电模块可以包括电连接在一对模块端子之间的储能部件。储能 部件经常物理和/或电连接至其它储能部件和/或基板，例如电模块 中的PC板。电模块中储能部件之间的电连接通常包括诸如引线或 母线的电连接件。储能部件可以以不同结构连接，诸如串联、并联、 或者串并联混合。储能部件也可以单独地或者集中地连接到电模块 中的基板(例如，PC板)。
储能部件可以包括例如电池或者电容器的装置。电池，例如， 可以包括原电池或者蓄电池。电容器，例如，可以包括电解电容器、 钽电容器，陶瓷电容器，双层电容器(也称作超级电容器或超电容 器)，或者任何其它形式的电容。
尽管具体的电池或者电容器储能部件的电压、电流、和/或储能 能力可能是有限时，但是可以多电池和/或电容连接起来以提供较高 的电压、电流、和/或储能能力。为了从低电压部件中获取高电压模 块，例如，多个部件可以串联连接在模块的两个或多个端子之间并 且，在有些情况下，被提供在容器或者箱体内。
用于将单独的储能部件彼此连接和/或连接到电模块的端子的 电连接部分为电模块提供了额外电阻，占用了可以另外用于储能容 量或用以降低电模块整体尺寸的体积，并且形成额外的区域，其中 连接的损坏影响模块的性能。另外，一些电模块包括焊接到母线或 引线以连接模块中的电部件的单独电部件。然而，焊接会产生可能 伤害到模块的电部件的热量。

本发明意在能够安全地连接电模块中的单独的电部件。提供一 种电模块，其中，使用夹头替代引线或母线连接来连接多个储能部 件。
在一个结构中，例如，包括第一端子和第二端子的第一储能部 件与包括第三端子和第四端子的第二储能部件连接。使用包括凹槽 的夹头将第一储能部件的第一端子电连接至第二储能部件的第三 端子。夹头的凹槽容纳第一储能部件的第一端子的至少一部分以及 第二储能部件的第三端子的至少一部分。夹头将第一储能部件的第 一端子和第二储能部件的第三端子电连接并以基本同轴的结构固 定第一储能部件和第二储能部件。
在另一结构中，提供一种电模块，其中，第一储能部件包括第 一端子和第二端子并且被连接至包括第三端子和第四端子的第二 储能部件。提供用于夹紧第一储能部件的第一端子的至少一部分和 第二储能部件的第三端子的至少一部分的装置，其将第一储能部件 的第一端子与第二储能部件的第三端子电连接，其中，第一储能部 件和第二储能部件以基本同轴的结构被布置。
提供一种用于装配电模块的方法，其中，该方法包括提供第一 储能部件、第二储能部件和夹头。采用将第一储能部件的第一端子 和第二储能部件的第二端子电连接的方式，使用该夹头以基本同轴 的结构将第一储能部件固定至第二储能部件。
通过阅读下述描述和权利要求且回顾附图，本发明的前述和其 它方面、特征、细节、效用和优点将变得清晰。

图1描述了包括固定到基体件上的多个单独储能部件的电模块 的第一实例的透视图。
图2描述了图1的电模块的俯视图。
图3描述了图1和图2的电模块的侧视图。
图4描述了可以用来固定电模块中的储能部件的夹头的第一实 例的透视图。
图5描述了图4中的夹头处于分离结构的正视图。
图6描述了图5中所描述的处于分离结构的夹头的侧视图。
图7描述了电模块的第二实例的透视图。
图8描述了图7的电模块的没有电模块箱体的透视图。
图9描述了图7和图8的电模块的移走电模块的两个储能部件 用于说明电模块的一对夹头的透视图。
图10描述了图8所示电模块的俯视图。
图11描述了图8和图9所示电模块的侧视图。
图12描述了图7-11的电模块的正视图。
图13描述了可用于将储能部件固定在电模块中的夹头的第二 实例的透视图。
图14描述了图13的夹头的侧视图。
图15和图16描述了图13和图14中夹头的透视图。
图17描述了可用于将储能部件固定在电模块中的夹头的第三 实例的透视图。
图18和图19描述了示出可用来将储能部件固定在电模块中的 夹头的第四和第五实例的电模块的第三实例。
图20描述了图18和图19中示出的夹头的第五实例的一部分 的截面图。
图21描述了示出可用来将储能部件固定在电模块中的夹头的 第六实例的电模块的第四实例的透视图。

提供一种电模块，其包括通过夹头连接成基本同轴结构的多个 储能部件。通过消除至少一些内部布线或母线连接的使用，并且通 过提供直接电连接或者在储能部件的至少一些端子之间至少提供 极短的传导路径的方式，单独储能部件的夹紧连接可以降低模块的 等效串联电阻(ESR)。电模块可以有连接成基本同轴结构的一排或 多排储能部件，并且容许电模块中储能部件的串联和/或并联连接。 相比于焊接、锡焊或其它连接方式，夹头连接的应用便于装配和维 修期间的拆卸。
夹头也可以当作散热片将热能从储能装置带走，以防止由电模 块内生成的热量而导致的破坏或性能降低。相比于锡焊或者可在电 模块内产生的温度上熔化的尤其在使用双层电容器生成较高电流 水平的情况下可熔化的其它连接方式，夹头也能对热相对不敏感。 另外，夹头的使用对公差相对不敏感，并且可以将不同种类的储能 部件连接在一起或者将有不同公差的储能部件连接在一起。
图1描述了包括通过多个夹头16而被固定至基体件14上的多 个单独储能单元12的电模块10的第一实例的透视图。图2描述了 模块10的俯视图，且图3描述模块10的侧视图。单独的电部件12 可包括任何数量的储能部件。储能部件可包括单一类型的储能部件 或者各种不同的储能部件(例如，不同类型的电池，不同类型的电 容，和/或电池与电容的接合)。在一个具体实例中，单独的储能部 件12包括双层电容器。基体件14可包括用于支撑电部件的任意适 合的基板，例如PC板。
储能部件12被示出为布置成18和20两排。图1所示实例中 的排18和20中的每个包括彼此通过夹头16固定至基体件14的三 个串联连接的储能部件12。每排的储能部件12沿轴向并且以串联 结构同轴地连接。单独储能部件12的轴向端子22通过夹头16与 相邻的储能部件的端子22保持电连接。电连接可包括在相邻储能 部件12的端子22的末端之间的直接接触和/或包括通过固定相邻的 每一端子22的夹头16的传导路径。即使相邻储能部件12的端子 22彼此没有稳固的直接电连接，夹头也在紧密间隔的端子22之间 提供极短的传导路径。这在储能部件12的端子之间提供非常小的 等效串联电阻(ESR)连接，而不引入经常出现在连接件(诸如， 典型地用来电连接电模块中储能部件的母线或引线连接)中的较高 电阻或者杂散电流。直接连接使得电部件可以紧密间隔并且可以降 低模块10的总波形系数。
这里夹头16是热传导的，夹头16进一步作为散热片将热量从 储能部件12带走。基于此应用，夹头16可自身具有适当的散热片 或者可被连接至其它热传导部件以便进一步将热量从储能部件12 带走。在涉及高电流(例如在几个毫秒时间内接近5000A)的双层 电容器应用中，夹头16可通过导热而非导电的介面材料被热连接 至热传导箱(例如铝箱)。在一个实例中，这种热传导且非电传导 的热介面材料可包括厚度介于大约1mm和2mm之间的玻璃纤维加 强热衬垫，尽管其它材料或尺寸也是可以的。在另一个实例中，可 以用对流和/或强制系统驱散来自散热片部件(例如，夹头16)的 热量。
在这个实例中，夹头16进一步将储能部件12物理地和/或电地 固定至基体件14。尽管储能部件的端子示出为处于轴向同轴结构， 但是其它结构(例如，端子偏移和/或端子从电部件的同一侧伸出) 也是可能的。
模块10的排18和20可以彼此电独立(例如，作为独立的子 模块)或者可以互相连接作为单一电模块的一部分。在排18和20 彼此电独立且包括单独的子模块的情况下，模块端子可被电连接至 位于每排末端的储能部件12的端子22。在一个结构中，例如，通 过位于每排末端的夹头16，模块端子以电连接的方式与储能部件 12的端子22固定(例如，模块端子可以电连接方式固定于位于一 排末端上的夹头的开口24中)。然而，其它用于与储能部件电连接 的结构也是可能的。
在另一结构中，储能部件12的排18和20可在模块10中彼此 电连接。排18和20，例如，可以彼此串联连接或者彼此并行连接。 这样，模块10可包括储能部件12的单对端子。
夹头16也可以至少部分地导电(例如，包括铝或者其它导电 材料)并且将储能部件12的端子22电连接到基体件14或者连接 到布置在模块10内(例如，在基体件14上)的另一电部件。基体 件14，例如，可以包括给储能部件12的端子22提供电连接的在一 个或多个夹头16底部的电衬垫或者其它传导元件。在另一结构中， 基体件14可包括一个或多个夹头16的底部相对侧的电衬垫或者其 它传导元件。这样，伸出夹头16和基体件14以便将夹头16固定 到电部件12和基体件14的连接件(例如，螺栓和/或螺母)，可以 电连接至基体件14相对侧的衬垫。这些电连接可以用来监控和/或 补偿储能部件12的状况。在一个实例中，电压监测电路和/或电荷 平衡电路可以电连接至夹头16和储能部件12的端子22。
图4描述了被用来固定电模块内的储能部件的夹头116的第一 实例的透视图。夹头116包括顶部130和底部132。130和132部 中的至少一个包括凹槽134。凹槽134可以包括图4中所示的基本 半圆凹槽或者可以是其它形状，以便与储能部件的端子匹配或接 合。凹槽134，例如，可以包括倾斜壁，以保证夹头116与电部件 的端子之间的良好连接，尤其在端子存在显著公差变化时(例如， 见图17)。
夹头116可被构造成将一个或多个储能部件的末端或端子固定 到基板和/或彼此固定。夹头116，例如，可被构造成牢固地保持两 个双层电容器的端子直接电连接和/或使双层电容器牢固地附着到 基板(诸如PC板)。这样，电流可以直接从第一个储能部件的端子 流向第二个储能部件的端子。另外，如上所述，夹头自身(或者自 身的一部分)是传导的，电流可以通过传导的夹头116(或夹头116 的传导部分)从一个储能部件流向另一个储能部件。另外，这里的 储能部件的一部分(例如，端子)由特定传导材料(诸如铝)制成， 夹头自身(或者其传导部分)也可以由相同的传导材料(例如，铝) 制成以防止由于异金属造成的电偶腐蚀。
在图4所示的实例中，夹头的顶部130和底部132还包括至少 一个孔136(图4的实例中示出两个)通过该孔顶部130和底部132 可以固定在一起。在一个实施例中，例如，诸如螺栓，螺钉，铆钉 或其它连接件的连接件可伸出孔136。螺栓，举例说，可以伸出孔 136且接合一个连接件(例如，螺母，诸如压入基体件的压铆螺母 (pem nut)或焊接在基体件上的丁字螺母)且用来将夹头固定至基 体件。该螺栓，举例说，可以穿过夹头116的孔136从夹头116的 顶端伸出，从而它的螺纹端可以从基体件伸出，并且诸如压铆螺母 或丁字螺母的连接件被用来将螺栓固定在基体件的相对侧(尽管螺 栓也可以沿相反方向伸出)。螺栓和连接件可以彼此相对压紧以便 固定夹头116、至少一个电部件和基体件。孔136也可以在顶端上 沉陷，以使得螺栓或者其它连接件齐平于或稍低于夹头116的顶面。 这使得夹头116可以对另一个热导体，比如上述的热介面层，提供 较好的热传导路径。
在期望从夹头116和/或储能部件到基体件的电连接的情况下， 螺栓头或连接件(例如，压铆螺母或丁字螺母)可以电连接(例如， 焊接)至基体件相对侧上的衬垫。可替换地或者另外地，至少部分 传导的夹头116的底边的至少一部分可以被布置成邻近衬垫，该衬 垫布置在基体件的与夹头116同侧的一侧上。
尽管图4实例所示的孔136完全穿过夹头116，但是孔136可 以被加工螺纹(例如钻或者丝锥攻螺纹)且只延伸穿过夹头116的 通道的一部分以容纳从基体件的相对侧延伸的螺纹单元(例如，螺 栓或螺钉)，以便将夹头固定至基体件。此外，夹头可以在基体件 的邻近于夹头的一侧上和/或基体件的相对侧上被电连接到基体件。 孔136在一端或两端上可以是沉陷的，从而公连接件(例如螺栓) 的头部和/或母连接件(例如螺母)可以布置在夹头116的沉孔136 中。
图1-3中描述的模块10可以通过提供基体件(例如PC板)并 且将任意电部件或连接件装配在基体件14的第一侧上而被装配。 随后基体件14被翻转，且夹头116的底部132放在和/或连接到基 体件14上。在一个结构中，例如，压铆螺母可以伸入夹头116的 底部132内以将底部132保持到基体件14上。然后，储能部件12 以轴向同轴方式放置在夹头的底部132上，其中储能部件12的端 子22抵靠在夹头116的底部132的凹槽134中。随后，夹头116 的顶部130被放在储能部件12的端子22上，并且通过接合压铆螺 母(或其它连接件)连接件(例如，螺栓)被用来连接顶部130、 底部132和基体件14。通过使穿过夹头116的孔136的螺栓变紧的 方式，固定储能部件12的端子22。
采用将模块端子电连接到两个或更多储能部件12的端子22的 方式安装模块端子(例如，使用布置在一排储能部件12的端部的 夹头116)，并且可以采用下述的母线或其它连接件将成排的储能部 件12连接在一起。在一些实施例中，热介面材料可以放置在储能 部件12和夹头116的顶部，以便提供热传导路径以通过夹头将储 能部件12的热能带走。然后，可以装配箱体以包围储能部件12、 夹头116和基体件14。模块的这种自上而下的装配方式提供一种简 单且高效的装配方式，该装配方式可以极大降低装配时间和费用也 可以保护单独蓄电池防止潜在有害的处理，例如焊接。
模块10提供了储能部件12的无线连接。储能部件12的通过 夹头116的直接连接提供一种在同轴储能部件12之间(如果有空 气体积)没有太大空气体积的同轴结构的储能部件12，这考虑到整 个模块10的较小体积(例如，同等体积的模块10提供更高的能量 密度和容量)。与使用单独储能部件之间的母线或引线连接件连接 的模块相比较，模块10进一步提供了较低的ESR。模块10还可以 装配有公差变化大的储能部件(例如，为提供固定连接所必需，可 以使单独的夹头变紧)并且与其中单独储能部件被焊接或以其它方 式被连接至母线、引线等的模块相比较，易于装配(或易于维修期 间的拆卸)。
图5和图6分别描述图4所示夹头116的正视图和侧视图。在 图5和图6中，示出夹头116的实例尺寸。具体地，夹头116的顶 部130和底部132可以有大约2.38英寸的长度140、大约1.18英寸 的高度142、大约0.55英寸的凹槽直径144和大约0.25英寸的宽度 146。夹头116的宽度146，例如，可以足够宽以便采用足够接触每 个端部来固定每个储能部件(例如，上述实例尺寸大约0.125英寸) 的方式呈端对端结构固定一个或多个储能部件。
图7描述了电模块210的第二实例的透视图，其中，电模块210 包括箱体250、端板252和一对模块端子254和256。图8示出了 没有箱体250的电模块210。图10-12进一步描述了图8所示的没 有连接箱体的电模块的俯视图、侧视图和端视图。如图8所示，电 模块250包括218和220两排被固定到基体件214上的同轴串联连 接的储能部件212。串联连接的储能部件212的218和220两排中 的每一排电连接到端子254和256中的一个。如上述关于图1-3所 述，218和220两排串联连接的储能部件212可以是独立的(例如， 子模块)或彼此连接成具有相同端子的单一电模块的一部分。其中， 218和220两排是独立的，例如，附加的模块端子可以源自图8所 示的模块端子254和256，设置在电模块210的相对端部上。可替 换地，218和220两排串联连接的储能部件可以彼此串联。在此种 结构中，每排218和220的位于模块端子254和256相对侧的端部 储能部件可以彼此电连接以便将排218和排220串联。双夹头(如 下描述)、母线或其它电连接件可用来在电模块210中串联连接排 218和排220。
图9是描述图7和图8中的电模块210在移去电模块210的两 个储能部件212以表示电模块210的一对夹头216的透视图。图9 所示的每个夹头216包括顶部230和底部232以及在所述顶部和底 部的至少一个中的用于接合储能部件212的一部分(例如，端子或 其它部分)的凹槽234。夹头216进一步包括至少一个孔236，通 过该孔插入连接件可以将夹头216的顶部230固定至底部232。使 用中，连接件可以将一个或多个储能部件212的一部分(例如，端 子)固定在夹头216的凹槽234中。连接件也可以任选地将夹头216 和储能部件212固定到基体件214。
图13-16描述了图9所示夹头的第二实例。如图13-16所示， 夹头216包括顶部230和底部232。凹槽234延伸至顶部230和底 部232中，尽管该顶部和底部中只有一个可以包括凹槽234。另外， 尽管示出的凹槽234被示出为基本半圆形的凹槽，尽管其它形状的 凹槽(例如，如图17所示的倾斜凹槽)也可以使用。夹头216的 下部234包括一对伸向基体件214的腿258。开口区域260伸展在 该成对的腿258之间。开口区域使夹头用较少材料且具有轻便结构。 开口区域可进一步提供容许散热的开口。
如上所述，孔236不需在整个夹头内贯通。但是，举例说，可 以在一个或两个端部上加工螺纹，以容纳并接合来自夹头上部或底 部的螺纹连接件。孔236还可以在一端或两端沉陷，从而公连接件 (例如，螺栓)和/或母连接件(例如，螺母)可以布置在夹头216 的沉孔236中。
图17示出包括单片夹头的夹头316的第三实例。夹头316包 括开口侧362和封闭侧364。在开口侧362上，夹头316包括用来 容纳储能部件的一部分(例如，端子)的狭槽366和凹槽334。在 本实施例中，凹槽334包括倾斜壁(尽管其它形状和结构也是可能 的)，以便当连接件穿过孔336插入以闭合狭槽336并且接合夹头 316的凹槽334中的储能部件的一部分时，接合设置在凹槽334内 的储能部件的一部分。如此，只用单个孔336和连接件紧固包围储 能部件的一部分的夹头316并且可以使模块装配简单化。如上所述， 夹头316也可以通过伸出孔336的连接件或者任选的其它连接件连 接到基板(例如，PC板)。进一步，孔336不需要在完全穿过整个 夹头316，但是可以，举例说，在一端或两端加工螺纹，以容纳并 接合来自夹头顶部或底部的螺纹连接件。孔336在一端或者两端可 以是沉陷的，从而连接件(例如，螺栓)的头部和/或螺母可以位于 夹头316的沉孔336中。
图18和图19描述了电模块410的第三实例，其中，多个储能 部件412被固定到电模块410的基体件414上。如图18和图19所 示，模块410包括418和420两排同轴串联连接的储能部件412。 单独的储能部件12通过第四实例的夹头416的第三实施例固定到 基体件414。另外，夹头416包括顶部430和底部432，如以上关 于其它实例夹头所述，该顶部430和底部432中的至少一个包括接 合模块410的储能部件412的端子422的凹槽。
图18到图20还示出夹头的第五实例。图18和图19中示出终 端片夹头516，且图20示出终端片夹头516的左侧截面图。终端片 夹头516考虑到两个并行的端部储能部件412的电连接。终端片516 的具体实施例，例如，包括两个终端部分530以及与并行的储能部 件412的端子422电连接的共用中间部分532。共用中间部分532 在储能部件412的偏置端子422之间延伸。图18到图20示出的连 接至左侧储能部件412的部分，例如，包括完全穿过中间部分532 的左半部531的孔536。连接件(例如，螺栓)可以穿过夹头516 的终端部分530和夹头516的中间部分532的左半部分531，以通 过螺母470将夹头固定到基体件414。夹头516的中间部分532的 右半部533沿基体件414的纵向端部延伸至邻近储能部件412的端 子422。夹头516的中间部分532的右半部533进一步包括螺纹孔 537(例如，钻和丝锥攻出)，该螺纹孔可以通过穿过夹头516右侧 的顶部530的连接件被接合。
图21描述了夹头616的第六实例，将两个并行的储能部件彼 此固定并且固定到基体件614。夹头616包括一对顶部630和单个 底部632。在图21所示结构中，顶部630和底部632每个包括用于 接合储能部件612的一部分的凹槽634。底部包括在一对储能部件 612之间延伸的刚性连接件，以在两个储能部件之间实现电连接。 在另一结构中，顶部和底部都可以在储能部件之间延伸或者只有顶 部可以在储能部件之间延伸。
尽管在一定程度上具体地介绍了本发明的几个实施例，但是在 不背离本发明的精神和范围的情况下，本领域的技术人员可以对揭 示的实施例进行多种修改。例如，电部件通常被示成在相对端部上 有端子的圆柱形蓄电池，其它结构和波形系数的电部件可以用在上 述的任何一个实例中。一些蓄电池或其它电部件包括从不同形状 (例如，圆柱形、平行六面体形、正方形、矩形)的同侧或相邻侧 伸出而不是从相对侧伸出的端子或其它部分。例如，尽管这里讨论 连接具有轴向端子的储能部件的电夹头，但是夹头也可以构造成连 接具有其它结构(例如，电部件的偏置端子)的端子的储能部件。 所有方向性引用(例如，上部、下部、向上、向下、左、右、在左 方地、在右方地、顶部、底部、在...上、在...下、垂直、水平、顺 时针方向和逆时针方向)仅用来帮助读者理解本发明的说明目的， 而不是对，尤其是位置、方位或发明的使用的限制。连接引用(例 如，附着、耦合、连接等)可以被广泛解释且可以在连接元件之间 具有中间件，以及在元件之间有相对运动。同样，连接引用不必要 推断出两个元件是直接连接且相对于彼此间固定。上述描述包括的 以及附图示出的所有内容应该被解释成仅为了说明性目的并且不 构成限制。在不背离所附权利定义的本发明的精神的前提下，可以 作细节或结构上的更改。
相关申请交叉参考
本申请要求Guy C.Thrap和Ray Soliz于2005年12月15日提 交的题为“Electrical module clamp”的第60/751,389号美国临时申 请的权益，其公开的内容全部结合于此以供参考。