模组化电池系统与元件的利记博彩app

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【专利摘要】一种用于一电池组模组的电池单元连接器包括一对悬臂及基底部分，该些悬臂在该基底部分处由一桥接器连结。一用于连接复数个电池单元的互连板包括一电路板及复数个电池单元连接器。一电池组块系统包括：一电池组块，其具有一托盘及复数个电池单元；以及一互连板，其与该托盘成适配关系。一电池组系统包括第一汇电条与第二汇电条、第一复数个电池单元与第二复数个电池单元，以及一互连板，该互连板具有连结该第一复数个电池单元与该第二复数个电池单元的复数个电池单元连接器。
【专利说明】模组化电池系统与元件
[0001] 相关申请案
[0002] 本申请案主张2013年10月10日申请的美国临时申请案第61/889,436号的权益。以 上申请案的全部教示是以引用的方式纳入本文。
【背景技术】
[0003] 许多装置(包括电脑及电动车辆)是由诸如锂离子电池组、镍镉电池组、镍金属氢 化物电池组以及铅酸电池组的二次(可充电）电池组供电。许多此等装置消耗足够的电，以 致于需要将熟知的二次电池组以模组化形式集体地连接起来，诸如以每个模组有六个、八 个或高达若干打电池组的电池组模组的形式。装置可在各种电压下操作，其要求单胞 (cell)串联连接来达成此电压。单胞的并联连接增加可利用的总能量容量。然而，诸如锂离 子二次电池组的二次电池组通常可在各单胞间变化，且因此在充电及放电期间必须监测该 些电池组(监测其安全、寿命、放电及充电限制）。必要时，该些电池组必须单独充电或选择 性地放电，以便平衡每一电池组模组中的单胞且使个别单胞的集体效率及利用率最大化。
[0004] 此外，在单一电池组模组内，一些单胞的周期寿命比其他单胞短，且可能难以选择 性地接近且更换个别模组，进而总体上有害地影响电池组系统及装置的效能。除了许多电 池组系统不能识别模组内的个别单胞故障之外，此亦常常要求更换模组，进而增加与电池 组系统相关联的维护费用，且降低依赖电池组系统的装置的效率及效用。
[0005] 因此，存在对一种克服或最小化以上所提及问题的模组化电池组系统的需要。

【发明内容】

[0006] 本发明大体上涉及电池单元(battery cell)连接器、用于连接复数个电池单元的 互连板、电池组块(battery b 1 ock)系统以及电池组系统。
[0007] 在一实施例中，本发明为一种电池单元连接器，其包括成彼此隔开的关系的一对 悬臂。每一臂具有一基底部分及一悬桁部分。每一基底部分界定一边缘部分，其中每一悬桁 部分自其基底部分延伸，且该些悬桁部分随着离其各自基底部分的距离渐远而彼此成八字 形张开。一桥接器在臂的基底处连结该些臂，且在每一基底部分的边缘部分处支撑成彼此 隔开的关系的该些臂。桥接器的基底部分在垂直于至少一臂的主纵轴的一平面中共同界定 出一U字形。
[0008] 在另一实施例中，本发明为一种用于连接复数个电池单元的互连板。该互连板包 括:一电路板，其包括至少一导电通道；以及复数个电池单元连接器，其位于该电路板处。该 些电池单元连接器的至少一部分经由该导电通道彼此电性连通。每一电池单元连接器包括 在该电路板的相反侧面上的一对端子，该些端子彼此电性连通。该些电池单元连接器的至 少一部分包括成彼此隔开的关系的一对悬臂。每一臂具有一基底部分及一悬桁部分。每一 基底部分界定一边缘部分且每一悬桁部分自其基底部分延伸。该些悬桁部分随着离其各自 基底部分的距离渐远而彼此成八字形张开。一桥接器在臂的基底处连结该些臂，且在每一 基底部分的边缘部分处支撑成彼此隔开的关系的该些臂。桥接器的基底部分在垂直于至少 一臂的主纵轴的一平面中共同界定出一 U字形。
[0009] 在又一实施例中，本发明为一种电池组块系统，其包括一电池组块及一互连板。该 电池组块包括一托盘及复数个电池单元。该复数个电池单元组装在该托盘内，其中该复数 个电池单元的第一端子在该电池组块的一第一末端处在一第一平面中对齐，且该复数个电 池单元中的每一者的第二端子在一第二平面中对齐。该互连板与该托盘成适配关系。该互 连板包括复数个电池单元连接器，其中每一电池单元连接器包括在该互连板的相反侧面上 的一对端子，该些端子彼此电性连通。
[0010] 在又一实施例中，本发明涉及一种电池组系统，其包括:一第一汇电条;复数个电 池单元，其在各自第一端子处并联连接至该第一汇电条;一第二汇电条;第二复数个电池单 元，其并联连接至该第二汇电条；以及一互连板。该第二复数个电池单元在各自第一端子处 并联连接至该第二汇电条，该第一复数个单胞的该些电池单元中的每一者串联连接至该第 二复数个电池单元的一电池单元，进而经由该第一复数个电池单元与该第二复数个电池单 元之间的复数个串联连接来实现该些第一汇电条与该些第二汇电条之间的电流流动。该互 连板具有复数个电池单元连接器，该复数个电池单元连接器在该第一复数个电池单元与该 第二复数个电池单元的至少一对电池单元之间提供电通信，该互连板进一步包括一导电通 道，该导电通道连接该复数个电池单元连接器。
[0011] 在又一实施例中，本发明为一种电池组块系统，其包括一电池组块及两个连接器 汇电条。该电池组块包括一托盘及复数个电池单元。该复数个电池单元组装在该托盘内，其 中该复数个电池单元的第一端子在该电池组块的一第一末端处在一第一平面中对齐，且该 复数个电池单元中的每一者的第二端子在一第二平面中对齐。一连接器汇电条在该块的每 一末端上与该托盘成适配关系。该连接器汇电条包括复数个电池单元连接器，其中每一者 将一电池单元连接至该连接器汇电条。
[0012] 本发明提供许多优点。例如，本发明的电池单元连接器可便利地附接至一电路板， 而不需要在附接至该电路板期间组装该连接器。另外，该电池单元连接器的悬臂可在电池 单元之间提供电接触，而不需要永久性或半永久性机械连接，诸如焊料、熔接、接合或永久 性机械固定，进而使电池单元能够易于组装且分开。此外，本发明的电池单元连接器易于由 一块单一、连续的金属制成，进而消除导体之间的界面中所固有的电阻。此亦改良了连接的 可靠性。
[0013] 本发明的互连板包括具有至少一导电通道的一电路板，该电路板实现多个特征， 该些特征包括对连接至该电路板的电池单元的单胞平衡及监测。例如，对电池单元的监测 可包括个别电池单元的电压及温度。对复数个电池单元中的单胞(诸如电池组模组的复数 个单胞)的个别监测使得能够在电池组模组处于操作中时识别需要更换的个别单胞，并且 不需要移除整个电池组模组及对该模组的电池单元的个别测试。
[0014] 本发明的电池组块系统包括:一电池组块，其具有一托盘及复数个电池单元；以及 一互连板，其与该托盘成适配关系。托盘与电池组作为一个单元易于与互连板分开，且易于 在必要时进行替代或重新组装来形成新的电池组块系统。另外，如同本发明的电池组块系 统一样，本发明的电池组系统可易于组装及拆卸，且可经堆叠来形成使用若干经堆叠的电 池单元托盘的电池组系统，所有该些托盘是经由介于每一托盘之间的互连板连接起来，进 而使得能够形成具有任何数目个电池单元托盘的电池组系统，并且该些托盘可在必要时被 拆卸，以便移除且更换个别电池单元托盘或甚至是电池组托盘内的个别单胞，该些个别单 胞已经由电池组系统的互连板来进行监测。利用以下陈述的各种示范性实施例的描述，将 使
【申请人】的发明的其他优点显而易见。
[0015] 用于具有并联及串联单胞的大型电池组的所揭露的汇电条及互连件设计也具有 以下关键特征及属性：
[0016] 1.由于许多特征，该设计使该设计的汇电条及互连件中的电流密度、电阻以及电 压降最小化，该些特征包括以下中的一或多者：
[0017] a.电流的方向在并联连接的单胞之间保持平行，且是自平行阵列至平行阵列，因 为此等阵列的串联连接会增加电池组电压。
[0018] b.串联连接之间的电流路径是通过堆叠单胞以使得该电流路径系穿过互连件的 厚度而不是穿过较长互连件的横截面而被最小化。
[0019] c.此方法消除了当并联连接个别单胞且在阵列的末端处收集电流时发生的电流 的增加。此方法使汇电条-互连件网络中的电阻、电压降以及温度上升最小化。归因于该网 络中的电流密度的均匀性，汇电条-互连件的温度将更均匀。穿过汇电条-互连件的较低的 能量损耗使进入该些单胞的热量减少。
[0020] d.在正端子及负端子处收集电流的端子(收集器)汇电条可设计成具有适当的横 截面，以便在总电流增加时维持电流密度及温度。
[0021] 2.此设计允许将熔断整体设计至单胞之间的汇电条连接件中，此是由于串联连接 的单胞之间的平行电流方向。并联单胞之间的汇电条横截面可经设计以在单胞之间传导正 常的平衡电流，但是在安全情况下充当熔丝，亦即，当单一单胞因内部短路或外部机械元件 (钉子)的贯穿而短路时，在此情况下极高的电流将自相邻单胞流至短路单胞。
[0022] a.短路单胞周围的熔丝的活化将电隔离该单胞且防止高电流流入，高电流可导致 该单胞发生热散逸。
[0023] b.隔离该单胞可允许继续使用电池组，进而增加系统的容错能力。
[0024] 3.汇电条及互连件的设计允许通过机械连接来并联及串联连接单胞或块的平行 阵列（亦即，6个、8个或8个以上并联的单胞，其构成块单元）。
[0025] a.多个块的机械互连使系统的组装及维护简化。
[0026] b.个别单胞的端子可经设计来促进此等机械互连。弹簧加载式连接将为一种在有 振动及冲击的汽车环境中维持接触的方法。
[0027] c.可扩展性得以增强，此是由于：1)电流的平行流动，亦即，互连件及汇电条中的 电流密度并不随并联单胞的数目改变而改变，及2)在单胞层级上的熔断，以便在单一单胞 形成短路的情况下进行保护以免于涌入电流。
[0028] 4.通过将电路并入汇电条-互连件网络中，可进一步增强该设计。电路增添物可包 括：
[0029] a.用来感测电压的接线。
[0030] b.用于监测温度及凸表面上的应力的感测器。后者可提供对单胞厚度变化的量 测。
[0031] c.可在内建的控制器区域网络(CAN)汇流排或其他通讯网络上收集来自电压、温 度以及其他感测器的资讯。
[0032] 该设计达成以上所提及的优点，同时保持空间（容积)及重量的有效利用，亦即，使 能量密度(其系电池组的关键属性)的降低最小化。该有效的空间及重量利用优点在使用该 设计的块及模组总成两种情况下出现。
【附图说明】
[0033] 图1A为本发明的电池单元连接器的一实施例的侧视图。
[0034] 图1B为图1A的电池单元连接器的平面图。
[0035] 图1C为图1A的电池单元连接器的端视图。
[0036] 图1D为图1A的电池单元连接器的透视图，该电池单元连接器经展示为连接至以轮 廓线表示的电路板。
[0037]图2为本发明的单胞互连件的侧视图（部分展示），该单胞互连件串联连接两个电 池单元。
[0038]图3A为本发明的电池单元连接器的一实施例的透视图，该电池单元连接器包括可 恪断连结。
[0039]图3B为图3A的电池单元连接器的侧视图。
[0040] 图3C为图3A的电池单元连接器的平面图。
[0041] 图4A为本发明的电池单元连接器的另一实施例的侧视图，该电池单元连接器包括 片弹簧元件。
[0042]图4B为图4A的电池单元连接器的平面图，该电池单元连接器经展示为连接至以轮 廓线表示的电路板。
[0043]图4C为图4A的电池单元连接器的侧视图，其是自图4A的视图的相反方向来展示。 [0044]图4D为图4A的电池单元连接器的端视图。
[0045]图4E为图4A的电池单元连接器的透视图。
[0046]图5A为本发明的电池单元连接器的另一实施例的平面图。
[0047]图5B为图5A的电池单元连接器的侧视图。
[0048]图5C为图5A的电池单元连接器的另一侧视图，其是自图5B中所示的视图旋转90° 来展示。
[0049] 图6A为本发明的电池单元连接器的又一实施例的平面图。
[0050] 图6B为图6A的电池单元连接器的侧视图。
[0051]图6C为图6A的电池单元连接器的端视图，其是自图6B中所示的视图旋转90°来展 不。
[0052]图6D为图6A的电池单元连接器的侧视图，其是自图6B中所示的视图旋转180°来展 不。
[0053]图7A为本发明的用于连接复数个电池单元的互连线板的透视图，该互连线板包括 电路板及外壳。
[0054]图7B为图7A的互连板的分解图。
[0055]图7C为本发明的互连板的侧视图，该互连板具有各自使用片弹簧及外壳的电池单 元连接器。
[0056]图7D为图7C的本发明的实施例的透视图。
[0057] 图8为图7A及图7B的电路板的平面图。
[0058] 图9为图7A及图7B的电路板的电压检测兀件的不意表不。
[0059] 图10A为本发明的电池组系统的一实施例的透视图，该电池组系统包括各自有六 个电池组的两个电池组块。
[0060] 图10B为图10A的电池组系统(模组)的分解图。
[0061] 图11A为本发明的电池组系统(模组）的一实施例的透视图，该电池组系统具有三 个电池单元块。
[0062]图11B为图11A的电池组系统的分解图。
[0063] 图12A为图10A及图10B的电池组系统的汇电条及汇电条外壳的透视图。
[0064] 图12B为图13A的电池组系统的汇电条、汇电条片弹簧板以及汇电条外壳的分解 图。
[0065] 图13为诸如可在本发明的电池组块系统中使用的两个电池单元块的示意表示，每 一块包括四个电池单元。
[0066] 图14为本发明的电池组系统示意表示，其中每一电池组块包括八个电池单元。
[0067] 图15A为本发明的另一实施例的透视图，其中单一电池组块的六个电池单元在该 些电池单元的任一末端上通过汇电条来并联连接。
[0068]图15B为图15A中所示的本发明的实施例的端视图。
[0069]图15C为图15A中所示的本发明的实施例的侧视图。
[0070]图1为图15A中所示的实施例的分解图。
[0071]图16A为本发明的另一实施例的透视图，其中单一电池组块的八个电池单元在该 些电池单元的任一末端上通过汇电条来并联连接。
[0072]图16B为图16A中所示的本发明的实施例的端视图。
[0073]图16C为图16A中所示的本发明的实施例的侧视图。
[0074]图16D为图16B中所示的本发明的实施例的视图，但转动了90°。
[0075]图16E为图16A中所示的实施例的分解图。
【具体实施方式】
[0076] 本文中引用的所有专利、公开申请案及参考文献的教示是以全文引用的方式纳入 本文。
[0077] 本发明大体上涉及配合诸如锂离子电池组、镍镉电池组、镍金属氢化物电池组以 及铅酸电池组的二次(可充电）电池组来使用的电池单元连接器、用于连接复数个电池组的 互连板、电池组块系统以及电池组系统。本发明的各种实施例促进多个电池组、电池组块、 电池组模组及实现对电池组系统的子单元(诸如电池组系统的个别块或模组）的监测的系 统的便利组装，以及在必要时对块及模组的简化的移除及更换（当监测指示此更换系必要 的)。
[0078] 如本文所定义，「电池组块」为按预定定向约束在一起的单胞的集合。
[0079] 另外，如本文所定义，「电池组模组」为串联及/或并联连接在一起的电池组块的集 合，且提供正端子及负端子。
[0080] 在一实施例中，本发明为图1A至图1D中所示的电池单元连接器10。如图1A至图1D 中所示，电池单元连接器10包括成彼此隔开的关系的一对悬臂12。每一悬臂12具有基底部 分14及悬桁部分16。每一基底部分14界定边缘部分18。每一悬桁部分16自基底部分14延伸。 悬桁部分16随着离其各自基底部分14的距离渐远而彼此成八字形张开。
[0081]每一悬臂12具有主纵轴20。如图1A至图1D的实施例所示，当沿穿过两个悬臂12的 平面来观察主纵轴20时，主纵轴20大体上彼此平行，如图1B中所示。在此实施例中，当沿穿 过两个悬臂的平面来观察悬臂12时，悬臂12彼此重叠，如图1B中可看出。
[0082]桥接器22在每一悬臂12的基底14处连结悬臂12,且在每一基底部分14的边缘部分 18处支撑成彼此隔开的关系的悬臂12。如图1C中可看出，基底部分14及桥接器22在垂直于 至少一悬臂12的主纵轴20的平面中共同界定出U字形23。
[0083]在一实施例中，悬臂12包括突出物24,其用于接触电池单元的端子。在特定实施例 中，突出物24为在悬臂12的与基底部分14相远隔的末端处的触点。该触点具有自悬臂12凸 起的表面26。突出物24是固定至悬臂12或与悬臂12成一体。在一实施例中，通过适合的方 法，诸如通过焊接，将突出物24固定至悬臂12。在另一实施例中，悬臂12的突出物24在悬臂 12的与突出物24相反的侧面上具有对应的凹部28。
[0084]突出物30在基底14内延伸，以将电池单元连接器10固定至电路板。如图1D中所示， 电路板32(以轮廓线表示表示）占据由基底14所界定的空间且是通过压力来固定至电池单 元连接器10,该压力是由基底14在突出物30与基底14的面对突出物30的部分之间施加在电 路板32上。由基底14施加的压力可足以将电池单元连接器10固定至电路板32,或可由诸如 焊接的另一附接手段来补充。通常，基底14处的凹部31对应于基底14的相反侧面上的突出 物30。尽管在此实例中展示两个凹部31，但是实施例可使用任何数目个凹部及对应的突出 物，或可能没有凹部。突出物可与电路板32中对应的凹部对齐，来促进将电池单元连接器10 固定至电路板32。如图1D中可看出，突出物30是用来辅助在电路板的接触垫(未示于图式） 处将电池单元连接器10固定至电路板32(以轮廓线表示）。如图2中可看出，位于悬臂12的远 端处的突出物24接触电池组34的端子，进而在两个对置的电池组34的极点之间提供电接 触。
[0085]较佳地，电池单元连接器12系单一、连续的导电材料。电池单元连接器12系由适合 的材料形成。电池单元连接器的适合材料的实例包括钢、铜或铜合金。适合的铜合金的实例 为铍铜合金。在一实施例中，电池单元连接器12的材料足以施加一力，该力提供低于触点材 料熔化电压的接触界面电压。如本文所定义，「低于触点材料熔化电压的接触界面电压，」意 味着跨触点上的电压降不足以使触点材料熔化。通常，电池单元连接器12将展现出一弹簧 常数，借此，迫使电池单元连接器的悬桁部分合在一起的外部压力的施加将由悬臂的力来 对抗，在已移除使悬臂合在一起的外力之后，该力将导致悬臂返回至其原始位置。在一实施 例中，电池单元连接器的悬臂对具有至少为4kgf /mm的弹簧常数。
[0086] 在一实施例中，电池单元连接器12镀有适合的材料。适合的电镀材料的实例包括 选自由银、金、锡、铂以及钯组成的群组的至少一成员。或者，可使用将诸如银镍合金的合金 压印至表面上。
[0087] 在特定实施例中，悬臂12及桥接器22具有基本上均匀的横截面积。在另一实施例 中（图3A至图3C中所示），电池单元连接器40包括可熔断连结42。可熔断连结42充当连结悬 臂44的桥接器。可熔断连结42是由诸如钢、铜或铜合金的适合材料形成。可熔断连结42经设 计成当电流足够高来熔化触点材料且产生开路时失效，进而使悬臂44电分离。在实例实施 例中，电池单元连接器40可传导至少约10安培的电流。
[0088]通常，可熔断连结42将具有一横截面积，其小于该对悬臂44及该桥接器中的至少 一者的横截面积，此取决于可熔断连结42置放于何处。例如，可熔断连结可位于悬臂内。 [0089] 在又一实施例中（图4A至图4B中所示），电池单元连接器50包括由桥接器54连接的 悬臂52、53,且进一步包括介于悬臂52之间的片弹簧56,借此，片弹簧56修改悬臂52的表观 弹簧常数(apparent spring constant)。片弹簧56是由诸如钢、不锈钢、错合金或铜合金的 适合材料形成。视需要，如图4C中所示，电池单元连接器50包括至少一悬臂52,其在基底64 处绕自身折叠。此外，在悬臂52的基底64处的裙皱66位于桥接器68的一末端处，该末端与悬 臂53的末端相反。在替代实施例中，两个悬臂均为折叠的。
[0090] 片弹簧56在远端处由舌片（tab) 74或通过与52联锁来固定。突出物76位于悬臂70 的末端处，用于接触以串联方式电性连接的电池组的对置的极点。此外，悬臂52、53的基底 64处的突出物80适于提供电池单元连接器60至图4B中以轮廓线所示的电路板82的电性连 接。另外，由于片弹簧56的存在，在电路板82中提供狭槽84,如图4B中所示，以便为片弹簧56 提供空间，同时仍允许电池单元连接器50在基底64处跨越电路板82。
[0091]在其他实施例中，电池单元连接器包括悬臂92,该些悬臂沿彼此成角度的主纵轴 延伸。例如，如图5A至图5C所示，电池单元连接器90包括悬臂92,该些悬臂沿彼此成直角的 主纵轴94延伸。在图6A至图6D中所示的另一实施例中，电池单元连接器100包括悬臂102,该 些悬臂在平面图中沿单一主纵轴104延伸，但在相反方向上延伸，如图6A中所示。
[0092]在图7A至图7D中所示的另一实施例中，本发明为用于连接复数个电池单元的互连 板110。互连板具有主纵轴112。互连板110包括：电路板114,其具有至少一导电通道116(图 7B);以及复数个电池单元连接器118,其位于电路板114处，该些电池单元连接器的至少一 部分是经由导电通道116来彼此电通信。电路板114界定开口 120。如图7A中所示，电路板114 搁置于外壳122内。外壳122是由适合材料制成，该材料诸如聚苯硫、聚碳酸酯、具有或不具 有纤维添加剂（玻璃、碳等等）的丙稀腈-丁二稀-苯乙稀（acrylonitrile butadiene styrene)。外壳122在外壳122的任一侧面上包括自外壳延伸的立柱134。如图7A中所示，当 组装电路板114与外壳122时，立柱134延伸穿过电路板114的开口 120。每一电池单元连接器 118包括在电路板114的相反侧面上的一对端子126,该些端子彼此电性连通。适合的电池单 元连接器118的实例为图1A至图1D、图3A至图3C、图4A至图4E、图5A至图5C以及图6A至图6D 中所示的电池单元连接器。
[0093] 如图8中所示，电路板114的导电通道116连接复数个电池组连接器118的至少一子 集（以轮廓线表示），且可为了以下中的一或多者而连接复数个电池组连接器的至少一子 集:单胞平衡、温度监测以及电压监测，以及连接至一或多个端子126。导电通道116也可包 括整合于通道116的蚀刻中的至少一可熔断连结，该可熔断连结介于复数个电池组连接器 118的至少一子集之间。在一特定实施例中，至少一可恪断连结将至少一电池单元118与该 电池单元所电性连接至的其他电池单元电隔离。可熔断连结将回应于传导大于临界电流的 电流而将至少一电池单元与其他电池单元隔离。
[0094]电路板包括狭槽124,用来容纳电池单元连接器的片弹簧，诸如图4A至图4E中所示 的本发明的电池单元连接器50的片弹簧56。电路板114的接触垫132接触电池单元连接器的 突出物，诸如图1A至图1E及图4A至图4E的电池单元连接器10、50的突出物30、80。
[0095] 在一实施例中，导电通道116包括一电路或电性连接至一电路，该电路平衡彼此连 接的电池单元，诸如经由电池单元连接器118彼此并联连接的电池单元。视需要，电路板114 包括位于一电路处或经由端子126与一电路电性连通的一电路，其中该电路指示彼此电性 连通的电池单元的至少一子集的电压。在一实施例中，电路板114所连结至的电路包括电压 监测电路。视需要，电路板114可包括平行的铜层117,以便通过电性连接电池单元连接器 118来平衡连接至电池单元连接器118的电池单元。
[0096] 视需要，电路板114也包括至少两个端子128,该些端子位于电路板114的末端部分 130中的至少一者上。温度电路（热敏电阻器）136位于电路板114处或与电路板114电性连 通，其中温度电路136指示经由电池单元连接器118与电路板114电性连通的电池单元中的 至少一者的温度。温度电路136可经由导电通道116连接至电池单元连接器118。电路板114 处的端子128连接至温度电路136。
[0097] 图9的电路图中所表示的电路140展示介于电压感测连接器142与电池组144之间 的电网络145,该些电池组在互连板处与电池单元连接器(未示于图式）电性连通。网络145 也可实现被动的单胞平衡且可连接至热电路或其他监测电路(未示于图式）。
[0098] 如图10A至图10B中可看出，在本发明的一实施例中，电池组块系统150包括第一托 盘152,该托盘支撑复数个电池单元154。复数个电池单元154组装在托盘152内，其中电池单 兀154的第一端子在第一电池组块156的第一末端157处在第一平面中对齐，且复数个电池 单元154中的每一者在第一电池组块156的第二末端处的第二端子(未示于图式)在第二平 面中对齐。互连板162展示在图10B中。互连板总成162包括电路板164、电池单元连接器166 以及互连板外壳170。外壳170内的电路板164已连接至复数个电池单元连接器166。如图7A 至图7E中所示，每一互连板162包括自连接器板外壳170的相反侧面延伸的许多端子172。此 外，每一电池单元连接器166可为如图1A至图6D中所示的电池单元连接器。互连板外壳170 (图10A至图10B)与互连板162成适配关系。互连板外壳170亦在第一平面及第二平面处与第 二电池组块174成适配关系，借此，可经由互连板162的电池单元连接器166将第二电池组块 174的电池单元178串联连接至第一电池组块156的电池单元154。
[0099] 第二托盘将第二电池组块174的电池单元178支撑在互连板162处，其中第一电池 组块156的电池单元154是经由电池单元连接器166来串联连接至第二电池组块174的电池 单元178。
[0100] 第一汇电条180连接至与互连板162对置的第一电池组块156。第一汇流条180在电 池单元的第一端子及第二端子的一末端处并联连接第一电池组块156的复数个单胞。第一 汇电条180包括负端子182,其用于将通过电池组块系统150互连起来的电池组块的电池单 元电性连接至由本发明的电池组块系统150供电的外部监测器或其他系统(未示于图式）。
[0101] 第二汇电条186连接至由托盘176所支撑的第二电池组块174,且定位在互连板162 的与第一汇电条180相反的侧面上。第二汇流条186在第二电池组块174的第一端子及第二 端子中的一者处并联连接第二电池组块174的复数个单胞。第二汇电条186包括正端子188， 其用于连接至外部系统，诸如由本发明的电池组块系统150供电的马达或其他系统(未示于 图式）。正端子188包括舌片190,其用于与互连板162合作来监测第二电池组块的电池组的 电压。
[0102] 电池组块系统150可适于容纳具有一或多个不同单胞类型的复数个电池单元154。 例如，复数个电池单元154可包括柱状193765型单胞(包括诸如Swing5.3_0 :0?的产品）或标 准圆柱形18650型电池单元。为容纳不同类型的电池单元，电池组块系统150可经修改来容 纳此等电池单元，例如，通过修改托盘152、176、互连板162以及汇电条180、186的尺寸，以便 适当地安放且连接至给定电池单元类型的端子。
[0103] 如图10A及图10B中所示，电池组块系统150是通过拧至桁条194上的螺纹螺钉192 来结合在一起，该些桁条延伸穿过汇电条180、186、托盘152、176以及互连板162的开口。应 理解，本发明的电池组块系统及本发明的电池组系统可包括支撑电池组块的托盘，该些电 池组块具有仅仅两个电池单元，但是可具有多达4个、6个、8个、10个、12个、14个、16个或16 个以上电池单元，所有该些电池单元或其中一部分是通过互连板来并联连接。此外，也应理 解，本发明的电池组块系统及电池组系统可包括仅仅一个托盘，该托盘仅支撑单一电池组 块，但是可支撑多达2个、3个、4个、5个、6个、7个、8个或8个以上电池组块。
[0104] 例如，在图11A及图11B中所示的另一实施例中，本发明的电池组块系统200包括支 撑三个电池组块204的三个托盘202,该些托盘之间插入有两个互连外壳206,该些互连外壳 又安放有两个互连板208。电池组块204是串联连接，其中每一电池组块204的每一电池单元 210是连接至类似地定位在该电池组块内的电池单元，其是通过电池单元连接器212来连接 至该电池单元。每一托盘202支撑电池组块204,且每一电池组块204的每一电池单元210是 串联连接至邻接的电池组块204的对应的电池单元210。如上文所论述，每一电池组块的电 池单元是并联连接，以便监测温度及电压。在串联连接的电池组块的任一末端处，汇电条 214在电池组块系统200的任一末端处平行跨越电池组块204的电池单元210,进而在串联连 接的电池组块204的正末端及负末端处提供端子。
[0105] 如图12A及图12B可看出，每一汇电条220是装在面板元件222内。每一汇电条220界 定开口 224,面板元件222的立柱226延伸穿过该些开口，以便与邻接于该汇电条的托盘形成 联锁关系，例如，如图11A及图11B中所示。汇电条220也界定悬臂228,该些悬臂自汇电条220 的基底221成角度地延伸且在邻接于汇电条220的电池组块的电池组之间提供电性连接，例 如，如图10A至图10B及图11A至图11B中所示。汇电条220也包括端子238及用于电池组块系 统的正端子的舌片239。
[0106] 弹簧板230(图12A至图12B)插入于汇电条220与面板元件222之间。弹簧板230包括 基底231及弹簧片232,该些弹簧片紧靠汇电条220的悬臂228且至少部分提供表观弹簧常数 给悬臂228。弹簧板亦界定开口236,立柱226穿过该些开口。通常，汇电条228是由诸如铜的 适合材料形成。弹簧板230是由诸如钢的适合材料形成。
[0107] 图13展示一电路图，该电路图展示本发明的电池组块系统及电池组系统的一实施 例的串联连接及并联连接。在此实施例中，两个电池组块242的电池单元240经示意性地展 示为由电池单元连接器222串联连接，且每一电池组块242的电池组是由互连板248并联连 接。
[0108] 如图14的电路图中可看出，三个电池组块250(各自包括八个电池单元252)经示意 性地展示为串联连接。每一电池组块250的电池单元252是并联连接。
[0109]在图15A至图15D中所示的另一实施例中，电池组块系统260包括托盘262,其支撑 具有六个电池单元266的电池组块264。在此实施例中，电池单元在托盘262的任一末端处通 过汇电条268来并联连接，该些汇电条是由面板元件270结合在一起，桁条272延伸穿过该些 面板元件，该些桁条通过延伸至桁条272中的螺纹螺钉274来将端板固定在一起。电池组块 260的正端子276及负端子278将汇电条279电连结至其他机电元件(未示于图式）。
[0110]在图16A至图16E中所示的又一实施例中，电池组块280包括由托盘283支撑的八个 电池单元282，且系由桁条284及螺钉286固定在一起，该些桁条及螺钉延伸穿过在电池组块 280的任一末端处的面板288。端子290、292将电池组块连接至其他机电元件(未示于图式）。 图15A至图1 ?及图16A至图16E中所示的本发明的实施例并不包括互连板。
[0111]虽然已参考本发明的实例实施例来特别展示且描述本发明，但是本领域技术人员 将理解，在不脱离由随附权利要求所涵盖的本发明的范畴的情况下，可对该些实施例进行 形式及细节上的各种修改。
【主权项】
1. 一种电池单元连接器，其包含： a) 成彼此隔开的关系的一对悬臂，每一臂具有一基底部分及一悬桁部分，每一基底部 分界定一边缘部分，每一悬桁部分自其基底部分延伸，该些悬桁部分随着离其各自基底部 分的距离渐远而彼此成八字形张开；以及 b) -桥接器，其在每一悬臂的该基底处连结该些悬臂，且在每一基底部分的该边缘部 分处支撑成彼此隔开的关系的该些臂，该些基底部分及该桥接器在垂直于至少一悬臂的一 主纵轴的一平面中共同界定出一 U字形。2. 如权利要求第1项的电池单元连接器，其中该电池组连接器为单一、连续的导电材 料。3. 如权利要求第1项的电池单元连接器，其中该对悬臂及该桥接器具有一基本上均匀 的横截面积。4. 如权利要求第1项的电池单元连接器，其中该对悬臂及该桥接器包括一可熔断连结。5. 如权利要求第4项的电池单元连接器，其中该可熔断连结具有一横截面积，其小于该 对悬臂及该桥接器中的至少一者的一横截面积。6. 如权利要求第1项的电池单元连接器，其中该电池单元连接器可传导至少约10安培 的一电流。7. 如权利要求第1项的电池单元连接器，其中该对悬臂中的至少一者包括一突出物，其 用于接触一电池单元的一端子。8. 如权利要求第1项的电池单元连接器，其中该悬臂对具有至少为4kgf/mm的一弹簧常 数。9. 如权利要求第1项的电池单元连接器，其中该对悬臂及该桥接器包括钢、铜或铜合金 以及电镀材料，该电镀材料包括选自由银、金、锡、铂以及钯所组成的群组中的至少一成员。10. 如权利要求第9项的电池单元连接器，其中上部合金为铍铜合金。11. 如权利要求第1项的电池单元连接器，其中每一悬臂具有主纵轴。12. 如权利要求第11项的电池单元连接器，其中当沿穿过两个悬臂的一平面来观察主 纵轴时，该些悬臂的主纵轴大体上彼此平行。13. 如权利要求第12项的电池单元连接器，其中当沿穿过两个悬臂的一平面来观察悬 臂时，该些悬臂彼此重叠。14. 如权利要求第1项的电池单元连接器，其进一步在该些悬臂中的每一者的与该各自 基底部分相远隔的一末端处包括一触点，该触点自该悬臂凸起且固定至该悬臂。15. 如权利要求第1项的电池单元连接器，其中当垂直于大体上平行于该些悬臂的主纵 轴的一平面来观察该些悬臂时，该些悬臂自该基底部分在不同方向上延伸。16. 如权利要求第1项的电池单元连接器，其中该连接器的该对悬臂展现出一弹簧常 数，且该连接器进一步包括介于该些悬臂之间的一片弹簧，借此，该片弹簧修改该些悬臂的 表观弹簧常数。17. 如权利要求第16项的电池单元连接器，其中该片弹簧包括钢。18. 如权利要求第16项的电池单元连接器，其中至少一悬臂(31)绕其基底折叠。19. 如权利要求第18项的电池单元连接器，其中该悬臂在该桥接器的一末端处自其基 底延伸，该末端与另一悬臂的末端相反。20. 如权利要求第18项的电池单元连接器，其中该片弹簧在该片弹簧的相反末端处固 定至该些悬臂。21. 如权利要求第20项的电池单元连接器，其中每一悬臂在该悬臂处界定一与该悬臂 的基底相反的远端，且其中该片弹簧是在该些远端处固定于该些悬臂。22. -种用于连接复数个电池单元的互连板，其包含： a) -电路板，其包括至少一导电通道；以及 b) 复数个电池单元连接器，其位于该电路板处，且该些电池单元连接器的至少一部分 经由该导电通道彼此电性连通，每一电池单元连接器包括在该电路板的相反侧面上的一对 端子，该些端子彼此电性连通，其中该些电池单元连接器的至少一部分包括 i) 成彼此隔开的关系的一对悬臂，每一臂具有一基底部分及一悬桁部分，每一基底部 分界定一边缘部分，每一悬桁部分自其基底部分延伸，该些悬桁部分随着离其各自基底部 分的距离渐远而彼此成八字形张开；以及 ii) 一桥接器，其在每一臂的该基底处连结该些臂，且在每一基底部分的该边缘部分处 支撑成彼此隔开的关系的该些臂，该些基底部分及该桥接器在垂直于至少一臂的一主纵轴 的一平面中共同界定出一 U字形。23. 如权利要求第22项的互连板，其中该导电通道进一步包括至少一可熔断连结，其介 于复数个电池单元连接器的至少一子集之间。24. 如权利要求第23项的互连板，其中该至少一可熔断连结回应于传导大于一临界电 流的一电流而将至少一电池单元与该电池单元所电性连接至的其他电池单元电隔离。25. 如权利要求第22项的互连板，其进一步包括位于该电路板处或与该电路板电性连 通的一电路，该电路平衡经由该些电池单元连接器彼此并联连接的电池单元。26. 如权利要求第22项的互连板，其进一步包括位于该电路板处或与该电路板电性连 通的一电路，该电路指示该些电池单元的至少一子集的电压。27. 如权利要求第26项的互连板，其中该电路板进一步包括至少一端子，该至少一端子 系连接至该电压电路。28. 如权利要求第22项的互连板，其中该互连板具有一主纵轴并且沿该主纵轴界定末 端部分，且其中该电路板包括至少两个端子，该些端子位于该互连板的该些末端部分中的 至少一者上。29. 如权利要求第28项的互连板，其进一步包括位于该电路板处或与该电路板电性连 通的一温度电路，其中该温度电路指示该些电池单元中的至少一者的温度。30. 如权利要求第28项的互连板，其中该电路板进一步包括一端子连接件，该端子连接 件是连接至该温度电路。31. 如权利要求第22项的互连板，其进一步包含一电路板外壳，该电路板外壳与该电路 板及该些电池单元连接器成适配关系。32. -种电池组块系统，其包含： a) -托盘，其用于支撑一电池组块的复数个电池单元，第一复数个电池单元组装在该 托盘内，其中该复数个电池单元的第一端子在该电池组块的一第一末端处在一第一平面中 对齐，且该复数个电池单元中的每一者的第二端子在一第二平面中对齐;以及 b) -互连板，其与该托盘成适配关系，该互连板包括复数个电池单元连接器，每一电池 单元连接器包括在该互连板的相反侧面上的一对端子，该些端子彼此电性连通。33. 如权利要求第32项的电池组块系统，其进一步包括一互连板外壳，该互连板外壳与 该互连板成适配关系，该互连板外壳也在该第一平面及该第二平面处与该托盘成适配关 系，借此，可经由该互连板的该些电池单元连接器来将一第二电池组块系统的电池单元串 联连接至该电池组块系统的该些电池单元。34. 如权利要求第33项的电池组块系统，其进一步包含一第二托盘的一第二电池组块， 该第二托盘用于将一第二电池组块的电池单元支撑在该互连板处，其中该第一电池组块的 该些电池单元是经由该些电池单元连接器来串联连接至该第二电池组块的该些电池单元。35. 如权利要求第34项的电池组块系统，其进一步包括一第一汇电条，该第一汇电条连 接至与该互连板对置的该第一电池组块，该第一汇电条在该些第一端子及第二端子中的一 者处并联连接该第一电池组块的该复数个电池单元，该第一汇电条包括一第一电池组系统 端子。36. 如权利要求第35项的电池组块系统，其进一步包括一第二汇电条，该第二汇电条连 接至与该互连板对置的该第二电池组块，该第二汇电条在该些第一端子及第二端子中的一 者处并联连接该第二电池组块的该复数个电池单元，该第二汇电条包括一第二电池组系统 端子。37. 如权利要求第36项的电池组块系统，其中该互连板为一第一互连板，且该电池组块 系统进一步包括一第三电池组块及一第二互连板，该第二互连板插入在该第二电池组块与 该第三电池组块之间。38. 如权利要求第32项的电池组块系统，其中该些电池单元连接器的至少一部分包括， a) 成彼此隔开的关系的一对悬臂，每一臂具有一基底部分及一悬桁部分，每一基底部 分界定一边缘部分，每一悬桁部分自其基底部分延伸，该些悬桁部分随着离其各自基底部 分的距离渐远而彼此成八字形张开；以及 b) -桥接器，其在每一臂的该基底处连结该些臂，且在每一基底部分的该边缘部分处 支撑成彼此隔开的关系的该些臂，该些基底部分及该桥接器在垂直于至少一臂的一主纵轴 的一平面中共同界定出一 U字形。39. 如权利要求第32项的电池组块系统，其中该互连板进一步包括一电路板，该电路板 包括一导电通道，其中该些电池单元连接器的至少一部分经由该导电通道以并联方式彼此 电性连通。40. 如权利要求第38项的电池组块系统，其中该电路板包括至少一可熔断连结，其介于 复数个电池单元连接器的至少一子集之间。41. 如权利要求第40项的电池组块系统，其中该至少一可熔断连结回应于传导大于一 临界电流的一电流而电隔离一电池单元。42. 如权利要求第31项的电池组块系统，其进一步包括位于该电路板处或与该电路板 电性连通的一电路，该电路平衡连接至该些电池单元连接器的电池单元。43. 如权利要求第32项的电池组块系统，其进一步包括位于该电路板处或与该电路板 电性连通的一电路，该电路指示该些电池单元的至少一子集的电压，其中该电路经由一汇 电条连接至该电路板，该汇电条具有一电压监测舌片。44. 如权利要求第32项的电池组块系统，其中该电路板包括至少两个端子，该些端子中 的至少一者位于该电路板的一末端处。45. 如权利要求第44项的电池组块系统，其进一步包括位于该电路板处或与该电路板 电性连通的一温度电路，其中该温度电路指示该些电池单元中的至少一者的温度。46. 如权利要求第45项的电池组块系统，其中该温度电路远离该电路板。47. 如权利要求第46项的电池组块系统，其中该电路板包括一端子连接件，该端子连接 件仅连接至该温度电路。48. -种电池组系统，其包含： a) -第一汇电条； b) -第一托盘，其用于支撑复数个电池单元，该复数个电池单元在该些电池单元的各 自第一端子处并联连接至该第一汇电条； c) 一第二汇电条； d) -第二托盘，其用于支撑第二复数个电池单元，该第二复数个电池单元在该第二复 数个电池单元的各自第一端子处并联连接至该第二汇电条，该第一复数个单胞的该些电池 单元中的每一者串联连接至该第二复数个电池单元的一各自电池单元，进而经由该第一复 数个电池单元与该第二复数个电池单元之间的复数个串联连接来实现介于该第一汇电条 与该第二汇电条之间的电流流动；以及 e) -互连板，其具有复数个电池单元连接器，该互连板在该第一复数个电池单元与该 第二复数个电池单元的至少一对电池单元之间提供电性连接，该互连板进一步包括一导电 通道，该导电通道连接该复数个电池单元连接器。49. 如权利要求第48项的电池组系统，其中该汇电条包括一底板元件及至少一悬臂，该 至少一悬臂自该底板延伸。50. 如权利要求第49项的电池组系统，其中该底板及悬臂是由连续材料形成。51. 如权利要求第50项的电池组系统，其中该悬臂自该底板元件所界定的一平面延伸 出去。52. 如权利要求第51项的电池组系统，其进一步包括介于该底板元件与该汇电条之间 的一弹簧板，且其中该弹簧板界定弹簧片，该些弹簧片紧靠该些悬臂且至少部分提供一弹 簧常数给该些悬臂。53. 如权利要求第48项的电池组系统，其中该些电池单元连接器的至少一部分包括， a) 成彼此隔开的关系的一对悬臂，每一臂具有一基底部分及一悬桁部分，每一基底部 分界定一边缘部分，每一悬桁部分自其基底部分延伸，该些悬桁部分随着离其各自基底部 分的距离渐远而彼此成八字形张开；以及 b) -桥接器，其在每一悬臂的该基底处连结该些臂，且在每一基底部分的该边缘部分 处支撑成彼此隔开的关系的该些臂，该些基底部分及该桥接器在垂直于至少一臂的一主纵 轴的一平面中共同界定出一 U字形。54. 如权利要求第48项的电池组系统，其中该互连板为一第一互连板，且该电池组系统 进一步包括： a) 第三复数个电池单元，其插入于该第二复数个电池组与该第二汇电条的间；以及 b) -第二互连板，其连接至该第二复数个电池单元的该些电池单元中的每一者，该第 二复数个电池单元的该些电池单元中的每一者是经由复数个电池单元连接器来与该第三 复数个电池单元的该些电池单元中的每一者串联，该第二互连板包括一第二导电通道，该 第二导电通道连接该复数个电池单元连接器。55. -种电池组块系统，其包含： a) -电池组块，其包括一用于支撑复数个电池单元的托盘，该复数个电池单元组装在 该托盘内，其中该复数个电池单元的第一端子在该电池组块的一第一末端处在一第一平面 中对齐，且该复数个电池单元中的每一者的第二端子在该电池组块的一第二末端处在一第 二平面中对齐；以及 b) 两个互连线汇电条。
【文档编号】H01M10/48GK106030851SQ201380080047
【公开日】2016年10月12日
【申请日】2013年12月3日
【发明人】如依·芙里亚斯, 肯尼斯·W·嘉威, 杰明森·佩兹迪克, W·戴尔·罗伯森, 艾瑞克·J·卡尔森, 菲利普·E·帕汀
【申请人】波士顿电力公司