電池系統的制作方法

專利名稱：電池系統的制作方法
技術領域：
本發明一般地涉及電池和電池系統領域。更特別地，本發明涉及 用于裝配、連接以及調節多個電池(例如電池組或者電池模塊形式) 的系統。
背景技術：
提供在諸如汽車等交通工具中使用的電池組是公知的。例如，鉛 酸電池已經被用于起動、點火和照明。近年來，已經生產了利用電池 組(例如，鎳氫(NiMH)電池)與其它系統(例如內燃機)相結合 來提供交通工具動力的混合動力交通工具。
鋰離子電池組比鎳氫電池組具有更高的電荷密度(即，鋰離子電 池組可以比等效鎳氫電池組更小，同時仍然保持相同的電荷)，因此占 據更小的空間，同時供給基本相似的電力負載。
鋰電池組與鎳氫電池組不同是普遍公知的。在一些應用中，可以 期望獲得鋰電池組的增強動力和/或性能。例如，鋰電池組可以比鎳氫 電池組提供更大的單位功率。然而，應用鋰電池組技術可能存在設計 和工藝的挑戰，該挑戰超出了典型地存在于應用傳統鎳氫電池組技術 中的挑戰。
可以被有益地應用于混合動力交通工具的鋰電池系統的設計和管 理可能涉及諸如電性能監測、熱量管理和廢氣容量(例如，可能是從 電池組電池排出的氣體)等需要考慮的問題。例如，熱量管理對利用 鋰電池系統的交通工具經常是重要的、需要考慮的問題，這是因為高
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溫可能產生危險的情形以及大大減少可用的電池壽命。
典型的混合動力交通工具電池組要求50到150或者更多個與單個 電池組電池或者模塊連接的匯流排。每個匯流排必須被分別安裝或者 固定到組件上面。每個匯流排必須具有帶有端子的導線，該端子通向 檢測每個電池或者模塊電壓等級的連接器。這導致了總共250至750 或者更多個的工件，包括匯流排、螺母、導線和端子。所需要的典 型相對復雜組件和大量部件可能增加制造、細節和維持成本，且可能 阻止制造者和消費者制造或者購買混合動力交通工具。
用于電池組模塊的電池管理系統的元件典型地與電池組模塊分 離。上述典型系統可能使電池系統組件進一步增加復雜度，且還可能 增加將電池管理系統與電池組連接所需要的導線長度。相對長的連接 導線可能引起電子干擾影響因素的導入，該電子干擾影響因素可能干 擾電池管理系統和/或電池系統工作。當電池管理系統典型地不與電池 組模塊組合為一體時，典型的電池管理系統和電池系統還可能難于維 修、保養，和/或替換。
希望提供一種包括一個或者多個鋰電池組或者電池(例如，鋰離 子電池組或者電池)的電池系統。進一步地希望提供一種包括被配置 對其中所包含的電池組或者電池進行冷卻的設計的電池系統。進一步 地希望提供一種組合相對簡單且使用相對小數量工件的電池系統。進 一步地希望提供一種包括與電池系統設置相當緊密接近的電池管理系 統或者模塊的電池系統，這最小化了電池管理系統與電池系統連接必 須的導線長度。進一步地希望提供一種包括與電池系統組合為一體的 電池管理系統的電池系統。
正如那些審閱本發明所公開內容的人所顯而易見的，希望提供一 種滿足任何一個或者多個上述要求或者提供其它有益特征的系統和/ 或方法。所公開內容的教導覆蓋了落入權利要求范圍的那些實施例， 而不管他們是否實現了一個或者多個前述要求。

發明內容
本發明一個典型的實施例涉及電池系統，該電池系統包括多個
電化學電池，每個電化學電池具有至少一個端子；以及多個部件，所 述多個部件連接在一起以形成將電化學電池固定就位的框架，至少一 個部件具有用于接收多個電池的端子的開口。電池管理系統與框架第 一端連接，并且，用于同時向電池和電池管理系統提供冷卻氣體的設 備與框架第二端連接。


圖1是根據典型實施例的電池組件或者模塊的透視圖。
圖2是圖1中所示電池組件或者模塊的平面圖。
圖3A和3B是根據典型實施例的電池組件或者模塊的分解透視圖。
圖4是與圖1中所示電池組件一起使用的支撐梁的透視圖。 圖5A和5B是與圖1中所示電池組件一起使用的外側梁的前、后 透視圖。
圖6A是與圖1中所示電池組件一起使用的兩個相鄰電池的正視圖。
圖6B是與圖1中電池組件一起使用的兩個相鄰電池的平面圖。 圖7A和7B是圖1中所示電池組件的一部分的特寫(dose-up) 透視圖。
圖8是根據另一典型實施例的電池組件的一部分的特寫透視圖。
圖9是根據典型實施例的電池管理系統的主體的透視圖。
圖10A-10D是根據另一典型實施例的電池管理系統的主體的透視圖。
圖IIA是電池組件中電流流動的示意圖。
圖11B是沿著電池組件一個側面的電流流動的示意圖。
圖12A是通過電池組件的氣流的示意圖。
圖12B是通過圖12A中所示電池組件上部空隙的氣流示意圖。 圖12C是圖12A中所示電池之間氣流的示意圖。 圖13A是根據典型實施例用于電池組件的一體成型連接器和引線 的透視圖。
圖13B是圖13A中所示一體成型的連接器和引線沿線13B-13B的 局部截面圖。
圖14A是在沖孔操作后圖14A中所示一體成型的連接器和引線的 透視圖。
圖14B是圖14A中所示沖孔操作后一體成型的連接器和引線沿線 14B-14B的局部截面圖。
圖15A是在注射成型操作后根據典型實施例一體成型的連接器、 引線和梁的透視圖。
圖15B是圖15A所示一體成型的連接器、引線和梁沿線15B-15B
的局部截面圖。
圖16A是根據典型實施例的電池組件的透視圖。
圖16B是圖16A中所示電池組件的端子孔的局部透視圖。
圖17A是根據典型實施例的電池組件的殼體的透視圖。
圖17B是電池組件和其它元件的分解圖。
圖17C和17D是根據另一個實施例的電池組件的平面圖。
圖18是NiMH電池組件的透視圖。
圖19是根據典型實施例的、與圖1中所示電池組件相似的電池組 件的透視圖。
具體實施例方式
在提供電池組組件典型的和可替換的實施例的描述之前，需要指 出的是，在該描述中提及的"前"，"后"，"上"和"下"僅僅用于確 定不同元件在圖中的定向，"前"和"后"是相對于安放電池組組件的 交通工具而言。
對本公開內容來說，術語"連接的"意味著將兩個部件彼此直接 或者間接地結合。上述結合可以實質上是固定的或者實質上是可移動 的。上述結合可以在兩個部件或者兩個部件和任何附加的中間部件被 相互一體成型為單個整體時實現，或者在兩個部件或者兩個部件和任 何附加的中間部件被相互固定時實現。上述結合可以實質上是永久的， 或者實質上是可動的或者可拆卸的。
通常參考圖1-10，示出的是電池組件或者電池模塊20。電池組件 20用來裝配、連接和調節一組電化學電池，且將被設置在交通工具里。 根據典型的實施例，電池組件被安放在托盤或者殼體10中。電池組件 20包括電化學電池或者電池組22、框架30、隔離件60、連接器64、 蓋68、電池管理系統70和螺栓90。電池組件20是可調比例的，且能 夠被延長或者縮短，以通過增加電池數量來適應不同的汽車。
根據典型的實施例，電化學電池22通常是棱柱形的鋰離子電池， 其用于存儲電荷。根據其它的典型實施例，電池可以采取其它形狀或 者形式(例如，橢圓形，圓形，矩形，等等)。根據另外其它的可替換 實施例，電池可以是鎳氫，鎳鎘或者另外其它合適的電化學電池。
雖然附圖中圖示了鋰電池組和電池系統的特定典型實施例，但是 根據不同的其它典型實施例，可以使用各種鋰電池組或者電池系統中 的任何一種。例如，根據不同的典型實施例，單個電池和/或模塊的物 理結構可以根據設計目的和考慮事項來改變，且系統或者模塊中所包 括的電池數量可以不同。
2004年10月28日提交的美國專利申請No. 10/976， 169中示出和
敘述了鋰電池組不同的非專有典型實施例，該專利申請的整個公開內 容在此結合作為參考。正如審閱本公開內容的本領域技術人員所理解， 此處所描述的電池組、模塊和其它特征可以與美國專利申請 No. 10/976, 169結合使用。進一步地，根據設置有包括多個鋰電池組 的模塊或者系統的典型實施例，模塊可以被包括在包含多個任何目前 公知結構或者任何其它未來可能研制結構的鋰電池組模塊的系統中。
圖1示出了根據典型實施例的托盤或殼體10中電池系統、電池組件 或者模塊的透視圖。圖2示出了根據典型實施例的殼體10中電池系統、 電池組件、或者模塊的平面圖。殼體10典型地可以被安裝到的交通工 具后部，比如可以位于行李箱部分內。殼體10可以與交通工具的結構 合為一體，或者可以被安裝到交通工具內。殼體10可以與交通工具輪 廓配合，且給包括框架30的電池系統的各個元件提供穩定性。當框架 30被安裝到殼體10內時，殼體10的表面還可以用作框架30的蓋或者表 面(例如，底蓋，等等)。框架30還為各個元件(諸如強制空氣系統31
和電池管理系統70等)提供分界面。根據其它的不同實施例，電池管 理系統70和/或強制空氣系統31的零件可以用作框架30的端蓋或者部
如圖3A所示，每個電池22包括殼體或者盒體23 (例如罐)、至少一 個負端子24、至少一個正端子25、以及通氣口26。盒體23通常是中空 體，其用作電池22內部元件(例如，陽極，陰極，電解液等等)的容 器，且限定電池22形狀。負端子24是與電池22的陽極或者負電極(未 示出)導電連接的金屬部件(例如，棒，桿，等等)。正端子25是與電 池22的陰極或者正電極(未示出)導電連接的金屬部件(例如，棒， 桿，等等)。通氣口26是假如電池22受損時允許壓力受控減小的元件， 這減少了盒體23破裂的可能性。
如圖3A和3B所示，框架30是提供基座的結構，基座用來連接或者 安裝電池組件20的其它元件。根據典型的實施例，框架30包括蓋32、 端蓋34、外梁40和中心梁36。根據不同的典型實施例，框架30的構件 或者結構用來裝配、間隔、支撐和連接電池22。
蓋32 (平板、帽、罩、遮板，等)通常是保護和基本上密封電池 組件20的頂(例如，頂部，頂面等)且利于氣流通過電池22的扁平部 件。根據典型的實施例，頂蓋32被配置與外梁40相結合，以便頂蓋32 可以用螺栓緊固到外梁40上。頂蓋32還包括用于接收從端蓋34開始延 伸或者貫穿端蓋34的螺栓90的一系列間隔孔隙。根據其它的典型實施 例，頂蓋32可以通過其它方法(例如，搭扣配合，鉚釘，過盈配合) 與外梁40連接，或者可以與一個或多個其它框架元件一體成型。
根據可替換的實施例，蓋32是保護和基本上密封電池組件20的底 (例如，底部，底面，等)、且利于氣流通過電池22的部件。根據其它 的不同典型實施例，可以提供頂蓋和底蓋，頂蓋和底蓋都利于氣流通 過電池22。根據另一個典型實施例，殼體10的表面或者平面可用作電 池組件20的一個或者多個蓋(頂和/或底)，利于氣流通過電池22。
端蓋34 (例如，平板，帽，等)通常是保護電池組件20—個遠端 的扁平部件。根據典型的實施例，端蓋34被配置與外梁40、頂蓋32和 中心梁36相結合，以便端蓋34能夠以在電池22上方和/或下方限定一個
或者多個間隙35 (例如，圖12B中所示)的方式用螺栓緊固到外梁40， 頂蓋32和中心梁36上，以利于氣流在電池22上方和/或下面流動。根據 其它的典型實施例，端蓋34可以通過其它方法(例如，搭扣配合，鉚 釘，過盈配合，等等)與外梁40、頂蓋32和中心梁36連接，或者可以 與一個或者多個其它框架元件一體成型。端蓋34被示出比外梁40短， 但是端蓋34根據電池的排數和/或每排中電池的數量可以比外梁40長。 根據一些不同的典型實施例，端蓋34可以在框架30和強制空氣系統31 之間設置分界面，且可以幫助控制冷卻氣體從強制空氣系統31流向電 池組件20和框架30的各個間隙和元件。
參考圖3A-5B，外梁40通常是細長的部件，該部件給框架30提供剛 度、安置和間隔電池22、約束電池22、支撐電池22、以及允許端子24， 25進入。外梁40包括具有后側43 (例如，內部，電池側，內側，等等) 和前側42 (例如，外部，連接器側，外側，等等)的腹板部41、凸緣 44、凸棱46、導向面48、端子孔50、端子罩52、通氣孔54、通氣口罩 56和孔58。根據典型的實施例，由于框架30的外梁40可以形成或者用 作矩形框架30的側面，所以外梁40可以被認為是側面梁40。
如圖4和5A所示，圖示了根據典型實施例的外梁'40后側43。后側43 通常被配置成幫助支撐電池22和至少協助在電池22之間可控地設置間 隙，以便設置相鄰電池22之間的間隙。相鄰電池之間的間隙允許相鄰 電池間的空氣流動，達到冷卻的目的。圖5B示出了根據典型實施例的 前側42。前側42通常可以配置成提供到伸過端子孔50到電池端子的入 口和/或連接。根據不同的其它典型實施例，梁40后側43和前側42的方 向和形狀，以及其中的元件可以與圖4和5中所示不相同。
凸緣44沿著外梁頂和底的縱向邊緣設置，且通常通過增加彎曲強 度來增加外梁40的剛度。凸棱46是在腹板部41后側43上沿外梁40縱向 軸、且通常沿著頂邊緣和底邊緣、按規則間距間隔的突起物或者延伸 物(例如，凸塊，脊，突起，擋板，等等)。導向面48是在腹板部41 后側43上、且通常與凸棱46—致、以規則間距間隔的表面(例如，斜 面，接入面，斜坡，等等)。凸棱46和導向面48通過將電池22導入相鄰 凸棱46之間的間隙，來對齊和隔開電池22。 一旦電池22由凸棱46和導
向面48接收，端子孔50可以接收電池22的端子24和25。根據不同的其 它典型實施例，凸棱46和導向面48可以被不同地配置，以匹配電池22 的特殊形狀和/或方向。例如，就電池22表面是成角度的或者是圓形的 來說，凸棱和導向面還可以相應地被成形。
端子孔50是沿著外梁40的縱向軸、以通常與凸棱46之間間隔一致
的規則間距間隔的開口 (例如，孔隙，通道，等等)，所述開口用于接 收電池22的端子24， 25，且允許端子24， 25貫穿腹板部41，但防止電 池22的盒體23貫穿腹板部41。根據典型的實施例，端子孔50通常是圓 形的。根據其它的典型實施例，端子孔50可以是橢圓形、正方形、矩 形或者適于接收電池22端子24， 25的任何其它形狀。.端子罩52是腹板 部41前側42上圍繞端子孔50的周邊向外延伸的凸緣(例如，凸棱，護 板，隔離件，等等)，且通常用來保護電池22的端子24， 25以及減少短 路和觸電的可能性。根據典型的實施例，端子罩52部分地圍繞端子孔 50的周邊延伸。根據其它的典型實施例，端子罩52可以整個地圍繞端 子孔50周邊延伸或者多于或少于典型實施例中的圍繞長度。
通氣孔54是沿著外梁40縱向軸、以通常與凸棱46之間的間隔一致 的規則間距間隔的開口 (例如，孔隙、通道，等等)，所述開口被配置 與單個電池22上的通氣口26對齊。根據典型的實施例，通氣孔54通常 是圓形的。根據其它的典型實施例，通氣孔可以是橢圓形、正方形、 矩形或者任何其它形狀。通氣口罩56是在腹板部41前側42上圍繞通氣 孔54周邊向外延伸的凸緣(例如，凸緣，護板，凸塊，等等)，且通常 用來保護通氣口26。根據典型的實施例，外梁40包括多個附加孔58， 附加孔58可以用作線束(例如，緊固件，壓具，等)的開口，以保護 電壓檢測引線。
為了便于外梁40和頂蓋32、端蓋34、電池管理系統70和汽車的連 接，外梁40包括用于接收從頂蓋32、端蓋34、電池管理系統70和交通 工具開始延伸或者貫穿頂蓋32、端蓋34、電池管理系統70和交通工具 的螺栓的一系列間隔孔隙。根據其它實施例，外梁40可以通過其它方 法(例如，搭扣配合，鉚釘，過盈配合)與其它元件連接。
中心梁36通常是給框架30提供剛度、且安置和間隔電池22的細長
部件。根據典型的實施例，中心梁36包括腹板部37，'凸緣部分38和凸 棱39。腹板部37通常是扁平體，且用作中心梁36的主體。凸緣部分38 包括從腹板部37任意側開始延伸的凸緣，且圍繞腹板部37的周邊延伸。 根據典型的實施例，凸緣部分38包括單個連續凸緣。根據其它的典型 實施例，凸緣部分可以包括多個連續凸緣或者不連續凸緣。凸棱39是 在腹板部37兩側上沿著外梁的縱向軸以規則的間距間隔的突出物(例
如，凸塊，脊，突起，擋板，等等)，所述突出物通常沿著頂和底邊緣。 凸棱39可以用于定位，支撐和間隔電池22。
為便于中心梁36與端蓋34和電池管理系統70的連接，中心梁36包
括用于接收從端蓋和電池管理系統開始延伸或者貫穿端蓋和電池管理 系統的螺栓的一系列間隔孔隙。根據其它的典型實施例，中心梁可以 包括附加孔隙，以便于將中心梁與其它元件(例如，頂平面，汽車， 等等)連接。根據另外其它的實施例，中心梁可以道過其它方法(例 如，搭扣配合，鉚釘，過盈配合)與其它元件連接。
參考圖6A和6B，分別示出了根據典型實施例、供電池系統使用的 兩個相鄰電池的正視圖和俯視圖。電池系統可以使用位于相鄰電池22 之間的隔離件，且可以協助電池22的被控空間和穩定性，同時利于相 鄰電池之間的空氣流動。隔離件60是包括腹板部61和多個肋62的部件 或者零件，用來隔離和允許相鄰電池22之間諸如空氣等的冷卻氣體的 流動。腹板部61通常是扁平、很薄的主體。肋62是從腹板部61兩側向 外延伸的主體(例如，凸棱，凸緣，脊，等等)。隔離件60以下述方式 位于相鄰電池22之間，即，允許相鄰電池22之間的空氣流通過相鄰肋 62之間通道。根據其它的典型實施例，可以改變肋的間隔和尺寸，這 改變了通道尺寸和數量以及相鄰電池之間的間隙。，
參考圖3A, 3B和7A，連接器64通常是用來連接相鄰電池22的端子、 且允許電流在相鄰電池22之間流動的部件或者零件。連接器64具有用 來允許電池22的端子24, 25部分地或者全部地延伸至連接器64內的開 口，且包括一對端子65和絕緣體66。端子65接收端子24， 25，且由連 續的主體組成或者用其它的方法連接，以允許電流在端子65之間流動。 絕緣體66是不導電材料(例如，聚氯乙烯(PVC)，丙烯腈-丁二烯-苯乙
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烯共聚合物(ABS)，等等)、且圍繞端子65。絕緣體66減小了觸電的可 能性。根據典型的實施例，連接器64扣合在電池22的端子24， 25上。 根據其它的典型實施例，電池可以利用螺栓和匯流排或者任何其它合 適的電子連接器連接。根據另外的其它典型實施例，電池可以利用在 外梁中安裝或者成形的連接器來連接。
蓋68通常是保護負端子24、正端子25和任何其它高壓導線和連接
器的長扁平部件，且通常用來減少觸電的可能性。
參考圖l， 2， 3， 7A，7B和8，設置電池管理系統70去控制電池系統 的各個方面。例如，電池管理系統70可以起控制系統中單個電池22電 量和充電率的作用。電池管理系統70可以包括用于控制上述功能的各 種電路和軟件。電池管理系統的特殊結構可以根據不同的典型實施例 改變，且可以包括用于控制和監測電池系統各個方面的多種特征中任 何一種。
根據典型的實施例，電池管理系統70包括主體7'2 (例如，殼體、 盒體、容器，等等)、分流端子(shunt terminal) 74、分流連接器75、 電纜連接器83、高壓連接76和低壓連接78。主體72在端蓋34對面用作 電池組件20端部的端蓋，且安放電池管理系統70的所有內部元件(例 如，電路，存儲器，等等)。圖9和10A-10D中示出了電池管理系統主體 的不同典型實施例。
分流端子74提供用于電池組件20電流分流的連接點。根據典型的 實施例，分流端子74位于與連接器64—致的主體端部上。分流連接器 75將分流端子74和端子24， 25連接，且用來從端子24， 25向支路傳送 電流。根據另一個典型實施例，分流端子74可以位于電池組件20對面 的主體72端部上。電纜連接器83用于提供輸出電纜的端子(例如，環 形端子，具有保護罩的快速連接，等等)。高壓連接76接收高壓檢測引 線，該引線是便于收集單個電池電壓測量值和其它電測量值的導體部 件(例如，線，導線，帶，導管，等等)。低壓連接78接收低壓引線。
通常參考圖，根據典型的實施例，電池管理系統70被配置與外梁 40，頂蓋32以及中心梁36配合，以便電池管理系統70能夠以在電池22 上面和/或下面服定一個或者多個間隙35的方式、用螺栓緊固到外梁
40、頂蓋32和中心梁36上，以利于電池22上方的空氣流動。根據其它 的典型實施例，電池管理系統70可以通過其它方法(例如，搭扣配合， 鉚釘，過盈配合，等等)與外梁40、頂蓋32和中心梁36連接。根據典 型的實施例，電池管理系統70是雙電平(dual-level)系統。根據其 它典型實施例，電池管理系統可以是單電平(single level)系統。 根據另外的其它典型實施例，電池管理系統可以具有高壓連接器、低 壓連接器、分流連接器和電纜連接器的可替換位置和方向。
參考圖11A，示出了根據典型實施例的、通過電池系統的電流流動 示意圖。通過交通工具電源系統界面lll,可以輸出電流至交通工具的 其它部分，且接收來自交通工具其它部分的電流。電流可以流過裝配 在框架中的多個電池和電池管理系統70。參考圖11B，示出了根據典型 實施例、沿著電池組件一側的電流流動的示意圖。假如電池被按照例 如如圖6B所示的電池進行排列，其中，端子25和24在相鄰電池中反向 排列，電流將從正端子向負端子流過相鄰電池，等等。根據不同的典 型實施例，電池的方向和通過電池的電流流動可以與圖11A和11B所示 不相同。
現在參考圖12A， 12B和12C，示出了諸如空氣等氣體流過電池組件 的示意圖。根據典型的實施例，空氣由源(圖示為強制空氣系統31的風 扇)提供給電池組件20。根據典型的實施例，空氣被強制進入電池22 上方的間隙35，且在電池22之間向下通過由隔離件60的肋62限定的通 道。根據其它的典型實施例，空氣可以被強制進入電池22下方的間隙 35，且在電池22之間向上通過由隔離件60的肋62限定的通道。雖然強 制空氣系統31被示為具有風扇的強制空氣系統，但是強制空氣系統可 以具有過去、現在或者將來能夠向電池組件提供冷卻氣體的任何類型 或者設計。圖12A圖示了利用由框架結構在電池22上方和/或下方所產 生的間隙，強制空氣被設置沿著框架和梁的縱向軸通過兩排電池22。 圖12B圖示了空氣被強制進入由頂蓋和外梁連接在電池22上方所產生 的間隙。最初在電池22上方流動的空氣(例如，圖12B中所示)可以進 一步地通過由框架在電池22之間和下方產生的間隙在電池22之間和電 池22下方向下流動。圖12B還圖示了與頂蓋32相似的、可以連接或者固示了在電池22上方或者下方流動的空氣可 以流入由電池系統的結構(例如，凸棱39、凸棱46、導引物48、孑L50、 隔離件60，等等)在電池22之間產生的每個間隙。
現在參考圖13-16以及根據另一個典型實施例，示出了梁80。梁80 通常是給框架30提供剛度、安置和間隔電池22的細長部件。梁80還提 供帶一體成型連接器87的導電路徑。根據一個的典型實施例，梁80包 括腹板部82、凸緣84、凸棱85、通氣孔86、連接器87、引線88和引線 孔89。
梁80可以通過注射成型工藝來成形或者構造。圖13-15中部分地示 出了根據典型實施例的用于所述工藝的可能模具。圖13A示出了用于外 梁前側(例如，電池對面的側面，等等)的可能模具的透視圖。圖13A 示出了與連接器87—體成形的傳導路徑以及引線88如何利用注射成型 嵌入或者一體成形在梁中。圖13B示出了在梁80內部最終形成引線孔的 模具空間上的引線88的特寫透視圖。圖14A和14B示出了彎曲或者安裝 到在梁80內部最終形成引線孔的模具空間內的引線88的透視圖和特寫 透視圖。
圖15A示出了根據典型實施例的、安放在圖13-14中所示注射模內 部的模制梁80后側。凸緣84沿著梁80頂和底的縱向邊緣設置，且通常 通過增加彎曲強度來增加梁80的剛度。凸棱85是在腹板部82上沿梁80 的縱向軸、且通常是沿著腹板部82的頂和底邊緣、以規則的間距間隔 的突出物(例如，凸塊，脊，突起，擋板，等等)，且凸棱85通過將電 池22導入相鄰凸棱85之間的間隙，來將電池22排成一條直線且間隔。 通氣孔86是沿著梁80縱向軸、以通常與凸棱85之間的間隙一致的規則 間距間隔的開口，該開口用于使單個電池22通風。根據典型的實施例， 通氣孔通常是圓形的。根據其它的典型實施例，通氣孔可以是橢圓形， 正方形，矩形，或者任何其它形狀。
連接器87通常是薄且扁平的金屬部件或者零件，其用來連接相鄰 電池22的端子24， 25，且允許電流在相鄰電池22之間流動。連接器87 具有用來允許電池22端子24， 25通過連接器87的孔。圖15B示出了連接 器87和凸棱85的特寫剖開透視圖。連接器87通常設置在相鄰的平行凸
棱85之間。根據不同的其它典型實施例，凸棱85和連接器87可以被不 同地定向或者間隔，且可以具有其它的形狀和類型。
圖16A示出了根據典型實施例的安裝到具有交替的正和負端子的 多個電池上的圖15A的梁。多個電池由梁后側接收，且由圖15A中所示 腹板部和凸棱85間隔和支撐。電池的端子被顯示通過連接器的孔。圖 16B示出了圖15A的梁、以及特殊的引線孔89和引線88的透視特寫圖。
引線88是便于收集單個電池22的電壓測量值和其它電測量值的導 體部件或者零件(例如，線，導線，帶，導管，等等)。根據典型的實 施例，連接器87和引線88預先壓制和安裝到注射模(例如，諸如圖 13A-15B所示的模具，等等)中。梁主體(例如，腹板部、凸緣、凸棱， 等等)由注射成型工藝成形，且圍繞連接器87和引線88。引線孔89是 形成通道且允許多個引線88立即被接入(例如，利用多針連接器)的 開口。為了便于梁與頂蓋、端蓋、電池管理系統和交通工具的連接， 梁可以包括用于接收從頂蓋、端蓋、電池管理系統和交通工具開始延 伸或者貫穿頂蓋、端蓋、電池管理系統和交通工具的螺栓的一系列間 隔孔隙。根據其它的實施例，梁可以通過其它合適的方法(例如，搭 扣配合，鉚釘，過盈配合，等等)與其它元件連接。
根據另一個典型實施例，連接器87和引線88可以不是預壓制構件。 連接器87可以由在注射成型工具中成形(例如，被分離成多個連接器， 沖壓成端子孔，等等)的一條金屬來形成。根據本實施例，引線88與 連接器87不一體成型。
現在參考圖17A和17B，示出了根據典型實施例的電池組件和其它 元件向殼體10內的安裝。如圖17A所示，殼體10可以'包括底部分171， 該底部分可以用作電池系統框架的底蓋和/或可以用其它的方法固定 到電池系統框架的底上。殼體10通常可以被成形為與其內安裝有盒體 的汽車的一部分配合。參考圖17B和17C，示出了根據其它典型實施例 的殼體10中電池組件20。如圖17B-17D所示，根據不同的典型實施例， 電池組件20中超過一個側面可以包含電池管理系統元件和/或強制空 氣元件。
參考圖18和19，分別示出了NiMH電池管理系統和鋰離子電池管理
系統的典型實施例。與NiMH電池相比，鋰離子電池更大的電荷密度允 許鋰離子電池組件比同等的NiMH電池組件占用更少的空間。
審閱本公開內容的那些人需要理解的是，利用此處所示和所描述 的典型實施例，可以包括各種有益特征。例如，因為電池管理系統被 設置緊密接近(例如，連接)電池系統或者模塊，所以電池系統或者 模塊可以相對容易和簡單地被安裝，且被設置在交通工具里(在交通 工具中安裝之前或者模塊被安裝到交通工具內之后，通過將電池管理 系統和模塊連接，電池系統可以被預組合)，同時使用更少的材料(例 如，將電池管理系統連接到電池組模塊所要求的導線長度比假如電池 管理系統被設置在交通工具內的任何地方更短)。
另外，因為電池管理系統被設置鄰近或者接觸電池系統或者模塊， 所以用于冷卻電池系統電池的冷卻氣體(例如，空氣)還可以被用于 冷卻電池管理系統(例如，在電池上方經過的空氣可以在至少一部分 電池管理系統上輸入)。進一步地，電池管理系統的殼體可以通過其中 的附件提供用于電池系統的結構剛度。
電池系統或者模塊的構造還是這樣諸如空氣等的氣體可以通過 電池系統的相鄰電池(即，設置隔離件和其它結構，以在相鄰電池之 間設置間隙，允許空氣流過電池)。
根據任何典型的實施例，電池系統或者模塊包括被布置為背靠背 排列的兩排的多個電池(例如，在端子朝向外面的時候)。電池與框架 連接，且框架在每排電池的上方或者下方形成空氣間隙。利用間隔零 件在相鄰電池之間保持縫隙。空氣被強制進入通過電池上方，下方和 中間的空氣縫隙和間隙，去除過多的熱量。其它的典型實施例可以包 括更多或者更少排數的電池。
根據任何的典型實施例，電池管理系統進行如下配置允許電池
管理系統被用作電池組或者框架一端的蓋，這簡化7組件，減少了連
接電池管理系統和電池組所必須的導線長度，且允許電池管理系統接 收一部分冷卻氣體流。
雖然附圖中所圖示和以上所描述的典型實施例目前是優選的，但 是需要理解的是，上述實施例僅僅作為示例被提供。因此，本發明不
限制在特定實施例中，而是延伸至仍然落入所附權利要求范圍內的不 同修改方式。任何工藝或者方法的次序或者順序可以根據替換的實施 例改變或者重新排序。
重要的是指出，在不同的典型實施例中所示出的電池系統和/或電 池組件的結合和布置僅僅是說明性的。例如，單個構件可以替換兩個 構件，多個構件或者所有框架元件，且可以進一步地通過減少勞動和 工件來簡化組件。雖然在本公開內容中僅僅詳細描述了本發明的一些 實施例，但是審閱本公開內容的本領域技術人員容易理解的是，許多 修改是可能的(例如，各種零件的大小、尺寸、結構、形狀和比例， 參數值，安裝布置，使用材料，顏色，排列，等等的改變)，而本質上 不脫離權利要求所敘述的主題的新穎性教導和優點。例如，示為一體 成型的零件可以由多個部分或者零件來構造(例如，電池管理系統， 連接器，梁，等等)，零件的位置可以翻轉或者以其它方式改變(例如， 電池的排列)，且離散零件或者位置的種類和數量可以被修改或者改變 (例如，可以使用更多或者更少的電池，根據需要和/或不同車輛的間 隔約束)。因此，所有上述的修改都有意在所附權利要求所限定的本發 明范圍內所包括。任何工藝或者方法步驟的次序或者順序可以根據可 替換實施例被改變或者重新排序。其它的替代方式，修改方式，改變 和省略可以在不同典型實施例的設計、運行環境和布置中使用，而不 脫離所附權利要求表述的本發明范圍。
權利要求
1.一種電池系統，其包括多個電化學電池，每個電化學電池具有至少一個端子；多個部件，所述多個部件連接在一起以形成將電化學電池固定就位的框架，至少一個部件具有用于接收多個電池的端子的開口；與框架第一端連接的電池管理系統；以及與框架第二端連接、用于同時向電池和電池管理系統提供冷卻氣體的設備。
2. 如權利要求l所述的電池系統，其特征在于，框架第二端被布 置成與框架的第一端相對。
3. 如權利要求l所述的電池系統，其特征在于，形成框架的至少 一個部件包括用于隔開多個電池以利于電池之間的冷卻氣體流動的特 征。
4. 如權利要求3所述的電池系統，其特征在于，所述特征包括在 相鄰電池之間提供空隙的多個肋。
5. 如上述權利要求中任何一個所述的電池系統，其進一步地包括-設置在相鄰電池之間的間隔零件，為冷卻氣體在電池之間運動提供空 隙。
6. 如權利要求5所述的電池系統，其特征在于，間隔零件包括允 許冷卻氣體在相鄰電池之間流動的腹板部和多個肋。
7. 如上述權利要求中任何一個所述的電池系統，其特征在于，電 池管理系統包括殼體且用作框架的端蓋。
8. 如上述權利要求中任何一個所述的電池系統，其特征在于，系 統被設計成使得通過電池的冷卻氣體入射到電池管理系統的至少一部 分上。
9. 如上述權利要求中任何一個所述的電池系統，其進一步地包括: 多個連接器，每個連接器包括利于相鄰電池的端子之間電流流動的導 體零件，以及至少部分圍繞導體零件的絕緣體。
10. 如權利要求9所述的電池系統，其特征在于，連接器被設計成扣合在部分電池端子上。
11. 如權利要求9或IO所述的電池系統，其特征在于，連接器一 體地形成在框架的所述至少一個部件內，所述至少一個部件具有用于 接收電池端子的開口。
12. 如權利要求9至11中任何一個所述的電池系統，其特征在于， 連接器與至少部分地和框架的所述至少一個部件一體的引線連接，所 述至少一個部件具有用于接收電池端子的開口。
13. 如權利要求12所述的電池系統，其特征在于，引線是電壓檢 測線。 .
14. 如上述權利要求中任何一個所述的電池系統，其特征在于， 多個電池背靠背地布置為兩排，端子朝外，每排由具有端子孔的外部 部件來接收，并且框架進一步地包括在兩排電池之間的中心部件。
15. 如上述權利要求中任何一個所述的電池系統，其進一步地包 括至少一個與框架連接的蓋，用于限定冷卻空氣流動的間隙。
16. 如上述權利要求中任何一個所述的電池系統，其特征在于， 用于提供冷卻氣體的設備包括風扇。
17. 如上述權利要求中任何一個所述的電池系統，其特征在于， 電化學電池是鋰離子電池。
全文摘要
電池管理系統包括多個電化學電池，每個電化學電池具有至少一個端子，以及多個部件，其連接在一起以形成將電化學電池固定在合適位置的框架。至少一個部件包括用于接收多個電池端子的開口。電池管理系統與框架第一端連接，以及設備與框架第二端連接，用于同時向電池和電池管理系統提供冷卻氣體。
文檔編號H01M10/42GK101361208SQ200780001567
公開日2009年2月4日 申請日期2007年1月3日 優先權日2006年1月3日
發明者D·B·特雷斯特, G·P·霍欽-米勒, S·J·伍德 申請人:約翰遜控制技術公司