一種通用電池模塊單元的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種圓柱形鋰離子電池模塊組合單元，其包括多個(gè)單體圓柱形鋰離子電池通過支架由螺釘固定，支架確保電池間有安全間隔距離，單體電池與焊接聯(lián)接片通過焊接形成一個(gè)并聯(lián)體。支架上的多個(gè)螺孔供電池模塊組裝時(shí)與正(負(fù))極極性匯流片形成緊密的平面接觸聯(lián)接成一體。焊接連接片材質(zhì)由鍍鎳鋼帶、鎳帶、銅帶、鍍鎳銅帶沖制而成，截面面積大小由電池安全最大電流值大小而定。多個(gè)電池模塊單元通過不同排列組合組合成不同容量和電壓等級各種電池模塊。模塊拆裝、維修、更換更方便，模塊單元適用于帶動電動機(jī)或儲能電站的大容量電池模塊應(yīng)用領(lǐng)域。
【專利說明】一種通用電池模塊單元
【【技術(shù)領(lǐng)域】】
[0001]本發(fā)明涉及一種圓柱形鋰離子電池模塊組合單元，是涉及到在大容量電池模塊組裝中，用多個(gè)一定數(shù)量的圓柱形鋰離子電池通過固定支架支撐而組合成通用模塊單元，然后將通用模塊單元按模塊設(shè)計(jì)要求組裝成適用于能帶動電動機(jī)或儲能電站的大容量電池應(yīng)用領(lǐng)域。
【【背景技術(shù)】】
[0002]電池模塊是按使用要求，通過對單體電池的串、并聯(lián)組合，配備相應(yīng)的控制保護(hù)元器件組裝而成，這樣便利安裝、維護(hù)，能滿足電池組的使用要求。鋰離子電池是一種先進(jìn)的化學(xué)儲能裝置，具有比能量高，循環(huán)壽命長和對環(huán)境友好等顯著優(yōu)點(diǎn)。之前主要用于通信領(lǐng)域，近年由于高功率鋰電技術(shù)的突破，鋰離子電池組已在純電動大巴、大型儲能電站方面得到應(yīng)用。常用的鋰離子電池型號包括方形和圓柱形電池，隨著應(yīng)用領(lǐng)域的不斷擴(kuò)大，需要電池的容量越來越高，使用的電壓也越來越高，更多的單體電池需要串、并聯(lián)使用，目前大多采用模塊化設(shè)計(jì)。
[0003]通常的電池模塊制作是先按設(shè)計(jì)要求選取總值達(dá)額定容量的單體電池個(gè)數(shù)，設(shè)計(jì)專用的支架等結(jié)構(gòu)件將各支電池固定，電池的正負(fù)極通過電池塊正負(fù)極匯流片先并聯(lián)連接形成一個(gè)整體電池塊，然后將其按模塊設(shè)計(jì)要求的串聯(lián)級數(shù)通過各電池塊正、負(fù)極極性匯流片連接使之串聯(lián)。由于電池組不同的用途要求，串、并數(shù)量有很大的差異，在電池組設(shè)計(jì)時(shí)常遇到需對許多種的電池組結(jié)構(gòu)件進(jìn)行設(shè)計(jì)，制作時(shí)許多零件的加工需用開模具制作，增加了許多制造成本、也延長了加工時(shí)間。
【
【發(fā)明內(nèi)容】
】
[0004]本發(fā)明的目的是提供一種圓柱形鋰離子電池模塊使用的通用電池模塊單元，可以通過不同數(shù)量的電池模塊單元串、并聯(lián)組合，`很方便地組裝成滿足要求的各規(guī)格型號電池模式的使用，大大簡化了電池模塊的設(shè)計(jì)組裝工作；同時(shí)可以對已裝好的電池模塊進(jìn)行拆開更換個(gè)別電池，便利維修、維護(hù)。
[0005]所以，本發(fā)明其特征是提供一種組裝電池模塊的基本電池模塊單元，其包括多個(gè)單體圓柱形鋰離子電池通過一對外形設(shè)計(jì)獨(dú)特的通用支架，將其組裝成一個(gè)部件。兩個(gè)通用支架通過螺釘將各個(gè)電池拉緊固定，各支架面上貼上單體電池極性焊接聯(lián)接片通過點(diǎn)焊將其焊接形成一個(gè)并聯(lián)體。支架上有多個(gè)螺孔供電池模塊組裝時(shí)與正(負(fù))極極性匯流片聯(lián)接或在模塊制作時(shí)用于與其它零件的固定。通過對模塊單元不同排列組合，可很方便地將圓柱形鋰離子電池組合成各種規(guī)格的電池模塊。
[0006]模塊單元，是由多個(gè)單體圓柱形鋰離子電池插入外形尺寸特殊的支架預(yù)留的圓孔中，支架所開的定位孔確保電池間有一個(gè)安全間隔距離，通過電池極性按指定放置使模塊單元的極性形成一定的規(guī)律，同極性電池通過單體電池極性焊接聯(lián)接片點(diǎn)焊連在一起形成模塊單元內(nèi)的并聯(lián)區(qū)域。不同極性的電池通過焊接聯(lián)接片點(diǎn)焊形成一個(gè)在模塊單元內(nèi)的串聯(lián)區(qū)域。
[0007]焊接聯(lián)接片材質(zhì)由鍍鎳鋼帶、鎳帶、銅帶、鍍鎳銅帶沖制制成，焊接聯(lián)接片到各單支電池的最小截面積大小可由電池安全最大電流值大小而定，這樣通過調(diào)整焊接聯(lián)接片到單體電池的截面積大小來調(diào)整單體電池的保護(hù)電流值，相當(dāng)于在電池模塊中串裝了許多過流保護(hù)裝置，可有效地提升整個(gè)電池模塊的過流保護(hù)能力。
[0008]本發(fā)明使用的外形尺寸特殊的支架其特征是支架的外形按圓柱形電池的排列規(guī)律設(shè)計(jì)確定，支架內(nèi)電池等距離布置，電池間距離由電池間需要的安全距離來確定，支架上下對稱，不需特別辨認(rèn)方向。四周周邊形狀依電池布置外周等距離而定。所以，多個(gè)支架左右、上下拼裝可以保持各電池間還能等距離，有效地提高了電池模塊單元的空間利用率。支架材質(zhì)是由絕緣體材料構(gòu)成。利用各電池間的空隙在支架上預(yù)埋了金屬螺母，可以將模塊單元上焊接聯(lián)接片與極性匯流片壓緊形成可靠連接，也可以在模塊制作時(shí)作為其他零部件的固定支點(diǎn)。
[0009]本發(fā)明可以將許多個(gè)電池模塊單元通過不同排列組合達(dá)到模塊設(shè)計(jì)要求的容量和電壓等級，電池模塊的尺寸可以通過模塊單元的不同排列進(jìn)行調(diào)整，這樣在不同的空間內(nèi)可以設(shè)計(jì)出外形不同的各種電池模塊。也就是說:圓柱形鋰離子電池先通過本發(fā)明由支架組合成相對獨(dú)立的模塊單元，再通過許多模塊單元的排列組合，由螺釘將其連接在極性匯流片上，組裝成一個(gè)電池模塊結(jié)合體，適用于帶動電動機(jī)或儲能電站的大容量電池模塊。
[0010]本發(fā)明的特征還在于由于模塊單元與極性匯流片是通過螺栓連接，便利拆裝。由于采用通用設(shè)計(jì)理念，模塊單元上使用的零件通用性好，一旦組內(nèi)有個(gè)別電池故障可以很方便更換模塊單元進(jìn)行維護(hù)修理。這樣大大地提高了維修效益，降低了維護(hù)成本。
【【專利附圖】

【附圖說明】】
[0011]通過下列實(shí)施例組圖進(jìn)行描述會對本發(fā)明的說明變得更加清楚和容易理解。其中:
[0012]圖1是本發(fā)明的示范性實(shí)施例的9支圓柱形鋰離子電池模塊單元透視圖。
[0013]圖2是本發(fā)明實(shí)施例9支圓柱形鋰離子電池支架透視圖。
[0014]圖3是本發(fā)明電池模塊單元示范性實(shí)施例電池極性焊接聯(lián)接片透視圖。
[0015]圖4是本發(fā)明電池模塊單元示范性實(shí)施例兩種不同排列的平面圖(圖4A為并列排列、圖4B為橫向排列)。
[0016]圖5是本發(fā)明的示范性實(shí)施例的9支圓柱形鋰離子電池模塊單元結(jié)構(gòu)示意圖。
[0017]圖6是本發(fā)明的示范性實(shí)施例16個(gè)模塊單元144支單體電池組裝成的并聯(lián)電池模塊圖(圖6A是電池塊的主視圖，圖6B是電池塊的側(cè)視圖，圖6C是電池塊的透視圖)。
[0018]圖7是本發(fā)明的示范性實(shí)施例13個(gè)電池并聯(lián)3級串聯(lián)組裝的電池模塊圖(圖7A是電池模塊的主視圖，圖7B是電池模塊的透視圖)
[0019]圖8是本發(fā)明的示范性實(shí)施例由四個(gè)3級串聯(lián)電池塊組裝的儲能用電池模塊圖。
[0020]符號說明:
[0021]I鋰離子電池，2通用支架，3聯(lián)接片，4螺栓孔，5螺母孔，6螺栓，7螺母，8、13孔，9圓柱固定孔，10通孔，11指支架周邊外形，12指焊接聯(lián)接片到各電池間的形狀，14指單支電池的最小截面面積，16極性匯流片，17螺釘，20模塊單元，20’特別模塊。【【具體實(shí)施方式】】
[0022]現(xiàn)在將結(jié)合參照附圖通過示例更全面地描述本發(fā)明，提供這些實(shí)施方式是為了使公開充分和完整，并將本發(fā)明的構(gòu)思全面地告知本領(lǐng)域技術(shù)人員。當(dāng)然，本發(fā)明可以有不同的實(shí)施方式，而且不應(yīng)解釋為受到在此提到的一些實(shí)施方式限制，在這些附圖中，為了清楚地說明，沒有標(biāo)明具體的尺寸。圖中相同功能的零部件的標(biāo)號始終相同。
[0023]圖1是本發(fā)明的示范性實(shí)施例的9支圓柱形鋰離子電池模塊單元(20)結(jié)構(gòu)透視圖。其示例在圖中示出，9支圓柱形鋰離子電池(I)通過通用支架(2)使其并列固定在一起。本發(fā)明中一個(gè)模塊單元中使用2個(gè)通用支架(2)，支架的外形設(shè)計(jì)獨(dú)特，在2個(gè)支架設(shè)計(jì)時(shí)外形尺寸結(jié)構(gòu)完全相同，相互對稱，可以任意轉(zhuǎn)換互用，實(shí)現(xiàn)通用。支架上有9個(gè)分布均勻的固定孔(9)，孔的大小正好插入圓樁形電池外殼、松緊適當(dāng)。各電池間間距均等，間距按鋰離子電池使用安全距離設(shè)置。 [0024]在支架上依模塊設(shè)計(jì)要求插入電池，當(dāng)制成的模塊單元是要將電池并聯(lián)，則插入電池⑴時(shí)認(rèn)準(zhǔn)電池同極性方向；如在支架上需要形成串聯(lián)區(qū)域，則在插入電池⑴時(shí)需認(rèn)準(zhǔn)極性方向，將電池按正確的極性方向插入支架上。示例圖1中裝上支架的電池可需要將各支電極的極性聯(lián)接在一起，連接的形式有多種。通過電池極性按指定放置使模塊單元的極性形成一定的規(guī)律，同極性電池通過單體電池極性焊接聯(lián)接片(3)點(diǎn)焊連接形成模塊單元內(nèi)的并聯(lián)區(qū)域。不同極性的電池通過焊接聯(lián)接片點(diǎn)焊形成一個(gè)在模塊單元內(nèi)的串聯(lián)區(qū)域。
[0025]圖2是根椐本發(fā)明實(shí)施例設(shè)計(jì)的一對通用支架透視圖，支架左右完全對稱，上下兩架完全相同，不需特別認(rèn)準(zhǔn)確定方向，所以通用性特強(qiáng)。支架上有9個(gè)分布均勻的圓柱孔
(9)供電池插入定位，圓柱孔(9)底部開有通孔(10)供放置焊接聯(lián)接片與電池極性端焊接用。支架材質(zhì)是由絕緣體材料構(gòu)成，有利在支架組裝各種零售配件，同時(shí)也有利保證不同電池極性間的絕緣。在支架上利用各電池間的空隙預(yù)埋了 8個(gè)金屬螺母(7)，該螺母可以通過螺釘(17)將模塊單元上焊接聯(lián)接片與極性匯流片壓緊形成可靠連接，也可以在模塊制作時(shí)作為其他零部件的固定支點(diǎn)。在支架靠近上下邊處有對稱供兩支架固定螺栓(6)使用的螺栓孔(4)和預(yù)埋螺母的孔(5);在支架內(nèi)圓弧處預(yù)開了 2孔(8)供組裝時(shí)插插銷使用。
[0026]焊接聯(lián)接片(3)形狀設(shè)計(jì)由支架形狀和電池串、并聯(lián)形式而定。定型支架可將焊接聯(lián)接片定型，如遇需要串聯(lián)連接，只需將焊接聯(lián)接片按實(shí)際需要切開即可，完全能達(dá)到串聯(lián)連接的目的。圖3示例是焊接聯(lián)接片透視圖，由于焊接聯(lián)接片具有通用性，材質(zhì)是鍍鎳鋼帶或鎳帶，只需按標(biāo)準(zhǔn)支架尺寸開模具沖制而成，大大地簡化了焊接聯(lián)接片開模制備的成本。焊接聯(lián)接片到各電池間由形狀如圖形(12)所示，便利焊接；焊接聯(lián)接片到各單支電池的最小截面面積(14)大小可由電池安全最大電流值大小而定，這樣通過調(diào)整焊接聯(lián)接片到單體電池的截面積大小來調(diào)整單體電池的保護(hù)電流值，相當(dāng)于在模塊電池中串裝了許多過流保護(hù)裝置。在焊接聯(lián)接片設(shè)計(jì)時(shí)只需考慮到上述因素就可有效地提升整個(gè)電池模塊的過流保護(hù)能力。焊接聯(lián)接片依支架上預(yù)埋的8個(gè)金屬螺母(7)孔位置開有相應(yīng)的孔(13)，供模塊組裝聯(lián)接時(shí)讓螺釘(17)通過。
[0027]在支架周邊外形(11)其特征是支架的外形按圓柱電池的排列規(guī)律設(shè)計(jì)確定，支架四周周邊形狀依電池布置外周形狀等距離成形。如果需要在支架左右拼裝，只要將排列在支架左右的支架上下主方向倒置一下，就可與中間支架緊密拼在一起。拼上的電池排列與原支架保持一致，電池間同樣整齊、保持原安全間距，沒有多占空間。所以，用多個(gè)支架上下、左右拼裝，拼成圖案可以保持電池間能等距離，可有效地提高了電池模塊單元的空間利用率。
[0028]圖4是本發(fā)明電池模塊單元示范例兩種不同的平面布置圖，圖中上部是三個(gè)模塊單元并列布置后的平面圖，圖中下部是三個(gè)模塊單元橫向排列布置后的平面圖；兩種不同的布置保持了電池縱向與橫向的整齊，較好地解決了多個(gè)電池的串并聯(lián)布置問題，從中顯示出本發(fā)明的先進(jìn)性、通用性、實(shí)用性。
[0029]為了更一步使本發(fā)明的公開和完整，圖5是本發(fā)明的示范性實(shí)施例的圓柱形9支鋰離子電池模塊單元結(jié)構(gòu)剖析圖。通過圖5可以更清楚地說明，本發(fā)明模塊單元內(nèi)部結(jié)構(gòu)件及在模塊組內(nèi)相互關(guān)系。9支極性方向一致的圓柱形鋰離子電池(I)裝入一對架(2)，通過用4個(gè)固定螺栓(6)將電池在支架內(nèi)固定，電池間有相同的間隔，確保電池間能有效散熱、有安全間隔距離；通過點(diǎn)焊分別將9支電池與焊接聯(lián)接片(3)聯(lián)成一體，形成一個(gè)9支電池并聯(lián)體。上下分別通過8個(gè)螺釘(17)將模塊極性匯流片與支架上的焊接聯(lián)接片(16)平面緊壓聯(lián)通在一起。極性匯流片(16)分別引出了本電池模塊單元的“正”、“負(fù)”極性端。
[0030]圖6是用本發(fā)明組裝的另一個(gè)組合電池模塊實(shí)施例。在本圖中有16個(gè)模塊單元
(20)橫向排列成四排，實(shí)際共有144支單體圓柱形電池并列成一個(gè)電池塊。通過螺釘將電極極性匯流片(16)與模塊單元擰成一個(gè)大容量電池塊。圖中A圖是電池塊的主視圖，B圖是電池塊的側(cè)視圖，C圖是電池塊的透視圖。
[0031]現(xiàn)在參照附圖7采用本發(fā)明的模塊單元組合，描述本發(fā)明怎樣實(shí)現(xiàn)在模塊單元中串聯(lián)聯(lián)接。本實(shí)施例電池模塊是一個(gè)由13支單體電池并聯(lián)后4串的電池組合體。其中有4個(gè)完整的模塊單元(20)，實(shí)行并聯(lián)組裝。而有2個(gè)特別模塊單元(20’ )在支架上分成兩個(gè)區(qū)域各裝4個(gè)不同極性的電池，支架上共同裝上8支，有一個(gè)電池位置空缺；然后用按區(qū)域分割后的焊接連接片與單體電池點(diǎn)焊成兩個(gè)不同極性區(qū)域的特別模塊(20’)。按如圖A要求布置用極性匯流片(16、16’、16a)拼裝成一個(gè)由13支圓柱形電池并聯(lián)然后串聯(lián)成4級的電池模塊。圖中B圖是電池模塊的透視圖。
[0032]圖8是用本發(fā)明實(shí)施例組裝的另一個(gè)組合電池模塊實(shí)施例。圖示中，有4組電池塊最終組裝成如中的電池模塊。一個(gè)電池塊實(shí)際由4個(gè)模塊單元36支圓柱形電池并聯(lián)的電池級經(jīng)三級串聯(lián)由電池性極匯流板及螺釘將各模塊單元串、并聯(lián)連成一個(gè)電池塊。各電池塊通過電極匯流片和螺釘串聯(lián)在一起形成一個(gè)大型電池模塊。本示例實(shí)際是圓柱形鋰離子電池36并12串模塊的電池組合體。
[0033]雖然上面已結(jié)合一些示例性實(shí)施方式對本發(fā)明進(jìn)行了描述，本發(fā)明不限于所披露的實(shí)施方式，本發(fā)明可以有不同的實(shí)施方式，本發(fā)明可以將許多個(gè)通用電池模塊單元通過不同排列組合達(dá)到模塊要求的容量和電壓等級，電池模塊的尺寸可以通過模塊單元的不同排列進(jìn)行調(diào)整，這樣在不同的空間內(nèi)可以設(shè)計(jì)出外形不同的各種通用電池模塊單元。也就是說:圓柱形鋰離子電池先通過本發(fā)明由通用支架組合成相對獨(dú)立的模塊單元，再通過許多通用模塊單元的排列組合，由螺釘將其固定在極性匯流片上，組裝成一個(gè)電池結(jié)合體，它是適用于高配置設(shè)備例如裝有電動機(jī)的設(shè)備或儲能電站用電池模塊的制作。
【權(quán)利要求】
1.一種組裝電池模塊的通用電池模塊單元，其包括多個(gè)單體圓柱形鋰離子電池通過一對設(shè)計(jì)獨(dú)特的支架，由螺栓將其組裝成一個(gè)部件，電池與支架上單體電池極性焊接聯(lián)接片通過點(diǎn)焊將其焊接，支架上有多個(gè)螺孔供電池模塊組裝時(shí)與極性匯流片聯(lián)接組裝成電池模塊。
2.如權(quán)利要求1所述的通用電池模塊單元，其特征在于所述的單體電池極性焊接聯(lián)接片由鍍鎳鋼帶、鎳帶、銅帶、鍍鎳銅帶沖制而成，焊接聯(lián)接片到各單支電池的最小截面積大小由電池安全最大電流值大小而定，通過調(diào)整焊連接片到單體電池的截面面積大小來調(diào)整單體電池的熔斷保護(hù)電流值。
3.如權(quán)利要求1所述的通用電池模塊單元，其特征在于多個(gè)單體圓柱形鋰離子電池按極性方向插入支架預(yù)留的圓孔中，通過電池極性按指定方向插入使模塊單元的極性形成規(guī)律；同極性電池通過單體電池極性焊接聯(lián)接片點(diǎn)焊連接可在模塊單元內(nèi)形成一個(gè)并聯(lián)區(qū)域，兩個(gè)不同極性的電池通過焊接聯(lián)接片點(diǎn)焊可在模塊單元內(nèi)形成一個(gè)串聯(lián)區(qū)域。
4.如權(quán)利要求1所述的通用電池模塊單元，其特征在于通過支架預(yù)留的圓孔間距確保電池間有一個(gè)安全間隔距離。
5.如權(quán)利要求1所述的通用電池模塊單元，其特征在于所述的螺栓是將電池兩端的支架擰緊，構(gòu)造成支撐單體電池的穩(wěn)固結(jié)構(gòu)。
6.如權(quán)利要求1所述的通用電池模塊單元，其特征在于所述的支架利用各電池間的空隙預(yù)埋有金屬螺母，通過螺栓可以將模塊單元上焊接連接片與極性匯流片壓緊形成平面接觸，也可以在模塊制作時(shí)作為其他零部件的固定支點(diǎn)。
7.如權(quán)利要求1所述的通用電池模塊單元，其特征在于可以將許多個(gè)電池模塊單元通過不同排列組合使模塊單元緊密地形成并聯(lián)或串聯(lián)排列在一起，滿足電池模塊的不同容量和電壓等級要求。
8.如權(quán)利要求1所述的通用電池模塊單元，其特征在于不同容量的模塊可以用通用模塊組合。
9.如權(quán)利要求1所述的通用電池模塊單元，其特征在于由于模塊單元與極性匯流片是通過螺栓連接，便利拆裝，一旦組內(nèi)有個(gè)別電池故障可以很方便通過拆解模塊更換模塊單元進(jìn)行維護(hù)修理。
【文檔編號】H01M10/42GK103682479SQ201210367314
【公開日】2014年3月26日 申請日期:2012年9月26日 優(yōu)先權(quán)日:2012年9月26日
【發(fā)明者】唐琛明, 顧凱凱, 茅海忠, 王興威, 黃鐘琪, 邢程, 沈曉彥 申請人:江蘇海四達(dá)電源股份有限公司, 江蘇省新動力電池及其材料工程技術(shù)研究中心有限公司