一种电池系统组件压具的制作方法

本实用新型涉及一种电池系统组件压具，尤其是用于电动车辆的电池系统组件压具。

背景技术：

电动车辆使用由存储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。为了确保电动车辆有效且安全地操作，电池系统的温度必须维持在最佳温度的限定范围内。电动车辆的冷却剂系统可在物理上延伸至电池系统以除去过剩热量，由此延长电池系统的使用寿命并且增大单次充电内可行进的距离。

随着电动车辆的普及，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并同时提高它们的可靠性和安全性的工艺和设备对于满足客户需求将是关键。具体地，需要这样的工艺和设备，其确保单独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至可在必要时安装和更换的模块化系统中的制造工艺。

技术实现要素：

本公开的方面涉及电池系统以及制作和/或制造电池系统的方法，且本公开的某些方面涉及托盘之间的可拆卸式固定附接件，该托盘配置成容置可再充电电池系统的电池单元。

一个创新性方面是一种电池系统组件压具，其包括一个或多个导轨以及第一滑块和第二滑块，每个滑块可滑动地连接至一个或多个导轨。该电池系统还包括各自在第一滑块和第二滑块之间可滑动地连接至一个或多个导轨的多个电池单元保持器，其中电池单元保持器各自配置成保持多个电池单元。

在某些实施例中，第一滑块和第二滑块具有与一个或多个导轨中的对应特征配合的拓扑特征，使得第一滑块和第二滑块可滑动地连接至一个或多个导轨。

在某些实施例中，该电池单元保持器具有与一个或多个导轨中的对应特征配合的拓扑特征，使得该电池单元保持器可滑动地连接至一个或多个导轨。

在某些实施例中，该电池单元保持器各自配置成保持两排电池单元。

在某些实施例中，该两排电池单元彼此偏离，使得一排电池单元的中心与另一排电池单元之间的点对准。

在某些实施例中，该电池单元保持器各自配置成保持该电池单元，使得该电池单元彼此接触。

在某些实施例中，该导轨配置成固定至工作台。

本实用新型确保单独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至可在必要时安装和更换的模块化系统中的制造工艺。

附图说明

参考说明书的剩余部分和附图可以实现对本实用新型的特征和优点的进一步理解，其中全部几个附图中的相同附图标号用于指代类似部件。在某些实例中，子标记与附图标号相关联以标示多个类似部件中的一个。当引用附图标号但未具体写明现有的子标记时，其旨在指代所有此类多个类似部件。

图1说明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图。

图2说明根据某些实施例的可以在电动车辆中使用的锂基电池。

图3是电池组的图示。

图4A至4G是说明制造电池组的工艺的一系列视图。

图5是说明用于制造可再充电电池组的工艺的实施例的流程图。

具体实施方式

本文描述了用于提供组装可再充电电池系统的方法的实施例。电池系统可再充电电池系统包括电池单元和冷却导管，该冷却导管配置成将热量传离电池单元。该方法提供了冷却导管与电池单元之间的有效热接触。

在某些实施例中，冷却导管和电池单元松散地组装，并且随后利用电池系统组件压具机械地挤压在一起以在冷却导管与电池单元之间产生良好的接触。

图1说明根据某些实施例的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的电池单元，它们电气连接以提供特定电压/电流至电动车辆102。在某些实施例中，形成电池组的电池单元可设置在一排或几排电池单元中。根据实施例，电动车辆102可以包括使用燃料燃烧和存储的电力这二者操作的混合动力车辆以及完全由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。在某些电动车辆中，可再充电电池系统104位于如图1中描绘的乘客车厢的底板下方。在其它电动车辆中，可再充电电池系统104可位于电动车辆的后备箱或引擎罩区域中。

虽然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，较大电池在电动车辆102中需要更连续的空间区段。这妨碍了将较大电池存储在诸如如图1中描绘的乘客车厢的底板的位置中。因此，某些实施例使用大量的较小电池单元，其耦接在一起以产生等效于单个较大电池单元的电气特性。较小电池单元可以具有(例如)传统AA/AAA电池的大小，并且可以分组在一起以形成多个电池组106。每个电池组可以包括大量的单独电池单元。在一个实施例中，700个单独的锂离子电池结合在一起以形成许多单个电池组106a、106b、106c和106d中的每一个，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个电池组或另一个数量的电池组，直至满足电动车辆102的电气需求为止。对于单个电动车辆102，包括在每个电池组106中的单独电池单元总计可以上千。

在某些实施例中，可再充电电池系统104以及具体一个或几个电池组106可连接至热交换器108，其可为冷却系统110的一部分。在某些实施例中，冷却系统110可为可再充电电池系统104的一部分，且在某些实施例中，冷却系统110可与可再充电电池系统104分离。冷却系统110可包括连接管线112，其可将热交换器108流体地连接至一个或几个电池组106。连接管线112可包括入口管线114和出口管线116。入口管线114可输送诸如致冷剂的冷却流体至可再充电电池系统104和/或一个或几个电池组106。在某些实施例中，冷却流体可容纳在冷却系统110中、可再充电电池系统104中和/或一个或几个电池组106中。

图2说明根据某些实施例的可以在电动车辆中使用的锂基电池202的示意图示200。如本文所使用，术语“电池”、“单元”和“电池单元”可以互换地使用以指代电池系统中使用的任何类型的单独电池元件。本文所述的电池通常包括锂基电池，但是也可以包括各种化学物质和配置，其包括磷酸铁、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)以及与电动车辆兼容的任何其它电池类型。例如，某些实施例可以使用来自的6831NCR 18650电池单元，或对于具有6.5cm x1.8cm的形状因数和约45g的18650的某个变体。电池202可以具有至少两个端子。在某些实施例中，正端子204可以位于电池202的顶部处，且负端子206可以位于电池202的相对底侧上。

在某些实施例中，形成电池组106的某些或所有电池单元可定向在相同方向上。换言之，每个单独的电池单元的正端子相对于电池组可以面向向上(或向下)方向，且每个负端子面向向下方向。在其它实施例中，情况则不一定如此。单独的电池单元的交替排可以定向在相反方向上使得第一排的正端子定向在向上方向上且第二排的正端子定向在向下方向上。用于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定向在相反方向上。在某些实施例中，电池组的一半可以具有定向在一个方向上的电池单元，而电池组的另一半具有定向在相反方向上的电池单元。在这些情况中的任一情况中，可能需要在定向于相反方向上的电池之间或定向于相同方向上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，术语“汇流条”是指连接至多个单独的电池单元端子以将来自单独的电池单元中的电力传输至电动车辆的电气系统的任何金属导体。在某些实施例中，汇流条可以包括位于电池组的顶部或底部上的扁平金属片。在某些实施例中，金属片可以覆盖电池组的整个顶部或底部，而在其它实施例中，汇流条可以包括长度大于宽度的带状物以与单一排的电池单元介接。

图3是包括电池单元310、冷却导管320、下部托盘330和上部托盘340的电池组300的图示。

电池单元310设置成接合下部托盘330和上部托盘340中的凹槽。由于凹槽的存在，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。在某些实施例中，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可以利用注塑成型塑料形成。

另外，电池单元310设置成由冷却导管320支撑。冷却导管320包括流体通道，冷却流体可以循环流过该流体通道以提供路径，热量可通过该路径从电池单元310中除去。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在制造期间对电池单元提供机械支撑，如下文进一步讨论。

一个或多个汇流条(未示出)可以与上部托盘340进一步机械地连接。例如，汇流条可以胶合或焊接至上部托盘340以通过孔344电接触电池单元。

一个或多个汇流条(未示出)可以与下部托盘330进一步机械地连接。例如，汇流条可以胶合或焊接至下部托盘330以通过下部托盘330中的孔电接触电池单元。

汇流条可以包括多个触点，多个触点配置成将汇流条的一个或几个部分和/或层与一个或几个电池单元310电气连接并且具体地说电气连接至一个或几个电池单元310的端子。在某些实施例中，多个触点中的一个或几个触点可与汇流条的一个或几个导电层和/或与形成汇流条的一种或几种导电材料电气连接。

电池单元310和汇流条可以定向成在电池之间提供串联和并联连接的任何所需组合。

图4A至4G是说明制造电池组(诸如图3的电池组300)的工艺的一系列视图。

图4A是电池系统组件压具400的图示。电池系统组件压具400包括滑块410、电池单元保持器420和导轨430。

滑块410可滑动地接合导轨430，使得滑块410固定至导轨430并且可响应于施加至其的侧向力沿着导轨430滑动。例如，滑块410向着导轨430的一侧可以具有与导轨430中的对应特征配合的拓扑特征，使得滑块410和导轨430之间的间距有限且使得滑块410响应于施加至其的侧向力沿着导轨430自由滑动。

电池单元保持器420各自配置成保持许多电池单元。例如，电池单元保持器420可以各自配置成保持两排电池单元。在某些实施例中，两排电池单元彼此偏离，使得一排电池单元的中心与另一排电池单元之间的点对准。在某些实施例中，每排电池单元是由电池单元保持器420保持以彼此接触。在某些实施例中，一排电池单元是由电池单元保持器420保持以接触另一排电池单元。

电池单元保持器420可滑动地接合导轨430，使得电池单元保持器420固定至导轨430并且可响应于施加至其的侧向力沿着导轨430滑动。例如，电池单元保持器420向着导轨430的一侧可以具有与导轨430中的对应特征配合的拓扑特征，使得电池单元保持器420和导轨430之间的间距有限，且使得电池单元保持器420响应于施加至其的侧向力沿着导轨430自由滑动。

在使用中，导轨430可以固定至基本上不可移动的物体，诸如螺接至地板的工作台。侧向力可以施加至每个滑块410。响应于施加至其的力，滑块410沿着导轨430朝彼此滑动。滑块410朝彼此移动使电池单元保持器420沿着导轨430滑动，直至每对相邻电池单元保持器420中的电池单元保持器420被挤压在一起。

图4B是具有填充有电池单元510的电池单元保持器420的电池系统组件压具400的图示。如图所示，每个电池单元保持器420保持许多电池单元，其中每个电池单元510在电池单元保持器420的一个凹槽434中，如图4A中所示。

如图所示，此时，滑块410和电池单元保持器420彼此间隔开。

图4C是具有填充有电池单元510的电池单元保持器420且具有布设在电池单元510之间的冷却导管520的电池系统组件压具400的图示。电池单元510接合电池单元保持器420的凹槽434并且通过凹槽434保持在适当位置中，且冷却导管520在制造期间对电池单元510提供附加的机械支撑，使得电池单元510不太可能通过例如侧向力或其它力从电池单元保持器420中移除。冷却导管320包括流体通道，冷却流体可以循环流过该流体通道以提供路径，热量可通过该路径从电池单元510中除去。

如图所示，此时，滑块410和电池单元保持器420彼此间隔开。

图4D是具有填充有电池单元510的电池单元保持器420且具有布设在电池单元510之间的冷却导管520的电池系统组件压具400的图示，其示出电池系统组件压具400已被致动之后的状态。由于以相反方向施加侧向力至滑块410，滑块410已被挤压并且朝彼此移动，从而将电池单元保持器420、电池单元510和冷却导管520掐紧在滑块410之间。因此，在电池单元510之间行进的冷却导管520的每一段在冷却导管520的相对侧上的电池单元510之间被挤压。由电池单元510施加在冷却导管520上的下压力使电池单元510与冷却导管520之间具有良好的热接触。如图所示，由电池单元510占据的区域之外的冷却导管520部分由于施加至滑块410的侧向力的挤压作用而变形。

图4E是具有填充有电池单元510的电池单元保持器420且具有布设在电池单元510之间的冷却导管520的电池系统组件压具400的图示，其示出电池单元510和冷却导管520已挤压在一起之后并且下部托盘530已被放置在电池单元510上之后的状态。

下部托盘530已被放置在电池单元510上，使得每个电池单元510接合下部托盘530中的凹槽，该凹槽配置成容纳一个或多个电池单元510。如图所示，下部托盘530包括多个孔，其各自对准以根据每个电池单元510的定向而提供对电池单元510的正电极或负电极的通达。

图4F是部分利用电池系统组件压具400形成的电池系统500的图示。由于电池系统组件压具400的致动，电池单元510压靠住布设在电池单元510之间的冷却导管520，并且具有放置在电池单元510的远侧上的下部托盘530，如图所示。

图4G是部分形成的电池系统500的图示。如图所示，上部托盘540已被放置在电池单元510上以使得每个电池单元510接合上部托盘540中的凹槽，该凹槽配置成容纳一个或多个电池单元510。如图所示，上部托盘540包括多个孔，其各自对准以根据每个电池单元510的定向而提供对电池单元510的正电极或负电极的通达。

一旦电池单元510容置在下部托盘530和上部托盘540中，如图4G中所示，一个或多个汇流条可以在与电池单元510相对的侧上附接至下部托盘530。一个或多个汇流条具有与下部托盘530中的孔对准的触点，使得当一个或多个汇流条附接至下部托盘530时，一个或多个汇流条经由触点电气连接至电池单元510。

一旦电池单元510容置在下部托盘530和上部托盘540中如图4G中所示，一个或多个汇流条可以在与电池单元510相对的侧上附接至上部托盘540。一个或多个汇流条具有与上部托盘540中的孔对准的触点，使得当一个或多个汇流条附接至上部托盘540时，一个或多个汇流条经由触点电气连接至电池单元510。

在某些实施例中，下部托盘530的一个或多个汇流条在下部托盘530容纳或连接至电池单元510之前附接至下部托盘530。同样地，在某些实施例中，上部托盘540的一个或多个汇流条在上部托盘540容纳或连接至电池单元510之前附接至上部托盘540。

图5是说明用于制造例如本文所讨论的可再充电电池组的工艺500的一个实施例的流程图。该方法可包括(例如)用于制造上文参考图1讨论的可再充电电池组系统104的一个或几个电池组106的工艺。

该工艺开始于框550处，并且可以包括将多个电池单元放置在电池系统压具组件的多个电池单元保持器中的每一个电池单元保持器中。电池单元可以放置成各自具有与电池之间的串联和并联连接的所需配置对应的定向。

在560处，工艺500还包括将冷却导管布设在电池单元之间。例如，电池单元可以在电池单元保持器中放置成一系列排，其中每一排与相邻排间隔开一定间隙，且冷却导管可以布设在间隙中，布设在电池单元之间。在某些实施例中，冷却导管布设在每对相邻排的电池单元之间。在某些实施例中，冷却导管布设在每隔一对相邻排的电池单元之间。另外使用其它设置。

在某些实施例中，电池系统压具组件的每个电池单元保持器保持两排电池单元，且冷却导管布设在每个电池单元保持器之间。

在570处，工艺500还包括将电池单元保持器压在一起以使得布设在相邻排的电池单元之间的冷却导管段被挤压在相邻排的电池单元之间。因此，在冷却导管与相邻排的电池单元中的每个电池单元之间形成良好的热连接。

在580处，工艺500还包括将电池单元放置在下部托盘中。在某些实施例中，电池单元以(例如)胶水、环氧树脂或另一种固定机构固定至下部托盘。在某些实施例中，电池单元没有固定至下部托盘。电池单元放置在下部托盘中以使得电池单元接合下部托盘的凹槽并且通过该凹槽保持在适当位置中。另外，电池单元放置在下部托盘中以使得下部托盘附近的电池单元的电气端子与下部托盘中的孔对准，从而可通达到电气触点。

在590处，工艺500还包括将电池单元放置在上部托盘中。在某些实施例中，在将电池单元放置在上部托盘中之前，将电池单元从电池单元保持器中移除。在某些实施例中，电池单元以(例如)胶水、环氧树脂或另一种固定机构固定至上部托盘。在某些实施例中，电池单元没有固定至上部托盘。电池单元放置在上部托盘中使得电池单元接合上部托盘的凹槽并且通过该凹槽保持在适当位置中。另外，电池单元放置在上部托盘中以使得上部托盘附近的电池单元的电气端子与上部托盘中的孔对准，从而可通达到电气触点。

在某些实施例中，一旦电池放置在下部托盘和上部托盘中，下部托盘和上部托盘中的任一个或两者在电池单元上施加力，该力使电池单元压靠冷却导管。

工艺500可以另外包括将上部托盘附接至下部托盘。上部托盘可以附接至下部托盘，以使得上部托盘和下部托盘之间的延伸部连接上部托盘与下部托盘。在某些实施例中，延伸部以(例如)胶水、焊接、螺纹紧固件或另一种固定机构连接上部托盘与下部托盘。

延伸部还可以提供机械支撑，所述机械支撑保护电池单元不受例如由垂直冲击引起的力的影响。例如，电池组可以配置成使得延伸部在上部托盘和下部托盘之间传递垂直力，且电池单元本身没有或基本上没有传递垂直力。

工艺500可以另外包括将汇流条附接至上部托盘和下部托盘。汇流条可以附接至上部托盘和下部托盘，使得汇流条的触点与电池单元形成电气连接。在某些实施例中，在上部托盘和下部托盘容纳电池单元之前，汇流条连接至上部托盘和下部托盘。在某些实施例中，在上部托盘和下部托盘已容纳电池单元之后，汇流条连接至上部托盘和下部托盘。

在替代性实施例中，电池单元以(例如)胶水或另一种附接机构(诸如焊接)固定至汇流条。在此类实施例中，电池单元可以另外由胶水或另一种附接机构附接至上部托盘和/或下部托盘。在某些实施例中，电池单元通过将上部托盘附接至下部托盘的延伸部压靠住上部托盘和/或下部托盘，而不是附接至上部托盘和/或下部托盘。在某些实施例中，一个或多个汇流条在电池单元上施加力，该力使电池单元压靠住冷却导管。

在替代性实施例中，电池单元没有固定至上部托盘和下部托盘中的一者或两者。在此类实施例中，上部托盘可以由胶水或另一种附接机构连接至下部托盘。在某些实施例中，电池单元通过将上部托盘附接至下部托盘的附接机构压靠住上部托盘和/或下部托盘，而不是附接至上部托盘和/或下部托盘。

工艺500可以另外包括将可再充电电池系统与配置成对车辆提供动力的电动机电气连接。

应当明白的是，图5中说明的具体步骤提供特定方法，该方法提供用于根据本实用新型的各个实施例的电动车辆的可再充电电池系统和/或电池组。也可以根据替代性实施例执行其它步骤序列。例如，本实用新型的替代性实施例可以按不同顺序执行上文概述的步骤。另外，图5中说明的单独步骤可以包括多个子步骤，这些子步骤针对单独步骤可以酌情按照各种序列来执行。另外，取决于特定应用可以增加或移除额外的步骤。本领域一般技术人员将认识到许多变化、修改和替代。

在前述描述中，为了解释的目的，阐述了许多具体细节以提供对本实用新型的各种实施例的透彻理解。然而，本领域一般技术人员将明白的是，可以在没有这些具体细节中的某些细节的情况下实践本实用新型的实施例。在其它实例中，公知结构和设备是以框图形式示出。

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，示例性实施例的之前描述将为本领域技术人员提供用于实施示例性实施例的可能描述。应当理解的是，在不脱离所附权利要求书中阐述的本实用新型的精神和范围的情况下，可以对元件的功能和设置作出各种改变。

在前述描述中给出具体细节以提供对实施例的透彻理解。然而，本领域一般技术人员将理解的是，可以在没有这些具体细节的情况下实践实施例。例如，电路、系统、网络、过程和其它部件可以框图形式示为组成部分以免以不必要的细节使实施例变得晦涩难懂。在其它实例中，可以示出公知的电路、过程、算法、结构和技术且没有不必要的细节以免使实施例变得晦涩难懂。

另外，应当注意，单独实施例可以被描述为过程，所述过程被描绘成流程表、流程图、数据流程图、结构图或框图。虽然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，可以重新安排操作顺序。过程在其操作完成时便终止，但是该过程可具有不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。当过程对应于函数时，其终止可对应于函数返回至调用函数或主函数。

在前述说明书中，参考本实用新型的具体实施例描述了本实用新型的方面，但是本领域技术人员将认识到，本实用新型不限于此。上述实用新型的各种特征和方面可以单独使用或共同使用。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不是限制性的。