TWI805626B - 電池模組及其製造方法 - Google Patents
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Abstract
本發明提供一種電池模組及其製造方法，電池模組包含：
至少一個電池單元陣列，其中多個電池單元在側向方向上安置成安裝於單元框架中，在所述多個電池單元中，安置於電池單元的兩端處的電極端子朝向相同方向定位；以及多個連接構件，在電池單元陣列的上部部分及/或下部部分結合至電池單元陣列中的每一電池單元的電極端子，其中連接構件是金屬板，在所述金屬板中彼此隔開的至少三個豎直槽及穿過豎直槽中的至少一者的水平槽經穿孔。
Description
本發明是關於一種電池模組及其製造方法。
近來，可充電及放電的可充電電池經廣泛用作無線行動裝置的能量來源。另外，可充電電池亦作為電動車及混合電動車的能量來源而受到關注，所述電動車及混合電動車經提議為對於使用化石燃料的現有汽油車及柴油車的空氣污染的解決方案。因此，存在由於可充電電池的益處而使用可充電電池的各種類型的應用，且可充電電池預計未來將應用於更多領域及產品中。
可充電電池根據電極及電解溶液的組態而分類為：鋰離子電池、鋰離子聚合物電池以及鋰聚合物電池。其中，具有較低電解溶液洩漏可能性且易於製造的鋰離子聚合物電池的使用日益增加。
大致而言，可充電電池根據電池殼體的形狀而分類為：圓柱形電池單元及稜柱形電池單元，其中電極組件分別嵌入於圓柱形金屬罐或稜柱形金屬罐中；以及袋型電池單元，其中電極組件嵌入於由鋁層合片形成的袋型殼體中。
其中，圓柱形電池單元具有比稜柱形電池單元及袋型電
池單元的電容更大的電容。考慮到輸出及容量，圓柱形電池單元根據待使用的外部裝置的類型而用作單一電池，且亦用作多個電池單元經電性連接的電池模組或電池組。
對此，圖1示出由圓柱形電池單元組態的電池模組的示意圖。
參看圖1，電池模組10包含：電池陣列，其中圓柱形電池單元1安置於側面上；連接構件3，其連接至電池陣列的電池單元1；以及單元框架2，其固定電池陣列及連接構件3。
連接構件3是由導電金屬材料形成的板且是匯流排，所述匯流排電性連接且機械地連接至電池單元1的電極端子並且使相鄰電池單元1彼此電性連接。
金屬連接構件及電池單元的電極端子通常焊接成連接至彼此。在焊接方法中，由於電阻焊接方法易於進行處理且對金屬組織產生的變化較小以使電極端子的變形最小化，且在焊接時由於低溫而對電池單元的劣化相對穩定，因此電阻焊接經廣泛使用。
因此，圖2至圖4示出在連接構件與電池單元的電極端子之間的使用電阻焊接的結合形式的照片及示意圖。
參看圖2至圖4，根據電阻焊接，經由彼此緊密黏合的連接構件3a及電極端子20施加有功電流，同時經由一對為正及負的焊條11及焊條12將作為焊接基本材料的連接構件3a的焊接部分W加壓至電池單元1a的電極端子20，且經由此時產生的電阻熱使連接構件3a局部熔化。
然而，在此過程期間亦產生不參與焊接的無功電流C2。無功電流是僅經由不包含具有較高電阻的電極端子20的具有相對
較低電阻的連接構件3a施加的無效電流，此是由於連接構件3a的未經焊條11及焊條12加壓的其餘部分與電極端子20具有較高界面電阻。
對比而言，經焊條11及焊條12加壓的焊接部分W緊密黏合至電極端子，使得流經其的電流充當有功電流C1。
若有功電流C1及無功電流C2的施加集中於連接構件3a的焊接部分W上，則在焊接部分W中形成過電流，從而可引起缺陷，諸如毀壞、斷裂以及低焊接質量。
因此，如圖2及圖3中所示，槽30形成於連接構件3a中以使無功電流C2沿槽30繞行。
同時，出於連接構件與電極端子之間的穩定連接的目的，如圖4中所示，按順序為每個連接構件3b執行兩次或大於兩次電阻焊接。
然而，如圖4中所示，當對連接構件3b額外地執行電阻焊接時，無功電流C2亦經由焊接部分W'施加，從而使得槽30'失去作用。因此，有功電流C1及無功電流C2集中於相鄰焊接部分上，從而由於藉此產生的過電流而使連接構件3b遭到毀壞或焊接質量極度劣化。對於此問題，在圖5中示出真實照片。
特定言之，在由諸如銅的由於高純度而具有低電阻及高導電性的金屬材料形成的連接構件的情況下，上述問題頻繁出現，從而使得出於此原因，將電阻焊接執行兩次或大於兩次極為困難。
因此，需要一種能從根本上解決上述問題的技術。
本發明致力於解決先前技術的問題並實現先前一直要求的技術目的。
特定言之，本發明的另一目的是提供電池模組，其中即使將電阻焊接執行兩次或大於兩次，電池單元的電極端子及連接構件亦以所需形狀及所需質量結合至彼此，且結合形狀不論外部衝擊及振動如何仍保持穩定。
本發明的又一目的是提供電池模組之製造方法。
為達成上述目的，根據本發明的電池模組包含：至少一個電池單元陣列，其中多個電池單元在側向方向上安置成安裝於單元框架中，在所述多個電池單元中，安置於電池單元的兩端處的電極端子朝向相同方向定位；以及多個連接構件，在電池單元陣列的上部部分及/或下部部分結合至電池單元陣列中的每一電池單元的電極端子，且連接構件是金屬板，在所述金屬板中彼此隔開的至少三個豎直槽及穿過所述豎直槽中的至少一者的水平槽經穿孔。
根據本發明的電池模組的益處在於：連接構件經三個或大於三個豎直槽及連接豎直槽的水平槽劃分成多個部分，且電極端子及連接構件在結合至位於各個部分的電極端子時形成穩定的結合結構。
特定言之，連接構件可在電阻焊接在各個部分執行至少兩次的狀態下多次結合至電極端子，且因此在包含連接構件的根據本發明的電池模組中，基於多次結合結構，電池單元與連接構件之間的電性連接結構不論外力(諸如振動或衝擊)如何仍可保持穩
定。
本發明另外提供電池模組之製造方法。
所述方法包含：將連接構件加壓至電池單元的電極端子；藉由將焊條安置於與第一槽相鄰的電阻焊接元件的第一焊接元件及第二焊接元件中且形成繞行焊條之間的電極端子的有功電流來使電阻焊接元件與電極端子初始地結合；以及藉由將焊條安置於與第二槽相鄰的電阻焊接元件的第一焊接元件及第二焊接元件中且形成穿過焊條之間的電極端子的有功電流來使電阻焊接元件與電極端子額外地結合。
在初始結合中，不穿過電極端子的無功電流可額外地形成於焊條之間，且可自第一焊接元件沿連接構件的第一槽的邊緣將無功電流施加至第二焊接元件。
另外，亦在額外結合中，不穿過電極端子的無功電流可額外地形成於焊條之間，可自第一焊接元件沿連接構件的第三槽的邊緣將無功電流施加至第二焊接元件，且在施加電流時，無功電流可穿過在初始結合中結合的電極端子。
如上文所描述，按照根據本發明的電池模組之製造方法，對設置於連接構件中的電阻焊接元件執行兩次電阻焊接，使得連接構件與電極端子二次結合，藉此實施穩定的結合結構。
根據電池模組之製造方法，在電阻焊接元件的焊接過程期間，無功電流的施加路徑被作為待繞行的豎直槽的第一槽及第三槽阻擋，使得即使執行兩次電阻焊接，亦可以防止連接構件由於過電流而遭到毀壞。
1:圓柱形電池單元/電池單元
1a:電池單元
2、120:單元框架
3、3a、3b、200、400:連接構件
10:電池模組
11、12:焊條
20、111:電極端子
30、30':槽
100:電池模組
110:電池單元陣列
210、410:豎直槽/第一槽
220、420:豎直槽/第二槽
230、430:豎直槽/第三槽
240、440:水平槽
310、401:第一電阻焊接元件
311、321:第一焊接元件
312、322:第二焊接元件
320、402:第二電阻焊接元件
C1:有功電流
C2:無功電流
t:預定角度
W、W':焊接部分
圖1是根據先前技術的電池模組的示意圖。
圖2至圖4是連接構件與電池單元的電極端子之間的使用電阻焊接的結合類型的照片及示意圖。
圖5是產生根據電阻焊接的缺陷的連接構件的照片。
圖6是根據本發明的例示性實施例的電池模組的示意圖。
圖7是建構圖6的電池模組的連接構件的平面視圖。
圖8是示出圖6及圖7的連接構件的焊接方法的示意圖。
圖9是根據本發明的另一例示性實施例的連接構件的平面視圖。
下文將經由本發明的非限制性實例詳細描述用於實現上述益處的連接構件的特定結構。
在一個特定實例中，連接構件包含設置於豎直槽當中的相鄰豎直槽之間的兩個或大於兩個電阻焊接元件；電阻焊接元件可相對於水平槽劃分成處於上部方向的第一焊接元件及處於下部方向的第二焊接元件；連接構件可具有兩個或大於兩個電阻焊接元件電阻焊接至待二次結合(double bonded)的電池單元的電極端子的結構。
亦即，連接構件包含經槽劃分的兩個或大於兩個電阻焊接元件，且電阻焊接元件結合至電池單元的電極端子以形成多次結合，使得結合部分由於外力(諸如振動或衝擊)而毀壞、斷裂以
及變形的可能性低。
另外，應注意，自第一焊接元件至第二焊接元件的電流施加路徑可沿豎直槽繞行。
舉例而言，當按順序在兩個或大於兩個電阻焊接元件中執行電阻焊接時，無功電流繞行至與電阻焊接元件相鄰的豎直槽。如上文所描述，此是由於在連接構件的不包含電阻焊接元件的其餘部分中，相對於電極端子的界面電阻相對較高。
無功電流的繞行施加意指無功電流從實際上為焊接部分及待施加的邊緣的電阻焊接元件的有功電流分散。
出於此原因，能夠防止過電流施加至電阻焊接元件及其邊緣，且從而可實施不具有由於過電流引起的連接構件與電極端子之間的結合失效的電池模組。
在本發明中，金屬板不受特定限制，只要其是導電材料即可。然而，金屬板可由具有低電阻及高導電性的材料形成，且更特定言之，可由包含銅作為第一材料且包含由鋅、鎳、鋁、鉑、鉛、錫以及不鏽鋼所組成的族群中選出的至少一金屬作為第二材料的合金形成。
根據本發明的發明人的校驗，確認在作為第一材料的銅的含量小於90重量%時，由於連接構件具有相對較高的電阻，因此在電極端子及連接構件的結合部分中不當地產生非所需熱量，且對比而言，在作為第一材料的銅的含量超出99重量%時，由於連接構件的電阻相對較低，因此在電阻焊接時由於相對較高的無功電流的施加而難以實施所需結合形狀。大致而言，在電阻焊接期間，無功電流與焊接基本材料的電阻成反比，且隨著無功電流增
加，有功電流減小，使得結合強度劣化。
因此，可理解的是上述合金比率對實施根據本發明的電池模組的益處尤為重要。
因此，在本發明中，第一材料與第二材料的合金比率按重量計可為90：10至70：30、97：3至75：25或98：2至80：20。
第一材料及第二材料的合金可為含有銅、鎳以及錫的合金，或含有銅及錫的合金，或含有銅及鋅的合金。
含有銅、鎳以及錫的合金可含有98重量%的銅、1重量%的鎳以及1重量%的錫。
含有銅及錫的合金可含有97重量%的銅及3重量%的錫。
含有銅及鋅的合金可含有90重量%的銅及10重量%的鋅。
在一個特定實例中，豎直槽包含：連接至水平槽的一端的第一槽、連接至水平槽的另一端的第二槽以及穿過第一槽與第二槽之間的水平槽的第三槽。
在此情況下，第三槽可垂直於水平槽，且第一電阻焊接元件可形成在第一槽與第三槽之間，第二電阻焊接元件可形成在第二槽與第三槽之間。第一電阻焊接元件可藉由其間的水平槽劃分成第一焊接元件及第二焊接元件，且第二電阻焊接元件可藉由其間的水平槽劃分成第一焊接元件及第二焊接元件。
藉由此結構，第一電阻焊接元件及第二電阻焊接元件的焊接部分設置成實質上平行於水平槽，使得例如焊條易於自一個電阻焊接元件移動至另一個電阻焊接元件。因此，對於自動過程為有利的。
在一些情況下，第三槽可相對於水平槽形成20度至160度的角。
再者，藉由此結構，第一電阻焊接元件及第二電阻焊接元件可如上文所描述而形成，但第三槽傾斜於水平槽。因此，無功電流的繞行至第三槽的施加路徑可相對延伸。
在本發明中，第一槽、第二槽以及第三槽儘可能合乎需要地形成為具有小尺寸，此是由於應考慮到與電池單元的電極端子相鄰的連接構件的面積經槽減小，且電阻增加。
類似地，即使在槽的數目增加時，其意指連接構件與電極端子的接觸面積減小，使得添加多個豎直槽為非所需的。根據另一態樣，電荷集中在槽的內橫截面上，從而使得電阻及熱產生極高。因此，若如此多的槽形成於連接構件中，則不僅在電池單元中，且亦在電池模組中可徹底引起性能劣化。
出於此原因，在本發明中，由第一槽、第二槽以及第三槽對豎直槽進行組態的例示性實例將描述為所需實例。
佔據連接構件的第一槽、第二槽以及第三槽的總平面表面積可為電池單元的電極端子的平面面積的1%至20%。
在電阻焊接具有比所述範圍的最小值更小的平面面積的槽時，槽的間隔端有可能在電阻焊接期間熔融而連接，且由於具有超出所述範圍的最大值的平面面積的槽可造成與如所描述的電池單元的電極端子接觸的連接構件的面積減小，因此所述槽為非所需的。
藉由此面積，第一槽、第二槽以及第三槽可具有預定長度。
特定言之，第三槽比第一槽或第二槽更長，且更特定言之，第三槽可具有可大於第一槽或第二槽的長度的100%且小於第一槽或第二槽的長度的130%的長度。此是由於位於第一槽與第二槽之間的第三槽在任何情況下均使無功電流的施加路徑繞行，從而使得電流施加路徑可儘可能長地延伸。
在第三槽的長度為100%或小於100%時，無法預計電流施加路徑的延伸，且在第三槽的長度超出130%時，其為非所需的，此是由於與電池單元的電極端子接觸的連接構件的整個面積會減小。
第一槽及第二槽可具有相同長度或第一槽及第二槽中的一者可比另一者短，且可根據連接構件的連接類型而具有所需設計。
另外，第一槽及第二槽垂直於水平槽。在一些情況下，第一槽及第二槽可具有相對於與水平槽連接的部分彎曲的楔形，且楔形的內角可實施為120度或大於120度且小於180度。
對比而言，第一槽及第二槽可藉由平面視圖上的曲線形狀連接至水平槽。
同時，在本發明中，電池單元可為圓柱形電池單元，所述圓柱形電池單元嵌入於圓柱形金屬罐中，所述圓柱形金屬罐中嵌入有電極組件及電解溶液以將金屬罐閉合且密封作為頂蓋組件。
另外，電池單元可為具有高能量密度、放電電壓，輸出穩定性的益處的鋰可充電電池，諸如鋰離子(Li-離子)可充電電池、鋰聚合物(Li-聚合物)可充電電池或鋰離子聚合物(Li-離子聚合物)可充電電池。
藉由以下來製造陰極：將陰極活性材料、導電材料以及黏合劑的混合物施加在陰極集電極上並乾燥，且必要時可將填充劑添加至混合物中。
大致而言，陰極集電極可製造成具有3微米至500微米的厚度。陰極集電極及延伸收集單元不受特定限制，只要其不在電池中引起化學變化，且具有較高導電性即可。舉例而言，可使用不鏽鋼、鋁、鎳、鈦、碳極或經碳、鎳、鈦或銀處理的鋁表面或不鏽鋼表面。微小的突起部及凹陷部形成於陰極集電極及延伸收集單元的表面上以增強陰極活性材料的黏附性，且可使用各種形式，諸如膜、片、箔、網、多孔體、發泡體以及不織布。
陰極活性材料可為諸如鋰鈷氧化物(lithium cobalt oxide，LiCoO2)或鋰鎳氧化物(lithium nickel oxide，LiNiO2)的分層化合物；經一種或更多種過渡金屬取代的化合物；由化學式Li1+xMn2-xO4(此處，x為0至0.33)、LiMnO3、LiMn2O3或LiMnO2表示的鋰錳氧化物；鋰銅氧化物(lithium copper oxide，Li2CuO2)；諸如LiV3O8、LiFe3O4、V2O5或Cu2V2O7的氧化釩；由化學式LiNi1-xMxO2(此處，M為Co、Mn、Al、Cu、Fe、Mg、B或Ga且x為0.01至0.3)表示的Ni-位型鋰鎳氧化物(Ni-site type lithium nickel oxide)；由化學式LiMn2-xMxO2(此處，M為Co、Ni、Fe、Cr、Zn或Ta且x為0.01至0.1)或Li2Mn3MO8(此處，M為Fe、Co、Ni、Cu或Zn)表示的鋰錳複合氧化物；化學式中的Li的部分經鹼土金屬離子取代的LiMn2O4；二硫化物；或Fe2(MoO4)3，但不限於此。
通常按含有陰極活性材料的混合物的總重量計添加1重量%至30重量%的導電材料。只要導電材料不在電池中引起化學
變化，且具有導電性，導電材料不受特定限制。舉例而言，可使用導電材料，諸如石墨(包含天然石墨或人造石墨)；碳黑，諸如碳黑、乙炔黑、科琴黑(ketjen black)、槽黑、爐黑、燈黑以及夏用黑(summer black)；導電纖維，諸如碳纖維或金屬纖維；金屬粉末，諸如氟化碳粉末、鋁粉末或鎳粉末；導電晶鬚，諸如氧化鋅或鈦酸鉀；導電金屬氧化物，諸如氧化鈦；導電材料，諸如聚苯(polyphenylene)衍生物。
黏合劑是有助於活性材料與導電材料之間的結合及與集電極的結合、且按含有陰極活性材料的混合物的總重量計以1重量%30重量%的量添加的組份。黏合劑的實例包含聚偏二氟乙烯、聚乙烯醇、羧甲基纖維素(earboxymethyl cellulose，CMC)、澱粉、羥丙基纖維素、再生纖維素、聚乙烯吡咯啶酮、四氟乙烯、聚乙烯、聚丙烯、乙烯-丙烯-二烯三元共聚物(ethylene-propylene-diene terpolymer，EPDM)、磺化EPDM、苯乙烯丁烯橡膠、氟橡膠以及各種共聚物。
填充劑選擇性地用作抑制陰極的膨脹的組份，且不受特定限制，只要其不在電池中引起化學變化且為纖維材料即可。舉例而言，使用烯烴聚合物，諸如聚乙烯或聚丙烯；及纖維材料，諸如玻璃纖維或碳纖維。
藉由以下來製造陽極：將陽極活性材料施加在陽極集電極上並乾燥，且必要時可選擇性地更包含上述組份。
陽極集電極製備成具有3微米至500微米的厚度。陽極集電極不受特定限制，只要其不在電池中引起化學變化，且具有導電性即可，且例如可使用銅、不鏽鋼、鋁、鎳、鈦、碳極、經碳、
鎳、鈦或銀處理的銅表面或不鏽鋼表面，或鋁鎘合金。另外，類似於陰極集電極，微小的突起部及凹陷部形成於陽極集電極的表面上以增強陽極活性材料的黏附性，且可使用各種形式，諸如，膜、片、箔、網、多孔體、發泡體以及不織布。
舉例而言，作為陽極活性材料，可使用：碳，諸如硬碳或石墨碳；金屬複合氧化物，諸如LixFe2O3(0≦x≦1)、LixWO2(0≦x≦1)、SnxMe1-xMe'yOz(Me：Mn、Fe、Pb、Ge；Me'：Al、B、P、Si、週期表的第1族、第2族以及第3族元素，鹵素；0<x≦1；1≦y≦3；1≦z≦8)；鋰金屬；鋰合金；矽類合金；錫類合金；金屬氧化物，諸如SnO、SnO2、PbO、PbO2、Pb2O3、Pb3O4、Sb2O3、Sb2O4、Sb2O5、GeO、GeO2、Bi2O3、Bi2O4以及Bi2O5；導電聚合物，諸如聚乙炔；以及Li-Co-Ni類材料。
隔板***於陰極與陽極之間且使用具有較高離子滲透性及機械強度的絕緣薄膜。隔板的多孔直徑通常為0.01微米至10微米，且其厚度通常為5微米至300微米。舉例而言，作為隔板，可使用具有耐化學性及疏水性的烯烴類聚合物，諸如聚丙烯；或由玻璃纖維或聚乙烯形成的片或不織布。當諸如聚合物的固體電解質用作電解質時，固體電解質亦可充當隔板。
電解溶液可為含有鋰鹽且由非水性電解溶液及鋰鹽形成的非水性電解溶液。非水性電解溶液使用非水性有機溶劑、有機固體電解質以及無機固體電解質，但其不限於此。
作為非水性有機溶劑，可使用：非質子性有機溶劑，諸如N-甲基-2-吡咯啶酮、碳酸伸丙酯、碳酸伸乙酯、碳酸伸丁酯、碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、γ-丁內酯、1,2-二甲氧基乙烷、四氫呋喃、
2-甲基四氫呋喃、二甲基亞碸、1,3-二氧戊環、甲醯胺、二甲基甲醯胺、二氧戊環、乙腈、硝基甲烷、甲酸甲酯、乙酸甲酯、磷酸三酯、三甲氧基甲烷、二氧戊環衍生物、環丁碸、甲基環丁碸、1,3-二甲基-2-咪唑啶酮、碳酸伸丙酯衍生物、四氫呋喃衍生物、醚、丙酸甲酯或丙酸乙酯。
作為有機固體電解質，可使用例如聚乙烯衍生物、聚氧化乙烯衍生物、聚氧化丙烯衍生物、磷酸酯聚合物、聚精胺酸(poly arginine)、聚離胺酸(poly lysine)、聚酯硫化物、聚乙烯醇、聚偏二氟乙烯或包含離子解離基團的聚合物。
作為無機固體電解質，可使用例如Li的氮化物、鹵化物或硫酸鹽，諸如Li3N、LiI、Li5NI2、Li3N-LiI-LiOH、LiSiO4、LiSiO4-LiI-LiOH、Li2SiS3、Li4SiO4、Li4SiO4-LiI-LiOH或Li3PO4-Li2S-SiS2。
鋰鹽是可溶於非水性電解質的材料，且可使用例如LiCl、LiBr、LiI、LiClO4、LiBF4、LiB10Cl10、LiPF6、LiCF3SO3、LiCF3CO2、LiAsF6、LiSbF6、LiAlCl4、CH3SO3Li、CF3SO3Li、(CF3SO2)2NLi、氯硼酸鋰、低脂族碳酸鋰(lower aliphatic lithium carbonate)、四苯基硼酸鋰或醯亞胺。
另外，出於改良充電-放電特徵及阻燃性的目的，可將例如吡啶、亞磷酸三乙酯、三乙醇胺、環醚、乙二胺、正乙二醇二甲醚、六磷酸三醯胺(hexaphosphoric triamide)、硝基苯衍生物、硫、醌亞胺染料、N-取代的噁唑啶酮、N,N-取代的咪唑啶、乙二醇二烷基醚、銨鹽、吡咯、2-甲氧基醇或三氯化鋁添加至非水性電解溶液中。在一些情況下，可另外添加含鹵素的溶劑(諸如四氯化碳或伸乙基三氟化物)以賦予不燃性，或可另外添加二氧化碳氣體以改良
高溫儲存特徵，且可另外添加氟基-碳酸伸乙酯(fluoro-ethylene carbonate，FEC)或丙烯磺內酯(propene sultone，PRS)。
在一特定實例中，將諸如LiPF6、LiClO4、LiBF4、LiN(SO2CF3)2的鋰鹽添加至作為高電介質溶劑的EC或PC的環狀碳酸酯與作為低黏度溶劑的DEC、DMC或EMC的線性碳酸酯的混合溶劑中，以製備含有鋰鹽的非水性電解質。
在下文中，將參考隨附圖式詳細描述本發明的例示性實施例。然而，在本發明的描述中，為闡明本發明的主旨，將省略對已知功能或組態的描述。
為清楚描述本發明，將省略與本說明書無關的部分，且在本說明書全文中，相同附圖編號指示相同元件。另外，為獲得較佳理解且易於描述，視情況示出圖式中所示的組件的尺寸及厚度，且本發明並不一定受限於圖式中所示的彼等組件。
圖6示出根據本發明的例示性實施例的電池模組的示意圖，且圖7示出建構圖6的電池模組的連接構件的平面視圖。
首先，參看圖6，電池模組100包含電池單元陣列110及單元框架120以及多個連接構件200。
電池單元陣列110及單元框架120經建構以使得多個電池單元110在側向方向上安置成安裝於單元框架120中，在所述多個電池單元中，定位於圓柱形電池單元的兩端的電極端子(圖2中的20)朝向相同方向定位。
連接構件200中的每一者為匯流排，所述匯流排結合至電池單元陣列110及單元框架120中的每個電池單元110的電極端子111，且連接至電池單元陣列110及單元框架120以使一個或
兩個電池單元110連接至彼此。
另外，連接構件200中的每一者為導電金屬板，且例如為藉由使具有低電阻的銅與導電金屬(例如由下述者所組成的族群中選出的至少一個：鋅、鎳、鋁、鉑、鉛、錫以及不鏽鋼)成為合金所形成的複合材料。
作為一實例，連接構件200可為含有98重量%的銅、1重量%的鎳以及1重量%的錫的合金材料。
作為另一實例，連接構件200可為含有97重量%的銅及3重量%的錫的合金材料。
對比而言，連接構件200可為含有90重量%的銅及10重量%的鋅的合金材料。
然而，此等為在本發明的範圍內所選擇的實例，且本發明的連接構件200不限於此。
在下文中，將參看圖7更詳細地描述耦接至電池單元110的一個電極端子111的連接構件200的形狀。
在連接構件200中，在豎直方向及水平方向上的多個槽210、槽220、槽230以及槽240經穿孔。特定言之，在連接構件200中，水平槽240經穿孔以連接豎直槽210、豎直槽220以及豎直槽230，且在連接構件200中，豎直槽210、豎直槽220以及豎直槽230經穿孔以彼此隔開。
連接構件200亦包含設置在豎直槽210、豎直槽220以及豎直槽230當中的相鄰豎直槽之間的第一電阻焊接元件310及第二電阻焊接元件320。
相對於水平槽240將第一電阻焊接元件310及第二電阻
焊接元件320劃分成處於上部方向的第一焊接元件311及第一焊接元件321以及處於下部方向的第二焊接元件312及第二焊接元件322。
因此，在連接構件200中，作為獨立焊接部分的第一電阻焊接元件310及第二電阻焊接元件320電阻焊接至電池單元110的電極端子111。
因此，連接構件200與電池單元110的電極端子111二次結合，且電池模組100藉由連接構件200與電池單元110的電極端子111的二次結合而形成穩定連接，從而使得電極端子111與連接構件200之間的結合形狀由於諸如振動及衝擊的外力引起諸如變形及損壞的缺陷的可能性顯著降低。
豎直槽210、豎直槽220以及豎直槽230包含：連接至水平槽240的一端的第一槽210、連接至水平槽240的另一端的第二槽220以及穿過第一槽210與第二槽220之間的水平槽240的第三槽230。
在此情況下，第三槽230垂直於水平槽240。
第一電阻焊接元件310設置在第一槽210與第三槽230之間。
第二電阻焊接元件320設置在第二槽220與第三槽230之間。
第一電阻焊接元件310藉由其間的水平槽240劃分成第一焊接元件311及第二焊接元件312。
第二電阻焊接元件320藉由其間的水平槽240劃分成第一焊接元件311及第二焊接元件312。
第三槽230比第一槽210或第二槽220長10%。
第一槽210及第二槽220具有相同長度且具有相對於連接至水平槽240的部分以預定角度t彎曲的楔形。楔形的內角約為120。。
將描述自第一槽210及第二槽220的楔形獲得的益處。
與具有直線形狀的第一槽210相比，形成於楔形第一槽210與第三槽230之間的第一電阻焊接元件310具有較大面積。
此意指電池單元110的電極端子111的接觸面積較大，且進一步意指電極終端111及連接構件200的導電效率極佳。自形成於第二槽220與第三槽230之間的第二電阻焊接元件320獲得相同益處。
同時，圖8示出圖6及圖7的連接構件200的焊接方法的示意圖。
參看圖8連同圖6及圖7，將描述根據本發明的連接構件的結構益處及用於將連接構件焊接至電極端子的方法。
首先，連接構件200的益處在於：當處於豎直方向上的第一槽210、第二槽220以及第三槽230連接至水平槽240時，焊接部分設置為第一電阻焊接元件310及第二電阻焊接元件320的兩個獨立單元，且因此在電阻焊接時，無功電流C2的施加路徑藉由待繞行的第一槽210、第二槽220以及第三槽230阻擋。
特定言之，在將焊條安置於與第一槽210相鄰的第一電阻焊接元件310中的第一焊接元件311及第二焊接元件312中並對其進行加壓之後，當將電壓施加至焊條時，形成自第一焊接元件311經由電極端子111施加至第二焊接元件312的有功電流C1。
亦即，即使第一焊接元件311及第二焊接元件312經水平槽240分開，第一焊接元件311及第二焊接元件312仍緊密黏合至電極端子111，使得將轉換為實際熱能的有功電流C1自第一焊接元件311直接施加至第二焊接元件312。
第一焊接元件311及第二焊接元件312由在此過程期間形成的電阻及由此產生的熱量熔融，使得連接構件200的第一電阻焊接元件310，更特定言之，第一焊接元件311及第二焊接元件312結合至電極端子111。
然而，在此過程期間，不穿過電極端子111的無功電流C2額外地形成於焊條之間。
此處，除第一焊接元件311及第二焊接元件312之外，整個連接構件200並未緊密黏合至電極端子111，使得電極端子111的界面電阻在整個連接構件200中形成為較高。
因此，除具有相對較高電阻的界面之外，僅經由具有低電阻的連接構件200施加無功電流C2。
然而，在根據本發明的連接構件200中，由於第一電阻焊接元件310的第一焊接元件311被水平槽240、第一槽210以及第三槽230阻擋，因此無功電流C2沿待施加的第一槽210的邊緣繞行至第二焊接元件312。
出於此原因，在電阻焊接時，有功電流C1及無功電流C2未集中至第一電阻焊接元件310及其邊緣。換言之，無功電流C2包含於有功電流C1中的過電流並未形成於作為實際焊接部分的第一電阻焊接元件310中，從而使得由於過電流引起的諸如連接構件200的毀壞、斷裂，以及焊接質量劣化的問題可得以解決。上
述過程定義為初始結合步驟。
接著，在與第三槽230相鄰的第二電阻焊接元件320中，在將焊條安置於第一焊接元件321及第二焊接元件322中並對其進行加壓之後，當將電壓施加至焊條時，形成自第二電阻焊接元件的第一焊接元件321經由電極端子111施加至第二焊接元件322的有功電流C1。
第二電阻焊接元件320的第一焊接元件321及第二焊接元件322經在此過程期間形成的電阻及由此產生的熱量熔融，使得連接構件200的第二電阻焊接元件320額外地結合至電極端子111。上述過程定義為額外結合步驟。
亦即，由於根據本發明的連接構件200在設置於此單元中的相應電阻焊接元件310及電阻焊接元件320中結合至電極端子111，因此可建立與電極端子111的二重結合。
然而，由於已經結合的第一電阻焊接元件310及電極端子111實質上彼此形成一體，因此在第二電阻焊接元件320的焊接過程期間，可經由已經結合的第一電阻焊接元件310及電極端子111施加無功電流。
因此，除已經結合的第一電阻焊接元件310及電極端子20以及第二電阻焊接元件320的第一焊接元件321及第二焊接元件322之外，界面電阻在整個連接構件200中形成為相對較高。
因此，當焊接第二電阻焊接元件320時，除具有相對較高電阻的界面之外，經由具有低電阻的連接構件200或已經結合且實質上不具有界面電阻的第一電阻焊接元件310施加無功電流C2。
然而，在根據本發明的連接構件200中，由於第三槽230劃分開第二電阻焊接元件320及第一電阻焊接元件310，因此使無功電流C2沿第三槽230的邊緣繞行，且接著經由第一電阻焊接元件310的第一焊接元件311及第二焊接元件312將其施加至第二電阻焊接元件320的第二焊接元件322。
出於此原因，即使額外地執行電阻焊接，有功電流C1及無功電流C2未集中至第二電阻焊接元件320及其邊緣。換言之，即使執行電阻焊接兩次，仍可解決產生過電流且由於過電流而使連接構件200損壞或焊接質量劣化的問題。
同時，圖9示出根據本發明的另一例示性實施例的連接構件的平面視圖。
參看圖9，連接構件400包含作為豎直槽的第一槽410、第二槽420以及第三槽430，及水平槽440。第一槽410連接至水平槽440的一端。第二槽420連接至水平槽440的另一端。穿過水平槽440的第三槽430可在第一槽410與第二槽220之間經穿孔。
第一電阻焊接元件401設置在第一槽410與第三槽430之間。第二電阻焊接元件402設置在第二槽420與第三槽430之間。第三槽430比第一槽410或第二槽420長10%。
第一槽410及第二槽420可具有在平面視圖中具有曲線的圓形。
具有如上文所描述的結構的第一槽410及第二槽420的益處在於電流施加距離比直線的電流施加距離更長。
第三槽430比第一槽410或第二槽420長約10%，且相
對於呈直線的待穿孔的水平槽440形成約110度的角。
根據此結構，第三槽430相對於水平槽440傾斜，使得繞行至第三槽430的無功電流的施加路徑可相對延伸。
雖然已經描述並說明本發明的特定實例，但本發明不限於所描述的實例，且對本領域的技術人員顯而易見的是可在不脫離本發明的精神及範圍的情況下進行各種改變及修改。因此，改變及修改並未單獨地根據本發明的技術精神或視角進行解釋，且意欲所修改的實施例落入本發明的申請專利範圍的範圍中。
儘管已結合目前視為實用例示性實施例的內容來描述本發明，但應理解本發明不限於所揭露的實施例，而相反地，本發明意欲涵蓋包含在所附申請專利範圍的精神及範圍內的各種修改及等效配置。
如上文所描述，根據本發明的電池模組的益處在於：連接構件包含三個或大於三個豎直槽及連接三個槽的水平槽。
連接構件經由兩次或大於兩次電阻焊接結合至電極端子以形成極佳的焊接質量及結合形狀。因此，在包含連接構件的本發明的電池模組中，基於電池單元的電極端子及連接構件結合兩次或大於兩次的結構，電池單元與連接構件之間的電性連接結構不論諸如振動或衝擊的外力如何仍可保持穩定。
另外，在根據本發明的電池模組之製造方法中，對設置於連接構件中的電阻焊接元件執行兩次或大於兩次電阻焊接，使得連接構件及電極端子二次結合以實施穩定的結合結構。另外，在電阻焊接元件的焊接過程期間，無功電流的施加路徑被作為待繞行
的豎直槽的第一槽及第三槽阻擋，使得儘管進行兩次電阻焊接仍可避免由於過電流引起的連接毀壞。
111:電極端子
200:連接構件
210:豎直槽/第一槽
220:豎直槽/第二槽
230:豎直槽/第三槽
240:水平槽
310:第一電阻焊接元件
311、321:第一焊接元件
312、322:第二焊接元件
320:第二電阻焊接元件
t:預定角度
Claims (12)
- 一種電池模組，包括：至少一個電池單元陣列，其中多個電池單元在側向方向上安置成安裝於單元框架中，在所述多個電池單元中，安置於所述電池單元的兩端的電極端子朝向相同方向定位；以及多個連接構件，在所述電池單元陣列的上部部分及/或下部部分結合至所述電池單元陣列中的每一電池單元的所述電極端子，其中所述連接構件是金屬板，在所述金屬板中彼此隔開的至少三個豎直槽及穿過所述豎直槽中的至少一者的水平槽經穿孔，其中所述連接構件包含設置於所述豎直槽當中的相鄰豎直槽之間的兩個或大於兩個電阻焊接元件，相對於所述水平槽將所述電阻焊接元件中的每一者劃分成處於上部方向的第一焊接元件及處於下部方向的第二焊接元件；以及設置於所述連接構件中的所述兩個或大於兩個電阻焊接元件結合成電阻焊接至所述電池單元的所述電極端子，其中自所述第一焊接元件至所述第二焊接元件的電流施加路徑沿所述豎直槽繞行，其中所述豎直槽包含：連接至所述水平槽的一端的第一槽；連接至所述水平槽的另一端的第二槽；以及穿過所述第一槽與所述第二槽之間的所述水平槽的第三槽，且其中所述第三槽比所述第一槽或所述第二槽長。
- 如申請專利範圍第1項所述的電池模組，其中所述金屬板包含作為第一材料的銅及作為第二材料的由鋅、鎳、鋁、鉑、鉛、錫以及不鏽鋼所組成的族群中選出的至少一個金屬的合金。
- 如申請專利範圍第1項所述的電池模組，其中所述第三槽垂直於所述水平槽。
- 如申請專利範圍第1項所述的電池模組，其中所述第三槽相對於所述水平槽形成20度至160度的角。
- 如申請專利範圍第1項所述的電池模組，其中所述第一槽及所述第二槽垂直於所述水平槽。
- 如申請專利範圍第1項所述的電池模組，其中：所述第一槽及所述第二槽具有相對於連接至所述水平槽的一部分彎曲的楔形，且所述楔形的內角為120度或大於120度且小於180度。
- 如申請專利範圍第1項所述的電池模組，其中所述第一槽及所述第二槽藉由平面視圖上的曲線連接至所述水平槽。
- 如申請專利範圍第1項所述的電池模組，其中所述第三槽的長度大於所述第一槽或所述第二槽的長度的100%且小於所述第一槽或所述第二槽的長度的130%。
- 如申請專利範圍第1項所述的電池模組，其中所述電池單元是圓柱形電池單元，所述圓柱形電池單元嵌入於圓柱形金屬罐中，所述圓柱形金屬罐中嵌入有電極組件及電解溶液且隨後將金屬罐閉合且密封以作為頂蓋組件。
- 一種用於如申請專利範圍第1項至第9項中任一項所述的電池模組之製造方法，所述方法包括： 將連接構件加壓至電池單元的電極端子；藉由將焊條安置於與第一槽相鄰的電阻焊接元件的第一焊接元件及第二焊接元件中且形成穿過所述焊條之間的所述電極端子的有功電流來使所述電阻焊接元件與所述電極端子初始地結合；以及將所述焊條安置於與第二槽相鄰的所述電阻焊接元件的所述第一焊接元件及所述第二焊接元件中且形成穿過所述焊條之間的所述電極端子的所述有功電流以使所述電阻焊接元件與所述電極端子額外地結合。
- 如申請專利範圍第10項所述的用於電池模組之製造方法，其中在所述初始結合中，不穿過所述電極端子的無功電流額外地形成於所述焊條之間，以及所述無功電流自所述第一焊接元件沿所述連接構件的所述第一槽的邊緣施加至所述第二焊接元件。
- 如申請專利範圍第10項所述的用於電池模組之製造方法，其中在所述額外結合中，不穿過所述電極端子的無功電流額外地形成於所述焊條之間，所述無功電流自所述第一焊接元件沿所述連接構件的所述第三槽的邊緣施加至所述第二焊接元件，以及在施加電流時，所述無功電流穿過在初始結合中結合的所述電極端子。
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