CN103000854A

CN103000854A - 用于连接多个平行连接片的方法

Info

Publication number: CN103000854A
Application number: CN2012103376756A
Authority: CN
Inventors: J.W.佩恩
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2011-09-13
Filing date: 2012-09-13
Publication date: 2013-03-27
Anticipated expiration: 2032-09-13
Also published as: DE102012215661A1; DE102012215661B4; CN103000854B; US20130065107A1; US9153811B2

Abstract

本发明涉及用于连接多个平行连接片的方法。多个单元连接片被以成本有效和更加一致的方式有效连接，使得每个互联的质量和体积更小。单元连接片由厚度足够承载其它连接片的几倍电流的材料制成。所述连接片有凹口，以接合互联构件，其中在使单个单元连接片弯曲的相同阶段形成凹口。一旦单元连接片有凹口并弯曲，将它们定位在一起，使得凹口部分以齐平并肩的方式位于互联构件上，所有都在相同的高度。然后所述单元连接片被紧密地保持在互联构件上并被激光焊接。

Description

用于连接多个平行连接片的方法

技术领域

本技术涉及以成本有效和可重复的方式连接多个单元连接片，使得每个相互联接质量更轻且体积更小。

背景技术

这一部分提供与本公开相关的背景信息，其并非必需是现有技术。

多单元电化学装置（也称为电池单元堆或多单元电池模块）可用于车辆驱进等的许多种应用，包括驱动各种电子装置。尽管电池设计（例如碱性电池、伏打电池和铅酸电池）被用在各种家用和工业应用中，但是部分地由于能量密度的提高，电池类型的演化（例如，镍镉电池（NiCd）、镍氢电池（Ni-MH）、锂离子电池和锂离子聚合物电池）在新兴电子和混合气体/电子车辆驱动应用中显示出特别的实用性。依赖于车辆的特定结构，这类电池可有选择地重新充电，例如插电式电池或再生制动事件期间的车载电池。

在特定电池单元中，相邻单元的电极和隔离板可彼此层叠，以提供许多种单元堆叠几何形状和其它单元结构，无论是在车辆上或用于其它非车辆应用。例如，电池单元可彼此相邻，它们各自的导电终端或单元连接片可以适于完成电子电路的特别方式连接在一起。在某些情形下，可使用超声波焊接方法将相同或相似材料的多个连接片连接至另一材料上，例如互联构件。然而，由于使用期间超声波工具的一些部分（例如焊头和铁砧）会磨损，所以这些方法会导致焊接质量的差异。这种磨损会影响焊接性能，并产生不断的加工费用。此外，互联构件相对于单元连接片的几何形状和位置必须适应超声波焊接设备，从而限制了多单元装置设计和结构等方面。

发明内容

本技术包括涉及多单元电化学装置中的一个或多个单元连接片和互联构件的激光焊接的系统、方法、制造产品和构成。

在一些实施例中，激光焊接互联装置包括互联构件和多个电化学单元。所述互联构件包括具有第一侧和第二侧的基本上平面的部分。所述多个电化学单元远离所述互联构件的第一侧沿着基本上垂直的方向延伸。每个电化学单元都具有接触所述互联构件的第二侧的单元连接片，其中所述接触包括激光焊接。

在一些实施例中，一种将电化学单元连接至互联构件的方法，包括提供互联构件和多个电化学单元。所述互联构件包括具有第一和第二侧的基本上平面部分，所述多个电化学单元远离所述互联构件的第一侧沿基本垂直方向延伸。每个电化学单元都具有接近于所述互联构件的第二侧的单元连接片。所述方法包括将各单元连接片激光焊接至所述互联构件的第二侧。

在多个实施例中，本技术提供了包括如本文所述激光焊接互联装置的电化学装置。例如，所述电化学装置可为电池，例如锂离子电池、锂离子聚合物电池、镍金属氢化物电池或镍镉电池。具有激光焊接互联装置的一个或多个电池可用在车辆中，包括电动及混合气体/电动车辆推进应用中。

本发明提供下列技术方案。

技术方案1. 一种激光焊接互联装置，包括：

互联构件，包括具有第一侧和第二侧的基本上平面的部分；以及

多个电化学单元，其远离所述互联构件的第一侧沿着基本上垂直的方向延伸，每个电化学单元都具有接触所述互联构件的第二侧的单元连接片，其中所述接触包括激光焊接。

技术方案2. 如技术方案1的激光焊接互联装置，其中所述电化学单元基本上平行。

技术方案3. 如技术方案1的激光焊接互联装置，其中各单元连接片接触所述互联构件的第二侧的部分位于基本上相同的平面内。

技术方案4. 如技术方案3的激光焊接互联装置，其中各单元连接片接触所述互联构件的第二侧的部分与所述互联构件的第二侧基本上共面。

技术方案5. 如技术方案1的激光焊接互联装置，其中所述互联构件的第二侧的一部分包括与所述互联构件的其余部分不同的材料，其中所述接触包括在其上的激光焊接。

技术方案6. 如技术方案5的激光焊接互联装置，其中所述互联构件的第二侧的所述一部分的材料包括与所述单元连接片相同的材料。

技术方案7. 如技术方案1的激光焊接互联装置，其中所述互联构件包括铜和铜合金中的至少一种。

技术方案8. 如技术方案1的激光焊接互联装置，其中所述单元连接片包括铜、铜合金、铝和铝合金中的至少一种。

技术方案9. 如技术方案1的激光焊接互联装置，其中所述互联构件的一部分接触至少一个另外电化学单元的至少一个单元连接片。

技术方案10. 一种电化学装置，包括技术方案1的激光焊接互联装置。

技术方案11. 一种包括技术方案1的激光焊接互联装置的电池。

技术方案12. 如技术方案11的电池，其中所述电池包括锂离子电池、锂离子聚合物电池、镍金属氢化物电池和镍镉电池中的至少一种。

技术方案13. 一种包括如技术方案11的电池的车辆。

技术方案14. 一种将电化学单元连接至互联构件的方法，包括：

提供包括具有第一和第二侧的基本上平面部分的互联构件、以及远离所述互联构件的第一侧沿基本垂直方向延伸的多个电化学单元，每个电化学单元都具有邻近于所述互联构件的第二侧的单元连接片；以及

将各单元连接片激光焊接至所述互联构件的第二侧。

技术方案15. 如技术方案14的方法，其中所述电化学单元基本上平行。

技术方案16. 如技术方案14的方法，其中各单元连接片接触所述互联构件的第二侧的部分位于基本上相同的平面内。

技术方案17. 如技术方案16的方法，其中各单元连接片接触所述互联构件的第二侧的部分与所述互联构件的第二侧基本上共面。

技术方案18. 如技术方案17的方法，其中各单元连接片到所述互联构件的第二侧的激光焊接包括基本上相同的激光焊接参数。

技术方案19. 如技术方案14的方法，其中所述第二侧还包括材料不同于所述互联构件其余部分的部分，并且各单元连接片被激光焊接至该材料部分。

技术方案20. 如技术方案15的方法，其中所述材料部分包括与所述单元连接片相同的材料。

从本文提供的描述可清楚其他应用领域。发明内容部分中的描述和具体例子仅用于示出性目的，不意欲限制本公开的范围。

附图说明

本文所示附图仅用于所选实施例的示出性目的，而不是所有可能的实施方案，因此不意欲限制本公开的范围。

图1示出了传统超声波焊接互联构件和多单元连接片的实施例的局部透视图；

图2示出了激光焊接互联构件和多单元连接片的实施例的局部透视图；

图3示出了图2中所示激光焊接互联构件和多单元连接片的实施例的旋转局部透视图；以及

图4A、4B和4C示出了图2和3中所示的各个单元连接片的局部透视图。

具体实施方式

下面的技术描述实质上仅仅是一个或多个发明的主题、制造和使用的示例，不意欲限制本申请、或可能提交的要求本申请优先权的这类其它申请、或由此得到的专利中所要求的任何具体发明的范围、应用或使用。就所公开的方法而言，所述步骤实质上是示例性的，因此，步骤的顺序并非必需或关键的。

本技术涉及将多个平行单元的单元连接片通过可替代超声波焊接方法的激光焊接连接至多单元电化学装置中的互联构件。特别地，多个平行单元连接片以使得它们可基本上位于相同平面内的方式弯曲和有凹口，允许多个连接片被激光焊接至互联构件。这样，电池单元可获得更低的封装体积和质量，以及高的焊接可重复性，并减少制造期间引起的工具磨损或工具损坏。

图1中示出了用于电池单元的传统超声波焊接互联100的实施例。互联构件110包括在限定总体U形轮廓的一对横向侧壁130之间延伸的底座120。两个或多个电化学单元150的单元连接片140（互联构件110的每侧上示出了三个）定位成邻近互联构件110的各侧壁130，并被超声波焊接，以形成一个或多个超声波焊接部位160（示出了两个）。单元150可包括总体平行的板，所述板延伸超过由不完整边缘表示的所示部分。侧壁130和相邻单元连接片140的构造允许超声波焊接装置的靠近，在焊接操作期间（未示出）它们在所述装置中可被夹在固定形巢（铁砧）与超声焊极（焊头）之间。已知的超声波焊接过程由于超声波工具（例如铁砧和焊头）的磨损会导致焊接质量的差异。这会导致超声波焊接部位160中的不一致性或变化。此外，侧壁130的布置及互联构件110的底座120与单元连接片140的间距必须提供用于超声波焊接装置的通道，以形成超声波焊接部位160。

相比较而言，本技术通过消除超声波焊接的使用并以更可靠的工艺——激光焊接来替代而消除了因磨损引起的焊接部位差异。单元的制造和布置可被改变，所以与超声波焊接相比，它更容易保持刀具后角（tool clearance）。多个单元的连接片还可由足够厚以承载比超声波焊接方法中所用连接片更大的电流的材料制成。例如，在有三个平行单元时可获得三倍电流的提高。还可有两个、四个或更多单元平行。就三个平行单元而言，单元连接片可为三倍厚，其中所述单元可有凹口，使得每个单元连接片都单独接触互联构件，而无需连同互联构件来夹持连接片或将它们堆叠在一起。由于单元连接片是有凹口和弯曲的，例如，在1、2或3连接片配置中，因此单元连接片可定位在一起，使得凹口部分都以平面并肩的方式装配在互联构件上，其中全部都处于相同的高度。这样，单元连接片可被紧密地保持在互联构件上并以一致的方式进行激光焊接。这可提供超越分层多单元情形中所用的较薄连接片的改进，较薄连接片会接收不同密度的焊接能量，从而导致焊接差异、坏焊接、无焊接或熔断，其中一个或多个连接片被切割或汽化，这种情况在电池堆的整个连接片层中会进一步变化。

现在参考图2-4，示出了用于电池单元的激光焊接互联装置200的实施例。互联构件210能具有基本上平坦的构造，其中其边缘接合多个电化学单元230的单元连接片220A、220B、220C（示出有三个接合互联构件210的一个边缘）。互联构件210的另一边缘（例如，与所示相反的边缘）可以类似的方式接合另外电化学单元的另外单元连接片（未示出）。例如，互联构件210可延伸超过由不完整边缘指示的所示部分，并接合三个另外电化学单元的三个单元连接片。

单元连接片220A、220B、220C有凹口和/或弯曲，使得每个连接片的一部分邻近互联构件210与电化学单元230相对的表面放置。这样，各单元连接片220A、220B、220C的一部分位于基本上相同的平面内。因此相对于互联构件210的与电化学单元230相对的表面，单元连接片220A、220B、220C呈现基本相同的平面位置。电化学单元230大体上彼此平行，并且一般沿远离互联构件210的垂直方向延伸超过由单元230的不完整边缘指示的所示部分。单元连接片220A、220B、220C和电化学单元230可包括各种长度的一个或多个弯曲，以将单元连接片220A、220B、220C定位成邻近互联构件210并与电化学单元230间隔开。

单元连接片220A、220B、220C被激光焊接至互联构件210以提供激光焊接部位240。单元连接片220A、220B、220C的与互联构件210相邻且位于相同平面内的部分允许激光焊接装置的接近和经过各单元连接片220A、220B、220C的移动。由于单元连接片220A、220B、220C肩并肩并且存在于总体相同的平面位置，所以这允许对各单元连接片220A、220B、220C应用基本相同的激光焊接参数。分别与单元连接片140和U形互联构件110相比，由于单元连接片220A、220B、220C和互联构件210的布置构造，激光焊接互联装置200因此提供了比超声波焊接互联100更低的轮廓。

互联构件210还可包括与单元连接片220A、220B、220C相邻的部分250，其包括与单元连接片220A、220B、220C相同或基本上相类似的材料。所述部分250可为与互联构件210其余部分不同的材料。这样，激光焊接操作可在相同或相类似的材料之间形成焊接部位240（例如，在部分250与单元连接片220A、220B、220C包括相同金属的情况下）。这种焊接部位240与在不相似材料之间形成的焊接部位相比更容易形成并且更加强健。互联构件210可具有另一部分，其包括与位于互联构件另一或相对边缘上的单元连接片（未示出）相同或相似的材料。在一些实施例中，互联构件210并不包括所述部分250，使得单元连接片220A、220B、220C被直接焊接至互联构件210（未示出）。在一些实施例中，互联构件210具有焊接至一个或多个部分250的一个或多个单元连接片和直接焊接至互联构件210的一个或多个单元连接片（未示出）。

激光焊接互联装置200可构造为用于各种电池设计中，包括锂离子电池、锂离子聚合物电池、镍金属氢化物电池、镍镉电池等。激光焊接互联装置200的部件可包括多种材料。互联构件210可包括纯铜或元素铜、铜合金、镀镍铜、铝、铝合金或其它导电材料。如果包括的话，互联构件210的一个或多个部分250可包括与互联构件210的其余部分相同或不同的材料。所述部分250还可包括与单元连接片220A、220B、220C相同或相似的材料、或者适于激光焊接至单元连接片220A、220B、220C的材料。单元连接片220A、220B、220C可包括纯铜或元素铜、铜合金、镀镍铜、铝、铝合金或其它导电材料。在某些情形下，单元连接片220A、220B、220C可包括与电化学单元230相同的材料，且实质上为电化学单元230的延伸。在其它实施例中，单元连接片220A、220B、220C可包括与电化学单元230不同的材料，其中单元连接片220A、220B、220C联接至电化学单元230。

根据本技术的激光焊接电池单元允许多个单元的连接片有效且一致地互联。连接片可有凹口，以允许连接片齐平地位于相同的连接面上。在相同的平行组中，相邻的单元可具有连续凹口的连接片，使得它们一旦被折叠并呈现给激光焊接器就彼此相邻地位于相同的平面内。实施平面激光焊接连接的能力允许更有利的刀具后角，以避免连接过程期间工具触发电弧放电或相邻单元连接片的短路。具有凹口的单元连接片的使用进一步允许多个平行单元结构（例如，连接至互联构件的一个或多个边缘的2个、3个或更多的单元），所有都具有相同的共用激光焊接动力设置。根据本技术制造的电池单元可进一步利用常见的、包覆的、双金属互联材料，以使平行互联具有更小的轮廓，使得节约体积和高度，并能提供在利用这种电池单元的电池系统中的整体质量减少。依赖于所需的具体应用电流需求，也可使用更厚的连接片来允许更高的电流承载能力。这与超声波焊接电池单元相反，在超声波焊接电池单元中多个连接片厚度和互联构件厚度需要与有效的焊角和铁砧间隔及通过若干层进行有效超声波焊接的能力相关。例如，当使用较厚的连接片时，用于超声波焊接刀具后角的区域减小，从而增大了工具触发电弧放电或单元短路的机会，从而导致损坏。

提供了示例性实施例以使得本公开彻底完全地将范围表达给本领域的技术人员。许多具体细节被描述，例如具体部件、装置和方法的例子，以提供对本公开实施例的全面理解。本领域的技术人员可清楚，所述具体细节不必被使用，示例的实施例可以许多不同的形式体现，不应当被认为是限制本公开的范围。在某些示例实施例中，公知的工艺、公知的装置结构和公知的技术未详细描述。在本技术的范围内，可对某些实施方式、材料、组分和方法进行等效的改变、修改和变化，具有基本上相类似的结果。

Claims

1. 一种激光焊接互联装置，包括：

2. 如权利要求1的激光焊接互联装置，其中所述电化学单元基本上平行。

3. 如权利要求1的激光焊接互联装置，其中各单元连接片接触所述互联构件的第二侧的部分位于基本上相同的平面内。

4. 如权利要求3的激光焊接互联装置，其中各单元连接片接触所述互联构件的第二侧的部分与所述互联构件的第二侧基本上共面。

5. 如权利要求1的激光焊接互联装置，其中所述互联构件的第二侧的一部分包括与所述互联构件的其余部分不同的材料，其中所述接触包括在其上的激光焊接。

6. 如权利要求5的激光焊接互联装置，其中所述互联构件的第二侧的所述一部分的材料包括与所述单元连接片相同的材料。

7. 一种电化学装置，包括权利要求1的激光焊接互联装置。

8. 一种包括权利要求1的激光焊接互联装置的电池。

9. 一种包括如权利要求11的电池的车辆。

10. 一种将电化学单元连接至互联构件的方法，包括：

将各单元连接片激光焊接至所述互联构件的第二侧。