牵引电池包电芯堆移除方法和电池包总成与流程

牵引电池包电芯堆移除方法和电池包总成
1.相关申请的交叉引用
2.本技术要求美国临时申请第63/322766号的优先权，所述美国临时申请于2022年3月23日提交并通过引用并入本文。
技术领域
3.本公开总体上涉及一种从牵引电池包中移除电池电芯的方法，并且更具体地涉及从压缩电池电芯的外壳结构中移除电池电芯。


背景技术：

4.电动化车辆不同于常规机动车辆，因为电动化车辆包括具有一个或多个电机的传动系。作为内燃发动机的替代或补充，电机可以驱动电动化车辆。牵引电池包总成可以为电机供电。电动化车辆的牵引电池包总成可以包括电池电芯组。


技术实现要素：

5.在一些方面中，本文描述的技术涉及一种电池包电芯堆移除方法，所述方法包括：当电芯堆被接收在外壳结构的电芯接收开口内时，用所述外壳结构压缩所述电芯堆；以及牵拉电芯堆移除条带以从所述外壳结构的电芯接收开口取出所述电芯堆。
6.在一些方面中，本文描述的技术涉及一种方法，其中所述电芯堆是第一电芯堆，并且所述方法还包括当所述第一电芯堆和第二电芯堆两者被接收在所述外壳结构的电芯接收开口内时，用所述外壳结构压缩所述第二电芯堆。
7.在一些方面中，本文描述的技术涉及一种方法，其中在所述压缩之后并且在所述牵拉之前，所述电芯堆移除条带夹在所述电芯堆与所述外壳结构之间。
8.在一些方面中，本文描述的技术涉及一种方法，其中所述外壳结构包括从底板延伸的多个侧壁，所述电芯堆移除条带从抵靠所述外壳结构的第一侧上的第一侧壁的位置延伸到所述外壳结构的相对的第二侧上的第二侧壁。
9.在一些方面中，本文描述的技术涉及一种方法，其中所述电芯堆移除条带沿着所述底板在所述电芯堆与所述底板之间延伸。
10.在一些方面中，本文描述的技术涉及一种方法，其中所述电芯堆包括与所述外壳结构的底板接合的侧面，所述电芯堆移除条带具有接触所述侧面的周边的环区段。
11.在一些方面中，本文描述的技术涉及一种方法，其中在所述压缩之后并且在所述牵拉之前，所述环区段的一部分延伸超过所述侧面的周边。
12.在一些方面中，本文描述的技术涉及一种方法，其中所述电芯堆的多个电芯沿着所述电芯堆的轴线压缩，其中所述牵拉将所述电芯堆沿垂直于所述电芯堆的轴线的方向从所述外壳结构中取出。
13.在一些方面中，本文描述的技术涉及一种方法，其中当压缩所述电芯堆时，所述外壳结构直接接触所述电芯堆的相对的轴向面向侧面。
14.在一些方面中，本文描述的技术涉及一种方法，其中所述外壳结构是外壳托盘。
15.在一些方面中，本文描述的技术涉及一种方法，其中压缩所述电芯堆沿着轴线，其中所述牵拉使所述电芯堆沿垂直于所述轴线的方向相对于所述外壳结构移动。
16.在一些方面中，本文描述的技术涉及一种方法，所述方法还包括将电芯堆和所述电芯堆移除电芯堆移除条带一起插入所述电芯接收开口中。
17.在一些方面中，本文描述的技术涉及一种方法，其中在所述压缩期间，所述外壳结构周向地包围所述电芯堆。
18.在一些方面中，本文描述的技术涉及一种电池包总成，其包括：外壳结构，所述外壳结构具有电芯接收开口；电芯堆，所述电芯堆在所述电芯接收开口内并且由所述外壳结构压缩；以及电芯堆移除条带，所述电芯堆移除条带的至少一部分夹在所述外壳结构与所述电芯堆之间。
19.在一些方面中，本文描述的技术涉及一种电池包总成，其中所述电芯堆移除条带夹在所述外壳结构的第一壁与所述电芯堆之间、所述外壳结构的底板与所述电芯堆之间，以及所述外壳结构的相对的第二壁与所述电芯堆之间。
20.在一些方面中，本文描述的技术涉及一种电池包总成，其中所述电芯堆移除条带具有篮式配置，所述篮式配置具有环区段和从所述环区段向外突出的臂。
21.在一些方面中，本文描述的技术涉及一种电池包总成，其中所述电芯堆移除条带是聚酯织物材料。
22.在一些方面中，本文描述的技术涉及一种电池包总成，其中所述电芯堆是第一电芯堆并且电芯堆移除条带是第一电芯堆移除条带，并且所述电池包总成还包括在所述外壳结构的电芯接收开口内的第二电芯堆和第二电芯堆移除条带，所述第二电芯堆移除条带的至少一部分夹在所述外壳结构与所述第二电芯堆之间。
23.在一些方面中，本文描述的技术涉及一种电池包总成，其中在压缩所述电芯堆时，所述外壳结构周向地包围所述电芯堆。
24.可以独立地或以任何组合方式采用前述段落、权利要求或以下描述和附图的实施例、示例和替代方案，包括它们的各种方面或相应各个特征中的任何一者。结合一个实施例描述的特征适用于所有实施例，除非此类特征是不兼容的。
附图说明
25.根据具体实施方式，所公开的示例的各种特征和优点对于本领域技术人员而言将变得显而易见。随附于具体实施方式的附图可简要地描述如下：
26.图1示出了电动化车辆的侧视图。
27.图2示出了根据本公开的示例性方面的来自图1的电动化车辆的牵引电池包总成的局部分解图。
28.图3示出了由压缩夹具压缩以提供用于图2的牵引电池包总成的电芯堆的电芯组。
29.图4示出了图3的由压缩夹具压缩并提供电芯堆的电芯组。
30.图5示出了图4的恰好在将电芯堆插入牵引电池包的外壳环中之前的电芯堆。
31.图6示出了图4的在将电芯堆插入牵引电池包的外壳环中之后的电芯堆。
32.图7示出了图6的在使用电芯堆移除条带移除电芯堆之后的电芯堆。
33.图8示出了图5至图7的电芯堆和电芯堆移除条带的局部分解图。
34.图9示出了抵靠图8的电芯堆移除条带放置的电芯堆。
35.图10示出了根据本公开的另一个示例性方面的电芯堆和电芯堆移除条带的局部分解图。
36.图11示出了抵靠图10的电芯堆移除条带放置的电芯堆。
具体实施方式
37.本公开详述了具有提供内部区域的外壳的示例性牵引电池包总成。电池电芯和电子模块可以连同其他部件一起保持在内部区域内。电池电芯可以用于为电机供电。
38.具体地，本公开详述了涉及从外壳移除电池电芯的示例性系统和方法。例如，可能需要移除电池电芯来维修或更换电池电芯。
39.参考图1，电动化车辆10包括牵引电池包总成14、电机18和车轮22。牵引电池包总成14为电机18供电，所述电机可以将电力转换为机械动力以驱动车轮22。牵引电池包总成14可以是相对高压电池。
40.在示例性实施例中，牵引电池包总成14固定到电动化车辆10的车身底部26。在其他示例中，牵引电池包总成14可以位于电动化车辆10的其他地方。
41.电动化车辆10是纯电动车辆。在其他示例中，电动化车辆10是混合动力电动车辆，其选择性地使用由内燃发动机(作为电机的替代或补充)提供的扭矩来驱动车轮。一般而言，电动化车辆10可以是具有牵引电池包的任何类型的车辆。
42.现在参考图2，牵引电池包总成14包括保持在外壳总成34内的多个电池电芯30。在示例性实施例中，外壳总成34包括各种外壳结构。具体地，示例性外壳总成34包括外壳盖38、外壳环40以及外壳底板42。外壳盖38、外壳环40和外壳底板42固定在一起以提供容纳多个电池电芯30的内部区域44。在该示例中，外壳环40和外壳底板42是外壳托盘的不同区域，所述外壳托盘可以是冲压盆状托盘。
43.多个电池电芯(或简称为“电芯”)30用于向电动化车辆10的各种部件供应电力。电池电芯30相对于彼此并排堆叠以构造多个电芯堆46中的一者，所述多个电芯堆并排定位以提供电芯矩阵50。在该示例中，每个电芯堆46包括八个单独的电池电芯30，并且电芯矩阵50包括四个电芯堆46。
44.尽管在本公开的各种实施例中示出了特定数量的电池电芯30和电芯堆46，但是牵引电池包总成14可以包括任何数量的电芯30和电芯堆46。例如，每个电芯堆46可以包括单个电芯30。
45.在一些示例中，利用均匀数量的电池电芯30和均匀数量的电芯堆46，这可以帮助支持有效的电气总线布置。换句话说，本公开不限于图2所示的电芯30的特定配置。
46.在实施例中，电池电芯30是棱柱形锂离子电芯。然而，在本公开的范围内，可以可替代地利用具有其他几何形状(圆柱形、软包状等)和/或化学性质(镍-金属氢化物、铅酸等)的电池电芯。
47.在该示例中，外壳环40包括相对于彼此布置的多个侧壁56以提供电芯接收开口60。侧壁56可以是挤压、辊轧成形、铸造、模制结构或通过例如焊接、紧固或结合连接在一起的其他结构。
48.当组装牵引电池包总成14时，外壳盖38可以固定到外壳环40的竖直上侧62。外壳盖38与外壳环40之间的界面围绕内部区域44连续地周向延伸。出于本公开的目的，竖直是参考地面和电动化车辆10在操作期间的总体取向。
49.当组装牵引电池包总成14时，电芯矩阵50定位在电芯接收开口60内。示例性外壳环40包括一个电芯接收开口60，但是应当理解，本公开还扩展到提供多于一个电芯接收开口的外壳总成。外壳盖38可以覆盖电芯接收开口60内的电芯矩阵50，以基本上从所有侧面包围电芯30。
50.当电芯矩阵50插入外壳环40的电芯接收开口60中时，外壳环40压缩并保持电芯矩阵50。在该示例中，当电芯矩阵50定位在电芯接收开口60内时，外壳环40的侧壁56向电芯矩阵50施加力。
51.牵引电池包总成14可以被认为是电芯-电池包电池总成。与常规的牵引电池包电池总成不同，电芯-电池包电池总成将电池电芯或其他能量存储装置结合到外壳总成34中，而没有以阵列或模块布置电芯。外壳总成34向电芯施加压缩力。因此，电芯到电池包电池总成可以消除常规电池阵列中使用的大多数(如果不是全部的话)阵列支撑结构(例如，阵列框架、间隔件、导轨、壁、端板、绑定件等)，所述阵列支撑结构用于将所述电池电芯分组并保持在所述阵列/模块内。
52.电芯矩阵50包括多个单独的电芯堆46，所述多个单独的电芯堆同时插入外壳环40的电芯接收开口中。为了将示例性电芯矩阵50插入电芯接收开口60中，电芯矩阵50的电芯堆46被压缩，并且在被压缩时移动到电芯接收开口60中的适当位置。当插入电芯矩阵50时，移除压缩电芯堆46所依赖的夹具。电芯堆46可以在外壳总成34内略微膨胀，但仍被外壳总成34压缩。在安装时，外壳总成34(这里是由侧壁56提供的外壳环40)在压缩电芯堆46时直接接触电芯堆46的相对轴向侧。
53.牵引电池包总成14包括多个电芯堆移除条带64，每个电芯堆移除条带夹在电芯堆46中的一者与外壳托盘54之间。当电芯矩阵50安装在托盘54内时，电芯堆移除条带64的相对端部被暴露。当从外壳环40移除盖38时，可以抓握这些部分。牵拉电芯堆移除条带64中的一者可以从电芯接收开口60中取出电芯堆46中的相关联的电芯堆。可能需要移除电芯堆46中的一者或多者以进行维修或修理。在该示例中，条带64是聚酯织物材料。在其他示例中，其他类型的材料可以用于条带，包括导热条带(如果需要的话)以促进通过条带厚度到表面之外的热传递。
54.现在将结合图3至图8解释组装牵引电池包总成14的示例性方法。
55.首先，多组电芯30沿着电芯堆轴线a压缩，如图3和图4所示，以提供电芯堆46中的一者。在该示例中，压缩夹具68用于沿着电芯堆轴线a压缩电芯30。在一些示例中，由压缩夹具68施加在电芯30上的压缩力为3千牛顿。外部单元可以向压缩夹具68施加力，直到到达沿着电芯堆轴线a向电芯堆46施加期望的压缩力的位置。然后可以将压缩夹具68锁定在该位置中，并且移除外部单元。外部单元可以是压靠模具弹簧以移动压缩夹具68的滚珠螺杆。
56.在该示例中，在电芯堆46a内，分隔板72沿着电芯堆轴线a设置在电芯30中的每一者之间。分隔板72可以包括保持可压缩材料76的框架部分74。可压缩材料76可以压缩以允许电芯30的一些膨胀。可压缩材料76可以是泡沫。
57.在电芯堆46中的每一者内，滑板80设置在电芯30的相对轴向端部处。滑板80包括
保持可压缩材料84的框架部分82。可压缩材料84可以是泡沫。可压缩材料84可以压缩以允许电芯30的一些膨胀。
58.在示例性方法中，重复该步骤四次以提供牵引电池包总成14的四个电芯堆46。电芯堆46中的每一者由模拟压缩夹具68的不同压缩夹具压缩和保持。因此，使用四个压缩夹具来提供示例性牵引电池包总成14的四个电芯堆46。
59.接下来，如图5所示，电芯堆46由制造设备90接合，所述制造设备在接合电芯堆46时可以维持电芯堆46上的压缩负载。在该示例中，制造设备90接合已经由例如压缩夹具压缩的电芯堆46。在其他示例中，制造设备90负责向该组电芯30施加初始压缩力以提供电芯堆46。
60.示例性制造设备90是7轴装置。示例性制造设备90尤其包括用于直接接合电芯堆46的第一插脚92和第二插脚96。制造设备90可以使第一插脚92和第二插脚96沿着轴线d相对于彼此来回移动，以选择性地增大或减小第一插脚92与第二插脚96之间的距离。
61.为了接合电芯堆46，第一插脚92和第二插脚96各自放置在负载板80中的相应负载板旁边。然后，第一插脚92和第二插脚96移动得更靠近在一起以夹持负载板80并抓握电芯堆46。虽然在该示例中示出了一个第一插脚92和一个第二插脚96，但是其他示例可以包括多于一个第一插脚和多于一个第二插脚。
62.在该示例中，在接合电芯堆46之后，制造设备90移动到图5的位置，其中电芯堆46在外壳结构的电芯接收开口60(特别是外壳环40的电芯接收开口60)的正上方。电芯堆移除条带64a中的一者为外壳结构加衬里。
63.接下来，如图6所示，制造设备90的推动器100从缩回位置转变到延伸位置。使推动器100延伸使电芯堆46相对于第一插脚92和第二插脚96滑动并将电芯堆46推入电芯接收开口60内的安装位置。电芯堆46的负载板80在被推动器112推动时相对于第一插脚92和第二插脚96滑动。在该示例中，电芯堆46沿垂直于电芯堆的轴线a的方向被推动并插入电芯接收开口60中。当插入电芯堆46时，电芯堆移除条带64a夹在电芯堆46与外壳结构之间。
64.矩阵50的其余电芯堆46以类似方式安装，其中另一个电芯堆移除条带64夹在电芯堆46中的每一者与托盘54的底板42之间。在电芯堆46和其他部件(诸如汇流条)定位在外壳托盘54内之后，外壳盖38可以固定到外壳托盘54。外壳盖38可以使用例如机械紧固件来固定。然后可以将牵引电池包总成14安装到图1的电动化车辆10中。
65.在该示例中，将电芯堆移除条带64放置到托盘54中，然后安装电芯堆46。在另一个示例中，堆移除条带64在托盘54外部连接到电芯堆46，然后在插入电芯堆46时插入托盘54中。例如，条带64可以连接到滑板80。
66.有时，可能需要从外壳中移除电芯堆46中的一中或多者。例如，如果牵引电池包总成14在组装之后没有通过汇流条焊接部的检查，则可能需要移除电芯堆46中的一者或多者。
67.在该示例中，电芯堆移除条带64可以用于移除电芯堆46。如图7至图9所示，制造设备90可以接合条带64a的相对端部，然后牵拉电芯堆移除条带64a以将相应的电芯堆46从外壳托盘54中取出。在该示例中，电芯堆46在被移除时被向上牵拉，所述牵拉垂直于电芯堆46被压缩的方向。
68.如果需要，然后可以用另一个电芯堆更换该电芯堆46。接合条带64a以提升电芯堆
46的制造设备90可以是用于安装电芯堆46的相同类型的制造设备。在另一个示例中，可以使用不同类型的制造设备。
69.制造设备90可以通过各种方式接合条带64a的相对端。制造设备可以使用夹子、钩、系带等来接合条带64a的相对端。受益于本公开的本领域技术人员将理解存在其他方式将条带与制造设备接合。
70.图10和图11示出了根据另一个示例性实施例的电芯堆移除条带164。电芯堆移除条带164具有篮式配置并且包括环区段166和从环区段166突出的臂区段168。当与电芯堆46中的一者一起安装时，环区段166接触电芯堆46的底侧170的周边。在一些示例中，环区段166可以缠绕在底侧170的拐角周围。即，环区段166的部分可以向外延伸超过周边。电芯堆移除条带164可以比条带64更均匀地将力分布在底侧170上，这可以在牵拉电芯堆移除条带164以取出电芯堆46时促进电芯堆46的稳定取出。
71.在示例性篮式配置中，环区段166的缠绕使环区段166的部分围绕电芯堆46的侧面沿着电芯堆46的长度竖直向上延伸。缠绕与图8和图9的示例形成对比，在这些图中，示例性条带64a不缠绕在电芯堆46的侧面周围。环区段166的缠绕可以增强稳定性，并且潜在地使得条带164能够在条带164在电芯堆46下方延伸的情况下做得更薄。在一些示例中，篮式配置及其环区段166可以充当电芯堆与冷板间隙的厚度控制/压缩限制器(如果在电芯堆下方存在冷板)。热界面材料可以被设计成压缩到与条带164的在电芯堆46下方延伸的部分大致相同的厚度。电芯堆移除条带164可以具有不同的厚度，或者可以始终保持一致的厚度。
72.先前描述在本质上是示例性的而非限制性的。对所公开的示例作出的变化和修改对于本领域技术人员而言可能变得显而易见，所述变化和修改不一定脱离本公开的本质。因此，只能通过研究所附权利要求来确定赋予本公开的保护范围。

技术特征：
1.一种电池包电芯堆移除方法，其包括：当电芯堆被接收在外壳结构的电芯接收开口内时，用所述外壳结构压缩所述电芯堆；以及牵拉电芯堆移除条带以从所述外壳结构的所述电芯接收开口取出所述电芯堆。2.如权利要求1所述的方法，其中所述电芯堆是第一电芯堆，并且所述方法还包括当所述第一电芯堆和第二电芯堆两者被接收在所述外壳结构的所述电芯接收开口内时，用所述外壳结构压缩所述第二电芯堆。3.如权利要求1所述的方法，其中在所述压缩之后并且在所述牵拉之前，所述电芯堆移除条带夹在所述电芯堆与所述外壳结构之间。4.如权利要求1所述的方法，其中所述外壳结构包括从底板延伸的多个侧壁，所述电芯堆移除条带从抵靠所述外壳结构的第一侧上的第一侧壁的位置延伸到所述外壳结构的相对的第二侧上的第二侧壁，并且任选地，其中所述电芯堆移除条带沿着所述底板在所述电芯堆与所述底板之间延伸。5.如权利要求4所述的方法，其中所述电芯堆包括与所述外壳结构的底板接合的侧面，所述电芯堆移除条带具有接触所述侧面的周边的环区段，并且任选地，其中在所述压缩之后并且在所述牵拉之前，所述环区段的一部分延伸超过所述侧面的所述周边。6.如权利要求1所述的方法，其中所述电芯堆的多个电芯沿着所述电芯堆的轴线压缩，其中所述牵拉将所述电芯堆沿垂直于所述电芯堆的所述轴线的方向从所述外壳结构中取出，并且任选地，其中当压缩所述电芯堆时，所述外壳结构直接接触所述电芯堆的相对的轴向面向侧面。7.如权利要求1所述的方法，其中所述外壳结构是外壳托盘。8.如权利要求1所述的方法，其中所述压缩所述电芯堆沿着轴线，其中所述牵拉使所述电芯堆沿垂直于所述轴线的方向相对于所述外壳结构移动。9.如权利要求1所述的方法，其还包括将所述电芯堆和所述电芯堆移除电芯堆移除条带一起插入所述电芯接收开口中。10.如权利要求1所述的方法，其中在所述压缩期间，所述外壳结构周向地包围所述电芯堆。11.一种电池包总成，其包括：外壳结构，所述外壳结构具有电芯接收开口；电芯堆，所述电芯堆在所述电芯接收开口内并且由所述外壳结构压缩；以及电芯堆移除条带，所述电芯堆移除条带的至少一部分夹在所述外壳结构与所述电芯堆之间。12.如权利要求11所述的电池包总成，其中所述电芯堆移除条带具有篮式配置，所述篮式配置具有环区段和从所述环区段向外突出的臂。13.如权利要求11所述的电池包总成，其中所述电芯堆移除条带是聚酯织物材料。14.如权利要求11所述的电池包总成，其中所述电芯堆是第一电芯堆并且电芯堆移除条带是第一电芯堆移除条带，并且所述电池包总成还包括在所述外壳结构的所述电芯接收开口内的第二电芯堆和第二电芯堆移除条带，所述第二电芯堆移除条带的至少一部分夹在所述外壳结构与所述第二电芯堆之间。
15.如权利要求11所述的电池包总成，其中在压缩所述电芯堆时，所述外壳结构周向地包围所述电芯堆，并且任选地，其中所述电芯堆移除条带夹在所述外壳结构的第一壁与所述电芯堆之间、所述外壳结构的底板与所述电芯堆之间，以及所述外壳结构的相对的第二壁与所述电芯堆之间。

技术总结
本公开提供了“牵引电池包电芯堆移除方法和电池包总成”。一种电池包电芯堆移除方法包括：当电芯堆被接收在外壳结构的电芯接收开口内时，用所述外壳结构压缩所述电芯堆；以及牵拉电芯堆移除条带以从所述外壳结构的电芯接收开口取出所述电芯堆。收开口取出所述电芯堆。收开口取出所述电芯堆。


技术研发人员：帕特里克
受保护的技术使用者：福特全球技术公司
技术研发日：2023.03.14
技术公布日：2023/10/8