电池单元支架的制作方法

本发明涉及一种电池单元支架，其被配置成支撑多个电池单元，例如用于电动车辆中。

背景技术：

1、电池组通常由串联和/或并联连接在一起的多个单个电池单元组成。电池组可以形成为诸如电动自行车或轻便摩托车的车辆设计的电池系统，并且一些应用可能需要串联和/或并联连接的多个电池组(或模块)以形成更大的电池系统，例如用于大型电网存储或电动车辆(ev)。

2、电池的容量随着使用而降低，并且一旦电池的容量下降到其原始容量的特定百分比，就可以判断为有问题，对于一些应用来说，该百分比可能更高(例如对于电动车辆来说是80％)，而对于其他应用来说可能更低(例如能量存储)，一旦电池的容量下降到当前应用的容量要求以下，则允许再次使用电池，但是对于其他应用来说仍然是可用的。

3、电池从第一寿命(ev)应用到第二寿命(能量存储)应用的重复使用仍然依赖于电池内各个电池单元的健康状态。如果像传统的方法如焊接或引线键合一样将电池单元永久地固定在一起，有缺陷或不牢固的单元就不容易取出或更换。

4、本发明提供了一种电池组结构，其能够进行低成本的组装和拆卸，以取出和更换电池。这允许核心组件与替换的单元一起重新使用，并允许在第二应用中重新使用之前对移除的细胞进行测试和分级。

5、由于电池单元不再永久地固定在一起，确保电池单元端子的电连接能够在正常使用中承受振动而不会彼此断开变得很重要。wo 2018/215725 a1公开了用于将导体推向电池单元相对端的端子以在振动下保持电连续性的弹性突起，然而仍有进一步改进的空间。

技术实现思路

1、根据本发明的第一方面，提供了一种电池单元支架，其包括端子电极和配置为支撑与端子电极接触的多个电池单元的框架，该框架包括基板、顶板和从基板延伸到顶板的至少一个侧支撑件。框架配置为在基板和顶板之间支撑多个电池单元，使得每个电池单元具有邻近基板的端部、邻近顶板的端部和在端部之间延伸并邻近至少一个侧支撑件的侧部，其中端子电极包括一个或多个导电材料带，其延伸：

2、沿着顶板，用于接触电池单元的一个端部的电端子，以及

3、沿着侧支撑件，用于接触另外的电池单元的侧面的另一个电端子。

4、当振动发生在垂直于接触面的方向时，振动对电连续性的影响最大由于导电材料带连接到电池单元一个端部的电端子，例如正极端子，并连接到另外的电池单元的侧面的另外的电端子，例如负极端子，所以导电材料带和电池单元的不同端子之间的接触表面处于彼此不同的平面中，因此这两个接触表面中只有一个会受到任何给定方向的振动的显著影响。

5、可以有一个导电材料带接触电池单元端部的电端子，而另一个导电材料带接触另一电池单元的侧面的另一电端子，然而在优选实施例中，导电材料带接触电池单元端部的电端子和另一电池单元的侧面的另一电端子，以将电池单元彼此串联电连接。可以提供多个这些导电材料带来串联连接多个电池，并且其他导电材料带可以各自接触两个或更多电池单元端部的电端子，和/或各自接触两个或更多电池单元的侧面的另外的电端子，以串联和并联组合连接电池单元。

6、优选地，导电材料带在第一平面中接触电池单元端部的电端子，并且在第二平面中接触另一电池单元的侧面的另一电端子，这些平面彼此垂直，这通常是圆柱形或矩形电池单元的情况。

7、根据本发明的第二方面，提供了一种电池单元支架，该电池单元支架包括端子电极和框架，该框架配置成支撑与端子电极接触的多个电池单元，该框架包括基板、顶板和从基板延伸到顶板的至少一个侧支撑件，该框架配置为在基板和顶板之间支撑多个电池单元，其中，端子电极包括导电材料带，该导电材料带配置为接触电池单元之一的电端子，其中，弹性可压缩元件设置在导电材料带和框架之间，并且其中，弹性可压缩元件设置有磁体，该磁体配置为将电池单元磁性吸引向导电材料带。电池单元支架可以与本发明第一方面的电池单元支架相同。

8、当框架振动时，通过允许导电材料带和框架之间的一些相对运动，弹性可压缩元件有助于保持电池单元的电端子与导电材料带接触。具有可弹性压缩的磁体将电池单元吸引向可弹性压缩的元件和导电材料带，因此进一步降低了当框架振动时电池单元从导电材料带脱离的风险。研究表明，弱磁场不应该影响电池的性能，并且应该足够弱，以便不影响任何附近的电子器件，并且在电池单元支架的外部具有非常低的可检测的磁场。弹性可压缩元件例如可以是弹性体元件，其可以是橡胶。

9、磁体可以嵌入由弹性可压缩元件限定的空腔内，并且该空腔可以将磁体定位在弹性可压缩元件内，与远离导电材料带的弹性可压缩元件的相对外侧相比，磁体更靠近面对导电材料带的弹性可压缩元件的外侧。这使得磁体更靠近电池单元，从而增加了将电池单元的电端子吸引向导电材料带的磁力。

10、导电材料带优选具有足够的柔性，以在磁体施加的磁引力下弯曲成与电池单元的电端子接触，从而当电池单元在远离弹性可压缩元件的方向上移动时，磁体对电池单元的拉力推动导电材料带在相同方向上弯曲，保持导电材料带与电池单元的电端子接触。

11、框架可以配置为在基板和顶板之间支撑多个电池单元，使得每个电池单元具有邻近基板的端部、邻近顶板的端部和在端部之间延伸并邻近至少一个侧支撑件的侧部。因此，每个电池单元的纵轴可以平行于至少一个侧支撑件在从基板到顶板的方向上延伸。

12、弹性可压缩元件可位于顶板上，并配置成推动导电材料带与电池单元端部的电端子接合，或者弹性可压缩元件可位于至少一个侧支撑件上，并配置成推动导电材料带与电池单元的侧面的电端子接合。

13、通常有多个导电材料带和多个弹性可压缩元件，并且优选地，弹性可压缩元件设置在顶板上，用于推动导电材料带与电池单元端部的电端子接合，并且设置在至少一个侧支撑件上，用于推动导电材料带与电池单元的侧面的电端子接合。

14、该至少一个侧支撑件可以限定从顶板延伸到基板的多个空腔，每个空腔用于接收多个电池单元中的相应一个。该至少一个侧支撑件可以包括位于电池单元支架外围的一个或多个外侧支撑件，以及位于外侧支撑件之间的一个或多个内侧支撑件，外侧支撑件和内侧支撑件一起限定了用于容纳电池单元的多个空腔。

15、该外侧支撑件或每个外侧支撑件可以包括配置为接收顶板的相应脊的通道，并且通道中的脊可以防止外侧支撑件从顶板向外弯曲。优选地，外侧支撑件的通道包括倒角侧，该倒角侧构造成接合顶板的脊的倒角侧，以将外侧支撑件和顶板相对于彼此保持在正确的位置。

16、所述至少一个侧支撑件可以为容纳电池单元的每个空腔限定相应的槽，每个槽在从顶板朝向基板的方向上延伸，并且弹性可压缩元件可以是滑入槽中的带，并且配置为将相应的导电材料带推入空腔中并抵靠电池单元的侧面，以接触电池单元的侧面的电端子。

17、如果需要，那么可以从顶板上的弹性可压缩元件和/或至少一个侧支撑件上的弹性可压缩元件中省略磁体。顶板上用于推动导电材料带与电池单元端部的电端子接合的弹性可压缩元件，以及至少一个侧支撑件上用于推动导电材料带与电池单元的侧面的电端子接合的弹性可压缩元件的组合，可以用来降低振动中断电端子和导电材料带之间的连接的风险。这仍将提供优于在每个电池单元的两个相对端使用弹性可压缩元件的改进，因为与两端相比，当弹性可压缩元件仅设置在电池单元的一个端部时，电池单元的运动自由度较小。因此，每个电池单元的空腔可以仅在空腔的一个端部设置有弹性可压缩元件，并且仅在空腔的一侧设置有弹性可压缩元件。

18、根据本发明的第三方面，提供了一种电池单元支架，其包括端子电极和配置为支撑与端子电极接触的多个电池单元的框架，该框架包括基板、顶板和从基板延伸到顶板的至少一个侧支撑件。框架配置为在基板和顶板之间支撑多个电池单元，使得每个电池单元具有邻近基板的端部和邻近顶板的端部，其中端子电极包括导电材料带，该导电材料带配置为接触电池单元的端部之间的电池单元之一的侧面的电端子，并且其中热敏电阻安装在顶板处的导电材料带上。电池单元支架可以与本发明的第一和/或第二方面的电池单元支架相同。

19、导电材料带可以与电池单元的侧面具有大的接触面积，因此可以有效地将热量从电池单元传递到顶板，在顶板处有空间将热敏电阻安装在导电材料带上以监控电池单元的温度。

20、导电材料带的第一部分可以具有第一宽度，导电材料带的第二部分可以具有第二宽度，第一宽度比第二宽度宽，其中与电端子和安装的热敏电阻的接触在导电材料带的第一部分内。因此，导电材料带的宽度可以大于在与电端子的接触和安装的热敏电阻之间的第一部分上传送预期电流所需的宽度，以改善从电池单元到热敏电阻的热传递，并能够更精确地估计电池单元的温度。

21、本文通篇所指的导电材料带是导电材料带，这从其作为电导体的功能可以明显看出。导电材料带优选地还具有高导热性，既有助于从电池单元带走热量以降低过热的风险，又有助于将热量从电池单元传递到热敏电阻。

22、还可以添加至少一个导热片，接触电池单元的侧壁，用于监控温度。热敏电阻可以安装在顶板的每个导热片上。导热片仅接触一个电池单元，因此通常不用于在电池单元之间导电。

23、根据本发明的第四方面，提供了一种电池单元支架，其包括端子电极和配置为支撑与端子电极接触的多个电池单元的框架，该框架包括基板、顶板和从基板延伸到顶板的至少一个侧支撑件。框架配置为支撑基板和顶板之间的多个电池单元，其中端子电极包括配置为接触两个电池单元的电端子的导电材料带。导电材料带从其中一个电端子延伸到顶板的下表面，穿过顶板延伸到顶板的上表面，返回穿过顶板延伸到顶板的下表面，并且延伸到另一个电端子，并且其中顶板上的导电材料带的一部分限定了配置为连接到另外的电路的电衬垫。电池单元支架可以与本发明的第一、第二和/或第三方面的电池单元支架相同。

24、顶板将电池单元保持在电池单元支架中，并且顶板的上表面提供了对电连接在两个电池单元之间的导电材料带的访问，允许进一步的电路连接到导电材料带。导电材料带可以在彼此相同极性的电端子之间延伸，以限定两个电池单元之间的并联连接，或者导电材料带可以在彼此不同极性的电端子之间延伸，以限定两个电池单元之间的串联连接。

25、终端子电极可以包括多个导电材料带，其配置为连接在电池单元之间，并且顶板的上表面可以提供到多个导电材料带的通路，以允许另外的电路连接到在电池之间形成电连接的多个电路节点。

26、电池单元支架可以包括支撑另外的电路的柔性电路基板，柔性电路基板配置为覆盖顶板并连接到导电材料带的电衬垫。柔性电路基板将导电材料带电连接到电池管理系统，该电池管理系统配置成监控电池单元的状态，包括它们的电压或健康状态，并且因此可以在电池单元性能下降到最低要求以下时发出信号。如本领域已知的，柔性电路基板是非常薄且柔性的电路基板，通常由其上印刷有导电轨迹的聚合物薄层构成。

27、根据本发明的第五方面，提供了一种电池单元支架，其包括端子电极和配置为支撑与端子电极接触的多个电池单元的框架，该框架包括基板、顶板和从基板延伸到顶板的至少一个侧支撑件。框架配置为在基板和顶板之间支撑多个电池单元，其中端子电极包括配置为接触两个电池单元的电端子的导电材料带，并且其中导电材料带包括横截面积减小的部分，该部分配置为在两个电池单元之间流动过量电流的情况下充当保险丝。电池单元支架可以与本发明的第一、第二、第三和/或第四方面的电池单元支架相同。

28、使用导电材料带来限定保险丝节省了对额外的保险丝组件和连接点的需要，降低了电池单元支架的成本。如果导电材料带响应于过大的电流而熔化，那么导电材料带可以用新的导电材料带替换，以恢复电池单元支架的功能。端子电极优选地包括多个导电材料带，这些导电材料带配置为连接在电池单元之间，使得电池单元可以串联和/或并联连接在一起，其间具有保险丝。

29、导电材料带优选为铜，因为其具有高导电性和导热性，然而在替代实施例中可以使用替代电导体。铜带优选地具有小于1.2mm的厚度，使得其在振动下可以容易地弯曲以保持与电池单元的电端子接触。

30、根据本发明的第六方面，提供了一种电池单元支架，其包括端子电极和配置为支撑与端子电极接触的多个电池单元的框架，该框架包括基板、顶板和从基板延伸到顶板的至少一个侧支撑件。框架配置为在基板和顶板之间支撑多个电池单元，其中端子电极包括配置为接触电池单元之一的电端子的导电材料带，其中在导电材料带和框架之间提供弹性可压缩元件，其中使用螺栓或螺钉将顶板栓接或拧紧到至少一个侧支撑件上，并且其中螺栓或螺钉的纵轴垂直于从框架穿过弹性可压缩元件延伸到导电材料带的方向。电池单元支架可以与本发明的第一、第二、第三、第四和/或第五方面的电池单元支架相同。

31、由于螺栓或螺钉的纵轴垂直于穿过弹性可压缩元件从框架延伸到导电材料带的方向，所以由螺栓或螺钉施加的张力对框架和导电材料带之间的弹性可压缩元件的压缩状态几乎没有影响。因此，螺栓或螺钉拧紧的紧密度不会显著影响框架和导电材料带之间的弹性可压缩元件的压缩量，允许弹性可压缩元件的压缩量基于框架的几何形状精确设定，而与螺栓或螺钉拧紧的程度无关。

32、根据本发明的第七方面，提供了一种电池单元支架组件，包括第六方面的第一和第二电池单元支架，其中第一电池单元支架的至少一个侧支撑件的上端与第二电池单元支架的至少一个侧支撑件的上端重叠，其中每个电池单元支架的顶板包括向上的突起，其中第一电池单元支架的顶板的向上突起与第二电池单元支架的顶板的向上突起重叠，并且其中螺栓或螺钉在上端之间的重叠处穿过第一和第二电池支架的至少一个侧支撑件的上端，并且在向上突起之间的重叠处穿过第一和第二电池支架的顶板的向上突起。

33、因此，第一和第二电池单元支架的弹性可压缩元件的压缩状态独立于螺栓或螺钉的紧密度，并且螺栓或螺钉用于将第一和第二电池单元支架彼此保持在一起。

34、根据本发明的第八方面，提供了一种电池组，其包括第一至第六方面的电池单元支架或第七方面的电池单元支架组件，该电池组还包括支撑在该电池单元支架或每个电池单元支架的基板和顶板之间的多个电池单元。

35、根据本发明的第九方面，提供了一种包括第八方面的电池组的电动车辆。

36、根据本发明的第十方面，提供了一种整修第八方面的电池组的方法，包括从至少一个侧支撑上移除顶板，移除一个或多个电池单元并用新的电池单元替换，以及替换至少一个侧支撑上的顶板。因此，当电池单元变得有缺陷时，可以拆卸电池组，并用新的电池单元替换有缺陷的电池单元。

37、这里使用的单词“带”取其正常含义，表示长度远大于其宽度的细长形状，例如导电材料带的长度可以至少是其宽度的三倍。

38、优选地，导电材料带的宽度远大于其厚度，例如宽度至少是其厚度的三倍。保持厚度减小保持了导电材料带的柔性，并且允许宽度大于厚度允许导电材料带承载更高的电流，而不牺牲导电材料带在期望方向上弯曲和挠曲的能力。导电材料带优选为单片导电材料。