牵引电池包组装方法与流程

牵引电池包组装方法
1.相关申请的交叉引用
2.本技术要求于2022年3月23日提交的美国临时申请号63/322766的优先权，并且所述美国临时申请以引用的方式并入本文中。
技术领域
3.本公开总体涉及一种组装牵引电池包的方法，并且更具体地涉及如何将电芯堆移动到电池包的外壳中。


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，电机可驱动电动化车辆。牵引电池包总成可以为电机供电。电动化车辆的牵引电池包总成可以包括电芯组。


技术实现要素：

5.在一些方面中，本文描述的技术涉及一种电池包组装方法，其包括：将外壳结构与制造设备接合；使用所述制造设备改变所述外壳结构中的电芯接纳开口的尺寸；将至少一个电芯堆插入所述电芯接纳开口中；以及使所述制造设备与所述外壳结构脱离。
6.在一些方面中，本文描述的技术涉及一种方法，其中所述脱离在所述插入之后。
7.在一些方面中，本文描述的技术涉及一种方法，其中所述改变在所述接合之后。
8.在一些方面中，本文描述的技术涉及一种方法，其还包括在所述脱离之后，用所述外壳结构压缩所述至少一个电芯堆。
9.在一些方面中，本文描述的技术涉及一种方法，其中所述改变增大所述电芯接纳开口的尺寸。
10.在一些方面中，本文描述的技术涉及一种方法，其中所述电芯接纳开口的尺寸响应于所述脱离而减小。
11.在一些方面中，本文描述的技术涉及一种方法，其中所述外壳结构包括外壳环。
12.在一些方面中，本文描述的技术涉及一种方法，其中所述外壳结构是外壳托盘。
13.在一些方面中，本文描述的技术涉及一种方法，其中所述外壳结构是金属或金属合金。
14.在一些方面中，本文描述的技术涉及一种方法，其中每个电芯堆沿着相应的电芯堆轴线设置，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沿垂直于所述电芯堆轴线的方向移动。
15.在一些方面中，本文描述的技术涉及一种方法，其中所述外壳结构在所述插入之后周向地包围所述电芯堆。
16.在一些方面中，本文描述的技术涉及一种方法，其还包括在所述插入期间压缩所述至少一个电芯堆。
17.在一些方面中，本文描述的技术涉及一种方法，其还包括通过将至少一个楔形部分插入到所述电芯接纳开口中来改变所述电芯接纳开口的尺寸。
18.在一些方面中，本文描述的技术涉及一种方法，其中所述至少一个楔形部分包括第一插脚的楔形部分和第二插脚的楔形部分，并且所述方法还包括在所述插入期间，使所述至少一个电芯堆从其中所述第一插脚和所述第二插脚保持所述至少一个电芯堆的位置移动到所述电芯接纳开口中。
19.在一些方面中，本文描述的技术涉及一种牵引电池包总成，其包括：至少一个电芯堆；以及外壳结构，所述外壳结构具有电芯接纳开口，所述电芯接纳开口的尺寸改变以接纳所述至少一个电芯堆，所述外壳结构压缩所述至少一个电芯堆。
20.在一些方面中，本文描述的技术涉及一种牵引电池包总成，其中所述外壳结构是外壳托盘。
21.在一些方面中，本文描述的技术涉及一种牵引电池包总成，其中所述外壳结构是金属或金属合金。
22.在一些方面中，本文描述的技术涉及一种牵引电池包总成，其中所述至少一个电芯堆包括具有沿着轴线设置的多个单独的电芯的第一电芯堆，所述外壳结构沿着所述轴线压缩所述至少一个电芯堆的多个单独的电芯。
23.在一些方面中，本文描述的技术涉及一种牵引电池包总成，其中所述电芯接纳开口在外壳环内，所述外壳环由外壳托盘的多个侧壁提供。
24.在一些方面中，本文描述的技术涉及一种牵引电池包总成，其中所述外壳结构周向地包围所述至少一个电芯堆。可以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各个特征中的任一者。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示出了图1的电动化车辆的牵引电池包的局部展开视图。
28.图3示出了被压缩以提供用于图2的牵引电池包的电芯堆的一组电芯。
29.图4示出了图3的被压缩并提供电芯堆的电芯组。
30.图5示出了刚好在将电芯堆插入牵引电池包的外壳结构中之前与图4的电芯堆接合的制造设备的透视图。
31.图6示出了示出在插入外壳结构中之前保持电芯堆的制造设备的插脚的特写截面图。
32.图7示出了图6的在将插脚的楔形部分插入外壳结构中以改变外壳结构的电芯接纳开口的尺寸之后的截面。
33.图8示出了图7的插脚的透视图，所述插脚保持电芯堆并插入到外壳结构中。
34.图9示出了图8的在制造设备的推动器已经延伸以将电芯堆移动到外壳结构中之后的视图。
35.图10示出了图9的在从电芯接纳开口取回插脚并且使制造设备与电芯堆脱离之后的视图。
具体实施方式
36.本公开详细描述了具有提供内部区域的外壳的示例性牵引电池包总成。电芯和电子器件模块可以与其他部件一起保持在内部区域内。电芯可以用于为电机供电。
37.具体地，本公开详细描述了与组装牵引电池包总成有关的示例性系统和方法。
38.参考图1，电动化车辆10包括牵引电池包总成14、电机18和车轮22。牵引电池包总成14为电机18供电，所述电机可以将电力转换为机械动力以驱动车轮22。牵引电池包14可以是相对高压电池。
39.在示例性实施例中，牵引电池包14固定到电动化车辆10的车身底部26。在其他示例中，牵引电池包14可位于电动化车辆10的其他地方。
40.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(作为电机的替代补充)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包的任何类型的车辆。
41.现在参考图2，牵引电池包总成14包括保持在外壳总成34内的多个电芯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和外壳底板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芯30的内部区域44。
42.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。电芯30相对于彼此并排堆叠以构造多个电芯堆46中的一者，所述多个电芯堆并排定位以提供电芯矩阵50。在该示例中，每个电芯堆46包括八个单独的电芯30，并且电芯矩阵50包括四个电芯堆46。
43.尽管在本公开的各个实施例中示出了特定数量的电芯30和电芯堆46，但是牵引电池包总成14可以包括任何数量的电芯30和电芯堆46。在一些示例中，使用均匀数量的电芯30和均匀数量的电芯堆46可以帮助支持和有效的电气总线布置。换句话说，本公开不限于图2中所示的电芯30的特定配置。
44.在实施例中，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、袋状等)和/或化学性质(镍-金属氢化物、铅酸等)的电芯。
45.在该示例中，外壳环40和外壳底板42是外壳托盘54的部分。具体地，外壳环40由外壳托盘54的多个侧壁56提供。侧壁56相对于彼此布置以提供电芯接纳开口60。侧壁56可以是挤压、辊轧成形、铸造、模制结构或通过例如焊接、紧固或粘结连接在一起的其他结构。侧壁56可以从外壳底板42竖直向上延伸。示出了侧壁56和外壳的其余部分。
46.当组装牵引电池包总成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。例如，机械紧固件或焊缝可以用于固定外壳盖38和外壳环40。出于本公开的目的，竖直是参考地面和电气化车辆10在操作期间的通常取向。
47.当组装牵引电池包总成14时，电芯矩阵50定位在电芯接纳开口60内。示例性外壳
环40包括一个电芯接纳开口60，但是应当理解，本公开还扩展到提供多于一个电芯接纳开口的外壳总成。外壳盖38可以覆盖电芯接纳开口60内的电芯矩阵50，以基本上从所有侧面包围电芯30。
48.在电芯矩阵50插入到外壳环40的电芯接纳开口60中之后，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定位在电芯接纳开口60内时，外壳环40的侧壁56向电芯矩阵50施加力。
49.牵引电池包总成14可以被认为是电芯-电池包电池总成。与常规的牵引电池包电池总成不同，电芯-电池包电池总成将电芯或其他能量存储装置结合到外壳总成34中，而电芯不布置在阵列或模块中。外壳总成34向电芯施加压缩力。因此，电芯-电池包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、端板、绑定件等)，所述阵列支撑结构用于对电芯进行分组和将电芯保持在阵列/模块内。
50.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可以单独地插入到外壳环40的电芯接纳开口60中。为了插入示例性电芯堆46，电芯堆46在被压缩的同时移动到电芯接纳开口60中的适当位置。可以使用间隔件来维持不同电芯堆46之间的间隔。电芯堆46各自包括沿着轴线设置的一组电芯30。
51.现在将结合图3至图10解释组装牵引电池包总成14的示例性方法。首先，沿着电芯堆轴线a压缩电芯组30，如图3所示，以提供电芯堆46中的一者。例如，可以使用压缩固定装置来压缩电芯30。在一些示例中，施加在电芯30上的压缩力可以是3千牛顿。例如，致动器可以驱动压缩固定装置以沿着电芯堆轴线a压缩电芯30。
52.在该示例中，在电芯堆46内，隔板72沿着电芯堆轴线a设置在电芯30中的每一者之间。隔板72可以包括保持可压缩材料76的框架部分74。当与牵引电池包总成14一起安装时，可压缩材料76可以压缩以允许电芯30的一些电芯膨胀。可压缩材料76可以是泡沫。
53.电芯堆46中的每一者的相对轴向端部包括载荷板80。载荷板80包括保持可压缩材料84的框架部分82。可压缩材料76可以是泡沫。可压缩材料84可以压缩以允许电芯30的一些电芯膨胀。
54.接下来，如图5所示，电芯堆46由制造设备90接合，当与电芯堆46接合时，所述制造设备可以维持电芯堆46上的压缩载荷。在该示例中，制造设备90与例如已经由压缩固定装置压缩的电芯堆46接合。在其他示例中，制造设备90负责向电芯组30施加初始压缩力以提供电芯堆46。
55.示例性制造设备90是7轴装置。示例性制造设备90除其他外还包括用于与电芯堆46直接接合的第一插脚92和第二插脚96。制造设备90可以使第一插脚92和第二插脚96沿着轴线d相对于彼此来回移动，以选择性地增大或减小第一插脚92与第二插脚96之间的距离。
56.为了与电芯堆46接合，第一插脚92和第二插脚96各自放置在载荷板80中的相应的一个载荷板旁边。然后，第一插脚92和第二插脚96移动得更靠近在一起，以夹持载荷板80并抓住电芯堆46。虽然在该示例中示出了一个第一插脚92和一个第二插脚96，但是其他示例可以包括一个以上的第一插脚和一个以上的第二插脚。
57.现在参考图6至图10，第一插脚92包括具有成角度前缘104的楔形部分100。第二插脚96被类似地配置有具有成角度前缘108的楔形部分106。
58.在该示例中，在与电芯堆46接合之后，制造设备90移动以将第一插脚92的楔形部分100插入电芯接纳开口60中。第二插脚96的楔形部分106也移动到电芯接纳开口60中。成角度前缘104可以帮助引导楔形部分100和楔形部分106沿方向i(图6)插入内部区域44中。
59.在该示例中，第一插脚92的楔形部分100和第二插脚96的楔形部分106先于电芯堆46插入电芯接纳开口60中。插入第一插脚92的楔形部分100和第二插脚96的楔形部分106可以扩大电芯接纳开口60。扩大电芯接纳开口60促进将电芯堆46插入外壳托盘54的电芯接纳开口60中。
60.具体地，在插入期间，第一插脚92的楔形部分100和第二插脚96的楔形部分106按压外壳托盘54的侧壁56以使侧壁56沿方向o向外弯曲，如图7所示。这拉伸了外壳托盘54。侧壁56向外弯曲改变了电芯接纳开口60的尺寸。侧壁56的移动量可以小于五毫米。
61.在如图8所示将第一插脚92的楔形部分100和第二插脚96的楔形部分106插入内部区域44中以改变电芯接纳开口60的尺寸之后，制造设备90的推动器112从缩回位置延伸到伸出位置。推动器延伸将电芯堆46从图8的位置到图9的位置推入电芯接纳开口60中。电芯堆46的载荷板80在被推动器112推动时相对于第一插脚92和第二插脚96滑动。在该示例中，电芯堆46沿垂直于电芯堆的轴线a的方向被推动并插入电芯接纳开口60中。
62.然后，第一插脚92和第二插脚96可以从电芯接纳开口60中抽出，如图10所示，同时推动器112保持电芯堆46的位置。这使制造设备90与电芯堆46脱离。然后，外壳托盘54的侧壁56抵靠载荷板80向内弹回。侧壁56向内移动减小电芯接纳开口的侧面并且响应于脱离。
63.在取出第一插脚92和第二插脚96之后，示例性电芯堆46可以沿着轴线a略微膨胀，从而使载荷板80与外壳托盘54的侧壁56直接接触。侧壁56与载荷板80直接接触会维持电芯堆46上的一些压缩力。重复该过程以将其余电芯堆46装载到外壳托盘54中。
64.在电芯堆46和其他部件定位在外壳托盘54内之后，外壳盖38可以固定到外壳托盘54。外壳盖38可以使用例如机械紧固件来固定。然后可以将牵引电池包总成14安装到图1的电动化车辆10中。
65.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。

技术特征：
1.一种电池包组装方法，其包括：将外壳结构与制造设备接合；使用所述制造设备改变所述外壳结构中的电芯接纳开口的尺寸；将至少一个电芯堆插入所述电芯接纳开口中；以及使所述制造设备与所述外壳结构脱离。2.根据权利要求1所述的方法，其中所述脱离在所述插入之后。3.根据权利要求1所述的方法，其中所述改变在所述接合之后。4.根据权利要求1所述的方法，其还包括在所述脱离之后，用所述外壳结构压缩所述至少一个电芯堆。5.根据权利要求1所述的方法，其中所述改变增大所述电芯接纳开口的尺寸，并且任选地其中所述电芯接纳开口的尺寸响应于所述脱离而减小。6.根据权利要求1所述的方法，其中所述外壳结构包括外壳环，并且任选地其中所述外壳结构是外壳托盘。7.根据权利要求1所述的方法，其中所述外壳结构是金属或金属合金，并且任选地其中每个电芯堆沿着相应的电芯堆轴线设置，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沿垂直于所述电芯堆轴线的方向移动。8.根据权利要求1所述的方法，其中所述外壳结构在所述插入之后周向地包围所述电芯堆。9.根据权利要求1所述的方法，其还包括在所述插入期间压缩所述至少一个电芯堆。10.根据权利要求1所述的方法，其还包括通过将至少一个楔形部分插入到所述电芯接纳开口中来改变所述电芯接纳开口的尺寸，并且任选地其中所述至少一个楔形部分包括第一插脚的楔形部分和第二插脚的楔形部分，并且所述方法还包括在所述插入期间，使所述至少一个电芯堆从其中所述第一插脚和所述第二插脚保持所述至少一个电芯堆的位置移动到所述电芯接纳开口中。11.一种牵引电池包总成，其包括：设置的至少一个电芯堆；以及外壳结构，所述外壳结构具有电芯接纳开口，所述电芯接纳开口的尺寸改变以接纳所述至少一个电芯堆，所述外壳结构压缩所述至少一个电芯堆。12.根据权利要求11所述的牵引电池包总成，其中所述外壳结构是外壳托盘。13.根据权利要求11所述的牵引电池包总成，其中所述外壳结构是金属或金属合金。14.根据权利要求11所述的牵引电池包总成，其中所述至少一个电芯堆包括具有沿着轴线设置的多个单独的电芯的第一电芯堆，所述外壳结构沿着所述轴线压缩所述至少一个电芯堆的多个单独的电芯。15.根据权利要求11所述的牵引电池包总成，其中所述电芯接纳开口在外壳环内，所述外壳环由外壳托盘的多个侧壁提供，并且任选地其中所述外壳结构周向地包围所述至少一个电芯堆。

技术总结
本公开提供了“牵引电池包组装方法”。一种电池包组装方法包括：将外壳结构与制造设备接合；使用所述制造设备改变所述外壳结构中的电芯接纳开口的尺寸；将至少一个电芯堆插入所述电芯接纳开口中；以及使所述制造设备与所述外壳结构脱离。壳结构脱离。壳结构脱离。


技术研发人员：M
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