CN101436687B - 电池模块 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种包含多个单元电池的电池模块。所述电池模块包括：互相电连接的多个单元电池；具有多个穿孔的壳体，在所述穿孔中设置所述单元电池，以使所述穿孔与所述单元电池各自对应；和管道构件，其与壳体结合以覆盖单元电池的电极端子。所述管道构件包括：冷却剂通道，冷却剂通过该冷却剂通道被提供至穿孔；和用于沿预定方向排放由单元电池产生的气体的排放通道。

Description

电池模块

技术领域

本发明涉及一种包含多个单元电池的电池模块。更具体地说，本发明涉及一种电池模块，其具有用于冷却单元电池的冷却剂通道和用于排放由所述单元电池产生的气体的排放通道。

背景技术

与不能再充电的原电池不同，可再充电电池可重复充电和放电。由单个单电池构成的低容量可再充电电池通常用于便携式小型电子设备，例如移动电话、笔记本电脑和可携式摄像机。由以堆形式连接的多个单电池构成的大容量可再充电电池广泛用于驱动混合电动车辆的马达。

这类可再充电电池被串联连接，以形成可再充电电池模块来驱动需要大量电能的电动车辆马达。一般而言，电池模块由多个串联连接的可再充电电池构成。下文中，为更好理解且容易描述，贯穿整个说明书，名称“可再充电电池”指的是单元电池。

每个单元电池包括：电极组件，其具有阳极和阴极以及介于这两者之间的分隔件；外壳，其具有用于封装该电极组件的空间；和盖组件，其连接到外壳以用于关闭和密封该外壳，并具有电连接到所述电极组件的电极端子。一般而言，单元电池以规则间隔排布在一壳体中，并且单元电池的端子互相连接，从而形成电池模块。

由于数个单元电池相连而形成一个电池模块，所以电池模块必须有效地消散由每个单元电池产生的热量。电池模块的散热特性非常重要，因为不仅是单元电池，而且是采用该电池模块的电子设备，它们的性能均受到散热特性的较大影响。

如果不能正确散热，在单元电池之间产生较大的温度偏差。因此，电池模块不会输出足够的电力来驱动电动清洁器、电动小摩托车或车辆(例如电动车辆或混合电动车辆)。如果由于从单元电池产生的热量而使内部温度升高，那么在内部将出现不正常的反应。结果，单元电池的充电和放电性能变差。

另外，在重复进行充电和放电的同时在单元电池中可产生气体。具体而言，由于电池模块包括多个互相连接的单元电池，所以气体需要被快速且有效地释放。也就是说，当气体未得到有效释放时，在单元电池中内部压力增大，并且可能存在破裂或爆炸的风险。

但是，在传统的电池模块中，不可能完全解决单元电池的散热和气体排出问题。另外，尽管电池模块具有考虑了传统电池模块中散热和气体排出问题而设计的结构，但是该结构较为复杂或者电池模块的尺寸成问题地增大。

在背景技术部分所公开的上述信息仅用于增强本发明背景的理解，因此这部分内容可能包含并不形成已经为本国本领域技术人员公知的现有技术的信息。

发明内容

在一个示例性实施例中，已经致力于提供一种电池模块，其包括用于排放来自单元电池的热量的冷却剂通道和用于排放气体的排放通道。

另外，在一个示例性实施例中，已经致力于提供一种电池模块，其包括用于排放来自单元电池的热量的冷却剂通道和排放通道，同时该电池模块的尺寸不会成问题地增大。

根据本发明的示例性实施例，一种电池模块包括多个单元电池、壳体和管道构件。所述多个单元电池互相电连接，所述壳体具有多个穿孔，在所述穿孔中设置所述单元电池，以使所述穿孔与所述单元电池各自对应，并且所述管道构件与壳体相结合以覆盖单元电池的电极端子。另外，管道构件包括：冷却剂通道，冷却剂通过该冷却剂通道被提供至穿孔；和排放通道，其用于沿预定方向排放由所述单元电池产生的气体。

在一个示例性实施例中，电池模块进一步包括分隔单元，其形成在所述管道构件中，用于分隔所述冷却剂通道和所述排放通道。

在一个示例性实施例中，所述分隔单元朝着所述单元电池的电极端子方向伸出，以使所述冷却剂通道沿朝着所述电极端子的方向贯通。

在一个示例性实施例中，所述冷却剂通道与所述单元电池和所述穿孔之间的空间连通。

在一个示例性实施例中，所述分隔单元形成为多个，以与所述单元电池各自对应，并且所述多个分隔单元形成为多行，以在所述行之间形成所述排放通道。

在一个示例性实施例中，所述管道构件包括与所述排放通道连通的出口，并且由所述单元电池产生的气体通过所述排放通道和所述出口排放。

在一个示例性实施例中，所述分隔单元具有开口，该开口形成为部分地围绕所述单元电池的电极端子的圆周的形状。

在一个示例性实施例中，在所述多个分隔单元中，一对相邻分隔单元的开口彼此面对。

在一个示例性实施例中，对应于所述一对分隔单元的单元电池由端子板电连接，并且所述端子板定位在由所述一对分隔单元的开口形成的空间处。

在一个示例性实施例中，所述多个分隔单元的尺寸根据所述分隔单元在所述管道构件中的位置而不同地形成。

在一个示例性实施例中，所述电池模块进一步包括盖构件，其具有用于将所述冷却剂供给到所述冷却剂通道的内部空间，同时该盖构件覆盖所述管道构件。

附图说明

图1为根据本发明示例性实施例的电池模块的透视图。

图2为其中去除图1所示盖构件的电池模块的透视图。

图3为其中去除图2所示管道构件的电池模块的透视图。

图4为展示在包含单元电池的壳体与沿图2所示线IV-IV的管道构件之间结合关系的截面图。

图5为如图2所示的管道构件的透视图。

图6为如图5所示的管道构件的俯视图。

图7A-图7C示出展现可用于根据本发明示例性实施例的电池模块的管道构件的图。

图8A-图8C示出展现在图7A-图7C中所示管道构件所用于的电池模块的单元电池中的发热温度的图。

图9为展现图8A-图8C中所示的相应单元电池的发热温度的图表。

图10为展现当冷却风扇的电压改变时对应于不同形状和尺寸的分隔单元的各个电池的温度的图。

具体实施方式

下文中将参照附图更为详尽地描述本发明，所述附图中示出了本发明各示例性实施例。本领域技术人员将意识到，所描述的实施例可采用各种不同方式进行改造，所有这些改造并不偏离本发明的精神或范围。

图1为根据本发明示例性实施例的电池模块的透视图。

如图1所示，根据本发明示例性实施例的电池模块100包括：冷却剂通道，其用于将单元电池的温度冷却到低于预定温度；和排放通道，其用于将单元电池内产生的气体排放到外部。也就是说，电池模块100包括如下组成构件。

电池模块100包括：壳体110；其包含多个单元电池；盖构件120，其与壳体110结合以覆盖单元电池；以及管道构件200，其整体地结合在壳体110和盖构件120之间，以覆盖单元电池的电极端子。

图2为其中去除图1所示的盖构件的电池模块的透视图。

如图1和图2所示，管道构件200包括冷却剂通道210。由于通过冷却剂通道210提供的冷却剂被供给到壳体110中的单元电池，所以可以减少在单元电池中产生的热量。在这种情况下，可以采用大气中的空气或者冷却到预定温度的冷却空气作为冷却剂。冷却剂可从外部供给到冷却剂通道210，或者可以通过盖构件120供给到冷却剂通道210。也就是说，盖构件120包括适于从外部接收冷却剂的预定尺寸的内部空间。另外，盖构件120分散地将冷却剂供给到冷却剂通道210。

图3为其中去除图2所示的管道构件200的电池模块的透视图。

如图1-图3所示，电池模块100包括互相电连接的多个单元电池130，并且单元电池130设置在壳体110中。

壳体110包括多个穿孔，并且多个单元电池130各自设置在对应穿孔中。在此，多个单元电池130示例性地显示为以两层堆集在电池模块100内，不过它们可以根据电池模块100的功率电容以多层方式堆集。

在多个单元电池130中，成对相邻的单元电池130用端子板140电连接，并且端子板140通过紧固件150与单元电池130的电极端子结合。现在将描述壳体110、单元电池130和管道构件200之间的结合关系和位置关系。

图4为展现包含单元电池的壳体与沿图2所示的线IV-IV的管道构件之间结合关系的截面图。

如图1-图4所示，壳体110包括多个包含有单元电池130的穿孔112。在本发明示例性实施例中，每个单元电池130形成为圆筒形，不过并不限于此形状，单元电池130也可形成为正方形或其它各种形状。穿孔112形成为与单元电池130相对应的圆筒形。不过，穿孔112形成为大于圆筒形单元电池130的横截面，这样，用于连续流动冷却剂的空间保持在单元电池130和穿孔112之间。另外，由于当壳体110和管道构件200结合时，冷却剂通道210与单元电池130和穿孔112之间的空间连通，所以通过冷却剂通道210提供的冷却剂可以除去由单元电池130表面产生的热量。

在这种情况下，多个单元电池130在电池模块100中串联连接。壳体110中的单元电池130交替排布，这样，相邻单元电池的阳极或阴极并不沿相同方向排布，而是沿相反方向排布。相邻单元电池130的阳极端子和阴极端子用端子板140电连接。

根据本发明示例性实施例的管道构件200如图5和图6所示那样形成，以将由单元电池产生的气体排放到电池模块100的外部。

图5为如图2所示的管道构件的透视图，图6为如图5所示的管道构件的俯视图。

如图1-图6所示，管道构件200包括分隔单元220和221，用于将冷却剂通道210和211与排放通道分隔开。分隔单元220和221朝单元电池130的电极端子方向伸出，以使冷却剂通道210和211贯通。分隔单元220和221对应于每个单元电池130，并且多个分隔单元220和221排布成两行。

因此，排放通道(即图5和图6中所示箭头按行排布的区域)形成在所述行之间。

现在将描述分隔单元220和221的形状。分隔单元220和221分别具有部分围绕单元电池130的电极端子的圆周的开口，并且形成为C形。由于每个单元电池的电极端子设置在分隔单元220和221的内部空间230和231中，冷却剂通道210和211与单元电池130和穿孔112之间的空间直接连通。另外，从单元电池130的电极端子方向排放的气体通过分隔单元220和221的开口提供到排放通道，并经所述排放通道从管道构件200排出。

分隔单元220和221各自形成冷却剂通道210和211以及排放通道，并将通过冷却剂通道210和211供给的冷却剂与从单元电池130排放的气体相阻断。

另外，在所述多个分隔单元中，一对相邻的分隔单元220和221形成为使开口彼此面对。也就是说，电连接一对单元电池130的端子板140位于由一对分隔单元220和221的开口所形成的空间处。

此外，管道构件200包括与所述排放通道连通的出口240，并且由单元电池130产生的气体通过出口240排出。在这种情况下，管道构件200可进一步包括送风单元，其强制引入气流以使由单元电池130产生的气体沿着排放通道单方向地流动。

在电池模块100中，随多个单元电池130的排布不同会产生不同的热量，并且当供给相同量的冷却剂时，在多个单元电池130之间会造成热不均衡。相应地，所述多个分隔单元220和221的尺寸和开口在电池模块100中形成得不同。也就是说，由于冷却剂的流量会随在冷却剂通道210和211中分隔单元220和221的开口或尺寸不同而发生变化，因此可以改变与单元电池130各自对应的多个分隔单元220和221的形状。

例如，位于壳体110中央部分上的单元电池130的热量由于其位置的缘故相比其它单元电池130不会得到有效排放。不过，在根据本发明示例性实施例的电池模块100中，由于在预定区域处对应于单元电池130的分隔单元220和221的开口和尺寸形成为相对小于其它单元电池130，所以可以增强在预定区域处单元电池的冷却性能。

图7A-图7C示出展现可应用于根据本发明示例性实施例的电池模块的管道构件的图。

在第一示例性实施例(图7A)中，多个分隔单元分别形成为具有与圆截面的76°中心角一样大的开口，在第二示例性实施例(图7B)中，多个分隔单元中位于上一行的五个分隔单元分别形成为具有与圆截面的180°中心角一样大的开口，而其余分隔单元分别形成为具有与圆截面的76°中心角一样大的开口。在第三示例性实施例(图7C)中，多个分隔单元中位于上行和下行上的五个相应的分隔单元分别形成为具有与圆截面的180°中心角一样大的开口，而其余分隔单元形成为具有与圆截面的76°中心角一样大的开口。

对于各个示例性实施例(图7A)、(图7B)和(图7C)，电池模块中的相应单元电池内的发热温度如图8A-图8C所示，并且如图9给出了测得的温度值。在此例子中，所述温度为相应单元电池的表面温度，并且示出了平均温度、在沿单元电池长度方向的1/3点处测得的温度、和在沿单元电池长度方向的2/3点处测得的温度。

具体而言，由于在第三示例性实施例(图7C)中与预定区域处单元电池对应形成的分隔单元不同，所以单元电池的温度偏差小于第一示例性实施例(图7A)和第二示例性实施例(图7B)。

图10为展现当冷却风扇的电压改变时对应于不同形状和尺寸的分隔单元的各个电池的温度的图表。

如图10所示，在各个电池中，所产生的热量随冷却风扇的电压8V、10V、12V和14V变化，而电池12-21的发热温度低于电池1-10的发热温度。也就是说，在电池1-10中，分隔单元形成为具有与圆截面的76°中心角一样大的开口，而在电池12-21中，分隔单元形成为具有与圆截面的180°中心角一样大的开口。如文中所述，在本发明示例性实施例中，由于分隔单元的形状和尺寸在电池模块中不同地形成，所以可以控制单元电池的温度。

在根据本发明示例性实施例的电池模块中，由单元电池产生的气体可得到有效的排放，同时单元电池也得到冷却。因此，电池模块可以更为稳定的工作，并可以有效地输出所需要的电力。

此外，尽管根据本发明示例性实施例的电池模块分立地包含用于单元电池散热的冷却剂通道和用于排放气体的排放通道，但电池模块的尺寸并不会成问题地增加。

尽管已经结合当前被认为实用的示例性实施例描述了本发明，但应该理解的是，本发明并不限于所公开的实施例，相反，本发明旨在涵盖包含在所附权利要求书的精神和范围内的各种修改和等同结构。

Claims (15)

1.一种电池模块，包括：

壳体，其具有用于分别容纳单元电池的多个穿孔；

管道构件，其与所述壳体相结合以覆盖所述单元电池的电极端子，其中所述管道构件包括：冷却剂通道，冷却剂通过所述冷却剂通道被提供到所述穿孔；和用于排放来自所述单元电池的气体的排放通道；和

形成在所述管道构件中的分隔单元，其用于分隔所述冷却剂通道和所述排放通道，其中所述分隔单元朝着所述单元电池的电极端子方向伸出，以使所述冷却剂通道沿朝着所述电极端子的方向贯通。

2.根据权利要求1所述的电池模块，其中所述冷却剂通道与所述单元电池和所述穿孔之间的空间连通。

3.根据权利要求1所述的电池模块，其中所述分隔单元对应于各个所述单元电池形成，并且多个所述分隔单元形成为多行，以在所述行之间形成所述排放通道。

4.根据权利要求3所述的电池模块，其中所述管道构件包括与所述排放通道连通的出口，并且由所述单元电池产生的气体通过所述排放通道和所述出口排放。

5.根据权利要求3所述的电池模块，其中所述分隔单元形成为部分地围绕所述单元电池的电极端子的圆周的形状。

6.根据权利要求5所述的电池模块，其中所述单元电池和所述穿孔形成为圆筒形，并且所述分隔单元的横截面形成为部分地围绕所述单元电池的C形。

7.根据权利要求6所述的电池模块，其中在多个所述分隔单元中，一对相邻分隔单元的C形截面的开口彼此面对。

8.根据权利要求7所述的电池模块，其中对应于所述一对相邻分隔单元的单元电池通过穿过所述一对相邻分隔单元的开口设置的端子板电连接。 

9.根据权利要求7所述的电池模块，其中多个所述分隔单元根据分隔单元在所述管道构件中的位置而形成不同的尺寸。

10.根据权利要求1所述的电池模块，进一步包括盖构件，其具有用于将所述冷却剂供给到所述冷却剂通道的内部空间，同时该盖构件覆盖所述管道构件。

11.根据权利要求10所述的电池模块，其中所述盖构件通过使用管道构件来与所述壳体整体地结合。

12.一种电池模块，包括：

壳体，其限定多个孔口，所述孔口的尺寸适于容纳多个电池，其中所述多个孔口的尺寸还提供围绕位于孔口中的所述多个电池的外表面的空间，以允许流体流过所述电池的外表面以冷却所述电池；

管道构件，其位于所述壳体上，其中所述管道构件限定流动路径和排放通道，该流动路径供冷却剂循环进入围绕所述电池的所述多个孔口，所述排放通道用于排放来自所述电池的气体；

位于所述管道构件中的分隔单元，其用于分隔所述流动路径和所述排放通道，所述分隔单元朝着所述单元电池的电极端子方向伸出，以使所述冷却剂通道沿朝着所述电极端子的方向贯通。

13.根据权利要求12所述的电池模块，其中所述多个电池和所述多个孔口呈圆筒形。

14.根据权利要求12所述的电池模块，其中所述分隔单元具有多个开口，所述开口形成为部分地围绕所述电池的电极端子的圆周的形状，并且所述形状的横截面随电池孔口的不同而不同。

15.根据权利要求14所述的电池模块，其中所述多个开口呈大致C形。 

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