[发明专利]电池组内的电池芯端子电性连接的方法

说明书

相关前案

本申请主张2008年2月15日在美国申请Provisional Application No.61/029,300的优先权。

技术领域

本发明是多电池芯电池系统。

背景技术

电池组已应用在汽车和工业应用上许多年。传统上，这些电池组使用相对少量的大电池芯，通常为铅酸型的电池芯。一个使用少量大电池芯的电池组设计有几个缺点：首先，如果其中一个电池芯失效，会使整体能量容量的损失显著的百分比；例如，一个用11个电池芯的电池组，单一电池芯失效会导致总容量9％的损失。其次，这种电池组的发热冷却效率不佳：一个电池芯的冷却效率是正比于电池芯的表面积对体积比，较大的电池芯比起较小的电池芯有较小的表面积对体积比。当温度提高，电池芯会退化。例如，当锂电池处于60℃的温度会在3个月内丧失20％可用的充电量，相比之下，当温度维持在25℃时，它们会用3年才失去相同百分比的充电量。因此，电池组的设计中，散热是一个重要的因素。

最近，在以前受限用于如笔记型电脑和电动工具等相对低功耗(也因此，电池芯数量少)应用领域的高密度、小尺寸的电池芯，已经被建议用在需要大量电池芯的汽车和工业应用的电池组。不幸的是，这些电池组往往非常昂贵，部分原因是大量的包装元件和用传统互连技术互连大量电池芯210(例如，导线104耦合各电池芯端子106和一个金属板，如图1A所示，或将一金属片110焊接到电池芯端子106，如图1B所示)的复杂性。此外，传统的电池芯互连(焊接线或片)容易因电池芯于运作时轻微脱位(例如由于移动车辆中振动)而失效。

附图说明

本发明藉由下列实施例及图式中所附的图而说明，但不能以此成为限定，附图中相似的参考数字用来指示相似的元件，其中：

图1A和1B图示了复数个电池芯端子的电性连接的传统方法；

图2图示了使用大量小型电池芯的电池组的一个实施例；

图3图示了模组内电池芯的实际布局的一个实施例；

图4图示了复数个模组所组成电池组的布局的一个实施例；

图5A和图5B图示了固定复数个电池芯于一个模组中的框架的一个实施例；

图6A和6B图示了电性连接复数个电池芯阳极端子的一个阳极板的实施例；

图7A和7B图示了电性连接复数电池芯阴极端子的一个阴极板的实施例；

图7C图示了一个模组中，阴极板上的电流方向；

图8A图示了相邻区域间电性连接的一个实施例；

图8B-8C图示了在每一个模组前方和后方，阳极板和阴极板的布局；

图9A-9D表示欲用于电动车中的电池组的一组代表性的设计参数。

具体实施方式

经济且可靠地互连大量的小尺寸电池芯的一个低零件数量电池组，揭示于数个实施例中。

图2是电池使用大量小型化电池芯的电池组的一个实施例。在此实施例中，电池芯210群组于一些区块202中；区块接着群组为复数个模组204。如图2所示的例子每一个电池组包含9个模组；每一个模组包含10个区块；而每一个区块包含62个电池芯。因此，一个电池组内总共有5580个电池芯。每个电池芯210有一个正和一个负端子，分别称为阴极206和阳极208。在此实施例中，每一个区块的电池芯以并联方式电性连接，即阴极连接在一起，而阳极连接在一起。每个模组中的区块则以串联方式连接，即第一区块的阴极连接到第二区块的阳极，第二区块的阴极连连到第三区块的阳极等等，依此类推。此外，模组之间也以串联方式连接。电池组的总电压为位于最后一个模组的最后一个区块的阴极(图2，9号模组，10号区块，标记为的′V+′)相对于第一个模组的第一个区块的阳极的电压。(图2，标记为′V-′)。因此，电池组的总体电压等于每一个区块电位乘上电池组的区块数量。

图9A-9D表示使用标准18650型锂电池，欲用于电动车的电池组的一组代表性设计参数。图9A的表格总结出所需电池容量和估计的电池组的全部寿命。图9B，标记′电池组规格′，表示电池组的尺寸和电气特色。图9C，标记′电池组设计′，表示根据图9B表的资料，所得出一个电池组中，电池芯、模组和区块的数目。图9D表示一电池组估计成本的计算。

图3表示每一模组304内电池芯的实际布局的一个实施例。在这个例子中，电池芯210为一个圆形横向剖面部分的圆柱形。如图3所示，电池芯被紧凑排列在一个蜂窝阵列中。在可替代的实施例中，圆柱体电池芯可能有其他形状的断面，如三角形、正方形、长方形或六角形，而这些电池芯可能被安排在其他类型的阵列中，例如一个正方形或长方形阵列，或在不规则阵列中。