用于组装牵引电池包的方法与流程

用于组装牵引电池包的方法
1.相关申请的交叉引用
2.本公开要求美国临时申请第63/322,766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.本公开总体上涉及牵引电池包，并且更具体地涉及使用滑动表面来组装包括电池系统(诸如电芯-电池包电池系统)的牵引电池包的方法。


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。牵引电池包可以为车辆的电机和其他电气负载供电。
5.常规的牵引电池包包括称为电池阵列的电池电芯组。电池阵列包括各种阵列支撑结构(例如，阵列框架、间隔件、纵梁、壁、端板、绑定件等)，所述阵列支撑结构被布置用于将电池电芯分组并支撑在牵引电池包外壳内的多个单独单元中。


技术实现要素：

6.根据本公开的示例性方面的用于组装牵引电池包的方法尤其包括：将一组电池电芯布置在压缩夹具(fixture)中；在压缩夹具内在第一滑板和第二滑板之间压缩所述一组电池电芯以提供第一电芯堆；相对于牵引电池包的外壳托盘定位第一电芯堆；以及将第一电芯堆插入外壳托盘的电芯压缩开口中。
7.在前述方法的另一非限制性实施例中，电芯堆是牵引电池包的电芯-电池包电池系统的一部分。
8.在前述方法中的任一者的另一非限制性实施例中，所述方法包括：在插入之后，经由电芯压缩开口向电芯堆施加压缩力。
9.在前述方法中的任一者的另一非限制性实施例中，布置所述一组电池电芯包括沿着电芯堆轴线将所述一组电池电芯堆叠在第一滑板与第二滑板之间。
10.在前述方法中的任一者的另一非限制性实施例中，隔板设置在所述一组电池电芯中的每对相邻的电池电芯之间。
11.在前述方法中的任一者的另一非限制性实施例中，将电芯堆插入电芯压缩开口中包括向第一电芯堆施加向下的力以将第一电芯堆移动到外壳托盘中。
12.在前述方法中的任一者的另一非限制性实施例中，压缩所述一组电池电芯包括经由压缩夹具沿着电芯堆轴线施加压缩力以在第一滑板与第二滑板之间压缩所述一组电池电芯。
13.在前述方法中的任一者的另一非限制性实施例中，定位第一电芯堆包括将第一电芯堆定位在外壳托盘上方。
14.在前述方法中的任一者的另一非限制性实施例中，插入第一电芯堆包括使用自上而下的方法来将第一电芯堆插入外壳托盘中。
15.在前述方法中的任一者的另一非限制性实施例中，第一滑板和第二滑板各自包括用于促进插入的倒角前缘。
16.在前述方法中的任一者的另一非限制性实施例中，第一滑板和第二滑板各自包括用于促进插入的滑动表面。
17.在前述方法中的任一者的另一非限制性实施例中，第一滑板和第二滑板各自包括框架和可压缩材料。可压缩材料被配置为在插入之后允许所述一组电池电芯在第一电芯堆内膨胀。
18.在前述方法中的任一者的另一非限制性实施例中，所述方法包括：在压缩之前，用第一粘合剂将第一滑板附接到所述一组电池电芯中的第一电池电芯；以及用第二粘合剂将第二滑板附接到所述一组电池电芯中的第二电池电芯。
19.在前述方法中的任一者的另一非限制性实施例中，所述方法包括将第二组电池电芯布置在第二压缩夹具中；在第二压缩夹具内在第三滑板和第四滑板之间压缩第二组电池电芯以提供第二电芯堆；相对于外壳托盘定位第二电芯堆；以及在与第一电芯堆相邻的位置处将第二电芯堆插入外壳托盘的电芯压缩开口中。
20.在前述方法中的任一者的另一非限制性实施例中，所述方法包括将电芯-电池包电池系统的电芯堆插入牵引电池包的外壳托盘的电芯压缩开口中。在插入期间，电芯堆的滑板提供用于促进电芯堆的插入的滑动表面。
21.在前述方法中的任一者的另一非限制性实施例中，所述方法包括：在插入之前，施加压缩力以将电芯堆压缩到期望的长度。
22.在前述方法中的任一者的另一非限制性实施例中，通过压缩夹具沿着电芯堆轴线施加压缩力。
23.在前述方法中的任一者的另一非限制性实施例中，滑板提供包括用于促进插入的倒角前缘。
24.在前述方法中的任一者的另一非限制性实施例中，所述插入包括施加向下的力以将电芯堆移动到外壳托盘中。
25.在前述方法中的任一者的另一非限制性实施例中，向下的力是横向于在插入期间向电芯堆施加的压缩力而施加。
26.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)可独立地或以任何组合采用。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。
27.根据以下具体实施方式，本公开的各种特征和优点对于本领域技术人员将变得显而易见。可如下简要描述随附于具体实施方式的附图。
附图说明
28.图1示意性地示出了电动化车辆。
29.图2示出了图1的电动化车辆的牵引电池包。
30.图3示出了图2的牵引电池包的电芯-电池包电池系统。
31.图4、图5和图6示意性地示出了组装包括电芯-电池包电池系统的牵引电池包的方法。
32.图7是图6的选定部分的放大视图。
具体实施方式
33.本公开详述了用于组装包括电池系统(诸如电芯-电池包电池系统)的牵引电池包的制造过程。一种示例性组装方法包括将电芯-电池包电池系统的一个或多个电芯堆插入外壳托盘的电芯压缩开口中。所述方法可以涉及使用滑板，所述滑板提供促进将电芯堆插入电芯压缩开口中的滑动表面。在本具体实施方式的以下段落中更详细地讨论了这些和其他特征。
34.图1示意性地示出了电动化车辆10。电动化车辆10可以包括任何类型的电动化动力传动系统。在实施例中，电动化车辆10是电池电动车辆(bev)。然而，本文描述的概念不限于bev并且可扩展到其他电动化车辆，包括但不限于混合动力电动车辆(hev)、插电式混合动力电动车辆(phev)、燃料电池车辆等。因此，尽管在示例性实施例中未具体示出，但是电动化车辆10可装备有内燃发动机，所述内燃发动机可以单独采用或者与其他动力源组合采用以推进电动化车辆10。
35.在实施例中，电动化车辆10是汽车。然而，电动化车辆10可以可替代地为皮卡车、货车、运动型多功能车(suv)或任何其他车辆配置。尽管在本公开的附图中示出特定的部件关系，但是图示并不意图限制本公开。电动化车辆10的各种部件的布局和取向被示意性地示出，并且可在本公开的范围内变化。此外，本公开所附的各种附图不一定按比例绘制，并且一些特征可能被放大或最小化以强调特定部件或系统的某些细节。
36.在示出的实施例中，电动化车辆10是仅通过电力(诸如通过一个或多个电机12)推进的纯电动车辆，而无需内燃发动机的辅助。电机12可以充当电动马达、发电机或其两者。电机12接收电力，并且可以将电力转换成用于驱动电动化车辆10的一个或多个驱动轮14的扭矩。
37.电压总线16可以将电机12电联接到牵引电池包18。牵引电池包18能够输出电力以为电动化车辆10的电机12和/或其他电气负载供电。
38.牵引电池包18可以固定到电动化车辆10的车身底部22。然而，在本公开的范围内，牵引电池包18可以位于电动化车辆10上的其他地方。
39.牵引电池包18是示例性电动化车辆电池。牵引电池包18可以是包括电芯-电池包电池系统20的高压牵引电池包。与常规的牵引电池包电池系统不同，电芯-电池包电池系统20并入有电池电芯或其他能量存储装置，而没有在电池外壳内以单独的阵列或模块布置电芯。因此，电芯-电池包电池系统20消除了将电池电芯分组为阵列/模块所必需的大部分(如果不是全部的话)阵列支撑结构(例如，阵列框架、间隔件、纵梁、壁、端板、绑定件等)。此外，与需要必须在定位在电池外壳内之后连接在一起以实现总高压电势的多个单独的电池阵列/模块的常规电池系统不同，电芯-电池包电池系统20可以用单个电池单元提供牵引电池包18的总高压总线电势。
40.现在参考图2和图3，牵引电池包18可以包括被布置用于容纳电芯-电池包电池系统20的外壳总成24。在实施例中，电芯-电池包电池系统20包括多个电池电芯26，所述多个
电池电芯保持在由外壳总成24建立的内部区域28内。
41.电池电芯26可以向电动化车辆10的各种部件供应电力。电池电芯26可以相对于彼此并排堆叠以构造电芯堆30，并且电芯堆30可以成行并排定位以提供电芯矩阵32。
42.在实施例中，每个电芯堆30包括八个单独的电池电芯26，并且电芯矩阵32包括总共三十二个电池电芯26的四个电芯堆30。在另一个实施例中，每个电芯堆30包括十个单独的电池电芯26，并且电芯矩阵32包括总共五十个电池电芯26的五个电芯堆30(参见图4)。提供均匀数量的电池电芯26和均匀数量的电芯堆30可以帮助支持有效的电气总线布置。尽管在本公开的各个附图中示出了特定数量的电池电芯26和电芯堆30，但是牵引电池包18的电芯-电池包电池系统20可以包括任何数量的电池电芯26和任何数量的电芯堆30。换句话说，本公开不限于图2、图3和图4所示的示例性配置。
43.在实施例中，电池电芯26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。
44.牵引电池包18的外壳总成24可以包括外壳盖34和外壳托盘36。外壳盖34可以固定到外壳托盘36，以提供用于容纳电芯-电池包电池系统20的内部区域28。
45.外壳托盘36可以包括相对于彼此布置的底板38和多个侧壁40，以提供电芯压缩开口42。底板38和侧壁40可以彼此机械地联接，例如，诸如通过焊接。
46.在牵引电池包18的组装期间，外壳盖34可以在基本上包围内部区域28的接口44处固定到外壳托盘36。在一些实施方式中，机械紧固件46可以用于将外壳盖34固定到外壳托盘36，但是其他紧固方法(粘附等)也可以是合适的。
47.电芯-电池包电池系统20的电芯矩阵32可以定位在由外壳托盘36提供的电芯压缩开口42内。示例性外壳托盘36被描绘为包括单个电芯压缩开口42，然而，应当理解，本公开扩展到提供一个或多个电芯压缩开口的结构总成。外壳盖34可以覆盖电芯压缩开口42内的电芯矩阵32，以基本上在所有侧面上围绕电池电芯26。一旦相对于外壳托盘36完全组装并定位，电芯矩阵32就可以建立能够提供牵引电池包18的总高压总线电势的单个电池电芯。
48.当电芯矩阵32被接收在电芯压缩开口42内时，外壳托盘36可以压缩并保持电芯矩阵32。在实施例中，当电芯矩阵32定位在电芯压缩开口42内时，外壳托盘36的侧壁40向电芯矩阵32施加压缩力。电芯压缩开口42的整个周边可以由外壳托盘36的侧壁40建立。侧壁40可以围绕电芯矩阵32的整个周边向电池电芯26施加压缩力。因此，侧壁40可以用作压缩并紧密地保持电芯矩阵32的刚性环型结构。
49.上述配置可以被认为是电芯-电池包类型的电池包，其不同于常规的电池包类型，常规的电池包类型包括保持由与电池外壳的壁间隔开的阵列支撑结构封闭的电池电芯阵列的外部外壳，并且其中外部外壳不向任何电池电芯施加压缩力。本文所述的电芯-电池包类型的电池包还消除了通常固定到常规牵引电池包的外壳托盘以提供用于固定电池阵列和外壳盖的安装点以及结构硬度的刚性横向构件。
50.电芯-电池包电池系统20可以包括一个或多个电芯行分隔件48。在实施例中，一个电芯行分隔件48定位在电芯矩阵32的每对相邻电芯堆30之间。在其他实施例中，每个电芯堆30设置有两个电芯行分隔件48。然而，设置在电芯-电池包电池系统20内的电芯行分隔件48的总数不意图限制本公开。
51.电芯-电池包电池系统20还可以包括一个或多个滑板50。滑板50可以定位在每个电芯堆30与外壳托盘36之间，其中在每个电芯堆30的每个纵向范围处定位有一个滑板50。如下面进一步讨论的，滑板50可以促进将每个电芯堆30插入外壳托盘36的电芯压缩开口42中。
52.继续参考图1至图3，图4、图5和图6示意性地示出了用于组装牵引电池包18的各部分的方法。所述方法可以包括比下面叙述的更多或更少数量的步骤，并且所述步骤的确切次序不意图限制本公开。
53.首先参考图4，电芯-电池包电池系统20的每个电芯堆30可以通过将一组电池电芯26定位在压缩夹具70内来首先登台。电池电芯26可以沿着电芯堆轴线a相对于彼此布置。压缩夹具70可以提供相对于所述一组电池电芯26的至少两个相邻侧(例如，底部和端部)的参考点以沿着电芯堆轴线a布置电池电芯26。
54.在该实施例中，在电芯堆30内，隔板52沿着电芯堆轴线a设置在每对相邻的电池电芯26之间。隔板52可以包括保持可压缩材料56的框架部分54。可压缩材料56可以压缩以允许电池电芯26有一些膨胀。在实施例中，可压缩材料56是泡沫。然而，可以替代地利用其他可压缩材料。
55.每个隔板52可以通过粘合剂58固定到两个周围的电池电芯26。在实施例中，粘合剂58是双面胶带。
56.此外，滑板50可以设置在所述一组电池电芯26的每个相对的轴向端部处。滑板50可以各自包括保持可压缩材料62的框架部分60。框架部分60可以由相对致密的材料(例如，刚性热塑性或热固性聚合物，诸如pa6、pa66、pp、pbt、up或任何其他类似的聚合物)制成。
57.可压缩材料62可以压缩以允许电池电芯26有一些膨胀。在实施例中，可压缩材料62是泡沫。然而，可以替代地利用其他可压缩材料。
58.一个滑板50可以通过粘合剂58固定到位于所述一组电池电芯26的每个相对轴向端部处的电池电芯26。在实施例中，粘合剂58是双面胶带。
59.参考图5，滑板50、电池电芯26和隔板52接下来可以沿着电芯堆轴线a被压缩以提供电芯堆30中的一个。压缩夹具70可以沿着电芯堆轴线a向电芯堆30的相对端部施加压缩力fc。压缩力fc基本上挤压滑板50之间的电池电芯26，从而将电芯堆30和单独的电池电芯26压缩到期望的电芯堆长度。
60.在实施例中，由压缩夹具70施加在电池电芯26上的压缩力fc为约3千牛顿。然而，所施加的实际压缩力可以根据电池电芯类型以及其他因素而变化。在本公开中，术语“约”表示所表达的量或范围不需要是精确的，而是可为近似的和/或较大些或较小些，从而反映可接受的公差、转换因子、测量误差等。
61.压缩夹具70可以由气动致动器驱动以沿着电芯堆轴线a压缩电池电芯26。然而，可以替代地采用其他类型的致动器(诸如dc电气或机械螺杆致动器)来实现压缩。
62.接下来，如图6所示，先前以图4和图5所示的方式布置和压缩的电芯堆30可以相对于外壳托盘36定位。在实施例中，电芯堆30可以定位在外壳托盘36的竖直上方，其中底板38向上面向电芯堆。如示意性地所示，可以在电芯堆30的定位期间维持压缩力fc。
63.使用自上而下的方法，然后可以通过施加向下的力fd将电芯堆30插入外壳托盘36的电芯压缩开口42中。因此，电芯堆30可以单独地插入外壳托盘36中。向下的力fd可以直接
施加到电芯堆30的一个或多个电池电芯26。向下的力fd在大致垂直于压缩力fc的方向上施加。向下的力fd可以由另一个致动器提供。
64.虽然术语“向下”在本文中用来描述向下的力fd，但是应理解，术语“向下”在本文中也用来指代倾向于将电芯堆30压入电芯压缩开口42中的力。特定地，术语“向下”指代基本上垂直于压缩力fc的所有力，而不管所述力是否真正是在“向下”的方向上。例如，本公开扩展到在侧向上压缩并插入电芯压缩开口中的电芯堆。
65.为了促进插入，与电芯堆30相关联的滑板50可以包括倒角或弯曲的前缘64(参见图7)。前缘64上的倒角可以帮助在插入期间将电芯堆30引导到电芯压缩开口42中。此外，每个滑板50的滑动表面66(例如，面向远离电池电芯26的方向的表面)可以在插入期间与外壳托盘36的侧壁40中的一个直接对接。
66.在插入之后，外壳托盘36的电芯压缩开口42可以周向地包围电芯堆30。因此，电芯压缩开口42可以在电芯堆30上施加压缩力。电芯压缩开口42可以在电池电芯26从压缩夹具70移除之后允许所述电池电芯有一些膨胀。在插入之后由外壳托盘36施加在电芯堆30上的压缩力可以小于由压缩夹具70施加在电芯堆30上的压缩力fc。
67.在示例性方法中，图4至图6中示意性地示出的方法步骤可以执行四次以提供并插入电芯-电池包电池系统20的四个电芯堆30。电芯堆30中的每一个由模拟压缩夹具70的不同压缩夹具压缩和保持。因此，在该示例性实施例中，将使用四个压缩夹具70来提供示例性电芯-电池包电池系统20的四个电芯堆30。
68.在上述示例性方法中，利用自上而下的方法来将每个电芯堆30插入外壳托盘36中。然而，可替代地使用自下而上的方法来将电芯堆30插入环状结构中。此外，尽管电芯堆30被示意性地示出为单独插入，但是电芯堆30可以作为两个或更多个电芯堆的单元(例如，电芯矩阵32)一起插入外壳托盘36的电芯压缩开口42中。
69.本文描述的示例性制造过程提供了一种用于组装包括电芯-电池包电池系统的牵引电池包的方法。作为所提出的方法的一部分，电芯-电池包电池系统的电池电芯可以有利地被一起压缩在滑板之间，从而为由于消除与常规的牵引电池包相关联的许多阵列支撑结构而可能产生的各种组装复杂性提供解决方案。
70.尽管不同的非限制性实施例被示出为具有具体的部件或步骤，但是本公开的实施例不限于这些特定组合。可以结合来自其他非限制性实施例中的任一个的特征或部件使用来自非限制性实施例中的任一个的一些部件或特征。
71.应理解，相同的附图标记在全部若干附图中表示相应或类似的元件。应当理解，尽管在这些示例性实施例中公开和示出了特定的部件布置，但是其他布置也可受益于本公开的教导。
72.以上描述应当被解释为说明性的而不具有任何限制意义。本领域普通技术人员将理解，在本公开的范围内可出现一些修改。出于这些原因，应研究所附权利要求来确定本公开的真实范围和内容。

技术特征：
1.一种组装牵引电池包的方法，其包括：将一组电池电芯布置在压缩夹具中；在所述压缩夹具内在第一滑板和第二滑板之间压缩所述一组电池电芯以提供第一电芯堆；相对于所述牵引电池包的外壳托盘定位所述第一电芯堆；以及将所述第一电芯堆插入所述外壳托盘的电芯压缩开口中。2.如权利要求1所述的方法，其中所述电芯堆是所述牵引电池包的电芯-电池包电池系统的一部分。3.如权利要求1或2所述的方法，其包括：在所述插入之后，经由所述电芯压缩开口向所述电芯堆施加压缩力。4.如任一前述权利要求所述的方法，其中布置所述一组电池电芯包括：沿着电芯堆轴线将所述一组电池电芯堆叠在所述第一滑板与所述第二滑板之间，并且任选地，其中隔板设置在所述一组电池电芯中的每对相邻的电池电芯之间。5.如任一前述权利要求所述的方法，其中将所述电芯堆插入所述电芯压缩开口中包括：向所述第一电芯堆施加向下的力以将所述第一电芯堆移动到所述外壳托盘中。6.如任一前述权利要求所述的方法，其中压缩所述一组电池电芯包括：经由所述压缩夹具沿着电芯堆轴线施加压缩力以在所述第一滑板与所述第二滑板之间压缩所述一组电池电芯。7.如任一前述权利要求所述的方法，其中定位所述第一电芯堆包括：将所述第一电芯堆定位在所述外壳托盘上方，并且任选地，其中插入所述第一电芯堆包括使用自上而下的方法将所述第一电芯堆插入到所述外壳托盘中。8.如任一前述权利要求所述的方法，其中所述第一滑板和所述第二滑板各自包括用于促进所述插入的倒角前缘或滑动表面。9.如任一前述权利要求所述的方法，其中所述第一滑板和所述第二滑板各自包括框架和可压缩材料，所述可压缩材料被配置为在所述插入之后允许所述一组电池电芯在所述第一电芯堆内膨胀。10.如任一前述权利要求所述的方法，所述方法包括：在所述压缩之前，用第一粘合剂将所述第一滑板附接到所述一组电池电芯中的第一电池电芯；以及用第二粘合剂将所述第二滑板附接到所述一组电池电芯中的第二电池电芯。11.如任一前述权利要求所述的方法，其包括：将第二组电池电芯布置在第二压缩夹具中；在所述第二压缩夹具内在第三滑板和第四滑板之间压缩所述第二组电池电芯以提供第二电芯堆；相对于所述外壳托盘定位所述第二电芯堆；以及在与所述第一电芯堆相邻的位置处将所述第二电芯堆插入所述外壳托盘的所述电芯压缩开口中。12.一种组装牵引电池包的方法，其包括：将电芯-电池包电池系统的电芯堆插入所述牵引电池包的外壳托盘的电芯压缩开口
中，其中在所述插入期间，所述电芯堆的滑板提供用于促进所述电芯堆的插入的滑动表面。13.如权利要求12所述的方法，其包括：在所述插入之前，施加压缩力以将所述电芯堆压缩到期望的长度，并且任选地，其中通过压缩夹具沿着电芯堆轴线施加所述压缩力。14.如权利要求12或13所述的方法，其中所述滑板提供用于促进所述插入的倒角前缘。15.如权利要求12至15中任一项所述的方法，其中所述插入包括：施加向下的力以将所述电芯堆移动到所述外壳托盘中，并且任选地，其中所述向下的力横向于在所述插入期间施加到所述电芯堆的压缩力而施加。

技术总结
本公开提供了“用于组装牵引电池包的方法”。公开了用于组装包括电池系统(诸如电芯-电池包电池系统)的牵引电池包的制造过程。一种示例性组装方法包括将电芯-电池包电池系统的一个或多个电芯堆插入外壳托盘的电芯压缩开口中。所述方法可以涉及使用滑板，所述滑板提供促进将电芯堆插入电芯压缩开口中的滑动表面。表面。表面。


技术研发人员：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