專利名稱：電池模塊及連接電池模塊的可再充電電池的端子的方法
技術領域：
以下描述涉及具有電連接的可再充電電池的電池模塊。
背景技術：
可再充電電池能夠被充電和放電。小容量的可再充電電池被用于諸如移動電話、 便攜式計算機及可攜式攝像機等小型便攜式電子設備，而大容量電池被用作驅動混合動力 車的電動機的電源等。已經開發了使用高能量密度非水電解液的高功率電池模塊，并且該高功率電池模 塊通過串聯連接多個可再充電電池被形成為大容量電池模塊，以用于驅動電動車的電動機等。進一步，一個大容量可再充電電池一般由串聯連接的多個可再充電電池組成，其 中可再充電電池可被形成圓柱形形狀或棱柱形形狀。棱柱形的可再充電電池包括殼體，其具有正電極和負電極與在正電極和負電極 之間的隔板被布置在其中的電極組件以及電極組件被布置在其中的空間；密封殼體并具有 電極端子插入其中的端子孔的蓋板；以及與電極組件電連接并通過端子孔突出到殼體外的 電極端子。電極端子通過螺母被固定到蓋板，但是該螺母會由于連續的外部振動或震動而變 松。這在可再充電電池內引起接觸電阻，從而降低可再充電電池的輸出和循環壽命。已經提出一種利用電阻焊接將連接構件連接到正電極和負電極的方法。一般來說，正電極端子由鋁制造，而負電極端子由銅制造。因而，難以利用與正電 極端子和負電極端子都相同的材料形成連接構件。當連接構件由與正電極端子和負電極端 子中的至少一個的材料不同的材料制造時，難以利用電阻焊接或超聲波焊接將連接構件連 接到具有不同材料的端子。在該背景技術部分公開的以上信息僅用于加強對本發明的背景技術的理解，因此 可包含不形成在該國對于本領域技術人員已知的現有技術的信息。
發明內容
本發明的各示例性實施例提供一種用于簡單并穩定地將連接構件與端子連接的 電池模塊。根據本發明的示例性實施例，電池模塊包括多個可再充電電池；以及用于將所 述多個可再充電電池中的一個的包括第一材料的第一端子連接到所述多個可再充電電池 中的另一個的包括第二材料的第二端子的連接構件，其中多個焊接部分將所述連接構件分 別連接到所述第一端子和所述第二端子，所述多個焊接部分中的至少一個包括熔核區，該 熔核區包括所述連接構件與所述第一端子和所述第二端子中的對應一個的各自材料的混 合物。所述多個焊接部分中的至少一個可通過攪拌摩擦焊形成。
所述第一材料可包括鋁。所述第二材料可包括銅。所述連接構件可包括所述第一 材料或所述第二材料。所述第一材料和所述第二材料可不同。所述多個焊接部分可包括將所述連接構件連接到所述第一端子的至少一個點焊 縫及將所述連接構件連接到所述第二端子的至少另外的點焊縫。所述第一端子、所述第二端子和所述連接構件可都為板形。所述連接構件可被定位在所述第一端子和所述第二端子上。所述多個焊接部分中 的每一個可包括從所述連接構件的與面對所述第一端子和所述第二端子的表面相反的表 面形成的點焊縫。所述連接構件可與所述第一端子和所述第二端子接觸，并且所述多個焊 接部分中的每一個可在所述連接構件與所述第一端子和所述第二端子中的一個接觸的地 方沿直線形成。所述第一端子和所述第二端子中的至少一個可包括突出部，且所述連接構件可包 括尺寸被形成適于接納所述突出部的支撐槽。所述多個焊接部分中的每一個可包括從所述 連接構件的與面對所述第一端子和所述第二端子的表面相反的表面形成的點焊縫。所述點 焊縫中的對應一個可與所述突出部和所述支撐槽對齊。所述熔核區可通過在固態下將所述 連接構件與所述突出部熔合以形成熔合部分并將所述熔合部分動態再結晶而形成。所述熔核區可通過在固態下將所述連接構件與所述第一端子和所述第二端子中 的所述對應一個熔合以形成熔合部分并將所述熔合部分動態再結晶而形成。所述電池模塊 可進一步包括圍繞所述熔核區且通過所述連接構件與所述第一端子和所述第二端子中的 所述對應一個的塑性變形和部分再結晶而形成的熱機械影響區，以及圍繞所述熱機械影響 區并具有傾斜的結晶和氣孔的熱影響區。所述多個焊接部分中的每一個可各自包括表面和從所述表面凹入的焊接槽。所述連接構件可接觸所述第一端子和所述第二端子中的所述對應一個，并且其中 所述熔核區橫過所述連接構件與所述第一端子和所述第二端子中的所述對應一個之間的 接觸表面。根據本發明的另一示例性實施例，一種連接第一可再充電電池的第一端子與第二 可再充電電池的第二端子的方法，包括提供連接構件，該連接構件包括與所述第一端子和 所述第二端子中的一個的材料不同的材料；以及將所述連接構件分別焊接到所述第一端子 和所述第二端子，以形成各自的焊接部分，其中所述連接構件與所述第一端子和所述第二 端子中的所述一個之間的所述焊接部分通過攪拌摩擦焊形成。所述攪拌摩擦焊可通過在固態下將所述連接構件與所述第一端子和所述第二端 子中的所述一個熔合以形成熔合部分并將所述熔合部分動態再結晶而形成熔核區，該熔核 區包括所述連接構件與所述第一端子和所述第二端子中的所述一個的各自材料的混合物。根據本發明的各示例性實施例，由于接觸阻力的減小，能夠改善所述電池模塊的 輸出，并還能夠改善可再充電電池的循環壽命。
圖1為顯示根據本發明的第一示例性實施例的電池模塊的透視圖；圖2為根據本發明的第一示例性實施例的電池模塊的局部透視圖；圖3為沿圖2的線III-III截取的橫截面圖4為顯示根據本發明的第二示例性實施例的電池模塊的一部分的透視圖5為顯示根據本發明的第三示例性實施例的電池模塊的一部分的分解透視圖； 禾口圖6A和圖6B為圖示將根據本發明的第三示例性實施例的電池模塊的連接構件與 端子焊接的過程的橫截面圖。指示附圖中的特征的附圖標記的描述100:可再充電電池100、100，、200 電池模塊110、210 可再充電電池112:殼體114:蓋板130、230 正電極端子140、240 負電極端子150、175、250 焊接部分151、251 焊接槽152、252:熔核區116 排氣構件154、254 熱機械影響區156、256:熱影響區160、170、260 連接構件180、270:工具181、271 焊柄182,272 焊頭183、273 肩部235、245 端子突出部265 支撐槽
具體實施例方式在下面的詳細描述中，已通過例示的方式顯示和描述了本發明的示例性實施例。 本領域技術人員將意識到，在不背離本發明的精神或范圍的情況下，所描述的實施例可以 各種不同的方式進行改進。因此，附圖和描述旨在被認為本質上為例示性的而非限制性的。 相似的附圖標記在整個申請文件中指示相似的元件。圖1為根據本發明的第一示例性實施例的電池模塊的透視圖，圖2為根據本發明 的第一示例性實施例的電池模塊的局部透視圖。參見圖1和圖2，根據第一示例性實施例的電池模塊100包括具有正電極端子 130和負電極端子140的多個可再充電電池110 ；以及電連接可再充電電池110的連接構件 160。根據本示例性實施例的電池模塊100通過串聯連接可再充電電池110而形成。然 而，本發明不限于此，可再充電電池110例如可被并聯連接。根據本示例性實施例的可再充電電池110為棱柱形形狀，并包括殼體112、連接到 殼體112的開口的蓋板114以及突出到殼體112外的正電極端子130和負電極端子140。 雖然棱柱形的可再充電電池在本示例性實施例中被例示，但是本發明不限于此，并且，該電 池例如可為圓柱形形狀或其他形狀。端子130和140被固定到蓋板114，同時突出到蓋板114外，墊圈123位于蓋板114 與端子130和140的每一個之間進行絕緣和密封。在一些實施例中，正電極端子130和負 電極端子140為大致板形，并被電連接到插入到殼體112中的電極組件(未顯示)。進一 步，在一些實施例中，正電極端子130由鋁制造，負電極端子140由銅制造。當內部壓力增加時被打開的排氣構件116和密封電解液注入口的密封蓋118也可被布置在蓋板114上。相互 鄰近排列的可再充電電池110通過連接構件160被串聯連接，其中鄰近的可 再充電電池110的正電極端子130和負電極端子140被交替布置，且連接構件160被焊接 到一個可再充電電池110的正電極端子130和鄰近的可再充電電池110的負電極端子。連接構件160被形成為板形，并被布置在正電極端子130和負電極端子140上以 覆蓋正電極端子130和負電極端子140。連接構件160通過攪拌摩擦焊(friction stir welding)被結合到正電極端子130和負電極端子140中的至少一個。通過連接構件160覆蓋端子130和140，形成焊接部分150。為了攪拌摩擦焊，工 具180被旋轉以利用動態流動使該結構再結晶，從而將連接構件160與端子130或140焊 接。工具180具有焊頭(pin) 182和焊頭182固定于其中的焊柄(shank) 181，并且焊頭182 從焊柄181突出的橫截面被稱為肩部183。在本實施例中，連接構件160及端子130和140通過點焊被結合，其中肩部183接 觸連接構件160的部分為焊接部分150，且焊接槽151被形成在焊頭182被定位在焊接部分 150中的部分。焊接部分150包括將連接構件160連接到正電極端子130的至少一個點焊 縫及將連接構件160連接到負電極端子140的至少一個另外的點焊縫。在本實施例中，點焊縫從連接構件160的與面對正電極端子130和負電極端子140 的表面相反的表面形成。如圖3所示，通過動態再結晶形成的熔核區152、熱機械影響區(TMAZ) 154和熱影 響區(HAZ) 156被形成在焊接部分150中。熔核區152為由于高熱和變形量而發生復原和再結晶的區域，通過在固態下將連 接構件160與正電極端子130或負電極端子140熔合以形成熔合部分并將該熔合部分動態 再結晶而形成，包括連接構件160與正電極端子130或負電極端子140的各自材料的混合 物，從而熔核區152也可被稱為動態再結晶部分。與由于熱發生熔融的一般焊接不同，熔核 區152通過由摩擦熱和攪拌在固態中熔合的材料的動態再結晶形成。熔核區152的直徑大 于焊頭182的直徑并小于肩部183的直徑。熔核區152的尺寸可對應于工具的旋轉速度而 改變，其中當旋轉速度高時，熔核區152的尺寸減小。當旋轉速度太高時，晶體的形狀不完 全并在不完全部分處可能發生缺陷。熱機械影響區154為通過由在工具的肩部183接觸連接構件160的接觸表面處的 摩擦引起的塑性變形而發生局部再結晶且基本上同時發生由于摩擦的熱變形和由于肩部 183的機械變形的區域。并且該熱機械影響區154圍繞熔核區152。由于材料的過度塑性 流動和變形而軟化的晶體在熱機械影響區154中成一定角度分布。熱影響區156比熱機械影響區154更受熱的影響。并且該熱影響區156圍繞熱機 械影響區154。這里，可存在傾斜的晶體并可形成多個氣孔。當連接構件160通過攪拌摩擦焊被至少結合到由不同材料制造的端子時，如在本 示例性實施例中，由銅制造的負電極端子140和由鋁制造的正電極端子130利用由鋁制造 的連接構件160能夠被更有效地結合。銅和鋁具有不同的熔點，從而當它們通過電阻焊接 或超聲波焊接被結合時，在對應的焊接部分中更有可能發生缺陷或該焊接部分由于外部震 動或振動可能更容易分離。具體地，當電池模塊用在電動車或混合電動車中時，振動被連續 地施加到連接構件160，從而該連續的振動能夠引起連接構件160與端子130和140之間的接觸缺陷。
然而，當連接構件160通過攪拌摩擦焊被結合到端子130和/或140時，如在本示 例性實施例中，固態結合得以實現，從而具有不同熔點的連接構件160與端子130和/或 140能夠被更穩定地結合。因此，不僅能夠改善電池模塊100的輸出，而且也能夠改善連接 構件160與端子130和/或140之間的結合，從而還能夠改善電池模塊100的總循環壽命。
具體地，熔核區152為發生動態再結晶的區域，從而具有抵抗外部振動或震動的 結構。熱機械影響區巧4為兩個連接構件160與端子130和140已經被旋轉和結合的區域， 具有混合的母材，從而具有抵抗外部震動或振動的結構特性。
在上述實施例中，連接構件160接觸正電極端子130和負電極端子140中的對應 一個，并且熔核區152橫過連接構件160與正電極端子130和負電極端子140中的對應一 個之間的接觸表面。
與其他類型的焊接不同，攪拌摩擦焊不需要熱源、焊條或填充金屬，從而是不排放 有害光或物質的環境友好型焊接。進一步，由于發生動態重組，例如可能在熔絲結合(fuse bonding)中形成的晶間裂紋(solidification cracks)可被最小化或被減少，而且沒有較 多的變形，從而機械性能優良。
圖4為顯示根據本發明的第二示例性實施例的電池模塊的透視圖。
參見圖4，根據第二示例性實施例的電池模塊100’包括多個可再充電電池110和 電連接該可再充電電池110的連接構件170。根據第二示例性實施例的電池模塊100’除了 焊接部分175的構造之外與根據第一示例性實施例的電池模塊100具有類似結構。因此， 將不再提供類似構造的重復描述。
在該實施例中，可再充電電池110具有為板形且突出到殼體外的正電極端子130 和負電極端子140。連接構件170被基本形成為矩形板并覆蓋正電極端子130和負電極端 子140。連接構件170通過攪拌摩擦焊被結合到正電極端子130或負電極端子140中的至 少一個，焊接部分175被形成在連接構件170及端子130和140的側部。
連接構件170與端子130和140被焊接，且側部相互接觸，工具在沿端子130和/ 或140的側部移動的同時進行焊接，從而焊接部分175在連接構件170與端子130或140 接觸的地方沿直線形成。
如本發明示例性實施例中，通過利用攪拌摩擦焊來焊接連接構件170與由不同材 料制造的端子130和/或140，不同金屬能夠被更穩定地結合。
圖5為顯示根據本發明的第三示例性實施例的電池模塊的分解透視圖，圖6A和圖 6B為圖示將根據本發明的第三示例性實施例的端子與連接構件焊接的過程的橫截面圖。
參見圖5、圖6A和圖6B，根據第三示例性實施例的電池模塊200包括多個可再充 電電池210和電連接該可再充電電池210的連接構件沈0。根據第三示例性實施例的電池 模塊200除了端子230和240及連接構件沈0的結構之外與根據第一示例性實施例的電池 模塊具有類似結構。因此，將不再提供類似構造的重復描述。
可再充電電池210具有為板形且突出到殼體212外的正電極端子230和負電極端 子M0。在一個實施例中，兩個端子突出部235在正電極端子230的上表面上，兩個端子突 出部245在負電極端子240的上表面上。一些實施例在每個電極端子上可具有多于兩個或 少于兩個的端子突出部。
連接構件260被基本形成為矩形板并覆蓋正電極端子230和負電極端子M0。進 一步，支撐槽265位于連接構件沈0的下表面上，端子230和MO的端子突出部235和245 被插入到支撐槽沈5中。
如圖6A和圖6B所示，在該狀態下，連接構件沈0以及端子230或240中的至少一 個利用工具270通過攪拌摩擦焊被結合。這里，為了方便，端子230被圖示，但端子240可 被類似地構造。工具270具有焊頭272和焊柄271，并位于連接構件260上方。焊頭272從 焊柄271的下端處的肩部273突出。通過將工具270擠壓抵靠連接構件260和端子230或 240之一并旋轉工具270，連接構件260和端子230或240中對應一個在固態下通過摩擦熱 和攪拌被結合。因此，形成焊接部分250和焊接槽251。在該實施例中，焊接部分250包括 從連接構件沈0的與面對端子230和240的表面相反的表面形成的點焊縫。并且該點焊縫 與端子突出部235和支撐槽265對齊。
在該狀態下，由于圖6A中的端子突出部235被插入到支撐槽沈5中，隨著端子突 出部235被攪拌，端子230和連接構件260被穩定地結合。這里，即使熱和摩擦力不能影響 或達到端子230的下部分，端子突出部235通過熱和摩擦力與連接構件260被動態地重新 組合，從而連接構件260和端子230能夠被穩定地結合。
通過動態再結晶形成的熔核區252、通過塑性變形產生部分再結晶的熱機械影響 區2M和受熱影響的熱影響區256被形成在焊接部分250中。在這種實施例中，熔核區252 被形成為接近端子突出部235在支撐槽沈5中所配合的地方。
雖然已經結合目前被認為是可實現的示例性實施例描述了本發明，但是應理解的 是本發明不限于所公開的實施例，而是相反意在覆蓋包括在所附權利要求書的精神和范圍 內的各種改進和等同配置。
權利要求
1.一種電池模塊，包括多個可再充電電池；和連接構件，用于將所述多個可再充電電池中的一個可再充電電池的包括第一材料的第 一端子連接到所述多個可再充電電池中的另一個可再充電電池的包括第二材料的第二端 子，其中多個焊接部分將所述連接構件分別連接到所述第一端子和所述第二端子，所述多 個焊接部分中的至少一個包括熔核區，該熔核區包括所述連接構件與所述第一端子和所述 第二端子中的對應一個的各自材料的混合物。
2.根據權利要求1所述的電池模塊，其中所述多個焊接部分中的所述至少一個通過攪 拌摩擦焊形成。
3.根據權利要求1所述的電池模塊，其中所述第一材料包括鋁。
4.根據權利要求1所述的電池模塊，其中所述第二材料包括銅。
5.根據權利要求1所述的電池模塊，其中所述連接構件包括所述第一材料或所述第二 材料。
6.根據權利要求1所述的電池模塊，其中所述第一材料和所述第二材料不同。
7.根據權利要求1所述的電池模塊，其中所述多個焊接部分包括將所述連接構件連接 到所述第一端子的至少一個點焊縫及將所述連接構件連接到所述第二端子的至少一個另 外的點焊縫。
8.根據權利要求1所述的電池模塊，其中所述第一端子、所述第二端子和所述連接構 件都為板形。
9.根據權利要求1所述的電池模塊，其中所述連接構件被定位在所述第一端子和所述第二端子上。
10.根據權利要求9所述的電池模塊，其中所述多個焊接部分中的每一個包括從所述 連接構件的與面對所述第一端子和所述第二端子的表面相反的表面形成的點焊縫。
11.根據權利要求9所述的電池模塊，其中所述連接構件與所述第一端子和所述第二 端子接觸，并且所述多個焊接部分中的每一個在所述連接構件與所述第一端子和所述第二 端子中的一個接觸的地方沿直線形成。
12.根據權利要求1所述的電池模塊，所述第一端子和所述第二端子中的至少一個包 括突出部，且所述連接構件包括尺寸被形成適于接納所述突出部的支撐槽。
13.根據權利要求12所述的電池模塊，其中所述多個焊接部分中的每一個包括從所述 連接構件的與面對所述第一端子和所述第二端子的表面相反的表面形成的點焊縫。
14.根據權利要求13所述的電池模塊，其中所述點焊縫中的對應一個與所述突出部和 所述支撐槽對齊。
15.根據權利要求14所述的電池模塊，其中所述熔核區通過在固態下將所述連接構件 與所述突出部熔合以形成熔合部分并將所述熔合部分動態再結晶而形成。
16.根據權利要求1所述的電池模塊，其中所述熔核區通過在固態下將所述連接構件 與所述第一端子和所述第二端子中的所述對應一個熔合以形成熔合部分并將所述熔合部 分動態再結晶而形成。
17.根據權利要求16所述的電池模塊，進一步包括圍繞所述熔核區且通過所述連接構件與所述第一端子和所述第二端子中的所述對應一個的塑性變形和部分再結晶而形成 的熱機械影響區，以及圍繞所述熱機械影響區的熱影響區。
18.根據權利要求1所述的電池模塊，其中所述多個焊接部分中的每一個包括表面和 從所述表面凹入的焊接槽。
19.根據權利要求1所述的電池模塊，其中所述連接構件接觸所述第一端子和所述第 二端子中的所述對應一個，并且其中所述熔核區橫過所述連接構件與所述第一端子和所述 第二端子中的所述對應一個之間的接觸表面。
20.一種連接第一可再充電電池的第一端子與第二可再充電電池的第二端子的方法， 所述方法包括提供連接構件，該連接構件包括與所述第一端子和所述第二端子中的一個的材料不同 的材料；以及將所述連接構件分別焊接到所述第一端子和所述第二端子，以形成各自的焊接部分，其中所述連接構件與所述第一端子和所述第二端子中的所述一個之間的所述焊接部 分通過攪拌摩擦焊形成。
21.根據權利要求20所述的連接第一可再充電電池的第一端子與第二可再充電電池 的第二端子的方法，其中所述攪拌摩擦焊通過在固態下將所述連接構件與所述第一端子和 所述第二端子中的所述一個熔合以形成熔合部分并將所述熔合部分動態再結晶而形成熔 核區，該熔核區包括所述連接構件與所述第一端子和所述第二端子中的所述一個的各自材 料的混合物。
全文摘要
本發明涉及一種電池模塊以及連接電池模塊的可再充電電池的端子的方法。該電池模塊包括多個可再充電電池；以及用于將所述多個可再充電電池中的一個可再充電電池的包括第一材料的第一端子連接到所述多個可再充電電池中的另一個可再充電電池的包括第二材料的第二端子的連接構件，其中焊接部分將所述連接構件分別連接到所述第一端子和所述第二端子，所述焊接部分的至少一個包括熔核區，該熔核區包括所述連接構件與所述第一端子和所述第二端子中的對應一個的各自材料的混合物。
文檔編號H01M2/22GK102034953SQ20101029159
公開日2011年4月27日 申請日期2010年9月21日 優先權日2009年10月5日
發明者卞相轅, 金孝燮, 金容三, 金成培 申請人:Sb鋰摩托有限公司