一种电池极柱并联电连接结构、并联电池排、电池组及其制造方法与流程

1.本发明涉及新能源动力电池领域，尤其涉及一种电池极柱并联电连接结构、并联电池排、电池组及其制造方法。


背景技术：

2.动力电池的成组应用中，通常用单体电池并联结构来增容。成组分选时，通常选单体电池容差、阻差、压差非常小的单体电池来构建同一并联电池排，因此，在正常工作状态下，并联电池排内的并联汇流排上的电流非常小。
3.动力电池热失控通常以内部短路的形式出现，即内阻逐渐变小，直至短路，所以并联电路内一个电池的热失控现象出现后，会导致并联电池排内的其他所有正常电池的电流优先对热失控电池支路倒灌，形成连接该热失控电池的支路电流的急剧变大，加速了该电池的热失控进程，也使正常电池对外放电异常，进入过流状态。如何尽早发现热失控电池以及尽早对它进行电隔离，即尽早阻断热失控电池的发展、以及其对并联电池排内其他正常电池的负面影响，保证电池组能尽快恢复正常工作，是业内急需解决的技术问题。


技术实现要素：

4.本发明公开了一种电池极柱并联电连接结构、并联电池排、电池组及其制造方法，旨在解决现有技术中存在的技术问题。
5.本发明采用下述技术方案：一方面，本发明提供了一种电池极柱并联电连接结构，包括公共调节汇流通道和若干接电支路，公共调节汇流通道和接电支路均为导体；接电支路具有第一端部及第二端部；多个接电支路的第一端部用于分别与若干单体电池的同性极柱或同性极柱的电连接件电连接，第二端部与公共调节汇流通道电连接；不同单体电池的同性极柱通过公共调节汇流通道和接电支路实现并联连接；除接电支路的第一端部外，每个接电支路及公共调节汇流通道与单体电池的极柱绝缘；接电支路的截面小于公共汇流通道的截面；或者，接电支路的载流能力小于公共调节汇流通道的载流能力。
6.作为优选的技术方案，多个接电支路的电阻相同。
7.作为优选的技术方案，公共调节汇流通道的载流能力大于等于n-1个接电支路的载流能力的总和，n为公共调节汇流通道电连接的所有接电支路的数量。
8.作为优选的技术方案，公共调节汇流通道及若干接电支路由一块等厚度的金属汇流排冲压而成；公共调节汇流通道的宽度大于接电支路的宽度。
9.作为优选的技术方案，接电支路的至少第一端部与单体电池的极柱间通过常温固化导电胶的填料冷焊胶粘工艺实现电连接。
10.作为优选的技术方案，在第一端部所电连接的极柱或电连接件与第二端部所电连接的公共调节汇流通道间，采用超声波飞线搭接工艺分别实现第一端部和第二端部的电连接，同时形成接电支路。
11.另一方面，本发明提供了一种并联电池排，包括：多个单体电池，单体电池包括第一极柱和第二极柱，第一极柱和第二极柱为单体电池的两极；多个单体电池的第一极柱通过如上任一项的电池极柱并联电连接结构并联连接，多个第二极柱间并联；公共调节汇流通道与各个单体电池的第二极柱之间，形成多个由接电支路连接单体电池的并联电池支路。
12.本发明还提供了一种电池组，包括：多个串联电池排，每个串联电池排由多个单体电池排列而成，单体电池包括第一极柱及第二极柱，第一极柱和第二极柱为单体电池的两极；至少不同串联电池排中的首位相邻的多个单体电池的第一极柱通过电池极柱并联电连接结构并联连接，至少不同串联电池排中的末位相邻的多个单体电池的第二极柱并联，形成多个串联电池排间的并联；电池极柱并联电连接结构包括公共调节汇流通道和若干接电支路；接电支路具有第一端部及第二端部；每个接电支路的第一端部用于分别与不同串联电池排中的一个单体电池的第一极柱电连接，第二端部与公共调节汇流通道电连接；公共调节汇流通道及一接电支路除第一端部与对应的一单体电池的第一极柱电连接外，其余部分绝缘；接电支路的载流能力小于公共调节汇流通道的载流能力。
13.作为优选的技术方案，接电支路的第一端部与第一极柱通过导电胶冷焊胶粘工艺电连接。
14.最后，本发明还提供了一种利用如上任一项所述的电池极柱并联电连接结构制造电池组的方法，包括：制备多个带有串联汇流排的串联电池排；制备电池极柱并联电连接结构；将多个串联电池排平行排放，排间相邻的单体电池间至少设置绝缘结构胶并固化，制备得到相邻单体电池间绝缘且结构稳定的电池阵列结构；将一电池极柱并联电连接结构的公共调节汇流通道绝缘固定在横向相邻成排的单体电池上；将每个接电支路通过导电胶冷焊胶粘结构电连接在每个单体电池的顶部极柱上，实现同一横向相邻成排单体电池的顶部极柱的并联；依序实现多个横向相邻成排单体电池顶部极柱间的并联；制备得到纵向串联横向并联且具有将热失控单体电池从并联电池排中通过过流熔断隔离功能的结构稳定的电池组。
15.作为优选的技术方案，在所述制备多个带有串联汇流排的串联电池排的步骤中，还包括：将多个带串联汇流排的单体电池同向排列成排；相邻单体电池间至少设置绝缘结构胶；相邻单体电池的顶部极柱和壳体极柱上分别电连接串联汇流排的两端；固化结构胶，制备得到单体电池纵向相邻成排的一串联电池排；
制备得到多个串联电池排。
16.作为优选的技术方案，在所述制备电池极柱并联电连接结构的步骤中，还包括：将一包覆有绝缘材料的金属汇流排作为公共调节汇流通道；在所述金属汇流排上电连接有数个短金属条，作为对应相邻串联电池排间的相邻并联单体电池的接电支路；在每个接电支路的第一端部的金属上表面设置导电胶；制备得到一个具有多个接电支路和公共调节汇流通道的电池极柱并联电连接结构；制备得到多个电池极柱并联电连接结构。
17.本发明采用的技术方案能够达到以下有益效果：本发明提供了一种电池极柱并联电连接结构、并联电池排、电池组及其制造方法，其中，用于电池极柱的并联电连接结构主要包括公共调节汇流通道和若干接电支路，每个接电支路的两端分别用于与若干单体电池的同性极柱、公共调节汇流通道电连接，不同单体电池的同性极柱通过公共调节汇流通道和接电支路实现并联连接，进一步地，每个接电支路的载流能力均小于公共调节汇流通道的载流能力；将该并联电连接结构应用到并联电池排中，当其中一个电池发生热失控，其内阻降低，自身内部的电流增加，并联电池排中其他正常电池的增量电流通过公共调节汇流通道到达该热失控电池的专属接电支路，该接电支路此时汇集了多路正常电池传输的增量电流从而超越其极限载流能力，能够快速因过流而熔断烧毁，而正常电池的专属接电支路上的电流未达到载流极限可正常工作，发生热失控的电池与该并联电池排电隔离。隔离后其他正常电池的接电支路上的电流恢复到正常状态。
18.上述电池极柱并联电连接结构使得其适用于新能源车辆或大型储能系统的电池成组应用中，尺寸较小且安装简单，能够有效保护整个电池组电路安全运行，能够尽早发现并隔离发生热失控的电池，并尽快阻断热失控电池的发展，避免其对组内其他正常电池造成负面影响，保证电池组的正常工作，很好的解决了新能源动力电池领域中的一大痛点。
附图说明
19.为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，构成本发明的一部分，本发明的示意性实施例及其说明解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：图1为本发明实施例1-4公开的电池极柱并联电连接结构的结构示意图；图2为本发明实施例2公开的并联电池排的结构示意图；图3为本发明实施例3-4公开的电池组的结构立体图；图4为本发明实施例3-4公开的电池组的俯视图；图5为图4的a-a向剖视图图6为本发明实施例3-4公开的电池组的主视图；附图标记说明：单体电池10，顶部极柱101，壳体极柱102；并联电连接结构20，公共调节汇流通道201，接电支路202，弯折结构203，大绝缘片
204；串联汇流排30；结构胶40。
具体实施方式
20.为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明具体实施例及相应的附图对本发明技术方案进行清楚、完整地描述。在本发明的描述中，需要说明的是，术语“或”通常是以包括“和/或”的含义而进行使用的，除非内容另外明确指出外。
21.在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。另外，在本技术的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
22.显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
23.为解决现有技术中存在的问题，本具体实施方式部分提供了一种电池极柱并联电连接结构，包括公共调节汇流通道和若干接电支路，公共调节汇流通道和接电支路均为导体；其中，接电支路具有第一端部及第二端部；每个接电支路的第一端部用于分别与若干单体电池的同性极柱或同性极柱的电连接件电连接，第二端部与公共调节汇流通道电连接；不同单体电池的同性极柱通过公共调节汇流通道和接电支路实现并联连接；除接电支路的第一端部外，每个接电支路及公共调节汇流通道与单体电池的极柱绝缘； 接电支路的截面小于公共汇流通道的截面；或者，接电支路的载流能力小于公共调节汇流通道的载流能力。
24.实施例1本实例1提供了一种电池极柱并联电连接结构20，用于将单体电池10制备为排内串联且排间并联的ctp模组，特别适用于新能源车辆或大型储能系统等大功率的动力电池单元的制备过程，且同样适用于低速电动车、电动自行车及其他小功率储能产品中。
25.本实施例中单体电池10为高能量密度的动力电池，可以选自于圆柱形的18650电池、21700电池、46800电池等，但不局限于此，本领域技术人员应理解，任何规格的单体电池10均适用于本实施例的方案中，如圆柱形单体电池10、方形电池、软包电池，或截面为圆角矩形、圆角三角形、圆角多边形的柱形电池同样适用于本实施例的技术方案中，均可被视为单体电池10。
26.如图1-图6所示，本实施例中的并联电连接结构20可以不包含图中所示的单体电池10，而单独作为用于使单体电池10成组的结构而提供。
27.本实施例中的并联电连接结构20，其基本结构包括至少公共调节汇流通道201及若干接电支路202，二者均为导体；其中每个接电支路202均设有第一端部及第二端部，第一端部用于与每个单体电池10的同性极柱或同性极柱的电连接件电连接，第二端部用于与公共调节汇流通道201电连接，不同单体电池10的同性极柱通过公共调节汇流通道201和接电支路202实现并联连接。优选地，接电支路202除第一端部外，其他部分及公共调节汇流通道
201与单体电池10的极柱均绝缘。
28.在一种实施方式中，公共调节汇流通道201及若干接电支路202由一块等厚度的金属汇流排冲压或裁剪而成，且公共调节汇流通道201的截面面积大于接电支路202的截面面积，也即公共调节汇流通道201的宽度大于接电支路202的宽度，以保证公共调节汇流通道201的载流能力大于接电支路202的载流能力。优选的，接电支路202的第一端部与单体电池10的极柱间通过常温固化导电胶的填料冷焊胶粘工艺实现电连接，避免外热通过电池极柱影响单体电池10的内在品质。可选地，在公共调节汇流通道201的外部包覆有绝缘层，或是至少设置于一个大绝缘片204上，用于公共调节汇流通道201与单体电池10间的绝缘；接电支路202的外部通常用套管绝缘或悬空方式绝缘或固定于绝缘结构件上的方式绝缘，以利于过流烧毁熔断过程的顺畅。优选的，采用冷焊胶粘电连接工艺，对两个需电连接的导体的材质和厚度一般无任何限定要求。本领域技术人员应理解，使用导电胶的冷焊胶粘工艺可以避免对电池极柱产生热影响。
29.在另外一种实施方式中，第一端部与单体电池10的极柱或其上的电连接件电连接，第二端部与公共调节汇流通道201电连接，在第一端部与第二端部之间，通过超声波飞线搭接工艺分别实现第一端部以及第二端部的电连接，同时形成第一端部与第二端部间的接电支路202。本领域技术人员应理解，采用超声波飞线搭接工艺时，由熔融状态的导线材料，如铝丝，分别与两个需电连接的导体表面熔接电连接，第一端部与第二端部的材料必须相同，如同为铝、铜、镍等，以保证焊斑熔深的一致性和熔接的可靠性。
30.优选地，多个接电支路202的电阻相同，那么，通过并联电连接结构20并联的多个单体电池10并联支路间的阻差，取决于电池间的阻差。电池内阻是单体电池10的基本特征指标，成组前就可以通过阻差预判，选出合适的单体电池10排进并联电池排。同时，并联电连接结构20易于制备。
31.优选地，公共调节汇流通道201的载流能力等于或大于n-1个接电支路202的载流能力的总和，n为并联电池排内单体电池10的数量。当n个单体电池10中有一个单体电池10发生热失控时，现象为内部短路，那么，其他n-1个与其并联的正常工作的单体电池10均会通过各自的接电支路202和公共汇流调节通道201向该热失控电池10传输各自的横向增量电流。公共汇流调节通道201上的最大电流增量为n-1个正常工作电池10所电连接的接电支路201上的增量电流之和。为保证每个正常工作电池10所电连接的接电支路201和公共调节汇流通道202不被过流熔断或不因过流发热而仍能保持正常电工作状态和热状态，则公共调节汇流通道202的载流能力至少为n-1个接电支路201载流能力之和。
32.实施例2利用实施例1的电池极柱并联电连接结构20，将数个单体电池10制备为并联电池排，本实施例2结合图1-图4，对并联电池排的结构进行具体说明，已经包括于实施例1中关于电池极柱并联电连接结构20的特征在本实施例中得到自然继承。
33.根据图2，本实施例2所述的并联电池排由多个单体电池10排列而成，且每个单体电池10均同向设置，在本实施例中，每个并联电池排中所有的单体电池10均来自于不同串联结构中的一个单体电池10，多个串联结构之间为并联连接。
34.优选地，在并联电池排中，每个单体电池10包括第一极柱和第二极柱，第一极柱和第二极柱分别为单体电池10的两极；在一种实施方式中，第一极柱为单体电池10的顶部极
柱101，第二极柱为单体电池10的壳体极柱102；在另外一种实施方式中，第一极柱为单体电池10的壳体极柱102，第二极柱为单体电池10的顶部极柱101。
35.优选地，多个单体电池10的第一极柱间通过如实施例1所述的电池极柱并联电连接结构20并联连接，多个单体电池10的第二极柱间并联。
36.在一种优选实施方式中，电池极柱并联电连接结构20由一块金属汇流排冲切而成，包括公共调节汇流通道201及若干接电支路202，公共调节汇流通道201两端向下弯折部分为弯折结构203，呈大致扁平的条形，其用于分别或同点连接若干外部电路的接入点，用于监管并联电池排的电压及容量。向下折弯有利于节省并联电池排的总宽度；公共调节汇流通道201在并联电池排内的部分的形状可以是圆柱或条状，优选地，弯折结构203是在并联电池排的宽度方向呈大致扁平的条状，利于节省并联汇流排的宽度。
37.优选地，公共调节汇流通道201为平面导体多层卷绕制成的圆柱状结构，各个接电支路202为同一平面导体冲切制成的与平面导体一体化的多个片状单层结构，且均向一侧延伸，为保证其载流能力小于公共调节汇流通道201的载流能力，调整其宽度小于公共调节汇流通道201展开后的平面导体宽度；接电支路202的另一端通过导电胶与单体电池10的第一极柱或第一极柱上的电连接件电连接，此时每个接电支路202在公共调节汇流通道201与多个单体电池10的并联第二极柱间，形成了与对应单体电池10串联的支路电路，与公共调节汇流通道201电连接的多个支路电路间并联，形成了多个并联电池支路，优选地，并联电池支路间的间距与单体电池10间的间距相当，优选地，单体电池10与单体电池10之间的间距相同；参考图2，所述电连接件即串联汇流排30，为弯折导体件或实心导体件，配合冷焊胶与串联电池排方向的相邻单体电池10的异性极柱电连接。
38.优选的，每个并联电池支路上的接电支路202的电阻，可以根据单体电池10的固有内阻反向调节，以便使得并联电池支路间的阻差更小化，即并联电池排的阻差可小于等于排内单体电池10间的固有阻差。
39.在一种可选的实施方式中，以4p的并联电池排为例，当并联电池排中的一个单体电池10发生热失控，在其热失控早期，若内阻下降20%，其自身内部极柱间电流增加20%，但不从其外部正负极柱流经；其他3个正常的单体电池10通过各自的接电支路202输送往公共调节汇流通道201的电流增量同为20%，公共调节汇流通道201上的电流增量为3*20%，到达该热失控单体电池10的接电支路202，热失控单体电池10的接电支路202的电流增量为3*20%。该增量电流叠加后，热失控单体电池10所在的接电支路202将因过流而熔断烧毁，该热失控电池即与并联电池排断开电连接。由于热失控单体电池10在熔断前，正常单体电池10的接电支路202上的增量电流1*20%和公共调节汇流通道201上的增量电流3%20%，均未达到接电支路202和公共调节汇流通道201的载流设计极限，因此正常单体电池10所在的接电支路202和公共调节汇流通道201未被熔断，仍可正常工作。断开后，正常单体电池10的接电支路202上的增量电流随之消失，剩余3个正常电池继续并联对外供电。
40.实施例3参考图3-图6，本实施例提供了一种电池组，包括如实施例1所述的电池极柱并联电连接结构20以及多个串联电池排，每个串联电池排由多个前述的单体电池10排列构成，单体电池10包括顶部极柱101和壳体极柱102，二者分别为单体电池10的两极。
41.优选地，在每个串联电池排中，4个单体电池10通过串联汇流排30电连接顶部极柱
101和相邻电池的壳体极柱102，实现串联连接；4个串联电池排同向排列成排，得到一个4x4阵列。当然本领域技术人员应理解，电池组也可以为6x4阵列、8x4阵列、10x4阵列、8x20阵列、8x40阵列等等。本实施例对电池组的横向和纵向的扩展均不做限制。
42.优选地，在串联电池排中，延伸到电池壳体外的串联汇流排30具有向下弯折的结构，该弯折结构覆盖部分壳体的上端，但与壳体的上端部分绝缘；优选的，通过向串联电池排的两端加压，一单体电池10的串联汇流排30的弯折结构与相邻单体电池10的上端壳体部分通过导电胶电连接；优选地，在串联电池排中，单体电池10的侧面或顶盖或底部之间设有结构胶40，以保持串联电池排的结构稳定可靠。
43.优选地，数个串联电池排中首位相邻的多个单体电池10的顶部极柱101通过并联电连接结构20并联连接，多个串联电池排中末位的多个相邻单体电池10的壳体极柱102间并联，形成多个串联电池排间的并联连接的电池组。
44.优选的，选择金属汇流排作为并联电连接结构20中的公共调节汇流通道201，金属汇流排的外部设有绝缘结构；公共调节汇流通道201上电连接有数个短条形导体，作为接电支路202；优选地，每个接电支路202间的距离与串联电池排的排间距离相匹配。
45.优选地，每个接电支路202的第一端部通过导电胶与单体电池10的顶部极柱101或串联汇流排30电连接，以构成同一横向电池排内所有相邻的单体电池10间顶部极柱101的并联；优选的，接电支路202的除第一端部的电连接位置外，其他区域亦设有绝缘结构，绝缘结构上还设有结构胶40，接电支路202通过该绝缘结构及结构胶40，与顶部极柱101或串联汇流排30实现一体化连接。
46.优选地，作为公共调节汇流通道201的金属汇流排通过其外部的绝缘结构和结构胶40，与电池实现固定连接。
47.本领域技术人员应理解，上述结构胶40可视为一种绝缘材料，同时，还能为单体电池10间、单体电池10与并联电连接结构20间、单体电池与串联汇流排30间制造空隙及绝缘，提高抗挤压能力，避免在受到冲击时相邻结构之间不期望的接触。
48.实施例4本实施例对实施例1所述的电池极柱并联电连接结构20、实施例3所述的电池组的制造流程及工艺进行具体说明。应理解，在没有设置电池极柱并联电连接结构20之前，也可以称之为电池组。
49.1.制备串联电池排在单体电池10的顶部极柱101上电连接串联汇流排30；将多个带串联汇流排30的单体电池10同向排列成排；将排内相邻单体电池10之间至少设置绝缘的结构胶40，可为单体电池10的侧面壳体之间制造空隙，保持相邻单体电池10的侧面壳体间平行，提高抗挤压能力，避免在受到冲击时相邻侧面壳体之间不期望的接触；相邻单体电池10的顶部极柱101上电连接串联汇流排30，串联汇流排30上的弯折结构203和相邻单体电池10的壳体极柱102间，通过导电胶电连接；导电胶优选为常温固化导电胶，用于增大串联电池排内的电连接接触面积，固化后用于稳定电连接点的电通量；相邻单体电池10的侧面壳体间设置并固化结构胶40，制备得到单体电池10纵向相邻成排的串联电池排；
重复上述步骤，得到多个串联电池排；2.制备并联电连接结构20将一金属汇流排作为公共调节汇流通道201；上面电连接有多个短金属条，作为对应每个串联电池排的接电支路202；接电支路202间的间距与串联电池排的排间间距相当；金属汇流排外部包覆绝缘层，或金属汇流排稳固设置在长度与电池组宽度相当的大绝缘片204上；接电支路202的第一端部的金属下表面上稳固设置了小绝缘片，小绝缘片宽于接电支路202宽度，在两侧的宽出部分，分别设置了结构胶40；优选地，大绝缘片204及小绝缘片均为透明绝缘材料；接电支路202第一端部的金属上表面设置了常温固化导电胶；得到一个电池极柱并联电连接结构20；重复上述步骤，得到多个并联电连接结构20；3.制备具有在并联电池排上熔断电隔离热失控单体电池功能的电池组将多个上述串联电池排平行排放，相邻的串联电池排间的相邻单体电池10间施加至少一处结构胶40并固化，得到排间相邻单体电池10间绝缘且结构稳定的电池阵列结构；多个串联电池排的末位横向相邻成排的单体电池10的顶部极柱101上的串联汇流排30并联，形成电池组的对外顶部极柱；将一并联电连接结构20的公共调节汇流通道201绝缘固定在横向相邻成排的多个单体电池10上；将每个接电支路202的第一端部通过导电胶冷焊胶粘结构电连接在每个单体电池10的顶部极柱101上，实现同一横向相邻成排的多个单体电池10的顶部极柱101的并联；依序将多个并联电连接件20安装在不同的横向相邻成排的多个单体电池10的顶部极柱101上，实现多个横向相邻成排单体电池10顶部极柱101间的并联；多个串联电池排的首位相邻电池间的壳体极柱102间并联，形成电池组的对外壳体极柱；制备得到纵向串联横向并联且具有在并联电池排中将热失控单体电池熔断隔离功能的结构稳定的电池组；导电胶常温固化，所有冷焊电连接点稳定。
50.上面结合附图对本发明的实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，均属于本发明的保护之内。