CN110024165A - 包括至少一个与电池模块中的至少一组电池单元的端子建立电接合的接合连接件的接触板 - Google Patents

包括至少一个与电池模块中的至少一组电池单元的端子建立电接合的接合连接件的接触板 Download PDF

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CN110024165A
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battery
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海纳·费斯
安德里亚斯·特拉克
亚历山大·艾希霍恩
拉尔夫·迈施
约尔格·达马斯克
马丁·埃伯哈德
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Tweenemanjik SA
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Inevita Ltd Co
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Abstract

实施例涉及接触板，其被配置为在电池模块的电池单元之间建立电接合。在第一实施例中，所述接触板包括至少一个主导电层，该主导电层包括与一组电池单元中的两个或更多个电池单元的两个或更多个端子对准的孔，所述一组电池单元被配置为彼此并联连接；以及接合连接件，被配置为在所述接触板与所述两个或更多个电池单元的两个或更多个端子之间提供直接电接合。在第二实施例中，接触板包括至少一个主导电层以及一组接合连接件，所述一组接合连接件由被选择为与用于至少一组电池单元的所述端子的至少一种材料相匹配的至少一种材料制成。

Description

包括至少一个与电池模块中的至少一组电池单元的端子建立 电接合的接合连接件的接触板
技术领域
实施例涉及一种包括至少一个接合连接件的接触板，所述接合连接件配置为与电池模块中的至少一组电池单元的端子建立电接合。
背景技术
能量存储系统可以依靠电池来存储电力。例如，在某些传统的电动车辆(EV)设计(例如，全电动车辆，混合动力电动车辆等)中，安装到电动车辆中的电池壳体容纳有多个电池单元(例如，可以单独地安装到电池壳体中，或者可选地，可以分组在各自的电池模块内，每个电池模块包含一组电池单元，各个电池模块安装在电池壳体中)。电池壳体中的电池模块通过汇流条连接到电池接线盒(BJB)，汇流条将电力分配给驱动电动车辆的电动机，以及电动车辆的各种其他电气部件(例如，收音机，控制台，车辆加热、通风和空调(HVAC)系统，内部灯，如头灯和刹车灯等外部灯)。
发明内容
一个实施例涉及一种接触板，其被配置为在电池模块中的电池单元之间建立电接合，所述接触板包括至少一个主导电层，该主导电层包括与一组电池单元中的两个或更多个电池单元的两个或更多个端子对准的孔，所述一组电池单元被配置为彼此并联连接；以及接合连接件，被配置为在所述接触板与所述两个或更多个电池单元的两个或更多个端子之间提供直接电接合。
另一实施例涉及一种接触板，其被配置为在电池模块中的电池单元之间建立电连接，所述接触板包括至少一个主导电层以及一组接合连接件，所述一组接合连接件被配置为在接触板和至少一组电池单元的端子之间提供直接电接合，其中所述一组接合连接件由被选择为与用于至少一组电池单元的所述端子的至少一种材料相匹配的至少一种材料制成。
附图说明
当结合附图考虑时，通过参考以下详细描述，可以更容易地获得对本发明的实施例的更完整的理解，附图仅是为了说明而非限制本发明，并且在附图中。其中：
图1-2分别示出了根据本发明实施例的电池模块的外部框架的前立体图和后立体图。
图3示出了根据本发明实施例的示例性电池模块的高级电气图，其示出了串联连接的P组1...N。
图4示出了传统的“类型1”圆柱形电池单元布置的侧视图和俯视图。
图5示出了传统的“类型2”圆柱形电池单元布置的侧视图和俯视图。
图6示出了根据本发明实施例的“类型1”圆柱形电池单元布置的侧视图和俯视图。
图7A示出了根据本发明的实施例的混合接触板装置。
图7B为本发明的实施例图7所示混合接触板装置被布置在P组1-5的顶部后的视图。
图8A示出了根据本发明另一实施例的“类型1”圆柱形电池单元布置的侧视图。
图8B示出了根据本发明另一实施例的“类型1”圆柱形电池单元布置的侧视图。
图9示出了根据本发明的实施例的多层接触板的一部分的侧视图。
图10示出了根据本发明另一实施例的多层接触板的侧视图。
图11示出了根据本发明的实施例的“中心”多层接触板的俯视图。
图12示出了根据本发明的实施例的混合接触板装置的侧视图。
图13A示出了根据本发明的实施例的用于电池模块的混合接触板装置的侧视图。
图13B示出了根据本发明另一实施例的用于电池模块的混合接触板装置的侧视图。
图13C示出了根据本发明另一实施例的用于电池模块的混合接触板装置的侧视图。
图13D示出了根据本发明另一实施例的用于电池模块的混合接触板装置的侧视图。
图13E为根据本发明的实施例将图13的混合接触板装置布置在P组1-5的顶部后的视图。
图14示出了根据本发明的实施例的混合接触板装置的各个层的解构立体图。
图15A示出了根据本发明实施例的图14的混合接触板装置的不同区域处的电流密度分布的示例。
图15B示出了根据本发明实施例的图14的混合接触板装置的更详细视图。
图15C示出了根据本发明的实施例的用于电池模块的冷却机构。
图15D示出了根据本发明实施例的图15C的冷却机构的另一个立体图。
图15E示出了根据本发明实施例的图15C的冷却机构的额外立体图。
图16A示出了根据本发明实施例的预先组装有接合连接件的接触板。
图16B示出了根据本发明另一实施例的具有预组装的接合带的接触板。
图16C示出了根据本发明实施例的连接到多个电池单元的接触板。
图16D示出了根据本发明的实施例的多层接触板的一部分的俯视图。
图16E示出了根据本发明实施例的图16D中的多层接触板的一部分，其中接触片被向下推到电池单元的相应负电池边缘上。
图16F示出了根据本发明实施例的焊接到电池单元的正电池头部上的接合连接件的示例。
图16G示出了根据本发明的实施例相对于图16F的替代焊接实施方式。
图16H描绘了根据本发明的实施例的每个电池单元具有一个接触区域的1-单元布置。
图16I示出了根据本发明实施例的至少部分地基于用作压紧机构的磁场将接合连接件固定到电池单元的端子的布置。
图16J描绘了根据本发明的实施例的安装在混合接触板装置顶部上的压紧板。
图16K描绘了根据本发明实施例的图16J中描绘的压紧板的不同侧视图。
图16L描绘了根据本发明实施例的图16J中描绘的压紧板的另一不同侧视图。
图17A示出了发明的一个实施例中多层接触板的一部分的俯视图，以及多层接触板的侧视图，其示出了连接到电池单元的面向顶部的正极端子的多层接触板。
图17B示出了图17A的多层接触板的一部分的俯视图。其中包括根据本发明的实施例的堆叠在其上的绝缘层。
图17C示出了图17C的多层接触板和图17B的绝缘层的侧视图，其中示出了根据本发明实施例的与电池单元的面向顶部的正极端子的相应连接。
图18A示出了传统圆柱形电池单元的传统多端单元侧。
图18B示出了根据本发明实施例的圆柱形电池单元的多端单元侧。
图19示出了根据本发明实施例的图18B的多端单元侧的侧视图。
图20示出了根据本发明的实施例的圆柱形电池单元。
图21示出了根据本发明的实施例壳体的侧视图和俯视图，该壳体包括如上关于图20所述的插入其中的多个圆柱形电池单元。
图22A-22H各自示出了根据本发明的实施例的不同的电池模块立体图。更具体地，图22A-22H中的每个连续的图向电池模块添加附加组件和/或显示电池模块的不同视角。
具体实施方式
在以下描述和相关附图中提供了本发明的实施例。在不脱离本发明的范围的情况下，可以设计替代实施例。另外，文中不再详细描述本发明的公知元件或将省略该公开的公知元件，以免模糊本发明的相关细节。
能量存储系统可以依靠电池来存储电力。例如，在某些传统的电动车辆(EV)设计(例如，全电动车辆，混合动力电动车辆等)中，安装到电动车辆中的电池壳体容纳有多个电池单元(例如，可以单独地安装到电池壳体中，或者可选地，可以分组在各自的电池模块内，每个电池模块包含一组电池单元，各个电池模块安装在电池壳体中)。电池壳体中的电池模块通过汇流条连接到电池接线盒(BJB)，汇流条将电力分配给驱动电动车辆的电动机，以及电动车辆的各种其他电气部件(例如，收音机，控制台，车辆加热、通风和空调(HVAC)系统，内部灯，如头灯和刹车灯等外部灯)。
本发明的实施例涉及可以部署为能量存储系统的一部分的电池模块的各种配置。在一个示例中，虽然未明确示出，但是可以针对能量存储系统部署根据本文描述的任何实施例的多个电池模块(例如，串联链接以向能量存储系统提供更高的电压，并联连接为能量存储系统或其组合提供更高的电流)。
图1-2分别示出了根据本发明实施例的电池模块100的外部框架的前立体图和后立体图。在图1和图2的示例中，电池模块100被配置为插入电池模块隔室中。例如，电池模块100的每一侧包括引导元件105，以便于插入(和/或移出)电池模块隔室。在另一示例中，引导元件105被配置为配合到电池模块隔室内的凹槽中，以便于插入和/或移除电池模块100。插入侧盖110(或端板)集成到电池模块100中。在插入时，插入侧盖110可以附接或固定到电池模块隔室(例如，通过固定点115，例如螺栓孔等)，以将电池模块100密封在电池模块隔室内。如图1-2所示，当插入侧盖110集成到电池模块100中时，插入侧盖110可替代地与电池模块100独立(或分离)设置，其中电池模块100首先插入电池模块隔室中，之后对插入侧盖110进行附接。
如图1-2所示，插入侧盖110包括固定点115、一组冷却连接件120和过压阀125。在一个示例中，固定点115可以是螺栓孔，螺栓可以通过该螺栓孔插入，并且一组冷却连接件120可包括输入和输出冷却管连接件(例如，冷却剂流体通过该连接件被泵送到电池模块100中以冷却一个或多个冷却板)。过压阀125可以配置成在电池模块100内部的压力超过阈值时打开(例如，在电池模块100中的电池单元热失控的情况下通过脱气避免爆炸或过压)。
如图2所示，电池模块100还包括一组固定和定位元件200(例如，用于在插入时将电池模块100定位和固定在电池模块隔室中)，一组HV连接件205(例如，用于连接电池模块100到电池模块隔室中的相应HV连接件)，以及LV连接件210(例如，用于经由电池模块隔室中的相应LV连接件将电池模块100的内部传感器连接到BJB(未示出))。因此，电池模块100被配置成使得在插入电池模块隔室时，固定和定位元件200、HV连接件205和LV连接件210各自固定并连接(例如，插入)相应的电池模块隔室的连接件中。
为了提供一些上下文，应该理解的是，参照图1和图2上述描述的多个“外部”组件指特定的电池模块隔室配置(例如，其中电池模块100被配置为插入电池模块隔室并被密封的配置，其中两个HV连接件205被布置在电池模块的同一侧以用于建立与能量存储系统的HV电接合)。相比之下，下文描述的许多实施例涉及“内部”组件配置以促进各种电功能(例如，尽管可能发生内部和外部组件之间的一些重叠，例如HV连接件205对应于突出到电池模块100外部的部分多层接触板，将在下文更详细地描述)。在这种情况下，图1和图2中描绘的各种外部组件包括可能无需特别要求，以支持由本文所述的内部电池模块配置促进的电功能。因此，电池模块100和关于图1和图2描述的相关组件应该被解释为用于电池模块的一个示例性外部框架实施方式，而各种内部部件配置可以替代地指向其他类型的外部框架(例如，未设置引导元件105的电池模块，不包括例如插入侧盖110的集成插入侧盖的电池模块，将HV连接件205定位在彼此不同侧的电池模块，等等)。
如上所述，电池模块，例如图1和图2所示的电池模块100，包括一组电池。每个电池单元具有相应的电池类型(例如，圆柱形，棱柱形，袋状等)。圆柱形电池单元例如为18650单元。在18650单元中，正极和负极端子触点通常由镀镍钢制成。
对于在电池模块100内将电池单元彼此连接的母线，可以使用良好的电导体，例如铝(Al)或铜(Cu)。然而，将电池单元的正极和负极端子触点处的钢与汇流条连接是困难的。用于该连接的常用技术是引线键合，其中薄的铝键合线在电池单元和汇流条之间连接(例如，通过超声波焊接)。由于铝键合线的直径较小，因此在操作期间存在大的功率损耗。由此可以与冷却系统一起部署电池单元以冷却电池单元。冷却系统通常消耗大量电力。例如，用于圆柱形电池单元配置的一些传统冷却系统(其在相对端包括正/负电池端子)试图径向冷却圆柱形电池单元，由于圆柱形电池单元通常轴向而不是径向传导更多热量，其为低效的(并且因此非常耗电)。换句话说，传统的冷却机构试图冷却圆柱形电池单元的侧面(例如，或者通过在绝缘母线或接触板上对圆柱形电池单元施加间接冷却)，而不是试图直接和轴向冷却圆柱形电池。这是由于直接和轴向冷却圆柱形电池单元会干扰传统配置中的电池端子连接。
在一个实施例中，HV连接件205中的一个可以对应于电池模块100的负(或-)端子，而另一个HV连接件205可以对应于电池模块100的正(或+)端子。在电池模块100中，该组电池单元可以布置成多个并联组，或“P组”。P组中的每一个可以包括彼此并联连接的多个电池单元(例如，以增加电流)，而P组彼此串联连接(例如，以增加电压)。第一串联P组的负极端子耦合到电池模块100的负极端子(或HV连接件205)，而最后串联连接的P组的正极端子连接到电池模块100的正极端子(或HV连接件205)。电池模块300内的P组的示例布置在下文参考图3进行描述。
图3示出了根据本发明实施例的电池模块300的高级电气图，其示出了串联连接的P组1...N。在示例中，N可以是大于或等于2的整数(例如，如果N＝2，则可以省略在图3中表示为P组2...N-1的中间P组)。每个P组包括并联连接的电池单元1...M。第一串联P组(或P组1)的负极端子耦合到电池模块300的负极端子305，而最后串联连接的P组(或P组N)的正极端子连接到电池模块300的正极端子310。负极端子305和正极端子310均可以连接到HV连接件，例如上述参照图1和图2描述的HV连接件205中的一个。如此处所使用的，电池模块的特征可在于包括在其中的串联连接的P组的数量。具体地，具有2个串联连接的P组的电池模块被称为“2S”系统，具有3个串联连接的P组的电池模块被称为“3S”系统，以此类推。为了清楚起见，下文的电池模块P组布置的示例针对2S(例如，N＝2)，3S(例如，N＝3)和4S(例如，N＝4)系统提供，应当理解的是，本发明的实施例可以针对在其他实施例中具有任意数量的串联P组的电池模块，或者甚至针对具有单个P组的电池模块。
图4示出了传统的“类型1”圆柱形电池单元布置400的侧视图和俯视图。参照图4中的“类型1”圆柱形电池单元布置400的侧视图，电池单元405的面向顶部的正极端子经由接合线415连接到接触板410，并且电池单元420的面向顶部的负极端子经由接合线430连接到接触板425。电池单元405和420属于相邻的P组，并且经由第二电池单元420的面向底部的正极端子串联连接，第二电池单元420通过接合线440连接到接触板435，并且面向底部的负极端子电池单元405通过接合线445连接到接触板435。图4中未具体示出，接触板425可以串联连接到另一个P组的正极端子，或者可选地连接到电池模块的负极端子。同样地，尽管未在图4中具体示出，接触板410可以串联连接到另一个P组的负极端子，或者可选地连接到电池模块的正极端子。
现在参考图4中的“类型1”圆柱形电池单元布置400的俯视图。P组配置有第一端子取向，由此电池单元布置有面向顶部的负极端子和面向底部的正极端子(例如，诸如电池单元420)或具有第二端子配置，由此电池单元布置有面向顶部的-正极端子和面向底部的负极端子(例如，诸如电池单元405)。示出了具有第一端子取向的第一P组460，示出了具有第二端子取向的第二P组450。如果“类型1”圆柱形电池单元布置400不包括其他P组，则应当理解，“类型1”圆柱形电池单元布置400表示2S系统的示例。可以理解，每个串联的P组相对于其相邻的P组交换端子取向，这使得组装复杂且困难。
图5示出了传统的“类型2”圆柱形电池单元布置500的侧视图和俯视图。参照图5中的“类型2”圆柱形电池单元布置500的侧视图，电池单元505的面向顶部的正极端子经由接合线515连接到接触板510，并且电池单元505的面向底部的负极端子经由接合线525连接到接触板520。负极接触板520位于电池单元505的底部附近，并且经由连接件535连接到靠近电池单元505的顶部的接触板530。正极接触板530经由接合线545连接到顶部电池单元540的正极端子。电池单元540的面向底部的负极端子经由接合线555连接到接触板550。因此，电池单元505和540属于相邻的P组，并且通过连接件535串联连接。图5中未具体示出，接触板550可以串联连接到另一个P组的正极端子，或者可选地连接到电池模块的负极端子。同样地，未在图5中具体示出，接触板510可以串联连接到另一个P组的负极端子，或者可选地连接到电池模块的正极端子。
现在参考图5中的“类型2”圆柱形电池单元布置500的俯视图。与图4所示相反，每个P组配置有相同的端子取向(例如，面向顶部的正极端子和面向底部的负极端子)。第一P组560(例如，包括电池单元505)经由连接件535连接到第二P组565(例如，包括电池单元540)。如果“类型2”圆柱形电池单元布置500不包括其他P组，应当理解的是，“类型2”圆柱形电池单元布置500代表2S系统的示例。可以理解的是，“类型2”圆柱形电池单元布置500无需如“类型1”圆柱形电池单元布置400所示在相邻P组之间进行端子定向切换。然而，“类型2”圆柱形电池单元布置500需要在每个相邻P组之间的单独连接件(例如，连接件535)。电流流过这些连接件(例如，连接件535)，这增加了相应电池模块内的电流密度和电阻。而且，连接件535所需的空间减小了电池模块中的最大电池容量。
参照图4-5，图4中的“类型1”圆柱形电池单元布置400及图5中的“类型2”圆柱形电池单元布置500在组装电池模块期间都需要“更换”电池单元。这是必需的是由于电池端子连接是在电池单元的两侧(即顶部和底部)进行的。因此，作为示例，在图4中，假设电池单元405和420可以安装到电池模块壳体中，使得电池单元405和420的“底部”(如图4所示)暴露。此时，本领域技术人员可以将接合线440和445焊接(或以其他方式熔合)到接触板435。此时，本领域技术人员不能得到电池端子位于电池单元405和420的“顶部”(如图4所示)，从而转换(或翻转)电池模块壳体。一旦翻转，本领域技术人员将接合线415和430分别焊接(或以其他方式熔接)到接触板410和425。可以理解，这种“转换”要求减慢了粘合过程，并且由于电池模块相对较重，此要求的实施也很难。在一个示例中，在本发明的某些实施例中可以避免“转换”问题，由于正/负电池端子布置在电池单元的同一端上，下文将更详细地描述这些实施例。
此外，参照图4-5，图4中的“类型1”圆柱形电池单元布置400及图5中的“类型2”圆柱形电池单元布置500中使用的接合连接件可以通常实施为通过超声波焊接工艺熔化的圆形导线。相比之下，在本发明的某些实施例中，激光焊接工艺可以用于以比上述参照图4和图5描述的传统的基于超声波的键合工艺更快的方式形成接合连接件。对于激光焊接，具有相同或相似熔点的材料可用于可靠连接和/或提高焊接速度。例如，如果特定电池单元的正极和/或负极端子由钢(例如，Hilumin)制成，则汇流条之间的接合连接件(例如，多层接触板，如下文更详细描述的)可以由钢(例如Hilumin)或其他与焊接工艺兼容的材料制成。然而，即使接合连接件由具有不同电特性的不同材料制成，激光焊接可能会稍微减慢，但仍然是可实现的并且包含在本发明的各种实施例中(例如，激光焊接铝对钢，铝对铜，铜对钢等)。而且，在本发明的一些实施例中，接合连接件被实现为扁平金属带(或“带”)，而不是如图4和图5中的圆形线。如上所述，在一些实施例中，接合连接件可以机械连接到接触板或者集成在接触板内，以便在电池单元端子和接触板之间形成单元端子连接。接合连接件(或接触片)的激光焊接将在下文参考图16A-16L进行更详细地讨论。
因此，本发明的实施例涉及多层接触板，每个接触板包括至少一个主导电层和单元端子连接层。通常，在操作期间，通过多层接触板的大部分电流经由至少一个主导电层(例如，铝或铜)传输，其中单元端子连接层被配置为形成接合连接件，以连接(例如，通过焊接等)到一个或多个P组中的电池单元的电池端子。在将多层接触板安装到混合接触板装置中之前，每个单元端子连接层是其相应的多层接触板的集成部分(例如，与在电池模块组装期间简单地连接到单层接触板以形成电池连接的某种类型的电线或焊接材料相反)。
在示例中，多个主导电层可以用于“夹住”单元端子连接层(例如，单元端子连接层位于顶部和底部主导电层之间)。或者，可以使用双层接触板，其中单元端子连接层固定到单个导电层而没有“夹层”结构(例如，单元端子连接层，例如某种类型的箔，被紧密地包覆(压在)较厚的主导电层上以形成良好的接触区域，从而降低在单元端子连接层和主导电层之间电流流过的过渡电阻)。
在另一示例中，至少一个主导电层和单元端子连接层可以由相同或不同的材料制成。在一个示例中，至少一个主导电层可以由铝或铜制成，而单元端子连接层由导电率较低的钢制成，以匹配用于电池单元端子(例如，如18650单元等大多数圆柱形电池单元中)的钢。在另一个示例中，如果电池单元端子使用铝或铜(例如，用于袋状电池和/或棱柱形电池)，则至少一个主导电层可以由铝或铜制成。即使配置有相同(或类似)材料，至少一个主导电层和单元端子连接层可以包括结构差异，如下文将更详细地解释的(例如，至少一个主导电层可以是由相对较厚的铝或铜块制成，而单元端子连接层由较薄的铝或铜层制成，例如箔，其固定到和/或夹在导电层之间)。
在与用于多层接触板的“夹层”构造相关的示例中，每个多层接触板可以包括由具有第一导电率的第一材料(例如，铝或铜)制成的顶部和底部导电层，其中单元端子连接层夹在顶部和底部导电层之间，并由相同或不同的材料(例如，铝，铜或钢)制成。在单元端子连接层由具有第二导电率(例如，低于第一导电率)的第二材料(例如，钢)制成的示例中，第二材料可以与电池单元的正极和/或负极端子的材料匹配(或相容)。例如，在18650单元中，端子可以是冷轧的镀镍钢板。对于这种材料，每个端子的接触区域中的接合连接件可以由便于焊接过程的类似材料制成。然而，也可以将不同的材料焊接在一起，因此在某些实施例中，单元端子连接层不需要与电池端子的材料匹配。
在另一示例中，可选地，单元端子连接层可在不与接触区域直接对准和/或非常接近的区域中至少部分地移除，其中单元端子连接层用于形成接合连接件。去除这些区域中的单元端子连接层可有助于减轻重量和/或增加多层接触板的总导电率。例如，主导电层可以比单元端子连接层更导电，在这种情况下，用于形成接合连接件不需要的单元端子连接层的额外材料可以增加各个层之间的过渡电阻并且降低多层接触板的总导电率。因此，虽然被称为电池端子连接“层”，但是应当理解，单元端子连接层的不同部分实际上可以是由于可选的材料去除而彼此不直接接触的单独部件。
如下所述，多层接触板可以布置为“混合”接触板装置的一部分。混合接触板装置可包括多个单层和/或多层接触板，每个接触板与一个或多个相邻的接触板隔开，并具有绝缘层。在具有多层接触板的混合接触板装置的情况下，绝缘层由与至少一个主导电层和/或单元端子连接层不同的材料(例如，塑料)制成，这是多层接触板装置在本文中称为“混合”接触板装置的一个原因。然而，混合接触板装置可替代地包括单层接触板，并且不明确地要求本文所述的多层接触板。此外，混合接触板装置位于各个电池单元的一侧(例如，顶部或底部)。因此，尽管下文描述的实施例描绘了混合接触板装置位于相应电池单元的一侧，但这主要是为了便于解释，并且本发明的实施例不限于该配置。
图6示出了根据本发明实施例的“类型1”圆柱形电池单元布置600的侧视图和俯视图。特别地，“类型1”圆柱形电池单元布置600包括多层接触板，这将在下文更详细地描述。
参考图6中的“类型1”圆柱形电池单元布置600的侧视图，每个电池单元实施为圆柱形“罐”，其包括面向顶部的正极端子和面向顶部的负极端子，没有面向底部的端子。在下文将更详细描述的某些实施例中，面向顶部的正极端子占据电池单元(或电池“头部”)的“内部”顶部部分，而面向顶部的负极端子占据沿电池周边(或电池“边缘”)的电池单元的“外部”顶部部分。如本文所使用的，“面向顶部”是指在本发明的某些实施例中的电池单元在插入电池模块的相应电池壳体中时的取向。然而，在其他实施例中(例如，其中多层接触板装置在电池单元下方的电池模块的“底部”)，正极端子和负极端子可以都是“面向底部”。因此，通常，虽然正极和负极端子配置在电池单元的相同“端部”上，但是在所有实施例中，该端部不必是电池单元的面向顶部的端部。
参照图6，电池单元605的面向顶部的正极端子经由接合连接件615(例如，其可以实施为细丝或带，并且可以由钢制成)连接到第一多层接触板610，电池单元605的面向顶部的负极端子经由接合连接件625(例如，接合带)连接到第二多层接触板620。电池单元630的面向顶部的正极端子经由接合连接件635(例如，接合带)连接到第二多层接触板620，并且电池单元630的面向顶部的负极端子通过接合连接件645(例如，接合带)连接到第三多层接触板640。如图6所示，电池单元605和630属于相邻的P组，并且经由第二多层接触板620串联连接。
如下文将更详细地描述的，多层接触板610,620和640中的每个可以形成有至少一个主导电层(例如，铝或铜)，其夹设在和/或附接到电池端子连接层(例如，诸如Hilumin的铝，铜或钢的薄片)，其中接合连接件615,625,635和645由相应的单元端子连接层形成。或者，接触板610,620和640可以实现为单层接触板(例如，铝或铜)，其中在组装混合接触板装置期间添加接合连接件615,625,635和645。
现在参考图6中的“类型1”圆柱形电池单元布置600的俯视图，每个P组配置有相同的端子取向，并且每个电池单元包括面向顶部的正极端子和面向顶部的负极端子。第一P组650(例如，包括电池单元605或630)经由第二多层接触板620串联连接到第二P组655(例如，包括电池单元605或630)。当“类型1”圆柱形电池单元布置600不包括其他P组，应当理解，“类型1”圆柱形电池单元布置600表示2S系统，其中第三多层接触板640被配置为用于电池模块(例如，HV连接件的一部分或者耦合到HV连接件中的一个，例如图2中的205)的负极端子(或者负极接触板，例如图3中的305)。第一多层接触板610被配置为用于电池模块(例如，HV连接件的一部分或者耦合到HV连接件中的一个，例如图2中的205)的正极端子(或正极接触板，例如图3中的310)。然而，如上所述，P组的数量是可改变的，使得第三多层接触板640可以连接到另一P组的正极端子以形成另一个串联连接。同样地，尽管未在图6中具体示出，第一多层接触板610可以串联连接到另一个P组的负极端子。
如将理解的，由于多层接触板610、620和640各自布置在P组的同一侧(例如，在顶部)，因此多层接触板610、620和640可以与一个或多个中间绝缘层布置在一起，作为混合接触板装置。应当理解，在“类型1”圆柱形电池单元布置400中，在电池单元的同一侧上包括多个接触板以便于P组之间的串联连接的混合接触板装置是不可能的，因为与接触板435相比，接触板410/425位于电池单元405和420的不同侧。同样，将进一步理解的是，在“类型2”圆柱形电池单元布置500中，混合接触板装置包括在电池单元的同一侧上的多个接触板，以促进P组之间的串联连接是不可能的，因为与接触板520相比，接触板510/530位于电池单元405和420的不同侧。虽然下文描述的许多实施例涉及多层接触板，应当理解，在电池模块中的电池单元的一侧上的混合接触板装置以便于P组的串联连接可以用多层接触板或用单层接触板(例如，包括铝或铜的固体接触板而没有集成的单元端子连接层)来实现。对于单层接触板，由于单元端子连接层没有集成在单层接触板内，可以在将单层接触板焊接到相应的电池端子时添加接合连接件(例如，由于接合连接件不是单层接触板的组件，因此在同一焊接过程中，接合连接件可以焊接到单层接触板和单元端子上)。
此外，尽管多层接触板610,620和640各自布置在P组的同一侧，作为图6中的混合接触板装置的一部分。应当理解，多层接触板610,620和640也可以在传统的电池单元布置中实现，例如图4中的“类型1”圆柱形电池单元布置400或图5中的“类型2”圆柱形电池单元布置500。因此，多层接触板610,620和640无需在混合接触板装置中实现。
可以理解的是，如图6所示，以相同的取向配置各个电池单元(例如，具有面向顶部的正极端子和面向顶部的负极端子)，以降低组装成本和复杂性。而且，在一个示例中，即使仅使用单元端子连接层来形成电池单元端子相应的接合连接件，在各个多层接触板上传导的电流可以使用相应的多层接触板(例如，至少一个主导电层，以及单元端子连接层)的总宽度。而且，在图6的实施例中减轻了图5“类型2”圆柱形电池单元布置500中的连接件535上的高电流密度的问题。
图7A示出了根据本发明的实施例的混合接触板装置700A。参考图7A，“负”HV连接件205连接到“负极”接触板，“正”HV连接件205连接到“正极”接触板(例如，相应的HV连接件可以集成为相关联的接触板的一部分或简单地连接到相关联的接触板上)。作为混合接触板装置700A的一部分还包括“中心”接触板1-4。应当理解，混合接触板装置700A被配置用于5S系统配置(例如，串联连接5个P组，或N＝5)。每个接触板通过绝缘层705A在混合接触板装置700A中相互分离，这是混合接触板装置700A可以表征为“混合”布置的一个原因。
图7B示出了根据本发明实施例的混合接触板装置700A布置在P组1-5的顶部。图7B中的虚线箭头表示P组1-5和各个接触板之间的电流。可以通过各个P组1-5中的各个电池单元端子和相应的接触板之间的接合连接件来促进这种电流流动，这将在下文更详细地描述。图7B还示出了“相邻”P组(例如，P组1-2，P组2-3，P组3-4和P组4-5)之间的分隔。在一个示例中，分隔可以是由绝缘层705A占据的混合接触板装置700A的部分。
在另一示例中，相应P组之间的分隔可以与相邻接触板之间的分隔对准在混合接触板装置700A内的接触板的交替半堆叠布局的相同“水平”上。例如，“负极”接触板和“中心”接触板2,4位于混合接触板装置700A的下层，“中心”接触板1,3和“正极”接触板是在混合接触板装置700A的上层上(例如，在其他实施例中，可以交换和/或以其他方式修改水平布置以适应更多或更少的P组，使得“负极”接触板位于上层)。因此，在下层，“负极”接触板与“中心”接触板2相邻，“中心”接触板2与“中心”接触板4相邻。在上层，“中心”接触板1与“中心”接触板3相邻，“中心”接触板3与“正极”接触板相邻。因此，P组1-2分隔对应于“负极”接触板和“中心”接触板2之间的分隔，等等。
此外，如下文将更详细讨论的，“中心”接触板可以包括接触区域(或孔)，其中接合连接件与相应P组中的电池单元的电池单元端子熔合。接触区域可以聚集在一起，使得“中心”接触板的一侧包括用于建立到第一P组的电接合的所有接触区域，并且“中心”接触板的另一侧包括用于建立到第二P组的电接合的所有接触区域。在某些实施例中，图7B中所示的各种P组分隔可以与聚集的P组特定接触区域之间的“中心”接触板的区域对齐。因此，P组中的电池单元可以聚集在电池模块中，并且与电池单元对准的接触区域同样可以聚集在混合接触板装置700A的“中心”接触板中。应当理解的是，“正极”接触板和“负极”接触板中的接触区域各自被配置为连接到相同的P组，使得基于P组的接触区域的聚类是隐含的。
下面，图8A-8B示出了与图7A-7B中描绘的混合接触板装置700A有些类似的实施方式。图8A-8B涉及不同数量的P组的示例，并且描绘了关于P组的各个电池与相应的接触板之间的电接合的附加细节。
图8A示出了根据本发明另一实施例的“类型1”圆柱形电池单元布置800A的侧视图。特别地，“类型1”圆柱形电池单元布置800A是图6的“类型1”圆柱形电池单元布置600的更详细的示例实施方式。图6示出了用于3S系统配置的电池模块，其包括表示为P组1,2和3的三个P组。因此，在图3中P组1...N的情况下，在图8A中描绘的示例中N＝3。P组1包括电池单元805A和810A，P组2包括电池单元815A和820A，P组3包括电池单元825A和830A。因此，在图3中的电池单元1...M的情况下，在图8A中描绘的示例中，M＝2。下文将图8A中的各种接触板描述为多层接触板(例如，具有形成接合连接件的集成单元端子连接层)。然而，如上所述，在其他实施例中，可以使用单层接触板(例如，没有集成单元端子连接层)代替多层接触板。
如图8A所示，混合接触板装置835A部署在P组1-3的顶部。混合接触板装置835A配置有多个接触板，包括多层接触板845A，850A，855A和860A，以及绝缘层865A。多层接触板845A是电池模块的负极端子的一部分或耦合到电池模块的负极端子(例如，图3的305)，并且可以被称为“负极”接触板。多层接触板860A是电池模块的正极端子的一部分或耦合到电池模块的正极端子(例如，图3的310)，并且可以称为“正极”接触板。多层接触板850A和855A不直接连接到电池模块的正极或负极端子，因此可以称为“中心”接触板。
如图8A所示，分隔870A或分离部分配置在多层接触板845A和855A之间。因此，多层接触板845A和855A彼此绝缘，从而不直接耦合。分隔(或分离)器875A也配置在多层接触板850A和860A之间。因此，多层接触板850A和860A彼此绝缘，从而不直接耦合。在示例中，分隔870A和875A可以包括某种形式的绝缘(例如，绝缘层865A的一部分)。图8A中描绘了多个接合连接件(例如，接合带)880A。如下文将更详细地描述的，各接合连接件将电池单元805A至830A的面向顶部的正极端子或面向顶部的负极端子连接到相应的单元接触区域(例如，混合接触板装置835A中的“开口”配置在各电池单元上方)中的多层接触板845A，850A，855A和860A中的一个。在示例中，接合连接件880A可以由相应的多层接触板845A，850A，855A和860A的单元端子连接层形成。或者，如果用单层接触板替换多层接触板845A，850A，855A和860A中的一些或全部，则可以在电池模块组装期间添加接合连接件880A。
如图8A所示，P组1中的电池单元805A和810A的面向顶部的负极端子耦合到多层接触板845A，而P组1中的电池单元805A和810A的面向顶部的正极端子耦合到多层接触板850A。此外，P组2中的电池单元815A和820A的面向顶部的负极端子耦合到多层接触板850A，而P组2中的电池单元815A和820A的面向顶部的正极端子耦合到多层接触板855A。此外，P组3中的电池单元825A和830A的面向顶部的负极端子耦合到多层接触板855A，而P组3中的电池单元825A和830A的面向顶部的正极端子耦合到多层接触板860A。因此，P组1,2和3串联连接，多层接触板845A用作电池模块的“负极”接触板(或负极端子，例如，在图3的305)。多层接触板860A用作电池模块的“正极”接触板(或正极端子，例如，如图3中的310)。
图8B示出了根据本发明另一实施例的“类型1”圆柱形电池单元布置800B的侧视图。特别地，“类型1”圆柱形电池单元布置800B是图6的“类型1”圆柱形电池单元布置600的更详细的示例实施方式。图6示出了具有2S系统配置的电池模块，其包括两个P组，表示为P组1和2。因此，在图3中的P组1...N的情况下，在图8B中描绘的示例中N＝2。P组1包括电池单元805B和810B，P组2包括电池单元815B和820B。因此，在图3中的电池单元1...M的情况下，在图8B中描绘的示例中，M＝2。下文将图8B中的各种接触板描述为多层接触板(例如，具有形成接合连接件的集成单元端子连接层)。然而，如上所述，在其他实施例中，可以使用单层接触板(例如，没有集成单元端子连接层)代替多层接触板。
如图8B所示，混合接触板装置825B部署在P组1和2的顶部。混合接触板装置825B包括多层接触板830B，835B和840B，以及绝缘层845B。多层接触板830B是电池模块的负极端子的一部分和/或耦合到电池模块的负极端子，并且可以被称为“负极”接触板。多层接触板840B是电池模块的正极端子的一部分和/或耦合到电池模块的正极端子，并且可以称为“正极”接触板。多层接触板835B不直接连接到电池模块的正极或负极端子，因此可以称为“中心”接触板。
如图8B所示，分隔850B或分离部分配置在多层接触板830B和840B之间。因此，多层接触板830B和840B彼此绝缘，从而不直接耦合。分隔850B可以包括某种形式的绝缘(例如，绝缘层845B的一部分)。图8B中描绘了多个接合连接件(例如，接合带)855B。如下文将更详细地描述的，各电池单元805B至820B中的面向顶部的正极端子或面向顶部的负极端子连接到相应的单元接触区域(例如，混合接触板装置825A中的“开口”配置在各电池单元上方)中的多层接触板830B，835B和840B中的一个。在示例中，接合连接件855B可以由相应的多层接触板的单元端子连接层形成。或者，如果用单层接触板替换多层接触板830B，835B和840B中的一些或全部，则可以在电池模块组装期间添加接合连接件855B。
如图8B所示，P组1中的电池单元805B和810B的面向顶部的负极端子耦合到多层接触板830B，而P组1中的电池单元805B和810B的面向顶部的正极端子耦合到多层接触板835B。此外，P组2中的电池单元815B和820B的面向顶部的负极端子耦合到多层接触板835B，而P组2中的电池单元815B和820B的面向顶部的正极端子耦合到多层接触板840B。因此，P组1和2串联连接，多层接触板830B用作电池模块的“负极”接触板(或负极端子，例如，如图3中的305)。多层接触板840B用作电池模块的“正极”接触板(或正极端子，例如，如图3中的310)。
图9示出了根据本发明的实施例的多层接触板900的一部分的侧视图。特别地，多层接触板900被描绘为三层接触板。在一个示例中，多层接触板900可以基于连接一系列“包层”板，其形成多层接触板900的层。更具体地，在一个实施例中，多层接触板900的单元连接端子层实施为中间或中级(例如，钢)片905，其与通过冷焊工艺产生的更高导电率(例如，铝或铜)片910和915(例如，主导电层)连接。在一个示例中，例如，蚀刻和/或腐蚀过程可以用于从接触区域920附近的电池单元的焊接对象移除导电材料。接触区域920可以对应于接合连接件的“孔”，通过该孔，图8A中的电池单元805A至830A连接到面向顶部的端子。换句话说，接合连接件不像针一样“穿过”接触区域920(例如，接合连接件连接到多层接触板900的顶部，该顶部位于“孔”或接触区域920的外部)。在某些实施例中，接合连接件可以由集成的单元端子连接层(例如，中间板905)形成，使得可以说接合连接件从“孔”或接触区域920本身的内部侧壁突出(或连接)。因此，以这种方式配置的接合连接件(例如，来自多层接触板内的集成层)有助于形成从电池端子到孔“内”位置的电接合，而不是“穿过”孔。因此，接触区域920中的中间片905的部分可以用作接合连接件(或带)以连接到电池单元的正极或负极端子(例如，通过向下推动接合连接件然后将接合连接件焊接到电池端子上)。在一个示例中，如下文将更详细地描述的，接触区域920中的中间板905的部分可以包括一个或多个接触片，其被配置为焊接到电池的面向顶部的正极和/或负极端子。
如图9所示，在至少一个实施例中，在形成多层接触板900的接合工艺之前，可以制备导电片905-915。例如，导电片910和915可以被冲压(例如，以形成开口或接触区域，例如图9中的接触区域920，其中接合连接件被定位)，然后与中间片905接合。替代冲压方式，导电片910和915可以进行钻孔，铣削，水射流切割，蚀刻和/或激光切割，以限定开口或接触区域。在一个示例中，制造商可能具有中断几何形状的问题，在这种情况下，导电片910和915可以通过包覆，焊接，钎焊或铆接连接。
参照图9，应当理解，虽然本文所述的许多实施例的特征在于圆柱形电池单元，多个实施例也适用于袋状电池和/或棱柱形电池。在示例中，由具有不同电池类型的电池单元组成的电池模块可以部署在能量系统中(例如，某些电池模块可以包括圆柱形电池单元，而同一能量存储系统中的其他电池模块包括袋式电池或棱柱形电池)。
在圆柱形电池单元中，电池端子通常由钢制成，这是为什么接合连接件(例如，可以由示例中的中间板905形成)也可以由钢制成的一个原因。然而，某些袋状电池和/或棱柱形电池使用其他材料用于它们各自的电池端子，例如铝或铜。在特别选择中间板905以匹配电池端子材料的实施例中，这意味着中间板905可以由铝或铜制成，得到铝-铝-铝接触板(例如，两个相对厚的铝主导电层夹持更薄和更柔韧的铝基单元端子连接层，例如铝箔)或铝-铜-铝接触板(例如，两个相对厚的铝主导电层夹持更薄且更柔韧的铜基导电层单元端子连接层，例如铜箔)。
此外，单元端子连接层本身可以被细分以包括不同的材料。例如，假设“中心”多层接触板在其电池端子上连接两个P组与不同材料串联(例如，负极端子上的铜和正极端子上的铝)，第一个P组接触负极端子具有由铜制成的单元端子连接层的第一接触金属板部分和与正极端子接触的第二P组与由铝制成的单元端子连接层的第二接触金属板部分。在一个示例中，正极端子和负极端子之间的上述材料差异可以相对于电池模块的棱柱形电池配置发生，尽管也可以与配置有不同端子材料的圆柱形电池结合(例如，具有负铝或铜端子的正极钢端子，反之亦然，具有负铝端子的正极铜端子，反之亦然等)。
因此，铝，铜或钢板与P组的接触区域对齐。然后可以连接铝，铜和钢板以形成“混合”单元端子连接层，对于不同的接触区域，该连接层包括用于接合连接件的不同材料(例如，铝，铜或钢)。“中心”多层接触板的“混合”单元端子连接层也可以用于下文更详细描述的“中心”双层接触板。
在另一示例中，多层接触板900的至少一个主导电层可包括由不同材料制成的不同部分。在一个特定示例中，至少一个主导电层的不同部分可以与用于这些部分中的单元端子连接层(或中间片905)的材料对准。在一个示例中，假设“中心”多层接触板中的“混合”单元端子连接层包括连接到第一P组的电池端子由第一材料(例如，铝，铜，钢，其合金等)制成的第一部分，以及连接到第二P组的电池端子的由与第一材料不同的第二材料(例如，铝，铜，钢，其合金等)制成的第二部分。单元端子连接层的第一和第二部分包括用于连接到第一和第二P组的不同的接合连接件子集。在这种情况下，与“混合”单元端子连接层的第一和/或第二部分对准(例如，在其上面或下面)的至少一个主导电层的至少一部分可以由相同的材料类型(例如，当电流从接合连接件流动时减小过渡电阻)制成。因此，如果接合连接件子集中的一个由铝或铜制成，则与该接合连接件子集对准的主导电层部分同样可以在示例中由铝或铜制成。然而，如果接合连接件子集中的一个由钢制成，则与该接合连接件子集对准的主导电层部分可以由不同的材料(例如，铝或铜)制成。由于钢的较高电阻与过渡电阻无关，因此铝或铜通过主导电层具有较高导电率可能是更理想的。包含如实施例中所述的不同材料类型的主导电层可称为“混合”主导电层。对于具有多于一个主导电层的多层接触板，每个主导电层可以配置为混合主导电层，尽管混合和非混合主导电层的组合也可以在同一多层接触板中一起使用。混合主导电层也可以与双层接触板或甚至单层接触板结合使用，并且不必限于在如图9所示具有三层的多层接触板中展开。
可以理解，具有不同热膨胀系数的两个连接的板层可以响应于温度的变化(例如，双金属效应)而弯曲。为了减少或避免这种双金属效应，在一个实例中，至少三个板层(例如，铝-钢-铝)可以连接在多层接触板900中，如图9所示。换句话说，由相同材料(例如，铝或铜)制成的顶部和底部导电片910和915可以使多层接触板900对温度变化具有相当的抵抗力。
或者，如上所述，多层接触板可以由具有不同热膨胀系数的两个连接的板层(例如，铝-钢，铜-钢等)形成。在该示例中，如果单元端子连接层(例如，由钢制成)保持相对薄，则双金属效应可能对多层接触板的整体功能性具有有限的影响。
或者，如上所述，多层接触板可以由两个相同材料类型的连接板层形成，因此具有相同的热膨胀系数(例如，铝-铝，铜-铜等)。这用于减少或避免双金属问题。例如，两个连接的板层可以包括厚的主导电层(例如，铝或铜)，其与由相同材料制成的较薄的单元端子连接层(例如，一片或多片柔性箔)连接。
在一个示例中，预先冲压中间板905以减轻重量并且仅在接触区域920周围具有材料以确保电池和导电片910和/或915之间的电接合。或者，代替冲压，导电片910和/或915可以进行钻孔，铣削，水射流切割，蚀刻和/或激光切割以减少中间板905的材料。接触区域920中的中间板905的设计可以制成非常具有延展性(例如，形成可以激光焊接到电池单元的端子的接合连接件。为了节省空间，压印(例如，或水钻，激光切割等)中间片905的厚度和形状可以压印在导电片910和/或915中(例如，以补偿电池之间的高度公差)。通过减少或避免双金属效应，在电池单元的接触区域920处的多层接触板900的层之间的应力将减小，并且所得到的接触的功能可靠性将增加。
在替代实施例中，导电片910和/或915可以被冲压，钻孔，铣削，水射流切割，蚀刻和/或激光切割以限定接触区域，并且中间片905可以局部地插入这些限定的接触区域中以进行焊接连接。这种插入可以通过例如焊接或钎焊，压制和冷焊或与铆接或铆接相当的工艺来完成。
在另一实施例中，为了减少或避免不同材料之间的接触腐蚀，可以在导电片910和中间片905之间和/或导电片915和中间片905之间施加保护层(或诸如金属氧化物等的钝化层)。如果需要，由于流过中间板905的电流可以移动至导电板910和915，因此中间板905与导电板910和915之间的过渡电阻对流过多层接触板900的电流的影响得以减轻。
图10示出了根据本发明另一实施例的多层接触板1000的侧视图。参照图10，多层接触板1000包括相对厚的主导电层1005，以及相对薄且柔性的单元端子连接层(1040,1045,1050)。在该实施例中，由单元端子连接层(1040,1045,1050)形成的接合连接件径向固定在主导电层1005中的孔中(例如，通过压制，焊接，锻接等)。
图10所示的主导电层1005包括作为相同接触板的各部分的单独部分，其中“孔”将主导电层1005的与接触区域1025,1030,1035(例如，诸如图9的接触区域920)对应的部分分开，以形成(例如，通过钢接合连接件)与电池单元的面向顶部的正极和/或负极端子的连接。换句话说，主导电层1005的单独部分在结构上都是相同部件的一部分，“孔”显示于图10的横截面立体图。中间片905(或单元端子连接层)的延伸到图9中的接触区域920中的部分可以固定到相应的电池单元端子上(例如，压下然后焊接或锻接)，如1040，1045和1050所示。更具体地，1040,1045和1050可以是接合连接件(例如，接合带)，实施为压制或焊接到相应电池单元端子上的钢衬套(或接触元件)。下文将更详细地描述将多层接触板的接合连接件，例如图10的多层接触板1000，固定到电池单元的各个面向顶部的端子的各种方式。
图11示出了根据本发明的实施例的“中心”多层接触板1100的俯视图。特别地，“中心”多层接触板1100表示包括顶部和底部主导电层(例如，铜，铝等)的三层接触板的示例，“夹层”电池端子连接层(例如，由铜，铝，钢等制成)夹设在一些或全部“中心”多层接触板1100上的顶部和底部主导电层之间。“中心”多层接触板1100包括多个开口或接触区域，例如接触区域1105和1120。这些接触区域位于电池单元上方，以允许面向顶部的端子和“中心”多层接触板1100之间通过接合连接件(例如，接合带)连接，其可以由如上所述的“夹层”单元端子连接层形成。
关于图11的接触区域1105，接合连接件1110可用于与安装在接触区域1105下方的电池单元(例如，在第一P组中)的面向顶部的负极端子形成连接。接合连接件1115可用于与安装在接触区域1120下方的电池单元(例如，在第二P组中)的面向顶部的正极端子形成连接。因此，第一P组中的每个电池单元通过接合连接件1110中的一个连接到“中心”多层触板1100，第二P组中的每个电池单元经由接合连接件1115中的一个连接到“中心”多层接触板1100，以促进相应P组之间的串联连接。
参照图11，可以理解的是，“中心”多层接触板1100可以例如对应于图8A中的“中心”多层接触板850A或“中心”多层接触板855A。如果“中心”多层接触板1100对应于“中心”多层接触板850A，那么图11中的第一P组可通过接合连接件1110连接到“中心”多层接触板1100对应于图8A中的P组2。图11中的第二P组通过接合连接件1115连接到“中心”多层接触板1100对应于图8A中的P组1。或者，如果“中心”多层接触板1100对应于“中心”多层接触板855A，则图11中的第一P组可通过接合连接件1110连接到“中心”多层接触板1100对应于图8A中的P组3。图11中的第二P组通过接合连接件1115连接到“中心”多层接触板1100对应于图8A中的P组2。
虽然未在图11中明确示出，“负极”和“正极”多层接触板845A和860A可以与“中心”多层接触板1100类似地配置。然而，如下文将更详细地讨论的，“负极”和“正极”多层接触板845A和860A将单个P组连接到电池模块的负极端子或正极端子。因此，与“中心”多层接触板1100相比，在“负极”和“正极”多层接触板845A和860A中可以仅部署一种类型的接合连接件。例如，“负极”多层接触板可以包括接合连接件，其被配置为连接到相应P组中的电池单元的面向顶部的负极端子(例如，类似于图11的1110)，以及“正极”多层接触板可以包括接合连接件，该接合连接件被配置为连接到相应P组中的电池单元的面向顶部的正极端子(例如，类似于图11的1115)。
参照图11，应当理解的是，由多层接触板1100限定的接触区域1105和1120的形状可以基于特定电池模块内的电池单元的配置和/或其他设计标准而变化。通常，接触区域限定在电池模块的电池单元端子连接上，否则可以基于各种设计标准在形状方面变化。因此，图11中的接触区域1105和1120的形状或布局仅表示特定电池单元配置的一种可能的示例实施方式。
参照图11，可以理解的是，每个P组的电池单元聚集在一起，导致多层接触板1100的“左”部分包括用于与第一P组的负极端子连接的接触区域，并且多层接触板1100的“右”部分包括用于与第二P组的正极端子连接的接触区域。通常，多层接触板1100在正电池连接上从第二P组收集电流，并在负电池连接上将该收集的电流传输到第一P组。由于P组的这种特定聚类，通常预计在各个P组(例如，其中已收集来自第二P组的所有电流但是尚未转移到第一个P组)之间的多层接触板1100中的电流分布最高，这将在下文参照图12-15E更详细地讨论。
部署在高功率系统(例如，电动车辆驱动电动机系统)中的传统电池组(有时称为软包)中，电池单元在电池组内连接在一起以实现更高的电压和/或电流。电池单元通过导电单层接触板(例如，铝或铜)彼此连接。通常，这些接触板由薄的均匀扁平冲压金属板(例如，厚度均匀)制成。然而，电池单元通常以块的形式并排布置在电池组中。由于电池单元的这种预设布置，使用上述扁平均匀导电板难以产生均匀的电流。例如，扩大扁平均匀导电板的宽度和/或厚度理论上将有助于更均匀的电流，但是在传统电池组中以这种方式扩大宽度和/或厚度是困难的。因此，传统的电池组可能具有非常不均匀的电流分布，而导电板中的电阻更大。另外，在具有低电流密度的电池组区域中，可能包括不必要的导电材料(例如，铝或铜)，这增加了电池组的成本。
图12示出了根据本发明的实施例的混合接触板装置1200的侧视图。特别地，混合接触板装置1200被配置用于部署在2S系统中，该系统包括串联连接的两个P组。虽然未按比例绘制，但是图12强调了特定接触板的相对厚度。
如图12所示，混合接触板装置1200包括“正极”接触板1205，“负极”接触板1210，“中心”接触板1215和绝缘层1220。如图12所示，接触板1205-1215各自在整个混合接触板装置1200中具有大致相同的厚度(例如，高度或深度)，使得混合接触板装置1200的总厚度(例如，高度或深度)是恒定的。在一个示例中，“正极”接触板1205，“负极”接触板1210和“中心”接触板1215可以实现为单层接触板(例如，没有集成电池端子连接层的一主导电层)或多层接触板(例如，夹在和/或附接到集成单元端子连接层的一个或多个主导电层)。
在本发明的其他实施例中，接触板的厚度可以可变地配置(例如，以在电池模块中的各个位置处实现目标电流密度，以便实现更均匀的电流)。例如，接触板(例如，单层或多层接触板)的厚度可以被配置为在电池模块的具有更高电流流动期望的部分中更大，并且在电池模块的具有更低电流流动期望的部分中厚度变小，同时在整个混合接触板装置上保持基本恒定的厚度。此外，如下文将更详细地描述的，通过各个不均匀板(转动)的特殊布置，可以进一步减小混合接触板装置的厚度。
图13A示出了根据本发明实施例的用于电池模块的混合接触板装置1300A的侧视图。特别地，混合接触板装置1300A被配置用于部署在2S系统中(例如，如上述参考图8B所述)，其包括串联连接的两个P组。虽然未按比例绘制，图13A强调了特定接触板(例如，单层或多层接触板)的相对厚度。
如图13A所示，混合接触板装置1300A包括“正极”接触板1305A，“负极”接触板131A，“中心”接触板1315A和绝缘层1320A。如图12所示，可以控制接触板1305A-1315A的厚度，以在电池模块的具有更高预期电流密度流的区域中增加它们各自的厚度或深度。因此，“正极”接触板1305A和“负极”接触板1310A被配置为在混合接触板装置1300A的相应端部附近(例如，在电池模块的相应极附近)更厚，“中心”接触板1315A配置为在其相应的中心或中间部分附近最厚。
图13B示出了根据本发明另一实施例的用于电池模块的混合接触板装置1300B的侧视图。特别地，混合接触板装置1300B被配置用于部署在3S系统中，该系统包括串联连接的三个P组，例如上述参照图8A描述的“类型1”圆柱形电池单元布置800A。虽然未按比例绘制，图13B强调了特定接触板的相对厚度。
如图13B所示，混合接触板装置1300B包括“正极”接触板1305B，“负极”接触板1310B，“中心”接触板1315B，“中心”接触板1320B，以及绝缘层1325B和1330B。在示例中，绝缘层1325B和1330B可以实现为一个连续层，或者可选地实现为两个单独的层。类似于图13A中的2S系统示例，可以控制接触板1305B-1320B的厚度，以在电池模块的具有较高预期电流密度流的区域中增加它们各自的厚度或深度。因此，“正极”接触板1305B和“负极”接触板1310B被配置为在混合接触板装置1300B的相应端部附近(例如，靠近电池模块的相应极)较厚，并且“中心”接触板1315B和1320B被配置成在它们各自的中心或中间部分附近更厚。
图13C示出了根据本发明另一实施例的用于电池模块的混合接触板装置1300C的侧视图。特别地，混合接触板装置1300C被配置用于部署在4S系统中，该系统包括串联连接的四个P组。虽然未按比例绘制，图13C强调了特定接触板的相对厚度。
如图13C所示，混合接触板装置1300C包括“正极”接触板1305C，“负极”接触板1310C，“中心”接触板1315C，1320C和1325C，以及绝缘层1330C和1335C。在示例中，绝缘层1330C和1335C可以实现为一个连续层，或者可选地实现为两个单独的层。类似于图13A中的2S系统示例及图13B中的3S系统示例，可以控制接触板1305C-1325C的厚度，以在具有更高预期电流密度流的电池模块的区域中增加它们各自的厚度或深度。因此，“正极”接触板1305C和“负极”接触板1310C被配置为在混合接触板装置1300C的各个端部附近(例如，在电池模块的相应极附近)更厚，并且“中心”接触板1315C，1320C和1325C被配置成在它们各自的中心或中间部分附近更厚。
图13D示出了根据本发明另一实施例的用于电池模块的混合接触板装置1300D的侧视图。特别地，混合接触板装置1300D被配置用于部署在5S系统中，该系统包括串联连接的四个P组。虽然未按比例绘制，图13D强调了特定接触板的相对厚度。此外，作为7A-7B所示上述混合接触板装置700A的修改形式的图13D所示混合接触板装置1300D，上述混合接触板装置700A中的接触板的厚度是变化的。
如图13D所示，混合接触板装置1300D包括“正极”接触板，“负极”接触板，“中心”接触板1-3和绝缘层1305D。在一个示例中，绝缘层1305D可以实现为一个连续层，或者可选地实现为两个单独的层。类似于图13A中的2S系统示例，图13B中的3S系统示例和图13C中的4S系统示例，可以控制接触板的厚度，以在电池模块的具有较高预期电流密度流的区域中增加它们各自的厚度或深度。因此，“正极”接触板和“负极”接触板配置为在混合接触板装置1300D的各个端部附近(例如，靠近电池模块的相应极)更厚。“中心”接触板1-3配置为在它们各自的中心或中间部分附近较厚。
图13E示出了根据本发明的实施例图13的混合接触板装置1300D被布置在P组1-5的顶部(例如，类似于图7B)。图13E中的虚线箭头表示P组1-5和各个接触板之间的电流。可以通过各个P组1-5中的各个电池单元端子和相应的接触板之间的接合连接件来促进该电流流动。图13E还示出了“相邻”P组(例如，P组1-2，P组2-3，P组3-4和P组4-5)之间的分隔。在一个示例中，分隔可以是由绝缘层1305D占据的混合接触板装置1300D的部分。
在另一示例中，如上述关于图7B所示，在混合接触板装置1300D内的接触板的交替半堆叠布局的相同“水平”上，各个P组之间的分隔可以与相邻接触板之间的分隔对准。图13D-13E所示混合接触板装置1300D中的水平不像图7A-7B所示混合接触板装置700A那样明确，其中，存在独立的上层和下层。然而，如图13D-13E所示，应当理解的是，每个接触板的“平坦”侧与混合接触板装置1300D的上部或下部对齐，其可以用于指定每个接触板的“水平”(例如，上部或下部)。例如，“负极”接触板和“中心”接触板2,4位于混合接触板装置1300D的下层，“中心”接触板1,3和“正极”接触板是在混合接触板装置1300D的上层上(例如，在其他实施例中，可以交换和/或以其他方式修改水平布置以适应更多或更少的P组，使得“负极”接触板位于上层)。因此，在下层，“负极”接触板与“中心”接触板2相邻，“中心”接触板2与“中心”接触板4相邻。在上层，“中心”接触板1与“中心”接触板3相邻，“中心”接触板3与“正极”接触板相邻。因此，P组1-2分隔对应于“负极”接触板和“中心”接触板2之间的分隔，等等。
此外，“中心”接触板可以包括接触区域(或孔)，其中接合连接件与相应P组中的电池单元的电池单元端子熔合。接触区域可以聚集在一起，使得“中心”接触板的一侧包括用于建立到第一P组的电接合的所有接触区域，并且“中心”接触板的另一侧包括用于建立到第二P组的电接合的所有接触区域。在某些实施例中，图13E中所示的各种P组分隔可以与聚集的P组特定接触区域之间的“中心”接触板的区域对准。因此，P组中的电池单元可以聚集在电池模块中，并且与电池单元对准的接触区域同样可以聚集在混合接触板装置1300D的“中心”接触板中。如下文将更详细地解释的，“中心”接触板中的不同P组的接触区域之间的分隔区域可以是具有最高电流流动期望的“中心”接触板的区域，使得在该特定区域中“中心”接触板最厚(例如，与P组之间的P组分隔对准，相应的“中心”接触板被配置为串联连接)。这在图13E中示例性地示出，其中每个P组分隔与相应的“中心”接触板的最厚部分对齐。
如图13A-13E所示，在至少一个实施例中，上述接触板可以实现为多层接触板。然而，这并非在所有实施例中都是严格必需的，并且其他实施例可以涉及单层接触板(例如，铝或铜)，其不必在多层接触板(例如，铝-钢-铝，铜-钢-铜，铝-铝，铜-铜，铝-钢，铜-钢等)中作为层堆叠在一起。
图14示出了根据本发明的实施例的混合接触板装置1400的各个层的分解图。特别地，如图8B或图13A所示，混合接触板装置1400被配置用于并联连接两个P组的2S系统。例如，应当理解，混合接触板装置1400本质上是示例性的，并不直接映射到上述每个实施例。例如，如图2所示，HV连接件205位于电池模块100的同一侧，而用于混合接触板装置1400的正极和负极位于相对侧。然而，尽管存在这些类型的实现差异(例如，诸如HV连接件位置等)，但是各种实施例的基本教导可以结合在一起使用(例如，如图14所示，具有与电流分布预期一致的不同厚度的接触板可以结合本文公开的任何其他实施例而变化)。
如图14所示，混合接触板装置1400位于壳体1410的顶部，壳体1410容纳具有面向顶部的正极和负极端子的电池单元1405。在一个示例中，壳体1410可以由塑料制成，以实现低成本和高绝缘性。壳体1410配置为固定电池单元1405并为混合接触板装置1400提供支撑。此外，虽然图14中仅示出了壳体1410的上部，壳体1410可以包括用于固定电池单元1405的附加部分(例如，电池单元1405下方的下部，等等)。
如图14所示，混合接触板装置1400安装在壳体1410的顶部，并包括“负极”接触板1415，“正极”接触板1420，绝缘层1425和“中心”接触板1430。(例如，其可以与图11的“中心”多层接触板1100类似地配置，具有稍微不同的接触区域形状和布置)。虽然未明确示出，但是在示例中，接触板1415,1420和1430分别通过相应的可选钝化层与绝缘层1425分离。此外，在至少一个实施例中，混合接触板装置1400中的每个接触板1415,1420和1430可以实施为单层或多层接触板，如上所述。
如图14所示，类似于上述关于图13A描述的混合接触板装置1300A，接触板1415,1420和1430的厚度或深度沿着混合接触板装置1400的长度变化。特别地，“正极”接触板1420和“负极”接触板1415被配置为在混合接触板装置1400的相应端部附近更厚，“中心”接触板1430被配置为在其各自的中心或中间部分附近较厚。因此，在至少一个实施例中，当堆叠在一起时，即使整个混合接触板装置的组成接触板在不同位置的厚度变化，整个混合接触板装置1400的厚度可以在整个电池模块上基本恒定。在另一实施例中，可通过在不同位置处操纵绝缘层1425的厚度来进一步控制整个混合接触板装置1400的厚度。在这种情况下，超出混合接触板装置1400的电流密度要求的额外导电材料(例如，铝或铜，其通常比诸如塑料的绝缘材料更昂贵)不需要用于实现混合接触板装置1400的基本恒定的总厚度。相反，可以使用额外的绝缘材料(例如，塑料)。
如下文将更详细地描述的，与图12所示的每个接触板的静态高度实施方式相反，调节图13A-14所示相应接触板和/或绝缘层的厚度可用于为电池模块提供许多益处。这些益处包括(i)减少材料，成本和/或重量，(ii)减小内阻，(iii)通过混合接触板装置减少设计空间(高度)，和/或(iv)改善材料成本与电流密度之间的关系。
图15A示出了根据本发明的实施例的图14中所示的混合接触板装置1400的不同区域处的电流密度分布的示例。在图15A中，假设混合接触板装置1400结合到如图8B所示电池单元。在图15A中，较大的箭头表示在“正极”接触板1420的特定位置处的较高量的电流密度。
如图15A所示，“正极”接触板1420的较薄区域1500A靠近混合接触板装置1400的中心，其中“中心”接触板1430(图15A中未示出)较厚。“正极”接触板1420的电流密度在如1505A所示中心区域较低。该低厚度和低电流密度的区域映射到电池单元815B连接到图8B中的“正极”多层接触板840B。更具体地，“正极”接触板1420的厚度沿着电流的方向增加。
当电流通过特定P组中的各种电池单元添加到“正极”接触板1420时，电流朝向电池模块的正极端子(或极)移动。因此，电流密度在朝向电池模块的正极端子的方向上升高，“正极”接触板1420的厚度随着电流密度增加(例如，线性地)，如1510A所示，这导致较厚区域1515A与较高电流密度区域1520A对齐。
如图15A所示的“正极”接触板1420，可以理解的是，如图15B所示，可以相对于混合接触板装置1400的任何接触板实现使接触板的厚度与预期的电流密度分布对准的方法。可以理解的是，将接触板的厚度与预期的电流密度分布对准有助于在整个电池模块中提供更均匀的电流。
图15B示出了根据本发明的实施例的图14混合接触板装置1400的更详细视图。参考图15B，电流密度分布和相应的接触板厚度显示在1500B-1520B之间。例如，在1500B，1510B和1520B处示出了具有较高电流密度的较厚区域，具有较低电流密度的较薄区域所示为1505B和1515B。而且，在1525B处，更详细地示出了绝缘层1425的一部分。特别地，可以定制绝缘层1425的厚度以向混合接触板装置1400提供整体高度降低，同时保持基本恒定的高度(例如，使得接触板的厚度的变化不必是整个混合接触板装置1400的高度受到调节的唯一方式)。
如上述图11所示的“中心”多层接触板1100，电池单元可以通过P组聚集在一起，产生“中心”接触板，其包括分配给具有不同P组的端子连接的不同部分。因为“中心”接触板基本上是将电流从一个P组移动到另一个P组，所以通常预期最高电流密度处于各个P组之间的分割区域。参考图15B，“中心”接触板1430中的较厚区域1500B和1520B可以对应于“中心”接触板1430的将相应的P组端子连接分开的部分，其中“中心”接触板1430逐渐变薄，远离该P组端子连接分隔区域移动。
如上述关于图15A-15B所示，电流密度可以在电池模块的正极和负极处(例如，在上述关于图6B描述的相应HV连接件205附近)增加。HV连接件205可以具有相对于将相邻电池模块彼此连接的HV母线的电阻更高的电阻。此位置处的较高电阻同样可能导致这些位置处(例如，在上述关于图6B描述的相应HV连接件205附近)的温度升高，其也可能扩散到HV母线。电池模块的这些位置处的较高温度限制了可由电池模块充电或放电的最大功率。对于需要快速充电的某些高功率应用(例如，电动车辆，其可能需要在短时间内充电至约350kW)，这可能尤其成问题。
因此，本发明的实施例涉及将热量从电池模块的HV连接件传递出去，其对应于电池模块内部的“正极”接触板和“负极”接触板的相应端部。
图15C示出了根据本发明的实施例的用于电池模块的冷却机构。参考图15C所示，电池单元1500C包括连接到多层接触板1505C的正极或负极端子。多层接触板1505C对应于“正极”接触板或“负极”接触板。在示例中，多层接触板1505C直接耦合到用于电池模块的HV连接件中的一个(例如，HV连接件205中的一个，其被配置为连接到耦合至HV母线的相应HV连接件)。在另一个示例中，HV连接件205可以在结构上与多层接触板1505C本身集成(例如，多层接触板1505C延伸到电池模块外部，用于连接到耦合至HV母线的相应HV连接件)。
如图15C所示，导热和电绝缘材料层1510C放置成与端子部件直接接触(例如，在电池模块的正极端子或电池模块的负极端子处)。在一个实例中，层1510C可包括绝缘箔(例如，Kapton箔)，陶瓷绝缘体，阳极氧化铝或其组合(例如，包裹在阳极氧化铝周围的Kapton箔)。如这里所使用的，端子部件指的是响应于流过相关联的正极或负极端子的高电流而传导热量的任何部件，例如多层接触板1505C和/或其相关联的HV连接件205。层1510C进一步与热管1515C直接接触。在一个示例中，热管1515C可以由导热和导电的材料制成。因此，来自端子部件(例如，多层接触板1505C和/或其相关联的HV连接件205)的热量将被传递离开端子部件朝向热管1515C，几乎没有电流通过热管传导1515C。在一个示例中，热管1515C可以包括在液体和气体之间经历相变以将热量从一端传递到另一端的物质。
图15D示出了根据本发明的实施例图15C的冷却机构的另一个立体图。如图15D所示，热管1515C可以通过附接到壳体顶部1500D(例如，由塑料制成)固定。此外，热管1515C示出为从电池模块的顶部附近的端子部件(例如，多层接触板1505C和/或其相关联的HV连接件205)延伸到电池模块的下部区域。在一个示例中，冷却板可以如上所述集成到电池模块中，并且热管1515C可以被配置为将热量从端子部件(例如，多层接触板1505C和/或其相关联的HV连接件205)传递出去并朝向冷却板。
图15E示出了根据本发明的实施例图15C的冷却机构的附加立体图。在立体图1500E和1520E中，在一个示例中，热管1515C通过附接到壳体顶部1500D而固定。热管1515C进一步示出为位于HV连接件205下方(例如，在该示例中为端子部件)，热管1515C弯曲并连接到前板1510E。热管1515C和前板1510E之间的附接可以配置有良好的表面接触以促进热传递。前板1510E进而连接到冷却板1515E。尽管未在图15E中明确示出，冷却板1515E可以通过液体冷却系统冷却。
如图15E所示，图1525E是热管1515C和端子部件(例如，多层接触板1505C和/或其相关联的HV连接件205)之间的连接的放大视图。在图1525E中，热管1515C通过电绝缘层1530E和间隙填充物1535E(例如，热界面材料，例如填缝料)与端子部件分离。在示例中，电绝缘层1530E可以对应于上述关于图15C描述的层1510C，其可以由导热和电绝缘材料形成。在另一个示例中，电绝缘层1530E和间隙填充物1535E均包括层1510C。
因此，如图15C-15E所示，来自端子部件(例如，多层接触板1505C和/或其相关联的HV连接件205)的热量被传递到热管1515C(例如，经由层1510C)，然后热量传递到冷却板1515E(例如，通过前板1510E)，然后通过液体冷却系统(图15C-15E中未示出)冷却。此外，热管1515C被描述为连接到电池模块的通用端子部件，其对应于电池模块的正极端子或负极端子。在一个示例中，两个单独的热管1515C可以部署在电池模块中，其中第一热管1515C相对于正极端子处的第一端子部件展开，第二热管1515C相对于负极端子处的第二端子部件展开。除了相对于电池模块的不同端子(或极)处的端子部件展开之外，两个热管1515C可以基本上如上述参照图15C-15D所示地配置。而且，尽管如图15C-15E所示，包括对多层接触板1505C的参考，应当理解，如果使用单层接触板，则同样会发生集中在HV连接件205附近的热量。因此，另一个实施例涉及如图15C-15E所示的一种相对于单层接触板的热管装置。
在上述提到的一些实施例中，参考了用于将电池单元端子连接到相应的接触板的接合连接件。在一个实施例中，这些接合连接件可以实施为超声波焊接的线键合。然而，由于大量连接，超声波焊接需要大量时间。这增加了生产线的生产时间。而且，横截面在超声波焊接中受到限制(例如，适用于圆线焊接，但不太适合于焊接较大的表面区域，例如扁平金属粘合带)。
在本发明的一些实施例中，接合连接件可以由单元端子连接层(例如，如上所述的多层接触板的一部分)形成。在这种情况下，在电池组装期间不需要额外的焊接来将接合连接件固定到多层接触板上，在这种意义上，将接合连接件集成(或预组装)到多层接触板的结构中。模块。如下文参照图16A所讨论的那样，在本发明的另一个实施例中，接触板(例如，单层或多层)可以预先组装有接合连接件，该接合连接件被实施为激光焊接的接合带(例如，其不一定由接触板的集成层形成，而特别是在接触区附近接合到接触板上)。因此，由于粘合带已经集成到它们各自的接触板中(例如，不管是否使用多层接触板)，因此可以简化电池模块的组装。例如，接触板可以在与生产电池模块的生产线分开的生产线上生产。
图16A示出了根据本发明实施例的预先组装有接合连接件的接触板1600A。在示例中，接触板1600A可以使用激光焊接工艺预先组装有接合连接件1605A。在一个示例中，虽然也可以使用不同的材料(例如，钢制电池单元端子可以接合到铝或铜接合连接件等)，接合连接件1605A可以由与接合连接件(例如，钢，例如Hilumin)所针对的电池端子相同的材料(或相容的材料)形成。在另一示例中，每个预组装的接合连接件1605A可以安装(或焊接)到接触板1600A中的对应凹槽1610A中。在示例中，使用凹槽1610A有助于减小接触板1600A的总高度(或厚度/深度)。由于预组装的接合连接件(例如，激光焊接的连接带)不会增加接触板1600A的总高度(或厚度/深度)。
图16B示出了根据本发明另一实施例的具有预组装的接合带的接触板1600B。在示例中，接触板1600B可以使用激光焊接工艺与接合连接件1605B预组装。然而，与图16A所示相反，接合连接件1605B直接安装在接触板1600B的顶面上(不在凹槽中)。因此，接合连接件1605B有助于接触板1600B的总高度(或厚度/深度)。在这种情况下，绝缘层1610B可以包括凹槽1615B，凹槽1615B被配置为与相应的接合连接件1605B配合。因此，如图16B所示，当在电池模块的组装期间堆叠混合接触板装置的各个层时，接合连接件1605B将不会有助于混合接触板装置和/或电池模块的总高度(或厚度/深度)。
可以理解的是，使用如图16A-16B所示具有预组装的接合连接件的接触板，可以为电池模块提供各种益处。这些益处包括(i)促进并行生产线的使用，导致电池模块的生产时间减少，(ii)促进由诸如供应商等单独实体使用预组装(例如，尽管在替代实施例中，电池模块组装商也可以是具有预组装焊接带的接触板的生产商)，以及(iii)长度和位置的变化(非常灵活)。应当理解，如上所述，使用由集成单元端子连接层形成的多层接触板中的接合连接件也可以实现这些相同的益处。因此，将接合连接件附接到接触板的接触区域(例如，如图16A-16B中)并且从多层接触板的集成单元端子连接层形成接合连接件(例如，如图9，图11等所示)构成了用接合连接件预组装接触板的两种替代方式(例如，在电池模块组装之前，预先组装的接合连接件是相关接触板的一部分，使得本领域技术人员在电池模块组装期间不需要将接合连接件焊接到接触板上)。
图16C示出了根据本发明实施例的连接到多个电池单元的接触板1600C。参考图16C，电池单元在包括2单元或3单元布置的共享接触区域中组合在一起。例如，接触区域1605C描绘了3单元布置，接触区域1610C描绘了2单元布置。在一个示例中，每个电池单元的各正单元头部可以经由相应的接合连接件连接到接触板，例如接合连接件1615C，其可以如上述参考图16A-16B所讨论的那样预组装，和/或由如上述参考图9，11所述多层接触板的集成单元端子连接层形成。在另一示例中，每个电池单元的每个负电池边缘(或负极端子)可以经由接合连接件连接到接触板，该接合连接件被实施为集成到接触板中的接触片。在组装期间，接触片可以固定到一个或多个相应的负电池边缘上(例如，通过向下按压并焊接到包括来自一个或多个负电池边缘中的每一个的部分的区域)。例如，接触片1620C显示为与两个相邻电池单元的负电池边缘接触。
在示例中，接触板1600C可以被配置为如上所述的单层接触板或多层接触板。在接触板1600C被实现为多层接触板的示例中，接触区域1605C和1610C以及接触片1620C可以对应于接触板1600C的主导电层被“压印”的位置(例如，或者，代替冲压，可以通过钻孔，铣削，水射流切割，蚀刻和/或激光切割来限定主导电层中的接触区域或孔)。因此，当与单元端子连接层(例如，由诸如箔的柔性钢制成)连接时，主导电层的冲压(例如，或水钻，激光切割等)区域形成接触片1620C(例如，接触片1620C是多层接触板的部分，其中柔性单元端子连接层可以向下朝向负电池端子移动)。
在图16C中，描绘了“高熔”接合连接件1625C和1630C。“高熔”接合连接件1625C和1630C是特殊的高电阻接合连接件，其被配置为在特定P组的接合连接件中最后断开。因此，“高熔”接合连接件1625C和1630C连接到不同的P组。更具体地说，图16C中标出了“高熔”接合连接件1625C和1630C的低电阻部分，其具有比“高熔”接合连接件1625C和1630C的其余部分更低的电阻，同时仍具有比与相应P组相关联的任何其他接合连接件更高的电阻。下面参照图17A-17C更详细地描述“高熔”接合连接件。
图16D示出了根据本发明的实施例的多层接触板1600D的一部分的俯视图。多层接触板1600D是波纹形的，以包括多个接触突出部1605D(例如，从所述多层接触板1600D的单元端子连接层形成)，其被布置围绕相应的接触区域，例如接触区1610D。正极端子接合连接件1615D可以对应于上述关于图16A-16B描述的预组装接合连接件之一，和/或由如上述参考图9，11所述多层接触板的集成单元端子连接层形成，也相对于一个接触区域1610D示出。在一个示例中，例如如上述图14所示，正极端子接合连接件1615D可以连接到不同的接触板，该接触板与混合接触板装置中的多层接触板1600D堆叠。如下文将更详细地描述的，接触片1605D可用于促进通过激光焊接或凸焊接连接到电池单元的相应的面向顶部的负极端子(或负电池边缘)。
图16C示出了包含多个电池单元的接触区域1605C和1610C(例如，2单元布置或3单元布置)，在其他实施例中，每个接触区域可以相对于单个单元(或1单元布置)部署。图16D中描绘了1单元布置的示例。下文将更详细地描述图16E-16F。这些替代描述强调了本发明所涵盖的各种实施例替代方案。应当理解，下文描述的各种实施例(例如，关于图16F-16G描述的激光焊接技术等)不仅适用于1单元布置，而且适用于任何N单元布置(例如，1-单元，2-单元，3-单元等)。
如图16D所示，接触片1605D各自以“圆形”方式围绕相应的接触区域1610D布置。在一个示例中，每个相应的接触区域1610D可以被配置为直接位于至少一个电池单元的至少一个正电池头部上方，该接触区域的接合连接件将连接到该电池单元。如图16C所示，接触区域不需要是如图16D所示圆形的。在图16D所示的示例中，存在三个接触片1605D，其围绕接触区域1610D(例如，每个径向偏移120度)。尽管未在图16D中明确示出，三个接触片1605D可以环绕多层接触板1600D的每个接触区域。接触片1605D与相应接触区域1610D的中心点的径向距离是可缩放的，以实现一个或多个设计目标。例如，可以使用较小的径向距离来实现母线处的增大的横截面，以及减小与电池单元连接相关联的电阻，从而增加电流容量。在另一示例中，每个接触片1605D可以是弹簧加载的，以通过实现与相应电池单元(例如，电池单元的正电池头部或负电池边缘)的接近零间隙并且补偿公差来促进激光焊接。或者，每个接触片1605D可以配置成向下压到相应的电池单元上，以便于凸焊或电阻焊接。
在图16E中，接触片1605D被示出处于被向下推到电池单元的相应负电池边缘上的状态。随着接触片1605D被向下推动，接触片1605D变成接合连接件(或接合带)，其可以与上述正极端子接合连接件1615D类似地配置。然而，在至少一个实施例中，每个正极端子接合连接件1615D连接到单个正单元头部，而由相应的接触片1605D形成的每个负极端子接合连接件可以连接到多个负电池边缘，如图16C所示。因此，在图16E中，示出了接触片1605D被向下推到相应的负电池边缘上。在至少一个实施例中，图16D-16E所示的接合连接件1615D和接触片1605D可以由钢(例如，Hilumin)制成，尽管接触片1605D可以替代地由其他材料(例如，铝，铜等)制成。
而且，尽管图16D-16E示出了一种实施方式，其中“负”接合连接件由从多层接触板1600D的单元端子连接层形成的接触片1605D构成，其他实施例也可以涉及由接触片形成的正接合连接件。
在另一示例中，虽然接触片1605D可以由多层接触板的单元端子连接层构成，该多层接触板与从顶部和底部导电层冲压(例如，或水钻，激光切割等)部分对齐。如上所述，在其他实施例中，可以使用单层接触板。在这种情况下，单层接触板(例如，固体或非层状铝或铜)可以被冲压，钻孔，铣削，水射流切割，蚀刻和/或激光切割以产生孔，接触片复合物(例如，钢，铝，铜等)局部地插入这些孔中以产生接触片(例如，类似于如图16A-16B所示将接合连接件添加到接触板的方式)。
对于激光焊接，通常需要在焊接在一起的两个部件之间具有非常小的间隙或理想地没有间隙。因此，接触片可以被制造成弹簧加载在负电池边缘上或正电池头部上，这取决于接触片是否被配置在电池单元的正极或负极端子上。然而，由于制造公差，精确焊接位置可能存在微小差异。
图16F示出了根据本发明实施例的焊接到电池单元1605F的正电池头部1610F上的接合连接件1600F的示例。电池单元1605F还包括负电池边缘1615F-1620F。在一个示例中，接合连接件1600F可以是预组装的接合连接件，其如上述参考图16A-16B所述被焊接到接触板上，或者可以由多层接触板的集成单元端子连接层形成，如上述图9和11所述。
如图16F所示，接合连接件1600F与正电池头部1610F相交的接触点1625F可以成一角度，使得接合连接件1600F不会在正电池头部1610F的顶部“齐平”，而是仅直接接触在接触点1625F处。更具体地，接触点1625F可以指的是接合连接件1600F的边缘直接接触正单元头部的区域(例如，假设接合连接件1600F未弯曲)。在示例中，接合连接件1600F和正单元头部1610F之间的激光焊接可以通过振荡器(例如，振荡激光器)来实现。通过在特定范围1630F上振荡激光，可以增加接合连接件1600F焊接到正单元头部1610F的区域。因此，通过使用振荡激光器，可以在延伸超出接合连接件1600F与正极之间直接(或接近)接触的区域的区域上实现接合连接件1600F和正单元头部1610F之间的良好焊接。电池头部1610F在焊接之前存在。
图16G示出了根据本发明的实施例相对于图16F的替代焊接实施方式。参考图16G所示，在焊接之前，接合连接件1600G在电池单元1605G的正电池头部1610G的顶部上变平。电池单元1605G还包括负电池边缘1615G-1620G。
如图16G所示，代替焊接前接合连接件和正电池头部之间的直接接触的窄点。如图16F所示，由于被“展平”，接合连接件1600G在目标范围或目标区域1625G上与正单元头部1610G齐平。在一个示例中，可以通过在接合连接件1600G上施加压紧部件并施加向下的力来使接合连接件1600G变平。在另一示例中，压紧部件可以对应于蓝宝石玻璃部件。通过在目标范围1625G上使接合连接件1600G变平，可以在焊接之前在目标范围1625G上实现接合连接件1600G和正电池边缘之间的零或接近零的间隙，如1630G所示，这改善了接合连接件1600G和正电池头部1610G之间的过渡(例如，增加电流流动并减小电阻)。在一个例子中，由于在焊接之前发生的扁平化，振荡激光不需要用于图16中的焊接，尽管这仍然是可实现的。
在关于图16F-16G描述的接合连接件焊接实例的另一实施例中，如图16F-16G所示，可以通过焊接化合物促进接合连接件焊接(或焊接)到电池单元的正极或负极端子。在一个实例中，焊接化合物可包括反应性多层箔(例如，NanoFoil或类似产品)。焊接化合物可以粘合或印刷到相应的接合连接件上，并且一旦焊接，可以有助于在相应的接触板和电池单元的相应端子之间形成电接合(或电接合)。在一个示例中，焊接化合物与接合连接件本身分离。
在焊接化合物包括反应性多层箔的示例中，反应性多层箔可以通过来自电，光和/或热源的小的局部能量脉冲来激活。当激活时，反应性多层箔可以配置成放热反应以在几分之一秒(例如，千分之一秒)内精确地递递局部热量(例如，高达1500℃的温度)的一部分。
应当理解，传统激光器通常包括单个光束，其可用于在一个特定点或沿着一条特定线焊接。在关于图16F-16G描述的接合连接件焊接实例的另一实施例中，二极管激光器可用于在更宽的区域上焊接限定的部分。使用二极管激光器，可以加快焊接过程，因为整个目标焊接区域可以同时加热。与标准激光焊接工艺相比，由于减少了焊接时间，因此对电池单元的热冲击也减少了。
图16H描绘了根据本发明的实施例的1-单元布置1600H，每个单元电池单元具有一个接触区域。在一个示例中，图16H的1-单元布置1600H可以基于上述参考图16C-16D描述的接触板。其中接合连接件焊接到各个电池单元的正极和负极端子上，如上述参考图16F-16G所述。例如，“负”接合连接件1605H和1610H焊接到电池单元的负极端子(或负电池边缘)，而“正”接合连接件1615H焊接到电池单元的正极端子1620H(或正单元头部)。
如上所述，为了固定目的(例如，激光焊接)，通常需要部件之间的紧密接触(例如，尽管可以使用振荡器激光器来容纳如上所述的较大间隙)，但是在接合连接件和电池单元的端子之间几乎没有间隙。在进一步的实施例中，可以使用一个或多个“压紧”机构在焊接之前将接合连接件紧密地固定到电池单元的端子。这些压紧机构可以是相应电池模块的永久部件，或者可以是非永久性的(例如，使用直到将接合连接件固定或焊接到相应的电池单元端子，然后移除)。
在第一实施例中，如图16I所示，基于磁性的固定可以用作压紧机构，以在焊接之前将接合连接件固定到电池单元的相应端子。更具体地，为了促进电池单元端子和接合连接件之间的接触，可以在电池单元端子附近感应出磁场，使得接合连接件被磁性地吸引到电池单元端子。然后可以通过诸如激光焊接的固定过程来固定接合连接件的永久位置。
图16I示出了根据本发明实施例的至少部分地基于用作压紧机构的磁场将接合连接件1600I固定到电池单元1605I的端子的布置。可以结合本文所述的任何接合连接件固定(或焊接)技术来部署16I。电池单元1605I包括正电池头部1610I和负电池边缘1615I和1620I。如图16I所示，接合连接件1600I放置成与正单元头部1610I接触。为了在焊接之前将接合连接件1600I固定到正单元头部1610I，施加磁场以将接合连接件1600I固定到正单元头部上。在一个示例中，磁体1625I布置在电池单元1605I下方。在一个示例中，在将接合连接件1600I焊接到正电池头部1610I之前，可以将磁体1625I放置在电池单元1605I下面或周围。更具体地，尽管未在图16I中明确示出，电池单元1605I可以与许多其他电池单元一起放置在相对薄的电池壳体(例如，由塑料制成)中。磁体1625I可以放置在电池壳体下方以引起上述磁场(例如，相对于电池单元1605I和/或电池壳体中的其他电池单元)。因此，磁体1625I不需要与电池单元1605I直接接触。在另一示例中，由磁体1625I感应的磁场可以通过电池单元1605I的金属特性而伸长，使得接合连接件1600I变为磁性在一个示例中，在将接合连接件1600I固定到正电池头部1610I之后，可以可选地从电池壳体移除磁体1625I。
图16I示出了展开单独的磁体以促进接合连接件1600I和正单元头部1610I之间的磁吸引以用作压紧机构的示例，在本发明的另一实施例中，电池单元1605I本身可被磁化为促进磁吸引力。例如，每个电池单元可以在插入电池壳体之前通过磁线圈。在这种情况下，可以省略磁体1625I。或者，磁铁1625I可以与单独磁化的电池单元一起使用。
在第二实施例中，如图16J-16L所示，通过不同的侧视图，可以通过压紧板实现压紧机构，该压紧板放置在混合接触板(例如，上述任何混合接触板)的顶部上。
在图16J中，压紧板1600J被示出为安装在混合接触板装置1605J的顶部上(例如，包括“顶部”多层接触板，居间绝缘层和“底部”多层接触板)。然后，其安装在电池单元1610J和1615J的顶部。压紧元件1620J，1625J和1630J连接到压紧板1600J。压紧元件1620J，1625J和1630J是与各种接合连接件所在的接触区域对准的突起(例如，在电池单元1610J和1615J的相应正极和负极端子上方)。通过将这些突起与接合连接件对准然后向下施加到压紧板1600J，压紧元件1620J，1625J和1630J又向下施加向混合接触板装置1605J中的相应接合连接件，使得接合连接件弯曲并向下压到相应的端子上。更具体地，压紧元件1620J将向下的力施加到固定在电池单元1610J的正电池头部的“正”接合连接件，压紧元件1625J向“负”接合连接件施加向下的力，该“负”接合连接件固定在电池单元1610J和1615J的负电池边缘。压紧元件1630J向下施加力到“正”接合连接件，该“正”接合连接件固定到电池单元1615J的正电池头部上。在将接合连接件焊接到相应的端子之前，上述突起的形状可以配置成符合接合连接件的所需形状。可以理解的是，图16J中所示的电池单元布置是2单元布置的示例，以16C的1610C为例。应当理解的是，压紧板1600J可以替代地配置用于1-单元布置(例如，如图16H中所示)，3-单元布置(例如，图16C的1615C)，等等。图16J所示为是弹性元件1635J，其可以有助于公差(例如，使得不会对混合接触板装置1605J，电池单元1610J-1615J和/或电池壳体造成损坏，因为向下的力施加到压板1600J)。
在图16K中，示出了图16J中所示的压紧板1600J的不同侧视图。图16K中更清楚地示出了负和正接合连接件1600K和1605K。
在图16L中，示出了图16J中所示的压紧板1600J的另一个不同的侧视图。图16L中更清楚地示出了负和正接合连接件1600K和1605K，以及负接触片1600L。
如上所述，可能需要用于某些应用(例如电动车辆)的电池模块来提供相当高的电压输出(例如，300V-800V或甚至更高)。由于高电压，可能发生电弧(即放电)。当电接合断开时(例如，通过高电流)发生电弧，导致电压差。对于串联连接的P组，当P组之一中的最后一个并联连接被打开时，最可能发生电弧(例如，因为意图由整个P组处理的电流而是通过一个特定电池引导端子连接，然后可能会破坏)。电弧可能涉及大量电流，因此可能非常危险(例如，电弧会引起温度尖峰，这会损坏电池模块中的一个或多个电池单元)。通常，通过在具有电压差的区域之间放置绝缘和/或物理地分离具有不同电势的两个区域(例如，增加爬电距离)来减轻电弧的风险。然而，可能难以精确地预测电弧将在何处发生。例如，在每个P组并联连接有大量电池单元的电池模块中，理论上可以在这些电池单元中的任一处发生电弧。
如上所述，当特定P组内的最后一个并联电接合断开时，电弧最有可能出现在串联电路装置中，例如串联连接的P组。通常，如下文参照图17A-17C所示，P组中的一个特定并联电接合可以被配置为具有比P组中的任何其他更高的熔断器额定值(例如，熔断器被配置为断开熔断器的电流强度)以隔离最可能发生电弧的位置，以便可以在接触板的特定区域部署电弧缓解特征。
图17A示出了多层接触板1700A的一部分的俯视图，以及多层接触板1700A的侧视图，其示出了根据本发明的实施例的连接到电池单元的面向顶部的正极端子的多层接触板1700A。
如图17A所示，多层接触板1700A包括接合连接件1705A，1710A和1715A。如上所述，接合连接件1705A，1710A和1715A可以由多层接触板1700A的单元连接端子层形成。或者可选地，可以特别附接(例如，通过焊接)在多层接触板1700A的接触区域附近，如上述参照图16A-16B所述。
如图17A所示，接合连接件1705A配置有比接合连接件1710A或1715A更高的电阻，这使接合连接件1705A相对于接合连接件1710A和1715A具有更高的熔断器额定值。下面，“高熔”接合连接件的较高电阻的参考与“高熔断器”接合连接件的“较高熔断器额定值”可以互换地使用，作为表征“高熔断器”接合连接件的该特定特性的两种不同的替代方式。在一个示例中，接合连接件1705A的较高相对电阻可以以多种方式实现，例如用较高电阻材料形成接合连接件1705A，该电阻材料不同于用于接合连接件1710A或1715A的材料，将接合连接件1705A配置成具有不同的几何形状(例如，通过增加接合连接件1705A的相对长度，厚度等，相对于其他接合连接件来修改接合连接件1705A的形状)或者其任何组合。因此，在一些实施方案中，“高熔”接合连接件可由相对于其它接合连接件的较高电阻材料制成，同时具有相同或相似的几何形状(例如，相同的形状，厚度等)。在其他实施方式中，“高熔”接合连接件可以由与其他接合连接件相同的材料制成，同时具有不同的几何形状(例如，不同的形状，厚度等)。在其他实施方式中，“高熔”接合连接件可以由相对于其他接合连接件的较高电阻材料制成，同时还具有不同的几何形状(例如，不同的形状，厚度等)。
如图17A所示，接合连接件1705A包括用作接合连接件1705A的熔丝的较低的电阻部分1708A。该较低的电阻部分1708A具有比接合连接件1710A或1715A更高的电阻，同时具有比接合连接件1705A的其余部分更低的相对电阻。因此，当接合连接件1705A由于高电流而断开时，预期接合连接件1705A的断开的特定点将特别地发生在较低的电阻部分1708A。
在一个例子中，接合连接件1705A，1710A和1715A可以由钢制成，例如Hilumin(例如，用于具有低接触电阻和高耐腐蚀性的电池应用的电镀镍扩散退火钢带)。然而，如上所述，接合连接件1705A，1710A和1715A也可以由其他材料(例如，其可以与电池单元端子材料相同或不同的材料和/或在多层接触板1700A的一个或多个其他层中使用的材料)制成。因此，当通过多层接触板1700A的电流增加时，接合连接件1710A和1715A用作预期在“高熔”接合连接件1705A之前断开的低电阻熔丝。应当理解的是，定义要为P组断开的最后一个接合连接件可以帮助将电弧出现与该特定接合连接件隔离，这减少了需要防止电弧的多层接触板的面积。与为接触板上的所有接合连接件部署电弧保护相比，这反过来节省了材料成本并简化了生产。下文参考图17B-17C描述可以部署在接合连接件1705A附近的各种电弧保护特征。
图17A描述了用于电弧保护的单个“高熔”接合连接件，理论上可以在其他实施例中为此目的部署多个接合连接件(例如，相对于每个高熔接合保护器部署电弧保护)。虽然图17A示出了特定于多层接触板的示例，但是应当理解，其他实施例可以相对于单层接触板部署高熔接合连接件。例如，考虑图16A-16B所示，其中预组装的接合连接件简单地连接到接触板，而不需要多层接触板。在这种情况下，一个(或多个)预组装的接合连接件可以配置得比其他连接件更厚，以实现更高的保险丝额定值。
图17B示出了包括堆叠在其上的绝缘层1700B的多层接触板1700A的一部分的顶部立体图。图17C示出了根据本发明实施例的多层接触板1700A和绝缘层1700B的侧视图，其示出了与电池单元的面向顶部的正极端子的相应连接。在一个示例中，绝缘层1700B可以与上述关于混合接触板描述的任何绝缘层类似地配置。
如图17B-17C所示，凹陷部分1705B(或孔)可以集成到接合连接件1705A附近的绝缘层1700B中，使得接合连接件1705A的一部分或全部较低的电阻部分1708A通过凹陷部分1705B暴露。如图17C所示，凹陷部分1705B可以填充有保护性化合物(例如，石英砂，红色磷光体凝胶等)，其被配置为提供电弧保护。如上所述，接合连接件1705A的较低的电阻部分1708A可以与凹进部分1705B对准，并且可以沿着接合连接件1705A配置有最低电阻，同时仍然具有比任何其他“正常”接合连接件更高的电阻。在这种情况下，“高熔”接合连接件1705A可以被配置为在设置有保护化合物的凹陷部分1705B中具体地断开。部署在凹陷部分1705B中的保护性化合物可以在打开时(例如，在经历高电流之后)帮助冷却接合连接件1705A，以确保减少由熔断的熔断器的汽化金属形成的等离子体。在另一个示例中，附加的电弧保护特征可以部署在接合连接件1705A附近，例如实施磁场或气流以中断电弧。作为示例，这些附加的电弧保护特征可以专门应用于较低的电阻部分1708A。在另一示例中，接合连接件1705A可以实现为熔化安全熔断器。
回到圆柱形电池单元的一般配置，如上述参照图4-5所讨论的那样，以P组布置部署的圆柱形电池单元通常包括在电池单元的相对侧的正极和负极端子。这部分是由于接触板的传统布局，其通常不允许所有接触板跨越不同的P组布置在电池单元的同一侧。上述已经描述的本发明的各种实施例涉及接触板装置，其允许使用包括面向顶部的正极端子和负极端子的圆柱形电池单元，现在将进行更详细地讨论。
图18A示出了传统圆柱形电池单元的传统多端单元侧1800A。如上所述，尽管图18A中描绘的圆柱形电池单元是常规的(例如，市场上可获得的现成产品)，这种类型的圆柱形电池单元通常不与电池模块中的P组布置结合使用。
如图18A所示，多端单元侧1800A包括正单元头部1805A(例如，用于电池单元的正极端子)，其被实现为多端单元侧1800A的中心或内部中的圆头部。在一个示例中，对于18650单元，正电池头部1805A可以占据大约50mm2的面积。多端子电池侧1800A还包括沿着多端电池侧1800A的外周(或“边缘”)布置的负电池边缘1810A(例如，用于电池单元的负极端子)。凹陷区域1815A布置在正电池头部1805A和负电池边缘1810A之间。虽然未在图18A中明确示出，相对薄的绝缘分隔(例如，由塑料制成)可以配置在正电池头部1805A和负电池边缘1810A之间(例如，在内部分离正极和负极端子)。
图18B示出了根据本发明实施例的圆柱形电池单元的多端单元侧1800B。多端子单元侧1800B包括正单元头部1805A，负电池边缘1810A和凹陷区域1815A，类似于上述关于图18A描述的多端子单元侧1800A。此外，多端电池侧1800B还包括绝缘环1805B(例如，由塑料制成)，其布置在正电池头部1805A和负电池边缘1810A之间的凹陷区域1815A中的绝缘分隔(未示出)上方。如下文关于图19所描述的，绝缘环1805B充当正电池头部1805A和负电池边缘1810A之间的“壁”或屏障，其可提供各种益处。
图19示出了根据本发明的实施例图18B的多端电池侧1800B的侧视图。特别地，绝缘环1805B以及1900的绝缘分隔线在图19中更详细地示出。
大多数圆柱形电池单元，例如18650单元，被配置用于具有较低电压的应用。然而，某些应用(例如电动车辆)的电压要求可能会增加。较高电压应用可能需要在正电池头部1805A和负电池边缘1810A之间具有更高的绝缘。绝缘环1805B增加了正电池头部1805A和负电池边缘1810A之间的绝缘，这可以增加正电池头部1805A和负电池边缘1810A之间的沿面距离(例如，电蠕变距离)。绝缘环1805B还可以在(可选的)焊接过程中保护一个极与另一个极和火花。绝缘环1805B还可以配置成响应于过压状况防止导电材料从圆柱形电池单元泄漏。
在图19中，绝缘环1805B和形成在凹陷区域1815A中的绝缘分隔1900被示出为一个连接层(例如，一个塑料件)，使得绝缘环1805B是绝缘分隔1900的一部分。然而，在其它实施例中，绝缘环1805B和绝缘分隔1900可以实现为单独的部件(例如，粘合在一起的两片塑料)。凹槽1905可以被配置为固定元件(例如，以将绝缘分隔1900保持在适当位置)。在一个示例中，如图19所示，绝缘环1805B可以布置(例如，夹紧)在凹槽1905的内部部分和负电池边缘1810A之间。
如图19所示，在电池单元的构造期间，电池流体材料可以通过敞开的顶部填充电池单元。在一个示例中，一旦电池流体达到电池单元的目标填充水平，则电池单元的侧面被卷曲以形成负电池边缘1810A。
如图18-19所示，在一些实施例中，正电池头部1805A和负电池边缘1810A可以由相同材料(例如，钢或Hilumin)制成。然而，也可以在图18-19中配置正电池头部1805A和负电池边缘1810A。在其他实施例中具有不同材料类型(例如，铝和钢，铜和铝，铜和钢等)。
在如上所述的电池模块中的各个P组之间串联连接的电池单元之间，可以通过各个电池单元之间的绝缘体来集成某种形式的绝缘。例如，圆柱形电池单元可以在其顶部和底部固定在壳体中，如上述参考图14所示，绝缘体(例如，绝缘分隔壁)可以集成在电池的顶部和底部之间。然而，在壳体中分配用于绝缘的额外空间可能降低电池模块的容量。
图20示出了根据本发明的实施例的圆柱形电池单元2000。圆柱形电池单元2000包括在圆柱形电池单元2000的中间部分中的较高绝缘区域2005，从多端子单元侧1800B延伸的第一下绝缘区域2010，以及从圆柱形电池单元2000的侧面(或端部)延伸的第二下绝缘区域2015。圆柱形电池单元2000与多端子电池侧1800B相对。较高的绝缘区域2005和第一和第二下绝缘区域2010-2015围绕圆柱形电池单元2000的侧面(或端部)布置，如图20所示。更具体地，较高的绝缘区域2005是其中一个或多个额外的绝缘层集成到电池单元本身中的区域，这减少了在壳体内部的电池单元之间使用外部绝缘的需要。在一个示例中，一个或多个额外的绝缘层(例如，箔)可以缠绕在圆柱形电池单元2000的中间区域周围以形成更高的绝缘区域2005。相比之下，第一和第二下绝缘区域2010-2015省略了一个或多个额外的绝缘层。在一个示例中，第一和第二下绝缘区域2010-2015可以是非绝缘的，在这种意义上，圆柱形电池单元2000的这些部分在绝缘方面与传统的圆柱形电池单元(例如，18650单元)相当。
参照图20，在一个示例中，第一和第二下绝缘区域2010-2015的尺寸可以被设定为与电池壳体的一部分对准，该电池壳体被配置为包围圆柱形电池单元2000。例如，来自电池壳体的塑料件可以至少部分地覆盖第一和第二下绝缘区域2010-2015，使得在这些特定部分中可以省略额外的绝缘层(例如，可以从特定部分的电池壳体包封获得相当水平的绝缘)。
图21示出了电池壳体2100的侧视图和俯视图，根据本发明的实施例，该电池壳体2100包括插入其中的如上关于图20所述的多个圆柱形电池单元2005。电池壳体2100包括壳体顶部2105，固定杆2110，绝缘层2115(例如，绝缘箔)，壳体底部2120和壳体棱边2125。壳体棱边2125有助于分离和电绝缘不同P组中的电池单元。
通过省略特别是在电池单元的电池固定区域附近的一个或多个额外的绝缘层，可以提供更小的公差并且在电池单元和它们的固定点之间提供更安全的连接(例如，电池单元通过其固定的孔可以便于通过螺纹连接，粘合剂或磁性进入相应的电池单元容器中)。另一方面，在浸入电池壳体2100中的圆柱形电池单元2000的较高绝缘区域2005中包括电池单元的一个或多个额外的绝缘层可以增加不同P组中的相邻电池单元之间的沿面距离。因此，将电池单元的一个或多个额外的绝缘层选择性地部署到中间部分(或更高的绝缘区域2005)允许省略顶部到底部的绝缘分隔壁2130，这有利于促进电池单元之间更小和更均匀的距离，以增加电池模块的容量，在热失控的情况下保护电池模块中的其他电池单元免于危险传播(例如，过热，火灾等)，并且减小电池单元间(例如，特别是在相邻P组中的电池单元之间具有不同的电势，从而需要彼此的某种形式的电绝缘)的距离。
图21中示出的是下绝缘区域2010-2015的暴露部分2135。在一个示例中，较高的绝缘区域2005可以被配置为稍微短于壳体顶部2105和壳体底部2120，留下下部绝缘区域2010-2015的一小部分(在顶部和底部)暴露。壳体棱边2125可以被配置为通过覆盖P组之间的暴露部分2135来使相邻的P组与其他P组电绝缘(例如，由于各个P组中的不同电势)。例如，壳体棱边2125(例如，在电池壳体2100的顶部和底部)可以比暴露部分2135延伸得更远，以使一个P组的暴露部分2135与相邻P组中的暴露部分2135绝缘。这用于增加相邻P组之间的爬电距离。如图21所示，壳体棱边2125可以布置在电池壳体2100的顶部(例如，以覆盖顶部暴露部分)，位于电池壳体2100的底部(例如，掩盖底部暴露部分)或其组合。
虽然以上单独讨论了本发明的各种实施例，但是下文参考图22A-22H描述电池模块的详细示例实现。图22A-22H提供了各种实施例的互操作性方面的更大清晰度。为方便起见，在图22A-22H的描述中做出某些假设。特别地，将严格地理解为出于示例的目的。对图22A-22H中所示的电池模块系统进行以下非限制性示例假设：
·电池模块包括集成的插入侧盖；
·冷却管集成在插入侧盖中；
·电池模块被配置为侧向或侧向插入相应的电池模块隔室中；
·用于电池模块的HV连接件位于电池模块的同一侧；
·在电池模块中使用具有顶部正极和负极电池端子的圆柱形电池单元；
·在电池模块中使用混合接触板装置；和
·在电池模块中使用包括多层接触板的混合接触板装置，所述多层接触板具有形成接合连接件的“夹层”中间层。
应当理解，前述示例性假设中的每一个以非限制性方式进行，以便促进关于本发明的各种实施例的清晰度。
图22A-22H描绘了电池模块的虚拟“结构”，其通过从电池模块的空壳开始，然后(从顶部到底部)添加构成电池模块的各个部件。图22A-22H中的许多连续的附图相对于前面的图将组件添加到电池模块。当在连续的图中将组件添加到电池模块中时，除非另有说明，否则假设在先前的图中添加的组件仍然存在。此外，图中添加各种组件的顺序是为了说明方便，并不一定反映在组装实际电池模块期间添加各种组件的顺序。当完全组装时，图22A-22H描述的电池模块对应于上述图1和2描述的电池模块。
图22A示出了根据本发明的实施例的电池模块立体图2200A。在图22A中，电池模块立体图2200A描绘了具有敞开顶部(例如，在组装期间可以通过顶部安装电池模块的各种部件)的电池模块的外部框架的一部分。特别地，电池模块立体图2200A描绘了包括冷却连接2210A-2215A(例如，类似于图1和2的冷却连接件120)的插入侧盖2205A(例如，类似于图1-2的插入侧盖110)还描绘了侧壁2220A-2225A和后壁2230A。虽然未在图22A的电池模块立体图2200A中明确示出，后壁2230A包括图2中所示的固定和定位元件200，HV连接件205和LV连接件210。
图22B示出了根据本发明的实施例的电池模块立体图2200B。如图22B所示，过压阀2205B(例如，对应于图1中的过压阀125)被添加到插入侧盖2205A(例如，对应于图1中的固定点115)。为了便于说明，省略了插入侧盖2205A的凸缘和各种固定点。冷却管2210B进一步添加在图22B中，其连接到冷却连接件2210A-2215A并在电池模块下面延伸。特别地，冷却管2210B耦合到冷却板(图22B的电池模块立体图2200B中未示出)，用于冷却电池模块。
图22C示出了根据本发明的实施例的电池模块立体图2200C。在图22C中，冷却板2205C被添加到图22B中所示的电池模块立体图2200B，其覆盖图22B中所示的冷却管2210B。冷却板2205C可以用作冷却板和电池模块的底板。图22C中还描绘了引导元件2210C(例如，对应于图1-2中的引导元件105)，其形成电池模块的外框架的一部分，并且插入侧盖2205A具有额外的细节。
图22D-1示出了根据本发明的实施例的电池模块立体图2205D-1。如图22D所示，壳体底部2205D被添加在图22C的电池模块立体图2200C中所示的冷却板2205C的顶部上。在一个示例中，如以上参考图21所述，壳体底部2205D可以由塑料制成并且可以限定可以插入圆柱形电池单元的电池插座，并且还可以包括被配置为分离(并且有助于隔离)相邻P组电池单元的壳体棱边。
为了帮助理解壳体底部2205D，在图22D-2中描绘了电池模块立体图2200D-1的替代视角。在替代电池模块立体图2200D-2中，示出了壳体底部2205D的一部分。电池模块立体图2200D-2更清楚地描绘了壳体底部2205D包括沿着电池模块纵向延伸的“中心”壳体棱边2210D，以及横跨(或横向)电池模块横向延伸的多个“侧向”壳体棱边2215D。如图21所示，壳体棱边(中心和侧面)是壳体底部2205D的略微凸起的部分，其可用于帮助使相邻的P组电池单元彼此绝缘。因此，在一个示例中，“中心”和“横向”壳体棱边2210D-2215D可以限定壳体底部2205D的分配给不同P组电池单元的部分。
图22E示出了根据本发明的实施例的电池模块立体图2200E。如图22E所示，电池单元插入图22D-1和22D-2所示的壳体底部2105D的电池插座中。在一个示例中，圆柱形电池单元示出为插入到图22E的电池模块中。图22E可对应于上述关于图18A-21描述的圆柱形电池单元(例如，具有面向顶部的正电池头部和负电池边缘，以及绝缘的中间部分)。图22E中还第一次描绘了插入侧盖2205A上的凸缘和固定点2205E的顺序，因此可以理解电池单元和插入侧盖的相关高度。再次，通过关注更相关的特征，省略了各种特征(例如，各螺栓，螺钉等)，例如前面的图中的插入侧盖2205A的凸缘和固定点，以增加该序列的整体清晰度。
图22F-1示出了根据本发明的实施例的电池模块立体图2200F-1。如图22F-1所示，壳体顶部2205F-1安装在图22E所示的电池单元上。在一个示例中，壳体顶部2205F-1可以由塑料制成。而且，尽管未在图22F-1中明确示出，壳体顶部2205F-1可包括面向下方的壳体棱边，其与图22D-2中所示的“中心”和“侧向”壳体棱边2210D-2215D对齐。因此，虽然“中心”和“横向”壳体棱边2210D-2215D有助于使相邻P组中的电池单元彼此绝缘(例如，通过重叠相应电池单元的暴露的，非绝缘部分)，但相应的“中心”并且“侧向”壳体棱边可以同样地实施到壳体顶部2205F-1中以提供类似的功能(例如，与相应电池单元的暴露的非绝缘部分重叠，从而有助于使P组彼此绝缘)。壳体顶部2205F-1包括与安装在其中的混合接触板装置中的接触区域对准的孔或开口，这将在下文更详细地描述。图22F-2示出了图22F-1中所示的电池模块立体图2200F-1的特定放大部分2200F-2。如图22F-1所示，包括用于第一P组的第一接触区域2205F-2和用于第二P组的第二接触区域2210F-2。第一和第二P组通过“中心”多层接触板串联连接。下文使用放大部分2200F-2来解释混合接触板装置的各层如何堆叠在壳体顶部2205F-1上。
图22G-1示出了根据本发明的实施例的电池模块立体图2200G-1。如图22G-1所示，混合接触板装置2205G-1安装在图22E所示的电池单元上。如上所述，混合接触板装置2205G-1包括接触区域的布置。在该特定实施例中，从“负极”多层接触的HV连接件2210G-1开始，到“正极”多层接触板的HV连接件2215G-1处结束，混合接触板装置2205G-1的串联连接的P组以倒置的U形形状布置。图22G-1中的箭头表示电流的方向，其标记串联P组的排列。如图22G-1所示，各个接触区域的形状或取向与电流的方向对齐，这可以提高至少一个实施例中整个电池模块的电流分布效率。由于混合接触板装置2205G-1的复杂性，现在将关于图22F-2的放大部分2200F-2描述混合接触板装置2205G-1的逐层解构。
图22G-2的混合接触板装置2205G-1的多层接触板2200G-2和2205G-2示于图22F-2的放大部分2200F-2的顶部。特别地，多层接触板2200G-2的“正”接合连接件2210G-2和2215G-2连接到第一P组中的两个电池单元的正单元头部。多层接触板2205G-2的“负”接合连接件2220G-2连接到第二P组中的两个电池单元的负电池边缘。多层接触板2200G-2和2205G-2可以是任何类型的多层接触板(例如，“中心”，“负极”或“正极”，这取决于混合接触板装置的哪个部分被放大)。
如图22G-3所示，在图22G-2所示的多层接触板2200G-2和2205G-2的顶部添加有绝缘层2200G-3。如图22G-4所示，“中心”多层接触板2200G-4添加在图22G-3所示的绝缘层2200G-3的顶部。与多层接触板2200G-2和2205G-2不同，“中心”多层接触板2200G-4被配置为串联连接第一和第二P组，从而包括将连接件连接到两个P组。特别地，“中心”多层接触板2200G-4的“正”接合连接件2205G-4和2210G-4连接到第二P组中的两个电池单元的正单元头部。“中心”多层接触板2200G-4的“负”接合连接件2215G-4连接到第一P组中的两个电池单元的负电池边缘。可以理解，图22G-2到22G-4表示图22G-1中描绘的混合接触板装置2205G-1的示例性逐层设置。在添加混合接触板装置2205G-1并且进行各种电池端子连接(例如，通过焊接)之后，可以封闭电池模块，从而得到图1和2中所示的电池模块描绘。
图22H示出了根据本发明的实施例的电池模块的HV连接件2200H。如上所述，HV连接件2200H可以实现为延伸出电池模块的“负极”或“正极”多层接触板的集成部分，或者可以是仅与“负极”或“正极”多层接触板耦合的单独部件。在任一种情况下，HV连接件2200H被配置为连接到某种类型的外部HV连接件，例如HV插头。例如，电池模块可以被配置为滑入电池模块隔室，其中HV插头与HV连接件2200H(例如，以及另一个HV连接件和LV连接件)对准，使得HV电接合是当电池模块滑入电池模块隔室时，在HV连接件2200H和HV插头之间形成。
虽然上述实施例提供了可用于不同组件的材料的各种示例，但是应当理解，也可以部署任何所述示例的可比较实施例。因此，对诸如铝，铜和钢的材料类型的提及不仅要涵盖铝，铜和钢，还要覆盖其任何已知的合金。
虽然上述实施例主要涉及陆用电动车辆(例如，汽车，卡车等)，但是应当理解的是，其他实施例可以针对任何类型的电动车辆部署各种电池相关实施例(例如，小船，潜艇，飞机，直升机，无人驾驶飞机，宇宙飞船，航天飞机，火箭等)。
虽然上述实施例主要涉及电池模块隔室和相关的电池模块以及用于作为电动车辆的能量存储系统的一部分进行部署的插入侧盖，但是应当理解的是，其他实施例可以针对任何类型的能量存储系统部署各种与电池相关的实施例。例如，除了电动车辆之外，上述实施例可以应用于能量存储系统，例如家庭能量存储系统(例如，为家庭电力系统提供电力存储)，工业或商业能量存储系统(例如，提供用于商业或工业电力系统的电力存储)，电网能量存储系统(例如，为公共电力系统或电力网提供电力存储)等。
应当理解的是，在上述实施例中的各种电池模块隔室的放置被描述为集成到电动车辆的车辆地板中。然而，应当理解的是，一般的封闭隔室外形设计可以扩展到可以安装在电动车辆内的其他位置的电池模块安装区域(例如，在电动车辆的行李箱中，在一个或多个汽车座椅后面，在电动车辆的前罩下等)。
提供前述描述是为了使本领域任何本领域技术人员皆能制作或使用本发明的实施例。然而，应当理解的是，本发明不限于本文公开的具体组成，工艺步骤和材料，因为对这些实施方案的各种修改对于本领域技术人员而言将是容易理解的。也就是说，在不脱离本发明实施例的精神或范围的情况下，可以将这里定义的一般原理应用于其他实施例。

Claims (23)

1.一种接触板，配置为在一电池模块的电池单元之间建立电接合，其特征在于，包括：
至少一个主导电层，所述主导电层包括与一组电池单元中的两个或多个电池单元的两个或多个端子对准的孔，所述一组电池单元配置为相互并联连接；以及
接合连接件，配置为在所述接触板与所述两个或多个电池单元的所述两个或多个端子之间提供直接的电接合。
2.如权利要求1所述的接触板，其特征在于，所述两个或多个端子对应所述两个或多个电池单元的两个或多个负极端子。
3.如权利要求2所述的接触板，其特征在于，
所述两个或多个电池单元彼此相邻，
所述两个或多个负极端子对应于所述两个或多个电池单元的两个或多个负电池边缘，以及
所述接合连接件配置为被下压并焊接到包括所述两个或多个负电池边缘中的每一个的一部分的区域上，以形成所述直接的电接合。
4.如权利要求1所述的接触板，其特征在于，所述两个或多个端子包括两个电池单元的两个端子。
5.如权利要求1所述的接触板，其特征在于，所述接触板配置为多层接触板，包括：
所述至少一个主导电层；以及
单元端子连接层，与所述至少一个主导电层相结合，
其中，所述单元端子连接层的一部分配置为形成一组接合连接件，所述一组接合连接件至少包括所述接合连接件。
6.如权利要求5所述的接触板，其特征在于，
所述至少一个主导电层包括与所述单元端子连接层结合的单个主导电层，或者
所述至少一个主导电层包括与所述单元端子连接层结合的两个主导电层。
7.如权利要求1所述的接触板，其特征在于，所述接触板配置为单层接触板。
8.如权利要求1所述的接触板，其特征在于，
所述孔配置为一接触区域，所述接合连接件配置为在所述接触区域中与所述两个或多个端子相连接，以及
所述接合连接件在所述孔内与所述接触板相连接。
9.如权利要求8所述的接触板，其特征在于，所述接合连接件在所述孔的内侧壁上与所述接触板相连接。
10.如权利要求1所述的接触板，其特征在于，
所述孔配置为一接触区域，所述接合连接件配置为在所述接触区域中与所述两个或多个端子相连接，以及
所述接合连接件焊接在所述孔外部的所述接触板的顶部上。
11.如权利要求10所述的接触板，其特征在于，所述至少一个主导电层包括位于所述接触板的所述顶部上的凹槽，所述接合连接件插入所述凹槽中。
12.一种接触板，配置为在一电池模块的电池单元之间建立电接合，其特征在于，包括：
至少一个主导电层；以及
一组接合连接件，配置为在所述接触板与至少一组电池单元的端子之间提供直接的电接合，
其中所述一组接合连接件由被选择为与用于所述至少一组电池单元的所述端子的至少一种材料相匹配的至少一种材料制成。
13.如权利要求12所述的接触板，其特征在于，所述至少一组电池单元的所述端子中的每一个具有相同的材料。
14.如权利要求12所述的接触板，其特征在于，
第一组电池单元的第一组端子由第一材料制成，以及
第二组电池单元的第二组端子由第二材料制成。
15.如权利要求14所述的接触板，其特征在于，所述一组接合连接件包括：
由所述第一材料制成的第一组接合连接件，配置为在所述接触板和所述第一组电池单元的所述第一组端子之间提供直接的电接合；以及
由所述第二材料制成的第二组接合连接件，配置为在所述接触板和所述第二组电池单元的所述第二组端子之间提供直接的电接合。
16.如权利要求12所述的接触板，其特征在于，所述至少一种材料包括钢、铝、铜、其合金或其任意组合。
17.如权利要求12所述的接触板，其特征在于，所述接触板配置为多层接触板，包括：
所述至少一个主导电层，以及
单元端子连接层，与所述至少一个主导电层相结合，
其中，所述单元端子连接层的一部分配置为形成所述一组接合连接件。
18.如权利要求17所述的接触板，其特征在于，
所述至少一个主导电层包括与所述单元端子连接层结合的单个主导电层，或者
所述至少一个主导电层包括与所述单元端子连接层结合的两个主导电层。
19.如权利要求17所述的接触板，其特征在于，
所述至少一个主导电层包括多个孔，
所述一组接合连接件中的每个接合连接件在相应的孔内连接到所述接触板。
20.如权利要求19所述的接触板，其特征在于，所述一组接合连接件中的每个接合连接件在相应的孔的内侧壁上连接到所述接触板。
21.如权利要求12所述的接触板，其特征在于，所述接触板配置为单层接触板。
22.如权利要求21所述的接触板，其特征在于，
所述至少一个主导电层包括多个孔，
所述一组接合连接件中的每个接合连接件焊接在相应的一个孔附近和外部的所述接触板的顶部上。
23.如权利要求22所述的接触板，其特征在于，所述至少一个主导电层包括位于所述接触板的所述顶部上的一组凹槽，所述一组接合连接件插入所述一组凹槽中，使得所述一组接合连接件焊接到所述至少一个主导电层上不会增加所述接触板的总厚度。
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