RU2801687C1 - Battery module assembly method - Google Patents
Battery module assembly method Download PDFInfo
- Publication number
- RU2801687C1 RU2801687C1 RU2022134776A RU2022134776A RU2801687C1 RU 2801687 C1 RU2801687 C1 RU 2801687C1 RU 2022134776 A RU2022134776 A RU 2022134776A RU 2022134776 A RU2022134776 A RU 2022134776A RU 2801687 C1 RU2801687 C1 RU 2801687C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- rod
- rods
- fixing
- frames
- fixing element
- Prior art date
Links
Abstract
Description
Изобретение относится к электротехнической промышленности и может быть использовано при производстве и сборке аккумуляторных батарей (модулей) на основе литий-ионных элементов питания.The invention relates to the electrical industry and can be used in the manufacture and assembly of batteries (modules) based on lithium-ion batteries.
Аккумуляторы, содержащие литий-ионные элементы питания, становятся все более популярными в автомобилестроении и различных коммерческих электронных устройствах.Batteries containing lithium-ion batteries are becoming increasingly popular in automotive and various commercial electronic devices.
Аккумулятор представляет собой устройство, которое преобразует химическую энергию непосредственно в электрическую энергию. Чтобы обеспечить достаточную мощность для различных применений, несколько элементов питания, таких как литий-ионные элементы питания, собираются вместе, образуя сборку (модуль) элементов питания. Обычно элементы питания располагаются в стопке вместе с плоскими рамами. Для удержания этой конструкции используются, как правило, соединительные металлические стержни. Стержни вставляются в сквозные каналы, образованные отверстиями в рамках и закрепляются на месте с помощью гайки с резьбой, имеющейся на каждом конце стержня. Такие методы сборки известны, например, из US 2014342207.A battery is a device that converts chemical energy directly into electrical energy. In order to provide sufficient power for various applications, several batteries, such as lithium-ion batteries, are assembled together to form a battery assembly (module). Batteries are usually stacked together with flat frames. To hold this structure, as a rule, connecting metal rods are used. The rods are inserted into the through channels formed by the holes in the frame and secured in place with a threaded nut at each end of the rod. Such assembly methods are known, for example, from US 2014342207.
Однако этот тип сборки неэффективен, поскольку не обеспечивает достаточной стабильности и жесткости стопки при большом количестве элементов питания. Кроме того, этот тип сборки недостаточно изолирует соединительные стержни от аккумуляторных элементов. В некоторых случаях, когда элементы аккумуляторной батареи слишком велики или неправильно выровнены в стопке, то возможно их соприкосновение с соединительными стержнями, что может вызвать короткое замыкание. Это, в свою очередь, может отрицательно сказаться на производительности батареи, сократив срок ее службы, а кроме того подвергнуть опасности пользователей батарей. Помимо всего прочего при скреплении элементов батареи при помощи металлических шпилек с резьбовыми соединениями, значительно усложняется процесс сборки, повышается вес конструкции, а также усложняется процесс утилизации, пришедших в негодность батарей (повышаются затраты на измельчение материалов).However, this type of assembly is inefficient, as it does not provide sufficient stability and rigidity for the stack with a large number of batteries. In addition, this type of assembly does not sufficiently insulate the connecting rods from the battery cells. In some cases, when the battery cells are too large or not properly aligned in the stack, they may come into contact with the connecting rods, which can cause a short circuit. This, in turn, can adversely affect the performance of the battery, shortening its life, and furthermore endanger battery users. Among other things, when fastening battery cells with metal studs with threaded connections, the assembly process becomes much more complicated, the weight of the structure increases, and the process of disposal of worn-out batteries becomes more complicated (costs for grinding materials increase).
Известны методы сборки аккумуляторных модулей, заключающиеся в том, что для исключения сдвигов и перекосов в стопке элементов питания, используют центрирующие выступы и соответствующие им отверстия (углубления) в смежных рамках. Соединение рамок между собой может осуществляться с помощью соединительных (стяжных) стержней (шпилек) или специальных защелок.Known methods for assembling battery modules, consisting in the fact that to avoid shifts and distortions in the stack of batteries, use centering protrusions and their corresponding holes (recesses) in adjacent frames. The frames can be connected to each other with the help of connecting (coupling) rods (studs) or special latches.
Однако, использование крепежных элементов различной конфигурации, описанных в известных технических решениях, влечет за собой достаточно сложное конструктивное оформление процесса. Наличие большого количества мелких элементов в рамках (выступы, отверстия, защелки) значительно усложняет изготовление литьевой формы, вносит дополнительные требования к свойствам материалов, из которых они изготовлены. Помимо сложностей в процессе изготовления, это приводит к удорожанию процесса и изделия в целом. However, the use of fasteners of various configurations, described in known technical solutions, entails a rather complex design process. The presence of a large number of small elements within the framework (protrusions, holes, latches) greatly complicates the manufacture of an injection mold, introduces additional requirements for the properties of the materials from which they are made. In addition to difficulties in the manufacturing process, this leads to an increase in the cost of the process and the product as a whole.
Техническим результатом заявленного изобретения является обеспечение надежности и безопасности конструкции аккумуляторной батареи, за счет исключения взаимных боковых смещений элементов питания (ячеек) внутри батареи в процессе ее сборки, а также упрощения процесса сборки конструкции при одновременном его удешевлении.The technical result of the claimed invention is to ensure the reliability and safety of the design of the battery, by eliminating mutual lateral displacements of the batteries (cells) inside the battery during its assembly, as well as simplifying the process of assembling the structure while reducing its cost.
При осуществлении предлагаемого способа сборки аккумуляторной батареи используются приемы и приспособления, позволяющие исключить ряд трудоемких и дорогостоящих операций, заменив их менее затратными (как в экономическом плане, так и в плане трудоемкости процесса), обеспечивая при этом создание простой, надежной, безопасной и экономичной конструкции.When implementing the proposed method for assembling a battery, techniques and devices are used to eliminate a number of labor-intensive and expensive operations, replacing them with less expensive ones (both in economic terms and in terms of labor intensity of the process), while ensuring the creation of a simple, reliable, safe and economical design .
Заявленный технический результат достигается за счет того, что согласно способу сборки аккумуляторного модуля, литий-ионные элементы питания располагают между плоскими рамками, складывают в стопку с последующей их фиксацией с помощью, по меньшей мере двух, стягивающих элементов в виде пластиковых стержней, которые вставляют в сквозные каналы, образованные отверстиями в рамках. Перед монтажом на поверхности рамок наносят клей. Пластиковые стержни предварительно нагревают и с натягом вставляют в сквозные каналы, а после их фиксации в стопке, дают сборке остыть.The claimed technical result is achieved due to the fact that, according to the battery module assembly method, lithium-ion batteries are placed between flat frames, stacked, and then fixed with at least two tightening elements in the form of plastic rods that are inserted into through channels formed by holes in the frames. Before installation, glue is applied to the surface of the frames. Plastic rods are preheated and inserted into the through channels with an interference fit, and after they are fixed in the stack, the assembly is allowed to cool.
У стержня, на одном из его концов, предварительно может быть сформирован фиксирующим элементом. При этом на другом конце стержня фиксирующий элемент формируют после размещения нагретого стержня в сквозном канале.At the rod, at one of its ends, it can be previously formed by a fixing element. At the same time, at the other end of the rod, the fixing element is formed after the heated rod is placed in the through channel.
Фиксирующие элементы могут формироваться одновременно на обоих концах стержня после вставки его в сквозной канал, например, если в качестве стержня используется шпилька с резьбой на обоих концах. Фиксирующим элементом в таком случае может служить гайка, накручиваемая на конец стержня.Fixing elements can be formed simultaneously at both ends of the rod after inserting it into the through channel, for example, if a stud with threads at both ends is used as a rod. In this case, a nut screwed onto the end of the rod can serve as a fixing element.
Кроме того, фиксирующий элемент может быть сформирован посредством пластической деформации в виде головки по типу заклепки.In addition, the fixing member can be formed by plastic deformation into a rivet-like head.
Перед монтажом стержни нагревают как правило до температуры 60-80°С.Before installation, the rods are usually heated to a temperature of 60-80°C.
Предложенное техническое решение проиллюстрировано графическими материалами.The proposed technical solution is illustrated with graphic materials.
На Фиг. 1 представлено схематическое изображение положения деталей при сборке (монтаже) аккумуляторной батареи на основе литий-ионных элементов питания (нагретые стержни установлены с натягом в сквозные каналы, а зазоры между соединяемыми элементами визуально увеличены).On FIG. 1 shows a schematic representation of the position of parts during assembly (mounting) of a battery based on lithium-ion batteries (heated rods are installed with an interference fit in through channels, and the gaps between the connected elements are visually enlarged).
На Фиг. 2 показан вид изделия при склейке.On FIG. 2 shows the view of the product when gluing.
На Фиг. 3 представлен окончательный вариант модуля, в котором скрепляющие стержни удалены.On FIG. Figure 3 shows the final version of the module with the tie rods removed.
Для создания (образования) аккумуляторного модуля (батареи) литий-ионные элементы питания типа POUCH штабелируются с использованием промежуточных плоских рамок. Для удержания и центровки отдельных элементов питания в штабеле (стопке) используют скрепляющие элементы в виде пластиковых стержней (по меньшей мере двух). Стержни вставляют в сквозные каналы, образуемые отверстиями в рамках. В качестве материала стержней используют пластик со стабильными характеристиками теплового расширения, например, полипропилен с модифицирующими минеральными наполнителями (тальком).To create (form) a battery module (battery), lithium-ion batteries of the POUCH type are stacked using intermediate flat frames. To hold and center individual batteries in a stack (stack), fastening elements in the form of plastic rods (at least two) are used. The rods are inserted into the through channels formed by the holes in the frames. As the material of the rods, plastic with stable thermal expansion characteristics is used, for example, polypropylene with modifying mineral fillers (talc).
На представленных схематических изображениях (Фиг. 1-3) элементы питания типа POUCH совместно с плоскими рамками обозначены совместно, как единая деталь, позицией 1. Позицией 2 обозначены пластиковые стержни с фиксирующими элементами 3. Места нанесения клея обозначены позицией 4.In the presented schematic images (Fig. 1-3), the POUCH type batteries together with flat frames are designated together as a single part by position 1. Position 2 indicates plastic rods with fixing elements 3. Places for applying glue are indicated by position 4.
Стержни предварительно разогревают до температуры примерно 60-80°С, а затем с усилием (временным натягом) вставляют в сквозные каналы. Временный натяг обеспечивается нагревом стержней перед монтажом. Размер стержня подбирается таким образом, чтобы в момент монтажа в нагретом виде он входил в отверстия скрепляемых элементов с натягом. The rods are preheated to a temperature of about 60-80°C, and then with force (temporary interference) are inserted into the through channels. Temporary tightness is provided by heating the rods before installation. The size of the rod is selected in such a way that at the time of installation in a heated form it enters the holes of the fastened elements with an interference fit.
В то время, пока клей еще не схватился, за счет плотного прилегания стержня к стенкам сквозного канала, будет происходить выравнивание стопки ячеек (элементов питания) и рамок, а значит и достигаться точность центровки. По мере остывания стержня образуется радиальный зазор между поверхностью стержня и отверстиями скрепляемых элементов. После остывания, как правило в естественных условиях примерно в течение 15 минут, натяг исчезает и дальнейшее скрепление элементов осуществляется при помощи склейки и стягивания. Для склейки поверхности рамки перед монтажом смазывают клеем. Стягивание реализуется посредством сокращения длины стержня при его остывании после монтажа. Для того чтобы стержень передавал усилие стягивания на пакет ячеек (элементов питания), на его концах формируют фиксирующие элементы. Фиксирующие элементы могут быть в виде гаек, накручиваемых на резьбу стержня с обеих его концов или в виде головок, по типу заклепки, формируемых посредством пластичной деформации нагретого стержня. Накручивание гайки на стержень выполняют без сильного затягивания (поскольку материал стержня пластичен при повышенной температуре). Возможно формирование одного фиксирующего элемента заранее (до вставки стержня в сквозной канал), при этом второй фиксирующий элемент будет сформирован после вставки нагретого стержня в сквозной канал.At a time when the glue has not yet set, due to the tight fit of the rod to the walls of the through channel, the stack of cells (batteries) and frames will be aligned, and therefore centering accuracy will be achieved. As the rod cools, a radial gap is formed between the surface of the rod and the holes of the fastened elements. After cooling, usually in natural conditions for about 15 minutes, the tension disappears and further fastening of the elements is carried out by gluing and tightening. To glue the surface of the frame before installation, lubricate with glue. Contraction is implemented by shortening the length of the rod when it cools down after installation. In order for the rod to transmit the tightening force to the package of cells (batteries), fixing elements are formed at its ends. The fixing elements can be in the form of nuts screwed onto the thread of the rod from both ends or in the form of heads, similar to rivets, formed by plastic deformation of the heated rod. The nut is screwed onto the rod without strong tightening (since the material of the rod is plastic at elevated temperatures). It is possible to form one fixing element in advance (before inserting the rod into the through channel), while the second fixing element will be formed after inserting the heated rod into the through channel.
Предложенная совокупность приемов и используемых при этом приспособлений позволит:The proposed set of techniques and devices used in this case will allow:
во-первых, упростить конструкцию пластиковых рамок (а, следовательно, и конструкцию модуля в целом и процесс его сборки), а именно, появится возможность использовать рамки с плоскими поверхностями, что позволит изготавливать их большим количеством способов, чем ранее, в том числе вырубкой из листового пластика;firstly, to simplify the design of plastic frames (and, consequently, the design of the module as a whole and the process of its assembly), namely, it will be possible to use frames with flat surfaces, which will allow them to be manufactured in a greater number of ways than before, including cutting from sheet plastic;
во-вторых, высокая точность центровки, обеспечиваемая натягом нагретого стержня, улучшит характеристики модуля (батареи) по отношению к сборке его на автоматических линиях. При высокой точности расположения элементов между собой, уменьшится количество ошибок и потенциального брака. Исключается возможность короткого замыкания, а значит рисков угрозы здоровью и жизни пользователей. Т.е. повышаются надежность и безопасность конструкции, собранной предложенным способом;secondly, the high alignment accuracy provided by the preload of the heated rod will improve the characteristics of the module (battery) in relation to its assembly on automatic lines. With a high accuracy of the location of the elements among themselves, the number of errors and potential marriage will decrease. The possibility of a short circuit, and therefore the risks of a threat to the health and life of users, is excluded. Those. increase the reliability and safety of the structure assembled by the proposed method;
в-третьих, стягивание, необходимое для склейки, осуществляется тем же стержнем, который используется для центровки и происходит за счет сокращения его линейных размеров при остывании. То есть использование предварительно нагретых и сокращающихся стержней для стягивания пакета ячеек при склеивании, исключает необходимость длительного использования дополнительных стягивающих приспособлений (струбцин, прессов и тому подобного), что также сокращает затраты на создание автоматических линий сборки. Кроме того, длительный характер предлагаемого этапа прижима позволяет расширить ассортимент применяемых клеев и упростить требования к ним по скорости склеивания. То есть собранные модули будут доводиться до готового товарного состояния уже в упаковке, что упрощает логистику производства и исключает необходимость промежуточного склада при склейке (снижая производственные затраты), а значит удешевляет массовое производство.thirdly, the contraction necessary for gluing is carried out by the same rod that is used for centering and occurs due to the reduction of its linear dimensions during cooling. That is, the use of preheated and shrinking rods to tighten the cell stack during gluing eliminates the need for long-term use of additional tightening devices (clamps, presses, etc.), which also reduces the cost of creating automatic assembly lines. In addition, the long-term nature of the proposed pressing stage makes it possible to expand the range of adhesives used and simplify the requirements for them in terms of gluing speed. That is, the assembled modules will be brought to the finished commercial condition already in the package, which simplifies the logistics of production and eliminates the need for an intermediate warehouse for gluing (reducing production costs), which means it reduces the cost of mass production.
Пример осуществления заявленного способа (поэтапно).An example of the implementation of the claimed method (in stages).
1. На поверхности собираемых элементов (ячеек в рамках) наносится клей
2. Элементы собираются в стопки, при этом предварительная их ориентация осуществляется батареи, а также ее простоту и экономичность по боковым поверхностям.1. Glue is applied to the surface of the assembled elements (cells within the framework)
2. The elements are collected in stacks, while their preliminary orientation is carried out by the battery, as well as its simplicity and economy along the side surfaces.
3. Нагретые до 80 градусов крепежные стержни с натягом вдавливаются в отверстия. При этом осуществляется центровка. Клей выбирается таким образом, чтобы в промежутке времени между этапом 2 и этапом 3 он еще позволял смещение изделий относительно друг друга, не схватывался.3. Heated to 80 degrees, the mounting rods are pressed into the holes with an interference fit. This is where centering takes place. The adhesive is chosen in such a way that in the time interval between stage 2 and stage 3 it still allows the products to move relative to each other, does not seize.
4. На одном или обоих концах стержней формируются головки методами пластической деформации с нагревом или накручивается гайка на резьбе.4. At one or both ends of the rods, heads are formed by plastic deformation with heating or a nut is screwed onto the thread.
5. Стержни остывают и сокращаются по длине, притягивая скрепляемые элементы и формируя необходимое для лучшей склейки давление. Длительность этапа от 10 минут до часа.5. The rods cool down and shorten in length, attracting the fastened elements and forming the pressure necessary for better gluing. The duration of the stage is from 10 minutes to an hour.
6. Изделие упаковывается и отправляется на склад.6. The product is packed and sent to the warehouse.
7. Окончательное схватывание клеевого состава с получением прочного соединения. Длительность этапа от 10 минут до 24 часов. Этап 7 происходит, когда изделие уже упаковано и находится на складе.7. The final setting of the adhesive composition to obtain a strong connection. The duration of the stage is from 10 minutes to 24 hours. Step 7 occurs when the product is already packaged and in stock.
8. При подготовке полученной и склеенной сборки ячеек к дальнейшим операциям сборки батареи, модули вынимаются из упаковки, после чего срезаются или откручиваются головки стержней для уменьшения размера модуля. Стержни могут быть удалены или нет.Это будет зависеть от конкретных требований. Могут быть оставлены для обеспечения дополнительного скрепления или удалены для того чтобы снизить вес изделия.8. In preparing the received and glued assembly of cells for further battery assembly operations, the modules are removed from the package, after which the heads of the rods are cut off or unscrewed to reduce the size of the module. The rods may or may not be removed. This will depend on the specific requirements. May be left on to provide additional bonding or removed to reduce product weight.
Предложенный способ сборки обеспечивает надежность и безопасность конструкции аккумуляторной батареи, а также ее простоту и экономичность.The proposed assembly method ensures the reliability and safety of the battery design, as well as its simplicity and economy.
Claims (7)
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2801687C1 true RU2801687C1 (en) | 2023-08-14 |
Family
ID=
Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2336600C1 (en) * | 2005-02-07 | 2008-10-20 | Эл Джи Кем, Лтд. | System of jointing accumulator holders of accumulator module |
| EP2002503B1 (en) * | 2006-03-31 | 2009-09-23 | Enerday GmbH | High-temperature fuel cell stack |
| RU2428770C2 (en) * | 2005-10-27 | 2011-09-10 | Эйрбас Дойчланд Гмбх | System of fuel elements and water supply system for aircraft, which contains it |
| US20140342207A1 (en) * | 2010-07-26 | 2014-11-20 | Enerdel, Inc. | Battery cell system with interconnected frames |
| RU2540417C2 (en) * | 2010-06-09 | 2015-02-10 | Ниссан Мотор Ко., Лтд. | Battery module |
| RU164502U1 (en) * | 2015-10-27 | 2016-09-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Московский автомобильно-дорожный государственный технический университет (МАДИ)" | UNIFIED BATTERY POWER BATTERY FOR ELECTRIC CAR |
| EP3288099A1 (en) * | 2011-10-24 | 2018-02-28 | Advanced Battery Concepts, LLC | Bipolar battery assembly |
Patent Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2336600C1 (en) * | 2005-02-07 | 2008-10-20 | Эл Джи Кем, Лтд. | System of jointing accumulator holders of accumulator module |
| RU2428770C2 (en) * | 2005-10-27 | 2011-09-10 | Эйрбас Дойчланд Гмбх | System of fuel elements and water supply system for aircraft, which contains it |
| EP2002503B1 (en) * | 2006-03-31 | 2009-09-23 | Enerday GmbH | High-temperature fuel cell stack |
| RU2540417C2 (en) * | 2010-06-09 | 2015-02-10 | Ниссан Мотор Ко., Лтд. | Battery module |
| US20140342207A1 (en) * | 2010-07-26 | 2014-11-20 | Enerdel, Inc. | Battery cell system with interconnected frames |
| EP3288099A1 (en) * | 2011-10-24 | 2018-02-28 | Advanced Battery Concepts, LLC | Bipolar battery assembly |
| RU164502U1 (en) * | 2015-10-27 | 2016-09-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Московский автомобильно-дорожный государственный технический университет (МАДИ)" | UNIFIED BATTERY POWER BATTERY FOR ELECTRIC CAR |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US9705156B2 (en) | Method for manufacturing lithium-ion battery modules and a corresponding lithium-ion battery module | |
| US20100136748A1 (en) | Flexible diode package and method of manufacturing | |
| CN113258218B (en) | Battery pack, battery pack and manufacturing method thereof | |
| CN103560263B (en) | Assembling process of battery module | |
| BRPI0902789B8 (en) | battery module manufacturing process using battery cell shifting apparatus | |
| DE102013217903A1 (en) | Energy storage module and method for its production | |
| US20190027730A1 (en) | Battery module | |
| BR8805126A (en) | SEALED MULTICELLULAR ACID LEAD BATTERY RESISTANT TO RECOMBINANT TYPE; AND PROCESS FOR THE PRODUCTION OF A VIBRATION RESISTANT MULTICELLULAR ACID BATTERY | |
| KR102496787B1 (en) | Cell assembly of electrochemical cells | |
| RU2801687C1 (en) | Battery module assembly method | |
| CN113241491A (en) | Group structure of series connection between cylindrical battery rows | |
| CN215342872U (en) | Integrated FPC assembly of power battery module | |
| JPWO2020090216A1 (en) | Busbar manufacturing method, busbar and battery module | |
| CN1384377A (en) | Tightly closed device with optical fiber connecting passage | |
| KR20200107120A (en) | Assembling structure of battery block assy-cooling for vehicle | |
| DE102021122729A1 (en) | BATTERY MODULES WITHOUT FASTENING ELEMENTS | |
| CN110034265B (en) | Soft-pack battery module with non-welded tab connection structure and connection method | |
| WO2011000454A1 (en) | Method for producing a battery arrangement | |
| KR20210156712A (en) | Method for folding the side of battery cell | |
| CN214753957U (en) | Group structure of series connection between cylindrical battery rows | |
| US20230246307A1 (en) | Electrochemical unit and corresponding manufacturing method and facility | |
| CN214378388U (en) | Novel packaging structure of ceramic cap with glue | |
| CN115084783A (en) | Electric connection structure of cylindrical battery, battery pack and manufacturing method of battery pack | |
| CN213752864U (en) | Battery module and power battery pack | |
| CN112968002A (en) | Novel packaging structure of ceramic cap with glue and packaging method thereof |