专利名称：电池模块及其制造方法
技术领域：
本发明大致涉及电池模块，和制造电池模块的方法。电池模块包括用于电池组的棱柱堆叠结构类型电池模块。
背景技术：
电池用于将化学能转换成电能，且可以是再充电的或不可再充电的。可再充电电池可以用于大量应用，例如为电子装置、工具、机械和车辆供电。例如，用于车辆应用的可再充电电池可以经由常规的插头插座(electrical outlet)在车辆外部充 电，或经由再生事件在车辆上充电。虽然主要的碱性、伏打电堆和铅酸电池已经用于许多家庭和工业应用，但是镍镉(NiCd)、镍金属氢化物(Ni-MH)、锂离子和锂离子聚合物可再充电电池尤其可以用于产生电和混合动力气体/电动车应用。即，这样的可再充电电池与常规的不可再充电电池相比通常呈现优越的能量密度。进一步地，可再充电电池可以构造为没有刚性的且重的外金属电池壳体，且可以因此用于需要减小电池大小和重量的应用场合。电池(其也可以称为电池组)可以包括一个或多个电池模块。类似地，电池模块可以包括一个或多个电化学电池单元，所述电池单元定位为彼此邻近，例如，堆叠的。进一步地，每一个电化学电池单元可以包括箔片单元接片，其用作导电端子。电化学电池单元的单元接片可以以适用于完成电池模块的电路的方式连结在一起。
发明内容
提供一种电池模块。电池模块包括邻近彼此定位的多个电化学电池单元。每一个电化学电池单元包括正单元接片和负单元接片。互连构件联接到每一个电化学电池单元。互连构件配置为用于电连接所有正单元接片，并还配置为用于电连接所有的负单元接片。互连构件包括多个连接元件，且限定出第一槽道和第二槽道，所述第一槽道和第二槽道设置为邻近每一个连接元件相对侧。至少一个正单元接片或一个负单元接片延伸通过每一个第一槽道和第二槽道，且形成为相对于与之邻近的连接元件成平行关系。多个紧固机构将正单元接片和负单元接片连接到其中一个连接元件。还提供一种制造电池模块的方法。该方法包括使多个电化学电池单元邻近彼此堆叠。每一个电化学电池单元包括正单元接片和负单元接片。互连构件定位为邻近堆叠的电化学电池单元，从而每一个正单元接片和每一个负单元接片延伸穿过第一槽道或第二槽道中的一个，所述第一槽道或第二槽道布置为邻近多个连接元件中的一个。每一个单元接片形成为直到大约与设置为邻近槽道的连接元件平行地邻近，每一个接片延伸穿过所述槽道。每一个正单元接片和负单元接片被紧固到连接元件中的一个。相应地，因为接片形成为例如是弯曲的，直到大约平行于连接元件，所以通过单个侧面连接过程，接片可以从上方，即从基本上垂直于互连构件的方向被机械地紧固。进而，如果延伸穿过与每一个连接元件邻近的槽道的接片形成为彼此交叠，则将接片连接到互连元件所需的连结部的数量减少。在下文结合附图进行的对实施本发明的较佳模式做出的详尽描述中能容易地理解上述的本发明的特征和优点以及其他的特征和优点。
图I是电池组及其部件的示意性透视图，包括多个电化学电池单元和多个电池模块。图2是电池模块的一部分的示意性透视图，显示了联接到连接元件的多个电化学电池单元。图3是电池模块的示意性横截面图。图4是电化学电池垂直于电池模块的纵向轴线的示意性平面图。 图5是电池模块的互连构件平行于纵向轴线的示意性平面图。
具体实施例方式本领域技术人员应理解例如“上方”、“下方”、“向上、“向下”、“顶”、“底”等词汇是用于描述附图，而不代表对本发明范围的限制，本发明的范围通过所附权利要求限定。参见图，其中相同的附图标记表示相同的部件，在图I中的20处大致显示了的电池模块。电池模块20可以用于汽车应用，例如用于插入式混合动力电动车(PHEV)。例如，电池模块20可以是锂离子聚合物电池模块20。参见图1，多个电池模块20可以组合以形成电池组22。通过例子的方式，电池组22可以有足够的大小以提供必要的电压为混合动力电动车(HEV)、电动车(EV)、插入式混合动力电动车(PHEV)等供电，所述电压例如大约300到400伏特或更多，取决于所需的应用。然而，应理解电池模块20也可以用于非汽车应用，例如但不限于家庭或工业的工具、休闲车辆和电子装置。参见图2和3，电池模块20包括彼此邻近定位的多个电化学电池单元24。电化学电池单元24可以包括本领域已知的任何合适的电化学电池单元24。例如，电化学电池单元24可以是锂离子、锂离子聚合物、锂铁磷酸盐、锂钒五氧化物、锂铜氯化物、锂锰二氧化物、锂硫、钛酸锂、镍金属氢化物、镍镉、镍氢、镍铁、钠硫、钒氧化还原剂、铅酸或其组合。参见图4，每一个电化学电池单元24具有正单元接片26和负单元接片28。电化学电池单元24可以适用于堆叠。即，电化学电池单元24可以用热密封的柔性箔片形成，所述箔片被密封以封装阴极、阳极和分隔件(未示出)。因此，任何数量的电化学电池单元24可以堆叠或以其他方式设置为彼此邻近以形成单元堆叠结构，即电池模块20 (图I)。进一步地，虽然在图I中未示出，但是额外的层，例如但不限于框架和/或冷却层，也可以定位在单独的电化学电池单元24之间。因此，电池模块20可以包括多个正单元接片26和多个负单元接片28。可以预期电化学电池单元24的实际数量随每一个电池模块20的所需电压输出而变化。同样，互连的电池模块20的数量可以变化以产生用于具体应用的必要的总输出电压和输出电流容量。正单元接片26和负单元接片28是电极延伸部，所述电极延伸部在内部焊接到电化学电池单元24的各阳极和阴极(未示出)，如本领域技术人员所理解的。正单元接片26和负单元接片28可以用导电金属构造。例如，正单元接片26可以基本上用铝构造，而负单兀接片28可以基本上用铜构造。参见图2、3和5，每一个电池模块20包括互连构件30。互连构件30联接到每一个电化学电池单元24。互连构件30配置为用于以期望的构造或顺序电连接所有正单元接片26和所有负单元接片28。参见图3和5，互连构件30包括基板32。基板32不导电。基板32可以包括不导电材料和用不导电材料制造，例如塑料或其他类似的材料。如图5所示，基板32可以包括一个或多个几何结构强化元件34以减少基板32的挠曲。强化元件34可以包括具有加厚横截面的突脊和/或周边边缘，以增加对弯折和/或挠曲的抵抗。应理解，强化元件34可以包括其添加到和/或形成到基板32中以改善基板32的弯曲强度的任何几何特征。参见图5，基板32支撑多个连接元件36。连接元件36包括平棒形电导体，该电导体具有大致矩形的横截面，与互连构件30的中心纵向轴线38平行。如所示的，连接元件36布置为相对于彼此成共面关系。然而，应理解，连接元件36可以替换地被布置为非共面关系。优选地，连接元件36包括铜和用铜制造。然而应理解，连接元件36可以用一些其他导 电材料制造。连接元件36可以通过各种电跨接线(未示出)电连接到彼此，所述跳线形成到基板32中和/或被基板32支撑。基板32限定出多个开口 40。连接元件36中的一个定位在每一个开口 40中。每一个连接元件36定位在相应的开口中以限定出设置在平面导电元件一侧上的第一槽道42和设置在连接元件36的相对侧上的第二槽道44。更具体地，第一槽道42被限定在每一个开口 40的第一边缘46和设置在每一个开口中的相应连接元件36之间，而第二槽道44被限定在每一个开口 40的第二边缘48和设置在每一个开口中的相应连接元件36之间。中心纵向轴线38将互连构件30纵向地分成第一半部50 (即互连构件30的纵向上半部，如图5所示)和第二半部52 (即互连构件30的纵向下半部，如图5所示)。多个连接元件36布置为包括设置在互连构件30的第一半部50上的第一组54连接元件36，和设置在互连构件30的第二半部52上的第二组56连接元件36。每一个连接元件36相对于中心纵向轴线38基本垂直地取向，每一个电化学电池单元24的每一个正单元接片26和负单元接片28也相对于互连构件30的中心纵向轴线38大致垂直地取向。如图5所示，第一组54连接元件36中的连接元件36沿中心纵向轴线38与第二组56连接元件中的连接元件36错开。从而，随着沿中心纵向轴线38轴向运动，第一组54连接元件36中的连接元件36每一个定位在与第二组56连接元件36中的任何一个连接元件36都不同的轴向位置处。这种错开的取向提供了后文详述的连接顺序。参见图3,至少一个正单元接片26或一个负单元接片28延伸穿过与每一个连接元件36邻近的每一个第一槽道42和第二槽道44。如图2所示，电化学电池单元24相对于彼此堆叠，从而三个正单元接片彼此邻近地成排地对准，三个负单元接片28彼此邻近地在同一排中对准，并且与所述三个邻近正单元接片26相对。如图2所示，三个正单元接片26延伸穿过第一槽道42，三个负单元接片28延伸穿过第二槽道44。三个正单元接片26和三个负单元接片28电连接到连接元件36，如后文详述。参见图5，电化学电池单元24可以布置为以三个为一组，正单元接片26和负单元接片28的相对位置随每一个顺序定位组中三个电化学电池单元24沿中心纵向轴线38交替。电化学电池单元24的这种相对定位限定出连接顺序。从而，电流可以从三个正单元接片26穿过第一组54连接元件36中的一个连接元件36而流到三个相对负单元接片28，随后流过电化学电池单元24并穿过纵向轴线流到对应的三个正单元接片26，且穿过第二组56连接元件36中的一个连接元件36。电流可以以正弦曲线或Z形路径流动，如图5所示在57处所示，以限定出电池模块20的连接顺序。应理解，电化学电池单元24，且更具体地正单元接片26和负单元接片28可以布置为不同于本文所述和所示的，具有多于或少于三个单元接片26、28延伸穿过每一个槽道42、44。参见图3，每一个单元接片——正单元接片26或负单元接片28，延伸穿过其中一个槽道42、44——第一槽道42或第二槽道44中的任一个，且形成为相对于与之邻近的连接元件36成平行关系。多个紧固机构58中的至少一个将正单元接片26和负单元接片28连接到其中一个连接元件36。多个电化学电池单元24设置为邻近于互连构件30的第一表面60，即下表面。紧固机构58配置为用于仅从互连构件30的第二表面62 (即上表面)接合正单兀接片26和负单兀接片28。第二表面62与第一表面60相对。从而,紧固机制仅需要可以操作互连构件30的第二表面62以接合紧固机构58。紧固机构58可以包括但不限于机械紧固件，例如铆钉、螺钉、螺栓、夹持件或一些其他类似的机械紧固装置。替换地，紧固机构58可以包括焊接连接或一些其他熔接类型的连接机构。
优选地，延伸穿过第一槽道42的每一个单元接片26、28形成为与延伸穿过第二槽道44的单元接片26、28以平行关系交叠，多个紧固机构58中的一个同时地将延伸穿过第一槽道42和第二槽道44的正单元接片26和负单元接片28两者均连接到连接元件36。例如，参见图2和3，三个电化学电池单元24的正单元接片26以交叠接合的方式连结到三个其他电化学电池单元24的负单元接片28。如图2和3所示，正单元接片26相对于连接元件36以基本上90度的角度弯曲，以便在负单元接片28上延伸并与之接触，所述负单元接片28也相对于连接元件36以基本上90度的角度弯曲。通过使正单元接片26与负单元接片28交叠且将两者连结到单个连接元件36，至连接元件36的连结部和紧固机构58的总数量被最小化，由此减少了制造成本。还提供了一种制造电池模块20的方法。该方法包括以任何所需的适于实现期望的连接构造的方式使电化学电池单元24彼此邻近地堆叠。例如且如图5所示，可以使电化学电池单元24堆叠，以限定出设置在互连构件30的第一半部50上的第一排64单元接片26,28和设置在互连构件30的第二半部52上的第二排66单元接片26、28，第一排64和第二排66单元接片26、28每一排包括三个单元接片26、28的组，所述组在正单元接片26和负单元接片28之间交替，S卩，每一排单元接片26、28包括，三个正单元接片26，跟着三个负单元接片28，跟着三个正单元接片26，等。一旦电化学电池单元24相对于彼此堆叠，则互连构件30定位为邻近于堆叠的电化学电池单元24，从而每一个正单元接片26和每一个负单元接片28延伸穿过设置为与多个连接元件36中的一个邻近的第一槽道42或第二槽道44中的一个。单元接片26、28随后被形成或弯曲，直到大约与设置为邻近于槽道的连接元件36平行并与之邻近，每一个接片延伸通过所述槽道。优选地，横过共同连接元件36,延伸穿过第一槽道42的单元接片26、28形成为与延伸穿过相关联的第二槽道44的单元接片26、28成平行关系。一旦单元接片26、28形成或弯曲为基本上与它们相关联的连接元件36平行，则单元接片26、28随后被紧固到其相应的连接元件36。如上所述，单元接片26、28可以通过铆钉、螺钉、螺栓、夹持件或一些其他类似的机械紧固装置而机械地紧固，或可以熔接在一起，例如通过焊接连接。单元接片26、28从互连构件30的上垂直侧被紧固到连接元件36，与堆叠的电化学电池单元24相对，从而不需要将任何紧固加工定位在互连构件30下方。尽管已经对执行本发明的较佳 模式进行了详尽的描述，但是本领域技术人员可得知在所附的权利要求的范围内的用来实施本发明的许多替换 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，邻近于彼此定位，每一个电化学电池单元包括正单元接片和负单元接片； 互连构件，联接到每一个电化学电池单元且配置为用于电连接所有正单元接片，和用于电连接所有负单元接片； 其中，互连构件包括多个连接元件且限定出第一槽道和第二槽道，所述第一槽道和第二槽道设置为邻近每一个连接元件的相对侧； 其中，至少一个正单元接片或一个负单元接片延伸穿过每一个第一槽道和第二槽道，且形成为相对于与之邻近的连接元件成平行关系；和 多个紧固机构，将正单元接片和负单元接片连接到连接元件中的一个。
2.如权利要求I所述的电池模块，其中，多个连接元件包括第一组连接元件和第二组连接元件。
3.如权利要求2所述的电池模块，其中，互连构件限定出中心纵向轴线，所述轴线将互连构件纵向地分开成第一半部和第二半部，第一组连接元件设置在互连构件的第一半部上，第二组连接元件设置在互连构件的第二半部上。
4.如权利要求3所述的电池模块，其中，第一组连接元件相对于第二组连接元件沿中心纵向轴线错开。
5.如权利要求I所述的电池模块，其中，互连构件包括基板，所述基板支撑多个连接元件。
6.如权利要求5所述的电池模块，其中，基板不导电。
7.如权利要求6所述的电池模块，其中，基板包括强化元件，以减少基板的挠曲。
8.如权利要求6所述的电池模块，其中，基板限定出多个开口，连接元件中的一个定位在每一个开口中，以限定出位于开口的第一边缘和所述连接元件之间的第一槽道，并限定出位于开口的第二边缘和所述连接元件之间的第二槽道。
9.如权利要求I所述的电池模块，其中，延伸穿过第一槽道的每一个单元接片形成为与延伸穿过第二槽道的单元接片以平行关系交叠，多个紧固机构中的至少一个将延伸穿过第一槽道和第二槽道的两单元接片连接到连接元件。
10.如权利要求I所述的电池模块，其中，多个电化学电池单元设置为邻近互连构件的第一表面，紧固机构配置为用于从互连构件的第二表面接合正单元接片和负单元接片，其中，第二表面与第一表面相对。
全文摘要
一种电池模块，包括多个堆叠的电化学电池单元，每一个具有正单元接片和负单元接片。正单元接片和负单元接片通过互连构件电连接。互连构件包括基板，所述基板支撑多个连接元件并限定出第一槽道和第二槽道，所述第一槽道和第二槽道邻近每一个连接元件。电化学电池单元的接片延伸穿过槽道且相对于连接元件以平行关系弯曲。紧固机构，例如铆钉，螺栓、螺钉、夹持件或焊接、将接片紧固到其相应的连接元件。
文档编号H01M2/30GK102790197SQ20121015474
公开日2012年11月21日 申请日期2012年5月17日 优先权日2011年5月17日
发明者D.高, J.P.斯派塞 申请人:通用汽车环球科技运作有限责任公司