专利名称：用于制造车辆蓄电池的方法和设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及制造具有电力牵引电机的车辆的蓄电池的方法并且涉及蓄电池总成的部件。
背景技术：
用于车辆的高压(HV)蓄电池系统通过组装蓄电池单元、电气连接和冷却设备来制造，以提供具有最小的开放空间的紧密封装。盒式单元电池可以用在高容积、产品HV蓄电池系统中。盒式单元电池通常是诸如锂离子电池的大体平面的分层离子电池，其可以夹在结构层和/或热调节层之间。大量的单元电池叠放在一行或多行中并且保持在压迫的阵列中。保持蓄电池阵列的支架或托架应当稳健以将蓄电池单元可靠地保持在车辆中。此夕卜，在被安装到车辆之前，蓄电池单元可以组装成离开装配线的子组件。在组装期间处理大量的、水平排列的单元组(stack)将会出现问题，因为在移动时单元组可能弯曲或位移。单元阵列可以在单元组的一侧上用电线连接并且在相反的一侧上可以具有冷却部件。如果单元组与相邻的单元组设置很紧密，则在单元组的一侧上电连接单元很困难。如果若干个蓄电池以紧密间隔设置的方式叠放在一起，也很难将单元组连接于冷却系统。蓄电池在充电和放电期间膨胀和收缩。如果单元不保持在压力下，盒式单元在充电时可以产生气体膨胀包。气体膨胀包降低蓄电池的效率。如下所述，公开的蓄电池模块总成和制造蓄电池的方法用来解决上述问题和其他问题。
发明内容
公开的实施例关于模块蓄电池阵列，其提供高密度包装并且在可重复的过程中容易组装。该方法和设备还提供简单、稳健和高效的单元压缩系统。根据本发明的一方面，提供一种蓄电池模块总成(moduleassembly),其中多个单元叠放成具有端壁的模块组(module pack)。多个模块组组装于在两个端板之间延伸的底部连接部件。一个或多个连接部件从该底部连接部件在模块组的相反两侧上的两个端板之间延伸。该底部连接部件和一个或多个相反的连接部件以受压的方式将模块组保持在一起并且与端板间隔开预定的距离。该连接部件可以是能够用来连接端板的条、杆、带或管。根据蓄电池模块总成的另一方面，每个端板可以具有在该端板的外边缘周围延伸的框架部分和在该框架内的中心部分。每个端板的中心部分朝着另一个端板向内凸出以压迫该总成的相反两侧上的端板的中心部分之间的蓄电池单元。该中心部分可以由朝着另一个端板向内凸出以压迫该总成的相反两侧上的端板的中心部分之间的蓄电池单元的部分圆柱形弯曲表面限定。可选地，该中心部分可以由朝着另一个端板向内凸出的部分球形弯曲表面限定，以压迫该总成的相反两侧上的端板的中心部分之间的蓄电池单元。根据本发明的另一方面，当本发明涉及蓄电池总成时，连接部件可以具有与端板上的第二组紧固件接纳位置对齐的第一组紧固件接纳位置。紧固件可以安装在第一和第二紧固件位置中，以在端板之间设置预定的距离。根据本发明的另一方面，提供一种用于包括电力牵引电机的车辆的蓄电池总成。该总成包括安装在车辆上的蓄电池接收器。蓄电池单元的第一模块阵列排列成一行，其中第一和第二端板组装在该行蓄电池单元的相反两端。第一多个连接部件将该第一和第二端板固定在一起。连接于每个蓄电池单元的第一组电接头设置在第一模块阵列的一侧上。蓄电池单元的第二模块阵列设置成一行，其中第三和第四端板组装在该行蓄电池的相反两端。第二多个连接部件将该第三和第四端板固定在一起。连接于每个蓄电池单元的第二组电接头设置在第二模块阵列的一侧上。该第一和第二模块阵列组装于蓄电池接收器，其中第一和第二组电接头相互面向。根据本发明的另一方面，当本发明涉及用于车辆的蓄电池总成时，可以设置用于蓄电池单元的冷却系统，该冷却系统在背离包括该电接头一侧的模块阵列的侧上连接于第一和第二模块阵列。该冷却系统还可以包括至少一个机械地连接于蓄电池单元的冷却管，以方便该冷却系统和蓄电池单兀之间的热能传输。该冷却系统与模块阵列的一侧上的冷却管流体流动连通。蓄电池总成还可以包括第一多个连接部件，该第一多个连接部件固定于形成在端板上的凸缘，该凸缘在与连接部件相同的板中延伸并且具有与该端板相同的高度。第二多个连接部件可以具有偏移的凸缘，该偏移的凸缘通过中间部分连接于该连接部件。该中间部分垂直于该连接部件和偏移的凸缘。多个加强肋可以形成在由该中间部分和偏移的凸缘形成的角处。该偏移的凸缘固定于形成在与该偏移的凸缘在同一个平面上延伸的端板上的凸缘，并且设置在比该连接部件低的高度处。根据本发明的另一方面，公开一种用于制造车辆的蓄电池的方法。该方法包括在模块中叠放多个盒式(pouch)单元。一对端板组装于至少一个底部连接部件。多个模块被堆放在该至少一个底部连接部件上以填充该端板之间的空间。至少一个顶部连接部件连接于该端板之间，以保持该两个端板分开预定的距离。盒式单元在第一组多个模块上电连接在一起。至少一些盒式单元连接于与第一侧相反的多个模块的第二侧上的冷却系统接口。在将模块安装在端板之间、堆放该模块在底部连接部件上、连接顶部连接部件在端板之间、将标准部件叠放在底部连接部件上、将顶部连接部件连接在端板之间、将单元电连接在一起、并且将盒式单元连接于冷却系统之后，多个模块装载在车辆中的蓄电池保持器中。根据该方法的其他方面，突片(tab)分布在阵列中，以通过该模块的顶侧上的突片并且通过该模块的前侧上的突片支撑该模块。根据该方法的另一方面，在装载步骤期间模块可以具有在其中限定槽的突片，提供一种包括钩的工具，该钩从工具延伸并且取向成接纳在由该模块中的该突片限定的槽中。该方法还包括从该模块的上方提升由工具支撑的模块。该蓄电池保持器可以是包括多个焊接螺柱的托架。端板限定槽，该槽沿着连接部件在端板之间延伸的方向是细长的。在该方法中，将多个模块装载在蓄电池保持器上的步骤还可以包括将端板的槽与托架上的螺柱对齐，以将模块保持在托架上。根据该方法的另一方面，该方法还包括在该多个模块的第一侧上将盒式蓄电池单元电连接在一起的步骤。
根据该方法的另一方面，该方法还包括将至少一些盒式蓄电池单元连接于与该第一侧相反的多个模块的第二侧上的冷却系统接口的步骤。根据该方法的另一方面，该方法还包括将至少一些盒式蓄电池单元连接于在与该第一侧相反的该多个模块的第二侧上的冷却系统接口的步骤。考虑到附图和下面的所示实施例的详细描述，本发明的上述各方面和其他各方面将会得到更好地理解。
图1是蓄电池模块总成的透视图，包括组装在由多个连接部件连接的一对端板之间的组装的多个模块组。图2是具有通过紧固件连接于连接部件的向外延伸的凸缘的端板的局部后视图。图3是在分解的透视图中的端板和蓄电池单元的示意透视图。图4是沿着图3中的线4-4截取的剖视图。图5是类似于图4端板可选实施例的剖视图。图6是蓄电池托架或保持器的透视图，包括由两种不同类型的连接部件连接在一起的两种不同类型的端板。图7是具有通过紧固件连接于连接部件的向内延伸的凸缘的端板的局部后视图。图8是示出端板的可选实施例的局部剖视的局部透视图，该端板具有连接于连接部件的向外取向的凸缘，该连接部件具有偏移的凸缘，该偏移凸缘具有加强肋。图8A和8B是沿着图8的线8A-8A和8B-8B截取的一个顶部连接部件的剖视图。图9是工具的透视图，该工具可以提升多个模块蓄电池单元的阵列以装配至蓄电池托架或保持器。图10是没有端部框架的蓄电池模块总成的示意透视图，并且其中端子板从模块的前面分解。图11是没有端部框架的组装在一起的多个蓄电池模块的示意透视图，并且其中端子板连接于模块前部，且端子板通过高压电线连接在一起并且连接于控制线。
具体实施例方式下面提供本发明的所示实施例的详细描述。所公开的实施例是本发明的例子，其可以以多种替代方式实施。附图不必须按比例绘制。一些特征可以放大或缩小以示出特定部件的细节。在本申请中所公开的具体的结构和功能性的细节不解释为限制性的，而仅仅是作为用来教导本领域的技术人员如何实践本发明的代表性的基础。参考图1，提供一种用于支撑并压迫多个蓄电池模块12的蓄电池模块总成10。蓄电池模块12包括多个蓄电池单元16。蓄电池单元是水平叠放在模块12内的离子“盒式”电池。该蓄电池单元可以是锂离子蓄电池单元或其他电化学蓄电池单元。模块12保持在一对端板18之间，该端板在该模块12的两侧上，并且进而在蓄电池单元16的两侧上，施加如图1的箭头所示的压力。底部连接部件20将端板18的底部连接在一起。一对顶部连接部件26被固定至端板18的顶部。端板18包括在端板18上向外伸出的底部凸缘28。顶部凸缘30也设置在每个端板上，并且可以如图1的左侧上所示向外延伸，或可以如图1的右侧上的端板所示向内延伸。可以设置冷却管34，其在蓄电池模块总成10的外侧上延伸。参考图2，端板18的左侧凸缘30被示出由紧固件32连接于顶部连接部件26。紧固件32可以是常规的螺母和螺栓紧固件、具有焊接的螺母的螺栓等。参考图1，端板18之间的距离由连接部件26和20的长度设置，连接部件26和20由固定该端板18之间的距离的紧固件32连接。该紧固件可以是螺母、螺栓、专用螺柱或焊接螺母的组合。在蓄电池模块总成的组装期间，端板可以放置在对多个模块12施加压力的夹具中。当多个模块12组装于端板18时，紧固件32保持模块12处于压力之下。参考图3，端板18以及蓄电池单元16在分解透视图中被示出。端板18包括在中心部分48周边的周围延伸的框架部分46。该中心部分48可以包括部分球形表面50，如图3中的虚线所示。该球形表面50可以是抛物线形状或在中心部分48中能够对端板之间的蓄电池单元施加压力的其他凸形表面。提供球形表面50以当单元被充电时阻止单元16内的气体膨胀。参考图4，剖视图通过端板18被截取以示出表面50的曲率。应当理解表面50也可以是部分圆柱形表面。在两种情况的任何一种情况下，曲率可以看起来与图4所示具有相同的圆弧形状。应当理解圆柱形表面的弯曲可以绕水平轴线或竖直轴线生成。图5的剖视图类似于在图4中截取的剖视图，以示出另一个实施例，其中中心部分48设置成平直的表面56，其在图3所示的蓄电池单元16的整个表面上均匀地施加压力。参考图6，蓄电池托架38被示出具有端板60、68和顶部连接部件26、26^的两种可选结构。具有向内伸出的凸缘62的一对全高度的端板60在图6的前部位置被示出。根据需要端板60可以包括加强该端板60的加强肋64。如图6和图7所示，焊接的螺栓66可以以相反的取向插入以将端板60的顶部凸缘30固定于顶部连接部件26。参考图6和8，一对小外形端板68在图6的后部区域示出。该小外形端板68连接于顶部连接部件26'，该顶部连接部件26'包括从该顶部连接部件26'向下延伸到偏移的凸缘70的中间部分71。提供加强肋72以加强偏移的凸缘70和中间部分71。焊接的螺栓74和螺母76等可以用来将顶部连接部件26的偏移的凸缘70固定于端板68的顶部凸缘30。参考图8A和8B，顶部连接部件26之一的剖视图沿着图8的线8A-8A和8B-8B截取。在图8A中，连接部件26不具有加强肋77的特征。在图8B中，连接部件包括加强肋77。设置加强肋77以加强连接部件26。参考图9，图9示出工具，该工具可以便于将蓄电池模块总成10作为整体从子组装位置运送从而装载在蓄电池托架38上。组装蓄电池模块总成10，以便连接于接触突片52(示于图4中)的所有的布线连接能够在子组装位置完成，以便蓄电池单元16在被组装于蓄电池托架之前导电地连接。高压母线连接和电传感器布线也可以在子组装位置组装。如果它们在完成的蓄电池总成中是可以接近的，则在子组装位置可以不进行主高压连接，以避免处理高压连接器和用于大量 模块的阵列的电线连接。用电线连接在一起的蓄电池单元16的侧面以面对面取向的方式组装于蓄电池托架38，且蓄电池单元布线在蓄电池托架38的中心区域。根据制造用于车辆的蓄电池的方法，多个盒式蓄电池单元16叠放在模块12中。一对端板18连接于至少一个底部连接部件20并且然后多个模块12在端板18之间组装在底部连接部件20上。一旦所有的模块12在端板18之间组装在底部连接部件20上之后，至少一个顶部连接部件26连接在端板18之间以将两端板18保持在隔开的预定距离。当端板18受到由组装夹具施加的压力时，该顶部连接部件26正常连接于该总成。于是蓄电池单元16在多个模块12的第一侧上可以电连接在一起。至少一些蓄电池单元16在与第一侧相反的该多个模块12的第二侧上可以连接于冷却系统接口或冷却管34。在将模块12组装在一对端板18之间、将该模块12堆放在底部连接部件20上、将顶部连接部件26连接在端板18之间、将蓄电池单元16电连接在一起、并且将蓄电池单元16连接于冷却系统接口34之后，多个模块12可以装载在车辆中的蓄电池保持器38或托架中。图9所示的工具包括连接于多个顶部钩80和多个端部钩82的杆78。该杆78可以具有孔环84，用来从子组装位置提升该杆78和蓄电池模块总成10以安装在设置在车辆中的蓄电池托架38或其他保持器上。可以提供锁件86，以将蓄电池模块总成10锁定在与顶部钩80和端部钩82接合的状态中。参考图10，图10在端板18 (图1所示)从多个蓄电池单元16去掉的情况下示出单个模块。每个蓄电池单元具有被电连接以在正模块端子92和负模块端子94之间提供希望的电压的接触突片。多个控制端子96被提供在端子板90上，端子板90用来将模块12连接于用来检测并监控模块12的功能的控制器。冷却系统34的管状部分被示出为相对于端子板90在该模块的相反侧上。参考图11，图11提供一系列模块12的简化的视图，每个模块12包括构成蓄电池模块总成10的多个蓄电池单元16。正端子92和负端子94由高压母线在模块12之间连接。控制连接器102被示出连接于端子板90。在图11中，仅仅两个连接器102被示出，但是根据传感器的数目和控制要求可以提供任何数目的连接器。例如，在图10中，示出六个控制端子96，这需要六个控制连接器102。最末端正端子92和负端子94连接于提供电力给车辆的高压电线106。高压电线106、高压母线和控制电线104可以在蓄电池总成安装在车辆中之前连接以提供容易的接近。但是，如果在连接系统中的连接点是能够容易接近的，高压电线可以在组装于车辆之后进行连接。如果在安装之后连接它们，在连接于模块12的阵列之后处理高压电线增加重量，而如果在安装之后连接它们可以避免处理具有高压电线的整个总成。虽然上面描述了示范性实施例，但是并不意味着这些实施例描述本发明的所有可能的形式。而是，在说明书中所用的词语是描述性的词语而不是限制性的，并且应当理解在不脱离本发明的精神实质和范围的情况下可以进行各种变化。此外，提供的实施例的各种特征可以组合以构成本发明另外的实施例。
权利要求
1.一种蓄电池模块总成，包括: 叠放成模块组的多个蓄电池单元； 被组装至延伸于两个端板之间的底部连接部件的多个模块组； 从所述底部连接部件在所述模块组的相反两侧上的所述两个端板之间延伸的至少一个顶部连接部件，并且其中所述顶部连接部件和底部连接部件保持所述模块组处于受压状态。
2.根据权利要求1所述的蓄电池模块总成，其中每个所述端板具有在该端板的外边缘周围延伸的框架部分和在所述框架内的中心部分。
3.根据权利要求2所述的蓄电池模块总成，其中每个端板的所述中心部分朝着所述另一个端板向内凸出以压迫所述总成的相反两侧上的所述端板的所述中心部分之间的蓄电池单元。
4.根据权利要求2所述的蓄电池模块总成，其中所述中心部分由弯曲表面限定,该弯曲表面朝着所述另一个端板向内凸出，以压迫在所述总成的相反两侧上的所述端板的所述中心部分之间的所述蓄电池单元。
5.根据权利要求4所述的蓄电池模块总成，其中当保持所述模块组在受压状态时所述弯曲表面产生非线性的响应力。
6.根据权利要求2所述的蓄电池总成，其中所述中心部分由部分球形的弯曲表面限定，该弯曲表面朝着所述另一个端板向内凸出，以压迫在所述总成的相反两侧上的所述端板的所述中心部分之间的所述蓄电池单元。
7.根据权利要求1所述的蓄电池总成，其中所述顶部连接件具有与所述端板上的第二组固紧位置对齐的第一组固紧位置，其中所述顶部连接部件在所述第一和第二固紧位置固定于所述端板，以在所述端板之间形成预定的距离。
8.根据权利要求7所述的蓄电池总成，其中所述预定的距离被选择为向所述多个模块组施加压力。
9.一种用于车辆的蓄电池总成，所述总成包括: 安装在所述车辆上的蓄电池接收器； 以第一行排列的蓄电池单元的第一模块阵列、组装在所述第一行蓄电池单元的相反两端的第一和第二端板、在所述第一和第二端板之间延伸并且将所述第一和第二端板固定在一起的第一多个连接部件、在所述第一模块阵列的一侧上连接于每个所述蓄电池单元的第一组电接头； 以第二行排列的蓄电池单元的第二模块阵列、组装在所述第二行蓄电池单元的相反两端的第三和第四端板、在所述第三和第四端板之间延伸并且将所述第三和第四端板固定在一起的第二多个连接部件、在第二模块阵列的一侧上连接于每个所述蓄电池单元的第二组电接头，其中所述第一和第二模块阵列组装于所述蓄电池接收器，且所述第一和第二组电接头面向彼此。
10.根据权利要求9所述的蓄电池总成，还包括用于所述蓄电池单元的冷却系统，所述冷却系统在所述模块阵列远离包括所述电接头的内侧的一侧上连接于所述第一和第二模块阵列中的每一个。
全文摘要
本发明公开一种蓄电池模块总成和组装蓄电池的方法。该蓄电池模块总成包括多个蓄电池单元预先组装在其中的多个模块。所述模块被由多个连接部件在压迫状态下保持在一起的端板压迫。所述端板可以包括对所述模块内的蓄电池单元的中心部分施加压力的凸出部分。所述端板的中心部分可以是部分球形的、部分圆柱形的或平表面。
文档编号H01M2/10GK103178223SQ20121054996
公开日2013年6月26日 申请日期2012年12月17日 优先权日2011年12月21日
发明者P·D·马奎尔, G·斯里尼瓦桑, S·F·楚利安, K·盆塔帕提 申请人:福特环球技术公司