消除了部分組裝的大電流電連結(jié)部的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種在大電流源和大電流負(fù)載之間形成的電連結(jié)部，和在它們之間形成電連接的方法。在一種形式中，電流源用電池組中的一個(gè)或多個(gè)單電池構(gòu)成且負(fù)載是電動(dòng)機(jī)。電連接組件包括連結(jié)在一起的第一導(dǎo)體、緊固件和第二導(dǎo)體，使得直到緊固件對(duì)二者賦予充分的法向力才建立導(dǎo)體之間的電連通，其方式是它們變成固定在一起以產(chǎn)生一個(gè)或兩個(gè)導(dǎo)體的鄰近面對(duì)表面的可變形形狀，由此確保顯著接觸和相關(guān)低電阻，以避免連結(jié)部處的有缺陷或部分的附接。
【專利說(shuō)明】
消除了部分組裝的大電流電連結(jié)部
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明一般地涉及用于電池和其他大電流電連結(jié)部的連接策略，且更具體涉及在用于車輛和有關(guān)運(yùn)輸應(yīng)用的大電流源和大電流負(fù)載之間建立大電流連接，使得避免與這種連接相關(guān)的部分組裝操作。
【背景技術(shù)】
[0002]鋰離子和有關(guān)電池用在機(jī)動(dòng)車和有關(guān)運(yùn)輸應(yīng)用中，在混合動(dòng)力電動(dòng)車(HEV)的情況下或替代地在純電動(dòng)車(EV)的情況下作為對(duì)常規(guī)內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)(ICE)的補(bǔ)充。從固定式和便攜式源以及從通過(guò)車輛和其部件提供的重新捕獲的動(dòng)能來(lái)被動(dòng)存儲(chǔ)能量的能力使得這種電池理想地用作用于轎車、卡車、公共汽車、摩托車和相關(guān)車輛的推進(jìn)系統(tǒng)的一部分。去往和來(lái)自各單電池(cell)(即單個(gè)電化學(xué)單元)的電流流動(dòng)使得，在幾個(gè)這種單電池組合為連續(xù)的更大組件(例如模塊和電池組)時(shí)，電流或電壓可增加以產(chǎn)生期望的功率輸出。在本發(fā)明的情況下，更大的模塊和電池包組件由串聯(lián)(用于增加電壓)、并聯(lián)(用于增加電流)或這兩者方式連結(jié)的一個(gè)或多個(gè)單電池組成，且可以包括額外的結(jié)構(gòu)以確保這些單電池的適當(dāng)安裝和運(yùn)行。電池組的一個(gè)常見(jiàn)車用形式被稱為動(dòng)力電池(power battery)，而另一種被稱為能量電池(energy battery)。
[0003]在一種形式中，構(gòu)成電池組的各單電池配置為矩形(即棱柱)罐，其限定被稱為單電池殼的剛性外殼體。這些類型的單電池通常被組裝為動(dòng)力電池組變型形式。在另一形式中，各單電池裝在薄的柔性矩形袋中，其通常組裝為能量電池組變型形式。兩種單電池類型可沿通過(guò)對(duì)準(zhǔn)的平行板狀表面形成的堆疊軸線而被布置為面對(duì)結(jié)構(gòu)(很像是撲克牌堆)。位于每一個(gè)單電池的殼體外部上的一個(gè)邊緣上的正端子和負(fù)端子彼此側(cè)向地間隔開(kāi)，以用作用于連接到外部負(fù)載或電路的電接觸部(例如經(jīng)由總匯流排)。具體對(duì)于棱柱罐來(lái)說(shuō)，許多獨(dú)立交替的正電極和負(fù)電極在罐中沿堆疊方向彼此間隔開(kāi)且通過(guò)不導(dǎo)電的分離器保持電絕緣。從每一個(gè)負(fù)電極而來(lái)的引線在殼體內(nèi)部聚集在一起，為向外突出的負(fù)端子供電，而從每一個(gè)正電極而來(lái)的引線也聚集在一起，為向外突出的正端子供電。
[0004]在用于電池組中單電池的傳統(tǒng)的電連接方法中，連接環(huán)被置于靜止柱桿或相關(guān)的柱狀錨固位置上方，所述靜止柱桿或相關(guān)的柱狀錨固位置電聯(lián)接到一個(gè)或多個(gè)連接件，所述一個(gè)或多個(gè)連接件連結(jié)到相應(yīng)陽(yáng)極或陰極凸片，所述凸片從單電池組中的每一個(gè)對(duì)準(zhǔn)的單電池延伸。柱桿和環(huán)用作各單電池凸片和導(dǎo)電路徑之間的電連結(jié)部，所述路徑用于輸送電流到電動(dòng)機(jī)或有關(guān)負(fù)載。在電池組組裝期間，在環(huán)放置于柱桿上方時(shí)建立電連接;該情形被稱為部分組裝(partial assembly)。為了完成連接，帶螺紋螺母或相關(guān)的帽聯(lián)接到柱桿，以確保形成在連結(jié)部處的配合表面之間的相對(duì)永久連接。
[0005]該部分組裝方法具有產(chǎn)生松動(dòng)的栓接連接的傾向，這又導(dǎo)致大電阻電連結(jié);這是非常難以檢測(cè)的。造成增加連結(jié)電阻的一個(gè)因素是缺乏促進(jìn)部分組裝的連結(jié)部件之間固定接觸的足夠的力。另一因素是缺乏足夠的表面面積;后一種缺陷減少了電流可以經(jīng)過(guò)的流動(dòng)路徑的尺寸，使得在建立這種流動(dòng)路徑的情況下，其又導(dǎo)致增加的局部發(fā)熱。在一些情況下，熱量足以使得涂層惡化，其進(jìn)一步增加連結(jié)電阻且最終可導(dǎo)致連結(jié)部過(guò)熱，這會(huì)進(jìn)一步跟著發(fā)生損壞(例如在附近的塑料部件處)。各種質(zhì)量或診斷檢查可幫助在制造點(diǎn)處降低這種大電阻連結(jié)部的發(fā)生。這種診斷技術(shù)(其可要求在大電流流動(dòng)通過(guò)連接區(qū)域期間獲取熱影像，以確定經(jīng)組裝的連結(jié)部的電阻)對(duì)組裝過(guò)程增加顯著的復(fù)雜性和相關(guān)成本。而且，已知方法中沒(méi)有在制造后的位置處執(zhí)行這種診斷，例如涉及單電池和電池組的修理或相關(guān)服務(wù)的診斷。
[0006]盡管隨后討論的大部分內(nèi)容集中于用于通常的電池應(yīng)用和特定的機(jī)動(dòng)車電池應(yīng)用的電池的大電流連結(jié)部，但是本文公開(kāi)的本發(fā)明可以同樣地應(yīng)用于其他大電流連結(jié)部，包括用于電動(dòng)機(jī)、控制器等的連結(jié)部，以及用作輔助電池設(shè)備的連結(jié)部。例如，形成在電池?cái)嚅_(kāi)單元(BDU)中的連結(jié)部還可得益于，降低了對(duì)部分組裝的依賴以及所述依賴附帶的困難。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，公開(kāi)了一種用于在連結(jié)部處將大電流源電連接到負(fù)載的組件。具體說(shuō)，本發(fā)明的各種實(shí)施例整合了幾種方法，以消除部分組裝帶螺紋的大電流電連結(jié)部的可能性。這是通過(guò)消除如上所述的常規(guī)方法的導(dǎo)電柱桿而實(shí)現(xiàn)的，使得直到緊固件被添加和固定就位之后才建立電連接(和共存的大電流流動(dòng))，其方式是使得構(gòu)成兩個(gè)電流導(dǎo)電流動(dòng)路徑中的至少一個(gè)的結(jié)構(gòu)變形(例如通過(guò)在緊固件影響下彎曲)，直到在兩個(gè)導(dǎo)體之間建立電接觸。造成顯著變形的這種要求避免了電連結(jié)部有缺失或未正確固定螺母的可能性。顯著的優(yōu)點(diǎn)是消除大電阻連結(jié)部，所述大電阻連結(jié)部在用作大電流應(yīng)用的一部分時(shí)產(chǎn)生極大熱量(例如與機(jī)動(dòng)車電池組相關(guān))。
[0008]在本發(fā)明的情況下，術(shù)語(yǔ)“固定”和其變化形式意味著比通常意義有更多局限，其涵蓋了連結(jié)部形成構(gòu)造一一其中緊固件賦予足夠的力(例如垂直于表面的力)以確保構(gòu)成導(dǎo)電流動(dòng)路徑的鄰近表面之間的顯著的面-面接觸。如此，單純地導(dǎo)體和緊固件之間的接觸或部分螺紋接合(其不會(huì)形成對(duì)連結(jié)導(dǎo)體施加的顯著法向力)都不足以形成固定連結(jié)部;代替地，僅在賦予了與緊固件和連結(jié)導(dǎo)體尺寸、形狀、材料選擇和相關(guān)結(jié)構(gòu)性能共存的緊固程度(其具有相對(duì)于導(dǎo)體接觸表面的足夠法向施加的力)以形成上述的變形的面-面接觸時(shí)，才建立固定電連結(jié)部。在用于機(jī)動(dòng)車電池組的帶螺紋緊固件連接的一個(gè)形式中，緊固的程度優(yōu)選為約8.5Nm到10.5Nm的扭矩。
[0009]除了消除了柱桿，本發(fā)明包括在主電接口周圍使用不導(dǎo)電元件，以消除連結(jié)部的主電接觸表面的偶然或部分接觸的可能性。進(jìn)而，緊固件的運(yùn)動(dòng)被設(shè)計(jì)為要求偏轉(zhuǎn)以便形成主接觸。形成接觸所需的偏轉(zhuǎn)力將消除與低扭矩有關(guān)的失效模式，所述低扭矩與部分組裝或僅指狀物緊固連接相關(guān)。而且，其減少了包括用來(lái)消除連結(jié)部的部分組裝這一步驟的誤差驗(yàn)證需求，或檢測(cè)連結(jié)部的這種部分組裝的額外質(zhì)量檢查。
[0010]根據(jù)本發(fā)明的又一方面，公開(kāi)一種機(jī)動(dòng)車電池組。其包括許多單電池(batterycell)、設(shè)置在單電池周圍以用作殼體或用于單電池的相關(guān)容納結(jié)構(gòu)的封殼、和電連接組件，所述電連接組件包括第一導(dǎo)體、緊固件和第二導(dǎo)體，其方式類似于與之前的方面相關(guān)如上所述的組件。
[0011]在本發(fā)明中，術(shù)語(yǔ)“電池”和其變化例應(yīng)被理解為包括獨(dú)立單電池(例如上述棱柱狀單電池)以及這種單電池構(gòu)成的更大的組件(例如模塊、電池組等)，且可從上下文將清楚理解其是獨(dú)立部件或是涉及這種部件的組合。同樣，盡管本文使用術(shù)語(yǔ)“電池組”來(lái)討論用于在推進(jìn)功率應(yīng)用和其他大功率應(yīng)用中使用的、基本上完整的電池組件，但是本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)理解，相關(guān)術(shù)語(yǔ)，例如“單電池”等，也可以用于描述這種組件，且任一術(shù)語(yǔ)可以替換使用而不妨礙這種理解。對(duì)于各單電池，其棱柱構(gòu)造有助于其堆疊或?qū)?zhǔn)在封殼中，使得在將堆疊的單電池放置在通過(guò)封殼限定的空間中時(shí)，相對(duì)簡(jiǎn)單的筆直的導(dǎo)電構(gòu)件(其形成在封殼覆蓋件中或上)可牢固地連接到總匯流排或電流路徑，使得單電池中產(chǎn)生的電流輸送到負(fù)載。
[0012]在本發(fā)明的情況下，電池組被認(rèn)為是用于推進(jìn)車輛(為其設(shè)計(jì)了電池組)所必要的基本上完整組件或部件的系統(tǒng)，而電池模塊和各單電池(如上所述)被認(rèn)為是總系統(tǒng)的子部件。同樣，除了許多單電池外，用于車輛應(yīng)用的電池組的部件的組件可以包括冷卻板、框架、托板、固定機(jī)構(gòu)和其他設(shè)備，其即使不用于生產(chǎn)電功率，但是形成總電池系統(tǒng)的重要部分。
[0013]根據(jù)本發(fā)明的另一方面，公開(kāi)了一種形成大電流源和大電流負(fù)載之間電連結(jié)部的方法。該方法包括將電源電聯(lián)接到第一導(dǎo)體，所述第一導(dǎo)體限定第一導(dǎo)電流動(dòng)路徑;將負(fù)載電聯(lián)接到第二導(dǎo)體，所述第二導(dǎo)體限定第二導(dǎo)電流動(dòng)路徑，且使用緊固件以將兩個(gè)導(dǎo)體彼此固定，其方式使得僅在導(dǎo)體中的至少一個(gè)在緊固件的影響下變形時(shí)建立電連接。以此方式，避免部分組裝情況，部分組裝情況包括不完全的或有缺陷的緊固連結(jié)方法。在具體形式中，該方法用于組裝機(jī)動(dòng)車電池組。在該具體形式中，許多單電池在封殼中布置為彼此堆疊關(guān)系，使得封殼的至少一部分限定不導(dǎo)電安裝表面。第一導(dǎo)體位于安裝表面上或中，以建立單電池和要形成的連結(jié)部之間的導(dǎo)電性。第二導(dǎo)體置于第一導(dǎo)體附近，使得緊固件可用于通過(guò)導(dǎo)體中的一個(gè)或兩個(gè)的變形而將兩個(gè)導(dǎo)體固定在一起。為了實(shí)現(xiàn)這種變形，緊固件固定到兩導(dǎo)體(例如，通過(guò)兩者中形成的對(duì)準(zhǔn)孔)，使得在實(shí)現(xiàn)合適緊固或其他緊固接合時(shí)，相應(yīng)導(dǎo)體中的至少一個(gè)彎曲或以其他方式重新成形，以促進(jìn)牢固的、相對(duì)大的共用面接觸。在本發(fā)明的情況下，導(dǎo)體位于封殼的安裝表面上或中，所述封殼的安裝表面包圍構(gòu)造和結(jié)構(gòu)，導(dǎo)體在所述構(gòu)造和結(jié)構(gòu)處由安裝表面包覆模制、形成到安裝表面中或以其他方式固定到安裝表面，所有這種變化例被認(rèn)為是在本發(fā)明的范圍內(nèi)，只要其提供電流流動(dòng)路徑的可接取部分即可，其中這種流動(dòng)路徑包括用于以大致類似于傳輸流動(dòng)液體的管狀流動(dòng)路徑方式輸送電流的高效管道的結(jié)構(gòu)(例如線纜、條帶和相關(guān)的電流攜帶構(gòu)件)。
[0014]—方面，本發(fā)明提出一種大電流電連接組件，包括:
[0015]第一導(dǎo)體，布置為與至少一個(gè)電流源電流連通；
[0016]緊固件；
[0017]第二導(dǎo)體，布置為與至少一個(gè)電流負(fù)載電流連通，所述第一和第二導(dǎo)體配置為使得僅在所述緊固件固定到兩者以對(duì)其賦予可變形形狀時(shí)建立它們之間的電連結(jié)。
[0018]組件可進(jìn)一步包括不導(dǎo)電安裝表面，其配置為在其上接收所述第一和第二導(dǎo)體以及所述緊固件。
[0019]其中所述第一導(dǎo)體可通過(guò)所述第一導(dǎo)體與安裝表面之間的包覆模制裝配而聯(lián)接到所述安裝表面。
[0020]其中所述安裝表面和所述第二導(dǎo)體可成形為限定在它們之間的對(duì)應(yīng)(registered)裝配。
[0021]其中所述安裝表面和所述第一和第二導(dǎo)體中的至少一個(gè)可在其中限定洞，所述緊固件選擇性地通過(guò)所述洞接收。
[0022]所述第二導(dǎo)體的限定所述洞的部分可形成所述可變形形狀的至少一部分。
[0023]組件可進(jìn)一步包括絕緣套筒，其與所述第二導(dǎo)體中的所述洞協(xié)作，以冗余地避免所述第一和第二導(dǎo)體之間的電接觸，直到所述緊固件固定到兩者以賦予所述彈性可變形的形狀。
[0024]其中所述第一導(dǎo)體可限定從至少一個(gè)單電池到所述連結(jié)部的流動(dòng)路徑，且所述第二導(dǎo)體限定從所述連結(jié)部到電動(dòng)機(jī)的流動(dòng)路徑。
[0025]其中所述第一和第二導(dǎo)體之間的所述電連結(jié)部可限定在它們之間的充分的(substantial Iy)面-面接觸。
[0026]其中在所述大致面-面接觸處的接觸電阻可不大于約0.015毫歐姆。
[0027]另一方面，本發(fā)明提出一種機(jī)動(dòng)車電池組，包括:
[0028]多個(gè)單電池；
[0029]封殼，圍繞所述單電池設(shè)置;和
[0030]電連接組件，形成在所述封殼上，所述組件包括:
[0031]第一導(dǎo)體，與所述單電池的至少一個(gè)電流連通；
[0032]緊固件；
[0033]第二導(dǎo)體，布置為與至少一個(gè)電流負(fù)載電流連通，所述第一和第二導(dǎo)體配置為使得僅在所述緊固件固定到兩者以對(duì)其賦予可變形形狀時(shí)建立它們之間的電接觸。
[0034]其中所述封殼的、至少建立了所述第一和第二導(dǎo)體之間的所述電接觸的部分可包括不導(dǎo)電材料。
[0035]電池組可進(jìn)一步包括絕緣套筒，其設(shè)置在形成在所述第一和第二導(dǎo)體的至少一個(gè)中的洞內(nèi)，以冗余地避免它們之間的電接觸，直到所述緊固件固定到兩者以賦予所述可變形形狀。
[0036]電池組可進(jìn)一步包括至少一個(gè)絕緣突起，其形成在所述第二導(dǎo)體和所述封殼的鄰近所述第二導(dǎo)體的一部分中的至少一個(gè)上。
[0037]其中所述可變形形狀可包括彈性可變形形狀。
[0038]另一方面，本發(fā)明提出一種在大電流源和大電流負(fù)載之間形成電連結(jié)部的方法，所述方法包括:
[0039]將所述源電聯(lián)接到第一導(dǎo)體，所述第一導(dǎo)體限定第一導(dǎo)電流動(dòng)路徑；
[0040]將所述負(fù)載電聯(lián)接到第二導(dǎo)體，所述第二導(dǎo)體限定第二導(dǎo)電流動(dòng)路徑;和
[0041]使用緊固件將所述第一和第二導(dǎo)體彼此固定，僅在所述導(dǎo)體中的至少一個(gè)變形時(shí)在它們之間形成的所述連結(jié)部處建立電接觸。
[0042 ]其中所述大電流源可包括機(jī)動(dòng)車電池組，且所述大電流負(fù)載包括電動(dòng)機(jī)。
[0043]其中變形可包括彈性變形。
[0044]方法可進(jìn)一步包括將不導(dǎo)電套筒布置為設(shè)置在洞中，所述洞形成于所述第一和第二導(dǎo)體中的至少一個(gè)中。
[0045]其中所述第一和第二導(dǎo)體之間的所述電連結(jié)部可在它們之間限定充分的面-面接觸，其接觸電阻不大于約0.015毫歐姆。
【附圖說(shuō)明】
[0046]參考隨后的附圖閱讀時(shí)可以更好地理解本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例的之后詳細(xì)描述，其中相同的結(jié)構(gòu)用相同的附圖標(biāo)記標(biāo)出且附圖中:
[0047]圖1顯示了具有電池組和內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)形式的混合動(dòng)力推進(jìn)系統(tǒng)的車輛；
[0048]圖2A顯示了各棱柱罐單電池和其在名義(not1nal)動(dòng)力電池組中的放置相關(guān)的細(xì)節(jié)；
[0049]圖2B顯示了各棱柱袋單電池以及其在名義能量電池組中的放置相關(guān)的細(xì)節(jié)；
[0050]圖3A顯示了根據(jù)用于圖2A所示的動(dòng)力電池的現(xiàn)有技術(shù)的典型連結(jié)部連接的詳細(xì)視圖；
[0051]圖3B顯示了根據(jù)用于圖2B所示的能量電池的現(xiàn)有技術(shù)的典型連結(jié)部連接的詳細(xì)視圖；
[0052]圖4顯示了根據(jù)本發(fā)明一方面的電連結(jié)部連接的詳細(xì)視圖；和
[0053]圖5A和5B顯示了在圖4所示的電連結(jié)部連接中使用的部件的更詳細(xì)俯視圖(圖5A)和正視圖(圖5B)。
【具體實(shí)施方式】
[0054]首先參見(jiàn)圖1，車輛I包括常規(guī)的ICE 5和名義電池組(not1nalbattery pack)10構(gòu)成的、電源形式的混合動(dòng)力推進(jìn)系統(tǒng)，ICE 5和電池組10兩者與形成驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)15的一個(gè)或多個(gè)電動(dòng)機(jī)和變速器(例如行星齒輪組形式)協(xié)作。這種車輛被稱為混合動(dòng)力電動(dòng)車(HEV)。如本領(lǐng)域技術(shù)人員所理解的，車輛I可以不需要ICE 5，在這種情況下其不是HEV，而是電動(dòng)車(EV);任一形式都在本發(fā)明的范圍內(nèi)。如本發(fā)明的其他位置所述的，電池組10可以是動(dòng)力電池組或能量電池組的形式，具體的變化形式視具體情況而定。應(yīng)理解，用于為一個(gè)或多個(gè)車輪提供推進(jìn)功率且聯(lián)接到電池組10和ICE 5中之一或兩者的額外驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)部件(其均未示出)包括旋轉(zhuǎn)軸、車軸、控制器等。盡管車輛I當(dāng)前形式為轎車，但是混合動(dòng)力推進(jìn)系統(tǒng)對(duì)其他這樣的機(jī)動(dòng)車形式(包括卡車、公共汽車、飛行器、水運(yùn)工具、宇宙飛船和摩托車)的適用性也認(rèn)為在本發(fā)明的范圍內(nèi)。
[0055]接下來(lái)參見(jiàn)圖2A，顯示了代表性棱柱罐鋰離子單電池100形式的電流源，以及其在名義電池組1形式的八模塊動(dòng)力電池中的置放。不同于袋式(pouch-s ty I e)單電池的變化例(其在下文針對(duì)圖2B描述)，所述袋式單電池一一雖然它們都基本類似于棱柱單電池地具有大致平坦、矩形的可疊置形狀一一包括與冷卻板和其他部件散置的許多單電池以及薄的周向邊緣和甚至更薄的導(dǎo)電箔片凸片(其從袋邊緣延伸)，棱柱單電池100具有封裝在焊接的剛性金屬(例如鋁)矩形罐、封殼或類似的自支撐殼體中的陽(yáng)極和陰極。如所示的，這些棱柱罐樣式的單電池100可被沿通過(guò)對(duì)準(zhǔn)的平行板狀表面形成的堆疊軸線A-A置于面對(duì)結(jié)構(gòu)(很類似撲克牌堆)。通過(guò)將它們以具體形式連接(例如包括一些并聯(lián)連接)，每一個(gè)產(chǎn)生的電流可被增加，以滿足電動(dòng)機(jī)15或有關(guān)負(fù)載的大電流需求。在本發(fā)明的情況下，大電流被認(rèn)為通常高于約20amps rms，以與小電流情況區(qū)別開(kāi)，小電流情況下由于電連結(jié)部或相關(guān)連接部處的電阻造成的熱量積累不可能產(chǎn)生足以熔化或損壞鄰近部件的熱量。
[0056]如局部剖開(kāi)視圖所示，可用于本發(fā)明的單電池100的名義構(gòu)造包括突出到其頂部邊緣以外的正和負(fù)端子110、120以及安全孔130。這些正和負(fù)端子110、120相對(duì)于堆疊軸線彼此側(cè)向地間隔開(kāi)、且用作用于連接到(經(jīng)由未示出的總匯流排)外部負(fù)載或電路的電接觸部。在單電池100的剛性外殼體140中有許多正和負(fù)電極150、160和不導(dǎo)電的離散布置的分離器170。從電極150、160每一個(gè)而來(lái)的引線(以凸片180、190的形式)在單電池殼體140內(nèi)部聚集在一起，以為相應(yīng)端子110、120供電。
[0057]在本實(shí)施例中，許多獨(dú)立單電池100的組被堆疊在模塊1000中，所述模塊又通過(guò)封殼1100置放，所述封殼包括覆蓋件(未示出)、包括(但不僅包括)單電池監(jiān)測(cè)電路等的電池接口單元(未示出)。電池接口單元可以與電子設(shè)備(未示出)的各種其他部件關(guān)聯(lián)使用，所述電子設(shè)備可被安裝在限定電池組10的封殼中；這種設(shè)備可以包括(但不限于)電池系統(tǒng)監(jiān)測(cè)(BSM)單元和手動(dòng)服務(wù)斷開(kāi)(MSD)單元，以及上述BDU。電池組10限定大致矩形的輪廓，以容納一排或多排堆疊的、對(duì)準(zhǔn)的單電池100?？倕R流排(目前未示出)和總匯流排連接件1010(其中的六個(gè)被顯示)建立鄰近模塊1000之間的短距電連接，而總線線纜1110用于電池組10與車輛I中負(fù)載的長(zhǎng)距離電連接。
[0058]接下來(lái)參見(jiàn)圖2B，代表性的棱柱鋰離子電池的袋式單電池200顯示為具有突出到其頂部邊緣以外的正和負(fù)端子(或凸片)210、220，以及顯示了其在九模塊能量電池形式的名義電池組10中的置放。在一個(gè)非限制性構(gòu)造中，袋式單電池200限定內(nèi)部電極結(jié)構(gòu)的堆疊結(jié)構(gòu)類型，其裝在柔性外層中，在一種形式中該柔性外層用具有保護(hù)性聚合物涂層的鋁箔片制造。在這些外層中，多個(gè)板件形狀的基于碳的正電極(陰極，未示出)連接到正凸片210，且多個(gè)板件形狀的基于錳的負(fù)存儲(chǔ)電極(陽(yáng)極，未示出)連接到負(fù)凸片220。電解質(zhì)(未示出)提供用于從存儲(chǔ)陽(yáng)極傳遞電荷離子的多孔介質(zhì)，以在陰極處被化學(xué)結(jié)合，同時(shí)還用作每一個(gè)電極之間的絕緣體或分離器。
[0059]許多單電池200可以沿堆疊軸線A-A和B-B形成為九模塊2000中之一，所述九模塊2000被共用托板2100支撐，托板還可用作對(duì)冷卻劑軟管2200的支撐，所述冷卻劑軟管可用在期望補(bǔ)充冷卻的構(gòu)造中。隔板2300可以限定主支撐結(jié)構(gòu)，其可用作用于冷卻劑軟管2200的接口，以及在需要電池維修的事件中承裝BDU(未示出)。除了為許多電池模塊2000提供支撐，托板2100和隔板2300可以支撐其他模塊，例如電壓、電流和溫度測(cè)量模塊(VITM)2400(其用作中心化的“大腦”，以經(jīng)由局域網(wǎng)絡(luò)(未示出)收集各單電池電壓信息)。分開(kāi)的電壓和溫度模塊(VTSM(未示出))可以被制造為位于三個(gè)主電池部分每一個(gè)的頂部，所述主電池部分構(gòu)成T形電池組10，以將單電池電壓通信給VITM 2400。其他特征，例如手動(dòng)服務(wù)斷開(kāi)部2500、絕緣和覆蓋部(二者均未示出)完善了電池組10。對(duì)于如圖2A所示的實(shí)施例，總線線纜2110用于電池組10與車輛I中負(fù)載的長(zhǎng)距離電連接。具有更多或更少模塊2000的電池組10也認(rèn)為是在在本發(fā)明的范圍內(nèi)，這取決于車輛I的尺寸限制條件和電功率需要。
[0060]接下來(lái)參見(jiàn)圖3A和3B，其顯示了在圖2A和2B的功率和能量電池形成中建立電連接的現(xiàn)有組件。在圖3A的第一(動(dòng)力電池)變化例中，導(dǎo)電總匯流排1101具有形成在其中的洞，以接收向上突出的(且在一種形式中是導(dǎo)電的)柱桿1102，所述柱桿可用于通過(guò)帶螺紋螺母1103和環(huán)端子1104將總匯流排1101和線纜1100彼此固定。通過(guò)柱桿1102、螺母1103和總匯流排1101的組合所形成的連結(jié)部允許電流從電池端子(目前未示出)流動(dòng)到合適的負(fù)載(例如圖1的電動(dòng)機(jī)15)。如上所述，只要柱桿1102和總匯流排1101接觸彼此就建立電連接，即使螺母1103缺失或未正確固定(例如因螺紋錯(cuò)扣或未充分緊固，后一情況優(yōu)選是約8.5Nm到10.5Nm的動(dòng)態(tài)扭矩(對(duì)于初始構(gòu)造)或靜態(tài)扭矩(對(duì)于維修或修理)之間)也可以。這種偶然的電連接難以檢測(cè)，且可導(dǎo)致增加的連結(jié)部電阻，所述電阻會(huì)導(dǎo)致顯著的局部熱量產(chǎn)生。
[0061]在圖3B的第二(能量電池)變化例中，導(dǎo)電總匯流排2101具有形成在其中的洞，以接收向上突出(且在一種形式中是導(dǎo)電的)柱桿2102，所述柱桿可用于通過(guò)帶螺紋螺母2103和環(huán)端子2104將總匯流排2101和總線線纜2100(其在一種優(yōu)選形式中限定層疊構(gòu)造)彼此固定。不管電池變化形式如何，如上所述的各種部件(柱桿、螺母、總匯流排其連接件和環(huán)端子，其用于建立電連接)用導(dǎo)電金屬(例如銅)制造且可以包括鎳或錫的電鍍層、蓋片或相關(guān)涂層，以及表面終加工層或鈍化層。
[0062]接下來(lái)參見(jiàn)圖4、5A和5B，示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的用于在各種單電池100(用于動(dòng)力電池組變化例)或200 (用于能量電池組變化例)和電動(dòng)機(jī)15 (或相關(guān)負(fù)載)之間建立電連接的組件400形式的部件。明顯可以看出，本發(fā)明消除了如上所述的永久的固定柱桿1102、2102且代替使用緊固件以促進(jìn)連結(jié)導(dǎo)體之間的變形協(xié)作，同時(shí)置于相應(yīng)導(dǎo)體的終端中、上或周圍的不導(dǎo)電部件防止在這兩個(gè)導(dǎo)體之間形成電連接(以及偶然或部分接觸的潛在可能性)，直到緊固件賦予足以在連結(jié)部附近區(qū)域中建立這種變形協(xié)作的力為止。更顯著地，組件400通過(guò)在兩個(gè)電連結(jié)表面之間建立大的法向力和相對(duì)大量的表面接觸區(qū)域而滿足小電阻電連結(jié)部的需要。
[0063]組件400至少包括第一導(dǎo)體410、緊固件420和第二導(dǎo)體430。在一種形式中，第一導(dǎo)體410可以是金屬(例如銅)條帶(通常稱為J條或其他從單電池100、200的各種正和負(fù)電池端子而來(lái)的電導(dǎo)體。進(jìn)而，第二導(dǎo)體430優(yōu)選引向總匯流排(或構(gòu)成其一部分)，其允許模塊-模塊聯(lián)接。雖然未示出，但是相似的連結(jié)部可以形成為用于總線460(類似于圖2A、2B、3A和3B所示)，以至少在電池組10和電動(dòng)機(jī)15或其他負(fù)載之間輸送大部分電流。第一導(dǎo)體410可以限定基本平坦矩形的條帶，其尺寸可設(shè)置為裝配在整體形成的通道中，所述通道構(gòu)成在電池組覆蓋件440頂部形成的安裝表面。在優(yōu)選形式中，電池組覆蓋件440(其形成總封殼的頂部部分)用基本上不導(dǎo)電的材料制造，例如塑料。在各種形式中，電池組覆蓋件440連結(jié)到第一導(dǎo)體410的位置可通過(guò)包覆模制、卡扣連接、粘接或緊固(通過(guò)錨定或栓接等)形成。
[0064]同樣，電池組覆蓋件440的安裝表面可包括在其中形成的額外部件形狀，使得其和第二導(dǎo)體430可限定它們之間的對(duì)應(yīng)裝配(registered fit)。在一種形式中，這可以包括塑料或其他不導(dǎo)電材料形成的成形構(gòu)件，使得限定導(dǎo)體410和430的連結(jié)部分的終端點(diǎn)被裝在互補(bǔ)形狀的部件中；在一種形式中，部件可以包括形成在安裝表面中的凹部、槽道、凸片、突起445或相關(guān)結(jié)構(gòu)，以便提供連結(jié)引導(dǎo)特征。如此，在終端點(diǎn)處的這些覆蓋件可以形成不導(dǎo)電安裝表面(一個(gè)或多個(gè))的一部分(或至少與之接觸)。明顯可以看出，第二導(dǎo)體430的終端點(diǎn)包括不導(dǎo)電(例如，塑料)覆蓋件、包覆模制等，其用于確保防止第一和第二導(dǎo)體410、430的導(dǎo)電終端點(diǎn)之間的直接電接觸，直到緊固件420被驅(qū)動(dòng)到連結(jié)部形成位置。圖4還具體顯示了在兩個(gè)導(dǎo)體410、430的終端點(diǎn)周圍的不導(dǎo)電材料如何設(shè)置大小和形狀以提供抵抗旋轉(zhuǎn)的特征。具體說(shuō)，互補(bǔ)形狀的凸片435或相似的突出部可以形成在第二導(dǎo)體430的覆蓋部分或相關(guān)的不導(dǎo)電部分，使得凸片435裝配在不導(dǎo)電突起445形成的空間中；除了有助于確保這些部件之間的適當(dāng)固定角度，對(duì)應(yīng)裝配可有助于確保避免第二導(dǎo)體430的一個(gè)表面和第一導(dǎo)體的鄰近表面之間的接觸，直到緊固件被緊固，以及促成連結(jié)導(dǎo)體410、430之間的抗旋轉(zhuǎn)特征。在一種形式中，凸片435和突起445之間產(chǎn)生的干涉還有助于防止連結(jié)導(dǎo)體410、430之間的“底部外突”接觸，直到通過(guò)緊固件420施加顯著的法向力，以使得凸片435偏轉(zhuǎn)。
[0065]如上所述，第一和第二導(dǎo)體410、430之間的電接觸僅在緊固件420固定到兩者(以導(dǎo)體中的一個(gè)或兩個(gè)的可變形部分對(duì)緊固件420的緊固或固定動(dòng)作做出響應(yīng)的方式)時(shí)建立。在一種優(yōu)選形式中，這種變形可以在彈性范圍內(nèi)，使得在去除通過(guò)緊固件420賦予的力時(shí)，受影響的導(dǎo)體(在圖中顯示為第一導(dǎo)體410)彈回到其未受力形狀。如圖5B詳細(xì)顯示的，第二導(dǎo)體430的可變形部分432是鄰近地圍繞形成在其中的洞433的部分。兩個(gè)導(dǎo)體410、430之間的間距使得，直到緊固件420(其可以包括分開(kāi)螺母425)的夾持力足以克服可變形部分432的電阻并迫使其呈現(xiàn)槽狀就位形態(tài)(通過(guò)第一導(dǎo)體410的上表面限定在底部上和通過(guò)形成在電池組覆蓋件440的頂部中的安裝表面的直立壁限定在側(cè)部上)時(shí)，避免它們之間的偶然電接觸。
[0066]絕緣套筒450(例如索環(huán))可以置于形成在第二導(dǎo)體430中的洞中(以及在終端點(diǎn)處的不導(dǎo)電覆蓋部中)，以冗余避免其和第一導(dǎo)體410之間的電接觸，直到緊固件420固定到兩者并達(dá)到足以確保兩者之間變形和共存就位的程度，如圖5B的第二導(dǎo)體430虛線部分所示。這在緊固件420被誤應(yīng)用或僅通過(guò)臨時(shí)(即手握)力施加的情況下避免形成意外或偶然電接觸來(lái)說(shuō)是重要的。出于連結(jié)功能的目的(其中大法向力和大量的鄰近表面面積接觸是很重要的)，在第一和第二導(dǎo)體410和430的配合表面之間的平坦-平坦接觸處發(fā)生電子傳遞(SP電能流動(dòng)路徑)；以此方式，盡管在沒(méi)有緊固件420的夾持或相關(guān)固定運(yùn)動(dòng)的情況下不可能有電連結(jié)，但是緊固件420本身不是電連結(jié)的一部分。重要地，緊固件420避免了必須用塑料材料形成連結(jié)部，在用塑料材料形成連結(jié)部的情況下需要低電流攜帶能力或?qū)椈蓮?fù)合系統(tǒng)的依賴(用于維持配合表面之間的接觸)。由此，在優(yōu)選形式中，緊固件420用鋼制造(例如不銹鋼)以實(shí)現(xiàn)用于保持穩(wěn)定連結(jié)所必要的強(qiáng)度；用導(dǎo)電材料制造不是關(guān)鍵的。如此，其可用陶瓷、塑料復(fù)合材料或其他不導(dǎo)電材料制造，只要其強(qiáng)度和長(zhǎng)期穩(wěn)定性(例如疲勞強(qiáng)度)性能足以使用很長(zhǎng)運(yùn)行時(shí)間即可。在本發(fā)明的情況下，例如“絕緣的”、“不導(dǎo)電的”等的術(shù)語(yǔ)含有相同的一般含義，即由于其相關(guān)部件的組成材料的特點(diǎn)，阻止與用于機(jī)動(dòng)車目的的正常電池組10的運(yùn)行相關(guān)的電流流動(dòng)。雖然未示出，但是緊固件420可以在其頭部部分限定溝槽，以有助于安裝間隙。
[0067]應(yīng)注意，“優(yōu)選”、“大致”和“通?！边@樣的術(shù)語(yǔ)在本文中不用于限制要求保護(hù)的發(fā)明范圍或暗示某些特征是對(duì)要求保護(hù)的發(fā)明的結(jié)構(gòu)或功能來(lái)說(shuō)是關(guān)鍵的、必不可少的或非常重要的。相反，這些術(shù)語(yǔ)僅僅是指出了本發(fā)明的具體實(shí)施例中可以利用或可以不利用的替換或額外的特征。同樣，例如“基本上”這樣的術(shù)語(yǔ)用于表示任何定量比較、值、測(cè)量或其他表示所固有的不確定程度。其還用于代表與所述參照不同的定量表示的程度，而不造成所述主體基本功能的改變。
[0068]出于描述和限定本發(fā)明的目的，應(yīng)注意，本文使用的術(shù)語(yǔ)“裝置”代表部件和各部件的組合，而不管部件是否與其他部件組合。例如，根據(jù)本發(fā)明的裝置可以包括電池或相關(guān)的電功率源，其又可以用于提供動(dòng)力。裝置還可以是指并入動(dòng)力源或其他設(shè)備的車輛，所述其他設(shè)備可以構(gòu)成車輛或動(dòng)力源或與車輛或動(dòng)力源一起使用;從上下文可以得知裝置的特點(diǎn)。進(jìn)而，“汽車”、“機(jī)動(dòng)車”、“車輛”等術(shù)語(yǔ)的變化形式應(yīng)以通常的含義理解，除非另有其他說(shuō)明。如此，對(duì)機(jī)動(dòng)車做出參考應(yīng)理解為覆蓋轎車、卡車、公共汽車、摩托車和其他相似的運(yùn)輸模式，除非在文中有更具體的表述。同樣，本發(fā)明可以與不關(guān)聯(lián)于機(jī)動(dòng)車應(yīng)用的單電池關(guān)聯(lián)使用，其中溫度敏感設(shè)備需要添加熱保護(hù);這種額外構(gòu)造應(yīng)被理解為在本發(fā)明的范圍內(nèi)。
[0069]參考具體實(shí)施例詳細(xì)描述了本發(fā)明，但是應(yīng)理解，在不脫離所附權(quán)利要求限定的本發(fā)明的范圍的情況下，可以做出修改和改變。更具體地，雖然本發(fā)明的一些方面在本文被認(rèn)為是優(yōu)選或特別有利的，但是應(yīng)理解本發(fā)明不是必須限制為本發(fā)明的這些優(yōu)選方面。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種機(jī)動(dòng)車電池組，包括: 多個(gè)單電池； 封殼，圍繞所述單電池設(shè)置;和 電連接組件，形成在所述封殼上，所述組件包括: 第一導(dǎo)體，與所述單電池的至少一個(gè)電流連通； 緊固件； 第二導(dǎo)體，布置為與至少一個(gè)電流負(fù)載電流連通，所述第一和第二導(dǎo)體配置為使得僅在所述緊固件固定到兩者以對(duì)其賦予可變形形狀時(shí)建立它們之間的電接觸。2.如權(quán)利要求1所述的電池組，其中所述封殼的、至少建立了所述第一和第二導(dǎo)體之間的所述電接觸的部分包括不導(dǎo)電材料。3.如權(quán)利要求1所述的電池組，進(jìn)一步包括絕緣套筒，其設(shè)置在形成在所述第一和第二導(dǎo)體的至少一個(gè)中的洞內(nèi)，以冗余地避免它們之間的電接觸，直到所述緊固件固定到兩者以賦予所述可變形形狀。4.如權(quán)利要求1所述的電池組，進(jìn)一步包括至少一個(gè)絕緣突起，其形成在所述第二導(dǎo)體和所述封殼的鄰近所述第二導(dǎo)體的一部分中的至少一個(gè)上。5.如權(quán)利要求1所述的電池組，其中所述可變形形狀包括彈性可變形形狀。6.—種在大電流源和大電流負(fù)載之間形成電連結(jié)部的方法，所述方法包括: 將所述源電聯(lián)接到第一導(dǎo)體，所述第一導(dǎo)體限定第一導(dǎo)電流動(dòng)路徑； 將所述負(fù)載電聯(lián)接到第二導(dǎo)體，所述第二導(dǎo)體限定第二導(dǎo)電流動(dòng)路徑;和 使用緊固件將所述第一和第二導(dǎo)體彼此固定，僅在所述導(dǎo)體中的至少一個(gè)變形時(shí)在它們之間形成的所述連結(jié)部處建立電接觸。7.如權(quán)利要求6所述的方法，其中所述大電流源包括機(jī)動(dòng)車電池組，且所述大電流負(fù)載包括電動(dòng)機(jī)。8.如權(quán)利要求6所述的方法，其中變形包括彈性變形。9.如權(quán)利要求6所述的方法，進(jìn)一步包括將不導(dǎo)電套筒布置為設(shè)置在洞中，所述洞形成于所述第一和第二導(dǎo)體中的至少一個(gè)中。10.如權(quán)利要求6所述的方法，其中所述第一和第二導(dǎo)體之間的所述電連結(jié)部在它們之間限定充分的面-面接觸，其接觸電阻不大于約0.015毫歐姆。
【文檔編號(hào)】H01M2/20GK106058129SQ201610232530
【公開(kāi)日】2016年10月26日
【申請(qǐng)日】2016年4月14日 公開(kāi)號(hào)201610232530.8, CN 106058129 A, CN 106058129A, CN 201610232530, CN-A-106058129, CN106058129 A, CN106058129A, CN201610232530, CN201610232530.8
【發(fā)明人】R.M.布里斯班, A.P.烏里
【申請(qǐng)人】通用汽車環(huán)球科技運(yùn)作有限責(zé)任公司