CN101714645B - 可再充电电池、电池模块和可再充电电池组件 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种可再充电电池、电池模块和可再充电电池组件。该可再充电电池包括：电极组件；容纳该电极组件的外壳；和支撑构件，其围绕外壳并在该支撑构件的外表面上具有多个肋条。该电池模块包括多个可再充电电池和框体，可再充电电池插入框体中。可再充电电池包括外壳和与该外壳接触的支撑构件，并且该支撑构件包括围绕所述可再充电电池的主体和从该主体向外突出的肋条。该可再充电电池组件包括：至少一个可再充电电池电极组件；限定内部空间的至少一个外壳，所述至少一个可再充电电池电极组件位于所述内部空间内；至少一个支撑构件，其位于所述外壳的外表面周围，以与所述外壳的外表面热接触。所述支撑构件的外表面的轮廓有助于热消散。

Description

可再充电电池、电池模块和可再充电电池组件

技术领域

本发明涉及一种可再充电电池和一种电池模块。更具体地，本发明涉及一种可再充电电池和一种电池模块，其包括围绕可再充电电池的外壳并提供冷却剂流动路径的支撑构件。

背景技术

不同于不能再充电的一次性电池，可再充电电池能够反复地充电和放电。包括一个电池单元的小容量可再充电电池被用于小型和可携带的电子装置，例如移动电话、笔记本电脑和可携式摄像机。包括连接为一组形的多个电池单元的大容量可再充电电池被用作驱动混合车辆的马达的电源。

可再充电电池被制造成各种形状，典型的有圆柱形或多边形。

此外，可再充电电池被串联连接，并包括高容量可再充电电池模块，使得该可再充电电池能够被用于驱动需要大量电能的电动车辆的马达。

电池模块大体上包括多个串联连接的可再充电电池(以下，为了方便阐释，在整个说明书中称为“可再充电电池”)。

每个可再充电电池均包括：依次具有正极、隔板和负极的电极阵列、容纳该电极阵列的外壳、，以及用于封闭外壳的敞口端并电连接到电极组件的盖组件。

另外，可再充电电池大体上被彼此相分隔地布置在框体中，并通过连接每个可再充电电池的端子形成电池模块。

在此，为了确保稳定性，电池模块具有包含多个可再充电电池的单一模块结构。

然而，由于单一电池模块被设置为连接几个到几十个可再充电电池，应该能够易于排放由每个可再充电电池产生的热。电池模块的热消散特性极为重要，这是因为可再充电电池的性能和配备有电池模块的装置的性能均取决于该热消散特性。

没有充分的热消散，在可再充电电池和电池模块中引起的温差导致无法生成用于操作马达的充足电能。另外，如果可再充电电池的内部温度因电池产生的热而上升，那么电池的充电/放电性能会因电池内的异常反应而变差。

特别是，如果上述电池模块被用作装置的大容量可再充电电池，则可再充电电池在大电流下进行充电和放电。而且，根据使用模式，可再充电电池的内部温度可能会上升到显著的水平，并且由可再充电电池生成的热需要被适当地排出。

上述公开在背景部分中的信息仅用于加强对本发明背景的理解，因此其可能含有不形成本国本领域技术人员已知的现有技术的信息。

发明内容

本发明致力于提供一种能够有效地冷却可再充电电池的电池模块。

根据本发明示例性实施例的可再充电电池包括：电极组件；容纳所述电极组件的外壳；和支撑构件，其围绕所述外壳并在该支撑构件的外表面上具有多个肋条。

导热粘合层可以被形成在所述外壳和所述支撑构件之间，并且所述支撑构件可以包括与所述外壳接触的主体，并且所述多个肋条沿所述主体的长度延伸。

所述主体可以具有管道形状，并且所述肋条的高度沿其长度而改变。

所述肋条可以包括支撑肋条和高于所述支撑肋条的固定肋条，并且切口可以沿所述主体的长度延伸。进一步，阳极化膜可以形成在所述支撑构件的表面上。

一种电池模块可以包括多个可再充电电池和框体，所述可再充电电池插入该框体中，其中所述可再充电电池包括外壳和与所述外壳接触的支撑构件，并且其中所述支撑构件包括围绕所述可再充电电池的主体和从所述主体突出的肋条。

所述主体可以具有管道形状，且导热粘合层可以位于所述外壳和所述主体之间。

所述肋条可以包括支撑肋条和高于所述支撑肋条的固定肋条，并且固定突起可以形成在所述固定肋条上。

固定槽可以形成在所述框体上，并且所述固定突起可以插入到所述固定槽中。

切口可以沿所述主体的长度延伸，并且阳极化膜可以形成在所述支撑构件的表面上。另外，所述肋条的高度可以在冷却剂流入端和流出端之间变化。另外，所述肋条的高度可以从所述冷却剂流入端到流出端增大。孔可以被布置在所述框体中，并且所述孔的截面面积可以从冷却剂流入端到流出端变化。进一步，所述孔的截面面积可以从所述冷却剂流入端到所述流出端减小。所述肋条之间的空间可以在所述孔内相互连通。

另外，一种可再充电电池组件可以包括至少一个可再充电电池电极组件；限定内部空间的至少一个外壳，其中所述至少一个可再充电电池电极组件位于所述至少一个外壳的所述内部空间内；至少一个支撑构件，其位于所述外壳的外表面周围，以与所述外壳的所述外表面热接触，其中所述支撑构件的外表面的轮廓使所述至少一个支撑构件的表面积增大，从而有助于由所述至少一个可再充电电池电极组件产生的并热传递到所述至少一个支撑构件的热的热消散。

如上所述，根据本发明，通过使用支撑构件为冷却剂制造流动路径，可再充电电池能够被稳定地冷却。

另外，由于所述支撑构件和所述可再充电电池的外壳与导热粘合剂相连，所以热从所述外壳迅速地传递到所述支撑构件，从而高效地冷却可再充电电池。

另外，利用所述支撑构件表面上的阳极化膜，能够防止可再充电电池中的短路。

附图说明

图1为根据本发明第一示例性实施例的可再充电电池的透视图。

图2为根据本发明第一示例性实施例的可再充电电池的水平剖视图。

图3为根据本发明第一示例性实施例的电池模块的局部透视图。

图4为根据本发明第二示例性实施例的支撑构件的剖视图。

图5为根据本发明第三示例性实施例的支撑构件的剖视图。

图6为具有根据本发明第四示例性实施例的支撑构件的框体的剖视图。

图7为根据本发明第五示例性实施例的支撑构件的透视图。

图8为具有图7所示的支撑构件的框体的剖视图。

图9为具有根据本发明第六示例性实施例的支撑构件的框体的竖直剖视图。

图10A到图10C为示出传统电池模块的热消散特性的示意图。

图11A到图11C为示出根据本发明第一示例性实施例的电池模块的热消散特性的示意图。

具体实施方式

下文中，将参照示出本发明示例性实施例的附图对本发明进行更加完整地描述。本领域技术人员可以理解，在不背离本发明的精神或范围的情况下，可以将所描述的实施例修改为各种不同方式。

图1为根据本发明第一示例性实施例的可再充电电池的透视图，图2为根据本发明第一示例性实施例的可再充电电池的水平剖视图。

参照图1和图2，根据本示例性实施例的可再充电电池100包括：用于充电和放电的电极组件154、容纳电极组件154的外壳150、以及围绕外壳150的支撑构件120。

电极组件154包括围绕圆柱形芯156卷绕在一起的正极、负极和位于正极和负极之间隔板，圆柱形芯156位于卷绕的电极和隔板的内部。

外壳150为圆柱形形状，具有用于容纳电极组件154的内部空间，且可以由铝制成。虽然本示例性实施例中的外壳150具有圆柱形形状；但外壳150能够为圆柱形，多边形，等等。

支撑构件120被布置在外壳150的外侧。支撑构件120包括主体121和多个肋条123和124。主体121与外壳150紧密接触并围绕外壳150。肋条123和124从主体121的外表面突出并沿可再充电电池100的长度延伸。

虽然在本示例性实施例中，主体121具有管道形状，外壳150被插入至该管道中，但本发明不限于该形状；主体121可以具有各种形状，只要其能够与外壳150接触即可。

导热粘合层152被布置在主体121和外壳150之间。导热粘合层152将外壳150内产生的热快速地传递到主体121并提高热消散效率。

被传递到主体121的热通过主体121以及肋条123和124排放到外部。采用该构造，增大了主体121、肋条123和124与冷却剂之间的接触面积，从而易于将热排放到外部。

另外，肋条123和124限定支撑肋条123和比支撑肋条123高的固定肋条124。如图3所示，固定肋条124被插入至框体130中，并防止可再充电电池100移动。

支撑构件120由铝制成，且在支撑构件120的表面上形成有阳极化膜。阳极化膜通过氧化由铝制成的表面并密封该表面而形成。形成在支撑构件120的表面上的阳极化膜使支撑构件120绝缘，并有助于防止在可再充电电池中发生短路且将热稳定地排放到外部。

图3为根据本发明第一示例性实施例的电池模块的局部透视图。

如图3所示，电池模块200包括多个可再充电电池100和100’以及框体130，可再充电电池100和100’插入该框体130中。

框体130包括多个孔131，可再充电电池100和100’插入这些孔中。孔131两端均打开。当可再充电电池100被插入到孔131中时，支撑肋条123与孔131的内表面紧密接触。

固定肋条124被设置为插入到框体130中。也就是，固定肋条124被插入到孔131内的固定槽132中，并防止可再充电电池100旋转。

如上所述，当可再充电电池100被固定在框体130内时，在孔131和支撑构件120之间提供有冷却剂，以稳定地冷却可再充电电池100和100’。在这种情况下，冷却剂可以是空气、水，等等。

相邻的可再充电电池100和100’的正端子和负端子以交替的方式布置，并通过汇流条(bus bar)135电连接。在本示例性实施例中，外壳150为负端子，位于上侧的盖板为正端子。可再充电电池100被布置为其盖板向上位于上侧，相邻的可再充电电池100’被布置为其外壳的底部向上位于上侧。

通过该布置，利用螺栓137将汇流条135固定到可再充电电池100和100’上，以使可再充电电池100和100’电连接。

如上所述，根据本示例性实施例，可再充电电池100和100’能够通过支撑构件120被稳固地放置在框体130内。而且，肋条123和124以及主体121增大表面积并提高热消散效率。

另外，支撑构件120的肋条123和124用作抵抗外部冲击的缓冲件，并阻止可再充电电池100因外部冲击而损坏。

图4为根据本发明第二示例性实施例的支撑构件的剖视图。参见图4，支撑构件400包括与外壳紧密接触的主体410，以及从主体410突出的肋条420和430。主体410为基本“C”形，具有形成在其一部分上的切口450。进一步，肋条420和430包括支撑肋条420和比支撑肋条420高的固定肋条430。

由于在主体410上形成有切口450，因此，当支撑构件400被连接到外壳时，主体410可以变形并与该外壳紧密接触。因此，支撑构件400能够被应用于各种尺寸的外壳。

图5为根据本发明第三示例性实施例的支撑构件的剖视图。参见图5，根据本示例性实施例的支撑构件500包括主体510和从主体510突出的肋条520。根据本示例性实施例的主体510具有管道的形状以围绕可再充电电池的外壳，并且肋条520具有弧形的水平截面。进一步，肋条520的长度被最大化以扩大冷却剂和肋条520之间的接触面积，从而提高冷却效率。

图6为具有根据本发明第四示例性实施例的支撑构件的框体的剖视图。

如图6所示，支撑构件620包括第一支撑部625和第二支撑部626。第一支撑部625和第二支撑部626相互分隔开并对称布置。

支撑构件620被插入到形成在框体610内的孔615中。第一支撑部625和第二支撑部626具有半圆形的水平截面。肋条621和623从第一和第二支撑部625和626突出。肋条621和623包括支撑肋条621和固定肋条623。支撑肋条621与框体610中的孔615紧密接触，固定肋条623比支撑肋条621进一步突出，并被插入到孔615内的固定槽615a中。

固定突起623a从固定肋条623的末端上的侧面突出。固定突起623a被插入到孔615内的固定槽615a中。固定突起623a有助于将支撑部625和626放置到正确的位置并防止支撑部625和626相对外壳630旋转。

如在本示例性实施例中那样，如果支撑构件620包括相互分离的第一支撑部625和第二支撑部626，支撑构件620能够被容易地放置在各种尺寸的可再充电电池的外壳630中。另外，即使外壳630的尺寸不同，圆形的第一和第二支撑部625和626可以弹性变形并变得与外壳630的紧密接触，从而将热从外壳630快速地传递到支撑构件620。

图7为根据本发明第五示例性实施例的支撑构件的透视图，图8为具有图7所示的支撑构件的框体的剖视图。

参见图7和图8，根据本示例性实施例的支撑构件710包括与可再充电电池的外壳紧密接触的主体712和从主体712向外突出的肋条715。

根据本示例性实施例的肋条715具有沿冷却剂流动方向增大的高度。也就是，肋条715在冷却剂流入的位置包括第一端715a，并在冷却剂流出的位置具有第二端715b，第二端715b高于第一端715a。

如上所述构造的支撑构件710被插入到框体720内的具有均匀水平截面的孔725中。如果第一端715a形成得较小，当冷却剂流入时，位于肋条715之间的空间在孔725中相互连通。因此，通过防止大量空气流入某些肋条715之间的空间，可再充电电池能够被均匀地冷却。

图9为具有根据本发明第六示例性实施例的支撑构件的框体的竖直剖视图。

参见图9，支撑构件730包括与可再充电电池的外壳紧密接触的主体732，和从主体732突出的肋条735。

肋条735沿主体732的长度突出并保持恒定高度。另一方面，切入框体740中的孔745具有倾斜的内表面。

也就是说，孔745具有冷却剂入口745a和冷却剂出口745b，并且却剂入口745a大于冷却剂出口745b。进一步，冷却剂入口745a的宽度大于肋条735的高度。如以下更详细的描述，孔745的内表面包括与肋条735的长度呈预定角度倾斜的倾斜表面742，以及从倾斜表面742延伸且基本上平行于肋条735的长度的平坦表面743。进一步，肋条735和倾斜表面742之间的空间在入口745a处大于在出口745b处。平坦表面743接触肋条735并稳固地固定支撑构件730以阻止晃动。

如上所述，由于孔745的内表面是倾斜的，在入口745a处的肋条735之间的空间相互连通。因此，通过防止大量空气流入某些肋条735之间的空间，可再充电电池能够被均匀地冷却。

图10A到图10C为示出传统电池模块的热消散特性的示意图，图11A到图11C为示出根据本发明第一示例性实施例的电池模块的热消散特性的示意图。

图10A到图10C分别示出，当可再充电电池被插入到框体中，并通过将充电和放电过程中产生的内部热经由框体与可再充电电池之间的空间排放而被冷却时，传统圆柱形可再充电电池周围的温度分布、压力分布和冷却剂速度分布。

图11A到图11C分别示出，当可再充电电池被插入到框体中，并通过将充电和放电过程中产生的内部热经由框体与可再充电电池之间的空间排放而被冷却时，具有根据本发明第一示例性实施例的支撑构件的可再充电电池周围的温度分布、压力分布和冷却剂速度分布。

图10A和图11A示出每种情况下的温度分布。比较图10A和图11A，传统电池模块周围的温度由天蓝色表示，表示温度因不良的热消散很低。然而，根据第一示例性实施例的电池模块周围的温度由黄色和绿色表示，表示温度因快速的热消散很高。也就是，由于根据第一示例性实施例的电池模块中的更为快速的热传递，热消散效率得到了提高。

图10B和图11B示出每种情况下的压力分布。比较图10B和图11B，传统电池模块示出入口附近的压力突然下降，并且大体上由天蓝色表示。另一方面，根据第一示例性实施例电池模块示出压力逐渐下降，并具有由绿色表示的大片区域。也就是，根据第一示例性实施例电池模块示出渐变的压力分布，表示冷却剂易于流入。

图10C和图11C示出每种情况下的冷却剂速度分布。比较图10C和图11C，传统电池模块具有相对较快的离开可再充电电池的速度且由红色表示。如果冷却剂离开可再充电电池的速度较快，则冷却剂和可再充电电池不能良好地接触并使冷却效率变低。

然而，根据第一示例性实施例的电池模块在肋条所在的中央区域具有相对较快的速度且由红色表示。根据以上所述，肋条和冷却剂之间的接触面积足够大并提高冷却效率。

如上所述，利用根据本发明的支撑构件，冷却效率被显著地提高而超越传统电池模块。

尽管结合目前被认为是实用的示例性实施例描述了本发明，应该理解的是本发明不限于所公开的实施例，相反，本文致力于覆盖包含在所附权利要求的精神和范围内的各种修改和等同替换。

Claims (5)

1.一种可再充电电池组件，包括： 

至少一个可再充电电池电极组件； 

限定内部空间的至少一个外壳，其中所述至少一个可再充电电池电极组件位于所述至少一个外壳的所述内部空间内； 

至少两个支撑构件，其位于所述外壳的外表面周围，以与所述外壳的所述外表面热接触，其中所述至少两个支撑构件中的每一个具有外表面，所述外表面的轮廓使所述至少两个支撑构件中的每一个的表面积增大，从而有助于由所述至少一个可再充电电池电极组件产生的并热传递到所述至少两个支撑构件的热的热消散； 

其中多个肋条形成在所述至少两个支撑构件中的每一个的所述外表面上，并且所述多个肋条的高度从冷却剂流入端到流出端增大； 

其中，所述可再充电电池组件还包括限定至少一个开口的框体；所述至少一个外壳在所述至少一个开口中；所述至少两个支撑构件对称地布置在所述至少一个开口中并与所述至少一个外壳接触；所述至少两个支撑构件相互分离。 

2.根据权利要求1所述的可再充电电池组件，其中所述至少两个支撑构件中的每一个具有半圆形的水平截面。 

3.根据权利要求1所述的可再充电电池组件，其中所述多个肋条中的至少一个限定固定肋条，所述固定肋条与所述框体接合，以阻止所述支撑构件在所述框体的所述至少一个开口内旋转。 

4.根据权利要求1所述的可再充电电池组件，其中所述框体中的所述至少一个开口包括容纳所述肋条的轮廓。 

5.根据权利要求4所述的可再充电电池组件，其中所述框体中的所述至少一个开口限定冷却剂流入端和冷却剂流出端，并且所述至少一个开口的轮廓和所述肋条的尺寸适于使所述轮廓和所述肋条之间的间隔从所述冷却剂流入端到所述冷却剂流出端减小。 

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