CN102110799A - 具有用于固定端板的改进结构的电池模块和组装其的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种具有用于固定端板的改进结构的电池模块和组装其的方法。该电池模块包括：具有多个电池的电池单元；一对端板，所述一对端板的一个安装在所述电池单元的任一端；以及环绕所述端板和所述电池单元的固定带，其中所述固定带由在加热时膨胀并在冷却时收缩的材料制成。

Description

具有用于固定端板的改进结构的电池模块和组装其的方法
相关申请的交叉引用
本申请要求于2009年12月23日递交到韩国知识产权局的韩国专利申请No.10-2009-0130022的权益，其全部公开内容通过引用并入本文。
技术领域
本发明的一个或多个实施例涉及一种具有彼此相连的多个电池的电池模块。
背景技术
电池模块为由彼此相连的多个电池形成的高容量供电单元的元件，并可用作例如电动车辆的电源。
形成这种电池模块的电池通常为锂离子电池。在锂离子电池中，即使充放电反复执行其性能通常也不会退化。然而，当在充电期间锂离子被传递时，电池的负电极可能膨胀。由于电池模块由彼此串联或并联连接的多个锂离子电池形成，因此如果每个锂离子电池膨胀一点，则整个电池模块可能膨胀约5％至约10％。这样，电池模块的外形或形状可能会过度改变或扭曲，使得将电池模块附接到其原始位置和将电池模块从其原始位置分离可能会发生困难，从而致使电池的电阻增大。而且，如果电池模块被使用在电动车辆中，则约八个电池模块堆叠以形成待安装在电动车辆中的电池组。因此，如果每个电池模块的外形改变，则整个电池模块组件的变形度极大，因而可能发生严重的问题。
因此，在电池模块中，端板被放置在二次电池列的两端以抑制二次电池的膨胀，并且棒式连接杆被连接到位于二次电池列两端的端板，由此固定端板。
然而，一般而言，由于连接杆和端板通过使用若干螺栓和螺母而彼此相连，需要花费相对较长的时间来连接它们，且螺栓和螺母从电池模块突出，由此增大电池模块的体积。
电池模块体积的增大致使采用电池模块的装置的整体体积增大，并因而限制装置的设计。特别是，如果电池模块被应用在电动车辆中，安装空间是有限的，因此如果电池模块的体积减小，则允许更大的设计灵活性。
发明内容
本发明的一个或多个实施例包括一种电池模块，其具有用于固定端板的改进结构，而不使用螺栓和螺母。
根据本发明的一个或多个实施例，一种电池模块包括：具有多个电池的电池单元；一对端板，所述一对端板的一个安装在所述电池单元的任一端；以及环绕所述一对端板和所述电池单元的固定带，其中所述固定带由在加热时膨胀并在冷却时收缩的材料制成。
在一个实施例中，所述固定带包括用于将所述固定带的端部连接在一起以形成闭环的紧固件。例如，所述紧固件可为焊点。在可替换实施例中，所述紧固件可包括：螺纹旋向相反的外螺纹部件以及与该外螺纹部件结合的螺丝扣，其中所述紧固件位于所述固定带的端部之间；彼此匹配的榫舌和凹槽以及插入通过所述榫舌和凹槽中的开口的销，其中所述紧固件位于所述固定带的端部之间；或者位于所述固定带的每个端部的夹子，其中所述夹子被滑动接合。
在一个实施例中，所述一对端板的向外朝向的表面形成为远离所述电池单元突出的弧形形式，且所述端板具有容纳凹槽，所述固定带被容纳在该容纳凹槽中。进一步，所述固定带可由如下材料制成，该材料使得所述固定带的长度能够通过加热而伸长，并能够通过冷却和缩短，例如，铝镀层薄钢板或镀锌薄钢板。
还提供一种组装根据本发明的实施例的电池模块的方法，该方法包括：热延伸所述固定带的长度，使得所述固定带的长度长于所述电池单元和所述一对端板的组件的周长；将所述固定带安装在所述组件周围；以及冷却所述固定带，以使所述固定带的长度缩短，使得所述固定带接触所述一对端板的每一个。
在一个实施例中，所述固定带通过高频加热而热膨胀，并通过自然冷却或强制通风冷却而冷却。另外，所述固定带的端部可使用任何一种所描述的紧固件或通过任何其他合适的紧固件而附接在一起。
附图说明
通过以下结合附图对各实施例的描述，这些和/或其他方面将变得明显和更易于理解，其中：
图1A为根据本发明实施例的电池模块的示意图；
图1B为图1A的电池模块的固定带的示意图；
图2A为根据本发明另一实施例的电池模块的示意图；
图2B为图2A的电池模块的固定带的示意图；
图3A为根据本发明又一实施例的电池模块的示意图；
图3B为图3A的电池模块的固定带的示意图；
图4A为根据本发明再一实施例的电池模块的示意图；
图4B为图4A的电池模块的固定带的示意图。
具体实施方式
图1A和1B例示出根据本发明实施例的电池模块。如图1A所示，根据本实施例的电池模块包括电池单元10和一对端板20，其中电池单元10包括彼此连接成一列的多个电池1，且一对端板20中的一个被安装在电池单元10的任一端。固定带30环绕并紧密联结一对端板20和电池单元10的组件，由此抵制电池单元10的膨胀。也就是，如果电池单元10膨胀，则施加有将一对端板20推向外侧(即彼此远离)的力。这里，固定带30紧固一对端板20，使得它们不会显著地彼此远离移动，由此抑制电池模块的显著变形或扭曲。
固定带30由在高频下被加热时膨胀而在被冷却时收缩的材料形成。该材料的示例可包括使用在布劳恩管的防爆带中的铝镀层薄钢板或镀锌薄钢板。该材料可为包含作为基质的铁(Fe)、约0.005wt％或以下的碳(C)、约0.005wt％或以下的氮(N)、约0.1至0.5wt％的硅(Si)、约0.1wt％或以下的磷(P)、约0.02wt％或以下的硫(S)、约1.05至约2.0wt％的锰(Mn)和约1.0wt％或以下的铝(Al)的合成物。固定带30在室温下的长度LB(参见图1B)等于或小于电池单元10和端板20的组件的总周长LM(参见图1B)；然而，固定带的长度LB通过加热伸长Lexpansion的量超过电池单元10和端板20的组件的总周长LM。也就是，LB+Lexpansion≥LM＞LB，且固定带30被制造为满足这种条件。
结合单元31或紧固件连接固定带30的两端。在本实施例中，结合单元31为由焊接形成的焊点。也就是，固定带30的端部通过焊接附接在一起，而不使用单独的连接构件来形成闭环形式。焊接可为对接焊接或搭接焊接。然而，焊接方法不受限制，只要焊点足以确保端部不会因电池单元10的膨胀而分离即可。
端板20形成为具有凸状的中心的弧形形式，从而缓和当固定带30围绕端板20卷绕时产生的弯曲角度，由此固定带30损坏的可能很小。容纳凹槽21为用于容纳固定带30的凹槽，并保持固定带30的安装位置。
电池单元10和端板20的组件通过使用固定带30的固定可如下执行。
首先，可通过加热膨胀并通过冷却收缩的固定带30被制备。固定带30被制造为满足条件：LB+Lexpansion≥LM＞LB，并且固定带30的两端通过焊接联结，由此形成闭环。
固定带30在高频下被加热并膨胀，从而引起其长度大于电池单元10和端板20的组件的周长，也就是，LB-＞LB+Lexpansion。
膨胀的固定带30被固定在容纳凹槽21中，并被安装在电池单元10和端板20的组件周围。
然后，固定带30被冷却并收缩，使得其长度大致恢复到其原始长度，也就是，LB+Lexpansion-＞LB。由于固定带30的原始长度LB等于或小于电池单元10和端板20的组件的周长LM，因此施加很强的夹紧力。因此，如果电池单元10膨胀，则固定带30稳固地支撑一对端板20，使得其间没有间隙。固定带30可通过保持在室温下而利用自然冷却来冷却，或者可通过强制通风来冷却。
因此，如果电池单元10和端板20使用可膨胀和收缩的固定带30来固定，则与使用螺栓和螺母相比，连接单元最低限度地从固定带突出，并且还消除了必须与螺母连接的螺栓。因此，组装过程方便且结构简单。
图2A和2B例示出根据本发明另一实施例的电池模块。
如图2A所示，根据本实施例的电池模块包括：包括彼此连接成一列的多个电池1的电池单元10；一对端板20，一个端板安装在电池单元10的任一端；以及固定带40，其环绕并紧密联结一对端板20和电池单元10的组件。
固定带40由在高频下被加热时膨胀并在被冷却时收缩的材料形成。该材料的示例可包括使用在布劳恩管的防爆带中的铝镀层薄钢板或镀锌薄钢板。
固定带40的长度LB在室温下等于或小于电池单元10和端板20的组件的总周长LM；然而，基于在固定带40的加热期间的膨胀，固定带的长度LB伸长了增加到长度LB上的量Lexpansion而超过电池单元10和端板20的组件的总周长LM。也就是，LB+Lexpansion≥LM＞LB，且固定带40被制造为满足这种条件。
结合单元或紧固件41连接固定带40的两端。在本实施例中，结合单元41包括螺丝扣41c和螺纹螺丝部件41a和41b。参见图2B，螺丝部件41a和41b形成在固定带40的端部，并包括面向彼此且螺纹旋向不同的螺丝。也就是，如果位于一侧的螺丝部件41a为右旋螺丝(即，顺时针螺纹)，则位于另一侧的螺丝部件41b为左旋螺丝(即，逆时针螺纹)。螺丝扣41c包括与螺丝部件41a和41b中的每一个匹配的内螺纹螺丝部分。因此，如果螺丝扣41c沿一个方向转动，则螺丝部件41a和41b同时通过螺丝扣41c相结合并联接到螺丝扣41c。
螺丝扣41c位于制备在端板20中的容纳凹槽21中，因此不会从组件显著突出。
电池单元10和端板20的组件通过使用固定带40的固定可如下执行。
首先，可通过加热膨胀并通过冷却收缩的固定带40被制备。固定带40的端部通过螺丝扣41c以及螺丝部件41a和41b而结合，由此形成闭环形式。当固定带被结合为闭环形式时，固定带40被制造为满足条件：LB+Lexpansion≥LM＞LB。
固定带40在高频下被加热并膨胀，使得其长度大于电池单元10和端板20的组件的周长，也就是，LB-＞LB+Lexpansion。
膨胀的固定带40被固定在容纳凹槽21中以与螺丝扣41c匹配，并被安装在电池单元10和端板20的组件周围。
然后，固定带40被冷却并收缩，使得其长度大致恢复到其原始长度，也就是，LB+Lexpansion-＞LB。由于固定带40的原始长度LB等于或小于电池单元10和端板20的组件的周长LM，因此施加很强的夹紧力。因此，如果电池单元10膨胀，则固定带40稳固地支撑一对端板20，使得其间没有间隙。
图3A和3B例示出根据本发明又一实施例的电池模块。
如图3A所示，根据本实施例的电池模块包括：包括彼此连接成一列的多个电池1的电池单元10；一对端板20，一个端板安装在电池单元10的任一端；以及固定带50，其环绕并紧密联结一对端板20和电池单元10的组件。
固定带50由当在高频被加热时膨胀并在冷却时收缩的材料形成。该材料的示例可包括使用在布劳恩管的防爆带中的铝镀层薄钢板或镀锌薄钢板。
固定带50在室温下的长度LB等于或小于电池单元10和端板20的组件的总周长LM；然而，固定带的长度LB通过加热伸长量Lexpansion以大于电池单元10和端板20的组件的总周长LM。也就是，LB+Lexpansion≥LM＞LB，且固定带50被制造为满足这种条件。
结合单元或紧固件51连接固定带50的两端。在本实施例中，结合单元51包括凸起和凹进(即，榫舌和凹槽)部件51a和51b以及结合销51c。参见图3B，彼此匹配的榫舌和凹槽部件51a和51b形成在固定带50的端部，榫舌部件51a位于一端，凹槽部件51b位于另一端。榫舌和凹槽部件51a和51b分别包括穿过其中的开口51a’和51b’。因此，榫舌和凹槽部件51a和51b被彼此匹配，且结合销51c被插入通过开口51a’和51b’，由此将固定带50的两端固定在一起。
电池单元10和端板20的组件通过使用固定带50的固定可如下执行。
首先，可通过加热膨胀并通过冷却收缩的固定带50被制备。固定带50的两端通过榫舌和凹槽部件51a和51b以及结合销51c结合，由此形成闭环。在固定带50被结合为闭环形式之后，固定带50被制造为满足条件：LB+Lexpansion≥LM＞LB。
固定带50在高频下被加热并膨胀，使得其长度大于电池单元10和端板20的组件的周长，也就是，LB-＞LB+Lexpansion。
膨胀的固定带50被固定在容纳凹槽21中，并被安装在电池单元10和端板20的组件周围。
然后，固定带50被冷却并收缩，使得其长度大致恢复到其原始长度，也就是，LB+Lexpansion-＞LB。由于固定带50的原始长度LB等于或小于电池单元10和端板20的组件的周长LM，因此施加很强的夹紧力。因此，如果电池单元10膨胀，则固定带50稳固地支撑一对端板20，使得其间没有间隙。
图4A和4B例示出根据本发明再一实施例的电池模块。
如图4A所示，根据本实施例的电池模块包括：包括彼此连接成一列的多个电池1的电池单元10；一对端板20，一个端板安装在电池单元10的任一端；以及固定带60，其环绕并紧密联结一对端板20和电池单元10的组件。
固定带60由在高频下被加热时膨胀并在冷却时收缩的材料形成。该材料的示例可包括使用在布劳恩管的防爆带中的铝镀层薄钢板或镀锌薄钢板。
固定带60在室温下的长度LB等于或小于电池单元10和端板20的组件的总周长LM；然而，固定带的长度LB通过加热伸长量Lexpansion以大于电池单元10和端板20的组件的总周长LM。也就是，LB+Lexpansion≥LM＞LB，且固定带60被制造为满足这种条件。
结合单元或紧固件61将固定带60的两端连接在一起。在本实施例中，结合单元61包括夹子61a和61b。参见图4B，夹子61a和61b滑动在一起以彼此锁扣，并形成在固定带60的端部。因此，如果夹子61a和61b彼此结合，则夹子61a和61b不会沿基本垂直于滑动方向(X轴方向)的拉伸方向(Y轴方向，见图4B)彼此分离。
电池单元10和端板20的组件通过使用固定带60的固定可如下执行。
首先，可通过加热膨胀并通过冷却收缩的固定带60被制备。固定带60的两端通过夹子61a和61b结合，由此形成闭环。当固定带60被结合为闭环形式时，固定带60被制造为满足条件：LB+Lexpansion≥LM＞LB。
固定带60在高频下被加热并膨胀，使得其长度大于电池单元10和端板20的组件的周长，也就是，LB-＞LB+Lexpansion。
膨胀的固定带60被固定在容纳凹槽21中，并被安装在电池单元10和端板20的组件周围。
然后，固定带60被冷却并收缩，使得其长度大致恢复到其原始长度，也就是，LB+Lexpansion-＞LB。由于固定带60的原始长度LB等于或小于电池单元10和端板20的组件的周长LM，因此施加很强的夹紧力。因此，如果电池单元10膨胀，则固定带60稳固地支撑一对端板20，使得其间没有间隙。
如上所述，根据本发明的以上实施例的一个或多个，在电池模块中，通过加热而膨胀并通过冷却而收缩的固定带沿与电池膨胀相反的方向对端板施加恢复或偏压力。因此，电池模块的组装比连接有若干螺栓和螺母的常规电池模块简单。此外，没有螺栓和螺母的部件突出到外侧，因此电池模块的体积可减小。
应该理解的是，本文所述的各示例性实施例应仅仅被视为描述性的而非限制的目的。在各个实施例中对特征和方面的描述应典型地被视为对于其他实施例中的其他类似特征或方面也可用。

Claims (18)

1.一种电池模块，包括：
包括多个电池的电池单元；
一对端板，所述一对端板的一个安装在所述电池单元的任一端；以及
固定带，环绕所述一对端板和所述电池单元，其中所述固定带包括在加热时膨胀并在冷却时收缩的材料。
2.根据权利要求1所述的电池模块，其中所述固定带包括用于将所述固定带的端部连接在一起以形成闭环的紧固件。
3.根据权利要求2所述的电池模块，其中所述紧固件为焊点。
4.根据权利要求2所述的电池模块，其中所述紧固件包括螺纹旋向相反的外螺纹部件以及与该外螺纹部件结合的螺丝扣，其中所述紧固件位于所述固定带的端部之间。
5.根据权利要求2所述的电池模块，其中所述紧固件包括彼此匹配的榫舌和凹槽以及插入通过所述榫舌和凹槽中的开口的销，其中所述紧固件位于所述固定带的端部之间。
6.根据权利要求2所述的电池模块，其中所述紧固件包括位于所述固定带的每个端部的夹子，其中所述夹子被滑动接合。
7.根据权利要求1所述的电池模块，其中所述一对端板的向外朝向的表面形成为远离所述电池单元突出的弧形。
8.根据权利要求7所述的电池模块，其中所述一对端板具有容纳凹槽，所述固定带被容纳在该容纳凹槽中。
9.根据权利要求1所述的电池模块，其中所述固定带包括如下材料，该材料使得所述固定带的长度能够通过加热而伸长，从而所述固定带的长度长于所述电池单元和所述一对端板的组件的周长，并使得所述固定带的长度能够通过冷却而缩短，从而所述固定带接触所述一对端板的每一个。
10.根据权利要求1所述的电池模块，其中所述固定带包括铝镀层薄钢板或镀锌薄钢板。
11.一种组装根据权利要求1所述的电池模块的方法，该方法包括：
热延伸所述固定带的长度，使得所述固定带的长度长于所述电池单元和所述一对端板的组件的周长；
将所述固定带安装在所述组件周围；以及
冷却所述固定带，以使所述固定带的长度缩短，使得所述固定带接触所述一对端板的每一个。
12.根据权利要求11所述的方法，其中所述固定带通过高频加热而热膨胀。
13.根据权利要求11所述的方法，其中所述固定带通过自然冷却或强制通风冷却而冷却。
14.根据权利要求11所述的方法，进一步包括将所述固定带的端部附接在一起以形成闭环。
15.根据权利要求14所述的方法，其中所述固定带的所述端部通过焊接而附接。
16.根据权利要求14所述的方法，其中所述固定带的所述端部包括螺纹旋向相反的外螺纹部件以及螺丝扣，并且其中所述固定带的所述端部通过将所述螺丝扣螺旋到所述外螺纹部件上而附接。
17.根据权利要求14所述的方法，其中所述端部的第一端具有榫舌，该榫舌带有延伸穿过其中的开口，并且所述端部的第二端具有凹槽，该凹槽带有延伸穿过其中的开口，其中所述端部通过将所述榫舌插入到所述凹槽中并将销插入所述榫舌和所述凹槽中的所述开口内而附接。
18.根据权利要求14所述的方法，其中所述固定带的所述端部中的每个均包含夹子，其中所述端部通过将所述端部的第一端的夹子滑动到所述端部的第二端的夹子中而彼此附接。
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