CN111492523A - 电动车辆的集成电池模块 - Google Patents

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Abstract

本文提供了用于电动车辆的电池组。电池组可以包括具有空腔的壳体。电池组可以包括具有第一极耳端子和第二极耳端子的电极结构。盖可以布置在壳体上。盖可以包括在盖的第一表面和盖的第二表面之间延伸的第一接头连接器。每个电极机构的第一极耳端子可以焊接到相应的第一接头连接器。

Description

电动车辆的集成电池模块
相关申请
本申请要求于2018年6月14日提交的标题为“INTEGRATED BATTERY MODULES INELECTRIC VEHICLES”的美国专利申请号16/008,892的优先权，该申请根据35U.S.C.§119U.S.要求优先权的权益。
背景技术
电池可以包括电化学电芯，以向连接到其上的各种电气部件供应电力。这种电池可以安装在车辆中，例如机动车中，以向安装在车辆中的各种电气系统提供电能。
发明内容
本发明涉及用于电动车辆中的电池组的电池模块。所公开的电池模块可以具有电池电芯，该电池电芯包括在电池电芯的任一侧上的正极端子和负极端子。这种配置可以允许改进电池电芯内的构成部件的保护，以及在电池组组装过程期间的更快的组装时间。
至少一个方面涉及电动车辆的电池模块。电池模块可以包括具有长度、宽度和高度的壳体，壳体的第一表面限定多个开口到沿着壳体的高度延伸的多个空腔。电池模块还包括定位在多个空腔中的多个电极结构，每个电极结构包括第一极耳端子和第二极耳端子。电池模块还包括盖，盖的长度等于壳体的长度，盖的宽度等于壳体的宽度，盖布置在壳体的第一表面上，盖包括多个第一接头连接器(junction connector)，多个第一接头连接器沿盖的高度在盖的第一表面和盖的相对的第二表面之间延伸，多个第一接头连接器焊接到多个电极结构的相应的第一极耳端子。
至少一个方面涉及提供用于电动车辆的电池组的方法。该方法可以包括形成具有长度、宽度和高度的壳体，壳体的第一表面限定多个开口到沿着壳体的高度延伸的多个空腔。该方法还可以包括将多个电极结构定位在多个空腔内，每个电极结构包括第一极耳端子和第二极耳端子。该方法可以包括将长度等于壳体的长度，宽度等于壳体的宽度的盖定位在壳体的第一表面上，盖包括多个第一接头连接器，多个第一接头连接器沿盖的高度在盖的第一表面和盖的相对的第二表面之间延伸，多个第一接头连接器焊接到多个电极结构的相应的第一极耳端子。
至少一个方面涉及一种供应用于电动车辆的电池组的方法。该方法可以包括提供电池模块。电池模块包括具有长度、宽度和高度的壳体，壳体的第一表面限定多个开口到沿着壳体的高度延伸的多个空腔。电池组可以包括定位在多个空腔中的多个电极结构，每个电极结构包括第一极耳端子和第二极耳端子。电池组还包括盖，盖的长度等于壳体的长度，盖的宽度等于壳体的宽度，盖布置在壳体的第一表面上，盖包括多个第一接头连接器，多个第一接头连接器沿盖的高度在盖的第一表面和盖的相对的第二表面之间延伸，多个第一接头连接器焊接到多个电极结构的相应的第一极耳端子。
这些和其它方面和实施方式将在以下详细讨论。前述信息和以下详细描述包括各个方面和实施方式的说明性示例，并且提供了用于理解所要求保护的方面和实施方式的性质和特征的概述或框架。附图提供了对各个方面和实施方式的说明和进一步理解，并且被并入本说明书中并构成本说明书的一部分。
附图说明
附图不是按比例绘制的。在各个附图中，相同的附图标记和名称表示相同的元件。为了清楚起见，不是每个部件都可以在每个附图中被标记。在附图中：
图1示出了集成电池模块的侧视图。
图2示出了示例性电池模块的横截面图。
图3示出了电池模块的示例性壳体的俯视图。
图4示出了示例性电池模块的横截面图。
图5示出了示例性电池模块的示例性盖的平面图。
图6示出了示例性电池模块的示例性盖的一部分的等距视图。
图7是描绘安装有电池组的示例性电动车辆的横截面图的框图；以及
图8是描绘提供用于电动车辆的电池模块的示例性方法的流程图。
具体实施方式
以下是与电动车辆中的电池组的电池电芯相关的各种概念，及其实施方式的更详细的描述。以上引入并在以下更详细讨论的各种概念可以以多种方式中的任何一种来实施。
本文描述了电池模块，其可包括在用于机动车配置的电动车辆中的电池组中。机动车配置包括在任何类型的车辆内的电气、电子、机械或机电装置的配置、布置或网络。机动车配置可以包括用于电动车辆(EV)的电池组。EV可以包括电动机动车、汽车、摩托车、踏板车、客车、载客或商用卡车，以及其它交通工具，例如海上或空中运输交通工具、飞机、直升机、潜艇、船或无人机。EV可以是完全自主的、部分自主的或无人的。
电池模块可以包括具有正端子和负端子的电池电芯。每个电池电芯可以包括包含电极结构(本文有时称为果冻卷)的罐(can)或容器，该电极结构包括阳极、阴极和插入在阳极和阴极之间的隔膜材料。电解质可以添加到电极结构。电解质可以通过促进离子从阴极移动到阳极而用作催化剂。电解质可以包括液体、凝胶或干聚合物。电池电芯包括电池盖帽，其附接到罐或容器，安全地封闭电极结构和电解质。电池盖帽可以用作两个电芯端子(正极和负极)中的一个，并且可以连接到电极结构的阳极或阴极极耳端子。容器可以用作第二电芯端子，并可连接到电极结构的阳极和阴极极耳端子中的另一个。两个或更多个电池电芯的电池盖帽可以通过引线接合电连接到第一汇流条。以类似的方式，两个或更多个电池电芯的容器也可以通过引线接合电连接到第二汇流条。
具有与汇流条的引线接合连接的电池电芯具有各种缺点。例如，正极端子或负极端子与相应的汇流条之间的引线接合可能故障或断裂。发生故障的原因之一可能是在电池盖上用于接合引线的小表面积。小的表面积可能导致电池电芯和引线之间不可靠的接合。这种故障可能导致电池电芯与汇流条断开连接，并引起由电池组提供的电力的不期望的下降。此外，小表面积可以导致电池盖和用于引线接合的引线之间的相对小的接触面积，从而导致在接触面积的高电阻以及增加手动(或以其他方式)组装引线接合所需的时间。
为了解决这些和其它技术缺陷，本文描述的电池模块和电池组可以消除对用于在汇流条和电池电芯之间形成电接触的引线接合的需要。相反，在端子和汇流条之间没有引线接合的情况下，电极结构的阳极极耳或端子可以焊接到接头连接器，接头连接器又连接到汇流条。电池模块可以将电池电芯的电极结构和电解质容纳在空腔中，从而消除了对用于电池电芯的盖帽和容器的需要。电极结构可以包括电解质材料，并且可以包括阴极极耳端子和阳极极耳端子。阳极和阴极极耳端子中的一个可以焊接到覆盖和密封壳体的盖上的接头连接器。该接头连接器可以连接到汇流条。通过消除引线接合，并且替代地利用焊接，提高了电池电芯与汇流条之间的连接的可靠性。此外，通过消除电池电芯的盖帽和容器，电池模块的重量减小，并且制造电池模块的时间和成本也减小。
图1描绘了示例性集成电池模块100的侧视图。电池模块100可以包括壳体105和布置在壳体105上的盖110。通过布置在壳体105上，盖110可以与壳体105直接联接，或者经由中间层或材料间接联接到壳体105。例如，集成电池模块100可以包括位于壳体105的至少一部分和盖110的至少一部分之间的绝缘层115。壳体105容纳包括电极结构和电解质的多个电池电芯，盖110覆盖电池电芯并且提供到一个或多个汇流条的连接。汇流条可以将电流传送到电池电芯或从电池电芯传送电流。壳体105在侧视图中可以具有矩形轮廓，如图1所示。壳体105可以具有与图1的示例中所示的轮廓不同的轮廓，例如正方形、卵形、多边形(规则或不规则)、椭圆形或其它形状。盖110可以覆盖壳体105的第一表面125，其限定到空腔的开口，在该空腔中形成电池电芯(在图3的示例中示出)。盖110的形状可以与壳体105的第一表面125的形状一致。盖110的尺寸可以与壳体105的第一表面的尺寸相似或一致。
绝缘层115可以位于壳体105的第一表面和盖110之间。绝缘层115可在盖110和壳体105之间提供电绝缘和热绝缘。另外，绝缘层115可提供盖110与壳体105之间的密封，从而密封位于壳体105中的电池电芯。该密封可以容纳在电池模块中的气体积聚，直到至少250psi和400psi之间的限定压力阈值。该密封可以容纳气体积聚，而不使用通风孔来减小电池模块内的压力积聚。绝缘层115可以沿着壳体105和盖110的周边形成。绝缘层115可以沿着壳体105和盖110的周边不连续地定位。也就是说，壳体105和盖110的周边的部分可以由空气而不是由绝缘层115隔开。该不连续可以排出在电池模块100的电化学过程期间可能产生的气体。电池模块100可以没有绝缘层115。例如，盖110可以直接定位在壳体105的第一表面125上，而没有中间绝缘层115。在这种情况下，盖110和壳体105可为绝缘体或包括集成在盖110或壳体105内的绝缘层以避免电池模块100的正极端子与负极端子之间的短路。电池模块100可以用施加在盖110的边缘与壳体105的边缘相交的位置处的密封剂密封。
作为示例，壳体105可以具有长度Lh和高度Hh，其中Lh可以具有175毫米(mm)和200mm之间的值，高度Hh可以在80mm至100mm之间。在一个示例中，长度Lh可以大于壳体105的高度Hh。绝缘层115的厚度或高度Hi可以在1mm和5mm之间。盖110的厚度或高度Hc可以在4mm和10mm之间。盖110、绝缘层115和壳体105的长度可以相同。例如，相同的长度可以在175mm和200mm之间。盖110、绝缘层115和壳体105的长度或宽度可以不同，以适应各种封装和安装情况。如图1所示，盖110的周边可以与壳体105的周边齐平。即，盖110的长度和宽度可以分别与壳体105的第一表面125的长度和宽度相同。然而，这仅是一个示例，并且盖110的长度或宽度可以与壳体105的第一表面125的长度和宽度不同。
壳体105可以由电绝缘材料形成，例如塑料和聚合物，或者其它电绝缘或非导电材料。壳体105可以包括例如金属(例如，不锈钢、铝)的材料，以提高壳体105的强度和结构稳定性。壳体105可以使用导热材料形成，以传导和传递由电极结构(例如，在每个电池电芯内)生成的热量。壳体105可以包括定位在空腔的壁与电极结构和电解质之间的绝缘材料，以提供电池电芯之间的电绝缘。盖110可以使用与上面关于壳体105讨论的那些材料类似的材料形成。绝缘层115可以包括例如环氧树脂和玻璃的材料，其不仅可以提供热绝缘和电绝缘，而且可以密封壳体105和盖110之间的间隙。
图2描绘了示例性电池模块100的横截面图。在该示例中，图2示出了没有任何电极结构或电解质的电池模块100。壳体105包括从壳体105的第一表面125延伸的若干空腔120。虽然在图2中不可见，但是壳体105的第一表面125限定了若干开口，每个开口对应于一个空腔120。每个空腔120从其相应的开口延伸到其相应的空腔基部表面130(在由Hcav指示的深度)进入壳体，该深度小于壳体105的高度Hh。空腔120可以具有相同的深度。在另一示例中，至少一个空腔120可以具有与另一个空腔120的深度不同的深度。具有不同深度的空腔可以容纳不同尺寸的电极结构。空腔基部表面130可以是平面的(例如，+/-10度)并且可以平行于(例如，+/-10度)壳体的第二表面140，其中壳体105的第二表面140与壳体105的第一表面125相对。也就是说，壳体105的第二表面140可以面向与壳体105的第一表面125所面向的方向相反的方向。壳体105的第二表面140可以与壳体105的第一表面125平行，或者可以与壳体105的第一表面125呈角度(例如，+/-15度)。例如，空腔基部表面130可在与壳体105的第二表面140的平面形成角度(例如，+/-15度)的平面中。在一些示例中，空腔基部表面130可以不是平面的，而是具有杯形形状以向电极结构提供额外的稳定性。壳体105可以包括第二接头连接器开口，在此也称为负极连接器开口135，其在空腔基部表面130和壳体105的第二表面140之间延伸。负极连接器开口135容纳第二接头连接器。第二接头连接器可以包括负极接头连接器145，其可以将空腔120内的电极结构的阴极极耳端子连接到位于壳体105的第二表面140上(或在其同一侧上)的一个或多个汇流条。负极接头连接器145可以焊接到壳体105的第二表面140上的汇流条。电极结构的负极极耳端子和汇流条之间的电连接可以不包括任何引线接合。负极连接器开口135可以在空腔基部表面130和壳体105的第二表面140之间在垂直于壳体105的第二表面140的方向上延伸。负极连接器开口135可以与法线以一定角度(例如，+/-15度)延伸。负极连接器开口135可以位于空腔基部表面130的中心。在一些示例中，负极连接器开口135可以定位成从空腔基部表面130的中心偏移。在一些示例中，负极连接器开口135可以与容纳在空腔120中的电极结构的负极极耳端子的位置对齐。
盖110可以包括若干个第一接头连接器开口，在此也称为正极连接器开口160，其在盖110的第一表面170和盖110的第二表面175之间延伸。正极连接器开口160可以在盖110的第一表面170和第二表面175之间在垂直于盖110的第一表面170和第二表面175的方向上延伸。在一些示例中，正极连接器开口160可以与法线以一定角度(例如+/-15)延伸。每个正极连接器开口160可以容纳第一接头连接器。第一接头连接器可以包括正极接头连接器165。正极接头连接器165可以与位于空腔120中的电极结构的第一极耳端子电连接。第一极耳端子可以包括电极结构的阴极极耳端子或正极极耳端子。正极接头连接器165的数量可以等于空腔120的数量。此外，正极接头连接器165可以定位在盖110上，使得当盖110放置在壳体105上时，正极接头连接器165与壳体105中的对应的空腔120对齐。盖110的第一表面170可以与盖110的第二表面175相对。也就是说，盖110的第一表面170可以面向与盖110的第二表面175所面向的方向相反的方向。例如，盖的第二表面175面向壳体105，而盖110的第一表面170背向壳体105。盖110的第一表面170可以平行于盖110的第二表面175。盖110的第一表面170可以与盖110的第二表面175呈一定角度(例如，+/-15度)。
正极接头连接器165可以与正极连接器开口160的内表面绝缘。例如，正极连接器开口160可以包括在其侧壁215上的第一绝缘材料205，使得第一绝缘材料205将侧壁215与正极接头连接器165隔开。在盖110包括导电材料的情况下，第一绝缘材料可有利于降低正极接头连接器165电短路的风险。第一绝缘材料205可以不连续地存在于正极连接器开口160的侧壁215与正极接头连接器165之间，使得侧壁215的一部分和正极接头连接器165由空气而不是第一绝缘材料205隔开。第一绝缘材料205可以包括例如塑料、聚合物、玻璃或其它绝缘材料的材料。负极接头连接器145可以与负极连接器开口135的内表面绝缘。例如，负极连接器开口135可以包括在其侧壁220上的第二绝缘材料210，使得第二绝缘材料210将侧壁220与负极接头连接器145隔开。第二绝缘材料210可有利于在壳体105包括导电材料的情况下降低负极接头连接器145电短路的风险。第二绝缘材料210可以不连续地存在于负极连接器开口135的侧壁220与负极接头连接器145之间，使得侧壁220的一部分和负极接头连接器145由空气而不是第二绝缘材料210隔开。第二绝缘材料210可以包括例如塑料、聚合物、玻璃或其它绝缘材料。
绝缘层115可以沿着盖110和壳体105的周边定位于盖110的第二表面175和壳体105的第一表面125之间。绝缘层115可以直接联接到盖110的第二表面175和壳体105的第一表面125。绝缘层115可以从壳体105或盖110中的至少一个的周边向内延伸图2中所示的距离Lil。距离Lil可以等于1mm至4mm。绝缘层115可以沿比图2所示的从盖110和壳体105的周边更向内的位置定位。绝缘层115可以是连续的或者可以包括分离的部分。
图3描绘了电池模块100的示例性壳体105的俯视图。在该示例中，图3示出了壳体105的第一表面125，其限定了图2所示的空腔120的开口150。此外，图3示出了空腔基部表面130，其限定了容纳负极接头连接器145的负极连接器开口135。负极连接器开口135可以位于空腔基部表面130的中心附近，例如在空腔基部表面130的直径的10％内。在一些示例中，负极连接器开口135可以定位成从空腔基部表面130上的任何位置的中心偏移。例如，负极连接器开口135可以定位成与腔120中的电极结构的负终端对齐。负极连接器开口135或负极接头连接器145可以具有矩形形状，如图3所示。它们的形状可以是矩形以外的形状，例如圆形、椭圆形和多边形(规则或不规则)。它们的形状可以与电极结构的负极极耳端子的形状一致。负极连接器开口135的示例性宽度可以在2mm和8mm之间。负极连接器开口135的示例性长度可以在4mm和10mm之间。
开口150可以在壳体105的第一表面125的平面中具有直径Dc。作为示例，直径Dc可以在19mm和20mm之间。虽然图3示出了开口150和对应的空腔在壳体105的第一表面125的平面内具有圆形形状，但是开口150可以具有不同的形状，例如椭圆形、长圆形和多边形(规则或不规则)。开口150的形状和尺寸可以与待容纳在空腔120内的电极结构的形状和尺寸一致。例如，如果电极结构的形状是椭圆形，则开口150的形状可以是椭圆形，其尺寸大于电极结构的对应尺寸。开口的尺寸以及因此空腔120的横截面尺寸的尺寸可以设定为大小为比电极结构的相应尺寸大1mm至3mm或2mm。在空腔120和电极结构(180，图4)之间的间隙(195，图4)可以用电解质填充。在一些情况下，开口150的尺寸可以设定为使得它们与它们相应的电极结构(180，图4)的尺寸一致。也就是说，在空腔120的内表面和电极结构(180，图4)之间没有间隙，或者间隙为0mm。以这种方式，电极结构可以紧密地配合在空腔120内，并且可以通过电极结构(180，图4)的外表面和空腔120的内表面之间的摩擦而保持在其位置。这可以允许将电极结构(180，图4)安全地保持在空腔120内，并且降低电极结构(180，图4)在操作期间从空腔中出来的风险。作为示例，空腔120的直径可以等于或略小于(比如说0.5mm到1mm)它们相应的电极结构(180，图4)的直径。而图3示出了具有相同形状和尺寸的所有空腔120，在一些其它示例中，至少两个空腔可以在相同的壳体105内具有不同的形状或尺寸。
开口150和对应的空腔120可以布置成一组交错的行，如图3所示。开口150可以以网格状形式布置。与网格布置相比，交错布置可以允许在壳体105的第一表面125的给定表面积内有更多数量的空腔120。在另一示例中，开口150可以以不规则布局布置在壳体105的第一表面125上。相邻行的开口150可以间隔开距离Dr，该距离是在相邻行中的两个开口150的相应中心之间测量的。在一些示例中，行可以紧密地堆积，使得Dr小于开口150的直径。在一些示例中，距离Dr可以具有10mm和15mm之间的值。虽然图3示出每行四个开口150和11行，但是在一些示例中，可以使用每行不同数量的开口和不同数量的行。单行内的两个相邻开口150可以分隔开距离Do，该距离是在同一行中的两个开口150的相应中心之间测量的。在一些示例中，距离Do可以具有22mm和25mm之间的值。开口150可以具有直径Dc，其可具有19mm与22mm之间的值(或例如21mm的值，以容纳类似于21700电芯中所使用的电极结构)。开口150和壳体105内的对应空腔120可由间隙Gc隔开，其可具有0.8mm与1.5mm之间的值(或例如1.2mm的值)。壳体105可向形成于每个空腔120中的电池电芯提供与一个或多个相邻空腔120中的电池电芯的电绝缘和热绝缘。为了提供足够的绝缘(例如，对应的电池模块或电池组的爬电-电气间隙要求)，相邻开口150之间的间隙Gc可为至少0.8mm。
绝缘层115(图1和2)可以沿着壳体105的周边定位在壳体105的第一表面125上。参考图3，绝缘层115可以定位在壳体105的第一表面125上，使得绝缘层115覆盖壳体105的整个第一表面125，而不是形成开口150的地方。也就是说，绝缘层115可以沿着壳体105的周边以及开口150之间的间隙覆盖壳体105的第一表面125。这可以提供对应于开口150的各个空腔120的密封。绝缘层115可以仅覆盖壳体105的第一表面125的一部分，而不是全部。例如，绝缘层115可以仅覆盖壳体105的第一表面125的周边。
图4描绘了包括电极结构180的示例性电池模块100的横截面图。壳体105中的每个空腔120包括一个电极结构180。除了电极结构180之外，每个空腔120可以包括电解质。电极结构180和电解质与对应的空腔120组合形成电池电芯200。与包括金属容器和单独的盖帽以封闭电极结构和电解质的电池电芯不同，形成在壳体105中的电池电芯200不包括金属容器和盖帽。通过消除电池模块100中的电池电芯200的容器和盖帽，相对于包括容器和单独的盖帽的电池电芯配置，电池模块100可以具有减小的重量、降低的成本和减少的制造时间。电极结构180可以包括阳极和阴极。作为一个示例，电极结构180可以包括果冻卷型电极结构。可以使用除果冻卷之外的电极结构。例如，可以使用例如堆叠电极结构的电极结构，其中阳极、阴极和隔膜布置在单独的交替板中。该电极结构可以包括片状的阴极、隔膜和阳极的卷起的堆叠。例如，可以将片的堆叠卷成圆柱形电极结构，可以将其插入空腔120中。在一个示例中，阴极片可以包括铝，阳极片可以包括铜。每个阳极和阴极片可以包括极耳端子，该极耳端子例如沿着电极结构的纵向轴线从电极结构向外延伸。例如，除此之外，图4示出了从电极结构180的一端延伸的第一极耳端子，在此也称为正极极耳端子190。电极结构180可以包括从电极结构180的相对端延伸的第二极耳端子。第二极耳端子可以包括电极结构的负极极耳端子。
正极极耳端子190可以焊接到对应的正极接头连接器165，并且负极极耳端子可以焊接到对应的负极接头连接器145。将正极和负极极耳或端子焊接到其对应的正极和负极接头连接器，可以消除对引线接合作为提供电连接的方法的需要。焊接可以在结构上比引线接合更坚固，并且因此可以相对更可靠。结果，电极结构和接头连接器之间的电连接比引线接合相对更可靠。在一个示例中，正极极耳端子190可以包括例如铝的导电材料，而负极极耳可以包括例如铜的导电材料。在其它示例中，也可以使用其它导电材料。正极接头连接器165可以包括与正极极耳端子190相同的材料。类似地，负接接头连接器145可以包括与负极极耳端子相同的材料。为接头连接器和它们相应的极耳或端子使用相同的材料可以提供比使用不同材料时更强的焊接连接。可以使用各种焊接技术进行焊接，例如超声波焊、点焊和激光焊。焊接连接可以不包括除了包括在极耳端子和接头连接器中的那些材料之外的材料。例如，正极极耳端子190和正极接头连接器165之间的焊接连接除了包括在正极极耳端子190和正极接头连接器165中的那些材料之外，可以不包括例如焊料的材料。类似地，负极极耳端子和负极接头连接器145之间的焊接连接可以不包括除了包括在负极极耳端子和负极接头连接器145中的那些材料之外的材料。
在一些示例中，电极结构180可以定位在空腔120内，使得负极极耳端子而不是正极极耳端子190定位在开口150和盖110附近。盖110然后可以包括代替正极接头连接器165的负极接头连接器，并且壳体105可以包括正极接头连接器而不是负极接头连接器145。然后，负极极耳端子可以焊接到盖中的负极接头连接器，并且正极极耳端子可以焊接到壳体105中的正极接头连接器。在一个示例中，所有电极结构180可以定位成相同取向(即，正极极耳端子靠近开口150并且负极极耳端子靠近空腔基部表面130，或正极极耳端子靠近空腔基部表面130并且负极极耳端子靠近开口150)。在一些示例中，至少一个电极结构180可以以与另一个电极结构180的取向相反的取向定位。在这样的示例中，至少两个汇流条(至少一个用于正电压连接，并且至少一个用于负电压连接)可以定位在壳体的第二表面140上，并且至少两个汇流条可以定位在盖110的第一表面170上。
图5描绘了电池模块100的盖110的平面图。在该示例中，图5示出正极连接器开口160和正极接头连接器165的布置。图5所示的正极连接器开口160和正极接头连接器在盖110的第一表面170的平面内各具有矩形形状。然而，也可以采用其它形状，例如圆形、椭圆形、卵形或多边形(规则或不规则)。盖110可以具有长度Lc和宽度Wc，在一些示例中，其可以等于壳体105的长度Lh和宽度Wh。盖的长度Lc或宽度Wc可以不同于壳体105的长度Lh或宽度Wh。正极连接器开口160以交错模式布置成多行。正极连接器开口160和正极接头连接器165的布置可以类似于壳体105中的空腔120的布置，或者类似于正极极耳端子190的布置(例如，如图4所示)。然而，其它布置和模式也是可能的。在一些示例中，正极连接器开口160的行数和每行中的正极连接器开口160的数量可以等于空腔120(或开口150)的行数和每行中的空腔(或开口150)的数量。例如，如图3所示，壳体105包括每行四个开口150，总共十一行。类似地，参照图5，盖110包括每行四个正极连接器开口160，总共十一行。在一些示例中，正极连接器开口160的数量和正极连接器开口160的总行数可以不同于图5中所示的数量。相邻两行正极连接器开口160可以分隔开距离Dr。距离Dr可以与壳体105上的相邻两行开口150之间的距离相同(图3)。在同一行中的两个相邻正极连接器开口160可以分隔开距离Do。在一些示例中，距离Do可以与壳体105中的两个开口150的中心之间的距离相同(图3)。
在一个示例中，正极接头连接器165可从正极连接器开口160移除。这可以允许灵活地替换故障接头连接器，并且允许修复到正极极耳或端子190的故障焊接。可替代地，正极接头连接器165可以不可移动地固定在它们相应的正极连接器开口160中。正极接头连接器165的终止于盖110的第一表面170附近的端部可与第一表面170齐平。这可以提供平滑的表面，正极汇流条可以安装在该平滑的表面上。或者，正极接头连接器165可延伸超过盖110的第一表面170的平面。这可以提供正极接头连接器165的额外的表面积和高度，用于与正极汇流条电连接。正极接头连接器165可以使用焊料或焊接连接到汇流条。因此，正极接头连接器165和汇流条之间的电连接可以不包括任何引线接合。正极接头连接器165可以与正极连接器开口160的内壁或侧壁绝缘。例如，诸如塑料或环氧树脂的绝缘材料可以定位在正极接头连接器165和正极连接器开口160的内表面之间。这可以在盖110包括导电材料的情况下降低短路的风险。
图6描绘了电池模块100的示例性盖110的一部分的等距视图。图6示出了多个正极连接器开口160，其配置成容纳正极接头连接器(例如，165，图5)。正极连接器开口160可以在盖110的第一表面170和盖110的第二表面175之间延伸。
图7描绘了安装有电池模块100的示例性电动车辆705的横截面图700。电动车辆705可包括底盘710(在本文中有时称为框架、内部框架或支撑结构)。底盘710可以支撑电动车辆705的各种部件。底盘710可以跨越电动车辆705的前部715(有时本文称为发动机罩或顶盖部分)、主体部分720和后部725(有时本文称为行李舱部分)。前部715可以在前保险杠和前轮舱之间延伸。主体部分720可以在前轮舱和后轮舱之间延伸。后部725可以在后轮舱和后保险杠之间延伸。一个或多个电池模块100可以安装或放置在电动车辆705内。电池模块100可以在前部715、主体部分720(如图7所示)或后部725内安装在电动车辆705的底盘710上。第一汇流条730和第二汇流条735可以连接或以其他方式电联接到电动车辆705的其他电气部件以提供电力。例如，第一汇流条可以电连接到暴露在盖110的第一表面170上的正极接头连接器165(图5)，并且第二汇流条可以电连接到暴露在壳体105的第二表面140上的负极接头连接器145。结果，一个或多个电池电芯(图4，200)的正极极耳端子可以在不包括任何引线接合的情况下连接到第一汇流条，并且一个或多个电池电芯(图4，200)的负极极耳端子可以在不包括任何引线接合的情况下连接到第二汇流条。第一汇流条和第二汇流条可以提供用于电流流向电池电芯和从电池电芯流出的路径。
图8描绘了提供用于电动车辆的电池模块的示例性方法800。在该示例中，方法800包括形成具有多个空腔的壳体(动作805)。例如，壳体105可以形成为具有空腔120。作为示例，壳体105可以使用模制工艺形成，例如注射成型、吹塑成型、或模压成型等技术，以形成空腔120。作为另一示例，空腔120可以钻入壳体105的第一表面125中。另外，为了形成空腔120，负极连接器开口135可以使用与用于形成空腔120的模制或钻孔工艺类似的工艺形成。
方法800包括在壳体的多个空腔中容纳或保持电极结构(动作810)。电极结构180插入到空腔120中。作为示例，插入可以通过自动拾取和放置机器来执行。可以以这样的方式插入电极结构180，使得首先插入电极结构的具有负极极耳或电极的端部。作为示例，电解质可以设置在多个空腔120中的每一个内。电极结构180的外表面的至少一部分可以与对应的空腔120的壁物理接触，这可以提供摩擦效应以帮助将电极结构180保持在对应的空腔120内的位置中。
方法800可以包括将电极结构的正极极耳和负极极耳焊接到接头连接器(动作815)。例如，参照图4，电极结构180的正极极耳端子190可以焊接到正极接头连接器165。另外，负极极耳端子(未示出)可以焊接到负极接头连接器145。在一些情况下，在将正极极耳端子焊接到正极接头连接器165之前，负极极耳端子可以焊接到负极接头连接器145。可替代地，在将负极极耳端子焊接到负极接头连接器145之前，正极极耳端子可以焊接到正极接头连接器165。作为示例，可以利用超声波焊将极耳或端子焊接到接头连接器。然而，也可以利用其它焊接技术，例如激光焊接。正极极耳端子190的形状和结构可以设计或配置成将对应的电极结构180支撑或保持在对应的空腔120内的位置中。例如，正极极耳端子190可以结合弹簧结构，该弹簧结构施加从盖110传递的力以将电极结构180紧贴地按压或保持在对应的空腔基部表面130上。
方法800可以包括覆盖和密封壳体(动作820)。例如，图1、2和4描绘了一个示例，其中盖110布置在壳体105上并使用绝缘层115密封。“布置在……上”可以包括盖110通过中间绝缘层115联接到壳体105。“布置在……上”可以包括盖110直接联接到壳体105而没有中间绝缘层115。作为示例，玻璃或环氧树脂材料可以用于形成绝缘层115。处于熔融或半固体流体状态的玻璃或环氧树脂可以施加到壳体105的第一表面125或盖110的第二表面175。然后，盖110可以定位在玻璃或环氧树脂上。然后，可以允许玻璃或环氧树脂冷却，并围绕盖110和壳体105之间的界面形成密封。
尽管在附图中以特定顺序描绘了操作，但是这样的操作不需要以所示的特定顺序或以顺序执行，并且不需要执行所有示出的操作。可以以不同的顺序执行本文所述的动作。
现在已经描述了一些说明性实施方式，很明显，前述内容是说明性的而非限制性的，已经通过示例的方式呈现。具体地，尽管本文呈现的许多示例涉及方法动作或系统元件的特定组合，但是那些动作和那些元件可以以其他方式组合以实现相同的目的。结合一个实施方式讨论的动作、元件和特征不旨在排除在其他实施方式或实施方式中的类似角色之外。
本文使用的措辞和术语是为了描述的目的，而不应认为是限制。在此使用的“包括”、“包含”、“具有”、“含有”、“涉及”、“特征在于”及其变型，意味着包括其后列出的项目、其等价物和附加项目，以及由其后列出的项目排他性地组成的替代实施方式。在一个实施方式中，本文描述的系统和方法由一个、多于一个的每个组合、或所有描述的元素、动作或部件组成。
对本文以单数形式指代的系统和方法的实施方式或元素或动作的任何引用也可以涵盖包括多个这些元素的实施方式，并且对本文的任何实施方式或元素或动作的任何复数引用也可以涵盖仅包括单个元素的实施方式。单数或复数形式的引用不旨在将本公开的系统或方法、其部件、动作或元素限制为单个或复数配置。对基于任何信息、动作或元素的任何动作或元素的引用可以包括其中动作或元素至少部分地基于任何信息、动作或元素的实施方式。
本文公开的任何实施方式可以与任何其他实施方式或实施例组合，并且对“实施方式”、“一些实施方式”、“一个实施方式”等的引用不一定是相互排斥的，并且旨在指示结合实施方式描述的特定特征、结构或特性可以被包括在至少一个实施方式或实施例中。这里使用的这些术语不一定全部指相同的实施方式。任何实施方式可以以与本文公开的方面和实施方式一致的任何方式与任何其他实施方式组合，包括地或排他地。
对“或”的引用可以解释为包括性的，使得使用“或”描述的任何术语可以指示单个、多于一个、以及所有所描述的术语中的任何一个。例如，对“‘A’和‘B’中的至少一个”的引用可以仅包括“A”、仅包括“B”、以及包括“A”和“B”。结合“包括”或其它开放术语使用的这些引用可包括附加项目。
在附图、详细描述或任何权利要求中的技术特征之后跟随有附图标记的情况下，包括附图标记以增加附图、详细描述和权利要求的可理解性。因此，附图标记或它们的不存在对任何权利要求要素的范围都没有任何限制作用。
在本质上不脱离本文公开的主题的教导和优点的情况下，可以发生所述元素和动作的修改，例如各种元素的大小、尺寸、结构、形状和比例、参数值、安装排列、材料的使用、颜色、取向的变化。例如，示出为一体形成的元件可由多个部件或元件构成，元件的位置可颠倒或以其它方式改变，且离散元件的性质或数目或位置可改变或变化。在不脱离本公开的范围的情况下，还可以在所公开的元件和操作的设计、操作条件和排列中进行其它替换、修改、改变和省略。
在不脱离本发明的特征的情况下，本文所述的系统和方法可以以其它特定形式来实施。因此，本文所述的系统和方法的范围由所附权利要求而不是前述说明书来指示，并且在权利要求的等同方案的含义和范围内的变化被包含在其中。
在不脱离本发明的特征的情况下，本文所述的系统和方法可以以其它特定形式来实施。例如，可以颠倒对正负电特性的描述。例如，描述为负元件的元件可以替代地配置为正元件，并且描述为正元件的元件可以替代地配置为负元件。进一步的相对平行、平面、垂直、竖直或其它定位或取向描述包括在纯竖直、平面、平行或垂直定位的+/-10％或+/-10度内的变化。除非另外明确地指示，对“大约”、“约”、“基本上”或其它程度术语的引用包括相对于给定测量、单位或范围的+/-10％的变化。联接的元件可以直接或通过中间元件电联接、机械联接或物理联接至彼此。因此，本文所述的系统和方法的范围由所附权利要求而不是前述说明书来指示，并且在权利要求的等同方案的含义和范围内的变化被包含在其中。

Claims (20)

1.一种用于电动车辆的电池组的电池模块，所述电池模块包括：
具有长度、宽度和高度的壳体，所述壳体的第一表面限定多个开口到沿着所述壳体的高度延伸的多个空腔；
定位在所述多个空腔中的多个电极结构，每个电极结构包括第一极耳端子和第二极耳端子；以及
盖，所述盖的长度等于所述壳体的长度，所述盖的宽度等于所述壳体的宽度，所述盖布置在所述壳体的所述第一表面上，所述盖包括多个第一接头连接器，所述多个第一接头连接器沿所述盖的高度在所述盖的所述第一表面和所述盖的相对的第二表面之间延伸，所述多个第一接头连接器焊接到所述多个电极结构的相应的第一极耳端子。
2.根据权利要求1所述的电池模块，包括：
多个第二接头连接器，所述多个第二接头连接器在所述多个空腔的相应的空腔基部表面与所述壳体的第二表面之间延伸，所述壳体的所述第二表面与所述壳体的所述第一表面相对，所述多个第二接头连接器焊接到所述多个电极结构的相应的第二极耳端子。
3.根据权利要求2所述的电池模块，包括：
多个第二接头连接器开口，所述多个第二接头连接器开口在所述多个空腔的相应的空腔基部表面与所述壳体的所述第二表面之间延伸，所述多个第二接头连接器开口容纳所述多个第二接头连接器；以及
多个绝缘材料，所述多个绝缘材料位于所述多个第一接头连接器开口的侧壁与相应的多个第二接头连接器之间的所述多个第二接头连接器开口中。
4.根据权利要求1所述的电池模块，包括：
多个第一接头连接器开口，所述多个第一接头连接器开口在所述盖的所述第一表面与所述盖的所述第二表面之间延伸，所述多个第一接头连接器开口容纳所述多个第一接头连接器；以及
多个绝缘材料，所述多个绝缘材料位于所述多个第一接头连接器开口的侧壁与相应的多个第一接头连接器之间的所述多个第一接头连接器开口中。
5.根据权利要求1所述的电池模块，包括：
汇流条，所述汇流条定位在所述盖的所述第一表面上，所述汇流条在没有引线接合的情况下电连接到所述多个第一接头连接器中的至少两个的端部，所述端部与连接到所述多个第一极耳端子中的相应的至少两个第一极耳端子的所述多个第一接头连接器的端部相对，所述汇流条在所述多个第一接头连接器中的所述至少两个与电动车辆之间承载电流。
6.根据权利要求1所述的电池模块，包括：
多个第二接头连接器，所述多个第二接头连接器在所述多个空腔的空腔基部表面与所述壳体的第二表面之间延伸，所述多个第二接头连接器焊接到相应的第二极耳端子；以及
汇流条，所述汇流条定位在所述壳体的第二表面上，所述汇流条在没有引线接合的情况下电连接到所述多个第二接头连接器中的至少两个的端部，所述端部与连接到所述多个第二极耳端子中的相应的至少两个第二极耳端子的所述多个第二接头连接器的端部相对，所述汇流条在所述多个第二接头连接器中的所述至少两个与电动车辆之间承载电流。
7.根据权利要求1所述的电池模块，包括：
绝缘层，所述绝缘层位于所述壳体的所述第一表面的至少一部分和所述盖的所述第二表面的至少一部分之间，所述绝缘层沿所述壳体的所述第一表面的周边的至少一部分定位。
8.根据权利要求7所述的电池模块，其中，所述绝缘层包括玻璃。
9.根据权利要求7所述的电池模块，其中，所述绝缘层将所述盖密封到所述壳体。
10.根据权利要求1所述的电池模块，其中，所述多个空腔中的至少一个的直径大于所述多个电极结构中的对应的至少一个的直径。
11.根据权利要求1所述的电池模块，其中，所述多个空腔中的至少一个空腔的内表面与对应的电解质之间的间隙在0毫米和1毫米之间。
12.根据权利要求1所述的电池模块，其中，所述多个空腔的数量在20和100之间。
13.根据权利要求1所述的电池模块，其中，所述壳体的所述第一表面上的所述多个开口是圆形、矩形和长圆形中的至少一个。
14.根据权利要求1所述的电池模块，其中，所述盖与所述壳体的所述第一表面之间的间隙为1毫米至5毫米。
15.根据权利要求1所述的电池模块，包括：
多个第一极耳端子，所述多个第一极耳端子在所述多个电极结构与相应的多个接头连接器之间延伸2毫米和7毫米之间的距离。
16.根据权利要求1所述的电池模块，其中，所述多个空腔中的至少一个的直径不等于所述多个空腔中的另一个的直径。
17.根据权利要求1所述的电池模块，其中，所述多个空腔中的至少两个空腔分隔开不超过1.5毫米。
18.一种提供用于电动车辆的电池组的电池模块的方法，包括：
形成具有长度、宽度和高度的壳体，所述壳体的第一表面限定多个开口到沿着所述壳体的高度延伸的多个空腔；
将多个电极结构定位在所述多个空腔中，每个电极结构包括第一极耳端子和第二极耳端子；以及
将盖布置在所述壳体的所述第一表面上，所述盖的长度等于所述壳体的长度，所述盖的宽度等于所述壳体的宽度，所述盖包括多个第一接头连接器，所述多个第一接头连接器沿所述盖的高度在所述盖的所述第一表面和所述盖的相对的第二表面之间延伸，所述多个第一接头连接器焊接到所述多个电极结构的相应的第一极耳端子。
19.根据权利要求18所述的方法，包括：
提供多个第二接头连接器，所述多个第二接头连接器在所述多个空腔的空腔基部表面和所述壳体的第二表面之间延伸，所述壳体的所述第二表面与所述壳体的所述第一表面相对；以及
将所述多个第二接头连接器焊接到所述多个电极结构的相应的第二极耳端子。
20.一种方法，包括：
提供电动车辆的电池组的电池模块，所述电池模块包括：
具有长度、宽度和高度的壳体，所述壳体的第一表面限定多个开口到沿着所述壳体的高度延伸的多个空腔；
定位在所述多个空腔中的多个电极结构，每个电极结构包括第一极耳端子和第二极耳端子；以及
盖，所述盖的长度等于所述壳体的长度，所述盖的宽度等于所述壳体的宽度，所述盖布置在所述壳体的所述第一表面上，所述盖包括多个第一接头连接器，所述多个第一接头连接器沿所述盖的高度在所述盖的所述第一表面和所述盖的相对的第二表面之间延伸，所述多个第一接头连接器焊接到所述多个电极结构的相应的第一极耳端子。
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