CN102203980A - 电池匣和包含所述电池匣的电池模块 - Google Patents

电池匣和包含所述电池匣的电池模块 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种电池匣，所述电池匣中布置有板形电池单元。所述电池匣包括一对板形框架，当电池单元的两个侧表面开放时，电池单元的两个外表面固定在所述一对框架中。接触电池单元的外表面的框架的内表面配备有用于挤压电池单元的外表面的弹性挤压部件。

Description

电池匣和包含所述电池匣的电池模块
技术领域
本发明涉及一种电池匣和一种包括所述电池匣的电池模块，并且更加具体地，涉及一种其中安装有板形电池单元的电池匣，其中所述电池匣包括一对板形框架，所述一对板形框架被构造为：以所述电池单元的相反侧面开放的状态在所述电池单元的边缘处固定所述电池单元的相反侧面，并且每一个所述框架的与所述电池单元的边缘接触设置的内侧处设有弹性挤压部件，所述弹性挤压部件被构造为挤压所述电池单元的边缘；以及一种包括安装在所述电池匣中的电池单元的电池模块。
背景技术
随着移动设备日益得到发展，以及对于这种移动设备的要求的增加，对于二次电池的要求也急剧地增加。在这种二次电池中存在锂二次电池，锂二次电池具有高的能量密度和操作电压以及优良的保存和使用寿命特性，锂二次电池已经被广泛用作用于各种电子产品的能量来源并用于移动设备。
基于其外部结构和内部结构，二次电池通常被分类成柱形电池、棱形电池和袋形电池。特别地，能够被以高集成度堆叠并且具有小的宽度与长度比率的棱形电池和袋形电池已经吸引了相当大的注意。
而且，作为用于为了解决例如使用化石燃料的现有汽油和柴油车辆引起的空气污染问题而研制的电动车辆和混合动力电动车辆的能量来源，二次电池已经吸引了相当大的注意。结果，二次电池由于其优点正被应用于越来越多的用途，并且在将来，预期二次电池将被应用于更多的用途和产品。
随着能够应用二次电池的用途和产品增加，电池的种类也得以增加，使得电池能够提供相应于各种应用和产品的功率和容量。另外，在减小被应用于相应的用途和产品的电池的尺寸和重量方面，存在强烈的需要。
例如，小型移动设备，如移动电话、个人数字助理(PDA)、数字照相机和膝上型计算机，根据相应的产品的尺寸和重量的降低，为每一个设备使用一个或者几个小型轻质的电池单元。在另一方面，因为对于中型或者大型设备例如电动自行车和混合动力电动车辆而言，高功率和大容量是有必要的，所以中型或者大型设备使用具有相互电连接的多个电池单元的电池模块(还可以被称作“中型或者大型电池组”)。电池模块的尺寸和重量直接地与相应的中型或者大型设备的容纳空间和功率有关。因此，制造商正在试图制造小型、轻质的电池模块。
同时，当以电池单元堆叠的状态相互连接电池单元从而增加电池模块的容量时，从电池单元散热变得重要。对于锂二次电池，在锂二次电池的充电和放电期间从锂二次电池产生热量。如果热量未被有效地从锂二次电池去除，则热量在各锂二次电池中积聚，从而导致锂二次电池退化，并且锂二次电池的安全性大大地降低。具体来说，对于要求高速充电和放电特性的电池，如在用于电动车辆和混合动力电动车辆的电源中，当电池瞬时提供高功率时，从电池产生了大量的热量。
而且，被广泛地用作每一个电池模块的单元电池的袋形电池单元被构造为具有以下结构：其中电极组件被安装在由层叠片形成的袋形电池壳中，并且在加热电池壳的边缘时，电池壳的边缘通过施加压力而被热焊接到电池壳的边缘。然而，这种电池单元结构的安全性较低。特别是，袋形电池单元的密封力是基于被热焊接的电池壳的边缘的联接力而决定的。当由于电池单元的长期使用或者电池单元的异常操作引起电池单元退化而在电池单元中产生高压时，电池壳的被热焊接的边缘变宽，结果气体和电解质可能从电池单元泄漏。因为电解质包含可燃材料，所以电池单元可能容易着火。
另外，构成电池壳的层叠片与金属容器相比具有更低的机械强度。而且，每一个层叠片均具有在其表面上涂覆的、呈现低导热率的聚合物材料，结果难以有效地降低电池单元的总体温度。
在这个问题方面，例如，日本专利申请公报No.2004-031281公开了一种电极堆叠式电池冷却结构，其被构造为具有以下结构：其中，一对层叠膜设置在电极组件的相反侧面，每一个层叠膜均包括金属层和树脂层，所述电极组件通过以将隔板设置在阴极和阳极之间的状态堆叠阴极和阳极而制造，并且层叠膜的边缘以紧密接触方式固定到彼此，其中一对推压部件推压电极堆叠式电池的相反侧面，所述推压部件比电极堆叠式电池的边缘更加向外突出，所述推压部件的突出区域用作使从电极堆叠式电池产生的热量散热的散热部件。
然而，上述技术具有以下问题：必须以复杂的结构制造电池单元壳并且将所制造的电池单元壳安装到电池中，这是麻烦的。另外，电池单元可能露到水或者空气中，结果电池单元可能受到损坏。而且，上述技术被限制为以下结构：其中在堆叠电池以制造电池模块时应用空气冷却式冷却翼片，结果难以使基础电池模块标准化。
电池壳片通过热焊接而被密封，每一个电池壳片均由包括外部覆盖层、金属阻断层和内部密封剂层的层叠结构而构造。然而，层叠片的端部(切割边缘)被露到外侧。结果，由于被露出的金属阻断层，电池单元的绝缘电阻可能被降低，或者外部湿气和空气可以通过密封部分渗透电池。
金属阻断层从层叠片的露出或者露出的金属阻断层到电池的其它区域的电连接可以被称作绝缘电阻破坏(或者退化)。绝缘电阻的退化降低了电池的安全性和使用寿命特性，这不是优选的。而且，通过从层叠片的端部露出的密封部分被引入电池中的湿气与电池的电解质反应，结果产生了气体并且加速了电池的退化，降低了电池的安全性和使用寿命特性，这也不是优选的。
因此，能够基本上解决上述问题的技术是非常必要的。
发明内容
技术问题
因此，作出本发明以解决以上问题和尚待解决的其它技术问题。
具体地，本发明的一个目的在于提供一种电池匣，所述电池匣被构造为：以电池单元的侧面开放的状态将电池单元的边缘由板形框架固定，并且弹性挤压部件安装在框架的内侧处，由此使得即使当在电池单元中产生高压时，也能够在呈现高的散热效率并且维持密封力时稳定地安装具有低的机械强度的电池单元。
本发明的另一个目的在于提供一种电池匣，所述电池匣被构造为在维持绝缘电阻时防止外部湿气渗透电池单元，由此改进电池单元的安全性和使用寿命特性。
本发明进一步的目的在于提供一种电池模块，各种散热结构能够被应用于所述电池模块。
技术方案
根据本发明的一个方面，能够通过提供一种电池匣实现以上和其它目的，所述电池匣中安装有板形电池单元，其中所述电池匣包括一对板形框架，所述一对板形框架被构造为：以所述电池单元的相反侧面开放的状态在所述电池单元的边缘处固定所述电池单元的相反侧面，并且每一个所述框架的与所述电池单元的边缘接触设置的内侧处设有弹性挤压部件，所述弹性挤压部件被构造为挤压所述电池单元的边缘。
因此，在根据本发明的电池匣中，仅仅电池单元的边缘由板形框架固定，由此通过电池单元的露出侧面实现了有效的散热。因此，可以在最大地抑制使用电池匣的电池模块的尺寸增加时，增加电池模块的机械强度。另外，电池单元的边缘有效地由安装在各框架的内侧处的弹性挤压部件挤压以可靠地维持密封状态，由此防止由于电池单元的内部状况例如在电池单元中产生的高压以及电池单元的外部状况例如高温和高湿，而解除电池单元的密封状态。
所述电池单元基本上被以板的形状构造。然而，所述电池单元的结构不被特别地限制，只要电池单元的边缘能够被框架固定。在此结构中，电池单元可以包括在所述电池单元的边缘的至少一部分处形成的密封部分，并且所述弹性挤压部件可以在对应于至少所述密封部分的位置处安装在每一个所述框架上。
优选地，所述电池单元包括通过热焊接在整个所述边缘处形成的密封部分，并且所述弹性挤压部件以闭合矩形的形状被安装在每一个所述框架上，以使弹性挤压部件能够对应于被热焊接的密封部分。
因此，较弱的边缘密封部分由安装在各框架的内侧处的弹性挤压部件有效地挤压，由此在各种状况或者情况下维持高密封性。而且，所述弹性挤压部件增加了电池单元到各框架的固定力。因此，不需要使用另外的部件固定电池单元。
例如，所述电池单元可以具有被安装在由层叠片形成的电池壳中的电极组件，并且所述层叠片可以被热焊接以使电池单元的边缘得以密封。
每一个层叠片均可以是包括树脂层和金属层的堆叠式片。例如，每一个层叠片均可以是包括外部覆盖层、金属阻断层和内部密封剂层的金属层叠片。所述外部覆盖层可以由呈现高耐久性的材料制成。优选地，所述外部覆盖层由聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)树脂或者尼龙树脂制成。所述金属阻断层可以由呈现湿气和空气阻断性质的材料制成。优选地，所述金属阻断层由铝制成。所述内部密封剂层可以由对于电解质不起作用并且能够在预定温度范围被热焊接的材料制成。优选地，所述内部密封剂层由流延聚丙烯制成。
通常，在板形框架之间安装一个电池单元。然而，根据情况，可以在板形框架之间安装两个或者更多个电池单元。
用于在框架的内侧处安装的弹性挤压部件的材料不受特别地限制，只要当弹性挤压部件被挤压时，弹性挤压部件呈现高的弹性挤压力。优选地，每一个弹性挤压部件均由弹性聚合树脂形成。这种聚合树脂可以是能够呈现高弹性力的材料或者可以具有能够呈现高弹性力的结构或者形状。前者的代表性示例可以是橡胶，并且后者的代表性示例可以是泡沫聚合树脂。
弹性挤压部件可以通过各种方式安装在各框架上。优选地，每一个所述框架的内侧处设有凹槽，在所述凹槽中安装所述弹性挤压部件，以使弹性挤压部件能够被更加有效率地安装在各框架上。
每一个弹性挤压部件的长度可以基本等于或者大于用于覆盖边缘的密封部分的长度，即密封部分的长度。在另一方面，每一个弹性挤压部件可以具有等于每一个框架的宽度的10％到80％的宽度。如与每一个框架的宽度相比，如果每一个弹性挤压部件的宽度太小，则通过将弹性挤压部件安装到框架而获得的效果可能未被表现。在另一方面，如与每一个框架的宽度相比，如果每一个弹性挤压部件的宽度太大，则当弹性挤压部件被挤压时弹性变形的弹性挤压部件可能挤压电极组件接收部或者可能从框架突出，这不是优选的。当然，因此，除非引起以上问题，每一个弹性挤压部件的宽度均可以超过以上限定范围。
在优选示例中，每一个所述弹性挤压部件的宽度被设定成使得所述密封部分的端部由所述弹性挤压部件相对于外侧密封，即不露到外侧。
在此结构中，当电池壳由金属层叠片形成时，如在前所描述的，每一个金属层叠片均包括外部覆盖层、金属阻断层和内部密封剂层，密封部分即金属层叠片的端部位于一个框架的弹性挤压部件和另一个框架的弹性挤压部件之间。因此，可以防止绝缘电阻退化或者破坏，并且防止外部湿气通过密封部分的露出端部渗透电池，由此改进电池的安全性和使用寿命特性。
根据情况，每一个框架的外侧处还可以设有弹性挤压部件。在散热部件设置在电池匣之间的状态中、在每一个电池匣中均安装电池单元的多个电池匣被堆叠的情形中，在框架的外侧处安装的弹性挤压部件增加了电池匣堆叠的结构稳定性，另外，使得散热部件能够有效地固定到电池匣堆叠。
每一个框架均可以具有一个或者多个联接通孔，以使在框架之间的联接或者在匣之间的联接得以容易地执行。预定的联接部件可以通过联接通孔而被插入，以将框架相互联接或者将堆叠的匣相互联接。
框架可以由各种材料制成。优选地，框架由绝缘性材料或者在其上执行了绝缘性表面处理的材料制成。前者的代表性示例可以是塑料树脂，后者的代表性示例可以是其表面上涂覆有绝缘性材料的金属材料。然而，用于框架的材料不限于以上材料。
同时，在根据使用目的而需要具有高功率和/或大容量的电池模块的情形中，需要提供多个电池单元被堆叠的结构。因此，根据本发明的另一个方面，提供了一种通过堆叠两个或者更多个电池匣而形成的电池模块。
在以上结构中，如在前所描述的，电池匣具有联接通孔，联接部件通过所述联接通孔而被插入以将所述堆叠的电池匣相互联接。因此，可以容易地将电池匣相互联接。
而且，构成电池组的电池模块要求较高的散热性质以确保安全性。因此，根据本发明的电池模块可以进一步包括设置在电池匣之间的散热部件，由此实现电池单元的有效散热。
散热部件可以被以板的形状形成，并且散热部件的至少一部分可以从堆叠的电池匣向外露出。即，散热部件的部分从电池匣堆叠向外露出，结果由电池单元产生的热量传递到设置在电池匣之间的散热部件，并且通过散热部件的从电池匣堆叠向外露出的部分而被有效地去除。散热部件的设置在堆叠的电池匣之间的部分可以具有用于完全地覆盖在电池匣之间的界面的尺寸。作为选择，散热部件的设置在各电池匣之间的部分可以具有用于部分地覆盖在各电池匣之间的界面的尺寸。
散热部件的结构不受特别地限制，只要以散热部件的一部分从电池匣向外露出的状态，将散热部件设置在各电池匣之间。例如，散热部件可以是空气冷却式冷却翼片或者水冷却式冷却板。因此，根据本发明的电池模块可以根据需要而被以空气冷却结构或者水冷却结构构造。
在弹性挤压部件安装到构成电池匣的框架的外侧的情形中，设置在电池匣之间的散热部件有效地由弹性挤压部件固定。
根据本发明的电池模块优选地用作用于要求高功率和大容量并且各种外力例如振动和冲击被施加的设备的电源，例如，用作用于电动车辆、混合动力电动车辆或者插塞式混合动力电动车辆的电源。
附图说明
根据以下与附图相结合的详细说明，将会更加清楚地理解本发明的以上和其它目的、特征和其它优点，在附图中：
图1是典型示出根据本发明的一个实施例的电池匣的平面视图；
图2是典型示出根据本发明的一个实施例的板形框架的内侧的平面视图；
图3是典型示出板形电池单元的平面视图；
图4是典型示出根据本发明的一个实施例的板形框架和电池单元的平面视图；
图5是示出电池模块的透视图，所述电池模块被构造成使得散热部件分别设置在电池匣之间，电池匣之一在图1中示出；以及
图6是示出通过堆叠多个电池匣而制造的电池模块的透视图，电池匣之一在图4中示出。
具体实施方式
现在，将参考附图详细描述本发明的示例性实施例。然而，应该指出本发明的范围不受所示出的实施例限制。
图1是典型示出根据本发明的一个实施例的电池匣的平面视图。
参考图1，电池匣100中安装有板形电池单元300，并且电池单元300的电极端子330和340从电池匣100向外突出。
电池匣100包括一对板形框架200和200’，所述一对板形框架200和200’被构造为以电池单元300的相反侧面开放的状态在电池单元300的边缘处固定电池单元300的相反侧面。
各框架200和200’的外侧处设有弹性挤压部件210，弹性挤压部件210沿着各框架200和200’的纵向方向延伸，以使弹性挤压部件210相互平行。而且，各框架200和200’的内侧处设有被构造为挤压电池单元300的边缘的弹性挤压部件(未示出)，其将在下面参考图2详细地描述。
各框架200和200’的角部处设有联接通孔251、252、253和254。
图2是典型示出根据本发明的一个实施例的板形框架的内侧的平面视图。
参考图2，板形框架200的内侧处设有以闭合矩形的形状形成的弹性挤压部件220。
弹性挤压部件220安装在凹槽230中，凹槽230在框架200处形成。
在电池单元安装在框架200和200’之间的状态中，当框架200和200’(见图1)被相互挤压时，弹性挤压部件220可以向电池单元的边缘施加弹性挤压力。
弹性挤压部件220的宽度小于框架200的宽度W。优选地，弹性挤压部件220的宽度被设定成使得电池单元的层叠片310(见图3)的端部由弹性挤压部件220相对于外侧密封。因为层叠片310(见图3)的端部未被露到外侧，所以可以防止绝缘电阻退化或者破坏，并且防止外部湿气通过层叠片的端部渗透电池单元。
图3是典型示出板形电池单元的平面视图。
参考图3，电池单元300具有安装在由层叠片310形成的电池壳中的电极组件(未示出)。通过热焊接层叠片310形成的密封部分320位于电池单元300的边缘上。
电池单元300的每一个层叠片310均包括外部覆盖层311、金属阻断层312和内部密封剂层313。在电极组件(未示出)置于层叠片310之间的状态中，层叠片310的边缘被热焊接以制造电池单元。为了易于理解，图3的点线圆的放大视图示出在热焊接之前的层叠片之一的截面形状。
电连接到电极组件(未示出)的电极端子330和340从由层叠片310形成的电池壳的上端和下端向外突出。
图4是典型示出根据本发明的一个实施例的板形框架和电池单元的平面视图。
一起参考图4与图1，弹性挤压部件220安装在与电池单元300的密封部分310接触设置的框架200的内侧处。即，弹性挤压部件220在对应于在电池单元300的整个边缘处设置的密封部分310的位置处安装在框架200上。因此，在组装过程期间，弹性挤压部件220与电池单元300的密封部分310形成接触。结果，形成在电池单元300的边缘处的密封部分310与设置在框架200的内侧处的弹性挤压部件220形成紧密接触，由此实现稳定安装的状态并且使密封部分310的可密封性最大。
图5是示出电池模块400的透视图，电池模块400被构造成使得散热部件500分别设置在电池匣100之间，电池匣100之一在图1中示出。
参考图5，每一个散热部件500均被以板的形状形成。每一个散热部件500均可以利用空气冷却式冷却翼片实现。散热部件500设置在各电池匣100之间。散热部件500可以设置在各电池匣100之间的全部的界面处。作为选择，散热部件500可以设置在各电池匣100之间的界面中的部分处。
通过以散热部件500设置在各电池匣100之间的状态堆叠电池匣100，并且将联接部件451、452、453和454通过在各电池匣100处形成的联接通孔(未示出)插入，来制造电池模块400。
在各电池匣100的框架200的外侧处安装的弹性挤压部件210有助于散热部件500稳定安装并且固定到相应的框架200。
图6是典型示出通过堆叠多个电池匣制造的电池模块的透视图，电池匣之一在图4中示出。
每一个散热部件500均被部分地从相应的电池匣向外露出，结果在电池单元300的充电和放电期间从电池单元300产生的热量被传递到设置在各电池匣100之间的散热部件500，并且然后被排放到外侧，由此实现高的散热效率。
工业适用性
如根据以上说明所清楚的是，根据本发明的电池匣被构造为：以电池单元的侧面开放的状态将电池单元的边缘由板形框架固定，并且弹性挤压部件安装在框架的内侧处，由此使得即使当在电池单元中产生高压时，也能够在呈现高的散热效率并且维持密封力时稳定地安装具有低的机械强度的电池单元。
而且，构成电池壳的层叠片的端部由弹性挤压部件相对于外侧密封。因此，可以在维持绝缘电阻时防止外部湿气渗透电池单元，由此改进电池单元的安全性和使用寿命特性。
另外，电池模块被构造为具有以下结构：其中散热部件分别设置在电池匣之间。因此，可以将各种冷却结构应用于电池模块。而且，可以制造基本紧凑的并且能够灵活地改变设计的电池模块。
虽然已经为了说明目的公开了本发明的示例性实施例，但是本领域技术人员可以理解，在不偏离如在所附权利要求中所公开的本发明的范围和精神的情况下，各种变型、添加和替代是可能的。

Claims (18)

1.一种电池匣，所述电池匣中安装有板形电池单元，其中所述电池匣包括一对板形框架，所述一对板形框架被构造为：以所述电池单元的相反侧面开放的状态在所述电池单元的边缘处固定所述电池单元的相反侧面，并且每一个所述框架的与所述电池单元的边缘接触设置的内侧处设有弹性挤压部件，所述弹性挤压部件被构造为挤压所述电池单元的边缘。
2.根据权利要求1的电池匣，其中所述电池单元包括在所述电池单元的边缘的至少一部分处形成的密封部分，并且所述弹性挤压部件在对应于所述密封部分的位置处安装在每一个所述框架上。
3.根据权利要求2的电池匣，其中所述电池单元包括通过热焊接在整个所述边缘处形成的密封部分，并且所述弹性挤压部件以闭合矩形的形状安装在每一个所述框架上。
4.根据权利要求1的电池匣，其中所述电池单元具有安装在由层叠片形成的电池壳中的电极组件，并且所述层叠片被热焊接以使所述电池单元的边缘得以密封。
5.根据权利要求4的电池匣，其中每一个所述层叠片均是包括外部覆盖层、金属阻断层和内部密封剂层的金属层叠片。
6.根据权利要求1的电池匣，其中所述弹性挤压部件由聚合树脂制成，当所述弹性挤压部件被挤压时，所述聚合树脂呈现高的弹性挤压力。
7.根据权利要求6的电池匣，其中所述弹性挤压部件由橡胶制成。
8.根据权利要求1的电池匣，其中每一个所述框架的内侧处设有凹槽，在所述凹槽中安装所述弹性挤压部件。
9.根据权利要求1的电池匣，其中所述弹性挤压部件具有等于每一个所述框架的宽度的10％到80％的宽度。
10.根据权利要求2的电池匣，其中所述弹性挤压部件的宽度被设定成使得所述密封部分的端部由所述弹性挤压部件相对于外侧密封。
11.根据权利要求1的电池匣，其中每一个所述框架的外侧处设有弹性挤压部件。
12.根据权利要求1的电池匣，其中每一个所述框架均具有一个或者多个联接通孔。
13.一种通过堆叠两个或者更多个根据权利要求1到12中任一项的电池匣而形成的电池模块。
14.根据权利要求13的电池模块，其中所述电池匣具有联接通孔，联接部件通过所述联接通孔而被插入以将堆叠的电池匣相互联接。
15.根据权利要求13的电池模块，还包括设置在所述电池匣之间的散热部件。
16.根据权利要求15的电池模块，其中所述散热部件以板的形状形成，并且所述散热部件的至少一部分从堆叠的电池匣向外露出。
17.根据权利要求16的电池模块，其中所述散热部件是空气冷却式冷却翼片或者水冷却式冷却板。
18.根据权利要求13的电池模块，其中所述电池模块用作用于电动车辆、混合动力电动车辆或者插塞式混合动力电动车辆的电源。
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