CN101438432B - 电池模块组件 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种电池模块组件，其包括至少一个电池单元。电池单元(16)包括电耦接到第一电极(26)的第一端子(20)和被设计用作第二端子(24)并经由压力释放部分(34)电耦接到第二电极的体部分。该电池模块进一步包括端帽(18)，该端帽(18)包括导电部分(40)和绝缘部分(42)，该导电部分(40)电耦接到体部分。该压力释放部分(34)被设计为当体部分内的压力达到预定水平时从体部分分离到张开位置，从而基本上破坏体部分与第二电极之间的电耦接。当压力释放部分处于张开位置时，该绝缘部分(42)基本上防止体部分和第二电极之间电耦接的形成。
Description
本申请要求享有2006年4月28提交的美国临时申请No.60/795,818以及2006年5月25日提交的美国临时申请No.60/808,386的权益，在此引用上述二者的全部内容作为参考。
技术领域
本发明通常涉及电池模块组件。本发明尤其涉及具有脱离出口部分的电池模块组件，该脱离出口部分在电池内部过压条件的情况下可张开。本发明还涉及具有容纳结构的电池模块组件，该容纳结构被设计为接收脱离出口部分并且允许气体流出。
背景技术
在车辆和其它适合的应用中使用的电池模块通常是公知的。然而，这些公知的电池模块倾向于具有一定的缺点。例如，公知的电池模块通常包括直接耦接到第二蓄电池单元电池的第一蓄电池单元电池并且通常不提供容纳结构，该容纳结构被设计为在蓄电池单元电池内过压条件的情况下容纳脱离出口部分，允许气体流出。
因此，希望提供一种具有容纳结构或任何其它有利特征的电池模块组件，该容纳结构被设计为在蓄电池单元电池内过压条件的情况下容纳脱离出口部分并且允许气体流出。
发明内容
根据一个实施例，提供了一种电池模块，该电池模块包括：
至少一个电化学电池单元，该至少一个电化学电池单元包括：
电耦接到第一电极的第一端子；和
体部分，其被配置为用作第二端子并且经由第一压力释放部分电耦接到第二电极；以及
端帽，该端帽包括导电部分和绝缘部分，所述导电部分被电耦接到所述体部分，
其中所述第一压力释放部分被配置为在所述体部分内的压力达到第一预定水平时从所述体部分分离到张开位置，从而断开所述体部分与所述第二电极之间的电耦接；并且
其中所述绝缘部分在所述第一压力释放部分位于所述张开位置时防止所述体部分与所述第二电极之间形成电耦接。。
附图说明
图1是根据示例性实施例具有电池组件的车辆的等大视图；
图2是根据示例性实施例的电池模块组件的等大视图；
图3是根据示例性实施例的取自图2的电池模块组件的端帽的部分等大视图；
图4是根据示例性实施例的图1的电池模块组件的部分截面图；
图5是根据另一示例性实施例的图4的电池模块组件的部分截面图；
图6是根据另一示例性实施例的电池模块组件的等大视图；
图7是根据示例性实施例的图6所示的电池模块组件的部分截面图；
图8是根据示例性实施例的图6所示的电池模块组件的部分截面图；
图9是根据另一示例性实施例的图6所示的电池模块组件的部分截面图。
具体实施方式
参照图1，其示出了根据示例性实施例的车辆10，该车辆10包括电池系统12。尽管车辆10表示为汽车，但是根据各种可选的实施例，车辆10可以包括宽范围的不同类型的车辆，其中包括摩托车、公交车、娱乐车辆，、只等。电池系统12被设计为提供操作车辆10所需的至少一部分动力。进而，应该理解，根据各种可选的实施例，电池系统12可以在不涉及例如车辆10的车辆的多种应用中使用，并且所有这些应用都意欲在本申请的范围之内。
参照图2，根据示例性实施例，电池系统12包括一个或多个电池模块组件或电池模块14。图2示出了根据示例性实施例的电池模块14。电池模块14包括多个电池或电池单元16(例如，诸如锂离子电池单元、锂聚合物电池单元的电化学电池单元，或使用任何现在已知的或以后开发的任何适合的化学技术的电池单元)和多个端帽18。电池模块14被设计为存储和传输电荷(例如，到汽油-电动混合车辆等)。电池模块14的电池单元16可以用于任何适合的应用中并且此处描述的实施例的范围意欲包括所有这样的应用。
如图2和4所示，电池单元16通常被表示为圆柱形的体，该体包括第一端子20、绝缘体22以及被设计作为第二端子的体或“容器”24。所示的第一端子20设置在电池单元16的一端上。第一端子20被电耦接到电池单元16的第一电极26。根据示例性实施例，第一端子20具有通常为圆柱形的体，其从电池单元16的端面28向外延伸。绝缘体22至少部分地围绕第一端子20并且被设计为基本上将第一端子20与容器24(例如，第二端子)电绝缘。所示的容器24包括通常为圆柱形的侧壁30、端壁32以及出口34并且被设计为围绕和容纳电池单元16的各种内部组件(例如电极、电解液等)。
在示例性实施例中，容器24被电耦接到电池单元16中的第二电极36并且被设计作为电池单元16的第二端子。容器24的端壁32包括压力释放区域，该压力释放区域被显示为通常为环形的体并且该压力释放区域意欲提供出口34形式的安全构件(例如，压力释放设备或区域等)。例如，端壁32被显示为具有出口34的单个统一体并且具有一定的厚度，该厚度被减小以提供围绕出口34的削弱区域38。根据可选的实施例，可以通过“划线”或其它用于弱化端壁32材料的适合方法提供该削弱区域，或者该削弱区域可以是设置有端壁32的单独材料。
根据示例性实施例，出口34和削弱区域38为电池单元16提供压力释放机制。例如，如果电池单元16功能异常，气体会在容器24内增加并导致增加的压力情况。如果电池单元16功能异常并且容器24内侧的压力增加到预定点之上，则出口34被设计为在削弱区域38处通过从端壁32“脱离”而张开。出口34(在其预-张开位置)被设计为完成电池单元16的第二电极36与容器24之间的导电路径，以使得容器24用作电池单元16的第二端子。当出口34从容器24的端壁32张开(即“脱离”)时，该导电路径被中断或破坏。
现在特别参照图3-5，其更加详细地示出了根据示例性实施例的端帽18。端帽18被设计为位于第一电池单元和第二电池单元之间(例如，图4所示的位于两个电池单元16之间)。如图3和4所示，端帽18被设计为允许第一电池单元16经由端帽18被电气和机械地耦接到第二电池单元16。进而，如果电池单元16内侧的压力超过预定水平，则端帽18允许出口34从端壁32脱离并且将出口34保持容纳在端帽18中。
端帽18包括导电部分40和绝缘部分42。根据示例性实施例，导电部分40为铝并且绝缘部分42为聚丙烯。根据其它示例性实施例，导电部分40可以是适于导电的任何材料而绝缘部分42可以是作为适合绝缘体的任何材料。
所示的导电部分40包括通常为圆柱形的侧壁44和通常为圆形的端壁46。侧壁44包括边缘48并且包括一个或多个孔50。根据一实施例，导电部分40的侧壁44具有通常与电池单元16的侧壁30的直径相同的直径。根据各种其它实施例，侧壁44可以具有更大或更小的直径。导电部分40的边缘48被耦接到电池单元16的容器24。根据示例性实施例，导电部分40被焊接到容器24(例如，通过激光焊接)。根据其它实施例，导电部分40可以按照任何其它适合的方式被耦接到容器24，这些方式将导电部分40机械地和电气地耦接到容器24。导电部分40的侧壁44形成有一个或多个孔50，其被表示为一系列通常为圆形的孔。根据一实施例，如果出口34从端壁32脱离，则提供孔50以允许气体从容器24的内部流出。在其它示例性实施例中，可以改变孔50的尺寸、形状和/或间隔以控制气体流出的速度并且与其它组件连接来容纳或排放气体等。
导电部分40的端壁46被电耦接到电池单元16的体部分或容器24。根据一示例性实施例，端壁46包括凸起部分52，其被设计为与相邻电池单元的第一端子20连接(例如，参见图4)。根据其它示例性实施例，凸起部分52可以比所示的突出得更多或更少，或者可选地，端壁46可以不包括凸起部分52(例如，参见图5)。根据一实施例，绝缘部分42通常被包括在导电部分40内侧。根据一实施例，绝缘部分42的形状基本上与导电部分40的形状相似，因为绝缘部分42具有端壁54、侧壁56以及通常与导电部分40中的孔50对应的多个孔58。
根据一实施例，绝缘部分42被设计为在出口34仅部分地从电池单元16的端壁32脱离的情况下防止该出口34在第二电极36和导电部分40之间建立或完成导电路径。
现在参照图6-8，其示出了根据另一实施例的电池模块114的各部分，该实施例提供了两级压力释放系统。电池模块114包括多个电池单元116和多个端帽118。电池模块114被设计为存储和传输电荷(例如，到汽油-电动混合车辆等)。电池单元116和电池模块114可以用于许多其它适合的应用中并且这里描述的实施例的范围意欲包括所有这样的应用。
如图6和7所示，所示的电池单元116通常为圆柱形的体，该体包括第一端子120、第一绝缘体122、被设计为用作第二端子的体或“容器”124、盖128和绝缘帽162。如图7和8所示，电池单元116的内部至少包括电极卷160、第一电极126、第二电极136和第二绝缘体164。体124被显示为具有薄壁的体，其包括通常为圆柱形的侧壁130、端壁132和出口134并且被设计为围绕和容纳电池单元116的内部组件(例如，电极、电解液等)。
所示的第一端子120设置在电池单元116的一端上。第一端子120包括延伸部分166，该延伸部分166被电耦接到电池单元116中的第一电极126。根据一示例性实施例，第一端子120为通常为圆柱形的体，其从端面或盖128向外延伸。第一绝缘体122至少部分地围绕第一端子120并且被设计为基本上将第一端子120与体124电绝缘。根据示例性实施例，第一绝缘体122为聚醚酰亚胺(polythermide)。根据其它示例性实施例，第一绝缘体122可以是其它聚合体或足以绝缘第一端子120的任何其它材料。
盖128为薄的环状体，其基本上围绕第一绝缘体122而且被耦接到体124中与端壁132相对的端部。根据示例性实施例，盖128包括由凹槽170围绕的出口部分168。例如盖128被显示为具有出口部分168的单个统一体并且具有一定的厚度，该厚度在凹槽170处被减小以提供围绕出口部分168的削弱区域。根据示例性实施例，凹槽170(例如，沟槽、凹洞、凹口、划痕等)具有通常为V-形的截面(例如，u-形、方形等)。根据又一可选实施例，可以通过用于弱化盖128的任何适合方法提供削弱区域或凹槽170，或者该削弱区域或凹槽170可以为设置有盖128的单独材料。
绝缘帽162被设置在第一电池单元116的一端并且被设计为将第一电池单元116的体124与耦接到第二电池单元116的端帽118电绝缘。绝缘帽162包括通过沟槽174(例如，凹陷部分等)分隔开的多个径向设置的脊172(例如，凸起部分等)。根据其它示例性实施例，绝缘帽162可以包括其它设置的凸起部分和凹陷部分，只要绝缘帽162允许空气与位于第一电池单元116和第二电池单元116之间的空间之间的液态连通。根据示例性实施例，绝缘帽162为聚丙烯。根据其它示例性实施例，绝缘帽162可以是另一聚合体或作为适合的电绝缘体的任何其它材料。
根据示例性实施例，电池单元116为缠绕电池单元，其包括被卷绕为通常为圆柱形的电极卷160的电极。第一电极126被耦接到电极卷160的一端而第二电极136被耦接到电极卷160的相对端。根据示例性实施例，第一电极126与第二电极136通过焊接(例如，激光焊接)被耦接到电极卷160。根据其它示例性实施例，该耦接本质上是机械的或者可以是将电极126，136电耦接到电极卷160的任何其它适合的方法。
在示例性实施例中，体124被电耦接到电池单元116中的第二电极136而且被设计为用作电池单元116的第二端子。体124的端壁132被显示为通常为环形的体，其意欲围绕出口134形式的安全构件(例如，压力释放设备等)。例如，端壁132被显示为具有出口134的单个统一体并且具有一定的厚度，该厚度被减小以提供围绕出口134的削弱区域138。根据可选的实施例，可以通过“划线”或其它用于弱化端壁132材料的适合方法提供该削弱区域138，或者该削弱区域138可以是设置有端壁132的单独材料。
参照图7和8，所示的端帽118位于第一电池单元116和第二电池单元116之间。在许多典型的传统电池模块中，第一电池单元的体被直接耦接到第二电池单元的端子。如图6-8所示，所示实施例的端帽118被设计为允许第一电池单元116经由端帽118被电气和机械地耦接到第二电池单元116。进而，如果电池单元116内部的压力升高到第一阈值压力之上，则端帽118允许出口134脱离并且保持容纳在端帽118内。
根据示例性实施例，端帽118包括导电元件或部分140和绝缘元件或部分142。所示的导电部分140包括侧壁144和通常为圆形的端壁146。根据示例性实施例，导电部分140的侧壁144可以具有通常与电池单元116的侧壁130的直径相同的直径。侧壁144包括可以耦接到电池单元116的体124的边缘148。根据示例性实施例，导电部分140被焊接到体124。根据其它实施例，导电部分140可以按照任何其它适合的方式被耦接到体124，这些方式将导电部分140机械地和电气地耦接到体124。侧壁144通常为圆柱形并且垂直于端壁146或者可以设计其轮廓以被更加容易地焊接到体124。导电部分140的端壁146被设计为耦接到相邻电池单元116的第一端子120。根据一示例性实施例，端壁146包括凸起部分152(参见图7)，该凸起部分152被设计为与相邻电池单元116的第一端子120连接。根据其它示例性实施例，凸起部分152可以突出得更多或更少，或者可以不包括该凸起部分152(例如，参见图8)。根据示例性实施例，导电部分140为铝。根据其它示例性实施例，导电部分140可以是适于导电的任何材料。
绝缘部件或元件142被包括在导电部分140内侧。绝缘部件142为通常为圆柱形的体，其被设计为适配在导电部分140内并且具有通常小于导电部分140的高度的高度。根据一实施例，绝缘部件142被设计为防止出口134在第二电极136和导电部分140之间建立或完成导电路径。根据一示例性实施例，绝缘部件142为聚乙烯泡沫。根据其它示例性实施例，绝缘部件142可以是适合不导电和吸收震动的任何材料。
电池单元116和端帽118配合以形成两级压力释放系统。如果电池单元116功能异常，气体会在体124内增加并且导致不期望的增压情况。根据示例性实施例，如果体124内的压力升高到第一预定阈值压力(根据示例性实施例，其大致为5巴(0.5百万帕斯卡(MPa))，但是根据其它示例性实施例可以变化)之上，则第一端子120的延伸部分166允许电极卷160在体124内以通常远离第一端子120并推向出口134的方向移动。出口134被设计为在减小的厚度138的点处通过从端壁132“脱离”而张开。出口134(在其预-张开位置)被设计为完成第二电极136和体124之间的导电路径，以使得当出口134从体124的端壁132张开(即，“脱离”)时，该导电路径被中断或破坏。第二绝缘体164被设计为防止第二电极136与体124完成导电路径。在体124中增加的任何气体被允许流入端帽118中。这可以将内部压力降低到第一阈值压力之下。端帽118的绝缘部件142被设计为当出口134远离体124移动时至少部分地吸收该出口134的动量并且基本上防止出口134从端帽118弹起以及与端壁132重建导电路径。
如果体124内的内部压力继续升高并增加到第二预定阈值压力(根据示例性实施例其大致为10巴(1MPa)，但根据其它示例性实施例可以变化)之上，则出口部分168(参见图7)被设计为在凹槽170处通过从盖128“脱离”而张开。出口部分168允许内部气体通过绝缘帽162中的沟槽174从体124流出到空气中。按照这种方式，使用一种系统：在第一阶段，压力增加导致电池单元116断开(例如，由于出口134张开)；在第二阶段，将气体排出到空气中(例如，由于出口部分168张开)。
参照图9并根据另一示例性实施例，图9示出了电池模块214的一部分，该电池模块214包括电池单元216和端帽218，二者可以配合以形成单级压力释放系统。根据该实施例，端帽218设置有导电部分240，该导电部分240包括多个孔250。出口234被设计为在预定压力下从端壁232脱离，该预定压力大于正常操作压力而小于将使体224破裂的压力。当出口234被张开时，中断通过电池模块214的电流并且允许电池单元216内的任何气体通过孔250流出到空气中。端帽218的绝缘部分242被显示为通常为平的部件并且被设计为当出口234远离体224移动时至少部分地吸收该出口234的动量，并且基本上防止出口234从端帽218弹起以及与端壁232重建导电路径。
在所示的和其它示例性实施例中表示的电池模块的元件的结构和设置只是示例性的。尽管本说明书只描述了本发明的几个实施例，但是在浏览本说明书后，本领域的普通技术人员应该容易地意识到，在基本上不偏离这里所描述主题的新颖性内容和优点的情况下(例如，形成导电组件和绝缘组件的材料、电池单元内部组件的技术、电池单元的形状等)，可以进行各种修改(例如，各种元件的大小、尺寸、结构、形状和比例，参数值、安装结构、材料、颜色、方向的使用等)。例如，所示的一体形成的元件可以由多个部分或元件构成，元件的位置可以反向或者以其它方式改变，并且可以修改或改变离散元件的种类或数量以及位置。应该注意到，电池模块的元件和/或组件可以由提供足够强度或耐用性的宽范围的材料(例如铝、钢、铜)以各种颜色、组合和适合的材料形成。在不偏离本发明的范围内，可以对优选和其它示例性实施例的设计、操作条件和结构进行其它替代、修改、改变和省略。
根据替代实施例，可以改变或者重排任何过程或方法步骤的顺序或序列。在权利要求书中，任何装置加功能的限定意欲覆盖这里描述的执行所述功能的结构以及结构等同物和等同的结构。在不偏离由所附权利要求书表达的本发明的精神的情况下，可以对优选和其它示例性实施例的设计、操作配置和设置进行其它替代、修改、改变和省略。
Claims (15)
1.一种电池模块，该电池模块包括：
至少一个电化学电池单元，该至少一个电化学电池单元包括：
电耦接到第一电极的第一端子；和
体部分，其被配置为用作第二端子并且经由第一压力释放部分电耦接到第二电极；以及
端帽，该端帽包括导电部分和绝缘部分，所述导电部分被电耦接到所述体部分，
其中所述第一压力释放部分被配置为在所述体部分内的压力达到第一预定水平时从所述体部分分离到张开位置，从而断开所述体部分与所述第二电极之间的电耦接；并且
其中所述绝缘部分在所述第一压力释放部分位于所述张开位置时防止所述体部分与所述第二电极之间形成电耦接。
2.根据权利要求1所述的电池模块，其中所述端帽还被电耦接到第二电化学电池单元的第一端子。
3.根据权利要求1或2所述的电池模块，进一步包括耦接到所述体部分的第二压力释放部分，所述第二压力释放部分被配置为在所述体部分内的压力达到高于所述第一预定水平的第二预定水平时从所述体部分分离到张开位置，从而允许流体从所述体部分流出。
4.根据权利要求3所述的电池模块，其中所述第二压力释放部分包括削弱部分，该削弱部分被配置为在所述体部分内的所述压力达到所述第二预定水平时允许所述第二压力释放部分张开。
5.根据权利要求3所述的电池模块，其中所述第一预定水平为5巴并且所述第二预定水平为10巴。
6.根据权利要求1或2所述的电池模块，其中所述体部分包括端壁并且所述第一压力释放部分被设置在所述端壁上。
7.根据权利要求6所述的电池模块，其中所述第一压力释放部分通过削弱部分耦接到所述端壁。
8.根据权利要求7所述的电池模块，其中所述削弱部分包括具有减小的材料厚度的区域。
9.根据权利要求1或2所述的电池模块，其中所述端帽被配置为在所述第一压力释放部分位于所述张开位置时容纳所述第一压力释放部分。
10.根据权利要求9所述的电池模块，其中所述端帽包括至少一个孔，该至少一个孔被配置为在所述第一压力释放部分位于所述张开位置时允许流体从所述体部分流出。
11.根据权利要求1或2所述的电池模块，其中所述端帽的所述绝缘部分包括非导电且吸收震动的材料以在所述第一压力释放部分从所述体部分张开之后至少部分地吸收所述第一压力释放部分的动量，使得所述第一压力释放部分不从所述端帽弹起并且不与所述体部分重新建立接触。
12.根据权利要求1或2所述的电池模块，其中所述导电部分具有一内部，所述绝缘部分与所述导电部分的所述内部相一致。
13.根据权利要求1或2所述的电池模块，其中所述绝缘部分为平的部件。
14.根据权利要求1或2所述的电池模块，其中所述绝缘部分包括聚丙烯并且所述导电部分包括铝。
15.根据权利要求1或2所述的电池模块，进一步包括包含在所述体部分中的缠绕的电极卷；其中所述第一端子被耦接到所述缠绕的电极卷的第一端并且所述第二端子被耦接到所述缠绕的电极卷的第二端。
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