牵引电池组组装方法与流程

牵引电池组组装方法
1.相关申请的交叉引用
2.本技术要求美国临时申请第63/322766号的优先权，所述美国临时申请于2022年3月23日提交并通过引用并入本文。
技术领域
3.本公开总体上涉及一种组装牵引电池组的方法，并且更具体地涉及电池电芯插入电池组中的方式。


背景技术：

4.电动化车辆不同于常规机动车辆，因为电动化车辆包括具有一个或多个电机的传动系。作为内燃发动机的替代或补充，电机可以驱动电动化车辆。牵引电池组总成可以为电机供电。电动化车辆的牵引电池组总成可以包括多组电池电芯。


技术实现要素：

5.在一些方面，本文描述的技术涉及一种电池组组装方法，所述电池组组装方法包括：压缩至少一个电芯堆；将至少一个电芯堆插入外壳结构的电芯接收开口中；以及使用推动器来将至少一个电芯堆中的至少一个电芯推出外壳结构。
6.在一些方面，本文描述的技术涉及一种方法，其中所述压缩包括压缩第一电芯堆和第二电芯堆，其中所述插入包括将第一电芯堆和第二电芯堆两者插入外壳结构中。
7.在一些方面，本文描述的技术涉及一种方法，所述方法还包括：使用柱塞来将第一电芯堆与第二电芯堆一起插入，所述柱塞在插入期间接触第一电芯堆和第二电芯堆两者。
8.在一些方面，本文描述的技术涉及一种方法，其中在插入期间，第一电芯堆和第二电芯堆彼此间隔开。
9.在一些方面，本文描述的技术涉及一种方法，所述方法还包括：使用第一压缩夹具来压缩第一电芯堆；以及使用不同于第一压缩夹具的第二压缩夹具来压缩第二电芯堆。
10.在一些方面，本文描述的技术涉及一种方法，其中第一电芯堆和第二电芯堆各自沿着相应的电芯堆轴线设置，并且所述方法还包括：在插入之前，将第一电芯堆相对地压向第二电芯堆。
11.在一些方面，本文描述的技术涉及一种方法，所述方法还包括按压直到第一压缩夹具接触第二压缩夹具。
12.在一些方面，本文描述的技术涉及一种方法，其中外壳结构是外壳环。
13.在一些方面，本文描述的技术涉及一种方法，其中对至少一个电芯堆的压缩是沿着轴线进行，其中所述插入使至少一个电芯堆相对于外壳结构在垂直于所述轴线的方向上移动。
14.在一些方面，本文描述的技术涉及一种方法，所述方法还包括：在插入之后，用外壳结构向至少一个电芯堆施加压缩力。
15.在一些方面，本文描述的技术涉及一种方法，其中在插入之后，外壳结构周向地包围至少一个电芯堆。
16.在一些方面，本文描述的技术涉及一种方法，其中所述推动是在插入之后响应于对至少一个电芯堆的检查而进行。
17.在一些方面，本文描述的技术涉及一种方法，其中所述检查包括对焊缝的检查。
18.在一些方面，本文描述的技术涉及一种方法，其中焊缝是母线焊缝。
19.在一些方面，本文描述的技术涉及一种方法，其中推动器占据被推出外壳结构的至少一个电芯的位置，直到至少一个替换电芯插入外壳结构的电芯接收开口中。
20.在一些方面，本文描述的技术涉及一种牵引电池组组装方法，所述牵引电池组组装方法包括：将电芯堆从压缩电芯堆的压缩夹具移动到外壳结构中，电芯堆包括多个电池电芯；在移动之后，使用外壳结构来压缩电芯堆；在电芯堆的电池电芯之间建立电连接；以及在将母线固定到电芯堆之前测试电连接。
21.在一些方面，本文描述的技术涉及一种牵引电池组组装方法，所述牵引电池组组装方法还包括：在测试之后，使用推动器来从电芯堆中移除电池电芯中的至少一个。
22.在一些方面，本文描述的技术涉及一种牵引电池组组装方法，其中在移除之后，所述推进器占据单个电池电芯的位置。
23.在一些方面，本文描述的技术涉及一种牵引电池组组装方法，所述牵引电池组组装方法还包括在测试之后安装母线，所述母线将电芯堆电连接到由外壳结构压缩的另一个电芯堆。
24.可独立地或以任何组合方式采用前述段落、权利要求或以下描述和附图的实施例、示例和替代方案，包括它们的各种方面或相应个别特征中的任何一个。结合一个实施例描述的特征适用于所有实施例，除非此类特征是不兼容的。
附图说明
25.根据具体实施方式，所公开的示例的各种特征和优点对于本领域技术人员而言将变得显而易见。随附于具体实施方式的附图可简要地描述如下：
26.图1示出了电动化车辆的侧视图。
27.图2示出了根据本公开的示例性方面的来自图1的电动化车辆的牵引电池组总成的局部分解图。
28.图3示出了由压缩夹具压缩以提供用于图2的牵引电池组总成的电芯堆的电芯组。
29.图4示出了图3的由压缩夹具压缩并提供电芯堆的电芯组。
30.图5示出了图4的电芯堆，所述电芯堆与其他电芯堆对齐以提供用于图2的牵引电池组总成的电芯矩阵。
31.图6示出了图5的被插入外壳环中的电芯矩阵。
32.图7示出了图6的仰视图。
33.图8示出了大致在图6中的线8-8处截取的截面图。
34.图9示出了图8的区域的特写视图。
35.图10示出了图6的插入外壳环中之后的电芯矩阵。
36.图10a示出了当使用推动器来从电芯矩阵取出电芯时图10中的在线10-10处的截
面图。
37.图10b示出了在推动器已经从电芯矩阵取出电芯之后图10中的在线10-10处的截面图。
38.图11示出了图6的在固定外壳盖之后的电芯矩阵和外壳环。
39.图12示出了图11的恰好在固定外壳底板之前的电芯矩阵和外壳环。
具体实施方式
40.本公开详述了具有提供内部区域的外壳的示例性牵引电池组总成。电池电芯和电子模块可以与其他部件一起保持在内部区域内。电池电芯可以用于为电机供电。
41.具体地，本公开详述了与组装牵引电池组总成有关的示例性系统和方法。
42.参考图1，电动化车辆10包括牵引电池组总成14、电机18和车轮22。牵引电池组总成14为电机18供电，所述电机可以将电力转换为机械力以驱动车轮22。牵引电池组总成14可以是相对高压电池。
43.在示例性实施例中，牵引电池组总成14固定到电动化车辆10的车身底部26。在其他示例中，牵引电池组总成14可以位于电动化车辆10的其他地方。
44.电动化车辆10是纯电动车辆。在其他示例中，电动化车辆10是混合动力电动车辆，其选择性地使用由内燃发动机(替代电机或者是对电机的补充)提供的扭矩来驱动车轮。一般而言，电动化车辆10可以是具有牵引电池组的任何类型的车辆。
45.现在参考图2，牵引电池组总成14包括保持在外壳总成34内的多个电池电芯30。在示例性实施例中，外壳总成34包括各种外壳结构。具体地，示例性外壳总成34包括外壳盖38、外壳环40以及外壳底板42。外壳盖38、外壳环40和外壳底板42固定在一起以提供容纳多个电池电芯30的内部区域44。
46.多个电池电芯(或简称为“电芯”)30用于向电动化车辆10的各种部件供应电力。电池电芯30相对于彼此并排堆叠以构建多个电芯堆46中的一个，所述电芯堆被并排定位以提供电芯矩阵50。在该示例中，每个电芯堆46包括九个单独的电池电芯30，并且电芯矩阵50包括五个电芯堆46。
47.尽管在本公开的各种实施例中示出了特定数量的电池电芯30和电芯堆46，但是牵引电池组总成14可以包括任何数量的电芯30和电芯堆46。在一些示例中，实施例可以包括均匀数量的电池电芯30和均匀数量的电芯堆46，这可以帮助支持有效的电气总线布置。换句话说，本公开不限于图2所示的电芯30的特定配置。
48.在实施例中，电池电芯30是棱柱形锂离子电芯。然而，在本公开的范围内，可以可替代地利用具有其他几何形状(圆柱形、软包状等)和/或化学性质(镍-金属氢化物、铅酸等)的电池电芯。
49.在该示例中，外壳环40包括相对于彼此布置的多个侧壁56以提供电芯接收开口60。例如，侧壁56可以被挤压、滚压成型、铸造、模制或者可以是通过焊接、紧固或粘结连接在一起的其他结构。
50.当组装牵引电池组总成14时，外壳盖38可以固定到外壳环40的竖直上侧62。外壳盖38与外壳环40之间的界面围绕内部区域44连续地周向延伸。当组装牵引电池组总成14时，外壳底板42可以固定到外壳环40的竖直下侧64。外壳底板42与外壳环40之间的界面围
绕内部区域44连续地周向延伸。例如，机械紧固件或焊接点可以用于将外壳盖38和外壳底板42固定到外壳环40。出于本公开的目的，竖直是参考地面和电动化车辆10在操作期间的总体取向。
51.当组装牵引电池组总成14时，电芯矩阵50定位在电芯接收开口60内。示例性外壳环40包括一个电芯接收开口60，但是应当理解，本公开还扩展到提供多于一个电芯接收开口的外壳总成。外壳盖38可以覆盖电芯接收开口60内的电芯矩阵50，以基本上从所有侧面包围电芯30。
52.当电芯矩阵50插入外壳环40的电芯接收开口60中时，外壳环40压缩并保持电芯矩阵50。在该示例中，当电芯矩阵50定位在电芯接收开口60内时，外壳环40的侧壁56向电芯矩阵50施加力。
53.牵引电池组总成14可以被认为是电芯到电池组电池总成。与常规的牵引电池组电池总成不同，电芯到电池组电池总成将电池电芯或其他能量存储装置结合到外壳总成34中，而没有以阵列或模块布置电芯。外壳总成34向电芯施加压缩力。因此，电芯到电池组电池总成可以消除常规电池阵列中使用的大多数(如果不是全部的话)阵列支撑结构(例如，阵列框架、间隔件、导轨、壁、端板、绑定件等)，所述阵列支撑结构用于将电池电芯分组并保持在阵列/模块内。
54.电芯矩阵50包括多个单独的电芯堆46，所述多个单独的电芯堆同时插入外壳环40的电芯接收开口中。为了将示例性电芯矩阵50插入电芯接收开口60中，电芯矩阵50的电芯堆46被压缩，并且在被压缩时移动到电芯接收开口60中的适当位置。当插入电芯矩阵50时，移除压缩电芯堆46所依赖的夹具。电芯堆46可以在外壳总成34内略微膨胀，但仍被外壳总成34压缩。
55.现在将结合图3至图8解释组装牵引电池组14的示例性方法。
56.首先，沿着电芯堆轴线a压缩多组电芯30，如图3所示，以提供电芯堆46中的一个。压缩夹具68用于沿着电芯堆轴线a压缩电芯30。在一些示例中，由压缩夹具68施加在电芯30上的压缩力为3千牛顿。外部单元可以向压缩夹具68施加力，直到到达沿着电芯堆轴线a向电芯堆46施加期望的压缩力的位置。然后可以将压缩夹具68锁定在该位置，并且移除外部单元。外部单元可以是压抵模具弹簧以移动压缩夹具68的滚珠螺杆。
57.在该示例中，在电芯堆46内，分隔板72沿着电芯堆轴线a设置在电芯30中的每一个之间。分隔板72可以包括保持可压缩材料76的框架部分74。可压缩材料76可以压缩以允许电芯30有一些膨胀。可压缩材料76可以是泡沫。
58.在电芯堆46中的每一个内，滑板80设置在电芯30的相对轴向端部处。滑板80包括保持可压缩材料84的框架部分82。可压缩材料84可以是泡沫。可压缩材料84可以压缩以允许电芯30有一些膨胀。
59.在示例性方法中，重复该步骤五次以提供牵引电池组总成14的五个电芯堆46。电芯堆46中的每一个由模拟压缩夹具68的不同压缩夹具压缩和保持。因此，使用五个压缩夹具来提供示例性牵引电池组总成14的五个电芯堆46。
60.接下来，如图5所示，通过在压缩夹具68保持电芯堆46时并排定位五个电芯堆46来建立电芯矩阵50。间隔件86定位在电芯堆46中的每一个之间。间隔件86可以防止电芯堆46彼此直接接触，并且如果需要，可以提供引入粘合剂的空间。
61.在该示例中，电芯矩阵接合器总成90通过致动器沿着接合器轴线x移动，以沿着轴线x将五个电芯堆46按压在一起。当牵引电池组总成14安装在车辆内时，轴线x对应于电动化车辆10的纵向轴线。
62.在该示例中，电芯矩阵接合器总成90沿着轴线x按压电芯堆46，直到压缩夹具68彼此接触，这防止电芯堆46中的一个电芯堆中的电芯30直接接触电芯堆46中的另一个电芯堆中的电芯30。间隔件86可以替代地或另外防止这种接触。压缩夹具68之间的接触可以帮助相对于彼此定位电芯堆46。
63.在其他示例中，省略了间隔件86，并且电芯堆46被电芯矩阵接合器总成90按压在一起，直到电芯堆46中的一个电芯堆的电芯30直接接触电芯堆46中的另一个电芯堆中的电芯30。
64.电芯堆46中的每一个由相应的压缩夹具68沿着电芯堆轴线a压缩。在电芯矩阵50内，电芯堆轴线a彼此平行。插入步骤在垂直于电芯堆轴线a的方向上相对于外壳环40移动电芯矩阵50。
65.再次参考图5的示例，在按压之后，使电芯矩阵50相对于外壳环40移动，直到电芯矩阵50如图6和图7所示处于外壳环40和电芯接收开口60的竖直下方，电芯矩阵接合器总成90和压缩夹具68将电芯矩阵50保持在一起，直到电芯矩阵50定位在外壳环40的竖直下方。
66.然后，组装方法将电芯矩阵50(在该示例中再次包括五个电芯堆46)插入外壳环40的电芯接收开口60中。在该示例中，五个电芯堆46在插入期间彼此间隔开一定距离。在插入期间，外壳环40固定到环托盘98。定位销102可以用于在插入期间相对于环托盘98定位外壳环40。
67.为了插入电芯矩阵50，多个柱塞94由致动器向上驱动，以将电芯堆46竖直向上压出压缩夹具68并压入电芯接收开口60中。在其他示例中，电芯堆46可以在其他方向上插入电芯接收开口60中。
68.当如图7所示从底部观察时，压缩夹具68具有“i”形轮廓。当彼此接触时，压缩夹具68各自建立孔106的部分周边。
69.在该示例中，多个柱塞94包括柱塞94a和柱塞94b。当将电芯矩阵50插入电芯接收开口60中时，柱塞94b中的每一个延伸穿过孔106中的一个。在插入期间，柱塞94b中的每一个接触两个电芯堆46。柱塞94a在插入期间接触单个电芯堆。
70.在插入之后，外壳环40周向地包围电芯矩阵50的电芯堆46。插入将电芯矩阵50定位在外壳环40内，这在电芯堆46上施加压缩力。外壳环40可以允许电芯30在从压缩夹具68移除之后有一些膨胀。因此，在插入之后由外壳环40施加在电芯堆46上的压缩力小于由压缩夹具68施加在电芯堆上的压缩力。
71.参考图8和图9并且继续参考图7，为了便于插入，示例性外壳环40的内表面衬有垫板110，所述垫板具有被倒角的前缘114。与电芯堆46相关联的滑板80具有被倒角的前缘118。在插入期间，滑板80与垫板110直接对接。前缘114和前缘118上的倒角可以有助于在插入期间将电芯堆46引导到电芯接收开口60中。
72.参考图10，在电芯矩阵50定位在环托盘98内之后，环托盘98可以定位在焊接托盘122上。然后可以将母线模块126安装并固定到电池电芯30的端子。在示例中，母线经由激光焊接连接到每个电芯堆46。然后检查焊缝。如果检查合格，则可以安装将电芯堆46彼此电连
接的另外的母线。在这个阶段，还可以在电芯堆46之间注入粘合剂以帮助将电芯矩阵50粘结在一起。
73.如果检查(诸如对母线焊缝的检查)不合格，则可能需要从电芯矩阵50中移除电池电芯30中的一个或多个。参考图10a和图10b，可以移除母线模块126中的一者或多者，并且当电芯矩阵50由外壳环40保持时，可以使用推动器128或“挤压垫”来从电芯矩阵50中取出电池电芯30中的一个或多个。推动器128可以竖直移动，直到推动器128将电池电芯30中的一个或多个压抵出电芯矩阵50。在充分移动之后，推动器128最终占据被移除的一个或多个电池电芯30的位置。推动器128可以保持在该位置，直到一个或多个替换电池电芯准备好插入电芯矩阵50中。此时，随着一个或多个替换电池电芯的插入，推动器128逐渐撤回。在一些示例中，推动器128用于从电芯矩阵50中取出整个电芯堆46。例如，推动器128可以由伺服或主轴驱动的滚珠螺杆压力机致动。可以替代地在移除一个或多个电池电芯30之后撤回推动器。
74.在一些示例中，在电芯堆46组装到电芯矩阵50中并由外壳环40压缩之后，建立电芯堆46中的每一个的电池电芯30之间的电连接。可以在固定电连接电芯矩阵50的电芯堆46的任何母线模块126之前测试这些连接。如果一个或多个电池电芯30出现问题，则可以使用推动器128从电芯矩阵中取出那些电池电芯30。如果没有问题并且测试指示电芯堆46适合使用，则可以安装母线模块126。
75.在一些示例中，在组装牵引电池组总成14之后，推动器128可以用于从电芯矩阵50中取出一个或多个电池电芯30。在这样的示例中，将需要打开外壳总成34以向推动器128提供通向电芯矩阵50的通路。
76.现在参考图11，在安装母线模块126、母线和其他电子器件模块并进行电连接之后，将外壳盖38固定到外壳环40。
77.参考图12，具有外壳环40和电芯矩阵50的环托盘98接下来定位在由浅盘托盘130保持的外壳底板42附近。机器人升降器134可以用于定位环托盘98。
78.然后，浅盘托盘130和外壳底板42相对于环托盘98、外壳环40和电芯矩阵50竖直移动，直到外壳底板42处于适于固定到外壳环40的位置。例如，外壳底板42然后经由焊接点或机械紧固件固定到外壳环40。可以在将外壳底板42固定到外壳环40之前，将热交换板、热界面材料等安装在外壳底板42上。然后可以将牵引电池组总成14安装到图1的电动化车辆10中。
79.先前描述在本质上是示例性的而非限制性的。对所公开的示例作出的变化和修改对于本领域技术人员而言可能变得显而易见，所述变化和修改不一定脱离本公开的本质。因此，只能通过研究所附权利要求来确定赋予本公开的保护范围。
80.根据本发明，一种牵引电池组组装方法包括：将电芯堆从压缩电芯堆的压缩夹具移动到外壳结构中，电芯堆包括多个电池电芯；在移动之后，使用外壳结构压缩电芯堆；在电芯堆的电池电芯之间建立电连接；以及在将母线固定到电芯堆之前测试电连接。
81.在本发明的一个方面，所述方法包括：在测试之后，使用推动器来从电芯堆中移除电池电芯中的至少一个。
82.在本发明的一个方面，在移除之后，推动器占据单独的电池电芯的位置。
83.在本发明的一个方面，所述方法包括在测试之后安装母线，所述母线将电芯堆电
连接到由外壳结构压缩的另一个电芯堆。

技术特征：
1.一种电池组组装方法，其包括：压缩至少一个电芯堆；将所述至少一个电芯堆插入外壳结构的电芯接收开口中；以及使用推动器来将所述至少一个电芯堆中的至少一个电芯推出所述外壳结构。2.如权利要求1所述的方法，其中所述压缩包括压缩第一电芯堆和第二电芯堆，其中所述插入包括将所述第一电芯堆和所述第二电芯堆两者插入所述外壳结构中。3.如权利要求2所述的方法，其还包括：使用柱塞来将所述第一电芯堆与所述第二电芯堆一起插入，所述柱塞在所述插入期间接触所述第一电芯堆和所述第二电芯堆两者。4.如权利要求2所述的方法，其中在所述插入期间，所述第一电芯堆和所述第二电芯堆彼此间隔开。5.如权利要求2所述的方法，其还包括使用第一压缩夹具来压缩所述第一电芯堆；以及使用不同于所述第一压缩夹具的第二压缩夹具来压缩所述第二电芯堆。6.如权利要求5所述的方法，其中所述第一电芯堆和所述第二电芯堆各自沿着相应的电芯堆轴线设置，并且所述方法还包括：在所述插入之前，将所述第一电芯堆相对地压向所述第二电芯堆。7.如权利要求6所述的方法，其还包括按压直到所述第一压缩夹具接触所述第二压缩夹具。8.如权利要求1所述的方法，其中所述外壳结构是外壳环。9.如权利要求1所述的方法，其中对所述至少一个电芯堆的所述压缩是沿着轴线进行，其中所述插入使所述至少一个电芯堆相对于所述外壳结构在垂直于所述轴线的方向上移动。10.如权利要求1所述的方法，其还包括：在所述插入之后，用所述外壳结构向所述至少一个电芯堆施加压缩力。11.如权利要求1所述的方法，其中在所述插入之后，所述外壳结构周向地包围所述至少一个电芯堆。12.如权利要求1所述的方法，其中所述推动是在所述插入之后响应于对所述至少一个电芯堆的检查而进行。13.如权利要求12所述的方法，其中所述检查包括对焊缝的检查。14.如权利要求13所述的方法，其中所述焊缝是母线焊缝。15.如权利要求1所述的方法，其中所述推动器占据被推出所述外壳结构的所述至少一个电芯的位置，直到至少一个替换电芯插入所述外壳结构的所述电芯接收开口。

技术总结
本公开提供“牵引电池组组装方法”。一种电池组组装方法包括：压缩至少一个电芯堆；将至少一个电芯堆插入外壳结构的电芯接收开口中；以及使用推动器来将至少一个电芯堆中的至少一个电芯推出外壳结构。另一种牵引电池组组装方法包括将电芯堆从压缩电芯堆的压缩夹具移动到外壳结构中。电芯堆包括多个电池电芯。在移动之后，所述方法使用外壳结构来压缩电芯堆。所述方法然后包括在电芯堆的电池电芯之间建立电连接，以及在将母线固定到电芯堆之前测试电连接。试电连接。试电连接。


技术研发人员：张哲春 帕特里克
受保护的技术使用者：福特全球技术公司
技术研发日：2023.03.09
技术公布日：2023/9/25