CN107210386A - 带单独固定蓄电池单元的蓄电池模块 - Google Patents

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Abstract

本公开包括蓄电池模块，蓄电池模块包括布置在蓄电池模块封装内的多个锂离子蓄电池单元。每个锂离子蓄电池单元用固定介质单独固定在蓄电池模块封装内。固定介质共形覆盖每个锂离子蓄电池单元的大部分表面，防止每个锂离子蓄电池单元在蓄电池模块运行期间膨胀。

Description

带单独固定蓄电池单元的蓄电池模块
背景技术
本公开总体涉及蓄电池和蓄电池模块领域。更具体而言，本公开涉及将蓄电池单元单独固定在蓄电池模块内的方法。
本节的目的旨在读者介绍可能与本公开的各个方面有关的本领域的各个方面，如下文所述。相信这些讨论有助于为读者提供背景信息，以便于更好理解本公开的各个方面。由此，应理解的是，应从这个角度理解这些描述，不应将其视为对现有技术的承认。
利用一个或多个蓄电池系统为车辆提供全部或部分原动力的车辆可称为xEV，术语“xEV”在本文中定义为包括使用电力用作全部或部分车辆原动力的以下所有车辆，或其任何变形或组合。例如，xEV包括利用电力提供全部原动力的电动车辆(EV)。本领域的技术人员应理解的是，混合动力电动车辆(HEV)(也被认为是xEV)将内燃机推进系统和蓄电池供电电推进系统，例如，48伏或130伏系统组合在一起。术语“HEV”可包括混合动力电动车辆的任何变形。例如，全混合动力系统(FHEV)可利用一个或多个电动机，仅利用内燃机或同时利用电动机和内燃机为车辆提供原动力和其他电力。对比而言，中度混合动力系统(MHEV)，在车辆怠速时停用内燃机，利用蓄电池系统继续为空调单元、收音机或其他电子装置供电，并在需要推力时重新启动发动机。中度混合动力系统还可在例如加速期间施加一定程度的动力辅助，以对内燃机进行补充。中度混合动力系统一般为96V至130V，通过皮带式或曲柄式集成起动器发电机恢复制动能。另外，微混合动力电动车辆(mHEV)也采用与中度混合动力系统相似的“起停”系统，但mHEV的微混合动力系统不一定能为内燃机提供动力辅助，且在低于60V的电压下运行。为了便于说明，应注意的是，mHEV一般在技术上不利用直接提供给曲柄轴或变速箱的电力给车辆提供任何部分的原动力，但mHEV仍可被认为是一种xEV，因为车辆在内燃机停用的情况下怠速，以及通过集成式起动器发电机恢复制动能时，它利用电力补充车辆的动力需求。另外，插电式电动车辆(PEV)是可以用外部电力源(例如，壁式插座)充电的任何车辆，可再充电蓄电池组中存储的能量驱动或有助于驱动车辆。PEV是EV的一个子类，EV包括纯电动车辆(BEV)、插电式混合动力电动车辆(PHEV)，混合动力电动车辆和常规内燃机车辆的电动车辆转换模式。
与仅使用内燃机和传统电气系统(一般是由铅酸蓄电池供电的12V系统)的更传统的天然气动力车辆相比，上述xEV可具有多种优点。例如，与传统的内燃机车辆相比，xEV产生的有害排放物更少，燃料效率更高，在某些情况下，这种xEV可完全免除使用汽油的必要，特定类型的EV或PEV就是如此。
随着技术的持续发展，需要为这种车辆提供改进的动力源，特别是蓄电池模块。例如，在传统配置中，为了将蓄电池模块的能量密度最大化，蓄电池模块的蓄电池单元通常紧密封装在蓄电池模块封装内。因此，对这种传统配置而言，每个蓄电池单元的厚度应基本一致，在尝试将蓄电池单元放置在蓄电池模块的封装内时，制造误差导致的蓄电池单元厚度的差别可能会产生问题。由此，目前公认的是，可通过改进蓄电池设计而提供将蓄电池单元固定在蓄电池模块内的改进机构，从而增加每个蓄电池单元尺寸的灵活性。
发明内容
本文公开的特定实施例的概述如下所述。应理解的是，这些方面仅为读者提供这些特定实施例的概述，这些方面并不限制本公开的范围。实际上，本公开可包括下文可能没有涉及的各种方面。
本公开涉及一种蓄电池模块，蓄电池模块包括布置在蓄电池模块封装内的多个锂离子蓄电池单元。每个锂离子蓄电池单元用固定介质单独在蓄电池模块封装内固定到位。固定介质共形覆盖每个锂离子蓄电池单元的大部分表面，防止每个锂离子蓄电池单元在蓄电池模块运行期间膨胀。
本公开还涉及一种蓄电池模块制造方法，包括将多个蓄电池单元联接在至少一个汇流条组件上，并将至少一个固定介质前体布置在蓄电池模块封装内。该方法进一步包括：将多个蓄电池单元和至少一个汇流条组件布置到蓄电池模块封装内的至少一个固定介质前体内，并将至少一个固定介质前体固化，以形成将多个蓄电池单元在蓄电池模块封装内固定到位的固定介质。
本公开还涉及一种蓄电池模块制造方法，包括：将至少一个固定介质前体布置到蓄电池模块封装内部；并将多个蓄电池单元布置到蓄电池模块封装内的至少一个固定介质前体内。该方法进一步包括：将多个蓄电池单元与至少一个汇流条组件联接，并将至少一个固定介质前体固化，以形成将多个蓄电池单元在蓄电池模块封装内固定到位的固定介质。
附图说明
通过阅读以下详细说明并参考附图，可更好理解本公开的各个方面，在附图中：
图1是具有蓄电池模块的车辆的透视图，该蓄电池模块根据本发明的实施例配置，用于为车辆的各个部件提供电力；
图2是图1的车辆和蓄电池模块的一个实施例的剖面示意图；
图3是用于本公开的方法中的蓄电池模块的棱柱形蓄电池单元的一个实施例的透视图；
图4是本公开的方法中的蓄电池模块的电源组件的一个实施例的透视图；
图5是本公开的方法中的蓄电池模块的一个实施例的部分顶透视图；
图6是本公开的方法中的蓄电池模块的一个实施例的断面示意图；
图7是本公开的方法中的蓄电池模块制造方法的一个实施例的流程图；以及
图8是本公开的方法中的蓄电池模块制造方法的另一个实施例的流程图。
具体实施方式
下文将对一个或多个特定实施例进行说明。为了提供这些实施例的简要描述，说明书中并非描述了实际实施方式的所有特征。应理解的是，在任何这种实际实施方式的开发过程中，例如，在任何工程或设计项目中，必须做出特定于某个实施方式的许多决定，以实现开发者的具体目标，例如，满足系统相关和业务相关约束条件，这些条件在各个实施方式之间可能有所不同。另外，应理解的是，在开发上所做的这种努力可能很复杂、耗时，但是，这是得益于本公开的普通技术人员在设计、制造和生产过程中的例行任务。
在介绍本公开的各个实施例的元件时，冠词“一个”、“所述”表示有一个或多个元件。术语“包括”、“具有”表示“包含”的意思，表示除所列单元之外，可能还有额外单元。另外，应理解的是，参照本公开的“一个实施例”并不意味着排除也构成所述特征的其它实施例的存在。
本文所述的蓄电池系统可用于为各种类型的电动车辆(xEV)和其它高压能量存储/消耗应用(例如，电网蓄能系统)提供电力。这些蓄电池系统可包括一个或多个蓄电池模块，每个蓄电池模块具有多个棱柱形蓄电池单元(例如，锂离子(Li离子)电化学单元)，这些蓄电池单元设置成提供特定电压和/或电流，用于为(例如)xEV的一个或多个部件供电。
蓄电池单元可具有各种形状和尺寸，本公开旨在普遍适用于所有适当变形。但是，如上所述，具有特定性状的特定类型的蓄电池单元，例如，棱柱形蓄电池单元，可能会产生特定制造容差内的膨胀和变化。遗憾的是，即使特定蓄电池组内的蓄电池单元处于互相之间的制造容差之内，且属于同一类型的蓄电池单元，这些膨胀和变化也可能造成尺寸(例如，厚度)的严重变化。
目前公认的是，对于蓄电池模块制造所涉及的特定技术，例如，一组蓄电池模块形成基本一致的能量密度，以及用汇流条建立蓄电池单元电气互连，这些变化可能会有问题。例如，随着蓄电池单元厚度的变化，其各个端子之间的距离可能也会变化。由此，建立特定的制造规范，例如，蓄电池单元端子之间的距离，是一个挑战。
另外，由于尺寸的可能变化，可使用可驱动的夹紧机构，例如，附着在蓄电池模块上的夹具、布置在可(例如，利用曲柄、夹具、可调节系杆螺栓机构)驱动以便与蓄电池单元抵靠的蓄电池模块外壳内的可移动板，或者用于驱动蓄电池模块外壳的部件(例如，外壁或内壁)的可调节系杆螺栓机构，将蓄电池单元进行一定量的压缩。这样，可将蓄电池单元的能量密度和性能保持在预定范围内。例如，棱柱形蓄电池单元传统上是利用属于蓄电池模块外壳的一部分或与蓄电池模块外壳集成的这种可驱动夹紧机构固定到位的。
鉴于以上考虑因素，在传统制造过程中，每个棱柱形蓄电池单元均谨慎选择，以确保蓄电池单元相互配合并紧密封装在蓄电池模块封装内。但是，与其它蓄电池模块的蓄电池单元不同，本发明的实施例采用在制造时将蓄电池单元单独固定在共形固定介质内的蓄电池模块设计。通过将蓄电池单元在蓄电池模块封装内单独固定到位，所公开的设计提高了蓄电池模块中的每个蓄电池单元的尺寸变化性，提供了更大的灵活性来基于电气和热方面的考虑因素选择一组蓄电池单元安装在蓄电池模块中，但无需担心每个蓄电池单元相对于蓄电池模块封装的精确尺寸。另外，所公开的固定介质能够单独防止每个蓄电池单元在运行期间发生严重膨胀(例如，膨胀量超过预定量)，提高了蓄电池模块的寿命期间蓄电池单元的性能。一般来说，可对所公开的固定介质进行电绝缘，以防止蓄电池单元之间发生电流泄漏，并可对其进行导热，以促进运行期间蓄电池单元的冷却。另外，在特定实施例中，固定介质还可通过用作热逸散活动中释放的热量和/或气体的散热器来提供优点。
鉴于上述内容，涉及单独固定蓄电池单元和相关特征的本发明的实施例可应用于任何数量的能量消耗系统(例如，车辆和固定电力设备场景)。为了便于讨论，在xEV采用的高级蓄电池模块(例如，锂离子蓄电池模块)的场景中对本文所述的蓄电池模块的实施例进行说明。为帮助说明，图1是车辆10的一个实施例的透视图，其可使用再生制动系统。虽然以下讨论与具有再生制动系统的车辆有关，但本文所述的技术也适用于利用蓄电池捕捉/储存电能的其他车辆，包括电动力和天然气动力车辆。
如上所述，蓄电池系统12最好与传统车辆设计在很大程度上兼容。由此，可将蓄电池系统12置于车辆10内容纳传统蓄电池的位置。例如，如图所示，车辆10可包括蓄电池系统12，其位置与典型内燃机车辆的铅酸蓄电池相似(例如，位于车辆10的引擎罩下方)。另外，如下文更详细地描述，可将蓄电池系统12放置在便于管理蓄电池系统12的温度的位置。例如，在某些实施例中，将蓄电池系统12放置在车辆10引擎盖下方可使通风管道将气流引到蓄电池系统12上方，并将蓄电池系统12冷却。
蓄电池系统12的详图如图2所述。如图所示，蓄电池系统12包括储能部件14,该储能部件与点火系统16、交流发电机18、车辆中控台20联接，并可选地与电动机21联接。一般来说，储能部件14可捕捉/储存车辆10中产生的电能，并输出电能，给车辆10中的电气装置供电。
换句话说，蓄电池系统12可向车辆电气系统的部件供电，车辆电气系统的部件可包括散热器冷却风扇、气候控制系统、电动助力转向系统、主动悬架系统、自动泊车系统、电动油泵、电动机械/涡轮增压器、电动水泵、电热挡风玻璃/除霜器、车窗升降电机、阅读灯、胎压监测系统、天窗电机控制器、电动座椅、警报系统、信息娱乐系统、导航特征、车道偏离警示系统、电动停车制动器、外部灯或其任何组合供电。在附图所示实施例中，储能部件14向车辆中控台20和点火系统16供电，该点火系统可用于起动(例如，用曲柄启动)内燃机22。
另外，储能部件14可捕捉交流发电机18和/或电动机21产生的电能。在某些实施例中，交流发电机18可在内燃机22运行的同时产生电能。更具体而言，交流发电机18可将内燃机22的旋转产生的机械能转换成电能。另外地或替代地，当车辆10包括电动机21时，电动机21可将车辆10的运动(例如，车轮的转动)产生的机械能转换成电能，从而产生电能。因此，在某些实施例中，储能部件14可在再生制动期间捕捉交流发电机18和/或电动机21产生的电能。因此，本文将交流发电机和/或电动机21统称为再生制动系统。
为了便于捕捉和提供电能，储能部件14可通过总线24与车辆电气系统电联接。例如，总线24可使储能部件14接收交流发电机18和/或电动机21产生的电能。另外，总线可使储能部件14将电能输出给点火系统16和/或车辆中控台20。由此，使用12伏蓄电池系统12时，总线24可承载一般为8-18伏的电力。
另外，如图所示，所述储能部件14可包括多个蓄电池模块。例如，在所示实施例中，储能部件14包括锂离子(例如，第一)蓄电池模块25和铅酸(例如，第二)蓄电池模块26，每个蓄电池模块均包括一个或多个蓄电池单元。在其他实施例中，储能部件14可包括任何数量的蓄电池模块。另外，虽然锂离子蓄电池模块25和铅酸蓄电池模块26描绘为彼此相邻，但其也可位于车辆周围的不同区域。例如，铅酸蓄电池模块26可位于车辆10的内部中或其周围，而锂离子蓄电池模块25可位于车辆10的引擎盖下方。
在某些实施例中，储能部件14可包括多个蓄电池模块，以利用多种不同蓄电池化学成分。例如，使用锂离子蓄电池模块25时，由于与铅酸蓄电池化学成分相比，锂离子蓄电池化学成分一般具有较高的库仑效率和/或较高的充电功率吸收率(例如，较高的最大电荷电流或电荷电压)，可改进蓄电池系统12的性能。这样，可提高蓄电池系统12的捕捉、储存和/或分配效率。
为了便于控制电能的捕捉和储存，蓄电池系统12可另外包括控制模块27。更具体而言，控制模块27可控制蓄电池系统12中的部件的运行，例如，储能部件14中的继电器(例如，开关)、交流发电机18和/或电动机21。例如，控制模块27可调节每个蓄电池模块25或26捕捉/提供的电能的量(例如，对蓄电池系统12降低负载和增加负载)，在蓄电池模块25和26之间进行负荷平衡，确定每个蓄电池模块25或26的温度，控制交流发电机18和/或电动机21输出的电压等。
由此，控制模块27可包括一个或多个处理器28和一个或多个存储器29。更具体而言，一个或多个处理器28可包括一个或多个专用集成电路(ASIC)、一个或多个现场可编程门阵列(FPGA)、一个或多个通用处理器或其任何组合。另外，一个或多个存储器29可包括易失性存储器(例如，随机存取存储器(RAM))和/或非易失性存储器(例如，只读存储器(ROM)、光盘驱动器、硬盘驱动器或固态驱动器)。在一些实施例中，控制模块27可包括车辆控制单元(VCU)和/或单独蓄电池控制模块的一部分。另外，如图所示，锂离子蓄电池模块25和铅酸蓄电池模块26通过其端子并联。换句话说，锂离子蓄电池模块25和铅酸蓄电池模块26可通过总线24与车辆电气系统并联联接。
本文所述的锂离子蓄电池模块25可包括电气联接的多个锂离子电化学蓄电池单元，用于提供特定电流和/或电压，为xEV 10供电。图3是可与所公开的蓄电池模块设计一起使用的蓄电池单元30，特别是棱柱形蓄电池单元的一个实施例的透视图。此外，可将其它蓄电池单元形状和设计组合到其它类似配置的蓄电池模块中。所示蓄电池单元30具有封装32(例如，金属“壳”或“罐”)，该封装封闭蓄电池单元的内部部件，包括阴极和阳极材料的“凝胶卷”和合适的电解液。蓄电池单元30可为任何适当类型的锂离子电化学单元，包括但不限于锂镍锰钴氧化物(NMC)和钛酸锂(LTO)蓄电池单元、NMC/石墨蓄电池单元等。例如，正极(阴极)活性材料和/或负极(阳极)活性材料可为锂金属氧化物(LMO)成分或多种LMO成分的混合物。本文使用的术语“锂金属氧化物”(LMO)可指成分包括锂和氧，以及一种或多种附加金属物质(例如，镍、钴、锰、铝、铁或其他合适金属)的任何类别的材料。LMO的非限制性示例可包括包含锂、镍、锰和钴离子的混合金属成分，例如，锂镍锰钴氧化物(NMC)(例如，LiNi1/ 3Co1/3Mn1/3O2)、锂镍钴铝氧化物(NCA)(例如，LiNi0.8Co0.15Al0.05O2)、锂钴氧化物(LCO)(例如，LiCoO2)和锂金属氧化物尖晶石(LMO尖晶石)(例如，LiMn2O4)。在特定实施例的具体示例中，所示蓄电池单元30的正极(阴极)活性材料可为NMC/LCO混合物，负极(阳极)活性材料可为LTO。在其它实施例中，所示蓄电池单元30的正极(阴极)活性材料可为LTO混合物，负极(阳极)活性材料可为石墨。但是，应理解的是，本公开并不限于阴极和阳极活性材料的特定组合，实际上，可采用活性材料的任何适当组合。另外，所示棱柱形蓄电池单元30的封装或外壳32基本没有极性(例如，中性罐)；但是，在其它实施例中，封装32可为正极性或负极性。
图3所示的蓄电池单元30为棱柱形，本文所定义的棱柱形蓄电池单元包括总体为矩形形状的棱柱形外壳。与软包电池单元相反，棱柱形外壳是用相对无弹性的硬(例如，金属)材料成型的。但是，应注意的是，下文所述的特定实施例可能在棱柱形蓄电池单元之外包含软包蓄电池单元和/或圆柱形蓄电池单元，或用其代替棱柱形蓄电池单元。
所示棱柱形蓄电池单元30的封装32包括圆形端部34A和34B，以及基本平直的前侧和后侧36A和36B。根据本发明的实施例，每个棱柱形蓄电池单元30可包括顶部38A，一组蓄电池单元端子40,42(例如，正极和负极蓄电池单元端子)位于顶部处。一个或多个蓄电池单元排气孔44也可位于顶部38A上。所示棱柱形蓄电池单元30的封装32还包括与顶部38A相对的底部38B。直线形或圆形的第一和第二端部34A和34B在与蓄电池单元端子40,42对应的各个位置，在底部和顶部壳体38A,38B之间延伸。可为直线形(如图所示)或圆形的第一侧和第二侧36A,36B将第一和第二端部34A,34B联接在所示棱柱形蓄电池单元30的封装32的相对端。
可理解的是，在特定实施例中，所示棱柱形蓄电池单元30可能会在运行期间膨胀或伸展。例如，对于棱柱形蓄电池单元30为具有石墨阳极活性材料的锂离子蓄电池单元的实施例，布置在棱柱形蓄电池单元30的封装32内的“凝胶卷”的各层可能会由于充电期间Li的插入而伸展。另外，在特定实施例中，棱柱形蓄电池单元30还可能会由于充电器期间的电阻加热而伸展。这样，对于特定实施例，如果棱柱形蓄电池单元30的封装32没有适当固定，那么封装32可能会由于蓄电池单元内部部件的伸展而鼓包或膨胀。这降低了蓄电池单元30的能量密度和性能。另外，随着棱柱形蓄电池单元30的膨胀，“凝胶卷”的各个阴极和阳极层可能会互相分离，这增加了蓄电池单元30的电阻。这样，希望对棱柱形蓄电池单元30进行固定，使封装32在充电循环期间基本无法膨胀或伸展，以改善棱柱形蓄电池单元30的性能和寿命。
在其它蓄电池模块中，可将多个棱柱形蓄电池单元，如图3所示的棱柱形蓄电池单元30相互紧密封装，使每个棱柱形蓄电池单元30互相固定或与散热片或散热架固定，以限制充电循环期间蓄电池单元的伸展。对于通过将棱柱形蓄电池单元30紧密封装在一起而将其固定的蓄电池模块，蓄电池模块的每个棱柱形蓄电池单元30必须谨慎选择，使每个棱柱形蓄电池单元30安装在相应位置(例如，特定散热片或散热架之上或之间的位置)，并且/或者蓄电池模块的所有棱柱形蓄电池单元30配合在蓄电池模块的封装内。在具体示例中，对于其它蓄电池模块，所制造的蓄电池模块的每个棱柱形蓄电池单元30可从多个棱柱形蓄电池单元30中谨慎选择，使每个棱柱形蓄电池单元30的厚度46与蓄电池模块封装的宽度相符，以确保封装紧密。应理解的是，在多个(一组)棱柱形蓄电池单元30内，由于制造误差和棱柱形蓄电池单元30的电荷状态(SOC)可能有所不同的原因，单元之间的厚度46可能有所不同。这样，组装其它蓄电池模块时，在解决棱柱形蓄电池单元30的其它设计考虑因素(例如，电气和热考虑因素)之前，每个棱柱形蓄电池单元30的尺寸是应解决的主要设计问题。
因此，本发明的实施例通过将每个棱柱形蓄电池单元30单独固定在固定介质内，解决了其它蓄电池模块的限制，使制造商不再需要担心每个棱柱形蓄电池单元30的厚度46的轻微变化，在根据其它(例如，电气、热)设计考虑因素选择蓄电池模块12的棱柱形蓄电池单元30时，可能具有更大的灵活性。
在本文中，一个棱柱形蓄电池单元30的端子中心与相邻棱柱形蓄电池单元30的最近端子中心之间的距离可称为“单元间距”。对于采用棱柱形蓄电池单元30紧密封装组的蓄电池模块设计，单元间距受到每个棱柱形蓄电池单元30的厚度46的影响。但是，对于所公开的蓄电池模块设计，在制造时由汇流条组件设置单元间距，汇流条组件将蓄电池模块12的棱柱形蓄电池单元30互相联接。
例如，图4是示出蓄电池模块的电源组件48的一个实施例的透视图。所示电源组件48包括通过第一(例如，前)汇流条组件50和第二(例如，后)汇流条组件52互相联接的三个棱柱形蓄电池单元30A、30B和30C。应理解的是，所示电源组件48并不完整，因为必须移除十个额外的棱柱形蓄电池单元30，以更清楚地显示其它元件。如棱柱形蓄电池单元30B和30C所示，每个棱柱形蓄电池单元30必须与相邻的棱柱形蓄电池单元30的取向电气反向，使棱柱形蓄电池单元30C的负极端子42C靠近相邻棱柱形蓄电池单元30B的正极端子40B。每个正极端子40A、40B和40C和负极端子42A、42B和42C通过第一和第二汇流条组件50和52中的孔53向上延伸。另外，第一和第二汇流条组件50和52均包括多个插槽54，每个插槽54容纳汇流条56(例如，汇流条56A和56B)，汇流条56将一个棱柱形蓄电池单元的正极端子(例如，棱柱形蓄电池单元30C的正极端子40C)与相邻棱柱形蓄电池单元的负极端子(例如，棱柱形蓄电池单元30B的负极端子42B)电联接。一旦全部组装，电源组件48的棱柱形蓄电池单元30的每个端子将与其中一个汇流条54联接，第一个和最后一个端子(例如，端子40A和42C)除外，第一个和最后一个端子可与蓄电池模块的其它部分(例如，主继电器、功率转换电路)电联接。
在特定实施例中，汇流条组件50和52可为聚合物，汇流条54可为单金属或双金属材质。即，在棱柱形蓄电池单元30包括用第一金属(例如，铝)制成的正极端子40的一个实施例和用第二金属(例如，铜)制成的负极端子42的一个实施例的实施例中，每个汇流条54的一部分可用第一金属(例如，铝)制成，另一部分可用第二金属(例如，铜)制成，以实现有效的激光焊接并减轻电流效应。在特定实施例的特定示例中，除了电源组件48的第一个和最后一个端子40A之外42C，每个棱柱形蓄电池单元30的铝正极端子40可与汇流条54的铝部联接(例如，激光焊接)，每个棱柱形蓄电池单元30的铜负极端子42可与汇流条54的铜部联接(例如，激光焊接)。在其它实施例中，棱柱形蓄电池单元30可利用粘合剂、紧固件、夹钳、夹具、压入配合或其它适当的联接方法与汇流条组件50和52的汇流条54联接。在其它实施例中，棱柱形蓄电池单元30的端子40和42可用相同金属(例如，铝)制成，同样，汇流条54也可完全用相同金属(例如，铝)制成。
如图4所示，汇流条组件50和52限定了单元间距58。即，如图4所示，棱柱形蓄电池单元30B和30C并非直接彼此压靠，相反，棱柱形蓄电池单元30B和30C的间距58由端子40B,42B,40C,42C延伸穿过的孔53和将两个单元电联接的汇流条56A的尺寸而限定或控制。因此，单元间距58并非由棱柱形蓄电池单元30B和30C的厚度46B和46C限定或控制。应理解的是，在特定实施例中，汇流条组件50和52可实现适当的单元间距58，使厚度46大不相同的棱柱形蓄电池单元30可适应汇流条组件50和52并与其联接。
图5是(例如)可组合在上文所述的蓄电池系统12中或作为混合动力xEV中的独立模块(例如，与铅酸蓄电池组合)的蓄电池模块14的一个实施例的部分示意图。特别地，蓄电池模块14的所示部分包括蓄电池模块封装60(例如，下壳部)，其具有位于封装60的电源组件隔室64内的底部64上的两个棱柱形蓄电池单元30A和30B。在特定实施例中，蓄电池模块14的封装60可为聚合物或金属。应注意的是，图5所示的蓄电池模块14具有多个棱柱形蓄电池单元30，省略了该棱柱形蓄电池单元以提供封装60的清晰视图。所示蓄电池模块14还包括其它隔室，包括隔室66和68，用于蓄电池模块14的其它部件(例如，继电器、控制电路)。
如上所述，本发明的实施例直接涉及棱柱形蓄电池单元在固定介质内的单独固定。下文将对本方法中的蓄电池模块的制造方法进行详细讨论。图6是完全组装的蓄电池模块14的一部分的断面视图，蓄电池模块14具有多个棱柱形蓄电池单元30A、30B、30C和3OD，每个单元单独固定在固定介质70内。所示的每个棱柱形蓄电池单元30A、30B、30C和3OD具有不同厚度46A、46B、46C和46D，为了便于讨论，夸大了这些厚度之间的差异。所示的每个棱柱形蓄电池单元30A-D位于蓄电池模块14的电源组件隔室64的底部62上，并与汇流条组件52联接。更具体而言，所示棱柱形蓄电池单元30A-D通过汇流条54A和54B与相邻蓄电池单元电联接，如上所述。因此，如上所述，单元间距58由孔在汇流条组件52上的位置，以及端子40A、42B、40C和42D延伸穿过的汇流条54A和54B的尺寸限定或控制。因此，单元间距58基本一致，不会被棱柱形蓄电池单元30A、30B、30C和30D的不同厚度46A、46B、46C和46D改变或影响。
一般来说，固定介质70可满足一个或多个设计考虑因素。固定介质70可足够坚固，并具有充分的物理特性，用于将棱柱形蓄电池单元30在蓄电池模块14的封装60内固定到位。固定介质70可具有足够的硬度(例如，高邵氏硬度或高模量)，用于抵制(例如，阻碍或防止)棱柱形蓄电池单元30在充电循环期间的伸展或膨胀(例如，厚度46A-D的增加)。例如，根据ASTM D2240，固定介质在适当型号(例如，OO、A、D)上的邵氏硬度值高于泡沫(例如，闭孔泡沫)和被认为具有类似物理特性的其它聚合物或类似材料的邵氏硬度值。实际上，这类材料可能不足以用作根据本发明的实施例的固定介质(例如，防止/减少/减轻膨胀)。
固定介质70(其前体)可基本为共形固定介质，以紧贴棱柱形蓄电池单元30A-D的形状和蓄电池模块封装60的电源组件隔室64的形状。应理解的是，通过紧贴在每个棱柱形蓄电池单元30的形状周围，虽然每个棱柱形蓄电池单元30存在缺陷、瑕疵或制造误差，共形固定介质70仍可在每个棱柱形蓄电池单元30周围进行更均匀的接触。应理解的是，术语“共形”和“共形涂敷”不应与柔性适合材料混淆。本文使用的固定介质70的共形特性用于表示固定介质70能在固化之前紧贴在蓄电池单元30周围，因此，在一定程度上，固定介质70模制在蓄电池单元30周围。
另外，固定介质70可与棱柱形蓄电池单元30的大部分表面接触。例如，在特定实施例中，固定介质70可与棱柱形蓄电池单元30的表面面积的70％、75％、80％、85％、90％或95％以上接触。在特定实施例中，固定介质70可与棱柱形蓄电池单元30的封装32的每侧或每面接触，封装32包括排气口特征44的一侧(例如，接触侧36A、36B、34A、34B、38B，不包括侧38A，如图3所示)和端子40,42除外。在特定实施例中，棱柱形蓄电池单元30可布置在固定介质70内，使布置在蓄电池单元30外面的固定介质70基本为相同高度(或其它位置)并与布置在每个蓄电池单元30内的“凝胶卷”重叠，凝胶卷与棱柱形蓄电池单元30在使用期间最可能伸展的区域对应。与凝胶卷对应的水平，例如，可能进行重叠的水平，在棱柱形蓄电池单元30B中用箭头72显示。
在特定实施例中，可对固定介质70进行电绝缘，特别是在棱柱形蓄电池单元30的封装32具有正极性或负极性时；但是，电绝缘固定介质70仍可用于限制具有中性封装32的棱柱形蓄电池单元30之间的泄漏电流。在特定实施例中，固定介质70可具有导热性。特别地，在特定实施例中，固定介质70可在棱柱形蓄电池单元30与蓄电池模块封装60的底部64之间提供导热路径，可使靠着蓄电池模块封装60的底部外表面76布置的散热器74散发在蓄电池模块14运行期间棱柱形蓄电池单元30产生的热量。
应理解的是，使用共形固定介质70可确保固定介质与每个棱柱形蓄电池单元30的封装32的大部分表面以及蓄电池模块封装60进行良好热接触，可改善棱柱形蓄电池单元30与上述散热特征之间的热传递。在特定实施例中，如果一个或多个棱柱形蓄电池单元30发生热事件，固定介质还可用于吸收可能释放的气体(例如，CO2)和热量。
鉴于这些设计考虑因素，在特定实施例中，固定介质70可基本为聚合物，并可包含一种或多种添加剂，用于提供上述特性。例如，在特定实施例中，固定介质70可为金属(例如，铝粉)或碳颗粒浸渍的环氧基或硅酮基固定介质70，以增强介质70的导热性。在特定实施例中，固定介质70可用一种或多种固定介质前体材料制成，这些材料可在固化时凝固，形成固定介质70。例如，在特定实施例中，固定介质70可用双组分环氧树脂制成，双组分环氧树脂仅在两种组分混合之后开始凝固。在特定实施例中，一种或多种固定介质前体材料可在遇到热、光或在混合之后固化并凝固，形成固定介质70。在特定实施例中，固定介质前体可为可通过固化、交联、烧结、精整或其它合适凝固或精整方法形成固定介质70的液体、固体、凝胶、粉末、颗粒或合适的压缩材料(例如，陶瓷)。
图7和图8图解了本方法中的蓄电池模块14的制造方法的示例实施例。特别地，图7图解了方法80的一个实施例，本方法的第一步是在蓄电池模块封装60中添加(框82)一种或多种固定介质前体。例如，可将一种或多种固定介质前体添加到蓄电池模块封装60的电源组件隔室64内的特定水平上。
然后，由于一种或多种固定介质前体仍然具有延展性或流动性等，可将棱柱形蓄电池单元30分别置于(框84)蓄电池模块封装60的电源组件隔室64内。鉴于此，应注意的是，框84表示的操作可包括：将电源组件隔室64填充到特定水平上，其说明棱柱形蓄电池单元30的预期容量范围。进一步，应注意的是，框82和84表示的特定操作可用于解决制造误差的问题。例如，可在将蓄电池单元放置到电源组件隔室64内之后，可在电源组件隔室64内添加额外的固定介质前体，直至达到预期填充水平。
之后，可利用(例如)激光焊接将棱柱形蓄电池单元30附着(框86)在汇流条组件50和52上，以将棱柱形蓄电池单元30的端子40,42焊接到汇流条组件50和52的汇流条56上。例如，可将棱柱形蓄电池单元30与汇流条组件50和52装配在一起，并可将汇流条56适当地放置和固定在棱柱形蓄电池单元30上。
然后，可将一种或多种固定介质前体固化(框88)，形成固定介质70。固化(或其它精整/硬化步骤)形成固定介质70，并将蓄电池模块14的每个棱柱形蓄电池单元30单独固定。
应注意的是，根据(例如)电源组件的预期鲁棒性以及固定介质和/或其前体的性质，上文参照图7所述的特定行为可以不同顺序进行。例如，图8所示的方法90的第一步是将每个棱柱形蓄电池单元30附着(框92)在汇流条组件50和52上。此外，该方法可包括利用激光焊接或任何其它适当固定方法形成电源组件48。
然后，可将电源组件48置于(框94)蓄电池模块封装60的电源组件隔室66内。之后，可将一种或多种固定介质前体添加到(框96)蓄电池模块封装60的电源组件隔室66内。在其它实施例中，可在将电源组件48置于电源组件隔室66内之前将一种或多种固定介质前体添加到电源组件隔室66内。然后，可将一种或多种固定介质前体固化(框88)，以形成固定介质70，该固定介质将蓄电池模块14的每个棱柱形蓄电池单元30单独固定。应理解的是，图8所示的方法90相比其它制造方法的优点在于，可在远离一种或多种固定介质前体的地方进行各种激光焊接操作(例如，对汇流条的端子进行的激光焊接)。
应理解的是，在特定实施例中，可进行一个或多个额外步骤，以增强本方法的有效性。例如，如上所述，如果没有正确固定，棱柱形蓄电池单元30可能会在充电期间膨胀，在放电期间收缩。鉴于此，在特定实施例中，可在固定介质固化前将蓄电池模块14的棱柱形蓄电池单元30充分放电，以确保固定介质70在棱柱形蓄电池单元30周围凝固之前棱柱形蓄电池单元处于其最小相对尺寸最小(例如，具有最小厚度46)。
根据非限制性示例，在特定实施例中，可将棱柱形蓄电池单元30放电到额定最低电荷状态(SOC)以下的水平，以确保蓄电池模块14正常运行期间棱柱形蓄电池单元30处于最小尺寸(例如，最小厚度46)。例如，如果棱柱形蓄电池单元30预期在25％的最低SOC下运行，可通过这些操作将单元30放电到最低SOC，例如，20％、15％、10％等。
在其它实施例中，在固化一种或多种固定介质前体之前，可对蓄电池模块进行摇动(例如，摇晃、震动、超声处理)，以去除前体中的任何外来气泡，防止固化之后固定介质70中形成孔隙。替代地，可(例如)通过加入易碎空心砖而特意在固定介质70中产生孔隙，使棱柱形蓄电池单元30在产生足够力的热逸散活动中使固定介质70变形进入特意产生的孔隙中来吸收至少某些力，从而减少对蓄电池模块14的损坏。
另外，在特定实施例中，可同样将蓄电池模块14的其它部件(例如，继电器、控制电路)与棱柱形蓄电池单元30同时固定在固定介质70内，以提高效率。应理解的是，在这种实施例中，固定介质70具有足以避免短路的介电水平。进一步，固定介质70还可具有一定的干扰控制和绝缘功能。
本公开的技术效果包括制造具有单独固定蓄电池单元的蓄电池模块。所公开的设计可使用在制造过程中形成的共形固定介质将蓄电池单元在蓄电池模块封装内单独固定到位。所公开的蓄电池模块设计实现了蓄电池模块中的每个蓄电池单元更大的尺寸变化性，提高了基于电气和热方面的考虑因素选择要安装在蓄电池模块中的一组蓄电池单元的灵活性，但无需担心每个蓄电池单元相对于蓄电池模块封装的精确尺寸。另外，所公开的固定介质能够单独防止每个蓄电池单元在运行期间发生严重膨胀，提高了蓄电池模块的寿命期间蓄电池单元的性能。进一步，固定介质可将蓄电池单元电绝缘，并促进蓄电池模块运行期间蓄电池单元的冷却。因此，与其它蓄电池模块设计相比，所公开的蓄电池模块设计提高了灵活性和性能。
上文仅对新颖教导和优点，本领域的技术人员可进行多种修改和改变(例如，大小、尺寸、结构、各种单元的形状和比例、参数(例如，温度、压力等)值、安装布置、所用材料、颜色、方向等的变化)。根据替代实施例，可改变或重新排列任何流程或方法步骤的顺序。因此，应理解的是，附加权利要求旨在涵盖本发明的真实精神范围内的所有这种修改和改变。另外，为了对例示性实施例提供简洁说明，可能未对实际实施方式的所有特征进行说明(即，与当前设想的本发明的最佳实施方式中无关的特征，或与本发明的实现无关的特征)。应理解的是，在任何这种实际实施方式的开发中，例如，在任何工程或设计项目中，可做出多种特定于实施方式的决定。在开发上所做的这种努力可能很复杂、耗时，但是，在无过度实验的情况下，是得益于本发明的普通技术人员在设计、制造和生产过程中的例行任务。

Claims (25)

1.一种蓄电池模块，包括：
蓄电池模块封装；
布置在所述蓄电池模块封装内的多个锂离子蓄电池单元；以及
共形覆盖在多个锂离子蓄电池单元的每个锂离子蓄电池单元上的固定介质；
其中，所述多个锂离子蓄电池单元的每个锂离子蓄电池单元用所述固定介质单独固定在所述蓄电池模块封装内，所述固定介质用于抵制运行期间所述多个锂离子蓄电池单元的伸展。
2.如权利要求1所述的蓄电池模块，其中，所述固定介质布置在所述多个锂离子蓄电池单元的每个锂离子蓄电池单元的两个面上。
3.如权利要求1所述的蓄电池模块，其中，所述多个锂离子蓄电池单元包括具有不同厚度的锂离子蓄电池单元。
4.如权利要求1所述的蓄电池模块，其中，所述多个锂离子蓄电池单元包括棱柱形蓄电池单元。
5.如权利要求1所述的蓄电池模块，其中，所述多个锂离子蓄电池单元的阴极活性材料包括锂镍锰钴氧化物(NMC)。
6.如权利要求5所述的蓄电池模块，其中，所述多个锂离子蓄电池单元的阴极活性材料包括与NMC混合的锂钴氧化物(LCO)。
7.如权利要求1所述的蓄电池模块，其中，所述多个锂离子蓄电池单元的阳极活性材料包括钛酸锂(LTO)。
8.如权利要求1所述的蓄电池模块，包括将所述多个锂离子蓄电池单元电联接的第一汇流条组件和第二汇流条组件。
9.如权利要求8所述的蓄电池模块，其中，所述第一和第二汇流条组件和限定每个锂离子蓄电池单元之间的统一端子间距。
10.如权利要求1所述的蓄电池模块，其中，所述固定介质具有电绝缘性。
11.如权利要求1所述的蓄电池模块，其中，所述固定介质具有导热性。
12.如权利要求1所述的蓄电池模块，其中，所述固定介质包括环氧树脂。
13.如权利要求1所述的蓄电池模块，包括布置在蓄电池模块的底侧、与接近所述多个锂离子蓄电池单元的一组端子的蓄电池模块的顶侧相对的散热器，其中，所述固定介质与所述多个锂离子蓄电池单元和所述散热器热接触。
14.一种蓄电池模块，包括：
蓄电池模块封装；
布置在所述蓄电池模块封装内的多个棱柱形蓄电池单元，其中，每个棱柱形蓄电池单元包括具有端子的顶部、与顶部相对的底部和在顶部与底部之间延伸的侧部；以及
共形覆盖在所述底部和所述侧部上的固定介质，所述侧部由所述固定介质共形覆盖，使所述固定介质70包围所述侧部的预期膨胀区域；
其中，所述多个棱柱形蓄电池单元中的每个棱柱形蓄电池单元用所述固定介质单独固定在所述蓄电池模块封装内。
15.如权利要求14所述的蓄电池模块，其中，所述预期膨胀区域与每个棱柱形蓄电池单元的电极凝胶卷位置对应。
16.如权利要求14所述的蓄电池模块，包括将所述多个棱柱形蓄电池单元电联接的第一汇流条组件和第二汇流条组件。
17.如权利要求16所述的蓄电池模块，其中，所述第一和第二汇流条组件和限定每个棱柱形蓄电池单元之间的统一端子间距。
18.一种蓄电池模块的制造方法，包括：
将所述多个蓄电池单元与汇流条组件联接，使每个蓄电池单元的各个端子对与相邻蓄电池单元的相邻端子对以固定间距分开；
将所述多个蓄电池单元和所述汇流条组件布置在蓄电池模块封装内；
将固定介质前体布置在所述蓄电池模块封装内；并且
将所述固定介质前体固化，以形成将所述多个蓄电池单元在所述蓄电池模块封装内固定到位的固定介质。
19.如权利要求18所述的方法，包括：将所述多个蓄电池单元与所述汇流条组件联接之前，对所述多个蓄电池单元进行放电。
20.如权利要求19所述的方法，其中，将所述多个蓄电池单元与所述汇流条组件联接之前对所述多个蓄电池单元进行放电包括：将所述多个蓄电池单元放电到所述多个蓄电池单元的最低额定电荷状态(SOC)以下的SOC。
21.如权利要求18所述的方法，其中，所述固定介质前体包括一部分双组分环氧树脂。
22.如权利要求18所述的方法，包括：将所述固定介质前体固化之前，将额外固定介质前体或固化剂布置到所述蓄电池模块封装内，以形成所述固定介质。
23.如权利要求18所述的方法，包括：将所述多个蓄电池单元与额外汇流条组件联接。
24.如权利要求18所述的方法，其中，在布置所述固定介质前体之前，将所述多个蓄电池单元和所述汇流条组件布置在所述蓄电池模块封装之内。
25.如权利要求18所述的方法，其中，在布置所述固定介质前体之后，将所述多个蓄电池单元和所述汇流条组件布置在所述蓄电池模块封装之内。
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