CN102163705A - 用于电池模块的互连构件 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及用于电池模块的互连构件。一种用在振动焊接的带有电池接头的电池模块中的互连构件包括可焊接到电池接头的部分和镶嵌物。所述镶嵌物相对于该部分定位。所述镶嵌物可与该部分为相同材料，带有绝热或热阻止的外环，或者可与电池接头为相同材料并带有或者不带有所述外环。空位或开口可被设置在互连构件中以减少所述互连构件的热质量。空位可由所述部分的层压或包覆层限定出，可被绝热材料填充。还公开了包括上述的接头和互连构件的电池模块。

Description

用于电池模块的互连构件
相关申请的交叉引用
本申请要求享有美国临时专利申请No.61/299403的优先权，其申请日为2010年1月29日，其在此被全文引用。
技术领域
本发明涉及用于连接电池模块的导电电池接头的互连构件设计。
背景技术
振动焊接工艺利用超声焊极将校准的振动或振荡施加到相邻的工件。振动在工件的交界面上产生大量的表面摩擦。由所产生的摩擦引起的热量使交界面软化。当材料最终冷却时形成固态焊接。超声波焊接和其他振动焊接技术能够在制造业上具有极大的效用。然而，被振动焊接部分的效率、一致性和焊接可靠性/耐久性会随着在振动焊接过程中使用的方法和各种焊接工具和工件元件的设计不同而不同。在将电池模块的导电电池接头振动焊接到汇流排或者互连构件时，这一情况尤其能够体现。
发明内容
本文提供了用于与电池模块一起使用的互连构件。如本文所述，互连构件可以用于减少热耗散和/或提供类似材料焊接。互连构件包括一组镶嵌物。这些镶嵌物的材料被选择为允许，例如，将电池模块的电池接头最佳地焊接到互连构件的指定部分，例如，壁、底板等。该互连构件可以是复合物，或在另一实施例中可以是层压/包覆的。在另一实施例中，镶嵌物可包括位于其外周由绝热或热阻止材料构成的外环，以减少在焊接时热量从焊点处的耗散。例如，当互连构件由铜构成时，可以使用带有由其他材料构成的热阻止外环的带环铜镶嵌物用于焊接到铜电池接头。该环有助于将热量保持在焊点所在处。
互连构件(例如，侧壁或其它期望的部分)的材料，可以在不同的关键位置上被减少、给出、和/或去除以便形成开口或空位。这些空位减少了互连构件的热和结构质量，并因此降低了围绕焊接界面的材料的散热效果。在另一实施例中，互连构件可为由例如具有低传导性材料或具有绝热材料的层压或包覆层构成，以便进一步降低从焊点的散热速率。
电池模块是可有利于振动焊接的元件的一个示例。这样的电池模块可用作在新兴的汽油/电混合动力汽车(HEV)、增程式电动车(EREV)和电池电动汽车(BEV)的动力系统中的高压电源。各电池单体的导电电极延伸部或电池接头可振动焊接在一起，并且被振动焊接至导电汇流条或互连构件。
特别是，由第一材料构成的互连构件用于具有电池接头的被振动焊接的电池模块中。该互连构件包括可焊接到电池接头的部分，以及相对于该部分设置的镶嵌物。该镶嵌物或者基本上由第一材料构成，带有绝热或热阻止的外环使得当互连构件被振动焊接到电池接头上时，使从形成在镶嵌物处的焊点散出的热耗散的速率最小化；该镶嵌物或者基本上由第二材料构成，带有或不带有外环，以便提供所述部分和电池接头之间的类似材料焊接，并将热耗散速率可能地最小化。
振动焊接的电池模块也被公开，其包括由第一和第二材料之一构成的电池接头，和由第一种材料构成的互连构件。该互连构件包括振动焊接到电池接头的部分，以及相对于该部分设置的镶嵌物。该镶嵌物被构造成当互连构件被振动焊接到电池接头上时使从形成在镶嵌物处的焊点散出的热耗散的速率最小化。该镶嵌物或者基本上由第一材料构成，带有绝热或热阻止的外环，或者当电池接头由第二材料构成时该镶嵌物基本上由第二材料构成，以便提供导电部分和电池接头之间的类似材料焊接，并将热耗散速率可能地最小化。
本发明提供以下解决方案：方案1.一种用于在具有电池接头的振动焊接的电池模块中使用的由第一材料构成的互连构件，包括：能焊接到电池接头的部分；以及相对于该部分设置的镶嵌物；其中镶嵌物基本上由下述材料之一构成：第一材料，带有绝热或热阻止的外环；和第二材料，当电池接头由第二材料构成时。方案2.方案1所述的互连构件，其中镶嵌物基本上由第二材料构成，并包括绝热或热阻止的外环。方案3.方案1所述的互连构件，其中所述部分限定开口或空位用以减少互连构件的热质量。方案4：方案1所述的互连构件，其中第一材料是铜和铝其中之一，以及其中第二材料是铜和铝中的另外一个。方案5：方案1所述的互连构件，其中所述部分是由多个层层压或包覆而成。方案6：方案5所述的互连构件，其中所述多个层中至少一层是铜和铝之一。方案7：方案5所述的互连构件，其中多个层压或包覆层包括第一层、第二层和第三层，第二层置于第一层和第三层之间，以及其中一组开口或空位至少部分地由所述多个层限定。方案8：一种振动焊接的电池模块，包括：由第一材料和第二材料之一构成的电池接头；和由第一材料构成的互连构件，该互连构件具有：被振动焊接到电池接头上的传导部分；和相对于所述传导部分设置的镶嵌物，其中镶嵌物基本上由以下材料之一构成：第一材料，具有绝热或热阻止的外环；和第二材料，当电池接头由第二材料构成时。方案9：方案8所述的电池模块，其中所述传导部分限定多个减少互连构件热质量的开口或空位。方案10：方案8所述的电池模块，其中第一材料是铜和铝中之一，以及第二材料是铜和铝中的另外一个。方案11：方案8所述的电池模块，其中传导部分包括层压或包覆层。方案12：方案11所述的电池模块，其中层压或包覆层包括铜层和铝层至少之一。方案13：方案11所述的电池模块，其中层压或包覆层包括第一层、与第一层相邻设置的第二层、和与第二层相邻设置的第三层，以及开口或空位由第一层、第二层和第三层限定出。方案14：方案13所述的电池模块，进一步包括设置在所述开口或空位中的绝热材料。方案15：方案14所述的电池模块，其中绝热材料由绝缘泡沫材料、玻璃和陶瓷材料之一构成。方案16：一种用于在具有电池接头的振动焊接的电池模块中使用的由第一材料构成的互连构件，包括能被焊接到电极接头的部分，其中互连构件限定或包括以下至少之一：相对于所述部分设置的镶嵌物，其中镶嵌物基本上由下述材料之一构成：第一材料，具有绝热或热阻止的外环；和第二材料，当电池接头由第二材料构成时；用于减少互连构件热质量的开口或空位；和由不同材料构成的多个层压或包覆层。方案17：方案16所述的互连构件，其中镶嵌物基本上由第二材料构成，并包括绝热或热阻止的外环。方案18：方案16所述的互连构件，其中互连构件包括镶嵌物且所述部分限定开口或空位。方案19：方案16所述的互连构件，包括多个层压或包覆层和开口或空位，其中开口或空位由绝热材料填充。
本发明的上述特征和优点以及其它特征和优点可容易地从结合附图的用于实现本发明的最佳模式的下述详细说明显而易见。
附图说明
图1是导电的汇流条或互连构件和多单体电池模块的部分(包括电池接头)的侧视示意图；
图2是根据一个可能的实施例的具有镶嵌物以及用于减少互连构件热质量的可选的开口或空位的互连构件的侧视透视示意图；
图3是具有绝热或热阻止外环的可选的镶嵌物的示意图；和
图4是可用于图1和图2的互连构件的层压部分。
具体实施方式
参考附图，其中相同的附图标记指的是相同的部件，从图1开始，电池模块10包括如本文所述构造的汇流条或互连构件12。互连构件12包括一个或多个镶嵌物19，镶嵌物在指定的传导部分14，例如壁或其他希望部分，降低热耗散和/或提供类似材料焊接。尽管在一个可能的实施例中，底板16的两侧设有两个部分14，其它互连设计也能与镶嵌物19一起使用，例如，W形、柱形、条片金属等等。在下述的每一个实施例中，至少一个镶嵌物19定位在指定部分14内或在指定部分14上，每一个镶嵌物19与其上形成的焊点一样大或更大一些。
在一个可能的实施例中互连构件12可以用作多单体电池的一部分。简单起见，仅互连构件12、互连板18、电池模块10的各自的接头30，130在图1中示出。互连构件12可由合适的传导材料构成，典型的为单元素金属诸如铜或铝，但是复合材料和/或金属合金也可根据设计而被使用。接头30，130穿过由互连板18限定的开槽20或其他开口向互连构件12延伸，并被振动焊接到部分14设有镶嵌物19的位置上，以及当未使用镶嵌物19的情况下直接焊接到部分14上。
图1所示的电池模块10的可能的应用包括混合电动汽车(HEV)，电动汽车(EV)，插电式混合电动汽车(PHEV)，以及类似车辆的推进装置。在这样的一个实施例中，电池模块10的额定电压可以为约300VDC或更高的直流电压，或者适于给一个或更多个高压牵引电动机(未示出)通电的任何合适的额定电压。
要被振动焊接在一起的工件22可包括互连构件12的传导部分14和接头30或130，接头30或130焊接到所述特定部分14。如本领域所公知，首先将工件22夹在振动超声焊极或焊头与焊接砧座之间(未示出)。然后超声焊极以校准频率和振幅振动。这又在不同的焊接界面17处产生大量的摩擦和热。
然而，互连构件12和用于将互连构件12焊接到接头30，130的焊接工具能够充当散热器。当能量通过超声焊极(未示出)沿箭头15的方向传递到工件22中，热量因此从一组焊接点24——例如图4所示的一系列焊接点——的所在处被耗散。互连构件12在其不同实施例中能够使这样的热耗散率最小化，并提供类似材料的焊接，如现在将参考附图2说明的。
参考图2，在一个实施例中镶嵌物19可以由与互连构件12不同的材料构成。例如，如果互连构件12由铜构成，铝制镶嵌物19可设置在部分14中的由凹槽或切口21形成的开口(箭头27)中，或者，反之亦然。铝制镶嵌物19能被振动焊接到铝板，例如，电池接头。作为另一种替代，如以下参考图3所描述的，能够采用与互连构件12相同的材料构成的镶嵌物19。
仍然参考图2，每个开口(箭头27)可由互连构件12的部分14，例如指定壁或其他部分，限定出。作为另一种替代，镶嵌物19可被层压或包覆到部分14或以其他方式设置在部分14上。如幻影线所示，镶嵌物19可选地包括任意数量的片状延展部11或提供附加表面区域和/或几何图形的其他特征，足以使镶嵌物19相对于互连构件12固定。互连构件12可以在焊接之前通过激光切割、模压或其他手段制备以形成限定有开口(箭头127)的壁21，镶嵌物19可以压配合到所述开口中，和/或镶嵌物19可关于所述开口被层压、包覆、焊接、粘结、或以别的方式固定至互连构件12。
如上所述，在一个可能的实施例中互连构件12可由铝构成。与铜相比铝具有低的质量和价格。仅一组接头30或130被典型由与互连构件12相同的材料构成。因此接头30可由铝构成，接头130可由铜构成。铝的热导率约为铜的63％。因此，与全铝互连构件12相比，将由铜构成的镶嵌物19和由相同材料构成的互连构件12一起使用因此能够提供类似材料焊接的益处。
镶嵌物19的形状可随设计相应改变，如所示的椭圆形，或者圆形、环形、矩形等。虽然如上所述可使用铜和铝制成的镶嵌物19，本领域普通技术人员也将认识到，这些材料或其它材料的合金或组合，包括复合材料或合金，也可被使用以获得期望的焊接质量。
简略地参考图3，在一个可能的实施例中带环镶嵌物119可包括设置在镶嵌物19的外周34的热阻止/绝热环36，不管镶嵌物19的材料是什么。带环镶嵌物119可以允许使用铜镶嵌物19，例如，在铜互连构件12(参见图1和2)中。在该示例中，环36的材料可以是铝、合金、别的金属、或合适的绝热或热阻止材料。环36与镶嵌物19一起使用来形成带环镶嵌物119能够帮助将热量保持在形成的焊点的所在处。
再参考图2，在另一实施例中，互连构件12的材料可被可选地从部分14或其他区域的厚度(箭头28)减少和/或去除以形成具有一宽度(箭头26)的空位或开口(箭头127)。开口(箭头127)有助于减少互连构件12的热质量。开口(箭头127)可以是所示的槽形，或其他期望的形状。开口(箭头127)可设置在互连构件12上的任何位置，但是当他们被设置得离焊点越近时可以越有效。尽管为了清楚起见没有在图2中示出，但是开口(箭头127)也可与镶嵌物19设置在相同的部分14上，即，设置在镶嵌物19之间。
参考图4，在另一个实施例中，互连构件12可包括至少一个多层层压或包覆构件，如，部分114。在一实施例中，第一层40和第二层42可被层压或包覆在一起以形成2层设计。例如，第一层40可由铜构成，第二层42可由铝构成。在本例中，焊接部或焊点24形成以使铝第二层42与铝传导接头130(参见图3)连接在一起。因此，部分114的厚度可以是复合或层压的，可选地在层压结构的层之间限定出开口(箭头227)。
例如，第一层40和第二层42可与第三层44被层压在一起从而形成3层设计。内层，即，第二层42，可以是实心板，或者其可以分别与第一层40和第三层44的面对表面50，52限定出开口(箭头227)。开口(箭头227)可以是槽形，或者他们可延伸层压部分114的整个宽度。
在另一可能的实施例中，开口(箭头127)可被合适的绝缘体，或传导性小的金属，例如空气或诸如绝热泡沫材料、玻璃或陶瓷的绝热材料，填充。在图3所示的实施例中，开口(箭头227)的大小，以及他们的位置和其中使用的绝缘体的材料，可在或靠近焊接界面17(见图1)紧邻焊点24处提供高的可定制的局部加热特性。焊点24附近的充分绝热能帮助将有用的热量保持在焊接的所在处中。
虽然实现本发明的最佳方式已被详细说明，但是本发明相关领域的技术人员能够知晓用于在所附权利要求的范围内实践本发明的各种替代设计和实施方式。

Claims (10)

1.一种用于在具有电池接头的振动焊接的电池模块中使用的由第一材料构成的互连构件，包括：
能焊接到电池接头的部分；和
相对于该部分设置的镶嵌物；
其中镶嵌物基本上由下述材料之一构成：
第一材料，带有绝热或热阻止的外环；和
第二材料，当电池接头由第二材料构成时。
2.权利要求1所述的互连构件，其中镶嵌物基本上由第二材料构成，并包括绝热或热阻止的外环。
3.权利要求1所述的互连构件，其中所述部分限定开口或空位用以减少互连构件的热质量。
4.权利要求1所述的互连构件，其中所述部分是由多个层层压或包覆而成。
5.权利要求4所述的互连构件，其中多个层压或包覆层包括第一层、第二层和第三层，第二层置于第一和第三层之间，以及其中一组开口或空位至少部分地被由所述多个层限定。
6.一种振动焊接的电池模块，包括：
由第一材料和第二材料之一构成的电池接头；和
由第一材料构成的互连构件，该互连构件具有：
被振动焊接到电池接头上的传导部分；和
相对于所述传导部分设置的镶嵌物，其中镶嵌物基本上由以下材料之一构成：
第一材料，具有绝热或热阻止的外环；和
第二材料，当电池接头由第二材料构成时。
7.权利要求6所述的电池模块，其中所述传导部分限定多个减少互连构件热质量的开口或空位。
8.权利要求6所述的电池模块，其中传导部分包括层压或包覆层。
9.权利要求8所述的电池模块，其中层压或包覆层包括第一层、与第一层相邻设置的第二层、和与第二层相邻设置的第三层，和其中开口或空位由第一层、第二层和第三层限定出。
10.一种用于在具有电池接头的振动焊接的电池模块中使用的由第一材料构成的互连构件，包括能被焊接到电极接头的部分，其中互连构件限定或包括以下至少之一：
相对于所述部分设置的镶嵌物，其中镶嵌物基本上由下述材料之一构成：
第一材料，具有绝热或热阻止的外环；和
第二材料，当电池接头由第二材料构成时；
用于减少互连构件热质量的开口或空位；和
由不同材料构成的多个层压或包覆层。
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