CN101809779A - 用于具有平面连接条的电能储存组件的模块 - Google Patents

用于具有平面连接条的电能储存组件的模块 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种模块，其包括至少两个电能储存组件(20)，每个储存组件(20)包括被电连接到所述电能储存组件(20)的盖板(30)所覆盖的第一面以及与该第一面相对的第二面，每个盖板接触条(40)的各个端，以便电连接两个储存组件(20)，其中该条(40)和盖板(30)的与该条(40)接触的面是平面，该条(40)沿焊缝(50，50’)被焊接到盖板(30)的面上。

Description

用于具有平面连接条的电能储存组件的模块
技术领域
本发明总体上涉及电能储存组件的技术领域。
特别地，本发明涉及包括至少两个电能储存组件的模块的领域。
在本发明的范畴中，“电能储存组件”被理解为表示电容器(即包括两个电极和一个绝缘体的无源系统)、或超级电容器(即包括至少两个电极、电解质和至少一个隔离件的系统)、或锂电池类型的电池(即包括阳极、阴极以及阳极与阴极之间的电解液的系统)。
背景技术
已知例如如图1所示的模块包括壳体110，壳体110中设置有通过连接装置被连接的多个电能储存组件120。
当模块包括超过两个储存组件120时，储存组件120在其上端和下端的水平上被成对地选择性连接。
如图1示意性地显示，实现两个相邻的储存组件120的电连接的连接装置包括两个盖板130和条140。
每个盖板130用于分别覆盖储存组件120，以便被电连接到储存组件120上。
每个盖板130还包括连接端131，连接端131能够接触穿过条140的孔，以便电连接两个相邻的储存组件120。
通过在盖板130的连接端131上强制嵌套或者激光焊接条140，或者条140与端131之间边-边相对，或者通过两者的组合，盖板130被连接到两个相邻的储存组件120的连接条140上。
这两种电连接装置一方面要求端和条的严格公差，另一方面要求工件的准确的相互对齐，以便最终保证高质量的模块的制造，因此导致巨大的制造成本。特别是，盖板130通过轧制或卷边被装配到包围元件的管上。为了实现这样的装配，在每个盖板130的与条140接触的面的外周上，每个盖板130包括轴向延伸到盖板外部的已知“重叠”的圆形边缘132。
与条140接触的盖板130的每个面上的该外周重叠边缘132的存在需要使用下述方案之一：使用具有复杂几何形状的条140来跨越连接盖板130的重叠边缘132：该方案导致连接条140与壳体110的外罩111之间的通过或不通过中间材料产生的接触表面减小。这导致难以控制该模块的冷却。使用由于(垂直于主平面延伸的)介子的原因而相对于重叠突出的并用于与盖板接触的(在主平面中延伸的)平面连接条140：使用相对于盖板的重叠的平面突出连接条，在不加入介子的情况下连接高于重叠的端131，即工具在焊接操作过程中必须保持定位，或者条必须压入配合到端131上以在焊接操作过程中保持定位。
由于接触被限制为条的厚度和/或介子的宽度，因此后两种方案导致连接条140与每个盖板130之间的接触表面减小。这导致存储组件的排热、串联电阻控制中的困难以及过早磨损。这三种操作的另一个缺点是模块制造中的困难，在模块制造中，元件被正确地对齐且条平行于盖板的表面。
本发明的目的是提出将消除以上缺陷的至少其中之一的模块。
发明内容
为此，提供一种包括至少两个电能储存组件的模块，每个储存组件包括被电连接到所述电能储存组件的盖板所覆盖的第一面以及与第一面相对的第二面，每个盖板与条的各个端接触以便电连接两个储存组件，其中条和盖板的与条接触的面是平面，条沿着条的变细区(为焊接需要提供的条的结构)被焊接到盖板的面上。
因此，焊缝的存在、盖板的面的外周上不存在圆形重叠边缘、连同平面连接条的使用降低了模块的制造成本。上述组合一方面使条和盖板之间的接触表面最大，另一方面使条和外罩之间(通过或者不通过中间材料)的串联电阻Rs最小，从而便于模块内部与外部之间的热交换。
根据本发明的模块的优选的、非限制性方面如下所述，各方面可以被单独或组合构思：
-其包括壳体(10)，储存组件(20)设置在该壳体(10)中。
-每个盖板(30)包括位于其外表面上的连接端(31)，该连接端(31)在穿过条(40)的孔的水平上将与条(40)的端部电接触。
-两个储存组件(20)和焊缝(50，50’)相对于中面(A-A’)对称，该中面设置在储存组件(20)的旋转轴的中间距离处。
-两个储存组件(20)的焊缝(50，50’)彼此相对设置。
-两个储存组件(20)的焊缝(50，50’)彼此相对设置。
-条(40)沿至少一个焊缝(50，50’)被焊接在盖板(30)的每个面上。
-每个电能储存组件(20)沿至少两个焊缝(50，51和50’，51’)电连接到条(40)。
-焊缝(50，51和50’，51’)相对于穿过电能储存组件(20)的旋转轴的平面(B-B’)对称。
-每个焊缝(50，51和50’，51’)是四分之一圆的形式，第一焊缝(50，50’)延伸到盖板(30)的外周，第二焊缝(51，51’)沿着盖板(30)的中间半径延伸。
-两个焊缝(50，51和50’，51’)是直线，并平行于穿过两个储存组件(20)的旋转轴的对称平面(B-B’)延伸。
-两个焊缝(50，51和50’，51’)是直线，并垂直于穿过储存组件的旋转轴的对称平面B-B’延伸。
-两个焊缝(50，51和50’，51’)是直线，并与穿过两个储存组件(20)的旋转轴的对称平面(B-B’)形成夹角。
-每个储存组件(20)包括沿着至少两条焊接母线(60)被焊接到盖板(30)上的线圈元件，焊缝(50，51和50’，51’)被设置为不与焊接母线(60)重叠。
-每个储存组件(20)包括至少四条径向延伸的焊接母线(60)，每条母线(60)相对于穿过储存组件(20)的旋转轴的对称平面形成夹角。
-径向延伸的焊接母线(60)相对于穿过储存组件(20)的旋转轴的对称平面(B-B’)成对对称。
-焊接母线(60)沿着盖板(30)的直径延伸。
-焊接母线(60)彼此相对垂直，以便限定四分之一圆(61，62，63，64)。
-对于每个储存组件(20)，焊缝(50，51和50’，51’)设置在四分之一圆(61)中。
-每个其他的四分之一圆(62，63，64)均包括至少其他焊缝(52，53，54)。
-其他焊缝(52，53，54)是四分之一圆的形式。
-其他焊缝(52，53，54)是直线。
-至少两个其他焊缝垂直于穿过储存组件的旋转轴的平面而延伸。
-其他焊缝之一在穿过储存组件的旋转轴的平面中延伸。
-至少三个其他焊缝垂直于穿过储存组件的旋转轴的平面而延伸。
-每个条包括金属环的叠加。
-所述环通过电阻焊被焊接。
-每个环由铝制成。
-每个条由铝制成。
-条通过透明激光焊被焊接在盖板上。
-通过沉孔执行条的焊接。
-通过扩散硬钎焊，在条和盖板之间的全部或部分接触表面上条被焊接到盖板。
-其包括壳体的外罩以及条和盖板之间的散热元件，以便热连接同时电绝缘壳体与电能储存组件。
-元件与模块的壁之间的散热元件包括一层弹性体。
附图说明
通过以下参考附图给出的示例性的非限制性描述，本发明的其他特征、目的和优点将显现，其中：
图1显示现有技术的模块的实施例，
图2、2a、2b显示根据本发明的模块，
图3显示焊缝的实施例，
图4a至4h以及图5显示焊缝的其他实施例，
图6显示根据本发明的模块的条的焊缝和焊点的另一个实施例。
具体实施方式
下面将参考附图描述根据本发明的模块的不同实施例。在这些不同的附图中，模块的等效元件以相同的附图标记表示。如图2b所示，模块1包括壳体10，其中设置有至少两个电能储存组件20。储存组件20大体为圆柱形。储存组件20并排设置在壳体10中。换言之，储存组件20的旋转轴是平行的。在图2a和2b所示的实施例中，储存组件20设置为其旋转轴垂直于壳体10的下壁。在未显示的其他变化例中，储存组件可以是平行六面体、正方形、椭圆形、六边形，这不改变本发明的基本原理。
每个储存组件20包括被盖板30覆盖的第一面，盖板30沿着焊接母线被电连接到电能储存组件20。
每个盖板可以包括或不包括在其面的中心用于接触连接条的连接端。
根据本发明的模块的特征在于：i)连接条40和每个盖板30的用于与条40接触的面是平面；以及ii)通过透明焊(welding bytransparency)沿条的厚度的变细区形成焊缝，从而连接条40与盖板30。在本发明的范畴内，“平面(planar face)”被理解为表示盖板，大体为平的表面，包括或者不包括连接端。换言之，“面板(face plane)”被理解为表示盖板，盖板的面的外周不包括平行于储存组件的旋转轴延伸到外部的边缘。
透明焊被理解为表示通过待焊接的上工件的变细部分(如果该工件较厚)或者通过其整个厚度(如果该工件较薄)，通过穿过待焊接的上工件的光束来焊接两个重叠的工件的动作。透明焊与边对边焊接相反，后者包括通过不穿过待焊接的边而是被调节为待焊接的边的外形、并精确定位在待焊接的边的分界面的能量束、焊接边对边放置的两个工件。
这些特征的组合具有以下优点：
-这降低了这种模块的制作成本，
-这一方面使条与盖板之间的接触表面最大(降低模块的串联电阻)，另一方面使条与壳体的外罩之间的接触表面最大(使条与壳体之间的热传递最大)，
-这增强了由储存组件、盖板和条构成的组件的刚度，
-这还增强了由储存组件、盖板和条构成的组件的振动性能，
-这还降低了元件/杆组件的高度，并相应地使模块的整体体积最小，相应地增大了模块的能量和整体体积容量。
此外，使用平面条40和平面盖板30还最大化地利用条40与盖板30之间的接触表面，以便制造长度和位置被选择为应用的函数以及优选模块的参数的焊缝。
参考图3，其中图示焊缝的设置和形状的例子。
连接条的每一端沿着焊缝50、50’被焊接在各个盖板30的面上。
每个焊缝50、50’是沿着盖板30的外周的四分之一圆的形式。
焊缝50、50’彼此相对设置，使盖板/杆/盖板连接的串联电阻最小。
实际上，如下所述，位于两个最接近的焊缝50、50’(其中每个焊缝50、50’连接条40与不同的单元盖板30)之间的中心区中的连接条40的欧姆电阻R如下所示：
R = ρ × d S
其中：
d是彼此相对的两个焊缝之间的距离，
S是位于两个焊缝之间的条的截面，(S＝L×e，其中e是条的厚度，L是杆的宽度)，
ρ是杆材料的电阻率。
为了使盖板/杆/盖板连接的欧姆电阻R最小，可以减小焊缝50、50’之间的距离“d”和/或可以使焊缝的长度最大。实际上，在通过焊接进行连接的情况下，估计95％的电流通过焊缝50、50’流过，而只有5％的电流通过焊缝之外的工件之间的接触流过。相应地，必须确定焊缝50、50’的长度与数量之间的折衷，以及要执行的焊接操作的数量。
每个焊缝的四分之一圆的形式及其相对于盖板外周的位置使焊缝的长度最大。这利于电流(沿着磁力线60)从一个储存组件流入另一个储存组件，从而相应地减小杆的欧姆电阻。
使每个盖板的焊缝50、50’的数量最小减小了制造成本和时间。
当然，根据应用，焊缝的其他实施例也是可行的。
参考图4a至4h以及图5，这些图显示了连接缝的不同变化例。
两个储存组件相对于中面A-A’对称设置，其中中面A-A’位于两个储存组件20的旋转轴之间的中间距离处。
每个盖板30在至少两个焊缝50、51和50’、51’的水平电连接到条(未显示)的各个端。
考虑到两个储存组件之间的电流的流过主要发生在这两个储存组件所限定的区域中，因此这些焊缝50、51和50’、51’在下文中将被称为“主焊缝”。这与不同的参数有关，例如这些主焊缝在盖板上的彼此的相对位置或者这些主焊缝的形式。
主焊缝50、51和50’、51’的形式是可变的。根据变化例(图4a和图5中所示)，主焊缝50、51和50’、51’是四分之一圆的形式。这使焊缝的长度最大。
根据另一个变化例(图4h中所示)，主焊缝50、51和50’、51’是部分圆的形式。
根据另一个变化例(图4b至4g中所示)，主焊缝50、51和50’、51’是直线形式。这利于条在盖板上的焊接操作，因为直线焊接比曲线焊接更易操作。盖板的主焊缝50、51和50’、51’相对于中面A-A’对称。换言之，一个盖板的主焊缝50、51与另一个盖板的主焊缝50’、51’相对于中面A-A’对称。此外，主焊缝50、51和50’、51’相对于穿过储存组件20的旋转轴的平面B-B’对称。
这允许两个储存组件20之间的电流平缓通过。
在图5所示的实施例中，主焊缝50、51和50’、51’在其各自的盖板30上彼此相对设置。
这使电流在连接条的整个表面上的流动更好的分布，以及随后在存储元件20的整个绕组中更好的分布，通过防止上述绕组被不对称地过载，这可以增加模块的寿命并在任何情况下减小连接条40的磨损。
在图4a至4h所示的实施例中，主焊缝50、51和50’、51’彼此相对设置。这减小条40的欧姆电阻，同时使主焊缝50、51和50’、51’之间的距离最小。
每个盖板30在其外表面上可以包括或者不包括在穿过条40的孔的水平上用于电接触条40的一端的连接端31。连接端31的存在便于在盖板30上定位条40。在盖板30上不存在连接端31则减小模块的总体积，并相应地增大模块的体积功率。主焊缝50、51和50’、51’在盖板30上的位置可以变化。
在焊缝是四分之一圆的情况下，可以这样设置焊缝：一个焊缝位于外周上，另一个焊缝位于盖板的中间区中(图4a和5)。
在直线主焊缝50、51和50’、51’的情况下，焊缝可以平行于穿过两个储存组件的旋转轴的平面B-B’而延伸(图4b、4g)。
这减小条40的欧姆电阻(并相应的减小条的焦耳效应产生的热量)。但是，在这种情况下，电流主要沿着主焊缝50、51和50’、51’循环，可能导致沿着主焊缝50、51和50’、51’出现条40的局部加热。
直线主焊缝50、51和50’、51’也可以垂直于在储存组件20的旋转轴之间延伸的平面B-B’而延伸(图4c)。
在条40的整个宽度上分配电流从一个储存组件20到另一个储存组件的流动时，这避免与上述局部加热相关的变质风险。主焊缝50、51和50’、51’还可以与穿过储存组件20的旋转轴的平面B-B’具有夹角(图4d至图4f)。
可以径向设置主焊缝，即主焊缝在盖板30的中心水平彼此接近，主焊缝50、51和50’、51’之间的距离随着接近盖板30的外周而增大(图4d和图4e)。
这利于电流流过条40的外周。
主焊缝还可以在盖板30的中心水平彼此相距定位，主焊缝50、51和50’、51’之间的距离随着接近盖板30的外周而减小(图4f)。
这利于电流通过条40的中心流过。
如图4a至4h和图5所示，盖板30还沿着焊接母线60被焊接到储存组件20上。
按照实施例，每个储存组件可以沿着两条焊接母线60或者多于两条母线60被焊接到各个盖板上。
在如图4h所示的一些实施例中，每个盖板30沿着径向延伸的四条焊接母线60被焊接到各个储存组件20上，每条焊接母线60与在储存组件20的旋转轴之间延伸的平面B-B’具有夹角。特别地，将与待被电连接的相邻储存组件20相对的焊接母线60与平面B-B’具有夹角α，该夹角α小于相同平面B-B’和与相邻的待连接的储存组件20最远的母线之间的夹角β。
这易于电流从一个储存组件20流到另一个储存组件20，并增大该电流通过区中储存组件20及其所属的盖板30之间的连接强度。
在图4a至4g和图5所示的其他实施例中，每个盖板沿着两条焊接母线60被焊接到各个储存组件，母线60沿着盖板30的直径延伸以限定盖板的圆周部分。
这简化盖板30在储存组件20上的焊接操作。
为了保证盖板30的整个表面下的盖板/储存组件固定质量的一定的均匀性，焊接母线60可以彼此相对垂直(参考图4a、4b、4d至4g和图5)，以限定四分之一圆。
有利地，主焊缝50、51和50’、51’可以被设置为不重叠焊接母线60。
这减小条40的局部加热。在实施例中，主焊缝50、51和50’、51’被设置在由焊接母线60限定的四个盖板部分61、62、63、64之一61中，无论这四个盖板部分61、62、63、64是否具有相等的表面。
有利地，其他盖板部分62、63、64中的每一个可以包括一个或多个额外的各自的焊缝52、53、54。在下文中，该焊缝被称为次焊缝。
这增强盖板30与条40之间的连接质量。
如图4a、4e至4g和图5所示，每个其他的四分之一圆61、62、63、64可以包括设置在盖板30的外周上的四分之一圆形式的次焊缝52、53、54。
这使次焊缝52、53、54的长度最大。
基于与前文中参考主焊缝50、51和50’、51’陈述的相同的理由，如图4b至4d以及4h所示的这些次焊缝52、53、54也可以是直线，与平面B-B’平行、垂直或者形成夹角。
在图6所示实施例中，每个条40通过叠加可电阻焊的例如由铝制成的金属环而构成。在焊点41、42、43、44的水平逐点电阻焊叠加的环。这些焊点41、42、43、44优选地不与焊缝和焊接母线对齐。
可以通过激光透明焊(laser welding by transparency)来执行条在盖板上的焊接，例如沿着设置在条40上的沉孔。
条和盖板之间全部或部分接触表面上的扩散硬钎焊可以代替激光透明焊，例如通过镓。
显然，有利的是在元件的电解浸渍操作之前或者这些操作之后，如果盖板和条已经制备有浸渍孔，则如根据前述的本发明采取的、条在盖板元件上的焊接制造出完整的模块。
读者还可以理解可以对前述的过程和设备进行各种修改，而没有实质上背离在此描述的新颖的观点和优点。
特别明显的，根据本发明，可以在每个元件的两个盖板上对每个条进行连接，而不是仅对上盖板进行连接。
因此，如权利要求所述，所有这类改变都在根据本发明所述的模块的范围内。

Claims (33)

1.一种模块，包括至少两个电能储存组件(20)，每个电能储存组件(20)包括被电连接到所述电能储存组件(20)的盖板(30)所覆盖的第一面和与该第一面相对的第二面，每个盖板接触条(40)的各个端，以便电连接两个电能储存组件(20)，其特征在于，该条(40)和盖板(30)的与该条(40)接触的面是平面，该条(40)沿焊缝(50，50’)被焊接到盖板(30)的与该条接触的面上。
2.根据权利要求1所述的模块，其特征在于，所述模块包括壳体(10)，所述电能储存组件(20)设置在该壳体中。
3.根据权利要求1或2所述的模块，其特征在于，每个盖板(30)包括位于其外表面上的连接端(31)，该连接端(31)在穿过条(40)的孔的水平上将与条(40)的端部电接触。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的模块，其特征在于，所述两个电能储存组件(20)和焊缝(50，50’)相对于中面A-A’对称，该中面A-A’设置在所述电能储存组件(20)的旋转轴的中间距离处。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的模块，其特征在于，所述两个电能储存组件(20)的焊缝(50，50’)彼此相对设置。
6.根据权利要求1至4中任一项所述的模块，其特征在于，所述两个电能储存组件(20)的焊缝(50，50’)彼此相对设置。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的模块，其特征在于，所述条(40)沿至少一个焊缝(50，50’)被焊接在盖板(30)的与所述条接触的面上。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的模块，其特征在于，每个电能储存组件(20)沿至少两个焊缝(50，51和50’，51’)电连接到所述条(40)。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的模块，其特征在于，所述焊缝(50，51和50’，51’)相对于穿过所述电能储存组件(20)的旋转轴的平面(B-B’)对称。
10.根据权利要求1至9中任一项所述的模块，其特征在于，每个焊缝(50，51和50’，51’)是四分之一圆的形式，第一焊缝(50，50’)延伸到所述盖板(30)的外周，第二焊缝(51，51’)沿着所述盖板(30)的中间半径延伸。
11.根据权利要求1至9中任一项所述的模块，其特征在于，所述两个焊缝(50，51和50’，51’)是直线，并平行于穿过所述两个电能储存组件(20)的旋转轴的对称平面(B-B’)延伸。
12.根据权利要求1至9中任一项所述的模块，其特征在于，所述两个焊缝(50，51和50’，51’)是直线，并垂直于穿过所述电能储存组件的旋转轴的对称平面(B-B’)延伸。
13.根据权利要求1至9中任一项所述的模块，其特征在于，所述两个焊缝(50，51和50’，51’)是直线，并与穿过所述两个电能储存组件(20)的旋转轴的对称平面(B-B’)形成夹角。
14.根据权利要求1至13中任一项所述的模块，其特征在于，每个电能储存组件(20)包括沿着至少两条焊接母线(60)被焊接到所述盖板(30)上的线圈元件，所述焊缝(50，51和50’，51’)被设置为不与所述焊接母线(60)重叠。
15.根据权利要求14所述的模块，其特征在于，每个电能储存组件(20)包括至少四条径向延伸的焊接母线(60)，每条焊接母线(60)相对于穿过所述电能储存组件(20)的旋转轴的对称平面形成夹角。
16.根据权利要求15所述的模块，其特征在于，所述径向延伸的焊接母线(60)相对于穿过所述电能储存组件(20)的旋转轴的对称平面(B-B’)成对对称。
17.根据权利要求14所述的模块，其特征在于，焊接母线(60)沿着盖板(30)的直径延伸。
18.根据权利要求17所述的模块，其特征在于，焊接母线(60)彼此相对垂直，以便限定四分之一圆(61，62，63，64)。
19.根据权利要求18所述的模块，其特征在于，对于每个电能储存组件(20)，所述焊缝(50，51和50’，51’)设置在四分之一圆(61)中。
20.根据权利要求19所述的模块，其特征在于，每个其他的四分之一圆(62，63，64)均包括其他焊缝(52，53，54)。
21.根据权利要求20所述的模块，其特征在于，所述其他焊缝(52，53，54)是四分之一圆的形式。
22.根据权利要求20所述的模块，其特征在于，所述其他焊缝(52，53，54)是直线。
23.根据权利要求22所述的模块，其特征在于，至少两个其他焊缝垂直于穿过所述电能储存组件的旋转轴的平面而延伸。
24.根据权利要求23所述的模块，其特征在于，所述其他焊缝之一在穿过所述电能储存组件的旋转轴的平面中延伸。
25.根据权利要求23所述的模块，其特征在于，至少三个其他焊缝垂直于穿过所述电能储存组件的旋转轴的平面而延伸。
26.根据权利要求1至25中任一项所述的模块，其特征在于，每个条包括金属环的叠加。
27.根据权利要求26所述的模块，其特征在于，所述环通过电阻焊被焊接。
28.根据权利要求27所述的模块，其特征在于，每个条由铝制成。
29.根据权利要求1至28中任一项所述的模块，其特征在于，所述条通过透明激光焊被焊接到盖板上。
30.根据权利要求1至29中任一项所述的模块，其特征在于，通过沉孔执行所述条的焊接。
31.根据权利要求1至28中任一项所述的模块，其特征在于，通过扩散硬钎焊，在所述条和所述盖板之间的全部接触表面上，所述条被焊接到所述盖板。
32.根据权利要求1至31中任一项所述的模块，其特征在于，其包括所述壳体的外罩以及条和盖板之间的散热元件，以便热连接同时电绝缘壳体与所述电能储存组件。
33.根据权利要求32所述的模块，其特征在于，所述元件与所述模块的壁之间的散热元件包括一层弹性体。
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