CN109690822A - 电池组装技术 - Google Patents

Abstract

公开了电池组装技术和对应的系统。在各种实施例中，电池组装技术包括压缩电池单元和将电池单元插入到罐中。电池单元被堆叠，并且然后使用在经堆叠的电池单元的第一外层上施加压力的气压缸对其进行压缩。从气压缸释放经堆叠的电池单元的第一部分，同时电池单元的第二部分保持被压缩。经堆叠的电池单元的第一部分被插入到罐中。在各种实施例中，摩擦降低材料被添加至堆叠电池单元，以压缩堆叠电池单元或使插入更容易。

Description

电池组装技术

相关申请的交叉引用

本申请要求2016年9月16日提交的名称为“电池子模块和组装技术（BATTERYSUBMODULE AND ASSEMBLY TECHNIQUES）”的美国临时专利申请号62/395,594的优先权，该文献通过引用并入本文以用于所有目的。

技术领域

适当的电池组件对于产生安全的高品质电池组是不可或缺的。在电池组装期间，可能需要将多个软包电池单元置放到电池外壳中并同时维持对电池单元的压缩。自动的方法可以改进组装过程。降低多个软包电池单元与电池外壳之间的摩擦的额外设计特征件可以改进组装过程。

附图描述

在如下具体实施方式和附图中公开了本发明的各种实施例。

图1A是示出电池的实施例的图解。

图1B是从顶部视角示出电池的实施例的图解。

图2是示出密封电池的实施例的图解。

图3A是示出电池组装系统的实施例的图解。

图3B是示出在压缩之前的电池组装系统的实施例的图解。

图3C是示出在压缩的过程中的电池组装系统的实施例的图解。

图3D是示出堆叠固定件的移除的实施例的图解。

图3E是示出插入到罐中的实施例的图解。

图4A是示出在插入到罐中之前的电池组装系统的实施例的图解。

图4B是示出在插入到罐中期间的电池组装系统的实施例的图解。

图5是示出电池组装过程的实施例的流程图。

图6是示出包括低摩擦电池单元盖的电池的实施例的图解。

图7是示出低摩擦带的实施例的图解。

图8是示出低摩擦带的实施例的图解。

图9是示出电池组装过程的实施例的流程图。

具体实施方式

本发明能够以许多方式实施，包括作为过程；装置；系统；物质组分；在计算机可读存储介质上实现的计算机程序产品；和/或处理器，诸如被配置成执行由联接到处理器的存储器上存储和/或提供的指令。在该说明书中，这些实施方式或者本发明可以采用的任何其他形式可以被称为技术。大体上，在本发明的范围内，可以更改所公开的过程的步骤的次序。除非以其他方式陈述，否则，被描述为配置成执行任务的诸如处理器或存储器的部件可以实施为在给定时间暂时地被配置成执行任务的一般部件或者被制造成执行该任务的特定部件。如在本文中使用的，术语“处理器”指的是一个或多个设备、电路和/或被配置成处理诸如计算机程序指令的数据的处理芯。

在下文中连同示出本发明的原理的附图提供本发明的一个或多个实施例的具体实施方式。结合这些实施例描述本发明，但是本发明不受限于任何实施例。本发明的范围仅由权利要求限制，且本发明包含许多替代物、修改和等价物。在下文的描述中阐述了许多特定细节，以便提供对本发明的透彻理解。出于示例的目的提供这些细节，且可以根据权利要求在没有这些特定细节中的一些或全部的情况下实践本发明。出于清楚的目的，未详细地描述在本发明所涉及的技术领域中已知的技术材料，以便不会在没有必要的情况下使本发明难以理解。

公开了一种电池组装方法和系统。电池组装方法包括堆叠多个电池单元以创建电池单元堆叠，以及压缩电池单元堆叠。压缩电池单元堆叠包括使用多个气压缸在电池单元堆叠的第一外层上施加压力。从多个气压缸释放电池单元堆叠的第一部分，同时电池单元堆叠的第二部分保持由多个气压缸压缩。电池单元堆叠的第一部分插入到罐中。电池单元在被插入到罐中时可以保持压缩。该过程可以重复直到电池单元堆叠完全插入到罐中。电池组装系统执行电池组装方法。在一些实施例中，除了电池单元之外，电池单元堆叠还包括绝缘体、导体或者两者。多个气压缸可以在电池单元堆叠的第二外层上施加压力。

在一些实施例中，电池组装系统使得电池能够被有效地和精确地组装。电池可能需要在将电池单元的层和其他内容物插入在完全密封的外壳（例如，罐）中之前对其进行压缩。电池组装系统可以通常在将如下中的一个或多个插入到罐中时降低摩擦和阻力：电池单元、绝缘体、或导体。装置包括可以被用于压缩电池单元的气压缸。气压缸可以允许电池单元被逐部分地插入到罐中，其中，电池单元的不邻近罐的开口的部分保持由气压缸压缩。在一些实施例中，电池单元在保持在堆叠固定件中时被压缩。堆叠固定件在压缩之后被移除，并且电池单元被插入到罐中。在一些实施例中，气压缸安装在使缸沿垂直于缸的作用方向（例如，缸沿着其施加压力的方向）的方向移动的结构上，从而允许缸将电池单元降低到罐中。在各种实施例中，可以使用摩擦降低材料的各种配置，诸如电池单元盖或带。捆扎也可以用于压缩电池单元且使得能够更容易插入到罐中。

图1A是示出电池的实施例的图解。电池组装系统可以用于组装各种类型的电池。电池100示出由系统组装的电池的实施例。所示的电池包括被围封在密封的罐组件中的堆叠部件。罐可以用作散热器且可以包括铝或任何其他合适材料。罐可以被密封至电池组结构。罐可以包括电池单元被插入其中的开口。在一些实施例中，在插入电池单元之后，将盖置放在罐的开口处以创建完全密封的电池。

图1B是从顶部视角示出电池的实施例的图解。示出电池部件的交替层。将热失控传播预防特征件构建到电池设计中。

电池单元堆叠可以包括非电池单元层。热绝缘体、导体和电池单元可以堆叠在罐中。电池单元的层可以被置放在绝缘体的层之间。绝缘体层150可以包括气凝胶、玻璃纤维、灌注气凝胶的玻璃纤维、或任何合适的绝缘材料。在该实施例中示出的绝缘体是可压缩的材料。在一些实施例中，在电池单元之间置放铝翅片。翅片可以提供热接触。电池单元层152可以包括液体电解质。在一些实施例中，电池组装系统与电池的堆叠层对准，且将经堆叠和对准的层装配到罐中。可能需要将电池的部件压缩且紧密地紧固在罐中。

图2是示出密封电池的实施例的图解。盖202被密封至罐200。图解示出最终经组装的电池的实施例。罐200可以包括冲拔罐。电池单元被堆叠在罐中。在一些实施例中，罐由1070 T0铝制成。罐具有0.024''壁厚度和1/16''底部厚度。罐具有带凸缘的顶部以用于密封。在组装之后，罐可以被压缩以用于适当的电池单元压缩。

罐可以在固定件（fixture）中可塑性地形成，以提供指定的电池单元压缩（例如，3PSI）。绝缘体可以充当弹簧以提供指定的电池单元压缩力。压缩可以紧固电池单元（例如，在突片上没有负载）并且改进电池单元循环寿命。可能需要电池组装系统压缩电池部件堆叠，以便将其插入到罐中。

图3A是示出电池组装系统的实施例的图解。在所示出的示例中，系统300包括堆叠固定件352、气压缸350和气压缸354。堆叠固定件352可以包括塑料、玻璃、聚四氟乙烯、聚甲醛、迭尔林（Delrin）®、或不粘结到电池外壳的任何合适材料。

可以使用堆叠固定件的各种配置。堆叠固定件可以用于在压缩期间对准电池的层或维持电池的层的对准。如所示的，堆叠固定件352是带有开放面板的矩形棱柱形状。堆叠固定件可以包括两个平行的竖直面板。在各种实施例中，堆叠固定件包括一个连接的装置或多个移动部件。电池组装系统可以包括可互换的部分。例如，用户可以在各种堆叠固定件配置之间选择。堆叠固定件可以包括基于多个电池单元或层的形状的框架或外壳。例如，堆叠固定件可以适配电池单元堆叠的尺寸。除了电池单元之外，电池单元堆叠可以包括绝缘层或导电层。

如所示的，气压缸350定位在电池单元上方，且气压缸354定位在电池单元下方。电池的层（例如，电池单元、绝缘体、或导体）可以堆叠在堆叠固定件中。气压缸可以用于在顶部电池层和底部电池层上施加压力，从而压缩电池的电池单元。在一些实施例中，多个气压缸用于压缩来自两侧的电池单元。例如，多个气压缸可以在电池单元堆叠的顶部上向下按压，同时多个气压缸在电池单元堆叠的底部上施加压力。

图3B是示出在电池单元压缩之前的电池组装系统的实施例的图解。在所示出的示例中，堆叠固定件312是单一件。堆叠固定件的形状包括附接至中空矩形棱柱的两个矩形面板。电池单元310被堆叠在堆叠固定件中。电池单元310可以包括电池的层，包括任何非电池单元层。

两个实心侧面板可以用于防止电池单元或电池的层滑动偏离位置。在堆叠固定件的一个端部处的中空矩形棱柱可以用于对准电池单元。在所示出的示例中，气压缸302和306分别向下按压在部件308和304上。部件308和304可以被设计为均匀向下按压在电池单元上。例如，部件308和304可以在最顶层上均匀地间隔开，或者其长度可以等于电池单元堆叠的最顶层的暴露宽度。部件可以半永久地附接至气压缸。气压缸314和316还可以类似地从下方压实电池单元堆叠。

图3C是示出在电池压缩的过程中的电池组装系统的实施例的图解。在所示出的示例中，气压缸302和306在电池单元310的顶层上向下推动。与图3B中的先前位置相比，电池单元310被压缩。与图3B中的先前位置相比，气压缸314和316已经朝上推进了电池单元310的底层。电池单元310被压实为小于堆叠固定件312的尺寸。在压缩之后，可以移除堆叠固定件。

图3D是示出堆叠固定件的移除的实施例的图解。在压缩之后，堆叠固定件312可以从其中空矩形棱柱侧被移除。堆叠固定件可以容易地从经压实的电池单元滑动离开。如所示的，堆叠固定件312在从电池单元310移除的中途。气压缸306、302、314和316保持与电池单元310接触且压缩电池单元310。

图3E是示出插入到罐中的实施例的图解。组装系统可以将电池的电池单元压缩成能够滑动到罐中的紧凑形状。系统可以解决将电池单元从固定件传递至罐的困难的组装步骤。如所示的，罐312滑动到电池单元310上。随着罐推进，最接近的气压缸缩回。在各种实施例中，罐朝电池单元堆叠推进，或者电池单元堆叠朝罐推进。其他气压缸可以保持在适当位置中，从而压缩电池单元，直到罐推进至气压缸。如所示的，电池单元310在插入到罐312中的中途。气压缸306和314缩回。气压缸302和316保持与电池单元接触。在一些实施例中，可以利用6个、10个、或任何合适数量的气压缸。

在一些实施例中，经堆叠的电池单元的第一部分在被插入在罐中之前从气压缸释放。例如，在罐在经堆叠的电池单元的第一部分上推进之前，可以释放气压缸306和314。在一些实施例中，使堆叠电池单元的一部分在由气压缸释放之前插入。例如，罐312可以一直推进到部件304。在使罐推进之后，气压缸302和316可以释放堆叠电池单元的部分。

图4A是示出在插入到罐中之前的电池组装系统的实施例的图解。电池组装系统可以同时压缩电池单元并且将其插入到罐中。在所示出的示例中，电池单元408下降到罐410中。电池单元408在气压缸之间被压缩。气压缸400、402和404由结构406支撑且在电池单元的一侧上施加压力。气压缸412、414和416由结构418支撑且在电池单元的相对侧上施加压力。在将电池单元插入到罐中的同时压缩电池单元可以允许电池单元被迅速插入或维持电池单元的对准。

图4B是示出在插入到罐中期间的电池组装系统的实施例的图解。电池单元408被部分地插入到罐410中。气压缸400、402和404可以经由结构406上下移动。在各种实施例中，结构、气压缸、或结构和气压缸两者可以被重新定位以将电池下降至罐中。气压缸412、414和416可以经由结构418类似地上下移动。在电池单元下降时，最接近罐的气压缸可以缩回。气压缸可以成对地缩回。如所示的，气压缸404和416缩回。电池单元的先前由气压缸404和416压缩的部分被插入到罐中。电池单元可以每次下降电池单元的一个部分。还未在罐中的电池单元可以保持由气压缸压缩。例如，如所示的，气压缸400、402、412和414压缩电池单元408。电池单元的最终部分可以被牢固地推动到罐中。在电池单元到罐中的插入期间，只要可能，电池组装系统可以允许电池单元保持被主动压缩。

图5是示出用于电池组装的过程的实施例的流程图。在一些实施例中，同时发生电池单元的压缩和插入。可以使用组合的压缩和插入装置。

在500中，电池单元定位在气压缸之间。在502中，电池单元被压缩。在504中，电池单元插入到罐中，且邻近罐的气压缸缩回。例如，最邻近罐中的开口的气压缸可以缩回。在506中，确定电池单元是否完全插入到罐中。在确定电池单元完全插入到罐中的情形中，在508中，罐被密封。密封罐可以包括插入包括热敏电阻、电池单元互连件、或闩锁的顶板。可以使用粘性或溶剂结合将突片盖密封在顶板上。在508之后，过程完成。在电池单元确定没有完全插入到罐中的情形中，过程返回到504。

图6是示出包括低摩擦电池单元盖的电池的实施例的图解。电池可以包括使电池能够被有效地组装的部件。在一些实施例中，电池单元堆叠可以粘结到罐，或者在其被插入时创建摩擦。例如，可以粘结利用气凝胶（例如，灌注气凝胶的玻璃纤维）制成的绝缘层，从而引起到罐中的不均匀插入。低摩擦电池单元盖可以允许电池单元容易地滑动到罐中。低摩擦电池单元盖可以被置放为电池单元堆叠的第一层和最终层。低摩擦电池单元盖可以包括光滑材料，诸如塑料、聚四氟乙烯、聚甲醛、迭尔林®、或任何其他合适的材料。低摩擦电池单元盖可以包括绝缘性质以防止熔融或燃烧。例如，低摩擦电池单元盖可以包括带有绝缘涂覆层（诸如泡沸涂料）的平滑材料。由于相变，泡沸材料可以提供能量吸收。可以使用泡沸涂料或添加剂。如所示的，低摩擦电池单元盖600和602置放在经堆叠的电池单元的任一端上。

图7是示出低摩擦带的实施例的图解。低摩擦带可以压缩电池单元堆叠且允许其被平滑地插入到罐中。在所示出的示例中，低摩擦带207围绕电池单元700缠绕。低摩擦带207可以包括低摩擦材料，诸如塑料、聚四氟乙烯、聚甲醛、迭尔林®、或任何合适的材料。低摩擦材料可以被涂覆在诸如泡沸涂料的绝缘材料中。在一些实施例中，低摩擦带压缩电池单元堆叠。低摩擦带可以使电池单元能够维持压缩并且还容易地滑动到罐中。低摩擦带或低摩擦电池单元盖可以人工或自动地应用至电池单元。例如，可以使用现成的捆扎机。

图8是示出低摩擦带的实施例的图解。如所示的，低摩擦带802围绕电池单元800缠绕。如所示的，低摩擦带竖直地围绕电池单元缠绕。在一些实施例中，竖直地缠绕带允许在电池层的任一侧上的金属翅片有效地分散来自电池的热。与带水平地围绕电池单元缠绕相比，竖直地缠绕带还可以允许在带的第一堆叠和最后堆叠上存在额外的低摩擦材料。在一些实施例中，低摩擦带是低摩擦电池单元盖的延伸部。例如，低摩擦电池单元盖可以继续围绕整个电池单元堆叠绕圈。

图9是示出电池组装过程的实施例的流程图。在900中，电池单元被堆叠。在902中，应用低摩擦带或电池单元盖。可以单独地或组合地使用各种摩擦降低部件。例如，除了低摩擦电池单元盖之外，还可以使用水平的低摩擦带。在904中，电池单元被压缩。在一些实施例中，使用低摩擦带压缩电池单元。在一些实施例中，使用专用于压缩的装置。在906中，电池单元被插入到罐中。在908中，罐被密封。

在一些实施例中，在电池单元被插入在罐中之后，移除低摩擦降低部件。例如，在电池单元被插入在罐中之后，可以从罐移除低摩擦电池单元盖。

在各种实施例中，组合或者单独地使用摩擦降低部件和组装装置。例如，可以单独地使用低摩擦带压缩电池单元堆叠并将其插入到罐中。可以使用堆叠固定件压缩电池单元堆叠，且在没有额外的摩擦降低措施的情况下将其插入到罐中。在使用图3B的装置进行压缩之后，可以利用带密封经压缩的电池单元。电池单元可以然后从气压缸移除且被插入在罐中。

在一些实施例中，电池组装系统是自动的。系统可以包括接口和处理器。可以经由接口向系统提供期望的技术参数，诸如压缩水平、所使用的气压缸的数量、气压缸的间隔、组装速度、或任何其他合适的因素。例如，用户可以指定电池如何快速地被降低，或者气压缸如何快速地被缩回。堆叠电池单元，将电池单元插入到罐中和/或密封罐可以是自动的。

尽管出于清楚理解的目的已经相当详细地描述了前述实施例，但是本发明不受限于所提供的细节。存在许多实施本发明的替代方式。所公开的实施例是示例性的、而不是限制性的。

Claims (20)

1.一种电池组装方法，其包括：

堆叠多个电池单元以创建电池单元堆叠；

通过使用多个气压缸在所述电池单元堆叠的外层上施加压力来压缩所述电池单元堆叠；

从所述多个气压缸释放所述电池单元堆叠的第一部分，同时所述电池单元堆叠的第二部分保持由所述多个气压缸压缩；以及，

将所述电池单元堆叠的所述第一部分插入到罐中。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述电池单元堆叠包括绝缘体、导体、或绝缘体和导体两者。

3.根据权利要求1所述的方法，其中，所述电池单元堆叠相对于所述罐定位。

4.根据权利要求1所述的方法，其中，插入所述电池单元堆叠的其他部分，直到所述电池单元堆叠被完全地插入到所述罐中。

5.根据权利要求1所述的方法，其中，所述罐被进一步密封。

6.根据权利要求1所述的方法，其中，所述第一部分在插入到所述罐中之前被释放。

7.根据权利要求1所述的方法，其中，所述第一部分在被释放之前插入到所述罐中。

8.根据权利要求1所述的方法，其中，多个气压缸在所述电池单元堆叠的额外外层上施加压力，从而压缩所述电池单元堆叠。

9.根据权利要求1所述的方法，其中，使用堆叠固定件维持所述多个电池单元的对准。

10.根据权利要求9所述的方法，其中，所述堆叠固定件包括基于所述多个电池单元的形状的框架或外壳。

11.根据权利要求1所述的方法，其中，所述电池单元堆叠朝所述罐推进。

12.根据权利要求1所述的方法，其中，所述罐朝所述电池单元堆叠推进。

13.根据权利要求1所述的方法，其中，在将所述电池单元堆叠插入到所述罐中之前，将包括低摩擦材料的电池单元盖或带添加至所述电池单元堆叠。

14.根据权利要求1所述的方法，其中，包括低摩擦材料的电池单元盖或带在将所述电池单元堆叠插入到所述罐中之前被添加至所述电池单元堆叠，并且在将所述电池单元堆叠插入在所述罐中之后被移除。

15.根据权利要求13所述的方法，其中，所述低摩擦材料被涂覆在绝缘材料中。

16.根据权利要求13所述的方法，其中，所述带压缩所述电池单元堆叠。

17.根据权利要求1所述的方法，其中，低摩擦带平行于所述外层的面围绕所述电池单元堆叠缠绕。

18.根据权利要求1所述的方法，其中，使用接口和处理器自动地执行所述方法。

19.一种电池组装系统，其包括：

电池单元堆叠；以及，

多个气压缸，其被配置成(1)在所述电池单元堆叠的外层上施加压力，(2)释放所述电池单元堆叠的第一部分，同时使所述电池单元堆叠的第二部分保持被压缩，以及，(3)将所述电池单元堆叠的所述第一部分插入到罐中。

20.一种用于组装电池的计算机程序产品，所述计算机程序产品在非暂时性计算机可读存储介质中实现且包括计算机指令，以便：

堆叠多个电池单元以创建电池单元堆叠；

通过使用多个气压缸在所述电池单元堆叠的外层上施加压力来压缩所述电池单元堆叠；

从所述多个气压缸释放所述电池单元堆叠的第一部分，同时所述电池单元堆叠的第二部分保持由所述多个气压缸压缩；以及，

将所述电池单元堆叠的所述第一部分插入到罐中。