水平高速堆叠具有棱柱箱的电池的制作方法
【专利摘要】本发明公开了水平高速堆叠具有棱柱箱的电池。用于堆叠电池单元或相关组装部件的系统和方法。大致平面矩形（棱柱形状）的电池单元从接收时的大致竖直堆叠取向运动到大致水平堆叠取向，而无需机器人抓放设备。该系统包括大量传送带，所述传送带彼此协作工作以传递、旋转并堆叠所述单元或其附属组件。所述带配备有部件以便于单元输送和旋转。所述带和部件之间的协调运动促使所述单元从大致竖直堆叠取向有序地输送并旋转到大致水平堆叠取向。本发明的方法有助于保持堆叠组件稳定，使得后续组装步骤——例如压缩所述单元或附接电导线或热管理部件——可以在出错机会降低的条件下进行。
【专利说明】水平高速堆叠具有棱柱箱的电池
[0001 ] 对于联邦政府资助的研究或开发的声明
本发明在能源部授予的合同N0.DE-EE0002217下受到政府支持。政府具有本发明中的某些权利。
【技术领域】
[0002]本发明大致涉及将个体电池单元(battery cell)制造为组装模块的改进方法，并且更特别地，涉及利用高速电池堆叠的单元的棱柱形状箱的组装。
【背景技术】
[0003]对于提高车辆燃料经济性并降低车辆排放物的正在增加的需要已经导致混合动力车辆和纯电动车辆的发展。纯电动车辆可以由电池组(其由大量更小的模块或单元组成)提供动力，而混合动力车辆包括两种或更多种能量源，例如用作电池组的备用物或者与电池组协作使用的汽油(也被称为内燃)发动机。目前使用中存在两种广义版本的混合动力车辆。在第一版本(被称为充电消耗(charg-depleting)混合动力架构)，电池能够由常规电网充电，例如120VAC或240VAC的电力线。在第二版本(被称为充电维持(charge-sustaining)混合动力架构)，电池从内燃发动机和再生制动中的一者或两者接收其全部充电。在每一版本的一种形式中，电池组由大量模块制成，这些模块转而由大量个体单元组成。
[0004]典型地，组成模块的个体单元大致为矩形、平面(或棱柱)结构，该结构包括片状正电极和负电极的交替堆，所述堆具有设置在每一正负电极对之间的形状相似的电解隔离件；这些隔离件用于阻止在每一单元之内的正电极和负电极之间的物理接触，同时能使离子在它们之间输送。在一种形式中，隔离件配置为吸收单元的液体电解质。冷却特征也被经常采用以在与电池操作相关联的充电和放电活动期间运走由各个个体单元生成的热量；在一种形式中，这样的冷却特征可以形成为又一大致平面的片状装置，该装置能够被加在各个单元之间作为组成模块的部件的堆叠布置的一部分。连接翼片从每一单元的周边边缘延伸以允许在个体电池单元的电极之间进行机械和电连接。各个翼片通常需要正确对准以确保至母线或相关导体的低电阻以及强有力的机械连接。这些棱柱单元典型地具有柔软有伸缩性的壳体(称为“囊”单元)或坚硬刚性壳体(称为“箱”或“管状”单元)。取决于应用，个体电池单元可以按串联、并联或其组合布置以产生期望电压和电容。大量框架、托盘、盖和相关结构可以被包括以便为各个单元、模块和组提供支撑，并且这样有助于限定这些单元、模块或组的更大组件。
[0005]由于棱柱尺寸，目前用于在组装期间处理刚性管状单元的普遍实践是通过沿着大致竖直轴线(例如，沿着公知的笛卡尔坐标系中的所谓的I轴)堆叠这些单元，使得这些单元和框架被装载，其最大平坦表面向下铺设。然而，略微鼓起的平坦单元和框架的嵌套几何形状要求他们堆叠为使子组件竖立在其狭窄但平坦的边缘表面上。单元出于各种原因可能变得鼓起，一种这样的原因是由于机械压力或内部气体压力的增大，该机械压力可能在操作期间由挤压在箱壁上的电极膨胀引起。在一个具体例子中，这样的膨胀可能由电解质随着操作期间生成热量而蒸发引起，而在另一例子中，在单元之内的电化学反应可能产生气体副产物。这样，堆叠取向的改变可能是需要的。不幸的是，这样的取向改变能够是复杂的、昂贵的且低效的过程。
[0006]在一种形式中，公知的是通过利用机器人抓放部件输送系统来制造电池模块组件。这样的方法从运输垫料移走单元，经由传送机将单元传递到初始处理步骤(典型地为电核查的形式)，随后经由机器人抓放设备将其传递到高精密搬运器。这样的方法对组装具有紧密位置公差要求的成层单元以及具有特殊处理需要的单元是有用的。尽管该方法对于在组装操作期间保护单元是有效的，但是这也导致昂贵的工具以及浪费掉的组装时间以将搬运器放置在位，移除用于特定站操作的部件并随后使该部件返回到搬运器以运动到下一操作。这转而迫使包装和工具操作变得更为复杂和昂贵。
[0007]在2013年3月15日提交的名为“用于高速组装的大型电池单元处理”(LARGEFORMAT CELL HANDLING FOR HIGH SPEED ASSEMBLY)的申请号为 13/835，858 的共同未决申请(其由本发明的受让人所有且通过参考纳入本文)中描述的先前水平电池堆叠机构公开了传送带的使用，该传送带具有凸轮、提升机和引导装置以能够对经过单元重新取向和部件排序步骤的大型单元进行高速组装。尽管对其预期目的有用，但是一旦组件在堆叠站处已经被挤压在一起，凸轮以及响应于凸轮运动的提升机仍然需要经过缩回和再循环运动。这转而需要提升机、凸轮从动件和相关设备返回到其首次接合组件的位置；在该返回行程期间，它们并不用于帮助正在沿着系统被搬运的组件。
[0008]所需要的是一种电池堆叠方法，该方法容许进行低成本、高速连续组装，该组装消除了对高精度包装和工具的需要，并且该方法通过容许进行更大尺寸变化而使部件成本降低。采用这样的方法的电池堆叠系统还将会占据相对小的制造地板空间覆盖区。
【发明内容】
[0009]根据本发明的一个方面，一种用于堆叠大量棱柱形状电池单元的系统，包括彼此协作的传送带，以便输送、旋转并堆叠所述单元。所述协作包括沿着这些带中的第一个输送所述单元，同时联接到这些带中的第二个的一个或更多个提升装置使得所述单元旋转。以此方式，单元的最大的大致平面表面在大致水平堆叠方向上取向。所述系统还包括一个或更多个驱动装置以操作所述带；以及托座，以从所述第一带接收被旋转单元。所述带的运动协调为使单元输送、旋转和堆叠操作以有序配准(registered)的方式发生，而无需用机器人从系统的带抓取单元或将单元加回到带。具体而言，堆叠系统接收单元(或其对应组件)，使得当每一单元到达时，其堆叠表面沿着大致非水平方向取向。该系统沿着第一传送带移动所述单元，从而使得位于第二传送带上的提升机(也称为翻转件或翻转装置)使所述单元旋转到大致水平方向；以此方式，沿着大致水平方向在连续单元(或用作每一单元组件的一部分的框架)之间能够发生随后面对毗邻的接触。一旦该堆叠完成，对准的单元(或其相应组件)就能够随后沿着该水平轴线被压缩或以其他方式固定，之后，电、机械或冷却连接可以被实施以形成组装的电池模块、部段或相关部件。本发明的该系统的益处包括通过消除对高精度包装和工具的需要而实现了对电池模块和电池组的低成本高速组装。此外，该系统通过允许比来自传统抓放系统更多尺寸变化，促使部件成本降低。在该上下文中，电池单元的堆叠意指包括单元为更大组件的一部分(例如，附接到伴随框架的单元)的情况。这样，术语“单元”、“组件”及其变体能够互换地用在本公开中，除非具体上下文另有所指。
[0010]根据本发明的另一方面，一种用于组装电池模块的系统被公开。该系统包括第一传送带以及第二传送带，大量后挡件以隔开的重复方式布置在所述第一传送带的单元接合表面上，大量翻转件沿着所述第二传送带的相应单元接合表面以相似重复方式隔开。所述第一和第二传送带彼此协作，使得所述后挡件中的一个便于将所述单元从所述系统的接收端部(即，所述系统首次遇到或抓取个体单元的位置)平移到所述系统的堆叠端部。同样，所述翻转件中的对应一个便于使所述单元的棱柱形状的最大的大致平面表面从在所述系统的接收端部处的大致非水平方向旋转到在所述系统的堆叠端部处的大致水平方向。该系统还包括一个或更多个驱动装置，以将运动动力提供到所述带中的一个或更多个。该系统进一步包括位于所述系统的堆叠端部处的堆叠站，以接收被平移和旋转的单元。所述堆叠站还可以用于压缩所述堆或与压缩机构协作以压缩所述堆。附加设备也可以被包括以在所述堆处于其受压缩状态时将支撑结构放置到所述堆上。
[0011]根据本发明的又一方面，一种将电池组部件组装为电池模块组件的方法被公开。具体而言，该方法包括堆叠机构(在本文也称为堆叠系统)，所述堆叠机构采用容许电池组件水平堆叠而与其初始堆叠取向无关的传送带和翻转装置或相关机构。如上所述，所述单元及其相关组件限定大致矩形或棱柱形状；以此方式，所述单元或组件具有形成最大突出区域的大致平面表面以及在所述平面表面的大致矩形周边周围形成的大量边缘；这是用作堆叠表面的大的大致平面表面。
[0012]方案1.一种用于堆叠多个棱柱形状电池单元的系统，所述系统包括:
多个传送带，所述多个传送带彼此协作，这样在所述单元沿着所述带中的第一个行进时，位于所述带中的第二个上的至少一个翻转装置使所述单元在位于所述带中的所述第一个上的同时旋转，从而使得被旋转的所述单元中的每一个的所述棱柱形状的最大大致平面表面被限定在大致水平堆叠方向上；
至少一个驱动装置，所述至少一个驱动装置与所述带中的至少一个协作，以便为其提供运动动力；以及
托座，所述托座从所述带中的所述第一个接收被旋转的所述单元。
[0013]方案2.根据方案I所述的系统，进一步包括一旦被旋转的所述单元已经被接收在所述托座中就压缩被旋转的所述单元的装置。
[0014]方案3.根据方案I所述的系统，进一步包括至少一个后挡件，所述至少一个后挡件位于所述带中的所述第一个上，所述后挡件和所述至少一个翻转装置在单元接触期间彼此协作，以在横越所述带中的所述第一个时保持所述单元相对于彼此配准。
[0015]方案4.根据方案3所述的系统，进一步包括所述带中的第三个，所述带中的所述第三个包括位于其上的至少一个后挡件，以与所述第一带上的所述后挡件以及所述至少一个翻转装置协作，以在横越所述带中的所述第一个时为所述单元提供附加支撑。
[0016]方案5.根据方案I所述的系统，其中，所述托座包括堆叠站，所述堆叠站配置为一旦所述单元已经放置在所述大致水平堆叠方向上就接收所述单元。
[0017]方案6.根据方案I所述的系统，其中，在所述单元旋转期间提供与所述单元接触的所述带的任何部分都不限定实质波动。
[0018]方案7.根据方案I所述的系统，其中，所述带中的所述第一个配置为在所述单元处于大致竖直堆叠方向上时接收所述单元。
[0019]方案8.根据方案I所述的系统，其中，所述带通过组成所述驱动装置的多个齿轮、带轮和轴而保持彼此配准。
[0020]方案9.一种用于堆叠多个棱柱形状电池单元的系统，所述系统包括:
多个传送带，包括:
第一传送带，所述第一传送带在其上具有以重复方式隔开的多个后挡件；以及第二传送带，所述第二传送带在其上具有以重复方式隔开的多个翻转件，所述第一和第二带彼此协作，使得所述后挡件中的一个便于使所述单元从所述系统的接收端部平移到所述系统的堆叠端部，而至少一个对应的翻转件便于使所述单元的所述棱柱形状的最大大致平面表面从在所述系统的所述接收端部处的大致非水平方向旋转到在所述系统的所述堆叠端部处的大致水平方向；
至少一个驱动装置，所述至少一个驱动装置与所述带中的至少一个协作，以便为其提供运动动力；以及
堆叠站，所述堆叠站位于所述系统的所述堆叠端部处，以接收被平移和被旋转的所述单元。
[0021]方案10.根据方案9所述的系统，进一步包括第三传送带，所述第三传送带在其上具有以重复方式隔开的多个后挡件，所述第三带配置为在大致相似于所述第一带的方向上运动，使得所述相应后挡件协作以便为被旋转的所述单元提供支撑。
[0022]方案11.根据方案9所述的系统，其中，所述翻转件限定大致曲线表面以接触所述单元，并且所述第二带包括多个带，所述多个带中的每一个毗邻所述第一带侧向设置，使得所述第二带围绕与所述第一带的旋转轴线大致正交的轴线旋转，从而使得随着所述翻转件中的每一个与所述单元中的对应一个接触，所述曲线表面以及所述第一和第二带之间的所述正交关系使所述单元从其在所述系统的所述接收端部处具有的最大大致平面表面相对于所述第一带为大致零度角度旋转到在所述系统的所述堆叠端部处相对于所述第一带为大致九十度角度。
[0023]方案12.根据方案9所述的系统，其中，所述翻转件限定大致曲线表面以接触所述单元，并且所述第二带的行进路径相对于所述第一带倾斜，从而使得随着所述翻转件中的每一个与所述单元中的对应一个接触，所述曲线表面以及所述第一和第二带之间的所述倾斜行进路径关系使所述单元从其在所述系统的所述接收端部处具有的最大大致平面表面相对于所述第一带为大致零度角度旋转到在所述系统的所述堆叠端部处相对于所述第一带为大致九十度角度。
[0024]方案13.—种堆叠多个棱柱形状电池单元的方法，所述方法包括:
配置堆叠机构，以包括多个闭环传送带和至少一个驱动装置，所述至少一个驱动装置与所述带中的至少一个协作以便为其提供运动动力；
将所述单元接收到所述堆叠机构上，使得所述单元中的每一个到达其堆叠方向沿着大致非水平方向取向；
沿着所述带中的第一个移动所述单元，使得位于所述带中的第二个上的至少一个翻转装置使所述单元旋转，从而使得被旋转的所述单元中的每一个的所述棱柱形状的最大大致平面表面被限定在大致水平堆叠方向上；以及将被旋转的所述单元放置到托座内，使得被旋转的所述单元被保持在堆叠位置中。
[0025]方案14.根据方案13所述的方法，进一步包括使用至少一个后挡件，所述至少一个后挡件位于所述带中的所述第一个上，所述后挡件和所述至少一个翻转装置在单元接触期间彼此协作，以在横越所述带中的所述第一个时保持所述单元相对于彼此配准。
[0026]方案15.根据方案14所述的方法，进一步包括所述带中的第三个，所述带中的所述第三个包括位于其上的至少一个后挡件，以与所述第一带上的所述后挡件以及所述至少一个翻转装置协作，以在横越所述带中的所述第一个时为所述单元提供附加支撑。
[0027]方案16.根据方案13所述的方法，其中，所述电池单元中的每一个为组件的一部分，所述组件由联接到框架的管状电池单元组成，使得所述组件限定大致平面矩形结构。
[0028]方案17.根据方案13所述的方法，其中，所述托座包括堆叠站，所述堆叠站配置为一旦所述单元已经被放置在所述大致水平堆叠方向上就接收所述单元。
[0029]方案18.根据方案13所述的方法，其中，在所述单元的所述旋转期间，所述旋转发生无需使用所述带的任一个中的波动。
[0030]方案19.根据方案13所述的方法，其中，所述大致非水平方向包括大致竖直堆叠方向。
[0031]方案20.根据方案13所述的方法，其中，所述带通过组成所述驱动装置的多个齿轮、带轮和轴而保持彼此配准。
【专利附图】
【附图说明】
[0032]通过结合下述附图一起阅读，【具体实施方式】的下述详细描述能够得到最好的理解，在这些附图中相同的结构采用相同的附图标记表示，并且在这些附图中:
图1以电池组的形式显示了概念化的车辆推进系统；
图2显示了根据现有技术的大量电池单元/框架组件的竖直堆叠取向；
图3显示了根据本发明的一个方面的大量电池单元/框架组件的水平堆叠取向的局部分解图；
图4显示了根据本发明的一个方面的堆叠机构的简化立体图，其中出于清楚而移除了一些细节；
图5显示了随着组件中的一个横跨图4的堆叠机构，组件中的所述一个在堆叠取向上的改变的一部分的简化立面图；
图6显示了构组成图4的堆叠机构的各种带的协作，包括沿着水平堆叠轴线放置大量组件；
图7A显示了本发明的堆叠机构的替代实施方式的侧视立面图，其中出于清楚而移除了一些细节；以及
图7B显示了图7A的替代实施方式的俯视图，强调了具有翻转件的带如何接合来自不同取向的单元或组件。
【具体实施方式】
[0033]首先参考图1，采用具有单元100的大量电池模块10的电池组I显示在局部分解图中。取决于期望的功率输出，大量电池模块10可以组合为更大的组或部段；这样可以对准以由共同托盘2支撑，该共同托盘2还能够充当冷却剂软管3的支撑件，在冷却剂软管3处补充冷却可能是期望的。在该上下文中，术语“电池单元”、“电池模块”和“电池组”(以及其简称的变体“单元”、“模块”以及“组”)用于描述基于电池的整个功率系统的不同层次的部件以及其组件。例如，大量个体电池单元形成电池模块的构建块。大量电池模块(与辅助设备结合)转而组成完整的电池组。
[0034]隔板4可以限定能够用作冷却剂软管3的接口的主要支撑结构，并且在电池需要维护的情况下容纳电池断开单元。除了为所述大量电池模块10提供支撑外，托盘2和隔板4可以支撑其它模块，例如电压、电流和温度测量模块5。示出了将个体电池单元100放置在电池模块10中的一个之内，由电压和温度子模块6以插头连接件、母线、保险丝或类似物的形式为其提供遮盖。尽管以T形配置概念性地示出，但是本领域技术人员将理解的是，电池组I也可以形成为其它适合配置。同样，电池组I可以包括一在示例性配置中一在大约两百和三百之间的个体电池单元100，但是取决于车辆的功率需要，(像布置一样)单元100的数量可以更多或更少。在一个示例性形式中，电池组I由三个部段组成，第一部段由在每一模块10中具有三十六个单元100的两个模块10构成，以形成沿着T形电池组I的车辆纵向轴线定位的七十二个单元的部段，第二部段由在每一模块10中具有三十六个单元100的两个模块10以及具有十八个单元100的一个模块构成，以形成(同样沿着车辆纵向轴线定位的)九十个单元的部段，并且(定位在T形电池组I的车辆侧向轴线上的)第三部段由在每一模块10中具有三十六个单元100的三个模块10以及具有十八个单元100的一个模块构成，以形成一百二十六个单元的部段，总共是二百八十八个这样的单元。例如手动断开装置7、绝缘部8和盖9的其它特征也被包括在电池组I中。除了前述电池断开单元之外，其它的功率电子部件(未示出)也可以被使用，包括电池管理系统或相关的控制器。
[0035]接下来参考图2，示出了根据现有技术的常规竖直电池堆叠方法。电池组件110(在本文中也称为子组件以表明其为更大模块、组或类似物的构建块)包括重复堆叠的电池单元100、框架105和端部板107。不幸的是，具有棱柱箱的充电电池单元倾向于在堆叠表面的两侧上凸起，这降低了毗邻单元100之间接触的大致平面属性。这转而影响竖直堆叠方法的稳定性，特别是随着堆高度沿着y轴增大时。该降低的稳定性目前显示为向右倾斜的堆叠电池组件110的形式。
[0036]接下来参考图3，以沿着大致水平(即，X轴)方向的分解图示出了由单元100和框架105组成的组件110。在图2和3两者中，能够看到组件110限定由阳极和阴极(具有对应的正极和负极翼片或相关触点100AU00B)组成的大体棱柱结构，该阳极和阴极由电解膜(细节未示出)隔离。例如冷却板、翅片和相关结构的附加细节一尽管未示出一也可以形成每一组件110的一部分。如上所述，水平堆叠不具有困扰图2的竖直堆叠方法的堆高度问题。
[0037]接下来参考图4，电池堆叠机构(或系统)200限定单元接收端部200A和堆叠端部200B。堆叠机构200包括彼此协作的大量传送带210、220和230，使得在接收大量个体框架/单元组件110时，堆叠机构200使组件110从大致竖直堆叠方向重新取向为大致水平堆叠方向，作为一种方式以避免在大量电池单元100处于凸起状况下时可能引起的错位和相关堆叠问题。包括后挡件215 (位于主带210上)和235 (位于上带230上)、组件翻转件225、稳定器(在下文描述)以及用于取回电池组件110的一个或更多个接近窗口 285的附加部件也可以被使用。后挡件215和235——由于被固定或以其他方式紧固到其相应带210和230—为组件110提供了固定下安装表面，以帮助向前(即，以如图4至6中所示的左至右的配准模式)搬运它们，直到它们抵达适合的堆叠托座(在下文讨论)时，而一旦它们已经在相对于主带210的表面的90°位置向上倾斜，后挡件235就在组件110的上边缘处提供附加支撑；该后一支撑特别示于图6中。在帮助建立并维持带210、220和230之间的配准时重要的一个属性是节距P ;这是毗邻后挡件215或235 (位于主带210和上带230上)或毗邻翻转件225 (位于翻转件带220上)上的相似点之间的距离的测量量。在一个示例性形式中，这样的节距P能够为大约150毫米。重要的是，本发明摆脱了对凸轮、提升机或相关突出物的需要，否则这些部件将会在传送带210、220和230的行进路径中造成与大致平面结构的波动或相关偏离。
[0038]一系列齿轮、带轮和相关设备250也被包括以提供各种带210、220和230的配准的(即，啮合、同步)相互作用。这些部件可以组成一个或更多个驱动器(包括中央驱动器260)的一部分(或在替代方案中联接到一个或更多个驱动器)，这些驱动器能够用于将旋转运动施加到应传送带210、220和230 ;这样的驱动器可以是适合发动机(未示出)的一部分(或转而通过适合发动机接收运动动力)。组成设备250的带轮和齿轮系能使三个(或四个)带210、220和230与中央驱动器260同步运行，其中箭头显示了在它们之间的协作运动的一种示例性形式。
[0039]前述托座为放置在堆叠机构200的远端部处的堆叠站270的形式；堆叠站270配置为接收水平堆叠组件110，使得随后的组装操作(例如附接电连接件、冷却连接件或类似物)可以被执行。在一种形式中，堆叠机构200放置在滑橇或框架280上以便于模块化构筑。已经累积在堆叠站270上的堆叠单元或组件110将穿过护罩295 (如堆叠机构200的堆叠端部200B处所示)离开并继续用于进一步的处理。为了适合用于组合件组装，堆叠单元或组件110可以通过活动和静止保持工具(未示出)之间的协作经受压缩操作；附加侧向支撑可以通过安装的导向装置(未示出)提供。取决于单元100的结构需要、冷却翅片设计或类似物，该压缩可以配置为施加预定力或距离中的一个。在一个优选实施方式中，压缩力的范围为大约一百牛顿和大约四千牛顿之间，而压缩位移可以在大约一和三十毫米之间。一旦达到该预定水平，箱状框架(未示出，但例如配置为U形结构，其自身端部板具有互锁特征)固定在受压缩堆周围，之后，盖(其可以包括线束、母线、接头和辅助电子设备)附接到该堆和框架，该堆和框架转而可以通过公知手段固定，例如焊接(例如，超声焊接、电阻焊接或激光焊接)、机械紧固或类似手段。本领域技术人员将意识到的是，堆叠机构200的一些细节未示出(例如，某些带或其他传送或连接性机构)或者被简化，以便促进剩余特征的清晰性。
[0040]重要的是，传送带210、220和230中的每一个限定连续闭环结构。这样，一旦每一带210、220和230已经完成其对组件110的传送或重新取向的部分，则其构件返回到初始缠绕点以收集新一批单元100或其相关组件110。重要的是，包括在至少主带210和上带230中的特征使用在供应和返回行程两者上。具体而言，安装到主带和上带210、230内或其顶部上的周期性地隔开的后挡件215、235帮助确保组件100在重新取向之前和之后均准确定位。因此，在例如取放的常规系统上的速度明显增大，在这里——除了用于移入部件的空回行程之处——抓取装置和相关部件的打开和关闭倾向于在接近或定位部件中减缓运动。事实上，由于箱的刚性结构和良好限定的尺寸，用于包封个体电池单元100的箱的棱柱属性固有地易于由本发明处理。
[0041]传送带210中的第一个被称为主带210，其向前搬运待堆叠的电池单元100和冷却框架105的组件110。在优选形式中，存在沿着主带210相对的侧向侧跨越主带210的两个翻转件传送带220 ;在传送用于堆叠的组件110时，所有三个带在如图所示的相同的大致左至右方向上运动，但是翻转件带220可以相对于主带210倾斜小的量(例如，相对于X轴大约5° )。翻转件225和后挡件215以重复的周期性模式安装到其相应带220、210上。上带230利用后挡件235辅助主带210输送并堆叠电池组件110，该后挡件235大致相似于后挡件215 旦单元100或组件110已经旋转到其大致直立(即，在此处,单元或组件的最大平面表面相对于主带210的表面以90°取向)位置，该辅助就特别有用。中央驱动器260与带210、220和230接合，使得这些带能够通过齿轮、带轮和相关设备250全部同时且同步运动。由于该齿轮传动关系，传送带210、220和230全部连续且同步运动，因此便于高速啮合操作。
[0042]接下来结合图4参考图5和6，翻转件225通过以固定节距相对于翻转件带220附接而充当运动提升机，该翻转件带220在两侧上位于主带210的侧面。而且，翻转件225限定大致弓形形状，使得在与电池组件110接合以及如图所示地从左至右行进时，跨越主带210的翻转件225逐渐诱使组件110逐步更多地朝向边缘放置在主带210上。以此方式，像运动的凸轮提升机一样，翻转件225作用在主带210的相对侧上，以促进组件110的水平堆叠取向；如图6所示，显示了组件110相对于水平卿，X轴)分别为61°、81°和86°的三个代表性角度瞬态图。在一种形式中，两个翻转件带220可以由共轴带轮驱动；这样的装置简化了传动系；要从具有这样的轴布置的堆叠站的后挡件270卸下堆叠的一组组件，将需要沿着侧面(即，Z轴)出口设置的堆出口窗口 285。电池堆叠机构200使用位于主带210上的后挡件215以及在翻转带220上经过的翻转件225中的一个，以保持单元100中的每一个(或其相应组件110)相对于横越主带210的紧接着的在前和在后单元配准。在该上下文中，只要毗邻单元100或其组件110在横越堆叠机构200的同时维持其预期位置和取向，就视其为配准；在一种形式中，这样的配准可以由不同单元100判断，这些单元100在其之间维持期望程度的水平(X轴)间隔或旋转取向，以确保预定的堆叠配置。只要不同部件(例如不同传送带210、220或230)维持正时、间隔、啮合或相关操作以确保将单元100或组件110从开始传递到结束，则在这些部件之间的齿轮传动协作就被视为是配准的。相反，当一个或更多个单元100或组件110脱离配准，就会引起错位或其他堆叠问题的可能性。
[0043]具体如图5所示，其最大平面表面在大致竖直面对方向上取向的组件110在左侧(未示出)处沿着主带210被引导到堆叠机构200。因为组件110限定的宽度大于主带210，所以翻转件225能够从下面接触组件110。因为带210和220之间存在上述角度关系，所以翻转件225在位于主带210下面的堆叠机构200的左侧上开始，在该早期期间，翻转件225不与子组件110接合。随着带同时向右运动，翻转件225逐渐向上运动到主带210之上，因此提升组件110，使得其平面尺寸最大的表面借助于主带210上的止挡件215而从竖直(SP，I轴)对准行进到水平(即，X轴)对准。当翻转件225沿着y轴运动到高于组件110的点时，两者脱离，这允许组件110行进到堆叠机构200的更右面上的堆叠站270。稳定器290 (其可以配备有刷子或软摩擦垫)轻微接触单元100或组件110的侧边缘，以防止它们在堆叠之前向前倾倒。
[0044]随着组件110从传送带210、220运动到堆叠站270，堆叠站270通过传送机的力滑动，直到后挡件215、235从单元100或组件110脱离。惯性力也在堆叠方向上使后挡件270运动。堆叠站的后挡件270被锁到堆叠站板275以允许在X轴上运动，并且利用可调节摩擦装置(例如，加载弹簧)被保持，以在组件110离开传送带210、220时提供阻力。另外，堆叠站板275可调节到负角(B卩，-5度)，以允许组件落下靠着彼此，并且利用重力倚靠后挡件270。因而，堆叠站板275充当基板，单元100或组件110在其离开主带210时移动到该基板上。
[0045]重要的是，利用示于图4至6中的方法便于通过定位部件而对组件110高速堆叠，以便无需与基于抓放的常规设备相关联的个体(即，机器人)操纵而进行堆叠。而且，通过传送沿着朝向边缘的取向以高速松散组装的部件(具有伴随的小的部件覆盖区)，所需要的制造地板空间量更小。
[0046]接下来参考图7A和7B，替代实施方式显示了具有翻转件225的两个传送带220能够由平行轴驱动，随着堆叠单元100或组件110接近系统200的堆叠端部200B，这些轴允许堆叠单元100或组件110在堆叠方向上更方便地离开。图7A以侧视立面图显示了实施方式，且图7B显示了俯视立面图。具体参考图7B，具有翻转件225的两个传送带220可以取向为使得翻转件225和单元100或组件110通过带的侧面协作接合，而不是翻转件225和单元100或组件110的选择性接合通过其相应带210和220的成角度的相交而发生。在该实施方式中，翻转件225安装到传送带220的面，而非安装到如上所述的侧(即，侧面)。该安装策略使得在传送带220中的扭曲和张力更小，这有助于增加带的寿命并允许组件110更好地对准用于堆叠。具有刷子的稳定器290的不同视图显示了其如何接触单元100或组件110的侧边缘，以防止其在靠着后挡件270堆叠之前向前倾倒。
[0047]尽管出于阐述本发明的目的已经显示了某些代表性实施方式和细节，但是本领域技术人员将明白，在不脱离由所附权利要求限定的本发明的范围的条件下，各种改变可以作出。
【权利要求】
1.一种用于堆叠多个棱柱形状电池单元的系统，所述系统包括: 多个传送带，所述多个传送带彼此协作，这样在所述单元沿着所述带中的第一个行进时，位于所述带中的第二个上的至少一个翻转装置使所述单元在位于所述带中的所述第一个上的同时旋转，从而使得被旋转的所述单元中的每一个的所述棱柱形状的最大大致平面表面被限定在大致水平堆叠方向上； 至少一个驱动装置，所述至少一个驱动装置与所述带中的至少一个协作，以便为其提供运动动力；以及 托座，所述托座从所述带中的所述第一个接收被旋转的所述单元。
2.根据权利要求1所述的系统，进一步包括至少一个后挡件，所述至少一个后挡件位于所述带中的所述第一个上，所述后挡件和所述至少一个翻转装置在单元接触期间彼此协作，以在横越所述带中的所述第一个时保持所述单元相对于彼此配准。
3.根据权利要求2所述的系统，进一步包括所述带中的第三个，所述带中的所述第三个包括位于其上的至少一个后挡件，以与所述第一带上的所述后挡件以及所述至少一个翻转装置协作，以在横越所述带中的所述第一个时为所述单元提供附加支撑。
4.根据权利要求1所述的系统，其中，所述托座包括堆叠站，所述堆叠站配置为一旦所述单元已经放置在所述大致水平堆叠方向上就接收所述单元。
5.一种用于堆叠多个棱柱形状电池单元的系统，所述系统包括: 多个传送带，包括: 第一传送带，所述第一传送带在其上具有以重复方式隔开的多个后挡件；以及 第二传送带，所述第二传送带在其上具有以重复方式隔开的多个翻转件，所述第一和第二带彼此协作，使得所述后挡件中的一个便于使所述单元从所述系统的接收端部平移到所述系统的堆叠端部，而至少一个对应的翻转件便于使所述单元的所述棱柱形状的最大大致平面表面从在所述系统的所述接收端部处的大致非水平方向旋转到在所述系统的所述堆叠端部处的大致水平方向； 至少一个驱动装置，所述至少一个驱动装置与所述带中的至少一个协作，以便为其提供运动动力；以及 堆叠站，所述堆叠站位于所述系统的所述堆叠端部处，以接收被平移和被旋转的所述单元。
6.根据权利要求5所述的系统，其中，所述翻转件限定大致曲线表面以接触所述单元，并且所述第二带包括多个带，所述多个带中的每一个毗邻所述第一带侧向设置，使得所述第二带围绕与所述第一带的旋转轴线大致正交的轴线旋转，从而使得随着所述翻转件中的每一个与所述单元中的对应一个接触，所述曲线表面以及所述第一和第二带之间的所述正交关系使所述单元从其在所述系统的所述接收端部处具有的最大大致平面表面相对于所述第一带为大致零度角度旋转到在所述系统的所述堆叠端部处相对于所述第一带为大致九十度角度。
7.根据权利要求5所述的系统，其中，所述翻转件限定大致曲线表面以接触所述单元，并且所述第二带的行进路径相对于所述第一带倾斜，从而使得随着所述翻转件中的每一个与所述单元中的对应一个接触，所述曲线表面以及所述第一和第二带之间的所述倾斜行进路径关系使所述单元从其在所述系统的所述接收端部处具有的最大大致平面表面相对于所述第一带为大致零度角度旋转到在所述系统的所述堆叠端部处相对于所述第一带为大致九十度角度。
8.—种堆叠多个棱柱形状电池单元的方法，所述方法包括: 配置堆叠机构，以包括多个闭环传送带和至少一个驱动装置，所述至少一个驱动装置与所述带中的至少一个协作以便为其提供运动动力； 将所述单元接收到所述堆叠机构上，使得所述单元中的每一个到达其堆叠方向沿着大致非水平方向取向； 沿着所述带中的第一个移动所述单元，使得位于所述带中的第二个上的至少一个翻转装置使所述单元旋转，从而使得被旋转的所述单元中的每一个的所述棱柱形状的最大大致平面表面被限定在大致水平堆叠方向上；以及 将被旋转的所述单元放置到托座内，使得被旋转的所述单元被保持在堆叠位置中。
9.根据权利要求8所述的方法，其中，所述电池单元中的每一个为组件的一部分，所述组件由联接到框架的管状电池单元组成，使得所述组件限定大致平面矩形结构。
【文档编号】H01M10/04GK104425838SQ201410413643
【公开日】2015年3月18日 申请日期:2014年8月21日 优先权日:2013年8月21日
【发明者】A.L.巴托斯, Y-T.林, R.D.特纳三世 申请人:通用汽车环球科技运作有限责任公司