一种圆柱形锂离子电池多串多并组合体的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种圆柱形锂离子电池多并多串组合体，其包括多支单体圆柱形锂离子电池通过联接片点焊联接成一个串联体，由专用的端部支架和中间联接拼装支架组装而成一个串联组合单元。多个串联组合单元通过中间联接拼装支架上的燕尾插槽拼装成一个多组串联组合单元的片状多串多并组合体。在中间联接拼装支架上插上U形双金属片然后将多个片状多串多并电池组合体叠加拼装在一起就组装成一个圆柱形锂离子电池多串多并组合体，从而实现对整组多串多并锂离子电池组合体的安全保护。这种电池组合体适用于制作带动电动机或储能电站的大容量蓄电池模块。
【专利说明】一种圆柱形锂离子电池多串多并组合体
【【技术领域】】
[0001]本发明涉及一种圆柱形锂离子电池多串多并组合体，用科学的组合结构方式使多个圆柱形锂离子电池在有保护措施下串联和并联，组装成电池组合体可以安全使用于电池模块。
【【背景技术】】
[0002]锂离子电池是一种先进的化学储能装置，具有比能量高，循环寿命长和对环境友好等显著优点。之前主要生产通信用小容量锂离子电池，近年大容量、高功率锂电技术有了突破，大容量电池组已在纯电动大巴、大型储能电站方面得到应用。常用的锂离子电池类型包括方形和圆柱形电池。随着技术进步和应用领域的不断扩大，需要电池的容量越来越高，使用的电压也越来越高，更多的单体电池需用串、并联结合使用，目前大多采用电池组合体进行模块化设计。
[0003]通常的串并联方式是先将单体电池的正负极进行联接并联成单元电池块，然后将单元电池块再串联。单个电池的电流先全部汇总到单元电池块的联接片上然后再分流到下一级单元电池块的各个单体电池极柱上。这样，电池流经的路径较长，集流体需要的面积也较大，所耗用的材料也较多。增加了电池组重量，降低了电池的重量比能量。
[0004]另外，传统的圆柱形电池串联过程中如果形状选择直线形则会采用固定焊接的联接片与固定支架之间结构产生矛盾，不利加工成形，同时成串电池各级电池间的并联要在结构上实现增加了很多难度。
【
【发明内容】
】
[0005]本发明的目的是提供一种圆柱形锂离子电池多串多并组合体，可以直接用于各规格型号电池模式的使用，可克服圆柱形电池应用于大容量电池模块中的引起的现有相关问`题。
[0006]本发明技术使圆柱形锂离子电池可以通过多支串联和多次并联，组合而成一个圆柱形锂离子电池多串多并组合体。其包括多个单体圆柱形锂离子电池通过联接片点焊联接成一个串联体，用专用的端部支架和中间联接拼装支架将其组装成一个串联组合单元，然后由多个串联单元并联组装成圆柱形锂离子电池多串多并组合体。
[0007]串联组合单元，是由多个单体圆柱形锂离子电池通过联接片点焊联接成一个串联体，折弯成一定的形状，然后用中间联接拼装支架将相邻串联体的电池彼此固定在一起。串联体两端套上端部支架最终形成串联组合单元组件。联接片材质由镀镍钢带或镍带冲制而成，联接片的最小截面积大小可由电池组合体设计工作电流大小而定，这样可以通过调整联接片的截面面积大小来调整电池串的保护电流值，相当于在电池组中串装了许多过流保护装置，有效地提升整个电池组合体的过流保护能力。
[0008]本发明将中间联接拼装支架由两个部件拼装组成，能较好地解决了电池间联接片焊接与支架组装之间的矛盾。这样，电池可以先放在夹具中上点焊联接片进行组装，然后再装支架使之固定。中间联接拼装支架有两个圆柱形孔可将需串联的电池插入其中，支架中间开有通道可使电池间的联接片通过，其中支架上表面有对称的燕尾插槽结构，两个部件由螺钉将其结合固定；中间联接拼装支架和端部支架材质是由绝缘体材料制成。
[0009]本发明可通过中间联接拼装支架上开设的燕尾插槽使多个串联组合单元通过相互推插入燕尾槽拼装成片状串联组合体。
[0010]在中间联接拼装支架上开有可插入单金属片的槽，将定制成一定形状的单金属片插入可以使片状串联组合体内需并联的电池间连成一起。单金属片在片状串联组合体中不仅具有并联连接功能，还具有电池并联间的过流保护调节功能，金属片利用在电流超流作用下时会发热熔化的原理通过调节单金属片接触面积的大小实现并联过流电流保护值的调节功能。
[0011]在中间联接拼装支架上还开有可插入U形双金属片的槽，可将定制成U形状的U形双金属片插入。片状串联组合体通过不同数量的叠加组合成不同容量的多串多并组合体。由于U形片的作用，组合体内的各级需要并联的电池连成一体。同样，U形双金属片在多串多并组合体中不仅具有并联连接功能，还具有并联电池间的过流保护调节功能，利用金属片在电流过流作用下时会发生熔化的原理通过调节单金属片接触面积的大小可实现并联电流保护值的调节功能。
[0012]本发明可以将片状多串多并电池组合体通过多片叠加组合成牢固的一个块状结合部件，由定位插销将多支圆柱形锂离子电池有效地串并联在一起，组合成一个圆柱形锂离子电池多串多并组合体。适用于制作能带动电动机或储能电站的大容量电池模块。
【【专利附图】
【附图说明】】
[0013]通过下列组图对示例性实施例进行描述，本发明的这些图示说明将会变得清楚和更加容易理解。其中:
[0014]图1是根据本发明的示范性实施例的圆柱形锂离子电池4串24并组合体结构透视图。
[0015]图2是本发明示范性实施例的圆柱形锂离子电池4串联组合体与联接片点焊后透视图。
[0016]图3是本发明示范性实施例的圆柱形锂离子电池4串联组合体点焊弯折后连接图。
[0017]图4是本发明实施例圆柱形锂离子电池4串联组合体透视图。
[0018]图5是本发明中间联接拼装支架透视图。
[0019]图6是本发明中间端部支架透视图。
[0020]图7是本发明示范性实施例电池间联接片及单金属片和U形双金属片透视图。
[0021]图8是本发明的示范性实施例的圆柱形锂离子电池片状4串4并组合体透视图。
[0022]符号说明:
[0023]I单体电池，2联接片，4带燕尾槽中间拼装支架，5带槽中间拼装支架，6螺钉，7指U型双金属片，8单金属片，9端部支架，10圆柱型孔，11、19燕尾槽，12对插定位机构，13、27定位孔，14、15槽，16通道，17、18对插槽，20a、20端部支架外端面的槽，21指I个串联组合单元，22定位销，23片状串联组合体，24指4个串联组合单元。【【具体实施方式】】
[0024]现在将参照附图更全面地描述本发明，在这些附件图中示出了本发明的一个示例性实施例。提供这些实施例是为了使公开充分和完整，并将本发明的构思全面地告知本领域技术人员，图中相同的标号始终指标相同的元件。当然，本发明可以有不同的实施方式，而且不应解释为受到在此提到的一些实施方式限制，在这些附图中，为了清楚地说明，没有标明具体的尺寸。
[0025]图1是根据本发明的示范性实施例的圆柱形锂离子电池多串多并组合体结构透视图。本发明的目的是提供一种圆柱形锂离子电池多串多并组合体的组合方式，电池可以先放在夹具中上点焊联接片进行组装，克服现用圆柱形锂离子电池应用于大容量电池模块中所引起的现有相关问题，使用本发明可以使多支串并联电池组合体能更科学也组装在一起，使用的联接片重量大在减少，连接可靠、电池组合体更安全。电池组合体串联级数可以任意确定，可能从2级到电池模块设计的最高级数；电池并联数可以随电池容量要求多少而任意调节。电池组合体可以直接用于各规格型号的电池模式中。
[0026]图1中示出4串24并的实施例，主要本由5个片状本发明的电池组合体(23)叠加而成，为了更利说明，图中只将4片叠在一起，别一片还未叠在一起，组合体最后插入定位销(22)固定。片状串联组合体(23)由4个4串联组合单元(24)通过支架上的燕尾槽
(11)与(17)相插结合成一体。此外，在本发明的电池组合体中4串联组合单元(24)，是将单体电池的串联连接由联接片⑵通过电阻焊接机点焊将各串电池间串成一体(21)。然后由中间联接拼装支架(4、5)将各串电池固定成串联组合单元(24)，见图4。
[0027]详细地说明:为了实现电池的大功率,需要通过N个电池的并联来增加容量，同时需要电池多级串联使用增加电压。通常圆柱形电池通过多并多串组合成组合体来满足电池模块使用的要求。显然，组合时电池是怎样的串、并联形式，对制作工艺和结构设计影响较大。圆柱形锂离子电池单路串联使用在电动工具等应用领域有较多的使用，普通的组合方法是将需要串联的电池进行并列排列，然后联接片就近联接。这种应用结构简单，制作方便。但如果需要再并联就会遇害到时许多问`题。常规的电池串、并联，需要将每串的各级电池通过汇流联接片连接成一体。这样增加了许多的汇流联接片，同时如何通过采用过流保护的方法将有故障的电池实现有效隔开增加了许多的难度。
[0028]在本发明中，采用主回路先串联后并联的形式。主回路通过电池间的联接片连成一串，电池可以先放在夹具中上点焊联接片进行组装，同时通过在支架上的小金属片使同级电池间有个较小的电流通道，形成同级电池间有并联通道，确保锂离子电池在实际串联使用中需要对各电池进行监控的要求。使用本发明可以使多支串并联使有电池组合体组装方便，使用的联接片重量大在减少，连接可靠、电池组合体安全。
[0029]本发明的实施例，是4串20并圆柱形锂离子电池组合体。组装过程是先4将支电池(I)按图2方式用联接片(2)点焊组成4支串联单元；电池可以先放在夹具中上点焊联接片进行组装，可以方便地将电池固定，联接片焊接可以用专用夹具定位，较好地解决了常规串联电池成串时电池间不好焊接的工艺技术难题。然后将联接处折弯变成如图3所示，制成4支电池串联组合单元(24)。然后拼装成片状串联组合体(23)，实际上在拼装过程中通过单金属片⑶作用，使串联组合体各级电池已并联。图4串联组合单元(24)通过使用本发明的中间联接拼装支架(4、5)，串联级数可以任意确定，可能从2级到电池模块设计的最高级数；电池组合体的并联数也可以随电池容量要求多少而任意调节。可以用许多单体电池串联后拼装成多个并联的电池集合体。因此,根据本发明，电池组合体可以包括相对于在电池组合体中的不同级数的电池具有相同的联接结构。
[0030]反之，传统的电池串并联联接在同级电池两端具有相通的汇流联接结构，无论处在电池组合体的哪一级、哪个部位，所设计的电池在并联后再与上下各级电池进行串联，联接片较多，电流由分到合，再由合到分。也就是说，在传统的串、并联电池组合中，主电路电池联接片汇总在一个集电体上，上下及电池间不能直接用支架将之套成串状固定。因此，传统的圆柱形电池串并联结构复杂，使用联接片材料较多，增加的重量使电池的重量比能量指标降低较大，电池间如果采用非焊接工艺会影响电池组合体的可靠性，所以传统的电池串并联结构质量不能令人满意。
[0031]本发明实施方式，圆柱形锂离子电池可以通过多支串联和多次并联，科学地组合而成一个圆柱形锂离子电池多串多并组合体，电池组合体可以在各规格型号的电池模式中直接使用。规避了常规电池串联的许多问题。电池组合体的串、并联先从串联开始。从图2开始用示例详细对本明进行说明。图2所示:其包括4个单体圆柱形锂离子电池通过联接片点焊联接成一个串联组合单元(21)，串联组合单元由4支单体电池(I)各5个串联联接片(2)组成。单体电池(I)是圆柱形锂离子电池，外部结构主要是含有绝缘垫的盖帽状正极端、负极端；电池外壳可套有塑料或纸质绝缘套。串联联接片(2)通过电阻焊将其上下级单体电池点焊成一体。多个单体电池通过多个联接片点焊联接成一个串联体，然后折弯成一定的形状，分别装上两块对应的中间联接拼装支架(4、5)，再在两端分别套上专用的端部支架(9)，将其组装成一个串联组合单元(24)。图4详细示出串联组合单元(24)成形后各零部件位置及相互关系。从图中可以看到用于片状并联的单金属片(8)和用于片状叠加并联的U形双金属片(7)的具体位置。
[0032]图5详细示出中间联接拼装支架(4、5)由带燕尾槽中间拼装支架(4)和带槽中间拼装支架(5)结构。本发明的拼装方式较好地解决了电池间联接片焊后与支架组装之间的矛盾。这样，电池可以先点焊联接片进行组装，然后再装支架进行定位固定。中间联接拼装支架有两个圆柱形孔(10)可将需串联的电池定位插入其中，支架中间开有通道(16)可使电池间的联接片通过，支架(4)有拼装定位孔(27)与支架(5)拼装处有一个柱状对插定位机构(12)使拼装定位很方便，结构也更牢固。两个部件由螺钉(6)将其结合固定拧在一起。支架(4)开有燕尾槽(11)，支架(5)开有对应的对插槽(17)，可以对插拼成一体。在支架(5)对插槽位置上，预开有槽(15)供单金属片(8)插入；在支架(4)和支架(5)两侧，开有槽(14)可以方便地使U形双金属片(7)插入槽内。插入槽内的金属片通过与电池外壳平面接触，形成导电通道，为本单元电池与其他串联单元同级电池形成并联通道创造了条件。中间联接拼装支架(5)侧面还开有一个贯串的孔(13)，供片状串联体叠加时插入定位销(22) ο
[0033]图6详细示出端部支架(9)，端部支架(9)和中间拼装支架(4、5) —样带有燕尾槽结构，燕尾槽(19)及对插槽(18)与中间拼装支架方向一致，可以和中间拼装支架同步拼装。端部支架(9)内面开有一个圆柱形孔(10)可将所需固定的电池(I)定位插入其中;支架中间开有通道(16)可使电池间的联接片通过。端部支架(9)外端面开有一个较深的槽(20)，其作用是可以装入电池模块的极性终端联接汇流片作为电池模块电极输入输出端。端部支架(9)外端面还开有一个较小的槽(20a)，可备作电池模块制作时作为通信信号线走线槽。端部支架轴线对称，串联组合单元(24)两端可以用同样的端部支架(9)。
[0034]参照图7，示出了串联电池间联接片⑵及单金属片⑶和U形双金属片(7)的形状特征与详细结构。定制成一定形状的单金属片(8)和U形双金属片(7)可以方便地在中间联接拼装支架上插入预留的槽内。由于单金属片(8)和U形双金属片(7)的作用，组合体内的各级需要并联的电池连成一体。同时，单金属片(8)和U形双金属片(7)在多串多并组合体中不仅具有并联连接功能，还具有并联电池间的过流保护调节功能，利用金属片在电流过流作用下时会发热熔化的原理通过调节单金属片接触面积的大小实现并联电流保护值的调节功能。
[0035]图8是本发明的示范性实施例的圆柱形锂离子电池片状多串多并组合体透视图。图8详细示出片状串联组合体(23)内各零部件的相互关系。在片状串联组合体(23)中，电流主流是由4个串联组合单元(24)汇流形成，而各级电池的并联由插入中间联接拼装支架(5)上的单金属片(8)通过表面接触而连接。这就是所述的先串联后并联的联接形式。这样的联接，串联依靠焊接联接，并联依靠接触联接，不仅大大地简化了各级电池间的并联结构，还确保了串联的可靠性，整个结构简明扼要。
[0036]本发明可以将片状多串多并电池组合体通过多片叠加组合成牢固的一个块状结合部件，由压紧螺栓将多支圆柱形锂离子电池有效地串并联在一起，组合成一个圆柱形锂离子电池多串多并组合体。
[0037]可将前述实施方式中的电池组合体用作驱动电动机的电源，例如用作驱动燃油电力两用车、电动机车、电动摩托车、电动自行车、无线真空吸尘器等中的电动电源。也可用作风、光发电等的储能蓄电源。
[0038]虽然上面已结合一些示例性实施方式对本发明进行了描述，对本领域技术人员来说，应当理解的是，本发明不限于所披露的实施方式，而可涵盖所附权利要求及同物的构思和范围内的各种改型。
【权利要求】
1.一种圆柱形锂离子电池多串多并组合体，其包括多个单体圆柱形锂离子电池通过联接片点焊联接成一个串联体，用端部支架和中间联接拼装支架将其组装成一个串联组合单元，然后由多个串联单元并联组装成圆柱形锂离子电池多串多并组合体。
2.如权利要求1所述的锂离子电池多串多并组合体，其特征在于所述电池串联间的联接片材质由镀镍钢带或镍带冲制而成，联接片的截面面积大小由电池组合体设计工作电流大小而定,通过点焊将串联间电池联接成一体。
3.如权利要求1所述的锂离子电池多串多并组合体，其特征在于所述的串联电池间用中间联接拼装支架使其相邻串联的电池彼此固定在一起，中间联接拼装支架由两个部件拼装组成，外部结构有对称的燕尾插槽，两个部件由螺钉将其拧紧结合固定。
4.如权利要求3所述的电池多串多并组合体，其特征在于所述的中间联接拼装支架，材质是由绝缘体构成，拼成结构件上有两个圆柱形孔，可将需串联的电池插入其中，支架中间有槽可使电池间的联接片通过其中。
5.如权利要求3所述的电池多串多并组合体，其特征在于所述的中间联接拼装支架，开有相对应的燕尾槽可相互对插拼装，对插拼装后可以将串联组合单元并联成片状多串多并电池组合体。
6.如权利要求3所述的电池多串多并组合体，其特征在于所述的中间联接拼装支架，可以插装单金属片，用于多组串联组合单元各级电池的并联连接。
7.如权利要求3所述的电池多串多并组合体，其特征在于所述的中间联接拼装支架，可以插装U形双金属片，用于片状多串多并电池组合体的各级电池间的并联连接。
8.如权利要求7所述的电池多串多并组合体，其特征在于所述的片状多串多并电池组合体可以通过多片叠加组合成牢固的一个块状结合部件，使多支圆柱形锂离子电池有效地串并联在一起，组合成一个圆柱形锂离子电池多串多并组合体。
9.如权利要求8所述的电池多串多并组合体，其特征在于所述各电池间由各种联接片、金属片等相互作用形成串、并联关系，当各联接片、金属片等在电流超流作用下时会发热熔化使电池间的串并联关系发生变化，从而实现对整组多串多并锂离子电池组合体的安全保护。
【文档编号】H01M10/42GK103682478SQ201210367312
【公开日】2014年3月26日 申请日期:2012年9月26日 优先权日:2012年9月26日
【发明者】唐琛明, 茅海忠, 邢程, 王兴威, 沈晓彦 申请人:江苏海四达电源股份有限公司, 江苏省新动力电池及其材料工程技术研究中心有限公司