用于向蓄电池组电池中填充电解液的方法和用于实施该方法的设备的制作方法

专利名称：用于向蓄电池组电池中填充电解液的方法和用于实施该方法的设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于向蓄电池组电池(battery cell)中填充电解液 的方法和一种用于实施该方法的i殳备。更具体地，电解液本质上不是水溶 性的，且被用于蓄电池组电池例如锂离子蓄电池中。
背景技术：
在过去十年中，由于种种便携式电子装置的出现，蓄电池组变得日益 普遍。特别是锂离子二次蓄电池组已经成为用于例如手机、笔记本或手提 电脑、可携式摄像机、数码相机等的主导性的电力源。
锂离子二次蓄电池组包含安装在合适的蓄电池组壳体中的螺旋缠绕的 电极组件，该蓄电池组壳体必须被填充以非水溶性的电解液。在其中安装 有电极组件的蓄电池组壳体中形成有大量小的空体积(void)。典型地， 通过作用真空将蓄电池组的内部空间中的空气抽出，从而对抗大气压力在 真空下填充电解液。但是，为了彻底排出所述空体积需要很长时间。另夕卜， 需要一些时间，直到非水溶性电解液渗入电极组件中，并且很难在短时间 内注入电解液。
JP-07099050 (A)描述了一种设备，包括布置在一室中的蓄电池组， 且具有要被注入其中的电解液，预定量的电解液被填充在安装于注入管嘴 上的电解液存储器中。然后，腔室中的压力被降低，电解液或电极组件中 的气体例如空气被除去。然后，压力被恢复到大气压力，电解液,皮注入。 但是，在该设备中，当带有蓄电池组元件的蓄电池组基座的顶部部分被打 开时，带有存储器的漏斗状构件被安装，该存储器与所要注入的电解液的 量相对应，蓄电池组壳体内部的空间被排空。部分电解液在排空之前被注入蓄电池组壳体中，并渗入蓄电池组元件中。结果，由于电解液的存在， 对电极组件中的空体积的排空不充分。当存储器中存在电解液时进行排空， 该存储器包括位于蓄电池组壳体的顶部部分上的漏斗状构件，压力施加为 大气压力。结果，当空气从蓄电池组壳体内部通过漏斗状单元时产生气泡， 这些气泡被送入蓄电池组中。
美国专利5， 738， 690提供了一种填充供电动车辆应用的蓄电池组电池 的方法。在该方法中， 一种特殊的设备配置使得能对抗大气压力实现电解 液的真空辅助填充。没有提及所需时间和所达到的电解液填充水平，但是 将受到大气压力的驱动作用力的限制。
美国专利6, 497,976描述了一种用于对小型的矩形蓄电池组填充电解 液的方法，该蓄电池组具有位于蓄电池组壳体中的小的电解液注入孔。在 该方法中，蓄电池组壳体通过真空被排空，之后进行在最大为2kgf/cm2 (196kPa)的压力下的电解液注入，以实现电解液的快速填充。根据该方 法的填充能在60秒内实现，但不能实现最大电解液填充水平。该填充方法 中的一个问题在于，高压被保持，直到填充过程结束，其中，小的空体积 不能^f皮填充，因为空气不能逸出。
在填充后存在小的空体积的一个结果是电池重量的宽的偏差范围，这 是由于每个不同的蓄电池组电池能吸收不同量的电解液。空体积的存在和 电解液对于可用蓄电池组空间的不完全填充会不利地影响蓄电池组性能。
由于最大电解液填充水平对于蓄电池组性能非常重要， 一些^5^司已经 开始在他们现有的真空填充器上进行2或3次电解液填充操作，这会显著 减緩生产速度和增加零部件处理。

发明内容
发明目的
本发明的主要目的是提供一种电解液填充方法，该方法能有效地填充 可用空间和除去所有气体，并能在合理时间内和以高的速度实现这种填充。 另一目的是提供一种用于实施该方法的设备，该设备能生产出电解液体积高度均匀的蓄电池组。
再一目的是一次对多个蓄电池组实施该方法，由此可提高生产率。
发明概述
根据本发明已经认识到，需要按特殊顺序进行各步骤以实现最佳填充， 其中，在各步骤如真空排放和加压填充之间应设有过渡时间段，可在该过 渡时间段排放气泡；为了提供所需的过渡状态，应提供特殊设计的填充头，
其利用了这一事实，即，这种电解液是蓄电池组的内部与填充室中主要存 在的压力状况之间的理想的分离装置。
通过利用该认识，根据本发明的第一方面，提供了一种用电解液填充 蓄电池组电池的方法，其中，该蓄电池组电池设有电解液注入接纳部，该
方法包括如下步骤
a)在所述电解液注入接纳部与填充头的连接管嘴之间建立密封连接， 该填充头限定有一室，该室通过对应的阀与高压源、与自由大气、与高真 空源和可选地与低真空源连接，其中，在任何时候仅所述四个阀中的一个 能被打开，同时，在当前步骤a)中，通向自由大气的所述阀被打开；
b )打开通向所述高真空的所述阀预定第一时间段，以通过所述室从所 述蓄电池组电池的内部排出空气；
c )将所述室的内部的主要上部部分与其下部部分分开，以及关闭连接 于自由大气的所述阀，所述下部部分利用一滑动关断活塞与所述连接管嘴 连通；
d) 通过暂时打开的电解液填充端口在所述腔的所述上部部分中分配预 定量电解液，以便电解液填充所述内部的位于所述关断活塞上方的一部分， 同时保持通向自由大气的所述阀打开；
e) 抬升所述关断活塞，以使所述被分配的液体的主要部分在蓄电池组 电池内部于步骤b)中建立起来的真空的作用下被吸入到所述蓄电池组电 池内部，以及允许所述蓄电池组电池中的任何气泡通过电解液j皮除去；
f )提供用于所述蓄电池组电池的机械支承部，打开连接于所述高压源 的所述阀第二预定时间段，以将所述电解液推入所述蓄电池组电池中；g) 打开通向自由大气的所述阀第三预定时间段；和h) 重复步骤f)和g)至少一次，以更完全地从蓄电池组电池中排出 气体，以及填充预定体积的电解液；和i) 将所述蓄电池组电池与所述填充头断开。另 一认识在于，压力填充应继以 一短的大气时间段和一进一步的真空 (时间段)，这可驱赶出任何存在的气体。如果这些步骤4皮恰当地重复， 则可实现理想的填充。根据本发明的第二方面，提供了一种特别设计和布置的填充设备、主 要是填充头，其一方面利用了与不同压力水平(高压、大气、低真空和高 真空)的不同源相连接的四个阀，其中， 一次仅这些阀中的一个能被打开； 另一方面利用了能关闭填充头的下部部分的可竖直移动的活塞阀，以佳L得 能够分开下方和上方的体积，这在电解液浮皮分配到关闭的活塞上时很重要， 该活塞在抬升时将使电解液向下流动，并自身将电池内部与填充室内的空 间分开。活塞、填充和阀的打开的非常同步的操作使得能够平稳地实现最 佳填充方法。根据本发明的再一方面，提供了一种填充头组件，其中， 一定数量的 填充头并排地机械地布置，该组件使得能够用其每一个填充头实现同时填 充。该组件对全部室仅使用四个阀，但是，每个室设有指定的活塞，填充 (电解液的配量)也通过端口同时地发生，所述端口通过由凸轮从动件驱 动的挡杆(bar)的滑动而同时打开和关闭。当这些组件被布置在指示台的相应位置上时，填充速度可进一步增加， 该指示台绕一中心轴线不连续地运动，其中，在第一位置，组件的放置和 拾捡可以平稳和同步的方式发生。


现在将参照附图结合本发明的优选实施例描述本发明。在附图中 图1-8示出了电解液填充方法的8个不同阶段； 图9示出了电解液填充方法的时间图；图10a示出了用于同时填充8个站点的填充头组件的俯视断面图；图10b示出了用于同时填充8个站点的填充头组件的前视断面图；图lla示出了 8填充头组件在滑阀处于关闭位置时的3D视图；图llb示出了 8填充头组件在滑阀处于打开位置时的3D视图；图llc示出了 8填充头组件在滑阀处于打开位置和接合有电解液填充管嘴时的侧视断面图；图12示出了具有8个8填充头组件(8x8 fill head assemblies)的旋转指示i殳备(rotary index apparatus)的示意性的俯视图；图13示出了 18650锂离子蓄电池组电池的试验填充的电解液重量分布。
具体实施方式
在图1-8中示意性地示出了根据本发明的电解液填充方法的8个独立 步骤。这些示意图中的每一个都示出了连接于蓄电池组电池100的相同的 电解液填充头1，该蓄电池组电池可靠地保持在电池支承部6中。电解液 填充头1包括预配量室2、电池尺寸特征适配器管嘴(cell size specific adapter nozzle ) 3、与蓄电池组电池100的合适的连接元件接合的弹性体 密封件3a、关断活塞4、滑板阀5、围绕其顶部周界具有O形环密封件的 电解液填充端口 8 (见图4)、和4个市售压力阀7a-d，该市售压力阀例 如是从Swagelok公司得到的SS-8BK-1C。压力阀7a-d具有在关断活塞4 的运动区域的上方与预配量室的内部连通的各自的第一侧。阀7a-d的另一 侧连接于不同的压力或真空装置，如标记有特定装置类型的相应的方块所 示的。阀7a连接于一高压力源，阀7b通向自由大气，阀7c连接于一低真 空源，阀7d连接于一高真空源。关断活塞4的竖直操作杆借助于密封的滑动连接件穿过预配量室2的 顶盖伸出，且其能够借助于未图示的致动器上下移动。在所示实施例中， 预配量室2具有与适配器管嘴3连通的向下变窄的锥形颈部。关断活塞4 也具有锥形设计，其适配在锥形颈部的下部中；在完全向下的位置中，活塞4提供了由其分离的室2的上部部分和下部部分之间的完美密封。在图 中可看出，预配量室2的全部其它连接件都布置在内部的上部部分中。蓄电池组电池100包括蓄电池外壳101、螺旋缠绕的电极组件102和 接合凸片(weld tab) 103，该接合凸片从蓄电池外壳向外延伸到适配器管 嘴3中，且构成蓄电池组电池100的连接装置或填充适配器。在图1所示的操作的第一阶段，关断活塞4和阀7b打开，阀7a、 7c 和7d关闭，因此，室2和蓄电池组电池100处于大气压力下。图2示出了电解液填充方法的第二阶段。在该阶段，关断活塞4仍然 打开，但阀7b关闭而阀7d打开实现高真空，阀7a和7c都关闭，因此， 室2和蓄电池组电池10G的内部现在具有约为5. 3kPa压力的真空。在本说明书中，使用下面的压力单位变换 1 atm= 101325 Pa = 1.10325 bar = 760 torr = 14.696 psi 在设定预定量时间的该步骤中，从蓄电池组电池IOO中除去空气。 图3示出了电解液填充方法的第三阶段。在该阶段，关断活塞4净皮降 低和关闭，蓄电池组电池100和适配器管嘴3保持具有5. 3kPa的真空。阀 7d关闭而阀7b打开，使得在预配量室2中在活塞4上方具有大气压力。 阀7a和7c保持关闭，因此，室2的内部回到大气压力。图4示出了电解液填充方法的第四阶段。在该阶段，关断活塞4保持 关闭，蓄电池组电池100和适配器管嘴3保持具有5. 3kPa的真空。阀7a-d 的位置仍然成如图3所示。在该阶段，滑阀5打开，由方块"电解液"表 示的电解液填充管嘴与电解液填充端口 8接合，预定量的电解液200;故分 配到处于大气压力下的室2中。利用从Hibar Systems Limited/>司^寻到 的型号为2BC12的标准电解液泵分配电解液。预定电解液体积是填充蓄电 池组电池100的电解液腔所需的量，或者(比该所需的量)高百分之几。 如此引入的电解液恰好在活塞4的上方进入室2的锥形颈部中。图5示出了电解液填充方法的第五阶段。在该阶段，滑阀5再关闭， 阀7a-d的设置保持如图4所示。在滑阀5关闭后，关断活塞4打开(抬升)， 蓄电池组电池IOO和适配器管嘴3中的真空将吸入电解液——因为它们之前已经具有5. 3kPa的真空，而电解液上方的压力为大气压力。不是所有被 预配量的电解液200都将在该阶段流入蓄电池组电池100中，而是取决于 各个电池的状况， 一定量的电解液200将以可变液位保持在适配器管嘴3 区域中。不完全填充的原因在于，即使在作用真空以后， 一些气泡也可能 保持在蓄电池组电池100的腔中，而不能提供用于来流电解液的空间。图6示出了电解液填充方法的第六阶段。在该阶段，滑阀5保持关闭， 关断活塞4打开。阀7b关闭而阀7a打开，同时阀7c和7d关闭。打开高 压阀7a造成大约800kPa的高压要被作用在电解液上方，这迫使电解液进 一步ii^蓄电池组电池100。不是所有被预配量的电解液200都将在该阶 段流入蓄电池组电池100中，而是取决于各个电池的状况， 一定量的电解 液200将以可变液位保持在适配器管嘴3区域中。在该高压浸入阶段，蓄 电池组电池100必须被至少相当的反作用压力支承，该反作用压力由作用 于电池支承部6上的气压缸提供。图7示出了电解液填充方法的第七阶段。在该阶段，滑阀5保持关闭， 关断活塞4打开。阀7a关闭而阀7b打开，同时阀7c和7d关闭。打开大 气压力阀7b允许蓄电池组电池IOO中存留的气体被释放。图8示出了电解液填充方法的第八阶段。在该阶段，滑阀5保持关闭， 关断活塞4打开。阀7b关闭而阀7c打开，同时阀7a和7d关闭。打开低 真空阀7c (其提供了大约为41. 3kPa的真空压力)造成进一步的残余气体 从蓄电池组电池IOO中被抽出。在该电解液填充方法中，图6-8的步骤可才艮据需要频繁地重复，以实 现所有预定量电解液向蓄电池组电池IOO中的完全填充。已经发现，图6-8 中所示步骤的单个重复周期足以实现完全填充。但是，根据电解液组成和 电池构造，可能需要更多周期。已经进行了多次试验来获得对于所示不同步骤的最佳时间/操作计时。 作为结果给出了如图9所示的最佳计时，其中显示了图l-8所示步骤的持 续时间。时间分配为5秒的电池组加载/卸载扇区表示图1的阶段。图2 的高真空阶段作用24秒，然后经历l秒的短时间回到图3的大气阶段。图4的电解液分配阶段具有3秒时间分配，然后经历1秒的短时间回到图5 的大气阶段。接着进行第一循环的具有30秒高压的图6 (所示阶段)，然 后经历1秒的短时间回到图7的大气阶段，再经历1秒的图8的低真空阶 段。接下来进行第二圏的图6-8所示阶段，具有45秒高压、l秒大气(压 力)和1秒低真空。在该阶段，所有电解液已经被填充到蓄电池组电池100 中，蓄电池组电池100能从适配器管嘴3断开。计时周期还具有用合适溶 剂冲洗预配量室2的预防措施，以使室2清洁而不具有盐沉积物，该清洁 步骤未在图1-8中示出。该清洁周期持续5秒，剩余2秒多余时间/备用时 间以获得每个填充头120秒的总周期时间。才艮据前述方法运行的电解液填充设备的一优选实施例使用构成填充头 组件的8个电解液填充头1。图10a和10b分别以俯视和正视断面图示出 了这种填充头组件，其用于同时填充8个蓄电池组电池站点。图10a和10b 中的附图标记表示与图1-8的示意图中的相同的部件，但对于每个填充头 添加了字母a-h。参照图10a的俯视图，填充头组件具有8个电解液填充头la-h、带有 8个通道孔9a-9h的一个滑板组件5、与全部8个填充头的室2a-2h连接的 一个压力总管12、和连接至压力阀7a-7d的连接器13a-13d。总管12具有 可选的备用连接器13e，其可被用于冲洗和清洁整个填充头组件。另外， 总管12具有连接于工业变压器15的进口适配器14，该工业变压器例如是 从美国Illinois州Vernon Hills的Cole Parmer Instrument Company ^公司得到的型号为K-68073-06的工业变压器。注意在该图10a中，滑板组 件5处于关闭位置。在凸轮10a-b和凸轮从动件lla-b的引导下，滑板组 件5将如箭头16所示向左移动，直到通道孔9a-h将要与电解液填充端口 8a-h对齐。滑板组件15的侧向移动由于与其连接的气压缸(未示出)而 变得容易。参照图10b，两个凸轮10a-b和两个凸轮从动件lla-b在侧视图中可 见具有处于关闭位置的滑板组件5。蓄电池组电池100接合于填充头适配 器管嘴3且经由弹性体密封件3a密封。在图11a和lib中 别示出了具有滑板组件5和8个填充头的填充头组件的三维(3D )俯视图，其中，图lla 示出了关闭位置，图llb示出了打开位置。在图lla中，滑板组件5处于 关闭位置，电解液填充端口 8a-h通过0形环密封件紧紧密封于滑板组件5 的底表面，这些O形环密封件围绕电解液填充端口 8a-h的周界，且由于凸 轮10a-b的轮廓的作用而被一起挤压，凸轮从动件lla-b在该位置接合。在图lib中，滑板组件5处于打开位置，电解液填充端口 8a-h与滑板 组件5的通道孔9a-h对齐。围绕电解液填充端口 8a-h的周界的0形环密 封件在该位置没有由于凸轮10a-b的轮廓而被挤压。在图llc中示出了电 解液填充头组件的8个填充头之一的正视断面图，其中滑板组件5处于打 开位置，电解液填充管嘴接合在电解液填充端口 8a-h中。电解液填充端口 8a-h仍然与滑板组件5的通道孔9a-h对齐，围绕电解液填充端口 8a-h的 周界的0形环密封件仍未被挤压。在电解液填充端口 8与电解液填充管嘴 17之间存在间隙，使得它们经受周围环境压力。电解液填充管嘴17深入 向下接合于预配量室2中以避免电解液飞溅，并且这些管嘴安装于管嘴适 配器18，这些管嘴适配器安装在机动化控制器(motorized control,未 示出)上，以用于管嘴的插入和缩回。机动化管嘴上下以及朝向和离开填 充头移动。管嘴连接器19连接于从Hibar Systems Limited公司得到的型 号为2BC12的标准电解液泵(未示出)的电解液管线。图12示出了具有8个8填充头组件的旋转指示设备的示意性俯视图， 其设定成速度为每120秒一转，用于获得每分钟32个蓄电池组电池的生产 填充速率。该旋转指示台具有8个不同的指示位置1-8,在每个位置可找 到一个对应的填充头组件。在每转120秒的设定速度下，为每个指示位置 提供15秒的时间分配。为了从一个位置指示下一位置需要2秒，留下在该 位置13秒的停留时间。停留时间可根据需要增加或减少，但是会影响生产 速率。停留时间增加会减少生产输出速率，而停留时间减少会增加生产输 出。最佳停留时间将取决于电解液组成、希望填充的电解液重量和蓄电池 组电池100的特性。每个8电解液填充头组件(8-up electrolyte fill head assembly)的压力阀7a-d连接于市售的、由美国纽约Hindsdale的ScottRotary Seals公司提供的型号为井AP361的旋转集合总管，这使得当它们处 于旋转指示设备上时能够在接合于管嘴3a-h的蓄电池组电池100上连续作 用真空或压力。蓄电池组电池100在它们相应的电池支承部6中在传送器25上朝向才合 捡;Sj故置站点23输送。该拾捡瓦故置站点23拾起包含蓄电池组电池100 的电池支承部6，旋转180。角度并将包含蓄电池组电池100的电池支承部 6放置到8个指示站点中的第一指示站点上(图12中的位置1)。在全部 8个指示位置都逐个地被加载有包含蓄电池组电池100的电池支承部6后， 拾捡及放置站点23将在再次返回第一指示站点时卸载包含蓄电池组电池 100的电池支承部6,同时M要被加载于该第一指示位置的下一个包含蓄 电池组电池100的电池支承部6。在旋转180°后，在电池支承部6中的填 充好的蓄电池组电池100到达传送器25上，位置门22释放，电池支承部 6中的填充好的蓄电池组电池100将在传送器25上向下游运行到工艺过程 中的下一站点。同时，在先阶段门21打开，使得包含蓄电池组电池100 的下一个电池支承部6前进到拾捡;Sj改置位置门22。在先阶段夹具20将 包含蓄电池组电池100的电池支承部6保持就位，以^^只有一个包含蓄电 池组电池100的电池支承部6能前进到拾捡瓦故置位置门23。返回传送器 19返回空的电池支承部6以供装载蓄电池组电池100。参照图9的与旋转指示台的优选操作方式相对应的时间图，还参照结 合图1-8所述的八个阶段。在旋转指示台的位置1完成具有5秒时间分配 的加载/卸载扇区，该位置也表示图l的阶段。仍然在该位置l，开始图2 的高真空阶段。 一旦总计15秒的指示时间被用尽，则接合有蓄电池组电池 100且处于真空下的该8填充头组件(8-up fill head assembly)被逆时 针地指示到位置2，所作用的真空阶段持续总计24秒，之后经历l秒的短 时间回到图3的大气阶段。在30秒标记时，旋转台再指示到下一位置3。 在该位置，图4的电解液分配阶段具有3秒的时间分配，之后经历1秒的 短时间回到图5的大气阶段。仍然在位置3,开始第一循环具有高压的图6 (所示阶段)。 一旦在该位置总计15秒的指示时间被用尽，则接合有蓄电池组电池IOO且处于持续高压下的8填充头组件被逆时针地指示到位置4, 由此，之前所作用的高压阶段继续。 一旦在该位置总计15秒的指示时间被 用尽，则接合有蓄电池组电池100且处于持续高压下的8填充头组件,皮逆 时针地指示到位置5，所作用的高压阶段持续总计30秒，然后经历短的l 秒回到图7的大气阶段，之后再进行1秒图8的低真空阶段。仍然在位置 5,开始与图6-8的阶段相对应的第二循环。 一旦在该位置总计15秒的指 示时间被用尽，则接合有蓄电池组电池100且处于高压下的8填充头组件 被逆时针地指示到位置6，所作用的高压阶段继续。 一旦在该位置总计15 秒的指示时间被用尽，则接合有蓄电池组电池100且,皮作用高压的8填充 头组件被逆时针地指示到位置7，所作用的高压阶段继续。 一旦在该位置 总计15秒的指示时间被用尽，则接合有蓄电池组电池100且被作用高压的 8填充头组件被逆时针地指示到位置8,所作用的高压阶段继续以获得总计 45秒高压，l秒大气和l秒低真空。在该阶段，所有电解液都已经被填充 到蓄电池组电池10Q中，蓄电池组电池能从适配器管嘴3a-h断开。在该位 置8，提供用溶剂冲洗室2a-h以使室清洁而不具有盐沉积物的预防措施， 该预防措施作用5秒。分配2秒多余时间，以获得对于每个填充头120秒 的总计周期时间。
应注意，在高压浸入阶段，电池支承部6中的蓄电池组电池100必须 被至少一相等的高的反作用压力支承。这借助作用于电池支承部6上的气 压缸实现。
为了测试该电解液填充方法的效率，对填充半成品标准18650型Li 离子蓄电池组电池100进行试验。试验电解液是从Ohio州Cleveland的 Ferro Corporation公司得到的碳酸丙烯(PC)。对于现有技术的电解液 填充系统，需要分别用2. 5g的2次填充来实现5g电解液填充。对于本发 明的方法，可以在单个填充周期中实现5. 3g的平均电解液重量。图13示 出了对于2404个蓄电池组电池样本进行试验填充的电解液重量的分布。图 13的分布曲线非常清楚地表明了根据本发明的方法的优越性。蓄电池组电 池已经被填充有最佳体积的电解液，几乎没有空体积空间，且重量分布(填充体积)非常均匀。根据本发明的设备已经能够高产量地提供这种快速均 匀的填充。平均重量的小的标准偏差表明不需要使用进一步的填充周期。
在另一实施例中，电解液填充设备提供有16个电解液填充头1。具有 8个16填充头组件(8x16 fill head assemblies )的该旋转指示设备也 设定成以每120秒一周的速度运行，因此，生产填充速率为每分钟64个蓄 电池纟且电池。
权利要求
1.一种用电解液填充蓄电池组电池的方法，其中，该蓄电池组电池设有电解液注入接纳部，该方法包括如下步骤a)在所述电解液注入接纳部与填充头的连接管嘴之间建立密封连接，该填充头限定有一室，该室通过对应的阀与高压源、与自由大气和与高真空源连接，其中，在任何时候仅所述阀中的一个能被打开，同时，在当前步骤a)中，通向自由大气的所述阀被打开；b)打开通向所述高真空的所述阀预定第一时间段，以通过所述室从所述蓄电池组电池的内部排出空气；c)将所述室的内部的主要上部部分与其下部部分分开，以及打开连接于自由大气的所述阀，所述下部部分经一滑动关断活塞与所述连接管嘴连通；d)通过暂时打开的电解液填充端口在所述腔的所述上部部分中分配预定量电解液，以便电解液填充所述内部的位于所述关断活塞上方的一部分，同时保持通向自由大气的所述阀打开；e)抬升所述关断活塞，以使得所述被分配的液体的主要部分在蓄电池组电池内部于步骤b)中建立起来的真空的作用下被吸入到所述蓄电池组电池的内部，以及允许所述蓄电池组电池中的任何气泡通过电解液被除去；f)提供用于所述蓄电池组电池的机械支承部，打开连接于所述高压源的所述阀第二预定时间段，以将所述电解液推入所述蓄电池组电池中；g)打开通向自由大气的所述阀第三预定时间段；和h)重复步骤f)和g)至少一次，以更完全地从蓄电池组电池中排出气体和填充预定体积的电解液；和i)将所述蓄电池组电池与所述填充头断开。
2. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述填充头的所述室 连接于通向低真空源的另 一阀，所述另 一阀能在所有其它所述阀关闭时被 打开；在所述步骤g)之后和所述步骤h)之前，打开通向所述低真空源的一个所述阀第四预定时间段，以便于所述蓄电池组电池中的任何残余气体 的排出。
3. 根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述重复步骤h)包 括在所述第四预定时间段中进行的所述真空步骤。
4. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述高压高于500kPa 而低于1000kPa。
5. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述高真空低于约 10kPa,优选在4-7kPa之间。
6. 根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述低真空小于 50kPa，优选低于45kPa。
7. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一预定时间段 略短于所述第二预定时间段，每个其它的所述预定时间段明显更短，优选 短于所述第一预定时间段的1/10。
8. 根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述第一预定时间段 在约22-28秒之间，所述第二预定时间段在约27-35秒之间，所述第三和 第四预定时间段分别为约1秒。
9. 根据权利要求l所述的方法，其特征在于，所述蓄电池组电池是 锂离子类型的蓄电池组电池。
10. —种用于在蓄电池组电池中填充电解液的设备，其中，所述蓄电 池组电池设有电解液注入接纳部，所述设备包括-限定有预配量室的填充头；-多个同步阀， 一次仅允许其中的一个被打开；-连接于所述阀中的第一阀的高压源；-终止于自由大气且连接于所述阀中的第二阀的管道；-连接于所述阀中的第三阀的高真空源；-用于朝着所述电池的所述电解液注入接纳部提供密封连接的适配器 管嘴，所述管嘴在所述室的下端区域中与所述室的内部连通；-布置在所述填充头的上部区域处与电解液源连接的密封和可关闭的电解液填充端口；-布置成一阀的关断活塞，以在第一位置将所述预配量室的下部部分 和上部部分分开，和在第二位置将之前分开的部分结合；其中， 所述阀与所述预配量室的所述上部部分连接。
11. 根据权利要求10所述的设备，其特征在于，所述室限定有一锥 形的、向下渐缩的下部部分，所述活塞是锥形的且定形状成与所述渐缩的 下部部分的下部部段形状配合，所述活塞被引导成进4亍竖直往复运动且具 有从所述填充头伸出的杆，在所述杆与所述填充头之间i殳有密封件。
12. 根据权利要求10所述的设备，其特征在于，所述同步阀包括第 四阀和连接于所述阀中的所述第四阀的低真空源。
13. —种用于同时填充预定数量的蓄电池组电池的填充头组件，包括 分别设计成如权利要求12中所限定的预定数量的填充头，这些填充头在一 行中并排地机械地固定，以形成一机械单元，其中，所述组件包括所述四 个阀，连接所述阀与所述室的内部的所述管线是并行的，所述活塞各自布 置在每个所述室中，所述密封和可关闭的电解液填充端口设置在全部所述 填充头共用的一对滑动元件上，并才艮据所述滑动元件的相对位置同时打开 和关闭。
14. 根据权利要求13所述的填充头组件，其特征在于，所述滑动元 件通过相应的凸轮和凸轮从动件进行运动。
15. 根据权利要求13所述的填充头组件，其特征在于，所述组件可 与电池支承部连接和不连接，该电池支承部保持和支承与所述组件中的填 充头的数量一样多的蓄电池组电池。
16. —种用于一次在多个电池中填充电解液的旋转指示台，包括n个 指示位置，在每个所述指示位置设有相应一个如权利要求10的所述填充头 组件，在第一位置，在所述台前方设有拾捡及放置站点，在所述拾捡;5U^ 置站点处与所述指示台相间隔地设置有相应电池支承部输送和返回传送 器，其中，所述拾捡及放置站点从所述传送器拾捡带有未填充的电池的多 个电池支承部并在旋转半圏后将它们放在所述位置，以及B即将到来的带有填充好的蓄电池组电池的多个电池支承部并将它们放在所述传送器 上。
17. 根据权利要求16所述的旋转指示台，其特征在于，n-8，所述台 是八边形的，每个所述填充头组件包括八个所述填充头；所述台以每步15 秒的方式回转，以在2分钟转过一圏。
18. 根据权利要求16所述的旋转指示台，其特征在于，通过在下一 指示位置保持与在前一指示位置期间相同的压力值，可在多于一个指示位 置保持一填充状态，因此工艺时间段可不同于预定指示时间段。
全文摘要
本发明涉及一种用电解液填充蓄电池组电池的方法和设备，包括限定有预配量室的填充头；多个同步的阀，使得在任何给定时间仅一个可被打开；分别与一个同步的阀连接的高压源、大气压力源和高真空源；密封于电解液注入接纳部、与预配量室的下端连通的适配器管嘴；以及可操作成将预配量室分成下部部分和上部部分或将其结合的关断活塞；其中，同步的阀与预配量室的上部部分连接。
文档编号H01M2/36GK101682021SQ200980000297
公开日2010年3月24日 申请日期2009年3月18日 优先权日2008年3月26日
发明者B·雷施克 申请人:海霸系统有限公司