聚合物材料的刚性电池模块框架制造技术

一种模块化电池组组件及其制造方法。棱柱形电池沿堆叠轴线放置在结构框架内，该结构框架由聚合物材料制成，其包括由邻近堆叠的电池的边缘设置的顶部段、配合地耦合到顶部段的多个侧部段构成以限定围绕电池的外壳。在一种形式中，孔口，突出部及其他特征可形成在面向电池或以其他方式接合电池的外壳表面中或外壳表面上，而另一形式中，内置铰链允许邻近外壳部分之间的可选闭锁。可由相同或类似材料制成的底部段可以固定到由顶部段和侧部段形成的剩余的外壳上，使得堆叠的电池完全封装于便携式模块化组件中。在组装电池组中，应用逆作法工艺使得限定电池电端子的电池堆叠的边缘首先沿大致向下的垂直轴线安放于框架的顶部段。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术总体上涉及电池组中电池的封装结构，更具体地涉及联接一种聚合物材料构成的用于容纳和支撑电池的零件少的刚性框架。
技术介绍
锂离子及相关电池，统称为可再充电式能量存储系统(RESS)，现用于汽车和相关运输用途，以于混合电动车辆(HEVs)中辅助或于纯电动车辆(EVs)中代替常规内燃机(ICEs)。由于这些电池具有被动储存来自固定式和便携式电源以及车辆及其部件提供的重获的动能的能力，使得它们可作为用于轿车，卡车，巴士，摩托车与相关车载平台的推进系统的理想的组成部分。在一种适用于汽车用途的形式中，单独电池(即，单独电化学单元)通常形成为薄矩形构件。流向和来自电池的电流使得当多个这样的电池组合成更大的组件时，可提高电流或电压以产生所需功率输出。在本上下文中，较大的模块和电池组组件由一个或多个串联或并联或串并联结合在一起的电池所组成，并可包括额外的结构以确保这些电池的适当安装和运转。尽管此处所用的术语“电池组”用于讨论用于推进功率用途的大体上完整的电池组件，本领域技术人员应当理解“电池单元”等相关术语也可用来描述这种组件，且这两个术语可交换使用而不造成理解缺失。在一种形式中，组成电池组的单独电池配置为限定刚性外壳即电池壳的矩形(即，棱柱形)包壳。正如它们的相似形状的棱柱形袋状对应电池，棱柱形包壳式电池以一种面对配置的方式(很像一幅扑克牌)沿平行对齐的板状表面形成的堆叠轴线放置。位于电池壳外部一边缘的正极端子和负极端子相对于堆叠轴线彼此横向地间隔开并充当连接(例如，通过母线)至外部负载或电路的电触头。在电池壳内，多个单独交替的正负电极沿着堆叠方向彼此间隔开并通过非导电性隔膜保持电隔离。从每个负电极引出的导线在电池壳内部集中在一起馈入负极端子，而从每个正电极引出的导线同样集中在一起馈入正极端子。传统用于容纳电池的框架由金属部件连接制成。能为多个电池提高满意的支撑的同时，它们往往很笨重，而基于这种框架的组件则涉及大量零件，往往要求(除电池和柔性电路之外)大约20个单独件。此外，由于装配模块中配合部件之间的大间隙，它们易泄漏，并且也可于电池和地面以及每一个电池中的正负极电压端子之间提供导电路径。
技术实现思路
本专利技术通过提供一种由非导电性塑料基材料制成的刚性电池框架来解决上述问题。一方面，汽车电池组组件包括沿堆叠轴线设置的多个棱柱形电池，所述电池中的每一个沿其边缘限定横向间隔开的正负极电池端子。该组件还包括由大体上由聚合物材料制成的可折叠部件组成的单独框架。该框架包括邻近每一电池的一边缘设置的顶部段，以及协同联接至所述顶部段的多个侧部段以限定围绕电池的壳体。这些框架的可折叠部分连接至邻近每一个电池的端子承载边缘设置的底部段(其优选由聚合物材料制成)。在一种形式中，孔口，突出部及其他特征可形成在外壳的面向或啮合电池的表面之中或之上，而另一形式中，由内置铰链可实现邻近壳体部分之间可选的闭锁。而在一优选配置中，该底部段是一单独的分立件并可随后连接至所述框架；在另一形式中，其也可通过柔性铰链整体形成；这两种形式均被视为在本专利技术的范围之内。在本上下文中，将框架的各个部分彼此紧固以及将其他可连接部件(如所述底部)紧固的动作足以说明所述框架为一组件。也可使用其他由其他塑料，硅胶等制成的部件。然而，主要的框架架构由具有适当的结构(包含疲劳)以及电气性能的聚合物材料制成，如聚丙烯，聚邻苯二甲酰胺(PPA)，尼龙，聚碳酸酯/聚对苯二甲酸丁二酯(PBT)，热塑性烯烃(TPO)等。通过这种结构，所提出的保持架减少了配合部件接合处的间隙和泄漏路径。在本文中，组件和包括在组件中的电池形成与汽车用途兼容的模块化结构。这种模块化结构可以形成电池组的有效零部件，所述电池组被视为推进要使用所设计的电池组的车辆所需要的部件的基本上完整的组件或系统。在这种理解下，电池模块和个别电池(如上文提及)被视为随后组装到电池组中的子部件或整体系统的其他较大零部件。同样地，除了数种电池之外，用于车辆应用的电池组的部件的组件还包括散热板、固定机构和其他设备，所述其他设备虽然不会促成产生电功率或形成已组装电池和框架，但是构成了整体电池系统封装和组件的重要零部件。根据本专利技术的另一个方面，汽车电池组组件包括沿堆叠轴布置的数个棱柱形容器电池，所述电池中的每一个沿其边缘界定横向分隔开的正负极电池端子。基本上由聚合材料制成的框架包括顶部段和多个侧部段。顶部段形成基座以接收包括突出端子的电池中的每一个的对应边缘，而侧部段被整体铰接到顶部段使得在被折叠为电池支撑外壳的形状之前，顶部段和侧部段的形状类似于尚未展开的纸箱。底部段可以被固定到侧部段中的一个或多个，使得在电池周围完全形成外壳之后，底部段设置在与具有端子的边缘相对的堆叠的电池的边缘附近。这个底部段可以是可附接到整体式框架的单独段或形成穿过整体铰接连接件的框架本身的零部件。在本文中，整体铰接连接件或联接件是其中铰链和其所附接的段是由整体式结构(诸如通过相同材料的模制)形成的连接件和联接件；本文内所讨论的这样的铰链的更特定形式是活动铰链，其中铰链通常相对于其所附接的更刚性段颈缩或者变薄。还根据本专利技术的另一个方面，将棱柱形电池放置到模块中的方法包括提供基本上由聚合材料制成的整体框架以界定至少一个顶部段和铰接地联接到顶部段的数个侧部段。电池以彼此成面相邻(即，堆叠)定向放置在顶部段上使得沿电池中的每一个界定的边缘位于顶部段的对应表面上。框架的结构致使其铰链允许侧部段绕堆叠的电池折叠使得形成开口式盒状外壳，但是与具有突出电端子的边缘相对的电池堆叠的底部除外。一旦已执行这样的铰接以基本上封闭堆叠的电池的顶缘和侧缘，框架的底段被放置使得基本上在面相邻的电池周围形成外壳。附图说明当结合以下附图阅读时可最佳地理解本专利技术的优选实施例的以下详述，其中相同结构用相同数字指示，且其中：图1示出了具有呈电池组和内燃机形式的混合动力推进系统的车辆；图2A示出了根据本专利技术的方面的放置在框架内以界定电池组或模块组件的多个单个电池的分解图；图2B示出了图2A的组件的棱柱形容器电池中的一个的部分内部细节；图3A到3G示出了用于生产图2A的组件的序列；图4示出了图3A和3B的处于其大致上平面的预组装状态中以示出数个活动铰链的位置的刚性聚合框架的俯视图；图5示出了从图3G截取的截面图，高亮显示电池的端子与形成到刚性聚合框架中的互补孔隙之间的搭扣特征；且图6示出了根据本专利技术的另一个实施例的具有用于框架的侧面的不同搭扣闭合的刚性聚合框架的透视图。具体实施方式首先参考图1，车辆1包括呈由常规的ICE 5和电池组10(这两者均与电动机15协作)构成的电源的形式的混合动力推进系统。这种车辆被视为混合动力电动车辆(HEV)。本领域技术人员应当明白的是，车辆1不一定需要ICE 5，在这种情况中车辆1是电动车辆(EV)而非HEV；任一种形式均在本专利技术的范围内。有用于给车轮中的一个或多个提供推进动力并且联接到电池组10和ICE5中的一个或两个的另外的传动系部件(均未示出)被理解为包括旋转轴、车轴、变速器、控制器或类似物。虽然车辆1当前被视为轿车，但是混合动力推进系统对其他这样的汽车形式(包括卡车、客车、飞机、船只、航天器和摩托车)的适用性被视为在本专利技术的范围内。接下来参照本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种汽车电池组组件，其包括：沿堆叠轴线设置的多个棱柱形电池，所述电池中的每一个沿其边缘限定横向间隔开的正负极电池端子；和框架组件，其包括多个部件，每一个均大致上由聚合物材料制成，所述部件包括：顶部段，其与所述电池中的每一个的所述边缘邻近设置，所述顶部段限定其中的多个孔以将所述端子接收在其中；底部段，其与所述电池中的每一个的边缘邻近设置，其大致上与所述端子相对；和多个侧部段，其配合地联接到所述顶部段和底部段以限定围绕所述电池的外壳。

【技术特征摘要】
2015.05.11 US 14/7083651.一种汽车电池组组件，其包括：沿堆叠轴线设置的多个棱柱形电池，所述电池中的每一个沿其边缘限定横向间隔开的正负极电池端子；和框架组件，其包括多个部件，每一个均大致上由聚合物材料制成，所述部件包括：顶部段，其与所述电池中的每一个的所述边缘邻近设置，所述顶部段限定其中的多个孔以将所述端子接收在其中；底部段，其与所述电池中的每一个的边缘邻近设置，其大致上与所述端子相对；和多个侧部段，其配合地联接到所述顶部段和底部段以限定围绕所述电池的外壳。2.如权利要求1所述的组件，其中所述框架和所述电池中的每一个均大致上限定具有大致平面的互补表面的刚性矩形形状。3.如权利要求1所述的组件，进一步包括多个散热片，每一个均面向地散布在一相邻对的所述电池之间。4.如权...

【专利技术属性】
技术研发人员：R·M·布里斯班，N·W·康普顿，M·G·门拉特，
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