专利名称：集成式感测导线模块边框的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种电池组，并且更具体地涉及一种用于电池组的独立电池单元的边框。
背景技术：
已经提议电池单元作为电动车辆和各种其它应用的清洁、高效和环保能源。一种电池单元称作锂离子电池。锂离子电池是可充电的并且能够制作成各种各样的形状和大小以便有效地填充电动车辆中的可用空间。例如，电池单元的形状可以是棱柱状以助于电池单元的堆叠。典型的棱柱状电池单元具有围绕电池单元的周边熔合的一对塑料涂覆的金属层以便密封电池单元部件。电池单元部件的密封通常开始于为塑料涂覆的金属层中的一个提供空腔，有时称作“奶油盘”形状。电池单元部件布置在塑料涂覆的金属层的空腔内部。然 后将塑料涂覆的金属层中的另一个放置在电池单元部件的顶部并且在周边熔合到带有空腔的那个塑料涂覆的金属层上，例如，通过围绕边缘的热密封。由此提供电池单元。多个独立电池单元能够装备在电池组中以提供足以运转电动车辆的功率量。在采用多个独立电池单元的情况下，每个电池单元都可以布置在边框中，该边框与相邻边框协作以对齐电池组中的电池单元。典型的边框在受让人的属于Weber等人的共同待决美国专利申请序列号12/651，640中被描述，该申请的全部内容在此通过引用并入本文。该边框可包括集管孔口，它们限定供应和排出集管，所述集管用于冷却液到布置在独立电池单元之间的冷却板的大容量输送和从所述冷却板的大容量输出。该边框还可包括孔，所述孔与压杆或系杆协作以对齐和保持住堆叠中的电池单元从而形成电池组。通常，需要多个外部的电压感测电线和电线线束来监测电池组内的每个电池单元的电压。这种布置是不合需要的，因为电压感测电线带有高电压并且大量的电压感测电线和相关插头增加了电池组的复杂性。外部的电压感测电线还不合需要地影响电池组的密封，因为电线常常在电池组的相邻模块之间的密封界面之间延伸。还经常使用电池组内的不同边框组件的不同设计以便容纳大量的电压感测电线和相关插头。始终需要一种用于电池单元边框的边框，其允许在不使用外部感测导线和电线线束的情况下在电池组中进行电压感测。希望的是，该边框具有集成在其中的感测导线，使暴露于高压电线和外部电线意外插入错误电线线束的可能性最小化，并且提供全部边框的共同设计以便使电池组组装所需的零部件数量最小化并且允许单个边框的更大量生产。
发明内容
根据本发明，令人惊讶地发现了一种用于电池单元的边框，其具有集成在其中的感测导线连接而允许在不使用外部感测导线和电线线束的情况下在电池组中进行电压感测，该边框使暴露于高压电线和外部电线意外插入错误电线线束的可能性最小化，并且提供全部边框的共同设计以便使电池组组装所需的零部件数量最小化并且允许单个边框的更大量生产。本发明利用带有多个级联插针的收集器来传递感测导线电压通过每个边框。主插针或初始插针连接到电池单元接头片。沿着其余感测导线插针中的每一个发送信号通过级联构造。级联插针令人满意地允许电池组的全部电池单元使用共同的可重复边框。在第一实施例中，一种用于电池单元的边框包括带有构造成容纳该电池单元的孔口的主体。收集器布置在该主体的端部。该收集器包括穿过该收集器布置的多个导电插针。这些导电插针构造成与相邻边框中的插针协作。在另一个实施例中，一种电池单元组件包括电池单元和边框。该边框包括带有容纳该电池单元的孔口的主体。收集器布置在该主体的端部。该收集器包括构造成与相邻边框中的插针协作的多个导电插针。在又一个实施例中，一种电池组包括多个电池单元组件。每个电池单元组件具有电池单元和边框，该边框包括带有容纳该电池单元的孔口的主体。收集器布置在该主体的 端部。该收集器包括多个导电插针。一个电池单元组件的导电插针与相邻一个电池单元组件的导电插针协作。方案I. 一种用于电池单元的边框，包括
带有构造成容纳所述电池单元的孔口的主体；和
布置在所述主体的端部的收集器，所述收集器包括布置在其中的多个导电插针，所述导电插针构造成与相邻边框中的导电插针协作。方案2.如方案I所述的边框，其中，所述插针中的至少一个是级联插针，所述级联插针包括凸部分、凹部分和布置在所述凸部分与所述凹部分之间的连接部分。方案3.如方案2所述的边框，其中，所述凸部分定向为平行于所述凹部分，且所述连接部分定向为横向于所述凸部分和所述凹部分中的每个以连接所述凸部分到所述凹部分。方案4.如方案I所述的边框，其中，所述多个插针包括第一列插针和第二列插针。方案5.如方案4所述的边框，其中，所述第一列插针包括初始插针、末端插针和布置在所述初始插针与所述末端插针之间的多个级联插针。方案6.如方案5所述的边框，其中，所述初始插针连接到电导体，所述电导体提供所述初始插针与所述电池单元之间的电连通。方案7.如方案6所述的边框，其中，所述电导体包括保险丝。方案8.如方案5所述的边框，其中，所述末端插针从所述第一列插针成阶梯状到所述第二列插针以开始所述第二列插针。方案9.如方案8所述的边框，其中，所述第二列插针共用所述第一列插针的末端插针并且还包括多个级联插针。方案10.如方案9所述的边框，其中，所述第一列插针的级联插针的方向与所述第二列插针的级联插针的方向相反。方案11. 一种电池单元组件，包括
电池单元；和
边框，其包括带有容纳所述电池单元的孔口的主体和布置在所述主体的端部的收集器，所述收集器包括构造成与相邻边框中的导电插针协作的多个导电插针。方案12.如方案11所述的电池单元组件，其中，所述电池单元包括单元接头片，所述单元接头片经由穿过所述收集器布置的电导体与所述边框的所述收集器中的初始插针电连通。
方案13.如方案12所述的电池单元组件，其中，所述电导体焊接到所述单元接头片。方案14.如方案13所述的电池单元组件，其中，所述电导体包括布置在所述单元接头片与所述初始插针之间的保险丝。方案15.如方案12所述的电池单元组件，其中，所述边框的主体还包括形成在其中以容纳所述单元接头片的凹槽。方案16.如方案11所述的电池单元组件，其中，所述多个插针包括第一列插针和
第二列插针。方案17.如方案16所述的电池单元组件,其中,所述第一列插针包括初始插针、末端插针和布置在所述初始插针与所述末端插针之间的多个级联插针。方案18.如方案17所述的电池单元组件，其中，所述末端插针从所述第一列插针成阶梯状到所述第二列插针以开始所述第二列插针。方案19.如方案18所述的电池单元组件，其中，所述第二列插针共用所述第一列插针的末端插针并且还包括多个级联插针。方案20. —种电池组，包括
多个电池单元组件，每个电池单元组件具有电池单元和边框，所述边框包括带有容纳所述电池单元的孔口的主体和布置在所述主体的端部的收集器，所述收集器包括多个导电插针，其中，一个电池单元组件的导电插针与相邻一个电池单元组件的导电插针协作。
通过下列详细描述，特别是在参照此处描述的附图考虑时，本发明的上述以及其它优点将变得对本领域技术人员来说显而易见。图I是根据本发明的电池单元边框的正面立体 图2是图I所示电池单元边框的主视 图3是用图2中的编号3标出的电池单元边框的局部放大主视 图4是用图2中的截线4标出的电池单元边框的局部横截面俯视 图5是用图2中的截线5标出的电池单元边框的侧面横截面正视 图6是用图2中的截线6标出的电池单元边框的侧面横截面正视 图7是多个图1-6示出的边框的分解侧面正视图，带有用虚线示出的第一列导电插
针；
图8是图7示出的多个电池单元边框的侧面正视图，这些边框被示出为组装在一起，并且由箭头线标出通过穿过多个边框设置的导电插针协作限定出的导电路径。
具体实施例方式下列详细描述和附图描述和图解了本发明的各种实施例。该描述和附图用来使本领域技术人员能够制造和使用本发明，而并非用于以任何方式限制本发明的范围。参照图1-3，示出了根据本发明的电池单元组件100。电池单元组件100包括电池单元102和边框104。电池单元102被示出为棱柱形电池单元。作为非限制性例子，电池单元102可以是棱柱形锂离子(Li-ion)电池单元。应当意识到，在本发明的范围内，也可以使用采用不同结构和电化学特性的其它电池单元102。多个电池单元组件100可堆叠布置以形成电池组105 (在图7-8中示出)。电池单元102的边框104包括主体106，孔口 108形成在其中。主体106由非导电材料形成，例如热塑塑料或橡胶。根据需要也可以使用其它非导电材料。主体106的孔口108构造成容纳电池单元102。收集器110布置在主体106的端部。尽管示出的是单个收集器110，但是应当意识到，在本发明范围内，还可以采用布置在主体106的其它端部或侧部的其它收集器。收集器110包括多个导电插针112。这些导电插针由导电材料形成，作为非限制性 例子，例如是铜或钢。根据需要也可以使用其它导电材料。插针112穿过收集器110布置并且构造成与相邻边框104中的相关插针112协作，例如如图7-8所示。重新参照图1-3，边框104的多个插针可包括插针112的第一列114和插针112的第二列116。如图5-8所示，第一列114可包括初始插针118、末端插针120和多个第一级联插针122。第一级联插针122布置在初始插针118与末端插针120之间。第二列116与第一列114共用末端插针120并且还包括多个第二级联插针124。初始插针118连接到电导体126。电导体126穿过收集器110布置并且使初始插针118处于与电池单元102电连通。例如，电导体126可包括导电电线或带，该导电电线或带抵接或焊接到电池单元102的单元接头片128。边框104的主体106可包括凹槽129，该凹槽例如容纳单元接头片128。电导体126可布置在凹槽129中以在电池单元102布置在边框104中时接触单元接头片128。电导体126还可包括保险丝130，其用于阻止电池单元102的不合需要的电活动。根据需要，保险丝130可布置在收集器110内部或者布置在收集器110外部，例如为了易于更换。如图4所示,并且类似于具有图5和6示出的级联构造的插针112,末端插针120可包括凸部分132、凹部分134和连接部分136。然而，与级联构造相反，末端插针120从第一列114沿着横向向外成阶梯状到第二列116以开始第二列116。第二列116向第一列114的添加允许堆叠在电池组105中的电池单元102比仅仅是第一列114允许的多得多，所采取的方式是，当电池单元102的数量大于插针112的数量时，允许来自电池单元102的信号路径沿着横向从第一列114向外移动。如图5和6所示，第一和第二列114、116中的至少一部分插针112具有级联构造。例如，第一和第二列114、116的第一和第二级联插针122、124每个都包括凸部分132、凹部分134和连接部分136。连接部分136布置在凸部分132与凹部分134之间并且使凸部分132电连接到凹部分134。作为非限制性例子，凸部分132可以与凹部分134间隔开并且与其平行定向。连接部分136可定向成横向于凸部分132和凹部分134中的每个以形成每一个第一、第二级联插针122、124的级联构造。应当意识到，第一和第二列114、116中的第一和第二级联插针122、124的级联构造有利地允许为电池组105中的每个电池单元102使用相同设计的边框112。每个电池单元102的信号路径总是开始于初始插针118并且串联通过相邻边框104。因此，不需要根据电池组内的不同位置来设计不同的边框104。本领域技术人员应当理解，还可以添加更多列的插针112，例如，根据电池组105中的电池单元102的期望数量。这些更多列包括更多的级联插针122、124和更多的共用末端插针120，例如，如本发明的图4-6示出的第一和第二列114、116所示的。现在参照图7和8，本发明的电池组105包括多个上文描述的电池单元组件100。一个电池单元组件100的导电插针112与相邻一个电池单元组件100的导电插针112协作。第一和第二级联插针122、124集成到边框104的收集器110中，这提供了边框到边框的可重复的感测导线连接，该连接通过每个边框104中的第一和第二级联插针122、124传递。应当理解，每个边框104的初始插针118连接到相邻一个边框104的相邻一个第一级联插针122。同样，每个边框104的第一级联插针122连接到相邻一个边框104的相邻一个第一级联插针122。第一级联插针122由此沿相连的级联插针122向上传递诸如感测电压(例如，Vs1、Vs2、Vs3、Vs4、Vsn)的电信号并且允许使用任意数量的边框104。这是有利的，因为不管电池单元102和相关边框104的数量为多少，都对边框104采用可重复的相同 设计。尽管本发明的边框104是参照感测电压描述的，但是应当意识到，根据需要，本发明也可用于测量来自电池单元102和并入电池组105中的设备的其它信号。因为级联插针22遵循相同的样式，对级联插针122的干扰将总是以可预测的方式反映每个电池单元102。缩放电池组105以采用更多或更少的电池单元102也容易得到本发明的可重复边框104的允许。本发明的边框104还有利地允许消除电线线束到每个单独边框的单独连接，这是已知电池组所执行的操作。用于检测诸如感测电压的电信号的监测模块(未示出)可布置在一连串边框104中的最后一个边框104处，这可通过使用配合接头(未示出)以配合到最后一个边框104上来实现。有利地，本发明的边框104使得向带有高压的电线的暴露以及电池组105的复杂性最小化，这归因于外部感测导线和电线线束的消除。本发明的插针112还比已知的感测导线更结实，这归因于插针112在边框104的主体106内的布置，并且允许电池组105的更优良的密封。此外，对电池组105的全部电池单元102采用共同的可重复边框104设计使组装电池组105所需的零部件数最小化，同时允许单个边框104的更大量生产。尽管为了解释本发明已经示出了某些代表性实施例和详细内容，但是对本领域技术人员而言将显而易见的是，在不脱离本发明的范围的情况下可以做出各种改变，在下列所附权利要求中进一步说明本发明的范围。
权利要求
1.一种用于电池单元的边框，包括 带有构造成容纳所述电池单元的孔口的主体；和 布置在所述主体的端部的收集器，所述收集器包括布置在其中的多个导电插针，所述导电插针构造成与相邻边框中的导电插针协作。
2.如权利要求I所述的边框，其中，所述插针中的至少一个是级联插针，所述级联插针包括凸部分、凹部分和布置在所述凸部分与所述凹部分之间的连接部分。
3.如权利要求2所述的边框，其中，所述凸部分定向为平行于所述凹部分，且所述连接部分定向为横向于所述凸部分和所述凹部分中的每个以连接所述凸部分到所述凹部分。
4.如权利要求I所述的边框，其中，所述多个插针包括第一列插针和第二列插针。
5.如权利要求4所述的边框，其中，所述第一列插针包括初始插针、末端插针和布置在 所述初始插针与所述末端插针之间的多个级联插针。
6.如权利要求5所述的边框，其中，所述初始插针连接到电导体，所述电导体提供所述初始插针与所述电池单元之间的电连通。
7.如权利要求6所述的边框，其中，所述电导体包括保险丝。
8.如权利要求5所述的边框，其中，所述末端插针从所述第一列插针成阶梯状到所述第二列插针以开始所述第二列插针。
9.一种电池单元组件,包括 电池单元；和 边框，其包括带有容纳所述电池单元的孔口的主体和布置在所述主体的端部的收集器，所述收集器包括构造成与相邻边框中的导电插针协作的多个导电插针。
10.一种电池组，包括 多个电池单元组件，每个电池单元组件具有电池单元和边框，所述边框包括带有容纳所述电池单元的孔口的主体和布置在所述主体的端部的收集器，所述收集器包括多个导电插针，其中，一个电池单元组件的导电插针与相邻一个电池单元组件的导电插针协作。
全文摘要
本发明涉及集成式感测导线模块边框，具体提供一种用于电池单元的边框，该边框包括带有构造成容纳该电池单元的孔口的主体。收集器布置在该主体的端部。该收集器包括穿过该收集器布置的多个导电插针。这些导电插针构造成与相邻边框中的插针协作。
文档编号H01M2/02GK102760919SQ20121012759
公开日2012年10月31日 申请日期2012年4月27日 优先权日2011年4月28日
发明者D.F.维廷 申请人:通用汽车环球科技运作有限责任公司