极耳与汇流排的连接结构、电化学装置和用电装置

技术领域

本申请涉及电化学技术领域，具体涉及一种极耳与汇流排的连接结构、电化学装置和用电装置。

背景技术

近年来，随着新能源汽车的普及和发展，锂电池的成本和可靠性越来越受关注。

锂电池制造过程中，先形成电芯，然后电芯成组生成模块。电芯成组生成模块主要是完成电芯间的机械连接和电连接，其中因电连接直接影响模块的性能，因此更为重要，模块上电芯间的电连接通过一种称为汇流排(bus bar)的结构件完成。对于软包电池来说目前模块上汇流排与极耳的连接主要通过激光焊接完成，但极易出现极耳与汇流排焊接不良。焊接不良的产品投入使用，会引起内阻偏大、温升高、甚至在使用过程中焊接脱落而打火，这会对动力电池的性能和安全造成很大影响。

目前激光焊接导致的焊接不良主要有以下几方面的原因：由于极耳材料和汇流排材料通常采用铝合金或者紫铜等高反材料，对光纤激光的吸收率不高，导致焊接过程稳定性较差；同时，铝合金和紫铜等材料都是导热性非常好的材料，焊缝成型困难，易产生气孔；因不同粗糙度的材料反射率不同，激光焊接对极耳表面的粗糙度要求较高，从而对来料极耳的表面要求很高；激光焊接对极耳表面的张力要求也较高，任何极耳表面的污染都对焊接效果都有一定程度的影响。单个电芯发生故障时，极耳和汇流排采用焊接连接的结构，拆卸困难。电芯属于高成本配件，采用焊接工艺不能返工，大大提高了制造成本。

发明内容

本申请提供了一种极耳与汇流排的连接结构、电化学装置和用电装置，其可以改善极耳与汇流排采用激光焊接导致的焊接不良以及不能返工的问题。

本申请的实施例提供的一种极耳与汇流排的连接结构，包括凹槽、压紧件和紧固件。所述凹槽设置在所述汇流排上。所述压紧件将所述极耳的一部分压在所述汇流排的凹槽内并与所述凹槽贴合。所述紧固件将所述极耳、所述压紧件与所述汇流排固定在一起。

本申请实施例提供的极耳与汇流排的连接结构，通过在汇流排设置凹槽，并通过压紧件将部分的极耳压在汇流排的凹槽内并与凹槽贴合并通过紧固件固定，从而保证了极耳与汇流排的可靠连接，避免了采用激光焊接导致的焊接不良以及不能返工的问题。

其中，所述凹槽沿所述极耳的宽度方向延伸。在整个极耳的宽度方向上，极耳与汇流排的凹槽形成接触带，可以保证可靠地电连接并降低接触电阻。

其中，所述凹槽的截面为弧形或者V形。采用弧形或者V形的凹槽可以增加极耳与汇流排的连接面积，从而降低极耳与汇流排的连接电阻。

其中，所述极耳上设置有凹陷部，所述凹陷部与所述汇流排的凹槽适配。极耳上可以预先压制出与凹槽适配的凹陷部，可以保证极耳与凹槽的贴合，降低安装难度。

其中，所述压紧件上设置有指向所述凹槽的突起部，所述突起部用于在所述紧固件的作用下，向所述极耳施加指向所述凹槽的压力。通过突起部向极耳施加指向凹槽的压力，保证极耳与凹槽的贴合度。

其中，所述压紧件为弹性压片，所述弹性压片的部分区域向下凹陷形成所述突起部，或者，所述弹性压片为V形的不锈钢弹片。可以通过压制成型的方式形成弹性压片的突起部，方法简单，成本低。另外V形的不锈钢弹片具有结构简单，成本低的优势。

其中，所述压紧件为条状V形压片，所述压紧件的一端通过卡合结构固定在所述凹槽内，另一端通过所述紧固件固定。一端通过卡合结构固定，可以减少紧固件的使用数量，提高装配效率。

其中，所述汇流排包括汇流排支架和引流排，所述凹槽设置在所述引流排上。引流排需采用高电导率的材料制成，汇流排支架则不需要，将汇流排设计为引流排和容纳引流排的汇流排支架，可以降低汇流排的成本。

其中，所述紧固件包括螺钉，所述汇流排的支架、引流排设置有对应的螺纹孔，所述压紧件上设置有对应的通孔。

其中，所述压紧件与所述汇流排之间设置有层叠的第一极耳和第二极耳，所述第一极耳和所述第二极耳分别连接至相邻的两个电芯。在同一个连接点，可以同时将相邻的两个电芯的极耳与汇流排连接，减少极耳与汇流排的连接点，提高装配效率。

其中，所述汇流排在所述凹槽的两侧设置有极耳引孔，供所述第一极耳和所述第二极耳通过。通过极耳引孔，可以固定极耳的走向以及位置，使极耳排列整齐并降低极耳与其它部件发生短接的危险。

本申请实施例还提供了一种电化学装置，包括多个电芯及上述任一项所述的极耳与汇流排的连接结构。所述极耳与所述电芯的极片电连接。

本申请实施例还提供了一种用电装置，包括所述的电化学装置和负载，所述电化学装置用于为所述负载供电。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域技术人员来讲，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是根据本申请实施例的电化学装置的示意图；

图2是根据本申请实施例的极耳与汇流排的连接结构示意图；

图3是根据本申请实施例的引流排的示意图；

图4是根据本申请实施例的压紧件的示意图；

图5是根据本申请实施例的极耳与汇流排的装配示意图；

图6是根据本申请提供的对比试验中实施例1提供的另一压紧件的结构示意图；

图7是根据本申请提供的对比试验中实施例1的另一引流排的结构示意图；

图8是根据本申请提供的对比试验中实施例1的极耳与汇流排的装配示意图。

具体实施方式

下面结合附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而非全部实施例。在不冲突的情况下，下述各个实施例及其技术特征可以相互组合。

本申请电化学装置包括所有其中发生电化学反应的装置。示例性的，电化学装置包括但不限于所有种类的原电池、二次电池、燃料电池、太阳能电池和电容器(例如超级电容器)电化学装置。电化学装置特别优选为锂二次电池，包括但不限于锂金属二次电池、锂离子二次电池、锂聚合物二次电池和锂离子聚合物二次电池。

下面参考图1-图5，以锂离子电池为例描述根据本申请的一些实施例。

如图1和图2所示，本申请的实施例提供的一种极耳1与汇流排2的连接结构，该连接结构包括：设置于汇流排2上的凹槽21，压紧件3和紧固件4。其中，极耳1中与电芯10的极片电连接。有凹槽21，压紧件3将极耳1的一部分压在凹槽21内并与凹汇流排2上设置槽21贴合，从而使极耳1与汇流排2电连接。紧固件4用于将压紧件3、极耳1与汇流排2固定在一起，使极耳1维持与凹槽21贴合的状态。

如图2所示，在一些实施例中，汇流排2可以包括汇流排支架20和引流排22。引流排22上设置有沿极耳1的宽度方向AA’上延伸的凹槽21。极耳1折弯后，通过压紧件3，极耳1末端的一部分被压在汇流排2的凹槽21内并与凹槽21贴合，这样可以保证极耳1与汇流排2的可靠连接。由于在凹槽21的整个长度方向均与极耳1连接，形成接触电连接带，极耳1与汇流排2的连接电阻较小且连接更可靠，可以满足设计需求。

设计凹槽21作为极耳1与汇流排2的连接点，不会因振动或晃动发生接触点漂移导致接触不良。采用凹槽设计即便受外界影响晃动或振动，也能保持可靠连接。

本申请实施例的技术方案解决了本领域一直存在的极耳1与汇流排2采用机械连接时，接触电阻大、连接不可靠的问题。

另外，由于是机械连接，其它物料或者不良引起的电芯10连带报废时，采用上述连接方式的装配方案可以通过拆卸紧固件4和压紧件3，正常返工修复。例如，在单个电芯发生故障时，可以很快进行拆卸并更换发生故障的电芯，不用将汇流排涉及的整个电池组连带报废。

本申请实施例采用的是机械连接方式，在实施电芯极耳连接时，具有实施过程简单、效果可靠以及可拆卸返工等优点，而且加工组装设备成本低廉，不需要如激光焊机等昂贵的加工组装设备。还可以避免焊接不稳定造成的电芯连带报废，解决采用激光焊接不能返工的问题。

在一些实施例中，可以通过紧固件4的紧固作用，压紧件3向极耳1施加压力，使极耳1的一部分进入汇流排2的凹槽21内并与凹槽21贴合。例如，压紧件3可以是如图4所示的采用不锈钢或做了防锈处理的碳钢制成的带有一定弹性的钢片30；紧固件4可以是螺丝或其它紧固方案，其它紧固方案例如可以是卡合。安装时，弹性钢片30将极耳1压在汇流排上，并用螺丝或螺钉或其它方案锁紧。

在一些实施例中，极耳1上可以设置凹陷部，凹陷部与汇流排2的凹槽21适配。极耳1上可以预先压制出与凹槽21适配的凹陷部，可以保证极耳1与凹槽21的贴合度，降低安装难度。

在一些实施例中，凹槽21的截面可以为弧形或者V形。采用弧形或者V形的凹槽21可以增加极耳1与汇流排2的连接面积，进一步降低极耳1与汇流排2的连接电阻。还可以通过实验或模拟实验对弧形或者V形的具体形状或者极耳与凹槽的接触面的形状，进行进一步优化，以进一步降低极耳1与汇流排2的连接电阻。

在一些实施例中，如图4所示，压紧件3上可以设置有指向凹槽21的突起部31，突起部31用以在紧固件4的作用下，向极耳1施加指向凹槽21的压力。通过突起部31向极耳1施加指向凹槽21的压力，保证极耳1与凹槽21的贴合度。例如，压紧件3可以为弹性压片，弹性压片的部分区域向下凹陷形成突起部31。可以通过压制成型的方式形成弹性压片的突起部31，方法简单，成本低。或者，弹性压片为V形的不锈钢弹片，具有结构简单，成本低的优势。

在一些实施例中，压紧件3的一端可以通过卡合结构固定在凹槽21内，另一端通过紧固件4固定，这样可以减少紧固件的使用数量，提高装配效率。例如，如图4所示，压紧件3为条状V形压片。条状V形压片3可以在两端设计安装孔32，通过紧固件例如螺钉固定。也可以如图6所示，条状V形压片3的一端通过卡合结构固定，另一端设计安装孔32，通过紧固件4固定，这样可以减少紧固件4的使用数量，提高装配效率。

紧固件4例如可以包括螺钉。此时如图3所示，汇流排2的支架20、引流排22设置有对应的螺纹孔23。压紧件3上设置有对应的通孔32，如图4所示。

在一些实施例中，如图1和图2所示，汇流排2包括汇流排支架20和引流排22，凹槽21设置在引流排22上。引流排22需采用高电导率的材料制成，汇流排支架则不需要，将汇流排设计为引流排22和容纳引流排的汇流排支架20，可以降低汇流排的成本，避免不必要的电路短接。

在一些实施例中，压紧件3与汇流排2之间设置有层叠的第一极耳(图2中的左侧极耳1)和第二极耳(图2中的右侧极耳1)，第一极耳和第二极耳分别连接至相邻的两个电芯10。在同一个连接点，可以同时将相邻的两个电芯10的极耳1与汇流排2连接，减少连接点，提高装配效率。

在一些实施例中，如图2所示，汇流排2在凹槽21的两侧设置有极耳引孔24，供第一极耳和第二极耳通过。通过极耳引孔24，可以固定极耳1的走向以及位置，使极耳1排列整齐并降低极耳1与其它部件发生短接的危险。

上述连接结构在装配时，一般包括以下步骤：

步骤一：将一定数量(按设计需求)的电芯10堆叠。电芯10数量由产品的设计容量决定。

步骤二：引流排22的支架20按照串联需求进行设计。可以根据设计方案中产品需要的每个电芯串的电芯数量设计支架20。

步骤三：将电芯10极耳1进行弯折贴合于引流排22，如图5所示。

步骤四：用带有一定弹性的钢片3(不锈钢或做了防锈处理的碳钢)将极耳1压在引流排22上，并用螺丝或其它方案锁紧。

本申请实施例的两端都采用螺丝锁紧，为了提高装配效率，还可以单边采用U型卡槽，另一端采用螺丝锁死，或者其它替代方案。

对比试验

为便于理解，下面给出采用了本申请方案的一些实施例以及用作效果对比的未采用本申请方案的对比例。

实施例1：

汇流排2包括支架20和引流排22。引流排22上的凹槽21采用圆弧形设计，对应的弹性压片3的突起部31也采用圆弧形。极耳1与汇流排2的连接方式可以采用一边采用螺丝连接，另一边U型卡槽连接。

如图7所示，引流排22的一端采用压铆工艺连接一个T型螺钉25，另一端采用压铆工艺在安装孔内连接一个螺母，即形成螺纹孔23。如图8所示，弹性压片30的一端设计通孔32，另一端设计U形卡槽33。

如图8所示，装配时，将U形卡槽33卡入T型螺钉25上，再用气缸或者其它工具下压，装弹性压片，将引流排22压平，然后锁紧螺丝

实施例2：

本申请实施例的引流排22上的槽采用圆弧形设计，对应的弹性压片30也采用圆弧形。与实施例1的不同之处在于，极耳1与汇流排2的连接方式采用双边螺丝连接。

引流排22两端采用压铆工艺各在安装孔内连接一个螺母。弹性压片设计上U形端带一定弯曲。装配时，将弹性压片水平放置，两端放入螺丝，并平衡地将其锁紧。

实施例3：

本申请实施例的引流排22上的槽采用V形设计，对应的弹性压片也采用V形，V型的角度可以采用45度到135度，可根据不同的电芯型号调整V型的角度进行角度优化，使极耳与汇流排的连接达到最佳的连接强度和最小的连接电阻。

本申请实施例的极耳与汇流排的连接方式可以采用单边螺丝连接，另一边U型卡槽连接。引流排22的一端采用压铆工艺连接一个T型螺钉，另一端采用压铆工艺在安装孔内连接一个螺母。弹性压片设计上U形端带一定弯曲。

装配时，将U形槽卡入T形螺母上，再用气缸或者其它工具装弹性压片，引流排22压平，锁紧螺丝。

实施例4：

本申请实施例的引流排22上的槽采用V形设计，对应的弹性压片也采用V形，V型的角度可以采用45度到135度，可根据不同的电芯型号调整角度，使其达到最佳的连接强度和最小的连接电阻。

本申请实施例的连接方式可以采用双边螺丝连接。引流排22的两端采用压铆工艺各连接一个螺母。弹性压片设计上U形端带一定弯曲。

将弹性压片水平放置，两端放入螺丝，并平衡地将其锁紧。

对比例1：

引流排22和弹性压片均采用无槽设计。

实验结果：

1、采用无槽设计的对比例，极耳与汇流排的安装强度达不到要求，在振动过程中，极耳的位置发生变化，测试拉拔力也远小于实施例1-4的带槽设计方案。

2、采用无槽设计的对比例的连接电阻大于带槽的实施例1-4的连接电阻且不稳定，考虑到对比例连接处配件的平面度，对比例连接存在不可靠因素。

对比例2：

极耳与汇流排采用弹性卡子连接。

实验结果：弹性卡子为了防松脱，需要设计倒钩，当其它配件发生质量问题时，该装配方式不可逆，容易与焊接一样造成连带报废，成本增加。

本申请实施例还提供了一种电化学装置，包括多个电芯及上述任一项的极耳与汇流排的连接结构。本申请实施例还的电化学装置由于采用了上述连接结构，具有上面已经描述的连接可靠、可以返工、成本低等技术效果，在此不再一一赘述。

本申请实施例还提供了一种用电装置，包括上面任一项所述的电化学装置和负载，所述电化学装置用于为所述负载供电。

本申请实施例的电化学装置的用途没有特别限定，其可用于现有技术中已知的任何电子装置。在一些实施例中，本申请的电化学装置可用于，但不限于，笔记本电脑、笔输入型计算机、移动电脑、电子书播放器、便携式电话、便携式传真机、便携式复印机、便携式打印机、头戴式立体声耳机、录像机、液晶电视、手提式清洁器、便携CD机、迷你光盘、收发机、电子记事本、计算器、存储卡、便携式录音机、收音机、备用电源、电机、汽车、摩托车、助力自行车、自行车、照明器具、玩具、游戏机、钟表、电动工具、闪光灯、照相机、家庭用大型蓄电池和锂离子电容器等。

尽管已经相对于一个或多个实现方式示出并描述了本申请，但是本领域技术人员基于对本说明书和附图的阅读和理解将会想到等价变型和修改。本申请包括所有这样的修改和变型，并且仅由所附权利要求的范围限制。

即，以上所述仅为本申请的实施例，并非因此限制本申请的专利范围，凡是利用本申请说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，例如各实施例之间技术特征的相互结合，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本申请的专利保护范围内。

另外，在本申请的描述中，需要理解的是，术语“两端”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。

另外，对于特性相同或相似的结构元件，本申请可采用相同或者不相同的标号进行标识。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个特征。在本申请的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本申请中，“在一些实施例中”、“示例性地”等词是用来表示“用作例子、例证或说明”。本申请中被描述的任何一个实施例不一定被解释为比其它实施例更加优选或更加具优势。为了使本领域任何技术人员能够实现和使用本申请，本申请给出了以上描述。在以上描述中，为了解释的目的而列出了各个细节。应当明白的是，本领域普通技术人员可以认识到，在不使用这些特定细节的情况下也可以实现本申请。在其它实施例中，不会对公知的结构和过程进行详细阐述，以避免不必要的细节使本申请的描述变得晦涩。因此，本申请并非旨在限于所示的实施例，而是与符合本申请所公开的原理和特征的最广范围相一致。