CN102593387A - 储能模块及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种储能模块及其制造方法。该储能模块通过将多个电池单元相互连接而形成，所述多个电池单元中的每一个通过将两个单元电池相互连接并将相互连接的单元电池设置在容纳件中而形成。该储能模块具有被包括在容纳件中的与电极突出部接触的上板和下板中的导电涂层，以在电池模块的制造过程中通过汇流条将导电涂层相互连接，而不是通过进行多次焊接的方法将导电涂层相互连接，从而可以更牢固地耦接电池模块。此外，可以根据需要灵活地形成电池模块，并且在电池模块的实际驱动过程中有效地散发所述电池模块内产生的热量。

Description

储能模块及其制造方法
相关申请的交叉引用
根据35U.S.C§19，本申请要求于2011年1月13日提交的题为“储能模块及其制造方法”的韩国专利申请10-2011-0003514的优先权，该申请全文结合于本申请中作为参考。
技术领域
本发明涉及储能模块及其制造方法。
背景技术
作为一种可再次充电的储能装置，二次电池近年来已经广泛地用作无线移动设备的能量源。此外，二次电池已经主要用作电动车(EV)、混合电动车(HEV)等的动力源，这种车已经被建议作为解决使用化石燃料的现有汽油车、柴油车等的空气污染问题的方案。
在小型移动设备中，每一个设备使用一个或多个电池组(batterycell)。相对照，由于高输出和大容量的需要，中型和大型设备(例如车辆等)使用多个电池组相互电连接的中型和大型电池模块。
这种中型和大型电池模块一般由相互串联连接的多个电池组构成。二次电池被制造成具有多种形状，例如圆柱形或方形。每个电池组配置成包括：电极组件，所述电极组件中设置有正电极和负电极，在所述正电极和负电极之间具有隔片；壳体，含有空间，所述空间中嵌入有电极组件；盖组件，所述盖组件被耦接至壳体以封闭所述壳体；以及正电极突出部和负电极突出部，所述正电极突出部和负电极突出部向盖组件突出且电连接至包括在电极组件中的正电极板和负电极板的集电器。
在方形电池的每个电池组的壳体中，每个单元电池交替地布置成，使得向盖组件的上部突出的正电极突出部和负电极突出部与相邻的单元电池的正电极突出部和负电极突出部交替，并且一导体连接在穿过螺母螺旋拧入的负电极突出部和正电极突出部之间，从而形成电池模块。
此处，几个到几十个电池组相互连接，从而形成单个电池模块。由于电池模块的体积的增大，使用电池模块的外部设备的体积也增大，因此造成设计上的限制。尤其是，当二次电池模块被用作用于驱动电动吸尘器、电动小型摩托车或汽车(电动车或混合动力车)的发动机的大容量二次电池时，电池模块的安装空间很窄小，因此存在最小化电池模块的体积的需要。
由于电池模块的尺寸和重量与相应的中型和大型设备等的容纳空间、输出等直接相关，所以制造商们正努力制造尽可能小而轻的电池模块。
此外，由于在电池组的工作过程中每个电池组内产生大量的热，由多个电池组构成的电池模块应当能够容易地散发所产生的热。因此，根据现有技术，为了散发电池模块内的热，已经使用了一些方法，例如，安装通道(经过该通道，制冷剂可在每个单元电池之间流通)或将每个电池组保持在预定间隔处等的方法。然而，仍然存在难以规则地布置和相互连接多个电池组的问题。
此外，对于承受来自外部的很多撞击、震动等的设备，例如电动自行车、电动车等，由于构成电池模块的各元件之间的电互连状态和物理耦接状态应当是稳定的，并且应当使用多个电池来实现高输出和大容量，所以稳定性也变得很重要。
因此，为了获得具有高输出和大容量的电源，对于以下技术存在相当大的需求：构成中型和大型电池模块的多个电池组有效地相互连接，从而能够使中型和大型电池模块的体积最小化同时保持其稳定性。
发明内容
本发明的一个目的在于提供一种储能模块，在所述储能模块中多个电池组有效地相互连接，从而改进散热效果。
本发明的另一个目的在于提供一种用于制造储能模块的方法。
根据本发明的示例性实施方式，提供一种通过将多个电池单元相互连接而形成的储能模块，所述多个电池单元中的每一个通过将两个单元电池相互连接并将相互连接的单元电池设置在一容纳件内而形成。
所述容纳件可包括上板和下板，并且所述上板和下板可包括在与电池单元的突出部接触的部分处形成的导电涂层。
所述导电涂层可通过镀敷导电金属而形成。
所述导电涂层可通过压缩(compressing)导电金属而形成。
所述容纳件可包括用于将单元电池的电极组件容纳于其中的筐部(basket)。
所述筐部可形成为具有比每个单元电池的壳体的高度低的高度。
在与多个电池单元的突出部接触的部分处形成的导电涂层可通过汇流条(bus bar)相互连接。
每个电池单元可包括冷却装置。
所述冷却装置可被包括在每个电池单元的上部或下部内。
根据本发明的另一示例性实施方式，提供一种用于制造储能模块的方法，该方法包括：相互连接两个单元电池；在一容纳件的上板和下板的接触部分处形成导电涂层；将相互连接的单元电池设置在容纳件中以制造电池单元；相互连接多个电池单元；以及通过汇流条相互连接在与多个电池单元的突出部接触的部分处形成的导电涂层。
所述导电涂层可形成在与电池单元的突出部接触的部分处。
该方法可进一步包括将冷却装置附接至电池单元。
附图说明
图1是示出根据本发明的示例性实施方式的通过相互连接单元电池来制造电池单元的过程的示图；
图2是示出根据本发明的示例性实施方式的用于制造电池模块的过程的示图；以及
图3是示出包括热辐射板的电池模块的实例的示图。
具体实施方式
在本说明书中使用的术语用于解释实施方式而不是限制本发明。相反除非明确说明，在说明书中单数形式包括复数形式。词语“包括(comprise)”及其变型，例如“包含(comprises)”或“含有(comprising)”将被理解成包含所述的构成、步骤、操作和/或元件，但不排除包括任何其它的构成、步骤、操作和/或元件。
此外，在下面的附图中，为了便于说明和清楚，将扩大每层的厚度或尺寸，并且相似的附图标记将代表相同的部件。如同本说明书中所使用的，术语“和/或”包括枚举的事物中的任何一个或至少一个组合。
在本说明书中，尽管使用例如第一、第二等的术语来说明各种构件、部件、区域、层和/或其部分，但这些构件、部件、区域、层和/或其部分不限于这些术语。这些术语仅用于将一个构件、部件、区域、层或其部分与另一个构件、部件、区域、层或其部分区分开。因此，下面描述的第一构件、第一部件、第一区域、第一层或其部分可以表示第二构件、第二部件、第二区域、第二层或其部分。
本发明涉及通过将多个电池组相互连接而形成的储能模块以及制造所述储能模块的方法。根据本发明的示例性实施方式的储能模块通过将多个电池单元相互连接而形成，在所述多个电池单元中，两个单元电池相互连接并位于一容纳件中。
每个单元电池具有这样一种结构，在该结构中，具有正电极、负电极、设置在正电极和负电极之间的隔片的电极组件被设置在一外壳中，并且与电极组件的正电极和负电极的集电器电连接的正电极突出部和负电极突出部暴露于外壳的外部。
所述外壳优选地是袋(pouch)形聚合物壳体，并且构成每个单元电池的正电极、负电极和隔片没有具体限制。然而，在不同的方向中形成正电极突出部和负电极突出部。
每个都如上所述形成的两个单元电池相互连接，从而形成单个电池单元。两个单元电池优选地串联地相互连接。在三个或更多个电池相互连接的情况中，难以形成所述电池模块。
通过相互连接两个单元电池而形成的电池单元设置在具有与单元电池的形状相似的形状的容纳件中。所述容纳件包括上板和下板，并且还包括具有预定形状的筐部，使得每个单元电池可容纳在容纳件中。
所述筐部优选地形成为具有比每个单元电池的厚度低的高度。这是因为容纳件包括上板和下板并且当上板和下板固定时压力被施加至每个单元电池，使得当筐部形成为具有比每个单元电池的厚度低的高度时，形成一空间，在所述空间中每个单元电池可被部分地压缩。
此外，容纳件的上板和下板包括在与电池单元的正电极突出部和负电极突出部接触的两部分处形成的导电涂层。根据本发明的示例性实施方式，所述导电涂层可通过镀敷导电金属而形成。根据本发明的另一个示例性实施方式，所述导电涂层可通过压缩导电金属而形成。
此处，所使用的导电金属可以是选自由Ni、Au、Ag、Cu、Zn、Cr、Al、Co、Sn、Pt和Pd构成的组中的至少一种；然而，不限于此。
所述导电涂层优选地具有100μm或更大的厚度；然而，它优选地具有与每个电极的正电极突出部和负电极突出部的尺寸对应的尺寸。
如上所述，将两个单元电池相互连接并设置在容纳件中，并且接着固定容纳件的上板和下板，从而完成电池单元。容纳件的上板和下板可通过热熔方法固定；然而，固定容纳件的上板和下板的方法不具体限制于所述热熔方法。
将多个完成的电池单元相互连接，从而能够形成一个储能模块。完成的电池单元可根据其用途而串联或并联地相互连接。
多个电池单元串联或并联地设置，同时它们之间隔开预定的间隔，并且然后通过汇流条相互连接在与电池单元的突出部接触的部分处形成的导电涂层。
当每个电池单元的突出部通过汇流条相互连接时，它们可以Z字形相互连接。换言之，由于每个电池单元的突出部形成在两侧，所以第一电池单元和第二电池单元通过在一侧的单个汇流条相互连接，并且第二电池单元和第三电池单元通过在另一侧的单个汇流条相互连接。
此外，每个电池单元可包括形成在其上部或下部的冷却装置。所述冷却装置有效地散发电池内所产生的热量。每个电池单元可进一步包括具有高导热率的热辐射板，例如散热器。可将多个热辐射板附接至每个电池单元的上部和下部。
在下文中，将描述根据本发明的示例性实施方式的用于制造储能模块的方法。根据本发明的示例性实施方式的用于制造储能模块的方法可包括：相互连接两个单元电池；在容纳件的上板和下板的接触部分处形成导电涂层；将相互连接的单元电池设置在容纳件中以制造电池单元；相互连接多个电池单元；以及通过汇流条相互连接在与多个电池单元的突出部接触的部分处形成的导电涂层。
所述导电涂层可形成在与电池单元的突出部接触的部分处。
根据本发明的示例性实施方式的用于制造储能模块的方法可进一步包括将冷却装置附接至电池单元。
在根据本发明的示例性实施方式的储能模块中，两个单元电池形成一个单元，从而能够灵活地设计电池模块以及中型和大型电池组。此外，通过进行机械汇流条相互连接，而不是根据现有技术那样通过执行多次焊接的方法进行相互连接，可稳固地设计弱抗震的电池模块和电池组。
在下文中，为了帮助理解本发明，将详细描述根据本发明的示例性实施方式的用于制造储能模块的过程。为了向本领域技术人员更全面地解释本发明，提供本发明的实例。下面的实例可以以多种不同的形式修改，并不限制本发明的范围。相反，提供这些实例是为了使本公开更详尽和完整，并将本发明的构思完整地传达给本领域技术人员。
图1示出了根据本发明的示例性实施方式的用于制造电池组的过程。下面将参照图1详细描述根据本发明的示例性实施方式的用于制造电池组的过程。
首先，将两个电池组10a和10b串联地相互连接。每个电池组10a和10b以包括正电极、隔片和负电极的电极组件11a和11b被袋形壳体12a和12b封装(package)的状态形成。此外，从每个电极的集电器延伸的每个正电极突出部和负电极突出部13a和13b暴露于袋形壳体12a和12b的外部。
此外，将串联地相互连接的电池组插入到具有与电池组的形状相似的形状的容纳件14中。容纳件14包括用于将每个电池组10a和10b设置在其中的筐部15a和15b。而且，容纳件14由上板16和筐部15a和15b嵌入其中的下板17构成。
筐部15a和15b优选地形成为具有比每个电池组10a和10b的高度低的高度，从而当容纳件14的上板16和下板17被热粘合时灵活地应对施加至每个电池组10a和10b的压力。
此外，导电涂层18a、18b、18c和18d优选地形成在容纳件14的上板16和下板17的与每个电极突出部接触的部分处。可通过镀敷或压缩导电金属来形成导电涂层18a、18b、18c和18d。所述导电涂层具有与每个电极突出部的尺寸对应的尺寸并且具有100μm或更大的厚度。
然后，将相互连接的电池组设置在容纳件14中，并将上板16和下板17热粘合和固定，从而制造单个电池单元20。在这种情况中，每个都形成在容纳件14的上板16和下板17上的导电涂层18a和18c彼此接触，并且每个都形成在容纳件14的上板16和下板17上的导电涂层18b和18d彼此接触。
然后，如图2中所示，将多个电池单元20相互连接，从而可以形成模块。首先，将每个完成的电池单元20a、20b和20c串联或并联地布置，同时隔开预定的间隔。然后，通过汇流条21a和21b将形成在每个电池单元中的导电涂层18相互连接而将每个电池单元20a、20b和20c相互连接，从而可以完成所述模块。
每个电池单元可通过汇流条21a和21b在其相对的两侧处以Z字形形交替地相互连接。换言之，如图2中所示，第一电池单元20a和第二电池单元20b可通过在其一侧上的第一汇流条21a相互连接，第二电池单元20b和第三电池单元20c可通过在其另一侧上的汇流条21b相互连接，并且第三电池单元20c和第四电池单元(未示出)可通过一侧(在该侧上，第一电池单元20a和第二电池单元20b通过汇流条21a相互连接)上的第三汇流条21c相互连接。
如上所述，根据本发明的示例性实施方式，电池单元通过作为机械相互连接机构的汇流条相互连接，从而与根据现有技术的通过焊接方法进行的相互连接相比，可以更牢固地形成所述模块。因此，承受来自外部的很多撞击、震动等的设备可满足构成电池模块的各元件之间的电互连状态和物理耦接状态应当是稳定的条件，从而在使用多个电池来实现高输出和大容量的储能稳定性方面可以实现重要的作用。
此外，将多个电池组(每个电池组均通过将两个单元电池相互连接并将相互连接的两个单元电池设置在容纳件中而形成)相互连接来制造储能模块，从而可以根据所需的用途来灵活地设计模块。
根据本发明的示例性实施方式，如图3中所示，每个电池单元20可进一步包括形成在其上部或下部上的热辐射板22，例如散热器。热辐射板22优选地由具有高导热率的材料制成，以便有效地传送电池内所产生的热量。此外，热辐射板22还可以复数形式形成在每个电池单元20中。由于所有的储能模块在其充电和放电过程中都产生热量，并且由于热导致的劣化可能使储能装置不能发挥其性能，但根据本发明的示例性实施方式的储能模块有效地解决了热量产生的问题，从而可以提高稳定性。
根据本发明的示例性实施方式的储能模块可用于电动工具、电动车(包括电动车(EV)、混合电动车(HEV)、插电式混合电动车(PHEV))、包括电动自行车和电动小型摩托车的电动双轮车、电动高尔夫球车、以及从运动的电动机接收电能的类似装置中；然而，其使用范围不限于此。
根据本发明的示例性实施方式，多个电池单元(其中，两个电池组预先设置在一容纳件中)相互连接以形成电池模块，从而在不允许电池组彼此直接接触的条件下可以有效地形成所述模块。
此外，导电涂层被包括在容纳件中的与电极突出部接触的上板和下板中，以在电池模块的制造过程中通过汇流条将导电涂层相互连接，而不是通过进行多次焊接的方法将导电涂层相互连接，从而可以更牢固地耦接电池模块。
根据本发明的示例性实施方式，通过将两个电池组相互连接而形成的多个电池组相互连接，以制造电池模块，从而可以根据需要灵活地形成电池模块，并且在电池模块的实际驱动过程中有效地散发所述电池模块内产生的热量。
尽管为了说明性目的已经公开了本发明的优选实施方式，但本领域技术人员将理解在不脱离如所附权利要求中所述的本发明的范围和精神的条件下，各种修改、增补和替换是可行的。因此，也应当理解这些修改、增补和替换落在本发明的范围内。

Claims (12)

1.一种储能模块，所述储能模块通过将多个电池单元相互连接而形成，所述多个电池单元中的每一个通过将两个单元电池相互连接并将相互连接的单元电池设置在一容纳件内而形成。
2.根据权利要求1中的储能模块，其中，所述容纳件包括上板和下板，并且所述上板和下板包括在与所述电池单元的突出部接触的部分处形成的导电涂层。
3.根据权利要求2中的储能模块，其中，所述导电涂层通过镀敷导电金属而形成。
4.根据权利要求2中的储能模块，其中，所述导电涂层通过压缩导电金属而形成。
5.根据权利要求1中的储能模块，其中，所述容纳件包括用于将所述单元电池的电极组件容纳于其中的筐部。
6.根据权利要求5中的储能模块，其中，所述筐部形成为具有比每个所述单元电池的壳体的高度低的高度。
7.根据权利要求1中的储能模块，其中，在与所述多个电池单元的突出部接触的部分处形成的导电涂层通过汇流条相互连接。
8.根据权利要求1中的储能模块，其中，每个电池单元包括冷却装置。
9.根据权利要求8中的储能模块，其中，所述冷却装置被包括在每个电池单元的上部或下部内。
10.一种用于制造储能模块的方法，所述方法包括：
相互连接两个单元电池；
在容纳件的上板和下板的接触部分处形成导电涂层；
将相互连接的单元电池设置在所述容纳件中以制造电池单元；
相互连接多个电池单元；以及
通过汇流条相互连接在与所述多个电池单元的突出部接触的部分处形成的导电涂层。
11.根据权利要求10中的方法，其中，所述导电涂层形成在与所述电池单元的突出部接触的部分处。
12.根据权利要求10中的方法，还包括将冷却装置附接至所述电池单元。
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