水平高速堆叠具有棱柱箱的电池制造技术

本发明专利技术公开了水平高速堆叠具有棱柱箱的电池。用于堆叠电池单元或相关组装部件的系统和方法。大致平面矩形（棱柱形状）的电池单元从接收时的大致竖直堆叠取向运动到大致水平堆叠取向，而无需机器人抓放设备。该系统包括大量传送带，所述传送带彼此协作工作以传递、旋转并堆叠所述单元或其附属组件。所述带配备有部件以便于单元输送和旋转。所述带和部件之间的协调运动促使所述单元从大致竖直堆叠取向有序地输送并旋转到大致水平堆叠取向。本发明专利技术的方法有助于保持堆叠组件稳定，使得后续组装步骤——例如压缩所述单元或附接电导线或热管理部件——可以在出错机会降低的条件下进行。

【技术实现步骤摘要】
水平高速堆叠具有棱柱箱的电池[0001 ] 对于联邦政府资助的研究或开发的声明 本专利技术在能源部授予的合同N0.DE-EE0002217下受到政府支持。政府具有本专利技术中的某些权利。
本专利技术大致涉及将个体电池单元(battery cell)制造为组装模块的改进方法，并且更特别地，涉及利用高速电池堆叠的单元的棱柱形状箱的组装。
技术介绍
对于提高车辆燃料经济性并降低车辆排放物的正在增加的需要已经导致混合动力车辆和纯电动车辆的发展。纯电动车辆可以由电池组(其由大量更小的模块或单元组成)提供动力，而混合动力车辆包括两种或更多种能量源，例如用作电池组的备用物或者与电池组协作使用的汽油(也被称为内燃)发动机。目前使用中存在两种广义版本的混合动力车辆。在第一版本(被称为充电消耗(charg-depleting)混合动力架构)，电池能够由常规电网充电，例如120VAC或240VAC的电力线。在第二版本(被称为充电维持(charge-sustaining)混合动力架构)，电池从内燃发动机和再生制动中的一者或两者接收其全部充电。在每一版本的一种形式中，电池组由大量模块制成，这些模块转而由大量个体单元组成。 典型地，组成模块的个体单元大致为矩形、平面(或棱柱)结构，该结构包括片状正电极和负电极的交替堆，所述堆具有设置在每一正负电极对之间的形状相似的电解隔离件；这些隔离件用于阻止在每一单元之内的正电极和负电极之间的物理接触，同时能使离子在它们之间输送。在一种形式中，隔离件配置为吸收单元的液体电解质。冷却特征也被经常采用以在与电池操作相关联的充电和放电活动期间运走由各个个体单元生成的热量；在一种形式中，这样的冷却特征可以形成为又一大致平面的片状装置，该装置能够被加在各个单元之间作为组成模块的部件的堆叠布置的一部分。连接翼片从每一单元的周边边缘延伸以允许在个体电池单元的电极之间进行机械和电连接。各个翼片通常需要正确对准以确保至母线或相关导体的低电阻以及强有力的机械连接。这些棱柱单元典型地具有柔软有伸缩性的壳体(称为“囊”单元)或坚硬刚性壳体(称为“箱”或“管状”单元)。取决于应用，个体电池单元可以按串联、并联或其组合布置以产生期望电压和电容。大量框架、托盘、盖和相关结构可以被包括以便为各个单元、模块和组提供支撑，并且这样有助于限定这些单元、模块或组的更大组件。 由于棱柱尺寸，目前用于在组装期间处理刚性管状单元的普遍实践是通过沿着大致竖直轴线(例如，沿着公知的笛卡尔坐标系中的所谓的I轴)堆叠这些单元，使得这些单元和框架被装载，其最大平坦表面向下铺设。然而，略微鼓起的平坦单元和框架的嵌套几何形状要求他们堆叠为使子组件竖立在其狭窄但平坦的边缘表面上。单元出于各种原因可能变得鼓起，一种这样的原因是由于机械压力或内部气体压力的增大，该机械压力可能在操作期间由挤压在箱壁上的电极膨胀引起。在一个具体例子中，这样的膨胀可能由电解质随着操作期间生成热量而蒸发引起，而在另一例子中，在单元之内的电化学反应可能产生气体副产物。这样，堆叠取向的改变可能是需要的。不幸的是，这样的取向改变能够是复杂的、昂贵的且低效的过程。 在一种形式中，公知的是通过利用机器人抓放部件输送系统来制造电池模块组件。这样的方法从运输垫料移走单元，经由传送机将单元传递到初始处理步骤(典型地为电核查的形式)，随后经由机器人抓放设备将其传递到高精密搬运器。这样的方法对组装具有紧密位置公差要求的成层单元以及具有特殊处理需要的单元是有用的。尽管该方法对于在组装操作期间保护单元是有效的，但是这也导致昂贵的工具以及浪费掉的组装时间以将搬运器放置在位，移除用于特定站操作的部件并随后使该部件返回到搬运器以运动到下一操作。这转而迫使包装和工具操作变得更为复杂和昂贵。 在2013年3月15日提交的名为“用于高速组装的大型电池单元处理”(LARGEFORMAT CELL HANDLING FOR HIGH SPEED ASSEMBLY)的申请号为 13/835，858 的共同未决申请(其由本专利技术的受让人所有且通过参考纳入本文)中描述的先前水平电池堆叠机构公开了传送带的使用，该传送带具有凸轮、提升机和引导装置以能够对经过单元重新取向和部件排序步骤的大型单元进行高速组装。尽管对其预期目的有用，但是一旦组件在堆叠站处已经被挤压在一起，凸轮以及响应于凸轮运动的提升机仍然需要经过缩回和再循环运动。这转而需要提升机、凸轮从动件和相关设备返回到其首次接合组件的位置；在该返回行程期间，它们并不用于帮助正在沿着系统被搬运的组件。 所需要的是一种电池堆叠方法，该方法容许进行低成本、高速连续组装，该组装消除了对高精度包装和工具的需要，并且该方法通过容许进行更大尺寸变化而使部件成本降低。采用这样的方法的电池堆叠系统还将会占据相对小的制造地板空间覆盖区。
技术实现思路
根据本专利技术的一个方面，一种用于堆叠大量棱柱形状电池单元的系统，包括彼此协作的传送带，以便输送、旋转并堆叠所述单元。所述协作包括沿着这些带中的第一个输送所述单元，同时联接到这些带中的第二个的一个或更多个提升装置使得所述单元旋转。以此方式，单元的最大的大致平面表面在大致水平堆叠方向上取向。所述系统还包括一个或更多个驱动装置以操作所述带；以及托座，以从所述第一带接收被旋转单元。所述带的运动协调为使单元输送、旋转和堆叠操作以有序配准(registered)的方式发生，而无需用机器人从系统的带抓取单元或将单元加回到带。具体而言，堆叠系统接收单元(或其对应组件)，使得当每一单元到达时，其堆叠表面沿着大致非水平方向取向。该系统沿着第一传送带移动所述单元，从而使得位于第二传送带上的提升机(也称为翻转件或翻转装置)使所述单元旋转到大致水平方向；以此方式，沿着大致水平方向在连续单元(或用作每一单元组件的一部分的框架)之间能够发生随后面对毗邻的接触。一旦该堆叠完成，对准的单元(或其相应组件)就能够随后沿着该水平轴线被压缩或以其他方式固定，之后，电、机械或冷却连接可以被实施以形成组装的电池模块、部段或相关部件。本专利技术的该系统的益处包括通过消除对高精度包装和工具的需要而实现了对电池模块和电池组的低成本高速组装。此外，该系统通过允许比来自传统抓放系统更多尺寸变化，促使部件成本降低。在该上下文中，电池单元的堆叠意指包括单元为更大组件的一部分(例如，附接到伴随框架的单元)的情况。这样，术语“单元”、“组件”及其变体能够互换地用在本公开中，除非具体上下文另有所指。 根据本专利技术的另一方面，一种用于组装电池模块的系统被公开。该系统包括第一传送带以及第二传送带，大量后挡件以隔开的重复方式布置在所述第一传送带的单元接合表面上，大量翻转件沿着所述第二传送带的相应单元接合表面以相似重复方式隔开。所述第一和第二传送带彼此协作，使得所述后挡件中的一个便于将所述单元从所述系统的接收端部(即，所述系统首次遇到或抓取个体单元的位置)平移到所述系统的堆叠端部。同样，所述翻转件中的对应一个便于使所述单元的棱柱形状的最大的大致平面表面从在所述系统的接收端部处的大致非水平方向旋转到在所述系统的堆叠端部处的大致水平方向。该系统还包括一个或更多个驱动装置，以将运动动力提供到本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于堆叠多个棱柱形状电池单元的系统，所述系统包括：多个传送带，所述多个传送带彼此协作，这样在所述单元沿着所述带中的第一个行进时，位于所述带中的第二个上的至少一个翻转装置使所述单元在位于所述带中的所述第一个上的同时旋转，从而使得被旋转的所述单元中的每一个的所述棱柱形状的最大大致平面表面被限定在大致水平堆叠方向上；至少一个驱动装置，所述至少一个驱动装置与所述带中的至少一个协作，以便为其提供运动动力；以及托座，所述托座从所述带中的所述第一个接收被旋转的所述单元。

【技术特征摘要】
2013.08.21 US 13/9722241.一种用于堆叠多个棱柱形状电池单元的系统，所述系统包括: 多个传送带，所述多个传送带彼此协作，这样在所述单元沿着所述带中的第一个行进时，位于所述带中的第二个上的至少一个翻转装置使所述单元在位于所述带中的所述第一个上的同时旋转，从而使得被旋转的所述单元中的每一个的所述棱柱形状的最大大致平面表面被限定在大致水平堆叠方向上； 至少一个驱动装置，所述至少一个驱动装置与所述带中的至少一个协作，以便为其提供运动动力；以及 托座，所述托座从所述带中的所述第一个接收被旋转的所述单元。2.根据权利要求1所述的系统，进一步包括至少一个后挡件，所述至少一个后挡件位于所述带中的所述第一个上，所述后挡件和所述至少一个翻转装置在单元接触期间彼此协作，以在横越所述带中的所述第一个时保持所述单元相对于彼此配准。3.根据权利要求2所述的系统，进一步包括所述带中的第三个，所述带中的所述第三个包括位于其上的至少一个后挡件，以与所述第一带上的所述后挡件以及所述至少一个翻转装置协作，以在横越所述带中的所述第一个时为所述单元提供附加支撑。4.根据权利要求1所述的系统，其中，所述托座包括堆叠站，所述堆叠站配置为一旦所述单元已经放置在所述大致水平堆叠方向上就接收所述单元。5.一种用于堆叠多个棱柱形状电池单元的系统，所述系统包括: 多个传送带，包括: 第一传送带，所述第一传送带在其上具有以重复方式隔开的多个后挡件；以及 第二传送带，所述第二传送带在其上具有以重复方式隔开的多个翻转件，所述第一和第二带彼此协作，使得所述后挡件中的一个便于使所述单元从所述系统的接收端部平移到所述系统的堆叠端部，而至少一个对应的翻转件便于使所述单元的所述棱柱形状的最大大致平面表面从在所述系统的所述接收端部处的大致非水平方向旋转到在所述系统的所述堆叠端部处的大致水平方向； 至少一个驱动装置，所述至少一个驱动装置与所述带中的至少一...

【专利技术属性】
技术研发人员：AL巴托斯，YT林，RD特纳三世，
申请(专利权)人：通用汽车环球科技运作有限责任公司，
类型：发明
国别省市：美国;US