電池單元互連和電壓感測組件以及用於將電池單元組件與其耦合的方法
2023-10-06 18:39:44 4
專利名稱：電池單元互連和電壓感測組件以及用於將電池單元組件與其耦合的方法
技術領域：
本申請總體上涉及電池單元互連和電壓感測組件，以及用於將電池單元組件與電 池單元互連和電壓感測組件耦合的方法。
背景技術：
電池組通常具有多個電池單元。在製造期間，可以將電池單元上的電極向彼此彎 曲，然後使用機械固定器來將在電池單元上的電極機械固定在一起。與這種方法相關聯的 問題是電極沒有得到機械地支承，這會使得電極彎曲並且劣化。因此，本發明人在此已經認識到對於如下的電池單元互連和電壓感測組件的需 要，該電池單元互連和電壓感測組件最小化和/或消除上述缺陷。
發明內容
本發明提供了根據示例性實施例的電池單元互連和電壓感測組件。所述電池單元 互連和電壓感測組件包括電路板，所述電路板具有第一側和第二側。所述電路板進一步具 有延伸通過其的第一和第二狹縫，以及第一和第二孔。所述第二側上布置有第一電跡線。所 述電池單元互連和電壓感測組件進一步包括第一電互連構件，所述第一電互連構件具有第 一矩形板、第一和第二側壁、以及第一和第二突片。所述第一矩形板被布置在所述電路板的 所述第一側上。所述第一矩形板進一步具有第一、第二、第三和第四邊。所述第一和第二側 壁分別從所述第一和第二邊沿第一方向從所述第一矩形板向外延伸。所述第一和第二突片 分別從所述第三和第四邊沿第二方向延伸，並延伸通過所述電路板的所述第一和第二孔。 所述第一突片電耦合到在所述電路板的所述第二側上的所述第一電跡線。所述第一側壁被 構造為接觸通過所述電路板的所述第一狹縫而延伸的第一電池單元組件的第一電端子。所 述第二側壁被構造為接觸通過所述電路板的所述第二狹縫而延伸的第二電池單元組件的 第二電端子，使得所述第一電互連構件將所述第一電端子電耦合到所述第二電端子。所述 電池單元互連和電壓感測組件還包括電連接器，所述電連接器被布置在所述電路板的所述 第一側上，並且電耦合到所述第一電跡線。所述第一電跡線從所述電連接器延伸到所述第 一突片，以感測在所述第一突片處的第一電壓。本發明提供了根據另一個示例性實施例的用於將電池單元耦合到電池單元互連 和電壓感測組件的方法。所述電池單元互連和電壓感測組件具有電路板和電互連構件。所 述電路板具有第一側和第二側。所述電路板進一步具有延伸通過其的第一和第二狹縫，以 及第一和第二孔。所述第一電互連構件具有第一矩形板、第一和第二側壁、以及第一和第二 突片。所述第一矩形板被布置在所述電路板的所述第一側上。所述第一矩形板進一步具有 第一、第二、第三和第四邊。所述第一和第二側壁從所述第一和第二邊沿第一方向從所述第 一矩形板向外延伸。所述第一和第二突片分別從所述第三和第四邊沿第二方向延伸，並延 伸通過所述電路板的所述第一和第二孔。所述方法包括將第一電池單元組件的第一電端子通過所述電路板的所述第一狹縫而布置，使得所述第一電端子接觸所述電互連構件的所 述第一側壁。所述方法進一步包括將第二電池單元組件的第二電端子通過所述電路板的 所述第二狹縫而布置，使得所述第二電端子接觸所述電互連構件的所述第二側壁。所述方 法進一步包括將所述第一電端子超聲焊接到所述電互連構件的所述第一側壁。所述方法 進一步包括將所述第二電端子超聲焊接到所述電互連構件的所述第二側壁。
圖1是根據示例性實施例的電池模塊的示意圖；圖2是在圖1的電池模塊中使用的電池單元組件的示意圖；圖3是在圖1的電池模塊中使用的電池單元互連和電壓感測組件的示意圖；圖4是圖3的電池單元互連和電壓感測組件的頂側的示意圖；圖5是圖4的電池單元互連和電壓感測組件的底側的示意圖；圖6是在圖3的電池單元互連和電壓感測組件中使用的電互連構件的示意圖；圖7是圖6的電互連構件的另一個示意圖；圖8是電耦合到圖6的電互連構件的圖2的兩個電池單元組件的示意圖；圖9是使用圖3的電池單元互連和電壓感測組件來確定電壓值的系統的示意圖； 以及圖10是用於將電池單元組件的電端子焊接到圖3的電池單元互連和電壓感測組 件的超聲波焊接系統的示意圖。
具體實施例方式參見圖1和2，圖示了用於提供電力的電池模塊20。電池模塊20包括外殼22， 冷卻歧管24,26,電池單元組件28、30、32、34、36、40、42、44，熱交換器50,52,54,56,以及電 池單元互連和電壓感測組件60。電池單元互連和電壓感測組件60的優點在於，組件60具 有下述兩者(i)電互連構件，其支承電池單元組件電端子，並且傳送來自電池單元組件電 端子的電流，以及(ii)電耦合到電互連構件的電跡線，其允許在電互連構件上的電壓能夠 被感測。電池單元組件被定義為其中具有至少一個電池單元的殼體。外殼22將電池單元組件沘、30、32、34、36、40、42和44與熱交換器50、52、M和56 包圍在其中。電池單元組件觀、30、32、34、36、40、42和44的每一個中具有多個電池單元， 用於產生輸出電壓和電流。參見圖2和8，例如，電池單元組件28中具有三個電池單元，該 三個電池單元具有正電端子202、204和206(在圖8中未示出電池單元組件28的負電端 子)。而且，電池單元組件30中具有三個電池單元，該三個電池單元具有負電端子210、212 和214(在圖8中未示出電池單元組件30的正電端子)。參見圖1和2，冷卻歧管M被構造來將流體從流體儲存器傳送到熱交換器50、52、 54,56以及在電池單元組件觀、30、32、34、36、40、42和44中的其他熱交換器(未示出)，以 冷卻電池單元組件觀、30、32、34、36、40、42和44。冷卻歧管沈被構造來從熱交換器50、52、 54,56以及在電池單元組件觀、30、32、34、36、40、42和44中的其他熱交換器接收加熱的流 體，並且將該流體傳送到流體儲存器。參見圖3、4和5，電池單元互連和電壓感測組件60包括電路板70，電互連構件72、74、76、78、80，和電連接器82。組件60被設置來電耦合到電池單元組件，並且提供電路 跡線和電連接器，以感測電池單元組件的電壓。電路板70包括側90和相對側92。電路板70進一步包括通過其延伸的狹縫96、 98、100、102、104、106、108、110、112、114、116 和 118。狹縫 96、98、100、102、104、106、108、 110、112、114、116和118被構造來容納來自通過其的電互連構件側壁，以將電互連構件定 位在電路板70上。電路板70進一步包括通過其延伸的孔130、132、134、136、138、140、142、 142、144、146 和 148。孔 130、132、134、136、138、140、142、142、144、146 和 148 被構造來容 納通過其的電互連構件的突片。電路板70進一步包括從延伸通過電路板70的電互連構件 的每一個突片向電連接器82的對應弓丨腳延伸的電跡線。例如，電跡線162從電互連構件76 的突片延伸到電連接器82的對應引腳，以確定在電互連構件76處的電壓。而且，電跡線 160從電互連構件72延伸到電連接器82的對應引腳，以確定在電互連構件72處的電壓。 而且，電跡線163從電互連構件78延伸到電連接器82的對應引腳，以確定在電互連構件78 處的電壓。電路板70還具有另外的電跡線(未示出)，使得對於每一個電互連構件上的一 個突片而言均具有電跡線，該電跡線從所述突片向電連接器82的對應弓I腳延伸。參見圖4、5、6和7，電互連構件72、74、76、78和80被構造來耦合到電路板70。在 示例性實施例中，利用銅或鍍鎳的銅來構造電互連構件72、74、76、78和80。然而，在替代 實施例中，可以使用其他導電材料來構造電互連構件72、74、76、78和80。電互連構件72、 74、76、78和80的每一個進一步被構造來耦合到來自第一電池單元組件和另一個電池單元 組件的電端子之間，以將電流從第一電池單元組件傳送到另一個電池單元組件。電互連構件72包括矩形板180，側壁182、184，和突片190、192。矩形板180的 底部表面被布置在電路板70的側90上。矩形波180包括彼此基本上平行地布置的邊194、 196和彼此基本上平行地布置的邊198、199。側壁182、184分別從邊194、196沿第一方向 從矩形板180向外延伸。突片190、192分別從邊198、199沿與第一方向相反的第二方向延 伸。電互連構件74、76、78和80的結構與電互連構件72的結構相同。當電互連構件72被布置在電路板70的側90上時，突片190、192在電路板70上 分別通過孔130、132來延伸。而且，側壁182、184從電路板70的側90向上延伸。參見圖 8，在一個示例性實施例中，電互連構件72的側壁182通過將側壁182超聲焊接到電端子 210,212和214而耦合到來自電池單元組件30的電端子210、212、214。而且，電互連構件 72的側壁184通過將側壁184超聲焊接到電端子202、204和206而耦合到電端子202、204 和 206。參見圖4和5，當電互連構件74被布置在電路板70的側90上時，構件74的突片 在電路板70上分別延伸通過孔134、136。而且，構件74的側壁從電路板70的側90向上延 伸。而且，構件74的側壁耦合到來自一對電池單元組件的電端子。當電互連構件76被布置在電路板70的側90上時，構件76的突片在電路板70上 分別延伸通過孔138、140。而且，構件76的側壁從電路板70的側90向上延伸。而且，構件 76的側壁耦合到來自一對電池單元組件的電端子。當電互連構件78被布置在電路板70的側90上時，構件78的突片在電路板70上 分別延伸通過孔142、144。而且，構件78的側壁從電路板70的側90向上延伸。而且，構件 78的側壁耦合到來自一對電池單元組件的電端子。
當電互連構件80被布置在電路板70的側90上時，構件80的突片在電路板70上 分別延伸通過孔146、148。而且，構件80的側壁從電路板70的側90向上延伸。而且，構件 80的側壁耦合到來自一對電池單元組件的電端子。參見圖4、5、6和9，電連接器82被布置在電路板70的側90上。電連接器82被設 置用來將來自電互連構件72、74、76、78和80的低壓信號傳送到電池控制器220。電連接 器82具有延伸通過電路板70的引腳，該引腳經由在電路板90上的側92上的電跡線而電 耦合到電互連構件72、74、76、78和80。電池控制器220被設置用來確定與每一個電互連構件相關聯的電壓，該電壓指示 被耦合到電互連構件的電池單元組件輸出的電壓。控制器220包括微處理器221、輸入/ 輸出(I/O)接口 222、只讀存儲器223、和隨機存取存儲器224。I/O接口 222、只讀存儲器 223、和隨機存取存儲器2 與微處理器221可操作地進行通信。I/O接口 222電耦合到電 池單元互連和電壓感測組件60的電連接器82。微處理器221執行用於採樣經由電連接器 82而從電互連構件72、74、76、78和80接收的電壓的指令。微處理器221進一步基於分別 從電互連構件72、74、76、78和80接收的電壓來確定與電互連構件72、74、76、78和80相關 聯的電壓值。微處理器221進一步在隨機存取存儲器2M中或在非易失性存儲器中存儲該 電壓值。參見圖3，出於理解的目的，現在描述根據示例性實施例的、電池單元互連和電壓 感測組件60如何傳導來自電池單元組件的電流的簡單說明。為了簡化的目的，僅利用來自 第一電池單元組件的一對電端子(例如，正電端子和負電端子)和來自第二電池單元組件 的一對電端子(例如，正電端子和負電端子)來描述組件60可以如何傳導來自電池單元組 件的電流。具體地說，電池單元組件28具有負電端子216和耦合到電互連構件72的正電 端子202。而且，電池單元組件30具有耦合到電互連構件72的負電端子214，和耦合到電 互連構件78的正電端子218。因此，在一個示例性實施例中，來自電池單元組件觀、30的電 流可以串聯地流過電端子216、電池單元組件28、電端子202、電互連構件78、電端子214、電 池單元組件觀、電端子218、和電互連構件78。換句話說，在一個示例性實施例中，電互連構 件72、78將電池單元組件觀、30彼此串聯地電耦合。參見圖8和10，示出了系統230，其用於將來自電池單元組件的電端子超聲焊接到 電池單元互連和電壓感測組件60的電互連構件。系統230包括超聲波焊機232，焊接電 極234、236，致動器裝置238和控制器M0。控制器240可以與超聲波焊機232和致動器裝 置238可操作地進行通信。現在描述一種用於使用系統230來將電池單元組件耦合到電池單元互連和電壓 感測組件60的方法。為了簡化的目的，將描述的是將電池單元組件的兩個電端子超聲焊接 到組件60的電互連構件。然而，應當明白，可以將來自電池單元組件的多個另外的電端子 焊接到電互連構件。開始，用戶將第一電池單元組件的電端子202通過電路板70的狹縫96而布置，使 得電端子202接觸電互連構件72的側壁184。接下來，用戶將第二電池單元組件的電端子214通過電路板70的狹縫98而布置， 使得電端子214接觸電互連構件72的側壁182。接下來，控制器240指引致動器裝置238，以將焊接電極234移動得接近側壁184，並且將焊接電極236移動得接近與電互連構件72的側壁184相鄰地布置的電端子202，使 得電端子202和側壁184被夾在焊接電極234、236之間。接下來，控制器240指引超聲波焊機232，以使用焊接電極234、236將電端子202 超聲焊接到側壁184。接下來，控制器240指引致動器裝置238，以將焊接電極234移動得接近與側壁 182相鄰地布置的電端子214，並且將焊接電極236移動得接近側壁236，使得電端子214和 側壁182被夾在焊接電極234、236之間。接下來，控制器240指引超聲波焊機232，以將電端子214超聲焊接到電互連構件 72的側壁182。電池單元互連和電壓感測組件60提供了相對於用於將電池單元耦合在一起的其 他方法更好的優點。具體地說，組件60提供了下述技術效果使用在電路板上的電互連構 件來支持來自電池單元組件的電端子，並且使用電互連構件來傳送來自電池單元組件的電 流。而且，組件60將來自電互連構件的電壓信號通過電跡線而傳送到電連接器，以感測在 每一個電互連構件處的電壓。雖然已經參考示例性實施例描述了本發明，但是本領域內的技術人員可以明白， 在不偏離本發明的範圍的情況下，可以進行各種改變，並且等同物可以替代其元件。另外， 在不偏離本發明的實質範圍的情況下，可以進行許多修改，以將特定情況或材料適應於本 發明的教導。因此，本發明的意圖在於使得本發明不限於被公開來用於實現本發明的特定 實施例，而是本發明將包括落在所附的權利要求的範圍內的所有實施例。而且，術語第一、 第二等的使用用於將一個元件與另一個相區別。而且，術語一個等的使用不表示數量的限 制，而是表示存在至少一個所提及項目。
權利要求
1.一種電池單元互連和電壓感測組件，包括電路板，具有第一側和第二側，所述電路板進一步具有延伸通過其的第一和第二狹縫， 以及第一和第二孔，所述第二側上布置有第一電跡線；第一電互連構件，具有第一矩形板、第一和第二側壁、以及第一和第二突片，所述第一 矩形板被布置在所述電路板的所述第一側上，所述第一矩形板進一步具有第一、第二、第三 和第四邊，所述第一和第二側壁分別從所述第一和第二邊沿第一方向從所述第一矩形板向 外延伸，所述第一和第二突片分別從所述第三和第四邊沿第二方向延伸，並延伸通過所述 電路板的所述第一和第二孔，所述第一突片電耦合到在所述電路板的所述第二側上的所述 第一電跡線，所述第一側壁被構造為接觸通過所述電路板的所述第一狹縫而延伸的第一電 池單元組件的第一電端子，所述第二側壁被構造為接觸通過所述電路板的所述第二狹縫而 延伸的第二電池單元組件的第二電端子，使得所述第一電互連構件將所述第一電端子電耦 合到所述第二電端子；以及電連接器，布置在所述電路板的所述第一側上，並且電耦合到所述第一電跡線，所述第 一電跡線從所述電連接器延伸到所述第一突片，以感測在所述第一突片處的第一電壓。
2.根據權利要求1所述的電池單元互連和電壓感測組件，其中，利用銅或鍍鎳的銅來 構造所述第一電互連構件。
3.根據權利要求1所述的電池單元互連和電壓感測組件，還包括微處理器，所述微處 理器電耦合到所述第一電互連構件，所述微處理器被構造來測量所述第一電壓，並且在存 儲器裝置中存儲與所述第一電壓相關聯的第一電壓值。
4.根據權利要求1所述的電池單元互連和電壓感測組件，其中所述電路板進一步具有延伸通過其的第三和第四狹縫、以及第三和第四孔，所述第二 側上進一步布置有第二電跡線；第二電互連構件，具有第二矩形板、第三和第四側壁、以及第三和第四突片，所述第二 矩形板被布置在所述電路板的所述第一側上，所述第二矩形板進一步具有第五、第六、第七 和第八邊，所述第三和第四側壁分別從所述第五和第六邊沿所述第一方向從所述第二矩形 板向外延伸，所述第三和第四突片分別從所述第七和第八邊沿所述第二方向延伸，並延伸 通過所述電路板的所述第三和第四孔，所述第三突片電耦合到在所述電路板的所述第二側 上的所述第二電跡線，所述第三側壁被構造為接觸通過所述電路板的所述第三狹縫而延伸 的所述第二電池單元組件的第三電端子，所述第四側壁被構造為接觸通過所述電路板的所 述第四狹縫而延伸的第三電池單元組件的第四電端子，使得所述第二電互連構件將所述第 二電池電端子電耦合到所述第三電池電端子；以及所述電連接器進一步電耦合到所述第二電跡線，所述第二電跡線從所述電連接器延伸 到所述第三突片，以感測在所述第三突片處的第二電壓。
5.一種用於將電池單元耦合到電池單元互連和電壓感測組件的方法，所述電池單元互 連和電壓感測組件具有電路板和電互連構件，所述電路板具有第一側和第二側，所述電路 板進一步具有延伸通過其的第一和第二狹縫、以及第一和第二孔，所述第一電互連構件具 有第一矩形板、第一和第二側壁、以及第一和第二突片，所述第一矩形板被布置在所述電路 板的所述第一側上，所述第一矩形板進一步具有第一、第二、第三和第四邊，所述第一和第 二側壁從所述第一和第二邊沿第一方向從所述第一矩形板向外延伸，所述第一和第二突片分別從所述第三和第四邊沿第二方向延伸，並延伸通過所述電路板的所述第一和第二孔， 所述方法包括將第一電池單元組件的第一電端子通過所述電路板的所述第一狹縫而布置，使得所述 第一電端子接觸所述電互連構件的所述第一側壁；將第二電池單元組件的第二電端子通過所述電路板的所述第二狹縫而布置，使得所述 第二電端子接觸所述電互連構件的所述第二側壁；將所述第一電端子超聲焊接到所述電互連構件的所述第一側壁；以及 將所述第二電端子超聲焊接到所述電互連構件的所述第二側壁。
全文摘要
本發明提供了一種電池單元互連和電壓感測組件以及用於將電池單元組件與其耦合的方法。該電池單元互連和電壓感測組件包括電路板、電互連構件和電連接器。該電路板進一步具有通過其的狹縫，用於在其上容納電互連構件。來自電池單元組件的電端子耦合到電互連構件。電路板還具有電跡線，用於將在電互連構件處的電壓傳送到電連接器，以感測電池單元組件的電壓。
文檔編號H01M2/26GK102077390SQ200980125433
公開日2011年5月25日 申請日期2009年6月25日 優先權日2008年6月30日
發明者大衛·C·羅伯遜, 夸克·湯姆, 威廉姆·克廷, 馬丁·J·克萊恩 申請人:株式會社Lg化學