用于电池模块的单元凸片连结的制作方法

专利名称：用于电池模块的单元凸片连结的制作方法
技术领域：
本发明总体上涉及电池模块，更具体地，涉及用于电池组的棱柱堆型电池模块。
背景技术：
电池可用于将化学能转化为电能，并且可被描述为一次电池或二次电池。一次电 池通常是不可再充电的；二次电池则可容易地再充电。也就是说，二次电池在使用之后可 被恢复至满电荷。这样，二次电池可用于很多应用，例如，为电子器件、工具、机械、和车辆供 电。例如，用于车辆应用的二次电池可经由常规的插入式插座在车辆外部进行再充电，或者 可经由再生事件在车辆上进行再充电。虽然一次碱性、伏打电堆、和铅酸电池已经被用在众多家庭和工业应用中，但镍镉 (NiCd)、镍-金属氢化物(Ni-MH)、锂离子、和锂离子聚合物二次电池尤其可用于新兴的电 动车辆和混合动力汽油/电动车辆应用。也就是说，这些二次电池与常规的一次电池相比 经常呈现出更高的能量密度。此外，二次电池无需硬的、重的金属电池外壳即可构造，因此 可用于需要较小电池尺寸和重量的应用。电池，也可能公知为电池组，可包括一个或多个电池模块。类似地，电池模块可包 括一个或多个电化学电池单元，它们定位成彼此相邻，例如，堆叠在一起。此外，每个电化学 电池单元可包括可用作导电端子的薄片单元凸片。电化学电池单元的单元凸片可以适合于 完成电池模块的电路的方式连结在一起。例如，单元凸片可连结到导电互连部件。因此，可 通过优化单元凸片之间的连接(即，接头)的完整性来获得质量和成本优势。

发明内容
在本发明的一个实施例中，一种电池模块包括多个电化学电池单元，所述单元设 置成彼此相邻并且各具有正极单元凸片和负极单元凸片。所述多个电化学电池单元中的第 一个的正极单元凸片交叠地连结到所述多个电化学电池单元中的第二个的负极单元凸片。 此外，所述正极单元凸片和所述负极单元凸片中的每个均不连结到导电互连部件。并且，所 述正极单元凸片或所述负极单元凸片中的至少一个限定褶曲部，所述褶曲部构造成在交叠 地连结所述正极单元凸片和所述负极单元凸片的过程中减小施加到所述电化学电池单元 的应力。在一个方面，所述褶曲部沿所述正极单元凸片和所述负极单元凸片中的至少一个 的大致整个长度延伸。在另一个方面，所述正极单元凸片和所述负极单元凸片中的至少一 个限定多个褶曲部。根据另一个方面，所述第一个电化学电池单元的所述正极单元凸片弯曲成大致90 度角以便延伸到所述第二个电化学电池单元的所述负极单元凸片之上并与所述负极单元 凸片接触。可替代地，所述第二个电化学电池单元的所述负极单元凸片弯曲成大致90度角 以便延伸到所述第一个电化学电池单元的所述正极单元凸片之上并与所述正极单元凸片 接触。
作为该实施例的另一个方面的一部分，正极单元凸片定位成与另两个正极单元凸 片相邻并接触，以形成第一凸片组。在此方面的一个小方面，负极单元凸片定位成与另两个 负极单元凸片相邻并接触，以形成第二凸片组，所述第二凸片组弯曲成大致90度角以便延 伸到所述第一凸片组之上并与所述第一凸片组接触。在另一个小方面，所述第二凸片组和 所述第一凸片组的两个正极单元凸片各限定贯穿其的孔穴，所述孔穴构造成至少部分地与 每个其它孔穴交叠。在另外的一个小方面，所述第一凸片组的一个正极单元凸片和所述第 二凸片组的一个负极单元凸片各分别延伸超过所述第一凸片组的所述其它正极单元凸片 和所述第二凸片组的所述其它负极单元凸片，并且构造成交叠地相互接触。可替代地，负极单元凸片定位成与另两个负极单元凸片相邻并接触，以形成第二 凸片组，所述第二凸片组弯曲成大致90度角使得所述第一凸片组延伸到所述第二凸片组 之上并与所述第二凸片组接触。在另一个小方面，所述第一凸片组和所述第二凸片组的两 个负极单元凸片各限定贯穿其的孔穴，所述孔穴构造成至少部分地与每个其它孔穴交叠。 在又一个小方面，所述第一凸片组的一个正极单元凸片和所述第二凸片组的一个负极单元 凸片各分别延伸超过所述第一凸片组的所述其它正极单元凸片和所述第二凸片组的所述 其它负极单元凸片，并且构造成交叠地相互接触。在该实施例的另一个方面，所述多个正极单元凸片和负极单元凸片中的至少两个 各限定贯穿其的孔穴，使得所述至少两个孔穴至少部分地交叠。在又一个方面，所述电池模块是锂离子聚合物二次电池模块。在另一个实施例中，一种电池模块包括多个电化学电池单元，所述单元各具有正 极单元凸片和负极单元凸片。所述正极单元凸片堆叠成彼此相邻，并且所述负极单元凸片 堆叠成彼此相邻。此外，所述正极单元凸片和所述负极单元凸片中的每个均不连结到导电 互连部件。所述正极单元凸片和所述负极单元凸片连结到彼此，由此形成多个接头，每个接 头具有等同于一个单元凸片连结到另一个单元凸片的厚度。在一个方面，所述正极单元凸片中的至少一个和所述负极单元凸片中的至少一个 各限定孔，所述孔构造成在所述多个接头之一处分别与相邻的正极单元凸片或负极单元凸 片至少部分地交叠。在另一个方面，所述正极单元凸片和所述负极单元凸片中的至少一个限定褶曲 部，所述褶曲部构造成在连结所述正极单元凸片和所述负极单元凸片的过程中减小施加到 所述电化学电池单元的应力。在又一个实施例中，一种电池模块包括多个电化学电池单元和导电互连部件。所 述多个电化学电池单元各具有正极单元凸片和负极单元凸片。所述正极单元凸片堆叠成彼 此相邻，并且所述负极单元凸片堆叠成彼此相邻。此外，所述正极单元凸片和所述负极单元 凸片连结到所述导电互连部件，由此形成相应的第一接头和第二接头。另外，所述正极单元 凸片或所述负极单元凸片中的至少一个限定褶曲部，所述褶曲部构造成在连结过程中减小 施加到所述电化学电池单元的应力。所述正极单元凸片和所述负极单元凸片每个均构造成 分别在所述第一接头处和所述第二接头处相啮合，使得所述第一接头和所述第二接头各具 有等同于一个正极单元凸片或一个负极单元凸片连结到所述导电互连部件的厚度。在该实施例的一个方面，所述正极单元凸片和所述负极单元凸片中的每一个均限 定一个或多个孔，所述一个或多个孔构造成分别在所述第一接头处与相邻的正极单元凸片和在所述第二接头处与相邻的负极单元凸片至少部分地交叠和相啮合。在另一个方面，所述正极单元凸片和所述负极单元凸片被焊接到所述导电互连部 件。本发明的电池模块制造起来节约成本并且优化了电化学电池单元的单元凸片之 间的连接完整性。这样，所述电池模块优化了单元凸片的接头质量，允许多种单元凸片连结 工艺，在单元凸片连结过程中遭受减小的应力，并且在单元凸片连结过程中最小化了能量 输入。本发明涉及下述技术方案。1. 一种电池模块，包括多个电化学电池单元，设置成彼此相邻并且各具有正极单元凸片和负极单元凸 片；其中，所述多个电化学电池单元中的第一个的所述正极单元凸片交叠地连结到所 述多个电化学电池单元中的第二个的所述负极单元凸片；其中，所述正极单元凸片和所述负极单元凸片中的每个均不连结到导电互连部 件；其中，所述正极单元凸片或所述负极单元凸片中的至少一个限定褶曲部，所述褶 曲部构造成在交叠地连结所述正极单元凸片和所述负极单元凸片的过程中减小施加到所 述电化学电池单元的应力。2.如方案1所述的电池模块，其中，所述褶曲部沿所述正极单元凸片和所述负极 单元凸片中的至少一个的大致整个长度延伸。3.如方案1所述的电池模块，其中，所述正极单元凸片和所述负极单元凸片中的 至少一个限定多个褶曲部。4.如方案1所述的电池模块，其中，所述第一个电化学电池单元的所述正极单元 凸片弯曲成大致90度角以便延伸到所述第二个电化学电池单元的所述负极单元凸片之上 并与所述负极单元凸片接触。5.如方案1所述的电池模块，其中，所述第二个电化学电池单元的所述负极单元 凸片弯曲成大致90度角以便延伸到所述第一个电化学电池单元的所述正极单元凸片之上 并与所述正极单元凸片接触。6.如方案1所述的电池模块，其中，正极单元凸片定位成与另两个正极单元凸片 相邻并接触，以形成第一凸片组。7.如方案6所述的电池模块，其中，负极单元凸片定位成与另两个负极单元凸片 相邻并接触，以形成第二凸片组，所述第二凸片组弯曲成大致90度角以便延伸到所述第一 凸片组之上并与所述第一凸片组接触。8.如方案6所述的电池模块，其中，负极单元凸片定位成与另两个负极单元凸片 相邻并接触，以形成第二凸片组，所述第二凸片组弯曲成大致90度角使得所述第一凸片组 延伸到所述第二凸片组之上并与所述第二凸片组接触。9.如方案1所述的电池模块，其中，所述多个正极单元凸片和负极单元凸片中的 至少两个各限定贯穿其的孔穴，使得所述至少两个孔穴至少部分地交叠。10.如方案7所述的电池模块，其中，所述第二凸片组和所述第一凸片组的两个正极单元凸片各限定贯穿其的孔穴，所述孔穴构造成至少部分地与每个其它孔穴交叠。11.如方案8所述的电池模块，其中，所述第一凸片组和所述第二凸片组的两个负 极单元凸片各限定贯穿其的孔穴，所述孔穴构造成至少部分地与每个其它孔穴交叠。12.如方案7所述的电池模块，其中，所述第一凸片组的一个正极单元凸片和所述 第二凸片组的一个负极单元凸片各分别延伸超过所述第一凸片组的所述其它正极单元凸 片和所述第二凸片组的所述其它负极单元凸片，并且构造成交叠地相互接触。13.如方案8所述的电池模块，其中，所述第一凸片组的一个正极单元凸片和所述 第二凸片组的一个负极单元凸片各分别延伸超过所述第一凸片组的所述其它正极单元凸 片和所述第二凸片组的所述其它负极单元凸片，并且构造成交叠地相互接触。14.如方案1所述的电池模块，其中，所述电池模块是锂离子聚合物二次电池模 块。15. —种电池模块，包括多个电化学电池单元，各具有正极单元凸片和负极单元凸片；其中，所述正极单元凸片堆叠成彼此相邻，并且所述负极单元凸片堆叠成彼此相 邻；其中，所述正极单元凸片和所述负极单元凸片中的每个均不连结到导电互连部 件；其中，所述正极单元凸片和所述负极单元凸片连结到彼此，由此形成多个接头，每 个接头具有等同于一个单元凸片连结到另一个单元凸片的厚度。16.如方案15所述的电池模块，其中，所述正极单元凸片中的至少一个和所述负 极单元凸片中的至少一个各限定孔，所述孔构造成在所述多个接头之一处分别与相邻的正 极单元凸片或负极单元凸片至少部分地交叠。17.如方案15所述的电池模块，其中，所述正极单元凸片和所述负极单元凸片中 的至少一个限定褶曲部，所述褶曲部构造成在连结所述正极单元凸片和所述负极单元凸片 的过程中减小施加到所述电化学电池单元的应力。18. —种电池模块，包括多个电化学电池单元，各具有正极单元凸片和负极单元凸片；和导电互连部件；其中，所述正极单元凸片堆叠成彼此相邻，并且所述负极单元凸片堆叠成彼此相 邻；其中，所述正极单元凸片和所述负极单元凸片连结到所述导电互连部件，由此形 成相应的第一接头和第二接头；其中，所述正极单元凸片或所述负极单元凸片中的至少一个限定褶曲部，所述褶 曲部构造成在连结过程中减小施加到所述电化学电池单元的应力；其中，所述正极单元凸片和所述负极单元凸片每个均构造成分别在所述第一接头 处和所述第二接头处相啮合，使得所述第一接头和所述第二接头各具有等同于一个正极单 元凸片或一个负极单元凸片连结到所述导电互连部件的厚度。19.如方案18所述的电池模块，其中，所述正极单元凸片和所述负极单元凸片中 的每一个均限定一个或多个孔，所述一个或多个孔构造成分别在所述第一接头处与相邻的正极单元凸片和在所述第二接头处与相邻的负极单元凸片至少部分地交叠和相啮合。20.如方案18所述的电池模块，其中，所述正极单元凸片和所述负极单元凸片被 焊接到所述导电互连部件。从下面对实施本发明的最佳方式的详细描述中并结合附图考虑时，本发明的上述 特征和优点以及其它特征和优点将变得显而易见。


图1是包括导电互连部件的现有技术电池模块的一部分的示意性立体图；图2是电池组及其构件的示意性立体图，其包括多个电化学电池单元和多个电池 模块；图3是具有正极单元凸片和负极单元凸片的示例性电化学电池单元的示意性平 面图；图4A是图2的电池模块的一个实施例中多个正极单元凸片延伸到多个负极单元 凸片上并与之接触的示意性局部立体图；图4B是图4A的所述多个负极单元凸片延伸到所述多个正极单元凸片上并与之接 触的示意性局部立体图；图5A是图2的电池模块的另一个实施例中正极单元凸片和负极单元凸片的一部 分的示意性立体图，其中，正极单元凸片和负极单元凸片还尚未连结到彼此；图5B是图5A的正极单元凸片和负极单元凸片的一部分的示意性局部剖视图，其 中，正极单元凸片和负极单元凸片连结到彼此，由此形成多个接头，每个接头均具有等同于 一个单元凸片连结到另一个单元凸片的厚度；图6是图2的电池模块的另一个实施例的一部分的示意性顶视图；图7A是图6的电池模块的多个正极单元凸片的一部分的示意性分解立体图；图7B是图7A的所述多个正极单元凸片的所述部分以及接头的示意性分解剖视 图；图8A是图2的电池模块的第一凸片组的两个正极单元凸片和第二凸片组的示意 性局部立体图，每个单元凸片均交叠地接触并限定一贯穿其的孔穴；图8B是图8A的第一凸片组和图8A的第二凸片组的两个负极单元凸片的示意性 局部立体图，每个单元凸片均交叠地接触并限定一贯穿其的孔穴；图9A是图2的电池模块的正极单元凸片和负极单元凸片的一部分的示意性局部 剖视图，其中，一个正极单元凸片和一个负极单元凸片各延伸超过其它正极单元凸片和其 它负极单元凸片以便交叠地相互接触，从而在点C处连结，并且其中，两个正极单元凸片和 两个负极单元凸片各限定一贯穿其的孔穴，使得所述孔穴至少部分地交叠以便在点A和B 处连结；图9B是图2的电池模块的正极单元凸片和负极单元凸片的一部分的示意性局部 剖视图，其中，所述多个正极单元凸片和负极单元凸片中的至少两个各限定一贯穿其的孔 穴，使得所述两个孔穴至少部分地交叠；图9C是图2的电池模块的正极单元凸片和负极单元凸片的一部分的示意性局部 剖视图，其中，一个正极单元凸片和一个负极单元凸片各延伸超过其它正极单元凸片和其它负极单元凸片以便交叠地相互接触，从而在点X处连结，并且其中，两个正极单元凸片和 两个负极单元凸片各限定一贯穿其的孔穴，使得所述孔穴至少部分地交叠以便在点V、Y和 Z处连结；图IOA是图2的电池模块的正极单元凸片和负极单元凸片的一部分的示意性局部 剖视图，其中，一个正极单元凸片和一个负极单元凸片各延伸超过其它正极单元凸片和其 它负极单元凸片以便交叠地相互接触，从而在点C处连结；图IOB是图2的电池模块的正极单元凸片和负极单元凸片的一部分的示意性局部 剖视图，其中，一个正极单元凸片和一个负极单元凸片各延伸超过其它正极单元凸片和其 它负极单元凸片以便交叠地相互接触，从而在点P、Q、R和S处连结；和图11是图2的电池模块的正极或负极单元凸片的示意性立体图。
具体实施例方式参照各图，其中相同的附图标记表示相同的构件，在图2中电池模块总体上以10、 110、210示出。电池模块10、110、210可用于汽车应用，例如，用于插电式混合动力电动车辆 (PHEV)。例如，电池模块10、110、210可以是锂离子聚合物二次电池模块。参照图2，多个电 池模块10、110、210可组合以形成电池组12。作为示例，可充分地设计电池组12的尺寸以 提供为混合动力电动车辆(HEV)、电动车辆(EV)、插电式混合动力电动车辆(PHEV)等供电 的所需电压，例如，大约300至400伏或更高，这取决于所需的应用。然而，应当认识到，电 池模块10、110、210也可用于非汽车应用，例如但不限于，家庭或工业用工具、娱乐车辆、和 电子器件。参照图2和图3，电池模块10、110、210包括多个定位成彼此相邻的电化学电池单 元14。电化学电池单元14可以是本领域已知的任何合适的电化学电池单元。例如，电化学 电池单元14可以是锂离子电池、锂离子聚合物电池、锂磷酸铁电池、锂五氧化二钒电池、锂 氯化铜电池、锂二氧化锰电池、锂硫电池、锂钛酸盐电池、镍金属氢化物电池、镍镉电池、镍 氢电池、镍铁电池、钠硫电池、钒氧化还原液流电池、铅酸电池、或它们的组合。参照图3，每个电化学电池单元14均具有正极单元凸片16和负极单元凸片18。 电化学电池单元14可适于堆叠。也就是说，电化学电池单元14可由能热密封的柔性薄片 形成，该薄片被密封以围封阴极、阳极、隔离器(未示出)。因此，任何数量的电化学电池单 元14可堆叠或以其它方式放置成彼此相邻以形成单元堆，S卩，电池模块10、110、210(图2)。 此外，虽然在图2中未示出，但另外的层，例如但不限于，框架和/或冷却层也可设置在个体 电化学电池单元14之间。因此，总体上参照图4A-10B所示的实施例，电池模块10、110、210 可包括多个正极单元凸片16和多个负极单元凸片18。电化学电池单元14的实际数量可期 望随着每个电池模块10、110、210的需要电压输出而改变。同样，互连的电池模块10、110、 210的数量可改变以便针对具体的应用产生所需的总输出电压。再次参照图3，正如本领域技术人员可理解的，正极单元凸片16和负极单元凸片 18是电极延伸部，它们在内部被焊接到电化学电池单元14的各阴极和阳极(未示出)。正 极单元凸片16和负极单元凸片18可由导电金属构造而成。例如，正极单元凸片16可基本 上由铝构造而成，而负极单元凸片18可基本上由铜构造而成。参照图4A和图4B，第一电化学电池单元14A的正极单元凸片16交叠地连结到第二电化学电池单元14B的负极单元凸片18。例如，参照图4A，第一电化学电池单元14A的 正极单元凸片16可弯曲成大致90度角以延伸到第二电化学电池单元14B的负极单元凸片 18上并与之接触。换句话说，正极单元凸片16可与负极单元凸片18交叠(S卩，折叠到负极 单元凸片18上)并与之接触。类似地，参照图4B，第二电化学电池单元14B的负极单元凸 片18可弯曲成大致90度角以延伸到第一电化学电池单元14A的正极单元凸片16上并与 之接触。也就是说，负极单元凸片18可与正极单元凸片16交叠(即，折叠到正极单元凸片 16上)并与之接触。因此，与图1所示的现有技术电池模块相反的是，正极单元凸片16和 负极单元凸片18中的每个均不连结到导电互连部件20。相反，交叠地连接的正极单元凸片 16和负极单元凸片18在相应的第一电化学电池单元14A和第二电化学电池单元14B的一 端连接，以为电池模块10提供导电性，而无需任何导电互连部件20 (图1)。这样，与可能包 括例如导电互连部件20(图1)的现有电池模块相比，电池模块10更轻、更紧凑，并且包括 更少的构件。此外，因为正极单元凸片16和负极单元凸片18中的每个均不连结到导电互 连部件，所以电池模块10的制造过程得以简化。因此，电池模块10的制造成本被最小化。参照图4A和图4B，在一个示例中，三个正极单元凸片16可在电池模块10中设置 成彼此相邻(即，堆叠)，并且三个负极单元凸片18可在电池模块10中设置成彼此相邻 (即，堆叠)。例如，参照图4A，正极单元凸片16可设置成与另两个正极单元凸片16相邻并 与它们接触，以形成第一凸片组22。也就是说，一个正极单元凸片16可设置在另两个正极 单元凸片16之间以形成第一凸片组22。因此，在这个示例中，第一凸片组22包括三个正极 单元凸片16。同样，负极单元凸片18可设置成与另两个负极单元凸片18相邻并与它们接 触，以形成第二凸片组24。也就是说，一个负极单元凸片18可设置在另两个负极单元凸片 18之间以形成第二凸片组24。因此，在这个示例中，第二凸片组24也包括三个负极单元凸 片18。再次参照图4A，第一凸片组22可弯曲成大致90度角以延伸到第二凸片组24上并 与之接触。换句话说，第一凸片组22可与第二凸片组24交叠(即，折叠到第二凸片组24 上)并与之接触。同样，参照图4B，第二凸片组24可弯曲成大致90度角以延伸到第一凸片 组22上并与之接触。也就是说，第二凸片组24可与第一凸片组22交叠(即，折叠到第一 凸片组22上)并与之接触。在根据图5A和图5B所描述的另一个实施例中，电池模块110包括多个电化学电 池单元14 (图3)，每个电化学电池单元14均具有正极单元凸片16(图3)和负极单元凸片 18(图3)。也就是说，在一个示例中，电池模块110可包括两个电化学电池单元14。在另 一个示例中，参照图5A和图5B，电池模块110可包括至少六个电化学电池单元14。也就是 说，如图5A所示，电池模块110可包括至少三个正极单元凸片16D、16E、16F和至少三个负 极单元凸片18D、18E、18F。此外，虽然在图5A和图5B中未示出，但电池模块110可包括多 于六个电化学电池单元14。此外，如图5B所示，一个正极单元凸片16D和一个负极单元凸片18F可各自分别 延伸超出其它的正极单元凸片16E、16F和其它的负极单元凸片18D、18E。应当认识到，正极 单元凸片16D、16E、16F中的任意一个可延伸超出其它的正极单元凸片16D、16E、16F。同样， 负极单元凸片18D、18E、18F中的任意一个可延伸超出其它的负极单元凸片18D、18E、18F。参照图5A，在准备连结时，将正极单元凸片16D、16E、16F相对于彼此定位，并将负极单元凸片18D、18E、18F相对于彼此定位。参照图5B，在连结之后，正极单元凸片16D、16E、 16F被堆叠成彼此相邻，负极单元凸片18D、18E、18F被堆叠成彼此相邻。再次参照图5A和图5B，正极单元凸片16D、16E、16F和负极单元凸片18D、18E、18F 中的每一个均不连结到导电互连部件20 (图1)。相反，如图5B所示，正极单元凸片16D、 16E、16F和负极单元凸片18D、18E、18F连结到彼此，由此形成多个接头，这些接头由虚线线 圈V、W、X、Y和Z表示。例如，正极单元凸片16D、16E、16F和负极单元凸片18D、18E、18F可 通过焊接连结到彼此，由此形成五个接头。应当认识到，正极单元凸片16D、16E、16F和负极 单元凸片18D、18E、18F可连结到彼此，由此形成多于五个或少于五个接头，这取决于正极 单元凸片16和负极单元凸片18的构造。例如，电池模块110可只包括三个接头，如果这些 接头中的至少一个是三层接头的话。再次参照图5A和图5B，正极单元凸片16D、16E、16F中的至少一个和负极单元凸 片18D、18E、18F中的至少一个可各限定一孔26，孔26构造成在由虚线线圈V、W、X、Y和 Z (图5B)表示的多个接头之一处，分别与相邻的正极单元凸片16D、16E、16F或负极单元凸 片18D、18E、18F至少部分地交叠。也就是说，参照图5A，孔26可以是正极单元凸片16D、 16E、16F和/或负极单元凸片18D、18E、18F的切除部。孔26可具有任意尺寸和/或形状。 例如，孔26可以是三个相邻的槽缝、一个矩形槽缝、两个相邻的槽缝、或它们的组合。此外， 一个或多个正极单元凸片16D、16E、16F和/或一个或多个负极单元凸片18D、18E、18F可各 限定多个孔26。在连结之前(图5A)，电化学电池单元14(图3)的所述多个正极单元凸片16D、 16E、16F可堆叠成彼此相邻，以在用于由虚线线圈V、W、X、Y、Z(图5B)表示的多个接头的期 望位置处使孔26至少部分地交叠。同样，所述多个负极单元凸片18D、18E、18F可堆叠成彼 此相邻以使孔26至少部分地交叠。参照图5B，连结时，由虚线线圈V、W、X、Y、Z表示的多个接头各具有厚度t，厚度 t等同于一个单元凸片16D、16E、16F、18D、18E、18F连结到另一个单元凸片16D、16E、16F、 18D、18E、18F。也就是说，正极单元凸片16D、16E、16F经由孔26至少部分地与负极单元凸 片18D、18E、18F交叠，以形成由虚线线圈V、W、X、Y、Z表示的多个接头。换句话说，参照图 5B，由虚线线圈V、W、X、Y、Z表示的整个接头中的每一个的厚度t可在厚度上等同于例如仅 一个正极单元凸片16F和一个负极单元凸片18F之间的、一个正极单元凸片16D和另一个 正极单元凸片16E之间的、或一个负极单元凸片18D和另一个负极单元凸片18E之间的接 头。也就是说，厚度t等同于两个连接的单元凸片16D、16E、16F、18D、18E、18F的厚度，因而 形成双层接头。此外，应当认识到，所述至少一个孔26、正极单元凸片16D、16E、16F和/或负极单 元凸片18D、18E、18F可布置成任何其它合适的构造，以提供由虚线线圈V、W、X、Y、Z表示的、 各具有厚度t(等同于两个连结的单元凸片16D、16E、16F、18D、18E、18F的厚度)的所述多 个接头中的一部分或全部。也就是说，例如，虽然在图5A和图5B中未示出，但正极单元凸 片16D、16E、16F可与负极单元凸片18D、18E、18F交替地堆叠。与例如四层接头相比，所得到的由虚线线圈V、W、X、Y、Z表示的双层接头具有减少 的层数，因此，优化了连结电化学电池单元14的单元凸片16D、16E、16F、18D、18E、18F的容 易程度。因此，所得到的双层接头也可具有减小的厚度t。接头的厚度和/或层数的最小化是所期望的，因为双层接头比例如四层接头或更多层接头更容易连结。这样，电池模块110 具有极好的可焊接性和焊接质量。更具体地，与四层接头或更多层接头相比，电池模块110 优化了单元凸片接头的质量，允许多种单元凸片连结工艺，在单元凸片连结过程中遭受减 小的应力，并且在单元凸片连结过程中最小化了能量输入。另外，应当认识到，图5A和图5B所示的示例性构造可与图4A和图4B所示的示例 性构造进行组合。也就是说，第一凸片组22和/或第二凸片组24可限定一个或多个孔26。 此外，第一凸片组22和/或第二凸片组24可弯曲成大致90度角以交叠地连结正极单元凸 片16D、16E、16F和负极单元凸片18D、18E、18F。在根据图6大致描述的另一个实施例中，电池模块210包括多个电化学电池单元 14 (图3)，每个电化学电池单元14均具有正极单元凸片16(图3)和负极单元凸片18 (图 3)。在一个示例中，电池模块210可包括两个电化学电池单元14。在另一个示例中，参照 图6 (未按比例绘制)，电池模块210可包括至少六个电化学电池单元14。也就是说，参照 图6，电池模块210可包括多个正极单元凸片16D、16E、16F和/或多个负极单元凸片18D、 18E、18F。此外，在这个实施例中，正极单元凸片16D、16E、16F被堆叠成彼此相邻，负极单元 凸片18D、18E、18F被堆叠成彼此相邻。电池模块210还包括导电互连部件，在图6中总体上以20示出。参照图1和图 6，导电互连部件20可形状设计成、尺寸设计成、或以其它方式构造成形成长形的轨或汇流 条。例如，参照图1，示例性导电互连部件20可包括一对侧壁28，这对侧壁各可操作地连接 到基部30或与基部30 —体形成，以限定大致U形的轮廓。此外，导电互连部件20可由任 何合适的导电材料构造而成，例如，纯铜或单质铜、或者至少大约90%的铜(若使用单质铜 的合金的话)。此外，电池模块210还可包括多于一个导电互连部件20。参照图6，正极单元凸片16D、16E、16F和负极单元凸片18D、18E、18F连结到导电 互连部件20，由此形成相应的第一接头32和第二接头34。为了说明，第一接头32和第二 接头34在图6、图7A和图7B中以分解(即，未连结)视图示出。正极单元凸片16D、16E、 16F和负极单元凸片18D、18E、18F可通过本领域已知的任何合适的连结技术和方法进行连 结。例如，正极单元凸片16D、16E、16F和负极单元凸片18D、18E、18F可焊接到导电互连部 件20。如本领域中已知的，焊接可利用处于特定频率范围中的振荡或振动来结合相邻的塑 料或金属工件，例如，正极单元凸片16与导电互连部件20。更具体地，正极单元凸片16D、 16E、16F和负极单元凸片18D、18E、18F例如可利用焊头(即，超声焊极)和铁砧式超声焊接 设备(未示出)焊接到导电互连部件20。第一接头32和第二接头34应当有足够好的质量 以确保正极单元凸片16D、16E、16F，导电互连部件20，以及负极单元凸片18D、18E、18F之间 的电传导，由此确保电池模块210的导电性。如图6所示，第一接头32可形成在正极单元凸片16与导电互连部件20的其中一 个侧壁28之间。同样，第二接头34可形成在负极单元凸片18与导电互连部件20的其中 一个侧壁28之间。此外，第一接头32和第二接头34可形成在导电互连部件20的相对两端。参照图6、图7A和图7B，正极单元凸片16D、16E、16F和负极单元凸片18D、18E、18F 各构造成分别在第一接头32和第二接头34处互相啮合，使得第一接头32和第二接头34 各具有厚度t2 (图6)，厚度t2等同于一个正极单元凸片16或一个负极单元凸片18连结到导电互连部件20。换句话说，参照图6并针对正极单元凸片16D、16E、16F和第一接头32进 行描述，在连结之后，整个第一接头32的厚度t2可在厚度上等同于仅一个正极单元凸片16 和导电互连部件20之间的接头。类似地，如图6所示，在连结之后，第二接头34的厚度t2 可在厚度上等同于仅一个负极单元凸片18和导电互连部件20之间的接头。与例如四层接 头相比，所得到的双层接头32、34具有减少的层数，因此提供了如上所述的极好可焊接性 的相关优点。参照图7A，在这个实施例中，正极单元凸片16D、16E、16F和负极单元凸片18D、 18E、18F中的每一个均可限定一个或多个孔26，孔26构造成分别在第一接头32与相邻的 正极单元凸片16D、16E、16F和在第二接头34处与相邻的负极单元凸片18D、18E、18F相啮 合并至少部分地交叠。例如，参照图7A和图7B并针对正极单元凸片16D、16E、16F进行描 述，所述多个电化学电池单元14(图3)的所述多个正极单元凸片16D、16E、16F可堆叠成彼 此相邻。每一个正极单元凸片16D、16E、16F可限定一个或多个孔26，孔26构造成在第一接 头32处与相邻的正极单元凸片16D、16E、16F相啮合并至少部分地交叠。也就是说，在一个示例中，在准备连结时，四层，即第一、第二和第三正极单元凸片 16F、16E、16D以及导电互连部件20，可堆叠成彼此相邻(图7A)。参照图7A,第二层(第一 正极单元凸片16F)可限定一个孔26 ( S卩，切除部)，这个孔26构造成在连结(即，焊接)过 程中与第三层(第二正极单元凸片16E)相啮合。同样，参照图7A，第三层(第二正极单元 凸片16E)可限定两个孔26，这两个孔26构造成分别与第二层(第一正极单元凸片16F)和 第四层(第三正极单元凸片16D)这两者相啮合。类似地，参照图7A，第四层(第三正极单 元凸片16D)可限定一个孔26，这个孔26构造成与第三层(第二正极单元凸片16E)相啮 合。因此，当这四层被连结时，第一接头32在整个第一接头32上均为两层厚。换句话说， 在第一接头32的任意位置处，第一接头32的厚度t2 (图6)至多等于一个正极单元凸片16 连结到导电互连部件20时的厚度。与例如四层接头相比，所得到的双层接头(例如，第一接头32)具有减少的层数， 因此，优化了连结电化学电池单元14的单元凸片16D、16E、16F、18D、18E、18F的容易程度。 因此，所得到的双层接头32、34也可具有减小的厚度t。如上所述，接头32的厚度和/或 层数的最小化是所期望的。这样，电池模块210具有极好的可焊接性和焊接质量。也就是 说，与四层接头或更多层接头相比，电池模块210优化了单元凸片接头的质量，允许多种单 元凸片连结工艺，在单元凸片连结过程中遭受减小的应力，并且在单元凸片连结过程中最 小化了能量输入。现在参照图8A，第二凸片组24和第一凸片组22的两个正极单元凸片16D、16E可 各限定贯穿其的孔穴36，孔穴36构造成至少部分地与每个其它孔穴36交叠。也就是说，第 二凸片组24的每个负极单元凸片18D、18E、18F以及第一组凸片组22的最上面两个正极单 元凸片16D、16E可各限定孔穴36，使得当第一凸片组22和第二凸片组24交叠地连结时，即 当第二凸片组24与第一凸片组22交叠并与之接触时，每个孔穴36至少部分地与每个其它 孔穴36交叠。在这个示例中，第二凸片组24和第一凸片组22的两个正极单元凸片16D、 16E可限定一层接头，该一层接头例如可通过软钎焊进行连结。类似地，参照图8B，第一凸片组22和第二凸片组24的两个负极单元凸片18D、18E 可各限定贯穿其的孔穴36，孔穴36构造成至少部分地与每个其它孔穴36交叠。也就是说，第一组凸片组22的每个正极单元凸片16D、16E、16F以及第二凸片组24的最上面两个负极 单元凸片18D、18E可各限定孔穴36，使得当第二凸片组24和第一组凸片组22交叠地连结 时，即当第一组凸片组22与第二凸片组24交叠并与之接触时，每个孔穴36至少部分地与 每个其它孔穴36交叠。在这个示例中，第一组凸片组22和第二凸片组24的两个负极单元 凸片18D、18E可限定一层接头，该一层接头例如可通过软钎焊进行连结。在另一个示例中，参照图9A、图9B和图9C，所述多个正极单元凸片16D、16E、16F 和负极单元凸片18D、18E、18F中的至少两个可各限定贯穿其的孔穴36，使得这至少两个孔 穴36至少部分地交叠。例如，参照图9A-9C，其中两个正极单元凸片16D、16E以及其中两 个负极单元凸片18D、18E可各限定贯穿其的孔穴36。正极单元凸片16D、16E的所述两个 孔穴36可各至少部分地交叠，负极单元凸片18D、18E的所述两个孔穴36可各至少部分地 交叠。类似地，参照图9B，其中两个正极单元凸片16D、16E可各限定两个孔穴36，其中一个 负极单元凸片18E可限定两个孔穴36。在这个示例中，正极单元凸片16D、16E的每组孔穴 36可至少部分地交叠，负极单元凸片18D、18E的孔穴36可至少部分地交叠。并且，正极单 元凸片16D的一个或多个孔穴36可至少部分地与负极单元凸片18E中的一个或多个交叠。 同样，参照图9C，其中两个负极单元凸片18D、18F可各限定两个贯穿其的孔穴36，使得负极 单元凸片18D、18E(或18D、18F)的至少一组孔穴36可至少部分地交叠。孔穴36可具有任何合适的形状，例如但不限于，长形、圆形、矩形、和/或卵形。此 外，第一凸片组22和/或第二凸片组24可各限定多个孔穴36，以形成例如栅或网。此外， 每个孔穴36可具有相同或不同的尺寸和/或形状，只要当第一凸片组22和第二凸片组24 交叠地连结时，每个孔穴36至少部分地与每个其它孔穴36交叠即可。孔穴36可适于接收例如熔融或膏状焊料，使得第一凸片组22和第二凸片组24可 被软钎焊。还应当认识到，软钎焊可以是可逆的，使得第一凸片组22和/或第二凸片组24 可被拆卸。所得到的软钎焊接头，在图9A中大致在点A和B处示出，在图9B中大致在点P、 Q、R处示出，在图9C中大致在点V、W、X、Y和Z处示出，其厚度例如等同于仅一个正极或负 极单元凸片16、18的厚度。也就是说，所得到的接头是一层接头，该一层接头可通过软钎焊 进行连结。因此，所述一个或多个孔穴36允许减少电池模块10的每个接头的厚度和/或 层数。此外，参照图9A和图10A，第一凸片组22的一个正极单元凸片16F和第二凸片组 24的一个负极单元凸片18F可各分别延伸超过第一凸片组22的其它正极单元凸片16D、 16E和其它负极单元凸片18D、18E，并且可构造成交叠地相互接触。也就是说，例如，第一凸 片组22的一个最底下的正极单元凸片16F与第二凸片组24的一个最底下的负极单元凸片 18F可分别长于其它相邻的正极单元凸片16D、16E和负极单元凸片18D、18E。因此，参照图 9A和图10A，一个最底下的正极单元凸片16F和一个最底下的负极单元凸片18F可构造成 相互交叠并相互接触。应当认识到，在这个示例中，所述一个负极单元凸片18F可与正极单 元凸片16F交叠并接触(如图9A所示)，或者所述一个正极单元凸片16F可与负极单元凸 片18F交叠并接触。还应当认识到，单元凸片布置的多种变型是可能的并可预想到的。例如，参照图9B 和图10B，第一凸片组22的多于一个正极单元凸片(例如，16D、16E)和/或第二凸片组24 的多于一个负极单元凸片(例如，18F、18E)可各分别延伸超过第一凸片组22的其它正极单元凸片16F和第二凸片组24的其它负极单元凸片18D，并且可构造成交叠地相互接触。并 且，正极单元凸片16D、16E、16F和负极单元凸片18D、18E、18F中的任意一个可延伸超过其 它正极单元凸片16和负极单元凸片18。例如，最上面的正极单元凸片16D (图5B、图9B、图 9C和图10B)和最底下的负极单元凸片18F可各分别延伸超过其它正极单元凸片16E、16F 和负极单元凸片18D、18E，并可构造成交叠地相互接触。在前述示例中，第一凸片组22和第二凸片组24可通过任何合适的方法交叠地连 结。例如，第一凸片组22和第二凸片组24可进行振动焊接、超声焊接、电阻点焊、软钎焊、 粘接、和/或铆接。更具体地，在一个示例中，第一凸片组22和第二凸片组24可通过受控 地施加压力和高频机械振动而进行超声焊接，以形成坚固的结合或接头。参照图10A，在一个示例中，第一凸片组22和第二凸片组24可在由虚线线圈A、B 和C表示的三个点处进行焊接。在另一个示例中，第一凸片组22和第二凸片组24可在由 图IOB中的虚线线圈P、Q、R和S表示的四个点处进行焊接。在又一个示例中，第一凸片组 22和第二凸片组24可在由图5B中的虚线线圈V、W、X、Y和Z表示的五个点处进行焊接。 虽然没有示出，但第一凸片组22和第二凸片组24可在少于三个接头处进行连结。更具体地，参照虚线线圈A(图10A)和P(图10B)，第一凸片组22的正极单元凸 片16D、16E、16F可焊接到彼此以形成三层接头。类似地，参照虚线线圈B (图10A)和S (图 10B)，第二凸片组24的负极单元凸片18D、18E、18F可焊接到彼此以形成三层接头。此外， 参照虚线线圈Q(图10B)，所述一个最底下的负极单元凸片18F可焊接到两个正极单元凸片 16DU6E以形成三层接头。同样，参照虚线线圈R(图10B)，所述一个最上面的正极单元凸 片16D可焊接到两个负极单元凸片18E、18F。并且，参照虚线线圈C(图10A)和X(图5B)，所述一个最底下的负极单元凸片18F 和所述一个最底下的正极单元凸片16F可焊接到彼此以形成双层接头。类似地，参照虚线 线圈V (图5B)，两个正极单元凸片16E、16F可焊接到彼此。参照虚线线圈Z (图5B)，两个 负极单元凸片18也可焊接到彼此。参照作为示例的图5B、图IOA和图10B，所得到的虚线线圈A、B、P、Q、R和S的三 层接头以及虚线线圈C、V、W、X、Y和Z的双层接头被容易地连结。也就是说，双层或三层接 头比例如四层接头更容易连结。这样，与现有电池模块相比，电池模块10、110呈现出极好 的可焊接性。现在参照图11，电池模块10、210的正极单元凸片16或负极单元凸片18中的至少 一个限定褶曲部38。一般来说，褶曲部38可在连结过程中和/或在车辆运行过程中减少施 加到电化学电池单元14的应力。正极单元凸片16和负极单元凸片18中的任意一个或者 全部可限定褶曲部38。对于包括电池模块10的应用而言，褶曲部38构造成在交叠地连结 正极单元凸片16和负极单元凸片18的过程中减小施加到电化学电池单元14(图3)的应 力。同样，对于包括电池模块210的应用而言，褶曲部38构造成在连结过程中减小施加到 电化学电池单元14的应力。对于包括电池模块110的应用而言，正极单元凸片16和负极单元凸片18中的至 少一个可各限定一褶曲部38，该褶曲部38构造成在正极单元凸片16和负极单元凸片18的 连结过程中减小施加到电化学电池单元14(图3)的应力。特别地，电化学电池单元14，更具体而言，在点A、B和C(图10A)处的接头，在点P、Q、R和S(图10B)处的接头，在点V、W、X、Y和Z(图5B)处的接头，第一接头32 (图6)， 第二接头34(图6)，和/或电化学电池单元14的各种阴极和阳极(未示出)的内部接头， 可能在连结过程中(尤其是在焊接过程中)和/或车辆运行过程中受到剪切应力。例如，在 电池模块10、110、210的制造过程中和/或在车辆运行过程中，振动可被传递到电化学电池 单元14的内部接头(未示出)，若不被消散掉则会造成不期望的变形和应力。也就是说，例 如在电池模块110的制造过程中，焊接设备(未示出)的焊头在高频下振动以形成第二接 头34，振动可被传递到第一接头32和任何内部接头(未示出)。取决于振动的幅度，第一 接头32可能会遭受剪切应力和不期望的变形及应力，由此影响电池模块110的接头质量。 类似地，在车辆运行过程中，振动可被传递到电化学电池单元14的内部接头(未示出)，若 不被消散掉则会造成不期望的变形。也就是说，不意图受到理论的限制，褶曲部38可允许 正极单元凸片16和/或负极单元凸片18挠曲、弯曲、折叠(accordion)、和/或压缩，由此 最小化电池模块10、110、210的变形和应力。参照图11，褶曲部38可沿着正极单元凸片16和负极单元凸片18中的至少一个的 大致整个长度L延伸。本文所用术语“大致”用于代表不确定性的固有程度，其可归因于任 何定量比较、数值、测量或其它表示。该术语还代表定量表示在不会引起在议主题的基本功 能改变的情况下可不同于规定参考的程度。因此，可以预想到，褶曲部38可沿着正极单元 凸片16和负极单元凸片18中的至少一个的稍小于整个长度L延伸。此外，参照图11，褶曲部38可具有任何合适的形状，例如但不限于，盒状形状或S 形。在一个示例中，褶曲部38可为大致C形。在另一个示例中，褶曲部38可为在正极单元 凸片16或负极单元凸片18中的弯曲。此外，参照图11，正极单元凸片16和负极单元凸片 18中的至少一个可限定多个褶曲部38。例如，正极单元凸片16和负极单元凸片18中的至 少一个可限定两个或更多个褶曲部38。并且，正极单元凸片16可与负极单元凸片18限定 同样数量的褶曲部，或者比负极单元凸片18限定更少或更多的褶曲部38。尽管已经详细描述了实施本发明的最佳方式，但本发明所涉及领域的技术人员将 认识到在所附权利要求范围内的、用于实践本发明的各种替代性设计和实施例。
权利要求
1.一种电池模块，包括多个电化学电池单元，设置成彼此相邻并且各具有正极单元凸片和负极单元凸片； 其中，所述多个电化学电池单元中的第一个的所述正极单元凸片交叠地连结到所述多 个电化学电池单元中的第二个的所述负极单元凸片；其中，所述正极单元凸片和所述负极单元凸片中的每个均不连结到导电互连部件； 其中，所述正极单元凸片或所述负极单元凸片中的至少一个限定褶曲部，所述褶曲部 构造成在交叠地连结所述正极单元凸片和所述负极单元凸片的过程中减小施加到所述电 化学电池单元的应力。
2.如权利要求1所述的电池模块，其中，所述褶曲部沿所述正极单元凸片和所述负极 单元凸片中的至少一个的大致整个长度延伸。
3.如权利要求1所述的电池模块，其中，所述正极单元凸片和所述负极单元凸片中的 至少一个限定多个褶曲部。
4.如权利要求1所述的电池模块，其中，所述第一个电化学电池单元的所述正极单元 凸片弯曲成大致90度角以便延伸到所述第二个电化学电池单元的所述负极单元凸片之上 并与所述负极单元凸片接触。
5.如权利要求1所述的电池模块，其中，所述第二个电化学电池单元的所述负极单元 凸片弯曲成大致90度角以便延伸到所述第一个电化学电池单元的所述正极单元凸片之上 并与所述正极单元凸片接触。
6.如权利要求1所述的电池模块，其中，正极单元凸片定位成与另两个正极单元凸片 相邻并接触，以形成第一凸片组。
7.如权利要求6所述的电池模块，其中，负极单元凸片定位成与另两个负极单元凸片 相邻并接触，以形成第二凸片组，所述第二凸片组弯曲成大致90度角以便延伸到所述第一 凸片组之上并与所述第一凸片组接触。
8.如权利要求6所述的电池模块，其中，负极单元凸片定位成与另两个负极单元凸片 相邻并接触，以形成第二凸片组，所述第二凸片组弯曲成大致90度角使得所述第一凸片组 延伸到所述第二凸片组之上并与所述第二凸片组接触。
9.一种电池模块，包括多个电化学电池单元，各具有正极单元凸片和负极单元凸片； 其中，所述正极单元凸片堆叠成彼此相邻，并且所述负极单元凸片堆叠成彼此相邻； 其中，所述正极单元凸片和所述负极单元凸片中的每个均不连结到导电互连部件； 其中，所述正极单元凸片和所述负极单元凸片连结到彼此，由此形成多个接头，每个接 头具有等同于一个单元凸片连结到另一个单元凸片的厚度。
10.一种电池模块，包括多个电化学电池单元，各具有正极单元凸片和负极单元凸片；和 导电互连部件；其中，所述正极单元凸片堆叠成彼此相邻，并且所述负极单元凸片堆叠成彼此相邻； 其中，所述正极单元凸片和所述负极单元凸片连结到所述导电互连部件，由此形成相 应的第一接头和第二接头；其中，所述正极单元凸片或所述负极单元凸片中的至少一个限定褶曲部，所述褶曲部构造成在连结过程中减小施加到所述电化学电池单元的应力；其中，所述正极单元凸片和所述负极单元凸片每个均构造成分别在所述第一接头处和 所述第二接头处相啮合，使得所述第一接头和所述第二接头各具有等同于一个正极单元凸 片或一个负极单元凸片连结到所述导电互连部件的厚度。
全文摘要
本发明涉及用于电池模块的单元凸片连结，具体地，提供了一种电池模块，包括多个电化学电池单元，其设置成彼此相邻并且各具有正极单元凸片和负极单元凸片。所述电化学电池单元中的第一个的正极单元凸片交叠地连结到所述多个电化学电池单元中的第二个的负极单元凸片。所述正极单元凸片和所述负极单元凸片中的每个均不连结到导电互连部件。所述正极单元凸片或所述负极单元凸片中的至少一个限定褶曲部，所述褶曲部构造成在交叠地连结所述正极单元凸片和所述负极单元凸片的过程中减小施加到所述电化学电池单元的应力。
文档编号H01M2/20GK102005557SQ20101027134
公开日2011年4月6日 申请日期2010年9月1日 优先权日2009年9月1日
发明者A·D·哈哈列夫, B·E·卡尔森, R·J·梅纳萨, W·W·蔡 申请人:通用汽车环球科技运作公司