CN103682479B - 一种通用电池模块单元 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种圆柱形锂离子电池模块组合单元，其包括多个单体圆柱形锂离子电池通过支架由螺钉固定，支架确保电池间有安全间隔距离，单体电池与焊接联接片通过焊接形成一个并联体。支架上的多个螺孔供电池模块组装时与正(负)极极性汇流片形成紧密的平面接触联接成一体。焊接连接片材质由镀镍钢带、镍带、铜带、镀镍铜带冲制而成，截面面积大小由电池安全最大电流值大小而定。多个电池模块单元通过不同排列组合组合成不同容量和电压等级各种电池模块。模块拆装、维修、更换更方便，模块单元适用于带动电动机或储能电站的大容量电池模块应用领域。

Description

一种通用电池模块单元

【技术领域】

本发明涉及一种圆柱形锂离子电池模块组合单元，是涉及到在大容量电池模块组装中，用多个一定数量的圆柱形锂离子电池通过固定支架支撑而组合成通用模块单元，然后将通用模块单元按模块设计要求组装成适用于能带动电动机或储能电站的大容量电池应用领域。

【背景技术】

电池模块是按使用要求，通过对单体电池的串、并联组合，配备相应的控制保护元器件组装而成，这样便利安装、维护，能满足电池组的使用要求。锂离子电池是一种先进的化学储能装置，具有比能量高，循环寿命长和对环境友好等显著优点。之前主要用于通信领域，近年由于高功率锂电技术的突破，锂离子电池组已在纯电动大巴、大型储能电站方面得到应用。常用的锂离子电池型号包括方形和圆柱形电池，随着应用领域的不断扩大，需要电池的容量越来越高，使用的电压也越来越高，更多的单体电池需要串、并联使用，目前大多采用模块化设计。

通常的电池模块制作是先按设计要求选取总值达额定容量的单体电池个数，设计专用的支架等结构件将各支电池固定，电池的正负极通过电池块正负极汇流片先并联连接形成一个整体电池块，然后将其按模块设计要求的串联级数通过各电池块正、负极极性汇流片连接使之串联。由于电池组不同的用途要求，串、并数量有很大的差异，在电池组设计时常遇到需对许多种的电池组结构件进行设计，制作时许多零件的加工需用开模具制作，增加了许多制造成本、也延长了加工时间。

【发明内容】

本发明的目的是提供一种圆柱形锂离子电池模块使用的通用电池模块单元，可以通过不同数量的电池模块单元串、并联组合，很方便地组装成满足要求的各规格型号电池模式的使用，大大简化了电池模块的设计组装工作；同时可以对已装好的电池模块进行拆开更换个别电池，便利维修、维护。

所以，本发明其特征是提供一种组装电池模块的基本电池模块单元，其包括多个单体圆柱形锂离子电池通过一对外形设计独特的通用支架，将其组装成一个部件。两个通用支架通过螺钉将各个电池拉紧固定，各支架面上贴上单体电池极性焊接联接片通过点焊将其焊接形成一个并联体。支架上有多个螺孔供电池模块组装时与正(负)极极性汇流片联接或在模块制作时用于与其它零件的固定。通过对模块单元不同排列组合，可很方便地将圆柱形锂离子电池组合成各种规格的电池模块。

模块单元，是由多个单体圆柱形锂离子电池***外形尺寸特殊的支架预留的圆孔中，支架所开的定位孔确保电池间有一个安全间隔距离，通过电池极性按指定放置使模块单元的极性形成一定的规律，同极性电池通过单体电池极性焊接联接片点焊连在一起形成模块单元内的并联区域。不同极性的电池通过焊接联接片点焊形成一个在模块单元内的串联区域。

焊接联接片材质由镀镍钢带、镍带、铜带、镀镍铜带冲制制成，焊接联接片到各单支电池的最小截面积大小可由电池安全最大电流值大小而定，这样通过调整焊接联接片到单体电池的截面积大小来调整单体电池的保护电流值，相当于在电池模块中串装了许多过流保护装置，可有效地提升整个电池模块的过流保护能力。

本发明使用的外形尺寸特殊的支架其特征是支架的外形按圆柱形电池的排列规律设计确定，支架内电池等距离布置，电池间距离由电池间需要的安全距离来确定，支架上下对称，不需特别辨认方向。四周周边形状依电池布置外周等距离而定。所以，多个支架左右、上下拼装可以保持各电池间还能等距离，有效地提高了电池模块单元的空间利用率。支架材质是由绝缘体材料构成。利用各电池间的空隙在支架上预埋了金属螺母，可以将模块单元上焊接联接片与极性汇流片压紧形成可靠连接，也可以在模块制作时作为其他零部件的固定支点。

本发明可以将许多个电池模块单元通过不同排列组合达到模块设计要求的容量和电压等级，电池模块的尺寸可以通过模块单元的不同排列进行调整，这样在不同的空间内可以设计出外形不同的各种电池模块。也就是说：圆柱形锂离子电池先通过本发明由支架组合成相对独立的模块单元，再通过许多模块单元的排列组合，由螺钉将其连接在极性汇流片上，组装成一个电池模块结合体，适用于带动电动机或储能电站的大容量电池模块。

本发明的特征还在于由于模块单元与极性汇流片是通过螺栓连接，便利拆装。由于采用通用设计理念，模块单元上使用的零件通用性好，一旦组内有个别电池故障可以很方便更换模块单元进行维护修理。这样大大地提高了维修效益，降低了维护成本。

【附图说明】

通过下列实施例组图进行描述会对本发明的说明变得更加清楚和容易理解。其中：

图1是本发明的示范性实施例的9支圆柱形锂离子电池模块单元透视图。

图2是本发明实施例9支圆柱形锂离子电池支架透视图。

图3是本发明电池模块单元示范性实施例电池极性焊接联接片透视图。

图4是本发明电池模块单元示范性实施例两种不同排列的平面图(图4A为并列排列、图4B为横向排列)。

图5是本发明的示范性实施例的9支圆柱形锂离子电池模块单元结构示意图。

图6是本发明的示范性实施例16个模块单元144支单体电池组装成的并联电池模块图(图6A是电池块的主视图，图6B是电池块的侧视图，图6C是电池块的透视图)。

图7是本发明的示范性实施例13个电池并联3级串联组装的电池模块图(图7A是电池模块的主视图，图7B是电池模块的透视图)

图8是本发明的示范性实施例由四个3级串联电池块组装的储能用电池模块图。

符号说明：

1锂离子电池，2通用支架，3联接片，4螺栓孔，5螺母孔，6螺栓，7螺母，8、13孔，9圆柱固定孔，10通孔，11指支架周边外形，12指焊接联接片到各电池间的形状，14指单支电池的最小截面面积，16极性汇流片，17螺钉，20模块单元，20’特别模块。

【具体实施方式】

现在将结合参照附图通过示例更全面地描述本发明，提供这些实施方式是为了使公开充分和完整，并将本发明的构思全面地告知本领域技术人员。当然，本发明可以有不同的实施方式，而且不应解释为受到在此提到的一些实施方式限制，在这些附图中，为了清楚地说明，没有标明具体的尺寸。图中相同功能的零部件的标号始终相同。

图1是本发明的示范性实施例的9支圆柱形锂离子电池模块单元(20)结构透视图。其示例在图中示出，9支圆柱形锂离子电池(1)通过通用支架(2)使其并列固定在一起。本发明中一个模块单元中使用2个通用支架(2)，支架的外形设计独特，在2个支架设计时外形尺寸结构完全相同，相互对称，可以任意转换互用，实现通用。支架上有9个分布均匀的固定孔(9)，孔的大小正好***圆桩形电池外壳、松紧适当。各电池间间距均等，间距按锂离子电池使用安全距离设置。

在支架上依模块设计要求***电池，当制成的模块单元是要将电池并联，则***电池(1)时认准电池同极性方向；如在支架上需要形成串联区域，则在***电池(1)时需认准极性方向，将电池按正确的极性方向***支架上。示例图1中装上支架的电池可需要将各支电极的极性联接在一起，连接的形式有多种。通过电池极性按指定放置使模块单元的极性形成一定的规律，同极性电池通过单体电池极性焊接联接片(3)点焊连接形成模块单元内的并联区域。不同极性的电池通过焊接联接片点焊形成一个在模块单元内的串联区域。

图2是根椐本发明实施例设计的一对通用支架透视图，支架左右完全对称，上下两架完全相同，不需特别认准确定方向，所以通用性特强。支架上有9个分布均匀的圆柱孔(9)供电池***定位，圆柱孔(9)底部开有通孔(10)供放置焊接联接片与电池极性端焊接用。支架材质是由绝缘体材料构成，有利在支架组装各种零售配件，同时也有利保证不同电池极性间的绝缘。在支架上利用各电池间的空隙预埋了8个金属螺母(7)，该螺母可以通过螺钉(17)将模块单元上焊接联接片与极性汇流片压紧形成可靠连接，也可以在模块制作时作为其他零部件的固定支点。在支架靠近上下边处有对称供两支架固定螺栓(6)使用的螺栓孔(4)和预埋螺母的孔(5)；在支架内圆弧处预开了2孔(8)供组装时插插销使用。

焊接联接片(3)形状设计由支架形状和电池串、并联形式而定。定型支架可将焊接联接片定型，如遇需要串联连接，只需将焊接联接片按实际需要切开即可，完全能达到串联连接的目的。图3示例是焊接联接片透视图，由于焊接联接片具有通用性，材质是镀镍钢带或镍带，只需按标准支架尺寸开模具冲制而成，大大地简化了焊接联接片开模制备的成本。焊接联接片到各电池间由形状如图形(12)所示，便利焊接；焊接联接片到各单支电池的最小截面面积(14)大小可由电池安全最大电流值大小而定，这样通过调整焊接联接片到单体电池的截面积大小来调整单体电池的保护电流值，相当于在模块电池中串装了许多过流保护装置。在焊接联接片设计时只需考虑到上述因素就可有效地提升整个电池模块的过流保护能力。焊接联接片依支架上预埋的8个金属螺母(7)孔位置开有相应的孔(13)，供模块组装联接时让螺钉(17)通过。

在支架周边外形(11)其特征是支架的外形按圆柱电池的排列规律设计确定，支架四周周边形状依电池布置外周形状等距离成形。如果需要在支架左右拼装，只要将排列在支架左右的支架上下主方向倒置一下，就可与中间支架紧密拼在一起。拼上的电池排列与原支架保持一致，电池间同样整齐、保持原安全间距，没有多占空间。所以，用多个支架上下、左右拼装，拼成图案可以保持电池间能等距离，可有效地提高了电池模块单元的空间利用率。

图4是本发明电池模块单元示范例两种不同的平面布置图，图中上部是三个模块单元并列布置后的平面图，图中下部是三个模块单元横向排列布置后的平面图；两种不同的布置保持了电池纵向与横向的整齐，较好地解决了多个电池的串并联布置问题，从中显示出本发明的先进性、通用性、实用性。

为了更一步使本发明的公开和完整，图5是本发明的示范性实施例的圆柱形9支锂离子电池模块单元结构剖析图。通过图5可以更清楚地说明，本发明模块单元内部结构件及在模块组内相互关系。9支极性方向一致的圆柱形锂离子电池(1)装入一对架(2)，通过用4个固定螺栓(6)将电池在支架内固定，电池间有相同的间隔，确保电池间能有效散热、有安全间隔距离；通过点焊分别将9支电池与焊接联接片(3)联成一体，形成一个9支电池并联体。上下分别通过8个螺钉(17)将模块极性汇流片与支架上的焊接联接片(16)平面紧压联通在一起。极性汇流片(16)分别引出了本电池模块单元的“正”、“负”极性端。

图6是用本发明组装的另一个组合电池模块实施例。在本图中有16个模块单元(20)横向排列成四排，实际共有144支单体圆柱形电池并列成一个电池块。通过螺钉将电极极性汇流片(16)与模块单元拧成一个大容量电池块。图中A图是电池块的主视图，B图是电池块的侧视图，C图是电池块的透视图。

现在参照附图7采用本发明的模块单元组合，描述本发明怎样实现在模块单元中串联联接。本实施例电池模块是一个由13支单体电池并联后4串的电池组合体。其中有4个完整的模块单元(20)，实行并联组装。而有2个特别模块单元(20’)在支架上分成两个区域各装4个不同极性的电池，支架上共同装上8支，有一个电池位置空缺；然后用按区域分割后的焊接连接片与单体电池点焊成两个不同极性区域的特别模块(20’)。按如图A要求布置用极性汇流片(16、16’、16a)拼装成一个由13支圆柱形电池并联然后串联成4级的电池模块。图中B图是电池模块的透视图。

图8是用本发明实施例组装的另一个组合电池模块实施例。图示中，有4组电池块最终组装成如中的电池模块。一个电池块实际由4个模块单元36支圆柱形电池并联的电池级经三级串联由电池性极汇流板及螺钉将各模块单元串、并联连成一个电池块。各电池块通过电极汇流片和螺钉串联在一起形成一个大型电池模块。本示例实际是圆柱形锂离子电池36并12串模块的电池组合体。

虽然上面已结合一些示例性实施方式对本发明进行了描述，本发明不限于所披露的实施方式，本发明可以有不同的实施方式，本发明可以将许多个通用电池模块单元通过不同排列组合达到模块要求的容量和电压等级，电池模块的尺寸可以通过模块单元的不同排列进行调整，这样在不同的空间内可以设计出外形不同的各种通用电池模块单元。也就是说：圆柱形锂离子电池先通过本发明由通用支架组合成相对独立的模块单元，再通过许多通用模块单元的排列组合，由螺钉将其固定在极性汇流片上，组装成一个电池结合体，它是适用于高配置设备例如装有电动机的设备或储能电站用电池模块的制作。

Claims (8)

1.一种组装电池模块的通用电池模块单元，其包括多个单体圆柱形锂离子电池通过一对设计独特的支架，由螺栓将其组装成一个部件，电池与支架上单体电池极性焊接联接片通过点焊将其焊接，支架上有多个螺孔供电池模块组装时与极性汇流片联接组装成电池模块；

多个单体圆柱形锂离子电池按极性方向***支架预留的圆孔中，通过电池极性按指定方向***使模块单元的极性形成规律；同极性电池通过单体电池极性焊接联接片点焊连接可在模块单元内形成一个并联区域，两个不同极性的电池通过焊接联接片点焊可在模块单元内形成一个串联区域。

2.如权利要求1所述的通用电池模块单元，其特征在于所述的单体电池极性焊接联接片由镀镍钢带、镍带、铜带、镀镍铜带冲制而成，焊接联接片到各单支电池的最小截面积大小由电池安全最大电流值大小而定，通过调整焊连接片到单体电池的截面面积大小来调整单体电池的熔断保护电流值。

3.如权利要求1所述的通用电池模块单元，其特征在于通过支架预留的圆孔间距确保电池间有一个安全间隔距离。

4.如权利要求1所述的通用电池模块单元，其特征在于所述的螺栓是将电池两端的支架拧紧，构造成支撑单体电池的稳固结构。

5.如权利要求1所述的通用电池模块单元，其特征在于所述的支架利用各电池间的空隙预埋有金属螺母，通过螺栓可以将模块单元上焊接连接片与极性汇流片压紧形成平面接触，也可以在模块制作时作为其他零部件的固定支点。

6.如权利要求1所述的通用电池模块单元，其特征在于可以将许多个电池模块单元通过不同排列组合使模块单元紧密地形成并联或串联排列在一起，满足电池模块的不同容量和电压等级要求。

7.如权利要求1所述的通用电池模块单元，其特征在于不同容量的模块可以用通用模块组合。

8.如权利要求1所述的通用电池模块单元，其特征在于由于模块单元与极性汇流片是通过螺栓连接，便利拆装，一旦组内有个别电池故障可以很方便通过拆解模块更换模块单元进行维护修理。