具有双金属端子汇流条和适应性连接器接口的电池模块的制作方法

相关申请的交叉引用

本公开要求2018年11月13日提交的美国临时申请第62/760,808号的权益，在此将该临时申请以全文引用的方式并入本文中。

技术实现要素：

电池单元通常被包装成包括多个电池单元和汇流条的电池模块。汇流条通常由铜或铝制成。对于给定的载流量(最大电流容量)，相对于铜，铝汇流条的重量将减少大约50％，增加60％的横截面，并且增加25％的基底材料成本。铝具有更高的质量导电性，而铜具有更高的体积导电性，并且铝的成本通常比铜低。铝对于电池模块中的特定部件可能是有利的，因为与铜相比，铝熔合、焊接或以其它方式附接到其它部件可能更容易。铜对于空间受限的部件是有利的，因为对于给定的横截面积，铜具有比铝更高的载流量。为使用铜和铝并利用两种材料的优点的电池模块提供双金属汇流条组件将是有利的。

在一些实施例中，提供了一种双金属汇流条。该双金属汇流条包括由第一金属材料，例如铝形成的第一部分。该第一部分被配置成电耦合到至少一个电端子，例如，用于电动车辆的电池模块的多个电池单元端子。双金属汇流条还包括由第二金属材料，例如铜形成的第二部分，该第二金属材料不同于第一金属材料。该第二部分被配置成电耦合到导体，例如电动车辆部件的导体。第一部分和第二部分例如在接口部分处电联接，以实现在至少一个电端子与导体之间的电流传输。

在一些实施例中，提供一种电池模块。该电池模块包括多个电池单元。每个电池单元包括第一电端子和第二电端子。该电池模块进一步包括至少一个双金属汇流条，例如至少一个第一汇流条。至少一个第一汇流条包括电耦合到多个电池单元中的第一组的第一电端子的金属部分，例如第一铝部分。第一汇流条还包括另一个金属部分，例如第一铜部分。第一铜部分包括电耦合到第一铝部分的第一接口部分。第一铜部分包括被配置成电耦合到位于电池模块外部的导体的第一端子部分。

在一些实施例中，电池模块可进一步包括至少一个其它的双金属汇流条，例如至少一个第二汇流条。在一些实施例中，第二汇流条包括电耦合到多个电池单元中的第二组的第二电端子的金属部分，例如第二铝部分。在一些实施例中，第二汇流条还包括另一个金属部分，例如第二铜部分。第二铜部分可包括电联接到第二铝部分的第二接口部分。第二铜部分可包括第二端子部分，该第二端子部分被配置成电耦合到位于电池模块外部的另一个导体。

在一些实施例中，第一端子部分包括电池模块的电高侧。在一些实施例中，第二端子部分包括电池模块的电低侧。

在一些实施例中，第一端子部分电耦合到位于电池模块外部的第一导体。在一些实施例中，第二端子部分电耦合到位于电池模块外部的第二导体。

在一些实施例中，电池模块包括大体矩形的棱柱形形状，该形状包括顶部表面、侧表面以及顶部表面与侧表面相接的边缘。在一些实施例中，第一铝部分包括第一维度，该第一维度接近边缘并且大体上在与电池模块的边缘平行的第一方向上延伸。在一些实施例中，第一铝部分包括大体在第二方向上延伸的第二维度，该第二维度在与电池模块的顶部表面平行的平面中垂直于第一方向。在一些实施例中，当负载电耦合到电池模块时，电流在大体上与电池模块的边缘垂直的方向上，例如在组装配置中与电池模块的侧表面垂直的方向上穿过第一铝部分的第二维度。在一些实施例中，第一端子部分包括大体上与电池模块的顶部表面垂直的维度。在一些实施例中，当负载电耦合到电池模块时，电流在大体上与电池模块的顶部表面垂直的方向上穿过第一端子部分的维度。

在一些实施例中，第一铝部分的第二维度包括一个或多个延伸元件，所述一个或多个延伸元件各自大体上在第二方向上延伸。在一些实施例中，当负载电耦合到电池模块时，电流在大体上与电池模块的边缘垂直的方向上，例如在组装配置中与电池模块的侧表面垂直的方向上穿过多个延伸元件。

在一些实施例中，第一铝部分还包括第三维度，该第三维度至少部分地沿着电池模块的侧表面在与第一铝部分的第一维度垂直的方向上延伸。

在一些实施例中，第一铜部分还包括至少部分地沿着电池模块的侧表面在与第一铝部分的第一维度垂直的方向上延伸的维度。

在一些实施例中，第一铜部分还包括第一延伸部，该第一延伸部包括大体上垂直于侧表面且连接到第一端子部分的维度。

在一些实施例中，第一铝部分包括铝条。在一些实施例中，第一接口部分包括铜条，该铜条具有进入窗，铝条和多个延伸元件被配置成通过该进入窗电耦合。

在一些实施例中，铝条和多个延伸元件通过激光焊接电耦合。

在一些实施例中，第一铝部分通过螺栓接头连接到第一铜部分。

在一些实施例中，第一铝部分通过激光焊接、超声焊接或铜焊连接到第一铜部分。

在一些实施例中，多个电池单元中的每个电池单元例如在单元的端部处联接到冷却板。

在一些实施例中，本公开涉及一种制造电池模块，例如用于电动车辆的电池模块的方法。该方法包括提供多个电池单元，其中每个电池单元包括第一电端子和第二电端子。该方法包括提供双金属汇流条，例如第一汇流条。第一汇流条包括金属部分，例如第一铝部分，和另一个金属部分，例如第一铜部分。第一铜部分包括第一接口部分和第一端子部分。第一端子部分被配置成电耦合到位于电池模块外部的导体。该方法包括将第一铝部分电耦合到多个电池单元中的第一组的第一电端子。该方法包括将第一接口部分电耦合到第一铝部分。

在一些实施例中，该方法还包括提供另一个双金属汇流条，例如第二汇流条。在一些实施例中，第二汇流条包括金属部分，例如第二铝部分，和另一个金属部分，例如第二铜部分。在一些实施例中，第二铜部分包括第二接口部分和第二端子部分，该第二端子部分被配置成电耦合到位于电池模块外部的另一个导体。在一些实施例中，该方法包括将第二铝部分电耦合到多个电池单元中的第二组的第二电端子。在一些实施例中，该方法包括将第二接口电耦合到第二铝部分。

在一些实施例中，将第一铜部分的第一接口部分电耦合到第一铝部分包括通过螺栓接头将第一接口部分连接到第一铝部分。

在一些实施例中，将第一铜部分的第一接口部分电耦合到第一铝部分包括通过激光焊接、超声焊接或铜焊将第一接口部分连接到第一铝部分。

附图说明

参考以下附图详细描述根据一个或多个各种实施例的本公开内容。附图仅出于说明目的提供，并且仅描绘了典型的或示例性实施方案。这些附图被提供为促进对本文所公开的概念的理解，并且不应视为限制这些概念的广度、范围或适用性。需注意，为了清楚和易于图示，这些附图不一定按比例绘制。

图1示出了根据本公开的一些实施例的示例性电池模块的局部透视图。

图2示出了根据本公开的一些实施例的示例性电池模块的局部透视分解图。

图3示出了根据本公开的一些实施例的示例性电池模块的局部透视图。

图4示出了根据本公开的一些实施例的示例性汇流条的透视分解图。

图5示出了根据本公开的一些实施例的示例性汇流条的透视图。

图6示出了根据本公开的一些实施例的电池模块的维度和表面。

图7示出了图1的放大部分视图，其示出了根据本公开的一些实施例的电池模块的汇流条的铝部分与铜部分之间的接口。

具体实施方式

根据本公开，提供改进的汇流条，例如双金属汇流条以用于具有部件空间限制的能量密集电池模块将是有利的。

本文公开了为电池模块提供改进的汇流条的系统和方法。本公开的双金属汇流条可以提供以下机械优点中的一个或多个：节省空间、节约成本、稳健性和更高的性能效率。根据本公开的电池模块可包括多个电池单元，其中每个电池单元具有至少第一和第二电端子。电池模块还可包括第一汇流条。在一些实施例中，电池模块可包括第二汇流条。每个汇流条可包括铝部分和铜部分，铝部分电耦合到用于一组电池单元中的每一个的相应电端子。每个汇流条的铜部分可包括电耦合到汇流条的铝部分的接口部分和端子部分，该端子部分被配置成电耦合到位于电池模块外部的导体，其中接口部分和端子部分电耦合。应理解，铝部分可包括铝合金，且铜部分可包括铜合金。

在一些实施例中，电池模块可以是大体矩形的棱柱形形状，并且包括顶部表面、侧表面以及顶部表面与侧表面相接的边缘。顶部表面和侧表面不一定是实心或平坦表面。例如，由于封装在电池模块中的电池单元之间的空间，顶部表面可包括空间间隙。

在一些实施例中，电池模块中的汇流条的铝部分可包括第一维度，该第一维度接近边缘并且在组装配置中基本与电池模块的边缘平行地大体上在第一方向上延伸。汇流条的铝部分还可包括第二维度，在组装配置中，该第二维度大体上在第二方向上延伸，该第二方向在与电池模块的顶部表面平行的平面中基本垂直于第一方向。在一些实施例中，当负载电耦合到电池模块时，电流可在与(或在一些情况下朝向)电池模块的边缘垂直的方向上穿过铝部分的第二维度。在一些实施例中，汇流条的铝部分可包括第三维度，该第三维度在基本与第一维度垂直的方向上至少部分地沿着电池模块的侧表面延伸。

在一些实施例中，汇流条的铜部分的端子部分包括大体上与电池模块的顶部表面垂直的维度。当负载电耦合到电池模块时，电流可在大体上与电池模块的顶部表面垂直的方向上穿过该维度。如果两个方向的相交角成90度，或者如果其相交角处于接近90度的范围内，例如80至100度的范围内，则两个方向可大体上垂直。

在一些实施例中，电池模块中的汇流条的铝部分可包括多个延伸元件。多个延伸元件中的每一个可大体上彼此平行。延伸元件可以在基本上与电池模块的边缘垂直的方向上沿着铝部分的第二维度延伸。当负载电耦合到电池模块时，电流可在大体上与电池模块的边缘垂直的方向上穿过多个延伸元件。

在一些实施例中，对于电池模块中的汇流条，铝部分通过螺栓接头连接到铜部分。在一些实施例中，铝部分通过激光焊接、超声焊接或铜焊连接到第一铜部分。

在一些实施例中，汇流条的铜部分可包括在与第一铝部分的第一维度垂直的方向上至少部分地沿着电池模块的侧表面延伸的维度。在一些实施例中，铜部分可包括延伸表面或元件，该延伸表面或元件包括大体上与侧表面垂直且连接到铜部分的端子部分的维度。

在一些实施例中，汇流条的铝部分和铜部分可以在组装配置中在电池模块的边缘附近接合或连接。汇流条的铝部分可包括铝条，该铝条附接(例如，通过激光焊接或另一种形式的电耦合)到汇流条的铜部分的铜元件。铜元件可以是铜条，该铜条具有与铝条相同的总体宽度和长度，但具有间隙。因此，铜元件可以覆盖在铝条的顶部上，并且允许通过铜元件中的间隙接近铝条。通过间隙接近铝条可用于(例如，通过激光焊接或另一种形式的电耦合)将铝条连接到汇流条的铝部分的其它铝部件。

在一些实施例中，电池模块的第一汇流条的端子部分可包括电池模块的电高侧，且电池模块的第二汇流条的端子部分可包括电池模块的电低侧。在一些实施例中，电池模块的每个端子部分可以电耦合到位于电池模块外部的相应导体。

在一些实施例中，电池模块中的电池单元均可在电池单元的端部处联接到冷却板(例如，通过粘合剂)。在一些实施例中，电池模块可包括两个电池子模块，其中每个子模块位于冷却板的相对端上。

在一些实施例中，提供了一种制造电池模块的方法。该方法可包括提供多个电池单元，其中每个电池单元包括第一电端子和第二电端子。该方法还可包括提供第一汇流条，其中第一汇流条包括铝部分和铜部分。铜部分可包括接口部分和端子部分，该端子部分被配置成电耦合到位于电池模块外部的导体。该方法还可包括将第一汇流条的铝部分在每个电池单元的电端子处电耦合到的一组电池单元。该方法可进一步包括将铜部分的接口部分电耦合到铝部分。在一些实施例中，该方法可包括提供第二汇流条，其中第二汇流条包括铝部分和铜部分，所述铝部分和铜部分与上文参照第一汇流条所描述的铝部分和铜部分相对应。该方法还可包括在每个电池单元的电端子处将第二汇流条的铝部分电耦合到一组电池单元。该方法可进一步包括将铜部分的接口部分电耦合到铝部分。

在一些实施例中，将铜部分的接口部分电耦合到铝部分可包括通过螺栓接头连接各部分。在一些实施例中，所述部件可以通过激光焊接、超声焊接或铜焊来连接。由于具有有利的节拍时间(takttime)和可靠性，焊接接头相对于螺栓接头(其可例如使用螺钉，所述螺钉可能振动松动或掉落)可能是优选的。也就是说，焊接接头的节拍时间可以小于螺栓接头的节拍时间，这可使生产速度和可靠性提高。另外，由于成本降低和零件数量减少，焊接接头相对于螺栓接头是优选的。此外，激光焊接连接在电阻方面比螺栓连接低，这可能由于焦耳加热的损耗减小而使电池模块的效率更高。

图1示出了根据本公开的一些实施例的示例性电池模块101的局部透视图。在图1中，汇流条105的铝部分103包括位于电池模块101的顶部表面107和侧表面109上的维度。铜部分111包括连接到铝部分103的接口部分113、大体上与电池模块101的侧表面109垂直的延伸部115、以及大体上与电池模块101的侧表面109平行的端子部分117。箭头描绘了流过汇流条105的电流的近似值。如图所示，电流可在端子部分117处从外部导体(例如，铜电缆)进入电池模块101，穿过铜延伸部115和接口113以到达铝部分103，所述接口是铜部分111与铝部分103之间的电耦合。如图所示，电流沿着电池模块101的侧表面在大体向上的方向(如图所示)上朝向电池模块101的边缘121继续通过铝部分103，侧表面109和电池模块101的顶部表面107在该边缘处相接(如图2中所示)。电流接着可通过延伸元件119经可由铝制成的连接汇流条118继续沿着电池模块101的顶部表面107流动，该延伸元件电耦合到电池模块101内的电池单元。如图所示，电池模块101中可以有两个子模块101a、101b：顶部子模块101a和底部子模块101b，其中顶部子模块101a如上文所描述。电流可到达电池模块101的底部表面108，并且如图所示，沿着侧表面在向上方向上流动通过底部子模块101b的铝部分。电流可继续通过铝到铜接口进入底部子模块101b的铜延伸部和铜端子。电流接着可通过底部子模块101b的铜端子离开电池模块101到达外部导体(未示出)。在一些实施例中，顶部子模块101a与底部子模块101b基本相似。然而，应理解，电流可在相反方向上流过顶部子模块101a和底部子模块101b。通过将相对的电池单元端子连接到子模块101a、101b中的相应汇流条，电流可在相反方向上流动。

图2和3示出了根据本公开的一些实施例的电池模块101。图2和3示出了图1的汇流条105的铝部分103和铜部分111的不同配置。在图2和3中，在组装配置中，汇流条105的铝部分103包括接近位于顶部表面107与侧表面109之间的边缘121的第一维度123和沿着电池模块101的顶部表面107远离边缘121延伸的第二维度125。汇流条105的铜部分111包括沿着电池模块101的侧表面109的维度129和沿着顶部表面107的维度125。铜部分111包括至少沿着电池模块101的顶部表面107延伸的一个或多个延伸元件120，其类似于图1中所示的铝部分103的延伸元件119。铜部分111的维度129可以沿着铜部分111的维度123变化，使得铜部分111的横截面面积在远离端子部分117移动的维度123上减小。铜部分111还包括远离侧表面109延伸的延伸部115和从延伸部115的上表面向上延伸的端子117(如图所示)。

图4和5示出了图2和3的汇流条105的组装操作，其中包括铝条127的铝部分103联接到铜部分111。汇流条105可包括组装到铜部分111的另一个铝部分103，例如另一个铝条127，使得两个铝条127夹置铜部分111的延伸元件120。图4和5的汇流条105可以是图2和3中图示的位于顶部表面107与侧表面109之间的电池模块101的边缘121处的汇流条。

图6示出了根据本公开的一些实施例的电池模块101的维度和表面。在一些实施例中，维度的方向可以用x轴、y轴和z轴定向。图6中示出了一组轴线的示例。

电池模块的端子汇流条(即，输送电流进入和离开电池模块的汇流条)通常可在两个方向上主要输送电流。端子汇流条可以主要在第一方向131(例如，y方向，具有x-z平面横截面)，例如，与铝部分103的维度125平行的方向上将电流从邻近模块输送到模块中。端子汇流条还可以在第二方向133(例如，z方向，具有x-y平面横截面)上，例如与铝部分103的第二维度125平行的方向上将电流递送到电池模块的电流收集器。在一些实施例中，x-y横截面比x-z横截面大得多，因此在由x-z横截面热占据的区域中使用更导电的材料(例如，铜)同时保持第二材料(例如，铝)在x-y横截面中起作用将是有利的。在一些实施例中，第一铜部分111的延伸部115可包括在y方向上(即，进入电池模块101中)输送电流的x-z平面横截面，并且电池模块101的侧表面109可包括在第三方向133，例如，z方向(即，沿着电池模块101的侧表面109向上到达顶部表面107)输送电流的x-y平面横截面。这可能需要汇流条105的两种材料之间的接口113用于电流传输。

图7示出了图1的放大局部视图，其示出在电池模块101的汇流条105的铝部分103与铜部分111之间的接口113。在一些实施例中，两种金属之间的接口113可以在包括非常高压力和热处理的过程中形成。

在一些实施例中，汇流条105的铜部分111的端子部分117(也称为铜突片或铜接口部分)可安装在端子汇流条的高导电区(例如，第一铜部分111的延伸部115)与模块间电流输送系统(例如，固体汇流条、分层汇流条、编织带、电缆等)之间。端子部分117可以通过包括以下中的一个或多个的过程来安装：激光焊接、氩弧焊、旋锻和铜焊。因此，端子部分117可用于模块高侧和模块低侧端子连接。此外，可以相对简单地改变端子部分117，并且允许方便地转换到替代连接接口(例如，螺栓接合接头)。

前述内容仅是对本公开的原理的说明，并且本领域技术人员可以在不脱离本公开的范围的情况下进行各种修改。呈现上述实施例是出于说明而非限制的目的。除了本文明确描述的形式以外，本公开还可以采取许多形式。因此，需要强调的是，本公开不限于明确公开的方法、系统和设备，而是旨在包括以下权利要求精神之内的本发明的变型形式和修改形式。