用于电动车辆电池的汇流条总成的制作方法

用于电动车辆电池的汇流条总成的制作方法
【专利摘要】按照本公开的示例性方面的汇流条总成，除了其他包括多个电池单元以及电连接多个电池单元的汇流条总成。汇流条总成包括柔性电缆、连接到柔性电缆的电压感应导线、以及连接到电压感应导线的汇流条。
【专利说明】
用于电动车辆电池的汇流条总成
技术领域
[0001] 本公开涉及一种用于电动车辆的电池总成。汇流条总成与电池总成的多个电池单 元电连接。每个汇流条总成包括柔性电缆、与柔性电缆集成的电压感应导线、以及连接到电 压感应导线的汇流条。
【背景技术】
[0002] 降低汽车燃料消耗和排放的需求是众所周知的。因此，正在开发或减少或完全消 除对内燃发动机的依赖的车辆。电动车辆就是被开发用于此目的的一类车辆。通常，电动车 辆与常规机动车辆不同，因为电动车辆选择性地由一个或多个电池供电的电机驱动。相比 之下，常规机动车辆仅依赖内燃发动机来驱动车辆。
[0003] 电动车辆动力传动系统典型地装配有电池总成，该电池总成具有多个电池单元， 该多个电池单元用于存储为电动车辆的电机和其他电负载供电的电力。电池单元相互间必 须可靠地连接以便获取为这些电负载供电所必要的电压和功率水平。分开的汇流条、单个 的感应导线、塑料模制品、金属冲压件、电线压接件、垫环模制品、以及其他部件通常用于与 电池单元充分连接。

【发明内容】

[0004] 按照本公开的示例性方面的汇流条总成，除其他外包括多个电池单元和电连接多 个电池单元的汇流条总成。汇流条总成包括柔性电缆、连接到柔性电缆的电压感应导线、以 及连接到电压感应导线的汇流条。
[0005] 在前述汇流条总成的进一步非限定实施例中，汇流条被连接到第一电池单元的负 极端子以及第二电池单元的正极端子。
[0006] 在任一前述汇流条总成的进一步非限定实施例中，柔性电缆包括被配置为露出电 压感应导线用于与汇流条连接的开口。
[0007] 在任一前述汇流条总成的进一步非限定实施例中，汇流条被焊接到电压感应导 线。
[0008] 在任一前述汇流条总成的进一步非限定实施例中，跨接线连接在电压感应导线和 汇流条之间。
[0009]在任一前述汇流条总成的进一步非限定实施例中，电压感应导线与柔性电缆集 成。
[0010] 在任一前述汇流条总成的进一步非限定实施例中，电压感应导线夹在柔性电缆的 第一介电层和第二介电层之间。
[0011] 在任一前述汇流条总成的进一步非限定实施例中，汇流条包括主体和从主体突出 的凸块。
[0012] 在任一前述汇流条总成的进一步非限定实施例中，主体被焊接到多个电池单元中 的两个的端子并且凸块被焊接到电压感应导线。
[0013] 在任一前述汇流条总成的进一步非限定实施例中，汇流条被集成在柔性电缆中。
[0014] 按照本公开的示例性方面的方法，除了其他包括提供柔性电缆、将电压感应导线 集成到柔性电缆中、以及将汇流条连接到电压感应导线以装配汇流条总成。
[0015] 在前述方法的进一步非限定实施例中，方法包括使用汇流条总成电连接电池总成 的多个电池单元。
[0016] 在任一前述方法的进一步非限定实施例中，连接步骤在集成步骤之前发生。
[0017] 在任一前述方法的进一步非限定实施例中，连接步骤在集成步骤之后发生。
[0018] 在任一前述方法的进一步非限定实施例中，连接步骤包括将跨接线焊接到电压感 应导线和汇流条。
[0019] 在任一前述方法的进一步非限定实施例中，连接步骤包括将汇流条激光焊接到电 压感应导线。
[0020] 在任一前述方法的进一步非限定实施例中，集成步骤包括将电压感应导线嵌入到 柔性电缆中。
[0021] 在任一前述方法的进一步非限定实施例中，集成步骤包括将电压感应导线夹在柔 性电缆的第一介电层和第二介电层之间。
[0022] 在任一前述方法的进一步非限定实施例中，方法包括将一条材料给进到柔性电缆 中并在这条材料中形成缺口以形成汇流条。
[0023] 在任一前述方法的进一步非限定实施例中，给进步骤包括在柔性电缆的第一层和 第二层之间给进这条材料。
[0024] 前述段落、权利要求书、附图以及说明书中的实施例、示例以及可选方案，包括它 们的各个方面或各自单独的特征的任何一个，可以单独地或任意组合地实施。与一个实施 例相结合进行描述的特征对于所有的实施例都是可应用的，除非这个特征是矛盾的。
[0025] 本公开的各种特征和优点在下述的【具体实施方式】的基础上对本领域的技术人员 是显而易见的。伴随【具体实施方式】的附图可以进行如下简要的描述。
【附图说明】
[0026]图1概要地示出了电动车辆的动力传动系统；
[0027]图2示出了电动车辆的电池总成；
[0028]图3A、3B、3C以及3D概要地示出了按照本公开的第一实施例装配汇流条总成的方 法；
[0029]图4示出了汇流条；
[0030]图5A、5B、5C以及5D概要地示出了按照本公开的另一实施例装配汇流条总成的方 法；
[0031] 图6示出了汇流条总成；
[0032] 图7示出了展示了相邻的电池单元之间的电池单元高度变化的电池总成。
【具体实施方式】
[0033] 本公开详细说明了用于电动车辆的电池总成。电池总成可以使用汇流条总成以电 连接电池总成的多个电池单元。汇流条总成可以包括柔性电缆、嵌入到柔性电缆中的电压 感应导线、以及连接到电压感应导线的汇流条。本公开的汇流条总成适应相邻电池单元的 电池单元端子高度间的变化并使用于构建电池总成的装配流程简化。这些和其他的特征在 本【具体实施方式】的以下段落中更详细地讨论。
[0034]图1概要地示出了用于电动车辆12的动力传动系统10。虽然所示为混合动力电动 车辆(HEV)，但应当理解的是此处所描述的概念并非限定为HEV而是可以延伸到其他电动车 辆，包括但不限于，插电式混合动力电动车辆(PHEV)、纯电动车辆(BEV)以及燃料电池车辆。 [0035]在一个实施例中，动力传动系统10为使用第一驱动系统和第二驱动系统的动力分 配动力传动系统。第一驱动系统包括发动机14和发电机18(即，第一电机)的组合。第二驱动 系统包括至少一个马达22(即，第二电机）、发电机18、以及电池总成24。在这个示例中，第二 驱动系统被认为是动力传动系统10的电驱动系统。第一和第二驱动系统产生扭矩以驱动电 动车辆12的一组或多组车辆驱动轮28。虽然动力分配配置被示出，但是本公开可以延伸到 任何混合动力车辆或电动车辆一一包括全混合动力、并联混合动力、串联混合动力、轻度混 合动力或微混合动力。
[0036] 发动机14一一其在一个实施例中为内燃发动机一一以及发电机18可以通过动力 传输单元30-一诸如行星齿轮组一一被连接。当然，其他类型的动力传输单元一一包括其 他齿轮组和传动装置一一也可以用于将发动机14连接到发电机18。在一个非限定实施例 中，动力传输单元30为包括环形齿轮32、中心齿轮34、以及行星齿轮架总成36的行星齿轮 组。
[0037] 发电机18可以由发动机14通过动力传输单元30驱动以将动能转换为电能。发电机 18可以选择性地作为马达起作用以将电能转换为动能，从而将扭矩输出到连接至动力传输 单元30的轴38。由于发电机18被可操作地连接到发动机14,所以发动机14的转速可以由发 电机18控制。
[0038]动力传输单元30的环形齿轮32可以被连接到轴40,轴40通过第二动力传输单元44 被连接到车辆驱动轮28。第二动力传输单元44可以包括具有多个齿轮46的齿轮组。其他动 力传输单元也可以是适当的。齿轮46将扭矩从发动机14传递到差速器48以最终向车辆驱动 轮28提供牵引力。差速器48可以包括使扭矩能够传递到车辆驱动轮28的多个齿轮。在一个 实施例中，第二动力传输单元44通过差速器48被机械地连接到车桥50以将扭矩分配给车辆 驱动轮28。
[0039]马达22还可以被用于通过向轴52输出扭矩来驱动车辆驱动轮28,轴52还被连接到 第二传输单元44。在一个实施例中，马达22和发电机18共同作为再生制动系统的一部分，在 再生制动系统中马达22和发电机18二者都可以被用作马达以输出扭矩。举例来说，马达22 和发电机18的每个都可以将电力输出到电池总成24。
[0040] 电池总成24为示例性的电动车辆电池。电池总成24还包括高压牵引用电池组，该 电池组包括能够输出电能以运行马达22和发电机18的多个电池单元。其他类型的能量存储 装置和/或输出装置也可以被用于向电动车辆12供电。
[0041] 在一个非限定实施例中，电动车辆12具有两个基本的运行模式。电动车辆12可以 以电动车辆(EV)模式运行，其中马达22被用于车辆推进(通常不需要发动机14进行辅助）， 从而将电池总成24的荷电状态消耗到其在某些驱动模式/周期下最大可允许放电率。EV模 式是用于电动车辆12的运行的电荷消耗模式的示例。在EV模式期间，电池总成24的荷电状 态在一些情况下可能增加，举例来说由于一段时间的再生制动。发动机14在默认的EV模式 下通常为关闭的（OFF)，但是其可以根据车辆系统状态按需要运行或依照操作员的允许运 行。
[0042]电动车辆12可以附加地以混合动力(HEV)模式运行，其中发动机14和马达22都被 用于车辆推进。HEV模式为用于电动车辆12的运行的电荷维持模式的示例。在HEV模式期间， 电动车辆12可以减少马达22推进的使用以便通过增加发动机14的推进将电池总成24的荷 电状态维持在恒定的或接近恒定的水平。电动车辆12可以以除了在本公开范围内的EV和 HEV模式的其他运行模式被操作。
[0043]图2示出了可以被整合到电动车辆中的电池总成24。举例来说，电池总成24可以在 图1的电动车辆12中被使用。电池总成24包括多个电池单元58用于向电动车辆12的各种部 件提供电力。虽然特定数量的电池单元58在图2中被示出，但是电池总成24在本公开范围内 可以包括更多或更少数量的电池单元。也就是说，本公开并未被限定为图2中所示的特定的 配置。
[0044]电池单元58可以并排地堆叠以构建一组电池单元，有时被称为电池阵列。在一个 实施例中，电池单元58为柱状的、锂离子电池。然而，具有其他几何形状（圆柱状、袋状等） 和/或化学成分(镍氢、铅酸等)的电池单元在本公开的范围内可以作为选择地被使用。 [0045]每个电池单元58包括正极端子（以符号(+ )指代）以及负极端子（以符号(_)指代）。 然而，每个电池单元58的仅一个端子在图2中示出。电池单元58被设置为使每个电池单元58 的端子设置在与具有相反极性的相邻电池单元58的端子相邻的位置。举例来说，在一个非 限定实施例中，第一电池单元58-1的负极端子(-)设置为与第二电池单元58-2的正极端子 (+ )相邻。这样的交替模式连续地横跨这组电池单元58的整个范围。
[0046]电池总成24可以包括一个或多个汇流条总成60。汇流条总成60将电池单元58相对 彼此电连接。在一个非限定实施例中，汇流条总成60沿着轴线A延伸横跨每个电池单元58的 顶部表面65,轴线A通常垂直于每个电池单元58的轴线B。
[0047]示例性的汇流条总成60可以包括柔性电缆62、一个或多个电压感应导线64、以及 一个或多个汇流条66。在所示的实施例中，汇流条总成60包括多个电压感应导线64以及多 个汇流条66。然而，这个公开并非限定为所示的准确的配置。应当理解的是，汇流条总成60 可以包括具有一个或多个电压感应导线以及一个或多个汇流条的任何配置。
[0048]在使用中，汇流条总成60提供了用于电连接电池单元58的集成电路以使电力可以 在整个电动车辆中被分配。来自每个电池单元58的高压电流通过汇流条66被传导。每个电 池单元58的电压可以通过电压感应导线64测量，其将电压信号传送到另一组件一一诸如电 池总成24的控制模块(未示出）。
[0049]在一个实施例中，柔性电缆62由柔韧的（例如，可弯曲的)材料制成。各种塑料材料 可以适于构造柔性电缆62。适当的塑料材料的非限定示例包括聚对苯二甲酸乙二酯(PET)、 聚酰亚胺(PI)、聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)、聚醚酰亚胺(PEI)、以及各种含氟聚合物(FEP) 和/或共聚物。在另一实施例中，柔性电缆62由卡普顿（Kapton?)制成，其可以从杜邦公司 (DuPont)购买。
[0050]由于柔性电缆6 2的柔韧的性质，汇流条总成60被配置为适应电池总成24的电池单 元58之间的任何电池单元的高度变化(举例来说，见图7)。电池单元高度变化可能出现在电 池总成24的装配过程中。
[0051]每个电压感应导线64可以与柔性电缆62集成。在本公开中，术语"集成"意为电压 感应导线64直接制造在柔性电缆62上或嵌入到柔性电缆62中。在一个实施例中，电压感应 导线64包括印制到柔性电缆62上的铜迹线（copper traces)或电线。电压感应导线64可以 使用各种添加或删减技术被应用到柔性电缆62之上或之中。这样的技术的非限定示例包括 印制、电镀、蚀刻、层压、雕刻、铣削、烧蚀等。
[0052]在另一实施例中，电压感应导线64被夹在柔性电缆62的第一介电层68A和第二介 电层68B之间（见图3B)。第一介电层68A和第二介电层68B可以被密封在一起以防止水分通 过毛细作用进入到电压感应导线64中。柔性电缆62还可以包括附加层。
[0053]在一个实施例中，汇流条66是被冲压的相对薄的金属条，这些金属条被配置为传 导由电池单元58产生的电力。在一个非限定实施例中，汇流条66由铝制成。在另一实施例 中，汇流条66为能够由多种材料一一诸如铜和铝一一制成的双金属元件。具有传导性能的 其他材料也可以是适当的。
[0054]如下更详细的讨论，每个汇流条66可以被焊接到电压感应导线64中的一个以及可 以被焊接到两个相邻电池单元58的端子以将汇流条总成60连接到多个电池单元58。举例来 说，如图2中所示，第一焊缝90可以被用来将汇流条66附接到电压感应导线64以及第二焊缝 92可以被用来将汇流条66附接到电池单元58的端子。
[0055]图3A、3B、3C以及3D概要地示出了装配汇流条总成60的方法。首先参考图3A，所需 尺寸和形状的柔性电缆被提供并包括多个集成的电压感应导线64。电压感应导线64可以被 集成在柔性电缆62中，诸如通过将电压感应导线64印制在柔性电缆62上或将电压感应导线 64夹在柔性电缆62的第一介电层68A和第二介电层68B之间（见图3B)。
[0056]如图3C中所示，开口70可以接着在柔性电缆62中形成。在一个非限定实施例中，开 口 70为形成在柔性电缆62中一一诸如穿过柔性电缆62的顶层和/或底层一一的开孔。开口 70将每个电压感应导线64的一部分露出。
[0057]图3D示出了汇流条66与电压感应导线64的连接。在一个实施例中，一个汇流条66 可以在于开口 70处被露出的电压感应导线64的一部分上被焊接到一个电压感应导线64。在 另一非限定实施例中，汇流条66被激光焊接到电压感应导线64。一旦汇流条66通过一个或 多个焊缝90被焊接到电压感应导线64,汇流条总成60就被完全装配并准备好用于附接到电 池总成24的多个电池单元58(举例来说，见图2)。
[0058]图4示出了可以在如上所述的汇流条总成60中被利用的示例性的汇流条66。汇流 条66包括主体72和从主体72突出的凸起74。凸起74可以覆盖柔性电缆62的顶部、在柔性电 缆62之下、或在柔性电缆62的层之间延伸以及被配置用于附接到电压感应导线64中的一个 (见图3D)。在一个实施例中，汇流条66的主体72与柔性电缆62的边缘99是连续的但与边缘 99不重合(见图3D)。
[0059]图5A、5B和5C概要地示出了构造汇流条总成160的方法。在本公开中，在适当的情 况下相同的附图标记指代相同的元件并且具有100或其倍数的附图标记指代改良的元件， 该改良的元件可以被理解为整合了相应的原始元件的相同的特征和益处。
[0060]在这个示例性的实施例中，柔性电缆162被提供具有嵌入到柔性电缆162中的多个 电压感应导线164。如图5A中所示，一条材料176可以通过在方向D上移动该条材料176被给 进到柔性电缆162中，方向D与柔性电缆162的纵轴线大体上平行。举例来说，这条材料176可 以被给进到柔性电缆162的外表面169(见图5A)或可以在柔性电缆162的层165、175之间给 进(见图OT)。这条材料176可以在其被给进到柔性电缆162之前或之后被电连接到电压感应 导线164。也就是说，电压感应导线164以及这条材料176可以被或一起或分别地与柔性电缆 162集成。
[0061 ]参考图5B，这条材料176可以接着被开出缺口以形成多个汇流条166。该条材料176 可以以任何已知的方式切割以形成在汇流条166之间延伸的缺口 198。缺口 198使汇流条166 彼此电绝缘。
[0062]最终，如图5C所示，汇流条166可以被焊接以将汇流条总成160附接到电池单元158 的端子上。在一个非限定实施例中，汇流条166被激光焊接到电池单元158的端子上。焊接过 程产生了焊缝192以将汇流条166牢固地固定到电池单元158的端子上。
[0063]图6示出了另一汇流条总成260。汇流条总成260包括柔性电缆262、多个电压感应 导线264以及多个汇流条266。每个电压感应导线264可以与柔性电缆262集成。每个汇流条 266可以与电压感应导线264中的一个电连接以及可以被焊接到两个相邻的电池单元的端 子上（图6中未示出）以将汇流条总成260连接到多个电池单元。在一个实施例中，跨接线278 可以在电压感应导线264以及汇流条266之间延伸以电连接这些部件。跨接线278可以被焊 接到电压感应导线264和汇流条266上。
[0064]汇流条266可以在与柔性电缆262集成之前或之后被电连接到电压感应导线264。 如果在之前，则汇流条266和电压感应导线264可以一起给进到柔性电缆262中。如果在之 后，则汇流条266和电压感应导线264可以单独地被集成到柔性电缆。开口 270可以可选择地 在柔性电缆262中形成以露出电压感应导线264使跨接线278能够连接到电压感应导线264。 [0065]虽然不同的非限定实施例被示出具有特定的部件或步骤，但是本公开的实施例并 非被限定为这些特定的组合。使用来自于任意非限定实施例的一些部件或特征与来自任意 其他非限定实施例的特征或部件进行组合是可行的。
[0066]应当理解的是，相同的附图标记贯穿多个附图指代相应的或相似的元件。应当理 解的是，虽然特定的部件设置被公开并在这些示例性实施例中示出，但其他的设置也可以 从本公开的教导中受益。
[0067]前述说明书应当被理解为示例性的而并不具有任何限制的意义。本领域的技术人 员可以理解某些变形可以在本公开的范围内出现。由于这些原因，下列权利要求书应当被 学习以确定本公开的真正的范围和内容。
【主权项】
1. 一种电池总成，包含： 多个电池单元； 汇流条总成，所述汇流条总成电连接所述多个电池单元，所述汇流条总成包含： 柔性电缆； 连接到所述柔性电缆的电压感应导线；以及 连接到所述电压感应导线的汇流条。2. 如权利要求1所述的电池总成，其中所述汇流条被连接到第一电池单元的负极端子 以及第二电池单元的正极端子。3. 如权利要求1所述的电池总成，其中所述柔性电缆包括开口，所述开口被配置为露出 所述电压感应导线用于与所述汇流条连接。4. 如权利要求1所述的电池总成，其中所述汇流条被焊接到所述电压感应导线。5. 如权利要求1所述的电池总成，包含连接在所述电压感应导线和所述汇流条之间的 跨接线。6. 如权利要求1所述的电池总成，其中所述电压感应导线与所述柔性电缆集成。7. 如权利要求1所述的电池总成，其中所述电压感应导线被夹在所述柔性电缆的第一 介电层和第二介电层之间。8. 如权利要求1所述的电池总成，其中所述汇流条包括主体和从所述主体突出的凸块。9. 如权利要求8所述的电池总成，其中所述主体被焊接到所述多个电池单元中的两个 的端子并且所述凸块被焊接到所述电压感应导线。10. 如权利要求1所述的电池总成，其中所述汇流条被集成到所述柔性电缆中。
【文档编号】H01M2/20GK106058127SQ201610214426
【公开日】2016年10月26日
【申请日】2016年4月7日 公开号201610214426.6, CN 106058127 A, CN 106058127A, CN 201610214426, CN-A-106058127, CN106058127 A, CN106058127A, CN201610214426, CN201610214426.6
【发明人】拉贾拉姆·萨勃拉曼尼亚, 汤姆·M·巩特尔, 弗朗西斯科·费尔南德兹, 郭予南, 斯图尔特·施雷伯
【申请人】福特全球技术公司