具有汇流条网格固定的电池系统壳体的制作方法
本发明涉及一种具有汇流条网格固定的电池系统壳体。
背景技术：
电动车辆使用由储存在可再充电电池系统中的电能供电的一个或多个电动机。通常选择锂基电池是因为它们的高电力和能量密度。为了确保电动车辆高效且安全地操作，电池系统必须小且具有足够的机械强度。
随着电动车辆普及度的增加，制造工艺的效率将变得更加重要。降低制造电池系统的成本同时提高其可靠性和安全性的工艺和装置将是满足客户需要的关键。具体地，需要下述工艺和设备，它们能够确保单独的电池单元之间的可靠电气连接、有效地冷却电池系统且有助于将数千个单独的电池单元组装成可以在需要时安装和替换的模块化系统中的制造工艺。
技术实现要素：
本公开的各方面涉及电池系统以及制作和/或制造电池系统的方法，并且本公开的一些方面涉及汇流条并且具体涉及为电池系统提供机械支撑的汇流条。
本公开的一方面涉及用于电动车辆的电池系统。所述电池系统包括具有布置为一排或多排的多个电池单元的一个或多个电池组或模块。在一些实施例中，所述多个电池单元各自包括第一端子和第二端子；并且所述多个电池单元包括电池单元子集，其中所述第一端子在每一个电池组中被定向在同一方向。所述电池组包括一个或多个汇流条，所述一个或多个汇流条可以向并且从至少所述电池单元子集传导电能。所述汇流条可以包括被定位在所述电池单元子集的所述第一端子上的多个触点。在一些实施例中，所述汇流条另外提供对所述电池组的机械支撑。
一个创新性方面是一种用于电动车辆的电池组。所述电池组包括上部托盘、附接到所述上部托盘的第一汇流条、下部托盘、附接到所述下部托盘的第二汇流条以及布置在所述上部托盘和所述下部托盘中的多个电池单元。所述上部托盘与所述第一汇流条的组合的刚性主要由所述第一汇流条提供。
在一些实施例中，所述下部托盘与所述第二汇流条的组合的刚性主要由所述第二汇流条提供。
在一些实施例中，所述电池组还包括附接到所述上部托盘的第二汇流条，其中，所述上部托盘与所述第一汇流条和所述第二汇流条的组合的刚性主要由所述第一汇流条和所述第二汇流条提供。
在一些实施例中，所述上部托盘由厚度小于4毫米的塑料形成。
在一些实施例中，所述下部托盘由厚度小于4毫米的塑料形成。
在一些实施例中，所述第一汇流条由厚度小于2毫米的导电材料形成。
在一些实施例中，所述第二汇流条由厚度小于2毫米的导电材料形成。
在一些实施例中，所述上部托盘包括被配置成接纳所述多个电池单元并将其保持在位的一个或多个凹槽。
在一些实施例中，所述下部托盘包括被配置成接纳并将所述多个电池单元保持在位的一个或多个凹槽。
另一个创造性方面是一种制造用于电动车辆的电池组的方法。所述方法包括：将汇流条附接到上部托盘；将多个电池单元的第一侧附接到所述上部托盘；以及将所述多个电池单元的第二侧附接到所述上部托盘。所述上部托盘与所述第一汇流条的组合的刚性主要由所述第一汇流条提供。
在一些实施例中，所述下部托盘与所述第二汇流条的组合的刚性主要由所述第二汇流条提供。
在一些实施例中，所述方法还包括将第二汇流条附接到所述上部托盘，其中，所述上部托盘与所述第一汇流条和所述第二汇流条的组合的刚性主要由所述第一汇流条和所述第二汇流条提供。
在一些实施例中，所述上部托盘由厚度小于4毫米的塑料形成。
在一些实施例中，所述下部托盘由厚度小于4毫米的塑料形成。
在一些实施例中，将所述多个电池单元的所述第一侧附接到所述上部托盘包括将所述多个电池单元放置在所述上部托盘中的一个或多个凹槽中，其中，所述多个凹槽被配置成接纳所述多个电池单元并将其保持在位。
在一些实施例中，将所述多个电池单元的所述第二侧附接到所述下部托盘包括将所述多个电池单元放置在所述下部托盘中的一个或多个凹槽中，其中，所述多个凹槽被配置成接纳所述多个电池单元并将其保持在位。
另一个创造性方面涉及一种由电池组供电的电动车辆。所述电池组包括上部托盘、附接到所述上部托盘的第一汇流条、下部托盘、附接到所述下部托盘的第二汇流条以及布置在所述上部托盘和所述下部托盘中的多个电池单元。所述上部托盘与所述第一汇流条的组合的刚性主要由所述第一汇流条提供。
在一些实施例中，所述电动车辆的所述电池组还包括附接到所述上部托盘的第二汇流条，其中，所述上部托盘与所述第一汇流条和所述第二汇流条的组合的刚性主要由所述第一汇流条和所述第二汇流条提供。
在一些实施例中，所述上部托盘由厚度小于4毫米的塑料形成。
在一些实施例中，所述上部托盘包括被配置成接纳所述多个电池单元并将其保持在位的一个或多个凹槽。
附图说明
可以通过参考说明书的剩余部分和附图实现对本发明的性质和优点的进一步理解，其中，相同的参考标号在若干附图中用于指代类似的部件。在一些情况下，子标签与参考标号相关联来表示多个类似部件之一。当引用参考标号而不指定现有的子标签时，其旨在指代所有这种多个类似的部件。
图1示出根据一些实施例具有可再充电电池系统的电动车辆的简化图。
图2示出根据一些实施例可以在电动车辆中使用的锂基电池。
图3是电池组的示意图。
图4a至图4h是示出制造电池组的工艺的一系列视图。
图5是示出用于制造可再充电电池组的工艺的一个实施例的流程图。
具体实施方式
本文描述了用于提供用于电动车辆的电池系统的实施例。所述电池系统包括具有布置为一排或多排的多个电池单元的一个或多个电池组或模块。在一些实施例中，所述多个电池单元各自包括第一端子和第二端子，并且所述多个电池单元包括电池单元子集，其中所述第一端子在每一个电池组中被定向在同一方向。所述电池组包括一个或多个汇流条，所述一个或多个汇流条可以向并且从至少所述电池单元子集传导电能。所述汇流条可以包括被定位在所述电池单元子集的所述第一端子上的多个触点。在一些实施例中，所述汇流条还提供对所述电池组的机械支撑。
在一些实施例中，该汇流条冷却导管可以流体连接到可以包括例如热交换器的冷却系统。在一些实施例中，该冷却系统和/或该热交换器可以是该电池组的一部分和/或可以与该电池组分离。
该汇流条冷却导管可以包括各种形状和大小。在一些实施例中，该汇流条冷却导管可以包括细长通道，该通道可以具有多边形截面、圆形截面、半圆形截面和/或任何其他所需形状截面。在一些实施例中，该汇流条冷却导管可以是直的、弯曲的、有角度的、之字形的、蛇形的、圆形的等等。
图1示出根据一些实施例具有可再充电电池系统104的电动车辆102的简化图100。可再充电电池系统104可以包括一个或多个电池模块或电池组106。电池组可以包括多个单独的电池单元，这些电池单元电气连接以便为电动车辆102提供特定的电压/电流。在一些实施例中，形成电池组的电池单元可以被布置为一排或若干排电池单元。取决于实施例，电动车辆102可以包括使用燃料燃烧和所存储的电力这二者操作的混合动力车辆以及完全地通过所存储的电力操作的纯电动车辆。
可再充电电池系统104就大小、重量和成本而言构成电动车辆102的主要部件。大量的工作投入到可再充电电池系统104的设计和构形以最小化在电动车辆102中使用的空间量同时确保其乘客的安全。在一些电动车辆中，可再充电电池系统104位于图1描绘的乘客车厢的底板下方。在其他电动车辆中，可再充电电池系统104可以位于电动车辆的后备箱或引擎盖区域中。
尽管较少数量的较大电池单元可能更具能量效率，但是这些较大电池的大小和成本过高。另外，较大的电池在电动车辆102中需要更多的连续空间区段。这妨碍了将较大电池储存在诸如如图1描绘的乘客车厢的底板的位置中。因此，一些实施例使用大量的较小电池单元，其偶接在一起以产生等效于单个较大电池单元的电气特性。较小电池单元可以是例如具有传统aa/aaa电池的大小并且可以分组在一起以便形成多个电池组106。每个电池组可以包括大量单独的电池单元。在一个实施例中，700个单独的锂离子电池结合在一起形成许多单个电池组106a、106b、106c和106d中的每一个，并且可再充电电池系统104可以包括这四个电池组106a、106b、106c和106d。在一些实施例中，可再充电电池系统104包括并联或串联连接的八个电池组、十个电池组、十六个电池组或另一数量的电池组，直至满足电动车辆102的电气需要。对于单个电动车辆102，包括在每一个电池组106中的单独的电池单元总计可以上千。
图2示出根据一些实施例可以在电动车辆中使用的锂基电池202的简图200。如本文所使用的，术语“电池”、“单元”和“电池单元”可以可互换地用于指代在电池系统中使用的任意类型的单独电池元件。本文描述的电池通常包括锂基电池，但是还可以包括各种化学物质和配置，包括磷酸铁电池、金属氧化物电池、锂离子聚合物电池、镍金属氢化物电池、镍镉电池、镍基电池(氢、锌、镉等等)以及与电动车辆兼容的任意其他电池类型。例如，一些实施例可以使用来自
在一些实施例中，形成电池组106的一些或所有电池单元可以被定向在同一方向。换言之，每一个单独的电池单元的正端子相对于电池组面朝上，并且每一个负端子面朝下。在其他实施例中，情况不一定是这样。单独的电池单元的交替排可以被定向在相反的方向使得第一排的正端子被定向在向上方向，并且第二排的正端子被定向在向下方向。单独的电池单元的定向模式可以改变而没有限制。例如，一排中的每隔一个电池单元可以被定向在相反方向。在一些实施例中，一半电池组可以具有被定向在一个方向的电池单元，而另一半电池组可以具有被定向在相反的方向的单元。在这些情况中的任意情况下，可能需要在定向在相反方向的电池之间或被定向在同一方向的电池之间建立连接。
为了在电池单元之间进行电气连接，可以使用汇流条。如本文所使用的，术语“汇流条”是指连接到多个单独的电池单元端子的任意金属导体以便将来自单独电池单元的电力传送到电动车辆的电气系统。在一些实施例中，汇流条可以包括被定位在电池组的顶部或底部的扁平金属片。在一些实施例中，金属片可以覆盖电池组的整个顶部或底部，而在其他实施例中，汇流条可以包括长度大于宽度的带状物以便与单排电池单元介接。
图3是电池组300的示意图，该电池组300包括多个电池单元310、冷却导管320、下部托盘330、上部托盘340、汇流条350和汇流条355。电池组300还包括未示出的连接到下部托盘330的底侧的一个或多个汇流条。在替代实施例中，使用其他数量的电池单元。例如，在一些实施例中，电池组包括700个或另一数量的电池单元。
如图所示，电池单元310被布置为与下部托盘330和上部托盘340中的凹槽接合。由于这些凹槽，下部托盘330和上部托盘340提供抵抗侧向力或剪切力的机械支撑。在一些实施例中，下部托盘330和上部托盘340是不导电的。例如，下部托盘330和上部托盘340可以由注塑成型的塑料形成。
另外，电池单元310被布置成由冷却导管320支撑。冷却导管320还提供抵抗侧向力或剪切力的机械支撑。另外，冷却导管320在以下进一步讨论的制造期间为电池单元提供机械支撑。冷却导管320还可以包括流体通道325，冷却流体可以循环通过该流体通道325以便提供可以通过其从电池单元310移除热量的路径。
汇流条350和355与上部托盘340机械地连接。例如，汇流条350和355可以被胶合到或焊接到上部托盘340。汇流条350和355是导电的并且提供到电池单元310的电气连接。
汇流条350和355还提供抵抗上部托盘340所经受的弯曲力的机械支撑。由于汇流条350和355的刚性，上部托盘340可以是薄的。例如，上部托盘340的塑料的厚度可以位于约2毫米与约4毫米之间。另外，汇流条350和355可以位于约1毫米与约2毫米厚之间。相应地，上部托盘340的塑料与汇流条350和355的组合的厚度可以位于约3毫米与6毫米之间。在此组合中，该组合的刚性主要由汇流条350和355提供。因此，上部托盘340可以是薄的使得电池组300的高度可以有益地小于如果上部托盘340更厚时的高度。
在本实施例中，汇流条350还包括多个触点352。多个触点352被配置成将汇流条350的一个或若干个部分和/或层与一个或若干个电池单元310电气连接并且具体地连接到一个或若干个电池单元310的端子。在一些实施例中，该多个触点352中的一个或若干个可以与汇流条350的一个或若干个导电层和/或与形成汇流条350的一个或若干个导电材料电气连接。
在本实施例中，汇流条355还包括多个触点357。该多个触点357被配置成将汇流条355的一个或若干个部分和/或层与一个或若干个电池单元310电气连接并且具体地连接到一个或若干个电池单元310的端子。在一些实施例中，该多个触点352中的一个或若干个可以与汇流条355的一个或若干个导电层和/或与形成汇流条355的一个或若干个导电材料电气连接。
电池单元310可以被定向成使得汇流条350提供与具有第一极性的电池单元端子的电气连接并且汇流条355提供与具有第二极性的电池单元端子的电气连接。例如，汇流条350可以提供与电池单元正端子的电气连接，并且汇流条355可以提供与电池单元负端子的电气连接。可替代地，汇流条350可以提供与电池单元负端子的电气连接，并且汇流条355可以提供与电池单元正端子的电气连接。
图4a-4h是示出制造电池组(诸如图3的电池组300)的工艺的一系列视图。
图4a是上部托盘440的示意图。上部托盘440可以例如由注塑成型的塑料或另一种不导电材料制成。在一些实施例中，形成上部托盘440的材料厚度可以例如位于约2毫米与约4毫米之间。
图4b是附接有汇流条450和455的上部托盘440的示意图。汇流条450和455可以包括导电金属并且可以通过粘性材料、胶水、环氧树脂或另一种机构诸如焊接固定到上部托盘440。在一些实施例中，汇流条450和455通过加热过程附接到上部托盘440，该加热过程融化或部分地融化上部托盘440的材料，从而一旦凝固，使得上部托盘440的材料固定到汇流条450和455。
一旦汇流条450和455固定到上部托盘440，上部托盘440与汇流条450和455的组合的刚性和/或对挠曲的抵抗主要是汇流条450和455的结果。相应地，在基本上不牺牲刚性的情况下，上部托盘440可以是薄的，使得电池组的高度可以有益地小于如果上部托盘440更厚时的高度。
图4c是下部托盘430的示意图。下部托盘430可以例如由注塑成型的塑料或另一种不导电材料制成。在一些实施例中，形成下部托盘430的材料厚度可以例如位于约2毫米与约4毫米之间。
图4d是附接有汇流条458的下部托盘430的示意图。汇流条458可以包括导电金属并且可以通过粘性材料、胶水、环氧树脂或另一种机构诸如焊接固定到下部托盘430。在一些实施例中，汇流条458通过加热过程附接到下部托盘430，该加热过程融化或部分地融化下部托盘430的材料，从而一旦凝固，使得下部托盘430的材料固定到汇流条458。
一旦汇流条458固定到下部托盘430，下部托盘430与汇流条458的组合的刚性和/或对挠曲的抵抗主要是汇流条458的机械性质的结果。相应地，在基本上不牺牲刚性的情况下，下部托盘430可以是薄的，使得电池组的高度可以有益地小于如果下部托盘430更厚时的高度。
图4e是附接有汇流条458的下部托盘430的示意图。汇流条458位于所示出的下部托盘430的相反侧。汇流条458的触点459通过下部托盘430的孔432可见。
如图所示，下部托盘430包括具有与多个电池单元的轮廓对应的形状的凹槽434。在本实施例中，凹槽434被配置成接纳7个电池单元。
图4f-1是下部托盘430和冷却导管420的示意图。在该制造方法的一些实施例中，冷却导管420附接到下部托盘430或者被保持靠近下部托盘430以便被配置成当它们被放置在凹槽434中时接纳并支撑电池单元。
图4f-2是下部托盘430和电池单元410的示意图。在该制造方法的一些实施例中，在由冷却导管420支撑之前，电池单元410被放置在下部托盘430的凹槽434中。电池单元410被放置在下部托盘430中，使得电池单元410的靠近下部托盘430的端子与汇流条458的触点459电气连接，并且使得电池单元410与下部托盘430的凹槽434接合并且由其保持在位。在一些实施例中，电池单元410用例如胶水或另一种固定机构固定到下部托盘430。
图4g是下部托盘430、电池单元410和冷却导管420的示意图。电池单元410与下部托盘430的凹槽434接合并且由其保持在位，并且冷却导管420在制造期间为电池单元410提供附加的机械支撑，使得电池单元410不太可能由例如侧向力或其他力从下部托盘430移除。
图4h是所制造的电池组400的示意图。如图所示，附接有汇流条450和455的上部托盘440已经附接到电池单元410，使得电池单元410与上部托盘440的凹槽接合并且由其保持在位，并且电池单元410的靠近上部托盘440的端子与汇流条450的触点452接合并且与其形成电气连接，并且与汇流条455的触点457接合并且与其形成电气连接。在一些实施例中，电池单元410通过例如胶水或另一种固定机构固定到上部托盘440。
图5是示出用于制造可再充电电池组(诸如本文讨论的那些)的工艺500的一个实施例的流程图。该方法可以包括例如用于制造以上参照图1讨论的可再充电电池组系统104的一个或若干个电池组106的工艺。
该工艺在框510处开始，并且可以包括将一个或多个汇流条附接到下部托盘。下部托盘可以例如由非导电塑料材料形成并且可以具有被配置成接纳电池单元的凹槽。该一个或多个汇流条可以在与这些凹槽相反的一侧附接到下部托盘。该一个或多个汇流条可以使用胶水或另一固定机构附接到下部托盘。
在510处，该工艺可以附加地或可替代地包括将一个或多个汇流条附接到上部托盘。上部托盘可以例如由非导电塑料材料形成并且可以具有被配置成接纳电池单元的凹槽。该一个或多个汇流条可以在与这些凹槽相反的一侧附接到上部托盘。该一个或多个汇流条可以使用胶水或另一固定机构附接到上部托盘。
工艺500还可以包括将电池单元附接到下部托盘，如框520中所示。在一些实施例中，电池单元通过例如胶水或另一种固定机构固定到下部托盘。电池单元附接到下部托盘，使得电池单元与下部托盘的凹槽接合并且由其保持在位。另外，电池单元附接到下部托盘，使得电池单元的靠近下部托盘的端子与附接到下部托盘的汇流条的触点形成电气连接。
工艺500还可以包括将电池单元附接到上部托盘，如框530所示。在一些实施例中，电池单元通过例如胶水或另一种固定机构固定到上部托盘。电池单元附接到上部托盘，使得电池单元与上部托盘的凹槽接合并且由其保持在位。另外，电池单元附接到上部托盘，使得电池单元的靠近上部托盘的端子与附接到上部托盘的汇流条的触点形成电气连接。
在替代实施例中，电池单元例如通过胶水或另一附接结构诸如焊接固定到汇流条。在这种实施例中，电池单元还可以另外通过例如胶水或另一种附接机构附接到上部托盘和/或下部托盘。在一些实施例中，电池单元通过将电池单元附接到上部托盘和/或下部托盘的附接机构抵靠上部托盘和/或下部托盘，而非附接到上部托盘和/或下部托盘。
工艺500还可以包括将可再充电电池系统与被配置成为车辆提供电力的电动机电气连接。
应当认识到，图5示出的具体步骤提供了根据本发明的各种实施例的提供用于电动车辆的可再充电电池系统和/或电池组的特定方法。还可以根据替代实施例执行其他步骤序列。例如，本发明的替代实施例可以按照不同的顺序执行以上列出的步骤。而且，图5示出的单独步骤可以包括可以在适合单个步骤的情况下按照各种序列执行的多个子步骤。另外，可以根据特定的应用添加或移除附加步骤。本领域技术人员将认识到许多变化、修改和替代方案。
在前述描述中，为了解释的目的，阐述了众多具体细节以便提供对本发明的各种实施例的透彻理解。然而，对本领域技术人员显而易见的是可以在没有这些特定细节中的一些特定细节的情况下实践本发明的实施例。在其他情形下，以照框图的形式示出了公知的结构和装置。
前述描述仅提供示例性实施例并且不旨在限制本公开的范围、适用性或配置。相反，示例性实施例的前述描述将为本领域技术人员提供用于实现示例性实施例的可能描述。应当理解的是，在不脱离在所附权利要求书中阐述的本发明的精神和范围的情况下，可以对元件的功能和布置作出各种改变。
在前述描述中给出了具体细节以便提供对实施例的透彻理解。然而，本领域技术人员将认识到可以在没有这些具体细节的情况下实践这些实施例。例如，电路、系统、网络、过程和其他部件可能以照框图形式被示出为组成部分以避免以不必要的细节使实施例变得晦涩难懂。在其他情形下，公知的电路、过程、算法、结构和技术可以被示出而没有不必要的细节以避免使实施例变得晦涩难懂。
而且，应当注意的是单独的实施例可以被描述为过程，所述过程被描绘为流程图、流程示意图、数据流程图、结构图或框图。尽管流程图可以将操作描述为循序过程，但是可以并行或同时执行许多操作。另外，可以重新安排操作的顺序。过程在其操作完成时便终止，但是该过程可以具有未包括在附图中的附加步骤。过程可以对应于方法、函数、流程、子例程、子程序等等。当过程对应于函数时，其终止可以对应于函数返回至调用函数或主函数。
在前述说明书中，参照本发明的具体实施例描述了本发明的各方面，但是本领域技术人员将认识到本发明不限于此。可以单独地或联合地使用上述发明的各个特征和方面。另外，在不脱离本说明书的更广泛的精神和范围的情况下，可将实施例用于超出本文所述的任何数量的环境和应用。因此，说明书和附图被认为是说明性的而非限制性的。
- 还没有人留言评论。精彩留言会获得点赞！