CN104247084B - 改善稳定性的电池模块 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种包括多个电池单元的电池模块。根据本发明的电池模块包括：电池单元，其中电极端子被电连接和层压；一对电池盖，所述一对电池盖以两个或者更多个电池单元为单元彼此联接，同时包围电池单元层压件的除了电极端子部分之外的整个外表面；以及固定构件，该固定构件被安装在电池盖上，同时接触电池单元层压件的外表面，使得电池单元被适当地定位并且固定在电池盖中。

Description

改善稳定性的电池模块
技术领域
本发明涉及一种包括多个电池单元的电池模块，该电池模块包括：电池单元，在电极端子彼此电连接的状态下，电池单元被堆叠；一对电池盖，所述一对电池盖被彼此联接以包围包括两个或者更多个电池单元的电池单元堆的除了电池单元的电极端子之外的整个外部；以及固定构件，该固定构件被安装在电池盖处以接触电池单元堆的外部，从而将电池单元适当地固定在电池盖中。
背景技术
近来，能够充电和放电的二次电池已广泛用作用于无线移动设备的能量源。另外，作为用于电动车辆和混合动力电动车辆的能量源，二次电池已经引起了相当大的关注，已经开发了上述这些二次电池来解决由现有的使用化石燃料的汽油车辆和柴油车辆引起的问题，例如空气污染。因此，由于二次电池的优点，二次电池被应用于日益增长的应用，并且在未来，期待二次电池被应用于甚至更多的应用和产品。
随着二次电池可应用的应用和产品增加，也增加该电池的种类使得该电池能够提供与各种应用和产品相对应的功率和容量。另外，存在对于减少被应用于相对应的应用和产品的电池的尺寸和重量的强烈需求。
小型移动装置诸如移动电话、个人数字助理(PDA)、数码相机以及膝上型计算机根据相对应的产品的尺寸和重量上的减少而使用用于每个装置的一个或者数个小型且轻质的电池单元。另一方面，中型或大型装置诸如电动自行车、电动摩托车、电动车辆以及混合动力电动车辆使用具有被相互电连接的多个电池单元的中型或大型电池模块(中型或大型电池组)，这是因为高功率和大容量对于中型或大型装置来说是必需的。
电池模块的尺寸和重量与相对应的中型或大型装置的容纳空间和功率直接相关。为此，制造商尝试制造小型、轻质的电池模块。此外，对于经受大量的外部冲击和振动的装置诸如电动自行车和电动车辆，要求在组成电池模块的部件之间的稳定的电连接和物理联接。另外，多个电池单元被用于完成高功率和容量，并且因此，电池模块的安全性被认为是重要的。
基于形状而分类的圆柱状电池单元、棱柱状电池单元以及袋状电池单元被用作这样的电池模块或者电池组的单元电池。尤其是，能够以高集成堆叠的袋状电池单元具有高的每重量能量密度、是廉价的且能够被容易地改进，并且已经吸引相当大的注意。
图1是典型地示出了传统的代表性的袋状电池单元的透视图。在图1中示出的袋状电池单元10被构造成具有下述结构，在该结构中，在电极引线11和12彼此相对的状态下，两个电极引线11和12分别从电池本体13的上端和下端突出。电池壳体14包括上壳体部和下壳体部。即，电池壳体14是二单元构件。电极组件(未示出)被接纳在限定于电池壳体14的上壳体部和下壳体部之间的接纳部中。作为电池壳体14的上壳体部和下壳体部的接触区域的相对侧14b和上端和下端14a和14c被彼此结合，从而电池单元10被制造。电池壳体14被构造成具有树脂层/金属薄膜层/树脂层的层压结构。因此，通过将热和压力施加到电池壳体14的上壳体部和下壳体部的彼此接触的相对侧14b和上端和下端14a和14c使得将电池壳体14的树脂层彼此焊接，能够使电池壳体14的上壳体部和下壳体部的相对侧14b和上端和下端14a和14c彼此结合。根据情形，通过使用粘合剂，电池壳体14的上壳体部和下壳体部的相对侧14b和上端和下端14a和14c可以被彼此结合。
然而，该电池壳体14的机械强度低。为了解决此问题，已经提出一种将电池单元(单元电池)安装在电池组壳体诸如电池盒中以便制造具有稳定结构的电池模块的方法。另一方面，安装有中型或大型电池模块的装置或者车辆具有有限的安装空间。因此，在由于电池组壳体诸如电池盒的使用而增加电池模块的尺寸的情况下，空间利用被降低。
另外，在被电池壳体包围电极组件的但是没有被电池壳体固定状态下，组成电池单元的电极组件被安装在电池壳体中。为此，电极组件可以朝着电极引线移动，或者由于外部冲击或者振动，电极组件可能被弯曲。结果，在电池单元中可能出现内部短路或者电极组件可以通过电池壳体突出，这严重地减少电池单元的安全性。
此外，组成电池单元的电极组件在电池单元的充电和放电期间重复地膨胀和收缩。结果，可以彼此容易地分离电池壳体的热焊接区域，并且因此，电解液可能从电池壳体泄漏。另外，在电池单元的重复膨胀和收缩期间，可以改变在电极组件的阴极和阳极中的距离，因此电池单元的内部电阻可能被增加或者在电池单元中可能出现短路，这引起电池单元的性能的突然降低。
为了解决上述问题，通过电池盖覆盖电池单元的结构被使用。然而，对于被安装在电池盖中的具有袋状的电池单元的电池模块，由于电池单元的结构限制，间隙可被设置在电池单元和电池盖之间。结果，电池单元不能够被稳固地固定，并且当冲击被施加到电池单元时，电池单元可能移动。
因此，存在对于具有更高的稳定性同时解决上述问题的电池模块的高度需求。
发明内容
技术问题
因此，已经完成本发明以解决上述问题以及仍未解决的其它技术问题。
具体地，本发明的目的是提供一种电池模块，该电池模块被构造成具有电池单元被稳固地固定在电池盖中的结构，从而消除当外部冲击被施加到电池模块时在电池单元中将会出现短路的可能性，并且电池模块的振动特性被改善，从而防止电池单元的故障。
问题的解决方案
根据本发明的一个方面，通过提供一种包括多个电池单元的电池模块能够完成以上和其它目的，该电池模块包括：电池单元，在电极端子彼此电连接的状态下，该电池单元被堆叠；一对电池盖，所述一对电池盖被彼此联接以包围包括两个或者更多个电池单元的电池单元堆的除了电池单元的电极端子之外的整个外部；以及固定构件，该固定构件被安装在电池盖处以接触电池单元堆的外部，从而将电池单元适当地固定在电池盖中。
即，在根据本发明的电池模块中，电池单元被安装在电池盖中，并且通过被安装在电池盖处的固定构件，电池单元被更稳固地固定。因此，能够抑制由于外部冲击推动电池单元的现象并且改善电池模块的振动特性，从而防止电池单元的故障并且增加电池单元的寿命。
另外，通过固定构件消除在制造过程期间引起的在电池单元和电池盖之间的尺寸上的偏离。因此，电池单元能够被更稳固地固定在电池盖中。
电池单元中的每一个可以是能够在有限的空间中提供高堆叠速率的板状电池单元。例如，电池单元中的每一个是袋状电池单元，该袋状电池单元被构造成具有电极组件被安装在由包括树脂层和金属层的层压片制成的电池壳体中的结构。
具体地，电池单元中的每一个可以是袋状电池单元，该袋状电池单元被构造成具有下述结构，在该结构中，阴极/分隔物/阳极结构的电极组件以密封状态与电解液一起被安装在电池壳体中。例如，该电池单元中的每一个可以是板状电池单元，该板状电池单元被构造成具有厚度对宽度比率小的近似矩形六面体结构。通常，袋状电池单元包括袋状电池壳体。电池壳体被构造成具有层压片结构，在该层压片结构中由呈现高耐久性的聚合物树脂形成的外涂覆层、由阻挡湿气或者空气的金属材料形成的阻挡层、以及由可热结合的聚合物树脂形成的内密封层被顺序地堆叠。
袋状电池单元的电池壳体可以被构造成具有各种结构。例如，袋状电池单元的电池壳体可以被构造成具有下述结构，在该结构中，电极组件被接纳在被形成在二单元构件的内上表面和/或内下表面处的接纳部中，并且密封了电池壳体的上和下接触区域。在以本专利申请的申请人的名字已经提交的PCT国家申请No.PCT/KR2004/003312中公开了具有上述构造的袋状电池单元。正如在此得到充分阐述的那样，上述专利申请的全部内容通过引用被合并在此。
电极组件包括阴极和阳极，通过该阴极和阳极，电池单元中的每一个能够充电和放电。电极组件可以被构造成具有下述结构，在该结构中，在分隔物分别被布置在阴极和阳极的状态下，堆叠阴极和阳极。例如，电极组件可以被构造成具有果冻卷式结构、堆叠式结构或者堆叠/折叠式结构。电极组件的阴极和阳极可以被构造使得阴极的电极突出物和阳极的电极突出物从电池单元中的每一个向外直接突出。替代地，电极组件的阴极和阳极可以被构造使得阴极的电极突出物和阳极的电极突出物被连接到附加的电极引线并且电极引线从电池单元中的每一个向外突出。通过电极突出物或者电极引线组成的电极端子可以被构造使得阴极端子从电池单元中的每一个的一侧突出并且阳极端子从电池单元中的每一个的另一侧突出。
电池单元中的每一个没有被特别地限制，只要当通过电池单元组成电池模块或者电池组时电池单元中的每一个是能够提供高电压和高电流的二次电池。例如，电池单元中的每一个可以是具有大的每体积能量存储容量的锂二次电池。
在优选实例中，两个电池单元可以被安装在电池盖中，使得电池单元的相对电极彼此相邻并且电池单元的电极端子被彼此串联地连接。例如，沿着电池单元的一个方向突出的电极端子中的一个可以被向上弯曲并且另一电极端子可以被向下弯曲，使得电极端子的弯曲部分被彼此联接，从而电极端子被彼此直接连接。
用于固定构件中的每一个的材料没有被特别地限制，只要固定构件中的每一个是由弹性材料制成。例如，固定构件中的每一个可以是由热塑性聚氨酯(TPU)或者硅树脂制成。
固定构件适当地固定电池单元堆，而固定构件没有将过多的压力施加到电池单元堆，固定构件中的每一个由弹性材料制成。另外，固定构件吸收当外力和振动被施加到电池单元堆时产生的冲击，从而改善电池单元的稳定性。
固定构件被安装在电池盖处的结构没有被特别地限制。固定构件可以以各种结构被安装在电池盖中。
在优选实例中，电池盖可以被设置有安装通孔，并且在通过安装通孔插入固定构件的状态下，固定构件可以被安装在电池盖处。在这样的情况下，固定构件中的每一个可以被构造成具有下述结构，在该结构中，固定构件中的每一个的一侧沿着固定构件中的每一个的纵向方向渐缩，使得固定构件能够容易地插入通过安装通孔。
在具体实例中，固定构件中的每一个可以被构造成具有下述结构，该结构包括：第一突出部，当通过安装通孔中的相对应的安装通孔插入第一突出部时，该第一突出部从电池盖中的相对应的一个向外突出；第二突出部，该第二突出部从电池盖中的相对应的一个向内突出，第二突出部接触电池单元堆的外部；以及连接部，该连接部插入通过安装通孔中的相对应的一个。
即，固定构件中的每一个可以被构造成具有第一突出部和第二突出部被形成在连接部的相对侧面处的结构。第一突出部分可以被构造成具有下述渐缩结构，在该渐缩结构中，通过安装通孔中的相对应的一个，能够容易地插入第一突出部，并且，第二突出部的竖直截面可以被形成为弧形形状。
第一突出部和第二突出部的最大直径大于连接部的直径。因此，当通过安装通孔中的相对应的一个插入固定构件中的每一个时，通过安装通孔中的相对应的一个弹性地插入第一突出部，从而固定构件被稳固地安装在电池盖处。
为了有效地固定被布置在电池盖内侧的电池单元堆，两个或者更多个安装构件可以被安装在电池盖处。
例如，接触电池单元堆的上角部的第一固定构件和接触电池单元的下角部的第二固定构件可以被安装在电池盖处。
为了使电池单元堆位于电池盖中，电池盖可以被设置有与电池单元堆的上角部和下角部相对应的阶梯部。即，与电池单元堆的上角部和下角部相对应的阶梯部可以被形成在电池盖处，以减少在电池盖和电池单元之间的死区。在这样的情况下，第一固定构件和第二固定构件可以被安装在电池盖的阶梯部处，以将电池单元更有效地固定在电池盖中。
在具体实例中，电池单元堆可以被形成为长方体并且至少8个固定构件可以被安装在电池盖处，使得固定构件接触电池单元堆的4个上角部和4个下角部。固定构件的数目没有被特别地限制，只要固定构件能够更有效地固定电池单元堆。
根据本发明的另一方面，提供一种电池组，包括作为单元模块的具有上述构造的电池模块。
可以通过基于所期待的功率和容量而将电池模块组合为单元模块来制造电池组。另外，考虑到安装效率和结构稳定性，根据本发明的电池组可以被用作用于电动车辆、混合动力电动车辆、插电式混合动力电动车辆、或者蓄电单元的电源。然而，根据本发明的电池组的适用范围不限于此。
根据本发明的又一方面，提供一种装置，该装置包括作为电源的具有上述构造的电池组。具体地，装置可以是电动车辆、混合动力电动车辆、插电式混合动力电动车辆、或者蓄电单元。
在本发明所属的领域中公知装置的结构和制造方法，并且因此，将会省略其详细描述。
附图说明
结合附图并根据下面的详细描述，将会更清楚地理解本发明的上述和其它目的、特点和其它优点，在附图中：
图1是示出传统的袋状二次电池的透视图；
图2是示出根据本发明的实施例的电池模块的分解透视图；
图3是在图2中示出的电池盖的透视图；
图4是示出图3的电池盖的局部截面图；
图5是示出固定构件被安装在图4中的结构的截面图；
图6是示出在图5中装载电池单元的结构的截面图；并且
图7是示出通过堆叠多个电池模块而制造的电池组的透视图。
具体实施方式
现在，将会参考附图详细地描述本发明的优选实施例。然而，应注意的是，本发明的范围不受到被图示的实施例的限制。
图2是典型地示出根据本发明的实施例的电池模块的分解透视图，并且图3是典型地示出在图2的电池模块中包括的电池盖的透视图。
首先参考图2，电池模块100包括两个板状电池单元112和114、和一对电池盖120和130。将电池单元112和114适当地固定在电池盖120和130中的弹性固定构件被安装在电池盖120和130处。
电池单元112和114中的每一个被构造成具有下述结构，在该结构中，在电极组件被安装在电池壳体中的状态下，由包括金属层和树脂层的层压片制成的电池壳体在其外周处被密封。在电极端子113和115被彼此串联连接的状态下，堆叠电池单元112和114。
另外，电池盖120和130被彼此联接以包围由被横向地堆叠的两个电池单元112和114组成的电池单元堆110的除了电池单元112和114的电极端子之外的整个外部。
被形成在各自的电池单元112和114处的电极端子113和115被弯曲，并且电极端子113和115通过焊接被彼此串联地连接。电池盖120和130具有与电池单元堆110的外形相对应的内部结构。电池盖120和130以组装紧固方式被彼此联接。
具体地，电池盖120和130具有被形成在电池盖120的侧联接部处的紧固突起122、和被形成在电池盖130的侧联接部处的紧固凹槽132。因此，当在电池盖120和130彼此接触使得电池盖120和130彼此面对的状态下朝着彼此推动电池盖120和130时，通过弹性联接，金属外壳的侧联接部彼此配合。
另一方面，减震构件140介于两个电池单元112和114之间。减震构件140由多孔的聚合物树脂制成。因此，在电池单元112和114的充电和放电期间，减震构件140吸收通过电池单元112和114的重复性膨胀和收缩引起的电池单元112和114的体积的变化。另外，减震构件140增加电池单元112和114之间的摩擦力以抑制电池单元的移动。然而，可以不提供减震构件140。
参考图3，阶梯部240被设置在与其上端和下端相邻的电池盖120和130的侧面124处且被设置在与其左端和右端相邻的电池盖120和130的侧面126处，以容易地固定模块。
另外，电池盖120和130在其外部处设置有多个线性压条128，所述多个线性压条128沿着横向方向被彼此分开。线性压条128中的每一个被构造成使得线性压条128中的每一个的相对端部延伸到电池盖120和130的相对应的端部。因此，在电池模块被堆叠的状态下，冷却剂(例如，空气)可以在电池盖120和130的侧向方向上流动，从而进一步提高冷却效率。
电池盖120和130在其外部的上端和下端处设置有杆129，该杆129被形成为在横向方向(水平方向)上彼此相对的形状。因此，当电池模块被堆叠时，电池盖120和130具有与电池模块中的相邻的电池模块相对应的形状。因此，能够防止电池模块之间的堆叠位置彼此颠倒或者偏离。
图4至图6是示出被安装在电池盖处的固定构件和装载电池单元的过程的局部典型视图。
参考附图，在电池盖120和130的形成有阶梯部的部分被设置有用于安装固定构件150的安装通孔121和131。安装通孔121和131被形成在电池盖120和130的与电池单元堆110的上角部和下角部相对应的部分处。电池单元堆110的上角部和下角部与电池单元的电极端子所在的一侧相邻的相对角部。
固定构件150中的每一个被构造成具有下述结构，该结构包括：第一突出部152，在第一突出部152插入通过安装通孔121和131中的相对应的一个的状态下，该第一突出部152从电池盖120和130中的相对应的一个向外突出，该第一突出部152具有通过安装通孔121和131中的相对应的一个容易地插入第一突出部152的渐缩结构；第二突出部154，该第二突出部154从电池盖120和130中的相对应的一个向内突出，第二突出部154的与电池单元堆的外部接触的竖直截面被形成为弧形形状；以及连接部156，当固定构件150中的每一个被安装在安装通孔121和131中的相对应的一个时，在通过安装通孔121和131中的相对应的一个插入连接部156的状态下，该连接部156被连接在第一突出部152和第二突出部154之间。
由于第一突出部152的渐缩结构，固定构件150中的每一个从电池盖120和130中的相对应的一个的内部向外，被容易地插入通过安装通孔121和131中的相对应的一个。由于固定构件150中的每一个的弹性，固定构件150中的每一个被弹性地联接在安装通孔121和131中的相对应的一个中。
当在固定构件被安装在电池盖120和130的状态下装载电池单元堆110时，各自的固定构件150的第二突出部154弹性地紧密接触电池单元堆110的上角部和下角部以稳固地固定电池单元堆110。
同时，响应于在电池盖120和130之间的内部空间，组成电池单元堆的电池单元的侧密封部116和117被弯曲。
在上面的描述中，已经参考为了便于描述仅示出电池模块的一部分的附图，描述了通过被联接到电池盖的两个固定构件来固定电池单元堆的结构。然而，事实上，八个固定构件被安装在电池盖处使得八个固定构件接触电池单元堆的四个上角部和个下角部。
图7是典型地示出通过堆叠多个电池模块制造的电池组的透视图。
参考图7，根据本发明的4个电池模块100组成一个电池组200。因此，电池组200包括总共8个电池单元。即，在沿着横向方向竖立四个电池模块100的堆的状态下，所述4个电池模块110的堆被安装在上框架210和下框架220之间，从而制造电池组200。
多个电池组200可以被连接以制造具有更高的功率和容量的中型或大型电池组件。
尽管为了说明性目的已经公开本发明的示例性实施例，但本领域的技术人员将会认识到，在不脱离如随附的权利要求书中公开的本发明的精神和范围的情况下，各种变型、添加和替代是可能的。
工业实用性
如从上面的描述中显然的是，根据本发明的电池模块被构造成具有通过由弹性材料制成的固定构件固定被安装在电池盖中的电池单元的结构。因此，电池单元堆被固定在适当的位置，并且另外，防止由于外力或者振动电池模块的损坏、短路、或者故障，从而提高电池模块的安全性。
另外，通过固定构件消除在制造过程期间引起的在电池单元堆和电池盖之间的尺寸上的偏离。因此，能够减少产品缺陷率，并且另外，制造具有更稳定结构的电池模块。

Claims (19)

1.一种包括多个电池单元的电池模块，所述电池模块包括：
所述电池单元，在电极端子彼此电连接的状态下，所述电池单元被堆叠；
一对电池盖，所述一对电池盖彼此联接以包围电池单元堆的除了所述电池单元的电极端子之外的整个外部，所述电池单元堆包括两个或者更多个电池单元；以及
两个或者更多个固定构件，所述两个或者更多个固定构件被安装在所述电池盖处以与所述电池单元堆的外部接触，从而将所述电池单元适当地固定在所述电池盖中，
其中，所述电池盖设置有安装通孔，并且在所述两个或者更多个固定构件插入通过所述安装通孔的状态下，所述两个或者更多个固定构件被安装在所述电池盖处，
其中，所述两个或者更多个固定构件包括：第一固定构件，所述第一固定构件接触所述电池单元堆的上角部；和第二固定构件，所述第二固定构件接触所述电池单元堆的下角部，并且
其中，所述电池盖设置有与所述电池单元堆的上角部和下角部相对应的阶梯部，并且所述第一固定构件和所述第二固定构件被安装在所述电池盖的所述阶梯部处。
2.根据权利要求1所述的电池模块，其中，所述电池单元中的每一个是板状电池单元。
3.根据权利要求2所述的电池模块，其中，所述板状电池单元被构造成具有其中所述电极端子形成在所述板状电池单元的上端和下端处的结构。
4.根据权利要求1所述的电池模块，其中，所述电池单元的电极端子彼此串联地连接。
5.根据权利要求4所述的电池模块，其中，在所述电极端子被弯曲的状态下，所述电极端子彼此直接连接。
6.根据权利要求1所述的电池模块，其中，所述电池单元中的每一个是袋状电池单元，所述袋状电池单元具有被安装在由包括金属层和树脂层的层压片制成的壳体中的电极组件。
7.根据权利要求1所述的电池模块，其中，所述两个或者更多个固定构件中的每一个由弹性材料制成。
8.根据权利要求7所述的电池模块，其中，所述弹性材料是热塑性聚氨酯(TPU)或者硅树脂。
9.根据权利要求1所述的电池模块，其中，所述两个或者更多个固定构件中的每一个被构造成具有下述结构，即：所述两个或者更多个固定构件中的每一个的一侧沿着所述两个或者更多个固定构件中的每一个的纵向方向渐缩，使得所述两个或者更多个固定构件能够容易地插入通过所述安装通孔。
10.根据权利要求1所述的电池模块，其中，所述两个或者更多个固定构件中的每一个包括：第一突出部，在所述第一突出部插入通过所述安装通孔中的相对应一个安装通孔的状态下，所述第一突出部从所述电池盖中的相对应一个电池盖向外突出；第二突出部，所述第二突出部从所述电池盖中的相对应一个电池盖向内突出，所述第二突出部接触所述电池单元堆的外部；以及连接部，所述连接部插入通过所述安装通孔中的相对应一个安装通孔。
11.根据权利要求10所述的电池模块，其中，所述第一突出部被构造成具有渐缩结构，所述渐缩结构使所述第一突出部能够容易地插入通过所述安装通孔中的相对应一个安装通孔，并且所述第二突出部的竖直截面被形成为弧形形状。
12.根据权利要求1所述的电池模块，其中，所述电池单元堆被形成为长方体形状，并且所述两个或者更多个固定构件包括至少八个固定构件，所述至少八个固定构件被安装在所述电池盖处，使得所述至少八个固定构件分别接触所述电池单元堆的四个上角部和四个下角部。
13.根据权利要求1所述的电池模块，其中，所述电池单元中的每一个是锂二次电池。
14.一种电池组，所述电池组包括作为单元模块的根据权利要求1至13中的任一项所述的电池模块。
15.一种包括电池组的装置，所述电池组是根据权利要求14所述的电池组。
16.根据权利要求15所述的装置，其中，所述装置是蓄电单元。
17.根据权利要求15所述的装置，其中，所述装置是电动车辆。
18.根据权利要求15所述的装置，其中，所述装置是混合动力电动车辆。
19.根据权利要求15所述的装置，其中，所述装置是插电式混合动力电动车辆。
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