电池组和电动车辆的制作方法

本实用新型涉及一种电池组，尤其是用于电动车辆的电池组。

背景技术：

电动车辆使用由电能供电的一个或多个电动机，该电能储存在可再充电电池系统中。锂基电池因其高功率和能量密度而经常被选用。为了保证电动车辆高效并安全运行，电池系统的温度必须保持在限定的最优温度范围内。电动车辆的冷却系统能够物理地延伸至电池系统以去除过多的热量，从而增加电池系统的使用寿命和一次充电能够行驶的距离。

随着电动车辆逾加流行，制造过程的效率将变得越来越重要。能够在减少制造电池系统的成本的同时增强可靠性和安全性的过程和设备，将成为满足客户需求的关键。尤其是，需要以下的工艺和设备：其保证单独电池单元之间可靠的电连接，高效地冷却电池系统，并且有助于将数以千记的单独电池单元组装进模块化系统的制造过程，使其能够在必要时安装和更换。

技术实现要素：

本公开的各个方面涉及电池系统和制作和/或制造电池系统的方法，并且本公开的某些方面涉及托盘之间可拆卸的固定附接，该托盘被配置为容纳可再充电电池系统的电池单元。

本公开的一个创造性方面是电动车辆的电池组。电池组包括上托盘、下托盘、在上托盘和下托盘之间的冷却导管、安放在上下托盘之间的冷却导管第一侧上的第一多个电池单元，以及安放在上下托盘之间的冷却导管第二侧上的第二多个电池单元。第一多个电池单元被压靠在冷却导管的第一侧上，第二多个电池单元被压靠在冷却导管的第二侧上，并且冷却导管的第一侧与冷却导管的第二侧相对。

在某些实施例中，第一多个电池单元被压靠在冷却导管的第一侧，以及第二多个电池单元被压靠在冷却导管的第二侧，这至少部分地是由于上托盘和下托盘中的至少一个施加于第一和第二多个电池单元的力所致。

在某些实施例中，电池组还包括连接至上托盘的第一汇流条，以及连接至下托盘的第二汇流条。

另一个创造性方面是由可再充电池组供电的电动车辆。其中所述电池组包括上托盘、下托盘、在上托盘和下托盘之间的冷却导管、安放在上托盘和下托盘之间的冷却导管的第一侧上的第一多个电池单元，以及安放在上托盘和下托盘之间的冷却导管的第二侧上的第二多个电池单元。第一多个电池单元被压靠在冷却导管的第一侧上，第二多个电池单元被压靠在冷却导管的第二侧上，并且冷却导管的第一侧与冷却导管的第二侧相对。

在某些实施例中，第一多个电池单元被压靠在冷却导管的第一侧，并且第二多个电池单元被压靠在冷却导管的第二侧，这至少部分地是由于上托盘和下托盘中的至少一个施加于第一和第二多个电池单元的力。

在某些实施例中，电池组还包括连接至上托盘的第一汇流条，以及连接至下托盘的第二汇流条。

在某些实施例中，电动车辆也包括与冷却导管流体连接的冷却系统。

在某些实施例中，电动车辆还包括被配置为为车辆提供动力的电动机，其中该电动机与电池组连接。

本实用新型提供的电池组保证单独电池单元之间可靠的电连接，还能够高效地冷却电池系统，并且有助于将数以千记的单独电池单元组装进模块化系统的制造过程，使其能够在必要时安装和更换。

附图说明

参考说明书的其余部分和附图可更进一步理解本公开的性质和优点，其中若干附图中相同的附图标记涉及相似的组件。在某些实例中，与附图标记相关联的的子标记表示多个相似组件中的一个。当引用一附图标记但没有对已有的子标记作出规定时，其旨在引用所有的该种多个相似组件。

图1展示了根据某些实施例的具有可再充电电池系统的电动车辆的简化图。

图2展示了根据某些实施例可用于电动车辆的锂基电池。

图3为电池组的图示。

图4A-4G为展示电池组制造过程的一组视图。

图5为展示制造可再充电池组过程的一个实施例的流程图。

图6为展示制造具有可再充电电池系统的车辆的过程600的一个实施例的流程图。

具体实施方式

本公开描述了提供组装可再充电电池系统方法的实施例。可再充电电池系统包括电池单元和冷却导管，该冷却导管被配置为将热量从电池单元传离。该方法在冷却导管和电池单元之间提供了有效的接触。

在某些实施例中，冷却导管和电池单元先被松散地组装，然后用电池系统组装挤压机机械地挤压在一起，从而在冷却导管和电池单元之间产生良好的接触。

图1展示了根据某些实施例具有可再充电电池系统104的电动车辆102的简化图示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电池单元，这些电池单元被电连接以为电动车辆102提供特定的电压/电流。在某些实施例中，构成电池组的电池单元可以一排或几排电池单元的形式安放。根据实施例，电动车辆102可以包括既使用燃料燃烧又使用储存的电力的混合车辆，也可以包括完全使用储存的电力运行的纯电动车辆。

可再充电电池系统104在尺寸、重量和成本方面作为电动车辆的主要组件。为了保证乘客安全的同时最小化在电动车辆102中使用的空间量，在可再充电电池系统104的设计和构形方面付出了大量的努力。在某些电动车辆中，如图1所示，可再充电电池系统104位于乘客座舱的地板下方。在另外一些电动车辆中，可再充电电池系统104可以位于电动车辆的行李厢或引擎盖区域。

虽然较少数量的较大电池单元可能更具能效，但是这些较大电池的尺寸和成本是令人望而却步的。此外，较大的电池需要电动车辆102中更多的相邻大块空间。这使得较大的电池无法存储在一些位置，例如图1所示的乘客座舱的地板的位置。因此，某些实施例使用耦接在一起的大量较小电池单元来产生与单个较大电池单元等效的电气特性。较小单元，例如尺寸可以为传统AA/AAA电池的尺寸，并且可以组合在一起以构成多个电池组106。每个电池组可以包括大量单独电池单元。在一个实施例中，700个单独锂离子电池连接在一起以构成数个单个电池组106a、106b、106c和106d中的每一个，并且可再充电电池系统104可以包括四个电池组106a、106b、106c和106d。在某些实施例中，可再充电电池系统104包括并联或串联连接的8个电池组、10个电池组、16个电池组或其他数量的电池组，直到满足电动车辆102的电气需求为止。对单个电动车辆102来说，每个电池组106中包括的单独电池单元全部加起来可以数以千计。

在某些实施例中，可再充电电池系统104，具体地说是一个或若干电池组106，可以与热交换器108连接，热交换器108可以是冷却系统110的一部分。在某些实施例中，冷却系统110可以是可再充电电池系统104的一部分，以及在某些实施例中，冷却系统110可以与可再充电电池系统104分离。冷却系统110可以包括连接管112，连接管112可将热交换器108与一个或若干电池组106流体连接。连接管112可以包括输入管114和输出管116。输入管114能够将冷却流体，比如制冷剂，传输至可再充电电池系统104和/或一个或若干电池组106。在某些实施例中，冷却流体可以包含在冷却系统110中、可再充电电池系统104中，和/或一个或若干电池组106中。

图2展示了根据某些实施例可用于电动车辆的锂基电池202的图示200。本公开中使用的术语“电池”、“单元”和“电池单元”可以互换使用以指示电池系统中使用的任何类型的单独电池元件。本公开描述的电池通常包括锂基电池，但也可以包括各种化学成份和结构，包括磷酸铁、金属氧化物、锂离子聚合物、镍金属氢化物、镍镉、镍基电池(氢、锌、镉等)和与电动车辆兼容的任何其他电池类型。例如，某些实施例可以使用的6831NCR18650电池单元，或在6.5cm×1.8cm、约45g的18650形状因数上的某个变型。电池202可以具有至少两个端子。在某些实施例中，正极端子204可以位于电池202的顶部，负极端子206可以位于电池202相反的底部。

在某些实施例中，构成电池组106的某些或全部电池单元可以朝向同样的方向。换句话说，每个单独电池单元的正极端子可以面向相对于电池组向上(或向下)的方向，并且每个负极端子面向向下的方向。在其他实施例中，不需要这样。交替的单独电池单元排可以朝向相反的方向，即第一排的正极端子向上而第二排的正极端子向下。单独电池单元的朝向模式可以无限制地改变。例如，一排中的每个其他电池单元朝向相反的方向。在某些实施例中，电池组的一半可具有朝向一个方向的电池单元，而电池组的另一半具有朝向相反的方向的电池单元。在任何这些情况中，需要在朝向相反方向的电池或朝向相同方向的电池之间建立连接。

汇流条为了建立电池单元之间的电连接，使用汇流条。本公开中使用的术语“汇流条”指任何金属导体，该金属导体连接至多个单独电池单元端子以从单独电池单元向电动车辆的电气系统传输电力。在某些实施例中，汇流条可以包括定位在电池组顶部或底部的平坦的金属板。在某些实施例中，金属板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条带，用于与单排电池单元介接。

图3为电池组300的图示，电池组300包括电池单元310、冷却导管320、下托盘330和上托盘340。

电池单元310如此安放，使得其与下托盘330和上托盘340中的凹陷部接合。由于凹陷部，下托盘330和上托盘340可提供耐横向力或剪切力的机械支撑。在某些实施例中，下托盘330和上托盘340是不导电的。例如下托盘330和上托盘340可以通过注塑模制塑料形成。

此外，电池单元310如此安放，使得其被冷却导管320支撑。冷却导管320包括流体通道，冷却流体可以通过该通道循环，以提供可从电池单元310去除热量的路径。冷却导管320也提供耐横向力或剪切力的机械支撑。此外，正如下面会进一步讨论的，冷却导管320在制造过程中为电池单元提供机械支撑。

一个或多个汇流条(未示出)可以进一步与上托盘340机械连接。例如，汇流条可以粘接或焊接至上托盘340，使其通过孔344与电池单元电接触。

一个或多个汇流条(未示出)可以进一步与下托盘330机械连接。例如，汇流条可以粘接或焊接至下托盘330，使其通过下托盘330中的孔与电池单元电接触。

汇流条可以包括多个触点，所述多个触点被配置为将汇流条的一个或若干个部分和/或层电连接至一个或若干个电池单元310，具体地说是电连接至一个或若干个电池单元310的端子。在某些实施例中，多个触点中的一个或若干个可以电连接至汇流条的一个或若干个汇流条导电层，和/或构成汇流条的一个或若干个导电金属。

可以调整电池单元310和汇流条的朝向以提供电池之间任何想要的串联和并联连接的组合。

图4A-4G为展示制造电池组(例如图3中的电池组300)的过程的一组视图。

图4A为电池系统组装挤压机400的图示。电池系统组装挤压机400包括滑块410、电池单元保持器420和导轨430。

滑块410滑动地接合于导轨430，使得滑块410固定至导轨430并且能够响应施加于其上的横向力沿着导轨430滑动。例如，滑块410在导轨410一侧可以具有与导轨430的对应特征相匹配的拓扑特征，以限制滑块410与导轨430之间的间距，并使得滑块410可以响应施加于其上的横向力而自由地沿着导轨430滑动。

电池单元保持器420滑动地接合于导轨430，使得电池单元保持器420固定至导轨430并且能够响应施加于其上的横向力沿着导轨430滑动。例如，电池单元保持器420在导轨410一侧可以具有与导轨430的对应特征相匹配的拓扑特征，以限制电池单元保持器420与导轨430之间的间距，并使得电池单元保持器420可以响应施加于其上的横向力而自由地沿着导轨430滑动。

使用时，导轨430可以固定在基本不移动的对象上，如螺接至地面的桌子。可以对每个滑块410施加横向力。响应于所施加的力，滑块410沿着导轨430向着另一个滑块滑动。滑块410向着另一个滑块的移动使得电池单元保持器420沿着导轨430滑动，直到每一对相邻的电池单元保持器420被压在一起。

图4B为具有电池单元保持器420的电池系统组装挤压机400的图示，该电池单元保持器420装有电池单元510。如图所示，每个电池单元保持器420保持若干个电池单元，其中每个电池单元510位于电池单元保持器420的其中一个凹陷部434之中，如图4A所示。

如图所示，在这时，滑块410和各电池单元保持器420彼此隔开。

图4C为具有电池单元保持器420和冷却导管520的电池系统组装挤压机400的图示，该电池单元保持器420装有电池单元510，该冷却导管520穿行于电池单元510之间。电池单元510接合于保持器420上的凹陷部434并通过所述凹陷部434保持在位，并且在制造过程中，冷却导管520为电池单元510提供额外的机械支撑，使得电池单元510不太可能因例如横向力或其他力而从电池单元保持器420上移除。冷却导管320包括流体通道，冷却流体可以通过该通道循环，以提供从电池单元510移除热量的路径。

如图所示，在这时，滑块410和各电池单元保持器420彼此隔开。

图4D为具有电池单元保持器420和冷却导管520的电池系统组装挤压机400的图示，该电池单元保持器420装有电池单元510，该冷却导管520穿行于电池单元510之间，并且在电池系统组装挤压机400开动之后。由于在相对方向上对滑块410施加横向力，滑块410被挤压并向另一个滑块移动，由此将电池单元保持器420、电池单元510和冷却导管520掐紧在滑块410之间。结果，在电池单元510之间穿行的冷却导管520的每个部段在冷却导管520的相对两侧上的电池单元510之间受到挤压。电池单元510施加于冷却导管520上的压力导致在电池单元510和冷却导管520之间良好的热接触。如图所示，由于施加于滑块410的横向力的挤压作用，冷却导管520在被电池单元510占据的区域之外的那些部分发生变形。

图4E为具有电池单元保持器420和冷却导管520的电池系统组装挤压机400的图示，该电池单元保持器420装有电池单元510，该冷却导管520穿行于电池单元510之间，图4E示出在电池单元510与冷却导管520已被压在一起之后并且已将下托盘530放置在电池单元510上之后的状态。

下托盘530已被放置在电池单元510上，使得每个电池单元510接合于下托盘530中的凹陷部，该凹陷部被设置为接纳一个或多个电池单元510。如图所示，下托盘530包括多个孔，这些孔各自对齐以根据每个电池单元510的朝向提供对每个电池单元510的正电极或负电极的通达。

图4F为使用电池系统组装挤压机400部分地形成的电池系统500的图示。由于电池系统组装挤压机400的开动，电池单元510被压靠在穿行于电池单元510之间的冷却导管520上，并且下托盘530被放置在电池单元510的远端一侧，如图所示。

图4G为部分地形成的电池系统500的图示。如图所示，上托盘540已被放置在电池单元510上，使得每个电池单元510接合于上托盘540中的凹陷部，该凹陷部被配置为接纳一个或多个电池单元510。如图所示，上托盘540包括多个孔，这些孔各自对齐以根据每个电池单元510的朝向提供对每个电池单元510的正电极或负电极的访问。

当电池单元510被容纳在下托盘530与上托盘540中时，如图4G所示，一个或多个汇流条可以被附接至下托盘530上与电池单元510相对的一侧。该一个或多个汇流条可以具有与下托盘530中的孔对齐的触点，使得当一个或多个汇流条附接至下托盘530时，该一个或多个汇流条可以通过该触点与电池单元510电连接。

当电池单元510被容纳在下托盘530与上托盘540中时，如图4G所示，一个或多个汇流条可以被附接至上托盘540上与电池单元510相对的一侧。该一个或多个汇流条可以具有与上托盘540中的孔对齐的触点，使得当一个或多个汇流条附接至上托盘540时，该一个或多个汇流条可以通过该触点与电池单元510电连接。

在某些实施例中，在下托盘530接纳或连接至电池单元510之前，下托盘530的一个或多个汇流条被附接至下托盘530。类似的，在某些实施例中，在上托盘540接纳或连接至电池单元510之前，上托盘540的一个或多个汇流条被附接至上托盘540。

图5为展示用于制造例如本文中所讨论的可再充电电池组的过程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考图1所讨论的可再充电电池组系统104的一个或若干个电池组106的过程。

过程开始于方框550，并且可以包括将多个电池单元放置到电池系统挤压组件的多个电池单元保持器的每一个之中。可以放置电池单元，使得每个电池单元具有与电池之间的串联和并联连接的期望配置对应的朝向。

在560中，过程500也可以包括在电池单元之间穿行设置冷却导管。例如，可以在电池单元保持器中将电池单元布置成一系列的排，其中每排电池单元都与相邻的排隔开某个间隙，并且冷却导管可以在所述间隙内在电池单元之间穿行。在某些实施例中，冷却导管在每对相邻的电池单元排之间穿行。在某些实施例中，冷却导管在每隔一对相邻的电池单元排之间穿行。也可另有其他安排方式。

在某些实施例中，电池系统压力组装的每个电池单元保持器支持两行电池单元，并且冷却导管在每个电池单元保持器之间穿行。

在570中，过程500也可以包括将电池单元保持器压在一起，使得穿行在相邻的电池单元排之间的冷却导管部段在相邻的电池单元排之间被挤压。由此，在冷却导管和相邻电池单元排的每个电池单元之间形成良好的热连接。

在580中，过程500也包括将电池单元放置到下托盘中。在某些实施例中，电池单元固定至下托盘，例如，使用胶水、环氧树脂或其他固定机构。在某些实施例中，电池单元不固定至下托盘。电池单元被放置于下托盘，使得电池单元接合于下托盘的凹陷部并通过所述凹陷部保持在位。此外，电池单元被放置于下托盘，使电池单元靠近下托盘的电端子与下托盘的孔对齐，从而使得电触点可通达。

在590中，过程500还包括将电池单元放置到上托盘中。在某些实施例中，在将电池单元放置到上托盘之前，从电池单元保持器上移除电池单元。在某些实施例中，电池单元固定至上托盘，例如，使用胶水、环氧树脂或其他固定机构。在某些实施例中，电池单元不固定至上托盘。电池单元被放置于上托盘，使得电池单元接合于上托盘的凹陷部并通过所述凹陷部保持在位。此外，电池单元被放置于上托盘，使电池单元靠近上托盘的电端子与上托盘的孔对齐，从而使得电触点可通达。

在某些实施例中，当将电池放置到下托盘和上托盘中时，下托盘和上托盘中的任一者或两者向电池单元施加力，使得电池单元被压靠在冷却导管上。

过程500可以额外地包括将上托盘附接至下托盘。上托盘可以附接至下托盘，使得上托盘和下托盘之间的延伸部分连接上托盘和下托盘。在某些实施例中，上托盘和下托盘的延伸部分可以使用，例如胶水、焊接、螺纹紧固件或其他固定机构连接。

延伸部分也可以提供机械支撑，该机械支撑保护电池单元不受起因于例如垂直冲击的力的影响。例如，可以将电池组配置成使得该延伸部分在上托盘和下托盘之间传递垂直力，并使得电池单元本身没有或基本没有传递垂直力。

过程500可以额外地包括将汇流条附接至上托盘和下托盘。可将汇流条附接至上托盘和下托盘，使得汇流条的触点与电池单元形成电连接。在某些实施例中，在上托盘和下托盘接纳电池单元之前，将汇流条连接至上托盘和下托盘。在某些实施例中，在上托盘和下托盘已接纳电池单元之后，将汇流条连接至上托盘和下托盘。

在替代实施例中，电池单元固定至汇流条，例如，使用胶水或其他附接机构(例如焊接)。在这样的实施例中，电池单元可以额外地通过胶水或其它附接机构附接至上托盘和/或下托盘。在某些实施例中，通过使上托盘附接至下托盘的延伸部分，电池单元顶靠在上托盘和/或下托盘，而非附接于上托盘和/或下托盘。在某些实施例中，一个或多个汇流条对电池单元施加力，这使得电池单元被压靠在冷却导管上。

在替代实施例中，电池单元不固定至上托盘和下托盘中的一者或两者。在这样的实施例中，上托盘可以通过胶水或其他附接机构连接至下托盘。在某些实施例中，通过将上托盘附接到下托盘附接机构，电池单元被顶靠在上托盘和/或下托盘，而非附接至上托盘和/或下托盘。

过程500可以额外包括将可再充电电池系统与电动机电连接，电动机被设置为向车辆提供动力。

应当理解，图5中所示的具体步骤提供了根据本公开的各种实施例为电动车辆提供可再充电电池系统和/或电池组的特定方法。也可以根据替换实施例施行其他的步骤顺序。例如，本公开的替换实施例可以不同顺序施行以上概括的步骤。此外，图5中所示的单独步骤可以包括多个子步骤，这些子步骤可以不同顺序施行，只要对于该单独步骤是可行的。此外，可以根据特殊应用增加或去除额外的步骤。本领域技术人员能够认识到各种变型、修改和替换。

图6为展示制造具有例如本文所述的可再充电电池系统的车辆的过程600的一个实施例的流程图。

过程开始于方框610，并且可以包括将可再充电电池系统附接至车辆，其中可再充电电池系统包括附接至下托盘的上托盘、在上托盘和下托盘之间的多个电池单元和冷却导管，该冷却导管具有在上托盘和下托盘之间的流体通道并被压靠在电池单元上。

620中，过程额外包括将冷却系统附接至车辆。冷却系统可以，例如，具有连接管，该连接管被配置为将热交换器与可再充电电池系统连接。该连接管可以包括输入管和输出管。输入管可以被配置为将冷却流体(比如制冷剂)传输至可再充电池系统。输出管可以被配置为将冷却流体从可再充电电池系统传输至冷却系统。

过程600也可以包括在630中流体将冷却导管，具体地说是将冷却导管的流体通道，连接至冷却系统。在某些实施例中，将冷却导管连接至冷却系统可以包括将冷却导管的流体通道连接至冷却系统的热交换器。在某些实施例中，将冷却导管连接至冷却系统可以包括将冷却导管，具体地说是通过连接管将冷却导管的流体通道,连接至冷却系统，并且具体地说是通过输入管和/或通过输出管来连接。

过程600也可以包括用冷却流体填充冷却系统和冷却导管的流体通道，该冷却流体可为制冷剂。在某些实施例中，用冷却流体填充冷却系统和流体通道还可以包括用冷却流体填充热交换器。在某些实施例中，冷却系统可以被配置为使冷却流体循环通过冷却导管的流体通道，以使得可再充电电池系统的电池单元保持要求的温度。

过程可以额外包括将可再充电电池系统与电动机电连接，电动机被设置为向车辆提供动力。

应当理解，图6中所示的具体步骤提供了根据本公开的不同实施例为电动车辆提供可再充电电池系统和/或电池组的特定方法。也可以根据替换实施例施行其他的步骤顺序。例如，本公开的替换实施例可以不同顺序施行以上概括的步骤。此外，图6中所示的单独步骤可以包括多个子步骤，该子步骤可以不同顺序施行，只要对于该单独步骤是可行的。此外，可以根据特殊应用增加或去除额外的步骤。本领域技术人员能够认识到各种变型、修改和替换。

在前面的说明中，为了解释的目的，陈述了许多具体细节以深入理解本公开的各种实施例。然而本领域技术人员将清楚知道，没有这些具体细节也可实现本公开的实施例。在其他例子中，以框图形式展示了公知的结构和设备。

前面的说明仅提供了示例性的实施例，并非为了限制本公开的范围、应用或配置。相反，前面对示例性实施例的说明为本领域技术人员提供了实现示例性实施例的可行性说明。应当理解，在不脱离所附权利要求所陈述的本公开的精神和范围的情况下，可以在各要素的功能和安排上做出各种变化。

前面的说明中所给出的具体细节是为了提供实施例的深入理解。然而本领域技术人员应当理解，无需这些具体细节即可实现这些实施例。例如，为避免以不必要的细节使实施例变得晦涩难懂，电路、系统、网络、过程和其他组件可能被展示为框图形式的组成部分。在其他例子中，为避免使实施例变得晦涩难懂，公知的电路、过程、算法、结构和技术的展示并没有不必要的细节。

而且应当注意，各实施例可能被描述为一过程，该过程被描述为流程表、流程图、数据流程图、结构图或框图。尽管流程图可能将操作描述为有顺序的过程，但许多操作可以并行或同时实施。此外，操作的顺序可以重新安排。当操作完成时该过程结束，但还可以有未包括在图中的额外步骤。过程可以对应于方法、函数、程序、子例程、子程序等。当过程对应函数时，过程结束可以对应函数返回至调用函数或主函数。

在前面的说明中，参考那些具体实施例描述了本公开的各个方面，但本领域技术人员能够意识到本公开并不受其限制。以上描述的公开的各种特征和方面可以单独或结合使用。此外，在不违背说明书更宽的精神和范围的情况下，可以在本公开所描述之外的任意数量的环境和应用中利用实施例。相应的，说明书和附图应被视为说明而非限制。