CN107004791B - 模块体中的凹式端子 - Google Patents

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Abstract

本公开包括设置在壳体内的一组电互连电池单元。本公开还包括电池模块的主端子，所述主端子配置成联接到负载以用于为所述负载供能。所述主端子的一个或多个部分设置在所述壳体的表面的凹部内。本公开还包括汇流条，所述汇流条提供所述一组电互连电池单元与所述主端子之间的电通路。所述汇流条设置在所述壳体内。

Description

模块体中的凹式端子
相关申请的交叉引用
本申请要求于2014年8月26日提交的名称为“可密封冲压电连接电池端子应用”、序号为62/041988的美国临时申请的优先权和利益，该美国临时申请通过引用的方式结合在此。
背景技术
本公开一般来讲涉及电池和电池模块领域。更具体而言，本公开涉及用于锂离子(Li离子)电池模块的汇流条连接组件。
本部分旨在向读者介绍各个技术方面，其可能与以下描述和/或要求保护的本公开的各个方面有关。相信该论述有助于向读者提供背景信息，以便于更好地理解本公开的各个方面。因此，应理解的是，这些陈述要从这个角度来阅读，而不是作为对现有技术的承认。
使用一个或多个电池系统对车辆提供所有或一部分原动力的车辆可称为xEV，其中术语“xEV”在本文中定义为包括所有将电功率用于其所有或部分车辆原动力的以下车辆或其任何变型或组合。例如，xEV包括将电功率用于所有原动力的电动车辆(EV)。本领域的技术人员将领会，混合动力电动车辆(HEV，也视为xEV)将内燃机推进系统和电池供能电动推进系统(诸如48伏特(V)或130V系统)相组合。术语HEV可包括混合动力电动车辆的任何变型。例如，全混合动力系统(FHEV)可利用一个或多个电动机，仅利用内燃机或利用两者将原动力和其他电功率提供给车辆。相比之下，轻度混合动力系统(MHEV)在车辆空转时停用内燃机，并利用电池系统持续对空气调节单元、收音机或其他电子装置供能，并在需要推进时重新启动内燃机。轻度混合动力系统还可应用一定程度的功率辅助(例如在加速期间)以作为内燃机的补充。轻度混合动力通常为96V至130V，并且通过集成皮带或曲柄的启动器发电机回收制动能量。进一步地，微混合动力电动车辆(mHEV)也使用类似于轻度混合动力的“启停”系统，但是mHEV的微混合动力系统可向内燃机提供或不提供功率辅助，并且在低于60V的电压下操作。出于当前讨论的目的，应指出的是，mHEV通常不在技术上将直接提供至曲轴或传动装置的电功率用于车辆的任何部分原动力，但是mHEV仍可视为xEV，因为其在车辆空转(其中内燃机停用)以及通过集成的启动器发电机回收制动能量时使用电功率来补充车辆的功率需求。此外，插入式电动车辆(PEV)是可从外部电源(诸如壁插座)进行充电的任何车辆，并且存储于可充电电池组中的能量驱动或有助于驱动车轮。PEV为EV的子类，包括纯电动车辆或蓄电池电动车辆(BEV)、插入式混合动力电动车辆(PHEV)，以及混合动力电动车辆和常规内燃机车辆的电动车辆转型。
相比于仅使用内燃机和传统电气系统(通常为由铅酸蓄电池供能的12V系统)的较传统气体供能车辆而言，上文所描述的xEV可提供很多优点。例如，相比于传统内燃机车辆而言，xEV可产生较少不期望的排放产物并且可具备较高的燃料效率，并且在一些情况下，此类xEV可以像某些类型的EV或PEV那样完全不使用汽油。
随着技术的持续发展，需要对此类车辆提供改进的功率源，特别是电池模块。例如，在传统构造中，电池模块可包括很多经由汇流条(例如次汇流条)联接在一起的互连电化学电池单元，这些汇流条在电化学电池单元的端子(例如次端子或电池单元端子)之间延伸。进一步地，电池模块可包括两个主端子，这些主端子经由相应的电通路与互连电化学电池单元电联接，每个电通路具有主汇流条，该主汇流条在电化学电池单元之一的主端子与次端子之间从该主端子延伸。这使得两个主端子能够联接到负载以用于通过互连电化学电池单元所提供的电功率为负载供能。在传统构造中，每个主汇流条和电池模块的相应主端子可焊接在一起，以建立主端子与次端子之间的至少一部分电通路，这可要求主汇流条和主端子由相同材料或至少对于焊接来说相容的材料制成。焊接步骤和具体材料的使用可导致电池模块的高成本。进一步地，在传统构造中，每个主汇流条和电池模块的相应主端子可以是从壳体延伸的庞杂连接和/或可以是可使电池模块制造复杂化的暴露连接。这种庞杂和/或暴露连接使得电池模块可能发生短路。因此，现在认识到需要一种改进的电池模块的主汇流条和主端子(及其组件)。
发明内容
以下概述与最初要求保护的主题属于相同范围的某些实施例。这些实施例并非旨在限制本公开的范围，而是仅旨在提供某些所公开的实施例的简要概述。实际上，本公开可以包含与以下阐述的实施例可能相似或不同的各种形式。本公开涉及电池和电池模块。更具体而言，本公开涉及可用于车辆环境(例如xEV)以及其他能量存储/消耗应用(例如用于电网的储能器)的锂离子电池单元。
本公开涉及电池模块。电池模块包括一组电互连电池单元和壳体。所述一组电互连电池单元设置在壳体内。电池模块包括主端子，主端子配置成联接到负载以用于为负载供能。所述主端子的一个或多个部分设置在所述壳体的表面的凹部内。电池模块包括汇流条，汇流条提供所述一组电互连电池单元与主端子之间的电通路。汇流条设置在壳体内。
本公开还涉及具有壳体的电池模块。壳体包括设置在壳体的表面中的凹部。电池模块包括电化学电池单元，电化学电池单元具有设置在壳体内的次端子。电池模块包括主端子，主端子电联接到电化学电池单元。主端子包括基部和啮合于基部内的柱，其中主端子的基部设置在凹部内。电池模块还包括汇流条，汇流条提供电化学电池单元的次端子与电池模块的主端子之间的电通路。
本公开还涉及电池模块的制造方法。该方法包括将主端子的基部设置在壳体的表面的凹部内。一组电互连电池单元设置在壳体内。该方法还包括将主端子的柱穿过凹部的开口插入，使得主端子的基部与主端子的柱啮合。该方法还包括将主端子经由主汇流条联接到一组电互连电池单元，主汇流条设置在壳体内，以提供向负载供能的电通路。
附图说明
参照附图阅读以下详细说明，将更好地理解本公开的这些和其他特征、方面和优点，在所有附图中相同的符号表示相同部件，其中：
图1是具有电池系统的车辆的透视图，根据本发明的实施例该电池系统配置成向车辆的各种部件提供功率；
图2是图1的车辆和电池模块的实施例的剖面示意图；
图3是根据本公开的一方面在图1的车辆中使用的具有凹式端子的电池模块的实施例的透视图；
图4是根据本公开的一方面，图3的电池模块的一部分的顶部透视图，其中移除了壳体盖；
图5是根据本公开的一方面在图1的车辆中使用的电池模块的一部分的实施例的透视图，示出了一个或多个位置中的凹式端子；
图6是根据本公开的一方面，图3的电池模块的一部分的截面侧视图，示出了模制到电池模块的壳体中的凹式端子；
图7是根据本公开的一方面，图3的电池模块的一部分的截面侧视图，示出了配置成用于紧固模制到壳体的凹部内的凹式端子的密封剂；
图8是根据本公开的一方面，图3的电池模块的一部分的透视图，示出了通过电池模块的壳体的表面可触及的主端子；
图9是根据本公开的一方面，图8的电池模块的一部分的分解视图，示出了并入到电池模块的壳体中的主端子的柱；以及
图10是图8的电池模块的一部分的底部平面图，示出了设置在主端子下方的主端子的柱，其中主端子通过壳体的表面可触及。
具体实施方式
以下将描述一个或多个特定实施例。为了提供这些实施例的简洁描述，说明书中并未描述实际实施方式的所有特征。应领会的是，在任何此类实际实施方式的开发中，如同在任何工程或设计项目中，必须做出许多实施方式具体决策以实现开发者的特定目标，诸如符合系统相关和业务相关的约束条件，这些约束条件根据实施方式可变化。此外，应理解，此类开发工作可能复杂且耗时，然而对于受益于本公开的普通技术人员而言将是例行的设计、制作和制造任务。
本文所描述的电池系统可用于向各种类型的电动车辆(xEV)和其他高电压能量存储/消耗应用(例如，电网功率存储系统)提供功率。这种电池系统可包括一个或多个电池模块，每个电池模块具有若干电池单元(例如，锂离子(Li离子)电化学电池单元)，所述电池单元设置成提供可用于对例如xEV的一个或多个部件供能的具体电压和/或电流。作为另一个实例，根据本发明的实施例的电池模块可与固定式功率系统(例如，非机动车系统)合并或将功率提供至这些固定式功率系统。
在电池模块的组装过程中，各个电化学电池单元可定位于电池模块的壳体中，并且电化学电池单元的端子(例如次端子或电池单元端子)可大体上背离壳体延伸。要将电化学电池单元联接在一起(例如串联或并联)，可通过将成对的次端子经由相应的汇流条(例如次汇流条)联接起来建立两个或多个电化学电池单元的次端子之间的电通路。进一步地，两个所述电化学电池单元(例如位于电池模块的任一端或位于一个或多个电化学电池单元堆叠的各端)可经由相应的主汇流条或经由相应的主汇流条组件电联接到电池模块的主端子(例如模块端子或一次端子)，其中主端子配置成联接到负载以用于为负载供能。
在传统构造中，为了保证主端子及其相关联主汇流条不会断开联接，可将主端子和主汇流条焊接在一起。然而，主端子和主汇流条的焊接可能要求主汇流条的材料与主端子的材料相同或至少对于焊接来说相容。进一步地，主汇流条的材料可取决于主汇流条自其延伸的相应次端子(例如电化学电池单元的次端子)的材料，或取决于一个或多个中介部件(例如联接到印刷线路板(PCB 63)的分流器)的材料。这可提高电池模块的材料成本和制造复杂性。进一步地，用于传统构造(诸如上述构造)的相关联几何结构、组件和焊接技术可导致电池模块的体积增大，从而减小电池模块的能量密度。另外，在传统构造中，主端子及其相关联主汇流条可在庞杂和/或暴露连接中大致背离壳体延伸。实际上，这种延伸的连接可使电池模块的制造复杂化。例如，延伸的连接可暴露接头或其他连接，从而使电池模块面临潜在的短路和/或其他复杂情况。
为了解决传统电池模块构造的这些和其他缺点，根据本公开的电池模块包括设置在凹部(例如开口、槽穴)内的主端子，凹部形成于电池模块的壳体内。在一些情形下，主端子可称作冲压主端子、冲压端子、凹式端子、主凹式端子、阴端子等。特别地，在这样的实施例中，主端子可包括基部和配置成与基部啮合的柱。基部可以是模制到壳体的凹部中的单个连续单元。柱可以插入到设在凹部中的基部内以形成连续单元，从而允许电流量通过连续部件到达主汇流条而无需外部接头或连接。特别地，与主端子(例如螺纹螺母)相关联的柱可以通过凹部的开口进行插入和移除，使得柱(例如螺母的螺纹)与模制到凹部中的主端子的基部啮合。
应指出的是，在某些实施例中，主端子的基部的材料(例如铜)可以不同于主端子的柱的材料(例如不锈钢)。因此，尽管主端子的基部和柱由不同的材料形成，但它们可以电联接而无需焊接或以其他方式一体联接。以此方式，在某些实施例中，主端子的柱可以更灵活地插入到基部中和/或从基部移除(例如换出)。在某些实施例中，可使用壳体盖将冲压端子密封在壳体的凹部内，同时提供用于插入或移除柱的开口。以此方式，电池模块可以电联接到负载，而无需从电池模块的壳体暴露或延伸的任何接头。具体地，电池模块的主端子可以完全集成到电池模块的壳体中。
在某些实施例中，主端子的基部可以牢固地保持在设于电池模块的壳体中的凹部内，而不是模制到凹部中。例如，在这样的实施例中，主汇流条可以设置在凹部上方的壳体的表面上，并可与设置在壳体的凹部内的主端子(例如螺纹螺母)的基部的顶表面啮合。主端子的基部可以配置成将主端子的柱容纳在壳体的凹部内，从而将负载电联接到电池模块而无需任何暴露的接头或连接。在这样的实施例中，主端子的基部可以设置在凹部内，使其夹在主汇流条和壳体结构的下部之间。如以上所指出的，在某些实施例中，主端子的基部的导电材料(例如铜)可以不同于主端子的柱的导电材料(例如不锈钢)，从而允许主端子电啮合而无需焊接，并降低电池模块的材料成本。此外，通过使用设置在电池模块的壳体内的凹部来保持主端子，可将负载联接到电池模块，而无需从电池模块的壳体向外延伸的任何连接或接头。
鉴于以上所述，图1是根据本发明的实施例具有如上所述的电池系统12的汽车(例如轿车)的形式的xEV 10的透视图，电池系统12用于提供车辆10的一部分原动力。虽然xEV10可以是任何类型的上述xEV，但具体举例，xEV 10可以是mHEV，其包含内燃机，所述内燃机配有包括起停系统的微混合动力系统，该起停系统可在起停循环过程中利用电池系统12为至少一个或多个配件(例如空调、灯、控制台)以及内燃机的点火供能。
进一步地，虽然xEV 10在图1中示出为轿车，但车辆的类型在其他实施例中可能不同，所有这些实施例均旨在落入本公开的范围内。例如，xEV 10可以代表车辆，包括卡车、公共汽车、工业用车辆、摩托车、野营旅游车、船或可受益于电功率的使用的任何其他类型的车辆。此外，虽然电池系统12在图1中示出为定位于车辆的后备箱或后部中，但根据其他实施例，电池系统12的位置可以不同。例如，可以基于车辆内部的可用空间、车辆的期望重量平衡、与电池系统12一同使用的其他部件(例如电池控制单元、测量电子设备)的位置以及各种其他考量因素来选择电池系统12的位置。
xEV 10可以是具有电池系统12的HEV，电池系统12包括如图2所示的一个或多个电池模块13，其中每个电池模块13包括一个或多个电化学电池单元。特别地，图2所示的电池系统12朝着车辆10的后部设置。在其他实施例中，电池系统12可以设置在车辆10的后部的分隔舱(例如后备箱)中，或设置在HEV 10的另一适当位置中。进一步地，如图2所示，HEV 10包括当HEV 10使用汽油动力来推进车辆10时采用的内燃机16。HEV 10还包括电动机18、功率分流装置20和发电机22作为驱动系统的一部分。
图2所示的HEV 10可仅由电池系统12、仅由内燃机16或由电池系统12和内燃机16二者供能或驱动。应指出的是，在其他实施例中，可以采用其他类型的车辆和车辆驱动系统配置，并且图2的示意图不应视为限定本申请所述主题的范围。根据各种实施例，电池系统12的大小、形状和位置、相应的电池模块13和车辆类型以及其他特征可与所示或所述的那些不同。
如图所描绘的，电池系统12包括储能部件14，储能部件14联接到点火系统16、交流发电机18、车辆控制台20以及可选地联接到电动机22。一般而言，储能部件14可以捕获/存储车辆10中产生的电能并输出电能以对车辆10中的电气装置供能。换言之，电池系统12可将功率供应至车辆电气系统的部件，这些部件可包括散热器冷却风扇、气候控制系统、电动助力转向系统、主动悬架系统、自动泊车系统、电动油泵、电动超级/涡轮增压器、电动水泵、加热挡风玻璃/除霜器、车窗升降电机、梳妆灯、胎压监测系统、天窗电机控制器、电动座椅、警示系统、信息娱乐系统、导航特征、车道偏离报警系统、电动驻车制动器、外部灯或其任何组合。在所描绘的实施例中，储能部件14将功率供应至车辆控制台20和点火系统16，点火系统16可用于起动(例如，用曲柄启动)内燃机24。
另外，储能部件14可捕获由交流发电机18和/或电动机22所生成的电能。在一些实施例中，交流发电机18在内燃机24运行时可产生电能。更具体地，交流发电机18可将内燃机24的旋转所产生的机械能转换成电能。另外或另选地，当车辆10包括电动机22时，电动机22通过将车辆10的移动(例如，车轮的旋转)所产生的机械能转换成电能可生成电能。为便于捕获和供应电能，储能部件14可经由总线26电联接至车辆的电力系统。例如，总线26可使得储能部件14能够接收由交流发电机18和/或电动机22所生成的电能。另外，总线26可使得储能部件14能够将电能输出至点火系统16和/或车辆控制台20。因此，当使用12伏特电池系统12时，总线26可承载通常在8伏特至18伏特之间的电功率。
另外，如图所描绘的，储能部件14可包括多个电池模块13。例如，在所描绘的实施例中，储能部件14包括锂离子(例如，第一)电池模块28和铅酸(例如，第二)电池模块30，其各自包括一个或多个电池单元。在其他实施例中，储能部件14可包括任何数量的电池模块13。另外，虽然锂离子电池模块28和铅酸电池模块30描绘为彼此邻近，但是它们可定位于车辆周围的不同区域。例如，铅酸电池模块30可位于车辆10的内部中或附近，而锂离子电池模块28可位于车辆10的引擎盖之下。
在一些实施例中，储能部件14可包括多个电池模块13以利用多种不同的电池化学成分。例如，当使用锂离子电池模块28时，电池系统12的性能可改善，因为锂离子电池化学成分相比于铅酸电池化学成分一般具有较高库仑效率和/或较高功率充电接收率(例如，较高的最大充电电流或充电电压)。因此，电池系统12的捕获、存储和/或分布效率可提高。
为便于控制电能的捕获和存储，电池系统12可另外包括控制模块32。更具体地，控制模块32可控制电池系统12中的部件的操作，诸如储能部件14、交流发电机18和/或电动机22内的继电器(例如，开关)。例如，控制模块32可调节由每个电池模块28或30所捕获/供应的电能的量(例如，以对电池系统12降低定额和重新定额)，执行电池模块28和30之间的负载平衡，确定每个电池模块28或30的充电状态，确定每个电池模块28或30的温度，控制由交流发电机18和/或电动机22所输出的电压，以及等等。
因此，控制模块32可包括一个或多个处理器34和一个或多个存储器36。更具体地，一个或多个处理器34可包括一个或多个专用集成电路(ASIC)、一个或多个现场可编程门阵列(FPGA)、一个或多个通用处理器，或其任何组合。另外，一个或多个存储器36可包括易失性存储器，诸如随机存取存储器(RAM)，和/或非易失性存储器，诸如只读存储器(ROM)、光驱、硬盘驱动器或固态驱动器。在一些实施例中，控制模块32可包括车辆控制单元(VCU)的一些部分和/或单独的电池控制模块。另外，如图所描绘的，锂离子电池模块28和铅酸电池模块30以其端子并联跨接。换言之，锂离子电池模块28和铅酸电池模块30可经由总线26并联联接到车辆的电气系统。应指出的是，锂离子电池模块28可以具有各种不同形状、大小、输出电压、容量等中的任一个，并且本公开一般旨在适用于图中所示模块的形状和大小的不同变化。
实际上，图3的透视图中示出了一个示例性电池模块13。具体地，图3是图1的车辆中使用的电池模块13的实施例的透视图。在所示的实施例中，根据本公开的一方面，电池模块13描绘了一个或多个主端子40。具体地，所述一个或多主端子40的一个或多个部分嵌入到凹部内。为了便于讨论电池模块13及其各种组件和部件，Z轴42定义为延伸通过电池模块13的长度，Y轴44定义为延伸通过电池模块13的高度(相对于第一方向的长度呈横向)，X轴46定义为延伸通过电池模块13的宽度(相对于长度和高度呈横向)。
在某些实施例中，电池模块13包括第一端子48(例如负端子)和第二端子50(例如正端子)，这些端子可联接到电气负载(例如电路)以用于将功率提供至xEV 10。在其他实施例中，电池模块13可以具有例如两个以上的端子，以经由跨不同端子组合的连接向不同负载提供不同的电压。特别地，第一端子48和第二端子50可以是集成到电池模块13的壳体52中的凹式端子或冲压凹式端子，如以下进一步所述的。换言之，凹式端子可以是设置在壳体内的阴端子，以使其配置成将阳柱容纳在壳体的凹部内。
电池模块13包括用于封装或容纳多个电池单元(如图4所示)和电池模块13的其他部件的壳体52。特别地，壳体52可以包括一个或多个部分，诸如下壳体部54和壳体盖56。在一些情形下，下壳体部54和壳体盖56可用壳体套环58联接和紧固。在某些实施例中，壳体套环58沿着下壳体部54和壳体盖56的接合处围绕壳体52的周边。如关于图6至图10进一步所述的，主端子40可以设置在壳体52内(例如壳体52的凹部内)，以使主端子40的连接或接头不背离壳体延伸或从壳体52突出。例如，在某些实施例中，主端子40可以设置在下壳体部54内，并可以利用壳体盖56和壳体套环58紧固在壳体52内，如关于图6进一步所述的。
壳体52可封装多个棱柱形电池单元。壳体52可以包括两个端部60和62(例如沿着Z轴42设置)、两个侧部64和66(例如沿着X轴46设置)、顶部68(例如装配有壳体盖56)和底部70。壳体52可以是金属的(例如由钢、铝或另一合适的金属制成)，可以是聚合体的(例如聚丙烯、丙烯腈丁二烯苯乙烯(ABS)、聚苯乙烯(PS)、聚酰亚胺(PI)或另一合适的聚合物或塑料或其组合)，或任何其他合适的壳体材料或材料组合。
电池模块13的基部(例如，底部70)的尺寸(例如，长度和宽度)可以选择为与特定类型的铅酸电池(例如特定电池组)的尺寸相似或完全相同。电池模块13可以包括任何数量的电池单元，这取决于电池模块13的电压和/或容量要求以及每个电池单元的各自的电压和容量以及它们的联接方式。因此，可以取决于电池模块13的期望功率和/或电池模块13的期望尺寸(例如，长度、宽度和/或高度)而使用任何数量和/或任何布置的电池单元。参考所示的实施例，应领会在电池模块13上没有使用致动夹紧特征。实际上，电池单元通过内部壳体和压缩特征保持在经压缩的组件中。
在这点上，电池模块13的壳体52可以配置成使得一组电池单元可以布置在壳体52内作为经压缩的组件，以提供期望的功率输出，而不管各个电池单元的尺寸变化程度如何，只要每个均在各个电池单元的制造公差内。作为实例，壳体52的至少一个尺寸可以选择为允许放置期望数量的电池单元，即使所有电池单元的尺寸都处于制造公差范围的较大侧。进一步地，壳体52的至少一个尺寸可以选择为在一组电池单元上施加或保持期望的压缩力，即使所有电池单元的尺寸都处于制造公差范围的较小侧。在这种情形下，电池模块13可以包括确保提供该力的各种内部特征。
图4是示出了根据本公开的一方面的图3的电池模块13的顶部透视图，其中移除了壳体盖56和/或壳体套环58。如上所述，电池模块13的大小可以设置为便于以期望的方式(例如，作为经压缩的组件)放置多个电池单元80。虽然可以使用任何单一类型的电池单元80，但是电池模块13内使用的电池单元80可以都具有相同的整体形状(例如棱柱形、圆柱形、袋状或任何其他形状)、相同的电化学成分(例如，电极活性材料、电解质、添加剂)、相同的整体尺寸(例如在制造公差内)和其他类似的设计特征(例如，电隔离)。在所描绘的实施例中，电池模块13包括若干电池单元80，其足以使电池模块13能够提供48V输出，但是电池模块13可以使用不同数量的电池单元80和/或不同的电池单元80连接来输出其他电压(例如12V)。在所示的实施例中，本文所述的电池单元80可以是棱柱形电池单元，其中如本文所定义的棱柱形电池单元包括形状大致为矩形的棱柱形外壳。与袋状电池单元相比，棱柱形外壳由相对不可弯曲的硬质(例如金属)材料形成。然而，应指出的是，除了棱柱形电池单元之外或代替棱柱形电池单元，下面描述的某些实施例可包含袋状电池单元。
电池单元80在引入到模块壳体52中之前可以布置在电池单元堆82中。在某些实施例中，可以在电池单元堆82的每个电池单元80之间使用间隔件84(例如，一个或多个)以将电池单元80彼此分离。间隔件84可以是任何合适的形式，例如与电池单元80分离的离散层(例如，塑料或硅树脂分隔件)；粘附到电池单元80的粘合带、耳片等；缠绕在各个电池单元80周围的橡胶带；或紧固到电池单元80的粘合泡沫胶带。在间隔件84是粘合剂的实施例中，电池单元80可以彼此粘附。在所示的实施例中，电池单元堆82沿着z轴42定向(例如呈行布置)。然而，应指出的是，电池单元80可以呈任何合适的布置而定位。例如，虽然可以使用单个电池单元堆82，但是在其他实施例中，电池单元80可以布置在一个或多个电池单元堆82中。进一步地，所述一个或多个电池单元堆82可以垂直定向(呈柱布置)或水平定向(例如呈行布置)。
电池单元80的电池单元堆82和间隔件84(在使用的情况下)可以插入到壳体52的开口86中。在某些实施例中，壳体52的大小可以是针对期望数量的电池单元80的最大容许公差而设置(例如，以提供电池模块13的期望功率输出)。也就是说，壳体52可以足够大以容纳期望数量的电池单元80和其他部件(例如，间隔件84)。
如图所示，电池单元80可包括一个或多个次端子88(例如，电池单元端子)，次端子88被配置成与一个或多个汇流条90接合从而电联接相邻的电池单元80，以便形成一组电互连电化学电池单元80。在某些实施例中，汇流条90可以安装或设置在汇流条承载件92上，汇流条承载件92可保持设置在其上的汇流条90，同时与电池单元80的端子88接合。然而，在其他实施例中，电池模块13可以不包括汇流条承载件92，并且汇流条90可以直接设置在端子88上。取决于实施例，汇流条90可以将电池单元80串联、并联或将一些电池单元80串联并将一些电池单元80并联。一般来说，汇流条90能够实现一组电互连电池单元80。进一步地，某些汇流条90可以配置成使得一组电池单元80能够与电池模块13的主端子40(例如第一端子48或第二端子50)电联接，其中主端子40配置成联接到负载(例如车辆10的部件)以给负载供能。应指出的是，主端子40可以另外被称为主端子。
根据本发明的实施例，汇流条90可以包括两个主汇流条94，主汇流条94被配置成实现一组电互连电池单元80与主端子40之间的电通信。例如，两个主汇流条94可以延伸超过汇流条承载件92的周边，并且可以各自限定位于该组电互连电池单元80与主端子40之间的相应电通路的至少一部分。主汇流条94可以包括第一材料(例如铝)，第一材料对应于电池单元80的端子88的材料和汇流条90(例如，次汇流条或电池单元汇流条)。根据本发明的实施例，每个主汇流条94可以从一组电互连电池单元80朝向在该组电互连电池单元80与相应主端子40之间延伸的相应电通路的另一个部件延伸。
在传统构造中，主汇流条94可焊接到主端子40的各部分。然而，如上所述，这种构造会提高电池模块的成本和制造复杂性。在其他传统构造中，主汇流条94可以包括缠绕在主端子的基部周围的部分以及被配置成容纳相应主端子的柱的开口，从而使得主汇流条94能够保持主端子而无需焊接。然而，这种构造可以从壳体52的表面突出或延伸，并且这种延伸的连接可以使电池模块面临潜在的短路和/或其他复杂情况。因此，如上所述，为了解决传统电池模块构造的这些和其他缺点，根据本公开的电池模块包括设置在凹部96(例如开口、槽穴等)内的主端子40，如以下进一步所述的。如以下进一步所述的，凹部96可以通过电池模块的壳体52的任何表面触及。特别地，主端子40可以与壳体52的凹部96内的主汇流条94啮合，从而减少任何延伸或突出的连接，如以下进一步所述的。
在本公开的某些实施例中，主端子40可以模制到壳体52的凹部96中，如关于图6和图7进一步所述的。在一些情形下，主端子40可以被称作冲压主端子、冲压端子、凹式端子、主凹式端子、阴端子等。具体地，在某些实施例中，主汇流条94的各部分可以提供电通路，以与模制到凹部96(例如开口、槽穴等)中的主端子40的基部啮合或联接。进一步地，主端子40的柱可以与凹部96内的主端子40的基部啮合。在某些实施例中，凹部96可以形成在下壳体部54内，并且凹部96的开口97可以设置在下壳体部54的表面98上，如关于图6和图7进一步所述的。进一步地，模制到凹部96中的主端子40的各部分可以在主端子40与从汇流条90延伸的主汇流条94之间形成连续单元。在某些实施例中，与主端子40的基部对应的柱(例如螺纹螺母)可以通过凹部96的开口97插入和移除，使得螺母的螺纹啮合主端子40，如关于图6和图7进一步所述的。因此，主端子40可以是单个连续单元，其电联接到壳体52内的主汇流条94，并且允许电流量流到主汇流条94而无需外部接头或连接。
此外，在本公开的某些实施例中，主汇流条94的各部分可以设置在下壳体部54的位于凹部96上方的表面98上。具体地，主汇流条94可以包括与凹部96的开口对准的开口。进一步地，主汇流条94可以被配置成啮合主端子40的柱的一个或多个部分。例如，主端子40的柱可以插入到壳体52的凹部96中以与主端子40的基部啮合。如上所述，主端子40的基部可以设置在凹部96内，使得主端子40可以通过壳体的表面触及。实际上，当主端子40的柱与基部啮合时，主汇流条94的一个或多个部分可以与柱的一个或多个部分啮合，如关于图8至图10进一步所述的。在这样的实施例中，基部可以牢固地保持在凹部96内，而不是模制到凹部96中。此外，螺母的螺纹可以配置成将主端子40容纳在壳体的凹部96内，从而将负载电联接到电池模块而无需任何暴露的接头或连接。
图5是根据本公开的一方面在图1的车辆中使用的电池模块13的一部分的实施例的透视图，示出了电池模块13上的一个或多个位置中的主端子40。如以上所指出的，主端子40可以模制和/或设置在壳体52的凹部96内。应指出的是，凹部96和相应的主端子40可以设置在壳体52内的任何地方，使得凹部96和相应的主端子40可通过壳体52的任何表面触及。例如，在所示的实施例中，主端子40可以设置在下壳体部54的表面98上，壳体盖56的侧壁100上和/或壳体盖56的弯曲壁102上。实际上，主端子40可以设置在壳体52的任何表面上，只要主汇流条94能够保持汇流条90与主端子40之间的电通路。
图6是根据本公开的一方面，图3的电池模块13的一部分的截面侧视图，示出了模制到电池模块13的壳体52中的主端子40的一个或多个部分。具体地，在所示的实施例中，主端子40的基部99可以模制到设置在壳体52内的凹部96中。在一些情形下，主端子40可以称为冲压主端子、冲压端子、凹式端子、主凹式端子、阴端子等。如以上所指出的，凹部96可以设置在壳体52内，使得凹部96可通过壳体52的任何表面触及。例如，在所示的实施例中，凹部96设置在下壳体部54内，并且凹部96的开口97可以通过下壳体部54的表面98触及。应指出的是，凹部96可以成形为容纳主端子40的基部99。特别地，主端子40的基部99可以在壳体52内形成凹部96之后模制或冲压到凹部96中。
在某些实施例中，电通路104可将模制到凹部96(例如开口、槽穴等)中的主端子40的基部99电联接到主汇流条94的各部分。应指出的是，主端子40的基部99可以模制到凹部96中以形成连续单元，其允许电流量通过连续部件到达主汇流条94，而无需任何外部连接或接头。在某些实施例中，与主端子40的基部99对应的柱106(例如，螺纹螺母106)可以通过凹部96的开口97插入和/或移除。特别地，柱106可以经由第一方向110沿着Y轴44插入到凹部96中。当插入到凹部96中时，柱106的一个或多个螺纹108可以被配置成啮合主端子40的基部99的内表面112，如关于图7进一步所述的。在某些实施例中，主端子40的内表面112可以包括与柱106的螺纹108对应的一个或多个螺纹或凹痕。在某些实施例中，主端子40可以包括一个或多个延伸部105，延伸部105延伸穿过下壳体部54以形成到达主汇流条94的电通路104。实际上，一个或多个延伸部105可以由与主端子40的基部99相同的材料形成，并且可以是适于建立到达主汇流条94的电通路104的任何形状或长度。特别地，在某些实施例中，凹部96可以是适于支撑期望的主端子40的轮廓的任何形状或长度。
应指出的是，主端子40的基部99可以通过冲压基部99、加热和弯曲基部99、深拉基部99(例如，通过冷成形工艺)、它们的组合或任何其他适当的制造技术来制造。在某些实施例中，主端子40的基部99可以通过注射成型或其他类似技术模制到凹部99中。以此方式，主端子40的基部99可以模制到主端子40中，使得基部99具有凹部96的形状。进一步地，基部99可以嵌入到主端子40中，从而将主端子40的柱容纳在凹部96内。在某些实施例中，基部99的一部分可以在壳体52的表面上形成凸起的套环或环，作为向插入到基部99和/或从基部99移除的柱提供附加支撑的手段。
在某些实施例中，主端子40的基部99的材料可以不同于柱106的材料。例如，基部99可以由第一材料(例如铜)形成，并且柱106可以由第二材料(例如铝)形成。应指出的是，任何类型的材料可以用于形成主端子40。例如，有助于通过凹部96的开口进行模制的任何类型的材料均可用于主端子40。因此，本发明的技术可有助于将基部99与柱106电啮合和/或联接，而无需将基部99的材料与柱106的材料焊接。因此，当使用具有主端子40的电池模块时，可以降低电池模块13的材料成本和/或电池模块13的复杂性。
图7是根据本公开的一方面，图3的电池模块13的一部分的截面侧视图，示出了主端子40的基部99，基部99模制到电池模块13的凹部96中，并且配置成容纳柱106。具体地，在所示的实施例中，柱106可以沿着Y轴44插入到凹部96中，使得螺纹螺母106的一个或多个螺纹108配置成与基部99的内表面112啮合。以此方式，主端子40可以配置成将负载114电联接到电池模块13而无需暴露在壳体52的外部的任何连接或接头。同样，当在第二方向114沿着Y轴44从凹部96中移除柱106时，柱106的一个或多个螺纹108可以与主端子40脱离啮合，并且将负载114与电池模块13分离。
在某些实施例中，主端子40的基部99可以用诸如密封剂、胶水、O形环、树脂、粘合剂、泡沫或其任何组合的附接机构116的形式紧固在凹部96内。例如，在主端子40的组装和/或制造过程中，基部99可以插入到形成在壳体52的一部分内的凹部96中。在所示的实例中，凹部96设置在壳体52的下壳体部54内。在某些实施例中，基部99的材料(例如铜)可以不同于壳体52的材料(例如塑料)。因此，可以利用任何类型的适当附接机构116将主端子40紧固在壳体52内。在某些实施例中，在基部99插入到形成在壳体52的一部分内的凹部96中后，当壳体盖56设置在主端子40的顶部上时，主端子40的基部99可以紧固在下壳体部52内。在这样的实施例中，可以使用或可以不使用附接机构116将主端子40紧固在壳体52内。特别地，如上所述，壳体盖56可以包括与凹部96的开口97对准的一个或多个窗口状的孔口或开口，使得柱106可以插入到基部99中。另外，在某些实施例中，壳体盖56以及壳体盖56与下壳体部54的对准可以用壳体套环58紧固。如图所示，壳体套环58可以配置成卡扣和/或夹持附接件，其将壳体盖56与下壳体部54联接。特别地，壳体套环58可配置成沿着下壳体部64和壳体盖52相交的交界处环绕壳体52的周边。以此方式，主端子40可以密封在壳体52内，从而降低在密封壳体盖56之后在电池容器或电池模块容器内泄漏的可能性。
图8是根据本公开的一方面，图3的电池模块13的一部分的透视图，示出了主端子40的设置在电池模块13的下壳体部54的凹部96内的部分。具体地，在所示的实施例中，与主端子40的基部99相关联或对应的柱106(例如螺纹螺母106)可以通过凹部96的开口插入和/或移除。如以上所指出的，凹部96的开口97可以设置在电池模块13的下壳体部54的表面98上。具体地，在某些实施例中，凹部96的开口97可以与穿过从汇流条90延伸到主端子40的主汇流条94的本体95的开口对准。主汇流条94可以沿着表面98设置，使得主汇流条94的本体95的一个或多个部分环绕凹部96的开口97。因此，与主端子40的基部99相关联的柱106可以通过主汇流条94插入到凹部96的开口97中和/或从凹部96的开口97移除。特别地，主汇流条94可以被配置成当柱106通过开口97牢固地插入到凹部96中时啮合柱106的顶部。
如以上所指出的，主端子40可以设置在任何凹部96内，使得主端子40可以通过壳体52的任何表面触及。例如，主端子40可以布置成使得主端子40可以通过壳体52的任何表面触及，只要主汇流条94可以保持汇流条90与主端子40之间的电通路。在某些实施例中，主汇流条94可以配置成紧固凹部96的开口97，使得设置在凹部96内的螺纹螺母106不与壳体52脱离啮合。在其他实施例中，壳体盖56可以设置在主端子40和/或主汇流条94上方，以通过上述方式紧固凹部96。应指出的是，在任一实施例中，主端子40和/或主汇流条94可以密封在壳体52内，从而降低电池容器或电池模块容器内泄漏的可能性。
图9是根据本公开的一方面，图8的电池模块13的一部分的透视图，示出了结合到电池模块13的壳体52中的主端子40的一个或多个部件。如以上所指出的，在某些实施例中，主端子40可以包括柱106和基部99。具体地，柱106配置成与基部99啮合，使得在与主端子40和主汇流条94相关联的部件之间进行牢固啮合或联接。
具体地，如以上所指出的，基部99可以设置并紧固在凹部96内。在某些实施例中，基部99因为被夹在主汇流条94与下壳体部54的一个或多个部分之间，而可以紧固在凹部96内。应指出的是，在一些情形下，基部99可以通过一个或多个附接机构116(例如密封剂、胶水、O形环、树脂、粘合剂、泡沫或其任何组合)紧固到主汇流条94的底表面124上。以此方式，基部99可以紧固在凹部96内，使得主端子40的一部分不从凹部96移除。特别地，在所示的实施例中，基部99不需要模制到凹部96中。实际上，基部99可以通过夹在主汇流条94与壳体52之间而牢固地设置在凹部96内。
图10是根据本公开的一方面，图8的电池模块13的一部分的底部平面图，示出了设置在主汇流条94下面的基部99。具体地，如以上所指出的，基部99可以设置和紧固在凹部96内，使得基部99夹在主汇流条94和下壳体部54的一个或多个部分之间。在所示的实施例中，下壳体部54的一部分被移除以示出凹部96内的基部99的构造。进一步地，应指出的是，当柱106与基部99啮合时，主端子40可以完全设置并紧固在凹部96内，同时保持到达主汇流条94的电连接和通路。以此方式，电池模块13可以电联接到负载，而无需从电池模块13的壳体52暴露或延伸的任何接头。
一个或多个所公开的实施例单独或互相组合可以提供用于制造电池模块和电池模块的各部分的一种或多种技术效果。所公开的实施例涉及可以降低电池模块的材料成本和制造复杂性的电池模块的特征。进一步地，所公开的实施例涉及保持在电池模块的壳体内的电池模块的特征，从而减少庞杂和/或暴露的连接。特别地，根据所公开的实施例的电池模块包括设置在形成于电池模块的壳体内的凹部(例如开口、槽穴等)内的主端子。本说明书中的技术效果和技术问题是示例性的而非限制性的。应指出的是，本说明书中描述的实施例可以有其他技术效果，并且可以解决其他技术问题。
已经通过示例方式示出了上述具体实施例，并且应理解，这些实施例可以容许各种修改和替代形式。应进一步理解，权利要求并不旨在限于所公开的特定形式，而是旨在涵盖在本公开的精神和范围内的所有修改、等同物和替代物。

Claims (28)

1.一种电池模块，包括：
聚合物壳体，所述聚合物壳体包括：
下壳体部，所述下壳体部具有限定在所述下壳体部中的第一开口；和
壳体盖，所述壳体盖被部分地放置在所述下壳体部中的所述第一开口上方，其中所述壳体盖包括限定在所述壳体盖中的第二开口；
汇流条，所述汇流条设置在所述聚合物壳体内并且电联接到设置在所述下壳体部内的电互连电池单元组；和
主端子，所述主端子包括电联接到所述汇流条的基部，其中所述基部通过所述壳体盖被紧固在所述下壳体部的所述第一开口内并且与所述壳体盖的所述第二开口对准，其中所述基部配置成将柱接纳在所述第一开口内，以在所述汇流条和所述主端子不暴露在所述聚合物壳体的外表面之外的情况下将所述主端子可移除地电联接到外部负载。
2.根据权利要求1所述的电池模块，其中所述基部模制到所述下壳体部的所述第一开口中。
3.根据权利要求1所述的电池模块，其中所述基部由铜制成，且所述柱由不锈钢制成。
4.根据权利要求1所述的电池模块，其中利用附接机构将所述主端子的一个或多个部分进一步紧固在所述下壳体部的所述第一开口内，并且其中所述附接机构包括密封剂、O形环、树脂、粘合剂、泡沫或其组合。
5.根据权利要求1所述的电池模块，其中所述汇流条包括孔口，所述孔口与所述下壳体部中的所述第一开口对准。
6.根据权利要求1所述的电池模块，其中所述电互连电池单元组包括电互连棱柱形锂离子(Li离子)电化学电池单元组。
7.根据权利要求1所述的电池模块，其中所述基部是铜的且所述柱是铝的。
8.根据权利要求1所述的电池模块，其中所述基部配置成无需焊接地联接到所述柱。
9.根据权利要求3所述的电池模块，其中所述汇流条由铝制成。
10.根据权利要求5所述的电池模块，其中所述基部在所述孔口处物理地联接到所述汇流条，并且其中当所述基部接纳所述柱时，所述柱延伸通过所述汇流条的所述孔口，以将所述主端子电联接至所述外部负载，其中所述主端子包括所述柱。
11.一种电池模块，包括：
聚合物壳体，所述聚合物壳体包括：
下壳体部，所述下壳体部具有限定在所述下壳体部中的第一开口；和
壳体盖，所述壳体盖被部分地放置在所述下壳体部中的所述第一开口上方，其中所述壳体盖包括限定在所述壳体盖中的第二开口；
电化学电池单元，所述电化学电池单元具有设置在所述聚合物壳体内的次端子；
主端子，所述主端子电联接到所述电化学电池单元，其中所述主端子包括：
基部，所述基部紧固到所述下壳体部的所述第一开口内，并且与所述壳体盖中的所述第二开口对准；以及
柱，所述柱电联接到负载并且在所述第一开口内与所述基部可移除地直接啮合，以将所述主端子电联接到所述负载，其中所述基部基本上由第一导电材料构成，且所述柱基本上由不同于所述第一导电材料的第二导电材料构成；以及
汇流条，所述汇流条提供在所述电化学电池单元的所述次端子和所述电池模块的所述主端子之间的电通路。
12.根据权利要求11所述的电池模块，其中所述汇流条至少部分设置在所述第一开口内，并且其中所述汇流条包括接纳所述主端子的所述柱的孔口。
13.根据权利要求11所述的电池模块，其中所述汇流条设置在所述下壳体部的所述第一开口内的所述基部内。
14.根据权利要求11所述的电池模块，其中所述第一导电材料是铜，且所述第二导电材料是不锈钢。
15.根据权利要求12所述的电池模块，其中所述汇流条由所述柱的所述第二导电材料制成。
16.一种电池模块，包括：
聚合物壳体，其中所述聚合物壳体包括：
下壳体部，所述下壳体部具有限定在所述下壳体部中的第一开口；以及
壳体盖，所述壳体盖被部分地放置在所述下壳体部中的所述第一开口上方，其中所述壳体盖包括限定在所述壳体盖中的第二开口；
主端子，所述主端子包括基部，所述基部通过所述壳体盖被紧固在所述下壳体部的所述第一开口内并且与所述壳体盖的所述第二开口对准，其中所述基部配置成将柱接纳在所述第一开口内以将所述主端子可移除地电联接到外部负载。
17.根据权利要求16所述的电池模块，其中所述基部模制到所述下壳体部的所述第一开口中。
18.根据权利要求16所述的电池模块，其中所述主端子的至少一个部分被附接机构至少部分地紧固在所述下壳体部的所述第一开口内，并且其中所述附接机构包括密封剂、O形环、树脂、粘合剂、泡沫或其组合。
19.根据权利要求16所述的电池模块，包括设置在所述聚合物壳体内的汇流条，所述汇流条电联接至设置在所述下壳体部的内部内的电互连电池单元组，其中所述主端子的所述基部电联接至所述汇流条，其中所述主端子包括所述柱。
20.一种电池模块，包括：
电互连电池单元组；
聚合物壳体，其中所述电互连电池单元组设置在所述聚合物壳体内；
所述电池模块的主端子，所述主端子配置成电联接到负载以用于为所述负载供能，其中所述主端子包括：
基部，所述基部设置在所述聚合物壳体的表面中的凹部内；以及
柱，所述柱电联接到所述负载并且配置成可移除地直接联接到所述基部，以用于将所述主端子电联接到所述负载，并且其中所述基部的第一导电材料不同于所述柱的第二导电材料；以及
汇流条，所述汇流条提供在所述电互连电池单元组与所述主端子之间的电通路，其中所述汇流条设置在所述聚合物壳体内，
其中所述聚合物壳体包括下壳体部和聚合物壳体盖；以及
其中所述聚合物壳体盖至少部分设置在所述凹部上方，以将模制到所述凹部中的所述主端子的所述基部紧固到所述聚合物壳体的所述下壳体部内。
21.根据权利要求20所述的电池模块，其中所述基部模制到所述凹部中，并且其中所述基部配置成将所述柱接纳在所述凹部内。
22.根据权利要求20所述的电池模块，其中所述第一导电材料是铜，且所述第二导电材料是不锈钢。
23.根据权利要求20所述的电池模块，其中所述第一导电材料是铜，且所述第二导电材料是铝。
24.根据权利要求20所述的电池模块，其中所述聚合物壳体包括壳体套环，所述壳体套环配置成将所述聚合物壳体盖紧固到所述下壳体部。
25.根据权利要求20所述的电池模块，其中利用附接机构将所述主端子的所述基部紧固在所述聚合物壳体的所述凹部内，并且其中所述附接机构包括密封剂、O形环、树脂、粘合剂、泡沫或其组合中的一种或多种。
26.根据权利要求20所述的电池模块，其中所述汇流条的本体从所述电互连电池单元组延伸到所述主端子。
27.根据权利要求26所述的电池模块，其中所述本体包括孔口，所述孔口与所述凹部的开口对准，所述开口设置成穿过所述聚合物壳体的所述表面。
28.根据权利要求20所述的电池模块，其中所述电互连电池单元组包括电互连棱柱形锂离子(Li离子)电化学电池单元组。
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