具有可擴(kuò)展結(jié)構(gòu)的棱形電池組模塊的制作方法
【專利摘要】一種電池系統(tǒng)，包括：多個(gè)子單元，每一個(gè)子單元包括散熱器和第一電池組電池和第二電池組電池，每一個(gè)電池具有關(guān)于各自的電池的中線對稱地安置的兩個(gè)電壓端子，其中電池被安排為電池的端子被沿著兩排排列，并且順從的襯墊在第一和第二電池之間，并與第一和第二電池?zé)峤佑|；相同的母線支撐件的數(shù)量等于所述多個(gè)子單元的數(shù)量，每一個(gè)母線支撐件具有至少兩個(gè)槽，且被安裝到所述子單元中相應(yīng)的不同的子單元上，電池的所述端子的每一個(gè)都延伸穿過各自的槽；以及多個(gè)雙金屬母線，每一個(gè)雙金屬母線都由母線支撐件的不同的相應(yīng)的子集支撐，并且被直接電連接到每一個(gè)模塊的每一個(gè)電池的第一或第二端子，那些母線支撐件被安裝到所述模塊上。
【專利說明】具有可擴(kuò)展結(jié)構(gòu)的棱形電池組模塊
[0001]本申請是申請日為2010年2月12日、申請?zhí)枮?01080000567.9 (國際申請?zhí)枮镻CT/US2010/020633)、發(fā)明名稱為“具有可擴(kuò)展結(jié)構(gòu)的棱形電池組模塊”的發(fā)明專利申請的
分案申請。
[0002]相關(guān)申請的交叉引用
[0003]本申請照35U.S.C.§ 119(e)要求以下申請的優(yōu)先權(quán):2009年I月12日提交的且標(biāo)題為 “Prismatic Battery Module With Scalable Architecture” 的美國臨時(shí)申請第 61/143976 號，2009 年 12 月 I 日提交的、標(biāo)題為 “Prismatic Battery Module WithScalable Architecture”的美國專利申請第12/628，809號，2009年12月I日提交的、標(biāo)題為 “Busbar Supports And Methods Of Their Use for Battery Systems，，的美國專利申請第 12/628，786 號，2009 年 12 月 I 日提交的、標(biāo)題為“Structure of Prismatic BatteryModules with Scal able Architecture”的美國專利申請第12/628，733號，以上專利申請的全部內(nèi)容在此通過引用并入。
[0004]本申請還涉及與此同時(shí)提交的以下申請，以下申請的全部內(nèi)容在此通過引用并入:
[0005]2009 年 12 月 I 日提交的、標(biāo)題為 “Methods of Welding Battery Terminals” 的美國專利申請第12/928,699號，
[0006]2009 年 12 月 I 日提交的、標(biāo)題為 “Safety Venting Mechanism For Batteries”的美國專利申請第12/628，713號，
[0007]2009 年 12 月 I 日提交的、標(biāo)題為 “B1-metallic Busbar Jumpers for BatterySystems”的美國專利申請第12/628，780號，
[0008]2009年12月I日提交的、標(biāo)題為“Fuse For Battery Cells”的美國專利申請第12/628，796 號，
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0009]本發(fā)明涉及電池組模塊(battery module)和用于制造電池組模塊的可擴(kuò)展結(jié)構(gòu)?！颈尘凹夹g(shù)】
[0010]“電池組模塊”是通常安裝在“電池包(battery pack)”內(nèi)的子組件，所述電池包是安裝在地面、水上或航空的交通工具中的組件。這些交通工具通常具有各種高電力負(fù)荷，例如驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)的計(jì)算機(jī)控制的功率變換器，所述電動(dòng)機(jī)用于交通工具的推進(jìn)或某種形式的機(jī)械驅(qū)動(dòng)(mechanical actuation)。
[0011]電業(yè)公司還可使用一大批電池組模塊來幫助補(bǔ)償局部配電網(wǎng)絡(luò)最壞情況的供應(yīng)波動(dòng)事件。模塊安裝在“電池站(battery station)”內(nèi)，所述電池站是被固定在混凝土基礎(chǔ)上的、大的、剛性的、固定的、不受天氣影響的、氣候控制的外殼(enclosure)。模塊經(jīng)架子安裝并電連接到站臺(tái)(dock)，以便任一模塊可被快速連接或分離。
[0012]電池包和電池站通常具有在其內(nèi)部分安裝的其他子組件和元件，目的是將完整的成品電池包交付給交通工具制造廠或完整的成品電池站交付給電力公司。這些子組件和元件包括電子傳感器模塊、電子控制模塊、電子充電模塊、電子接口連接器、電子熔斷器、電子組合線束和熱量管理裝置。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0013]一般地，在一方面，具有可擴(kuò)展的結(jié)構(gòu)的電池組系統(tǒng)包括一組子單元，所述子單元中的每一個(gè)包括散熱器和電池組電池，所述電池組電池具有頂端和第一電壓端子和第二電壓端子，所述第一電壓端子和所述第二電壓端子都延伸出所述電池組電池的所述頂端，每一個(gè)電池組電池的所述第一端子和所述第二端子關(guān)于那個(gè)電池組電池的中線被對稱地安置，其中所述多個(gè)子單元中的所有所述電池組電池被安排為使得所述電池組電池的第一電壓端子被沿著第一排排列并且所述電池組電池的第二電壓端子被沿著第二排排列。該系統(tǒng)還包括一組相同的母線支撐件，所述母線支撐件的數(shù)量等于所述多個(gè)子單元的數(shù)量，其中每一個(gè)母線支撐件都具有兩個(gè)槽，并且被安裝到相應(yīng)的子單元上，用于那個(gè)子單元的所述電池組電池的所述第一端子和所述第二端子中的每一個(gè)都延伸透過所述兩個(gè)槽中相應(yīng)的不同的一個(gè)槽。該系統(tǒng)還包括一組雙金屬母線，每一個(gè)都由母線支撐件來支撐，并被直接電連接到每一個(gè)模塊的每一個(gè)所述電池組電池的第一端子或第二端子，那些母線支撐件被安裝到所述模塊上。
[0014]其他實(shí)施方式包括一個(gè)或多個(gè)以下特征。該系統(tǒng)中所用的電池組電池是棱形電池組電池。端子的第一排和第二排都處于該電池組系統(tǒng)的相同側(cè)。除了所述子單元的所述電池組電池中的每一個(gè)關(guān)于所述電池的中線的定向外，所述多個(gè)子單元中的每一個(gè)都與彼此相同。除了所述散熱器中一個(gè)散熱器之外，其他散熱器都與彼此相同。所述多個(gè)母線中的每一個(gè)都電連接相同排中的至少兩個(gè)相鄰的端子。
[0015]在某些實(shí)施方式中，該電池組系統(tǒng)包括兩個(gè)壓板，其中所述子單元被安排作為所述壓板之間的堆疊。在一個(gè)這種實(shí)施方式中，一個(gè)或多個(gè)兼容的墊位于所述第一壓板和所述相鄰子單元之間。在另一個(gè)這種實(shí)施方式中，帶圍繞所述第一壓板和所述第二壓板和所述子單元。
[0016]在該電池組系統(tǒng)的實(shí)施方式中，所述多個(gè)子單元中的每一個(gè)還包括第二電池組電池，所述第二電池組電池具有頂端和第一電壓端子和第二電壓端子，所述第一電壓端子和所述第二電壓端子都延伸出所述第二電池組電池的所述頂端，每一個(gè)第二電池組電池的所述第一端子和所述第二端子都關(guān)于那個(gè)電池組電池的中線被對稱地安置，其中所述多個(gè)子單元中的所述第二電池組電池的每一個(gè)都被安排為使得所述第二電池組電池的第一電壓端子沿著所述第一排排列并且所述第二電池組電池的第二電壓端子沿著所述第二排排列。
[0017]一般地，在另一個(gè)方面，電池組系統(tǒng)包括多個(gè)電池組子單元，每一個(gè)子單元包括散熱器和至少一個(gè)具有正極端子和負(fù)極端子的電池組電池；多個(gè)母線支撐件，所述母線支撐件的數(shù)量等于所述多個(gè)電池組子單元的數(shù)量，并且每一個(gè)母線支撐件都被安裝到所述多個(gè)子單元中相應(yīng)的不同的一個(gè)子單元的所述散熱器上，每一個(gè)母線支撐件包括第一槽和第二槽，用于那個(gè)子單元的至少一個(gè)所述電池組電池的所述正極端子穿過所述第一槽，用于那個(gè)子單元的至少一個(gè)所述電池組電池的所述負(fù)極端子穿過所述第二槽，所述多個(gè)母線支撐件包括第一母線支撐件；第一母線，其位于上方且至少部分地由所述第一母線支撐件保持且被電連接到穿過所述第一母線支撐件中的所述第一槽的所述負(fù)極端子；以及第二母線，其位于上方且至少部分地由所述第一母線支撐件保持且被電連接到穿過所述第一母線支撐件中的所述第二槽的所述正極端子。
[0018]其他實(shí)施方式包括一個(gè)或多個(gè)下列特征。其中第一母線支撐件包括將槽緊夾在散熱器中的閂。其中所述第一母線支撐件包括熱控管和熱控管至少部分地處于其中的端口。其中電池組系統(tǒng)還包括母線蓋子，其中所述第一母線支撐件包括所述母線蓋連接到其上的接受器。其中所述第一母線支撐件包括配線處于其中的通道和至少部分地將所述配線保留在所述通道中的柔性指狀物。其中第一母線支撐件包括處于第一母線和相應(yīng)子單元的電池組的正極端子之間的主體。其中電池組電池是棱形的電池組電池。
[0019]一般地，在另一方面，制造電池組的方法包括:將第一電池組電池安裝到散熱器上，其中所述電池組電池具有第一端子；將母線支撐件連接到所述散熱器上，其中所述母線支撐件包括所述第一端子穿過其中的第一槽；提供具有U形部分的母線，所述U形部分界定通道且特征在于在所述U形部分的一端的彎曲角，所述母線至少在所述彎曲角的附近還具有減少反射率的處理；將所述母線安裝到所述母線支撐件，所述母線支撐件固定所述母線使得所述第一電池組端子被安置在由所述U形部分所形成的所述通道中，使得所述端子的頂部接近所述彎曲角；將激光束指向所述U形部分的所述彎曲角；以及使用所述激光束，在所述彎曲角熔化所述母線且在所述母線和所述第一電池組端子的所述頂端之間形成冶金
[0020]在某些實(shí)施方式中，所述激光束指向?qū)嵸|(zhì)上正面對著所述電池組電池端子的端部的角度。在某些這些實(shí)施方式中，所述激光束以平行于所述通道的行進(jìn)方向移動(dòng)，其中在一些實(shí)施方式中，所述激光束指向稍小于垂直所述行進(jìn)方向的角度。在這些某些實(shí)施方式的一些其他實(shí)施方式中，所述處理包括鎳和錫中一個(gè)或多個(gè)的涂覆。但是其他特定實(shí)施方式還包括通過將第一母線段接合到第二母線段來形成所述母線，其中所述第一段由第一金屬制成，且所述第二段由不同于所述第一金屬的第二金屬制成。其中在一些實(shí)施方式中，在將所述母線連接到所述端子之前，將所述第一母線段超聲波焊接到所述第二母線段。
[0021]一般地，在另一方面，電池組系統(tǒng)包括被以堆疊安排的多個(gè)電池組子單元，其中所述多個(gè)電池組子單元中的每一個(gè)電池組子單元都包括處于一順序中的第一電池組電池、散熱器、第二電池組電池和順從的襯墊，所述散熱器在所述第一電池組電池和所述第二電池組電池之間，且與所述第一電池組電池和所述第二電池組電池?zé)峤佑|，且所述順從的襯墊與所述第二電池組電池鄰接。在一些實(shí)施方式中，電池組電池是棱形的電池。
[0022]在電池組系統(tǒng)的實(shí)施方式中，所述多個(gè)電池組子單元被以所述堆疊安排，一個(gè)子單元的所述順從的襯墊與相鄰的電池組子單元的所述第一電池組電池接觸。
[0023]在該系統(tǒng)的某些實(shí)施方式中，所述散熱器中的每一個(gè)與其他散熱器中的每一個(gè)實(shí)質(zhì)上相同。
[0024]實(shí)施方式包括其中的電池組系統(tǒng)還包括散熱器，其安置在所述堆疊的第一端，與所述相鄰的電池組子單元的所述第一電池組電池?zé)峤佑|。
[0025]在實(shí)施方式中，所述多個(gè)電池組子單元的第一電池組子單元的所述散熱器包括底面和連接到所述底面的側(cè)面，其中所述側(cè)面與所述底面近似成直角。一些這種實(shí)施方式包括下列特征。其中所述側(cè)面由所述散熱器中的近似90度的彎曲部形成。其中所述側(cè)面由所述散熱器中的三個(gè)平行的和近似90度的彎曲部形成，并且其中所述三個(gè)彎曲部形成凹槽，所述凹槽容納相鄰散熱器的所述側(cè)面的上邊緣。
[0026]在該系統(tǒng)的一些實(shí)施方式中，第一子單元的所述第一電池組電池包括柔性側(cè)壁，并且其中所述第一子單元的所述散熱器包括齒結(jié)構(gòu)，所述齒結(jié)構(gòu)遠(yuǎn)離所述散熱器并朝向所述第一電池組電池的所述側(cè)壁延伸，并且其中所述齒結(jié)構(gòu)包括遠(yuǎn)端，所述遠(yuǎn)端足夠鋒利，以在所述第一電池組電池的所述柔性側(cè)壁由于在所述第一電池組電池內(nèi)積聚過壓而相對于所述齒結(jié)構(gòu)被施加力時(shí)刺破所述第一電池組電池的所述柔性側(cè)壁。
[0027]某些實(shí)施方式還包括安裝到所述第一子單元的所述散熱器上的母線支撐件，其中所述第一子單元的所述第一電池組電池包括柔性側(cè)壁，并且其中所述母線支撐件包括齒結(jié)構(gòu)，所述齒結(jié)構(gòu)遠(yuǎn)離所述散熱器并朝向所述第一電池組電池的所述側(cè)壁延伸，并且其中所述齒結(jié)構(gòu)包括遠(yuǎn)端，所述遠(yuǎn)端足夠鋒利，以在所述第一電池組電池的所述柔性側(cè)壁由于在所述第一電池組電池內(nèi)積聚過壓而相對于所述齒結(jié)構(gòu)被施加力時(shí)刺破所述第一電池組電池的所述柔性側(cè)壁。
[0028]在附圖和以下的說明書中提出了本發(fā)明的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施方案的細(xì)節(jié)。從說明書和附圖以及從權(quán)利要求書中，本發(fā)明的其他特征、目的和優(yōu)點(diǎn)將是明顯的。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0029]為了更完全地理解本發(fā)明的性質(zhì)和目的，應(yīng)當(dāng)結(jié)合附圖參考以下的詳細(xì)描述，在附圖中，相同的參考數(shù)字用于表示相同的或類似的部件，其中:
[0030]圖1顯示電池組模塊。
[0031]圖2顯示具有母線蓋和除去母線以及電池子組件被暴露的電池組模塊。
[0032]圖3顯示棱形電池組電池(battery cell)。
[0033]圖4顯示棱形電池組電池的拉鏈熔斷器。
[0034]圖5顯示電池子組件的更詳細(xì)的視圖。
[0035]圖6顯示電池子組件的另一視圖。
[0036]圖7顯示可選擇的散熱器和電池子組件。
[0037]圖8顯示另一可選擇的散熱器和電池子組件。
[0038]圖9顯示具有連接的減壓齒(pressure relief teeth)的散熱器。
[0039]圖10顯示電池組模塊壓板的視圖。
[0040]圖11顯示電池組模塊的帶元件的一部分。
[0041]圖12顯示連接至電池組模塊中的電池子組件、包括降低高度的電池子組件的若干母線支撐件。
[0042]圖13A顯示連接至散熱器的母線支撐件。
[0043]圖13B顯示支撐一個(gè)電池組電池的可選擇的母線支撐件。
[0044]圖14顯示連接至電池組模塊中的電池子組件、每個(gè)保留至少一部分母線跳線的若干母線支撐件。
[0045]圖15顯示母線跳線的側(cè)貌。
[0046]圖16顯示關(guān)于壓板和電池子組件的母線端子。
[0047]圖17顯示連接至壓板和母線橋接器的母線端子。[0048]圖18顯示具有用于配線連接的夾子的兩種變化的母線端子。
[0049]圖19顯示配線連接夾子的側(cè)視圖。
[0050]圖20顯示用于連接熱控管的支撐夾。
[0051]圖21顯示母線蓋的局部剖視圖。
[0052]圖22顯示一類并入可擴(kuò)展結(jié)構(gòu)的電池組模塊。
[0053]圖23顯示減壓齒。
[0054]圖24顯示可用于獲得多種電池組模塊配置的母線元件的若干排列。
[0055]圖25顯示關(guān)于母線元件的焊接激光的配置的視圖。
[0056]圖26顯示母線元件連接至電池組電池端子之前和之后的視圖
【具體實(shí)施方式】
[0057]電池組模塊是由電池子組件的組件組成，每個(gè)子組件包括棱形電池組電池，其中所述電池與模塊中的其他電池電連接以形成電池組模塊。術(shù)語“棱形”是指本文描述的電池組電池的形狀并且它區(qū)分本文的模塊與具有圓柱形電池組電池的其他模塊。
[0058]圖1顯示具有負(fù)極端子20和正極端子21的電池組模塊10。電池組模塊10包括一個(gè)或多個(gè)電池子組件30。如以下更詳細(xì)地描述，電池子組件是基本的結(jié)構(gòu)單元，由該結(jié)構(gòu)單元可構(gòu)建任意規(guī)模的電池組模塊。電池子組件包括棱形電池組電池(未顯示)，每個(gè)電池組電池提供部分電池組的電功率和存儲(chǔ)容量。通過壓板50和帶51使電池子組件30保持在一起。壓板50作為電池組模塊的安裝機(jī)構(gòu)，并且包括一個(gè)或多個(gè)安裝通道52以允許模塊接受硬(未顯示)件，從而以多種安裝方向、在例如電池包外殼內(nèi)或在電池站的架子上安裝電池組模塊10。單獨(dú)的電池組電池通過母線并聯(lián)和/或串聯(lián)地電連接(以下描述)，所述母線使電池互相連接并連接至電池組(battery)的端子，以上所有均在電池組模塊的一側(cè)。電池組模塊10的另一側(cè)用一個(gè)或多個(gè)母線蓋子40覆蓋。
[0059]圖2顯示電池組模塊10，母線和母線蓋被除去以展現(xiàn)電池子組件30內(nèi)部視圖。每個(gè)子組件包括一個(gè)或兩個(gè)棱形電池組電池300，每個(gè)電池具有正極端子301和負(fù)極端子302。端子301和端子302通過母線跳線(未顯示)串聯(lián)和/或并聯(lián)地電連接。母線端子(也未顯示)使某些電池組端子連接至電池組模塊的負(fù)極端子20或正極端子21。
[0060]本文所述的棱形電池組模塊具有一組相同的電池。每個(gè)模塊的電池?cái)?shù)量和模塊的電連接配置(并聯(lián)計(jì)數(shù)對串聯(lián)計(jì)數(shù))定義了該模塊的電特征和性能級別(performancerating)。例如，具有‘23S3P’配置的模塊具有六十九(69)個(gè)電池，二十三(23)個(gè)串聯(lián)電連接的子組和在每個(gè)子組中并聯(lián)電連接的三(3)個(gè)電池。取決于配置，電池組模塊可包括偶數(shù)個(gè)或奇數(shù)個(gè)電池組電池。
[0061]棱形電池纟目電池
[0062]圖3顯示棱形電池組電池300。棱形電池具有兩個(gè)大的平面，頂面306和底面307(不可見)，所述兩個(gè)大的平面基本上互相平行并且用于模塊內(nèi)的機(jī)械保持和熱量管理。電池的外殼可被稱為“袋”，因?yàn)樗欠莿傂缘娜嵝云?，該柔性片被折疊并被結(jié)合以產(chǎn)生有成本效益的、環(huán)境密封的罩。所述袋的材料是用聚合物涂覆兩面的薄鋁箔。所述袋在下緣被折疊，這提供了密封邊界303。使聚合物涂覆的袋在兩側(cè)形成熱結(jié)合的凸緣，這又形成兩個(gè)密封邊界304和305。這種安排減少了模塊的物理體積而不降低凈性能。選擇側(cè)面凸緣的尺寸以便保證長期的堅(jiān)固性。電池的側(cè)面凸緣被折疊以產(chǎn)生緊湊的寬度。
[0063]電池的兩個(gè)平的接線端(electrical terminal),正極端子301和負(fù)極端子302從所述袋的邊緣中之一伸出并且所述端子是使用電絕緣的聚合物周邊密封而環(huán)境密封的。將袋的端子邊緣余下的部分熱結(jié)合以產(chǎn)生第四個(gè)環(huán)境密封的邊界，該邊界完成了電池的周邊密封。將端子相對于中心軸315對稱設(shè)置，并且優(yōu)選地，端子在電池組電池的中心平面中。因此，電池組電池300可繞中心軸315被“翻轉(zhuǎn)”180度，結(jié)果是每個(gè)端子均在相對的端子在“翻轉(zhuǎn)”電池前所處的相同的位置(相對于朝向包括電池端子的邊緣、沿軸315觀察該電池)。這種對稱性允許堆疊一連串電池而不考慮負(fù)極端子是在左側(cè)還是右側(cè)(如沿中心軸315觀察)，并且在每個(gè)方向上，所得一排排的端子將各自被排列成整齊的排，并因此可容易地互相連接。特別地，可通過以下方法以串聯(lián)連接和并聯(lián)連接的不同的組合建立電池組模塊:(I)選擇性地使電池組電池定向以便在相鄰電池組電池的相同的左側(cè)/右側(cè)上的端子具有相同的或相反的極性；和(2)使用母線元件(以下描述)使這些相鄰的端子的組電連接，在相反極性的端子之間的連接形成串聯(lián)配置而在相同極性的端子之間的連接形成并聯(lián)配置。負(fù)極端子的材料是銅而正極端子的材料是招，以符合(compliment)電池的化學(xué)和內(nèi)部結(jié)構(gòu)。端子長度與其他商業(yè)可得的設(shè)計(jì)相比是小的。在標(biāo)題為“母線元件”的小節(jié)中闡明了使用緊湊的端子的可能。為了說明的目的，將輔助性的負(fù)號和正號加入圖3的電池中。
[0064]如果發(fā)生最壞情況的電過載事件，電池組電池的非剛性的柔性袋將物理地膨脹。作為減壓排氣部件309的替換或與其結(jié)合，可通過使用安裝在電池外部的“齒”而提供在電過載事件期間的減壓(還稱為排氣)。如果電池將膨脹至與其接觸，則齒將以可控的方式刺破電池。齒在以下進(jìn)一步描述。
[0065]圖4顯示被整合至電池組電池300的接線端302的拉鏈熔斷器308。拉鏈熔斷器308包括兩排，每一排由在所述排的一端的槽形孔310和在所述槽形孔310與所述排的另一端之間的圓形孔311組成。該熔斷器被稱為“拉鏈”熔斷器是因?yàn)榭雌饋硐笠粋€(gè)拉鏈。拉鏈熔斷器被并入電池的負(fù)極端子。選擇拉鏈熔斷器槽形孔310和圓形孔311的幾何形狀、數(shù)量和位置以便該熔斷器在特定時(shí)間內(nèi)動(dòng)作(actuate)，防止模塊中相鄰的電池或可能地所有電池的級聯(lián)故障狀況。特別地，熔斷器槽形孔通過使在所述孔周圍區(qū)域附近的電流“熱點(diǎn)”集中而有助于確保熔斷器動(dòng)作的一致模式，以促進(jìn)熔斷器動(dòng)作在那些區(qū)域開始。除了槽夕卜，使用圓形孔尤其有助于在熔斷器動(dòng)作前維持端子的結(jié)構(gòu)完整性。兩排平行的槽形孔和圓形孔的設(shè)置在排之間產(chǎn)生了區(qū)域312，該區(qū)域與端子的余下部分部分地隔熱，這使在熔斷器動(dòng)作期間產(chǎn)生的熱集中而有助于使動(dòng)作更完整和一致。
[0066]電池鉬子鉬件
[0067]圖5顯示一組電池子組件，包括子組件30a和30b。子組件30a包括具有兩個(gè)大平面的散熱器400a以及也具有兩個(gè)大平面的電池組電池300a。電池組電池300a與散熱器400a相鄰安裝以便電池組電池300a的第二個(gè)大平面緊靠散熱器400a的第一個(gè)大平面。子組件30a還包括具有兩個(gè)大平面的順從的襯墊(compliant pad)401a和具有兩個(gè)大平面的第二電池組電池310a。順從的襯墊401a與電池組電池300a相鄰安裝以便電池組電池300a的第一個(gè)大平面緊靠順從的襯墊401a的第二個(gè)大平面。順從的襯墊401a還與電池組電池310a相鄰安裝以便順從的襯墊401a的第一個(gè)大平面緊靠第二電池組電池310a的第二個(gè)大平面。這種排列形成這樣的重復(fù)的“盒式”配置:電池組電池、散熱器、另一電池組電池和順從的襯墊，然后是另一組電池組電池、散熱器、另一電池組電池和順從的襯墊，等等。當(dāng)子組件在壓板之間結(jié)合在一起時(shí)，順從的襯墊401a有助于在子組件之間分配壓力，并允許使用期間電池的膨脹/收縮。類似地，子組件30b與子組件30a相鄰安裝。子組件30b包括具有兩個(gè)大平面的散熱器400b以及也具有兩個(gè)大平面的電池組電池300b。散熱器400b與電池組電池310a相鄰安裝以便電池組電池310a的第一個(gè)大平面緊靠散熱器400b的第二個(gè)大平面。電池組電池300b與散熱器400b相鄰安裝以便電池組電池300b的第二個(gè)大平面緊靠散熱器400b的第一個(gè)大平面。子組件30b也包括具有兩個(gè)大平面的順從的襯墊401b和具有兩個(gè)大平面的第二電池組電池310b。順從的襯墊401b與電池組電池300b相鄰安裝以便電池組電池300b的第一個(gè)大平面緊靠順從的襯墊401b的第二個(gè)大平面。
[0068]如圖5和圖2中所示，所有散熱器在模塊裝配過程中均通過配給的裝配后固化(cure-after-assembly)粘結(jié)劑結(jié)合到相鄰的電池,所述粘結(jié)劑還用于結(jié)合順從的襯墊與相鄰的電池。電池、襯墊和散熱器的組形成每個(gè)模塊的主堆疊(stack)子組件，這促成可擴(kuò)展結(jié)構(gòu)。換句話說，通過僅加上或減去相同的子組件可以容易地改變模塊的大小。所述子組件可如此預(yù)裝配或可以不如此預(yù)裝配，然后后來裝配在一起作為進(jìn)入電池組模塊的主堆疊的子單元。主堆疊的裝配可以一步法實(shí)現(xiàn)，其中所有的電池組電池、散熱器和順從的襯墊在一個(gè)過程中裝配在一起?！白咏M件”的概念是在描述電池組模塊的整體結(jié)構(gòu)時(shí)用作元件的邏輯組的方便的標(biāo)記。
[0069]如圖5所示，每個(gè)電池組電池(例如，300a、310a、300b和310b)安裝在各個(gè)散熱器(例如，400a和400b)上，它們的正極端子按照在端子一端觀察被定向在左邊或右邊。例如，在圖5中，各個(gè)電池組電池300a、310a和300b的負(fù)極端子被定向在圖5的視圖的右邊，而電池組電池310b的正極端子安裝在右邊。電池組電池的組的其他定向(例如，將電池組電池310b翻轉(zhuǎn)180度以便其正極端子和負(fù)極端子互換位置)允許在端子之間串聯(lián)連接或并聯(lián)連接的不同的組合，取決于哪些組的相鄰端子通過母線跳線和端子被電連接，如下所述。
[0070]圖6顯示電池子組件30的視圖，電池組模塊10由該子組件構(gòu)建。圖6顯示連接至電池組電池300的散熱器400，所述電池組電池又連接至順從的襯墊401。圖6未顯示如以上和圖5所描述的連接至順從的襯墊401的相鄰的電池。仍參考圖6，當(dāng)子組件30相鄰于另一子組件被堆疊時(shí)，金屬的散熱器400與兩個(gè)電池300和310接觸。每個(gè)電池通過電池的兩個(gè)平面之一接觸散熱器以促進(jìn)經(jīng)傳導(dǎo)的和強(qiáng)制的對流的熱傳遞的熱量管理。與每個(gè)電池使用一個(gè)散熱器相比，這導(dǎo)致每個(gè)模塊僅需要約一半數(shù)量的散熱器。益處是緊湊的模塊，這樣的模塊相比于其他商業(yè)可得的模塊(其中某些具有較大的和更復(fù)雜的散熱器)具有改善的功率輸出/物理體積比。
[0071]散熱器是由鋁片制成的，所述鋁片是使用標(biāo)準(zhǔn)加工實(shí)踐壓制和形成的。散熱器具有電絕緣的涂層以保證最壞情況的電過載事件不允許至任一或全部散熱器的電短路路徑。優(yōu)選地選擇涂層厚度以便基本上不阻止熱傳遞。可選擇保護(hù)性的涂層和涂覆方法以同時(shí)提供電過載事件期間的電短路保護(hù)、允許有效的熱傳遞和降低成本。
[0072]散熱器的另一功能是在嚴(yán)重的車禍中保護(hù)電池免受外來物體傷害。如前所述，散熱器的形成的翼403套住(nest with)相鄰的散熱器側(cè)面以提供關(guān)于復(fù)雜性、成本和模塊的物理體積的滿意的電池保護(hù)水平。這些翼通過將散熱器的3個(gè)邊緣以大致直角折疊至散熱器的大平面而形成。[0073]現(xiàn)參考圖5，通過在接觸散熱器的大平面的翼附近的區(qū)域使用另外的彎曲部而由散熱器形成凹槽(404a、404b)，以容納相鄰散熱器的翼的一部分。例如，形成凹槽404b以容納一部分翼403a。這使散熱器與其內(nèi)部元件更易于堆疊在彼此頂部上。電池包的外殼可能是碰撞時(shí)主要的保護(hù)屏障，因此散熱器是另一屏障以進(jìn)一步改善電池組模塊的安全性能。
[0074]如果模塊具有奇數(shù)個(gè)電池計(jì)數(shù)，則使用僅包封一個(gè)電池組電池的具有短的形成的翼的第二種散熱器(與包封兩個(gè)電池的“全高”散熱器相對照)，其中第二種散熱器位于子組件的堆疊的一端。在這些奇數(shù)個(gè)電池計(jì)數(shù)的配置中，沒有電池組電池連接至最底部散熱器的底部，如圖5中所示。
[0075]圖7顯示套入相鄰電池子組件421的所述第二種散熱器420。以與全高散熱器連接至相鄰電池相同的方式，散熱器420連接至電池組電池320。圖7還顯示使用兩個(gè)順從的襯墊，422a和422b，該順從的襯墊在模塊的主堆疊的兩端使用，目的是分配并均衡由壓板給予堆疊的夾緊力。如果模塊具有偶數(shù)個(gè)電池計(jì)數(shù)，也使用這樣的第二種散熱器，但偶數(shù)個(gè)電池計(jì)數(shù)還使用第三種散熱器。
[0076]如果模塊具有偶數(shù)個(gè)電池計(jì)數(shù)，還可使用包封僅一個(gè)電池組電池的、具有中等高度的形成的翼的第三種散熱器，其中所述第三種散熱器位于子組件的堆疊的一端，該端與第二種散熱器的端相對。在這些偶數(shù)個(gè)電池計(jì)數(shù)的配置中，這樣的第三種散熱器套住相鄰的散熱器，否則所述散熱器將具有暴露的電池組電池。例如參考圖8，這樣的第三種散熱器430擱在最下面的散熱器429之下以幫助保護(hù)位于散熱器429和430之間的單個(gè)電池組電池321。兩個(gè)順從的襯墊(未顯示)互相鄰近地安裝，并且所述順從的襯墊之一的一側(cè)在模塊的子組件的主堆疊的末端相鄰地安裝到散熱器430。
[0077]雖然這些另外種類的散熱器造成在制造過程中免除(release)并產(chǎn)生另外的元件，但它們完全遵守這樣的原則:散熱器經(jīng)電池的兩個(gè)大平面之一與每個(gè)電池接觸，和在嚴(yán)重的車禍中保護(hù)每個(gè)電池免受外來物體的傷害。
[0078]圖9顯示具有通過散熱器中的孔安裝的壓力釋放齒410和411的散熱器400。定向一個(gè)齒410以便其尖端指向散熱器的連接的電池組電池之一，并且如果第二電池連接至散熱器，另一齒411指向該電池。可在散熱器400的其他位置或在連接至散熱器的母線支撐件上設(shè)置另外的一對齒。齒的材料是模制的塑料并且它被熱打樁(heat-staked)或超聲焊接至壓制的鋁散熱器中的平孔(plain hole)。如果發(fā)生電過載事件，由于快速產(chǎn)生內(nèi)部氣體，電池的非剛性的柔性袋將物理膨脹。當(dāng)其膨脹時(shí)，內(nèi)部壓迫的力將對著齒壓迫袋、刺穿電池并提供內(nèi)壓的可控的減輕。電池組電池具有幫助界定特定區(qū)域的端口，袋可在所述特定區(qū)域中膨脹，并在所述特定區(qū)域中齒的鋒利的尖頭或邊緣至少部分地設(shè)置為在袋膨脹時(shí)將其刺破。雖然電池組電池可沿著多個(gè)膨脹路徑膨脹，但端口幫助界定并促進(jìn)沿著至少一個(gè)這樣的路徑膨脹。袋的膨脹還可通過相對于電池組電池的剩余部分產(chǎn)生膨脹性增加的袋的區(qū)域，而被部分地控制。在某些實(shí)施方案中，所述端口可暴露膨脹性增加的區(qū)域。在任意的這些實(shí)施方案中，齒的鋒利的尖頭沿著至少一個(gè)袋的膨脹路徑設(shè)置。
[0079]圖23顯示壓力釋放齒的兩個(gè)另外可選擇的實(shí)施方案。齒450包括尖頭451和兩個(gè)通道452。齒455包括兩個(gè)尖頭456和從所述尖頭的區(qū)域向遠(yuǎn)處延伸的兩個(gè)通道457。齒455的結(jié)構(gòu)(連同使用鋒利的邊緣代替尖頭的其他實(shí)施方案)可幫助促進(jìn)袋中的“撕開”或裂口的形成以促進(jìn)氣體逸出。在每一個(gè)這種類型的齒中，通道幫助提供氣體從電池組電池逸出的路徑并且保證袋不會(huì)不慎將其自身相對于齒密封(盡管有小孔)。還可使用鋒利的尖頭和通道的其他定向和組合，同樣也可使用鋒利的邊緣和/或通道的其他組合。
[0080]由非導(dǎo)電的材料制備所述齒以有助于防止電池組電池的內(nèi)部和散熱器之間的短路。
[0081]如圖5和圖6所示，順從的襯墊401經(jīng)電池的兩個(gè)大平面之一接觸每個(gè)電池以提供以下功能:(a)為了電池壽命和性能而提供均衡的壓力分配，(b)在電池的整個(gè)壽命中對電池的活性區(qū)域(active area)提供恒定的壓力，(c)在充電和放電循環(huán)期間補(bǔ)償由于固有性質(zhì)引起的電池厚度變化，和(d)補(bǔ)償由于電池和其他模塊元件的熱膨脹和收縮的模塊的模塊長度變化，所述其他模塊元件例如散熱器、壓板和夾鉗帶。
[0082]壓板元件
[0083]圖10顯示壓板50。壓板50是剛性的結(jié)構(gòu)，對模塊的電池、順從的襯墊和散熱器的主堆疊賦予靜態(tài)夾緊力。該結(jié)構(gòu)還提供這樣的裝置，模塊可通過所述裝置連接在電池包的外殼的內(nèi)部。該元件可被稱為“壓板”以強(qiáng)調(diào)主要功能。板的材料是具有規(guī)定的暴露溫度(temperature exposure)和易燃性等級的模制的塑料聚合物。板具有突出的平面以匹配模塊的主堆疊的一端，所述主堆疊在兩端具有兩個(gè)順從的襯墊以幫助分配和均衡夾緊力。
[0084]不面向子組件的壓板50的側(cè)面具有加強(qiáng)肋的陣520以增強(qiáng)其結(jié)構(gòu)剛性和補(bǔ)足目標(biāo)的統(tǒng)一的壁厚度的模制部分的設(shè)計(jì)原則。該陣具有非統(tǒng)一的樣式，因?yàn)槔咭残纬扇菁{大電子元件的凹處，所述電子元件焊接至模塊的有源控制印刷電路板(PCB)子組件(未顯示)。PCB子組件包括電路板和元件，其中所述元件的大部分在板的一側(cè)上。PCB子組件安裝在壓板50上在元件下側(cè)。電子元件的嵌套保存了寶貴的空間并有助于在板上的緊湊模塊長度，這有助于獲得極好的功率輸出與物理體積比。板的凹處也是寶貴的，因?yàn)樗鼈兛捎米饔糜跍p震元件(未顯示)的容器以緊夾所述大電子元件的上表面，所述大電子元件被焊接至模塊的有源控制PCB子組件。該元件防止在PCB上的焊點(diǎn)處的過大壓力和疲勞。優(yōu)選的減震元件是沖切襯墊，所述沖切襯墊在一側(cè)具有彈性體密閉槽的非吸濕性聚氨酯泡沫材料和壓敏粘合劑材料，兩種材料均具有規(guī)定的暴露溫度和易燃性等級。
[0085]PCB組件可以是無源的或有源的。無源的PCB組件對較小的電池組模塊可能是足夠的，而較大的模塊使用一個(gè)或兩個(gè)有源PCB組件，一個(gè)組件在模塊的每個(gè)末端安裝在每個(gè)壓板上。有源的PCB控制子組件具有3個(gè)直角PCB電連接器頭(electrical connectorheader)，它們通過PCB中的孔選擇性地被焊接至工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的板。所有其他電子元件是回流焊接至PCB兩側(cè)上的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的襯墊的SMT (表面安裝技術(shù))設(shè)備。采取預(yù)防措施以保證模塊的鋼帶與PCB之間適當(dāng)?shù)碾娊^緣，因?yàn)樗鰩г诟浇ㄟ^。PCB跡線，通路，以及元件緊排和疏排區(qū)在PCB的兩側(cè)被周密地限定以避免電干擾?？赏ㄟ^將基于硅氧烷的和基于聚氨酯的保形涂層涂覆于PCB的兩側(cè)而改善模塊的壽命性能，這將減少在相鄰的弱電流高阻抗銅跡線之間的枝晶生長。
[0086]壓板50的側(cè)面510與具有加強(qiáng)肋520的陣的側(cè)面相對，并且面向子組件的堆疊。側(cè)面510可以是平的或可以形成不平的淺的凸或凹的半球形外形以進(jìn)一步優(yōu)化模塊的主堆疊內(nèi)的壓力分配。
[0087]壓板50具有兩個(gè)淺的軌道501以容納薄鋼保持帶(retention band),所述薄鋼保持帶給予模塊的主堆疊靜態(tài)夾緊力。所述軌道具有半球形外形以幫助分配和均衡夾緊力。適當(dāng)?shù)陌肭蛐瓮庑慰赏ㄟ^使用現(xiàn)有的傳感產(chǎn)品進(jìn)行測量而確定。所述現(xiàn)有的感測產(chǎn)品是為這種儀器應(yīng)用特別開發(fā)和市場化的。
[0088]壓板50還具有4個(gè)具有凹進(jìn)的軸孔(還稱為沉孔)503、504、505和506的通道以容納諸如圓柱套管、墊圈、軸襯和保持螺栓的鋼緊固件，來促進(jìn)柔性連接策略。當(dāng)前的配置允許模塊經(jīng)三個(gè)安裝方向之一被安裝在電池包的外殼內(nèi)或安裝在電池站的架子上，這對于大部分現(xiàn)有的和預(yù)測的應(yīng)用以及客戶需求是足夠的。
[0089]可由振動(dòng)焊接(vibration-weld)在一起的兩個(gè)單獨(dú)的部分形成壓板。每個(gè)部分將具有連接孔和凹進(jìn)的軸孔外形的一半。焊接后將形成完整的圓形孔和軸孔。該方法的益處將在于，可模制兩部分而在模制工具中沒有垂直于工具的模具拉伸方向(die drawdirection)的長的活動(dòng)性滑動(dòng)(active slide)。
[0090]壓板50具有兩個(gè)凹進(jìn)的區(qū)域508以容納鋼母線螺母或多個(gè)螺母(未顯示)。螺母的設(shè)計(jì)有意地簡單以成為有成本效益的方案。螺母具有3個(gè)帶螺紋的孔用于連接。中心孔緊夾將母線螺母保持在壓板的鋼緊固件(未顯示)。兩個(gè)其他的孔緊夾鋼緊固件，所述鋼緊固件將外部電線接頭和線束連接至模塊的負(fù)極母線或正極母線，這在隨后的段落中說明。
[0091]帶元件
[0092]圖11顯示鋼帶530，鋼帶530是用于包封模塊的電池、順從的襯墊、散熱器和壓板的主堆疊的兩個(gè)鋼帶之一。每個(gè)鋼帶530位于壓板50的淺的軌道501之一中。如果模塊具有七十六(76)個(gè)電池或更少，兩個(gè)帶是足夠的而三個(gè)帶是不必要的。如果需要可使用更多的帶。通過所需的夾緊力適當(dāng)?shù)貕壕o主堆疊中的所有順從的襯墊而確定鋼帶530的長度，并且經(jīng)過永久性束縛(crimp)在帶上的現(xiàn)有的松開和受限的(released and qualified)鋼扣531而保持其長度。帶有氣動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的手持式氣動(dòng)扣環(huán)起子(applicator)可用于拉緊帶和束縛扣531，并且該扣環(huán)起子還可具有在扣531被束縛后修整帶的額外的尾部的機(jī)構(gòu)。與在兩端使用很長鋼拉桿和保持螺母的可選擇的方法相比較，使用帶和扣是更緊湊的方法。對每個(gè)模塊使用相同的帶和扣以及安裝方法促成可擴(kuò)展結(jié)構(gòu)。另一方法是拉緊并焊接帶，而不是使用被束縛的扣。壓板50可將平的或鋸齒狀的區(qū)域并入淺的軌道501內(nèi)以容納夾緊的帶扣和更均勻地分配扣的區(qū)域中的壓力。壓板50還可沿每個(gè)軌道501具有4個(gè)拐角圓形物(corner round)以保證張力在兩個(gè)帶的直線部分是均衡的。
[0093]可使用具有閉環(huán)伺服控制的現(xiàn)有的松開和受限的手持式計(jì)算機(jī)控制的電子扣環(huán)起子代替標(biāo)準(zhǔn)的氣動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)。這可增加施加的靜態(tài)夾緊力精度并減少帶安裝和扣束縛過程的周期時(shí)間。雖然壓板和帶幫助將電池組模塊物理地保持在一起，但模塊的母線(接下來描述)電連接系統(tǒng)。
[0094]母線支撐件元件
[0095]在模塊的相鄰電池之間的電互連是重要的特征，包括相對于彼此柔性和脆性的電池端子的配準(zhǔn)，并且包括防止相鄰端子之間的意外接觸，所述意外接觸不是為了意圖應(yīng)用的電連接。圖2顯示除了電池端子，例如101和102之外，所有電池如何在模塊的主堆疊中相對于彼此被安全地保持和配準(zhǔn)。
[0096]圖12顯示使用模制的塑料元件的、堅(jiān)固的、緊湊的且有成本效益的方案。所述元件可稱為“母線支撐件”以強(qiáng)調(diào)其主功能。標(biāo)準(zhǔn)的母線支撐件600a匹配一個(gè)散熱器600a的上邊緣并且還包封兩個(gè)電池300a和310a。電池300a和310的每一個(gè)均附在散熱器的分別的側(cè)面，并且每個(gè)具有延伸通過母線支撐件的端口的兩個(gè)接線端(每個(gè)電池組電池300a和310a的負(fù)極端子在圖12中顯示)。母線支撐件用于每個(gè)子組件并促成可擴(kuò)展結(jié)構(gòu)。例如，母線支撐件600b匹配第二種散熱器(散熱器400b)的邊緣。
[0097]圖13A顯示安裝至散熱器400的母線支撐件600的另一視圖。標(biāo)準(zhǔn)的母線支撐件具有9個(gè)特征/功能:
[0098]1.7個(gè)彎曲片(flex tab>608 (顯示4個(gè))以及兩個(gè)楔形閂609以緊夾散熱器中的兩個(gè)槽(圖5中的元件406)。
[0099]2.與具有超模壓彈性體鉗的熱控管605連接的矩形中心端口 604。
[0100]3.四個(gè)錐形的端口 601，以允許四個(gè)電池端子的同時(shí)插入和配準(zhǔn)。
[0101]4.在電池拉鏈熔斷器動(dòng)作事件期間支撐母線的主體610。通過保持端子的任意剩余部分與母線之間的分離，母線支撐件防止有問題的電池意外重接至母線，所述意外重接可能造成與相鄰電池的級聯(lián)故障狀況。
[0102]5.在母線激光焊接至電池端子期間緊夾兩個(gè)單獨(dú)的母線元件(未顯示)的兩個(gè)固定的閂602和兩個(gè)彎曲的閂603。該特征有助于消除對特定激光焊接設(shè)備的需求。如下所述，其作為使在焊接前和焊接期間固定母線元件與電池端子配準(zhǔn)的裝配夾具。這些閂使每個(gè)母線元件保持在相對于散熱器和連接的電池組電池基本上固定的位置。錐形的端口和主體使電池組電池中每個(gè)的端子保持在相對于散熱器和母線元件基本上固定的位置。
[0103]6.18個(gè)離隙607，其保證與任意母線電連接鉚釘?shù)淖銐虻目障丁?br> [0104]7.中心通道606，其允許模塊的電壓檢測線束和熱控管線束的布線。
[0105]8.4個(gè)彎曲指狀物(611)，其在母線蓋安裝前保持兩個(gè)線束(未顯示)。
[0106]9.在用于連接母線蓋的在末端的2個(gè)螺絲孔612。
[0107]此外，圖13B和圖16顯示第二母線支撐件650，如果模塊具有奇數(shù)個(gè)電池計(jì)數(shù)，所述第二母線支撐件已被形成以包封僅一個(gè)電池。雖然這個(gè)結(jié)果造成另一元件被釋放并產(chǎn)生，但其完全遵守這樣的原則:每個(gè)電池端子被配準(zhǔn)并被防止與相鄰端子的意外接觸。模塊的振動(dòng)耐受堅(jiān)固性可通過在中心附近的散熱器中加入兩個(gè)或多個(gè)另外的槽和/或在母線支撐件中加入兩個(gè)多個(gè)楔形閂而改善。
[0108]母線元件
[0109]母線元件由母線跳線和母線端子組成，所述母線跳線電連接所述模塊的相鄰電池，所述母線端子電連接一個(gè)或多個(gè)電池組電池端子到電池組模塊的每一個(gè)外部端子。圖14示出使用這些母線元件以增強(qiáng)所述模塊的壽命性能的堅(jiān)固、緊湊、具有成本效益的互聯(lián)方式。此方式避免對模塊內(nèi)部的任意電連接使用帶螺紋的緊固件，并且改用由自適應(yīng)自動(dòng)電腦控制過程所產(chǎn)生的精密焊接。
[0110]圖14示出幾個(gè)母線跳線700，每一個(gè)都由母線支撐件600保持。對于電池組電池的端子延伸穿過的每一個(gè)母線支撐件，連接至那個(gè)端子的母線跳線被緊夾在支撐件的固定閂及其相對的柔性閂之間。閂緊靠端子保持母線跳線并防止其運(yùn)動(dòng)。
[0111]圖15示出雙金屬母線跳線700。電池組模塊使用一組母線跳線700，每一個(gè)都包括銅部分701和鋁部分702，所述銅部分701被激光焊接到由銅材料制成的一組電池負(fù)極端子，所述鋁部分702被激光焊接到由鋁材料制成的一組電池正極端子。母線跳線的180度彎曲部703限定內(nèi)表面704，在組裝期間電池端子被嵌入內(nèi)表面704。具有彎曲部的母線部分是連續(xù)的金屬件。精密激光焊接被用來部分融化和冶金地連接母線跳線到端子以避免超聲波焊接，其會(huì)施以太多的能量到電池端子中，并且轉(zhuǎn)而損害電池的內(nèi)部電連接。液體焊接處理被應(yīng)用到母線跳線的彎曲部703的外表面(相對內(nèi)表面704)。在焊接期間，激光能量將對準(zhǔn)這個(gè)表面。此處理引起精加工，該精加工減少了在激光焊接鋁和銅的高反射面期間的激光束的反射率。此處理可以是鎳或錫涂覆，其提供Nd-YAG激光束波長的更好的吸收。這允許最小化焊接所需的能量，并允許在不超過電池端子的封條(seal)的最高溫度極限的情況下進(jìn)行電池端子的焊接。激光束的能量穿透母線的180度彎曲部703并在母線彎曲部704的內(nèi)部和電池端子的尖端(未示出)處產(chǎn)生熔珠。焊接激光以大體上正面對著電池組端子的端部并朝著如迎角708所示的彎曲部的外表面的角度而對準(zhǔn)母線彎曲部703。
[0112]圖25示出焊接激光730和雙金屬母線跳線700的的配置另一視圖735，激光束733以大體上正面對著電池組端子的端部的迎角708指向母線的彎曲部。第二視圖740示出沿著參考線736看去的視圖735 (即，繞垂直的z軸旋轉(zhuǎn)90度的視圖735)的配置。視圖740示出激光730從母線彎曲部742的右側(cè)端部移動(dòng)到左側(cè)，其中激光束733以平行于通道的行進(jìn)方向移動(dòng)，激光束733以相對于彎曲部742的小角度741被引導(dǎo)，角度741與激光730的行進(jìn)方向相反以防止激光束反射回激光光學(xué)裝置中并導(dǎo)致?lián)p害。這導(dǎo)致激光束733被以略小于垂直于激光束的行進(jìn)方向的角度引導(dǎo)。在焊接期間，激光730可相對于正在被焊接的母線和電池組端子移動(dòng)，母線和電池組端子組件可相對于激光移動(dòng)，或兩者彼此相對移動(dòng)。在任何情況下結(jié)果是母線和電池組端子沿著電池組端子駐留在其中的通道的長度而連接到彼此。
[0113]圖26示出母線元件連接到電池組電池端子的連接前后的側(cè)視圖。視圖770示出母線700中的彎曲部704，形成了電池組端子771定位在其中的通道。視圖775示出焊接之后的這些元件，其中電池組端子776通過凝固的金屬集合體778連接到母線777中的彎曲部的內(nèi)角。
[0114]由于不同的材料和已知的冶金限制，諸如激光焊接或其它傳統(tǒng)的焊接工藝的焊接工藝對于用于將雙金屬跳線母線的兩個(gè)部分結(jié)合到一起并不實(shí)際。作為替代，母線跳線700采用超聲波輥縫焊接工藝以產(chǎn)生直線焊接705。跳線母線的兩個(gè)部分的超聲波焊接獨(dú)立于模塊被執(zhí)行，以使得超聲波能量不被引入電池端子，轉(zhuǎn)而有損害電池內(nèi)部電連接的風(fēng)險(xiǎn)。如上所述，母線支撐件作為焊接夾具。母線支撐件保持母線元件在合適的位置，電池端子嵌入由母線中的彎曲部所限定的槽中，直到如上所述的母線被激光焊接到端子為止。
[0115]為進(jìn)一步平衡和優(yōu)化雙金屬跳線的電流特征，材料為鋁和銅的跳線母線的兩個(gè)部分的橫截面、寬度和/或厚度可被獨(dú)立地修改以通過每個(gè)部分達(dá)到相似電阻。在制造母線跳線中，為減少成本，用于雙金屬跳線母線的兩個(gè)部分中的一個(gè)或兩個(gè)的擠壓的定長剪切剖面可被使用以代替板壓制和形成工藝。在一種配置中，母線跳線的銅部分被壓制，且鋁部分被擠壓。
[0116]圖16示出部分地由母線支撐件600和650固定的母線端子750。母線支撐件以與支撐件保持母線跳線的同樣的方式保持母線端子。母線端子750被激光焊接到電池組電池300a、310a和320的相應(yīng)端子。電池組模塊使用單金屬負(fù)極母線端子和單金屬正極母線端子，單金屬負(fù)極母線端子在模塊的主堆疊的一端具有銅材料，單金屬正極母線端子在模塊的主堆疊的另一端具有鋁材料。母線端子由連接到壓板50的軸孔508的鋼母線螺母760固定。母線端子750具有錐形的中央部分751,其在發(fā)生最壞情況的電過載事件時(shí)作為模塊熔斷器。當(dāng)電流密度最高時(shí)，該熔斷器將具有在狹窄部分融化的趨勢?？赏ㄟ^以類似于拉鏈熔斷器被整合進(jìn)電池組電池端子的方式添加拉鏈熔斷器孔和槽到母線端子，從而調(diào)整兩個(gè)模塊熔斷器的動(dòng)作響應(yīng)時(shí)間，來改善模塊的安全性能。
[0117]圖17示出母線端子750安裝到壓盤50。母線端子750被連接到鋼母線螺母(在圖17中位于母線端子下面而不可見)。母線螺母被連接到壓盤的軸孔之一 508a。如前所述母線端子750被連接到外部電線接頭和線束(未示出)。此外，壓制的銅母線螺母橋接器780可被連接到母線端子750并且也可通過母線螺母760b連接到壓盤軸孔508b。母線螺母760b通過中心孔被固定到壓盤50，所述中心孔緊夾布置在壓盤軸孔508b中的鋼緊固件。所述橋接器是允許用于模塊到模塊的高功率線束的可選的連接位置的配件。
[0118]配線連梓
[0119]圖18示出母線端子750，其具有兩種變化形式的夾子，所述夾子用來連接配線如電壓檢測線束到母線端子和母線跳線。從一個(gè)側(cè)面，夾子791是U形的且大體上是凸的，而夾子790是W形的。夾子790和791中的任一個(gè)或兩個(gè)可用來連接配線。在將夾子連接到母線元件之前，電壓檢測配線被超聲波焊接到夾子。夾子具有一個(gè)或多個(gè)齒793，其咬入母線跳線或端子以使得夾子可被定位或保持在適當(dāng)位置，直到激光焊接操作將夾子固定在母線上為止。夾子可以是壓制的銅或鋁，對應(yīng)于且兼容于他們將被連接到其上的母線類型。夾子具有開槽792，用于一種金屬類型以指示使用自動(dòng)視覺系統(tǒng)制造的夾子類型。在母線元件被焊接到電池組電池端子的同時(shí)，這些夾子被激光焊接到母線元件且共用共同的焊接點(diǎn)。通過使用以上描述的用于連接母線元件到電池組端子的相同的焊接技術(shù)，激光通過夾子和下面的母線元件被引導(dǎo)并指著擱在母線元件的U形彎曲部中的端子的末端。這么做，單個(gè)的焊接操作同時(shí)焊接了所有三個(gè)元件(夾子、母線元件和電池組端子)。U形夾子還可被激光焊接到母線元件，而不共用共同的焊接點(diǎn)。
[0120]圖19示出W形夾子790的側(cè)視圖，所述W形夾子790具有略向內(nèi)彎曲部的夾子的齒793以安裝在母線上。如果夾子被設(shè)計(jì)具有干涉配合以使得干涉將提供保持功能，齒可以被要求或可以不被要求固定夾子到母線上直到它被焊接為止。
[0121]圖20示出具有夾子794的母線端子750，所述夾子用于連接熱控管795到母線端子上。用配給的裝配后固化的環(huán)氧樹脂粘合劑將所述熱控管的頭部連接在夾子的保持器的內(nèi)部。所述熱控管頭部的頸部接觸相鄰的片796以使得頭部具有規(guī)定的可重復(fù)的位置。到保持器的上部邊緣的鑄造的刻槽797幫助防止在安裝熱控管時(shí)其頭部受到損害。
[0122]母線蓋
[0123]圖1示出三個(gè)母線蓋40。電池組模塊使用一組模制的塑料蓋以保護(hù)模塊的母線和其他內(nèi)部元件，例如電壓檢測線束和熱控管線束，免受任何外部外來物體(尤其如果他們是金屬的物體)的意外接觸。
[0124]圖21示出母線蓋40a，去除蓋子的主要平外層以使得相關(guān)的裝配可以被看見。母線蓋40b也被示出，包括蓋子的主要平外層。每一個(gè)蓋具有加強(qiáng)肋的陣，加強(qiáng)肋包括801、802和803，以提高它的結(jié)構(gòu)剛性并且也重新定向和分配任何不利的外力到模塊的母線支撐件和散熱器上而非母線端子750、母線跳線700和/或電池端子上。母線蓋包封模塊的母線以幫助防止相鄰母線彼此接觸以及防止在最壞的情況電過載事件或嚴(yán)重的車禍期間導(dǎo)致電短路路徑。某些肋,例如棱802，比其他肋更深地延伸到電池組模塊中和在母線跳線之間，如肋803，以幫助防止相鄰的母線之間的接觸，而像803的肋不那么深以避免分配力到母線端子、母線跳線或電池端子?？蛇x地，電池組模塊可使用成本較低、較簡單的蓋子，這些蓋子具有重疊接合處和更少的垂直接觸片。后一種方法的缺點(diǎn)是模塊抵御垂直外力的堅(jiān)固性被降低了。
[0125]可擴(kuò)展結(jié)構(gòu)
[0126]上述特征產(chǎn)生可擴(kuò)展結(jié)構(gòu)。術(shù)語“可擴(kuò)展結(jié)構(gòu)”指有助于電池組模塊的快速設(shè)計(jì)、開發(fā)、鑒定和生產(chǎn)的靈活的配置，所述電池組模塊具有不同數(shù)量的電池組電池、帶有并行電連接的電池的子組和串行電連接的子組。此靈活性使得電池組供應(yīng)商能夠調(diào)整許多不同模塊的電特征以及滿足各種客戶性能規(guī)范。例如，具有“3P”配置的目前的A123系統(tǒng)棱形電池組模塊系列在圖22中示出。此系列中的七個(gè)成員是23S3P、22S3P、16S3P、13S3P、11S3P、6S3P 和 1S3P 模塊，在圖 22 中分別標(biāo)識為 907、906、905、904、903、902 和 901。
[0127]圖24示出不同的母線元件配置，用于下列A123系統(tǒng)棱形電池組模塊系列中的成員，13S3P、23S2P、4S2P 和 4S6P，在圖 23 中分別標(biāo)識為 950、951、952 和 953。
【權(quán)利要求】
1.一種電池組系統(tǒng),包括: 多個(gè)電池組子單元，每一個(gè)子單元包括散熱器和至少一個(gè)電池組電池，所述至少一個(gè)電池組電池具有正極端子和負(fù)極端子； 多個(gè)母線支撐件，所述母線支撐件的數(shù)量等于所述多個(gè)電池組子單元的數(shù)量，并且每一個(gè)母線支撐件都被安裝到所述多個(gè)電池組子單元中相應(yīng)的不同的一個(gè)子單元的所述散熱器上，每一個(gè)母線支撐件包括 第一槽，用于那個(gè)子單元的至少一個(gè)所述電池組電池的所述正極端子穿過所述第一槽，使得所述第一槽物理地圍繞所述正極端子，和 第二槽，用于那個(gè)子單元的至少一個(gè)所述電池組電池的所述負(fù)極端子穿過所述第二槽，使得所述第二槽物理地圍繞所述負(fù)極端子， 所述多個(gè)母線支撐件包括第一母線支撐件； 第一母線，其位于上方且至少部分地由所述第一母線支撐件保持且被電連接到穿過所述第一母線支撐件中的所述第一槽的所述負(fù)極端子；以及 第二母線，其位于上方且至少部分地由所述第一母線支撐件保持且被電連接到穿過所述第一母線支撐件中的所述第二槽的所述正極端子。
2.如權(quán)利要求1所述的電池組系統(tǒng)，其中所述第一母線支撐件包括將槽緊夾在散熱器中的閂。
3.如權(quán)利要求1所述的電池組系統(tǒng)，其中所述第一母線支撐件包括熱控管和熱控管至少部分地處于其中的端口。
4.如權(quán)利要求1所述.的電池組系統(tǒng)，進(jìn)一步包括母線蓋，其中所述第一母線支撐件包括所述母線蓋連接到其上的接受器。
5.如權(quán)利要求1所述的電池組系統(tǒng)，其中所述第一母線支撐件包括配線處于其中的通道和至少部分地將所述配線保留在所述通道中的柔性指狀物。
6.如權(quán)利要求1所述的電池組系統(tǒng)，其中所述第一母線支撐件包括兩個(gè)閂，母線被至少部分地保持在所述兩個(gè)閂之間。
7.如權(quán)利要求1所述的電池組系統(tǒng)，其中所述第一母線支撐件包括處于所述第一母線和相應(yīng)的子單元的所述電池組電池的所述正極端子之間的主體。
8.如權(quán)利要求1所述的電池組系統(tǒng),其中所述電池組電池是棱形電池組電池。
9.如權(quán)利要求1所述的電池組系統(tǒng)，其中所述至少一個(gè)電池組電池包括: 包括正極端子的第一電池組電池；和 包括負(fù)極端子的第二電池組電池， 所述第一母線支撐件被配置為使得所述第一母線支撐件被安置在所述電池組子單元的一側(cè)上，所述正極端子和所述負(fù)極端子從所述一側(cè)伸出。
10.一種制造電池組的方法，包括: 將第一電池組電池安裝到散熱器上，其中所述電池組電池具有第一端子； 將母線支撐件連接到所述散熱器上，其中所述母線支撐件包括所述第一端子穿過其中的第一槽； 提供具有U形部分的母線，所述U形部分界定通道且特征在于在所述U形部分的一端的彎曲角，所述母線至少在所述彎曲角的附近還具有減少反射率的處理；將所述母線安裝到所述母線支撐件，所述母線支撐件固定所述母線使得所述第一端子被安置在由所述U形部分所形成的所述通道中，使得所述第一端子的頂部接近所述彎曲角； 將激光束指向所述U形部分的所述彎曲角；以及 使用所述激光束，在所述彎曲角熔化所述母線且在所述母線和所述第一端子的所述頂端之間形成冶金結(jié)合。
11.如權(quán)利要求10所述的方法，其中所述激光束指向?qū)嵸|(zhì)上正面對著所述第一端子的端部的角度。
12.如權(quán)利要求11所述的方法，其中所述激光束以平行于所述通道的行進(jìn)方向移動(dòng)。
13.如權(quán)利要求12所述的方法，其中所述激光束指向稍小于垂直所述行進(jìn)方向的角度。
14.如權(quán)利要求10所述的方法，其中所述處理包括鎳和錫中一種或多種的涂覆。
15.如權(quán)利要求10所述的方法，進(jìn)一步包括通過將第一母線段接合到第二母線段來形成所述母線，其中所述第一母線段由第一金屬制成，且所述第二母線段由不同于所述第一金屬的第二金屬制成。
16.如權(quán)利要求15所述的方法，其中在將所述母線連接到所述第一端子之前，將所述第一母線段超聲波焊接到所述第二母線段。
17.—種電池組系統(tǒng),包括: 被以堆疊安排的多個(gè)電 池組子單元，其中所述多個(gè)電池組子單元中的每一個(gè)電池組子單元都包括處于一順序中的第一電池組電池、散熱器、第二電池組電池和順從的襯墊，所述散熱器在所述第一電池組電池和所述第二電池組電池之間，且與所述第一電池組電池和所述第二電池組電池?zé)峤佑|，且所述順從的襯墊與所述第二電池組電池鄰接， 其中所述順從的襯墊在子組件之間分配壓力并允許電池組電池的膨脹/收縮。
18.如權(quán)利要求17所述的電池組系統(tǒng)，其中所述電池組電池是棱形電池。
19.如權(quán)利要求18所述的電池組系統(tǒng)，其中所述多個(gè)電池組子單元被以所述堆疊安排，一個(gè)子單元的所述順從的襯墊與相鄰的電池組子單元的所述第一電池組電池接觸。
20.如權(quán)利要求19所述的電池組系統(tǒng)，其中所述散熱器中的每一個(gè)與其他散熱器中的每一個(gè)實(shí)質(zhì)上相同。
21.如權(quán)利要求19所述的電池組系統(tǒng)，還包括端部子單元，其中所述端部子單元包括以一順序堆疊的端部散熱器、端部電池組電池和端部順從的襯墊，并且其中所述端部子單元的所述端部順從的襯墊與相鄰電池組子單元的所述第一電池組電池接觸。
22.如權(quán)利要求19所述的電池組系統(tǒng)，其中所述電池組系統(tǒng)進(jìn)一步包括: 第二散熱器，其安置在所述堆疊的第一端，與所述相鄰的電池組子單元的所述第一電池組電池?zé)峤佑|。
23.如權(quán)利要求19所述的電池組系統(tǒng)，其中所述多個(gè)電池組子單元的第一電池組子單元的所述散熱器包括底面和連接到所述底面的側(cè)面，其中所述側(cè)面與所述底面近似成直角。
24.如權(quán)利要求23所述的電池組系統(tǒng)，其中所述側(cè)面由所述散熱器中的近似90度的彎曲部形成。
25.如權(quán)利要求23所述的電池組系統(tǒng)，其中所述側(cè)面包括所述散熱器中的兩個(gè)近似90度的彎曲部，并且其中所述兩個(gè)彎曲部形成凹槽，所述凹槽容納相鄰散熱器的所述側(cè)面的上邊緣。
26.如權(quán)利要求17所述的電池組系統(tǒng)，其中第一子單元的所述第一電池組電池包括柔性側(cè)壁，并且其中所述第一子單元的所述散熱器包括齒結(jié)構(gòu)，所述齒結(jié)構(gòu)遠(yuǎn)離所述散熱器并朝向所述第一電池組電池的所述柔性側(cè)壁延伸，并且其中所述齒結(jié)構(gòu)包括遠(yuǎn)端，所述遠(yuǎn)端足夠鋒利，以在所述第一電池組電池的所述柔性側(cè)壁由于在所述第一電池組電池內(nèi)積聚過壓而相對于所述齒結(jié)構(gòu)被施加力時(shí)刺破所述第一電池組電池的所述柔性側(cè)壁。
27.如權(quán)利要求17所述的電池組系統(tǒng)，進(jìn)一步包括安裝到第一子單元的所述散熱器上的母線支撐件，其中所述第一子單元的所述第一電池組電池包括柔性側(cè)壁，并且其中所述母線支撐件包括齒結(jié)構(gòu)，所述齒結(jié)構(gòu)遠(yuǎn)離所述散熱器并朝向所述第一電池組電池的所述柔性側(cè)壁延伸，并且其中所述齒結(jié)構(gòu)包括遠(yuǎn)端，所述遠(yuǎn)端足夠鋒利，以在所述第一電池組電池的所述柔性側(cè)壁由于在所述第一電池組電池內(nèi)積聚過壓而相對于所述齒結(jié)構(gòu)被施加力時(shí)刺破所述第一電池 組電池的所述柔性側(cè)壁。
【文檔編號】H01M2/20GK103427058SQ201310363051
【公開日】2013年12月4日 申請日期:2010年1月11日 優(yōu)先權(quán)日:2009年1月12日
【發(fā)明者】S·M·巴特, J·霍斯特勒, M·伊加茨 申請人:A123系統(tǒng)公司