电池制造过程期间梳理和定位柔性电芯极耳的方法和工具与流程

背景技术：

电化学电池在多种电气系统中被用作高能电源。在示例性构造中，电池组可由一个或多个电池部分构造，其中每个电池部分均具有互连电池电芯的叠堆。在电池电芯内部，薄层绝缘材料诸如聚乙烯和/或聚丙烯薄膜可被设置在电荷相反的电极箔之间，即阳极箔和阴极箔之间。电极箔和绝缘材料被包封在包含电解质材料的密封外部软包装内。阳极箔和阴极箔涂覆有氧化锂、石墨或另一种适用的活性材料。电连接到电极箔的电芯极耳从软包装的外周边边缘突出一段短距离。在被称为“装饰”的任务中，电芯感测互连板(icb)相对于电池部分及构成其的电芯极耳来取向和安放。暴露的电芯极耳随后电互连到icb的导电汇流条或焊帽。

技术实现要素：

本文描述了一种组装工具，该组装工具被具体构造用于将上述暴露的电芯极耳梳理和定位在电池部分内。电芯极耳由金属箔构造，因此在电池部分组装期间容易受到损坏。组装工具有助于以帮助降低此类损坏风险的方式对电芯极耳进行定位和正确取向。可能受益于使用所公开的组装工具的电池部分包括一个或多个电芯叠堆，其中暴露的电芯极耳平行布置成列，每个电芯叠堆为一列，并且给定的电芯叠堆中的各个电芯极耳彼此平行。因此，多个平行列存在于电池部分的给定外表面上。此类构型允许组装工具在电池部分的占有面积内使用，这继而具有本文所述的各种优点。

使用本发明组装工具梳理和定位的电芯极耳可具有约5毫米(mm)或更小的厚度，并还可彼此分开相似的距离，例如3-5mm。因此，当在icb装饰过程之前和期间在对齐电芯极耳时将电芯极耳扭曲过多或使其被无意碰撞时，电芯极耳可易于断裂。icb及其相关联的汇流条或焊帽导电接合到暴露的电芯极耳，在装饰操作成功之后，电芯极耳应当通过icb的上表面均匀地突出且能够被触及。

在用于将电芯极耳熔合在一起的激光焊接或其他高温焊接过程期间，电池电芯还可能易受焊接飞溅物的不规则熔滴的影响。因此，电池部分的某些实施方案可包括插置在icb和电池电芯之间的较薄的隔离屏蔽件，其中隔离屏蔽件形成对此类焊接飞溅物的物理屏障。然而，由于某些设计的隔离屏蔽件需要将各个电芯极耳插入通过位于隔离屏蔽件中的狭窄的过盈配合的贯穿狭槽，因此使用隔离屏蔽件也增加了电芯极耳损坏的风险。本发明的组装工具和相应的使用方法旨在便于使用此类隔离屏蔽件的电池部分以及缺少此类隔离屏蔽件的电池部分的组装。

在示例性实施方案中，用于组装具有icb和布置成列的多个平行电池电芯极耳组的电池部分的方法包括将电池部分定位成邻近并平行于具有纵向轴线的细长导轨。该方法还包括将本发明所公开的电芯梳理和定位工具的梳状物组件与细长导轨接合，其中梳状物组件具有从梳状物基部正交延伸的梳齿。另外，该实施方案中的方法包括将梳状物组件沿着导轨朝所述列平移，同时梳状物组件保持与导轨接合，直到梳状物基部紧邻所述列。然后，电池电芯极耳组被接收在相应的一对梳齿之间，使得电池电芯极耳组彼此分开且对齐。然后将icb装饰到电池部分，因此该方法包括沿着导轨将梳状物组件平移远离所述列。

梳状物组件包括限定凹槽的定位块。将工具与导轨接合包括将导轨插入凹槽中。

该方法可包括将icb电连接到多个电芯极耳组。

在一些实施方案中，导轨包括位于导轨的预定位置处的固定止挡件，其中该方法包括使用固定止挡件以防止梳状物组件平移超过预定位置。固定止挡件可被构造为从导轨正交延伸的凸台或柱。

电池部分可包括邻近icb的可选的隔离屏蔽件，其中屏蔽件具有各自限定相应贯穿狭槽的横向屏蔽肋状物。该方法可包括使用手压机迫使电芯极耳穿过隔离屏蔽件的相应贯穿狭槽。手压机可包括按压柄部和波纹表面，该波纹表面限定由侧向间隙隔开的横向按压肋状物。侧向间隙中的每一个在其中接收隔离屏蔽件的横向屏蔽肋状物和延伸穿过其的电芯极耳中的相应一者。

本文还公开了一种用于梳理和定位具有icb的电池部分的电池电芯极耳组的工具，其中电池电芯极耳组中的相应电芯极耳布置成列。该工具包括梳状物基部、从梳状物基部正交延伸的多个梳齿和定位块。定位块连接到梳状物基部并限定凹槽。凹槽被构造成在其中接收细长导轨，使得梳状物基部、梳齿和定位块在电池部分的长度方向上沿着导轨朝向所述列平移。梳齿被构造成使得电芯极耳组中的相应的一个贴合在相应的一对梳齿之间，并且使得在将icb装饰到电池部分之前使电芯极耳组通过工具彼此分开且对齐。

以上发明内容并非旨在表示本公开的每一个可能的实施方案或每一个方面。相反，前述发明内容旨在举例说明本文所公开的一些新颖方面和特征。通过结合附图和所附权利要求进行的以下对用于实施本发明的代表性实施方案和模式的详细描述，本公开的上述特征和优点以及其它特征和优点将显而易见。

附图说明

图1为示出了在电池电芯梳理和定位组装工具的帮助下组装的示例性电池部分的示意性分解透视图，其中组装工具如下文所述构造。

图2为示出了可用作图1所示的组装工具的一部分的梳状物组件的示意性平面图。

图3为示出了图2中所示的组装工具的定位块部分的示意性透视图。

图4为示出了当用于组装图1的示例性电池部分时的图2和3的示例性组装工具的示意性透视图。

图5为示出了在接合暴露的电池电芯极耳的过程中的本发明组装工具的一组梳齿的示意性透视图。

图6为示出了相对于图2和3的组装工具定位的可选的隔离屏蔽件的示意性透视图。

图7和图8分别为示出了可用作本文所述的示例性组装工具或与本文所述的示例性组装工具结合使用的可选的压机的侧部和底部透视图。

本公开易受修改和替代形式的影响，其中代表性实施方案在附图中以举例方式示出并且在下文中详细描述。本公开的创造性方面不限于所公开的具体形式。相反，本公开旨在涵盖落入由所附权利要求书限定的本公开范围内的修改形式、等同形式、组合和替代形式。

具体实施方式

参照附图，其中类似的附图标号用于标识各种视图中类似或相同的部件，图1示意性地示出了由一个或多个互连电芯叠堆12构造的示例性电池部分10。每个电芯叠堆12包括多个电池电芯16。每个电池电芯16具有对应的一组电芯极耳17(参见图4)，其中电芯极耳17由金属箔例如，矩形铜或铝片构造。电池部分10的组装通过电池电芯梳理和定位工具11来促进，该工具如下文参照图2-8描述。在上述装饰过程之前或期间使用定位工具11来梳理和定位各个电芯极耳17旨在最小化在电池部分10组装的各个阶段期间由于暴露的电芯极耳17被无意损坏/未对齐而造成的短路的风险。

图1的电芯叠堆12被定位成邻近保护侧板13，例如塑料或其他轻质且结构刚性的壁，从而一起形成保护性结构支撑外部壳体。虽然在图1中示出了四个相同构型的电芯叠堆12，但是在给定电池部分10中使用的电芯叠堆12的实际数量以及在电池组的整个构造中使用的电池部分10的实际数量可随预期应用而变化。在电芯叠堆12的内部，电池电芯16可具体体现为上述类型的聚合物涂覆箔软包型电化学电芯。因此，每个电池电芯16包括分别终止于电芯极耳17中的特定于电荷的一个极耳中的内部正电极箔和负电极箔(未示出)。各个电芯极耳17的纵向轴线以及因此电芯极耳17自身被布置成彼此平行，并且在电芯叠堆12中的给定的一个叠堆内也在如图所示的列中对齐。

电芯极耳17从电芯叠堆12/电池部分10的沿直径相对的外表面18和180正交突出。在所示构型中，穿过给定外表面18或180突出的电芯极耳17被布置成具有交替的正极性和负极性。即，两个相邻电池电芯16的相邻电芯极耳17具有相反的电荷，使得给定电池电芯16的负极电芯极耳17(阳极极耳)紧邻另一个电池电芯16的正极电芯极耳17(阴极极耳)定位等等。虽然从图1的透视图来看不可见，但是相同的一组电芯极耳17从外表面180延伸，因此电池部分10的组装可能需要旋转电池部分10以在外表面18和180两者上执行类似的组装操作。为了便于说明，下文将参考外表面18描述操作，这也被理解为同样应用于外表面180。

对于在图1的示例性电池部分10中使用的每个电芯叠堆12，可选的隔离屏蔽件20可定位成分别邻近外表面18或180，其中隔离屏蔽件20的结构和功能在下文结合图6进一步详细描述。当隔离屏蔽件20被用作电池部分10的一部分时，各个电芯极耳17最终被插入穿过隔离屏蔽件20。无论可选的隔离屏蔽件20是否用于电池部分10的总体构造中，电芯感测板/互连板(icb)22分别位于外表面18或180上或与该外表面18或180相邻。当被装饰时，电芯极耳17将突出穿过icb22。现在突出的电芯极耳17经由icb22的导电汇流条或焊帽(未示出)电连接到icb22，其中此类汇流条或焊帽位于外表面18或180上或与该外表面18和180相邻。

尽管为了说明简单而从附图省略，但电池控制器(未示出)可在电池部分10处于运行状态时与电池部分10结合使用。此类电池控制器将电连接到icb22并且用于调节电池组的操作。因此，icb22可被具体体现为多用途电感测板，并且用于测量电池电芯16中的每一个电芯的各个电芯电压和/或电流、温度以及可能的其他控制参数，并且将控制信号输出到电池部分10以控制例如到电池部分10或来自电池部分的功率流。

图1中所示的定位工具11旨在用作促进icb22的后续装饰过程的梳理和定位操作的一部分。一般来讲，通过将电池部分10相邻并平行于定位工具11的细长导轨50定位来进行本发明的方法，该定位工具的一部分在图1中示出以用于说明清晰和简单。导轨50可具体体现为如图所示的细长矩形梁，并且由铝或另一种足够刚性的材料构造。电池部分10紧邻导轨50定位，其中电池部分10和导轨50彼此平行。因此，导轨50用作固定的线性参考轴线，以用于在本文所述的梳理和定位过程中对定位工具11的运动和放置进行索引。

图1中所示的定位工具11被构造成接合导轨50并随后沿着导轨50朝给定的电芯叠堆12中的电芯极耳17平移或滑动，其中该平移由箭头a指示。定位工具11沿着导轨50平移，直到定位工具11邻近待梳理和定位的特定列的电芯极耳17。从图1的透视图来看，例如，定位工具11可初始放置在位于图1中观察者的最右侧的电芯叠堆12中的电池电芯17的左侧，并随后用于梳理和定位受检电芯叠堆12中的暴露的电芯极耳17，如下文所述。随着定位工具11在图1中从右到左移动而重复该过程，使得梳理和定位过程在电池部分10的占有面积内在电芯叠堆12中的每一个叠堆处依次发生。

对于每组电芯极耳17而言，不论该组是包含单个电芯极耳17还是多个电芯极耳17，该组电芯极耳由定位工具11进行梳理和定位，使得电芯极耳17或其多个组彼此轻轻分开且对齐，以为后续装饰作准备。之后，icb22可能借助于可与所述定位工具11交互的真空工具(未示出)被装饰到电池部分10。定位工具11随后被平移至电芯极耳17的下一相邻列，重复梳理、定位和装饰过程，直到各个icb22均被正确地装饰。随后通过使用上述导电汇流条或焊帽(未示出)将icb22焊接到暴露的电芯极耳17来组装电池部分10，如本领域的普通技术人员将会理解的那样。

参见图2和图3，图1中所示的定位工具11包括由合适的介电材料诸如模制塑料、玻璃填充尼龙、玻璃纤维或橡胶构造的梳状物组件40。梳状物组件40具有限定间隔开的多个梳齿41的细长梳状物基部44，其中各个梳齿41相对于梳状物基部44的纵向轴线42正交布置。梳状物基部44可终止于梳状物柄部46中，梳状物柄部继而被构造成在执行上述梳理和定位任务的过程中由操作者舒适地抓握。例如，梳状物柄部46可包括橡胶涂层、纹理化表面图案，或用于改善梳状物柄部46上的操作者抓握部的总体舒适性和安全性的其它特征结构。

图2的梳状物组件40还包括定位块30。定位块30连接到位于梳状物组件40的相对于梳状物柄部46的相对端部处的梳状物基部44。例如，梳状物基部44可终止于桥接件45中，其中桥接件45与梳状物基部44一体地形成或与其连接。紧固件31可用于将定位块30连接到桥接件45，并且/或者可使用强力粘合剂材料诸如环氧粘固剂将定位块30固定在指示的位置。在其他实施方案中，定位块30可与梳状物基部44一体形成。

定位块30限定凹槽34，该凹槽在图3中示出为在定位块30的远侧端部38a和38b之间延伸的细长狭槽。凹槽34的宽度(w)略大于图1的导轨50的宽度，例如，1-2mm。凹槽34还具有轴线42(参见图3)，在例示的实施方案中，该轴线正交于或垂直于梳状物基部44的纵向轴线42。凹槽34因此被构造成在宽度(w)内接收导轨50并且使得梳状物组件40能够沿导轨50自由平移。

在操作中，图2和图3的梳状物组件40接收图1中所示的电芯叠堆12中的给定的一个叠堆中的电芯极耳17。即，根据应用可包括单个电芯极耳17或多个电芯极耳17的一组电芯极耳17被接收在图3的相应的相邻的一对梳齿41之间。各个梳齿41由小间隙(g)彼此分开，其中间隙(g)的尺寸对应于待接收在梳齿41之间的电芯极耳17的数量。例如，间隙(g)的尺寸可设定成使得两个电芯极耳17无法适配在相邻的梳齿41之间的间隙(g)中。因此，在将icb22装饰到电池部分10之前，多组电芯极耳17彼此分开并对齐。

图4和图5示出了梳理和定位工具11，在该具体实施方案中为定位工具11的梳状物组件40和导轨50，因为定位工具11示出为与代表性电芯叠堆12一起使用。图4示出了当与电芯极耳17完全接合时的梳状物组件40，而图5提供了电芯极耳17和梳齿41之间的间距的近距离视图。为了成功地装饰图1的icb22，电芯极耳17标称地间隔开，例如相隔约3-5mm。因此，如图2所示的梳齿41之间的间隙(g)的尺寸被设定成提供与电芯极耳17的适贴的过盈配合，当图4和5的梳状物组件40最终被抽取时，该过盈配合有助于确保此类标称间隔。

为了使icb22坐置在电芯叠堆12上而不弯曲或压碎突出的电芯极耳17，梳状物组件40沿着导轨50小心地朝向电芯极耳17平移并与电芯极耳17轻柔地接触。图4的透视图示出了电池部分10的端部，并且因此电池部分10的侧壁19是可见的。电芯极耳17的示例性组在图5中示出为在各个梳齿41之间间隔开。电芯极耳17的典型构型通过沿着电芯叠堆12的外表面18或180的界面处的较厚材料层围绕电芯极耳17，其中此类表面18或180在图1中示出。因此，可在梳状物组件40和围绕电芯极耳17的基部的材料之间发生接触。另选地，导轨50可包括固定止挡件51，其为从导轨50正交延伸的小的径向突起的形式，例如柱或凸台。图4的示例性固定止挡件51的位置为示例性的，其中实际位置位于与梳齿41之间的电芯极耳17的期望接收程度重合的位置。此类固定止挡件51可在沿着导轨的长度在预定位置处形成或连接到导轨50，以阻止梳状物组件40移动到与电芯极耳17的易碎边缘直接接触。这样，可防止电芯极耳17在梳齿41之间与梳状物组件40的梳状物基部44触底，而不会不利地影响定位工具11的梳理和定位性能。

图6示出了图1的电池部分10的实施方案，其中可选的隔离屏蔽件20与对应的电芯叠堆12一起使用。梳状物组件40被示出为与电芯极耳17接合，其中隔离屏蔽件20邻近梳状物组件40定位且定位在该梳状物组件的顶部上。隔离屏蔽件20包括由薄的大致平坦的或平面的耐温材料片构造的波纹状主体29。例如，隔离屏蔽件20可以是热成形的，或者可通过使用适用的合适热塑性材料经由压缩或注塑来构造。隔离屏蔽件20具有足够的厚度以承受构造电芯极耳17中使用的熔融铜、铝或其他金属的不规则液滴。焊接溅射物液滴通常为约0.05mm-0.1mm，因此，在一些实施方案中，隔离屏蔽件20的功能上足够的厚度小于1mm。

隔离屏蔽件20限定多个横向屏蔽肋状物24，即，相对于隔离屏蔽件的纵向轴线垂直或正交布置，所述肋状物各自具有相应的贯穿狭槽25。继而，贯穿狭槽25具有相应的狭槽宽度，该狭槽宽度略小于图1，图4和图5的电芯极耳17的宽度，使得当电芯极耳17已被插入贯穿狭槽25中时，在横向屏蔽肋状物24和电芯极耳17之间提供过盈配合。也就是说，在插入之后，电芯极耳17应当穿过贯穿狭槽25，具有最小的接触和所得的摩擦力。电芯极耳17的示例性厚度在约0.2mm-0.4mm的范围内，因此合适的狭槽宽度比电芯极耳17的厚度小足以提供上述过盈配合的量。

从图6的透视图中可看到梳状物柄部46、梳状物基部44和桥接件45。梳状物基部44可限定正交布置的侧壁144，其中较长的侧壁144具有长度(l)。隔离屏蔽件20略微短于长度(l)，并且侧壁144相对于桥接件45和梳状物柄部46凸起，使得当隔离屏蔽件20由梳状物组件40接收时被侧壁144部分地围绕。因此，梳状物组件40用于在将隔离屏蔽件20安装到暴露的电芯极耳17之前与隔离屏蔽件对齐。

参见图7，上述定位工具11可包括可选的压机60。该压机60包括具有侧壁61和161的压机主体64。旋钮62安装到压机主体64，其中旋钮62螺纹连接、粘结或以其他方式接合到基座65。基座65例如如图所示的圆柱形基座可与压机主体64共模制。在图1的示例性电池部分10的组装期间，操作者可抓握旋钮62并移动压机60，使其与图6的隔离屏蔽件20对齐，该隔离屏蔽件自身与梳状物组件40的两个侧壁144对齐。一旦对齐，操作者可在隔离屏蔽件20上施加轻微的向下压力，以迫使电芯极耳17进入对应的贯穿狭槽25中。

为了促进上述过程，压机主体64可限定波纹表面68，如图8中所示。波纹表面68包括多个横向按压肋状物66，即，与宽度同方向地延伸穿过压机主体64。此类按压肋状物66由侧向电芯间隙67隔开。一旦压机60正确地坐置在图6的梳状物组件40和隔离屏蔽件20上，施加到压机60的轻微向下的压力将暴露的电芯极耳17引导到隔离屏蔽件20的贯穿狭槽25中。电芯极耳17最终进入波纹表面68的侧向电芯间隙67，其中在不接触电芯极耳17的情况下，各个电芯间隙67被构造成接收图6的横向屏蔽肋状物24和穿过其突出的电芯极耳17。因此，使用图7和图8的可选的压机60有助于使电芯极耳17彼此隔离，同时使隔离屏蔽件20安全地坐置到其最终的装饰前位置。

将会知道，上述结构能够实现用于组装图1的电池部分10的方法。此类方法可包括使定位工具11的梳状物组件40(图2)与细长导轨50接合，例如通过将导轨50插入到图5的凹槽34中。定位工具11随后沿导轨50平移，直到给定列中的暴露的电芯极耳17被接收并定位在梳齿41之间。由于定位块30(图2和图3)与导轨50的接合，定位工具11无法围绕其z轴线/高度维度旋转，并且因此存在由扭转引起的力和由此类扭曲造成的损坏导致的意外短路的最小风险。如果使用图6的隔离屏蔽件20，则隔离屏蔽件20将可能借助于图6和图7的可选压机60而被安装在该方法的该点处。当定位工具11保持在适当位置时，图1的icb22被装饰在所定位的电芯极耳17上。然后将定位工具11从icb22移除，以使icb22能够完全坐置。该方法可包括例如经由激光焊接或超声焊接将icb22电连接到电芯极耳17或其多个组。重复该过程直到电池部分10为完整的。

鉴于前述公开内容，本领域的普通技术人员将会知道，定位工具11可用于防止电芯极耳17在装饰过程中不对齐，从而避免短路。由于当电芯极耳17彼此接触时可能发生短路，并且由于icb装饰通常是对盲负载的手动操作，因此操作者的可变性可导致梳状物40的扭曲和可能的电气短路状况。与集成导向块一起使用导轨50防止此类扭转和短路，从而有助于减少操作者错误。此外，工具组件11是从电池部分10内部而不是以从外到内的方式来梳理电芯极耳17，这同样有利于最佳结果。

虽然已详细描述了一些最佳模式和其他实施方案，但存在用于实践所附权利要求书中限定的本发明教导内容的各种另选的设计和实施方案。本领域的技术人员将认识到，可在不脱离本公开的范围的前提下对所公开的实施方案作出修改。此外，本发明的概念明确包括所述元件和特征结构的组合和子组合。具体实施方式和附图是对本发明教导内容的支撑和描述，其中本发明的教导内容的范围仅由权利要求书限定。