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。
背景技術(shù)：
振動焊接工藝?yán)贸暫笜O將校準(zhǔn)的振動或振蕩施加到相鄰的工件。振動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)材料最終冷卻時形成固態(tài)焊接。超聲波焊接和其他振動焊接技術(shù)能夠在制造業(yè)上具有極大的效用。 然而，被振動焊接部分的效率、一致性和焊接可靠性/耐久性會隨著在振動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)計不同而不同。在將電池模塊的導(dǎo)電電池接頭振動焊接到匯流排或者互連構(gòu)件時，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，或在另一實施例中可以是層壓/包覆的。在另一實施例中，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)，以減少在焊接時熱量從焊點處的耗散。例如，當(dāng)互連構(gòu)件由銅構(gòu)成時，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)一步降低從焊點的散熱速率。電池模塊是可有利于振動焊接的元件的一個示例。這樣的電池模塊可用作在新興的汽油/電混合動力汽車(HEV)、增程式電動車(EREV)和電池電動汽車(BEV)的動力系統(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焊接在一起，并且被振動焊接至導(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)件被振動焊接到電池接頭上時，使從形成在鑲嵌物處的焊點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)件被振動焊接到電池接頭上時使從形成在鑲嵌物處的焊點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。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。 方案5 方案1所述的互連構(gòu)件，其中所述部分是由多個層層壓或包覆而成。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層限定。方案8 —種振動焊接的電池模塊，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。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。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；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)點以及其它特征和優(yōu)點可容易地從結(jié)合附圖的用于實現(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)一個可能的實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?；ミB構(gòu)件12包括一個或多個鑲嵌物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。盡管在一個可能的實施例中，底板16的兩側(cè)設(shè)有兩個部分14，其它互連設(shè)計也能與鑲嵌物19 一起使用，例如，W形、柱形、條片金屬等等。在下述的每一個實施例中，至少一個鑲嵌物19 定位在指定部分14內(nèi)或在指定部分14上，每一個鑲嵌物19與其上形成的焊點一樣大或更大一些。在一個可能的實施例中互連構(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)用包括混合電動汽車(HEV)，電動汽車(EV)， 插電式混合電動汽車(PHEV)，以及類似車輛的推進(jìn)裝置。在這樣的一個實施例中，電池模塊10的額定電壓可以為約300VDC或更高的直流電壓，或者適于給一個或更多個高壓牽引電動機(jī)(未示出)通電的任何合適的額定電壓。要被振動焊接在一起的工件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。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24——例如圖4所示的一系列焊接點——的所在處被耗散。互連構(gòu)件12在其不同實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，在一個實施例中鑲嵌物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?；ミB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，在一個可能的實施例中互連構(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，在一個可能的實施例中帶環(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的所在處。再參考圖2，在另一實施例中，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)置得離焊點越近時可以越有效。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，在另一個實施例中，互連構(gòu)件12可包括至少一個多層層壓或包覆構(gòu)件， 如，部分114。在一實施例中，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。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。內(nèi)層，即，第二層42，可以是實心板，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 的整個寬度。在另一可能的實施例中，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M處提供高的可定制的局部加熱特性。焊點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)實踐本發(fā)明的各種替代設(shè)計和實施方式。
權(quán)利要求
1.一種用于在具有電池接頭的振動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。
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層限定。
6.一種振動焊接的電池模塊，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。
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； 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?？瘴豢捎伤霾糠值膶訅夯虬矊酉薅ǔ觯杀唤^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)球科技運作有限責(zé)任公司