專利名稱：用于電池模塊的互連構(gòu)件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于連接電池模塊的導(dǎo)電電池接頭的互連構(gòu)件設(shè)計(jì)。
背景技術(shù)：
振動(dòng)焊接工藝?yán)贸暫笜O將校準(zhǔn)的振動(dòng)或振蕩施加到相鄰的工件。振動(dòng)在工件的交界面上產(chǎn)生大量的表面摩擦。由所產(chǎn)生的摩擦引起的熱量使交界面軟化。當(dāng)材料最終冷卻時(shí)形成固態(tài)焊接。超聲波焊接和其他振動(dòng)焊接技術(shù)能夠在制造業(yè)上具有極大的效用。 然而，被振動(dòng)焊接部分的效率、一致性和焊接可靠性/耐久性會(huì)隨著在振動(dòng)焊接過程中使用的方法和各種焊接工具和工件元件的設(shè)計(jì)不同而不同。在將電池模塊的導(dǎo)電電池接頭振動(dòng)焊接到匯流排或者互連構(gòu)件時(shí)，這一情況尤其能夠體現(xiàn)。

發(fā)明內(nèi)容
本文提供了用于與電池模塊一起使用的互連構(gòu)件。如本文所述，互連構(gòu)件可以用于減少熱耗散和/或提供類似材料焊接?；ミB構(gòu)件包括一組鑲嵌物。這些鑲嵌物的材料被選擇為允許，例如，將電池模塊的電池接頭最佳地焊接到互連構(gòu)件的指定部分，例如，壁、底板等。該互連構(gòu)件可以是復(fù)合物，或在另一實(shí)施例中可以是層壓/包覆的。在另一實(shí)施例中，鑲嵌物可包括位于其外周由絕熱或熱阻止材料構(gòu)成的外環(huán)，以減少在焊接時(shí)熱量從焊點(diǎn)處的耗散。例如，當(dāng)互連構(gòu)件由銅構(gòu)成時(shí)，可以使用帶有由其他材料構(gòu)成的熱阻止外環(huán)的帶環(huán)銅鑲嵌物用于焊接到銅電池接頭。該環(huán)有助于將熱量保持在焊點(diǎn)所在處?；ミB構(gòu)件(例如，側(cè)壁或其它期望的部分)的材料，可以在不同的關(guān)鍵位置上被減少、給出、和/或去除以便形成開口或空位。這些空位減少了互連構(gòu)件的熱和結(jié)構(gòu)質(zhì)量，并因此降低了圍繞焊接界面的材料的散熱效果。在另一實(shí)施例中，互連構(gòu)件可為由例如具有低傳導(dǎo)性材料或具有絕熱材料的層壓或包覆層構(gòu)成，以便進(jìn)一步降低從焊點(diǎn)的散熱速率。電池模塊是可有利于振動(dòng)焊接的元件的一個(gè)示例。這樣的電池模塊可用作在新興的汽油/電混合動(dòng)力汽車(HEV)、增程式電動(dòng)車(EREV)和電池電動(dòng)汽車(BEV)的動(dòng)力系統(tǒng)中的高壓電源。各電池單體的導(dǎo)電電極延伸部或電池接頭可振動(dòng)焊接在一起，并且被振動(dòng)焊接至導(dǎo)電匯流條或互連構(gòu)件。特別是，由第一材料構(gòu)成的互連構(gòu)件用于具有電池接頭的被振動(dòng)焊接的電池模塊中。該互連構(gòu)件包括可焊接到電池接頭的部分，以及相對于該部分設(shè)置的鑲嵌物。該鑲嵌物或者基本上由第一材料構(gòu)成，帶有絕熱或熱阻止的外環(huán)使得當(dāng)互連構(gòu)件被振動(dòng)焊接到電池接頭上時(shí)，使從形成在鑲嵌物處的焊點(diǎn)散出的熱耗散的速率最小化；該鑲嵌物或者基本上由第二材料構(gòu)成，帶有或不帶有外環(huán)，以便提供所述部分和電池接頭之間的類似材料焊接，并將熱耗散速率可能地最小化。振動(dòng)焊接的電池模塊也被公開，其包括由第一和第二材料之一構(gòu)成的電池接頭， 和由第一種材料構(gòu)成的互連構(gòu)件。該互連構(gòu)件包括振動(dòng)焊接到電池接頭的部分，以及相對于該部分設(shè)置的鑲嵌物。該鑲嵌物被構(gòu)造成當(dāng)互連構(gòu)件被振動(dòng)焊接到電池接頭上時(shí)使從形成在鑲嵌物處的焊點(diǎn)散出的熱耗散的速率最小化。該鑲嵌物或者基本上由第一材料構(gòu)成， 帶有絕熱或熱阻止的外環(huán)，或者當(dāng)電池接頭由第二材料構(gòu)成時(shí)該鑲嵌物基本上由第二材料構(gòu)成，以便提供導(dǎo)電部分和電池接頭之間的類似材料焊接，并將熱耗散速率可能地最小化。本發(fā)明提供以下解決方案方案1. 一種用于在具有電池接頭的振動(dòng)焊接的電池模塊中使用的由第一材料構(gòu)成的互連構(gòu)件，包括能焊接到電池接頭的部分；以及相對于該部分設(shè)置的鑲嵌物；其中鑲嵌物基本上由下述材料之一構(gòu)成第一材料，帶有絕熱或熱阻止的外環(huán)；和第二材料，當(dāng)電池接頭由第二材料構(gòu)成時(shí)。方案2.方案1所述的互連構(gòu)件， 其中鑲嵌物基本上由第二材料構(gòu)成，并包括絕熱或熱阻止的外環(huán)。方案3.方案1所述的互連構(gòu)件，其中所述部分限定開口或空位用以減少互連構(gòu)件的熱質(zhì)量。方案4:方案1所述的互連構(gòu)件，其中第一材料是銅和鋁其中之一，以及其中第二材料是銅和鋁中的另外一個(gè)。 方案5 方案1所述的互連構(gòu)件，其中所述部分是由多個(gè)層層壓或包覆而成。方案6 方案 5所述的互連構(gòu)件，其中所述多個(gè)層中至少一層是銅和鋁之一。方案7 方案5所述的互連構(gòu)件，其中多個(gè)層壓或包覆層包括第一層、第二層和第三層，第二層置于第一層和第三層之間，以及其中一組開口或空位至少部分地由所述多個(gè)層限定。方案8 —種振動(dòng)焊接的電池模塊，包括由第一材料和第二材料之一構(gòu)成的電池接頭；和由第一材料構(gòu)成的互連構(gòu)件， 該互連構(gòu)件具有被振動(dòng)焊接到電池接頭上的傳導(dǎo)部分；和相對于所述傳導(dǎo)部分設(shè)置的鑲嵌物，其中鑲嵌物基本上由以下材料之一構(gòu)成第一材料，具有絕熱或熱阻止的外環(huán)；和第二材料，當(dāng)電池接頭由第二材料構(gòu)成時(shí)。方案9 方案8所述的電池模塊，其中所述傳導(dǎo)部分限定多個(gè)減少互連構(gòu)件熱質(zhì)量的開口或空位。方案10 方案8所述的電池模塊，其中第一材料是銅和鋁中之一，以及第二材料是銅和鋁中的另外一個(gè)。方案11 方案8所述的電池模塊，其中傳導(dǎo)部分包括層壓或包覆層。方案12 方案11所述的電池模塊，其中層壓或包覆層包括銅層和鋁層至少之一。方案13 方案11所述的電池模塊，其中層壓或包覆層包括第一層、與第一層相鄰設(shè)置的第二層、和與第二層相鄰設(shè)置的第三層，以及開口或空位由第一層、第二層和第三層限定出。方案14:方案13所述的電池模塊，進(jìn)一步包括設(shè)置在所述開口或空位中的絕熱材料。方案15 方案14所述的電池模塊，其中絕熱材料由絕緣泡沫材料、玻璃和陶瓷材料之一構(gòu)成。方案16 —種用于在具有電池接頭的振動(dòng)焊接的電池模塊中使用的由第一材料構(gòu)成的互連構(gòu)件，包括能被焊接到電極接頭的部分，其中互連構(gòu)件限定或包括以下至少之一相對于所述部分設(shè)置的鑲嵌物，其中鑲嵌物基本上由下述材料之一構(gòu)成第一材料，具有絕熱或熱阻止的外環(huán)；和第二材料，當(dāng)電池接頭由第二材料構(gòu)成時(shí)；用于減少互連構(gòu)件熱質(zhì)量的開口或空位；和由不同材料構(gòu)成的多個(gè)層壓或包覆層。方案17 方案16所述的互連構(gòu)件，其中鑲嵌物基本上由第二材料構(gòu)成，并包括絕熱或熱阻止的外環(huán)。方案18 方案16所述的互連構(gòu)件，其中互連構(gòu)件包括鑲嵌物且所述部分限定開口或空位。方案19 方案16所述的互連構(gòu)件，包括多個(gè)層壓或包覆層和開口或空位，其中開口或空位由絕熱材料填充。本發(fā)明的上述特征和優(yōu)點(diǎn)以及其它特征和優(yōu)點(diǎn)可容易地從結(jié)合附圖的用于實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的最佳模式的下述詳細(xì)說明顯而易見。


圖1是導(dǎo)電的匯流條或互連構(gòu)件和多單體電池模塊的部分(包括電池接頭)的側(cè)視示意圖；圖2是根據(jù)一個(gè)可能的實(shí)施例的具有鑲嵌物以及用于減少互連構(gòu)件熱質(zhì)量的可選的開口或空位的互連構(gòu)件的側(cè)視透視示意圖；圖3是具有絕熱或熱阻止外環(huán)的可選的鑲嵌物的示意圖；和圖4是可用于圖1和圖2的互連構(gòu)件的層壓部分。
具體實(shí)施例方式參考附圖，其中相同的附圖標(biāo)記指的是相同的部件，從圖1開始，電池模塊10包括如本文所述構(gòu)造的匯流條或互連構(gòu)件12。互連構(gòu)件12包括一個(gè)或多個(gè)鑲嵌物19，鑲嵌物在指定的傳導(dǎo)部分14，例如壁或其他希望部分，降低熱耗散和/或提供類似材料焊接。盡管在一個(gè)可能的實(shí)施例中，底板16的兩側(cè)設(shè)有兩個(gè)部分14，其它互連設(shè)計(jì)也能與鑲嵌物19 一起使用，例如，W形、柱形、條片金屬等等。在下述的每一個(gè)實(shí)施例中，至少一個(gè)鑲嵌物19 定位在指定部分14內(nèi)或在指定部分14上，每一個(gè)鑲嵌物19與其上形成的焊點(diǎn)一樣大或更大一些。在一個(gè)可能的實(shí)施例中互連構(gòu)件12可以用作多單體電池的一部分。簡單起見，僅互連構(gòu)件12、互連板18、電池模塊10的各自的接頭30，130在圖1中示出?；ミB構(gòu)件12可由合適的傳導(dǎo)材料構(gòu)成，典型的為單元素金屬諸如銅或鋁，但是復(fù)合材料和/或金屬合金也可根據(jù)設(shè)計(jì)而被使用。接頭30，130穿過由互連板18限定的開槽20或其他開口向互連構(gòu)件12延伸，并被振動(dòng)焊接到部分14設(shè)有鑲嵌物19的位置上，以及當(dāng)未使用鑲嵌物19的情況下直接焊接到部分14上。圖1所示的電池模塊10的可能的應(yīng)用包括混合電動(dòng)汽車(HEV)，電動(dòng)汽車(EV)， 插電式混合電動(dòng)汽車(PHEV)，以及類似車輛的推進(jìn)裝置。在這樣的一個(gè)實(shí)施例中，電池模塊10的額定電壓可以為約300VDC或更高的直流電壓，或者適于給一個(gè)或更多個(gè)高壓牽引電動(dòng)機(jī)(未示出)通電的任何合適的額定電壓。要被振動(dòng)焊接在一起的工件22可包括互連構(gòu)件12的傳導(dǎo)部分14和接頭30或 130，接頭30或130焊接到所述特定部分14。如本領(lǐng)域所公知，首先將工件22夾在振動(dòng)超聲焊極或焊頭與焊接砧座之間(未示出)。然后超聲焊極以校準(zhǔn)頻率和振幅振動(dòng)。這又在不同的焊接界面17處產(chǎn)生大量的摩擦和熱。然而，互連構(gòu)件12和用于將互連構(gòu)件12焊接到接頭30，130的焊接工具能夠充當(dāng)散熱器。當(dāng)能量通過超聲焊極(未示出)沿箭頭15的方向傳遞到工件22中，熱量因此從一組焊接點(diǎn)24——例如圖4所示的一系列焊接點(diǎn)——的所在處被耗散?；ミB構(gòu)件12在其不同實(shí)施例中能夠使這樣的熱耗散率最小化，并提供類似材料的焊接，如現(xiàn)在將參考附圖2 說明的。參考圖2，在一個(gè)實(shí)施例中鑲嵌物19可以由與互連構(gòu)件12不同的材料構(gòu)成。例如，如果互連構(gòu)件12由銅構(gòu)成，鋁制鑲嵌物19可設(shè)置在部分14中的由凹槽或切口 21形成的開口(箭頭27)中，或者，反之亦然。鋁制鑲嵌物19能被振動(dòng)焊接到鋁板，例如，電池接頭。作為另一種替代，如以下參考圖3所描述的，能夠采用與互連構(gòu)件12相同的材料構(gòu)成的鑲嵌物19。仍然參考圖2，每個(gè)開口(箭頭27)可由互連構(gòu)件12的部分14，例如指定壁或其他部分，限定出。作為另一種替代，鑲嵌物19可被層壓或包覆到部分14或以其他方式設(shè)置在部分14上。如幻影線所示，鑲嵌物19可選地包括任意數(shù)量的片狀延展部11或提供附加表面區(qū)域和/或幾何圖形的其他特征，足以使鑲嵌物19相對于互連構(gòu)件12固定。互連構(gòu)件12可以在焊接之前通過激光切割、模壓或其他手段制備以形成限定有開口(箭頭127) 的壁21，鑲嵌物19可以壓配合到所述開口中，和/或鑲嵌物19可關(guān)于所述開口被層壓、包覆、焊接、粘結(jié)、或以別的方式固定至互連構(gòu)件12。如上所述，在一個(gè)可能的實(shí)施例中互連構(gòu)件12可由鋁構(gòu)成。與銅相比鋁具有低的質(zhì)量和價(jià)格。僅一組接頭30或130被典型由與互連構(gòu)件12相同的材料構(gòu)成。因此接頭30 可由鋁構(gòu)成，接頭130可由銅構(gòu)成。鋁的熱導(dǎo)率約為銅的63%。因此，與全鋁互連構(gòu)件12 相比，將由銅構(gòu)成的鑲嵌物19和由相同材料構(gòu)成的互連構(gòu)件12 —起使用因此能夠提供類似材料焊接的益處。鑲嵌物19的形狀可隨設(shè)計(jì)相應(yīng)改變，如所示的橢圓形，或者圓形、環(huán)形、矩形等。 雖然如上所述可使用銅和鋁制成的鑲嵌物19，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員也將認(rèn)識(shí)到，這些材料或其它材料的合金或組合，包括復(fù)合材料或合金，也可被使用以獲得期望的焊接質(zhì)量。簡略地參考圖3，在一個(gè)可能的實(shí)施例中帶環(huán)鑲嵌物119可包括設(shè)置在鑲嵌物19 的外周34的熱阻止/絕熱環(huán)36，不管鑲嵌物19的材料是什么。帶環(huán)鑲嵌物119可以允許使用銅鑲嵌物19，例如，在銅互連構(gòu)件12(參見圖1和幻中。在該示例中，環(huán)36的材料可以是鋁、合金、別的金屬、或合適的絕熱或熱阻止材料。環(huán)36與鑲嵌物19 一起使用來形成帶環(huán)鑲嵌物119能夠幫助將熱量保持在形成的焊點(diǎn)的所在處。再參考圖2，在另一實(shí)施例中，互連構(gòu)件12的材料可被可選地從部分14或其他區(qū)域的厚度(箭頭28)減少和/或去除以形成具有一寬度(箭頭沈)的空位或開口(箭頭 127)。開口(箭頭127)有助于減少互連構(gòu)件12的熱質(zhì)量。開口(箭頭127)可以是所示的槽形，或其他期望的形狀。開口(箭頭127)可設(shè)置在互連構(gòu)件12上的任何位置，但是當(dāng)他們被設(shè)置得離焊點(diǎn)越近時(shí)可以越有效。盡管為了清楚起見沒有在圖2中示出，但是開口 (箭頭127)也可與鑲嵌物19設(shè)置在相同的部分14上，即，設(shè)置在鑲嵌物19之間。參考圖4，在另一個(gè)實(shí)施例中，互連構(gòu)件12可包括至少一個(gè)多層層壓或包覆構(gòu)件， 如，部分114。在一實(shí)施例中，第一層40和第二層42可被層壓或包覆在一起以形成2層設(shè)計(jì)。例如，第一層40可由銅構(gòu)成，第二層42可由鋁構(gòu)成。在本例中，焊接部或焊點(diǎn)M形成以使鋁第二層42與鋁傳導(dǎo)接頭130(參見圖幻連接在一起。因此，部分114的厚度可以是復(fù)合或?qū)訅旱?，可選地在層壓結(jié)構(gòu)的層之間限定出開口(箭頭227)。例如，第一層40和第二層42可與第三層44被層壓在一起從而形成3層設(shè)計(jì)。內(nèi)層，即，第二層42，可以是實(shí)心板，或者其可以分別與第一層40和第三層44的面對表面50， 52限定出開口(箭頭227)。開口(箭頭227)可以是槽形，或者他們可延伸層壓部分114 的整個(gè)寬度。在另一可能的實(shí)施例中，開口(箭頭127)可被合適的絕緣體，或傳導(dǎo)性小的金屬，例如空氣或諸如絕熱泡沫材料、玻璃或陶瓷的絕熱材料，填充。在圖3所示的實(shí)施例中，開口(箭頭227)的大小，以及他們的位置和其中使用的絕緣體的材料，可在或靠近焊接界面 17(見圖1)緊鄰焊點(diǎn)M處提供高的可定制的局部加熱特性。焊點(diǎn)M附近的充分絕熱能幫助將有用的熱量保持在焊接的所在處中。 雖然實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的最佳方式已被詳細(xì)說明，但是本發(fā)明相關(guān)領(lǐng)域的技術(shù)人員能夠知曉用于在所附權(quán)利要求的范圍內(nèi)實(shí)踐本發(fā)明的各種替代設(shè)計(jì)和實(shí)施方式。
權(quán)利要求
1.一種用于在具有電池接頭的振動(dòng)焊接的電池模塊中使用的由第一材料構(gòu)成的互連構(gòu)件，包括能焊接到電池接頭的部分；和相對于該部分設(shè)置的鑲嵌物； 其中鑲嵌物基本上由下述材料之一構(gòu)成 第一材料，帶有絕熱或熱阻止的外環(huán)；和第二材料，當(dāng)電池接頭由第二材料構(gòu)成時(shí)。
2.權(quán)利要求1所述的互連構(gòu)件，其中鑲嵌物基本上由第二材料構(gòu)成，并包括絕熱或熱阻止的外環(huán)。
3.權(quán)利要求1所述的互連構(gòu)件，其中所述部分限定開口或空位用以減少互連構(gòu)件的熱質(zhì)量。
4.權(quán)利要求1所述的互連構(gòu)件，其中所述部分是由多個(gè)層層壓或包覆而成。
5.權(quán)利要求4所述的互連構(gòu)件，其中多個(gè)層壓或包覆層包括第一層、第二層和第三層， 第二層置于第一和第三層之間，以及其中一組開口或空位至少部分地被由所述多個(gè)層限定。
6.一種振動(dòng)焊接的電池模塊，包括由第一材料和第二材料之一構(gòu)成的電池接頭；和由第一材料構(gòu)成的互連構(gòu)件，該互連構(gòu)件具有 被振動(dòng)焊接到電池接頭上的傳導(dǎo)部分；和相對于所述傳導(dǎo)部分設(shè)置的鑲嵌物，其中鑲嵌物基本上由以下材料之一構(gòu)成 第一材料，具有絕熱或熱阻止的外環(huán)；和第二材料，當(dāng)電池接頭由第二材料構(gòu)成時(shí)。
7.權(quán)利要求6所述的電池模塊，其中所述傳導(dǎo)部分限定多個(gè)減少互連構(gòu)件熱質(zhì)量的開口或空位。
8.權(quán)利要求6所述的電池模塊，其中傳導(dǎo)部分包括層壓或包覆層。
9.權(quán)利要求8所述的電池模塊，其中層壓或包覆層包括第一層、與第一層相鄰設(shè)置的第二層、和與第二層相鄰設(shè)置的第三層，和其中開口或空位由第一層、第二層和第三層限定出ο
10.一種用于在具有電池接頭的振動(dòng)焊接的電池模塊中使用的由第一材料構(gòu)成的互連構(gòu)件，包括能被焊接到電極接頭的部分，其中互連構(gòu)件限定或包括以下至少之一相對于所述部分設(shè)置的鑲嵌物，其中鑲嵌物基本上由下述材料之一構(gòu)成 第一材料，具有絕熱或熱阻止的外環(huán)；和第二材料，當(dāng)電池接頭由第二材料構(gòu)成時(shí)； 用于減少互連構(gòu)件熱質(zhì)量的開口或空位；和由不同材料構(gòu)成的多個(gè)層壓或包覆層。
全文摘要
本發(fā)明涉及用于電池模塊的互連構(gòu)件。一種用在振動(dòng)焊接的帶有電池接頭的電池模塊中的互連構(gòu)件包括可焊接到電池接頭的部分和鑲嵌物。所述鑲嵌物相對于該部分定位。所述鑲嵌物可與該部分為相同材料，帶有絕熱或熱阻止的外環(huán)，或者可與電池接頭為相同材料并帶有或者不帶有所述外環(huán)?？瘴换蜷_口可被設(shè)置在互連構(gòu)件中以減少所述互連構(gòu)件的熱質(zhì)量。空位可由所述部分的層壓或包覆層限定出，可被絕熱材料填充。還公開了包括上述的接頭和互連構(gòu)件的電池模塊。
文檔編號(hào)H01M2/20GK102163705SQ201110056039
公開日2011年8月24日 申請日期2011年1月28日 優(yōu)先權(quán)日2010年1月29日
發(fā)明者R·S·布奇, S·M·史密斯, W·W·蔡 申請人:通用汽車環(huán)球科技運(yùn)作有限責(zé)任公司