一种电池模组的制作方法

本发明涉及电池领域，尤其涉及一种电池模组的安全连接设计。

背景技术：

近年来，镍氢、镍镉或锂离子等二次电池广泛用于手机、数码相机、摄影机、笔记本电脑等便携式电子设备或移动通讯设备，以及电子设备或电动车辆等的。电池模组主要由电池、电路板、连接片、连接线、支架等组成，通过组合多个电池单体，可以获得具有期望的电压或电流量的电池模组。在充放电过程中可能存在电流过大或短路的情况，电池模组会有起燃或爆炸的风险。

因此，有必要设计一种新型的保护措施，以克服上述缺陷。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种电池模组的双重保护设计，其能够防止电池模组因短路或通过大电流而造成电池起燃或爆炸，提高产品的安全性。

为达到上述目的，本发明提供了一种电池模组，其包括：至少一个电池组，每一该电池组至少包括两个电池；电路板；以及，连接片，用于每个该电池组内每个该电池之间的电性连接，用于在存在至少两个该电池组时每个该电池组之间的电性连接，并将每个该电池或每个该电池组连接到该电路板；

该连接片包括：至少一个电池连接部，每一该电池连接部与该电池组中一该电池的一电极一一对应连接；至少一个电路连接部，每一该电路连接部与该电路板的一输入输出端一一对应连接；以及，至少一个熔断部，该熔断部在温度达到第一阈值时断开；其中，每一该熔断部连接两个该电池连接部，该两个电池连接部中的一个连接一该电路连接部；或者每一该熔断部连接一该电池连接部和一该电路连接部；

其中，该电路板在任一该电池或任一该电池组的电压或电流达到第二阈值时，控制对应的该电池或该电池组所在的电路通路断开；设置该第一阈值和该第二阈值以使该电路板控制的每一该电路通路先于对应的该熔断部断开。

进一步地，每一该电池组中的每个该电池串联连接，每一该熔断部连接两个该电池连接部，该两个电池连接部分别连接相邻两个该电池的不同电极，该两个电池连接部中的一个连接一该电路连接部；或者，

每一该电池组中的每个该电池串联连接，每一该熔断部连接一该电池连接部和一该电路连接部，该电路连接部连接两个该熔断部，该两个熔断部分别连接两个该电池连接部，该两个该电池连接部分别连接相邻两个该电池的不同电极；或者，

每一该电池组中的每个该电池并联连接，每一该熔断部连接一该电池连接部和一该电路连接部，每一该电池连接部连接并联的该电池组中至少两个该电池的相同电极。

进一步地，当存在至少两个该电池组时，每个该电池组的最高电位处作为该电池组的正电极，每个该电池组的最低电位处作为该电池组的负电极；

至少两个该电池组之间串联连接，该连接片还包括至少一个第一熔断部和至少一个第一电路连接部，该第一电路连接部用于连接串联的两个该电池组的不同电极所对应的该电池连接部、或该电路连接部、或一端连接到所对应的该电池连接部或该电路连接部的该第一熔断部的另一端，该第一熔断部在该第一熔断部的温度达到第三阈值时断开，设置该第三阈值与该第二阈值以使该电路板控制的对应的该电路通路先于对应的该第一熔断部断开；或者，

至少两个该电池组之间并联连接，该连接片还包括至少一个第二熔断部和至少一个第二电路连接部，该第二电路连接部用于连接并联的两个该电池组的相同电极所对应的该电池连接部、或该电路连接部、或一端连接到所对应的该电池连接部或该电路连接部的该第二熔断部的另一端，该第二熔断部在该第二熔断部的温度达到第四阈值时断开，设置该第四阈值与该第二阈值以使该电路板控制的对应的该电路通路先于对应的该第二熔断部断开。

进一步地，该熔断部的长度方向平行于该熔断部中的电流流动方向，该熔断部的截面垂直于该熔断部中对应位置的电流流动方向；该熔断部具有在该长度方向上的至少一部分和除该至少一部分以外的其他部分，该至少一部分的截面积小于该其他部分的截面积。

进一步地，该截面中包括宽度和厚度，该宽度平行于该截面与连接的该电池连接部所在平面的相交线，该厚度垂直于该相交线；该熔断部的该至少一部分的该宽度和/或该厚度小于该其他部分的该宽度和/或该厚度，和/或，该熔断部在该厚度或该宽度方向上具有可弯曲性；和/或，该熔断部的该至少一部分中具有至少一个第一通孔。

进一步地，该熔断部在该长度方向上呈弧形或s形；或者，至少一个该电池组中的每个该电池并联连接，每一该熔断部连接一该电池连接部和一该电路连接部；沿该电路连接部中的电流流动方向，远离该电路板的一该熔断部的该至少一部分的该截面积小于靠近该电路板的另一该熔断部的该至少一部分的该截面积。

进一步地，该电池连接部中具有第二通孔，该第二通孔为长条形或工字形，该工字形的两端为直线形或弧线形。进一步地，该连接片一体成型；或者，该连接片中的每一该熔断部与对应连接的该电池连接部一体成型。

进一步地，该电路板中包括至少一个开关电路，该开关电路用于控制对应的该电池或该电池组所在的该电路通路的导通或断开。

进一步地，该电路板中还包括识别保护电路，该识别保护电路用于监测每个该电池或该电池组的该电压或电流，在该电压或电流达到该第二阈值时控制对应的该开关电路断开。

与现有技术相比，本发明提供的电池模组能够同时通过电路板的断路保护机制和连接片的熔断保护结构对电池模组和其中的电池单体进行保护，在出现过流或短路时，电路板的断路保护机制优先发挥作用，在电路板的断路保护机制失效时连接片的熔断保护结构再发挥作用，双重保护使得电池模组具有更好的安全性。

附图说明

图1a为现有技术中电池串联方式下的结构示意图；

图1b为现有技术中电池并联方式下的结构示意图；

图2a为本发明第一实施例的电池串联方式下的结构示意图；

图2b为本发明第一实施例的电池并联方式下的结构示意图；

图3为本发明第一实施例的电池模组的电路保护结构示意图。

具体实施方式

为使对本发明的目的、构造、特征、及其功能有进一步的了解，兹配合实施例详细说明如下。

在说明书及权利要求书当中使用了某些词汇来指称特定的元件。所属领域中具有通常知识者应可理解，制造商可能会用不同的名词来称呼同一个元件。本说明书及权利要求书并不以名称的差异来作为区分元件的方式，而是以元件在功能上的差异来作为区分的准则。在通篇说明书及权利要求当中所提及的「包括」为开放式的用语，故应解释成「包括但不限定于」。

参照图1a和1b所示，揭示了现有技术中的电池模组的保护设计，其主要通过电路板12实现对电池模组的保护。

图1a为现有技术中电池串联的示意图，其中电池11的正极与下一电池11的负极通过连接片13相连接，并将第一个电池11的正极和最后一个电池11的负极连接到电路板12，为了实现对每个电池11的保护，还将每个连接片13连接到电路板12的对应端口，串联电池模组的电路板12通过连接线18与外部负载或充电电源连接。图1b为现有技术中电池并联的示意图，其中电池11分为三组，每组中的同一电极通过各自的电池连接部14焊接到连接片13的汇流连接部16，再通过汇流连接部16耦接到电路板12，电路板12通过连接线18和外接接口与外部负载或充电电源连接；电池11、电路板12、连接片13可固定于支架17，支架17作为电池模组各组件的支撑和绝缘体，其在对应电池11的电极处具有孔洞，以便于连接片13的电池连接部14通过该孔洞与电池11的电极电性连接。在图1a和图1b中通过电路板12实现对电池11的保护，在电流过大或短路时，电路板12中的mos管会对需保护的电池模组或其中的电池单体11进行关闭或开路，以切断电流；但是在mos失效时，电池模组或其中的电池单体11承受过大的电流或短路，仍存在起燃或爆炸的风险。

参照图2a和图2b所示，揭示了本发明电池模组的第一实施例的结构示意图。该电池模组包括至少一个电池组21(图2a示例了具有一个电池组的情形，图2b示例了具有三个电池组的情形)、电路板22和多个连接片23，连接片23实现了电池组21内各电池之间的串/并联连接、多个电池组21之间的串/并联连接、以及电池组21内的电池或多个电池组21与电路板22的对应输入输出端的连接。

连接片23具有至少一个电池连接部24、至少一个熔断部25和至少一个电路连接部26。每一电池连接部24与一电池的一电极连接，每一电路连接部26与电路板22的对应输入输出端连接；一熔断部25的两端分别与一个电池连接部24连接，这两个电池连接部24中的一个与一个电路连接部26连接，这样，其中一个电池连接部24通过熔断部25间接连接到电路板22，即其对应的电池电极通过熔断部25间接连接到电路板22。熔断部25的接法还可以是：熔断部25的两端分别连接一电池连接部24和一电路连接部25，此时，电池连接部24通过熔断部25间接连接到电路板22，即其对应的电池电极通过熔断部25间接连接到电路板22。在对应的电池电极作为一电池组21的正极或负极时，其将电池组21通过熔断部25连接到电路板22；电池组21的正极和负极分别为电池组21中电位最高处和电位最低处。

连接片23可一体成型，一体成型的连接片23可采用熔点较低的金属或合金制成，例如镍、铝等；或者连接片23中的每一熔断部25与对应的电池连接部24一体成型，该一体成型的部分的熔断部25或电池连接部24与电路连接部26焊接连接，一体成型的熔断部25与电池连接部24可采用熔点较低的金属或合金制成，例如镍、铝等，电路连接部26可采用镍片、铝片、镀镍铜片等导电金属或合金制成。

电池连接部24，用于与电池组21中一电池的一电极进行连接(每个电池的一个电极仅连接一个电池连接部24)，其用于实现连接片23与电池的电极的电性连接，该连接可以采用激光焊接、电阻焊接等方式实现，优选地，采用电阻焊接更有利于制造过程中对连接片23尤其是熔断部25的保护。电池连接部24中可具有开口241，以焊接牢固程度和焊接的可靠性；开口241的形状、位置、延伸方向和尺寸等可根据实际使用进行调整，优选的，开口241可以设置成通孔的形式，且通孔的中心与电极相匹配，方便焊接作业。通孔的形状可以是长条形，也可以是工字形，工字形的两端为直线形或弧线形，例如图2a中的通孔为两端直线的工字形，图2b中的通孔为长条形，实际串联、并联采用的电池连接部24的通孔形状不限于图示的形状。

熔断部25，在通过熔断部25的电流达到一定数值时，熔断部25的温度上升，达到其熔点时发生熔断，在串联连接模式下切断了对应故障电池或电池组21与其串联连接的电池模组之间的电性连接，串联电池模组开路实现安全保护；或者在并联连接模式下切断了对应故障电池单体或电池组21与其并联连接的电池模组之间的电性连接，并联电池模组的其他部分仍可工作。熔断部25可采用熔点低的金属制成，如铝、镍、铜等。

如图2a所示，熔断部25的长度方向l平行于熔断部25中的电流流动方向，熔断部25的截面w×t垂直于熔断部25中对应位置的电流流动方向，截面w×t中包括宽度w和厚度t，宽度w平行于该截面与连接的电池连接部24所在平面的相交线，厚度t垂直于该相交线；图2b中长度、宽度、厚度方向(未示出)定义类似，在此不再赘述。熔断部25具有一截面积小于其他位置的部分，具体地，该部分的宽度和/或厚度小于其他位置的宽度和/或厚度，或者该部分具有一通孔，或者该部分具有至少两个通孔，此时所述通孔最宽部分位于同一截面上，等等，具体实施不限于此。熔断部25还可以采用较长的长度，进一步地熔断部25在长度方向上以弯曲的弧形或s形呈现，从而在焊接时弯曲可以保持良好电性连接和机械连接性能；熔断部25还可以设置在厚度方向上弯曲，以在该电池模组在搬运、移动或使用过程中吸收传递到电池模组上的震动，进一步保证电池组21中的各电池与连接片23之间连接的可靠性。

熔断部25可以具有至少一个熔断位置，每个熔断位置的截面尺寸可相等或不等。对于并联的多个熔断位置，熔断部25的断路作用基于截面尺寸最大的一个位置的熔断温度。电池连接部24可套在电路连接部26的内部空缺处，并通过至少一个熔断位置与电路连接部26电性连接；对于并联连接的部分，熔断部的断开作用还基于沿电流方向远离电路板22的熔断位置的熔断温度，即相同截面积的多个熔断位置，沿电流方向靠近电路板22的熔断位置更易熔断。

电路连接部26，用于实现电池组21内各电池的电极或电池组21的电极到电路板22对应输入输出端的连接，其可以通过熔断部25与电池连接部24相连接，也可以直接与电池连接部24连接。如图2a所示，电路连接部26直接与电池连接部24连接，两个电池连接部24通过熔断部25连接；第一个或最后一个电池，还可采用只有一个电池连接部24的连接片23，电路连接部26与电池连接部24相连接。如图2b所示，电路连接部26通过熔断部25与每个并联的电池的相同电极相连接。

电池模组包括一个或多个电池组21，电池组21内可以串联/并联连接，电池组21之间也可串联/并联连接，电池组21通过与连接片23的组合连接实现组内和组间的串联/并联连接。通常，串联连接部分对应的相邻串联电池或电池组之间异极相连，并联连接部分对应的并联电池或电池组之间同级相连，通常串联部分是从额定电压考虑，并联部分是从额定电流考虑。例如，电池模组存在一个电池组21，电池组21内各个电池串联连接，即相当于图2a展示的情形；再如，电池模组中具有多个电池组21，电池组21内并联连接，电池组21之间串联连接，图2b展示了三个组内并联、组间串联的示例。电池组21之间进行串联连接或并联连接时，每个电池组的最低电位为其负极，最高电位为其正极，正极和负极分别连接到连接片23中的两个电池连接部24、或间接连接两个电路连接部26；可采用额外的一电路连接部连接到其中的一个电池连接部24或电路连接部26，该额外的一电路连接部(可不同于电路连接部26)，也可通过一额外的熔断部(可不同于熔断部25)间接连接到所述的一个电池连接部24或电路连接部26；该额外的一电路连接部连接到串联的另一电池组21的异极，或并联的另一电池组21的同级。电池模组还可以是其他的电池组21串并组合的方式实现，在此不再赘述。

如图2a所示，对于电池组内串联的部分：连接片23的两个电池连接部24通过熔断部25连接，其中一个电池连接部24通过电路连接部26与电路板22连接，这两个电池连接部24分别连接串联相邻的两个电池的异极(即一正极一负极)。通过上述方式，电池组21中串接的每个电池的两极之一与其串联的电池组21之间及与电路板22连有熔断部25，在电流过大或短路时熔断部25熔断，以切断对应电池与其串联的电池组21之间的连接，实现异常状态下的电池保护。对于串联电池组21中的第一个电池和最后一个电池，还可以采用只有一个电池连接部24的连接片23，电池连接部24可与电路连接部26直接相连，或二者通过熔断部25相连，以保证同一电池的两极与电路板22的连接中至少具有一个熔断部25。

串联中的连接片23中电池连接部24、熔断部25、电路连接部26的位置关系也可如图2b所示，即电路连接部26环绕在两个电池连接部24的外侧，并以两个熔断部25分别实现对两个电池连接部24的可熔断的电性连接。

电池组间串联的方法类似上述电池组21内串联的方法，其中两个电池连接部24分别连接的为串联相邻的两个电池组21的异极(即一正极一负极)，其中一个电池连接部24通过电路连接部26与电路板22连接。也可以是通过所述两个电池组21的异极处连接的电路连接部26相连，并连接到电路板22的对应端口。还可以采用电路连接部26通过熔断部25连接到所述两个电池组21异极处连接的电池连接部24或电路连接部26。用于电池组21之间连接的电路连接部26和熔断部25与电池组内的电路连接部26和熔断部25可相同，也可不同；其中用于电池组21间的熔断部25的截面尺寸大于电池组21内的熔断部25的截面尺寸，具体根据设计的电池组21中电池个数和额定电流设置。

如图2b所示，对于电池组内并联的部分：连接片23的每一电池连接部24用于与参与并联的电池的同一电极连接，每一电池连接部24通过熔断部25连接到电路连接部26，此时电路连接部26还具有汇聚各并联电池的电流的作用，电路连接部26连接到电路板22。由于电流的汇聚，同样截面尺寸的熔断部25，沿电流方向靠近电路板22的熔断部更易熔断；因此可基于电流汇聚建模情况，设定不同位置的熔断部25的截面尺寸，总的来说，设置沿电流方向靠近电路板22的熔断部25的截面尺寸大于远离电路板22的熔断部25的截面尺寸，以获得相同或相近的熔断温度。对于并联部分的电池，其另一电极可以同样采用上述结构的连接片23实现电极到电路板22的连接；也可以是采用常规的不具有熔断部25的连接片23实现连接，即连接片23的电池连接部24直接连接到电路连接部26，电路连接部26耦接到电路板22，也就是说对每个电池而言，仅一个电极通过熔断部连接到电池组21及电路中。电池组21中的各电池、电路板22、连接片23可固定于支架27，支架27为绝缘材质，例如塑胶，支架27作为电池模组各组件的支撑和绝缘体，其在对应电池的电极处具有孔洞，以便于连接片23的电池连接部24通过该孔洞与电池的电极电性连接；除了在电池电极位置处设置空洞实现支撑和电池电极与电池连接部24的连接外，支架27在其他位置也可设置第二孔洞27’，以帮助支架27内部电池产生的热量更快地向外散发，有利于电池模组的散热降温。电路板22通过连接线28实现和外部电路的电性连接，外部电路可以是负载电路，或者充电电路，等等。

电池组间并联的方法类似上述电池组21内并联的方法，其中每一电池连接部24与参与并联的电池组21的同一电极(即同正极或同负极)连接，电池连接部24通过熔断部25连接到电路连接部26，电路连接部26连接到电路板22的对应端口。也可以是通过所述参与并联的电池组21的同一电极处连接的电路连接部26相连，并连接到电路板22的对应端口。还可以采用电路连接部26通过熔断部25连接到所述参与并联的电池组21的同一电极处连接的电池连接部24或电路连接部26，这样在电池组21并联连接时可以对对应的电池组实现断路保护。用于电池组21之间连接的电路连接部26和熔断部25与电池组21内的电路连接部26和熔断部25可相同，也可不同；其中用于电池组21之间的熔断部25的截面尺寸大于电池组21内的熔断部25的截面尺寸，具体根据设计的电池组21中电池个数和额定电流设置。

电路板32在电压或电流达到阈值时，控制对应的电池或电池组所在的电路通路断开。如图3所示，电路板32包括开关电路321，在任一监控的电流或电压达到阈值时电路板32控制开关电路321断开，电池模组31与外部电路断开。外部电路包括但不限于负载电路、充电电路、充电电源等等。开关电路321可以是mos管构成的充放电控制mos电路，也可以是其他形式的开关电路321。电路板32中还包括识别保护电路322，其用于对电池模组31的充放电或短路等异常进行检测，当存在异常时，控制开关电路321对对应的电路通路进行断开处理。例如，在检测到充电时串联的一个电池电流过大，则控制充放电控制mos电路中充电用mos管开路终止充电过程。再如，对电流侦测电阻323进行电压测量，在电压达到一定值时触发识别保护电路322控制开关电路321断开，或直接触发开关电路321断开。识别保护电路322中可采用保护芯片作为异常识别的核心，如单节电池保护芯片，多节电池保护芯片等。因此，在充放电和正常使用过程中，在出现电流过大或短路时，电路板32控制电池模组31的电路与外部负载电路或充电电路断开，防止电池模组31中的个别电池组或个别电池的进一步恶化，甚至起火爆炸；单个电池的电流或电压的监控阈值要低于电池组的电流或电压的监控阈值。

电池模组31中的电池或电池组b1，b2，……，bn(n为并联连接的电池或电池组个数)为并联时，开关电路321还可用于对电池模组31中的电池或电池组进行分别控制；例如，识别保护电路322还用于识别每个参与并联的电池或电池组的电压或通过的电流，当存在异常时，控制开关电路321对对应的电池或电池组所在的电路通路进行断开处理，断开处理的同时，电路板32输出信号到电池模组31所供电的电子设备，便于电子设备调整工作模式以适应较低电流/电压的供电状态，还可以告知电子设备的使用者其存在的故障、故障的建议排除方法、电子设备的特殊工作模式等等信息。例如，如图2b所示，三个组内并联的电池组21(例如分别为b1，b2，b3)，三个电池组之间串联连接，则形成的电池模组具有四个不同电位的电极，将这四个电极依次连接到识别保护电路322的对应四个端口，在任一电池组b1、b2或b3电流过大、或整个串联后的电池模组电流过大或短路时，控制开关电路中的对应的充电mosfet或放电mosfet断路停止供电。

此外，还可在电池模组31与外接电极之间串接一保险丝324，在整个电池模组31的电流过大或短路时断开；在存在开关电路321时，保险丝324还可串接在开关电路321所在的电路通路中。

在电路板(22，32)实现保护的同时，用于连接电池的连接片23结构也对电池模组形成保护，双重保护的机制使得电池模组更加地安全。在出现过流或短路等异常时，电路板(22，32)的断路保护机制优先发挥作用，在电路板(22，32)的断路保护机制失效时连接片23的熔断保护结构再发挥作用，这样由于电路板(22，32)中的断路保护机制的可恢复和易维修的特点，最大程度地保障电池模组的可再次利用。例如，在出现电流过大或短路时，电路板(22，32)中的开关电路321和/或保险丝324先于连接片23中的熔断部25将电路断开、或故障电池从并联的电池组断开、或故障电池组从并联的电池模组断开；即开关电路321监测的电流阈值、或电压阈值对应的电流值要低于连接片23中的熔断部25的熔断电流阈值，以保证电路板(22，32)的过流保护机制先于连接片23的过流保护机制起作用；即使在电路板32出现故障无法正常控制电路的通断时，例如开关电路321损坏，过大的电流会熔断连接片23中对应的熔断部25，从而使得对应的故障电池从并联电池模组中断开，或故障电池组从并联的电池模组断开，或者使得串联电池模组断开，从而实现对电池单体、电池组和整个电池模组的保护；在电路板(22，32)中具有上述保险丝324时，熔断的保险丝324的更换比连接片23熔断部25的更换、维修更容易，成本更低。

本发明已由上述相关实施例加以描述，然而上述实施例仅为实施本发明的范例。必需指出的是，已揭露的实施例并未限制本发明的范围。相反地，在不脱离本发明的精神和范围内所作的更动与润饰，均属本发明的专利保护范围。