CN112652863A - 连接电池阵列中的电池单元的方法 - Google Patents

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Abstract

本公开提供了“连接电池阵列中的电池单元的方法”。一种方法和设备除了其他之外包括多个电池单元，所述多个电池单元彼此相邻地放置，使得来自一个电池单元的电池单元接片与来自相邻电池单元的电池单元接片重叠以形成一组重叠的电池单元接片。每组重叠的电池单元接片在连接接口处直接彼此接合。电压感测电路直接附接到所述电池单元接片。

Description

连接电池阵列中的电池单元的方法
技术领域
本公开总体涉及一种连接电动化车辆的电池阵列中的电池单元的方法。
背景技术
当前的阵列配置利用互连板总成(ICB)来促进使用铜母线的电池单元到电池单元的附接。所述ICB是在阵列组装期间焊接到所述电池单元端子的塑料和金属部件。在安装在阵列中之前，ICB的塑料部件用于将母线保持在适当位置中。一旦电池单元焊接到ICB总成，母线的功能是提供从电池单元到电动化车辆部件的电气路径。
发明内容
一种根据本公开的示例性方面的方法除了其他之外包括(a)将电池单元彼此相邻地放置，使得来自一个电池单元的至少一个电池单元接片与来自相邻电池单元的至少一个电池单元接片重叠；(b)将重叠的电池单元接片直接彼此接合；(c)将所述电池单元置于最终的组装位置中；以及(d)将电压感测电路直接安装到所述电池单元接片。
在前述方法的另一个非限制性实施例中，步骤(c)包括折叠所述电池单元。
在前述方法中的任一种的另一个非限制性实施例中，所述一个电池单元具有包括铝材料的第一电池单元接片，并且所述相邻电池单元具有包括铜材料的第二电池单元接片，并且所述方法包括将所述第一电池单元接片置于所述第二电池单元接片上方，使得所述第一电池单元接片直接面对激光焊接工具。
在前述方法中的任一种的另一个非限制性实施例中，步骤(b)包括下列接合方法中的一种：超声波焊接、激光焊接、紧固、铆接或粘附。
在前述方法中的任一种的另一个非限制性实施例中，所述电池单元包括至少一个第一电池单元和至少一个第二电池单元，并且所述方法包括紧邻所述至少一个第一电池单元放置所述至少一个第二电池单元，使得所述至少一个第一电池单元和所述至少一个第二电池单元的所述电池单元接片彼此重叠。
在前述方法中的任一种的另一个非限制性实施例中，所述至少一个第一电池单元包括多个第一电池单元，其堆叠在彼此顶部上以形成第一电池单元堆，并且其中所述至少一个第二电池单元包括多个第二电池单元，其堆叠在彼此顶部上以形成第二电池单元堆，并且所述方法包括紧邻所述第一电池单元堆放置所述第二电池单元堆，使得所述第一电池单元堆和所述第二电池单元堆的所述电池单元接片彼此重叠。
在前述方法中的任一种的另一个非限制性实施例中，所述方法包括(e)将所述电池单元安装到阵列中，以及(f)将电缆连接到所述电池单元的电池单元端子，以将所述阵列连接到组接线线束或传感器模块。
在前述方法中的任一种的另一个非限制性实施例中，步骤(d)包括使用超声波焊接将所述电压感测电路直接连接到所述电池单元接片。
在前述方法中的任一种的另一个非限制性实施例中，步骤(d)包括使用导电铆钉将所述电压感测电路直接连接到所述电池单元接片。
一种根据本公开的又一个示例性方面的方法除了其他之外包括(a)将电池单元彼此相邻地放置，使得来自一个电池单元的至少一个电池单元接片与来自相邻电池单元的至少一个电池单元接片重叠；(b)将重叠的电池单元接片直接彼此接合；(c)将所述电池单元折叠在最终的组装位置中；以及(d)将电压感测电路直接安装到所述电池单元接片。
在前述方法中的任一种的另一个非限制性实施例中，步骤(b)包括将所述电池单元接片彼此激光焊接、超声波焊接、紧固、铆接或粘附。
在前述方法中的任一种的另一个非限制性实施例中，所述电池单元包括至少一个第一电池单元和至少一个第二电池单元，并且所述方法包括紧邻所述至少一个第一电池单元放置所述至少一个第二电池单元，使得所述至少一个第一电池单元和所述至少一个第二电池单元的所述电池单元接片彼此重叠。
在前述方法中的任一种的另一个非限制性实施例中，其中所述至少一个第一电池单元包括多个第一电池单元，其堆叠在彼此顶部上以形成第一电池单元堆，并且其中所述至少一个第二电池单元包括多个第二电池单元，其堆叠在彼此顶部上以形成第二电池单元堆，并且所述方法包括紧邻所述第一电池单元堆放置所述第二电池单元堆，使得所述第一电池单元堆和所述第二电池单元堆的所述电池单元接片彼此重叠。
在前述方法中的任一种的另一个非限制性实施例中，所述方法包括(e)将所述电池单元安装到阵列中，以及(f)将电缆连接到所述电池单元的电池单元端子，以将所述阵列连接到组接线线束或传感器模块。
在前述方法中的任一种的另一个非限制性实施例中，步骤(d)包括使用超声波焊接将所述电压感测电路直接连接到所述电池单元接片。
在前述方法中的任一种的另一个非限制性实施例中，步骤(d)包括使用导电铆钉将所述电压感测电路直接连接到所述电池单元接片。
根据本公开的另一个示例性方面的一种设备除了其他之外包括多个电池单元，所述多个电池单元彼此相邻地放置，使得来自一个电池单元的电池单元接片与来自相邻电池单元的电池单元接片重叠以形成一组重叠的电池单元接片。每组重叠的电池单元接片在连接接口处直接彼此接合。电压感测电路直接附接到所述电池单元接片。
在前述设备的另一个非限制性实施例中，所述电池单元包括至少一个第一电池单元和至少一个第二电池单元，并且其中紧邻所述至少一个第一电池单元放置所述至少一个第二电池单元，使得所述至少一个第一电池单元和所述至少一个第二电池单元的所述电池单元接片在使所述电池单元接片彼此接合之前彼此重叠。
在前述设备中的任一种的另一个非限制性实施例中，所述至少一个第一电池单元包括多个第一电池单元，其堆叠在彼此顶部上以形成第一电池单元堆，并且其中所述至少一个第二电池单元包括多个第二电池单元，其堆叠在彼此顶部上以形成第二电池单元堆，并且其中紧邻所述第一电池单元堆放置所述第二电池单元堆，使得所述第一电池单元堆和所述第二电池单元堆的所述电池单元接片在使所述电池单元接片彼此接合之前彼此重叠。
在前述设备中的任一种的另一个非限制性实施例中，所述电池单元定位在阵列内，并且所述设备包括电缆，所述电缆连接到所述电池单元的电池单元端子以将所述阵列连接到组接线线束或传感器模块。
前述段落、权利要求或以下描述和附图的实施例、示例和替代方案(包括它们的各种方面或相应各个特征中的任何一个)可独立地或以任何组合形式采用。接合一个实施例描述的特征适用于所有实施例，除非此类特征是不相容的。
附图说明
根据具体实施方式，所公开的示例的各种特征和优点对于本领域技术人员而言将变得显而易见。随附于具体实施方式的附图可以简要地描述如下：
图1A示出了紧邻另一个电池单元放置的一个电池单元。
图1B类似于图1A，但是示出了彼此相邻放置的电池单元的堆叠。
图2A示意性地示出了使用超声波焊接将图1A的重叠电池单元接片直接彼此连接。
图2B示意性地示出了使用超声波焊接将图1B的重叠电池单元接片直接彼此连接。
图3A示出了在电池单元已经被激光焊接和折叠以用于图1A的配置之后的电池单元到电池单元的连接。
图3B示出了在电池单元已经被激光焊接和折叠以用于图1B的配置之后的电池单元到电池单元的连接。
图4是用于图1A和图1B的配置的一种示例性组装方法的流程图。
图5示意性地示出了用于图1B的配置的折叠过程。
图6是用于图5的电池单元的最终组装配置。
具体实施方式
本公开详述了一种连接电动化车辆的电池阵列中的电池单元的方法。图1A示出了多个电池单元10，其各自具有第一端部12和相对的第二端部14。一个或多个电池单元接片16位于第一端部12和第二端部14处。每个电池单元10具有正电池单元接片(+)和负电池单元接片(-)，如图1A和图1B所示。例如，第一电池单元10a包括在第一端部12处的至少一个第一电池单元接片16a和在第二端部14处的至少一个第二电池单元接片16b。第一相邻电池单元10b包括在第二端部14处的第三电池单元接片16c，并且第二相邻电池单元10c包括在第一端部12处的第四电池单元接片16d。
一种将第一相邻电池单元10b和第二相邻电池单元10c连接到第一电池单元10a的方法包括下列步骤。电池单元10a、10b、10c彼此相邻地放置，使得来自第一电池单元10a的电池单元接片16a、16b与来自相邻电池单元10b、10c的相应的电池单元接片16c、16d重叠。因此，在第一电池单元10a的第一端部12处的第一电池单元接片16a与在第一相邻电池单元10b的第二端部14处的第三电池单元接片16c重叠，并且在第一电池单元10a的第二端部14处的第二电池单元接片16b与在第二相邻电池单元10c的第一端部12处的第四电池单元接片16d重叠。
图1A示出了一个示例，其中电池单元10包括单个电池单元10a、10b、10c，其彼此相邻地放置，使得其相应的电池单元接片重叠。图1B示出了另一个示例，其中电池单元10包括多个第一电池单元10a，其堆叠在彼此顶部上以形成第一电池单元堆S1；多个第二电池单元10b，其堆叠在彼此顶部上以形成第二电池单元堆S2；以及多个第三电池单元10c，其堆叠在彼此顶部上以形成第三电池单元堆S3。电池单元堆S1、S2、S3彼此相邻地放置，使得在使所述电池单元接片彼此接合之前使其相应的电池单元接片彼此重叠。
接下来，对于图1A至图1B的每个示例性配置而言，重叠的电池单元接片16a/16c和16b/16d通过直接彼此焊接而彼此连接。该连接过程可以使用例如激光焊接或超声波焊接，或者通过包括例如粘附、紧固、铆接、螺栓连接等的其他接合技术来实现。图2A至图2B示出了超声波焊接的示例。在一个示例中，背板18将铁砧20支撑在重叠的电池单元接片16a、16c的第一侧22上，并且具有换能器26的超声波发生器24定位在重叠的电池单元接片16a、16c的相对的第二侧28上。电源30将低频电转换为高频电，并且换能器26将高频电改变为高频声音。超声波发生器24将超声波振动聚焦在由铁砧20保持的重叠的电池单元接片16a、16c处，并且将接片16a、16c焊接在一起。
一旦已将所有重叠的电池单元接片16焊接在一起以用于所有电池单元10，则将电池单元10置于最终的组装位置中。在一个示例中，电池单元10在重叠的接片16的接合区域32处折叠，如在图3A至图3B中所示。因此，为重叠的接片16提供用于每个接合区域32的焊接接口34。在图3A至图3B所示的示例中，重叠接片16具有平坦部分36，其中设置有焊接接口34，并且第一电池单元接片16a在第一电池单元10的第一端部12处的第一折叠边缘38处折叠。第三电池单元接片16c在第一相邻电池单元10b的第二端部14处的第二折叠边缘40处折叠。这防止了在焊接接口34位置处折叠。
图4示出了用于图1A至1B的示例配置中的每一个的示例组装过程的流程图。在步骤50处，电池单元10a、10b、10c彼此相邻地布置，使得来自第一电池单元10a的电池单元接片16a、16b与来自相邻电池单元10b、10c的相应的电池单元接片16c、16d重叠，如上文所述。在该示例中，激光器52用于将电池单元接片16直接彼此连接。在一个示例中，第一电池单元接片16a包括铝材料，并且第一相邻的电池单元10具有包括铜材料的第三电池单元接片16c。第一电池单元接片16a置于第三电池单元接片16c上方，使得第一电池单元接片16a直接面对激光器52。电源30为激光器52供电以将重叠的接片直接彼此焊接。通过将铝接片放置在顶部，激光器52使用较少的功率，这可能是有利的；然而，还存在也会影响所需的焊接功率的其他因素。也可以使用其中铜电池单元接片在顶部上的相反配置；然而，这种配置将需要附加功率。
在步骤60处，重叠的接片16以期望的电气配置直接彼此焊接，使得在每个接合区域32处存在焊接接口34。在步骤70处，随后以交替的方式将电池单元10折叠到最终的折叠组装位置中。图5和图6示出了用于第一电池单元堆S1、第二电池单元堆S2和第三电池单元堆S3的折叠过程。一个焊接接口34用于将第一电池单元堆S1的接片连接到第二电池单元堆S2，并且一个焊接接口34用于将第一电池单元堆S1的接片连接到第三电池单元堆S3。
在步骤80处，电压感测电路直接安装到电池单元接片16。在一个示例中，电压感测电路包括如图所示的柔性印刷电路板(PCB)82；然而，也可以使用其他类型的电压感测电路。如已知的，柔性PCB 82用于感测/监测电池单元的特性。然后，将折叠的电池单元10安装到阵列84中，如在步骤90处所示。阵列84包括保护电池单元10的外壳或壳体92。
在一个示例中，扁平柔性电缆(FFC)94连接到柔性PCB 82，以将阵列84连接到附加电气部件96，例如诸如接线线束或传感器模块。将柔性PCB 82直接连接到电池单元接片16的步骤可以通过使用超声波焊接或导电铆钉来完成，如图4中98处所示。
当前的阵列配置利用单独的ICB总成来促进使用铜母线的电池单元至电池单元的附接。通过将电池单元接片直接彼此接合，通过消除由塑料和铜母线制成的ICB总成，显著节约了金属成本和减轻了重量。本公开通过完全移除母线材料，以及将母线支撑在正确位置中以用于接片附接所需的结构来进一步减轻重量。由于完全消除了用于ICB的铜和塑料的量，因此成本节约也是显著的。
附加益处包括以下。阵列和组能量密度增加。此外，阵列更易于制造。随着焊缝厚度减小，直接的接片到接片的焊接更加有效。接片也更易于直接压到彼此上，这减小了孔隙率并且减少了其他焊接问题。制造过程也对自动化处理更加开放，这是因为其不再需要在焊接之前将电池单元接片穿过ICB。还更易于满足爬电和间隙要求，这是因为要封装的部件较少，并且连接更加可靠，这是因为存在较少的零件和连接接口。
尽管在本公开的附图中示出了特定的部件关系，但图示并不意图限制本公开。换句话说，所示的各种部件的放置和取向可在本公开的范围内变化。此外，随附于本公开的各种附图不一定按比例绘制，并且一些特征可能被放大或最小化以示出特定部件的某些细节。
前文描述在本质上是示例性的而非限制性的。对所公开的示例作出的变化和修改对于本领域技术人员而言可能变得显而易见，所述变化和修改不一定脱离本公开的本质。因此，赋予本公开的法律保护范围只能通过研究所附权利要求来确定。
根据本发明，一种方法包括(a)将电池单元彼此相邻地放置，使得来自一个电池单元的至少一个电池单元接片与来自相邻电池单元的至少一个电池单元接片重叠；(b)将重叠的电池单元接片直接彼此接合；(c)将所述电池单元置于最终的组装位置中；以及(d)将电压感测电路直接安装到所述电池单元接片。
在本发明的一个方面中，步骤(c)包括折叠所述电池单元。
在本发明的一个方面中，所述一个电池单元具有包括铝材料的第一电池单元接片，并且所述相邻电池单元具有包括铜材料的第二电池单元接片，并且所述方法包括将所述第一电池单元接片置于所述第二电池单元接片上方，使得所述第一电池单元接片直接面对激光焊接工具。
在本发明的一个方面中，步骤(b)包括下列接合方法中的一种：超声波焊接、激光焊接、紧固、铆接或粘附。
在本发明的一个方面中，所述电池单元包括至少一个第一电池单元和至少一个第二电池单元，并且所述方法包括紧邻所述至少一个第一电池单元放置所述至少一个第二电池单元，使得所述至少一个第一电池单元和所述至少一个第二电池单元的所述电池单元接片彼此重叠。
在本发明的一个方面中，所述至少一个第一电池单元包括多个第一电池单元，其堆叠在彼此顶部上以形成第一电池单元堆，并且其中所述至少一个第二电池单元包括多个第二电池单元，其堆叠在彼此顶部上以形成第二电池单元堆，并且所述方法包括紧邻所述第一电池单元堆放置所述第二电池单元堆，使得所述第一电池单元堆和所述第二电池单元堆的所述电池单元接片彼此重叠。
在本发明的一个方面中，所述方法包括(e)将所述电池单元安装到阵列中，以及(f)将电缆连接到所述电池单元的电池单元端子，以将所述阵列连接到组接线线束或传感器模块。
在本发明的一个方面中，步骤(d)包括使用超声波焊接将所述电压感测电路直接连接到所述电池单元接片。
在本发明的一个方面中，步骤(d)包括使用导电铆钉将所述电压感测电路直接连接到所述电池单元接片。
根据本发明，一种方法包括(a)将电池单元彼此相邻地放置，使得来自一个电池单元的至少一个电池单元接片与来自相邻电池单元的至少一个电池单元接片重叠；(b)将重叠的电池单元接片直接彼此接合；(c)将所述电池单元折叠在最终的组装位置中；以及(d)将电压感测电路直接安装到所述电池单元接片。
在本发明的一个方面中，步骤(b)包括将所述电池单元接片彼此激光焊接、超声波焊接、紧固、铆接或粘附。
在本发明的一个方面中，所述电池单元包括至少一个第一电池单元和至少一个第二电池单元，并且所述方法包括紧邻所述至少一个第一电池单元放置所述至少一个第二电池单元，使得所述至少一个第一电池单元和所述至少一个第二电池单元的所述电池单元接片彼此重叠。
在本发明的一个方面中，所述至少一个第一电池单元包括多个第一电池单元，其堆叠在彼此顶部上以形成第一电池单元堆，并且其中所述至少一个第二电池单元包括多个第二电池单元，其堆叠在彼此顶部上以形成第二电池单元堆，并且所述方法包括紧邻所述第一电池单元堆放置所述第二电池单元堆，使得所述第一电池单元堆和所述第二电池单元堆的所述电池单元接片彼此重叠。
在本发明的一个方面中，所述方法包括(e)将所述电池单元安装到阵列中，以及(f)将电缆连接到所述电池单元的电池单元端子，以将所述阵列连接到组接线线束或传感器模块。
在本发明的一个方面中，步骤(d)包括使用超声波焊接将所述电压感测电路直接连接到所述电池单元接片。
在本发明的一个方面中，步骤(d)包括使用导电铆钉将所述电压感测电路直接连接到所述电池单元接片。
根据本发明，提供了一种设备，所述设备具有多个电池单元，所述多个电池单元彼此相邻地放置，使得来自一个电池单元的电池单元接片与来自相邻电池单元的电池单元接片重叠以形成一组重叠的电池单元接片，并且其中每组重叠的电池单元接片在连接接口处直接彼此接合；以及电压感测电路，所述电压感测电路直接附接到所述电池单元接片。
根据一个实施例，所述电池单元包括至少一个第一电池单元和至少一个第二电池单元，并且其中紧邻所述至少一个第一电池单元放置所述至少一个第二电池单元，使得所述至少一个第一电池单元和所述至少一个第二电池单元的所述电池单元接片在使所述电池单元接片彼此接合之前彼此重叠。
根据一个实施例，所述至少一个第一电池单元包括多个第一电池单元，其堆叠在彼此顶部上以形成第一电池单元堆，并且其中所述至少一个第二电池单元包括多个第二电池单元，其堆叠在彼此顶部上以形成第二电池单元堆，并且其中紧邻所述第一电池单元堆放置所述第二电池单元堆，使得所述第一电池单元堆和所述第二电池单元堆的所述电池单元接片在使所述电池单元接片彼此接合之前彼此重叠。
根据一个实施例，所述电池单元定位在阵列内，并且所述设备包括电缆，所述电缆连接到所述电池单元的电池单元端子以将所述阵列连接到组接线线束或传感器模块。

Claims (15)

1.一种方法，其包括：
(a)将电池单元彼此相邻地放置，使得来自一个电池单元的至少一个电池单元接片与来自相邻电池单元的至少一个电池单元接片重叠；
(b)将重叠的电池单元接片直接彼此接合；
(c)将所述电池单元置于最终的组装位置中；以及
(d)将电压感测电路直接安装到所述电池单元接片。
2.根据权利要求1所述的方法，其中步骤(c)包括折叠所述电池单元。
3.根据权利要求1所述的方法，其中所述一个电池单元具有第一电池单元接片，所述第一电池单元接片包括铝材料，并且所述相邻的电池单元具有第二电池单元接片，所述第二电池单元接片包括铜材料，并且所述方法包括将所述第一电池单元接片置于所述第二电池单元接片上方，使得所述第一电池单元接片直接面对激光焊接工具。
4.根据权利要求1所述的方法，其中步骤(b)包括下列接合方法中的一种：超声波焊接、激光焊接、紧固、铆接或粘附。
5.根据权利要求1所述的方法，其中所述电池单元包括至少一个第一电池单元和至少一个第二电池单元，并且所述方法包括紧邻所述至少一个第一电池单元放置所述至少一个第二电池单元，使得所述至少一个第一电池单元和所述至少一个第二电池单元的所述电池单元接片彼此重叠。
6.根据权利要求5所述的方法，其中所述至少一个第一电池单元包括多个第一电池单元，其堆叠在彼此顶部上以形成第一电池单元堆，并且其中所述至少一个第二电池单元包括多个第二电池单元，其堆叠在彼此顶部上以形成第二电池单元堆，并且所述方法包括紧邻所述第一电池单元堆放置所述第二电池单元堆，使得所述第一电池单元堆和所述第二电池单元堆的所述电池单元接片彼此重叠。
7.根据权利要求1所述的方法，其还包括：
(e)将所述电池单元安装到阵列中，以及
(f)将电缆连接到所述电池单元的电池单元端子，以将所述阵列连接到组接线线束或传感器模块。
8.根据权利要求1所述的方法，其中步骤(d)包括使用超声波焊接将所述电压感测电路直接连接到所述电池单元接片。
9.根据权利要求1所述的方法，其中步骤(d)包括使用导电铆钉将所述电压感测电路直接连接到所述电池单元接片。
10.根据权利要求2所述的方法，其中所述电池单元包括至少一个第一电池单元和至少一个第二电池单元，并且所述方法包括紧邻所述至少一个第一电池单元放置所述至少一个第二电池单元，使得所述至少一个第一电池单元和所述至少一个第二电池单元的所述电池单元接片彼此重叠。
11.根据权利要求10所述的方法，其中所述至少一个第一电池单元包括多个第一电池单元，其堆叠在彼此顶部上以形成第一电池单元堆，并且其中所述至少一个第二电池单元包括多个第二电池单元，其堆叠在彼此顶部上以形成第二电池单元堆，并且所述方法包括紧邻所述第一电池单元堆放置所述第二电池单元堆，使得所述第一电池单元堆和所述第二电池单元堆的所述电池单元接片彼此重叠。
12.一种设备，其包括：
多个电池单元，所述多个电池单元彼此相邻地放置，使得来自一个电池单元的电池单元接片与来自相邻电池单元的电池单元接片重叠以形成一组重叠的电池单元接片，并且其中每组重叠的电池单元接片在连接接口处直接彼此接合；以及
电压感测电路，所述电压感测电路直接附接到所述电池单元接片。
13.根据权利要求12所述的设备，其中所述电池单元包括至少一个第一电池单元和至少一个第二电池单元，并且其中紧邻所述至少一个第一电池单元放置所述至少一个第二电池单元，使得所述至少一个第一电池单元和所述至少一个第二电池单元的所述电池单元接片在使所述电池单元接片彼此接合之前彼此重叠。
14.根据权利要求13所述的设备，其中所述至少一个第一电池单元包括多个第一电池单元，其堆叠在彼此顶部上以形成第一电池单元堆，并且其中所述至少一个第二电池单元包括多个第二电池单元，其堆叠在彼此顶部上以形成第二电池单元堆，并且其中紧邻所述第一电池单元堆放置所述第二电池单元堆，使得所述第一电池单元堆和所述第二电池单元堆的所述电池单元接片在使所述电池单元接片彼此接合之前彼此重叠。
15.根据权利要求12所述的设备，其中所述电池单元定位在阵列内，并且所述设备包括电缆，所述电缆连接到所述电池单元的电池单元端子以将所述阵列连接到组接线线束或传感器模块。
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