电池模块组件和制造电池模块组件的方法与流程

电池模块组件和制造电池模块组件的方法
1.相关申请的交叉引用本技术要求2019年2月5日提交的美国临时申请62/801,186号的利益，其全文通过引用合并入本文。


背景技术：

2.电池组可以与不同类型的设备一起使用，所述设备包括户外动力设备、车辆、空中载人升降机、地板护理装置、高尔夫球车、叉车和其他工业车辆、地板护理装置、休闲多功能车、工业多功能车、草坪和花园设备以及储能或备用电池系统。户外动力设备包括割草机、骑乘式拖拉机、除雪机、高压清洗机、便携式发电机、分蘖机、劈木机、零转半径割草机、手扶式割草机、骑乘式割草机以及草坪设备（例如撒布机、喷雾机、播种机、耙子和鼓风机）。户外动力设备可以例如使用一个或多个电动机来驱动工具，例如割草机的旋转刀片、高压清洗机的泵、除雪机的螺旋钻、发电机的交流发电机和/或户外动力设备的传动系统。交通工具包括轿车、卡车、汽车、摩托车、踏板车、船、全地形车（atv）、个人水上交通工具、雪地摩托、多功能车（utv）等。
3.发明概述本公开大体上涉及可用于向车辆和其他设备提供电力的电池组。更具体地，本公开涉及用于电池组中的电池模块组件的设计和制造。
4.在一个实施方案中，提供了一种电池模块组件。电池模块组件包括顶部框架、与顶部框架间隔开的底部框架、多个锂离子电池单元、顶部集电板、底部集电板和可固化粘合剂。顶部框架具有远离顶部框架延伸以限定多个第一凹穴（pocket）的突起。底部框架也具有从底部框架朝向顶部框架延伸以限定多个第二凹穴的突起。多个第二凹穴包括与多个第一凹穴轴向对齐的凹穴。多个锂离子电池单元分别与底部框架和顶部框架粘合连接。多个锂离子电池单元在底部框架和顶部框架之间延伸。多个锂离子电池单元各自容纳在多个第一凹穴中的凹穴和多个第二凹穴中的凹穴中。多个锂离子电池并联连接。顶部集电板电连接至多个锂离子电池单元并粘合连接至顶部框架。顶部集电板限定在多个第一凹穴上方的多个第一孔。底部集电板电连接至多个锂离子电池单元并粘合连接至底部框架。底部收集器板限定在多个第二凹穴下方的多个第二孔。可固化粘合剂被接收在多个第一凹穴中的每个窗口内。可固化粘合剂在至少两个分开的位置接触顶部框架和多个锂离子电池单元中的每一个，以将每个锂离子电池单元粘合连接到顶部框架。
5.在另一个实施方案中，电池模块组件包括顶部框架、底部框架、多个锂离子电池单元、顶部集电板、底部集电板和压缩限制器。顶部框架限定多个第一凹穴并且包括形成在顶部框架的外周上的第一套环（collar）。底部框架与顶部框架间隔开并限定与多个第一凹穴轴向对齐的多个第二凹穴。底部框架包括形成在底部框架的外周上并与第一套环轴向对齐的第二套环。多个锂离子电池单元中的每一个连接到底部框架和顶部框架并在它们之间延伸。多个锂离子电池单元中的每一个被接收在多个第一凹穴中的凹穴和多个第二凹穴中的凹穴中。顶部集电板电连接至多个锂离子电池单元并耦接至顶部框架。底部集电板电连接
至多个锂离子电池单元并耦接至底部框架。压缩限制器被接收在第一套环和第二套环内并在它们之间延伸。
6.在另一个实施方案中，电池模块组件包括第一框架、第二框架、多个锂离子电池单元、第一集电板和第二集电板。第一框架限定多个第一凹穴。第一框架具有外周，该外周包括从外周向外延伸的配合凸片（tab）和从外周向内延伸的配合凹口（notch）。第二框架与第一框架间隔开并且限定与多个第一凹穴轴向对齐的多个第二凹穴。多个锂离子电池单元中的每一个联接到第二框架和第一框架并在它们之间延伸。多个锂离子电池单元中的每一个被接收在多个第一凹穴中的凹穴和多个第二凹穴中的凹穴中。第一集电板电连接至多个锂离子电池单元并耦接至第一框架。第二集电板电连接至多个锂离子电池单元并耦接至第二框架。
7.在一些实施方案中，电池模块组件包括电池监控系统，该系统包括用于监控锂离子电池使用的传感器和用于确定锂离子电池可使寿命的控制器。在一些实施方案中，电池模块组件省略了紧固件。
8.电池模块组件可包括允许多个电池模块组件连接在一起以形成电池组的配合特征。例如，两个或更多个电池模块组件电连接在一起并安装到车辆或其他设备中。电池模块组件可以串联或并联连接，并且可以相对于另一个电池模块组件垂直或水平堆叠，以向车辆或设备提供所需量的功率。
9.在另一个实施方案中，提供了一种组装电池模块组件的方法。该方法包括将锂离子电池单元定位在形成于顶部框架中的第一凹穴内和形成于与顶部框架相对的底部框架中的第二凹穴内。该方法包括将顶部集电板连接到锂离子电池单元上方的顶部框架以及将底部集电板连接到锂离子电池单元下方的底部框架。然后将粘合剂施加到底部集电板并进入形成于底部集电板中的多个通道。在底部收集器板中形成的通道允许粘合剂穿过底部集电板，到达底部框架上，并通过至少两个偏移至少90度的窗口进入第二凹穴。然后粘合剂在至少两个分开的方向上接触锂离子电池。然后固化粘合剂。接下来，将粘合剂施加到顶部集电板并进入形成于顶部集电板中的多个通道。在顶部收集板中形成的通道允许粘合剂穿过顶部收集板，到达顶部框架上，并通过至少两个角度偏移至少90度的窗口进入第一凹穴。然后粘合剂在至少两个分开的方向上接触锂离子电池。接下来，使粘合剂固化。
10.替代的示例性实施方案涉及其他特征和特征的组合，如可以在权利要求中大体陈述的。
附图说明
11.图1是根据本公开的实施方案的电池模块组件的透视图。
12.图2a是图1的电池模块组件的底部框架的顶部透视图。
13.图2b是图2a的底部框架的底部透视图。
14.图2c是形成在图2a的底部框架中的凹穴和套环的详细视图。
15.图2d是图2a的底部框架的俯视图。
16.图2e是图2a的底部框架的前视图。
17.图2f是图2a的底部框架的仰视图。
18.图3a是图1的电池模块组件的顶部框架的顶部透视图。
19.图3b是图3a的顶部框架中存在的定位和安装特征的详细视图。
20.图3c是图3a的顶部框架的底部透视图。
21.图3d是图3a的顶部框架的俯视图。
22.图3e是图3a 的顶部框架的前视图。
23.图3f是图3a的顶部框架的仰视图。
24.图4a是图1的电池模块组件的底部集电板的顶部透视图。
25.图4b是图4a的底部集电板的仰视图。
26.图4c是图4a的底部集电板的顶部前透视图。
27.图5a是图1的电池模块组件的顶部集电板的顶部透视图。
28.图5b是图5a的顶部集电板的底部透视图。
29.图5c是图5a的顶部集电板的前视图。
30.图6是图1的电池模块组件的锂离子电池单元阵列的顶部透视图。
31.图7a是图1的电池模块组件的俯视图。
32.图7b是图1的电池模块组件的仰视图。
33.图7c是图1的电池模块组件的前视图。
34.图7d是图1的电池模块组件的详细顶部透视图，显示了图3a的顶部框架和图5a的顶部集电板之间的相互作用。
35.图7e是图1的电池模块组件的剖视图，沿图7a中的线7e
‑
7e截取。
36.图7f是图1的电池模块组件的剖视图，沿图7a中的线7f
‑
7f截取。
37.图7g是图1的电池模块组件的剖视图，沿图7a中的线7g
‑
7g截取。
38.图7h是图7f的剖视图的详细视图。
39.图7j是图1的电池模块组件的横截面的透视图，沿图7a中的线7j
‑
7j截取。
40.图8是图1的电池模块组件的压缩限制器的透视图。
41.图9是多个如图1所示的电池模块组件的俯视图，详细说明了在每个电池模块组件上形成的匹配特征可以在何处连接在一起以形成电池组。
42.图10是描绘组装电池模块组件（例如图1的电池模块组件）的方法的过程图。
43.图11是根据本公开的其他实施方案的电池模块组件的透视图。
44.详细说明在转向详细示出某些示例性实施方案的附图之前，应当理解，本公开不限于在说明书中阐述或在附图中示出的细节或方法。还应当理解，这里使用的术语仅用于描述的目的，不应被视为限制。
45.参照图1，根据本公开的示例性实施方案示出了电池模块组件（“cma”）100。cma 100包括多个电池单元102，它们可以一起输出功率以操作车辆或其他设备。在一些实施方案中，电池单元102是锂离子电池单元。例如，电池单元102可以是额定电压为3.6伏和3安培小时的锂离子电池单元。如图所示，cma 100包括布置成四行每行八个电池的三十二个电池单元102。电池单元102使用导线107彼此电连接，导线的端子103、105、109耦合（例如，线接合）到每个电池单元102和公共导体（例如，顶部集电板400或底部集电板300）。cma 100可以用单独的标识符（例如，序列号、条形码等）来识别，供cma制造商用来跟踪、分类、评估或记录关于单独的cma的信息或数据。
46.电池单元102由顶部框架104和底部框架106支撑。顶部框架104和底部框架106可以各自是由绝缘聚合材料形成的连续部件。如图2a
‑
2f所示，底部框架106包括大致矩形的基部108，该基部包括远离基部108向上延伸的一系列圆柱形突起110。圆柱形突起110限定了一系列凹穴112，每个凹穴可以容纳例如电池单元102。每个凹穴112可以包括由与凹穴112相关联的圆柱形突起110包围的大致圆形基部114。在一些实施方案中，端子孔116形成为穿过基部114。端子孔116可大致居中于基部114内以允许电池单元102的端子（例如，端子103、105，如图6所示）延伸穿过底部框架106。或者，端子103、105可以完全包含在凹穴112内，并且端子孔116允许接近端子103、105，如图7e所示。接近端子103、105或电池单元102通常有助于组装和/或维护过程，其中在端子103、105和电池单元102之间引线接合被产生或修复。在一些示例中，基部114包括围绕端子孔116的一部分的凹陷部分118。凹陷部分118可以围绕超过端子孔116的例如一半延伸。窗口120可以形成在基部114和/或圆柱形突起110中以限定粘合剂流动路径，该路径穿过底部框架106到达定位在凹穴112内的电池单元102上，如下面另外详细解释的。
47.套环122、124可围绕大致矩形基部108的外周定位。在一些示例中，套环122、124定位在底部框架106的相对侧上。套环122、124可各自具有圆柱形内壁126、128，其从套环122、124的第一轴向端面130、132延伸到套环122、124的第二轴向端面134、136。圆柱形内壁126、128各自限定孔138、140。在一些实施方案中，第一轴向端面130、132大致平行于底部框架106的最上表面142延伸。例如，最上表面142可对应于每个圆柱形突起110的最上表面。在一些实施方案中，底部框架106的第一轴向端面130、132和最上表面142形成连续的平坦表面。
48.间隔件144可以从底部框架106的一侧向外延伸。在一些实施方案中，间隔件144远离最外面的一组凹穴112延伸以形成具有大致平坦的底部表面148的平台146。肋150可以从圆柱形突起110向外延伸到外平台表面152以提供对平台146的额外支撑，或提供用于安装或支撑目的的凸缘。
49.底部框架106的底部表面154可以包括一系列远离底部表面154突出的定位特征156、158。在一些实施方案中，定位特征156、158被分组为成对的两个不同且间隔开的壁，所述壁围绕底部框架106中的每个端子孔116。定位特征156、158可以具有由相同半径限定的弓形形状，并且可以与端子孔116同心地定位。可以使用定位特征156、158来协助定位底部集电板（300，如图4a
‑
4c所示）并屏蔽电池单元102和底部集电板300的端子之间的端子连接，如下所述。在一些实施方案中，定位特征156、158可以以两个为一组布置，并且形成在底部表面154中的凹槽157可以在每对定位特征156、158之间延伸。
50.底部表面154包括形成在底部框架106中以限定粘合剂流动路径的凹部。在cma组装过程（例如，cma组装过程500）期间，凹部可以引导电池单元102周围的粘合剂，这可以帮助在电池单元102和底部框架106之间建立牢固的连接。例如，可以穿过底部框架106形成安装孔160。在一些实施方案中，安装孔160对齐以跨越两个相邻的凹穴。安装孔160可以限定形成在上述圆柱形突起110和/或基部114中的窗口120。形成在底部框架106中的最外面的凹穴112可以被额外的凹部包围，这些凹部包括通道162和沟槽164。通道162可以在多个凹穴112之间延伸，并且可以延伸到形成在两个不同的圆柱形突起110或基部114中的窗口120。沟槽164可以位于凹穴阵列中最外面的凹穴112附近。每个凹部可以定向成在大体垂直于圆柱形突起110的方向上将粘合剂径向向内引导到每个凹穴112中。
51.一个或多个支撑件166 可以远离底部框架 106 的底部表面 154 延伸。支撑件 166 可以围绕底部框架 106 间隔开，并且定位成更均匀地分布贯穿整个组件的底部框架 106 承受的载荷（例如，来自电池单元重量 102、额外的cma 等）。在一些示例中，支撑件远离底部框架106的底部表面154延伸至支撑面168，该支撑面与套环122、124的第二轴向端面134、136大致平齐地延伸。支撑件166可以包括一个或多个腿 170以提供平衡。
52.底部框架 106 可以包括围绕基部 108的外周定位的配合凸片172 和配合凹口 174 的组合。在一些示例中，配合凸片 172 形成在基部 108 的第一侧176 上并向外延伸远离基部108，而配合凹口174形成进入基部108的与第一侧176相对的第二侧178中并且延伸进基部108的外周中。配合凸片172和配合凹口174可以具有互补的几何形状（例如，配合凸片172可以被接收在配合凹口174内以形成联接）。随着凸片172远离基部108延伸，每个配合凸片172可以向外成锥形。类似地，随着配合凹口174延伸到基部108中，每个配合凹口174可以向外成锥形。第三侧180和第四侧182可以各自包括配合凸片172和配合凹口174。在一些实施方案中，配合凸片172远离套环122、124中的每一个向外延伸。任选地，包括狭槽186的凸缘184可以共同地远离第三侧和第四侧180、182延伸。
53.如图3a
‑
3f所示，cma 100的顶部框架104可以包括先前在上文讨论过的存在于底部框架106中的许多相同的特征。 因为在一些实施方案中，顶部框架104甚至可以是底部框架106的基本上的镜像，因此存在于顶部框架104中的在底部框架106和顶部框架104中具有共同名称的组件应被认为具有与上文参考底部框架106所述的其他部件相同或基本相似的几何形状、取向、结构或关系，除非另有说明。为简洁起见，在底部框架106和顶部框架104中具有相似名称的相似组件的一些描述已被省略，但应被视为通过引用整体并入本文。
54.如图3a
‑
3f图所示，顶部框架104也包括大致矩形的基部208。一系列圆柱形突起210远离基部208向上延伸以限定另一系列的可以各自接收电池单元102的凹穴212。每个凹穴212可以包括由与凹穴212相关联的圆柱形突起210包围的大致圆形基部214。端子孔216可以形成穿过基部214。窗口220可以形成在基部214和/或圆柱形突起210中以限定粘合剂流动路径，该路径穿过顶部框架104到达定位在凹穴212内的电池单元102上，如下面另外详细地解释的。
55.套环 222、224 可围绕大致矩形基部 208 的外周定位。套环 222、224 可定位在顶部框架 104 的相对侧上，并且可与在底部框架106上形成的套环 122、124 轴向对齐。套环222、224可各自具有圆柱形内壁226、228，其从套环222、224的第一轴向端面230、232延伸到套环222、224的第二轴向端面234、236。圆柱形内壁226、228各自限定孔238、240。在一些实施方案中，每个套环222、224的第一轴向端表面230、232大致平行于顶部框架206的最下表面242延伸。例如，最下表面242可以对应于每个圆柱形突起210的最下表面。第一轴向端面230、232和顶部框架104的最下表面可以形成连续的平坦表面。
56.间隔件 244 可以从顶部框架 104 的一侧向外延伸。与间隔件 144 一样，间隔件 244 远离最外面的一组凹穴 212 延伸以形成具有大致平坦的顶部表面 248 的平台 246。 肋 250可以从圆柱形突起210向外延伸至外平台表面252以提供对平台246的额外支撑，或提供用于安装或支撑目的的凸缘。平台246还可以包括通孔251，该通孔可以接收插入件253（如图7a所示）。插入件253可以是可用于将cma 100安装在车辆或设备件内的螺纹金属部件（例如，紧固件或螺纹衬套）。或者，插入件253可以接收额外的导体，这些导体通过顶部集电
板400与电池单元102中的一个或多个电连通，如下所述。例如，耦合到插入件253的额外的导体可以延伸到其他cma 100（例如，以形成电池组）或车辆或设备上的系统以从电池单元102输送电力。
57.顶部框架 104 的顶部表面 254 可以包括一系列远离顶部表面 254 突出的定位特征 256、258。在一些实施方案中，定位特征 256、258 被分组为成对的两个不同且间隔开的壁，所述壁围绕底部框架104中的每个端子孔216。定位特征256、258可以各自具有由相同半径限定的弓形形状，并且可以与端子孔216同心地定位。可以使用定位特征256、258来协助定位顶部集电板（400，如图5a
‑
5c所示）和屏蔽电池单元102和顶部集电板400的端子之间的端子连接，如下所述。在一些实施方案中，定位特征256、258可以以两个为一组布置，并且形成在顶部表面254中的凹槽257可以在每对定位特征256、258之间延伸。
58.顶部表面254包括形成在顶部框架104中以限定粘合剂流动路径的凹部。在 cma 组装过程（例如，cma 组装过程 500）期间，凹部可以引导电池单元 102 周围的粘合剂，这可以帮助在电池单元 102 和顶部框架 104 之间建立牢固的连接。例如，可以穿过顶部框架104形成安装孔 260。安装孔260也可以对齐以跨越两个相邻的凹穴212。安装孔260可以限定形成在上述圆柱形突起210和/或基部214中的窗口220。 形成在顶部框架104中的最外面的凹穴212可以被额外的凹部包围，这些凹部包括通道262和沟槽264。
59.一个或多个支撑件 266 可以远离顶部框架 104 的顶部表面 254 延伸。支撑件 266 可以围绕顶部框架 104 间隔开并且定位成更均匀地分布贯穿组件104的顶部框架 106 承受的载荷（例如，来自额外的 cma 等）。在一些示例中，支撑件 266 远离顶部框架 104 的顶部表面 254 延伸到支撑面 268，该支撑面 268 与套环222、224的第二轴向端表面 234、236 大致平齐地延伸。支撑件266可以具有一种或多种不同的形状。
60.顶部框架 104 也可以包括围绕基部 208 的外周定位的配合凸片 272 和配合凹口 274。在一些示例中，配合凸片 272 形成在基部 208 的第一侧 276 上并向外延伸远离 基部208，而配合凹口274形成进入基部 208 的与第一侧276相对的第二侧278中并且延伸进基部208的外周中。配合凸片272和配合凹口274可以具有互补的几何形状。 顶部框架104的第三侧280和第四侧282可各自包括配合凸片272和配合凹口274。在一些实施例中，配合凸片272远离套环222、224中的每一个向外延伸。在一些实施例中 ，配合凸片172和配合凸片272垂直对齐。 类似地，配合凹口174、274可以垂直对齐。
61.cma 100中的电池单元102可以使用分别如图4a
‑
4c和5a
‑
5c所示的底部集电板300和顶部集电板400彼此电连通。 集电板 300、400 可由导电金属材料（例如，铜、铝）形成，其可接收电流并通过远离每个电池单元 102 延伸的端子 103、105 传导电流。在一些实施方案中，每个电池单元 102包括连接到顶部集电板400的正极端子103和连接到底部集电板300的负极端子105。相反地，每个正极端子103可以连接到底部集电板300而每个负极端子105 可以连接到顶部集电板400。
62.每个集电板 300、400 包括一系列孔 302、402，这些孔穿过大致矩形的基部 304、404形成。穿过每个集电板 300、400 形成的孔 302、402 的数量可以对应于存在于或可能存在于cma 100中的电池单元102的数量。底部集电板300可以耦合到底部框架106，使得每个孔定位在底部框架106的凹穴112下方。每个孔302可以与底部框架106中的端子孔116对齐（即，在某种程度上重叠）。重叠取向可以允许容纳在凹穴112内的电池单元102的端子
103、105向下延伸穿过底部框架104和底部集电板300，从而与底部集电板300的底部表面306形成电连接。类似地，顶部集电板400可以耦合到顶部框架104，使得每个孔402被定位位于顶部框架104的凹穴212上方。每个孔402还可以与顶部框架104中的端子孔216对齐，使得容纳在凹穴212内的电池单元102的端子103、105可以延伸穿过顶部框架104和基部404。端子103、105可以朝向基部104向回弯曲，在那里它可以耦合（例如，熔合）到顶部集电板400的上部表面406。
63.集电板 300、400 各自具有大致互补的几何形状以安置在底部框架 106 和顶部框架 104 上。例如，孔 302、402 可以由大致细长的椭圆形状限定，该椭圆形状可以围绕定位特征156、158、256、258。孔302、402的形状可以形成围绕定位特征156、158、256、258的间隙配合，以在cma 100的组装期间帮助定位集电板300、400。一旦集电板300、400适当地安置在它们各自的框架104、106上，则定位特征156、158、256、258相对于孔302、402的尺寸的尺寸和取向就限制集电板300、400的移动。形成在孔302、402之间的大体矩形的脊308、408可以远离基部304、404延伸以坐落在定位特征156、158、256、258之间延伸的凹槽157、257上并与其接合。包括安装孔312、412的安装凸片310、410可以从基部304、404向外延伸。例如，安装凸片310、410可以在平台146、246上方延伸并平放在平台上。在一些实施方案中，安装孔312、412用于建立与插入件253、额外的cma 100、要供电的设备、负极母线等的电连接。任选地，安装孔312、412可以接收紧固件，尽管cma 100的一些实施方案完全省略了紧固件。臂314可以在大体垂直于基部304的方向上远离底部集电板300的基部304延伸。例如，当底部集电板 300 相对于底部框架 106 正确定位时，臂 314 可以容纳在槽 186 内并由该槽接合。尺寸设计为围绕远离每个框架104、106延伸的支撑件166、266的孔316、416也可以穿过基部304、404形成。
64.集电板300、400还可以包括多个远离基部304、404延伸以限定粘合剂通道的指状部320、420。 指状部320、420可以从每个基部304、404朝向每个相应的框架104、106延伸。例如，指状部320可以从底部集电板300的基部304向上延伸并且指状部420可以远离顶部集电板400的基部404向下延伸。
65.指状部320、420相对于底部框架106和顶部框架104的形状和定位以多种方式帮助cma组装过程。首先，指状部320、420可以帮助将集电板300、400固定到框架104、106。在一些实施方案中，每个指状部320、420定位在集电板300、400周围，以接合形成在底部框架或顶部框架104中的凹部。指状部320、420可被布置成延伸进入并接合与安装孔160、260、通道162、262或沟槽164、264相关联的一个或多个壁，以限定延伸穿过顶部集电板300、400并进入框架104、106的粘合剂通道。指状部420可向下且倾斜地远离顶部集电板400延伸，这可有助于将顶部集电板400固定到顶部框架104上。类似地，指状部320可向上且倾斜地远离底部集电板300延伸，以接合凹部的壁并抵抗将底部集电板300从底部框架106向外拉的力。例如，指状部320、420可以包括朝向彼此延伸的成对的指状部320a、320b、420a、420b，从基部304、404向外延伸的单独的指状部320c、420c，或者每个的组合。
66.指状部 320、420 还可以帮助将粘合剂引导到框架 104、106 的凹穴 112、212 中和周围，这可以帮助将电池单元 102 固定在 cma 100 内。在一些实施方案中，指状部 320、420 远离基部304、404延伸并且可以帮助引导或分离粘合剂流，以在组装cma时产生多个不同的围绕和进入凹穴112、212的粘合剂流动路径。例如，指状部320、420可以远离基部
304、404延伸，以与基部304、404形成介于约5度和约90度之间的角度α。在一些实施方案中，指状部320、420和基部304、404之间的角度α在大约20度和大约80度之间，并且可以在大约50度和70度之间。指状部320、420的角度可基于旨在将集电板300、400分别固定到底部框架106和顶部框架104的粘合剂的粘度来选择。例如，较大的角度（例如，接近 90 度的角度）可用于较低粘度的粘合剂，而在使用较高粘度的粘合剂时可以选择较小的角度（例如，接近 5 度的角度）。
67.现在参考图6，描绘了cma 100的电池单元102。在一些实施方案中，所有三十二个电池单元102通过单个顶部集电板400和单个底部集电板300以1s32p（一个串联，三十二个并联）布置并联连接。在其他实施方案中，两组十六个电池单元102并联，两组串联成2s16p（二个串联，十六个并联）布置，如图11所示。两个顶部集电板400a、400b和两个底部集电板300a、300b可以用于连接三十二个电池单元102。每个顶部集电板400a、400a和每个底部集电板300a、300b可以支撑和连接十六个电池单元102并联。然后可以将两组十六个电池单元102电耦合在一起（例如，通过将顶部集电板400a电连接到顶部集电板400b并将底部集电板300a电连接到底部集电板300b）以放置彼此串联的十六个电池单元102的组。以此方式并联布置相对大量的电池单元102有助于减缓cma 100的充电容量的退化。在其他实施方案中，cma 100中的电池单元102的数量可以更多或更少并且连接电池单元102之间的布置可以根据特定cma所需的额定值（例如，电压、容量、功率等）而变化。每个电池单元102可以具有正极端子103和负极端子105，如图7b 所示。
68.在一些实施方案中，cma 100还包括电子控制器440，如图6所示。电子控制器440可以包括处理器和存储装置。处理器可以实现为通用处理器、专用集成电路（asic）、一个或多个现场可编程门阵列（fpga）、一组处理组件或其他合适的电子处理组件。存储装置（例如，存储器、存储器单元、储存设备等）是用于存储用于完成或促进本技术中描述的各种过程、层和模块的数据和/或计算机代码的一个或多个装置（例如，ram、rom、闪存、硬盘存储等）。存储装置可以是或包括易失性存储器或非易失性存储器。存储设备可以包括数据库组件、目标代码组件、脚本组件或用于支持本技术中描述的各种活动和信息结构的任何其他类型的信息结构。根据示例性实施方案，存储装置经由处理电路可通信地连接到处理器并且包括用于执行（例如，通过处理电路和/或处理器）这里描述的一个或多个过程的计算机代码。
69.控制器440还实施电池管理系统（bms），用于调节涉及充电和放电过程的电流和/或电压，以确保电池单元102不被损坏或以其他方式进入有问题的充电状态。例如，基于信号和/或 cma 100 的电流和电压特性，bms 可以阻止电流被传送到电池单元 102，或者可以阻止从电池单元 102 汲取电流。bms 也可以实施基于由温度传感器检测到的温度的控制并基于由检测到的温度确定的过温或欠温条件来调节cma 100的操作。
70.电池组的 cma 100 的电池单元 102 的最大充电容量在电池组的整个寿命期间随着电池组老化而衰减。这种衰减是由于电池组通过对电池组放电然后再充电而循环、温度变化（例如，高温）以及电池单元化学性质的退化引起的。一个周期是从电池组的完全充电状态（bms 允许）到完全放电状态（bms 允许）的转换。随着电池组寿命期间循环次数的增加，电池组的最大充电容量会下降。
71.每个 cma 100 的电子控制器 440（如果存在）可以被编程来存储与该 cma 100 的操作相关的数据并使用该数据来确定该 cma 100 的可用寿命测量值。可用寿命测量值
的可用容量，而不是在第一个寿命结束时丢弃 cma并且不使用剩余的电池容量。
76.cma制造商可以向由电池组供电的设备的用户出租由多个cma组成的电池组。这种方法将使在其第一个寿命期间的cma 的用户在其第一个寿命结束时将电池组返回给cma制造商，从而允许cma制造商对 cma 进行分类并将其重新用于第二种寿命应用，其中产生的电池组可以再次出租或出售给由处于其第二个寿命的cmas组成的电池组供电的设备的用户。或者，cma 制造商可以出售由 cma 组成的电池组，并在cma的第一个寿命结束时回购电池组，以便进行分类和在第二种寿命应用中再利用。
77.cma 100可以使用图10所示的过程500、参照图1
‑
9和11中的每一个来组装。最初，提供顶部框架104和底部框架106。如上所述，顶部框架104和底部框架106可以各自是注塑成型的聚合物部件。在一些实施方案中，顶部框架104和底部框架106均由电绝缘材料形成。
78.在步骤502，将电池单元102定位在形成在顶部框架104和底部框架106中的每个凹穴112、212中。顶部框架104中的凹穴212可以与底部框架106中的凹穴112轴向对齐，使得每个圆柱形电池单元102可以同时容纳在两个凹穴112、212内。电池单元102可以邻接每个凹穴的基部114、214，并且可以包括延伸穿过分别穿过底部框架106和顶部框架104形成的每个端子孔116、216的端子103、105。
79.在步骤502期间，可以将如图8所示的一个或多个压缩限制器460放置在形成在底部框架106和顶部框架104中的套环122、124、222、224内。压缩限制器460可以具有由圆柱形外表面466限定的大致管状形状，该圆柱形外表面具有在压缩限制器460的每个轴向末端处形成的加宽部分462、464。底部框架106上的套环122、124可以与顶部框架104上的套环222、224轴向对齐，使得每个压缩限制器460在两个套环之间延伸。
80.压缩限制器 460 可以由大于每个电池单元 102 的高度的高度（即，纵向长度）限定。通过比电池单元 102 高，框架 104、106 中的任一个所承受的压缩载荷最初转移到与套环122、124、222、224接合的压缩限制器460。压缩限制器460使底部框架106和顶部框架104彼此保持固定距离，这防止框架104、106例如可能由来自位于 cma 100 上方的另一个 cma 的负载引起的对每个电池单元 102 施加极端的或以其他方式不希望的压缩应力。
81.在步骤504，顶部集电板400连接到顶部框架104。顶部集电板400可以定位在顶部框架104上方，然后向下推动直到顶部集电板400的基部404接合顶部框架104的顶部表面254。一旦正确地安置在顶部框架104上，则定位特征256、258延伸穿过每个孔402，脊408延伸到顶部框架104中的每个凹槽257中，并且支撑件266延伸穿过每个孔416。顶部集电板400的指状部420向下延伸到顶部框架104中的凹部中，这些凹部包括安装孔260、通道262和沟槽264。指状部420可以接合每个凹部的外表面，以抵抗试图一旦接合就将顶部集电板400从顶部框架104拉开的力。任选地，插入件253可以安装到安装孔412和通孔251中。
82.在步骤 506，底部集电板 300 连接到底部框架 106。底部集电板 300 首先定位在底部框架 106 下方，然后向上推动直到底部集电板 300 的基部 304 接合底部框架106的底部表面154。或者，cma 100可以倒置，并且底部收集板300可以定位在底部框架106上方，然后向下推动直到底部收集板300的基部304接合底部框架的底部表面154。一旦正确地安置在底部框架106上，则定位特征156、158延伸穿过每个孔302，脊308延伸进入并接合底部框架106中的每个凹槽157，并且支撑件166延伸穿过每个孔316。底部集电板300的指状部320板向上（或向下，如果cma 100已经翻转）延伸到底部框架106中的凹部中，这些凹部包括
安装孔160、通道162和沟槽164。指状部320可以接合每个凹部的外表面，以抵抗一旦部件被接合就将底部集电板300从底部框架106移除的力。尽管步骤 504 和 506 被描述为连续发生，但步骤 506 甚至步骤 508 和 510（下文讨论的）可以在步骤 504 之前发生。
83.在步骤508，将粘合剂施加到cma 100，以将底部集电板300和底部框架106刚性地耦合到cma 100中的每个电池单元102。在施加粘合剂之前，可以使用压缩限制器 460将框架104、106夹在一起。可以首先将粘合剂（例如，胶水）施加到顶部集电板 400。如果 cma 100 保持倒置，则首先将粘合剂施加到在底部框架 106 中形成的每个凹部（例如，安装孔 160、通道 162、沟槽 164）上方的底部集电板 300。延伸到每个凹部中的指状部 320 可以将粘合剂流分开并向内成形，进入凹穴 112 并到达被接收在凹穴112中的电池单元 102 上。凹部在至少两个（并且在一些情况下三个）方向上将粘合剂引导到每个凹穴112中并且朝向每个电池单元102，每个方向围绕每个电池单元102以至少大约90度的角度彼此间隔开。粘合剂引入的角度可以根据电池单元102在阵列内的位置而不同。粘合剂可以在大致垂直于每个电池单元102的方向上引入个凹穴112中。粘合剂继续向下流动，穿过凹部并沿着电池单元102的外表面。
84.在步骤510，粘合剂被固化。在一些实施方案中，可以通过将cma暴露于紫外（uv）光预定的时间段来固化粘合剂。粘合剂通常可以是胶水或环氧树脂，当暴露于刺激物（例如紫外线、臭氧气体或其他反应物）时，它们会迅速凝固或固化。一旦粘合剂固化，则在底部集电板300和底部框架106中的每一个以及底部框架106和每个电池单元102之间形成刚性联接。每个电池单元102的旋转取向是刚性的并且通过形成在电池单元102的每一端上的至少两个粘合接触点来固定。
85.在步骤512，cma 100被翻转，使得顶部框架104和顶部集电板400面朝上。然后可以将粘合剂施加至顶部集电板400。在一些实施方案中，将粘合剂施加至顶部框架104中形成的每个凹部（例如，安装孔260、通道262、沟槽264）上方的顶部集电板400。延伸到每个凹部中的指状部420可以沿着图7d
‑
7j所示的粘合剂流动路径430将粘合剂流分开并向内成形，进入凹穴212并到达被接收在凹穴212中的电池单元102上。凹部的定位在至少两个方向上将粘合剂引导到每个凹穴212中并且朝向每个电池单元102，每个方向围绕每个电池单元102以至少大约90度的角度彼此间隔开。粘合剂引入的角度可以根据电池单元102在阵列内的位置而不同。粘合剂可以沿大致垂直于每个电池单元102的方向被引入凹穴212中。粘合剂继续向下流动，穿过凹部并沿着电池单元102的外表面。
86.图7h和7j描绘了穿过安装孔260的粘合剂路径430，其产生与每个电池单元102的多个粘合剂接触点。将粘合剂施加到顶部框架104中的每个凹部（包括每个安装孔260）上方的顶部集电板400。随着粘合剂接近顶部框架104，它可以首先被从顶部集电板400延伸到安装孔260中的一个或多个指状部420接触。指状部420通过将流动向外引导向定位在指状部420的任一侧上的电池单元102而使粘合剂流成形。形成在每个圆柱形突起210中的窗口220为粘合剂形成流向并进入每个凹穴212以接触电池单元102的流动路径。安装孔260内的粘合剂然后可以同时接触电池单元102、顶部框架104和顶部集电板400（例如在指状部420处）中的每一个。指状部420可以扩大或成角度以提供顶部集电板400到顶部框架104的额外锚定。由于每个凹穴中存在多个（至少两个，有时三个）窗口220，因此每个电池单元通过粘合剂在至少两个不同的方向上接触，每个方向彼此至少偏移 45 度，优选 90 度。
87.在步骤514，粘合剂被固化。再一次，可以通过将 cma 暴露于紫外线（uv）光预定的时间段来固化粘合剂。粘合剂通常可以是胶水或环氧树脂，当暴露于刺激物（例如紫外线、臭氧气体或其他反应物）时，它们会迅速凝固或固化。一旦粘合剂在步骤 514 中固化，就在底部集电板 300 和底部框架 106 中的每一个以及底部框架 106 和每个电池单元 102 之间形成刚性联接。每个电池单元 102 的旋转取向是刚性的并且通过形成在电池单元102的每一端上的至少两个粘合剂接触点来固定。每个框架104、106、集电板300、400和电池单元102的布局产生可以完全不用金属紧固件而构建的cma 100。当紧固件掉落在电池单元之间或与其他电流传导特征进行电接触时，紧固件会在常规电池组装过程中产生许多问题，并且消除对电池组件内紧固件的需求可以提高组装效率。
88.一旦粘合剂固化，就可以在 cma 100 内进行电连接。例如，导线 107 的每个端子 103 可以耦合到电池单元 102，并且每个端子 109 可以使用引线接合而耦合到顶部集电板400。类似地，每个端子105可以耦合到底部集电板300并且每个端子111可以使用引线接合而耦合到电池单元102。端子连接可以发生在集电板300、400中的每个脊308、408后面形成的槽322、422内。槽322、422可以沉入集电板300、400中。在一些实施方案中，如图7d 所示，两个端子103、105在公共的槽322、422内耦合到集电板300、400。槽322、422连同定位特征156、158、256、258围绕并保护端子103、105免受损坏。槽322、422还减少了将每个端子103、105耦合到集电板300、400所需的弯曲量，这通过减少每个端子103、105中的电阻量并允许更多电流通过每个端子103、105来提高电池效率。在一些实施方案中，如图7c所示，化学熔丝或半导体熔丝450可以耦合到cma 100以在发生短路时提供额外的安全性。熔丝450被选择为使得它在低于引线接合阈值电流的熔丝阈值电流下断开电路，从而使得熔丝450在引线接合107熔化或由于过电流情况而失效之前被激活并断开电路。包括bms的控制器460还可以耦合到cma 100中的电池单元102中的至少一个（例如，与集电板300、400之一或插入件253之一）。然后，cma 100 可以单独使用或与电池组一起使用，为车辆或其他设备提供电力。
89.一旦完全组装了 cma 100，就可以创建多个 cma 100 的电池组 600。如图9所示，形成在顶部框架104和底部框架106中的每一个上的配合凸片172、272和配合凹口174、274可以联接在一起以形成电池组600。如图所示，cma 100可以在cma 100的所有四个侧面上联接在一起，这允许构建适合特定应用的独特电池组。cma 100也可以垂直堆叠，其中支撑件166、266和套环122、124、222、224在相邻的cma 100上相互接合和支撑。可以存在于顶部框架104和底部框架106的每一个中的间隔件144、244可以改善电池组600内的气流，这可以防止过热。通过使用在相邻电池的顶部或底部集电板400、300之间延伸的导体，每个cma 100可以与额外的cma 100电组合。在一些示例中，每个底部集电板300电耦合到负极总线（未示出），而每个顶部集电板400电耦合到至少一个相邻的cma 100。电池组600中的cma 100中的至少一个可以包括向车辆、系统或设备输出电力的导体。
90.cma 100的模块化配合特征使用户能够定制适合特定最终用途的电池组。所需的 cma 100 的数量、cma 100 如何相互连接以及电池组的可用物理空间（例如，体积或占地面积）都可以作为设计定制电池组的考虑因素，可以用比目前的方法所允许的低得多的成本来制造。cma 100 可用作单个单元“构建块”，用于组装具有不同额定值和不同尺寸的电池组，以用于特定应用。这种灵活性允许针对其特定应用定制电池组，同时在多个电池组应用
中使用相同的cma构建块。每个电池组都可以用单独的标识符（例如，序列号、条形码等）来标识，供cma制造商用于跟踪、分类、评估或记录有关单个电池组和在该电池组中所使用的特定 cma 的信息或数据。
91.如本文所用，术语“大约”、“约”、“基本上”和类似术语旨在具有广泛的含义，与本公开的主题涉及的本领域普通技术人员的普遍和接受的用法一致。审阅本公开的本领域技术人员应当理解，这些术语旨在允许对所描述和要求保护的某些特征进行描述，而不将这些特征的范围限制到所提供的精确数值范围。因此，这些术语应被解释为表明对所描述和要求保护的主题的非实质性或无关紧要的修改或变更被认为在所附权利要求中所述的本公开的范围内。应当注意，在此用于描述各种实施方案的术语“示例性”及其变体旨在表明此类实施方案是可能的实施方案的可能示例、表示或说明（并且此类术语并不旨在暗示这样的实施方案必然是非同寻常或最高级的例子）。如本文所用，术语“耦合/结合/接合”及其变体是指两个构件直接或间接地彼此连接。这种接合可以是固定的（例如，永久的或固定的）或可移动的（例如，可移除的或可释放的）。这种接合可以通过以下方式来实现：将两个构件直接相互联接，两个构件使用单独的中间构件相互联接并且任何附加的中间构件彼此联接，或者两个构件使用与两个构件之一整体形成为单一整体的中间构件相互联接。如果“耦合”或其变体被附加术语（例如，直接耦合）修饰，则上文提供的“耦合”的一般定义由附加术语的明语含义修饰（例如，“直接耦合”意味着在没有任何单独的干预构件的情况下连接两个构件），导致定义比上面提供的“耦合”的一般定义更窄。这种耦合可以是机械的、电的或流体的。此处对元件位置的引用（例如，“顶部”、“底部”、“上方”、“下方”）仅用于描述图中各种元件的取向。应当注意，各种元件的取向可以根据其他示例性实施方案而不同，并且这种变化旨在被本公开所涵盖。
92.用于实现结合本文公开的实施方案描述的各种过程、操作、说明性逻辑、逻辑块、模块和电路的硬件和数据处理组件，可以用通用单芯片或多芯片处理器、数字信号处理器（dsp）、专用集成电路（asic）、现场可编程门阵列（fpga）、或其他可编程逻辑器件、离散门或晶体管逻辑、离散硬件组件、或其设计来执行此处描述的功能的任何组合来实现或执行。通用处理器可以是微处理器，或者任何常规的处理器、控制器、微控制器或状态机。处理器还可以被实现为计算设备的组合，例如dsp和微处理器的组合、多个微处理器、一个或多个微处理器与dsp核结合，或者任何其他这样的配置。在一些实施方案中，特定过程和方法可以由特定于给定功能的电路来执行。存储器（例如，存储器、存储器单元、存储设备）可以包括用于存储用于完成或促进本公开中描述的各种过程、层和模块的数据和/或计算机代码的一个或多个设备（例如，ram、rom、闪存、硬盘存储）。存储器可以是或包括易失性存储器或非易失性存储器，并且可以包括数据库组件、目标代码组件、脚本组件或用于支持本公开中描述的各种活动和信息结构的任何其他类型的信息结构。根据示例性实施方案，存储器经由处理电路可通信地连接到处理器并且包括用于执行（例如，由处理电路或处理器）在此描述的一个或多个过程的计算机代码。本公开考虑用于完成各种操作的任何机器可读介质上的方法、系统和程序产品。本公开的实施方案可以使用现有的计算机处理器来实现，或者通过为了这个或另一个目的而结合的用于适当系统的专用计算机处理器来实现，或者通过硬连线系统来实现。本公开范围内的实施方案包括程序产品，该程序产品包括机器可读介质，其用于承载或具有存储在其上的机器可执行指令或数据结构。这种机器可读介质可以是可由
通用或专用计算机或具有处理器的其他机器访问的任何可用介质。举例来说，此类机器可读介质可包括ram、rom、eprom、eeprom或其他光盘存储器、磁盘存储器或其他磁存储设备，或可用于承载或存储以机器可执行指令或数据结构的形式的、可以被通用或专用计算机或其他带有处理器的机器访问的所需程序代码的任何其他介质。上述的组合也包括在机器可读介质的范围内。机器可执行指令包括例如使通用计算机、专用计算机或专用处理机器执行特定功能或功能组的指令和数据。