單元電池端子密封系統及方法
【專利說明】單元電池端子密封系統及方法
[0001]相關申請的參見引用
[0002]本申請要求享有2012年9月6日提交的標題為“Radial Cell TerminalSeal-Shrink/Press Fit Ring Design”的美國臨時申請系列號 61/697，539 和 2013 年 9 月5 日提交的標題為“Radial Cell Terminal Seal-Shrink/Press Fit Ring Design”的美國非臨時申請系列號14/019,453的優先權及權益，茲以參見的方式將這兩個申請的內容并入本文中。
【背景技術】
[0003]本發明總體上涉及電池、電池模塊及電池系統領域。更具體地，本公開內容涉及用于電池單元的密封系統及技術，該電池單元尤其可用于車輛環境以及其它的儲能/耗能應用。
[0004]本節旨在向讀者介紹可能與在下文描述和/或請求保護的本公開內容的各方面有關的領域的各方面。相信這種討論有助于向讀者提供背景資料以便于更好地理解本公開內容的各方面。因此應當理解的是，這些說明要以這一角度來閱讀，而不是作為對現有技術的承認。
[0005]使用一種或多種電池系統以為車輛提供全部或部分動力的車輛可以被稱為xEV，其中本文定義的術語“xEV”包括使用電力作為其全部或部分車輛動力的所有以下車輛或其任意變型或組合。本領域技術人員可以了解的是，混合動力電動車輛(HEV)將內燃發動機驅動系統和電池供電的電動驅動系統(如48伏或130伏系統)相結合。術語HEV可包括混合動力電動車輛的任意變型。例如，完全混合動力系統(FHEV)可以對使用一種或多種電動機、僅使用內燃發動機或同時使用這兩者的車輛提供動力及其它電力。相比之一，輕度混合動力系統(MHEV)在車輛空轉時禁用內燃發動機，并利用電池系統繼續給空調裝置、收音機或其它電子設備供電，以及在期望驅動時重新啟動發動機。輕度混合動力系統在加速期間也可應用一定水平的動力輔助(例如)以補充內燃發動機。輕度混合動力通常是96V至130V,并且通過帶或曲柄集成的啟動發電機重新獲得制動能量。進一步地,微混合動力電動車輛(mHEV)也使用類似于輕度混合動力的“停止-啟動”系統，但mHEV的微混合動力系統可以或不可以對內燃發動機提供動力輔助并且以低于60V的電壓工作。出于本討論的目的，應當指出的是，mHEV在技術上通常不使用直接提供給曲柄軸或傳動裝置的電力作為車輛的動力的任何部分，但mHEV仍可被視為xEV，因為當車輛在內燃發動機禁用的情況下空轉時其的確使用電力來補充車輛的動力需求，并且通過集成的啟動發電機重新獲得制動能量。此外,插電式電動車輛(PEV)是可由外部電源(如墻壁插座)進行充電的任何車輛,并且儲存在可再充電電池組中的能量驅動或有助于驅動車輪。PEV是電動車輛的子類別，電動車輛包括全電動或電池電動車輛(BEV)、插電式混合動力電動車輛(PHEV)以及混合動力電動車輛和常規內燃發動機車輛的電動車輛轉換形式。
[0006]與由內燃發動機供給動力的傳統車輛相比，使用電力作為其全部或部分動力的車輛可提供諸多優點。例如，使用電力的車輛可產生較少的污染物并且顯示出較大的燃料效率。在一些情況下，使用電力的車輛可完全排除汽油的使用并由電力得到其全部的動力。隨著技術的不斷發展，有必要為這類車輛提供改進的電源，特別是電池模塊。例如，期望使電池模塊的復雜度最低化以減少與制造相關的成本。還期望使電池模塊的重量和尺寸最小化以保持車輛重量輕并為另外的車輛構件和/或儲存提供空間。
[0007]使用電力作為其至少一部分動力的車輛可由包裝成電池模塊的多個單個棱柱型電池單元得到其電力。這類電池單元通常包括被保持在外殼內的電化學單元電池以及延伸穿過外殼以將電能從電池單元運載到外部負載的正極和負極電池端子。許多現有的電池單元使用液體電解質來促進電池單元內的電極之間的內部離子流動。電解質的污染及其從電池單元罐中逸出可造成電池性能劣化。出于這個原因(除了別的事項外)，期望以這樣的方式密封單個的電池單元，即能保護電池單元的構件，同時便于實現將正極和負極電池端子連接到所需的負載。
【發明內容】
[0008]下文總結本文的某些公開內容。這些實施方案并不旨在限制本公開內容的范圍，而是這些實施方案僅旨在提供某些公開實施方案的簡要總結。實際上，本公開內容可涵蓋可類似于或不同于下文給出的實施方案的多種形式。
[0009]本公開內容的本發明實施方案涉及用于電池單元中的徑向單元電池端子密封。電池單元包括外殼或電池單元罐和設置在外殼內的電化學單元電池。外殼包括開口，電池端子穿過開口從外殼內的電化學單元電池中突出。外殼中的每個開口均可包括從外殼中延伸的外部設置的凸緣。電池端子延伸穿過每個凸緣。電池端子穿過其延伸的開口借助于環繞外殼上的凸緣設置的密封環被密閉性地密封。密封環可對凸緣徑向向內施加壓縮力。密封環可通過熱收縮配合或壓配合環繞凸緣以施加壓縮力。
[0010]本公開內容的實施方案還涉及具有徑向單元電池端子密封的電池單元的制造方法。更具體地，可以在使電池端子延伸穿過外殼中的開口之前將密封環環繞凸緣配合。可以將電化學單元電池安裝到外殼內，并且將每個電池端子穿過外殼中的相應開口拉動以密閉性地密封開口。在使電池端子的外表面與凸緣的內表面發生接觸時可產生密閉性密封。在一些實施方案中，可通過凸緣的內表面與環繞電池端子設置的絕緣墊圈之間的接觸建立密閉性密封。密封環對凸緣向內施加壓縮力以保持密閉性密封。
【附圖說明】
[0011]當參考附圖閱讀以下【具體實施方式】時可以更好地理解本公開內容的這些及其它特征、方面和優點，貫穿附圖中，同樣的符號代表同樣的部件，其中:
[0012]圖1是具有用以為車輛的各種構件提供動力的電池模塊的車輛的實施方案的立體圖；
[0013]圖2是圖1的車輛及電池模塊的實施方案的剖視示意圖；
[0014]圖3是用于圖1的車輛中的電池模塊的局部分解立體圖；
[0015]圖4是用于圖3的電池模塊中的電池單元的實施方案的立體圖，該電池單元具有用于密封電池單元中的開口的密封組件；
[0016]圖5是用于圖3的電池模塊中的電池單元的實施方案的截面視圖；
[0017]圖6是用于圖3的電池模塊中的電池單元的另一實施方案的截面視圖；
[0018]圖7是用于圖3的電池模塊中的電池單元的另一實施方案的截面視圖；
[0019]圖8是用于圖3的電池模塊中的電池單元的另一實施方案的截面視圖；
[0020]圖9是用于密封圖4的電池單元中的開口的密封組件的實施方案的分解立體圖；
[0021]圖10是用于密封圖4的電池單元中的開口的密封組件的實施方案的截面視圖；
[0022]圖11是用于密封圖4的電池單元中的開口的密封組件的另一實施方案的截面視圖；
[0023]圖12是圖4的電池單元的制造方法的實施方案的工藝流程圖；
[0024]圖13是被安裝到外殼內以產生密封的電池單元的電化學單元電池的實施方案的前視圖；
[0025]圖14是安裝到圖8的外殼內的電化學單元電池的實施方案的前視圖；
[0026]圖15是用于將電化學單元電池安裝到外殼內以通過抓握電池單元端子產生密封的電池單元的機構的實施方案的立體圖；
[0027]圖16是正被用于通過拉動端子穿過電池單元外殼而將電化學單元電池安裝到外殼內的圖15的機構的立體圖；以及
[0028]圖17是正被穿過圖4的開口拉動的電池端子的實施方案的截面視圖。
【具體實施方式】
[0029]本文描述的電池系統可用于對各種類型的電動車輛及其它高電壓儲能/耗能應用(例如，電網電力存儲系統)提供電力。這類電池系統可包括一個或多個電池模塊，每個電池模塊均具有許多個電池單元(例如，鋰離子電化學單元電池)，它們被布置成提供適于給例如xEV的一個或多個構件供電的特定的電壓和/或電流。每個單個的電池單元可具有外殼以保護設置在外殼內的電化學單元電池。電化學單元電池可具有端子，所述端子構造成延伸穿過外殼的頂部部分中的開口，使得端子能夠連接到預期的負載。外殼中的開口可以被密閉性地密封以保護電池單元的內部構件并防止容納在外殼內的液體電解質逸出。
[0030]許多不同的密封組件可用于密閉性地密封外殼的頂部中的開口，這取決于所需的電池單元情況。例如，在正電性外殼組件中，正極端子可以被密閉性地密封且與外殼本身直接接觸，而負極端子可以被密閉性地密封并經由絕緣墊圈與外殼絕緣。在其它實施方案中，電池單元可具有負電性外殼組件。為此，負極端子可以被密閉性地密封且與外殼本身直接接觸，而正極端子可以被密閉性地密封并經由絕緣墊圈與外殼絕緣。此外，許多不同的組件可用于提供電中性外殼組件。例如，正極端子和負極端子均可以被密閉性地密封且與塑料非傳導外殼直接接觸。在其它實施方案中，正極端子和負極端子均可以被密閉性地密封并經由絕緣墊圈與金屬傳導外殼絕緣。
[0031]各前述的實施方案利用了可包括環繞外殼上的凸緣設置的密封環以提供向內的壓縮力的密封組件。可以穿