CN101652880A - 用于电池的汇流排 - Google Patents

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Abstract

用于连接电池模块中单元电池端子的汇流排。汇流排具有包括弓形零件的主体，弓形零件帮助汇流排响应振动力和/或有缺陷制造公差而变形。在不同实施例中，汇流排还包括实质上绝缘汇流排的导电元件以减少由于环境例如车碰撞导致的电池模块损坏时的短路或震动的盖。在不同实施例中，汇流排还包括电压检测端子来帮助测量电压并将电压测量值传输到控制器或控制电路板。

Description

用于电池的汇流排
相关专利申请的交叉参考
本申请要求2007年2月9日提交的美国临时申请60/889,130和2007年9月26日提交的60/960,348的权益，在此以引用的方式加入它们的全文。
技术领域
本申请涉及电池系统和电池模块(例如，用于交通工具例如混合动力电动交通工具或电动交通工具)，并且更具体地，涉及帮助管理和减小电池模块内的电池(battery)或单元电池(cell)端子上的应力的汇流排(bussbar)。
背景技术
众所周知，提供用于例如汽车的交通工具中的电池。例如，铅酸电池已经被在启动、点燃、以及点火应用过程中使用。近年来，混合动力交通工具已经被生产，混合动力交通工具利用电池(例如，镍金属氢化物电池)与其它系统(例如，内燃机)相结合为交通工具提供动力。
众所周知，不同的混合动力交通工具有不同的动力需求并且可要求不同数量的电池来满足这些动力需求。一般也都知道用汇流排连接许多电池或单元电池以形成电池模块。汇流排可以，例如，将第一单元电池上的端子连接到第二单元电池上的端子。可以使用多种方法固定汇流排，包括经常在不同单元电池的端子之间形成刚性连接的机械紧固件(例如，螺丝等)、焊接(例如，激光焊接等)等。
与一些汇流排相关的一个问题是施加到电池系统和电池模块的应力，该应力由于振动和/或制造公差和温度变化产生。例如，混合动力电动交通工具可以使用包括许多单个单元电池的电池模块，该许多单个单元电池通过汇流排被串联地相互连接。当交通工具行进时，在单元电池上的振动力经由汇流排在单元电池之间传送，导致不希望的应力被施加到单元电池端子以及端子和汇流排之间的交界面上。而且，单元电池端子可能经受额外的应力，该额外的应力是由于有缺陷的制造公差所导致的汇流排尺寸、单元电池尺寸和端子之间的距离等的变化所产生的。这些应力中的每个都可以损坏端子和汇流排之间的连接。
另一个与包括汇流排的电池模块相关联的问题是在高电压电路和汇流排之间的短路或者冲击的可能性，特别是当由于例如交通工具碰撞的情况电池被损坏时。另一个与包括汇流排的电池模块相关联的问题是难于测量例如单元电池的电压和温度的情况。
因此，提供具有部分或零件的汇流排，该部分或零件被构造成更好地吸收、抑制、减少、和/或消除电池模块中的单个单元电池上的应力。
因此，也有利地提供被实质上绝缘的汇流排或者另外被覆盖成至少部分电绝缘的汇流排，同时提供将汇流排连接到端子的接触点。
也有利地提供包括电压检测导线的汇流排，以为了安全和有效的运行来监控单元电池的电压情况。
发明内容
本发明涉及用于电池的汇流排，包括：具有第一端、第二端的导电元件，和在第一端和第二端之间的主体，该主体包括应力释放区，其中导电元件由实质上刚性的材料构造，该刚性的材料实质上成分均匀。
附图说明
图1是根据示范性实施例的具有电池模块的交通工具的透视图。
图2是根据示范性实施例的图1的电池模块的一部分的等角视图。
图3是根据示范性实施例的包括连接两个单元电池的汇流排的电池模块的一部分的部分等角视图。
图4是根据示范性实施例的包括连接两个单元电池的汇流排的电池模块的一部分的部分等角视图。
图5是示出根据不同示范性实施例的汇流排主体的一部分的不同结构。
图6是根据示范性实施例的汇流排的等角视图。
图7是图6的汇流排的等角横截面视图。
图8是根据示范性实施例的电池模块的一部分的部分等角视图，该电池模块包括连接两个单元电池的图6的汇流排。
图9是根据示范性实施例的电池模块的一部分的部分等角视图，该电池模块包括图8的汇流排的横截面视图。
图10是根据示范性实施例的汇流排的等角视图。
图11是根据示范性实施例的汇流排和铆接设备的等角视图。
图12是根据示范性实施例的汇流排的等角视图。
具体实施方式
参照图1，根据包括电池模块110的示范性实施例示出交通工具100。根据不同可选择实施例，虽然交通工具100表示为汽车，该交通工具可以包括多种不同类型的交通工具，其中包括摩托车、公共汽车、娱乐交通工具、船等。根据示范性实施例，交通工具100是混合动力电动或者电动交通工具。电池模块110被配置成提供至少一部分所需的动力以运行交通工具100和/或不同的交通工具系统。更进一步，应该理解，根据不同示范性实施例，电池模块可以被用于不涉及交通工具的多种应用，并且所有这样的应用旨在本公开的范围内。
现在参考图2，根据示范性实施例示出电池模块110的一部分，电池模块110包括几个被保持在外壳130和/或托盘内的电池或者单元电池120(例如，锂离子单元电池，其中每个包括一个或多个正极，一个或多个负极，在该电极之间的隔离物以及提供可使用的电池或者单元电池所必须的任何其它零件)。如图2中所示，每个单元电池120是大致圆柱形的。然而，根据不同示范性实施例，单元电池可以为任何合适的结构。电池模块还可以包括电连接到单元电池的其它部件(例如，电池管理系统(BMS)等)。根据示范性实施例，尽管图2中未示出，使用汇流排将单元电池连接在一起(参见，例如，图4)。
虽然图2显示了电池模块的示范性实施例，阅读本公开的人员应当理解电池模块不局限于任何特定的布置。例如，虽然电池模块110被示出为有接收在一系列联锁套筒140或管中的竖直定向的单元电池120，该套筒140或管被布置成组，该组有四个实质上平行(和偏置)行的单元电池120，应当理解该电池模块可以具有很多不同的结构。例如，单元电池也可以是大致水平的，是几个分开的组，或者布置成其它结构。此外，可以使用不同数目和类型(例如镍金属氢化物等)的单元电池。外壳可以包括旨在接收和布置单元电池的零件(例如，侧壁等)。
也应该理解电池模块可以不包括任何套筒。应该理解在该申请中提出的概念不局限于圆柱形的单元电池，而可以适合于不同化学性质(例如，镍金属氢化物、锂离子、锂聚合物等)、形状(例如，圆柱形、椭圆形、矩形等)、端子类型(例如，叶片式、螺杆等)、端子布置(例如，两端子位于相反的远端、两端子位于相同的端部等)和尺寸的电池。
图3和4显示了电池模块的一部分，包括第一单元电池120a，和由汇流排150连接在一起的第二单元电池120b。根据不同实施例，第一单元电池120a和第二单元电池120b各包括主体部分或罐160，其具有盖或顶面170以及从顶面170突出的第一端子180。罐160被构造成用作第二端子190并且至少部分地由第一绝缘体200与第一终端180绝缘。
单元电池120a/120b中的每个包括缠绕构件或电极卷，该缠绕构件或电极卷可以在一端处被连接到负集电极(collector)并且在另一端处被连接到正集电极，该负集电极被连接到第一端子180，该正集电极被连接到罐160。在不同实施例中，电极可以在一端处被连接到第一端子并且在另一端处被连接到罐。电极卷由第二绝缘体至少部分地与罐绝缘。
在不同实施例中，第一端子180是负端子，第二端子190是正端子。然而，在其它实施例中，第一端子是正端子，第二端子是负端子。在不同实施例中，第一端子180为被实质上定位在各单元电池120a/120b的中心纵向轴线上的大致圆柱形元件。然而，第一端子可以是任何合适的形状、结构或者位置。
在不同实施例中，汇流排150包括导电元件205。在不同实施例中，导电元件205将第一单元电池120a的第二端子190连接到第二单元电池120b的第一端子180。导电元件205包括第一端210，第二端220和连接到第一端210和第二端220的主体230。在不同实施例中，第一端210和第二端220被定向在实质上平行的面中。在不同实施例中，如图3和4所示，第一端210被实质上连接到第一单元电池120a的第二端子190(例如，通过焊接)，第二端220被实质上连接到第二单元电池120b的第一端子180(例如，通过焊接)。在不同示范性实施例中，如图3和4中所示，导电元件205还包括高度适配器240以帮助改善汇流排150到端子的连接。
如图4中所示，根据示范性实施例，导电元件205的一端(例如，第一端190)可以具有新月形或者“C-形”。根据不同的其它示范性实施例，导电元件的每个或者两个端部可以采用其它形状(例如，环形、圆形、椭圆形、方形等)。如图4中所示，导电元件205有相对矩形的横截面形状。然而，作为本领域普通技术人员可以理解，导电元件的横截面可以是任何合适的形状和尺寸。
可以以多种方式来构造导电元件。例如，导电元件可以整体形成(例如，冲压等)。在不同示范性实施例中，第一端、第二端、主体、和任何高度适配器可以通过例如焊接或者机械加工的方法连接在一起。根据不同的示范性实施例，导电元件由导电材料形成。例如，导电元件可以部分或者全部由铜、铜合金或者铝构造。在不同实施例中，导电元件可以由实质上刚性的材料构造，该刚性的材料实质上成分均匀。
现在参考图4，根据示范性实施例示出了电池模块的一部分，包括与汇流排150连接在一起的第一单元电池120a和第二单元电池120b，汇流排150包括至少应力释放区或者弓形零件250或构件，该应力释放区或者弓形零件250或构件旨在降低或者释放(例如，吸收等)应力，以降低汇流排的分离和/或对单元电池的损害。根据示范性实施例，汇流排150包括弓形零件250以帮助改善汇流排的挠曲。弓形零件250被设置在第一端210和第二端220之间。弓形零件250有助于提供阻尼特征，该阻尼特征旨在吸收和/或抑制在电池模块的振动期间或者作为有缺陷的制造公差的结果而施加到汇流排和单元电池之间的焊接连接部的任何力。本领域普通技术人员应当理解，弓形零件250还可以被构造成定位汇流排150的第一端和第二端，以降低或者另外消除对高度适配器240的任何需要。
更具体地说，如图4中所示，在一个示范性实施例中，弓形零件250包括颠倒的“V”形状，其允许汇流排150响应于传递到单元电池和/或在单元电池之间传递的振动和其它的力而变形(例如，弯曲、挠曲、长度上的扩大和收缩等)。例如，如果图4所示的单元电池相对于彼此振动，那么两个单元电池的端子(即，由汇流排连接的端子)之间的距离可以随单个的单元电池相对于彼此的移动而变化。与更刚性的汇流排不同，在这样的条件下该更刚性的汇流排易于将应力转移到端子，图4所示的汇流排250旨在吸收一些或所有的振动力，该振动力产生于单个单元电池通过弯曲、变形、长度上的扩大/收缩等的移动(例如，通过弯曲部分挠曲或变形来为汇流排提供总的更长/更短的长度或者不同的形状)。
参照图5，根据不同的其它示范性实施例，主体230或者汇流排可以包括非常多种类的弓形零件250的形状和/或结构，该形状和/或结构旨在抑制或吸收施加到电池端子和/或在电池端子之间的应力。例如，如图5所示，弓形零件250可以包括一个或多个U形或者C形元件、多个“V-”、“U-”或者“C-”形弯曲部，或者一个或多个被关于彼此定向成180度的“V-”、“U-”或“C-”形弯曲部。而且，弓形零件250可以包括一个或多个曲线(例如，“S”形、部分“S”形等)。
根据不同的其它示范性实施例，导电元件的主体的横截面，或更具体的，汇流排的弓形零件可以相对于汇流排的其它部分改变，以提高汇流排的减小应力的特性，同时保持汇流排的载流能力。例如，可以通过弓形零件的至少一部分来减小导电元件的横截面(例如，通过减小材料厚度)。而且，可以利用或另外在弓形零件或者主体中包括替换材料来提供增强的弹性，同时保持汇流排的导电性。
虽然没有在图3和4示出，应当理解在不同示范性实施例中，在电池模块中使用额外的汇流排。例如，在许多示范性实施例中，利用额外的汇流排将示出的单元电池连接到其它单元电池(未示出)和/或电池模块端子(未示出)或者其它集流器(未示出)。在许多示范性实施例中，利用汇流排将其它单元电池(未示出)连接到其它单元电池(未示出)和/或电池模块端子(未示出)或者其它集流器(未示出)。
现在参考图6到9，示出了汇流排150的另一个示范性实施例。在不同实施例中，汇流排150还可以包括盖260，该盖260实质上包围至少导电元件205的边缘和/或面。盖260旨在提供在汇流排、端子和其它导电元件之间的额外的电绝缘，以有助于防止在某些情况下(例如，如果发生碰撞或者其它对于电池模块的损害)的短路和/或冲击。
在不同的示范性实施例中，盖260可以在汇流排150的第一端190和第二端200附近限定一个或多个孔270。在不同实施例中，孔270允许接近包括在汇流排150中的部分导电元件205，从而第一端210和/或第二端220可以被更容易地连接(例如焊接)到电池单元的端子。
在不同的示范性实施例中，盖260由非导电材料构成。例如，盖可以由低成本的绝缘体例如聚丙烯、聚乙烯或者聚对苯二甲酸丁二醇酯构成。盖可以以任何方式连接或者另外可操作地联接到汇流排的导电元件。例如，在不同实施例中，盖260被搭扣在汇流排150的导电元件205上。
现在参见图10到12，在不同实施例中，电压检测端子280被可操作地联接或另外连接到汇流排150。在不同实施例中，电压检测端子280包括线压接(wire crimp)290。如图10到11所示，电压检测端子280包括至少一个凸缘300，该凸缘300可以被用于将电压检测端子280连接到汇流排150。然而，在不同实施例中，电压检测端子可以包括任何数目的其它类型的适当元件或设备，可以利用该元件或设备将电压检测端子连接或者另外可操作地联接到汇流排。
可以用任何方式将电压检测端子连接到汇流排。例如，如图10所示，电压检测端子280可以被焊接(例如，激光焊接)到汇流排150。如图11所示，可以利用铆接设备310将电压检测端子280铆接到汇流排150。如图12所示，电压检测端子280可以包括弹簧型设备或者挠性突出部320，该弹簧型设备或者挠性突出部320被构造成通过由汇流排150的主体230限定的孔330。在不同的示范性实施例中，挠性突出部320帮助保持电压检测端子280相对于汇流排150的位置。重要的是，在不同的实施例中(例如，包括绝缘盖的汇流排)，挠性突出部320帮助将电压检测端子280连接到汇流排的导电元件或材料。
在不同的实施例中，电压检测端子被连接到控制器(CSC)和/或控制器电路板(PCB)。控制器和/或控制器电路板可以被用来测量或者另外控制电压，以及其它方面，例如电流和/或温度。
为了本公开的目的，术语“连接”是指两个元件直接或间接彼此接合。这种接合可以实质上是固定的或者实质上是可移动的。这样的接合可以由以下方式获得：两个元件或者两个元件和任何的其它中间元件彼此或者与两个元件整体形成单独的单元体或者两个元件和任何的其它中间元件彼此连接。这样的接合可以实质上是永久的，或者可以实质上是可移除或者可释放的。
重要的是，应当注意在优选的和其它示例性实施例中所示和描述的系统的结构和布置只是说明性的。虽然在该公开中仅仅几个本发明的实施例被详细描述，阅读本公开的本领域技术人员将容易理解可以有许多修改(例如，不同构件的大小、尺寸、结构、形状和比例，以及参数数值、安装布置、材料的使用、颜色、方位等的变化)，而不实质上脱离所记载的主题内容的新颖教导和优点。例如，显示为整体形成的构件可以由多个部分或构件来构成，和/或显示为多个元件的构件可以整体地形成，交界面的操作可以是相反的或是另外的变化，系统的结构和/或元件或连接或其它构件可以变化，构件之间提供的调整位置的性质和数量可以变化，构件的位置可以是相反的或是另外的变化，分离的构件的性质或数量或位置可以被改变或者变化。应当注意，系统的构件和/或组件可以由提供足够强度或耐久性的材料，以任何多种颜色、纹理和组合来构造。因此，所有这样的修改都意在包含于本发明的范围内。在不脱离本发明的范围的前提下，可以对于示范实施例的设计、操作条件和布置进行其它替换、修改、改变和省略。

Claims (12)

1、一种用于电池的汇流排，包括：
导电元件，具有第一端、第二端以及在该第一端和第二端之间的主体，该主体包括应力释放区，
其中，该导电元件由实质上刚性的材料构造，该刚性的材料实质上成分均匀。
2、根据权利要求1的汇流排，其中该应力释放区包括弓形零件。
3、根据权利要求2的汇流排，其中该弓形零件是至少部分V-形的。
4、根据权利要求2的汇流排，其中该弓形零件是至少部分U-形的。
5、根据权利要求2的汇流排，其中该弓形零件是至少部分C-形的。
6、根据权利要求2的汇流排，还包括连接到该导电元件的盖。
7、根据权利要求6的汇流排，其中该盖实质上包围该导电元件的边缘和该导电元件的面的至少一部分。
8、根据权利要求7的汇流排，其中该盖由实质上非导电材料构造。
9、根据权利要求8的汇流排，其中该盖包括第一端和第二端并且限定了在该第一端和第二端中的每个上的至少一个孔。
10、根据权利要求1的汇流排，还包括连接到该汇流排的主体上的电压检测端子。
11、根据权利要求10的汇流排，其中该电压检测端子包括定位在由该导电元件的主体限定的孔中并且连接于该孔的挠性突出部。
12、根据权利要求9的汇流排，还包括电压检测端子，该电压检测端子包括定位在由该导电元件的主体限定的孔中并且连接于该孔的挠性突出部。
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