CN102195071B - 可逆式电池组件和用于自动大量生产的工具 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及可逆式电池组件和用于自动大量生产的工具，具体地，一种电池模块包括：设置在堆中的多个电池单元，所述电池单元中的每一个包括从该电池单元延伸的一对分隔开的接线片；联接到所述接线片中的至少一个的刚性支撑板；和联接到一对相邻的电池单元中的每一个的接线片中的至少一个的汇流条。

Description

可逆式电池组件和用于自动大量生产的工具
技术领域
本发明总体涉及一种具有多个电池单元的电池模块。更具体而言，本发明致力于一种电池模块和用于组装该电池模块的方法。
背景技术
用于混合动力插电式（EV）车辆或其它类型车辆的电池组件包括多个电池单元。冷却翼片、重复的框架和泡沫材料以及电互连件被联结到电池单元以形成电池模块或电池组。用于长驱动范围EV的电池模块可包含两百个以上的电池单元。
当前，在将电池单元和其它部件堆叠和组装到电池模块中之后，每两个或每三个相邻的电池单元通过U形金属片被焊接在一起以形成串/并联电子连接。具体地，每个电池单元具有被焊接到U形金属片的至少两个接线片或电端子（一个正，一个负）。在某些应用中，每个电池单元的接线片被弯曲成使得接线片的末端在焊接之后对齐。不幸的是，由于在焊接期间接线片的精确弯曲和位置控制困难，因此仍然存在不均匀的接线片高度。不均匀和未对齐的接线片影响接线片和U形片之间的整体焊接质量，并且由于接线片干涉而引起短路的风险。
此外，因为诸如点焊和超声焊接等当前焊接技术的不可逆的性质，从完全组装好的电池模块移除有缺陷的或者“坏”的电池单元要求切断电池模块中所有的接线片连接，从而使“好”的电池单元不能再用于重新焊接或恢复到另一电池模块。
期望开发一种电池模块和组装该电池模块的方法，其中该电池模块能够以最小的努力和成本进行维修并且再制造，同时保持多个电池单元的串/并联连接的灵活性以及使不均匀的接线片对齐的发生最小化。
发明内容
根据本发明，令人惊讶地发现了一种电池模块和一种组装该电池模块的方法，其中所述电池模块能够以最小的努力和成本进行维修和再制造，同时保持多个电池单元的串/并联连接的灵活性以及使不均匀的接线片对齐的发生最小化。
在一个实施例中，电池模块包括：设置在堆中的多个电池单元，所述电池单元中的每一个包括从该电池单元延伸的一对分隔开的接线片；联接到所述接线片中至少一个的刚性支撑板；和联接到一对相邻的电池单元的每一个的接线片中至少一个的汇流条。
在另一实施例中，一种用于组装具有多个电池单元的电池模块的装置包括：基底；相对于所述基底可移动的栅格托架；和被联接到所述栅格托架的栅格棒，所述栅格棒具有纵向轴线大致平行于所述基底的主体。
本发明还提供用于组装电池模块的方法。
一种方法包括以下步骤：提供一装置，该装置具有基底、相对于所述基底可移动的栅格托架以及联接到所述栅格托架的栅格棒；将多个电池单元以堆叠的关系布置在所述基底上，每个所述电池单元具有从该电池单元延伸的一对接线片；将所述栅格托架向所述电池单元移动，以将所述栅格棒布置在相邻的一对电池单元的每一个的至少一个接线片之间；和将汇流条联接到相邻的一对电池单元的每一个的至少一个接线片。
本发明还提供如下方案：
1. 一种电池模块，其包括：
设置在堆中的多个电池单元，所述电池单元中的每一个包括从其延伸的一对分隔开的接线片；
联接到所述接线片中至少一个的刚性支撑板；和
联接到一对相邻的电池单元的每一个的接线片中至少一个的汇流条。
2. 如方案1所述的电池模块，其特征在于，所述支撑板包括从所述支撑板的表面突出的键。
3. 如方案1所述的电池模块，其特征在于，所述接线片中的所述至少一个被围绕所述支撑板的一部分弯曲。
4. 如方案1所述的电池模块，其特征在于，所述接线片中的所述至少一个通过使用粘合剂被联接到所述支撑板。
5. 如方案1所述的电池模块，其特征在于，所述汇流条包括插口，所述插口具有孔以接纳所述接线片中的其中一个。
6. 如方案5所述的电池模块，其特征在于，所述接线片中的所述至少一个被压配合到所述插口的所述孔中，以将所述接线片中的所述至少一个紧固到所述孔中。
7. 如方案1所述的电池模块，其特征在于，其还包括被布置为与所述汇流条相邻的控制板。
8. 如方案7所述的电池模块，其特征在于，所述汇流条包括从所述汇流条的表面突出的端子，并且所述控制板包括用于接纳所述端子的插孔。
9. 一种用于组装具有多个电池单元的电池模块的装置，所述装置包括：
基底；
相对于所述基底能够移动的栅格托架；和
被联接到所述栅格托架的栅格棒，所述栅格棒具有纵向轴线大致平行于所述基底的主体。
10. 如方案9所述的装置，其特征在于，其还包括支撑板，所述支撑板被布置在所述基底上以在所述电池模块的组装期间支撑所述电池单元中的其中一个的接线片。
11. 如方案9所述的装置，其特征在于，所述栅格棒包括楔形导头。
12. 如方案9所述的装置，其特征在于，所述栅格棒包括形成在所述栅格棒中的键沟槽。
13. 如方案12所述的装置，其特征在于，所述键沟槽被形成为沿所述栅格棒的所述纵向轴线。
14. 一种用于组装电池模块的方法，所述方法包括以下步骤：
提供一装置，所述装置具有基底、相对于所述基底能够移动的栅格托架以及联接到所述栅格托架的栅格棒；
将多个电池单元以堆叠的关系布置在所述基底上，所述电池单元每个都具有从其延伸的一对接线片；
将所述栅格托架向所述电池单元移动，以将所述栅格棒布置在相邻的一对电池单元的每一个的至少一个接线片之间；和
将汇流条联接到相邻的一对电池单元的每一个的所述至少一个接线片。
15. 如方案14所述的方法，其特征在于，所述接线片中的至少一个包括与其联接的支撑板。
16. 如方案15所述的方法，其特征在于，所述支撑板包括从所述支撑板的表面突出的键。
17. 如方案16所述的方法，其特征在于，所述栅格棒包括形成在所述栅格棒中以接合形成在所述支撑板上的键的键沟槽。
18. 如方案14所述的方法，其特征在于，所述汇流条包括插口，所述插口具有孔以接纳所述接线片中的其中一个。
19. 如方案18所述的方法，其特征在于，相邻一对电池单元的每一个的所述至少一个接线片被压配合到所述汇流条的所述孔中的对应的一个孔中。
20. 如方案14所述的方法，其特征在于，其还包括步骤：提供布置在所述基底上的支撑板，以在所述电池模块组装期间支撑所述电池单元中的一个电池单元的接线片。
附图说明
对于本领域技术人员来说，本发明的上述和其它优点在考虑附图时从下面的优选实施例的详细说明书中将变得明显，附图中：
图1为根据本发明实施例的电池模块的分解透视图；
图2A为根据本发明实施例的电池单元组件的正视图；
图2B为图2A的电池单元组件的侧视图；
图3A为根据本发明实施例的汇流条的侧视图，其示出汇流条的剖切部分；
图3B为图3A的汇流条的正视图；
图4为根据本发明实施例的栅格固定件的正视图；
图5A为图4的栅格固定件的栅格棒的底平面视图；
图5B为图4的栅格固定件的栅格棒的侧视图；
图6为图4的栅格固定件的正视图，示出布置在其基底上的电池单元的堆；
图7A为在组装过程中图4的栅格固定件的正视图；
图7B为在组装过程中图4的栅格固定件的侧视图；以及
图8为图1的电池模块的顶平面视图，其中控制板被移除。 
具体实施方式
下面的详细说明书和附图描述和例示出本发明的各种实施例。说明书和附图用于使本领域技术人员制作和使用本发明，而不旨在以任何方式限制本发明的范围。对于公开的方法，呈现的步骤实质上为示例性的，并且因此，该步骤的顺序不是必要的或不是关键性的。
图1-3例示出根据本发明实施例的电池模块10。如所示，电池模块10包括多个电池单元12和多个汇流条16，每个电池单元12具有一对接线片14（即端子），汇流条16适于联接到接线片14。电池模块10进一步包括被布置为与汇流条16相邻并且与汇流条16电连通的控制板18。理解的是，每个电池单元12可为包括多个堆叠的电池单元的电池单元组件。
支撑板20联接到每个接线片14。作为非限制性示例，支撑板20由与用作传统印刷电路板的材料类似的刚性非导电性材料形成。然而，也可使用其它材料。支撑板20包括突起，被称作键22，其在组装操作中使用，这在下文中描述。
在某些实施例中，每个接线片14被围绕支撑板20的一部分弯曲，以增加接线片14与汇流条16之间的接触面积。在另一些实施例中，支撑板20被粘接到接线片14的表面，而不通过弯曲或成形过程。理解的是，可以使用将支撑板20联接到接线片14的任何手段。进一步理解的是，支撑板20向接线片14提供刚性，同时允许接线片14保持与相关的一个电池单元12的电极（未示出）相连接的柔性根部分23。
汇流条16典型地由诸如铜、铝或金等高导电率材料形成。作为非限制性示例，汇流条16的外表面由例如用于电缆或插销的绝缘材料（未示出）覆盖，以避免不希望的电接触。如所示，每个汇流条16包括主体24、形成在主体24中（或者独立地形成并且联接到主体24）的多个插口26以及形成在主体24中位于主体24的与插口26相反的表面上的端子28。作为非限制性示例，端子28是布置在汇流条16的与插口26相反的表面上的导电元件、销、柱和内部夹中的一种。
每个插口26包括形成在插口26中的孔30，以接纳接线片14中的其中一个。每个汇流条16可包括任意数量的插口26。理解的是，每个插口26的孔30的尺寸设计为接纳与支撑板20联接的接线片14。作为非限制性示例，接线片14通过与在电力或电子设备中安装电子板典型地所需的力类似的力被插入孔30中。在某些实施例中，被联接到支撑板20的接线片14被压配合到孔30中，并且不需要粘合或焊接过程。理解的是，接线片14强制插入到孔30中确保了电池单元12与汇流条16之间的连接，并且通过“楔入效应”，得到使实际的微观接触面积最大化的在接线片14与汇流条16之间的接触力，继而改进了接触表面的导电性。进一步理解的是，强制插入引起接触界面的表面摩擦，这使生长在暴露于空气的大多数金属表面上的氧化膜破裂，因此减小了从接线片14到汇流条16的电阻。
控制板18包括多个插孔32，每个插孔32适于接纳汇流条16中其中一个的端子，用于监测和控制电池模块10的电压和电流。如所示，每个插孔32与连接器33电连通，用于分别传输和接收反馈和控制信号。
尽管汇流条-接线片插入过程能够以手动执行，但每个接线片14的根部分23对于支撑由自动、高速组装操作导致的插入力来说典型地太软和太柔。
如图4-5所示，本发明构思了栅格固定件34以便于自动的汇流条-接线片的插入。栅格固定件34包括多个栅格棒36，多个栅格棒36均等地隔开并刚性安装在栅格托架38上。栅格托架38可滑动地联接到固定件基底40。理解的是，可使用将栅格托架38可滑动地联接到基底40的任何手段，例如轨道系统。在某些实施例中，接线片支撑板41以预定位置和方位布置在固定件基底40上。作为非限制性示例，接线片支撑板41在静态位置被联接到基底40。
每个栅格棒36具有主体42，其带有楔形导头44和形成在栅格棒36的固定面中的键沟槽46。然而，主体42可具有任何期望的形状。在某些实施例中，键沟槽46的尺寸设计为接纳电池接线片14的支撑板20上的键22。理解的是，键沟槽46可比键22稍大，以向键22提供间隙从而自由地在键沟槽46中滑动。
图6-7例示出根据本发明实施例用于电池模块10的组装操作。开始时，电池单元12以堆叠的关系布置在栅格固定件34的基底40上。如所示，接线片14中的至少一个由接线片支撑板41直接支撑。
栅格托架38被使得相对于固定件基底40滑动，使得每个栅格棒36被布置为通过每个相邻一对电池单元12的接线片14之间的空间。在滑动期间，每个栅格棒36的导头44使接线片14折弯并且引导接线片14进入由栅格棒36的尺寸确定的固定的空间中。理解的是，在每个接线片14的支撑板20上的每个键22被接纳在栅格棒36上的对应的键沟槽46中，以便于接线片14的对齐。
在接线片14通过键-键沟接合被栅格棒36牢固地支撑的情况下，汇流条16被挤压在接线片14上。具体地，每个接线片14被接纳在汇流条16的插口26的相应孔30中。一旦汇流条16被紧固，使栅格棒36滑出电池单元12的堆，从而完成组装操作，而不需要焊接。然而，理解的是，在某些实施例中，接线片14还可被焊接到汇流条16。
作为非限制性实例，示出为堆中具有九个电池单元12。三个相邻的电池单元12设置成第一并行单元48，其具有：与相邻电池单元12上的正（+）接线片14对齐的正（+）接线片14，和与相邻电池单元12的负（-）接线片14对齐的负（-）接线片14。第二并行单元50布置为与第一并行单元48相邻，其中第二并行单元50的每个电池单元12相对于第一并行单元48的电池单元12以并置关系被设置为使接线片14对齐。第三并行单元52布置为与第二并行单元50相邻，其中第三并行单元52的每个电池单元12相对于第二并行单元50的电池单元12以并置关系（即以与第一并行单元48相同的设置）被设置为使接线片14对齐。作为另一示例，汇流条16中其中一个包括六个插口26，其中每个插口26接纳接线片14中其中一个，如图7A-7B所示。具体地，第一并行单元48的三个相邻的正接线片14以及第二并行单元50的三个相邻的负接线片14被接纳在汇流条16的插口26中，以将接线片14从第一并行单元48串联联接到第二并行单元50。理解的是，汇流条16可被配置为以任何配置与任何数量的电池单元12的连接要求相匹配。作为非限制性实例，另一组栅格托架38和栅格棒36可被应用到电池单元12的相反侧，并且多个汇流条16被布置在电池接线片14上以针对每个电池单元12完成汇流条连接，如图8所示。
还理解的是，单独的汇流条16可由单块汇流条板（未示出）代替，用于以一次插入连接接线片14，从而消除对控制板18的需要。
由于汇流条16从接线片14选择性地可移除，所以电池模块10可容易地通过最小的努力和成本进行维修和再制造。电池模块10保持电池单元12的串/并联连接的灵活性，并且使不均匀的接线片对齐的发生最小化。
从前述说明书，本领域技术人员能够容易地确知本发明的实质性特征，并且在不脱离本发明精神和范围的情况下，可对本发明进行各种改变和修改，以使其适用于各种使用和条件。

Claims (6)

1.一种电池模块，其包括：
设置在堆中的多个电池单元，所述电池单元中的每一个包括从其延伸的一对分隔开的接线片，所述接线片中的每个具有柔性根部分；
联接到所述接线片中每个的刚性支撑板，所述刚性支撑板的第一表面邻接所述接线片，所述刚性支撑板不覆盖所述接线片的所述柔性根部分，所述刚性支撑板还包括从其第二表面突出的键，所述第二表面与第一表面相反；和
具有插口的汇流条，所述插口具有形成在其中的孔，所述插口将一对相邻的电池单元的接线片接纳在所述孔中。
2.如权利要求1所述的电池模块，其特征在于，所述接线片中的每个被围绕联接有该接线片的所述刚性支撑板的一部分弯曲。
3.如权利要求1所述的电池模块，其特征在于，所述接线片通过使用粘合剂被联接到所述刚性支撑板。
4.如权利要求1所述的电池模块，其特征在于，所述接线片被压配合到所述插口的所述孔中，以将所述接线片紧固到所述孔中。
5.如权利要求1所述的电池模块，其特征在于，其还包括被布置为与所述汇流条相邻的控制板。
6.如权利要求5所述的电池模块，其特征在于，所述汇流条包括从所述汇流条的表面突出的端子，并且所述控制板包括用于接纳所述端子的插孔。
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