CN115298457A - 电池模块 - Google Patents

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CN115298457A CN202180021719.1A CN202180021719A CN115298457A CN 115298457 A CN115298457 A CN 115298457A CN 202180021719 A CN202180021719 A CN 202180021719A CN 115298457 A CN115298457 A CN 115298457A
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S·森蒂尔纳森
J·D·萨姆拉吉
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Abstract

公开了一种电池模块(100)，其包括一个或多个电池保持器(105)、定位在电池保持器(105a和105b)中并封闭在外壳(103)中的多个电池(201)、以及定位在电池保持器(105a和105b)的预定位置(204a)处以提高电池模块(100)的刚性的一个或多个阻尼器(107a、107b、......107f)。阻尼器(107a、107b、......107f)中的每一者包括容纳在一个或多个电池保持器(105a和105b)与外壳(103)之间的空间中的中空缓冲构件(301)、与缓冲构件(301)接合的实心座接构件(302)、以及从座接构件(302)下方延伸以锁定至电池保持器(105a和105b)的预定位置(204a)处的杆部分(303)。阻尼器(107a、107b、......107f)为电池模块(100)提供抗冲击性/抗震动性。

Description

电池模块
技术领域
本主题涉及电池模块。更特别地，公开了抗冲击电池模块。
背景技术
电池技术的现有研究针对可充电电池，比如密封的、缺乏电解质的铅/酸电池，其通常用作不同应用(比如车辆等)中的电源。然而，铅酸电池重量大、体积大、循环使用期限短、日历使用期限短、周转效率低，导致应用受到限制。
因此，为了克服与包括铅酸电池在内的常规能量存储设备相关联的问题，锂离子电池为高能量密度应用、改进的倍率性能和安全性提供了理想的系统。此外，可充电能量存储设备-锂离子电池表现出一个或多个有益的特征，这使得它可用于用电设备。首先，出于安全原因，锂离子电池由所有固体组件构成，同时仍然灵活紧凑。第二，包括锂离子电池在内的能量存储设备表现出与具有液体电解质的原电池相似的导电特性，即，以低自放电率提供高功率和能量密度。第三，作为锂离子电池的能量存储设备易于以既可靠又节约成本的方式制造。最后，包括锂离子电池在内的能量存储设备能够在低于环境温度下保持必要的最低导电水平。由于这些优点，能量存储设备在环境温度升高的恶劣环境中得到应用。然而，能量存储设备在其使用期限期间易受振动影响，这可能导致能量存储设备的功能失效和疲劳损坏。能量存储设备的构造对于能量存储设备的长的使用期限、安全性、适用性和可维护性至关重要。
附图说明
参考附图来描述具体实施方式。在所有附图中，相同的附图标记用于指代相似的特征和部件。
图1示例性地示出了电池模块的分解立体图；
图2示例性地示出了图1中示例性示出的电池模块的电池组的立体图；
图3A至图3B分别示例性地示出了根据本发明的实施例的电池模块中的阻尼器的前立体图和前视图；
图4示例性地示出了根据本发明的实施例的阻尼器的分解立体图；
图5示例性地示出了阻尼器的缓冲构件的底部立体图；
图6A至图6B示例性地示出了阻尼器的实心座接构件的立体图；以及
图7示例性地示出了电池模块的阻尼器的实施例的前立体图。
具体实施方式
能量存储设备包括一个或多个能量存储电池，比如封闭在外壳内的锂离子电池单元。能量存储设备可以用于驱动电动车辆或混合动力电动车辆。在崎岖的环境中部署电动或混合动力电动车辆时，车辆框架会受到振动。这样的振动被传递到车辆中的能量存储设备。经历振动的能量存储设备的外壳将振动传递到能量存储电池，长期影响能量存储设备的功能。
此外，外壳设计或电池保持器设计的边缘偏差会导致外壳内能量存储电池的松散封装。这样的封装会损害能量存储设备的循环使用期限。振动还可能在能量存储电池内引发放热反应，导致烟雾或有毒气体的释放，以及导致能量存储设备灾难性故障的高压事件。为了能量存储设备的机械稳定性、耐久性、热稳定性、振动隔离和抗冲击性，需要能量存储设备的可靠封装。
现有的将能量存储电池封装在外壳内所采用的封装材料能够承受升高的温度和压力。然而，封装材料需要使用紧固装置沿着外壳的长度均匀分布。然而，封装材料增加了能量存储设备的重量、制造成本和组装成本。此外，当将能量存储电池的组件装载到外壳中或从外壳中卸载时，封装材料可能妨碍将能量存储电池推入外壳或从外壳中拉出的容易性。为了解决这个问题，在装载和卸载能量存储电池的组件时，封装材料必须制造得结实且刚性以不变形。
此外，基于能量存储设备的应用，能量存储设备的容量是各种各样的。基于能量存储设备的容量，能量存储电池的数量、能量存储电池的质量和能量存储电池的容量等是各种各样的。如果具有减小的尺寸或质量的能量存储电池被封装在现有的外壳内，则在外壳与能量存储电池之间会形成间隙。这样的间隙将导致能量存储设备中的能量存储电池不是非常紧密的封装。能量存储电池与外壳之间的封装配置中的这种松散间隙不会为能量存储电池提供足够的保护，使其免受外壳所经受的振动、压力、温度和滥用的影响。如果使用刚性且结实的封装材料，则可能不允许将现有外壳用于不同的能量存储电池组件的灵活性。这可能导致为能量存储电池的不同组件制造不同的外壳，从而增加实体的材料成本和制造成本。
需要一种能量存储设备的改进设计，能量存储设备在能量存储电池组件和外壳之间具有封装，以确保能量存储设备在组装、使用、维护和保养期间的简易性和安全性，克服上述公开的所有问题以及现有技术的其他问题。
本主题公开了一种能量存储设备，即电池模块，其包括用于电池模块的抗冲击性、震动隔离和振动阻尼的封装的改进和简化设计。这种电池模块可以用于用电设备，比如车辆，例如电动车辆、混合动力电动车辆、内燃机车辆等中。
在本发明的一个实施例中，公开了一种用于用电设备的电池模块。电池模块包括一个或多个电池保持器、定位在电池保持器中的多个电池、以及封装电池保持器中的电池的外壳。此外，一个或多个阻尼器定位在电池保持器的预定位置处，以提高电池模块的刚性。阻尼器中的每一者包括中空缓冲构件、实心座接构件和从座接构件延伸的杆部分。中空缓冲构件容纳在电池保持器与壳体之间的空间中。中空缓冲构件包括从第一表面下方延伸的一个或多个延伸件。实心座接构件包括凹陷，凹陷具有与缓冲构件的延伸件接合的一个或多个肋。杆部分从座接构件的凹陷下方延伸，并锁定至电池保持器的预定位置处的孔口中。阻尼器的结构的位置和实施例在图2至图7的具体实施方式中公开。
图1示例性地示出了电池模块100的分解立体图。电池模块100包括第一端盖101、第二端盖104、外壳103和电池组102。外部外壳103的燕尾形图案便于在用电设备的指定空间中容易地安装和拆卸电池模块100。外部外壳103从顶部和底部封闭电池组102。第二端盖104和前端盖101分别从后面和前面封闭电池组102。电池组104包括在一个或多个电池保持器105之间以特定顺序布置的多个电池。电池以串联和/或并联配置电连接以形成电池阵列。这样的电池单元阵列电连接到电池模块100内的电池管理系统(BMS)106。BMS 106为其上集成有一个或多个集成电路的印刷电路板，如图2中示例性示出的。外部外壳103具有用于第二端盖104和第一端盖101的安装装置。使用多个附接装置将第二端盖104和第一端盖101紧固到外部外壳103。外部外壳101具有燕尾形图案，燕尾形图案允许电池模块100容易地插入到电池安装托架中以及从电池安装托架中移除。燕尾图案也形成在外壳103的内侧。内侧上的燕尾形图案允许电池组104容易地滑入到外壳103中。
根据一个优选实施例，附接装置可以为紧固件。电池组102具有用于BMS板106的安装装置。BMS板106螺纹地附接到电池组102的电池保持器105。BMS板106位于电池组102与第一端盖101之间。一个或多个阻尼器(比如107a)定位在电池保持器105的预定位置处，以提高电池模块100的刚性。
图2示例性地示出了图1中示例性示出的电池模块100的电池组102的部分分解立体图。如示例性示出的，电池组102包括电池保持器105和可移除地附接到电池保持器105的BMS板106。电池保持器105包括第一电池保持器105a和第二电池保持器105b。电池保持器105包括定位器，用于在每个定位器中保持电池，比如201。电池保持器105中的每一者包括平坦表面，比如105c，其中在平坦表面105c的侧面具有定位器和凸起的边缘，比如105d。电池保持器105b中的一者定位在电池201的底部处，并且另一个电池保持器105a定位在电池201的顶部上。使用多个紧固件将电池保持器105固定在一起，以将电池201紧紧地保持在定位器中。当电池保持器105a和105b固定在一起时，电池保持器105a和105b的凸起的边缘例比如105d彼此接触。为了将电池保持器105a和105b紧固在一起，在电池保持器105a和105b中设置了用于定位紧固件的凹槽，比如203。电池组102还包括定位在电池组102的互连片上方的保护片202。
作为一个实施例，电池保持器105a和105b可以是矩形形状的，并且在定位器中保持圆柱形电池。如示例性示出的，阻尼器107a、107b、......、107f、107g定位在电池保持器105的预定位置，比如204a处。阻尼器107a、107b、......、107g可以定位在电池保持器105a和105b的与电池模块100的外壳103接触的侧面上。也就是说，对于矩形电池保持器105a和105b，总共有8个阻尼器，4个在电池保持器105a和105b的每一者的短边上。阻尼器107c、107d、107e和107g定位在顶部电池保持器105a的凸起的边缘上。阻尼器107a、107b、107g和另一个阻尼器(不可见，但称为107h)定位在底部电池保持器105b的凸起的边缘上。在实施例中，阻尼器107a、107b、......、107h可以定位在电池保持器105a和105b的与外壳103的侧面接触的较短的凸起的边缘105f处。在电池保持器105a和105b的较长的凸起的边缘105e上，安装端盖，例如第二端盖104和BMS板106。预定位置，比如204a可以在边缘105f的中心处或者接近电池保持器105a和105b的顶点205。在预定位置，比如204a处，凹陷或凹部形成在电池保持器105a和105b上，或者电池保持器105a或105b的一部分被挖空。阻尼器比如107c安置在凹陷中，并且可以远离电池保持器105a和105b凸出。当电池组102定位在外壳103中时，阻尼器中的凸起，比如107c可以占据电池组102喻外壳103之间的空间。在凹陷处，设置有孔口，比如204b，以将阻尼器(比如107d)插入到电池保持器105a和105b中。如示例性示出的，阻尼器107a、107b、......、107h位于电池组102的顶部和底部短边，比如105f上。
图3A至图3B分别示例性地示出了根据本发明的实施例的电池模块100中的阻尼器(比如107a)的前立体图和前视图。如示例性示出的，阻尼器107a包括中空缓冲构件301、实心座接构件302和杆部分303。中空缓冲构件301容纳在电池保持器105a和105b与外壳103之间的空间中。中空缓冲构件301形成阻尼器107a的凸出部分。中空缓冲构件301与实心座接构件302相附接。实心座接构件302搁置在电池保持器105a和105b的预定位置，比如204a处。实心座接构件302的底部轮廓包括对应于电池保持器105a和105b的短边缘105f的凹槽302a。凹槽302a有助于将实心座接构件302搁置在电池保持器105a和105b的凹陷中。阻尼器107a的杆部分303从座接构件302中的凹陷下方延伸，锁定至电池保持器105a和105b的预定位置204a处的孔口204b中。
杆部分303被插入到电池保持器105a和105b的预定位置204a处的孔口204b中。如图3B中示例性示出的，杆部分303包括至少两个平行的半锁定单元，比如303a，半锁定单元在远端具有锁定脊303b。如示例性示出的，两个平行的锁定单元，比如303a构成杆部分303。在实施例中，三个或更多个平行的锁定单元，比如303a构成阻尼器107a的杆部分303。锁定单元303a中的每一者包括位于远端的锁定脊303b。锁定单元303a被压向彼此，并且杆部分303被插入电池保持器105a和105b的预定位置204a处的孔口204b中。一旦杆部分303被插入到孔口204b中，锁定单元303a就移动到它们的初始位置。在插入位置中，杆部分303的锁定脊303b阻止阻尼器107a在电池保持器105a和105b的预定位置204a处拔出。
图4示例性地示出了根据本发明的实施例的阻尼器107a的分解立体图。如示例性示出的，阻尼器107a包括中空缓冲构件301、实心座接构件302和杆部分303。缓冲构件301包括一个或多个从第一表面301a下方延伸的延伸件301b。也就是说，中空缓冲构件301的第一表面301a形成凸出部分，并且延伸件，比如301b从凸出部分下方延伸。中空缓冲构件301的第一表面301a为凸出的表面。中空缓冲构件301由弹性材料形成，比如橡胶。在实施例中，在第一表面301a下方，提供了四个延伸件，比如301b。延伸件301b也由弹性材料制成。延伸件301b是平坦且牢固的，以与实心座接构件302的肋302d接合。基于座接构件302的肋302d的数量来设计延伸件301b的数量。
缓冲构件301的前轮廓为凸出的第一表面301a，其侧面301c延伸得比延伸件301b长。示例性示出的实心座接构件302的顶部轮廓为四壁结构。实心座接构件302的顶部轮廓中的两个凸起的相对壁302b被缓冲构件301的侧面301c封闭。因此，在缓冲构件301与座接构件302接合时，座接构件302的两个凸起的相对壁302b被封闭在缓冲构件301内。当座接构件302与缓冲构件301接合时，凸出的第一表面301a的端部301e与实心座接构件302的下壁302c邻接接触。
当从顶部观察时，实心座接构件302包括中心配置的凹陷，凹陷具有由实心座接构件302的壁302b和302c界定的肋302d。肋302d被设计成与延伸件301b的设计相对应的图案。肋302d为座接构件302的材料的凸起的边缘，其接合在缓冲构件301的延伸件301b之间的空间中。如图4中示例性示出的，肋302d从凹陷中的中心302e对角地延伸。在实施例中，肋302d从凹陷中的中心302e侧向延伸。座接构件302由坚固耐用以将缓冲构件301保持在电池保持器105a和105b的预定位置处的聚合材料或树脂材料制成。
实心座接构件302的底部轮廓包括与电池保持器105a和105b中的凹陷轮廓相匹配的凹槽302a。实心座接构件302搁置在电池保持器105a和105b的预定位置204a处。彼此接合的缓冲构件301和座接构件302优选地以滑动配合或干涉配合的方式使用杆部分303锁定至电池保持器105a和105b的预定位置204a处的孔口204b中。
图5示例性地示出了阻尼器107a的缓冲构件301的底部立体图。如示例性示出的，延伸件301b从第一表面301a的下方延伸。此外，延伸件301b看起来源自第一表面301a下方的空中心301d。延伸件301b设计成对应于座接构件302的肋302d的设计。
图6A至图6B示例性地示出了阻尼器107a的实心座接构件302的立体图。如图6A中示例性示出的，实心座接构件302的凹陷中的四个肋，比如302d可以源自中心302e。图6B示例性地仅示出了两个肋，比如302d，其源自中心302e并从中心302e侧向延伸到座接构件302的壁302b。
图7示例性地示出了电池模块100的阻尼器107a的实施例的前立体图。图7所示的阻尼器107a的实施例的中空缓冲构件301包括在第一表面301a上的凹陷701，凹陷701用于插入紧固件以将缓冲构件301和座接构件302紧固到电池保持器105a和105b。用于紧固件的凹陷701中的孔口702与电池模块100的电池保持器105a和105b上的凹陷成一直线。在阻尼器107a的这样的实施例中，不存在杆部分，比如303，并且使用插入穿过缓冲构件301的紧固件将阻尼器107a保持在电池保持器105a和105b的预定位置204a处。在实施例中，缓冲构件301中的凹陷701中的孔口702可以包括用于将紧固件拧入孔口702中的螺纹。
在本文公开的阻尼器的不同实施例定位在电池保持器的边缘处，并允许电池组容易地滑入和滑出外壳。阻尼器填充外壳于电池组之间的间隙。阻尼器的缓冲构件为电池组提供抗冲击性/抗震动性。阻尼器的缓冲构件的弹性材料充当电池模块的外壳所经受的振动吸收器。在组装电池模块期间，阻尼器的定位很简单，只需要将阻尼器的杆部分插入在电池保持器的预定位置处。定位阻尼器的零件数量也减少了，从而降低了制造、组装、维护和维修的成本。如果万一电池模块的BMS板需要维修，则阻尼器确实需要从它们的位置移除，因为BMS板到电池保持器和阻尼器的安装位置是清楚区分的。在不同容量的电池组使用相同外壳的情况下，阻尼器将填充电池组与外壳之间的间隙。在一个实施例中，如果电池组与壳体之间的间隙变化，则仅改变阻尼器。通过保持相同的阻尼器或改变阻尼器，完全避免了重新设计外壳和电池保持器的成本，从而节省了新电池模块的制造成本，并为制造商提供了极大的灵活性，以具有具有各种容量的各种电池组来满足不同的产品变型、不同的市场等，而不损害制造的复杂性，增加多样性以及组装的复杂性。因此，根据本发明的阻尼器为电池模块提供了机械稳定性、热稳定性、耐久性、振动隔离和抗冲击性，同时能够打破多样性创造与制造和组装的容易性之间的折衷，从而为用电设备带来可靠的能量模块，以及能够承受因其使用及其组装和制造过程而产生的各种负载的坚固外壳。
在不脱离本发明的范围的情况下，可以在本文并入改进和修改。

Claims (16)

1.一种用于用电设备的电池模块(100)，包括：
一个或多个电池保持器(105)；
多个电池(201)，其定位在所述一个或多个电池保持器(105a和105b)中；
外壳(103)，其封闭定位在所述一个或多个电池保持器(105a和10b)中的所述多个电池(201)；和
一个或多个阻尼器(107a、107b、......107h)，其定位在所述一个或多个电池保持器(105a和105b)的预定位置(204a)处，用于封装所述外壳(103)与所述多个电池(201)之间的间隙。
2.根据权利要求1所述的电池模块(100)，其中所述一个或多个阻尼器(107a、107b、......107h)中的每一者包括：
中空缓冲构件(301)，其包括从第一表面(301a)下方延伸的一个或多个延伸件(301b)，配置在所述一个或多个电池保持器(105a和105b)与所述外壳(103)之间的空间中；
实心座接构件(302)，其包括凹陷，所述凹陷具有与所述缓冲构件(301)的一个或多个延伸件(301b)接合的一个或多个肋(302d)，和
杆部分(303)，其从所述座接构件(302)的所述凹陷下方延伸，锁定至所述一个或多个电池保持器(105a和105b)的所述预定位置(204a)中的一者处的孔口(204b)中。
3.根据权利要求2所述的电池模块(100)，
其中所述缓冲构件(301)的前轮廓为凸出的第一表面(301a)，其侧面(301c)延伸得比所述一个或多个延伸件(301b)长；并且
其中所述实心座接构件(302)的顶部轮廓为四壁结构，其具有封闭在所述缓冲构件(301)内的两个凸起的相对壁(302b)，用于所述缓冲构件(301)与所述座接构件(302)的接合；并且
其中所述实心座接构件(302)的底部轮廓包括对应于所述一个或多个电池保持器(105a和105b)的边缘的凹槽(302a)，用于将所述座接构件(302)搁置在所述一个或多个电池保持器(105a和105b)的所述预定位置(204a)处。
4.根据权利要求3所述的电池模块(100)，其中在所述实心座接构件(302)的所述一个或多个肋(302d)与所述缓冲构件(301)的所述一个或多个延伸件(301b)接合时，所述凸出的第一表面(301a)与所述实心座接构件(302)的下壁(302c)接触。
5.根据权利要求2所述的电池模块(100)，其中所述杆部分(303)包括至少两个平行的半锁定单元(303a)，所述半锁定单元(303a)在远端处具有锁定脊(303b)，以阻止所述一个或多个阻尼器(107a、1107b、......107h)在所述一个或多个电池保持器(105a和105b)的所述预定位置(204a)处拔出。
6.根据权利要求2所述的电池模块，其中所述一个或多个肋(302d)是从中心配置的凹陷中的中心(302e)对角延伸和侧向延伸中的一者。
7.根据权利要求2所述的电池模块(100)，其中所述一个或多个电池保持器(105a和105b)的所述预定位置(204a)包括靠近所述电池保持器(105a和105b)的顶点(205)的凹陷或凹部，用于将所述缓冲构件(301)安置在所述一个或多个电池保持器(105a和105b)上。
8.根据权利要求2所述的电池模块，其中所述缓冲构件(301)由弹性材料形成，并且所述座接构件(302)由聚合材料形成。
9.根据权利要求1所述的电池模块，所述一个或多个阻尼器(107a、107b、......107h)中的每一者包括：
中空缓冲构件(301)，其包括凹陷(701)，所述凹陷(701)具有在第一表面(301a)上的用于插入紧固件的孔口(702)，和
座接构件(302)，其附接到所述中空缓冲构件(301)，其中所述紧固件将所述中空缓冲构件(301)和所述座接构件(302)紧固到所述一个或多个电池保持器(105a和105b)。
10.根据权利要求9所述的电池模块，其中所述缓冲构件(301)中的所述凹陷(701)中的所述孔口(702)包括用于将所述紧固件拧入所述孔口(702)中的螺纹。
11.一种能量存储设备(100)的阻尼器(107a)，包括：
中空缓冲构件(301)，其包括从第一表面(301a)下方延伸的一个或多个延伸件(301b)，配置在一个或多个电池保持器(105a和105b)与所述能量存储设备(100)的外壳(103)之间的空间中；
实心座接构件(302)，其包括凹陷，所述凹陷具有与所述缓冲构件(301)的所述一个或多个延伸件(301b)接合的一个或多个肋(302d)；和
杆部分(303)，其从所述座接构件(302)的所述凹陷下方延伸，锁定至所述能量存储设备(100)的所述一个或多个电池保持器(105a和105b)的预定位置(204a)处的孔口(204b)中。
12.根据权利要求11所述的阻尼器(107a)，
其中所述缓冲构件(301)的前轮廓为凸出的第一表面(301a)，其侧面(301c)延伸得比所述一个或多个延伸件(301b)长；并且
其中所述实心座接构件(302)的顶部轮廓为四壁结构，其具有封闭在所述缓冲构件(301)内的两个凸起的相对壁(302b)，用于所述缓冲构件(301)与所述座接构件(302)的接合；并且
其中所述实心座接构件(302)的底部轮廓包括对应于所述一个或多个电池保持器(105a和105b)的边缘的凹槽(302a)，用于将所述座接构件(302)搁置在所述一个或多个电池保持器(105a和105b)的所述预定位置(204a)处。
13.根据权利要求12所述的阻尼器(107a)，其中在所述实心座接构件(302)的所述一个或多个肋(302d)与所述缓冲构件(301)的所述一个或多个延伸件(301b)接合时，所述凸出的第一表面(301a)与所述实心座接构件(302)的下壁(302c)接触。
14.根据权利要求12所述的阻尼器(107a)，其中所述杆部分(303)包括至少两个平行的半锁定单元(303a)，所述半锁定单元(303a)在远端处具有锁定脊(303b)，以阻止所述一个或多个阻尼器(107a、1107b、......107h)在所述一个或多个电池保持器(105a和105b)的所述预定位置(204a)处拔出。
15.根据权利要求12所述的阻尼器(107a)，其中所述一个或多个肋(302d)是从中心配置的凹陷中的中心(302e)对角延伸和侧向延伸中的一者。
16.根据权利要求12所述的阻尼器(107a)，其中所述一个或多个电池保持器(105a和105b)的所述预定位置(204a)包括靠近所述电池保持器(105a和105b)的顶点(205)的凹陷或凹部，用于将所述缓冲构件(301)安置在所述一个或多个电池保持器(105a和105b)上。
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