用于封闭电池填充孔的系统及方法
【专利说明】用于封闭电池填充孔的系统及方法
[0001]相关申请的参见引用
[0002]本申请要求享有2012年9月6日提交的标题为“Ultrasonic Welding forClosing the Fill Hole”的美国临时申请系列号61/697，547和2013年9月5日提交的标题为“Ultrasonic Welding for Closing the Fill Hole”的美国非临时申请系列号14/019,439的优先权及权益，兹以参见的方式将这两个申请的内容并入本文中。
【背景技术】
[0003]本公开内容总体上涉及电池及电池模块领域。更具体地，本公开内容涉及用于电池单元的填充孔密封技术，该电池单元尤其可用于车辆环境以及其它的储能/耗能应用。
[0004]本部分旨在向读者介绍可能与在下文描述和/或请求保护的本公开内容的各方面有关的领域的各方面。相信这种讨论有助于向读者提供背景资料以便于更好地理解本公开内容的各方面。因此应当理解的是，这些说明要以这一角度来阅读，而不是作为对现有技术的承认。
[0005]使用一个或多个电池系统以为车辆提供全部或部分动力的车辆可以被称为xEV，其中本文定义的术语“xEV”包括使用电力作为其全部或部分车辆动力的所有以下车辆或其任意变型或组合。本领域技术人员可以了解的是，混合动力电动车辆(HEV)将内燃发动机驱动系统和电池供电的电动驱动系统(如48伏或130伏系统)相结合。术语HEV可包括混合动力电动车辆的任意变型。例如，完全混合动力系统(FHEV)可以对使用一个或多个电动机、仅使用内燃发动机或同时使用这两者的车辆提供动力及其它电力。与此相比，轻度混合动力系统(MHEV)在车辆空转时禁用内燃发动机，并利用电池系统继续给空调单元、无线电或其它电子设备供电，以及在期望驱动时重新启动发动机。轻度混合动力系统例如在加速期间也可应用一定水平的动力辅助以补充内燃发动机。轻度混合动力通常是96V至130V，并且通过带或曲柄集成的启动发电机重新获得制动能量。进一步地，微混合动力电动车辆(mHEV)也使用类似于轻度混合动力的“停止-启动”系统，但mHEV的微混合动力系统可以或不可以对内燃发动机提供动力辅助并且以低于60V的电压工作。出于本讨论的目的，应当指出的是，mHEV在技术上通常不使用直接提供给曲柄轴或传动装置的电力作为车辆的动力的任何部分，但mHEV仍可被视为xEV，这是因为当车辆在内燃发动机禁用的情况下空转时其的确使用电力来补充车辆的动力需求，并且通过集成的启动发电机重新获得制动能量。此外，插电式电动车辆(PEV)是可由外部电源(如墙壁插座)进行充电的任何车辆，并且储存在可再充电电池组中的能量驱动或有助于驱动车轮。PEV是电动车辆的子类别，电动车辆包括全电动或电池电动车辆(BEV)、插电式混合动力电动车辆(PHEV)以及混合动力电动车辆和常规内燃发动机车辆的电动车辆转换形式。
[0006]与由内燃发动机供给动力的传统车辆相比，使用电力作为其全部或部分动力的车辆可提供诸多优点。例如，使用电力的车辆可产生较少的污染物并且显示出较大的燃料效率。在一些情况下，使用电力的车辆可完全排除汽油的使用并由电力得到其全部的动力。随着技术的不断发展，有必要为这类车辆提供改进的电源，特别是电池模块。
[0007]使用电力作为其至少一部分动力的车辆可由包装成电池模块的多个单个棱柱型电池单元得到其电力。这类电池单元通常包括被保持在外壳内的电化学单元电池以及延伸穿过外壳以将电能从电池单元运载到外部负载的正极和负极电池端子。许多现有的电池单元还包括在组装工艺期间用于将液体电解质注入电池单元中的电解质填充孔。液体电解质用于促进电池单元内的电极之间的内部离子流动。电解质的污染、电解质的加热以及电解质穿过填充孔从电池单元中逸出可造成电池单元不想要的腐蚀和/或性能劣化。出于这个原因(除了别的事项外)，期望以这样的方式密封电解质填充孔:即能保护电解质和电池构件，又能提高电池单元的性能。
【发明内容】
[0008]下文总结与最初要求保护的主题范围相当的某些实施例。这些实施例并不旨在限制本公开内容的范围，而是这些实施例仅旨在提供某些公开实施例的简要总结。实际上，本公开内容可涵盖可类似于或不同于下文给出的实施例的多种形式。
[0009]公开内容的本实施例涉及用于密封电解质填充孔的电解质填充孔密封件，以阻止和保护电池单元中的电解质。电池单元包括外壳和设置在外壳内的电化学单元电池。电池单元还包括用于将电解质注入电化学单元电池中的填充孔，借此电解质促进电池单元中的电极之间的离子流动。填充孔通过在填充孔上面焊接密封件来密闭性地密封。焊接可以是超声焊接，并且在某些实施例中，是超声扭转焊接。
[0010]本公开内容的实施例还涉及通过在填充孔上面以超声的方式焊接密封件来制造电池单元的方法。更具体地，可以将电解质穿过填充孔注入到单元电池中。密封件可以与填充孔对准，并且超声焊接工具的喇叭形件可以在密封件上面对准。喇叭形件可在密封件上施加压力，并且可以将声波导入，以通过使用电池单元的外壳作为砧座将密封件以超声的方式在填充孔上面焊接就位。与具有铆钉填充孔密封件的电池单元相比较，这里描述的将填充孔密封可增加电池单元的能量密度，这是因为目前公开的填充孔密封件不会超出外壳延伸到电池单元中。
【附图说明】
[0011]当参考附图阅读以下【具体实施方式】时可以更好地理解本公开内容的这些及其它特征、方面和优点，在所有附图中，相同的符号代表相同的部件，其中:
[0012]图1是具有用以为车辆的各种构件提供动力的电池模块的车辆的实施例的立体图；
[0013]图2是图1的车辆及电池模块的实施例的剖视示意图；
[0014]图3是用于图1的车辆中的电池模块的局部分解立体图；
[0015]图4A是正在组装用于图3的电池模块中的电池单元的实施例的立体图，该电池单元具有填充孔，该填充孔具有包括补片的密封件；
[0016]图4B是图4A的电池单元在填充孔被密封的情况下的实施例的立体图；
[0017]图5是图4B的电池单元的实施例的截面图；
[0018]图6A是正在组装用于图3的电池模块中的电池单元的另一实施例的立体图，该电池单元具有填充孔，该填充孔具有包括帽子的密封件；
[0019]图6B是图6A的电池单元在填充孔被密封的情况下的实施例的立体图；
[0020]图7是图6B的电池单元的实施例的截面图；
[0021]图8A是正在组装用于图3的电池模块中的电池单元的另一实施例的立体图，该电池单元具有填充孔，该填充孔具有两层密封；
[0022]图8B是图8A的电池单元在填充孔被密封的情况下的实施例的立体图；
[0023]图9是图8B的电池单元的实施例的截面图；
[0024]图1OA是正在组装用于图3的电池模块中的电池单元的另一实施例的立体图，该电池单元具有填充孔，该填充孔具有两层密封的另一实施例；
[0025]图1OB是图1OA的电池单元在填充孔被密封的情况下的实施例的立体图；
[0026]图11是图1OB的电池单元的实施例的截面图；
[0027]图12A是正在组装用于图3的电池模块中的电池单元的另一实施例的立体图，该电池单元具有填充孔，该填充孔具有包括补片和电池单元的抬高部分的密封件；
[0028]图12B是图12A的电池模块中的电池单元在填充孔被密封的情况下的实施例的立体图；
[0029]图13是图12B的电池单元的实施例的截面图；
[0030]图14A是正在组装用于图3的电池模块中的电池单元的另一实施例的立体图，该电池单元具有填充孔，该填充孔具有包括环形抬高部分的密封件；
[0031]图14B是图14A的电池单元在填充孔被密封的情况下的实施例的立体图；
[0032]图15是图14B的电池单元的实施例的截面图；
[0033]图1