直接使用单体电池串并连的电池系统，其特征在于，所述正极汇流片(21)上设有正极引出端(31)，所述负极汇流片(29)上设有负极引出端(32)。
8.根据权利要求3所述的可直接使用单体电池串并联的电池系统，其特征在于，所述正极极板(2)、中间极板(3)、负极极板(4)均采用PCB板，所述PCB板中的上、下绝缘层对应正极极板(2)的正极上、下绝缘层(22、23)，负极极板(4)的负极上、下绝缘层(28、27)以及中间极板(3)上的中间绝缘层(25)，所述PCB板中的金属铜层分别对应正极极板(2)、负极极板⑷上的正、负极汇流片(21、29)以及中间极板(3)上的等电位层(24)。
9.根据权利要求3所述的可直接使用单体电池串并连的电池系统，其特征在于，所述电池系统的中间位置对应的正极极板(2)、若干中间极板(3)和负极极板(4)上的一个孔均不安装单体电池(I)，而是由一根螺杆(33)贯穿，所述螺杆(33)通过第一螺母(34)紧固于正极极板(2)，所述第一螺母(34)与正极极板(2)之间、所述螺杆(33)底部与负极极板(4)之间均设有第二绝缘垫片(35)和加强板(36)。
全文摘要
本发明公开了一种可以直接使用单体电池串并联的电池系统。正、负极极板，若干中间极板上的若干单体电池分别组成并联电池组，各并联电池组之间串联组成电池系统；单体电池的正、负极端子为底部向外突出的圆环形柱状金属，正极端子圆环形柱状部分外径与负极端子圆环形柱状部分内径相等，正极端子圆环形柱状部分外表面设有螺纹，其底部向外突出部分固定在盖帽上，负极端子圆环形柱状部分内表面设有螺纹，其底部向外突出部分固定在单体电池底部。采用该技术方案，所述结构的单体电池可以直接串并联，不需要按传统的方法在成品电池上点焊、激光焊，完全消除了点焊、激光焊对电池可能造成的伤害与不确定性；另外，彻底实现电池系统可拆卸性和可更换性。
文档编号H01M2/10GK102593410SQ201210054848
公开日2012年7月18日 申请日期2012年3月2日 优先权日2011年10月6日
发明者李义 申请人:李义