TWI485221B - 模組化裝配中之黏合劑的選擇性固化 - Google Patents

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Description

模組化裝配中之黏合劑的選擇性固化
本發明概括地關於用於具有若干個到許多個元件的元件的模組構造，而更具體地說，關於將能選擇性地固化(selectively curable)的低黏度/低表面張力的黏合劑用於組件構造(更具體地說，用於電池組模組元件構造)的系統和方法。
生產具有被一起固定入集成整體結構的元件的模組元件是普遍的。一種用於將元件固定在一起的方法使用將元件黏合到一個或多個固定裝置(fixture)的黏合劑。這些固定裝置通常包括許多可用來提供接入元件、元件的內部或用於其他用途的開口。為了阻止黏合劑在製造期間逃脫這些開口，傳統的解決方法使用具有足夠大的黏度/表面張力的黏合劑來阻止黏合劑離開孔口。
在許多應用中，這樣的黏合劑提供了可接受的解決方法。在其他應用中，像這樣的黏合劑是有問題的。一個問題是黏度/表面張力需要相當大的靜水壓頭，以便將合適量的黏合劑引導入小邊緣黏合區域來適當地潤濕黏合表面並提供足夠的黏合強度。從其無助於元件和固定裝置之間的黏合安全性的意義上來說，這種靜水壓頭表示出大量被“浪費”的黏合劑。
情況不只是因為這種黏合劑是昂貴的，並且因此任何浪費的黏合劑增加了最終的成本。在一些應用中，像電動車輛，一個另外的缺陷是過多的黏合劑將“不必要的”重量增加到最終元件，同時也是不必要地昂貴的。隨著元件中元件的數量增加，並隨著元件的組裝密度(packing density)增加，在費用和重量方面的成本由於在全部模組中所有元件上個別過量的倍增累積而變得相當明顯。在減少每個元件/模組黏合劑的數量方面的任何節約在這些情況下是非常有效的，這是因為它同時減少了費用和重量。
黏合劑具有進一步影響模組元件中黏合劑的使用和適合性的相關固化曲線(profile)。有兩大類的黏合劑──單組分黏合劑和雙組分黏合劑。雙組分黏合劑是包括基料和硬化劑的黏合劑。相比之下，單組分黏合劑包括基料和硬化劑二者的功能性，但硬化劑的活化或釋放取決於用於固化的一些外部條件(例如，溫度、紫外線輻射、環境中的水蒸汽，等等)。環氧樹脂是具有樹脂和硬化劑的雙組分黏合劑的一個實例，硬化劑加速黏合劑的聚合(例如，固化)，固化的特性能被溫度、以及樹脂和硬化劑的選擇影響。不管是單組分還是雙組分，各黏合劑具有對一種或多種固化劑反應而產生堅硬且牢固黏合的固化模態(curing modality)。固化時間(特別是達到足以進一步加工的機械完整性的最短固化時間)是使用黏合劑的附加成本。固化時間有時與所使用黏合劑的總量有關，使用較少黏合劑有時可以改善固化時間成本。
另外，為了使各電池組模組在諸如汽車內的惡劣環境中保持機械堅固，各電池組電池和模組固定裝置之間的結構連接(物理的和電性的)應當堅硬且堅固。許多商品電池不包括易於允許此類連接的機械特徵。對於包括易於允許此類連接的機械特徵的那些而言，常常難以建立堅硬且堅固的機械連接，同時維持電連接性要求。黏合劑能夠在模組系統的光滑電池表面和固定裝置之間建立高剪切強度，同時還維持電池中任何所期望的電絕緣。然而如上所述，當用於這種環境時，黏合劑會是昂貴的，並且常常導致將不期望量的重量增加到多模組電池包的各電池組模組。特別是隨著模組中元件的數量和密度增加，並且更進一步地隨著這些模組的數量增加，將要考慮到額外的成本。這種額外成本與黏合劑常常需要的長固化時間直接有關，並且這些長固化時間增加了加工成本。
如上所述，在密集的電池包模組中，應用(applied)的黏合劑量部分地取決於迫使黏合劑潤濕到所需黏合表面所需的靜水壓頭。一些方法應用1-2mL的黏合劑(黏度大約7000 cps)，以將各18650電池組電池黏合入其自身的設置在固定裝置中的淺塑膠沉孔。此黏合劑量被認為是實現所有黏合區域覆蓋的必要條件。然而，單獨填充各黏合區域所需的實際黏合劑量大約為0.050-0.100 mL。因此，當考慮到單獨將電池組電池黏合到模組固定裝置所需的量時，大量的黏合劑被浪費了。
一旦黏合劑已經充分潤濕黏合表面，在黏合區域外部以傳統解決方法使用的標準黏合劑就少有成效，並且這種“過量的”黏合劑在製成品中實際上已無用途。減少對潤濕模組化元件中黏合表面的靜水壓頭的依賴性具有通過消除“浪費的”黏合劑而產生顯著節約成本的潛力。
需要的是一種在裝配模組化部件時用於降低與使用黏合劑相關的成本(費用、重量和/或固化時間)的方法和設備。
公開的是在裝配模組化部件、特別是具有許多元件的元件(諸如例如在電動車輛中使用的電池模組)時，用於降低與使用黏合劑相關的成本(費用、重量和/或固化時間)的方法和系統。所述方法和系統允許將高潤濕性(wettability)黏合劑(在本申請中被概括地定義為低黏度和/或低表面張力黏合劑)用於裝配此類模組化部件。第一種方法包括：(a)將高潤濕性黏合劑分配入填裝有(populate with)多個元件的第一模組固定裝置，其中第一模組固定裝置提供多個黏合井(bonding well)，各黏合井接收所述元件中的一個或多個的第一部分，模組固定裝置包括與黏合井中的一個或多個連通的又一個孔口(one more apertures)，黏合劑在應用固化模態時能被選擇性地固化；(b)將固化模態選擇性地應用到在密封區中的分配黏合劑的第一部分，密封區包括圍繞孔口的一個或多個區域，其中在密封區中的分配黏合劑被充分固化，以阻止相當數量的黏合劑從孔口冒出，同時將黏合劑繼續分配入模組固定裝置，其中固化模態未被應用到在密封區外的黏合劑的第二部分；以及(c)將固化模態應用到被分配的黏合劑的第二部分。
為了本申請的目的，高潤濕性黏合劑包括具有一個或多個潤濕性參數的單組分和雙組分黏合劑，當考慮特定的黏合劑和基底的材料時，所述參數選自於由在約100至約1000厘泊範圍內的黏度、黏合井的基底與黏合劑產生在空氣中小於約10度的接觸角的表面張力及其組合所組成的組。
另一種黏合方法包括：(a)用多個元件填裝模組固定裝置，模組固定裝置對固化模態是透明的(transparent)；(b)使用對固化模態不透明(opaque)的掩膜(mask)來掩蔽模組固定裝置的第一部分的所選區域，產生模組固定裝置未被掩蔽的第一部分和模組固定裝置被掩蔽的第一部分；以及之後(c)將高潤濕性黏合劑分配入被填裝的模組固定裝置，黏合劑在應用固化模態時能被選擇性地固化，並且其中第一模組固定裝置提供多個黏合井，各黏合井接收多個元件中的一個或多個的第一部分，模組固定裝置包括與黏合井中的一個或多個連通的又一個孔口，黏合劑在應用固化模態時能被選擇性地固化；(d)在分配步驟(c)期間，在未將固化模態應用到在被掩蔽第一部分中的分配黏合劑的第二部分的情況下，在將固化模態應用到在第一部分中的被分配黏合劑的第一部分時固化在未被掩蔽第一部分中的被分配黏合劑的第一部分；以及之後(e)移除掩膜；以及之後(f)在將固化模態應用到模組固定裝置時，固化在模組固定裝置中的未固化的分配黏合劑，包括分配黏合劑的第二部分。
一種系統包括支撐多個元件的模組固定裝置，模組固定裝置限定了多個黏合井，各黏合井接收所述元件中的一個或多個的第一部分，模組固定裝置包括與黏合井中的一個或多個連通的一個或多個孔口，黏合井具有標稱深度；以及分配系統，其連接到模組固定裝置，用以將高潤濕性黏合劑分配入各黏合井並圍繞各元件，在沒有明顯填充過滿(overfill)的情況下，將黏合井大體填充直到標稱深度，黏合劑在應用固化模態時能被選擇性地固化；以及固化結構，用於隨著黏合劑在分配黏合劑期間從孔口冒出而將黏合劑選擇性地曝光到固化模態。
執行本發明的優選實施例的由大約數十、數百至數千的大量元件或更多元件(如電池)構成的元件(諸如例如電池組包)優選具有在費用、重量和加工時間方面低成本的機械整合的方法。合適的高潤濕性黏合劑的使用允許堅硬、堅固、電性絕緣的機械連接到電池模組固定裝置。電池組包內的電池的高組裝密度限制了可用於在整個電池組模組上均勻分配黏合劑的空間，然而高潤濕性黏合劑更好地適於均勻分配，特別是當模組固定裝置配有斜面、毛細通道和引導表面等時，以將分配黏合劑導入所有被填裝的黏合井。允許在各電池的兩端上電性互連的模組固定裝置中的特徵可以在分配期間為黏合劑提供洩漏途徑。固化模態被應用到離開孔口的黏合劑以密封模組固定裝置，並且允許黏合劑繼續填充黏合井並潤濕在填裝黏合井的元件附近的黏合表面。高潤濕性黏合劑有效地填充在將要黏合所述元件附近的黏合井，允許黏合井在沒有明顯填充過滿的情況下被大體上填充(也就是說，在沒有過多非結構性使用的情況下，黏合井被充分填充以潤濕所有黏合表面)。黏合井之間的埠、傾斜導向表面的使用以及固定裝置的其他特徵促進高潤濕性黏合劑的均勻分佈。在黏合表面被適當潤濕後，將固化模態應用到黏合井中所有的黏合劑。
在一些優選實施例中，固化模態包括光線(如，紫外線輻射)的應用，這意味著模組固定裝置的至少所選結構是透明的，所述結構限定其中黏合劑被分配(以及其中發生固化和黏合)的黏合井，並因此可以目測檢查。與黏合劑相關的固化指示劑(諸如，顏色或一些其他視覺提示)的使用被有利地用於某些實施例，以提供對黏合井中固化處理的重量和/或狀態的快速評估。
本發明的實施例包括通過隨著黏合劑嘗試離開孔口而選擇性地固化(如，紫外線固化)黏合劑來增進有限量高潤濕性黏合劑使用的設計和方法。如上所述，因為高潤濕性，所以在沒有不利的情況下，應用區域仍然會是有限的。高潤濕性黏合劑意味著在黏合井被填滿以及所有黏合表面的潤濕已發生之前的時間相對較短(與傳統系統和絕對術語相比的相對術語)。除了處理時間的節約，所使用的黏合劑的總量被極大地減少，將重量和費用從裝配的模組除去。
在一些實施例中，在黏合劑應用後以及在潤濕期間，填裝黏合井的元件可以通過使用固化模態透明的固定裝置來被合適地定位/對齊，所述固定裝置被應用到在固定裝置黏合井外元件的部分。對於具有多個固定裝置的元件而言，這種定位/對齊的固定裝置可以是最終元件的其他固定裝置之一。(對於多固定裝置元件而言，並且因為優選實施例使用對重力強烈起反應的高潤濕性黏合劑，正在處理(如，填裝、填充以及一定程度的固化)的任何特定固定裝置常被描述為底部固定裝置。在處理期間，甚至在固定裝置在操作期間可以被不同地定向的情況下，具有這種傾向性。這並不是說其他定向和佈置被排除在外，例如會發現一些用於將黏合劑分配在離心系統中的應用，其中“底部”固定裝置將會是具有比任何其他固定裝置更大角速度的一個，高潤濕性黏合劑從較近處分配到系統的旋轉中心，並向外流入黏合井並可能從孔口洩露，選擇性固化發生在系統的週邊上。)
固化模態(如，紫外線輻射)通過將紫外線輻射引導到定位/對齊元件的頂側而應用到黏合劑，固化在底部固定裝置的黏合區域中的黏合劑。在具有一些被內部結構遮蔽的區域的實施例中，所述內部結構限制黏合劑的一些部分曝光到固化模態，黏合劑可以包括多階段固化處理。第一階段被設計成對一種固化模態(如，紫外線輻射)起反應在數秒內固化黏合劑，並且第二階段對另一種固化模態(如，室溫下白天)起反應在較長時間內固化黏合劑。這為兩組機械要求創造了一種二階段固化處理，一組用於完成剩餘的加工步驟，並且另一組用於在實地的耐久性。儘管黏合劑接合處(joint)被紫外線輻射充分加強，以在生產線上繼續進行，但是如實地耐久性所需的全強度可能不會被發展數天或數周。當模組固定裝置自身是紫外線透明的時，整個固化操作可以在數秒內發生。
可以存在本發明實施例的許多不同實施方式，包括通過單階段或多階段固化或密封配方變換單組分和雙組分黏合劑，分階段是在分配和/或固化期間。例如，一個實施例包括使用雙組分高潤濕性黏合劑，所述黏合劑在應用密封方式時“凝膠化(gel)”或“去膜(skin)”的同時以更傳統的方式進行固化。凝膠化產生了屏障並將孔口密封，防止洩露並且允許黏合劑填充黏合井並潤濕黏合表面。在其他應用中，能夠在分配期間改變黏合劑特性，以便將第一相黏合劑特別配製以通過與固化/密封方式相互作用而增強密封特性，同時將被分配的黏合劑的第二相特別配製以將固定裝置黏合到元件。
本發明的實施例提供用於通過允許使用高潤濕性黏合劑來降低在裝配模組化部件時與使用黏合劑相關的成本(費用、重量和/或固化時間)的方法和系統。下面的描述被提出以允許本領域普通技術人員製造並使用本發明，並且是在提供了專利申請及其要求的背景下。在下文中，術語“電池組(battery)”、“電池(cell)”、“電池組電池(battery cell)”和“電池包(battery cell pack)”可以互換使用，並且可以指各種不同的可充電電池化學及構造中的任一種，包括但不限於鋰離子(如，磷酸鋰鐵、氧化鋰鈷、其他氧化金屬鋰等)、鋰離子聚合物、鎳金屬氫化物、鎳鎘、鎳氫、鎳鋅、銀鋅或其他電池類型/構造。另外，術語“高潤濕性”，當考慮特定黏合劑和基底材料時，一種具有以下特性的黏合劑，該特性選自於由黏度(在約0(更優選100)至約1000厘泊範圍內)、表面張力(基底與黏合劑產生在空氣中小於約10度的接觸角)及其組合所組成的組。對於優選實施例、一般原理和本文所述特徵的各種修改對本領域技術人員將是顯而易見的。因而，本發明並非意在受限於所示實施例，而意在使最寬範圍與本文所述的原理和特徵相一致。
黏合劑已被配製來對一些固化模態(諸如紫外線(UV)輻射)起反應而選擇性地固化。選擇性固化允許控制固化的時機和位置。還存在允許使用次級固化模態(諸如時間或溫度)的配方。這與被配製以具有低黏度和/或低表面張力的高潤濕性黏合劑相結合，通過模組固定裝置的合適設計，提供了一種用於允許將此類黏合劑用於裝配模組化部件(諸如電池組模組)的方法和設備，其與傳統系統相比提供了更低的成本、更低的重量且需要更短的工作時間。
圖1是系統100的框圖，系統100包括由黏合模組固定裝置支撐的多個黏合元件105，所述黏合模組固定裝置包括第一模組固定裝置元件110、第二模組固定裝置元件115以及可選支撐元件120，可選支撐元件120在未另行提供額外結構支撐件的情況下與元件110和元件115互連。與傳統系統相比，系統100的成本更低(如更低費用、更低重量和/或生產時間)。儘管本發明可以適於黏合許多不同類型的元件105，但本發明將參照由大量(如數百至數千)電池組電池作為元件105製成的電池組電池模組的形成來進行描述。根據實施方式和元件的類型，將一個或多個模組固定裝置110用於定位、黏合和固定元件105。對於當前實例，描述了兩個模組支撐結構，應當理解可以使用更少或更多的模組支撐結構。同樣在下面的描述中，使用了高潤濕性黏合劑。重力被有效地用來移動未固化和分配的黏合劑，從而當描述本發明的實施例時有理由具有較低和較高的參照。這樣的參照不一定與半成品或製成品的定向相關，而是僅與黏合劑的分配、潤濕和至少一些固化期間的定向有關。
在本文中描述了至少兩種一般操作方法，例如參見下面關於圖3和圖4的討論。圖3概括地描述了一種雙組分黏合劑方法，而圖4概括地描述了一種單組分黏合劑。在一種方法中的一些描述可應用到另一種方法。
本文所述供使用的黏合劑是選擇性地固化的低黏度和/或低表面張力黏合劑。為了本發明的目的，低黏度意指在約0-2000厘泊(centipoise)、優選約50-1000厘泊及最優選約100-500厘泊範圍內的黏合劑。為了本發明的目的，低表面張力意指一種黏合劑，當測量空氣中該黏合劑相對於基底材料(如黏合井中的黏合表面)之間的接觸角時，該接觸角小於約30度，優選小於約10度，以及最優選小於約5度。
黏合劑在應用固化模態時還能選擇性地固化。在優選實施例中使用的固化模態包括紫外線固化，但可以通過本文所述系統和方法的一定調整而使用其他的固化模態。例如，這些替代固化模態可以包括應用/曝光到電子束、過氧化物、陽離子劑、胺、羥基、熱輻射及其組合。在本發明的背景下，除非另被上下文否定，選擇性固化還包括選擇性地“凝膠化”，以便如該術語被普遍理解地那樣，黏合劑不會固化，但其可以充分硬化/凝膠化以密封孔口並阻止黏合劑離開或流動。
合適的雙組分黏合劑包括那些具有帶有硬化劑的樹脂(以便其隨時間固化)的黏合劑，諸如環氧胺黏合劑體系或其他次級固化模態(如熱能)。其他合適的黏合劑將是單組分黏合劑，單組分黏合劑對單一初級固化模態的曝光/應用起反應而固化。
在本發明中使用的其他術語描述了具有固化模態透明度(其指的是模組固定裝置的特性，該特性不會阻擋或明顯損害固化模態到相關黏合劑的曝光/應用)的模組固定裝置。在一些情況下，可選的通道或“插口”被設置在模組固定裝置中，以允許或促進固化模態通過並分佈在整個結構中、或者到達結構的其他選擇性區域或部分。本申請還將術語“固化殼(curing enclosure)”用作將固化模態曝光/應用到大面積的黏合劑的固化模態的沉浸式源(immersive source)的參照。例如，紫外線烘箱是用於紫外線固化模態的固化殼的一個實例。
圖2是支撐電池組電池210的模組固定裝置205的部分200的詳細視圖(不按比例)。模組固定裝置205限定了容納電池210的黏合井215，在孔215的壁和電池210之間的空間填充有高潤濕性黏合劑，優選在沒有明顯填充過滿的情況下填充至標稱填充深度217。為了本申請的目的，填充過滿是指分配的黏合劑的量超過了結構用途。在製造環境中分配的黏合劑的總量易受到正常變動的影響。本發明的目標是通過允許消除/減少填充過滿來減少黏合劑的總量。本發明的實施例提供了減少黏合井的任何填充過滿的解決方法，但是一些填充過滿在一些實施方式中將是可接受的或期望的。在結構意義上來說，額外黏合劑的邊際效用在填充過滿開始的時刻開始下降。這是用於開始確定關於黏合井是否已被填充過滿的優選參考。
固定裝置205的壁和電池210之間的相對尺寸在圖2中被擴大，而空間實際上非常小。由於在本發明使用的、與本文所述的選擇性固化相結合的高潤濕性黏合劑，而能夠以這種方式限制黏合劑的量。圖2的細節被橫向地(laterally)重複用於各電池210，以形成被緊密組裝在一起的電池組電池的整個矩陣。
通過來自源(例如，紫外線源220(源220可以在一個或多個位置實施，例如，諸如如通過較低的紫外線燈和較高的紫外線燈所示)的固化模態的曝光/應用，將在圍繞電池210的黏合井215中被分配的黏合劑選擇性地固化。還可以在各位置將源220實施為單紫外線燈或包括若干結構，諸如例如小型源的矩陣，用一個小型源對應于各黏合井215位置。結構205形成有斜面225和通道230，以幫助使分配的黏合劑流入所有的黏合井215來潤濕結構205和電池210的所有黏合表面。
模組固定裝置的那些區域(特別是在黏合井的孔口和底部附近的區域)限定了密封區。能選擇性地固化的黏合劑隨著其進入密封區而曝光以形成對抗另外黏合劑離開的屏障，該曝光是允許使用高潤濕性黏合劑的本發明的特徵之一。在一些實施方式中，將密封區在空間上精巧製造(craft)以形成特定的三維區域。例如，當固化模態包括應用紫外線輻射時，可以將一束或多束紫外線聚焦、分散或者為所需效果而另行精巧製造。在使用用於產生固化模態的紫外線LED進入密封區的情況下，一些實施方式為固定裝置孔口附近的密封區部分有利地產生錐形光束。密封區的成形部分這樣便可以為模組的後續加工提供其他優勢。
作為高潤濕性黏合劑，分配的黏合劑將開始從模組固定裝置205的壁中的區域(諸如，在電池210下面的黏合井215中的連接埠235)“洩露”，以便可以用於電性互連。隨著黏合劑開始出現，其幾乎立刻固化，由此將孔口密封預防黏合劑的進一步損失並且允許分配的黏合劑填充黏合井215，同時還維持與電池210建立電性/機械接觸的能力。
一些實施例包括一個或多個掩膜240，所述掩膜240阻止了來自固定裝置部分200所選區域的固化模態的曝光/應用。其他實施例包括固化模態通道245或插口，所述通道245或插口引導和/或促進固化模態分佈/重新分佈在整個模組固定裝置的所選區域。黏合劑通道230、掩膜240和光線通道245中的一個或多個是在必要或期望時用作實施本發明實施例的可選元件。
圖3是第一優選處理300的流程圖。處理300優選使用具有二階段固化(紫外線固化和時間固化)的雙組分黏合劑。處理300使用紫外線不透明的模組固定裝置。通常，處理300包括將電池填裝入第一模組固定裝置305。這類似於包含被密封在上述黏合井內的五十或更多個立式電池組電池的託盤。
紫外線源被打開(步驟310)。一個優選的實施例提供了兩個紫外線源：在紫外線不透明的模組支撐結構“下面”的較低紫外線源和在紫外線不透明的模組支撐結構“上面”的較高紫外線源。步驟310打開較低紫外線源(在這種情況下是紫外線燈)。
處理300的步驟315應用高潤濕性黏合劑。由於其特性，黏合劑開始容易地流動並且開始潤濕黏合井中的黏合表面。處理300包括將紫外線透明的固定裝置安裝在電池組電池頂部上的可選步驟320。第一模組固定裝置支撐/包含/黏合電池組電池的一端。電池組電池可能不會與黏合井的縱軸充分垂直對齊。另外，在黏合劑充分固化之前，存在著電池組電池中的一個或多個變得不對齊的一定風險。本發明較傳統系統的優勢之一是相對快速的固化時間，其允許後黏合劑應用(post-adhesive-application)元件處理繼續比使用傳統系統時更快。此類處理往往會擾亂電池的優選位置/對齊。當使用時，步驟320的固定裝置被設計成在黏合劑應用和/或後黏合劑應用處理期間定位並包含電池的第二端，同時黏合劑合適地固化。在一些情況下，第二固定裝置改善了元件的容限。這種固定裝置可以是臨時結構或者可以是永久結構，諸如將要永久附連到電池組電池第二端的相反模組固定裝置。
在步驟325中，應用的黏合劑潤濕黏合表面，並且應用的黏合劑的一些部分從結構的底部(諸如在連通到黏合井的各種孔口，諸如在連接器通孔(via)和其他特徵及埠附近)冒出。冒出的黏合劑被立即曝光到固化模態(如，與來自較低紫外線燈的紫外線輻射進行光聯絡)，並根據實施方式細節在大約數秒至數分鐘內固化。固化的黏合劑密封孔口並阻止另外的黏合劑離開，這繼而允許黏合劑填充黏合井並潤濕所有的所需黏合表面。因為模組固定裝置是紫外線不透明的，較低紫外線燈通常不會與黏合井內的黏合劑進行光聯絡。模組固定裝置被設計成通過使用斜面和/或通道和其他結構將應用的黏合劑的大部分引導到電池組電池和模組固定裝置之間的黏合表面。
步驟330關閉較低紫外線源，並且打開較高紫外線源。較高紫外線源將固化模態應用到分配黏合劑的頂端，以將其同樣地固化。紫外線不透明的模組固定裝置阻止來自較低紫外線源的固化模態固化黏合井內的黏合劑，由此允許其流動並潤濕所有的所期望的黏合表面。較高紫外線燈從紫外線不透明的模組固定裝置的“頂”側固化黏合井中的黏合劑。通過紫外線透明固定裝置(如果已將其安裝)來應用來自較高燈的固化模態。
步驟335在大約數秒至數分鐘內將被較高紫外線源曝光的黏合劑固化。之後，可以開始模組的進一步機械處理。任何被遮蔽的黏合劑(如，任何未被曝光到固化模態的黏合劑)將在之後的數天或數周內固化。如上所述，紫外線輻射是初級固化模態。優選在處理300中使用的雙組分黏合劑包括次級固化模態一時間(如，對在黏合劑中使用的硬化劑起反應)或熱輻射的應用。(可以在後一種情況下加熱後曝光模組(post-exposed module)以完成被遮蔽的黏合劑的固化。在一些實施方式中，其足以讓黏合劑隨時間安置並固化。)
電池組電池有時包括收縮包裝套(shrink wrap cover)。在一些實施例中將固定裝置填裝上沒有此類收縮包裝的電池組電池是具有優勢的。例如，沒有收縮包裝的電池組電池暴露某一類型電池的紫外線反射鍍鎳鋼殼。這些電池的鋼殼可以在必要或期望時用來幫助紫外線穿透以及固化模態在整個密集組裝的電池中重新分佈到黏合區域。此外，可以增加在機械結構中黏合井的通風裝置(draft)，以允許更好的光接入全部黏合區域。一旦黏合表面被黏合劑潤濕，就可以將固定模組放置在紫外線烘箱中，以將被曝光的黏合劑固化在整個元件的所有黏合區域中。這種紫外線固化提供了第一階段的機械強度，以繼續後續的製造操作。在接下來的數天或數周內，在初始紫外線曝光期間被遮蔽的黏合劑在室溫下隨時間而固化。
除了初級紫外線固化可以通過在模組固定裝置的底塊中的埠進行應用以外，處理300還可以用在電池模組的第二側上。紫外線發射“插口”可以延伸通過埠並完全固化一些區段，同時“表層固化(skin curing)”大部分的黏合劑，以便模組可以在進一步處理中被翻倒或翻轉。
圖4是第二優選處理400的流程圖。在許多方面類似于本文所述的處理300，處理400優選使用紫外線透明的模組固定裝置和單組分UV固化黏合劑。因為雙組分黏合劑要求處置或清潔與混合雙組分黏合劑接觸的設備，所以與雙組分黏合劑相比，單組分黏合劑有利於製造。
在處理400中，電池被填裝入紫外線透明的模組固定裝置(步驟405)，並且結構被關閉。除了黏合劑可以從結構的底部離開的區域以外，模組底部上的所有區域被紫外線不透明的板或屏障掩蔽(步驟410)。紫外線源(如，將所有未被掩蔽區域曝光的單燈、或者LED矩陣的許多紫外線LED，一個LED用於一個孔口)被打開(步驟415)，並且應用的黏合劑潤濕黏合表面(步驟420)並開始離開連通到黏合井的各種孔口。在潤濕期間，元件的底部被暴露到來自一個或多個紫外線源的紫外光，隨著黏合劑嘗試從底部中的孔口離開而固化黏合劑(步驟425)。在潤濕後，掩膜被移除(步驟430)，並且整個元件被暴露到紫外光，穿透結構並完全固化黏合劑(步驟435)。此時，在必要或期望時，元件被打開用於另外的操作。一旦將這些完成，就再次關閉元件，並且將上述處理重複用於外殼的另一側。組件此時在兩側被紫外線固化。
圖5是固化模組固定裝置的電池組電池510和模組固定裝置壁515之間代表性黏合區域505的部分500的側視圖的細節。部分500是被本發明潤濕並固化的黏合表面的比例的更好表示。黏合劑以交叉影線網底示出，圖示了優選實施方式限制黏合劑逃脫出底部並在沒有填充過滿的情況下填充黏合井。在製造環境中，分配精確量的黏合劑會是困難的，有時黏合井未被完全填充或者有時其被填充過滿。未填滿因其降低了黏合的強度而是不期望的，同時填充過滿因額外的成本而是不期望的。目標是實現由圖5所示元件概括地表示的黏合劑量，應當理解實際可以使用更多或更少的黏合劑。
所公開實施例的修改包括使用黏合劑的雙相分配。在第一相中，分配被配製來高度潤濕同時快速“去膜”的黏合劑，然後在第二相中，分配結構性的黏合劑。第一相黏合劑主要目標是在孔口附近創造屏障以密封固定裝置並阻止第二相黏合劑離開。
以上系統已經在電動車輛(EV)系統中使用的多電池的電池組包的優選實施例中進行描述。在本文的描述中，提供了許多特定細節，諸如部件和/或方法的實例，以提供對本發明實施例的完全理解。然而，本領域技術人員將認識到可以在沒有一項或多項具體細節的情況下或通過其他設備、系統、元件、方法、部件、材料、零件等等來實踐本發明的實施例。在其他情況下，未具體示出或詳細描述公知的結構、材料或操作，以避免使本發明實施例的方面變模糊。
在整篇說明書中提到“一個實施例(one embodiment)”、“實施例(an embodiment)”或“具體實施例(a specific embodiment)”意指與結合實施例描述的特定特徵、結構或特性包括在本發明的至少一個實施例中，並且不一定在所有實施例中。因而，在整篇說明書中不同地方的短語“在一個實施例中(in one embodiment)”、“在實施例中(in an embodiment)”或“在具體實施例中(in a specific embodiment)”的各個表像不一定是指相同的實施例。此外，本發明的任何具體實施例的特定特徵、結構或特性可以按任何合適的方式與一個或多個其他實施例結合。應當理解本文所述和所示的發明實施例的其他變型和修改可能是根據本文教導的，並將被視作本發明精神和範圍的一部分。
還應當理解還可以以更分離或更整合的方式實施附圖所示元件中的一個或多個，或者甚至因為在某些情況下不能操作而被移除或因為可以根據特定應用是有用的而被提供。
另外，除非另外明確指明，附圖中的任何標誌箭頭應當僅被視為示例性的，而並非限制。此外，除非另外指明，本文所用的術語“或”一般意在表示“和/或”。在術語因提供分離或組合能力是不清楚的而被預見的情況下，部件或步驟的組合也將視為已被指明。
如在本文的描述和在下面整篇權利要求書中所用，除非另外指明，“一個(a)”、“一個(an)”和“該(the)”包括複數參考物。同樣，如在本文的描述和在下面整篇權利要求書中所用，除非另外指明，“在...中(in)”的意思包括“在...中(in)”和“在...上(on)”。
本發明所示實施例的上述描述(包括在說明書摘要中所述的內容)並非意在詳盡列舉或將本發明限制到本文所公開的精確形式。儘管在本文僅為說明的目的而描述了本發明的具體實施例和本發明的實例，但是正如本領域技術人員將認識和理解的，各種等效修改是可以在本發明的精神和範圍內的。如所指出的，可以按照本發明所述實施例的上述描述來對本發明進行這些修改，並且這些修改將在本發明的精神和範圍內。
因而，儘管本發明在本文已參照其具體實施例進行描述，但是修改自由、各種改變和替換意在上述公開內，並且應當理解，在某些情況下，在未背離所提出發明的範圍和精神的前提下，在沒有對應使用其他特徵的情況下將採用本發明的一些特徵。因此，可以進行許多修改，以使特定環境或材料適應本發明的實質範圍和精神。本發明並非意在限制到在下面權利要求書中使用的特定術語和/或作為設想用以執行本發明的最佳方式公開的具體實施例，但是本發明將包括落入所附權利要求書範圍內的任何和所有實施例及等同物。因而，本發明的範圍將只由所附的權利要求書進行確定。
100．．．系統
105．．．黏合元件
110．．．第一模組固定裝置元件
115．．．第二模組固定裝置元件
120．．．可選支撐元件
200．．．部分
205．．．模組固定裝置
210．．．電池
215．．．黏合井
217．．．標稱填充深度
220．．．紫外線源
225．．．斜面
230．．．通道
235．．．連接埠
240．．．掩膜
245．．．通道
圖1是系統的框圖；
圖2是模組固定裝置中電池的詳細視圖；
圖3是第一優選處理的流程圖；
圖4是第二優選處理的流程圖；以及
圖5是電池和模組固定裝置之間的代表性黏合區域的側視圖的細節。
100．．．系統
105．．．黏合元件
110．．．第一模組固定裝置元件
115．．．第二模組固定裝置元件
120．．．可選支撐元件

Claims (21)

  1. 一種黏合方法，該方法包括步驟：(a)將黏合劑分配入填裝有多個元件的第一模組固定裝置，其中，該第一模組固定裝置提供多個黏合井，該多個元件具有對應於該第一模組固定裝置的該等黏合井之結構，各黏合井接收該等元件中的一個或多個的第一部分，該第一模組固定裝置包括與該等黏合井中的一個或多個連通的一個或多個孔口，該黏合劑在應用固化模態時能被選擇性地固化；(b)將該固化模態選擇性地應用到在密封區中的該被分配的黏合劑的第一部分，該密封區包括圍繞該等孔口的一個或多個區域，其中，在該密封區中的該被分配的黏合劑被充分固化以阻止相當數量的該黏合劑從該等孔口冒出，同時該黏合劑繼續被分配入該第一模組固定裝置，其中，該固化模態未被應用到在該密封區外的該黏合劑的第二部分；以及(c)將該固化模態應用到該被分配的黏合劑的該第二部分。
  2. 根據申請專利範圍第1項所述的黏合方法，其中，該黏合劑是高潤濕性黏合劑，該黏合劑具有一個或多個潤濕性參數，該參數選自於由50至500厘泊的實質範圍內的黏度，該等黏合井的基底與該黏合劑產生在空氣中實質小於5度的接觸角的表面張力及其組合所組成的群組。
  3. 根據申請專利範圍第1項所述的黏合方法，其中，接收該一個或多個元件的該部分的該多個黏合井具有標稱深度，並且其中，在該等黏合井沒有實質上填充過滿的情況下，該黏合劑填充該多個黏合井直到大約該標稱深度。
  4. 根據申請專利範圍第1項所述的黏合方法，其中，該第一模組固定裝置包括第一電池組固定裝置翻蓋(clamshell)和第二電池組固定裝置翻蓋，該多個元件包括多個電池組電池，該等黏合井由在該翻蓋中的沉孔(counterbore)形成，被接收在該等沉孔內的該等電池組的該等部分包括該電池組的端部，並且其中，填裝有該等電池組電池之一的端部的各沉孔具有限定了連通到該沉孔的接觸端孔口的該翻蓋的壁的一部分，允許從該翻蓋的外部電性連通到該電池組電池的該端部。
  5. 根據申請專利範圍第4項所述的黏合方法，包括第一黏合順序和在該第一黏合順序之後的第二黏合順序，其中，該分配步驟a)包括：步驟a1)將該黏合劑分配入該第一翻蓋、以及步驟a2)將該黏合劑分配入該第二翻蓋，並且該第一部分黏合劑應用步驟b)包括：步驟b1)將該固化模態選擇性地應用到在該第一翻蓋中的密封區中的該被分配的黏合劑的第一部分、以及步驟b2)將該固化模態選擇性地應用到在該第二翻蓋中的密封區中的該被分配的黏合劑的第一部分，該第一黏合順序包括步驟a1)和步驟b1)，並且該第二順序包括步驟a2)和步驟b2)。
  6. 根據申請專利範圍第5項所述的黏合方法，其中，步驟b1)中的該密封區包括該第一固定裝置中的該等黏合井且不包括該第二固定裝置中的黏合井，並且步驟b2)中的該等密封區包括該第二固定裝置中的該等黏合井且可以包括該第一固定裝置的密封區。
  7. 根據申請專利範圍第1項所述的黏合方法，其中，該被分配的黏合劑包括在分配期間的多個潤濕性特性，該黏合劑的該第一部分具有與該黏合劑的該第二部分不同的潤濕性。
  8. 根據申請專利範圍第7項所述的黏合方法，其中，該第二部分的該潤濕性大於該第一部分的該潤濕性。
  9. 根據申請專利範圍第7項所述的黏合方法，其中，該第二部分的該潤濕性小於該第一部分的該潤濕性。
  10. 根據申請專利範圍第1項所述的黏合方法，其中，該能選擇性地固化的黏合劑能在曝光到紫外線輻射時固化，並且該固化模態包括將紫外線輻射選擇性應用到該被分配的黏合劑的被識別的部分。
  11. 根據申請專利範圍第1項所述的黏合方法，其中，該能選擇性地固化的黏合劑能在曝光到一種或多種模態時固化，該模態選自於由紫外線、電子束、過氧化物、陽離子、胺、羥基、熱及其組合所組成的群組，並且該固化模態包括將所選的一種或多種模態應用到該被分配的黏合劑的被識別的部分。
  12. 根據申請專利範圍第1項所述的黏合方法，其 中，該第一模組固定裝置包括黏合劑導向結構，該黏合劑導向結構將該被分配的黏合劑引導到在該多個元件的該等部分和該固定裝置之間的該多個黏合井中的多個黏合表面。
  13. 根據申請專利範圍第12項所述的黏合方法，其中，該黏合劑導向結構包括一個或多個結構，該一個或多個結構選自於由斜面、通道、沉孔、斜壁及其組合所組成的群組。
  14. 根據申請專利範圍第1項所述的黏合方法，還包括：(d)將模態透明的固定裝置應用到與該第一部分不同的該多個元件的第二部分的步驟，該模態透明的固定裝置在透過該被分配的黏合劑潤濕該多個元件期間被接合到該多個元件的該第二部分。
  15. 根據申請專利範圍第14項所述的黏合方法，還包括：(e)在固化殼中固化該第一模組固定裝置和該模態透明的固定裝置的步驟，其將該固化模態應用到所有被曝光的被分配的黏合劑。
  16. 根據申請專利範圍第1項所述的黏合方法，其中，該多個元件中的每一個的外表面的一部分包括用於將該固化模態重新引導入該第一模組固定裝置的主體的固化模態重新引導部件，該固化模態重新引導部件促進元件間黏合。
  17. 根申請專利範圍第1項所述的黏合方法，還包括填裝有該多個元件的第二模組固定裝置，其中，該第二模 組固定裝置提供多個黏合井，該多個元件具有對應於該第二模組固定裝置的該等黏合井之結構，各黏合井接收該等元件中的該一個或多個的第二部分，該第二模組固定裝置包括與該第二模組固定裝置中的該等黏合井中的一個或多個連通的一個或多個孔口，該方法還包括步驟：(d)在步驟(a)-(c)之後將該黏合劑分配入該第二模組固定裝置；(e)將該固化模態選擇性地應用到在第二密封區中的該被分配的黏合劑的第三部分，該第二密封區包括圍繞該第二模組固定裝置的該等孔口的一個或多個區域，其中，在該第二密封區中的該被分配的黏合劑被充分固化以阻止相當數量的該黏合劑從該等孔口冒出，同時該黏合劑在步驟d)期間繼續被分配入該第二模組固定裝置，其中，該固化模態未被應用到在該第二密封區外的該黏合劑的第四部分，但可以包括將該固化模態應用到在該第一模組固定裝置的該密封區中的該黏合劑的部分；以及(f)將該固化模態應用到該被分配的黏合劑的該第四部分。
  18. 根據申請專利範圍第1項所述的黏合方法，其中，該黏合劑包括被佈置在該密封區中表示該黏合劑的固化狀態的指示劑。
  19. 根據申請專利範圍第1項所述的黏合方法，其中，該第一模組固定裝置對該固化模態是透明的，該密封區由對該固化模態不透明的掩膜限定。
  20. 一種黏合方法，該方法包括步驟：(a)用多個元件填裝模組固定裝置，該模組固定裝置對固化模態是透明的；(b)使用對該固化模態不透明的掩膜來掩蔽該模組固定裝置的第一部分的所選區域，產生該模組固定裝置的未被掩蔽第一部分和該模組固定裝置的被掩蔽第一部分；(c)將黏合劑分配入該被填裝的模組固定裝置，該黏合劑在應用該固化模態時能被選擇性地固化，並且其中，該模組固定裝置提供多個黏合井，該多個元件具有對應於該等黏合井之結構，各黏合井接收該多個元件中的一個或多個的第一部分，該模組固定裝置包括與該等黏合井中的一個或多個連通的一個或多個孔口，該黏合劑在應用固化模態時能被選擇性地固化；(d)在該分配步驟(c)期間，在未將該固化模態應用到在該被掩蔽第一部分中的該被分配的黏合劑的第二部分的情況下，在將該固化模態應用到在該第一部分中的該被分配的黏合劑的該第一部分時，固化在該未被掩蔽第一部分中的該被分配的黏合劑的第一部分；(e)移除該掩膜；以及(f)在將該固化模態應用到該模組固定裝置時，固化在該模組固定裝置中的未固化的被分配黏合劑，包括該被分配的黏合劑的該第二部分。
  21. 一種系統，包括：支撐多個元件的模組固定裝置，該模組固定裝置限定 了多個黏合井，該多個元件具有對應於該等黏合井之結構，各黏合井接收該等元件中的一個或多個的第一部分，該模組固定裝置包括與該等黏合井中的一個或多個連通的一個或多個孔口，該等黏合井具有標稱深度；分配系統，其被接合到該模組固定裝置，用以將黏合劑分配入各該黏合井並圍繞各該元件，在該元件沒有明顯填充過滿的情況下實質上填充該黏合井直到該標稱深度，該黏合劑在應用固化模態時能被選擇性地固化；以及固化結構，用於在分配該黏合劑期間該黏合劑從該等孔口冒出時，將該黏合劑選擇性地曝光到該固化模態。
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