關(guān)聯(lián)申請的交叉引用

本專利申請是2015年12月30日遞交的題目為“用于電動車輛的電池包裝和嵌件模制(batterypackagingandinsertmoldingforelectricvehicles)”的美國專利申請no.62/272,711的非臨時申請并主張其優(yōu)先權(quán)，所述美國專利申請與以下共同轉(zhuǎn)讓的專利申請關(guān)聯(lián)。這些申請中的每一個都以引用方式被并入本文中：

2015年12月30日遞交的題目為“用于電動車輛的電池包裝和嵌件模制(batterypackagingandinsertmoldingforelectricvehicles)”的美國專利申請no.62/272,712。

2015年12月30日遞交的題目為“用于電動車輛電池組的集成匯流條和電池連接(integratedbusbarandbatteryconnectionforelectricvehiclebatterypacks)”的美國專利申請no.62/272,713。

本發(fā)明涉及用于電動車輛的電池包裝和嵌件模制。

背景技術(shù)：

電動車輛使用由可再充電電池組中所儲存的電能供電的一個或多個電動機(jī)。鋰基電池通常因其高功率和能量密度而被選擇。為了確保電動車輛高效地且安全地工作，電池組的溫度必須被維持在規(guī)定的最佳溫度范圍內(nèi)。電動車的冷卻劑系統(tǒng)可在物理上被延伸到電池組以去除過量的熱，從而延長電池組的使用壽命并延長一次充電可行駛的距離。

隨著電動車輛日益普及，制造過程的效率將變得更重要。在提高電池組的可靠性和安全性的同時降低電池組的制造成本的過程和裝置將是滿足消費者需求的關(guān)鍵所在。具體來說，需要確保單獨的電池單體之間的可靠電連接、高效地冷卻電池組，并且輔助將數(shù)千個單獨的電池單體組裝為可在必要時安裝和替換的模塊化電池組的制造過程的過程和裝置。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

在一些實施例中，一種用于電動車輛的電池組可包括被布置成一行或多行的多個電池單體、冷卻劑回路和模制嵌件，其中模制嵌件包圍多個單體和冷卻劑回路，以使得多個單體和冷卻劑回路相對于彼此被固定。

在一些實施例中，一種制造用于電動車輛的電池組的方法可包括：提供注塑模具；以及將被布置成一行或多行的多個電池單體放置在注塑模具中。所述方法還可包括在注塑模具中圍繞多個電池單體的一行或多行引導(dǎo)(routing)冷卻劑回路；以及注塑模制包圍多個單體和冷卻劑回路的模制嵌件，以使得多個單體和冷卻劑回路相對于彼此被固定。

在這些實施例中的每一個中，以下特征中的一個或多個還可按任意組合且不受限制地存在。模制嵌件可以是使用注塑模具圍繞多個電池單體和冷卻劑回路被注塑模制的。注塑模具可包括使冷卻劑回路離開注塑模具的孔。在模制嵌件被注塑模制之后，模制嵌件可能需要不到10分鐘來凝固。模制嵌件可包括一種或多種塑料或環(huán)氧樹脂。模制嵌件可填充冷卻劑回路和多個電池單體之間的間隙。模制嵌件可保持多個電池單體的頂部和底部為暴露的。模制嵌件可填充多個電池單體之間的間隙。模制嵌件的頂部可與多個電池單體的頂部齊平。模制嵌件的頂部可終止在多個電池單體的頂部之下至少5mm處。

附圖說明

可參照本說明書的其余部分和附圖來實現(xiàn)對本發(fā)明的性質(zhì)和優(yōu)點的進(jìn)一步理解，其中貫穿若干附圖，相同的附圖標(biāo)記用于表示類似組件。在一些情形下，子標(biāo)記與附圖標(biāo)記相關(guān)聯(lián)以表示多個類似組件中的一個。當(dāng)參照附圖標(biāo)記而沒有具體指定現(xiàn)有子標(biāo)記時，旨在表示所有這些多個類似組件。

圖1圖示根據(jù)一些實施例的具有可再充電電池系統(tǒng)的電動車輛的簡化圖。

圖2圖示根據(jù)一些實施例的可用于電動車輛中的鋰基電池。

圖3圖示根據(jù)一些實施例的具有冷卻劑回路的電池組。

圖4圖示根據(jù)一些實施例的具有熱偶套管的冷卻劑回路。

圖5圖示根據(jù)一些實施例的具有部分模制嵌件的電池組。

圖6圖示根據(jù)一些實施例的具有完全模制嵌件的電池組。

圖7a圖示根據(jù)一些實施例的具有模制嵌件的電池組。

圖7b圖示根據(jù)一些實施例，電池組和冷卻劑回路被裝配到注塑模具中以應(yīng)用模制嵌件。

圖8圖示根據(jù)一些實施例的用于將模制嵌件應(yīng)用到電池組的注塑模制系統(tǒng)。

圖9圖示根據(jù)一些實施例的用于將模制嵌件應(yīng)用到電池組的方法的流程圖。

具體實施方式

本文中描述用于將模制嵌件應(yīng)用到電池組的裝置和過程的實施例。多個電池單體可與集成的冷卻劑回路一起被布置為模塊化組。為了將單獨的電池單體固定在適當(dāng)位置中，可使用特別制造且設(shè)計成使模制嵌件凝固所花費的時間減到最少的材料，經(jīng)由注塑模制來應(yīng)用模制嵌件。舉例來說，可再充電電池系統(tǒng)中的每一個模塊化電池組可包括500到1000個單獨的電池單體。這些單獨的電池單體可被放置到注射系統(tǒng)的夾具中，并且一種或多種塑料的復(fù)合物可被注射到電池組中。此注射的溫度和壓力低于環(huán)氧樹脂或紫外光固化膠的溫度和壓力，并且在短達(dá)3分鐘的時間內(nèi)相對快速地凝固。所得的固體模塊化電池組顯著減少制造用于電動車輛的電池系統(tǒng)所需的成本和時間。

圖1圖示根據(jù)一些實施例的具有可再充電電池系統(tǒng)104的電動車輛102的簡化圖100。可再充電電池系統(tǒng)104可包括一個或多個電池組106。電池組可包括多個單獨的電池單體，所述多個單獨電池單體被電連接以為電動車輛102提供特定電壓/電流。取決于實施例，電動車輛102可包括使用燃料燃燒與所儲存的電力兩者工作的混合動力車輛，以及完全使用所儲存的電力工作的全電動車輛。

可再充電電池系統(tǒng)104在大小、重量和成本方面代表電動車輛102的主要組件。大量努力投入到可再充電電池系統(tǒng)104的設(shè)計和成形中，以便在確保電動車輛102的乘客的安全的同時，將在電動車輛102中所使用的空間的量減到最少。在一些電動車輛中，可再充電電池系統(tǒng)104位于車廂的地板下，如圖1所描繪的那樣。在其他電動車輛中，可再充電電池系統(tǒng)104可位于電動車輛的后備廂或引擎蓋區(qū)域中。

雖然較小數(shù)量的較大的電池單體可能是更節(jié)能的，但這些較大的電池的大小和成本過大。此外，較大的電池在電動車輛102中需要更多相連的空間塊。這妨礙較大的電池被儲存在例如如圖1所描繪的車廂的地板等位置中。因此，一些實施例使用大量較小的電池單體，所述較小的電池單體被聯(lián)接在一起以產(chǎn)生相當(dāng)于單個較大的單體的電特性。較小的單體可以是，例如，傳統(tǒng)aa/aaa電池的大小，并且可被分組在一起以形成多個電池組106。每一個電池組可包括大量單獨的電池單體。在一個實施例中，700個單獨的鋰基電池被聯(lián)結(jié)在一起以形成單個電池組106a，并且可再充電電池系統(tǒng)104可包括并聯(lián)或串聯(lián)連接的四個電池組106、八個電池組、十個電池組、十六個電池組和/或類似的，直到滿足電動車輛102的電力要求為止。對于單個電動車輛102來說，每一個電池組106中所包括的單獨的電池單體可總計有數(shù)千個。

圖2圖示根據(jù)一些實施例的可用于電動車輛中的鋰基電池202的圖200。如本文所使用，術(shù)語“電池(battery)”、“單體(cell)”和“電池單體(batterycell)”可互換地使用，以表示電池系統(tǒng)中所使用的任何類型的單獨的電池元件。本文所述的電池通常包括鋰基電池，但也可包括各種化學(xué)物質(zhì)和配置，所述各種化學(xué)物質(zhì)和配置包括磷酸鐵、金屬氧化物、鋰離子聚合物、鎳金屬氫化物、鎳鎘、鎳基電池(氫、鋅、鎘等)，以及與電動車輛兼容的任何其他電池類型。舉例來說，一些實施例可使用來自的6831ncr18650電池單體，或18650的某一呈6.5cm×1.8cm的外形尺寸且約45g的變型。

圖3圖示根據(jù)一些實施例的具有冷卻劑回路306的電池組304的俯視圖300和等角視圖302。圖3所描繪的電池組304是從原本用于電動車輛中的實際電池組大幅簡化來的。單獨的電池單體和單體行的數(shù)量已大幅減少，以便簡單地且清楚地描述本發(fā)明的元件。應(yīng)理解，實際電池組將包括更多個單獨的電池單體以及冷卻劑回路306的更復(fù)雜的路徑。

電池組304中的單獨的電池單體被線性布置為一系列行，其中每一個單獨的電池單體鄰近于行內(nèi)的另一個電池單體。在一些實施例中，單一行內(nèi)的單獨的電池單體之間將不存在明顯間隙。為了使每單位體積的單獨的電池單體的數(shù)量最大化，電池單體的鄰近行偏移約一個單獨的電池單體的半徑。鄰近行接著在圖3所描繪的偏移位置中被放置成挨著彼此，以使得第一行中的每一個單獨的電池單體鄰近于或接觸第二行中的兩個單獨的電池單體。在一些實施例(未示出)中，三行或更多行被放置成相互鄰近，而在所述行之間沒有明顯間隙。

圖3的電池組304包括由冷卻劑回路306分開的成對的鄰近行。電動車輛可被配置成泵送液體冷卻劑穿過冷卻劑回路306，以便將熱從電池組304傳遞到散熱器或其他熱交換系統(tǒng)。冷卻劑回路306可包括一根或多根冷卻劑管308，液體冷卻劑可穿過所述一根或多根冷卻劑管308而循環(huán)。在一些實施例中，電動車輛可將專用冷卻劑回路用于電池組304，而其他實施例可利用現(xiàn)有的發(fā)動機(jī)冷卻劑系統(tǒng)。在一些實施例中，冷卻劑回路306還可被聯(lián)接到加熱系統(tǒng)，以使得當(dāng)極端天氣導(dǎo)致環(huán)境溫度降低到低于單獨的電池單體的優(yōu)選工作溫度范圍時，電池組304可被加熱。

冷卻劑回路306可圍繞電池組304中的單獨的電池單體的行而被引導(dǎo)。每一個電池組可包括用于冷卻劑回路306的入口和出口。在一些實施例中，冷卻劑回路可被纏繞在單獨的電池單體的成對的行周圍，以使得每一個電池單體鄰近于冷卻劑回路的至少一部分。雖然圖3中未示出，但一些冷卻劑回路可具有與每一行中的圓形的單獨的電池單體的輪廓相符的波形剖面或扇貝形剖面。此類型的冷卻劑回路的示例被描繪在美國專利no.8,541,127中，并且與下文所述的模制嵌件兼容。在其他實施例(例如，圖3的實施例)中，冷卻劑回路306可被維持呈基本上直的形式。

圖4圖示根據(jù)一些實施例的具有導(dǎo)熱墊410的冷卻劑回路406的俯視圖400和等角視圖402。代替需要將冷卻劑回路406卷曲為波形或扇貝形圖案以便與電池組中的單獨的電池單體的曲率相符，導(dǎo)熱墊410可被插入在冷卻劑回路406與單獨的電池單體之間。導(dǎo)熱墊可由任何導(dǎo)熱材料構(gòu)造而成，并且可在一側(cè)上被預(yù)形成有與單獨的電池單體的曲率相符的扇形邊緣，且在另一側(cè)上被預(yù)形成有直邊緣以與冷卻劑回路406接合。出于本發(fā)明的目的，應(yīng)注意，下文所述的模制嵌件與具有或不具有導(dǎo)熱墊410的冷卻劑回路406的任何配置兼容。

圖5圖示根據(jù)一些實施例的具有部分模制嵌件512的電池組的俯視圖500和等角視圖502。在電池組中圍繞冷卻劑回路和單獨的電池單體應(yīng)用固體模制材料，以將這些單獨的組件變換為可耐受持續(xù)的車輛使用的嚴(yán)苛條件(rigors)的固體電池組。固體模制確保單獨的電池單體保持在適當(dāng)位置中，并且電連接不因振動和移動而受到打擾。固體模制還形成模塊化單元，所述模塊化單元在可再充電電池系統(tǒng)的制造過程和電動車輛的使用壽命期間可容易地進(jìn)行移動、安裝和/或替換。在一個示例性實施例中，750個單獨的電池單體可與一個或多個電流回路組合以形成被封閉在固體模制材料中的電池組。

在本公開之前，固體模制因為需要長達(dá)12個小時的時間來凝固而難以使用。考慮到單個電動車輛所需的單獨的電池單體的絕對數(shù)量，這種延遲在大量制造過程期間是不可接受的。然而，本文所述的實施例可使用可在應(yīng)用到電池組之后短達(dá)3分鐘的時間內(nèi)凝固的材料的組合。在一些實施例中，材料可以是塑料、環(huán)氧樹脂、膠和/或具有快速固化時間的其他材料的組合。

圖5所描繪的部分模制嵌件512因為僅圍繞電池組的外部應(yīng)用而被稱為“部分的”。在一些實施例中，這可足以形成可以可靠地安裝并使用在電動車輛中的固體電池組。

圖6圖示根據(jù)一些實施例的具有完全模制嵌件614的電池組的俯視等角視圖600和仰視等角視圖602。在此較典型的實施例中，上文所述的模制材料可被注射到注塑模具中，并且被允許在單獨的電池單體和與冷卻劑回路606相關(guān)的任何組件之間的任何空穴周圍和穿過所述空穴而流動。在一些實施例中，注塑模具可在模具中包括允許冷卻劑回路606以及將電池組與可再充電電池系統(tǒng)(未示出)的其余部分連接的任何電子器件或電連接從模制嵌件614穿出的模穴。

在此實施例中，完全模制嵌件614被應(yīng)用以使得完全模制嵌件614與單獨的電池單體的頂部齊平。然而，完全模制嵌件614不覆蓋單獨的電池單體的頂部或單獨的電池單體的底部。實際上，單獨的電池單體的這些區(qū)域被保持為暴露的，以使得可在應(yīng)用模制嵌件之后在單獨的電池單體之間進(jìn)行電連接。舉例來說，為了從電池組提供更多電流，單獨的電池單體中的每一個的頂部(或“+”)端子可使用第一金屬匯流條而被連接在一起。類似地，單獨的電池單體中的每一個的底部(或“-”)端子可使用第二金屬匯流條而被連接在一起。由第一金屬匯流條和第二金屬匯流條進(jìn)行的電連接可以是由電池組提供的，以從電池組提供可以大量的電流的形式使用的電力。如本領(lǐng)域的技術(shù)人員將會理解的，單獨的電池單體還可以串聯(lián)方式或以串聯(lián)和并聯(lián)組合的方式布線，以從電池組產(chǎn)生更大的電壓。通過使單獨的電池單體的頂部端子和底部端子被完全模制嵌件614保持為暴露的，可為這些類型的連接中的任一種提供便利。

圖7a圖示根據(jù)一些實施例的具有模制嵌件716的電池組的側(cè)視圖700和仰視等角視圖702。這些實施例類似于圖6的實施例，不同之處在于模制嵌件716不一直延伸到電池組的頂部端子和/或底部端子。不同于圖5的實施例，模制材料被允許流動到單獨的電池單體和/或與冷卻劑回路相關(guān)的組件之間的空穴中。然而，注塑模具被鑄造有用于單獨的電池單體的模穴，以使得頂部端子的一部分和底部端子的一部分保持為暴露的。在一些實施例中，單獨的電池單體的暴露部分可在1mm和15mm之間。每一個單獨的電池單體的暴露量可在單獨的電池單體的頂部部分和底部部分之間有所不同。通過保持單獨的電池單體的一部分為暴露的，可更容易地應(yīng)用通往單獨的電池單體的一些類型的電連接。

圖7b圖示根據(jù)一些實施例，電池單體704和冷卻劑回路706被裝配到注塑模具718中以應(yīng)用模制嵌件716。如上所述，單獨的電池單體704可與冷卻劑回路706組合。為了引導(dǎo)冷卻劑回路706穿過單獨的電池單體704，這些單獨的電池單體可被放置到將單獨的電池單體704固持在正確位置中的夾具中。冷卻劑回路706可被引導(dǎo)穿過單獨的電池單體704。注塑模具718可包括足夠大以容納單獨的電池單體704和冷卻劑回路706的模穴722，從而為模制嵌件716留下空間來覆蓋所述的單獨的電池單體704和冷卻劑回路706兩者。在一些實施例中，注塑模具718可被劃分為頂半部和底半部。在一些實施例中，用于放置單獨的電池單體704的夾具可以是注塑模具718的集成部分?；蛘?，用于放置單獨的電池單體704的夾具可與注塑模具718分開，并且可被放置在注塑模具718內(nèi)以便在注射模制過程期間將單獨的電池單體704和/或冷卻劑回路706固持在適當(dāng)位置中。

在模制嵌件716不一直延伸到單獨的電池單體704的頂部的實施例中，模穴720可被放置在注塑模具718中以防止模制嵌件延伸到單獨的電池單體704的頂部。在這些實施例中，注塑模具718可用作如上所述的組裝夾具。所得的模制嵌件716將覆蓋冷卻劑回路706并覆蓋單獨的電池單體704的大部分，從而保持單獨的電池單體704的頂部和底部為暴露的。

圖8圖示根據(jù)一些實施例的用于將模制嵌件814應(yīng)用到電池組的注塑模具818的關(guān)閉視圖800和打開視圖802。注塑模具可包括兩個部分，電池組可被放置到所述兩個部分中。在此實施例中，注塑模具被劃分為頂半部和底半部。單獨的電池單體以及與冷卻劑回路相關(guān)的組件可被插入到注塑模具818中，并且模具的材料可接著被注射并被允許固化持續(xù)幾分鐘，之后再分開注塑模具的兩個部分并且移除電池組。

在一些實施例中，注塑模具818可包括一個或多個開口820，所述開口820允許與冷卻劑回路相關(guān)的組件從注塑模具818穿出。雖然未明確地示出，但還可設(shè)置其他開口以允許其他連接(電連接或其他方式的連接)從注塑模具818穿出。結(jié)果是，電池組被封裝在模制嵌件814中，而冷卻劑回路從模制嵌件814穿出和穿進(jìn)模制嵌件814，以使得冷卻劑回路可被連接到用于可再充電電池系統(tǒng)的冷卻系統(tǒng)。

圖9圖示根據(jù)一些實施例的用于將模制嵌件應(yīng)用到電池組的方法的流程圖900。所述方法可包括提供注塑模具(902)。注塑模具可包括凹處，單獨的電池單體被放置到所述凹處中。注塑模具還可包括用于引導(dǎo)冷卻劑回路的模穴或標(biāo)記。因此，用戶可簡單地將電池單體插入到注塑模具中的凹處中，并且圍繞如上文附圖所示的單獨的電池單體的行來引導(dǎo)冷卻劑回路，以確保通過注塑模具制造的每一個電池組幾乎相同。所述方法還可包括：將被布置成一行或多行的多個電池單體放置在注塑模具中(904)；以及在注塑模具中圍繞多個電池單體的一行或多行引導(dǎo)冷卻劑回路(906)。在一些實施例中，注塑模具可包括使冷卻劑回路從注塑模具穿出的孔，以使得冷卻劑回路可從注塑模具引導(dǎo)出以連接到冷卻系統(tǒng)。

所述方法還可包括注塑模制包圍多個單體和冷卻劑回路的模制嵌件，以使得多個單體和冷卻劑回路相對于彼此被固定(908)。在一些實施例中，模制嵌件可包括塑料或多種塑料的組合，并且在模制嵌件被注射之后，可需要不到10分鐘來凝固。在一些實施例中，模制嵌件可需要三到五分鐘來凝固。模制嵌件可僅圍繞電池組的外圍被注射，以使得電池組的內(nèi)部未被填充以模制嵌件。在其他實施例中，模制嵌件可被注射以使得模制嵌件填充單獨的電池單體中的每一個之間的間隙。模制嵌件還可被注射以使得模制嵌件填充冷卻劑回路和多個單獨的電池單體之間的間隙。

在一些實施例中，單獨的電池單體的頂部和/或底部可在模制嵌件硬化之后保持暴露。這可通過被焊接的導(dǎo)線或任何其他形式的電匯流條來實現(xiàn)通往單獨的電池單體的電連接。在其他實施例中，可在插入到注塑模具中之前進(jìn)行單獨的電池單體之間的電連接。在這些實施例中，模制嵌件可覆蓋單獨的電池單體的頂部和/或底部。在一些實施例中，模制嵌件的頂部和/或底部可終止在不到單獨的電池單體的頂部和/或底部處，如上文圖7所描繪的那樣。在這些實施例中，模制嵌件可終止在距離單獨的電池單體的頂部和/或底部1mm、3mm、5mm、7mm、10mm、12mm、15mm和/或在1mm和20mm之間的某處。

應(yīng)了解，圖9所圖示的具體步驟提供根據(jù)本發(fā)明的各種實施例的提供用于電動車輛的電池組的模制嵌件的特定方法。還可根據(jù)替代實施例來執(zhí)行其他的步驟序列。舉例來說，本發(fā)明的替代實施例可按不同次序執(zhí)行上文概述的步驟。此外，圖9所圖示的單獨的步驟可包括可以適用于單獨的步驟的各種序列執(zhí)行的多個子步驟。此外，可取決于特定應(yīng)用而添加或移除額外步驟。本領(lǐng)域的技術(shù)人員將認(rèn)識到許多變化、修改和替代。

在前文描述中，出于解釋的目的，闡述眾多具體細(xì)節(jié)以便提供對本發(fā)明的各種實施例的全面理解。然而，對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員將明顯的是，可在不存在這些具體細(xì)節(jié)中的一些的情況下實踐本發(fā)明的實施例。在其他情形下，以框圖形式示出熟知的結(jié)構(gòu)和裝置。

前文描述僅提供示例性實施例，并且不是旨在限制本公開的范圍、適用性或配置。實際上，前文對示例性實施例的描述將向本領(lǐng)域的技術(shù)人員提供用于實施示例性實施例的充分描述。應(yīng)理解，可對元件的功能和布置進(jìn)行各種改變，而不偏離如隨附的權(quán)利要求書所闡述的本發(fā)明的精神和范圍。

在上文描述中給出了具體細(xì)節(jié)以便提供對實施例的全面理解。然而，本領(lǐng)域的技術(shù)人員將理解，可在不存在這些具體細(xì)節(jié)的情況下實踐實施例。舉例來說，電路、系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)、過程和其他組件可能已經(jīng)按框圖形式被示出為組件，以免以不必要的細(xì)節(jié)混淆實施例。在其他情形下，可在沒有不必要的細(xì)節(jié)的情況下示出熟知的電路、過程、算法、結(jié)構(gòu)和技術(shù)，以便避免混淆實施例。

并且，應(yīng)注意，單獨的實施例可能已經(jīng)被描述為這樣的過程，所述過程被描繪為流程圖、數(shù)據(jù)流程圖、結(jié)構(gòu)圖或框圖。雖然流程圖可能已經(jīng)將操作描述為依序過程，但許多操作可并行地或同時地執(zhí)行。此外，操作的次序可被重新布置。過程在其操作完成時終止，但可具有圖中未包括的額外步驟。過程可對應(yīng)于方法、函數(shù)、過程、子例程、子程序等。當(dāng)過程對應(yīng)于函數(shù)時，其終止可對應(yīng)于函數(shù)返回到調(diào)用函數(shù)或主函數(shù)。

在上文的說明書中，參照本發(fā)明的具體實施例來描述本發(fā)明的方面，但本領(lǐng)域的技術(shù)人員將認(rèn)識到，本發(fā)明不被限制于此?？蓡为毜鼗蚪Y(jié)合地使用上述發(fā)明的各種特征和方面。此外，實施例可用于超出本文所述的那些環(huán)境和應(yīng)用的任何數(shù)量的環(huán)境和應(yīng)用中，而不偏離本說明書的較廣泛的精神和范圍。因此，本說明書和附圖被視為說明性的，而不是限制性的。