CN102263224B - 采用覆层电连接的电池组组件 - Google Patents

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Abstract

一种采用覆层电连接的电池组组件包括：具有由第一材料构成的第一电连接片的第一电池单元，具有由第二材料构成的第一电连接片的第二电池单元，以及具有由第一材料构成的第一表面和由第二材料构成的第二表面的金属覆层连接端子，其中第一电池单元的第一电连接片被电连接至金属覆层连接端子的第一表面，并且第二电池单元的第一电连接片被电连接至金属覆层连接端子的第二表面。<b />

Description

采用覆层电连接的电池组组件
相关申请的交叉引用
本申请有权要求2010年5月27日提交的、申请号为61/348,942的美国临时专利申请的权益并要求其优先权，通过引用将其全部的公开内容并入本文。
技术领域
本公开涉及一种电池组组件，并且更具体地涉及采用覆层材料来电互连电池组组件中的多个电池单元端子。
背景技术
电池单元已经被认为是一种用于电动设备诸如像电动车辆的清洁、高效和对环境负责的电源。通常，设有多块独立的电池单元以提供足以运行电动设备的电量。多块独立的电池单元必须被物理地支撑和保护，并且在彼此之间以及与电动设备电连通。而且，经常需要在电池单元的充电和放电期间为电池单元提供冷却并给电池单元通风。
电池组组件通常被设置用于支撑和保护多块电池单元并且有助于将独立的电池单元设置为在彼此之间以及与相关的电动设备电连通。电池单元例如方形锂离子电池单元被独立地成形为具有与正极和负极连接片相对应的第一和第二连接片，连接片从电池单元外缘伸出以准备用于与相邻电池单元串联或并联的电互连。第一和第二连接片还被用作电池组组件内的机械连接以在组装组件之前和期间用于稳定电池单元的位置。希望以30微欧数量级的低电阻连接将相邻的独立电池单元彼此机械连接和电连接在一起。
在某些应用中，电池连接片由不同的金属构成。例如，第一连接片可以是铜或铜合金，而第二连接片可以是铝或铝合金。在以串联结构互连时，铜连接片必须被电连接和机械连接至铝连接片。
电池单元生产商在每一块电池单元的铝连接片上使用阳极化涂层来保护铝连接片免受电池单元内的化学侵蚀。阳极化涂层是均匀的并且覆盖包括从电池单元外缘伸出的电池接片外部在内的整个连接片。阳极化涂层是电绝缘体，为了有效地电互连至相邻电池单元的连接片，必须要将阳极化涂层去除。根据现有技术，只有破坏性的连接方法例如电阻焊、激光焊、化学焊、超声波焊接、钎焊和软焊能够去除阳极化涂层，从而提供低电阻的电连接，并且在相邻电池单元的连接片之间提供坚固的机械连接。而且，只有破坏性的连接方法能够电互连和机械互连由不同材料（例如铝和铜）制成的电池单元连接片。因此，阳极化涂层限制了除破坏性连接方法以外的其他连接方法，从而阻止使用简化电池组组件制造的连接方法。而且，破坏性连接方法不能提供可逆的接头。希望研发出适用于阳极化涂层的简化并且可能是可逆的连接技术。
破坏性连接技术也需要足够的间隙和空间以在其中形成所需的不同金属之间的接头，并且经常必须要作为生产过程中的单独的多个步骤来执行，这就增加了生产时间和复杂性。实现电池单元尺寸和电池组组件尺寸的减小可能会影响或者减小可用的间隙和空间，可能会降低破坏性连接技术的效率，并且可能会阻止在单一生产过程中完成多个电接头，从而增加了生产时间。因此，也希望提供简化和改进了电池组组件组装过程的电池单元电互连和机械互连。
发明内容
根据和依照本发明，出人意料地公开了一种用于将由第一和第二材料构成的电池单元连接片连接在一起的组件，以形成更小、更加节约成本的电池互连。
在一个实施例中，一种电池组组件包括：具有由第一材料构成的第一电连接片的第一电池单元；具有由第二材料构成的第一电连接片的第二电池单元；以及具有由第一材料构成的第一表面和由第二材料构成的第二表面的金属覆层连接端子，其中第一电池单元的第一电连接片被电连接至金属覆层连接端子的第一表面，并且第二电池单元的第一电连接片被电连接至金属覆层连接端子的第二表面。
在另一个实施例中，一种电池组组件包括：设置为层叠结构的多块电池单元，每一块电池单元都包括由第一材料构成的第一电连接片和由第二材料构成的第二电连接片；具有由第一材料构成的第一表面和由第二材料构成的第二表面的第一金属覆层连接端子，其中多块电池单元中的第一块电池单元的第一电连接片被电连接至第一金属覆层连接端子的第一表面，并且多块电池单元中的第二块电池单元的第二电连接片被电连接至第一金属覆层连接端子的第二表面；以及具有由第一材料构成的第一表面和由第二材料构成的第二表面的第二金属覆层连接端子，其中多块电池单元中的第二块电池单元的第一电连接片被电连接至第二金属覆层连接端子的第一表面，并且多块电池单元中的第三块电池单元的第二电连接片被电连接至第二金属覆层连接端子的第二表面，从而以串联结构电连接多块电池单元。
而在另一个实施例中，一种电池组组件包括：具有由第一材料构成的第一电连接片的第一电池单元；具有由第二材料构成的第一电连接片的第二电池单元；以及具有由第一材料构成的第一部分和由第二材料构成的第二部分的金属覆层连接端子，第二部分包括母凹口用于在其中接纳第一部分的至少一部分，其中第一电池单元的第一电连接片被电连接至金属覆层连接端子的第一表面，并且第二电池单元的第一电连接片被电连接至金属覆层连接端子的第二表面。
方案1、一种电池组组件，包括：
具有由第一材料构成的第一电连接片的第一电池单元；
具有由第二材料构成的第一电连接片的第二电池单元；以及
具有由第一材料构成的第一部分和由第二材料构成的第二部分的金属覆层连接端子，其中第一电池单元的第一电连接片被电连接至金属覆层连接端子的第一部分，并且第二电池单元的第一电连接片被电连接至金属覆层连接端子的第二部分。
方案2、如方案1所述的电池组组件，其中通过压接、卡接和公母连接中的一种方式将金属覆层连接端子的第一部分可移除地电互连和机械互连至金属覆层连接端子的第二部分。
方案3、如方案1所述的电池组组件，其中第一材料是铝。
方案4、如方案1所述的电池组组件，其中第二材料是铜。
方案5、如方案1所述的电池组组件，其中利用破坏性的连接方法将金属覆层连接端子的第一部分连接至第一电连接片。
方案6、如方案1所述的电池组组件，其中利用压接将金属覆层连接端子的第二部分可释放地连接至第二电连接片。
方案7、如方案1所述的电池组组件，其中每一个电连接片都从相应的一个电池单元的表面向外伸出。
方案8、如方案1所述的电池组组件，其中第一电连接片和第二电连接片中的至少一个包括弯曲或倾斜部分。
方案9、一种电池组组件，包括：
设置为层叠结构的多块电池单元，每一块电池单元都包括由第一材料构成的第一电连接片和由第二材料构成的第二电连接片；
具有由第一材料构成的第一部分和由第二材料构成的第二部分的第一金属覆层连接端子，其中多块电池单元中的第一块电池单元的第一电连接片被电连接至第一金属覆层连接端子的第一部分，并且多块电池单元中的第二块电池单元的第二电连接片被电连接至第一金属覆层连接端子的第二部分；以及
具有由第一材料构成的第一部分和由第二材料构成的第二部分的第二金属覆层连接端子，其中多块电池单元中的第二块电池单元的第一电连接片被电连接至第二金属覆层连接端子的第一部分，并且多块电池单元中的第三块电池单元的第二电连接片被电连接至第二金属覆层连接端子的第二部分，从而以串联结构电连接多块电池单元。
方案10、如方案9所述的电池组组件，其中多块电池单元被设置为交替结构以使多块电池单元中的一块电池单元的第一电连接片与多块电池单元中相邻的一块电池单元的第二电连接片基本对齐。
方案11、如方案9所述的电池组组件，其中通过压接、卡接和公母连接中的一种方式将金属覆层连接端子的第一部分可移除地电互连和机械互连至金属覆层连接端子的第二部分。
方案12、如方案9所述的电池组组件，其中利用破坏性的连接方法将金属覆层连接端子的第一部分连接至第一电连接片。
方案13、如方案9所述的电池组组件，其中利用压接将金属覆层连接端子的第二部分可释放地连接至第二电连接片。
方案14、如方案8所述的电池组组件，其中第一电连接片和第二电连接片中的至少一个包括弯曲或倾斜部分。
方案15、一种电池组组件，包括：
具有由第一材料构成的第一电连接片的第一电池单元；
具有由第二材料构成的第一电连接片的第二电池单元；以及
具有由第一材料构成的第一部分和由第二材料构成的第二部分的金属覆层连接端子，第二部分包括母凹口用于在其中接纳第一部分的至少一部分，其中第一电池单元的第一电连接片被电连接至金属覆层连接端子的第一部分，并且第二电池单元的第一电连接片被电连接至金属覆层连接端子的第二部分。
方案16、如方案15所述的电池组组件，其中第一电连接片从第一电池单元的表面向外伸出，并且第二电连接片从第二电池单元的表面向外伸出。
方案17、如方案15所述的电池组组件，其中电池单元被设置为交替结构以使第一电池单元的第一电连接片与第二电池单元的第二电连接片基本对齐。
方案18、如方案15所述的电池组组件，其中利用破坏性的连接方法将金属覆层连接端子的第一部分连接至第一电连接片。
方案19、如方案15所述的电池组组件，其中利用压接将金属覆层连接端子的第二部分可释放地连接至第二电连接片。
方案20、如方案15所述的电池组组件，其中第一电连接片和第二电连接片中的至少一个包括弯曲或倾斜部分。
附图说明
图1是根据本发明一个实施例设置在一对电池单元的一对连接片之间的金属覆层连接端子的局部示意图；
图2是包括多个图1中的金属覆层连接端子的电池组组件的局部示意图；以及
图3是根据本发明另一个实施例设置在一对电池单元的一对连接片之间的金属覆层连接端子的部分分解示意图。
具体实施方式
以下的详细说明和附图介绍并图示了本发明的不同实施例。说明书和附图用于使本领域技术人员能够实现并利用本发明，而并不是为了以任何方式限制本发明的保护范围。
图1示出了一对电池单元8(例如方形锂离子电池单元)，被独立地成形为具有从电池单元外缘向外伸出的第一连接片10和第二连接片12。每一个连接片10,12都提供了用于电互连(例如串联、并联或任意其他电路结构)任意数量电池单元8的装置。
在某些实施例中，第一连接片10由第一材料诸如像铝或者铝合金构成。第二连接片12通常由不同于第一材料的第二材料诸如像铜或者铜合金构成。应该理解第一连接片10和第二连接片12可以根据需要由任意的导电材料构成，并且可以进一步由相同或类似的导电材料构成。在将多块电池单元8设置为串联结构时，第一块电池单元8的第一连接片10与第二块电池单元8的第二连接片12电互连。在图1示出的实施例中，第一块电池单元8的铝连接片(例如第一连接片10)与第二块电池单元8的铜连接片(例如第二连接片12)电互连。
根据本公开，金属覆层连接端子14被用于将第一块电池单元8的第一连接片10与第二块电池单元8的第二连接片12互连。在图示的实施例中，金属覆层连接端子14的第一部分16由与第一电池连接片10相同的材料也就是铝构成。金属覆层连接端子14的第二部分18由与第二电池连接片12相同的材料也就是铜构成。因为第一连接片10可以包括阳极化表面，所以可以通过破坏性的连接方法(例如激光焊、超声波焊接等)将第一块电池单元8的第一连接片10连接至金属覆层连接端子14的第一部分16以在两者之间提供可以接受的机械连接和电连接。第二块电池单元8的第二连接片12通常不包括阳极化表面。因此，通过将由铜构成的第二电池连接片12向金属覆层连接端子14的由铜构成的第二部分18压接(例如通过压缩设备、夹具、螺栓、铆钉等)即可将第二连接片12电连接至金属覆层连接端子14的第二部分18以提供例如30微欧数量级或更小的低电阻连接。因为铝材料和铜材料被彼此直接重叠，所以在金属覆层连接端子14的第一部分16和第二部分18之间存在导电路径。作为非限制性的示例，可以通过压接、卡接和公母连接中的一种方式将金属覆层连接端子14的第一部分16可移除地电互连和机械互连至金属覆层连接端子14的第二部分18。但是，也可以使用其他的连接方法。
因为由铜构成的第二电池连接片12并未机械连接至金属覆层连接端子14的由铜构成的第二部分18，所以第二块电池单元8的第二连接片12和金属覆层连接端子14的第二部分18之间的压接是可逆的。
在某些实施例中，通过用叠层材料来构成每一块电池单元8中的每一个连接片10,12的一部分，就可以完全省略金属覆层连接端子14。在这样的设置方式中，每一个连接片10,12都包括由第一材料构成的第一表面(未示出)和由第二材料构成的第二表面(未示出)。连接片10,12中第一材料的第一个连接片被设置为与连接片10,12中第一材料的第二个连接片面接触以与其电互连。类似地，连接片10,12中第二材料的至少一个连接片被设置为与相邻的一个电池单元8的连接片10,12中第二材料的一个连接片面接触以与其电互连。应该理解连接片10,12可以通过破坏性的连接方法或者通过压接互连，这要取决于第一和第二材料。
如图2中所示，多个金属覆层连接端子14可以被用于其间设有冷却设备20(例如冷却板)的电池堆8，由此构成电池组组件或电池组。金属覆层连接端子14的第一部分16可以通过破坏性的连接方法例如电阻焊、激光焊、化学焊、超声波焊接、钎焊和软焊中的一种方式被机械连接和电连接至其中一块电池单元8由铝构成的第一连接片10。破坏性的连接方法去除或者破坏第一连接片10上的阳极化涂层，从而提供通过第一连接片10到达金属覆层连接端子14的低电阻导电路径。第一连接片10，包括金属覆层连接端子14在内，可以被弯曲或以其他方式设置以允许将相邻的一块电池单元8的第二连接片12连接至金属覆层连接端子14的第二部分18。第二连接片12可以通过相同的破坏性连接方法被连接至金属覆层连接端子14的第二部分18。
在图示的实施例中，多块电池单元8可以被制备成使其中多块电池单元8的每一个第一连接片10都被连接至相应的一个金属覆层连接端子14的第一部分16。每一个第一连接片10都可以被沿着第一方向弯曲以露出相应的金属覆层连接端子14的第二部分18，并且每一个电池单元8的第二连接片12都可以被沿着第二方向弯曲以将第二连接片12设置为与相应的金属覆层连接端子14的第二部分18邻接并成面接触关系。电池单元8可以被以串联方式堆叠以使每一个第二连接片12的顶面都被设置为与连接至相邻的一块电池单元8的第一连接片10的金属覆层连接端子14的第二部分18邻接并成面接触关系。第二连接片12可以用破坏性连接方法连接至金属覆层连接端子14的第二部分18。应该理解每一对电池单元8都可以被单独堆叠以允许将第二连接片12相继连接至相应的金属覆层连接端子14的第二部分18。但是，已经获得的优选结果是其中在第一步骤将预定的多块电池单元8堆叠并设置为允许将电池单元8中所有的第二连接片12都连接至在单个加工步骤中被连接至相邻的电池单元8的相应的金属覆层连接端子14的第二部分18，由此最小化电池组组件的生产时间和复杂性。折叠连接片10,12还可以最小化电池组组件的尺寸。
使用金属覆层连接端子14还能够实现多种灵活和可逆的电互连选择。作为示例，图3示出了除下述内容外均类似于金属覆层连接端子14的金属覆层连接端子100。如图所示，金属覆层连接端子100包括包含第一表面104的第一部分102和包含第二表面108的第二部分106。为了说明，每一块电池单元8的第一连接片10和金属覆层连接端子100的第一部分102(例如至少是第一表面104)将被描述为由铝构成，而每一块电池单元8的第二连接片12以及金属覆层连接端子100的第二部分106(例如至少是第二表面108)将被描述为由铜构成。但是，应该理解每一块电池单元8的第一连接片10和第二连接片12以及每一个金属覆层连接端子100的第一部分102和第二部分106根据需要均可由任意导电的材料构成。已经获得的优选结果是其中第一连接片10和每一个金属覆层连接端子100的第一部分102是由类似材料构成，而第二连接片12和每一个金属覆层连接端子100的第二部分106同样由类似材料构成。
图3中示出的每一块电池单元8的第一连接片10都通过破坏性的连接方法例如电阻焊、激光焊、化学焊、超声波焊接、钎焊和软焊中的一种被电连接和机械连接至金属覆层连接端子100的第一部分102的第一表面104。每一块电池单元8的第二连接片12都通过破坏性的连接方法被电连接和机械连接至金属覆层连接端子100的第二部分106的第二表面108。在图3中，金属覆层连接端子100的第一部分102包括公凸起112，而金属覆层连接端子100的第二部分106则包括母凹口114，用于可移除地接纳金属覆层连接端子100的第一部分102的公凸起112。
一旦金属覆层连接端子100中相应的第一部分102的每一个第一表面104都被连接至电池单元8中相应的第一连接片10，并且金属覆层连接端子100中相应的第二部分106的每一个第二表面108都被连接至电池单元8中相应的第二连接片12，即可通过可移除地互连相邻连接片10,12中的公凸起112和母凹口114而将电池单元8设置为串联的堆叠结构。应该理解金属覆层连接端子100的第一部分102和第二部分106可以由用于优化其间的可移除电连接的任意材料构成。应该理解金属覆层连接端子100的第一部分102和第二部分106之间可移除的电连接可以被构成为任意类型的连接，包括例如压接、卡接和公母连接。
本发明使阳极化涂层中的固有困难最小化，从而允许使用其他的可以简化组装过程并提供可逆连接的连接方法。例如，现有的电池接片是具有阳极化镀层的铝，其中在连接至不同的金属时非常难以实现良好的导电性。在某些实施例中，在铝接片上结合铝和铜的覆层材料，这就使得能够使用各种连接方法例如压接。目前，压接由于阳极化涂层而并不实用，但是一旦使用了铝和铜的覆层材料(也就是金属覆层连接端子14,100)，压接就变得可行，并且允许可逆连接。
而且，随着电池不断地变小，已知的组装方法会由于要求小的间隙而变得低效或不可实现。本发明中的金属覆层连接端子14,100允许用激光连接、压接、卡接和其他的方法来用于连接类似的金属。折叠电池接片(例如连接片10,12)使电池的封装尺寸最小化。包括封装电池组组件的装置只需很小的连接空间，这样即可生产出能够利用类似金属进行激光焊接的更轻和更便宜的电池。而且，金属覆层材料通过利用导电性质并避免焊接低压传感器部件而导致部件更少。
最后，本发明消除了对于破坏性连接不同金属的需求。利用覆层金属，破坏性连接类似金属变得可行并且节约成本，而且通过折叠电池接片可以进一步允许更小的电池设计。另外，使用正确的覆层金属结构，即可避免将互连板焊接至连接片以最小化成本和部件数量。覆层材料还提供了大量可行的金属组合以使得能够灵活使用各种不同的连接方法，最小化成本和尺寸，并且制造出多种可行的可逆连接。
尽管已经为了介绍本发明而给出了一些代表性的实施例和细节内容，但对于本领域技术人员来说显而易见的是可以进行各种改变而并不背离在以下所附权利要求中进一步说明的本公开的保护范围。

Claims (18)

1.一种电池组组件，包括：
具有由第一材料构成的第一电连接片的第一电池单元；
具有由第二材料构成的第二电连接片的第二电池单元；以及
具有由第一材料构成的第一部分和由第二材料构成的第二部分的金属覆层连接端子，其中第一电池单元的第一电连接片被电连接至金属覆层连接端子的第一部分，并且第二电池单元的第二电连接片被电连接至金属覆层连接端子的第二部分；
其中通过压接、卡接和公母连接中的一种方式将金属覆层连接端子的第一部分可移除地电互连和机械互连至金属覆层连接端子的第二部分。
2.如权利要求1所述的电池组组件，其中第一材料是铝。
3.如权利要求1所述的电池组组件，其中第二材料是铜。
4.如权利要求1所述的电池组组件，其中利用破坏性的连接方法将金属覆层连接端子的第一部分连接至第一电连接片。
5.如权利要求1所述的电池组组件，其中利用压接将金属覆层连接端子的第二部分可释放地连接至第二电连接片。
6.如权利要求1所述的电池组组件，其中每一个电连接片都从相应的一个电池单元的表面向外伸出。
7.如权利要求1所述的电池组组件，其中第一电连接片和第二电连接片中的至少一个包括弯曲或倾斜部分。
8.一种电池组组件，包括：
设置为层叠结构的多块电池单元，每一块电池单元都包括由第一材料构成的第一电连接片和由第二材料构成的第二电连接片；
具有由第一材料构成的第一部分和由第二材料构成的第二部分的第一金属覆层连接端子，其中多块电池单元中的第一块电池单元的第一电连接片被电连接至第一金属覆层连接端子的第一部分，并且多块电池单元中的第二块电池单元的第二电连接片被电连接至第一金属覆层连接端子的第二部分；以及
具有由第一材料构成的第一部分和由第二材料构成的第二部分的第二金属覆层连接端子，其中多块电池单元中的第二块电池单元的第一电连接片被电连接至第二金属覆层连接端子的第一部分，并且多块电池单元中的第三块电池单元的第二电连接片被电连接至第二金属覆层连接端子的第二部分，从而以串联结构电连接多块电池单元；
其中通过压接、卡接和公母连接中的一种方式将金属覆层连接端子的第一部分可移除地电互连和机械互连至金属覆层连接端子的第二部分。
9.如权利要求8所述的电池组组件，其中多块电池单元被设置为交替结构以使多块电池单元中的一块电池单元的第一电连接片与多块电池单元中相邻的一块电池单元的第二电连接片基本对齐。
10.如权利要求8所述的电池组组件，其中利用破坏性的连接方法将金属覆层连接端子的第一部分连接至第一电连接片。
11.如权利要求8所述的电池组组件，其中利用压接将金属覆层连接端子的第二部分可释放地连接至第二电连接片。
12.如权利要求8所述的电池组组件，其中第一电连接片和第二电连接片中的至少一个包括弯曲或倾斜部分。
13.一种电池组组件，包括：
具有由第一材料构成的第一电连接片的第一电池单元；
具有由第二材料构成的第二电连接片的第二电池单元；以及
具有由第一材料构成的第一部分和由第二材料构成的第二部分的金属覆层连接端子，第二部分包括母凹口用于在其中接纳第一部分的至少一部分，其中第一电池单元的第一电连接片被电连接至金属覆层连接端子的第一部分，并且第二电池单元的第二电连接片被电连接至金属覆层连接端子的第二部分。
14.如权利要求13所述的电池组组件，其中第一电连接片从第一电池单元的表面向外伸出，并且第二电连接片从第二电池单元的表面向外伸出。
15.如权利要求13所述的电池组组件，其中电池单元被设置为交替结构以使第一电池单元的第一电连接片与第二电池单元的第二电连接片基本对齐。
16.如权利要求13所述的电池组组件，其中利用破坏性的连接方法将金属覆层连接端子的第一部分连接至第一电连接片。
17.如权利要求13所述的电池组组件，其中利用压接将金属覆层连接端子的第二部分可释放地连接至第二电连接片。
18.如权利要求13所述的电池组组件，其中第一电连接片和第二电连接片中的至少一个包括弯曲或倾斜部分。
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