能量存储单元的互连结构的制作方法

1.本发明涉及一种车辆。更特别地，本发明涉及用于能量存储装置的能量存储单元的至少一个互连结构。


背景技术：

2.近年来，考虑到严格的排放标准，对于控制汽车排放的需求有所增长。因此，许多混合动力车辆和电动车辆不断问世，以将排放量将至最低。通常地，混合动力车辆具有允许较长行程的明显优点，这是因为总有至少一种电源是可用于驱动车辆的。因此，发生燃料耗尽或滞留的风险较低，而这会发生在传统的内燃动力车辆上。
3.构造成由内燃发动机或电动机或两者来提供动力的混合动力车辆推迟了对于常规发动机动力车辆的更新换代。在混合动力车辆中，内燃发动机可用于在地面上或用于长距离的行驶，而电推进系统可用于较短距离。然而，在混合动力车辆中，并且尤其是在两轮车辆中，同时包含内燃发动机和电动机组件使得该系统体积大，并且也更加复杂。
4.因此，电动车辆近年来作为内燃车辆的潜在替代品而大受欢迎，这是由于它们保证了电驱动系统的零排放以及摆脱对油的依赖。因此，电动车辆行业在电池研究中的焦点是针对可充电电池，诸如密封的、贫电解质、铅/酸电池，其常在车辆等中用作电源。然而，铅-酸电池又重又大，并且生命周期短、日历寿命短以及周转效率低。因此，纯电动车辆势必造成其自身重量增加的问题。而且，纯电动车辆的行驶距离较短，并且由于封装限制，也难以安装一个或多个电池作为附加的可充电备用电源。对于纯电动车辆而言，车辆的空间有限但又要在其上安装所述一个或多个附加电池构成了进一步的结构挑战，这也是其另一个约束。
5.为了克服与包括用于车辆的铅-酸电池的所述传统能量存储装置相关联的问题，锂离子电池单元提供了一种理想的系统，用于高能量密度应用、改进速率能力和安全性。进一步地，可充电能量存储装置(如锂离子电池)表现出诸如柔性、固体部件以及使其可用于车辆上的更多特性。首先，出于安全原因，锂离子电池由所有固体部件构造，同时仍是柔性且紧凑的。其次，包括锂离子电池的能量存储装置表现出与具有液体电解质的一次电池相似的导电率特性，即以低的自放电速率递送高功率和能量密度。第三，如锂离子电池的能量存储装置能够易于以可靠且具有成本效益的方式制造。最后，包括锂离子电池的能量存储装置能够在低于环境温度的温度下维持必要的最低水平的导电率。
6.在用于能量存储装置的已知结构中，包括锂离子电池单元的能量存储单元以串联和/或并联组合的方式布置在至少一个单元保持器组件中。一般地，互连构件适用于将布置在所述至少一个能量存储装置中的至少一个能量存储单元阵列进行电互连。特别地，每个互连构件和至少一个能量存储单元由不同材料制成。进一步地，互连板包括由钢制成的金属板，并且能量存储单元端子由镍制成。然而，镍作为导体并不如钢。因此，在已知的结构中，包括具有高导热率和导电率的金属板的互连板通过具有至少一个触点的点焊方法而被电连接到每个能量存储单元的至少一个端子。
附图说明
7.参考附图来描述具体实施方式。在所有附图中，相同的附图标记用于指代相似的特征和部件。
8.图1是根据本发明的一个实施例的至少一个能量存储装置的立体图。
9.图2是根据本发明的一个实施例的所述至少一个能量存储装置的分解图。
10.图3a是根据本发明的一个实施例的用于图1的所述至少一个能量存储装置的至少一个互连结构的立体图。
11.图3b是根据本发明的一个实施例的用于图1的所述至少一个能量存储装置的至少一个互连结构的立体图。
12.图4a是根据本发明的一个实施例的用于图1的所述至少一个能量存储装置的至少一个单排互连结构的立体图。
13.图4b是根据本发明的一个实施例的用于图1的所述至少一个能量存储装置的至少一个单排互连结构的立体图。
14.图5a示出了根据本发明的一个实施例的用于图1的所述至少一个能量存储装置的至少一个单排互连结构的立体图。
15.图5b示出了根据本发明的一个实施例的用于图1的所述至少一个能量存储装置的至少一个单排互连结构的截面图。
16.图5c示出了根据本发明的一个实施例的用于图1的所述至少一个能量存储装置的至少一个单排互连结构的立体图。
17.图6a示出了根据本发明的一个实施例的用于图1的所述至少一个能量存储装置的至少一个双排互连结构的立体图。
18.图6b示出了根据本发明的一个实施例的用于图1的所述至少一个能量存储装置的至少一个双排互连结构的截面图。
19.图6c示出了根据本发明的一个实施例的用于图1的所述至少一个能量存储装置的至少一个双排互连结构的立体图。
具体实施方式
20.在一个或多个互连构件的通常设计中，一个或多个狭缝一体形成在其至少一部分中。一个或多个狭缝包括至少一个电极结构，该至少一个电极结构配置成用于通过点焊与所述一个或多个能量存储单元中的每个能量存储单元的至少一个端子形成至少一个接触接点。特别地，形成在所述一个或多个互连构件的所述至少一部分上的所述一个或多个狭缝中的每个狭缝均包括具有小截面的成形轮廓。通过所述一个或多个互连构件中的所述每个互连构件的分流电流采用极短的行进路径和较短的时间间隔来通过所述一个或多个互连构件中的每个互连构件而行进。因此，流动通过一个或互连板的所述每个互连板的较大电流跨所述一个或多个互连板的所述至少一个电极结构和所述一个或多个能量存储单元的所述至少一个端子产生非常小的电阻。这不足以将所述至少一个电极结构加热成钢液并在所述互连构件和所述一个或多个能量存储单元之间形成弱触点。
21.在另一已知设计中，在互连结构中配置有狭缝，而大电流流动通过互连构件。由于跨能量存储单元的电极和端子所形成的低电阻，从而导致这种情况的发生。因此，在互连结
构和能量存储单元的界面处没有足够的钢液可用，从而使电接触较差。
22.在又一已知设计中，跨触点的高分流电流往往会减小其直径，由此使所述一个或多个触点更容易受到所述至少一个电极结构的损坏、外推和退化的影响。这造成整个能量存储单元的损坏，并且因此导致对能量存储单元中的整个至少一个单元进行高成本替换。感测跨单元的正确电压是重要参数，并且这中的任何误差都能导致单元失衡和电池故障。据观察，高电流抽取导致感测到的电压出现误差以及接口部件发生熔化。此外，常规技术具有有限的额定功率，并且因制造限制而受限。因此，需要一种互连器的改进方案，其能够克服已知技术中的所有上述问题和其他问题。
23.基于上述目的，本发明提供一种用于一个或多个互连结构的改进设计，互连结构配置成用于电互连一个或多个能量存储单元，而一个或多个能量存储单元布置在至少一个能量存储装置中的一个或多个配置中。在一个实施例中，所述一个或多个互连构件中的每个互连构件均包括一个或多个孔口，而一个或多个孔口呈一体形成在其至少一部分中的狭缝的形式。在一个实施例中，形成包括狭缝的所述一个或多个孔口，使得与所述一个或多个能量存储单元的至少一个端子对准，所述一个或多个能量存储单元布置在所述至少一个能量存储装置的所述至少一个单元保持器组件中。在一个实施例中，所述狭缝包括一个或多个接收部分，其一体形成在其中并适用于接收所述一个或多个能量存储装置。根据一个实施例，多个互连构件包括一对单排端子互连构件，所述一对单排端子互连构件界定多个双排互连结构，其中双排互连结构布置在能量存储单元保持器组件的相反侧上。进一步地，多个互连构件中的每个互连构件均由两个独立金属层构件构成，这两个独立金属层构件彼此集成，用于电连接多个能量存储单元。
24.根据一个实施例，所述多个互连结构中的每个互连结构均包括第一独立金属层构件和第二独立金属层构件。在一个实施例中，所述第一独立金属层构件构成多个互连构件中的每个互连结构的上构件。根据一个实施例，所述第二独立金属层构件构成多个互连构件中的每个互连结构的下构件。
25.在一个实施例中，所述第一独立金属层构件经由如rsw(电阻点焊接)、激光焊接、粘合或超声焊接等结合工艺与所述第二独立金属层构件连接。根据实施例中的一个实施例，所述一对单排端子互连构件中的每个单排端子互连结构终止于两个独立臂，这两个独立臂包括第一独立臂和第二独立臂。在一个实施例中，所述第一独立臂从所述单排端子互连结构中的每个单排端子互连结构的上部件延伸，并且由铜制成。根据实施例中的一个实施例，所述第二独立臂从所述单排端子互连结构中的每个单排端子互连结构的下部件延伸，并且由镍制成。在一个实施例中，所述第一独立臂包括用于抽取电流的两个开口。根据实施例中的一个实施例，所述第二独立臂包括用于测量电压的一个开口。
26.根据实施例中的一个实施例，所述第一独立金属层具有多个孔口，所述多个孔口参考所述多个能量存储装置中的至少一个能量存储装置。在一个实施例中，所述第一独立金属层与能量存储装置(5-和5+)附接以收集电流。根据实施例中的一个实施例，设置开口以感测所述能量存储装置的对应排的电压。根据实施例中的一个实施例，所述第一独立金属层由诸如镍、铜、钢等金属、包覆金属或金属合金制成。从所述能量存储装置收集的电流(i)被合并在所述第二独立金属层中。根据实施例中的一个实施例，从所述能量存储装置收集的电流(i)从定位在所述互连构件的端部的多个开口抽取。在一个实施例中，所述第二独
立金属层构件能单独用作电源线。
27.在一个实施例中，所述多个孔口与所述多个互连构件内部形成。根据实施例中的一个实施例，所述第二独立金属层具有多个开口以接近定位在所述第一独立金属层上的所述多个孔口。在一个实施例中，多个能量存储装置经由所述多个孔口附接到所述互连构件。
28.根据实施例中的一个实施例，第二独立臂上的所述开口和第一独立臂上的所述多个开口通过连接器件(如螺钉)与电池管理系统(bms)电源接片和电压接片附接。在一个实施例中，以5+和5-在电池模块内部使用所述互连构件。根据实施例中的一个实施例，所述互连构件由镍、钢、铜、包覆金属或金属合金等制成。在一个实施例中，用于制造所述第一独立金属层和所述第二独立金属层的材料的组合是相同的。根据实施例中的一个实施例，用于制造所述第一独立金属层和所述第二独立金属层的材料的组合是不同的。在一个实施例中，所述第一独立金属层的厚度相对小于所述第二独立金属层。根据实施例中的一个实施例，所述第一独立金属层和所述第二独立金属层的厚度是不同的。
29.本发明的目的是提供一种用于所述一个或多个互连构件的改进设计，所述一个或多个互连构件适用于互连所述一个或多个能量存储单元的阵列。更特别地，根据一个实施例，所述一个或多个互连构件以所述一个或多个孔口形成图案，而所述一个或多个孔口形成在其中的至少一部分中。在一个实施例中，所述一个或多个孔口中的每个孔口在所述一个或多个能量存储装置的所述至少一个电极结构和所述至少一个端子之间形成电连接。根据一个实施例，多个互连构件包括一对单排端子互连构件，所述一对单排端子互连构件在两侧上界定多个双排互连结构，其中双排互连结构布置在能量存储单元保持器组件的相反侧上。进一步地，多个互连构件中的每个互连结构均由两个独立金属层构件构成，这两个独立金属层构件彼此电联接，用于电连接多个能量存储单元。
30.在一个实施例中，所述至少一个能量存储装置包括所述一个或多个能量存储单元，所述一个或多个能量存储单元布置在所述能量存储装置的所述至少一个单元保持器组件中。根据一个实施例，所述一个或多个配置包括并联和/或串联配置，而布置在所述一个或多个配置中的所述一个或多个能量存储单元通过多个互连构件经由所述多个孔口而电连接。
31.下面参考附图详细描述本发明的各种其他特征和优点。在附图中，相似的附图标记一般表示相同的、功能类似的和/或结构类似的元件。附图中首次出现的元件由对应附图标记中最左边的数字表示。参考附图，其中在所有几幅视图中，相同的附图标记将用于标识相同或类似的元件。应当注意的是，应当在定向附图标记的方向上查看附图。
32.图1是根据本发明的一个实施例的至少一个能量存储装置(100)的立体图。在一个实施例中，所述能量存储装置(100)包括至少一个单元保持器组件(101)，所述至少一个单元保持器组件(101)包括固定单元保持器(100a)和接收单元保持器(100b)。在一个实施例中，所述至少一个能量存储装置(100)还包括一个或多个能量存储单元(未示出)，所述一个或多个能量存储单元布置在所述至少一个单元保持器组件(101)中。根据一个实施例，所述一个或多个能量存储单元以至少一种配置电连接以形成用于所述一个或多个能量存储单元的组合的所述一个或多个阵列，所述至少一种配置包括串联组合和/或并联配置。根据一个实施例，所述电连接的存储单元的阵列中的每个阵列通过一个或多个互连构件(103)连接在一起。根据一个实施例，多个互连构件(103)包括一对单排端子互连结构(103b)，所述
一对单排端子互连结构(103b)在两侧上界定多个双排互连结构(103a)，其中双排互连结构(103a)布置在能量存储单元保持器组件(101)的相反侧上。进一步地，多个互连构件(103)中的每个互连结构(103a、103b)由两个独立金属层构件构成，这两个独立金属层构件彼此电联接，用于电连接多个能量存储单元。
33.图2是根据本发明的一个实施例的能量存储装置(100)的分解图。在一个实施例中，所述一个或多个能量存储单元的阵列中的所述每个阵列布置在至少一个单元保持器组件(101)中。在一个实施例中，所述多个互连构件(103)适用于电互连所述一个或多个能量存储单元。在一个实施例中，所述互连构件(103)中的每个互连构件的至少一个端部(104)(如图4所示)被电连接，用于将所述至少一个能量存储装置(100)的电流和电压输出传输到其上。特别地，根据一个实施例，所述至少一个单元保持器组件(101)包括形成在其中的一个或多个安装设置。在一个实施例中，所述多个互连构件(103)通过所述一个或多个安装设置(105)与电池管理系统电连接。在一个实施例中，所述电池管理系统配置成为所述至少一个能量存储装置(100)监控输出电流和电压，用于将所述输出电流和所述输出电压传输到一个或多个电部件。
34.图3a和图3b是根据本发明的一个实施例的图1的所述至少一个能量存储装置(100)的所述一个或多个互连构件(103)的所述至少一个双排互连结构(103a)的立体图。在一个实施例中，布置在所述至少一个能量存储装置(100)的所述至少一个单元保持器组件(101)中的所述一个或多个能量存储单元通过所述多个互连构件(103)互连。在一个实施例中，所述多个互连构件(103)(如图2所示)的所述至少一个双排互连结构(103a)包括所述一个或多个开口(203)，其适用于将所述一个或多个能量存储单元中的每个能量存储单元牢固地定位在所述至少一个单元保持器组件(101)中。在一个实施例中，所述至少一个单元保持器组件(101)的所述至少一部分包括与其至少一部分一体形成的一个或多个锁定结构。所述一个或多个锁定结构与所述一个或多个开口(203)中的每个开口的预定轮廓相符合，以将所述一个或多个互连板中的所述每个互连板牢固地定位到所述至少一个单元保持器组件，以在结合的同时锁定互连器以形成导电接点。
35.在一个实施例中，呈狭缝形式的多个孔口(200)形成在所述多个互连构件(103)中的所述每个互连结构(103a)的至少一部分中。在一个实施例中，至少一个电极结构在与所述双排互连结构(103a)的表面基本上垂直的方向上朝向所述双排互连结构(103a)的底面突出。根据一个实施例，所述多个双排互连结构(103a)中的每个双排互连结构均包括第一独立金属层构件(305a)和第二独立金属层构件(305b)，所述第一独立金属层构件(305a)和所述第二独立金属层构件(305b)一起形成所述双排互连结构(103a)。根据本发明的一个方面，所述第一独立金属层构件(305a)构成所述多个互连构件(103)的所述双排互连结构(103a)中的每个双排互连结构的上构件，同样地，所述第二独立金属层构件(305b)构成所述多个互连构件(103)的每个双排互连结构(103a)的下构件。因此，本主题防止功率损耗并使得因电压波动所引起的电池失衡最小化。因此，有效地处理了电池的充电和放电。
36.在一个实施例中，所述第一独立金属层构件(305a)经由诸如rsw(电阻点焊接)aa、激光、粘合或超声焊接等结合工艺与所述第二独立金属层构件(305b)连接。根据实施例中的一个实施例，所述第一独立金属层构件(305a)包括所述多个孔口(200)，所述多个孔口(200)参考所述多个能量存储装置中的至少一个能量存储装置。在一个实施例中，所述第一
独立金属层构件(305a)与能量存储装置(5-和5+伏特)附接以收集电流。
37.图4a和图4b是根据本发明的一个实施例的一个单排互连结构(103b)的组的立体图，该互连结构包括在其中的至少一部分中形成的所述一个或多个孔口(200)。在一个实施例中，所述组互连结构(103b)中每个互连结构的所述至少一个端部(104)(如图4a所示)电连接，用于通过一个或多个固定构件将所述至少一个能量存储装置(100)的电流和电压输出传输到所述至少一个端部(104)，所述一个或多个安装构件包括至少一个附接构件，例如紧固件。根据一个实施例，所述多个互连构件(103)的每个单排端子互连结构(103b)终止于两个独立臂(104a)、(104b)，所述两个独立臂(104a)、(104b)包括第一独立臂(104a)和第二独立臂(104b)。
38.根据一个实施例，所述单排端子互连结构(103b)中的每个单排端子互连结构均包括第一独立金属层构件(405a)和第二独立金属层(405b)。在一个实施例中，所述第一独立金属层构件(405a)构成所述多个互连构件(103)的每个互连结构(103b)的上构件。根据一个实施例，所述第二独立金属层构件(405b)构成所述多个互连构件(103)的每个互连结构(103b)的下构件。在一个实施例中，所述第一独立金属层构件(405a)经由诸如rsw(电阻点焊接)aa、激光、粘合或超声焊接等结合工艺与所述第二独立金属层构件(405b)连接。
39.在一个实施例中，所述第一独立臂(104a)从所述单排端子互连结构(103b)中的每个单排端子互连结构的所述第一独立金属层构件(405a)延伸，并且由铜制成。根据实施例中的一个实施例，所述第二独立臂(104b)从所述单排端子互连结构(103b)的所述第二独立金属层构件(405b)延伸，并且由镍制成。在一个实施例中，所述第一独立臂(104a)包括用于抽取电流的多个开口(400a)、(400b)。根据实施例中的一个实施例，所述第二独立臂(104b)包括用于测量电压的开口(410)。
40.根据实施例中的一个实施例，在第二独立臂(104b)上的所述开口(410)设置成感测所述能量存储装置的对应排的电压。根据实施例中的一个实施例，所述第一独立金属层构件(405a)由诸如镍、铜、钢等金属、包覆金属或金属合金制成。从所述能量存储装置收集的电流(i)被合并在所述第二独立金属层构件(405b)中。根据实施例中的一个实施例，从所述能量存储装置收集的电流(i)从定位在所述第一独立臂(104a)上的所述多个开口(400a)、(400b)抽取。在一个实施例中，所述第二独立金属层构件(405b)分别用作电源线。
41.在一个实施例中，所述多个孔口(200)形成在所述多个互连构件(103)内部。根据实施例中的一个实施例，所述第二独立金属层构件(405b)具有多个开口(203)以接近定位在所述第一独立金属层构件(405a)上的所述多个孔口(200)。在一个实施例中，多个能量存储装置经由所述多个孔口(200)附接到所述多个互连构件(103)。
42.根据实施例中的一个实施例，所述多个孔口(200)和所述多个开口(203)通过连接器件(如螺钉)与bms电源接片和电压接片附接。在一个实施例中，以5+和5-伏特在电池模块内部使用所述多个互连构件(103)。根据实施例中的一个实施例，所述多个互连构件(103)由镍、钢、铜、包覆金属或金属合金等制成。在一个实施例中，用于制造所述第一独立金属层构件(405a)和所述第二独立金属层构件(405b)的材料的组合是相同的。根据实施例中的一个实施例，用于制造所述第一独立金属层(405a)和所述第二独立金属层(405b)的材料的组合是不同的。在一个实施例中，所述第一独立金属层构件(405a)的厚度相对小于所述第二独立金属层构件(405b)。根据实施例中的一个实施例，所述第一独立金属层构件(405a)和
所述第二独立金属层构件(405b)的厚度不同。
43.图5a、图5b和图5c示出了根据本发明的一个实施例的所述单排互连结构(103b)，所述单排互连结构包括在其中的至少一部分中形成的所述多个孔口(200)。在一个实施例中，所述多个孔口(200)中的至少一个孔口形成在所述多个互连构件(103)中的每个互连构件的至少一部分中。根据一个实施例，所述一个或多个触点(aa)包括至少一个点焊位置，所述至少一个点焊位置是通过将所述多个孔口(200)的至少一个电极结构中的所述每个电极结构与所述一个或多个能量存储单元的所述至少一个端子通过所述点焊电连接而对准形成的。图5b是所述单排互连结构(103b)沿着图5a所示的xx’线的侧视截面图。图5c是所述单排互连结构(103b)的立体图。
44.图6a、图6b和图6c示出了根据本发明的一个实施例的所述双排互连结构(103a)，所述双排互连结构(103a)包括形成在其中的至少一部分中的所述多个孔口(200)。在一个实施例中，所述多个孔口(200)中的至少一个孔口形成在所述多个互连构件(103)中的每个互连构件的至少一部分中。图6b是所述双排互连结构(103a)沿着图6a所示的xx’线的侧视截面图。图6c是所述双排互连结构(103a)的截面立体图。
45.在不背离本发明的范围的情况下，本文中可包含改进和修改。
46.附图标记列表：
47.100
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能量存储装置
48.101
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单元保持器组件
49.100a
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固定单元保持器
50.100b
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接收单元保持器
51.103
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互连构件
52.103a
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双排互连结构
53.103b
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单排端子互连结构
54.104
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端部
55.104a
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第一独立臂
56.104b
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第二独立臂
57.105
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安装设置
58.200
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多个孔口
59.203
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开口
60.305a
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第一独立金属层构件(103a)
61.305b
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第二独立金属层构件(103a)
62.400a、400b
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在104a上的多个开口
63.405a
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第一独立金属层构件(103b)
64.405b
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第二独立金属层构件(103b)
65.410
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在104b上的开口
66.aa
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焊接点。