專利名稱：用于連接多個平行連接片的方法
技術領域：
本技術涉及以成本有效和可重復的方式連接多個單元連接片，使得每個相互聯接質量更輕且體積更小。
背景技術：
這一部分提供與本公開相關的背景信息，其并非必需是現有技術。多單元電化學裝置(也稱為電池單元堆或多單元電池模塊)可用于車輛驅進等的許多種應用，包括驅動各種電子裝置。盡管電池設計(例如堿性電池、伏打電池和鉛酸電池)被用在各種家用和工業應用中，但是部分地由于能量密度的提高，電池類型的演化(例如，鎳鎘電池(NiCd)、鎳氫電池(N1-MH)、鋰離子電池和鋰離子聚合物電池)在新興電子和混合氣體/電子車輛驅動應用中顯示出特別的實用性。依賴于車輛的特定結構，這類電池可有選擇地重新充電，例如插電式電池或再生制動事件期間的車載電池。在特定電池單元中，相鄰單元的電極和隔離板可彼此層疊，以提供許多種單元堆疊幾何形狀和其它單元結構，無論是在車輛上或用于其它非車輛應用。例如，電池單元可彼此相鄰，它們各自的導電終端或單元連接片可以適于完成電子電路的特別方式連接在一起。在某些情形下，可使用超聲波焊接方法將相同或相似材料的多個連接片連接至另一材料上，例如互聯構件。然而，由于使用期間超聲波工具的一些部分(例如焊頭和鐵砧)會磨損，所以這些方法會導致焊接質量的差異。這種磨損會影響焊接性能，并產生不斷的加工費用。此外，互聯構件相對于單元連接片的幾何形狀和位置必須適應超聲波焊接設備，從而限制了多單元裝置設計和結構等方面。

發明內容
本技術包括涉及多單元電化學裝置中的一個或多個單元連接片和互聯構件的激光焊接的系統、方法、制造產品和構成。在一些實施例中，激光焊接互聯裝置包括互聯構件和多個電化學單元。所述互聯構件包括具有第一側和第二側的基本上平面的部分。所述多個電化學單元遠離所述互聯構件的第一側沿著基本上垂直的方向延伸。每個電化學單元都具有接觸所述互聯構件的第二側的單元連接片，其中所述接觸包括激光焊接。在一些實施例中，一種將電化學單元連接至互聯構件的方法，包括提供互聯構件和多個電化學單元。所述互聯構件包括具有第一和第二側的基本上平面部分，所述多個電化學單元遠離所述互聯構件的第一側沿基本垂直方向延伸。每個電化學單元都具有接近于所述互聯構件的第二側的單元連接片。所述方法包括將各單元連接片激光焊接至所述互聯構件的第二側。在多個實施例中，本技術提供了包括如本文所述激光焊接互聯裝置的電化學裝置。例如，所述電化學裝置可為電池，例如鋰離子電池、鋰離子聚合物電池、鎳金屬氫化物 電池或鎳鎘電池。具有激光焊接互聯裝置的一個或多個電池可用在車輛中，包括電動及混合氣體/電動車輛推進應用中。
本發明提供下列技術方案。
技術方案1. 一種激光焊接互聯裝置，包括互聯構件，包括具有第一側和第二側的基本上平面的部分；以及多個電化學單元，其遠離所述互聯構件的第一側沿著基本上垂直的方向延伸，每個電化學單元都具有接觸所述互聯構件的第二側的單元連接片，其中所述接觸包括激光焊接。
技術方案2.如技術方案I的激光焊接互聯裝置，其中所述電化學單元基本上平行。
技術方案3.如技術方案I的激光焊接互聯裝置，其中各單元連接片接觸所述互聯構件的第二側的部分位于基本上相同的平面內。
技術方案4.如技術方案3的激光焊接互聯裝置，其中各單元連接片接觸所述互聯構件的第二側的部分與所述互聯構件的第二側基本上共面。
技術方案5.如技術方案I的激光焊接互聯裝置，其中所述互聯構件的第二側的一部分包括與所述互聯構件的其余部分不同的材料，其中所述接觸包括在其上的激光焊接。
技術方案6.如技術方案5的激光焊接互聯裝置，其中所述互聯構件的第二側的所述一部分的材料包括與所述單元連接片相同的材料。
技術方案7.如技術方案I的激光焊接互聯裝置，其中所述互聯構件包括銅和銅合金中的至少一種。
技術方案8.如技術方案I的激光焊接互聯裝置，其中所述單元連接片包括銅、銅合金、鋁和鋁合金中的至少一種。
技術方案9.如技術方案I的激光焊接互聯裝置，其中所述互聯構件的一部分接觸至少一個另外電化學單 元的至少一個單元連接片。
技術方案10. —種電化學裝置，包括技術方案I的激光焊接互聯裝置。
技術方案11. 一種包括技術方案I的激光焊接互聯裝置的電池。
技術方案12.如技術方案11的電池，其中所述電池包括鋰離子電池、鋰離子聚合物電池、鎳金屬氫化物電池和鎳鎘電池中的至少一種。
技術方案13. —種包括如技術方案11的電池的車輛。
技術方案14. 一種將電化學單元連接至互聯構件的方法，包括提供包括具有第一和第二側的基本上平面部分的互聯構件、以及遠離所述互聯構件的第一側沿基本垂直方向延伸的多個電化學單元，每個電化學單元都具有鄰近于所述互聯構件的第二側的單元連接片；以及將各單元連接片激光焊接至所述互聯構件的第二側。
技術方案15.如技術方案14的方法，其中所述電化學單元基本上平行。
技術方案16.如技術方案14的方法，其中各單元連接片接觸所述互聯構件的第二側的部分位于基本上相同的平面內。
技術方案17.如技術方案16的方法，其中各單元連接片接觸所述互聯構件的第二側的部分與所述互聯構件的第二側基本上共面。
技術方案18.如技術方案17的方法，其中各單元連接片到所述互聯構件的第二側的激光焊接包括基本上相同的激光焊接參數。技術方案19.如技術方案14的方法，其中所述第二側還包括材料不同于所述互聯構件其余部分的部分，并且各單元連接片被激光焊接至該材料部分。技術方案20.如技術方案15的方法，其中所述材料部分包括與所述單元連接片相同的材料。從本文提供的描述可清楚其他應用領域。發明內容部分中的描述和具體例子僅用于示出性目的，不意欲限制本公開的范圍。


本文所示附圖僅用于所選實施例的示出性目的，而不是所有可能的實施方案，因 此不意欲限制本公開的范圍。圖1示出了傳統超聲波焊接互聯構件和多單元連接片的實施例的局部透視 圖2示出了激光焊接互聯構件和多單元連接片的實施例的局部透視 圖3示出了圖2中所示激光焊接互聯構件和多單元連接片的實施例的旋轉局部透視圖；以及
圖4A、4B和4C示出了圖2和3中所示的各個單元連接片的局部透視圖。
具體實施例方式下面的技術描述實質上僅僅是一個或多個發明的主題、制造和使用的示例，不意欲限制本申請、或可能提交的要求本申請優先權的這類其它申請、或由此得到的專利中所要求的任何具體發明的范圍、應用或使用。就所公開的方法而言，所述步驟實質上是示例性的，因此，步驟的順序并非必需或關鍵的。本技術涉及將多個平行單元的單元連接片通過可替代超聲波焊接方法的激光焊接連接至多單元電化學裝置中的互聯構件。特別地，多個平行單元連接片以使得它們可基本上位于相同平面內的方式彎曲和有凹口，允許多個連接片被激光焊接至互聯構件。這樣，電池單元可獲得更低的封裝體積和質量，以及高的焊接可重復性，并減少制造期間引起的工具磨損或工具損壞。圖1中示出了用于電池單元的傳統超聲波焊接互聯100的實施例。互聯構件110包括在限定總體U形輪廓的一對橫向側壁130之間延伸的底座120。兩個或多個電化學單元150的單元連接片140 (互聯構件110的每側上示出了三個)定位成鄰近互聯構件110的各側壁130，并被超聲波焊接，以形成一個或多個超聲波焊接部位160 (示出了兩個)。單元150可包括總體平行的板，所述板延伸超過由不完整邊緣表示的所示部分。側壁130和相鄰單元連接片140的構造允許超聲波焊接裝置的靠近，在焊接操作期間(未示出)它們在所述裝置中可被夾在固定形巢(鐵砧)與超聲焊極(焊頭)之間。已知的超聲波焊接過程由于超聲波工具(例如鐵砧和焊頭)的磨損會導致焊接質量的差異。這會導致超聲波焊接部位160中的不一致性或變化。此外，側壁130的布置及互聯構件110的底座120與單元連接片140的間距必須提供用于超聲波焊接裝置的通道，以形成超聲波焊接部位160。相比較而言，本技術通過消除超聲波焊接的使用并以更可靠的工藝——激光焊接來替代而消除了因磨損引起的焊接部位差異。單元的制造和布置可被改變，所以與超聲波焊接相比，它更容易保持刀具后角(tool clearance)ο多個單元的連接片還可由足夠厚以承載比超聲波焊接方法中所用連接片更大的電流的材料制成。例如，在有三個平行單元時可獲得三倍電流的提高。還可有兩個、四個或更多單元平行。就三個平行單元而言，單元連接片可為三倍厚，其中所述單元可有凹口，使得每個單元連接片都單獨接觸互聯構件，而無需連同互聯構件來夾持連接片或將它們堆疊在一起。由于單元連接片是有凹口和彎曲的， 例如，在1、2或3連接片配置中，因此單元連接片可定位在一起，使得凹口部分都以平面并肩的方式裝配在互聯構件上，其中全部都處于相同的高度。這樣，單元連接片可被緊密地保持在互聯構件上并以一致的方式進行激光焊接。這可提供超越分層多單元情形中所用的較薄連接片的改進，較薄連接片會接收不同密度的焊接能量，從而導致焊接差異、壞焊接、無焊接或熔斷，其中一個或多個連接片被切割或汽化，這種情況在電池堆的整個連接片層中會進一步變化。
現在參考圖2-4，示出了用于電池單元的激光焊接互聯裝置200的實施例?；ヂ摌嫾?10能具有基本上平坦的構造，其中其邊緣接合多個電化學單元230的單元連接片220A、 220B、220C (示出有三個接合互聯構件210的一個邊緣)?；ヂ摌嫾?10的另一邊緣(例如， 與所示相反的邊緣)可以類似的方式接合另外電化學單元的另外單元連接片(未示出)。例如，互聯構件210可延伸超過由不完整邊緣指示的所示部分，并接合三個另外電化學單元的三個單元連接片。
單元連接片220A、220B、220C有凹口和/或彎曲，使得每個連接片的一部分鄰近互聯構件210與電化學單元230相對的表面放置。這樣，各單元連接片220A、220B、220C的一部分位于基本上相同的平面內。因此相對于互聯構件210的與電化學單元230相對的表面， 單元連接片220A、220B、220C呈現基本相同的平面位置。電化學單元230大體上彼此平行， 并且一般沿遠離互聯構件210的垂直方向延伸超過由單元230的不完整邊緣指示的所示部分。單元連接片220A、220B、220C和電化學單元230可包括各種長度的一個或多個彎曲，以將單元連接片220A、220B、220C定位成 鄰近互聯構件210并與電化學單元230間隔開。
單元連接片220A、220B、220C被激光焊接至互聯構件210以提供激光焊接部位 240。單元連接片220A、220B、220C的與互聯構件210相鄰且位于相同平面內的部分允許激光焊接裝置的接近和經過各單元連接片220A、220B、220C的移動。由于單元連接片220A、 220B、220C肩并肩并且存在于總體相同的平面位置，所以這允許對各單元連接片220A、 220B、220C應用基本相同的激光焊接參數。分別與單元連接片140和U形互聯構件110相比，由于單元連接片220A、220B、220C和互聯構件210的布置構造，激光焊接互聯裝置200 因此提供了比超聲波焊接互聯100更低的輪廓。
互聯構件210還可包括與單元連接片220A、220B、220C相鄰的部分250，其包括與單元連接片220A、220B、220C相同或基本上相類似的材料。所述部分250可為與互聯構件 210其余部分不同的材料。這樣，激光焊接操作可在相同或相類似的材料之間形成焊接部位240 (例如，在部分250與單元連接片220A、220B、220C包括相同金屬的情況下)。這種焊接部位240與在不相似材料之間形成的焊接部位相比更容易形成并且更加強健。互聯構件 210可具有另一部分，其包括與位于互聯構件另一或相對邊緣上的單元連接片(未示出)相同或相似的材料。在一些實施例中，互聯構件210并不包括所述部分250，使得單元連接片 220A、220B、220C被直接焊接至互聯構件210 (未示出)。在一些實施例中，互聯構件210具有焊接至一個或多個部分250的一個或多個單元連接片和直接焊接至互聯構件210的一個或多個單元連接片(未示出)。激光焊接互聯裝置200可構造為用于各種電池設計中，包括鋰離子電池、鋰離子聚合物電池、鎳金屬氫化物電池、鎳鎘電池等。激光焊接互聯裝置200的部件可包括多種材料?；ヂ摌嫾?10可包括純銅或元素銅、銅合金、鍍鎳銅、鋁、鋁合金或其它導電材料。如果包括的話，互聯構件210的一個或多個部分250可包括與互聯構件210的其余部分相同或不同的材料。所述部分250還可包括與單元連接片220A、220B、220C相同或相似的材料、或者適于激光焊接至單元連接片220A、220B、220C的材料。單元連接片220A、220B、220C可包括純銅或元素銅、銅合金、鍍鎳銅、鋁、鋁合金或其它導電材料。在某些情形下，單元連接片220A、220B、220C可包括與電化學單元230相同的材料，且實質上為電化學單元230的延伸。在其它實施例中，單元連接片220A、220B、220C可包括與電化學單元230不同的材料，其中單元連接片220A、220B、220C聯接至電化學單元230。根據本技術的激光焊接電池單元允許多個單元的連接片有效且一致地互聯。連接
片可有凹口，以允許連接片齊平地位于相同的連接面上。在相同的平行組中，相鄰的單元可具有連續凹口的連接片，使得它們一旦被折疊并呈現給激光焊接器就彼此相鄰地位于相同的平面內。實施平面激光焊接連接的能力允許更有利的刀具后角，以避免連接過程期間工具觸發電弧放電或相鄰單元連接片的短路。具有凹口的單元連接片的使用進一步允許多個平行單元結構(例如，連接至互聯構件的一個或多個邊緣的2個、3個或更多的單元)，所有都具有相同的共用激光焊接動力設置。根據本技術制造的電池單元可進一步利用常見的、包覆的、雙金屬互聯材料，以使平行互聯具有更小的輪廓，使得節約體積和高度，并能提供在利用這種電池單元的電池系統中的整體質量減少。依賴于所需的具體應用電流需求，也可使用更厚的連接片來允許更高的電流承載能力。這與超聲波焊接電池單元相反，在超聲波焊接電池單元中多個連接片厚度和互聯構件厚度需要與有效的焊角和鐵砧間隔及通過若干層進行有效超聲波焊接的能力相關。例如，當使用較厚的連接片時，用于超聲波焊接刀具后角的區域減小，從而增大了工具觸發電弧放電或單元短路的機會，從而導致損壞。提供了示例性實施例以使得本公開徹底完全地將范圍表達給本領域的技術人員。許多具體細節被描述，例如具體部件、裝置和方法的例子，以提供對本公開實施例的全面理解。本領域的技術人員可清楚，所述具體細節不必被使用，示例的實施例可以許多不同的形式體現，不應當被認為是限制本公開的范圍。在某些示例實施例中，公知的工藝、公知的裝置結構和公知的技術未詳細描述。在本技術的范圍內，可對某些實施方式、材料、組分和方法進行等效的改變、修改和變化，具有基本上相類似的結果。
權利要求
1.一種激光焊接互聯裝置，包括互聯構件，包括具有第一側和第二側的基本上平面的部分；以及多個電化學單元，其遠離所述互聯構件的第一側沿著基本上垂直的方向延伸，每個電化學單元都具有接觸所述互聯構件的第二側的單元連接片，其中所述接觸包括激光焊接。
2.如權利要求1的激光焊接互聯裝置，其中所述電化學單元基本上平行。
3.如權利要求1的激光焊接互聯裝置，其中各單元連接片接觸所述互聯構件的第二側的部分位于基本上相同的平面內。
4.如權利要求3的激光焊接互聯裝置，其中各單元連接片接觸所述互聯構件的第二側的部分與所述互聯構件的第二側基本上共面。
5.如權利要求1的激光焊接互聯裝置，其中所述互聯構件的第二側的一部分包括與所述互聯構件的其余部分不同的材料，其中所述接觸包括在其上的激光焊接。
6.如權利要求5的激光焊接互聯裝置，其中所述互聯構件的第二側的所述一部分的材料包括與所述單元連接片相同的材料。
7.一種電化學裝置，包括權利要求1的激光焊接互聯裝置。
8.一種包括權利要求1的激光焊接互聯裝置的電池。
9.一種包括如權利要求11的電池的車輛。
10.一種將電化學單元連接至互聯構件的方法，包括提供包括具有第一和第二側的基本上平面部分的互聯構件、以及遠離所述互聯構件的第一側沿基本垂直方向延伸的多個電化學單元，每個電化學單元都具有鄰近于所述互聯構件的第二側的單元連接片；以及將各單元連接片激光焊接至所述互聯構件的第二側。
全文摘要
本發明涉及用于連接多個平行連接片的方法。多個單元連接片被以成本有效和更加一致的方式有效連接，使得每個互聯的質量和體積更小。單元連接片由厚度足夠承載其它連接片的幾倍電流的材料制成。所述連接片有凹口，以接合互聯構件，其中在使單個單元連接片彎曲的相同階段形成凹口。一旦單元連接片有凹口并彎曲，將它們定位在一起，使得凹口部分以齊平并肩的方式位于互聯構件上，所有都在相同的高度。然后所述單元連接片被緊密地保持在互聯構件上并被激光焊接。
文檔編號B23K26/20GK103000854SQ20121033767
公開日2013年3月27日 申請日期2012年9月13日 優先權日2011年9月13日
發明者J.W.佩恩 申請人:通用汽車環球科技運作有限責任公司