电池组论文和设计

全文摘要

用于渗入流体期间的电池组保护的布置。电池组包括外壳，端子块，以及支撑在外壳中的核心电池组件。核心电池组件包括核心外壳，被支撑在核心外壳中的多个电池单元，将多个电池单元连接到正电源端子的第一焊接带，将多个电池单元连接到负电源端子的第二焊接带，连接到第一焊接带的第一牺牲性电极，以及连接到第二焊接带的第二牺牲性电极。第一牺牲性电极和第二牺牲性电极之间具有间距，该间距使得进入电池组的渗入流体使第一牺牲性电极和第二牺牲性电极短路，以在损坏多个电池单元之前，降低核心电池组件的电压并释放电池能量。

主设计要求

1.一种电池组，包括：外壳；端子块；核心电池组件，被支撑在所述外壳中，所述核心电池组件包括：核心外壳；多个电池单元，被支撑在所述核心外壳中；第一焊接带，将所述多个电池单元连接到正电源端子；第二焊接带，将所述多个电池单元连接到负电源端子；第一牺牲性电极，连接到所述第一焊接带；以及第二牺牲性电极，连接到所述第二焊接带；其特征在于，所述第一牺牲性电极和所述第二牺牲性电极之间具有间距，所述间距使得进入所述电池组的渗入流体使所述第一牺牲性电极和所述第二牺牲性电极短路，以在损坏所述多个电池单元之前，降低所述核心电池组件的电压并释放电池能量。

设计方案

1.一种电池组，包括：

外壳；

端子块；

核心电池组件，被支撑在所述外壳中，所述核心电池组件包括：

核心外壳；

多个电池单元，被支撑在所述核心外壳中；

第一焊接带，将所述多个电池单元连接到正电源端子；

第二焊接带，将所述多个电池单元连接到负电源端子；

第一牺牲性电极，连接到所述第一焊接带；以及

第二牺牲性电极，连接到所述第二焊接带；

其特征在于，所述第一牺牲性电极和所述第二牺牲性电极之间具有间距，所述间距使得进入所述电池组的渗入流体使所述第一牺牲性电极和所述第二牺牲性电极短路，以在损坏所述多个电池单元之前，降低所述核心电池组件的电压并释放电池能量。

2.根据权利要求1所述的电池组，其特征在于，所述间距在约4mm到约11mm之间。

3.根据权利要求2所述的电池组，其特征在于，所述间距在约6mm到约8mm之间。

4.根据权利要求1所述的电池组，其特征在于，所述第一牺牲性电极和所述第二牺牲性电极的每一个都具有宽度，每个所述宽度在约10mm到约35mm之间。

5.根据权利要求1所述的电池组，其特征在于，所述第一牺牲性电极和所述第二牺牲性电极的每一个都具有宽度，每个所述宽度为至少约27.5mm。

6.根据权利要求1所述的电池组，其特征在于，所述第一牺牲性电极和所述第二牺牲性电极的每一个都具有长度，每个所述长度在约80mm至约110mm之间。

7.根据权利要求6所述的电池组，其特征在于，所每个所述长度在约90mm至约100mm之间。

8.根据权利要求1至7中任一项所述的电池组，其特征在于，所述第一牺牲性电极和所述第二牺牲性电极定位在所述核心外壳外。

9.根据权利要求1至7中任一项所述的电池组，其特征在于，所述第一牺牲性电极和所述第二牺牲性电极大体定位在所述核心外壳内。

10.一种电池组，包括：

外壳；

端子块；

核心电池组件，被支撑在所述外壳中，所述核心电池组件包括：

核心外壳；

多个电池单元，被支撑在所述核心外壳中；

第一焊接带，将所述多个电池单元连接到正电源端子；

第二焊接带，将所述多个电池单元连接到负电源端子；

第一牺牲性电极，连接到所述第一焊接带；以及

第二牺牲性电极，连接到所述第二焊接带；

其特征在于，所述第一牺牲性电极和所述第二牺牲性电极之间具有间距，所述间距在约4mm到约11mm之间。

11.根据权利要求10所述的电池组，其特征在于，所述第一牺牲性电极和所述第二牺牲性电极的每一个都具有宽度，每个所述宽度在约10mm到约35mm之间。

12.根据权利要求10所述的电池组，其特征在于，所述第一牺牲性电极和所述第二牺牲性电极的每一个都具有宽度，每个所述宽度为至少约27.5mm。

13.根据权利要求10所述的电池组，其特征在于，所述第一牺牲性电极和所述第二牺牲性电极的每一个都具有长度，每个所述长度在约80mm至约110mm之间。

14.根据权利要求10至13中任一项所述的电池组，其特征在于，所述第一牺牲性电极和所述第二牺牲性电极定位在所述核心外壳外。

15.根据权利要求10至13中任一项所述的电池组，其特征在于，所述第一牺牲性电极和所述第二牺牲性电极大体定位在所述核心外壳内。

设计说明书

相关申请的交叉引用<\/u>

本申请要求于2018年3月7日提交的申请号为62\/639，634的美国临时专利申请的优先权，其全部内容通过引用并入本文。

技术领域

本实用新型一般涉及用于电动工具、户外工具、其他电气设备等的电池组。更具体地，本实用新型涉及用于电池组的化学腐蚀性和\/或导电性流体渗入保护的布置。

背景技术

当导电和\/或化学腐蚀性流体或水分(如咸水、盐雾等；统称为“渗入流体”)进入电池组时，渗入流体可能会导致电池的短路。当电池带有电荷时，短路可能导致电池过热和\/或对电池和电池组造成不可逆的损害。例如，取决于电池的电压、腐蚀状况、一个或多个电池焊接带与电池之间短路的程度等，短路可能会导致腐蚀、电池过热、热失控、电池外壳熔化等。

实用新型内容

根据本实用新型的第一方面，提供了一种电池组，其一般包括外壳、端子块、以及被支撑在外壳中的核心电池组件。该核心电池组件包括核心外壳、支撑在核心外壳中的多个电池单元、将电池单元连接到正电源端子的第一焊接带、将电池单元连接到负电源端子的第二焊接带、连接到第一焊接带的第一牺牲性电极、以及连接到第二焊接带的第二牺牲性电极。第一牺牲性电极和第二牺牲性电极之间具有间距，该间距使得进入电池组的渗入流体使第一牺牲性电极和第二牺牲性电极短路，以在损坏多个电池单元之前，降低核心电池组件的电压并释放电池能量。

在第一方面的一些实施例中，间距可能在约4mm到约11mm之间。在第一方面的一些实施例中，间距至少在约6mm到约8mm之间。在第一方面的一些实施例中，第一牺牲性电极和第二牺牲性电极各具有宽度，宽度在约10mm至约35mm之间(优选为至少约27.5mm)。在第一方面的一些实施例中，第一牺牲性电极和第二牺牲性电极的每一个都具有长度，该长度在约80mm到约110mm之间(例如，约90mm到约100mm之间)。

牺牲性电极的结构(例如宽度、长度、厚度、几何形状、材料等)可以根据电池单元、电池芯、电池外壳等的例如类型、结构、能量密度等来进行调整。在一个示例中，牺牲性电极被设计成通过降低电池单元的电压到低于电池单元设计和化学特定的临界极限值来保护电池组(例如，将运行在约2.0V至约4.5V的任何锂基化学电池的电压降低到小于3.0V)。牺牲性电极的材料类型可包括导电的单一物、化合物或合金元素或其组合(如：锌、锡、镍、铁、铬、铝、铜、镍铜合金、镍铬合金、铜锡合金、铬铁合金、镍铝合金、铜镁合金，铜铬合金，锡锌合金)。

在第一方面的一些实施例中，第一牺牲性电极和第二牺牲性电极在核心外壳外。在第一方面的一些实施例中，第一牺牲性电极和所述第二牺牲性电极大体上位于核心外壳内。在第一方面的一些实施例中，牺牲性电极可能是电池焊接带的独立延伸。

根据本实用新型的第二方面，提供了一种电池组，其一般包括外壳、端子块、以及被支撑在外壳中的核心电池组件。该核心电池组件包括核心外壳、支撑在核心外壳中的多个电池单元、将电池单元连接到正电源端子的第一焊接带、将电池单元连接到负电源端子的第二焊接带、连接到第一焊接带的第一牺牲性电极、以及连接到第二焊接带的第二牺牲性电极。第一牺牲性电极和第二牺牲性电极之间具有间距，该间距在约4mm到约11mm之间。

根据本实用新型的第三方面，提供了一种电池组，其一般包括外壳、端子块、以及被支撑在外壳中的核心电池组件。该核心电池组件包括核心外壳、支撑在核心外壳中的多个电池单元、将电池单元连接到正电源端子的第一焊接带、将电池单元连接到负电源端子的第二焊接带、连接到第一焊接带的第一牺牲性电极、以及连接到第二焊接带的第二牺牲性电极。第一牺牲性电极和第二牺牲性电极之间具有间距，该间距使得进入电池组的渗入流体使第一牺牲性电极和第二牺牲性电极短路，以在损坏多个电池单元之前，降低核心电池组件的电压并释放电池能量。第一牺牲性电极和第二牺牲性电极大体定位在核心外壳内。

通过参考详细说明及附图，本实用新型的其他独立方面将变得显而易见。

附图说明

图1是根据本实用新型一个实施例的电池组的透视图。

图2为图1所示电池组的俯视透视图。

图3为图1所示电池组拆除了顶部外壳后的俯视透视图。

图4为图3所示的电池组部分的另一俯视透视图。

图5为图3所示电池组的核心电池组件的仰视透视图。

图6为图5所示核心电池组件的俯视透视图。

图7是图5所示核心电池组件拆除了带后的另一俯视透视图。

图8是图7所示核心电池组件的另一仰视透视图。

图9为图5所示核心电池组件的前视图。

图10为图5所示核心电池组件的后视图。

图11为图5所示核心电池组件的侧视图。

图12为图5所示核心电池组件拆除了带后的相对侧视图。

图13为图5所示核心电池组件的俯视图。

图14为图5所示核心电池组件的仰视图。

图15为图5所示核心电池组件的透视图，其中带\/牺牲性电极组件被分解。

图16为图5所示核心电池组件的透视图，其中另一带\/牺牲性电极组件被分解。

图17是根据本实用新型一个实施例的核心电池组件的替代结构的透视图。

图18为图17所示核心电池组件的另一透视图。

图19为图17所示核心电池组件的另一透视图。

图20为图17所示核心电池组件的透视图，其中核心外壳组件以透明的方式示出。

图21为图20所示核心电池组件的另一透视图。

图22为图20所示核心电池组件的仰视图。

图23为图17所示核心电池组件拆卸了核心外壳组件后的透视图。

图24为图23所示核心电池组件的另一透视图。

图25为图17所示的核心外壳组件的一部分以及一个带\/牺牲性电极组件的透视图。

图26为图17所示的核心外壳组件的另一部分以及另一个带\/牺牲性电极组件的透视图。

具体实施方式

在详细解释本实用新型的任何实施例之前，应理解，本实用新型的应用不限于以下描述中阐述的或在以下附图中示出的构造细节和部件布置。本实用新型能够具有其他实施例并且能够以各种方式实践或实施。而且，应理解，这里使用的措辞和术语是为了描述的目的，它们不应该被认为是限制性的。

在本文中使用“包括”和“具有”及其变体是为了涵盖其后列出的项目及其等同项目以及其他的项目。本文中“由...组成”及其变体的使用仅涵盖随后所列项目及其等同项目。除非另有规定或限制，否则术语“安装”、“连接”、“支撑”和“耦合”及其变体被广泛使用且包括直接的和间接的安装、连接、支撑和耦合。

结合数量或条件使用的相对术语，例如“约”，“近似”，“大体上”等，将被本领域技术人员理解为包括所述值或条件并且具有由上下文指示的含义(例如，例如，该术语至少包括与测量相关的误差程度或与特定值或条件相关的公差(例如，制造，组装，使用等))。此类术语也应被视为公开由两个端点的绝对值定义的范围。例如，表述“约2至约4”也公开了“2至4”的范围。相对术语可以指对指定值加或减一定的百分比(例如，1％，5％，10％或更多)。

此外，本文中描述为由一个部件执行的功能可能由多个部件以分布式的方式执行。同样，由多个部件执行的功能可以被合并并且由单个部件执行。类似地，被描述为执行特定功能的部件也可以执行本文没有描述的其他功能。例如，以某一方式“配置”的设备或结构至少可以以该种方式配置，但也可以以未列出的方式配置。

此外，本文描述的一些实施例可以包括一个或多个电子处理器，其被配置成通过执行存储在非暂时性计算机可读介质中的指令来执行所描述的功能。类似地，本文描述的实施例可以实现为存储可由一个或多个电子处理器执行以执行所描述的功能的指令的非暂时性计算机可读介质。如在本文中所使用的，“非暂时性计算机可读介质”包括所有计算机可读介质，但不包括暂时的传播信号。因此，非暂时性计算机可读介质可包括例如硬盘、CD-ROM(光盘)、光学存储设备、磁存储设备、ROM(只读存储器)、RAM(随机存取存储器)、寄存器存储器、处理器高速缓存或其任何组合。

所描述的许多模块和逻辑结构能够以由微处理器或类似设备执行的软件实现，或者能够使用各种部件(包括例如专用集成电路(“ASIC”))以硬件实现。诸如“控制器”和“模块”之类的术语可以包括或指代硬件和\/或软件。大写术语符合常规实践并有助于将描述与编码示例、等式和\/或附图相关联。但是，大写的使用并不暗示或不被应推断为具有特别含义。因此，权利要求不应限于特定示例或术语或任何特定硬件或软件的实现或软件或硬件的组合。

参考图1和图2，电池组100包括外壳105，外壳105具有第一或顶部外壳部分105A和第二或底部外壳部分105B。电池组100被配置为连接到电气设备(未显示，例如电动工具、户外工具或其他电动或非机动电气设备)，并向该电气设备提供操作电源。电池组100也可连接到电池充电器(未显示)。

为了便于与电气设备连接，在电池组100的每一侧都设有锁存系统110，锁存系统110包括锁存器110A和致动器110B。当电池组100被支撑在电气设备上时，锁存器110A与电气设备中的相应结构接合，以防止电池组100的意外断开。当用户致动致动器110B并将电池组100拉离电气设备时，可以释放电池组100。在如图所示的塔式配置中，可能只有顶部外壳部分105A被容纳在电气设备或电池充电器中，而底部外壳部分105B从电气设备或电池充电器延伸。

顶部外壳部分105A还支撑端子块115，以提供到电气设备或电池充电器的电气连接。端子块115包括正电源端子120和负电源端子125。在一些实施例中，端子块115还可以包括一个或多个通信\/数据端子130(如图所示)。

图3和图4示出了被支撑在外壳105(外壳顶部105A被拆除了)中的核心电池组件200。如图5所示，核心电池组件200包括核心外壳205(例如，半外壳205A、205B)，该核心外壳205支撑(例如，至少部分封装)多个电池单元210(见图20至图24)。在图示的结构中，电池组100包括三个平行连接的串，每个串由五个串联连接的电池单元210组成，即共有15个电池单元210。也就是说，电池单元210为5S3P配置。然而，电池组100可能包括电池单元210的其他配置和组合，如5S1P、5S2P、10S1P等。

每个电池单元210的标称电压可以在约2.5V到约5V之间。电池组100的额定容量范围为约3安培时(Ah)(例如，对于一个5S1P的电池组)到约6Ah(例如，对于一个5S2P的电池组)或以上(例如，对于5S3P的电池组，标称容量可高达约9Ah)。电池单元210可以是任何可充电电池化学种类，例如锂、锂金属、锂离子、其他以锂基化学、镍镉(NiCd)、镍金属氢化物(NiMH)等。

印刷电路板(PCB；没有示出)设置在核心外壳205的顶部。PCB包括电池组100的各种电子元件。例如,PCB包括电池组控制器、电流传感器、电压传感器、充放电场效应晶体管等。电源端子120、125从PCB延伸至电池组100的端子块115。

导电的焊接带材料用于每个电池单元210之间和电池单元210与电源端子120、125之间的连接。参照图5和图6，第一焊接带225连接到电池单元210A的最正极上。第一焊接带225包括延伸部分230，其从第一焊接带225所在的第一侧延伸至核心外壳205的相邻侧(底部侧)。第一引线(未显示)把第一焊接带225连接到正电源端子120。

第一牺牲性电极240连接(例如，形成有(如图所示)、焊接等)至位于核心外壳205底部侧的延伸部分230。第一牺牲性电极240沿着核心外壳205的底部侧延伸(见图5)。带225、延伸部分230和牺牲性电极240形成带\/电极组件。

参照图7至图9，第二焊接带245连接到电池单元的最负极210B上。第二焊接带245包括延伸部分250，其从第二焊接带245所在的第三侧(第一侧对面)延伸到核心外壳205相邻侧(正面侧)。连接带255将延伸部分250连接到位于核心外壳205顶部侧的PCB上。第二引线(未显示)将连接带255连接到负电源端子125。

第二牺牲性电极265连接(例如，焊接(如图所示)、形成有等)至位于核心外壳205前端的延伸部分250。第二牺牲性电极265从核心外壳205的前侧延伸至底部侧(见图7)。带245、延伸部分250、连接带255和牺牲性电极265被组装和连接(例如，焊接)以形成一个带\/电极组件。

参照图7和图14，第一牺牲性电极240和第二牺牲性电极265被设置为在核心外壳205的底部侧相互贴近。牺牲性电极240与265之间具有间距270，其使得在电池组100正常工作时，电极240、265不接触。在一些实施例中，间距270可以在约4mm到约11mm之间。在一些实施例中，间距270至少为约6mm到约8mm。

第一牺牲性电极240和第二牺牲性电极265具有宽度275和长度285。在某些实施例中，宽度275可能在约10mm到约35mm之间(例如，约15mm至约30mm(优选为约27.5mm))。在某些实施例中，宽度275至少为约18.5mm。在某些实施例中，长度285可能在约80mm至约110mm之间(例如，约90mm至约100mm之间)。在其他一些实施例中，长度285可能在约170mm至约210mm之间(例如，约180mm至约200mm)。电极240、265之间的示例间距270以及电极240、265的宽度275可在任何类型的电池组上实现(例如，包括单一电池单元串(1P)的电池组、包括两个平行电池单元串(2P)的电池组、包括三个平行电池单元串(3P)的电池组等)。

如上所述，每个牺牲性电极240、265的材料可以包括导电的单一物、化合物或合金元素或其组合(如锌、锡、镍、铁、铬、铝、铜、镍铜合金、镍铬合金、铜锡合金、铬铁合金、镍铝合金、铜镁合金，铜铬合金，锡锌合金)。

核心外壳205被构造为支撑带\/电极组件。在图示的结构中(见图15和图16)，核心外壳205限定凹槽290，以容纳每个带\/电极组件的部分。在底部侧，每个外壳分部205A,205B都包括与相关牺牲性电极240、265(例如，互补开口300)接合的支座或凸起295。

牺牲性电极240、265在导电和\/或化学腐蚀性流体或水分(如盐水、盐雾等；再次，统称为“渗入流体”)进入时，最大限度地减少对电池组100的部件的损坏。当渗入流体进入电池组100时，该渗入流体可能使电池单元210短路。当电池单元210带有电荷时，这种短路可能导致电池单元210和电池组100过热和\/或不可逆转的损坏。例如，取决于电池单元210的电压、腐蚀状态、一个或多个电池焊接带与电池单元210之间短路的程度等，短路可能导致腐蚀、电池单元210过热、热失控、电池外壳205熔化等。

牺牲性电极240、265之间的间距270被选择成使得进入电池组100的流体首先使牺牲性电极240、265短路。也就是说,渗入流体在牺牲性电极240、265之间形成电连接，在电池组100的正电源端子120与负电源端子125之间形成短路。在渗入流体或与之相关的导电或腐蚀性元素可以进入电池单元210造成电池焊接带与电池单元210之间的过度短路并导致热失控、过热等之前，此短路会使电池单元210放电。

一般情况下，当流体或水分进入电池组100时，流体\/水分沉积在蓄电池组100的外壳105的底部。因此，在核心电池组件200中，牺牲性电极240、265被放置在核心电池组件200的底侧，抵靠电池组外壳105的底面。图示的牺牲性电极240、265的位置允许渗入流体在与电池组100的其他组件接触之前，主要使牺牲性电极240、265短路，以快速降低电池单元210的能量。

图17至图26示出根据本实用新型一个实施例的核心电池组件200'的替代结构。核心电池组件200'与图5至图16所示的核心电池组件200相似，并且共同的元件具有相同的附图标记加上撇号(')。

在图示的核心电池组件200'中，牺牲性电极240'、265'被支撑在核心外壳205'中。在图示的结构中，牺牲性电极240'、265'与外壳部分205a'、205b一起成型。在其他实施例中(未显示)，外壳部分205A'、205B'可限定开口、凹槽、沟槽等，以用于容纳并保持相关联的牺牲性电极240'、265'。

牺牲性电极240'从外壳部分205A'内延伸，以通过开口连接(例如，通过焊接)到焊接带225'的延伸部分230'。同样，牺牲性电极265'从外壳部分205B'内延伸，以连接到(例如，通过焊接)连接带255'和焊接带245'的延伸部分250'。

图示的牺牲性电极240'、265'具有部分305，部分305的轮廓被设计成对应电池单元210的形状。牺牲性电极240'、265'具有如上所述的类似的间距270'、宽度275'和\/或长度285'。

与牺牲性电极240、265一样，牺牲性电极240'、265'在流体进入时尽量减少对电池组100的部件的损坏。当流体进入核心外壳205'时，流体沉积在核心外壳205'的底部，牺牲性电极240'、265'被放置在核心外壳205'的底部。如图所示，牺牲性电极240'、265'的放置方式使得渗入流体能主要使牺牲性电极240'、265'短路，以在渗入流体接触到电池组100'的其他部件之前，快速降低电池单元210'的能量。

尽管已参照某些优选实施例对本实用新型进行了详细描述，但在本实用新型所描述的一个或多个独立方面的范围和精神内可以存在变化和修改。

权利要求书阐述了本实用新型的一个或多个独立特征和\/或独立优点。

设计图