电池互连件的制作方法
【专利摘要】本实用新型提供了一种电池互连件，包括可熔断互连件，其可被集成至汇流条，从而能够在电池组内的汇流条与电池之间制造成迅速的、成本有效的，且高度可靠的连接。
【专利说明】
电池互连件
技术领域
[0001]本实用新型一般涉及电池组，并且尤其涉及电池组汇流条(bus bar)互连件系统。
【背景技术】
[0002]应在不断上涨的油价和全球变暖的可怕后果驱使下的消费者的要求，汽车工业逐渐开始接受对超低排放、高效率的汽车的需求。要获得低排放、高效率汽车的最为普遍的方法之一是通过使用在其中将内燃机与一个或多个电动机组合的混合驱动系。另一种试图降低排放甚至同时进一步降低驱动系统的复杂性的方式是在其中从驱动系统中完全消除内燃机，因此这需要由一个或多个电动机来提供全部推进力。不论用于达到较低的排放的方式如何，为了满足所有消费者的期望，使驱动系的性能、变化范围、可靠性和成本都保持在合理水平是十分重要的。
[0003]为了降低电池组成本并从而降低EV的成本，减少组件的成本和组装的时间十分重要。对组装时间有很大影响的电池组制造的方面，尤其对于采用小型(small form factor)电池的大电池组而言，是用于将电池连接在一起的过程，在该过程中这些电池典型地被分组形成模块，然后在电池组内将这些模块互连以获得期望的输出功率。被设计成用于减轻关于短路的效应的熔丝可被集成在用于将电池连接至相应汇流条的互连件中、被集成在用于在电池组内将单个电池组模块连接在一起的互连件中，或者被集成在用于将负载耦接至电池组的互连件中。由于与大型电池组相关的安全问题，在许多情况下，例如在单个电池级别和在电池模块级别，在整个电池组中放置多个熔丝。
[0004]在常规电池组中，将每一个电池的每一个端子电连接至相应的汇流条的高电流互连件典型地包括导线，即，焊线(wire bond)。如以上所提到的，可将熔断元件集成在这些焊线中，例如在第8，133,608号美国专利中揭示的那样。
[0005]不管焊线中是否包括熔断元件，引线接合处理都是非常耗时间的，并因此是昂贵的，并且在特定的制造条件下可能会引起可靠性问题。据此，需要一种强健的可熔断互连件，这种互连件使电池组能够被迅速且有效地组装起来，从而降低了制造时间和成本。本实用新型提供了这样一种可熔断互连件的设计和制造处理。
【实用新型内容】
[0006]本实用新型提供了一种电池互连件，该电池互连件将汇流条电耦接至电池端子，该电池互连件包括(i)第一端部，其形成为汇流条的延伸部；(i i )第二端部，其远离第一端部并被配置成附接至电池端子；(iii)可熔断互连件，其将第一端部电连接至第二端部，其中电池互连件和汇流条由单件材料制造而成，并且形成为在汇流条与电池互连件之间无材料不连续性；以及(iv)封装件，该封装件封装可熔断互连件，其中该封装件是电绝缘的，其中该封装件在将电池互连件的第二端部附接至电池端子之前被施加到可熔断互连件，其中封装件的一区域被修薄，并且其中封装件的被修薄的区域接近于可熔断互连件的一段。该封装件可以是刚性的或者半刚性的。该封装件可包括塑料。该封装件可注塑成型到可熔断互连件上。电池互连件可在被封装之前在张力下成形和/或置于张力下。
[0007]一方面，封装件可覆盖或者封装汇流条的接近于电池互连件的第一端部的区域，并且可覆盖或封装电池互连件的第二端部的区域，其中封装件完全在汇流条的区域与电池互连件的第二端部的区域之间延伸。
[0008]另一方面，封装件的被修薄的区域对应于封装件的上层。除被修薄的区域外，优选地该上封装层具有基本上一致的厚度。
[0009]另一方面，封装件的被修薄的区域对应于封装件的下层。除被修薄的区域外，优选地该下封装层具有基本上一致的厚度。
[0010]另一方面，封装件的被修薄的区域对应于该封装件的上层的第一修薄区并且对应于封装件的下层的第二修薄区。除第一修薄区外，优选地上封装层具有基本上一致的厚度。类似地，除第二修薄区外，优选地下封装层具有基本上一致的厚度。
[0011]通过参考本说明书和附图的其余部分可实现对本实用新型的属性和优势的进一步理解。
【附图说明】
[0012]应该理解的是，附图仅意味着示出，而不是限制，本实用新型的范围，并且不应被认为是按比例描绘的。此外，在不同的附图中的相同的附图标记应被理解成指示相同的组件或具有相似功能的组件。
[0013]图1是汇流条在电池单元上方和下方的电池组的示意性示图。
[0014]图2是汇流条与电池单元的正端子相邻的电池组的示意性示图。
[0015]图3提供了电池组件的一部分，且尤其是连接至单个电池的汇流条连接件的俯视图。
[0016]图4提供了图3中所示出的组件，包括熔丝互连件封装件的俯视图。
[0017]图5提供了在最初的装配之后的图3和图4中所示出的可熔断互连件的侧视图。
[0018]图6提供了在成形之后的图5中所示的可熔断互连件的侧视图。
[0019]图7提供了在封装之后的图6中所示的可熔断互连件的侧视图。
[0020]图8提供了，除了已将封装层的区域修薄以外，类似于图4中所示的电池组件的一部分的俯视图。
[0021]图9提供了图8中所示的可熔断互连件的横截面视图，其中修薄区域仅位于封装层的上表面上，以及
[0022]图10提供了备选实施例，其中在互连件的两侧上的封装层都已被修薄。
【具体实施方式】
[0023]如在本文中所使用的，单数形式“一”、“一个”以及“该”旨在也包括复数形式，除非上下文中明确指出相反的情况。如在本文中所使用的，术语“包括”、“正包括”、“包含”和/或“正包含”指出了所陈述的特征、整数、步骤、操作、元件，和/或组件的存在，但是并不排除存在或附加一个或多个其它特征、整数、步骤、操作、元件、组件，和/或它们的组。如在本文中所使用的，术语“和/或”以及符号意味着包括一个或多个相关列出的对象的任意的以及所有的组合。此外，虽然术语第一、第二等可在本文中用于描述不同的步骤或计算，但是这些步骤或计算不应受这些术语的限制，而是这些术语仅用于将一个步骤或计算与其它的相区别。例如，第一计算可被称为第二计算，并且类似地，第一步骤可被称为第二步骤，而不背离本公开的范围。
[0024]在下文中，术语“电池”、“电池单元”，以及“电池组电池单元”可互换地使用并可指示任意各种不同的电池配置和化学组成。典型的电池化学组成包括，但不限于，锂离子、锂离子聚合物、镍金属氢化物、镍镉、镍氢、镍锌，和银锌。术语“电动汽车”和“EV”可以互换使用并可表示纯电动车、插电式混合动力车(也被称为P H E V )，或混合动力车(也被称为HEV)，其中混合动力车采用多个动力源，包括电驱动系统。
[0025]图1示出了示例性电池组100，该示例性电池组100示出了普通的电池组配置。如图所示，电池组100包括并联连接的第一组电池102和104、并联连接的第二组电池106和108，以及并联连接的第三组电池110和112。第一、第二和第三组电池串联连接。汇流条114、116、118、120、122、124用于以这种并联和串联的布置连接电池。每一个汇流条通过一个或多个互连件被耦接至各自的电池。相对较粗的导线126将第二汇流条114耦接至第三汇流条122，使得在第一和第二电池组之间形成串联连接，同时第二相对较粗的导线128将第四汇流条116耦接至第五汇流条124，使得在第二和第三电池组之间形成串联连接。结果，第一汇流条120为电池组100的负端子，而第六汇流条118为电池组100的正端子。
[0026]如图1所示那样的在电池的两端都使用汇流条需要相对复杂的制造处理，以便(i)附接在电池端部表面与汇流条之间的电池互连件，以及(ii)附接将上汇流条耦接至下汇流条的导线(例如导线126和128)。导线126和128也会产生问题，因为它们可能将寄生电阻引入电流路径中，所以在耗用电流较高的状态下可能引起电压降。此外这种配置阻止了，或至少限制了，通过在电池端部表面附加散热器来有效地消除电池组热量的能力。
[0027]图2示出了电池组200，该电池组200采用一种备选的电池组配置，其中所有的汇流条都贴近电池组的一端，因此能够从电池组的另一端有效散热。此外，通过将汇流条214、216、218和222放置成贴近电池的一端，所需要的汇流条将比电池组100中更少。在图2中所示的实施例中还消除了从上汇流条至下汇流条的相对较粗的导线126和128。
[0028]电池组200中正负端子的接入部都处于电池单元的一端，S卩，在电池单元的顶端，在此处通过使用电池互连件将汇流条耦接至正负端子。如在先前的布置中，第一组电池102和104并联连接、第二组电池106和108并联连接，且第三组电池110和112并联连接。该第一、第二和第三组电池串联连接。汇流条214、216、218、222被用于在以这种并联和串联的布置耦接电池。具体而言，由电池组200的负端子开始，第一汇流条214被连接至第一组电池102和104的负端子，同时第二汇流条222被连接至同一组电池102和104的正端子，两者都在每一个电池的顶端部138。第一和第二汇流条214和222将第一组电池102和104并联耦接。类似地，第二汇流条222和第三汇流条216将第二组电池106和108并联耦接，而第三汇流条216和第四汇流条218将第三组电池110和112并联耦接。电池组之间的串联连接由汇流条形成，具体而言是第二汇流条222将第一电池组102和104的正端子连接至第二组电池106和108的负端子;且第三汇流条216将第二组电池106和108的正端子连接至第三组电池110和112的负端子。第四汇流条218是电池组200的正端子。
[0029]在电池组200中，汇流条被布置在层叠结构(layer stack)250中。在这种堆叠布置中，通过空气间隙或其它电绝缘体分开以防止短路的第一汇流条214和第三汇流条216被放置在第一层230中。类似地，同样通过间隙或绝缘体分开的第二汇流条222和第四汇流条218被放置在第三层234。部署在层230和234之间的是电绝缘层232。为简化装配，层叠结构可使用多层电路板形成，例如，使用由铜层或其它可适用的导电性金属(例如铝)制成(或在其上)的汇流条以及由树脂浸渍玻璃纤维或其它可适用的电绝缘材料制成的绝缘层。应该理解的是，层叠结构250仅是示例性堆叠，并且还可以使用其它的汇流条装置。
[0030]在优选的实施例中，如附图中所示，电池具有在顶端作为正端子的突出结以及起到电池负端子作用的罐体或外壳。电池优选地为具有平坦底部表面的圆柱形。典型地负端子的一部分被置于电池单元的顶端，这是由于例如在将外壳围绕电池的内含物进行密封时会形成外壳卷曲。在电池的顶端处负端子的这一卷曲部分或其它部分与突出结的外周侧通过间隙被分开，该间隙可填充或未填充绝缘体。
[0031 ]优选地，在例如其中在电池单元的一端(例如，端部138)处形成电池连接的电池组200的电池组中，散热器252被热耦接至每一个电池的相反的端部140。该散热器可带有散热片，或者可采用空气或液体冷却剂通道。在一些实施例中，风扇提供通过散热器252表面的气流。在至少一个实施例中，散热器附接或附加至电池座的底部上。电池的共面布置提供了相对平坦的表面来附接散热器，并且在一些实施例中，电池单元被设计成通过电池单元的底部来有效地冷却，例如，18650锂离子电池。
[0032]图3提供了电池组的一部分的俯视图，且更具体而言提供了在设计上与图1和图2中示出的那些相似的单个电池301的一部分以及汇流条的一部分的俯视图。电池300包括凸结301，该凸结301起到电池的一个端子(典型地为正端子)的作用，同时电池301的顶部边缘303起到该电池的第二个端子的作用，该端子典型地为负端子。在典型的18650规格系数的电池中，边缘303是电池外壳的一部分，该外壳被卷曲以将帽组件和电极组件固定在外壳内的适当位置。将理解到的是，以下详细说明的本实用新型可等价地应用于其它的电池配置中，例如非圆柱形电池中。
[0033]在附图中示出了单个汇流条305，其中汇流条305经由可熔断互连件307被电连接至端子301。应该理解的是，可熔断互连件307可等价地与端子303—起使用。优选地，互连件307是在用于装配相应的汇流条的同一制造处理中装配的。备选地，可熔断互连件可在二次处理中形成。一旦可熔断互连件307的接触片309相对于相应的电池端子被正确地定位，则该接触片经由接合点311被附接至端子。优选地接合点311是通过将接触片激光焊接在适当位置处形成的，即使如此，应该理解的是，还可以使用例如电子束焊接(e-beam welding)、电阻焊接、超声波焊接、热压结合、超声波热焊等其它附接工艺。
[0034]可熔断互连件307和汇流条305优选地由单件材料装配而成，并且被形成为使得在汇流条与互连件之间没有材料的不连续性，即，互连件307与汇流条305保持材料连续性。可熔断互连件307被设计成为了其预期应用(例如特定的电池组配置)而使所期望的电流通过，但是在电流过大的状况下会熔断。电流过大的状况典型地出现在短路过程中。
[0035]由于可熔断互连件307的相对脆弱的属性以及出于采用达到高稳定性的高速制造处理的目的，依据本实用新型的至少一个实施例，可熔断互连件是使用刚性的或半刚性的电绝缘材料来封装的。在图4中示出了本实用新型的这一方面，在该图中可熔断互连件307被封装。为了给制造处理提供最全面的好处，在汇流条装配之后而在电池连接处理之前，将封装件401施加于汇流条可熔断互连件。封装件401优选地由塑料(例如，尼龙、聚苯乙烯、乙缩醛、聚丙烯、聚乙烯、聚碳酸酯、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯(ABS)等)制成并且优选地通过注塑成型处理来施加。为了全面保护可熔断互连件，封装件401优选地在汇流条主体部403的一部分和可熔断互连件307的接触片309的一部分之间延伸并且覆盖(或封装)这些部分。
[0036]在一个实施例中，可熔断互连件是在被封装之前成形的，即被置放在张力之下。在图5至图7中示出了本实用新型的这一方面。图5提供了在初始装配之后互连件307的侧视图；图6提供了在成形之后互连件307的侧视图；以及图7提供了在封装之后互连件307的侧视图。取决于构成汇流条305的材料，在一些实施例中，需要在封装处理过程中沿方向601施加张力。应该理解的是虽然可熔断互连件307与汇流条305和接触片405—起优选地被装配成单个部件，为了在附图中提供清晰性，汇流条305、互连件307和接触片309用不同的阴影示出。优选地，被施加到可熔断互连件的封装件层具有基本一致的厚度，或者至少分别覆盖可熔断互连件的上下表面的上层和/或下层具有基本一致的厚度。
[0037]虽然封装层401保护可熔断互连件并有助于防止在互连件耦接和电池组组装处理的过程中可能发生的损害，但是在一些实施例中，优选的是减少与可熔断互连件的一部分直接邻接的封装层。减少封装件厚度有助于实现多种目的。第一，通过使特定区域中的封装件最小化，使得在发生电流过大的事件时封装材料可能改变熔丝熔断所需的时间的风险更小。其次，通过降低特定区域内的封装件厚度，可将互连件专门制作成会在特定位置处熔断。第三，可使用封装修薄来引导在熔丝熔断时出现的残骸流。优选地，封装件是在封装处理过程中被修薄的，例如，在封装成型处理(例如注塑成型)的过程中被修薄，但是封装件也可在被施加到互连件之后被修薄。除修薄区域以外，优选地被施加到可熔断互连件的封装层具有基本上一致的厚度，或者至少上封装层和/或下封装层具有不同于修薄区域的基本上一致的厚度。
[0038]图8提供了除封装层401的区域801被修薄以外，与图4中所示相似的电池组件的一部分的视图。优选地修薄是在封装成型处理的过程中完成的，但是其它众所周知的工艺也可被用于减少在特定区域中的封装件的厚度。图9提供了图8中所示出的可熔断互连件的侧视图，其中修薄区域801仅在封装层的上表面上。图10提供了备选实施例，其中在互连件的两侧上的封装层都被修薄。
[0039]为了帮助理解本实用新型的细节已经对本系统和方法进行了概括性说明。在一些示例中，已知的结构、材料，和/或操作并未特别示出或详细说明以避免掩盖本实用新型的各个方面。在其它情况下，已经给出了特定的细节以便提供对本实用新型的透彻理解。一个本领域技术人员将认识到本实用新型还可以其它特定的形式实施，例如适用于特定的系统或设备或情形下或材料或组件，而不背离其精神或基本特征。因此，本公开和说明书在此旨在说明而非限制本实用新型的范围。
【主权项】
1.一种电池互连件，其特征在于，所述电池互连件将电池的电池端子电耦接至汇流条，所述电池互连件包括: 第一端部，其形成为所述汇流条的延伸部； 第二端部，其远离所述第一端部并被配置成附接至所述电池端子； 可熔断互连件，其将所述第一端部电连接至所述第二端部，其中，所述电池互连件和所述汇流条由单件材料装配而成并且形成为在所述汇流条和所述电池互连件之间无材料间断；以及 封装件，所述封装件封装所述可熔断互连件，其中，所述封装件为电绝缘的，其中，在将所述电池互连件的所述第二端部附接至所述电池端子之前所述封装件被施加到所述可熔断互连件，其中，所述封装件的一区域被修薄，并且其中，所述封装件的被修薄的所述区域接近所述可熔断互连件的一段。2.如权利要求1所述的电池互连件，其特征在于，所述封装件是半刚性的。3.如权利要求1所述的电池互连件，其特征在于，所述封装件是刚性的。4.如权利要求1所述的电池互连件，其特征在于，所述封装件包括塑料材料。5.如权利要求1所述的电池互连件，其特征在于，所述封装件被注塑成型为所述可熔断互连件。6.如权利要求1所述的电池互连件，其特征在于，所述电池互连件是在所述可熔断互连件被所述封装件封装之前成形的。7.如权利要求1所述的电池互连件，其特征在于，在所述可熔断互连件被所述封装件封装之前，所述电池互连件被置于张力下。8.如权利要求1至7中任一项所述的电池互连件，其特征在于，所述封装件覆盖所述汇流条的区域，该区域接近于所述电池互连件的所述第一端部，其中，所述封装件覆盖所述电池互连件的所述第二端部的区域，并且其中所述封装件完全在所述汇流条的所述区域与所述电池互连件的所述第二端部的所述区域之间延伸。9.如权利要求1至7中任一项所述的电池互连件，其特征在于，所述封装件封装所述汇流条的区域，该区域接近于所述电池互连件的所述第一端部，其中，所述封装件封装所述电池互连件的所述第二端部的区域，并且其中，所述封装件完全在所述汇流条的所述区域与所述电池互连件的所述第二端部的所述区域之间延伸。10.如权利要求1至7中任一项所述的电池互连件，其特征在于，所述封装件的被修薄的所述区域对应于所述封装件的上层。11.如权利要求10所述的电池互连件，其特征在于，除所述区域外，所述封装件的所述上层具有基本上一致的厚度。12.如权利要求1至7中任一项所述的电池互连件，其特征在于，所述封装件的被修薄的所述区域对应于所述封装件的下层。13.如权利要求12所述的电池互连件，其特征在于，除所述区域外，所述封装件的所述下层具有基本上一致的厚度。14.如权利要求1至7中任一项所述的电池互连件，其特征在于，所述封装件的被修薄的所述区域对应于所述封装件的上层的第一修薄区，并对应于所述封装件的下层的第二修薄区。15.如权利要求14所述的电池互连件，其特征在于，除所述第一修薄区外，所述封装件的所述上层具有基本上一致的厚度。16.如权利要求14所述的电池互连件，其特征在于，除所述第二修薄区外，所述封装件的所述下层具有基本上一致的厚度。
【文档编号】H01M2/20GK205564866SQ201620250236
【公开日】2016年9月7日
【申请日】2016年3月29日
【发明人】R.J.比斯库普
【申请人】源捷公司