CN102190968A - 模块化组件中粘合剂的选择性固化 - Google Patents

模块化组件中粘合剂的选择性固化 Download PDF

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Abstract

用于在装配模块化部件时降低与使用粘合剂相关成本的方法和系统。第一方法包括:a)将高润湿性粘合剂分配进填装有多个元件的第一模块固定装置,其中第一模块固定装置提供多个粘合井,各粘合井接收所述元件中一个或多个的第一部分,模块固定装置包括与粘合井中一个或多个连通的又一个孔口,粘合剂在应用固化模态时能被选择性固化;b)将固化模态选择性应用到在密封区中分配的粘合剂的第一部分,密封区包括围绕孔口的一个或多个区域,其中密封区中分配的粘合剂被充分固化以阻止相当数量的粘合剂从孔口冒出,同时将粘合剂继续分配进模块固定装置,其中固化模态未被应用到在密封区外的粘合剂的第二部分;c)将固化模态应用到分配粘合剂的第二部分。

Description

模块化组件中粘合剂的选择性固化
【技术领域】
本发明概括地涉及用于具有若干个到许多个元件的组件的模块构造,而更具体地说,涉及将能选择性地固化(selectively curable)的低粘度/低表面张力的粘合剂用于组件构造(再具体地说,用于电池组模块组件构造)的系统和方法。
【背景技术】
生产具有被一起固定进集成整体结构的元件的模块组件是普遍的。一种用于将元件固定在一起的方法使用将元件粘合到一个或多个固定装置(fixture)的粘合剂。这些固定装置通常包括许多可用来提供接入元件、组件的内部或用于其他用途的开口。为了阻止粘合剂在制造期间逃脱这些开口,传统的解决方法使用具有足够大的粘度/表面张力的粘合剂来阻止粘合剂离开孔口。
在许多应用中,这样的粘合剂提供了可接受的解决方法。在其他应用中,像这样的粘合剂是有问题的。一个问题是粘度/表面张力需要相当大的静水压头,以便将合适量的粘合剂引导进小边缘粘合区域来适当地润湿粘合表面并提供足够的粘合强度。从其无助于元件和固定装置之间的粘合安全性的意义上来说,这种静水压头表示出大量被“浪费”的粘合剂。
情况不只是因为这种粘合剂是昂贵的,并且因此任何浪费的粘合剂增加了最终的成本。在一些应用中,像电动车辆,一个另外的缺陷是过多的粘合剂将“不必要的”重量增加到最终组件,同时也是不必要地昂贵的。随着组件中元件的数量增加,并随着元件的组装密度(packing density)增加,在费用和重量方面的成本由于在全部模块中所有元件上个别过量的倍增累积而变得相当明显。在减少每个元件/模块粘合剂的数量方面的任何节约在这些情况下是非常有效的,这是因为它同时减少了费用和重量。
粘合剂具有进一步影响模块组件中粘合剂的使用和适合性的相关固化曲线(profile)。有两大类的粘合剂——单组分粘合剂和双组分粘合剂。双组分粘合剂是包括基料和硬化剂的粘合剂。相比之下,单组分粘合剂包括基料和硬化剂二者的功能性,但硬化剂的活化或释放取决于用于固化的一些外部条件(例如,温度、紫外线辐射、环境中的水蒸汽,等等)。环氧树脂是具有树脂和硬化剂的双组分粘合剂的一个实例,硬化剂加速粘合剂的聚合(例如,固化),固化的特性能被温度、以及树脂和硬化剂的选择影响。不管是单组分还是双组分,各粘合剂具有对一种或多种固化剂反应而产生坚硬且牢固粘合的固化模态(curing modality)。固化时间(特别是达到足以进一步加工的机械完整性的最短固化时间)是使用粘合剂的附加成本。固化时间有时与所使用粘合剂的总量有关,使用较少粘合剂有时可以改善固化时间成本。
另外,为了使各电池组模块在诸如汽车内的恶劣环境中保持机械坚固,各电池组电池和模块固定装置之间的结构连接(物理的和电性的)应当坚硬且坚固。许多商品电池不包括易于允许此类连接的机械特征。对于包括易于允许此类连接的机械特征的那些而言,常常难以建立坚硬且坚固的机械连接,同时维持电连接性要求。粘合剂能够在模块系统的光滑电池表面和固定装置之间建立高剪切强度,同时还维持电池中任何所期望的电绝缘。然而如上所述,当用于这种环境时,粘合剂会是昂贵的,并且常常导致将不期望量的重量增加到多模块电池包的各电池组模块。特别是随着模块中元件的数量和密度增加,并且更进一步地随着这些模块的数量增加,将要考虑到额外的成本。这种额外成本与粘合剂常常需要的长固化时间直接有关,并且这些长固化时间增加了加工成本。
如上所述,在密集的电池包模块中,应用(applied)的粘合剂量部分地取决于迫使粘合剂润湿到所需粘合表面所需的静水压头。一些方法应用1-2mL的粘合剂(粘度大约7000cps),以将各18650电池组电池粘合进其自身的设置在固定装置中的浅塑料沉孔。此粘合剂量被认为是实现所有粘合区域覆盖的必要条件。然而,单独填充各粘合区域所需的实际粘合剂量大约为0.050-0.100mL。因此,当考虑到单独将电池组电池粘合到模块固定装置所需的量时,大量的粘合剂被浪费了。
一旦粘合剂已经充分润湿粘合表面,在粘合区域外部以传统解决方法使用的标准粘合剂就少有成效,并且这种“过量的”粘合剂在制成品中实际上已无用途。减少对润湿模块化组件中粘合表面的静水压头的依赖性具有通过消除“浪费的”粘合剂而产生显著节约成本的潜力。
需要的是一种在装配模块化部件时用于降低与使用粘合剂相关的成本(费用、重量和/或固化时间)的方法和设备。
【发明内容】
公开的是在装配模块化部件、特别是具有许多元件的组件(诸如例如在电动车辆中使用的电池模块)时,用于降低与使用粘合剂相关的成本(费用、重量和/或固化时间)的方法和系统。所述方法和系统允许将高润湿性(wettability)粘合剂(在本申请中被概括地定义为低粘度和/或低表面张力粘合剂)用于装配此类模块化部件。第一种方法包括:(a)将高润湿性粘合剂分配进填装有(populate with)多个元件的第一模块固定装置,其中第一模块固定装置提供多个粘合井(bonding well),各粘合井接收所述元件中的一个或多个的第一部分,模块固定装置包括与粘合井中的一个或多个连通的又一个孔口(one more apertures),粘合剂在应用固化模态时能被选择性地固化;(b)将固化模态选择性地应用到在密封区中的分配粘合剂的第一部分,密封区包括围绕孔口的一个或多个区域,其中在密封区中的分配粘合剂被充分固化,以阻止相当数量的粘合剂从孔口冒出,同时将粘合剂继续分配进模块固定装置,其中固化模态未被应用到在密封区外的粘合剂的第二部分;以及(c)将固化模态应用到被分配的粘合剂的第二部分。
为了本申请的目的,高润湿性粘合剂包括具有一个或多个润湿性参数的单组分和双组分粘合剂,当考虑特定的粘合剂和基底的材料时,所述参数选自于由在约100至约1000厘泊范围内的粘度、粘合井的基底与粘合剂产生在空气中小于约10度的接触角的表面张力及其组合所组成的组。
另一种粘合方法包括:(a)用多个元件填装模块固定装置,模块固定装置对固化模态是可透的(transparent);(b)使用对固化模态不可透(opaque)的掩膜(mask)来掩蔽模块固定装置的第一部分的所选区域,产生模块固定装置未被掩蔽的第一部分和模块固定装置被掩蔽的第一部分;以及之后(c)将高润湿性粘合剂分配进被填装的模块固定装置,粘合剂在应用固化模态时能被选择性地固化,并且其中第一模块固定装置提供多个粘合井,各粘合井接收多个元件中的一个或多个的第一部分,模块固定装置包括与粘合井中的一个或多个连通的又一个孔口,粘合剂在应用固化模态时能被选择性地固化;(d)在分配步骤(c)期间,在未将固化模态应用到在被掩蔽第一部分中的分配粘合剂的第二部分的情况下,在将固化模态应用到在第一部分中的被分配粘合剂的第一部分时固化在未被掩蔽第一部分中的被分配粘合剂的第一部分;以及之后(e)移除掩膜;以及之后(f)在将固化模态应用到模块固定装置时,固化在模块固定装置中的未固化的分配粘合剂,包括分配粘合剂的第二部分。
一种系统包括支撑多个元件的模块固定装置,模块固定装置限定了多个粘合井,各粘合井接收所述元件中的一个或多个的第一部分,模块固定装置包括与粘合井中的一个或多个连通的一个或多个孔口,粘合井具有标称深度;以及分配系统,其连接到模块固定装置,用以将高润湿性粘合剂分配进各粘合井并围绕各元件,在没有明显填充过满(overfill)的情况下,将粘合井大体填充直到标称深度,粘合剂在应用固化模态时能被选择性地固化;以及固化结构,用于随着粘合剂在分配粘合剂期间从孔口冒出而将粘合剂选择性地曝光到固化模态。
执行本发明的优选实施例的由大约数十、数百至数千的大量元件或更多元件(如电池)构成的组件(诸如例如电池组包)优选具有在费用、重量和加工时间方面低成本的机械整合的方法。合适的高润湿性粘合剂的使用允许坚硬、坚固、电性绝缘的机械连接到电池模块固定装置。电池组包内的电池的高组装密度限制了可用于在整个电池组模块上均匀分配粘合剂的空间,然而高润湿性粘合剂更好地适于均匀分配,特别是当模块固定装置配有斜面、毛细通道和引导表面等时,以将分配粘合剂导入所有被填装的粘合井。允许在各电池的两端上电性互连的模块固定装置中的特征可以在分配期间为粘合剂提供泄漏途径。固化模态被应用到离开孔口的粘合剂以密封模块固定装置,并且允许粘合剂继续填充粘合井并润湿在填装粘合井的元件附近的粘合表面。高润湿性粘合剂有效地填充在将要粘合所述元件附近的粘合井,允许粘合井在没有明显填充过满的情况下被大体上填充(也就是说,在没有过多非结构性使用的情况下,粘合井被充分填充以润湿所有粘合表面)。粘合井之间的端口、倾斜导向表面的使用以及固定装置的其他特征促进高润湿性粘合剂的均匀分布。在粘合表面被适当润湿后,将固化模态应用到粘合井中所有的粘合剂。
在一些优选实施例中,固化模态包括光线(如,紫外线辐射)的应用,这意味着模块固定装置的至少所选结构是可透的,所述结构限定其中粘合剂被分配(以及其中发生固化和粘合)的粘合井,并因此可以目测检查。与粘合剂相关的固化指示剂(诸如,颜色或一些其他视觉提示)的使用被有利地用于某些实施例,以提供对粘合井中固化处理的重量和/或状态的快速评估。
本发明的实施例包括通过随着粘合剂尝试离开孔口而选择性地固化(如,紫外线固化)粘合剂来增进有限量高润湿性粘合剂使用的设计和方法。如上所述,因为高润湿性,所以在没有不利的情况下,应用区域仍然会是有限的。高润湿性粘合剂意味着在粘合井被填满以及所有粘合表面的润湿已发生之前的时间相对较短(与传统系统和绝对术语相比的相对术语)。除了处理时间的节约,所使用的粘合剂的总量被极大地减少,将重量和费用从装配的模块除去。
在一些实施例中,在粘合剂应用后以及在润湿期间,填装粘合井的元件可以通过使用固化模态可透的固定装置来被合适地定位/对齐,所述固定装置被应用到在固定装置粘合井外元件的部分。对于具有多个固定装置的组件而言,这种定位/对齐的固定装置可以是最终组件的其他固定装置之一。(对于多固定装置组件而言,并且因为优选实施例使用对重力强烈起反应的高润湿性粘合剂,正在处理(如,填装、填充以及一定程度的固化)的任何特定固定装置常被描述为底部固定装置。在处理期间,甚至在固定装置在操作期间可以被不同地定向的情况下,具有这种倾向性。这并不是说其他定向和布置被排除在外,例如会发现一些用于将粘合剂分配在离心系统中的应用,其中“底部”固定装置将会是具有比任何其他固定装置更大角速度的一个,高润湿性粘合剂从较近处分配到系统的旋转中心,并向外流入粘合井并可能从孔口泄露,选择性固化发生在系统的外围上。)
固化模态(如,紫外线辐射)通过将紫外线辐射引导到定位/对齐组件的顶侧而应用到粘合剂,固化在底部固定装置的粘合区域中的粘合剂。在具有一些被内部结构遮蔽的区域的实施例中,所述内部结构限制粘合剂的一些部分曝光到固化模态,粘合剂可以包括多阶段固化处理。第一阶段被设计成对一种固化模态(如,紫外线辐射)起反应在数秒内固化粘合剂,并且第二阶段对另一种固化模态(如,室温下白天)起反应在较长时间内固化粘合剂。这为两组机械要求创造了一种二阶段固化处理,一组用于完成剩余的加工步骤,并且另一组用于在实地的耐久性。尽管粘合剂接合处(joint)被紫外线辐射充分加强,以在生产线上继续进行,但是如实地耐久性所需的全强度可能不会被发展数天或数周。当模块固定装置自身是紫外线可透的时,整个固化操作可以在数秒内发生。
可以存在本发明实施例的许多不同实施方式,包括通过单阶段或多阶段固化或密封配方变换单组分和双组分粘合剂,分阶段是在分配和/或固化期间。例如,一个实施例包括使用双组分高润湿性粘合剂,所述粘合剂在应用密封方式时“凝胶化(gel)”或“去膜(skin)”的同时以更传统的方式进行固化。凝胶化产生了屏障并将孔口密封,防止泄露并且允许粘合剂填充粘合井并润湿粘合表面。在其他应用中,能够在分配期间改变粘合剂特性,以便将第一相粘合剂特别配制以通过与固化/密封方式相互作用而增强密封特性,同时将被分配的粘合剂的第二相特别配制以将固定装置粘合到元件。
【附图说明】
图1是系统的框图;
图2是模块固定装置中电池的详细视图;
图3是第一优选处理的流程图;
图4是第二优选处理的流程图;以及
图5是电池和模块固定装置之间的代表性粘合区域的侧视图的细节。
【具体实施方式】
本发明的实施例提供用于通过允许使用高润湿性粘合剂来降低在装配模块化部件时与使用粘合剂相关的成本(费用、重量和/或固化时间)的方法和系统。下面的描述被提出以允许本领域普通技术人员制造并使用本发明,并且是在提供了专利申请及其要求的背景下。在下文中,术语“电池组(battery)”、“电池(cell)”、“电池组电池(battery cell)”和“电池包(battery cell pack)”可以互换使用,并且可以指各种不同的可充电电池化学及构造中的任一种,包括但不限于锂离子(如,磷酸锂铁、氧化锂钴、其他氧化金属锂等)、锂离子聚合物、镍金属氢化物、镍镉、镍氢、镍锌、银锌或其他电池类型/构造。另外,术语“高润湿性”,当考虑特定粘合剂和基底材料时,一种具有以下特性的粘合剂,该特性选自于由粘度(在约0(更优选100)至约1000厘泊范围内)、表面张力(基底与粘合剂产生在空气中小于约10度的接触角)及其组合所组成的组。对于优选实施例、一般原理和本文所述特征的各种修改对本领域技术人员将是显而易见的。因而,本发明并非意在受限于所示实施例,而意在使最宽范围与本文所述的原理和特征相一致。
粘合剂已被配制来对一些固化模态(诸如紫外线(UV)辐射)起反应而选择性地固化。选择性固化允许控制固化的时机和位置。还存在允许使用次级固化模态(诸如时间或温度)的配方。这与被配制以具有低粘度和/或低表面张力的高润湿性粘合剂相结合,通过模块固定装置的合适设计,提供了一种用于允许将此类粘合剂用于装配模块化部件(诸如电池组模块)的方法和设备,其与传统系统相比提供了更低的成本、更低的重量且需要更短的工作时间。
图1是系统100的框图,系统100包括由粘合模块固定装置支撑的多个粘合元件105,所述粘合模块固定装置包括第一模块固定装置元件110、第二模块固定装置元件115以及可选支撑元件120,可选支撑元件120在未另行提供额外结构支撑件的情况下与元件110和元件115互连。与传统系统相比,系统100的成本更低(如更低费用、更低重量和/或生产时间)。尽管本发明可以适于粘合许多不同类型的元件105,但本发明将参照由大量(如数百至数千)电池组电池作为元件105制成的电池组电池模块的形成来进行描述。根据实施方式和元件的类型,将一个或多个模块固定装置110用于定位、粘合和固定元件105。对于当前实例,描述了两个模块支撑结构,应当理解可以使用更少或更多的模块支撑结构。同样在下面的描述中,使用了高润湿性粘合剂。重力被有效地用来移动未固化和分配的粘合剂,从而当描述本发明的实施例时有理由具有较低和较高的参照。这样的参照不一定与半成品或制成品的定向相关,而是仅与粘合剂的分配、润湿和至少一些固化期间的定向有关。
在本文中描述了至少两种一般操作方法,例如参见下面关于图3和图4的讨论。图3概括地描述了一种双组分粘合剂方法,而图4概括地描述了一种单组分粘合剂。在一种方法中的一些描述可应用到另一种方法。
本文所述供使用的粘合剂是选择性地固化的低粘度和/或低表面张力粘合剂。为了本发明的目的,低粘度意指在约0-2000厘泊、优选约50-1000厘泊及最优选约100-500厘泊范围内的粘合剂。为了本发明的目的,低表面张力意指一种粘合剂,当测量空气中该粘合剂相对于基底材料(如粘合井中的粘合表面)之间的接触角时,该接触角小于约30度,优选小于约10度,以及最优选小于约5度。
粘合剂在应用固化模态时还能选择性地固化。在优选实施例中使用的固化模态包括紫外线固化,但可以通过本文所述系统和方法的一定调整而使用其他的固化模态。例如,这些替代固化模态可以包括应用/曝光到电子束、过氧化物、阳离子剂、胺、羟基、热辐射及其组合。在本发明的背景下,除非另被上下文否定,选择性固化还包括选择性地“凝胶化”,以便如该术语被普遍理解地那样,粘合剂不会固化,但其可以充分硬化/凝胶化以密封孔口并阻止粘合剂离开或流动。
合适的双组分粘合剂包括那些具有带有硬化剂的树脂(以便其随时间固化)的粘合剂,诸如环氧胺粘合剂体系或其他次级固化模态(如热能)。其他合适的粘合剂将是单组分粘合剂,单组分粘合剂对单一初级固化模态的曝光/应用起反应而固化。
在本发明中使用的其他术语描述了具有固化模态透明度(其指的是模块固定装置的特性,该特性不会阻挡或明显损害固化模态到相关粘合剂的曝光/应用)的模块固定装置。在一些情况下,可选的通道或“插口”被设置在模块固定装置中,以允许或促进固化模态通过并分布在整个结构中、或者到达结构的其他选择性区域或部分。本申请还将术语“固化壳(curing enclosure)”用作将固化模态曝光/应用到大面积的粘合剂的固化模态的沉浸式源(immersive source)的参照。例如,紫外线烘箱是用于紫外线固化模态的固化壳的一个实例。
图2是支撑电池组电池210的模块固定装置205的部分200的详细视图(不按比例)。模块固定装置205限定了容纳电池210的粘合井215,在孔215的壁和电池210之间的空间填充有高润湿性粘合剂,优选在没有明显填充过满的情况下填充至标称填充深度217。为了本申请的目的,填充过满是指分配的粘合剂的量超过了结构用途。在制造环境中分配的粘合剂的总量易受到正常变动的影响。本发明的目标是通过允许消除/减少填充过满来减少粘合剂的总量。本发明的实施例提供了减少粘合井的任何填充过满的解决方法,但是一些填充过满在一些实施方式中将是可接受的或期望的。在结构意义上来说,额外粘合剂的边际效用在填充过满开始的时刻开始下降。这是用于开始确定关于粘合井是否已被填充过满的优选参考。
固定装置205的壁和电池210之间的相对尺寸在图2中被扩大,而空间实际上非常小。由于在本发明使用的、与本文所述的选择性固化相结合的高润湿性粘合剂,而能够以这种方式限制粘合剂的量。图2的细节被横向地(laterally)重复用于各电池210,以形成被紧密组装在一起的电池组电池的整个矩阵。
通过来自源(例如,紫外线源220(源220可以在一个或多个位置实施,例如,诸如如通过较低的紫外线灯和较高的紫外线灯所示)的固化模态的曝光/应用,将在围绕电池210的粘合井215中被分配的粘合剂选择性地固化。还可以在各位置将源220实施为单紫外线灯或包括若干结构,诸如例如小型源的矩阵,用一个小型源对应于各粘合井215位置。结构205形成有斜面225和通道230,以帮助使分配的粘合剂流入所有的粘合井215来润湿结构205和电池210的所有粘合表面。
模块固定装置的那些区域(特别是在粘合井的孔口和底部附近的区域)限定了密封区。能选择性地固化的粘合剂随着其进入密封区而曝光以形成对抗另外粘合剂离开的屏障,该曝光是允许使用高润湿性粘合剂的本发明的特征之一。在一些实施方式中,将密封区在空间上精巧制造(craft)以形成特定的三维区域。例如,当固化模态包括应用紫外线辐射时,可以将一束或多束紫外线聚焦、分散或者为所需效果而另行精巧制造。在使用用于产生固化模态的紫外线LED进入密封区的情况下,一些实施方式为固定装置孔口附近的密封区部分有利地产生锥形光束。密封区的成形部分这样便可以为模块的后续加工提供其他优势。
作为高润湿性粘合剂,分配的粘合剂将开始从模块固定装置205的壁中的区域(诸如,在电池210下面的粘合井215中的连接端口235)“泄露”,以便可以用于电性互连。随着粘合剂开始出现,其几乎立刻固化,由此将孔口密封预防粘合剂的进一步损失并且允许分配的粘合剂填充粘合井215,同时还维持与电池210建立电性/机械接触的能力。
一些实施例包括一个或多个掩膜240,所述掩膜240阻止了来自固定装置部分200所选区域的固化模态的曝光/应用。其他实施例包括固化模态通道245或插口,所述通道245或插口引导和/或促进固化模态分布/重新分布在整个模块固定装置的所选区域。粘合剂通道230、掩膜240和光线通道245中的一个或多个是在必要或期望时用作实施本发明实施例的可选元件。
图3是第一优选处理300的流程图。处理300优选使用具有二阶段固化(紫外线固化和时间固化)的双组分粘合剂。处理300使用紫外线不可透的模块固定装置。通常,处理300包括将电池填装进第一模块固定装置305。这类似于包含被密封在上述粘合井内的五十或更多个立式电池组电池的托盘。
紫外线源被打开(步骤310)。一个优选的实施例提供了两个紫外线源:在紫外线不可透的模块支撑结构“下面”的较低紫外线源和在紫外线不可透的模块支撑结构“上面”的较高紫外线源。步骤310打开较低紫外线源(在这种情况下是紫外线灯)。
处理300的步骤315应用高润湿性粘合剂。由于其特性,粘合剂开始容易地流动并且开始润湿粘合井中的粘合表面。处理300包括将紫外线透明的固定装置安装在电池组电池顶部上的可选步骤320。第一模块固定装置支撑/包含/粘合电池组电池的一端。电池组电池可能不会与粘合井的纵轴充分垂直对齐。另外,在粘合剂充分固化之前,存在着电池组电池中的一个或多个变得不对齐的一定风险。本发明较传统系统的优势之一是相对快速的固化时间,其允许后粘合剂应用(post-adhesive-application)组件处理继续比使用传统系统时更快。此类处理往往会扰乱电池的优选位置/对齐。当使用时,步骤320的固定装置被设计成在粘合剂应用和/或后粘合剂应用处理期间定位并包含电池的第二端,同时粘合剂合适地固化。在一些情况下,第二固定装置改善了组件的容限。这种固定装置可以是临时结构或者可以是永久结构,诸如将要永久附连到电池组电池第二端的相反模块固定装置。
在步骤325中,应用的粘合剂润湿粘合表面,并且应用的粘合剂的一些部分从结构的底部(诸如在连通到粘合井的各种孔口,诸如在连接器过孔(via)和其他特征及端口附近)冒出。冒出的粘合剂被立即曝光到固化模态(如,与来自较低紫外线灯的紫外线辐射进行光联络),并根据实施方式细节在大约数秒至数分钟内固化。固化的粘合剂密封孔口并阻止另外的粘合剂离开,这继而允许粘合剂填充粘合井并润湿所有的所需粘合表面。因为模块固定装置是紫外线不可透的,较低紫外线灯通常不会与粘合井内的粘合剂进行光联络。模块固定装置被设计成通过使用斜面和/或通道和其他结构将应用的粘合剂的大部分引导到电池组电池和模块固定装置之间的粘合表面。
步骤330关闭较低紫外线源,并且打开较高紫外线源。较高紫外线源将固化模态应用到分配粘合剂的顶端,以将其同样地固化。紫外线不可透的模块固定装置阻止来自较低紫外线源的固化模态固化粘合井内的粘合剂,由此允许其流动并润湿所有的所期望的粘合表面。较高紫外线灯从紫外线不可透的模块固定装置的“顶”侧固化粘合井中的粘合剂。通过紫外线透明固定装置(如果已将其安装)来应用来自较高灯的固化模态。
步骤335在大约数秒至数分钟内将被较高紫外线源曝光的粘合剂固化。之后,可以开始模块的进一步机械处理。任何被遮蔽的粘合剂(如,任何未被曝光到固化模态的粘合剂)将在之后的数天或数周内固化。如上所述,紫外线辐射是初级固化模态。优选在处理300中使用的双组分粘合剂包括次级固化模态—时间(如,对在粘合剂中使用的硬化剂起反应)或热辐射的应用。(可以在后一种情况下加热后曝光模块(post-exposed module)以完成被遮蔽的粘合剂的固化。在一些实施方式中,其足以让粘合剂随时间安置并固化。)
电池组电池有时包括收缩包装套(shrink wrap cover)。在一些实施例中将固定装置填装上没有此类收缩包装的电池组电池是具有优势的。例如,没有收缩包装的电池组电池暴露某一类型电池的紫外线反射镀镍钢壳。这些电池的钢壳可以在必要或期望时用来帮助紫外线穿透以及固化模态在整个密集组装的电池中重新分布到粘合区域。此外,可以增加在机械结构中粘合井的通风装置(draft),以允许更好的光接入全部粘合区域。一旦粘合表面被粘合剂润湿,就可以将固定模块放置在紫外线烘箱中,以将被曝光的粘合剂固化在整个组件的所有粘合区域中。这种紫外线固化提供了第一阶段的机械强度,以继续后续的制造操作。在接下来的数天或数周内,在初始紫外线曝光期间被遮蔽的粘合剂在室温下随时间而固化。
除了初级紫外线固化可以通过在模块固定装置的底块中的端口进行应用以外,处理300还可以用在电池模块的第二侧上。紫外线发射“插口”可以延伸通过端口并完全固化一些区段,同时“表层固化(skin curing)”大部分的粘合剂,以便模块可以在进一步处理中被翻倒或翻转。
图4是第二优选处理400的流程图。在许多方面类似于本文所述的处理300,处理400优选使用紫外线透明的模块固定装置和单组分UV固化粘合剂。因为双组分粘合剂要求处置或清洁与混合双组分粘合剂接触的设备,所以与双组分粘合剂相比,单组分粘合剂有利于制造。
在处理400中,电池被填装进紫外线透明的模块固定装置(步骤405),并且结构被关闭。除了粘合剂可以从结构的底部离开的区域以外,模块底部上的所有区域被紫外线不可透的板或屏障掩蔽(步骤410)。紫外线源(如,将所有未被掩蔽区域曝光的单灯、或者LED矩阵的许多紫外线LED,一个LED用于一个孔口)被打开(步骤415),并且应用的粘合剂润湿粘合表面(步骤420)并开始离开连通到粘合井的各种孔口。在润湿期间,组件的底部被暴露到来自一个或多个紫外线源的紫外光,随着粘合剂尝试从底部中的孔口离开而固化粘合剂(步骤425)。在润湿后,掩膜被移除(步骤430),并且整个组件被暴露到紫外光,穿透结构并完全固化粘合剂(步骤435)。此时,在必要或期望时,组件被打开用于另外的操作。一旦将这些完成,就再次关闭组件,并且将上述处理重复用于外壳的另一侧。组件此时在两侧被紫外线固化。
图5是固化模块固定装置的电池组电池510和模块固定装置壁515之间代表性粘合区域505的部分500的侧视图的细节。部分500是被本发明润湿并固化的粘合表面的比例的更好表示。粘合剂以交叉影线底纹示出,图示了优选实施方式限制粘合剂逃脱出底部并在没有填充过满的情况下填充粘合井。在制造环境中,分配精确量的粘合剂会是困难的,有时粘合井未被完全填充或者有时其被填充过满。未填满因其降低了粘合的强度而是不期望的,同时填充过满因额外的成本而是不期望的。目标是实现由图5所示元件概括地表示的粘合剂量,应当理解实际可以使用更多或更少的粘合剂。
所公开实施例的修改包括使用粘合剂的双相分配。在第一相中,分配被配制来高度润湿同时快速“去膜”的粘合剂,然后在第二相中,分配结构性的粘合剂。第一相粘合剂主要目标是在孔口附近创造屏障以密封固定装置并阻止第二相粘合剂离开。
以上系统已经在电动车辆(EV)系统中使用的多电池的电池组包的优选实施例中进行描述。在本文的描述中,提供了许多特定细节,诸如部件和/或方法的实例,以提供对本发明实施例的完全理解。然而,本领域技术人员将认识到可以在没有一项或多项具体细节的情况下或通过其他设备、系统、组件、方法、部件、材料、零件等等来实践本发明的实施例。在其他情况下,未具体示出或详细描述公知的结构、材料或操作,以避免使本发明实施例的方面变模糊。
在整篇说明书中提到“一个实施例(one embodiment)”、“实施例(an embodiment)”或“具体实施例(a specific embodiment)”意指与结合实施例描述的特定特征、结构或特性包括在本发明的至少一个实施例中,并且不一定在所有实施例中。因而,在整篇说明书中不同地方的短语“在一个实施例中(in one embodiment)”、“在实施例中(in an embodiment)”或“在具体实施例中(in a specific embodiment)”的各个表象不一定是指相同的实施例。此外,本发明的任何具体实施例的特定特征、结构或特性可以按任何合适的方式与一个或多个其他实施例结合。应当理解本文所述和所示的发明实施例的其他变型和修改可能是根据本文教导的,并将被视作本发明精神和范围的一部分。
还应当理解还可以以更分离或更整合的方式实施附图所示元件中的一个或多个,或者甚至因为在某些情况下不能操作而被移除或因为可以根据特定应用是有用的而被提供。
另外,除非另外明确指明,附图中的任何标志箭头应当仅被视为示例性的,而并非限制。此外,除非另外指明,本文所用的术语“或”一般意在表示“和/或”。在术语因提供分离或组合能力是不清楚的而被预见的情况下,部件或步骤的组合也将视为已被指明。
如在本文的描述和在下面整篇权利要求书中所用,除非另外指明,“一个(a)”、“一个(an)”和“该(the)”包括复数参考物。同样,如在本文的描述和在下面整篇权利要求书中所用,除非另外指明,“在…中(in)”的意思包括“在…中(in)”和“在…上(on)”。
本发明所示实施例的上述描述(包括在说明书摘要中所述的内容)并非意在详尽列举或将本发明限制到本文所公开的精确形式。尽管在本文仅为说明的目的而描述了本发明的具体实施例和本发明的实例,但是正如本领域技术人员将认识和理解的,各种等效修改是可以在本发明的精神和范围内的。如所指出的,可以按照本发明所述实施例的上述描述来对本发明进行这些修改,并且这些修改将在本发明的精神和范围内。
因而,尽管本发明在本文已参照其具体实施例进行描述,但是修改自由、各种改变和替换意在上述公开内,并且应当理解,在某些情况下,在未背离所提出发明的范围和精神的前提下,在没有对应使用其他特征的情况下将采用本发明的一些特征。因此,可以进行许多修改,以使特定环境或材料适应本发明的实质范围和精神。本发明并非意在限制到在下面权利要求书中使用的特定术语和/或作为设想用以执行本发明的最佳方式公开的具体实施例,但是本发明将包括落入所附权利要求书范围内的任何和所有实施例及等同物。因而,本发明的范围将只由所附的权利要求书进行确定。

Claims (21)

1.一种粘合方法,所述方法包括步骤:
(a)将高润湿性粘合剂分配进填装有多个元件的第一模块固定装置,其中,所述第一模块固定装置提供多个粘合井,各粘合井接收所述元件中的一个或多个的第一部分,所述模块固定装置包括与所述粘合井中的一个或多个连通的又一个孔口,所述粘合剂在应用固化模态时能被选择性地固化;
(b)将所述固化模态选择性地应用到在密封区中的所述被分配的粘合剂的第一部分,所述密封区包括围绕所述孔口的一个或多个区域,其中,在所述密封区中的所述被分配的粘合剂被充分固化以阻止相当数量的所述粘合剂从所述孔口冒出,同时所述粘合剂继续被分配进所述模块固定装置,其中,所述固化模态未被应用到在所述密封区外的所述粘合剂的第二部分;以及
(c)将所述固化模态应用到所述被分配的粘合剂的所述第二部分。
2.根据权利要求1所述的粘合方法,其中,所述粘合剂包括一个或多个润湿性参数,所述参数选自于由约0至约2000厘泊、优选约50至约1000厘泊且最优选约50至约500厘泊范围内的粘度,所述粘合井的基底与所述粘合剂产生在空气中小于约30度、优选在空气中小于约10度且最优选在空气中小于约5度的接触角的表面张力及其组合所组成的组。
3.根据权利要求1所述的粘合方法,其中,接收所述一个或多个元件的所述部分的所述多个粘合井具有标称深度,并且其中,在所述粘合井没有明显填充过满的情况下,所述粘合剂填充所述多个粘合井直到大约所述标称深度。
4.根据权利要求1所述的粘合方法,其中,所述模块固定装置包括第一电池组固定装置翻盖(clamshell)和第二电池组固定装置翻盖,所述多个元件包括多个电池组电池,所述粘合井由在所述翻盖中的沉孔形成,被接收在所述沉孔内的所述电池组的所述部分包括所述电池组的端部,并且其中,填装有所述电池组电池之一的端部的各沉孔具有限定了连通到所述沉孔的接触端孔口的所述翻盖的壁的一部分,允许从所述翻盖的外部电性连通到所述电池组电池的所述端部。
5.根据权利要求4所述的粘合方法,包括第一粘合顺序和在所述第一粘合顺序之后的第二粘合顺序,其中,所述分配步骤a)包括:步骤a1)将所述粘合剂分配进所述第一翻盖、以及步骤a2)将所述粘合剂分配进所述第二翻盖,并且所述第一部分粘合剂应用步骤b)包括:步骤b1)将所述固化模态选择性地应用到在所述第一翻盖中的密封区中的所述被分配的粘合剂的第一部分、以及步骤b2)将所述固化模态选择性地应用到在所述第二翻盖中的密封区中的所述被分配的粘合剂的第一部分,所述第一粘合顺序包括步骤a1)和步骤b1),并且所述第二顺序包括步骤a2)和步骤b2)。
6.根据权利要求5所述的粘合方法,其中,步骤b1)中的所述密封区包括所述第一固定装置中的所述粘合井且不包括所述第二固定装置中的粘合井,并且步骤b2)中的所述密封区包括所述第二固定装置中的所述粘合井且可以包括所述第一固定装置的密封区。
7.根据权利要求1所述的粘合方法,其中,所述被分配的粘合剂包括在分配期间的多个润湿性特性,所述粘合剂的所述第一部分具有与所述粘合剂的所述第二部分不同的润湿性。
8.根据权利要求7所述的粘合方法,其中,所述第二部分的所述润湿性大于所述第一部分的所述润湿性。
9.根据权利要求7所述的粘合方法,其中,所述第二部分的所述润湿性小于所述第一部分的所述润湿性。
10.根据权利要求1所述的粘合方法,其中,所述能选择性地固化的粘合剂能在曝光到紫外线辐射时固化,并且所述固化模态包括将紫外线辐射选择性应用到所述被分配辐射的所述被识别部分。
11.根据权利要求1所述的粘合方法,其中,所述能选择性地固化的粘合剂能在曝光到一种或多种模态时固化,所述模态选自于由紫外线、电子束、过氧化物、阳离子、胺、羟基、热及其组合所组成的组,并且所述固化模态包括将所选的一种或多种模态应用到所述被分配辐射的所述被识别部分。
12.根据权利要求1所述的粘合方法,其中,所述模块固定装置包括粘合剂导向结构,所述粘合剂导向结构将所述被分配的粘合剂引导到在所述多个元件的所述部分和所述固定装置之间的所述多个粘合井中的所述多个粘合表面。
13.根据权利要求12所述的粘合方法,其中,所述粘合剂导向结构包括一个或多个结构,所述一个或多个结构选自于由斜面、通道、沉孔、斜壁及其组合所组成的组。
14.根据权利要求1所述的粘合方法,还包括:(d)将模态可透的固定装置应用到与所述第一部分不同的所述多个元件的第二部分的步骤,所述模态可透的固定装置在通过所述被分配的粘合剂润湿所述多个元件期间被接合到所述多个元件的所述第二部分。
15.根据权利要求14所述的粘合方法,还包括:(e)在固化壳中固化所述模块固定装置和所述模块可透的固定装置的步骤,其将所述固化模态应用到所有被曝光的被分配粘合剂。
16.根据权利要求1所述的粘合方法,其中,所述多个元件中的每一个的外表面的一部分包括用于将所述固化模态重新引导进所述模块固定装置的主体的固化模态重新引导部件,所述固化模态重新引导部件促进元件间粘合。
17.根据权利要求1所述的粘合方法,还包括填装有所述多个元件的第二模块固定装置,其中,所述第二模块固定装置提供多个粘合井,各粘合井接收所述元件中的所述一个或多个的第二部分,所述第二模块固定装置包括与所述第二模块固定装置中的所述粘合井中的一个或多个连通的又一个孔口,所述方法还包括步骤:
(d)在步骤(a)-(c)之后将所述粘合剂分配进所述第二模块固定装置;
(e)将所述固化模态选择性地应用到在第二密封区中的所述被分配的粘合剂的第三部分,所述第二密封区包括围绕所述第二模块固定装置的所述孔口的一个或多个区域,其中,在所述第二密封区中的所述被分配的粘合剂被充分固化以阻止相当数量的所述粘合剂从所述孔口冒出,同时所述粘合剂在步骤d)期间继续被分配进所述模块固定装置,其中,所述固化模态未被应用到在所述第二密封区外的所述粘合剂的第四部分,但可以包括将所述固化模态应用到在所述第一模块固定装置的所述密封区中的所述粘合剂的部分;以及
(f)将所述固化模态应用到所述被分配的粘合剂的所述第四部分。
18.根据权利要求1所述的粘合方法,其中,所述粘合剂包括被布置在所述密封区中表示所述粘合剂的固化状态的指示剂。
19.根据权利要求1所述的粘合方法,其中,所述模块固定装置对所述固化模态是可透的,所述密封区由对所述固化模态不可透的掩膜限定。
20.一种粘合方法,所述方法包括步骤:
(a)用多个元件填装模块固定装置,所述模块固定装置对固化模态是可透的;
(b)使用对所述固化模态不可透的掩膜来掩蔽所述模块固定装置的第一部分的所选区域,产生所述模块固定装置的未被掩蔽第一部分和所述模块固定装置的被掩蔽第一部分;以及之后
(c)将高润湿性粘合剂分配进所述被填装的模块固定装置,所述粘合剂在应用所述固化模态时能被选择性地固化,并且其中,所述第一模块固定装置提供多个粘合井,各粘合井接收所述多个元件中的一个或多个的第一部分,所述模块固定装置包括与所述粘合井中的一个或多个连通的又一个孔口,所述粘合剂在应用固化模态时能被选择性地固化;
(d)在所述分配步骤(c)期间,在未将所述固化模态应用到在所述被掩蔽第一部分中的所述被分配的粘合剂的第二部分的情况下,在将所述固化模态应用到在所述第一部分中的所述被分配的粘合剂的所述第一部分时,固化在所述未被掩蔽第一部分中的所述被分配的粘合剂的第一部分;以及之后
(e)移除所述掩膜;以及之后
(f)在将所述固化模态应用到所述模块固定装置时,固化在所述模块固定装置中的未固化的被分配粘合剂,包括所述被分配的粘合剂的所述第二部分。
21.一种系统,包括:
支撑多个元件的模块固定装置,所述模块固定装置限定了多个粘合井,各粘合井接收所述元件中的一个或多个的第一部分,所述模块固定装置包括与所述粘合井中的一个或多个连通的一个或多个孔口,所述粘合井具有标称深度;以及
分配系统,其被接合到所述模块固定装置,用以将高润湿性粘合剂分配进各所述粘合井并围绕各所述元件,在所述元件没有明显填充过满的情况下大体填充所述粘合井直到所述标称深度,所述粘合剂在应用固化模态时能被选择性地固化;以及
固化结构,用于随着在分配所述粘合剂期间所述粘合剂从所述孔口冒出,而将所述粘合剂选择性地曝光到所述固化模态。
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