CN104488127A - 具有组装联接结构的电池模块 - Google Patents

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Abstract

提供了一种电池模块，包括：电池单元布置，在该电池单元布置中堆叠两个或更多个电池单元，每一个电池单元中具有在电池壳体中密封的电极组件和电解质，其中该电极组件包括正和负端子和介于其间的分隔隔膜；和固定构件，该固定构件一体地联接到每一个电池单元的外表面的一部分或者全部，该固定构件具有允许彼此联接的组装联接结构使得电池单元布置能够形成稳定的堆叠结构。

Description

具有组装联接结构的电池模块
技术领域
本发明涉及一种具有组装联接结构的电池模块，并且更加具体地涉及一种电池模块，该电池模块包括：电池单元阵列，该电池单元阵列包括两个或者更多个堆叠的电池单元，电池单元中的每一个被构造成具有如下结构，即其中电极组件与电解质一起在密封状态下接纳在电池壳体中；和固定构件，将固定构件中的每一个通过嵌入注射成型被一体地联接到电池单元中的相对应的一个的外边缘的一部分或者整体，固定构件中的每一个设置有组装式联接结构，借助于该组装式联接结构将固定构件彼此联接使得电池单元阵列形成稳定的堆叠结构。
背景技术
近年来，作为用于电动车辆(EV)和混合动力电动车辆(HEV)的电源，二次电池已经吸引了相当大的关注，二次电池已经研制用于解决由使用化石燃料的现有的汽油和柴油车辆引起的问题诸如空气污染。
小型移动装置为每一个装置使用一个或者几个电池单元。在另一方面，中型或者大型装置诸如车辆使用具有彼此电连接的多个电池单元的电池模块，这是因为高输出和大容量对于中型或者大型装置而言是必要的。
优选地，电池模块制造为具有尽可能小的尺寸和重量。因此，能够以高集成度堆叠并且具有小的重量-容量比的棱形电池或者袋状电池通常被用作电池模块的电池单元。特别地，大量的关注目前集中在使用铝层压片作为包覆构件的袋状电池上，这是因为袋状电池是轻质的，袋状电池的制造成本是低的，并且易于修改袋状电池的形状。
为了使得电池模块提供具体的设备或者装置所要求的输出和容量，电池模块有必要构造成具有如下结构，即其中多个电池单元彼此串联电连接并且电池单元针对外部力是稳定的。
因此，在其中使用多个电池单元制造电池模块的情形中，通常需要用于在电池单元之间的机械紧固和电连接的多个构件，并且结果，组装机械紧固和电连接构件的过程是非常复杂的。进而，需要用于联接、焊接或者钎焊机械紧固和电连接构件的空间，结果系统的总尺寸增加。在其中安装中型或者大型电池模块的设备或者装置的空间限制方面，系统尺寸的增加不是优选的。而且，中型或者大型电池模块应该构造成具有更加紧凑的结构，使得中型或者大型电池模块能够有效地安装在有限的内部空间诸如车辆中。
特别地，需要多个部件以在固定状态中堆叠多个电池单元。例如，有必要在适当位置使用电池单元固定部分来准确地并且稳定地将电池单元固定。结果，组装过程是复杂的并且制造过程的困难增加。另外，电池模块的体积和重量增加并且电池模块的制造成本升高。
因此，对于如下一种电池模块是高度必要的，该电池模块能够制造成具有简单并且紧凑的结构并且其中在降低电池模块的制造成本时构成电池模块的部分的数目减小以提高组装过程的效率。
发明内容
技术问题
已经做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，本发明的目的在于提供一种电池模块，该电池模块构造成使得用于固定电池单元以形成堆叠结构的部件的数目减小，由此改善制造可加工性。
本发明的另一目的在于提供一种电池模块，该电池模块构造成使得，当电池单元被堆叠以构成电池模块时，在电池模块的总体积和重量不增加的同时提供电池模块的结构稳定性。
技术方案
根据本发明的一个方面，能够通过提供如下电池模块来实现以上和其它目的，该电池模块包括：电池单元阵列，该电池单元阵列包括两个或者更多个堆叠的电池单元，电池单元中的每一个被构造成具有如下结构，即其中包括阴极、阳极和布置在阴极和阳极之间的分隔物的电极组件与电解质一起在密封状态下接纳在电池壳体中；和固定构件，固定构件中的每一个被一体地联接到电池单元中的相对应的一个的外边缘的一部分或者整体，固定构件中的每一个设置有组装式联接结构，借助该组装式联接结构将固定构件彼此联接使得电池单元阵列形成稳定的堆叠结构。
在如上所述的本发明中，每一个固定构件设置有组装式联接结构，借助该组装式联接结构将多个固定构件彼此联接。因此，能够容易地并且简单地实现在固定构件之间的联接而不必提供另外的固定构件紧固装置。
在电池单元中的每一个的外边缘和固定构件中的相对应的一个之间的联接可以使用各种方法诸如组装、结合和模制来实现。优选地，电池单元中的每一个的外边缘和固定构件中的相对应的一个凭借嵌入注射成型而一体地彼此联接。
即，在其中电池单元中的每一个的外边缘和相对应的固定构件凭借嵌入注射成型而一体地彼此联接的情形中，固定构件能够稳定地联接到相应的电池单元而不执行在组装电池模块的传统过程期间在适当位置将固定构件固定到相应的电池单元的过程。
在具体示例中，电池单元中的每一个均可以是板状电池单元，该板状电池单元能够在有限空间中提供高堆叠率并且板状电池单元可以堆叠成使得一个电池单元的一侧或者相反侧面对另一相邻电池单元(或者多个相邻电池单元)的相对应侧或者相对应的多侧以形成电池单元阵列。
例如，电池单元中的每一个均可以是构造成具有如下结构的袋状电池单元，即其中电极组件安装在电池壳体中，该电池壳体由包括树脂层和金属层的层压片制成。
具体地，电池单元中的每一个均可以是构造成具有如下结构的袋状电池单元，即其中阴极/分隔物/阳极结构的电极组件与电解质一起在密封状态中接纳在电池壳体中。例如，电池单元中的每一个均可以是板状电池单元，该板状电池单元构造成具有近似矩形六面体形状，该近似矩形六面体形状具有小的厚度-宽度比。通常，袋状电池单元包括袋状电池壳体。电池壳体构造成具有层压片结构，在该层压片结构中顺序地堆叠由呈现高耐久性的聚合树脂形成的外涂层、由阻挡湿气或者空气的金属材料形成的屏障层和由可热结合的聚合树脂形成的内密封层。
袋状电池单元的电池壳体可以构造成具有各种结构。例如，袋状电池单元的电池壳体可以是两单元构件，该两单元构件构造成具有如下结构，即其中电极组件接纳在接纳部中，该接纳部在电池壳体的上内表面和/或下内表面处形成，并且电池壳体的外边缘的上和下接触区域凭借热结合而密封。在已经以本专利申请的申请人的名义提交的国际申请No.PCT/KR2004/003312中公开了带有上述构造的袋状电池单元。上述专利申请的公开在此通过引用就如同完全阐述一样地并入本文。可替代地，如在图2中所示，电池壳体可以是单一单元构件，该单一单元构件构造成具有如下结构，即其中电极组件接纳在接纳部中，该接纳部在电池壳体的上内表面和/或下内表面处形成，并且电池壳体的外边缘的上和下接触区域凭借热结合而密封。
袋状电池单元在袋状电池单元被相应的固定构件固定的状态中堆叠。具体地，固定构件中的每一个均可以一体地联接到袋状电池单元中的相对应的一个使得固定构件中的每一个均覆盖凭借热结合而密封的袋状电池单元中的相对应的一个的外边缘。
电池单元中的每一个可以构造成具有如下结构，即其中阴极端子和阳极端子从其外边缘的一侧突出或者其中阴极端子从其外边缘的一侧突出并且阳极端子从其外边缘的相反侧突出。在该情形中，固定构件中的每一个均可以一体地联接到电池单元中的相对应一个的除了阴极端子和阳极端子之外的外边缘。
在具体示例中，组装式联接结构可以包括紧固构件和紧固沟槽的组合，该紧固构件形成在固定构件中的每一个的一侧处，该紧固沟槽形成在固定构件中的每一个的另一侧处，使得紧固沟槽对应于紧固构件。例如，紧固构件可以在固定构件中的每一个的顶部或者底部处形成，并且紧固沟槽可以在对应于紧固构件的位置上形成在固定构件中的每一个的底部或者顶部处。因此，当固定构件被堆叠并且组装时，凭借在上固定构件和下固定构件的紧固构件和紧固沟槽之间的联接而形成组装式联接结构。
作为组装式联接结构的具体示例，紧固构件可以以从固定构件中的每一个的一侧突出的柱体的形状形成，并且紧固构件可以包括沿着柱体的上端的外周渐缩的钩子，并且另外，紧固沟槽可以以柱形凹陷形状形成在固定构件中的每一个的与紧固构件相反的另一侧处，并且紧固沟槽可以在其内周处设置有捕获突起，紧固构件的钩子紧固于该捕获突起。
在该情形中，钩子可以在其上部处设置有一个或者更多个中空部分，借助于该中空部分将钩子弹性地紧固到紧固沟槽中。另外，紧固构件和紧固沟槽可以在固定构件中的每一个的角部处形成。
在另一个具体示例中，紧固构件可以以在固定构件中的每一个的一侧上突出且同时邻接的楔形形状形成，并且紧固构件可以包括从固定构件中的每一个向外渐缩的钩子，并且另外，紧固沟槽可以以对应于楔形形状的凹陷形状在固定构件中的每一个的与紧固构件相反的另一侧处形成，并且紧固沟槽可以设置有开口，紧固构件的钩子紧固到该开口中。
紧固构件和紧固沟槽的位置和数目不受特别限制，条件是固定构件能够稳定地被紧固构件和紧固沟槽联接到彼此。例如，一个或者更多个紧固构件和一个或者更多个紧固构槽可以在固定构件中的每一个的边缘处形成。
然而，优选地，组装式联接结构的紧固构件和紧固沟槽一体地在固定构件中的每一个处形成。即，在其中紧固构件和紧固沟槽被包含作为固定构件中的每一个的一体化部分的情形中，能够组装并且紧固电池单元而不使用另外的独立构件。
用于固定构件中的每一个的材料不受特别限制。例如，固定构件中的每一个均可以由橡胶或者塑料制成。更加具体地，固定构件中的每一个均可以由热塑性聚氨酯(TPU)、硅树脂等制成。固定构件(该固定构件中的每一个均由这种弹性材料制成)可以正确地固定电池单元阵列而不向电池单元阵列施加过度压力，并且当外部力和振动施加到电池单元阵列时固定构件可以吸收冲击，由此提高电池单元的稳定性。
另一方面，散热片可以设置于在相应的电池单元之间的交界处，使得来自电池单元的热传导到散热片。散热片可以是呈现高导热率的金属板。散热片可以构造成具有如下结构，即其中散热片的端部从电池单元阵列向外突出或者连接到另外的冷却构件使得从电池单元产生的热能够从电池单元阵列排出。
电池单元不受特别限制，只要当电池模块或者电池组由电池单元构成时电池单元提供高电压和高电流。例如，电池单元中的每一个均可以是具有大的单位体积能量存储量的锂二次电池。
根据本发明的另一个方面，提供一种电池组，该电池组包括作为单元模块的具有上述构造的电池模块。
可以基于期望的输出和容量凭借组合作为单元模块的二次电池来制造电池组。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为电动车辆、混合动力电动车辆、插电式混合动力电动车辆或者蓄电装置用作电源。然而，根据本发明的电池组的应用范围不限于此。
根据本发明另一个方面，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，该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，或者蓄电装置。
该装置的结构和制造方法在本发明所属技术领域中是众所周知的并且因此将省略其详细说明。
附图说明
与附图相结合根据以下详细说明将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，其中：
图1是示出将安装在电池模块中的示例性电池单元的透视图；
图2是示出图1的电池单元的分解透视图；
图3是示出根据本发明的实施例的电池模块的透视图；
图4是示出其中固定构件联接到电池单元的结构的透视图；
图5是沿着图4的线A-A截取的竖直截面视图；
图6是示出如下结构的透视图，即其中堆叠两个电池单元，在固定构件联接到电池单元的状态中在图4中示出这两个电池单元中的一个；
图7是典型地示出图6的组装联接结构的竖直截面视图；
图8是示出如下结构的透视图，即其中堆叠两个电池单元，在固定构件联接到电池单元的状态中在图4中示出这两个电池单元中的一个；并且
图9是典型地示出图8的组装联接结构的竖直截面视图。
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意的实施例限制。
图1是典型地示出将安装在根据本发明的电池模块中的示例性电池单元的透视图，并且图2是典型地示出图1的电池单元的分解透视图。
参考这些图，袋状电池单元100被构造成具有如下结构，即其中，包括阴极、阳极和相应地设置在阴极和阳极之间的分隔物的电极组件120在密封状态下安装在袋状电池壳体110中，使得两个电极端子132和134暴露于外部，该两个电极端子132和134电连接到电极组件120的阴极和阳极突片122和124。
电池壳体110包括上壳114和下壳116，上壳114和下壳116中的每一个均具有凹陷接纳部112，电极组件120位于该凹陷接纳部112中。
构造为具有折叠式结构、堆叠式结构或者堆叠/折叠式结构的电极组件120的阴极突片122和阳极突片124通过熔合分别联接到电极端子132和134。另外，绝缘膜140附接到电极端子132和134中的每一个的顶部和底部，以当上壳114和下壳116的外边缘使用热结合装置热彼此结合时，防止在热结合装置与电极端子132和134之间发生短路并且确保在电极端子132和134与电池壳体110之间的密封。
上壳114和下壳116每一个均包括外树脂层117、隔离金属层118和内树脂层119。上壳114的内树脂层119和下壳116的内树脂层119利用从热结合装置(未示出)产生的热量和压力紧密接触地固定到彼此。
通过在浸渍有电解质的电极组件120位于接纳部112中的状态下热结合上壳114和下壳116的外边缘而形成密封部分。
图3是示出根据本发明的实施例的电池模块的透视图，并且图4是示出其中固定构件联接到电池单元的结构的透视图。
为了描述方便起见，从图3省略了通常在电池模块中包括的外罩、电缆、保护电路等。
参考图3和4，电池模块200构造成具有如下结构，即其中堆叠多个电池单元100以形成电池单元阵列并且将固定构件210联接到电池单元100中的每一个。电池单元100是在有限空间中提供高堆叠率的板状电池单元100。板状电池单元100堆叠成使得一个电池单元100的一侧或者相反两侧面对其它相邻电池单元100的相对应侧以形成电池单元阵列。
电池单元100中的每一个的外边缘借助于嵌入注射成型而一体地联接到固定构件210。固定构件210一体地设置有组装式联接结构220，借助于该组装式联接结构220将固定构件210彼此联接。在固定构件210在竖直方向上堆叠的状态中，固定构件210被组装式联接结构220联接并且固定到彼此。
组装式联接结构220包括紧固构件和紧固沟槽的组合，该紧固构件在固定构件210中的每一个的一侧处形成，该紧固沟槽在固定构件210中的每一个的另一侧处形成，使得紧固沟槽对应于紧固构件。即，紧固构件在固定构件210中的每一个的顶部处形成，并且紧固沟槽在对应于紧固构件的位置上在固定构件210中的每一个的底部处形成。因此，当固定构件210被堆叠并且组装时，借助于在上固定构件210和下固定构件210的紧固构件和紧固沟槽之间的联接，而形成组装式联接结构220。将在下文中参考图7和9详细地描述组装式联接结构的具体示例。
图5是沿着图4的线A-A截取的竖直截面视图。
与图4一起地参考图5，袋状电池单元100构造成使得，在袋状电池单元100被相对应的固定构件210固定的状态下堆叠多个袋状电池单元100。固定构件210一体地联接到袋状电池单元100使得固定构件210覆盖袋状电池单元100的由热结合密封的外边缘。即，固定构件210一体地联接到电池单元100的除了电池单元100的阴极端子132和阳极端子134之外的外边缘的整体。凭借嵌入注射成型而形成该联接结构。
图6是示出如下结构的透视图，即其中堆叠两个电池单元100，在固定构件210联接到电池单元100的状态中在图4中示出这两个电池单元100中的一个，并且图7是典型地示出图6的组装式联接结构的竖直截面视图。
组装式联接结构的紧固构件222以从固定构件210的一侧突出的柱体形状形成。紧固构件222包括沿着柱体的上端的外边缘渐缩的钩子223。组装式联接结构的紧固沟槽224以柱形凹陷形状在固定构件210的与紧固构件222相反的另一侧处形成。紧固沟槽224在其内周处设置有捕获突起225，紧固构件222的钩子223紧固于捕获突起225。
钩子223在其上部处设置有中空部分227，借助于该中空部分将钩子223弹性地紧固到紧固沟槽224中。紧固构件222和紧固沟槽224在固定构件210的每一个角部处形成。
图8是示出如下结构的透视图，即其中堆叠两个电池单元，在固定构件联接到电池单元的状态中在图4中示出这两个电池单元中的一个，并且图9是典型地示出图8的组装联接结构的竖直截面视图。
组装式联接结构的紧固构件232形成为突出且邻接于固定构件210’的一侧上的楔形形状。紧固构件232包括从固定构件210’向外渐缩的钩子233。组装式联接结构的紧固沟槽234以对应于楔形形状的凹陷形状在固定构件210’的与紧固构件232相反的另一侧处形成。紧固沟槽234设置有开口237，紧固构件232的钩子233紧固到开口237中。多个紧固构件232和紧固沟槽234在固定构件210’的边缘处形成，使得借助于在紧固构件232和紧固沟槽234之间的联接而将多个固定构件210’联接到彼此。
虽然已经为了示意性的意图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，各种修改、添加和替代都是可以的。
工业实用性
如根据以上说明清楚地，根据本发明的电池模块构造成使得，每一个固定构件设置有组装式联接结构，借助于该组装式联接结构将多个固定构件联接到彼此。因此，本发明具有如下效果，即容易地并且简单地实现在固定构件之间的联接而不必提供另外的固定构件紧固装置。
另外，在每一个电池单元的外边缘和相对应的固定构件借助嵌入注射成型而一体地彼此联接的情形中，固定构件能够稳定地联接到相应的电池单元而不执行在组装电池模块的传统过程期间在适当位置将固定构件固定到相应的电池单元的过程。

Claims (21)

1.一种电池模块，包括：
电池单元阵列，所述电池单元阵列包括两个或者更多个堆叠的电池单元，所述电池单元中的每一个被构造成具有如下结构，即：电极组件与电解质一起在密封状态下被接纳在电池壳体中，所述电极组件包括阴极、阳极和布置在所述阴极和所述阳极之间的分隔物；和
固定构件，所述固定构件中的每一个被一体地联接到所述电池单元中的相对应的一个电池单元的外边缘的一部分或者整体，所述固定构件中的每一个设置有组装式联接结构，通过所述组装式联接结构将所述固定构件彼此联接，使得所述电池单元阵列形成稳定的堆叠结构。
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的外边缘的一部分或者整体与所述固定构件中的相对应的一个固定构件通过嵌入注射成型而一体地彼此联接。
3.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，并且其中，所述电池单元被堆叠成使得一个电池单元的一侧或者相反两侧面对其它的相邻电池单元的相对应侧以形成所述电池单元阵列。
4.根据权利要求3所述的电池模块，其中，所述板状电池单元是袋状电池单元，所述袋状电池单元通过在由包括树脂层和金属层的层压片制成的电池壳体中接纳电极组件并且通过热结合来密封所述电池壳体的外边缘而制造。
5.根据权利要求4所述的电池模块，其中，所述固定构件中的相对应的一个固定构件被一体地联接到所述袋状电池单元，使得所述固定构件覆盖所述电池单元的通过热结合而密封的外边缘。
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被构造成具有其中阴极端子和阳极端子从其外边缘的一侧突出的结构，或者具有其中阴极端子从其外边缘的一侧突出且阳极端子从其外边缘的另一侧突出的结构。
7.根据权利要求5所述的电池模块，其中，所述固定构件中的每一个被一体地联接到所述电池单元中的相对应的一个电池单元的除了阴极端子和阳极端子之外的外边缘。
8.根据权利要求1所述的电池模块，其中，所述组装式联接结构包括紧固构件和紧固沟槽的组合，所述紧固构件形成在所述固定构件中的每一个的一侧处，所述紧固沟槽形成在所述固定构件中的每一个的另一侧处，使得所述紧固沟槽对应于所述紧固构件。
9.根据权利要求8所述的电池模块，其中，所述紧固构件形成在所述固定构件中的每一个的顶部或者底部处，并且所述紧固沟槽形成在所述固定构件中的每一个的底部或者顶部的、对应于所述紧固构件的位置处。
10.根据权利要求9所述的电池模块，其中，所述紧固构件形成为从所述固定构件中的每一个的一侧突出的柱体的形状，并且所述紧固构件包括沿着所述柱体的上端的外周渐缩的钩子，并且其中所述紧固沟槽以柱形凹陷形状形成在所述固定构件中的每一个的与所述紧固构件相反的另一侧处，并且在所述紧固沟槽的内周处设置有捕获突起，所述紧固构件的所述钩子被紧固于所述捕获突起。
11.根据权利要求10所述的电池模块，其中，在所述钩子的上部处设置有一个或者更多个中空部分，借助于所述中空部分，所述钩子弹性地紧固到所述紧固沟槽中。
12.根据权利要求10所述的电池模块，其中，所述紧固构件和所述紧固沟槽形成在所述固定构件中的每一个的角部处。
13.根据权利要求9所述的电池模块，其中，所述紧固构件形成为突出于且邻接于所述固定构件中的每一个的一侧的楔形形状，并且所述紧固构件包括从所述固定构件中的每一个向外渐缩的钩子，所述紧固沟槽以对应于所述楔形形状的凹陷形状形成在所述固定构件中的每一个的与所述紧固构件相反的另一侧处，并且所述紧固沟槽设置有开口，所述紧固构件的所述钩子被紧固到所述开口中。
14.根据权利要求13所述的电池模块，其中，所述紧固构件和所述紧固沟槽分别包括在所述固定构件中的每一个的边缘处形成的一个或者更多个紧固构件和一个或者更多个紧固沟槽。
15.根据权利要求1所述的电池模块，其中，所述固定构件中的每一个由橡胶或者塑料制成。
16.根据权利要求15所述的电池模块，其中，所述固定构件中的每一个由硅树脂或者热塑性聚氨酯(TPU)制成。
17.根据权利要求1所述的电池模块，其中，散热片布置在各个电池单元之间的交界处。
18.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。
19.一种电池组，包括作为单元模块的根据权利要求1至18中的任一项所述的电池模块。
20.一种装置，包括根据权利要求19所述的电池组。
21.根据权利要求20所述的装置，其中，所述装置是电动车辆、混合动力电动车辆、插电式混合动力电动车辆或者蓄电装置。
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