具有内部汇流条的电池系统壳体的制作方法
发明背景
电动汽车使用由可充电电池系统中存储的电能进行供能的一个或多个电动机。通常选用锂基电池，因其具有较高的功率和能量密度。为了确保电动汽车高效且安全地运行，电池系统的温度必须维持在限定的优选温度范围内。电动汽车的冷却液系统可物理地延伸至电池系统以移除过剩的热量，从而增加电池系统的使用寿命并延长单次充电能够行进的距离。
随着电动汽车日渐普及，制造过程中的效率将变得更加重要。减少制造电池系统所用成本同时提升其可靠性及安全性的过程和设备对于满足消费者需求尤为关键。特别地，需要这样的过程和设备：其确保各个电池单元之间的可靠电连接、有效地冷却电池系统并在将数以千计的电池单元组装进能够在需要时安装和更换的模块系统的制造过程中提供帮助。
技术实现要素：
本公开内容的各方面涉及电池系统和用于生产和/或制造所述电池系统的方法，本公开内容的一些方面涉及具有内部汇流条的电池系统。
一个创新性方面是电动汽车的蓄电池组。所述蓄电池组包括上托架、附接至所述上托架的第一汇流条、下托架以及附接至所述下托架的第二汇流条。所述蓄电池组还包括在所述第一汇流条和所述第二汇流条之间排列在所述上托架和所述下托架上的多个电池单元，其中所述第一汇流条位于所述电池和所述上托架之间，而所述第二汇流条位于所述电池和所述下托架之间。
在一些实施方式中，所述第一和第二汇流条中至少一个包括被配置用于接收所述电池单元的多个凹口。
在一些实施方式中，所述上托架和所述下托架中至少一个包括多个凹口，其被配置用于接收所述第一和第二汇流条中至少一个的凹口。
在一些实施方式中，所述蓄电池组还包括在相邻电池之间延伸的冷却管道，其中所述冷却管道被配置用于移除来自所述多个电池单元的热量。
在一些实施方式中，所述第一和第二汇流条电连接至所述电池单元，所述电池单元被取向以便于在所述电池之间提供期望的并联和串联的电连接排列。
在一些实施方式中，所述电池单元中的一个或多个被取向以便于具有与所述一个或多个其他电池的取向相反的取向。
另一个创新性方面是一种制造用于电动汽车的蓄电池组的方法。所述方法包括：将第一汇流条附接至上托架，将多个电池单元的第一侧面附接至所述第一汇流条，使得所述第一汇流条位于所述电池单元和所述上托架之间，并且将第二汇流条附接至下托架。所述方法还包括将所述电池单元的第二侧面附接至下托架，使得所述第二汇流条位于所述电池单元和所述下托架之间。
在一些实施方式中，所述第一和第二汇流条中至少一个包括被配置用于接收所述电池单元的多个凹口。
在一些实施方式中，所述上托架和下托架中至少一个包括多个凹口，其被配置用于接收所述第一和第二汇流条中至少一个的凹口。
在一些实施方式中，所述方法还包括排列冷却管道以在相邻电池单元之间延伸，其中所述冷却管道被配置用于移除来自所述多个电池单元的热量。
在一些实施方式中，所述排列冷却管道以在相邻电池单元之间延伸的步骤发生在以下情况中的一个之后：a)将所述电池单元的第一侧面附接至所述第一汇流条，以及b)将所述电池单元的第二侧面附接至所述下托架。
在一些实施方式中，所述排列冷却管道以在相邻电池单元之间延伸的步骤由于以下情况中的一个而发生：a)将所述电池单元的第一侧面附接至所述第一汇流条，以及b)将所述电池单元的第二侧面附接至所述下托架。
在一些实施方式中，所述方法还包括将所述第一和第二汇流条连接至所述电池单元，且使所述电池取向以便于在电池单元之间提供期望的并联和串联的电连接排列。
在一些实施方式中，所述电池单元中的一个或多个被取向以便于具有与所述一个或多个其他电池单元的的取向相反的取向。
另一个创新性方面是由蓄电池组供能的电动汽车。所述蓄电池组包括上托架、附接至所述上托架的第一汇流条、下托架以及附接至所述下托架的第二汇流条。所述蓄电池组还包括多个电池组，其在所述第一和第二汇流条之间被排列在所述上托架和下托架上，其中所述第一汇流条位于所述电池单元和所述上托架之间，而其中所述第二汇流条位于所述电池单元和所述下托架之间。
在一些实施方式中，所述第一和第二汇流条中至少一个包括被配置用于接收所述电池单元的多个凹口。
在一些实施方式中，所述上托架和所述下托架中至少一个包括多个凹口，其被配置用于接收所述第一和第二汇流条中至少一个的凹口。
在一些实施方式中，所述蓄电池组还包括在相邻电池单元之间延伸的冷却管道，其中所述冷却管道被配置用于移除来自所述多个电池单元的热量。
在一些实施方式中，所述第一和第二汇流条电连接至所述电池单元，且所述电池单元被取向以便于在电池之间提供期望的并联和串联的电连接排列。
在一些实施方式中，所述电池中的一个或多个被取向以便于具有与所述一个或多个其他电池单元的取向相反的取向。
附图简述
参阅接下来的本说明书和附图部分可进一步理解本发明的特性和优点，其中几个附图中使用相似附图标记来指代相似的部件。在一些情况下，子标记与附图标记相关联来表示多个相似部件中的一个部件。在没有规定现有子标记的情况下引用附图标记时，其意图是指代所有这类多个类似的部件。
图1示出了根据一些实施方式的、具有可充电电池系统的电动汽车的简图。
图2示出了根据一些实施方式的、可在电动汽车中使用的锂基电池。
图3a和图3b是蓄电池组的示意图。
图4a至图4g-2是示出了蓄电池组的制造过程的一系列视图。
图5是示出了制造可充电蓄电池组的过程的一种实施方式的流程图。
图6是示出了具有可充电电池系统的汽车的制造过程的一种实施方式的流程图。
具体实施方式
本文所描述的是用于提供具有内部汇流条的可充电电池系统的实施方式。内部汇流条在电池系统的电池单元之间提供了电连接。此外，内部汇流条提供了热传导路径，通过该路径可移除来自电池系统的热量。
图1示出了根据一些实施方式的、具有可充电电池系统104的电动汽车102的简图100。可充电电池系统104可由一个或多个电池模块或蓄电池组106构成。蓄电池组可包括有多个单独的电池单元，该电池单元电连接以便向电动汽车102提供特定的电压/电流。在一些实施方式中，组成蓄电池组的电池单元可排列为一行或多行的电池单元。电动汽车102可包括同时使用燃料燃烧和已存储的电能进行操作的混合动力车以及完全使用已存储的电能进行操作的全电动汽车，这取决于实施方式。
可充电电池系统104代表了电动汽车102就尺寸、重量和成本而言的主要部件。在可充电电池系统104的设计和形状方面做了大量努力，以便于将电动汽车102中使用的空间量减至最小，同时确保其乘客的安全。在一些电动汽车中，可充电电池系统104位于如图1中所描述的乘客座舱的底板下方。在其他电动汽车中，可充电电池系统104可位于电动汽车的后备箱或引擎盖区域。
尽管较少数量的较大尺寸电池可能更具能效，但是这些较大尺寸电池的尺寸和成本令人望而却步。此外，较大尺寸电池需要占据电动汽车102的更多相邻的空间区段。这防止了将较大尺寸的电池存储在诸如图1中所描述的乘客座舱的底板等位置。因此，一些实施方式使用大量的小尺寸电池单元，其彼此耦合来产生等效于单个较大尺寸电池的电气特性。小尺寸电池可以是例如传统的aa/aaa电池的尺寸，且可以编组在一起来形成多个蓄电池组106。每个蓄电池组可以包括大量的电池单元。在一种实施方式中，700个单体锂电池组合在一起来形成许多单个蓄电池组106a、106b、106c和106d中的每一个蓄电池组，并且可充电电池系统104可包括四个蓄电池组106a、106b、106c和106d。在一些实施方式中，可充电电池系统104包括八个蓄电池组、十个蓄电池组、十六个蓄电池组或另一数量的蓄电池组，其并联或串联连接，直至满足电动汽车102的电力需求为止。每个电动汽车102的各个蓄电池组106中所包含的电池单元可能总计达成千上万。
在一些实施方式中，可充电电池系统104，尤其是蓄电池组106中的一个或多个可连接至热交换器108，热交换器108可以是冷却系统110的一部分。在一些实施方式中，冷却系统110可以是可充电电池系统104的一部分，而在一些实施方式中，冷却系统110可与可充电电池系统104分开。冷却系统110可包括连接管线112，其以流体方式将热交换器108连接至蓄电池组106中的一个或多个。连接管线112可包括入口管线114和出口管线116。入口管线114可运送诸如制冷剂等冷却流体至可充电电池系统104和/或至一个或多个蓄电池组106。在一些实施方式中，冷却流体可包含在冷却系统110中、可充电电池系统104中和/或包含在一个或多个蓄电池组106中。
图2示出了根据一些实施方式的、可用在电动汽车中的锂基电池202的图200。如本文所使用的，术语“电池”、“单元”和“电池单元”可互换地用于指代电池系统中所使用的任意类型的各个电池元件。本文所描述的电池通常包括锂基电池，但是也可能包括各种化学成分和配置，其包括铁岭酸盐、金属氧化物、锂离子聚合物、镍金属氢化物、镍镉、镍基电池(氢、锌、镉等)以及可与电动汽车兼容的任意其他电池类型。例如，一些实施方式可能使用
在一些实施方式中，形成蓄电池组106的一些或全部电池单元可取向在相同方向上。换言之，每个电池单元的正极端可相对于蓄电池组面朝上(或朝下)，而每个负极端面朝下。在其他的实施方式中，就不一定是这种情况。电池单元的交替行可能取向在相反的方向，使得第一行的正极端取向在向上方向上，而第二行的正极端取向在向下方向上。电池单元的取向模式可不受限制地改变。例如，一行电池单元中每隔一个的电池单元可能取向在相反的方向。在一些实施方式中，蓄电池组一半可具有取向在一个方向上的电池单元，而另一半蓄电池组具有取向在相反方向上的电池单元。在这些情形中的任意一个中，在取向在相反方向上的电池之间或者在取向在相同方向上的电池之间可能需要建立连接。
为了完成电池单元之间的电连接，可能需要使用汇流条。如本文所使用的，术语“汇流条”指代任意金属导体，其连接至多个电池单元端以便将功率从电池单元传输至电动汽车的电力系统。在一些实施方式中，汇流条可以包括定位在蓄电池组的顶部或底部的平坦金属板。在一些实施方式中，金属板可覆盖蓄电池组的全部顶部或底部，而在另外的实施方式中，汇流条可包括条状物，其长度长于宽以便与单排电池介接。
图3a和图3b是蓄电池组300的示意图，其包括电池单元310、冷却管道320、下托架330、上托架340、汇流条350和汇流条355。
汇流条350和汇流条355由诸如铝和/或铜等可导电材料制成。也可以使用其他可导电材料。汇流条350和汇流条355被定位以接触电池单元310的正电极和负电极。因此，汇流条350和汇流条355提供电接触，且可被塑形以在电池单元310之间如所期望的那样提供任意的并联和串联的连接排列。为了获得期望的排列，可针对每个电池单元确定每个电池单元310的取向(正电极向上或负电极向上)。
如图所示，电池310被排列以接合汇流条350和汇流条355的凹口，其对应于下托架330和上托架340上的凹口。由于汇流条350和汇流条355以及下托架330和上托架340上的这些凹口，汇流条350和汇流条355以及下托架330和上托架340提供了抗横向力或剪应力的机械支撑。在一些实施方式中，下托架330和上托架340是非导电性的。例如，下托架330和上托架340可由注塑模制塑料制成。
此外，排列电池单元310以使其由冷却管道320支撑和冷却。附加地，冷却管道320提供抵抗横向力或剪应力的机械支撑。此外，如下文进一步讨论的，在制造期间冷却管道320向电池单元提供机械支撑。冷却管道320还可能包括流体通道325，冷却流体可循环通过该流体通道325，以便于提供一个路径，热量可通过该路径从电池310处移除，例如使用与冷却管道320流体耦合的热交换器。
汇流条350和汇流条355机械地与上托架340连接。例如，汇流条350和汇流条355可以胶合或焊接至上托架340。汇流条350和汇流条355可传导且向电池单元310提供电连接。
汇流条350和汇流条355还提供抵抗上托架340所受挠曲力的机械支撑。由于汇流条350和汇流条355的刚度，上托架340可以较薄。例如，上托架340的塑料厚度可以在约2mm和约4mm之间。此外，汇流条350和汇流条355的厚度可以在约1mm和约2mm之间。因此，上托架340和汇流条350及汇流条355的塑料组合厚度可以在约3mm和6mm之间。在组合之后，该组合的刚度主要由汇流条350和汇流条355提供。因此，上托架340可以较薄，使得相比上托架340较厚的情形，蓄电池组300的高度较为有利地较小。
在这种实施方式中，汇流条350和汇流条355还包括多个触点352。多个触点352被配置为使汇流条350的一个或多个部分和/或层与一个或多个电池310——特别是与一个或多个电池310的端子——电连接。在一些实施方式中，多个触点352中的一个或多个可以与汇流条350的一个或多个导电层电连接和/或与形成汇流条350的一个或多个导电材料电连接。
图4a至图4g-1是示出了制造诸如图3a和图3b的蓄电池组300等蓄电池组的过程的一系列视图。
图4a是上托架440的示意图。例如，上托架440可由注塑模制塑料或另一种非传导性材料制成。如图所示，上托架440包括上文所讨论的凹口445。上托架440还包括孔442，穿过该孔442可以看见电池单元和汇流条之间的电连接。
图4b是其上附接有汇流条450的上托架440的示意图。汇流条450可包括导电金属，且可使用例如粘附材料、胶、环氧树脂或诸如焊接等其它机制固接至上托架440。在一些实施方式中，汇流条450通过加热过程附接至上托架440，该加热过程融化或者部分地融化上托架440的材料，使得一旦凝固后，上托架440的材料固接至汇流条450。
图4c是其上附接有汇流条455的下托架430的示意图。汇流条455可以附接至下托架430，该附接类似于汇流条450与上托架440之间的附接。
如图所示，下托架430包括形状与多个电池单元的外轮廓对应的凹口434。在这种实施方式中，孔432通常限定图案大致规则的网格。
图4d是下托架430、汇流条455和冷却管道420的示意图。在制造方法的一些实施方式中，冷却管道420附接至下托架430，或者保持靠近下托架430，以使其被配置用于在被放置于凹口434中时接收和支撑电池单元。
图4e是下托架430、汇流条455和电池单元410的示意图。在制造方法的一些实施方式中，在受到冷却管道420支撑之前电池410被放置在汇流条455或下托架430的凹口434中。电池410被放置在汇流条455或下托架430中，使得靠近下托架430的电池单元410的端子与汇流条458的触点459电连接，还使得电池单元410接合汇流条455或下托架430的凹口434且通过凹口434固定在适当位置上。在一些实施方式中，电池单元410使用例如胶或另一种固接机制来固接至汇流条455或下托架430。在一些实施方式中，电池单元410未固接至汇流条455或下托架430，且经由将电池单元410压向汇流条450或下托架430的力被保持在适当位置上。
图4f是下托架430、汇流条455、电池410和冷却管道420的示意图。电池单元410接合汇流条455或下托架430的凹口434且通过凹口434固定在适当位置上，并且冷却管道420在制造期间向电池单元410提供附加的机械支撑，使得电池410不大可能由于例如横向力或其他力而从汇流条455或下托架430处移除。
图4g-1和图4g-2是已制造的蓄电池组400的示意图。如图所示，有汇流条450附接至其上的上托架440已经附接至电池单元410，使得电池单元410接合汇流条450或上托架440的凹口并通过该凹口固定在适当位置上，并且靠近上托架440处的电池410的端子接合汇流条450的触点452并与之形成电连接。在一些实施方式中，电池单元410使用例如胶或另一种固接机制固接至上托架440。在一些实施方式中，电池410未固接至汇流条450或上托架440，且经由将电池单元410压向汇流条450或上托架440的力保持在适当位置上。
如图所示，汇流条450和汇流条455接触电池单元410。汇流条450位于电池单元410和上托架440之间。此外，汇流条455位于电池单元410和下托架430之间。
图5是示出了诸如本文所讨论的用于制造可充电蓄电池组的过程500的一种实施方式的流程图。该方法可包括例如上文中关于图1所讨论的、用于制造可充电蓄电池组系统104的一个或多个蓄电池组106的过程。
该过程开始于方框510，且可包括将一个或多个汇流条附接至下托架。下托架可由例如非传导性塑料材料制成，且可具有配置用于接收电池单元的凹口。一个或多个汇流条的凹口可与下托架中的凹口相对应。因而，一个或多个汇流条可在下托架的凹口的同一侧附接至下托架。一个或多个汇流条可使用胶或另一种固接机制附接至下托架。
在510中，过程可以附加地或备选地包括将一个或多个汇流条附接至上托架。上托架可由例如非传导性塑料材料制成，且可具有配置用于接收电池单元的凹口。一个或多个汇流条的凹口可以与上托架的凹口相对应。因而，一个或多个汇流条可在上托架的凹口的同一侧附接至上托架。一个或多个汇流条可使用胶或另一种固接机制附接至上托架。
过程500还可包括如方框520中所示那样将电池单元放置在下托架中。在一些实施方式中，电池单元使用例如胶或另一种附接机制固接至下托架。在一些实施方式中，电池单元未固接至下托架。电池单元被放置在下托架上使得电池单元接合汇流条或下托架的凹口并通过该凹口保持在适当位置上。此外，电池单元被放置在下托架上使得电池单元靠近下托架处的端子与附接至下托架的汇流条触点形成电连接。
过程500还可包括如方框530中所示那样将上托架附接至电池单元。在一些实施方式中，电池单元使用例如胶或另一种固接机制固接至上托架。在一些实施方式中，电池单元未固接至上托架。上托架可附接至下托架，使得电池单元接合上托架和下托架的凹口并通过该凹口保持在适当位置上。此外，上托架可附接至电池单元，使得电池单元靠近上托架处的端子与附接至上托架的汇流条触点形成电连接。
在备选的实施方式中，电池单元使用例如胶或诸如焊接等另一种附接机制固接至汇流条。在这类实施方式中，电池单元可附加地通过胶或另一种附接机制附接至上托架和/或下托架。在一些实施方式中，电池单元经由上托架和下托架之间的挤压力抵靠住上托架和/或下托架而保持，且未以其他方式附接至上托架和/或下托架。
在备选的实施方式中，电池单元未固接至上托架和下托架中的一者或两者。在这类实施方式中，上托架可使用胶或另一种附接机制连接至下托架。在一些实施方式中，电池单元经由将上托架附接至下托架的附接机构抵靠住上托架和/或下托架而保持，且未以其他方式附接至上托架和/或下托架。
过程500可附加地包括将可充电电池系统与配置用于向汽车提供功率的电动机电连接。
应当理解，根据本发明的各种实施方式，图5中所示的具体步骤提供了用于向电动汽车提供可充电电池系统和/或蓄电池组的具体方法。根据备选的实施方式也可执行其他顺序的步骤。例如，本发明的备选实施方式可按不同的顺序执行上文所列出的步骤。此外，图5中所示的单次步骤可包括多个子步骤，这些子步骤可针对单个步骤酌情按不同的顺序执行。此外，可取决于特定的应用来增加或移除附加的步骤。本领域普通技术人员将认识到许多变体、修正和备选项。
图6是示出了如本文所讨论的、用于制造具有可充电电池系统的汽车的过程600的一种实施方式的流程图。
过程开始于框610，且可包括将可充电电池系统附接至汽车，其中可充电电池系统包括附接至汇流条的上托架、附接至汇流条的下托架、上托架和下托架之间的多个电池单元以及冷却管道，其在上托架和下托架之间具有流体通道或与上托架和下托架中的一个一体形成。
在620中，过程附加地包括将冷却系统附接至汽车。例如，冷却系统可具有配置用于将热交换器连接至可充电电池系统的连接管线。连接管线可包括入口管线和出口管线。入口管线可被配置用于将诸如制冷剂等冷却流体运送至可充电电池系统。出口管线可被配置用于将冷却流体从可充电电池系统运送至冷却系统。
过程600还可包括：在630，将冷却管道，尤其是冷却管道的流体通道流体地连接至冷却系统。在一些实施方式中，将冷却管道连接至冷却系统可包括将冷却管道的流体通道连接至冷却系统的热交换器。在一些实施方式中，将冷却管道连接至冷却系统可包括经由连接管线——尤其是经由入口管线和/或出口管线——将冷却管道——尤其是冷却管道的流体通道——连接至冷却系统。
过程600还可包括使用冷却流体填充冷却系统和冷却管道的流体通道，其中冷却流体可以是制冷剂。在一些实施方式中，使用冷却流体填充冷却系统和流体通道还可包括使用冷却流体填充热交换器。在一些实施方式中，冷却系统可被配置用于使冷却流体循环流过冷却管道的流体通道，以维持可充电电池系统的电池单元的期望温度。
过程可附加地包括将可充电电池系统与配置用于向汽车提供功率的电动机电连接。
应当理解，根据本发明的各种实施方式，图6中所示的具体步骤提供了用于向电动汽车提供可充电电池系统和/或蓄电池组的特定方法。根据备选的实施方式也可执行其他顺序的步骤。例如，本发明的备选实施方式可按不同的顺序执行上文所列出的步骤。此外，图6中所示的单次步骤可包括多个子步骤，这些子步骤可针对单个步骤酌情按不同的顺序执行。此外，可取决于特定的应用来增加或移除附加的步骤。本领域普通技术人员将认识到许多变体、修正和备选项。
在前文的描述中，出于解释的目的而阐述了大量的具体细节以便对本发明的各种实施方式提供更透彻的理解。然而本领域技术人员将会理解，本发明的实施方式在没有这些特定细节中的一些细节的情况下也能施行。在其他情况下，框图中示出了公知的构造和设备。
前文的描述仅提供了示例性的实施方式，其并未旨在限制本公开内容的范围、适用性或配置。相反，前文所描述的示例性实施方式将为本领域技术人员提供能够实施该示例性实施方式的描述。应当理解，可以在要素的功能和排列上进行各种变化，而不背离所附权利要求书中阐述的本发明的精神和范围。
前文描述中给出具体细节以便于提供对实施方式的透彻理解。然而，本领域普通技术人员将会理解，可以在不具备这些具体细节的情况下施行这些实施方式。例如，电路、系统、网络、过程和其他部件可能已作为框图中的部件被示出以防止实施方式在不必要的细节上变得晦涩难懂。在其他情况下，为了防止使实施方式变得晦涩难懂，可在没有不必要细节的情况下示出公知的电路、过程、算法、构造和技术。
同样地，还应当注意，各个实施方式可能已作为一个过程被讨论，其以流程图、流程示意图、数据流程示意图、构造示意图或框图的形式描绘。尽管流程图可将操作描述为顺序的过程，但许多这种操作可以并行地或同时地执行。此外，操作的命令可以重新排列。当其操作已经完成时，过程终止，但该过程可能具有图中没有包含的附加步骤。过程可对应于一种方法、一个函数、一个程序、一个子例程、一个子程序等。当过程对应于一个函数时，其终止可对应于函数返回至调用函数或主函数。
在前文的说明书中，本发明的各方面参考文中特定的实施方式进行描述，但是本领域技术人员将会理解，本发明并非受此限制。可单独地或联合地使用上文所描述的本发明的各种特征和各个方面。另外，在不背离本说明书的更宽原则和范围的情况下，在超出本文所描述的任意数量的环境和应用中使用该实施方式。相应地，本说明书和附图被认为是示例性而非限制性的。
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