電池互連件的制作方法
【專利摘要】本實用新型提供了一種電池互連件，包括可熔斷互連件，其可被集成至匯流條，從而能夠在電池組內(nèi)的匯流條與電池之間制造成迅速的、成本有效的，且高度可靠的連接。
【專利說明】
電池互連件
技術領域
[0001]本實用新型一般涉及電池組，并且尤其涉及電池組匯流條(bus bar)互連件系統(tǒng)。
【背景技術】
[0002]應在不斷上漲的油價和全球變暖的可怕后果驅(qū)使下的消費者的要求，汽車工業(yè)逐漸開始接受對超低排放、高效率的汽車的需求。要獲得低排放、高效率汽車的最為普遍的方法之一是通過使用在其中將內(nèi)燃機與一個或多個電動機組合的混合驅(qū)動系。另一種試圖降低排放甚至同時進一步降低驅(qū)動系統(tǒng)的復雜性的方式是在其中從驅(qū)動系統(tǒng)中完全消除內(nèi)燃機，因此這需要由一個或多個電動機來提供全部推進力。不論用于達到較低的排放的方式如何，為了滿足所有消費者的期望，使驅(qū)動系的性能、變化范圍、可靠性和成本都保持在合理水平是十分重要的。
[0003]為了降低電池組成本并從而降低EV的成本，減少組件的成本和組裝的時間十分重要。對組裝時間有很大影響的電池組制造的方面，尤其對于采用小型(small form factor)電池的大電池組而言，是用于將電池連接在一起的過程，在該過程中這些電池典型地被分組形成模塊，然后在電池組內(nèi)將這些模塊互連以獲得期望的輸出功率。被設計成用于減輕關于短路的效應的熔絲可被集成在用于將電池連接至相應匯流條的互連件中、被集成在用于在電池組內(nèi)將單個電池組模塊連接在一起的互連件中，或者被集成在用于將負載耦接至電池組的互連件中。由于與大型電池組相關的安全問題，在許多情況下，例如在單個電池級別和在電池模塊級別，在整個電池組中放置多個熔絲。
[0004]在常規(guī)電池組中，將每一個電池的每一個端子電連接至相應的匯流條的高電流互連件典型地包括導線，即，焊線(wire bond)。如以上所提到的，可將熔斷元件集成在這些焊線中，例如在第8，133,608號美國專利中揭示的那樣。
[0005]不管焊線中是否包括熔斷元件，引線接合處理都是非常耗時間的，并因此是昂貴的，并且在特定的制造條件下可能會引起可靠性問題。據(jù)此，需要一種強健的可熔斷互連件，這種互連件使電池組能夠被迅速且有效地組裝起來，從而降低了制造時間和成本。本實用新型提供了這樣一種可熔斷互連件的設計和制造處理。
【實用新型內(nèi)容】
[0006]本實用新型提供了一種電池互連件，該電池互連件將匯流條電耦接至電池端子，該電池互連件包括(i)第一端部，其形成為匯流條的延伸部；(i i )第二端部，其遠離第一端部并被配置成附接至電池端子；(iii)可熔斷互連件，其將第一端部電連接至第二端部，其中電池互連件和匯流條由單件材料制造而成，并且形成為在匯流條與電池互連件之間無材料不連續(xù)性；以及(iv)封裝件，該封裝件封裝可熔斷互連件，其中該封裝件是電絕緣的，其中該封裝件在將電池互連件的第二端部附接至電池端子之前被施加到可熔斷互連件，其中封裝件的一區(qū)域被修薄，并且其中封裝件的被修薄的區(qū)域接近于可熔斷互連件的一段。該封裝件可以是剛性的或者半剛性的。該封裝件可包括塑料。該封裝件可注塑成型到可熔斷互連件上。電池互連件可在被封裝之前在張力下成形和/或置于張力下。
[0007]一方面，封裝件可覆蓋或者封裝匯流條的接近于電池互連件的第一端部的區(qū)域，并且可覆蓋或封裝電池互連件的第二端部的區(qū)域，其中封裝件完全在匯流條的區(qū)域與電池互連件的第二端部的區(qū)域之間延伸。
[0008]另一方面，封裝件的被修薄的區(qū)域?qū)诜庋b件的上層。除被修薄的區(qū)域外，優(yōu)選地該上封裝層具有基本上一致的厚度。
[0009]另一方面，封裝件的被修薄的區(qū)域?qū)诜庋b件的下層。除被修薄的區(qū)域外，優(yōu)選地該下封裝層具有基本上一致的厚度。
[0010]另一方面，封裝件的被修薄的區(qū)域?qū)谠摲庋b件的上層的第一修薄區(qū)并且對應于封裝件的下層的第二修薄區(qū)。除第一修薄區(qū)外，優(yōu)選地上封裝層具有基本上一致的厚度。類似地，除第二修薄區(qū)外，優(yōu)選地下封裝層具有基本上一致的厚度。
[0011]通過參考本說明書和附圖的其余部分可實現(xiàn)對本實用新型的屬性和優(yōu)勢的進一步理解。
【附圖說明】
[0012]應該理解的是，附圖僅意味著示出，而不是限制，本實用新型的范圍，并且不應被認為是按比例描繪的。此外，在不同的附圖中的相同的附圖標記應被理解成指示相同的組件或具有相似功能的組件。
[0013]圖1是匯流條在電池單元上方和下方的電池組的示意性示圖。
[0014]圖2是匯流條與電池單元的正端子相鄰的電池組的示意性示圖。
[0015]圖3提供了電池組件的一部分，且尤其是連接至單個電池的匯流條連接件的俯視圖。
[0016]圖4提供了圖3中所示出的組件，包括熔絲互連件封裝件的俯視圖。
[0017]圖5提供了在最初的裝配之后的圖3和圖4中所示出的可熔斷互連件的側視圖。
[0018]圖6提供了在成形之后的圖5中所示的可熔斷互連件的側視圖。
[0019]圖7提供了在封裝之后的圖6中所示的可熔斷互連件的側視圖。
[0020]圖8提供了，除了已將封裝層的區(qū)域修薄以外，類似于圖4中所示的電池組件的一部分的俯視圖。
[0021]圖9提供了圖8中所示的可熔斷互連件的橫截面視圖，其中修薄區(qū)域僅位于封裝層的上表面上，以及
[0022]圖10提供了備選實施例，其中在互連件的兩側上的封裝層都已被修薄。
【具體實施方式】
[0023]如在本文中所使用的，單數(shù)形式“一”、“一個”以及“該”旨在也包括復數(shù)形式，除非上下文中明確指出相反的情況。如在本文中所使用的，術語“包括”、“正包括”、“包含”和/或“正包含”指出了所陳述的特征、整數(shù)、步驟、操作、元件，和/或組件的存在，但是并不排除存在或附加一個或多個其它特征、整數(shù)、步驟、操作、元件、組件，和/或它們的組。如在本文中所使用的，術語“和/或”以及符號意味著包括一個或多個相關列出的對象的任意的以及所有的組合。此外，雖然術語第一、第二等可在本文中用于描述不同的步驟或計算，但是這些步驟或計算不應受這些術語的限制，而是這些術語僅用于將一個步驟或計算與其它的相區(qū)別。例如，第一計算可被稱為第二計算，并且類似地，第一步驟可被稱為第二步驟，而不背離本公開的范圍。
[0024]在下文中，術語“電池”、“電池單元”，以及“電池組電池單元”可互換地使用并可指示任意各種不同的電池配置和化學組成。典型的電池化學組成包括，但不限于，鋰離子、鋰離子聚合物、鎳金屬氫化物、鎳鎘、鎳氫、鎳鋅，和銀鋅。術語“電動汽車”和“EV”可以互換使用并可表示純電動車、插電式混合動力車(也被稱為P H E V )，或混合動力車(也被稱為HEV)，其中混合動力車采用多個動力源，包括電驅(qū)動系統(tǒng)。
[0025]圖1示出了示例性電池組100，該示例性電池組100示出了普通的電池組配置。如圖所示，電池組100包括并聯(lián)連接的第一組電池102和104、并聯(lián)連接的第二組電池106和108，以及并聯(lián)連接的第三組電池110和112。第一、第二和第三組電池串聯(lián)連接。匯流條114、116、118、120、122、124用于以這種并聯(lián)和串聯(lián)的布置連接電池。每一個匯流條通過一個或多個互連件被耦接至各自的電池。相對較粗的導線126將第二匯流條114耦接至第三匯流條122，使得在第一和第二電池組之間形成串聯(lián)連接，同時第二相對較粗的導線128將第四匯流條116耦接至第五匯流條124，使得在第二和第三電池組之間形成串聯(lián)連接。結果，第一匯流條120為電池組100的負端子，而第六匯流條118為電池組100的正端子。
[0026]如圖1所示那樣的在電池的兩端都使用匯流條需要相對復雜的制造處理，以便(i)附接在電池端部表面與匯流條之間的電池互連件，以及(ii)附接將上匯流條耦接至下匯流條的導線(例如導線126和128)。導線126和128也會產(chǎn)生問題，因為它們可能將寄生電阻引入電流路徑中，所以在耗用電流較高的狀態(tài)下可能引起電壓降。此外這種配置阻止了，或至少限制了，通過在電池端部表面附加散熱器來有效地消除電池組熱量的能力。
[0027]圖2示出了電池組200，該電池組200采用一種備選的電池組配置，其中所有的匯流條都貼近電池組的一端，因此能夠從電池組的另一端有效散熱。此外，通過將匯流條214、216、218和222放置成貼近電池的一端，所需要的匯流條將比電池組100中更少。在圖2中所示的實施例中還消除了從上匯流條至下匯流條的相對較粗的導線126和128。
[0028]電池組200中正負端子的接入部都處于電池單元的一端，S卩，在電池單元的頂端，在此處通過使用電池互連件將匯流條耦接至正負端子。如在先前的布置中，第一組電池102和104并聯(lián)連接、第二組電池106和108并聯(lián)連接，且第三組電池110和112并聯(lián)連接。該第一、第二和第三組電池串聯(lián)連接。匯流條214、216、218、222被用于在以這種并聯(lián)和串聯(lián)的布置耦接電池。具體而言，由電池組200的負端子開始，第一匯流條214被連接至第一組電池102和104的負端子，同時第二匯流條222被連接至同一組電池102和104的正端子，兩者都在每一個電池的頂端部138。第一和第二匯流條214和222將第一組電池102和104并聯(lián)耦接。類似地，第二匯流條222和第三匯流條216將第二組電池106和108并聯(lián)耦接，而第三匯流條216和第四匯流條218將第三組電池110和112并聯(lián)耦接。電池組之間的串聯(lián)連接由匯流條形成，具體而言是第二匯流條222將第一電池組102和104的正端子連接至第二組電池106和108的負端子;且第三匯流條216將第二組電池106和108的正端子連接至第三組電池110和112的負端子。第四匯流條218是電池組200的正端子。
[0029]在電池組200中，匯流條被布置在層疊結構(layer stack)250中。在這種堆疊布置中，通過空氣間隙或其它電絕緣體分開以防止短路的第一匯流條214和第三匯流條216被放置在第一層230中。類似地，同樣通過間隙或絕緣體分開的第二匯流條222和第四匯流條218被放置在第三層234。部署在層230和234之間的是電絕緣層232。為簡化裝配，層疊結構可使用多層電路板形成，例如，使用由銅層或其它可適用的導電性金屬(例如鋁)制成(或在其上)的匯流條以及由樹脂浸漬玻璃纖維或其它可適用的電絕緣材料制成的絕緣層。應該理解的是，層疊結構250僅是示例性堆疊，并且還可以使用其它的匯流條裝置。
[0030]在優(yōu)選的實施例中，如附圖中所示，電池具有在頂端作為正端子的突出結以及起到電池負端子作用的罐體或外殼。電池優(yōu)選地為具有平坦底部表面的圓柱形。典型地負端子的一部分被置于電池單元的頂端，這是由于例如在將外殼圍繞電池的內(nèi)含物進行密封時會形成外殼卷曲。在電池的頂端處負端子的這一卷曲部分或其它部分與突出結的外周側通過間隙被分開，該間隙可填充或未填充絕緣體。
[0031 ]優(yōu)選地，在例如其中在電池單元的一端(例如，端部138)處形成電池連接的電池組200的電池組中，散熱器252被熱耦接至每一個電池的相反的端部140。該散熱器可帶有散熱片，或者可采用空氣或液體冷卻劑通道。在一些實施例中，風扇提供通過散熱器252表面的氣流。在至少一個實施例中，散熱器附接或附加至電池座的底部上。電池的共面布置提供了相對平坦的表面來附接散熱器，并且在一些實施例中，電池單元被設計成通過電池單元的底部來有效地冷卻，例如，18650鋰離子電池。
[0032]圖3提供了電池組的一部分的俯視圖，且更具體而言提供了在設計上與圖1和圖2中示出的那些相似的單個電池301的一部分以及匯流條的一部分的俯視圖。電池300包括凸結301，該凸結301起到電池的一個端子(典型地為正端子)的作用，同時電池301的頂部邊緣303起到該電池的第二個端子的作用，該端子典型地為負端子。在典型的18650規(guī)格系數(shù)的電池中，邊緣303是電池外殼的一部分，該外殼被卷曲以將帽組件和電極組件固定在外殼內(nèi)的適當位置。將理解到的是，以下詳細說明的本實用新型可等價地應用于其它的電池配置中，例如非圓柱形電池中。
[0033]在附圖中示出了單個匯流條305，其中匯流條305經(jīng)由可熔斷互連件307被電連接至端子301。應該理解的是，可熔斷互連件307可等價地與端子303—起使用。優(yōu)選地，互連件307是在用于裝配相應的匯流條的同一制造處理中裝配的。備選地，可熔斷互連件可在二次處理中形成。一旦可熔斷互連件307的接觸片309相對于相應的電池端子被正確地定位，則該接觸片經(jīng)由接合點311被附接至端子。優(yōu)選地接合點311是通過將接觸片激光焊接在適當位置處形成的，即使如此，應該理解的是，還可以使用例如電子束焊接(e-beam welding)、電阻焊接、超聲波焊接、熱壓結合、超聲波熱焊等其它附接工藝。
[0034]可熔斷互連件307和匯流條305優(yōu)選地由單件材料裝配而成，并且被形成為使得在匯流條與互連件之間沒有材料的不連續(xù)性，即，互連件307與匯流條305保持材料連續(xù)性?？扇蹟嗷ミB件307被設計成為了其預期應用(例如特定的電池組配置)而使所期望的電流通過，但是在電流過大的狀況下會熔斷。電流過大的狀況典型地出現(xiàn)在短路過程中。
[0035]由于可熔斷互連件307的相對脆弱的屬性以及出于采用達到高穩(wěn)定性的高速制造處理的目的，依據(jù)本實用新型的至少一個實施例，可熔斷互連件是使用剛性的或半剛性的電絕緣材料來封裝的。在圖4中示出了本實用新型的這一方面，在該圖中可熔斷互連件307被封裝。為了給制造處理提供最全面的好處，在匯流條裝配之后而在電池連接處理之前，將封裝件401施加于匯流條可熔斷互連件。封裝件401優(yōu)選地由塑料(例如，尼龍、聚苯乙烯、乙縮醛、聚丙烯、聚乙烯、聚碳酸酯、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯(ABS)等)制成并且優(yōu)選地通過注塑成型處理來施加。為了全面保護可熔斷互連件，封裝件401優(yōu)選地在匯流條主體部403的一部分和可熔斷互連件307的接觸片309的一部分之間延伸并且覆蓋(或封裝)這些部分。
[0036]在一個實施例中，可熔斷互連件是在被封裝之前成形的，即被置放在張力之下。在圖5至圖7中示出了本實用新型的這一方面。圖5提供了在初始裝配之后互連件307的側視圖；圖6提供了在成形之后互連件307的側視圖；以及圖7提供了在封裝之后互連件307的側視圖。取決于構成匯流條305的材料，在一些實施例中，需要在封裝處理過程中沿方向601施加張力。應該理解的是雖然可熔斷互連件307與匯流條305和接觸片405—起優(yōu)選地被裝配成單個部件，為了在附圖中提供清晰性，匯流條305、互連件307和接觸片309用不同的陰影示出。優(yōu)選地，被施加到可熔斷互連件的封裝件層具有基本一致的厚度，或者至少分別覆蓋可熔斷互連件的上下表面的上層和/或下層具有基本一致的厚度。
[0037]雖然封裝層401保護可熔斷互連件并有助于防止在互連件耦接和電池組組裝處理的過程中可能發(fā)生的損害，但是在一些實施例中，優(yōu)選的是減少與可熔斷互連件的一部分直接鄰接的封裝層。減少封裝件厚度有助于實現(xiàn)多種目的。第一，通過使特定區(qū)域中的封裝件最小化，使得在發(fā)生電流過大的事件時封裝材料可能改變?nèi)劢z熔斷所需的時間的風險更小。其次，通過降低特定區(qū)域內(nèi)的封裝件厚度，可將互連件專門制作成會在特定位置處熔斷。第三，可使用封裝修薄來引導在熔絲熔斷時出現(xiàn)的殘骸流。優(yōu)選地，封裝件是在封裝處理過程中被修薄的，例如，在封裝成型處理(例如注塑成型)的過程中被修薄，但是封裝件也可在被施加到互連件之后被修薄。除修薄區(qū)域以外，優(yōu)選地被施加到可熔斷互連件的封裝層具有基本上一致的厚度，或者至少上封裝層和/或下封裝層具有不同于修薄區(qū)域的基本上一致的厚度。
[0038]圖8提供了除封裝層401的區(qū)域801被修薄以外，與圖4中所示相似的電池組件的一部分的視圖。優(yōu)選地修薄是在封裝成型處理的過程中完成的，但是其它眾所周知的工藝也可被用于減少在特定區(qū)域中的封裝件的厚度。圖9提供了圖8中所示出的可熔斷互連件的側視圖，其中修薄區(qū)域801僅在封裝層的上表面上。圖10提供了備選實施例，其中在互連件的兩側上的封裝層都被修薄。
[0039]為了幫助理解本實用新型的細節(jié)已經(jīng)對本系統(tǒng)和方法進行了概括性說明。在一些示例中，已知的結構、材料，和/或操作并未特別示出或詳細說明以避免掩蓋本實用新型的各個方面。在其它情況下，已經(jīng)給出了特定的細節(jié)以便提供對本實用新型的透徹理解。一個本領域技術人員將認識到本實用新型還可以其它特定的形式實施，例如適用于特定的系統(tǒng)或設備或情形下或材料或組件，而不背離其精神或基本特征。因此，本公開和說明書在此旨在說明而非限制本實用新型的范圍。
【主權項】
1.一種電池互連件，其特征在于，所述電池互連件將電池的電池端子電耦接至匯流條，所述電池互連件包括: 第一端部，其形成為所述匯流條的延伸部； 第二端部，其遠離所述第一端部并被配置成附接至所述電池端子； 可熔斷互連件，其將所述第一端部電連接至所述第二端部，其中，所述電池互連件和所述匯流條由單件材料裝配而成并且形成為在所述匯流條和所述電池互連件之間無材料間斷；以及 封裝件，所述封裝件封裝所述可熔斷互連件，其中，所述封裝件為電絕緣的，其中，在將所述電池互連件的所述第二端部附接至所述電池端子之前所述封裝件被施加到所述可熔斷互連件，其中，所述封裝件的一區(qū)域被修薄，并且其中，所述封裝件的被修薄的所述區(qū)域接近所述可熔斷互連件的一段。2.如權利要求1所述的電池互連件，其特征在于，所述封裝件是半剛性的。3.如權利要求1所述的電池互連件，其特征在于，所述封裝件是剛性的。4.如權利要求1所述的電池互連件，其特征在于，所述封裝件包括塑料材料。5.如權利要求1所述的電池互連件，其特征在于，所述封裝件被注塑成型為所述可熔斷互連件。6.如權利要求1所述的電池互連件，其特征在于，所述電池互連件是在所述可熔斷互連件被所述封裝件封裝之前成形的。7.如權利要求1所述的電池互連件，其特征在于，在所述可熔斷互連件被所述封裝件封裝之前，所述電池互連件被置于張力下。8.如權利要求1至7中任一項所述的電池互連件，其特征在于，所述封裝件覆蓋所述匯流條的區(qū)域，該區(qū)域接近于所述電池互連件的所述第一端部，其中，所述封裝件覆蓋所述電池互連件的所述第二端部的區(qū)域，并且其中所述封裝件完全在所述匯流條的所述區(qū)域與所述電池互連件的所述第二端部的所述區(qū)域之間延伸。9.如權利要求1至7中任一項所述的電池互連件，其特征在于，所述封裝件封裝所述匯流條的區(qū)域，該區(qū)域接近于所述電池互連件的所述第一端部，其中，所述封裝件封裝所述電池互連件的所述第二端部的區(qū)域，并且其中，所述封裝件完全在所述匯流條的所述區(qū)域與所述電池互連件的所述第二端部的所述區(qū)域之間延伸。10.如權利要求1至7中任一項所述的電池互連件，其特征在于，所述封裝件的被修薄的所述區(qū)域?qū)谒龇庋b件的上層。11.如權利要求10所述的電池互連件，其特征在于，除所述區(qū)域外，所述封裝件的所述上層具有基本上一致的厚度。12.如權利要求1至7中任一項所述的電池互連件，其特征在于，所述封裝件的被修薄的所述區(qū)域?qū)谒龇庋b件的下層。13.如權利要求12所述的電池互連件，其特征在于，除所述區(qū)域外，所述封裝件的所述下層具有基本上一致的厚度。14.如權利要求1至7中任一項所述的電池互連件，其特征在于，所述封裝件的被修薄的所述區(qū)域?qū)谒龇庋b件的上層的第一修薄區(qū)，并對應于所述封裝件的下層的第二修薄區(qū)。15.如權利要求14所述的電池互連件，其特征在于，除所述第一修薄區(qū)外，所述封裝件的所述上層具有基本上一致的厚度。16.如權利要求14所述的電池互連件，其特征在于，除所述第二修薄區(qū)外，所述封裝件的所述下層具有基本上一致的厚度。
【文檔編號】H01M2/20GK205564866SQ201620250236
【公開日】2016年9月7日
【申請日】2016年3月29日
【發(fā)明人】R.J.比斯庫普
【申請人】源捷公司