高能量密度棱柱形电池单元和电池模块的制作方法

高能量密度棱柱形电池单元和电池模块
1.本技术是申请日为2015年09月25日、国际申请号为pct/us2015/052212，国家申请号为201580057589.1、发明名称为“高能量密度棱柱形蓄电池单元和蓄电池模块”的发明专利申请的分案申请。
2.相关申请的交叉引用
3.本技术要求2014年9月26申请的标题为“lithium ion battery module with free floating prismatic battery cells”的美国临时申请号62/056,376、2014年9月26申请的标题为“free floating battery cell assembly techniques for lithium ion battery module”的美国临时申请号62/056,382与2015年4月22日申请的标题为“lithium ion battery modules with prismatic battery cells”的美国临时申请号62/151,092的优先权和权益，每个所述临时申请出于所有目的通过援引并入本文。


背景技术：

4.本公开总体上涉及电池和电池模块领域。更具体地，本公开涉及电池单元在锂离子(li离子)电池模块内的放置。
5.本部分旨在向读者介绍下文所描述和/或要求保护的本公开的各个方面可能涉及的本领域各个方面技术。这种讨论被认为有助于向读者提供背景信息以便于更好地理解本公开的各个方面。因此，应当理解，这些陈述以该角度来阅读，并且不视为承认现有技术。
6.使用一个或多个电池系统以用于对车辆提供所有或一部分的原动力的车辆可称为xev，其中术语“xev”在本文中定义为包括所有下述车辆(该车辆将电功率用于其车辆原动力的全部或一部分)或其任何变型或组合。例如，xev包括将电功率用于全部原动力的电动车辆(ev)。如本领域的技术人员将理解，也视为xev的混合动力电动车辆(hev)将内燃机推进系统和电池供能电动推进系统(诸如48伏特(v)或130v系统)相组合。术语hev可包括混合动力电动车辆的任何变型。例如，全混合动力系统(fhev)可利用一个或多个电动机，仅利用内燃机或利用两者将原动力和其它电功率提供至车辆。相比之下，轻度混合动力系统(mhev)在车辆空转时停用内燃机，并利用电池系统来对空气调节单元、收音机或其它电子装置持续供能以及在需要推进时重新启动发动机。轻度混合动力系统还可应用一定程度的功率辅助，例如在加速期间，以增补内燃机。轻度混合动力通常为96v至130v，并且通过皮带或曲轴集成启动器发电机回收制动能量。另外，微混合动力电动车辆(mhev)也使用类似于轻度混合动力的“启-停”系统，但是mhev的微混合动力系统可向或不向内燃机提供功率辅助并且以低于60v的电压操作。出于当前讨论的目的，应当指出的是，mhev通常技术上不将直接提供至机轴或传动装置的电功率用于车辆的任何部分的原动力，但是mhev仍可视为xev，因为其在车辆空转(其中内燃机停用)以及通过集成启动器发电机回收制动能量时确实使用电功率来增补车辆的功率需求。此外，插入式电动车辆(pev)为任何车辆，该车辆可从外部电源(诸如壁插座)进行充电，并且存储于可充电电池中的能量驱动或有助于驱动车轮。pev为ev的子类，包括纯电动或电池电动车辆(bev)、插入式混合动力电动车辆(phev)，以及混合动力电动车辆和传统内燃机车辆的电动车辆变换。
7.上述xev相比于较传统的气体供能车辆可提供多个优点，该较传统气体供能车辆仅使用内燃机和传统电气系统，该传统电气系统通常为由铅酸电池供能的12v系统。例如，相比于传统内燃机车辆，xev可产生较少不期望的排放产物并且可表现出较高燃料效率，并且在一些情况下，此类xev可如同特定类型的ev或pev那样完全消除汽油的使用。
8.随着技术持续发展，存在对此类车辆和其他实现方式提供改进的电源、特别是电池模块的需求。例如，某些传统电池模块可以包括多个电池单元。在这类传统模块中，电池单元在使用(例如，充电和放电)过程中可能发生膨胀，这可能影响其运行，并且在一些情况下，引起电池单元在电池模块内移动。精心制作的夹紧机构传统上用于将电池单元压紧就位，这提供压紧来抵消膨胀并维持其在模块内的位置。因此，现在认识到，传统的电池模块可以通过例如降低或完全消除对这类夹紧机构的需要来得到进一步改进。进一步，还认识到可能期望减少或减轻电池单元膨胀。


技术实现要素：

9.以下阐述了在此公开的某些实施例的概述。应当理解的是，这些方面仅仅呈现为给读者提供这样的某些实施例的简要概述且这些方面不旨在限制本公开的范围。实际上，本公开可涵盖下文可能未说明的各个方面。
10.本公开实施例除其他事项外还涉及锂离子电池单元的构造。所述锂离子电池单元包括包围电化学活性组分的棱柱形电池单元壳体。所述棱柱形电池单元壳体包括其上设置有电池单元端子的端子末端部分、基本上与所述端子末端部分相对的底座部分、均在所述端子末端部分与所述底座部分之间延伸的第一面和第二面、以及均在所述端子末端部分与所述底座部分之间延伸并将所述第一和第二面相联接【pct原文：coupled】的第一侧和第二侧。所述棱柱形电池单元壳体的电池单元厚度对应于所述第一和第二面之间的距离，所述棱柱形电池单元的电池单元宽度对应于所述第一侧和第二侧的相应最外面的表面之间的距离，并且所述棱柱形电池单元壳体的电池单元长度对应于所述端子末端部分与所述底座部分之间的距离。电池单元厚度、电池单元宽度、电池单元长度和电化学活性组分使得所述锂离子电池单元具有在67瓦特小时/升(wh/l)与251wh/l之间的体积能量密度，并且具有在2.0v与4.2v之间的标称电压。
11.本公开实施例还涉及一种锂离子电池模块，其具有设置在所述模块的外壳内的多个棱柱形锂离子电池单元。所述多个棱柱形锂离子电池单元彼此电联接并且电联接至所述锂离子电池模块的端子。所述多个棱柱形锂离子电池单元中的每个棱柱形锂离子电池单元具有包围电化学活性组分的相应棱柱形电池单元壳体。所述棱柱形电池单元壳体具有其上设置有电池单元端子的端子末端部分、基本上与所述端子末端部分相对的底座部分、均在所述端子末端部分与所述底座部分之间延伸的第一面和第二面、以及均在所述端子末端部分与所述底座部分之间延伸并将所述第一面和第二面相联接的第一侧和第二侧。所述棱柱形电池单元壳体的电池单元厚度对应于所述第一面和第二面之间的距离，所述棱柱形电池单元的电池单元宽度对应于所述第一侧和第二侧的相应最外面的表面之间的距离，并且所述棱柱形电池单元壳体的电池单元长度对应于所述端子末端部分与所述底座部分之间的距离。电池单元厚度、电池单元宽度、电池单元长度和电化学活性组分使得每个棱柱形锂离子电池单元具有在67瓦特小时/升(wh/l)与251wh/l之间的体积能量密度，并且具有在2.0v
与4.2v之间的标称电压。所述锂离子电池模块的外壳具有对应于铅酸电池的标准底座尺寸的底座。
12.本公开实施例除其他事项以外还涉及一种锂离子电池单元，其具有包围电化学活性组分的棱柱形电池单元壳体。所述棱柱形电池单元壳体具有其上设置有电池单元端子的端子末端部分、基本上与所述端子末端部分相对的底座部分、均在所述端子末端部分与所述底座部分之间延伸的的第一面和第二面、以及均在所述端子末端部分与所述底座部分之间延伸并将所述第一面和第二面相联接的第一侧和第二侧。锂离子电池单元的重量和电化学活性组分使得所述锂离子电池单元具有在32瓦特小时/千克(wh/kg)与126wh/kg之间的重量能量密度，具有在2.0v与4.2v之间的标称电压，并且具有在8ah与12ah之间的标称电压。
附图说明
13.在阅读以下具体实施方式且在参考附图时可更好地理解本公开的各个方面，在附图中：
14.图1是根据本公开的一方面具有根据本公开实施例构造的电池系统的xev的透视图，所述电池系统为xev的各种部件提供功率。
15.图2是根据本公开的一方面具有利用图1的电池系统的启停系统的xev的实施例的剖面示意图，所述电池系统具有锂离子电池模块。
16.图3是根据本公开的一方面各种电池模块的俯视透视图，图示了单种类型的电池单元可以并入不同类型的锂离子电池模块外壳内的方式从而使多个电池单元处于浮动布置下。
17.图4是根据本公开的一方面与图3的锂离子电池模块相对应的锂离子电池模块尺寸的覆盖物的俯视透视图；
18.图5是根据本公开的一方面图3的锂离子电池模块的可用电池单元容积的覆盖物的俯视透视图；
19.图6是根据本公开的一方面可以并入图3的电池模块中的棱柱形电池单元的透视图；
20.图7是根据本公开的一方面与图6的电池单元相对应的、并入图4中描述的外壳覆盖物中的多个电池单元的剖面俯视透视图；
21.图8是根据本公开的一方面放置在电池模块外壳内并且具有产生浮动电池单元布置的固定突出物放大视图的多个电池单元的俯视透视图；
22.图9是根据本公开的一方面具有浮动布置的多个电池单元的锂离子电池模块的剖面侧视透视图，其中移除了外壳来描绘在处于图8的浮动布置下时电池单元的相对定位；
23.图10是根据本公开的一方面在充电前后可膨胀的电池单元与基本上不可膨胀的电池单元的对比侧视图；
24.图11是根据本公开的一方面具有电池单元的锂离子电池模块的分解俯视透视图，集成汇流条和电压感测子组件向内促动所述电池单元抵靠着外壳的后部；
25.图12是根据本公开的一方面图11的电池模块中的一列电池单元沿线12-12截取的剖面侧视图，并且具有在所述电池单元之间定位的一个或多个垫片；
26.图13是根据本公开的一方面被构造为拾取电池单元并将其放置到电池模块外壳内而不将电池单元分级的制造系统的框图；
27.图14是根据本公开的一方面使用由图13的系统进行的拾放技术的制造电池模块的方法的流程图；
28.图15是根据本公开的一方面被构造为对电池模块外壳标引并根据所述标引将电池单元与其他部件放置在外壳内的制造系统的框图；
29.图16是根据本公开的一方面使用由图15的系统进行的标引技术制造电池模块的方法的流程图；
30.图17是根据本公开的一方面图16的标引技术的示意性图示；和
31.图18是根据本公开的一方面具有基本上不可膨胀电池单元的部分组装锂离子电池模块的正视图，所述电池单元具有不同的充电状态、但基本上相同的电池单元厚度。
具体实施方式
32.以下将描述一个或多个具体实施例。为了提供这些实施例的简洁描述，本说明书未描述实际实施方式的所有特征。应当理解，在任何此类实际实施方式的开发中，如同在任何工程或设计项目中，必须做出许多特定于实施方式的决策以达到开发者的特定目标，诸如兼容系统相关和业务相关约束条件，这些约束条件可根据实施方式而变化。而且，应当理解，此类开发工作可能是复杂的并且耗时的，然而对于受益于本公开的普通技术人员而言将为设计、制作和制造的例行任务。
33.在此描述的电池系统可以用于给各种类型的电动车辆(xev)和其他高电压储能/耗能应用(例如，电网电力储存系统)提供电力。此类电池系统可以包括一个或多个电池模块，每个电池模块具有外壳和多个电池单元(例如，锂离子(li离子)电池单元)，所述多个电池单元布置在所述外壳内用于提供对例如xev的一个或多个部件供能有用的特定电压和/或电流。作为另一个实例，根据本公开实施例的电池模块可与固定式功率系统(例如，非机动性系统)合并或将功率提供至所述固定式功率系统。
34.锂离子电池模块中使用的电池单元还可以称为电池单元，并且例如基于每个电池单元内含有的活性物质，不同类型的这类电池单元可以具有不同的电压和/或容量。一般而言，锂离子电池单元将包括阴极(正电极)、阳极(负电极)、和提供离子源(例如锂离子)的电解液。在某些构造中，阴极和阳极均包括使电极能够在充电和放电循环过程中存储和传递离子(例如，锂离子)的电极活性材料。电极是阴极还是阳极一般由各自的电极活性物质及其相对于li/li 的参比电压来决定。因此，电极活性物质一般将是不同的。
35.如本领域的技术人员领会的，在每个正电极和负电极处发生电化学半反应。例如，在正电极处的电化学半反应可以是其中一个或多个锂离子可逆地(基于平衡)与正电极活性物质解离的反应，由此还释放一个或多个电子(数量上等于离解的锂离子的数量)。在负电极，发生的电化学半反应可以是其中一个或多个锂离子和(相等数量的)一个或多个电子可逆地与负电极活性物质(例如，碳)结合。
36.在电池放电过程中，电极处的平衡有利于锂离子和电子从负电极活性物质离解并且电子与锂离子与正电极活性物质重新结合。另一方面，在充电过程中，情况相反。离子移入电极中常常称为嵌插或注入，并且离子远离电极的移动常常称为脱嵌或引出。因此，在放
电过程中，在正电极处发生嵌插而在负电极处发生脱嵌，并且在充电过程中，情况相反。因此，锂离子电池单元一般将基于在其电极处的锂离子嵌插和脱嵌来运行。
37.就此而言，电池单元的多个特性可以起源于电池单元的物理构造的组合(例如，其形状、大小、布局)、及其化学构造(例如，电极活性物质、电解液、添加剂)。例如，在使用石墨作为阳极活性物质的传统棱柱形电池单元中，由于充电和放电循环，可能发生相对大程度的尺寸变化，其中，在充电过程中，锂嵌插进活性物质(石墨)中，从而引起阳极膨胀，而在放电过程中，活性物质释放锂，从而引起阳极尺寸减小。这类膨胀可能存在的问题在于其减小了电池单元的功率密度，并且随着阳极膨胀，这引起阳极与阴极之间发生电阻，这降低了电池单元的效率。在传统方法中，通过例如在电极(阳极和阴极)位于的棱柱形电池单元活性区相对应的位置处将相对大程度的压力施加于所述棱柱形电池单元来在某种程度上减轻这种膨胀。然而，这些夹紧机构可能是笨重的并且对具体锂离子电池模块增加显著重量。
38.例如，附接至电池模块上的可致动夹紧机构(诸如夹钳)、设置在电池模块外壳内的可以(例如，使用曲柄、夹钳、可调系紧螺栓机构)致动以紧靠电池单元的可移动板、或用于致动电池模块外壳的部件(例如，外壁或内壁)的可调系紧螺栓机构可以用于以具体量将电池单元压紧。可以如此操作，以使电池单元的能量密度和性能维持在预定范围内。棱柱形电池单元例如传统上通过这类可致动夹紧机构保持就位，所述夹紧机构是电池模块外壳的一部分或与其成一体。
39.根据本公开，现在认识到可能期望在不必依赖于这类笨重的夹紧机构的情况下减轻、减少或完全消除这类膨胀。现在还认识到，消除这类传统的夹紧机构可以实现其他锂离子电池模块特征。例如，在本公开的某些实施例中，锂离子电池模块可以被设计为具有用于电池单元的具体容积，而锂离子电池模块的其他部分可以用于其他模块特征，诸如控制和调节电路(例如，电池监测系统(bms)、电池控制模块(bcm))、热管理特征(例如，风扇、冷却路线)等等。实际上，减少膨胀和对夹紧机构的依赖性还可以实现可以特别适合于某些应用(诸如微混合动力应用)的电池模块尺寸和设计。
40.考虑到前述内容，本公开一方面涉及锂离子电池模块，其包括保持在相对未压紧状态下(例如，没有使用可致动或其他夹紧机构)的多个电池单元(锂离子电池单元，在此又称为电化学电池或电池单元)。作为一个非限制性实例，这类构造可以包括浮动组件，其在此又称为浮动布置。本公开实施例的浮动组件可以包括其中每个电池单元通过多个(例如，两个或更多个)固定突出物悬浮在模块的外壳内，并且所述固定突出物沿着电池单元的外围(诸如仅沿着它们的外围的一部分)支撑所述电池单元。在其他实施例中，所述电池单元可以使用在膨胀发生之前不对电池单元施加夹紧力的其他机构来固定在所述电池模块内。例如，所述电池单元可以彼此固定和/或固定到所述电池模块的外壳的某个部分上。
41.在某些实施例中，所述电池单元可以包括具体的化学成分，所述化学成分使在本公开电池模块中利用的电池单元能够具有极小膨胀或没有膨胀。除了其他事项以外，这还能够避免某些夹紧机构和额外的模块特征的引入。在一个实例中，减轻电池单元膨胀可以在电池单元之间能够保持间隙(例如，气隙)而无需在电池单元的活性区放置夹紧特征。例如，在正常运行(例如，充电/放电维持在一定充电状态(soc)范围内)过程中，与传统锂离子电池模块中使用的其他电池单元相比较，在此描述的电池单元可能膨胀程度大大减小或完全消除。下面另外详细描述这类实施例。
42.虽然本公开包括可以从某些类型的膨胀已经减小的电池单元的使用中获益的多个实施例，但应注意，某些公开的实施例还可以适用于使用各种各样的电池单元(包括膨胀的电池单元)的锂离子电池模块。就此而言，以下阐述的描述不应解释为局限于某些锂离子电池单元化学成分，除非另外指明。实际上，各种各样的电极活性物质、电解液物质等等可以根据本公开的某些方面来使用。
43.一方面，例如，可以选择锂离子电池单元中的电极的阴极活性物质和阳极活性物质以具有与阳极和阴极的电极活性物质的其他组合相比减小的膨胀。虽然电极活性物质通常可以是任何类型、构造、或化学成分，但在一实施例中，阴极活性物质可以包括作为阴极活性物质的锂钴镍锰氧化物((nmc,lini
x
mnycozo2，其中x y z＝l)。根据本公开的某些方面，nmc可以用作唯一的阴极活性物质，或者nmc可以与其他阴极活性物质(例如，其他锂金属氧化物)相组合(例如，物理混合)。阳极活性物质可以是任何合适的物质，但在一个具体实施例中是钛酸锂(lto，例如，li4ti5o
12
)。在预期包括具有总体上矩形形状和硬(例如，金属或塑料)外壳体的电池单元的棱柱形电池单元中，这些活性物质的组合可以减小由于充电和放电循环引起的膨胀和相关联的尺寸可变性。就此而言，这类棱柱形电池单元在可能依赖电池单元的情况下对可靠的充电和放电循环对汽车设备、家用设备等等供能可能特别有用。
44.例如，在某些xev背景下(除其他事项以外，诸如非机动性或固定的耗能应用)，锂离子电池模块的12v输出对某些类型的部件(例如，由传统车辆中传统铅酸电池传统地供能的相似类型的部件)供能可能令人期望，而48v输出可能更适合于对可能需要更高电压的其他类型部件(诸如空调系统)供能。有鉴于此，现在认识到，本公开电池模块实施例可能特别适用于这种类型的电池模块。实际上，本公开方法可以实现生产这样的锂离子电池模块，其可以被设计成适合在xev的不同位置上、或在家或其他环境的不同位置上。
45.为了帮助进行说明，图1是车辆10的实施例的透视图，所述车辆可以利用再生制动系统。尽管针对带有再生制动系统的车辆介绍以下讨论内容，但在此描述的技术可适用于使用电池捕获/储存电能的其他车辆，可以包括电力供能的和气体供能的车辆、以及其他非机动性(例如，固定)应用。
46.现在认识到，可能期望非传统性电池系统12(例如，锂离子汽车电池)与传统车辆设计很大程度上相容。在此方面，本公开实施例包括用于xev和包括xev的系统的各种类型的电池模块。因此，电池系统12可以放置在车辆10中原本容纳传统电池系统的位置上。例如，如所图示的，车辆10可以包括与典型的燃烧式发动机的铅酸电池类似地定位(例如，在车辆10的发动机罩下面)的电池系统12。另外，如以下将更详细描述的，电池系统12可以定位为帮助管理电池系统12的温度。例如，在一些实施例中，将电池系统12定位在车辆10的发动机罩下面可以使风道引导气流经过电池系统12并冷却电池系统12。
47.图2中描述了电池系统12的更详细的视图。如所描绘的，电池系统12包括与点火系统16、交流发电机18、车辆中控台20、和可选地电动机22联接的储能部件14。一般而言，储能部件14可以捕获/储存车辆10中产生的电能并将电能输出以便为车辆10中的电气装置供能。
48.换言之，电池系统12可以向车辆的电气系统的部件供应功率，这些部件可以包括散热器冷却风扇、气候控制系统、电动转向系统、主动式悬架系统、自动驻车系统、电动油
泵、电动增压器/涡轮增压器、电动水泵、加热挡风玻璃/除霜器、车窗升降电机、梳妆灯、胎压监测系统、天窗电机控制器、电动座椅、报警系统、资讯娱乐系统、导航特征、车道偏离警告系统、电动驻车制动器、外灯、或以上的任意组合。说明性地，在所描绘的实施例中，储能部件14向车辆中控台20和点火系统16供应功率，其可以用于启动(例如，用曲柄启动)内燃机24。
49.此外，储能部件14可以捕获交流发电机18和/或电动机22产生的电能。在一些实施例中，交流发电机18可以在内燃机24运转的同时产生电能。更具体地，交流发电机18可以将由内燃机24的旋转产生的机械能转换成电能。附加地或可替代地，当车辆10包括电动机22时，电动机22可以通过将车辆10的移动(例如，车轮旋转)产生的机械能转换成电能来产生电能。因此，在一些实施例中，储能部件14可以捕获在再生制动过程中交流发电机18和/或电动机22产生的电能。因此，交流发电机和/或电动机22在此通常被称为再生制动系统
50.为了帮助捕获和供应电能，储能部件14可以经由总线26电联接至车辆的电气系统。例如，总线26可以使储能部件14能够接收由交流发电机18和/或电动机22产生的电能。此外，总线可以使储能部件14将电能输出至点火系统16和/或车辆中控台20。因此，当使用12v电池系统12时，总线26可以携带通常在8-18伏特之间的电功率。
51.此外，如所描绘的，储能部件14可以包括多个电池模块。例如，在所描绘的实施例中，储能部件14包括锂离子(例如，第一)电池模块28和铅酸(例如，第二)电池模块30，每个电池模块包括一个或多个电池单元。在其他实施例中，储能部件14可以包括任意数量的电池模块。此外，尽管锂离子电池模块28和铅酸电池模块30被描绘为彼此相邻，但它们可以定位在车辆周围的不同区域中。例如，铅酸电池模块30可以定位在车辆10内部中或周围，而锂离子电池模块28可以定位在车辆10的发动机罩下面。
52.在一些实施例中，储能部件14可以包括多个电池模块以利用多种不同的电池化学过程。例如，当使用锂离子电池模块28时，电池系统12的性能可以得到提高，因为锂离子电池化学过程通常比铅酸电池化学过程具有更高的库仑效率和/或更高的功率充电接受能力(例如，更高的最大充电电流或充电电压)。因此，电池系统12的捕获、储存、和/或分配效率可以得到提高。
53.为了帮助控制电能的捕获和储存，电池系统12还可以包括控制模块32。更具体地，控制模块32可以控制电池系统12中的部件的运行，诸如在储能部件14、交流发电机18、、和/或电动机22内的继电器(例如，开关)的运行。例如，控制模块32可以调节每个电池模块28或30捕获/供应的电能量(例如，对电池系统12降低定额和重新定额)，在电池模块28与30之间进行负荷平衡，确定每个电池模块28或30的充电状态，确定每个电池模块28或30的温度，控制由交流发电机18和/或电动机22输出的电压等等。
54.因此，控制单元32可以包括一个或多个处理器34和一个或多个存储器单元36。更确切地，一个或多个处理器34可以包括一个或多个专用集成电路(asic)、一个或多个现场可编程门阵列(fpga)、一个或多个通用处理器、或以上的任意组合。此外，一个或多个存储器36可以包括易失性存储器，诸如随机存取存储器(ram)，和/或非易失性存储器，诸如只读存储器(rom)，光盘驱动器、硬盘驱动器、或固态驱动器。在一些实施例中，控制单元32可以包括车辆控制单元(vcu)的多个部分和/或单独的电池控制模块。另外，如所描绘的，锂离子电池模块28和铅酸电池模块30跨其端子并联连接。换言之，锂离子电池模块28和铅酸电池
50c和右侧52a-52c，这在下面另外详细描述。这些侧面通常在底座46与顶部部分48之间延伸。在所图示的实施例中，参照每个模块28的电池单元容置区域54a-54c确定左侧50a-50c和右侧52a-52c。可以认为电池单元容置区域54a-54c具有与每个锂离子电池模块28的前端56a-56c相对应的开口。每个模块28的后端58a-58c定位在前端56对面。在某些电池模块构造中，锂离子电池模块28在运行时可以以后端58a-58c和前端56a-56c分别用作模块28的底座和顶部的取向来放置。换言之，可以认为电池模块28的所描绘的取向表示模块28搁置在其底座52a-52c上的水下取向，但垂直取向可以是模块28翻转90
°
搁置在其后端58a-58c上的取向。在这类垂直构造下，后端58a-58c和前端56a-56c将垂直于重力而不是平行于重力定向，如所示。
60.如所示，电池单元容置区域54被构造为接纳具体取向的多个电池单元(例如，棱柱形电池单元)。例如，根据本公开，电池单元44均可以具有棱柱形壳体60。棱柱形壳体60取决于并且可以符合一组制造规格，包括其所有维度的尺寸、某些特征的位置(例如，排气口、端子)等等。为了方便讨论，每个棱柱形电池单元44的布局在此如下限定：通常具有硬质材料(例如，金属或硬塑料)的棱柱形壳体60均包括总体上矩形形状，所述形状可以包括一个或多个圆化侧和/或斜面边缘。在所图示的实施例中，棱柱形电池单元44包括壳体顶部部分，在此称为端子末端62，电池单元端子组64、66(例如，电池单元正和负端子)位于所述顶部部分中。一个或多个电池单元排气孔68也可以位于端子末端62上。每个电池单元44的电池单元端子组64、66使电池单元能够电连接到各种电气部件，包括其他电池单元，电连接到锂离子电池模块28的端子49、和负载，该负载可以与锂离子电池模块28联接。电池单元排气口68被构造为能够在某些条件下排出气体。
61.棱柱形电池单元壳体60还包括与端子末端62相对定位的壳体底部部分70，在此称为底座壳体部分70，并且如所示，底座壳体部分70可以首先放到外壳40中，使得电池单元端子64、66朝同一方向从电池单元容置区域54向外指向。第一和第二侧面72、74(例如，扁平、圆化、或斜面侧)在与电池单元端子64、66相对应的相应位置上在壳体顶部部分62与壳体底部部分70之间延伸。总体上平坦的第一和第二面76、78在每个电池单元44的相对端联接第一和第二侧72、74。如图6中所示，第一和第二侧72、74可以包括仅一个小的圆化部分，例如，在侧72、74与面76、78相汇处。
62.还为了方便讨论，电池单元44的所图示的构造还可以被构造成水平叠层，其中电池单元44被定位成使得第一和第二面76、78基本上平行于底座46和顶部部分48，并且当底座42放置在平坦表面上时基本上垂直于重力。然而，本公开还包含垂直构造，诸如其中从底座壳体部分70到端子64、66的方向在底座42放置在平坦表面上时基本上与重力对齐。此外，在一些实施例中，电池模块28的后端58可以具有在运行过程中允许模块28搁置在平坦表面上的构造。例如，后端58可以具有基脚或相似特征。
63.可以认为具体列80、82(所图示的模块28中具有两个这种列)中的电池单元44垂直间隔开使得第一电池单元的相应第一面和第二电池单元的相应第二面之间具有间隙。下面另外详细描述这类实施例。然而，应注意所述列还可以概括地称为外壳40中的电池单元“阵列”，其中所述阵列可以概括表示电池单元44的对齐阵列，如所示，并且还旨在包含不同于所图示的特定取向的其他取向。
64.电池单元44的列状构造(例如，两个相邻列，诸如阵列和额外阵列)和标准化尺寸
可以是在160与180mm之间，诸如170mm，而h3可以是在160与200mm之间，诸如190mm。应注意，不同模块28的相应高度也可能受到设计限制。作为一个实例，如果意欲将模块28放置在xev 10的发动机罩下面，则高度h
1-h3应足够高以允许使用期望数量的电池单元44，但足够低以便能够关闭xev 10的发动机罩。根据(除其他事项以外)预期放置，可以对电池模块设计加以相似的空间限制。
70.为了确定不同于电池单元44的某些部件的可用空间，可能期望确定在外壳40内的模块28的可用电池单元体积，这进而根据模块28的期望输出、提供所述输出(其可以由例如电池单元44的能量密度表示)所需的电池单元44的数量等等。图5描绘了第一、第二、和第三锂离子电池模块28a-28c的相应可用电池单元体积102a-102c的示例性覆盖物100。可以认为所图示的电池单元体积102a-102c表示结合外壳40a-40c内的任何固位、夹紧和间隔特征，外壳40a-40c内可供电池单元44占用的体积和尺寸。现在认识到，电池单元44及其相关联的固定特征占用的相应体积102a-102c的一部分根据在此描述的某些实施例可以减小或最小化，诸如当电池单元44基本上无膨胀时，和/或当模块28没有使用电池单元44的压紧或夹紧特征时。实际上，与利用电池单元44的夹紧和压紧特征的实施例相比较，这样的实施例可以减小了可用电池单元体积102的占用部分。
71.再次参照模块28具有h5底座的实施例，可用电池单元体积102的尺寸中的l可以在220mm与240mm之间，并且w在110mm与150mm之间，诸如分别为235mm和140mm。对于第一模块28a，可用体积102a的h4高度可以在40mm与50mm之间，诸如45mm。对于第二模块28b，可用体积102b的高度h5可以在80mm与100mm之间，诸如90mm，并且对于第三模块28c，可用体积102c的高度h6可以在135mm与165mm之间，诸如145mm。
72.如可以领会到的，具体锂离子电池模块28中占用的可用电池单元体积102的量可以取决于电池单元44的数量、电池单元44的形状和尺寸、以及电池单元44定位在模块28的外壳40内的方式。因此，电池单元44的的尺寸、形状和化学成分可以被设计为实现期望的形状因子、体积和输出。如以上注意到的和图6中更详细所示的，在此描述的电池单元44通常具有棱柱形形状，其通常包括矩形形状，并且还可以包括如图3所示的某些圆化侧面。图6中所示的棱柱形电池单元44的尺寸包括沿圆化侧面72、74的电池单元长度(cl)、沿端子和底座部分62、70的电池单元宽度(cw)、以及在第一与第二面76、78之间延伸的电池单元厚度(ct)。作为一个实例，使用具有140mm的cl、容差为0.5mm、112mm的cw、容差为0.5mm以及14mm ct、容差为0.5mm的电池单元44，电池模块28可以被设计为具有12v或48v输出的h5底座、和10ah或20ah容量。然而，电池单元尺寸可以根据模块28的期望的尺寸而不同。
73.基于电池单元44的以上阐述的尺寸，可以确定电池模块28的电压、和模块28中使用的电池单元44的数量、电池单元44的能量密度(例如，平均值)。根据以上阐述的尺寸确定的能量密度可以是基于体积的(例如，体积能量密度)。然而，在此还提供了电池单元44的实例重量来基于其质量描述能量密度(例如，重量能量密度)。
74.虽然在此描述的电池模块28可以具有任意数量的电池单元44，如图3中所示，但电池模块28的某些特定实施例可以具有六个、十二个、或二十个电池单元44。根据电池单元44的数量和电池单元电连接的方式，电池单元44还可以具有使电池模块28能够具有期望总体电压的工作电压。例如，电池单元44可以具有在2.0v与4.2v之间的标称电压。可以认为在此描述的标称电压表示电池单元44的设计电压，其可以主要由在电池单元44的阳极和阴极采
用的活性物质决定。在此描述的电池单元的标称电压可以是例如2.0v、2.1v、2.2v、2.3v、2.4v、2.5v、2.6v、2.7v、2.8v、2.9v、3.0v、3.1v、3.2v、3.3v、3.4v、3.5v、3.6v、3.7v、3.8v、3.9v、4.0v、4.1v、或4.2v。可以使用电池单元化学成分的特定组合来实现这类电压，这在下面进行了进一步详细讨论。电池单元44的相应容量也可以至少部分地基于所利用的具体电池单元化学成分、以及其他参数(例如，电池单元44中的活性物质的量)。例如，电池单元44可以具有范围在8ah与12ah之间的容量。
75.鉴于前述内容，应领会到每个电池单元44中能够利用的电极活性物质的量也可以根据每个电池单元44的体积而变化。就此而言，还应领会到，电池单元44的各种功率和充电能力与其尺寸之间达成平衡。根据本公开的某些方面，现在认识到，电池单元44的在此描述的体积能量密度在电池模块28的实施例的构造中特别有用，该电池模块具有期望占地面积(例如，h5占地面积)同时还具有期望的电气能力(例如，充电与存储能力、功率输出)。
76.可以使用电池单元44的体积和能量获得具体电池单元的体积能量密度。如在此计算的每个电池单元44的能量是电池单元44的标称电压与容量的乘积。然后，所计算的能量除以体积来获得体积能量密度。还可以通过将电池单元44的计算能量除以电池单元44的重量来获得重量能量密度。
77.使用电池单元44的以上阐述的尺寸(其中cl是140mm，ct是14mm，并且cw是112mm，体积是0.22l)、在8ah与12ah之间的容量范围、和范围从2.0v到4.2v的标称电压，根据电池单元44的标称电压和容量，电池单元44的体积能量密度范围可以在73瓦特小时/升(wh/l)与230wh/l之间。表1提供了电池单元44的体积能量密度的更多具体实例。
[0078][0079]
在某些实施例中，这些示例性体积能量密度可以使电池模块28能够具有足以并入xev10的电池系统12的某些实施例中的能量，诸如用于混合动力应用。实际上，已经发现以
上阐述的电池单元44的尺寸结合以上阐述的阴极和阳极电极活性物质化学成分可以使电池模块28能够具有符合某些期望的标准的某些尺寸，同时仍然提供期望的电气输出(例如，在不同版本的电池模块28上相似的h5底座)。
[0080]
在电池单元44并入所使用的与铅酸电池模块电联通的电池模块28的实施例中的某些实施例中，电池单元44可以具有与铅酸电池模块的铅酸电池单元的电压相似(例如匹配)的电压。这类电压可以通过电池单元44的充电状态的有源控制(例如，通过图2的控制模块32)、和/或通过选择具体的电极活性物质来实现，并且范围可以在2.1v与2.5v之间(其可以根据利用铅酸电池模块的方式和控制锂离子电池单元44的方式)。因此，如以上表1所阐述的，具有0.22l体积和在2.1v与2.5v之间的标称电压的电池单元44的体积能量密度范围可以从77wh/l到137wh/l。在一个具体实施例中，当标称电压为2.3v时，根据电池单元44的容量，体积能量密度可以在84wh/l与126wh/l之间，诸如在10ah容量下为105wh/l。现在认识到，在此描述的具有这类能量密度范围的电池单元44的实施例可以特别适于与传统铅酸电池模块结合使用的电池模块28的实施例(例如，在微混合动力应用中)。
[0081]
在更进一步实施例中，电池单元44可以具有与以上阐述的相似的尺寸，例如在某一范围内。在某些实施例中，所述范围可以基于由制造规格限定的容差。相关联的容差可以允许ct、cw和/或cl由0.5％到5％之间的变化，意味着制造的电池单元44的ct、cw和/或cl的值范围可以从比限定的制造值低0.5％与5％之间到比限定的制造值高0.5％与5％之间(例如，加或减具体的量，诸如0.5mm)。作为一个实例，电池单元厚度ct可以在13mm与15mm之间，电池单元长度cl可以在139mm与141mm之间，并且电池单元宽度cw可以在111mm与113mm之间。根据这类实施例，电池单元44的体积范围可以在0.20l与0.24l之间(例如，在0.21l与0.23l之间)。根据电池单元的能量密度、标称电压等等，其他电池单元体积可以属于本公开的范围。
[0082]
表2中阐述了对具有13mm电池单元厚度ct、139mm电池单元长度cl和111mm电池单元宽度的电池单元44计算的体积能量密度的具体实例。此外，表3中阐述了对具有15mm电池单元厚度ct、141mm电池单元长度cl和113mm电池单元宽度的电池单元44计算的体积能量密度的具体实例。
[0083]
[0084][0085]
鉴于前述描述和表，应领会到在此描述的电池单元可以具有一系列容量、标称电压、和体积能量密度。在此阐述了电池单元特征的非限制性实例列表。在一个实例中，电池
单元44的ct、cw、cl和电化学活性组分使得锂离子电池单元44具有在67瓦特小时/升(wh/l)与251wh/l之间的体积能量密度，并且具有在2.0v与4.2v之间的标称电压。在一个更具体的实例中，ct在13mm与15mm之间，cl在138mm与142mm之间，并且cw在109mm与114mm之间。在另一个实例中，体积能量密度在80wh/l与251wh/l之间，并且锂离子电池单元44具有在8ah与12ah之间的容量。在另一个实例中，ct为14mm，cl为140mm，并且cw为112mm，并且体积能量密度在77wh/l与137wh/l之间，标称电压在2.1v与2.5v之间，并且锂离子电池单元44具有在8ah与12ah之间的容量。
[0086]
虽然以上阐述的表和描述表示棱柱形电池单元44的电压、尺寸、容量和能量密度的具体范围和实例，但电池单元44和/或封装电池单元44的电池模块28的其他尺寸变化、形状变化等等也属于本公开的范围。例如，在此指出的棱柱形电池单元44的尺寸(例如，ct、cl、cw)值可以具体地用在具有h5占地面积的电池模块28的实施例的构造中，但这些电池单元44还可以用在其他构造中。例如，具有以上阐述的能量密度、尺寸等等的电池单元44可以用于具有与许多不同的(例如，在din、bci或en准则中阐述的)传统铅酸电池的尺寸相对应的尺寸的电池模块28的实施例中。电池单元44的不同形状和尺寸可以包括产生以上阐述的范围从0.20l到0.24l的体积的尺寸，但cw、cl和ct可以具有与在以上实例中阐述的那些不同的相应尺寸。例如，cw、cl或ct之一可以相对于以上阐述的范围增大，而cw、cl或ct中的至少一个其他项减小以将总体积维持在这类范围内。然而，如以上指出的，根据电池单元的具体能量密度、标称电压、容量等等，其他体积和形状(例如，圆柱形)可以属于本公开的范围。
[0087]
作为相对于电池模块28的尺寸的电池单元尺寸的一个非限制性实例，模块28的底座46与h5 din底座相对应，每个电池单元44(棱柱形壳体)的ct在13mm与15mm之间，每个电池单元44(棱柱形壳体)的cl在138mm与142mm之间，每个电池单元44(棱柱形壳体)的cw在109mm与114mm之间，并且每个电池单元44(棱柱形壳体)的体积在0.2l与0.24l之间。作为另一个实例，每个电池单元44(棱柱形壳体)的ct在13.5mm与14.5mm之间，每个电池单元44(棱柱形壳体)的cl在139.5mm与140.5mm之间，每个电池单元44(棱柱形壳体)的cw在111.5mm与112.5mm之间，每个电池单元44(棱柱形壳体)的体积在0.21l与0.23l之间，并且每个棱柱形锂离子电池单元的体积能量密度在82wh/l与153wh/l之间，并且每个电池单元44的标称电压在2.0v与3.0v之间。
[0088]
如以上阐述的，电池单元44的能量密度也可以表示为重量能量密度(即，基于重量的能量密度)。作为实例，在ct在13mm与15mm之间、cl在138mm与142mm之间、并且cw在109mm与114mm之间的实施例中，电池单元44的重量可以在400g与500g之间，诸如在410g与490g之间、在420g与480g之间、或在430g与470g之间。进一步的实施例可以包括范围在440g与490g之间、诸如在450g与470g之间、或在451g与464g之间的重量。在某些具体实施例中，诸如当ct为14mm、cl为140mm、并且cw为112mm时，电池单元44的重量(例如，制造的装置的平均重量)可以在410g与490g之间，诸如在440g与490g之间(例如，在450g与465g之间)。
[0089]
因为在上表中阐述的电池单元的能量，基于范围在2.0v与4.2v之间的标称电压和范围从8ah到12ah的容量，可以在16wh与50wh之间，重量能量密度范围可以在500g(0.5kg)电池单元的32wh/kg与400g(0.4kg)电池单元的126wh/kg之间。表4中提供了对于不同蓄电池单元重量的重量能量密度和能量密度范围的具体实例。在一个非限制性实例中，除了以上阐述的体积能量密度以外或作为其替代方案，电池单元44的重量在400g与500g之间，并
且电池单元44具有在32wh/kg与126wh/kg之间(例如，在44wh/kg与93wh/kg之间)的重量能量密度，并且电池单元44具有在8ah与12ah之间的容量。在进一步的实例中，电池单元44的重量在420g与450g之间，并且电池单元44的重量能量密度在38wh/kg与112wh/kg之间。作为又进一步的实例，电池单元44的重量为420g，重量能量密度在48wh/kg与71wh/kg之间，并且标称电压在2.0v与3.0v之间。作为更具体的但非限制性的实例，电池单元44的重量为420g，重量能量密度在48wh/kg与71wh/kg之间，并且标称电压在2.0v与3.0v之间。作为另一个非限制性的实例，电池单元44的重量在450g与500g之间，标称电压在2.0v与4.2v之间并且重量能量密度在32wh/kg与112wh/kg之间。例如，电池单元44的重量在450g与470g之间，标称电压在2.0v与4.2v之间，并且重量能量密度在34wh/kg与112wh/kg之间(例如，当标称电压在2.0v与3.0v之间时，重量能量密度可以在34wh/kg与80wh/kg之间)。
[0090]
[0091][0092]
根据在表4中阐述的数据，在2.3v标称电压下，根据电池单元的重量和容量，重量能量密度范围可以在37wh/kg与69wh/kg之间。对于具有例如10ah容量的420g(0.42kg)电池
单元，重量能量密度范围可以在2.0v标称电压时的48wh/kg与在3.0v标称电压时的71wh/kg、或在4.2v标称电压时的100wh/kg之间。在2.3v标称电压和10ah容量时,重量能量密度对于420g电池单元可以是55wh/kg。作为另一个实例，对于具有10ah容量的450g(0.45kg)电池单元，重量能量密度范围可以在2.0v标称电压时的44wh/kg与在3.0v标称电压时的67wh/kg之间。在2.3v标称电压和10ah容量时,重量能量密度对于450g电池单元可以是51wh/kg。另外，所公开的标称电压可以表示设计电压(例如，基于正和负电极活性物质的组合)，其可以允许加或减200mv的工作窗口(例如，根据活性物质的纯度、或不同浓度的某些添加剂的使用)。因此，具有2.3v标称电压的电池单元44可以具有在2.1v与2.5v之间的工作范围、和与表4中列出的那些值相关联的能量密度。
[0093]
应注意，表1-4中阐述的公开内容旨在包含体积能量密度与重量能量密度的组合、以及使用在表中阐述的值具有起点和终点的范围。例如，当表1-3中阐述的数据与表4中阐述的数据之间在标称电压上有重叠时，旨在公开在那个标称电压下数据的组合。通过具体实例的方式，在2.3v标称电压和10ah的容量下，体积能量密度可以是如表1中阐述的105wh/l，或者可以如表1中阐述的在84wh/l与126wh/l之间(基于容量范围)，或者可以如表2中阐述的在92wh/l与138wh/l之间，或者可以如表3中阐述的在77wh/l与115wh/l之间，其中重量能量密度范围如表4中阐述的从37wh/kg到69wh/kg，诸如46wh/kg或58wh/kg。还应注意，意在公开数据的子集，诸如能量密度范围落在对应范围包含的实例值之间或包括所述值。例如，再次参照表4中的2.3v标称电压，针对分别为420g电池单元和450g电池单元标识的值，意在公开在51wh/kg与55wh/kg之间的范围，其中范围在420g与450g之间的电池单元重量与其相关联。
[0094]
在一个具体实例中，电池单元44可以具有14mm的平均ct、140mm的cl、和112mm的cw、以及420g的重量。在这类实施例中，在2.3v标称电压下，体积能量密度可以是105wh/l并且重量能量密度在10ah容量下可以是55wh/kg。就容量范围可以从8ah到12ah的程度而言，具有以上尺寸和2.3v标称电压的电池单元可以具有范围在84wh/l与126wh/l之间的体积能量密度和范围在44wh/kg与66wh/kg之间的重量能量密度。
[0095]
在另一个具体实例中，电池单元44可以具有14mm的平均ct、140mm的cl、和112mm的cw、以及450g的重量。在这类实施例中，在2.3v标称电压和10ah容量下，体积能量密度可以是105wh/l并且重量能量密度可以是51wh/kg。
[0096]
另外，应注意，虽然以上阐述的尺寸、重量和相关联能量密度可以适用于电池单元44的电池化学成分中的任一者或组合，但数据意在特别适用于其中nmc用作阴极活性物质而lto用作阳极活性物质的电池单元44的实施例。nmc和/或lto可以单独使用、或与其他活性物质组合使用。例如，nmc可以与其他锂化金属氧化物混合。
[0097]
再次参照图6中所示的棱柱形电池单元44的构造，电池单元44可以包括第一和第二端子64、66，根据阳极和阴极活性物质，所述端子可以包括相同或不同的金属。在某些实施例中，电池单元的化学成分可以包括以上指出的作为阴极活性物质的nmc和作为阳极活性物质的lto。实际上，因为锂离子电池模块28可以平行于铅酸电池模块放置，所以可能期望使用这类电极活性物质，由于每个锂离子电池单元将基本上与每个铅酸电池单元电压匹配，这可以提供多个运行益处，包括电荷平衡、过充电与过放电保护等等。然而，本公开不局限于这些物质，并且电池单元44可以使用正电极活性物质和负电极活性物质中的任一者或
组合。
[0098]
正电极活性物质可以概括地称为锂化金属氧化物和混合金属氧化物组分。如在此使用的，锂化金属氧化物和混合金属氧化物组分可以指其化学式包括锂和氧以及一种或多种额外金属种类(例如，镍、钴、锰、铝、铁、或另一种合适的金属)的任何种类的物质。锂化金属氧化物的非限制性实例列表可以包括：混合金属组合物，该组合物包含锂、镍、锰、和钴离子，诸如nmc、锂镍钴铝氧化物(nca)(例如，lini
x
coyalz02，其中x y z＝1)、锂钴氧化物(lco)(例如，licoo2)、和锂金属氧化物尖晶石(lmo尖晶石)(例如，limn
204
)。也可以利用其他阴极活性物质，诸如分层活性物质。作为一个实例，第一电极活性物质(例如，nmc)可以与在电池单元44的预期运行条件下(例如，与第一电极活性物质相比具有更高工作电压)非活性的第二电极活性物质(例如，非活性锂锰氧化物)结合使用。以此方式，例如在过电压情况期间，第二电极活性物质可以保持非活性，直到满足某些条件。在这类条件下，第二电极活性物质可以充当锂散热器并且可以将电池单元44的可能性热逸散的发生延迟。
[0099]
可以认为本公开的电池单元44的负电极活性物质包括具有与正电极活性物质相比较低于vs li

/li
°
的电压的电极活性物质。根据本公开的某些实施例，负电极活性物质可以包括某些钛酸盐物质(例如，lto)、石墨或这两者的组合。在更进一步的实施例中，负电极活性物质可以单独或与lto和/或石墨相组合地包括其他电极活性物质。鉴于前述内容，应领会到，可以根据在此描述的电池单元尺寸和其他考虑因素来利用多种不同的化学成分。例如，电池单元44可以是nmc/lto电池单元、nmc/石墨电池单元、nca/石墨电池单元等等。在此描述的电池单元44的标称电压通常由在正和负电极处使用的具体活性物质来决定。例如，电池单元的标称电压可以是正电极活性物质相对于li

/li
°
的电压，小于负电极活性物质相对于li

/li
°
的电压。
[0100]
一般而言，阴极端子(例如，端子66)是铝端子。然而，不同的阳极活性物质可以利用不同的端子物质。例如，在阳极活性物质包括石墨的实施例中，阳极端子(例如，端子64)通常将是铜。另一方面，在阳极活性物质是钛酸锂的实施例中，阳极端子可以是铝。实际上，现在认识到，在电池单元44使用lto作为阳极活性物质(例如，在nmc/lto电池单元中)的实施例中，可以减小或消除电池模块28中的双金属区域。例如，在这类实施例中，阳极与阴极电池单元端子之间的汇流条连接可以使用单一导电材料(例如，铝)，而不是可能以其他方式引起不想要的电流效应的导电材料混合物(例如，铝和铜)。所图示的端子64、66也显示为扁平状的。然而，在其他实施例中，端子64、66可以是柱端子，如图3中所示。
[0101]
棱柱形电池单元44还可以包括活性区120，这在图6中示意性地概括为虚线框。活性区120可以具有任何形状和尺寸，并且基于在“果冻卷(jelly roll)”(其是常用的术语，指阳极和阴极层与电解液以及定位在阳极与阴极层之间的分隔层的卷绕组件)电池单元44的内部中的对应位置来确定。也就是，活性区120对应于电池单元44的内部位置，在一些实施例中，可能发生膨胀。如可以领会到的，阳极层由于锂嵌插而膨胀可能引起果冻卷脱层，这增大了电池单元44的内部阻力并降低其性能。这种阻力的增大还可能引起额外加热，其可能引起电解液开始蒸发并且可能分解。一般而言，如果棱柱形电池单元膨胀，其将在活性区120中膨胀并且将增大电池单元厚度(ct)。如下面另外详细描述的，根据实施例，活性区120当放置在外壳40中时可以处于未压紧状态(例如，没有对活性区120上施加相反的法向力)并且在另一个实施例中在锂离子电池模块28运行过程中可以仍然处于未压紧状态。在
其他实施例中，诸如确实发生膨胀的那些实施例中(例如，如果石墨是阳极活性物质)，则可以允许膨胀发生，使得列或阵列中的电池单元通过其膨胀而进入压紧状态。
[0102]
为了说明，图7包括锂离子电池模块28a-28c的组合剖面视图，其包括第一列棱柱形电池单元80和与第一列相邻设置的第二列棱柱形电池单元82。可以认为每一列中的棱柱形电池单元44处于间隔布置，因为所述列中的每个棱柱形电池单元44与紧邻的电池单元44间隔开一定距离。根据实施例，所述距离可以限定使第一和第二面76、78能够接触热管理流体(例如，空气)的气隙。下面另外详细描述这类实施例。然而，应注意以下阐述的描述还可以适用于每个阵列中的棱柱形电池单元44之间没有间隙的构造。
[0103]
如在说明性实例中所示，模块28中存在两列(阵列)电池单元，并且阵列数量和/或每个阵列中的电池单元44的数量由模块28中利用的电池单元的总数决定。在其他实施例中，可以存在仅一阵列电池单元、或多于两个阵列。使用模块28和每个电池单元44的以上阐述的尺寸，可以看到模块28中使用的电池单元44的数量及其尺寸使得电池单元44占用的体积容易配合在外壳40的尺寸内。如关于列80、82(例如，阵列)的宽度所示，电池单元宽度的两倍(2*cw)和额外空间(表示为“x”)可以配合在轮廓内，意味着电池单元可以不需要紧密接触，或者存在用于有待定位在模块外壳40内的其他特征(例如，垫片)的额外空间。
[0104]
参照图8可以进一步领会上述的间隔(例如，垂直间隔)布置，所述图描绘了电池模块28的实施例，其中电池单元容置区域54包括总体上与第一和第二电池单元列(阵列)130、132相对应的第一和第二电池单元区域140、142。每个所图示的电池单元区域140、142包括被构造为以水平取向放置电池单元列的特征件，在水平取向下，所述电池单元列处于竖直间隔布置下。具体地，在所图示的实施例中，区域140、142包括从外壳40的内表面向内延伸进每个区域140、142中的固定突出物144。在所图示的实施例中，所述内表面包括定位在电池单元容置区域54内的第一侧壁146(例如，内侧壁)、定位在第一侧壁146对面的第二侧壁148(例如，内侧壁)、以及电池单元列分隔物154的第一和第二侧150、152。电池单元列分隔物154总体上被构造为将电池单元列130、132分开，并且还提供内表面从而能够在电池单元区域140、142内形成不连续狭槽156(例如，部分罩壳)。在实施例中，电池单元列分隔物154在第一和第二侧壁146、148之间的中途。
[0105]
因此，区域140、142均包括不连续狭槽列156，每个不连续狭槽156被构造为接纳棱柱形电池单元44中的单者并且在区域140、142中的一个相应区域的一定宽度上延伸。不连续狭槽156和更具体地不连续狭槽156的突出物144被构造为以浮动布置使棱柱形电池单元44悬浮在外壳40内。另外，可以认为浮动布置是电池单元44没有彼此夹紧、没有夹紧就位到外壳40或突出物144上、并且没有被压紧的浮动布置。另外，在某些实施例中，每个棱柱形电池单元44的相应活性区120没有接触任何固位特征或其他特征，包括固定突出物144。在其他实施例中，一个或多个热管理特征，诸如热间隙垫(未示出)等等可以结合相应的棱柱形电池单元44包括在不连续狭槽156中。例如，热间隙垫可以与棱柱形电池单元44平行并且抵靠其定位。
[0106]
在一些实施例中，突出物144可以通过仅接触电池单元44的外围来使电池单元44悬浮在外壳40内。例如，固定突出物144可以沿棱柱形电池单元44的侧面72、74延伸基本上整个电池单元长度(cl)，并且当模块28完成形成和运行时仅接触侧面72、74。也就是，在完全组装的电池模块28中，与电池单元44的侧面72、74不同的部分(至少上下极端电池单元44
之间的电池单元44)可以不被外壳接触，在突出物144接触之外。
[0107]
参照图9可以进一步领会到电池单元44的浮动布置，所述图描绘了从电池单元44上移除的外壳40。如所图示的，每列80、82中的电池单元44彼此竖直间隔开(例如通过突出物144)，使得第一电池单元的相应第一面76与第二电池单元的相应第二面78之间存在间隙160。间隙106可以是使电池单元44的活性区120能够接触热管理流体(例如，空气)的气隙。实际上，根据本公开的某些实施例，电池单元44可以是在任何方向膨胀不超过1％、5％或10％的nmc/lto电池单元(即，以nmc作为阴极活性物质并以lto作为阳极活性物质的电池单元)。在此方面，每个电池单元44的相应活性区120可以不彼此接触。更进一步地，在某些实施例中，电池单元44可以在其相应的底部部分70接触热间隙垫162、164以便进行额外热管理。
[0108]
在其他实施例中，可以使用其他化学成分、例如使用引起电池单元44膨胀的其他阳极活性物质(例如，石墨)构造电池单元44。在这类实施例中，电池单元44可以被构造为膨胀进入间隙160中，其中膨胀引起在电池单元44上于电池单元44与外壳40之间施加压紧力(例如，外壳40的顶部和底部内表面)。在某些实施例中，这类构造可能是令人期望的，其中期望电池单元44的带电壳体之间接触，从而例如，在紧邻的电池单元44的壳体之间形成电连接。
[0109]
图10是在运行过程中展现出膨胀的第一电池单元44a(例如，nmc/石墨电池单元)与在运行过程中展现出极小到没有膨胀的第二电池单元44b(例如，nmc/lto电池单元)之间的电池单元构造差别的实例。根据电池单元44的具体形状(例如，矩形与部分圆化棱柱形相比)，电池单元44可能在一个方向或两个方向膨胀，或可能在若干个方向膨胀。对于棱柱形电池单元44，发生的任何膨胀将通常使得电池单元厚度(ct)增大。
[0110]
在运行过程中，并且根据电池单元44充电和放电的程度，第一和第二电池单元44a和44b可能膨胀到某种程度。然而，在正常运行过程中，第二电池单元44b的膨胀程度可以比第一电池单元44a更小，如电池单元厚度ct所示。具体地，第一电池单元44a从在第一状态(例如，低soc)下具有相应的第一和第二面76a、78a转变到在其活性区120a中具有膨胀的第一和第二面76a’、78a’的第二状态(例如，较高soc)。
[0111]
相比之下，第二电池单元44b没有膨胀到适当程度，或者膨胀到第一程度，使得其外围从具有相应的第一和第二面76b、78b的第一外围(例如，在左侧从相对放电后状态)变为具有相应的膨胀后的第一和第二面76b’、78b’的第二外围(例如，右侧在充电后状态下)。第一电池单元44a(例如，nmc/石墨电池单元)从第一外围到第二外围的变化总体上大于第二电池单元44b(例如，nmc/lto电池单元)，如所示。膨胀程度可以由在电池单元44在相对放电后状态(例如，第一状态)时的构造与在相对充电后状态(例如，第二状态)下的电池单元的构造之间电池单元壳体60的外表面的位移程度来表示。厚度差可以仅仅以从一侧、两侧、或超过两侧膨胀呈现。对于nmc/lto电池单元，在一侧、两侧或超过两侧仍然可能存在膨胀，但将小于nmc/石墨电池单元。
[0112]
应注意，棱柱形电池单元44的膨胀还可能受到它们放电和充电程度的影响，这通常由图2的控制单元32控制。例如，控制单元32可以将锂离子电池模块28的充电状态(soc)维持在第一soc与高于第一soc的第二soc之间的范围。通过非限制性实例的方式，第一soc可以在15％与25％之间，而第二soc可以在40％与60％之间。在一个实施例中，第一soc可以
是25％，而第二soc可以是50％。在另一个实施例中，第一soc可以是60％，而第二soc可以是90％。然而，在此指出的soc范围是实例，并且其他soc范围可以根据本公开的某些方面加以采用。通过以此方式控制电池单元44的soc，在利用nmc/lto电池单元的一些实施例中，膨胀可能是可忽略的。可能存在与这类减小、减轻、或可忽略的膨胀相关联的多个优点。
[0113]
例如，棱柱形电池单元的浮动布置可以不使用夹紧或压紧特征，这可以减小电池单元及其相关联特征(例如，间隙垫、垫片)占用的外壳40的体积，并且还可以减轻锂离子电池模块28的重量。另外，在某些实施例中，没有从电池单元44外在第一和第二面76、78上施加相反的法向力，意味着电池单元44的活性区120可以仍然处于基本上未压紧状态，这能够与周围流体(例如，空气)进行热交换，并且减少电池单元44之间的(例如，减轻、消除)热能量传递。热传递的减少可能是令人期望的，例如，以便减小棱柱形电池单元44之一的热逸散对其余的棱柱形电池单元44的影响。
[0114]
其他优点可以与根据本公开的、具有减轻的、减少的或可忽略的膨胀的棱柱形电池单元44相关联。例如，如图11中所图示的，第一和第二棱柱形电池单元列80、82可以在其相应的棱柱形电池单元44的相应的第一和第二端子处联接至集成汇流条和电压感测子组件180。集成汇流条和电压感测子组件180可以包括被构造为将电池单元端子64、66电联接至电路184的汇流条182，其将第一和第二列80、82放入电联接分组，所述分组具有与锂离子电池模块28的额定电压和额定容量相对应的总的电压和容量。就此而言，集成汇流条和电压感测子组件180可以包括额外汇流条186，所述额外汇流条被构造为将棱柱形电池单元44(例如，以上指出的电连接分组)电连接至锂离子电池模块28的正和负端子47、49(例如，第一端子和第二端子)以使锂离子电池模块28能够向外部负载(例如，xev 10的负载)提供电输出。
[0115]
集成汇流条和电压感测子组件180的这些部件可以集成到载体188上，所述载体被构造为为汇流条182、186和电路184提供结构支撑。具体地，载体188(其可以称为“电子载体”)可以包括用于保持汇流条182、186和电路184的对应连接特征以及被构造为接纳电池单元端子64、66的开口190。在一个实施例中，载体188可以仅是锂离子电池模块28的对棱柱形电池单元44提供任何外部压紧的特征。具体地，如图11中所描绘的，所述集成汇流条和电压感测子组件180及棱柱形电池单元44可以以嵌套布置放置在外壳40内，并且载体188可以包括特征，该特征使载体188能够固定到外壳40上同时朝后方向192从前部到后部58促动电池单元44。虽然这可能对电池单元44给予一些压紧力，但这没有在其活性区120压紧电池单元44，例如，从而将相反的法向力施加于面76、78上。就此而言，当电池化学成分发生膨胀时(例如，具有石墨阳极活性物质的电池单元)，载体188不一定防止电池单元44膨胀。相反，其提供用于载体188与电池单元44之间进行电传输的接触。其还促进热传递。例如，在图12中，可以看到载体188朝向后方向192将棱柱形电池单元44从前部56压到后部58并且进入例如热间隙垫162、164。因此，载体188可以沿着棱柱形电池单元44的长度(cl)在所述棱柱形电池单元上施加(例如，维持)压紧力。
[0116]
虽然本公开实施例使电池单元44能够以浮动布置放入外壳40中，电池单元的面76、78之间存在气隙(例如，如图9中所示)，但应注意到锂离子电池模块28在其他实施例中可以使用放置在面76、78之间的一个或多个层194。层194可以是例如结构支撑层(例如，用于缓冲电池单元44的填充层)、热界面层(例如，用于在电池单元44与外壳40的其他部分之
间或彼此传递热能量)、电绝缘层、粘附层等等。在某些实施例中，层194可以用作垫片。作为实例，层194可以用于电池单元44之间的电隔离。作为另一个实例，层194可以用于对外壳40内的电池单元44的位置(例如，垂直位置)加垫片。例如，可以对电池单元44的垂直位置加垫片以促进电池单元端子64、66与载体188对齐。附加地或替代地，可以对电池单元44的垂直位置加垫片，使得每个狭槽(例如，不连续狭槽)被装满(例如，装满电池单元44之一和层194中的一个或多个层)。
[0117]
虽然当使用在此描述的自由浮动的电池单元组件时获得某些优点，但本公开不一定局限于这类构造。实际上，除了上述不连续狭槽156以外或作为其替代方案，外壳40还可以包括完全连续的狭槽、或没有狭槽。实际上，适当时，以上阐述的描述还可以适用于外壳40中完全连续的狭槽或没有狭槽的应用。在这类实施例中，当使用不会膨胀超过具体量的棱柱形电池单元44时，仍然可以实现各种实践结果。
[0118]
例如，本公开的某些实施例还涉及可以自动化或可以不自动化生产电池模块28(例如，将棱柱形电池单元44放入外壳40中)的制造方法和系统。虽然图13中所示的实施例被描绘为形成自由浮动组件，但意在表示不一定包括自由浮动电池单元布置的其他类型的构造。根据在此描述的基本上不膨胀的nmc/lto电池单元(例如，在任何方向膨胀不超过20％、诸如小于20％、小于15％、小于10％、小于5％、或者在任何方向在10％与0.1％之间的电池单元)的使用，当选择或以其他方式挑选具体棱柱形电池单元44来放置在电池模块28的外壳40内时，自动化制造系统可以不需要考虑尺寸差异的差异(例如电池单元厚度的差异)。
[0119]
在传统制作系统中，一组棱柱形电池单元44在依照相同制造规格时可能跨一个或多个容差范围在那些规格内不同。例如，电池单元厚度(ct)、电池单元长度(ct)、电池单元宽度(w)、或其任意组合可能在棱柱形电池单元44之间不同。在传统电池单元中，这种变化可能是由于例如有差别的充电状态，其中第一相对放电后(相对低的soc)的电池单元可能具有第一尺寸(例如，在尺寸容差范围中相对小)并且由于锂嵌插进阳极，第二相对充电后的电池单元(相对高的soc)可以具有与第一尺寸不同第二尺寸。在传统电池模块中，模块外壳可能不能够配合一组膨胀的(例如，高soc)电池单元，因为它们全都在制造尺寸容差的较大端上。另一方面，一组相对低的soc电池单元可能没有将外壳填充到足够的程度，这可能引起模块不稳定。实际上，一组电池单元可以包括低soc电池单元与高soc电池单元的混合物，意味着对于传统电池单元，电池单元在制造容差内有不同程度的变化。为了确保正确配合，传统制造系统可以针对每个电池单元确定尺寸、变化程度、soc、或以上的任意组合，以确定电池单元是否适当配合在具体外壳内。这类方法可以概括地称为“电池单元分级”方法。
[0120]
现在认识到，根据本公开的某些方面可以减少或消除这类分级方法，因为nmc/lto棱柱形电池单元44没有膨胀，或者仅膨胀不超过相对于小的百分比(例如，不超过5％)。例如，棱柱形电池单元44可以具有限定的尺寸(例如，电池单元厚度ct)、和限定的ct容差范围以允许某种程度(例如，由于膨胀引起)的制造可变性。例如，具体标准可以允许5％的ct变化，意味着这组棱柱形电池单元44可以具有范围从比限定的ct低5％到比限定的ct高5％的的厚度。另外，5％的使用是一个实例。
[0121]
现在认识到，没有考虑由于制作可变性引起的电池单元尺寸变化差(例如，由于膨
胀)可能提高制造方法的速度，并且还可以降低与实施制造系统相关联的资本成本。图13示意性示出了这类制造系统200的一个实例(例如，拾放系统)。具体地，在制造系统200的所图示实施例中，具有控制逻辑204的控制系统202(例如，包括一个或多个处理器和一个或多个存储器单元、一个或多个asic、一个或多个fpga、一个或多个通用处理器、或以上的任意组合)可以编程有指令，所述指令被配置为引起机器人放置系统206(例如，电池单元定位系统)拾取(例如，使用捕获机构接合)棱柱形电池单元并将它们放在外壳40内而无需进行电池单元分级过程(例如，无需确定nmc/lto棱柱形电池单元的标准化尺寸的制造容差内的尺寸可变性)。在这样做时，捕获机构可以接合棱柱形电池单元44并且将其从一组组装的电池单元44移除，并且这可以在无需电池单元分级过程下进行。换言之，控制系统202可以具有控制逻辑204，所述控制逻辑不决定当与(例如，机器人放置系统206的)夹紧机构接合时棱柱形电池单元44的尺寸。可以避免这类电池单元分级过程，因为可以假设基本上基本上不可膨胀电池单元44全都具有基本上相同的尺寸。
[0122]
制造系统200可以包括组装路线208，所述组装路线被构造为输送模块外壳40、并将外壳40定位在系统200的、机器人放置系统206将棱柱形电池单元44插入其相应的电池单元容置区54中的位置上。组装路线208可以包括各自特征，所述特征被构造为沿着操作外壳40以并入额外的部件所在的路线移动多个电池模块外壳40中所有或一部分外壳。例如，组装路线208可以包括各种电机、输送机、传感器等等。所述传感器可以例如由控制系统202用于确定外壳40何时相对于机器人放置系统206适当定位成使得控制系统202可以指导机器人放置系统206开始拾取棱柱形电池单元44并将其放置到外壳40中。
[0123]
制造系统200还包括电池单元进给路线210，所述电池单元进给路线将棱柱形电池单元44从电池单元源212输送到邻近机器人放置系统206的位置。电池单元源212可以表示例如一批(一组)全都符合一组制造规格的棱柱形电池单元。也就是，每个棱柱形电池单元44可以具有在棱柱形电池单元尺寸的制造容差内的尺寸。根据本公开，所述电池单元通过具有相同的电池单元化学成分(例如，相同的阳极和阴极化学成分、尺寸、形状等等、相同的电解液和添加剂)、和相同的限定的制造尺寸(即，一组相同的标准化尺寸)而全都符合这组制造规格，其中合规的电池单元的实际尺寸在限定的尺寸的制造容差内。
[0124]
作为说明性实例，参照图6中所图示的棱柱形电池单元44，考虑到制造可变性(例如，由于不同的soc和相关联膨胀)，电池单元44可以具有例如电池厚度ct为14mm的限定值，并且厚度容差可以是例如0.50mm。因此，电池单元源212可以具有使用与图6的棱柱形电池单元相同的规格制造的一批棱柱形电池单元44，并且具有从例如13.5mm到14.5mm变化的厚度。电池单元宽度cw和电池单元长度cl也可以具有限定的制造值、和与限定的制造值相关联的限定容差。就此而言，cl、cw和ct全都具有限定的制造值和相关联的容差。相关联的容差范围可以例如从限定的制造值的0.5％到5％，意味着制造的电池单元44的值范围可以从比限定的制造值低0.5％与5％之间到比限定的制造值高0.5％与5％之间。通过实例方式，容差可以是制造值的0.5％、1％、2％、3％、4％或5％。容差范围可以取决于nmc/lto电池单元的小量膨胀引起的尺寸变化的预期程度。就此而言，可以认为电池单元44的这类实施例与传统组电池单元相比具有严格得多的容差，并且因此可以认为具有基本上匹配的尺寸(例如，ct、cw和cl全都可以在设计值的5％内)。
[0125]
现在返回到图13的制造系统200，示出了机器人放置系统206将第一棱柱形电池单
元214放入电池单元容置区域54中。第一棱柱形电池单元214可以具有的实际尺寸(cl、cw、ct)具有第一soc和在标准化尺寸内的相关联可变性程度。
[0126]
机器人放置系统206还可以根据控制系统202的指令拾取第二棱柱形电池单元216并将其放在外壳40内而控制系统202不进行关于第二棱柱形电池单元216在标准化尺寸内的可变性程度的确定。类似地，控制系统202可以引起机器人放置系统206拾取第三棱柱形电池单元218并将其放在外壳40内而控制系统202不进行关于第三棱柱形电池单元218在标准化尺寸内的可变性程度的确定。尽管第二棱柱形电池单元216可以具有第二soc和在标准化尺寸内的相关联可变性程度，并且第三棱柱形电池单元218可以具有第三soc和在标准化尺寸内的相关联可变性程度，因为棱柱形电池单元是nmc/lto电池单元，它们在运行过程中可能没有膨胀到显著的程度并且因此假设尺寸被确定为适于模块40。
[0127]
使用系统200生产锂离子电池模块的方法200的实施例被描绘为图14的流程图。如所图示的，方法220可以包括获得(框222)电池模块外壳40。例如，获得电池模块外壳40可以包括将电池模块外壳40形成(例如，模制)为一件式结构或多件式结构。外壳40可以具有任何构造，如以上指出的，诸如通常中空的或包括用于棱柱形电池单元的多个狭槽或部分狭槽的“鞋盒”结构。作为一个实例，形成电池模块外壳可以包括将电池模块外壳模制成具有第一列和第二列不连续狭槽156，如图13中概括所示。
[0128]
可以在模制过程中通过例如将固定突出物模制到外壳40的内部来形成所述不连续狭槽。在其他实施例中，获得电池模块外壳可以简单地对应于购买所述外壳。在更进一步实施例中，可以通过不同于模制的方法(诸如机加工)形成所述电池模块外壳。更进一步地，可以通过模制与机加工相组合来生产所述外壳。
[0129]
方法220还可以包括将电池模块外壳40定位(框224)为接纳模块部件(例如，在定位系统将部件插入外壳40中的取向和位置上)，包括棱柱形电化学电池单元44。例如，如图13中所示，组装路线208可以将外壳40邻近机器人定位系统206定位。
[0130]
方法220还包括获得(框226)全都符合一组制造规格(包括一组标准化尺寸)的一组电池单元。另外，根据本公开，电池单元可以是在任何方向膨胀不超过5％的nmc/lto电池单元。如以上指出的，现在认识到，nmc/lto电池单元的基本上不可膨胀性质意味着不管其相应的充电状态如何，电池单元均适合于定位在外壳40中。因此，方法220包括将电池单元放入(框228)外壳40(例如，在狭槽、部分狭槽、不连续狭槽中)，而不确定电池单元的尺寸变化。另外，消除这个制造步骤可以加速制造和降低成本。因此，可以简单地从例如电池单元进给路径210拾取nmc/lto棱柱形电池单元并将其放入外壳40中。
[0131]
图15描绘了制造系统200的另一个实施例，所述制造系统可以与图13的系统200的元件(例如，被配置为引起拾取并放置电池单元放置的控制逻辑)结合、或代替这类元件使用。具体地，制造系统200包括与图13中所示的相同的系统部件，并且还包括标引系统230。标引系统230可以包括(除其他事物以外)使标引系统230能够单独或与控制系统202相组合地对电池模块外壳40进行标引的传感器、计算设备(例如，存储电路和处理电路)等等。在标引电池模块外壳40时，标引系统230可以例如标引外壳40的多个电池单元位置232，所述位置对应于电池单元44在外壳40内放置的位置。在一些实施例中，标引系统230还可以标引可以位于电池单元44之间的垫片236的垫片位置234(例如，层194)。垫片236可以例如用于电绝缘和热传导，并且可以包括填充层、热间隙垫等等。垫片236此外或可替代地可以用于将
电池单元44在外壳44内压紧。可以相组合地或单独地标引电池单元位置232和垫片位置234。另外，应注意，每个图示的用于电池单元位置232和垫片位置234的盒可以对应于外壳40中的被构造为将电池单元44彼此分开的狭槽，或在其他实施例中，可以简单地对应于一个位置，而不是外壳40的物理特征。
[0132]
作为一个实例，标引系统230可以对垫片位置234标引以确定与每个垫片位置234相对应的距离238，并且还可以对电池位置232标引以确定与每个电池位置232相对应的距离240。标引系统230可以进行这类标引以确定在组装模块28的过程中将电池模块外壳40移位的程度。这些标引距离可以例如由控制系统202存储(例如，在非瞬态机器可读存储器中)，并且用于引起标引系统230的外壳致动系统242将外壳40移动所述标引距离。通过实例方式，外壳致动系统242可以包括致动器，诸如一个或多个伺服机构，用于将外壳40(和外壳40内安装的部件)移动与垫片位置234相对应的标引距离、与电池单元位置232相对应的标引距离、或两个标引距离的组合、或标引距离的任意组合。例如，外壳致动系统242可以朝方向244致动模块外壳40与标引距离相对应的量，并且电池单元位置232之一和/或垫片位置234之一可以定位在标引系统的插入位置246上。插入位置246可以是机器人放置系统206反复地将电池单元44之一和垫片236之一、或以上的组合插入外壳40中的位置。
[0133]
根据本公开，与外壳40的标引相关的实施例可以作为与电池单元44的拾放和插入到外壳40中相关的实施例的替代方案或与其组合使用。就此而言，本公开还提供了一种用于根据上述标引方法制造锂离子电池模块的方法250，图16中描绘了其实施例。为了帮助说明方法250的方面，将结合图17的图示描述方法250，所述图描绘了标引过程中的各个步骤。
[0134]
如图16中所图示的，方法250可以包括对外壳40进行标引(框252)，例如以确定外壳40中与有待插入电池单元44之处相对应的位置的空间、距离、或另一个适当测量项。根据框252的标引可以包括例如进行自动化测量(例如，使用标引系统242)。在其他实施例中，可以将测量结果提供给标引系统242和/或控制系统202，并且标引系统242和/或控制系统202可以使输入的测量结果与外壳40的适当特征相关联(例如，距离238、240)。
[0135]
为了准备将电池单元44插入外壳40，方法250还包括将电池模块外壳40定位(框224)成接纳某些部件，如以上关于图14所描述的。在某些实施例中，定位外壳40时(例如，使用外壳致动系统)可能涉及到所述标引系统。
[0136]
一旦适当定位了外壳40，一组电池单元44中的第一电池单元(例如，来自图14的电池单元源212)可以放置(框254)在外壳40的电池单元位置上，例如在机器人放置系统206的具体电池单元插入位置。第一电池单元的对应位置可以称为外壳内的第一位置。方法250还可以单独或与插入第一电池单元相组合地包括将垫片插入外壳40的对应垫片位置上(例如，第一垫片的第一垫片位置)。例如，如图17中所示，模块外壳40可以具有第一电池单元44a的第一电池单元位置232a、第一垫片236a的第一垫片位置234a等。方法250根据框254可以引起放置系统(例如，图14的机器人放置系统206)或输送系统255(例如，包括输送带等等)、或两者将第一电池单元44a引导到外壳40的第一电池单元位置232a。在某些实施例中，同时或在将第一电池单元44a放到第一电池单元位置232a上之后还可以将第一垫片236a引导到第一垫片位置234a，之后沿着与第一电池单元位置232a和/或第一垫片位置234a的空间大小相对应的固定距离进行致动。
[0137]
就此而言，返回到图16，一旦第一电池单元(和任何相关联垫片)定位在外壳40中，
方法250包括将外壳40移动(框256)固定距离以将外壳40定位成使得可以将额外的部件(例如，电池单元、垫片)插入其中。例如，外壳40移动的距离可以对应于根据框252确定的标引距离中的任一者或组合。另外，可以例如通过外壳致动系统(例如，一个或多个伺服机构)进行所述移动。另外，应注意本公开还包含更复杂的移动。例如，框256可以可替代地包括沿着固定距离结合一次或多次旋转来移动外壳40，接着是额外移动。在这类实施例中，移动、旋转和移位全都可以根据标引距离和空间关系。例如，如在从图17的顶部到底部转变时所示，可以看到将外壳40(例如，沿着方向244和/或沿着旋转轨迹257)移动到第二电池位置232b大致与输送系统255相一致放置的地方。
[0138]
参照图16，一旦通过沿着固定距离移动(或固定移动的组合)来适当定位外壳40，方法250就包括将第二电池单元放入(框258)外壳40中(例如，邻近第一电池单元)。可以以与以上针对框254阐述的相同方式进行所述放置，如图17所示。在图17中，可以看到第二电池单元44b放置到外壳40中的与第二电池单元44b的指定位置相对应的第二电池位置232b上。另外，这可以单独或与垫片放置到外壳中(例如，第二垫片放置到第二垫片位置上)相结合地进行。另外，应注意，在自动化系统中，机器人放置系统206可以进行高度精确和反复的移动，这可以比具有与部件放置相关联的多个变量更可靠。因此，在这类实施例中，机器人放置系统206可以将第二电池单元放置到与其定位第一电池单元(即，其使用相同的移动)相同的位置上。然而，因为已经根据框256移动了外壳40，所以将第二电池单元放置到外壳40内的适当位置上。
[0139]
如以上指出的，现在认识到以不显著程度膨胀(例如，在任何方向小于5％)的某些类型的电池单元可以提供关于锂离子电池模块的夹紧、固位和制造的某些益处。实际上，拾放制造方法和标引制造方法可以从这类电池单元中受益，并且现在认识到某些中间体，诸如根据本公开技术的部分组装的电池模块，与传统中间体相比可能不同。图18中描绘了一个实例，所述图是部分组装的锂离子电池模块270的正视图。
[0140]
具体地，图17的部分组装的锂离子电池模块270包括设置在外壳40内在相应不连续狭槽156中的多个棱柱形电池单元44。在其他实施例中，棱柱形电池单元44可以设置在连续狭槽中，或可以简单地处于层叠布置下而不使用内置到外壳40中的固位或悬浮特征。例如，电池单元44可以彼此上下层叠，其间定位一个或多个垫片。根据本公开，电池单元44可以是基本上不可膨胀的，或者可能不展现出可感知的膨胀量。也就是，棱柱形电池单元44可以在任何方向并且尤其是在厚度方向(即沿着ct)膨胀不超过5％、不超过4％、不超过3％、不超过2％、不超过1％、不超过0.5％。在一个实施例中，棱柱形电池单元44全都包括作为阴极活性物质的nmc、和作为阳极活性物质的lto。因此，它们全都是nmc/lto棱柱形电池单元。
[0141]
与传统中间体不同，图18中的电池单元44具有不同的充电状态(soc)，所述充电状态以其他方式阻止所述电池单元合并到部分组装的电池模块中。作为实例，有待定位到电池单元容置区域54中的所有部件全部存在，包括任何潜在的夹紧特征、任何潜在垫片和任何潜在电池单元。换言之，装满电池单元容置区域54。.与包括多个件并且用螺栓连接在一起的外壳、或具有内置式曲柄机构的外壳不同，根据本公开的一方面并且如所图示的，外壳40完全形成并且是一件式结构，但不包括对电池单元44、尤其是对电池单元44的活性区域120(例如，对其面76、78)施加夹紧力的任何内置式夹紧特征。实际上，电池单元44全都处于未压紧状态，并且还可以在浮动布置下不受限制。
[0142]
更具体地，图18中的棱柱形电池单元44的充电状态全都可以是相对高的，全都可以是相对低的，或者可以是以其他方式引起传统电池单元膨胀或由于各种原因不以具体组合使用的不同充电状态的混合。通过实例方式，所述多个电池单元44可以包括第一棱柱形nmc/lto电池单元44a、第二棱柱形nmc/lto电池单元44b、第三棱柱形nmc/lto电池单元44c、第四棱柱形nmc/lto电池单元44d、第五棱柱形nmc/lto电池单元44e、和第六棱柱形nmc/lto电池单元44f，每一者具有相应的电池单元厚度ct1–
ct6，并且每一者具有相应的充电状态。在传统构造下，如果电池单元44的充电状态在多个电池单元上变化超过例如30％，则ct1–
ct6将变化对应的量，例如与由于膨胀引起的充电状态成比例的量。然而，根据本公开，ct1
–
ct6可以变化不超过5％，因为充电状态对其相应的厚度具有极小或没有影响。实际上，所述多个电池单元44a-44f的充电状态可以变化在25％与60％之间，但ct1
–
ct6变化不超过5％、不超过4％、不超过3％、不超过2％、不超过1％、或不超过0.5％。换言之，nmc/lto电池单元可以具有广泛不同的充电状态，但通常不会具有不同的电池单元厚度。
[0143]
应领会到，在其他实例中可能存在不同数量的这类电池，诸如在图3所示的其他实施例中。另外，应注意，部分组装的电池模块270可以不包括特征，该特征将以其他方式用于平衡多个电池单元的充电状态。例如，部分组装的电池模块270可以不包括将电池单元44彼此电连接的电气部件、或将以其他方式用于平衡多个电池单元44的电荷的电池控制模块和相似的调节与控制电路。
[0144]
本公开实施例中的一个或多个实施例可以单独或相组合地提供一个或多个技术效果，包括在未夹紧、未压紧的布置下使用基本上不膨胀的电池单元、以及为某些应用(例如，微混合动力应用)配置的具有特定尺寸、形状、体积和能量密度的电池单元。使用这类布置可以产生不需要使用夹紧机构、电池单元压紧机构等等的电池模块，并且因此具有减轻的重量和相关联的成本。另外，这种类型的电池单元的使用方便了制造并且通过使一组具体电池单元能够具有总体上相同的尺寸和能量密度并且由于制造引起极小或没有变化而能够实现更快速制造和电池模块之间更大的相容性来降低相关联的成本。本说明书中的技术效果和技术问题是示例性的而非限制性的。应注意，本说明书中描述的实施例可以具有其他技术效果并且可以解决其他技术问题。
[0145]
已经通过实例方式示出了上述具体实施例，并且应理解对这些实施例可以进行各种修改和替代性形式。应进一步理解，权利要求书不旨在局限于所公开的具体形式，而是涵盖落在本公开的精神与范围内的所有修改、等效物、和替代方案。