CN1713412A - 二次电池组件 - Google Patents

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Abstract

一种二次电池组件具有多个相互邻近隔开的单元电池。隔离肋布置在邻近的单元电池之间，该隔离肋具有多个突起。

Description

二次电池组件
技术领域
本发明涉及二次电池，更具体地，涉及具有多个单元电池的二次电池组件，以及用于该二次电池组件的隔离肋(barrier rib)。
背景技术
不同于原电池，二次电池可以再充电。低功率电池被用于各种便携式电子装置，比如蜂窝式电话、膝上型计算机和可携式摄像机。大尺寸电池被用作诸如混合电动车辆中电机驱动的功率源。
根据外部形状，二次电池可以分为不同的类型，例如方形电池和圆柱形电池。当被用作需要高功率源的机器的电机驱动时，比如混合电动车辆时，二次电池可以形成高功率的二次电池组。
通过串联连接数个二次电池(以下称作“单元电池”)来形成二次电池组件，每个单元电池包括电极组件，其中隔板置于正极与负极之间。电极组件插入容器内，并且盖组件装配在容器上密封容器。该盖组件包括从容器内部延伸到容器外部并分别电连接到正极与负极的端子。
另外，如果单元电池为方型的电池，则单元电池被设置为：从盖组件上部突出的一个单元电池的正极端子和负极端子，与相邻单元电池的正极端子和负极端子相交替。电导体的适配器通常安装在带螺纹的负极端子和正极端子上，以使这些端子互相电连接，形成电池组件。
由于电池组件将数个至数十个单元电池连接形成一个电池组件，因此需要有效地散发每个单元电池产生的热。特别是，当单元电池用作电机驱动的大尺寸二次电池时，比如在电动车辆、混合电动车辆，小型摩托车以及真空吸尘器中时，热散发特别重要。
如果没有适当地发生热散发，由于每个单元电池产生的热，那么电池组件的温度会过度地升高，从而，不仅电池组件而且带有该电池组件的机器都可能出现故障。
相应地，在形成电池组件时，隔离肋布置在单元电池之间，由隔离肋在单元电池之间形成的空间不仅用于冷却单元电池，还可以防止由单元电池的热膨胀引起的变形。
为了实现这些功能，隔离肋需要有用于热散发的足够强度和结构。
然而，传统二次电池组件内的隔离肋并不能同时满足上述两个条件，从而，很难形成消费者所期待性能的二次电池。
也就是说，如果隔离肋保证了足够的强度，则制造成本就升高，而且会对冷却空气通道的设计产生限制。或者，如果隔离肋形成为具有很高的冷却效率，则其结构易于显现的很脆弱。
发明内容
根据本发明，提供一种二次电池组件，其中隔离肋不仅具有足以保持单元电池形状的结构强度，而且可以有效地控制单元电池的温度。
根据本发明的一个方面，一种二次电池组件，包括：多个相互邻近隔开的单元电池；和布置在所述邻近的单元电池之间的隔离肋，该隔离肋具有多个突起。
该隔离肋可以具有板形基体，所述多个突起可以形成在该板形基体上。
所述多个突起可以布置在该板形基体的一个表面上。
该突起可以具有圆锥形状或角锥形状。
该突起可以具有圆柱形状或棱柱形状。
该突起可以具有半球形状。
该二次电池组件可以进一步包括布置在该隔离肋与单元电池之间的辅助隔离肋。
该辅助隔离肋可以具有板形基体，该板形基体具有平坦的表面。
该辅助隔离肋可以具有板形基体，多个突起形成在该基体上。
该隔离肋和该辅助隔离肋可以互相接触并布置在单元电池之间。
该隔离肋的突起可以与该辅助隔离肋的基体相接触，该辅助隔离肋的突起可以与该隔离肋的基体相接触。
该隔离肋的突起可以与该辅助隔离肋的突起相接触。
该突起具有带有斜面的形状，该斜面相对于该隔离肋的一个表面倾斜预定角度。
该二次电池组件满足下式：
45°≤α≤90°
其中α是该角度。
所述突起可以在该板形基体上形成为交错阵列，并且该二次电池组件满足下式：
30°≤B≤150°
其中β是，相对于在第一列内布置的一个突起，布置在与该一个突起相交的其它方向上并且邻近该一个突起的其它突起之间的角度。
该突起可以在该基体上形成为点阵列。
该二次电池组件可以包括适于使用在电机驱动设备中的壳体，该壳体用于安装所述多个单元电池、并且具有冷却介质输入和输出。
附图说明
图1是根据本发明一个实施例的二次电池组件的示意性横截面侧视图。
图2是根据本发明第一实施例的隔离肋的透视图。
图3是说明根据本发明第一实施例的隔离肋的另一突起阵列的透视图。
图4是具有根据本发明第一实施例的隔离肋的二次电池组件的局部横截面图。
图5A、5B、6A、6B、6C、7A、7B和7C是示出本发明第一实施例的变化实例的二次电池组件的局部横截面图。
图8是具有根据本发明第二实施例的隔离肋的二次电池组件的局部横截面图。
图9、10和11是示出本发明第二实施例的第一变化实例的二次电池组件的局部横截面图。
图12、13、14和15是示出本发明第二实施例的第二变化实例的二次电池组件的局部横截面图。
图16、17、18和19是示出本发明第二实施例的第三变化实例的二次电池组件的局部横截面图。
图20是说明根据本发明第一实施例的隔离肋的功能的视图。
具体实施方式
参看图1，根据本发明的二次电池组件10包括相互间以预定距离隔开的多个单元电池11，111...11n。
根据本发明的单元电池11是方型的二次电池，作为通常的二次电池，该方型的二次电池包括：容器；要插进容器内并含有正极、负极和隔板的电极组件；以及布置在容器中的盖组件。
隔离肋20布置在单元电池11，111...11n之间以在单元电池11，111...11n之间流动冷却介质(例如在本实施例中为空气)，并且连接到单元电池11，111...11n，支撑这些单元电池。
这些单元电池11，111...11n和隔离肋20被紧固板22和紧固杆24固定在适当的位置，以形成组件。
该组件被安装进具有接收空气的进口12a和排出空气的出口12b的壳体12内，空气用来冷却这些单元电池11。这样的壳体可以形成机器系统的电机驱动的功率/气流系统的一部分，其中机器系统包括混合电动车等。
进口12a布置在壳体12上部的一侧，出口12b布置在壳体12下部的一侧，与进口12a相对。然而，壳体12的这种结构仅是本发明可以采用的二次电池组件的一种例子，但是本发明并不局限于此。
这样的二次电池组件10，使通过壳体12的进口12a进入壳体12内的空气从壳体12的上部流动到下部，并通过壳体12的出口12b流到壳体12外部。
在这个过程中，空气穿过隔离肋20，单元电池11，111...11n产生的热量被空气热交换，从而可以冷却单元电池。
接下来，详细说明具有上述功能的二次电池组件10。
现在参看图2，二次电池组件10的隔离肋20包括板形的基体20a，该基体20a的尺寸对应于单元电池11的侧面的尺寸，并且具有多个形成在基体20a上的突起20b。这些突起20b从基体20a的一个表面伸出，彼此间以预定距离间隔开。
突起20b可以形成为垂直或水平交错的阵列，或者形成为如图3所示的点阵列。
另外，突起20b从基体20a伸出为实心突起(solid protrusion)，或者突起20b可以从如图4所示具有内部被挖空的(hollowed-out)槽20c的基体20a伸出。在下面的实施例中，突起具有后者的突起类型。
本实施例的突起20b，具有带有在顶部宽、在底部窄的剖开顶点(cutawayapex)区域的圆锥形状。
当隔离肋20布置在单元电池11，111...11n之间形成组件时，突起20b的前端紧密接触一个单元电池11的侧面，并且基体20a的侧面紧密接触另一个单元电池111的侧面。
隔离肋20的这种布置应用于在单元电池11，111...11n之间布置的所有隔离肋20。
上述布置使单元电池11，111...11n之间的距离保持为预定尺寸，并且从单元电池11，111...11n产生的热可以被穿过突起20b之间形成的空间的空气冷却。
本实施例的突起20b，具有带有在顶部宽、在底部窄的剖开顶点区域的园锥形状。也就是说，这些突起20b具有斜面200b的形状，该斜面200b相对于隔离肋20的一个表面即基体20a的一个表面倾斜预定角度(α)(图4)。
考虑突起20b的强度性能来设定该角度(α)。也就是说，如果单元电池处于异常状态，并且单元电池的内部压力增大促使压缩应力作用在突起20b上，则突起20b应当具有足以承受该应力的强度。否则，隔离肋20不可能稳固地支撑单元电池，从而在预定压力值下保证单元电池安全的安全孔不会破裂，而在较高压力值下会破裂，因而会导致不稳定的操作。因此，整个电池组件可能会处于很危险的状态。
考虑到这样的问题，角度(α)满足下式以使突起20b具有足够的强度：
i)45°≤α≤90°
在一个示范性实施例中，角度(α)满足下式：
i)50°≤α≤70°
在另一个示范性实施例中，角度(α)满足下式：
i)55°≤α≤65°
下面的表1示出根据本发明实施例的隔离肋的强度和冷却效率。在表1中，压强(compressive pressure)越低意味着强度越高。体积效率定义为突起和冷却介质的流动空间的体积比(流动空间中突起的体积/流动空间)，并且体积效率越高意味着冷却效率越高。
根据本发明的实施例，表1中的隔离肋具有角度(α)为60°或90°的突起。这些实施例的隔离肋由压处理(press process)或喷射处理(injection process)形成，并且由铝(AL3003)制成。
表1
  压处理   喷射处理
  压强(Mpa)   压强(Mpa)   体积效率(％)
实例1(α＝60°)   58.19   29.16   89
实例2(α＝90°)   61.12   33.71   86
如果角度大于90°，突起的形状受到限制，因此难以形成突起。如果角度小于45°，突起的强度降低，因此容易破裂。
图5A至7C示出本发明第一实施例的变化实例，这些变化实例具有不同形状的突起。
在图5A至5B中，形成在隔离肋30的基体30a上的突起30b具有半球形状。
在图6A至6C中，形成在隔离肋40的基体40a上的突起40b具有圆柱形状(图6B)，或者具有如直角棱柱的棱柱形状(图6C)。棱柱的斜面可以形成为满足上述角度(α)。
在图7A至7C中，形成在隔离肋50的基体50a上的突起50b具有圆锥形状(图7B)，或具有如四角锥的角锥形状(图7C)。
图8至11是根据本发明第二实施例的二次电池组件的横截面图。根据该第二实施例的二次电池组件60除了进一步包括另外的隔离肋之外，基本上具有与第一实施例相似的整体结构，所述另外的隔离肋也就是和隔离肋63一起设置在单元电池61与单元电池611之间的辅助隔离肋65，该隔离肋65与之前实施例的隔离肋很相似。
辅助隔离肋65可以具有对应于隔离肋63的尺寸，并且它的整个表面可以是平坦的。它的厚度和材料可以与隔离肋63的厚度和材料相同。
该第二实施例的电池组件60与第一实施例的电池组件的不同之处在于，辅助隔离肋65接触单元电池61的侧面，而不是隔离肋63的突起63a接触单元电池61的侧面。相应地，与单元电池61的接触面积增大，从而散发由单元电池61产生的热就更加有效。同时，还可以防止突起63a使单元电池61的侧面变形。
图9至11示出根据该第二实施例的第一实例的二次电池组件，其中基本结构与图8相同，但形成在隔离肋上的突起具有不同的形状。
在图9中，隔离肋66的突起66a具有半球形状。在图10中，隔离肋67的突起67a具有圆柱形状或棱柱形状。在图11中，隔离肋69的突起69a具有圆锥形状或角锥形状。
图12至15示出说明根据本发明第二实施例的第二变化实例的二次电池组件的结构的横截面图。
现在参看图12，二次电池组件70具有隔离肋73和设在单元电池71和单元电池711之间非常类似于上述第二实施例的辅助隔离肋75。然而，该辅助隔离肋75并不具有与第二实施例中整个表面为平坦的辅助隔离肋相同的结构，而是具有类似于隔离肋73在基体75a上形成多个突起75b的结构。也就是说，在该第二变化实例中，辅助隔离肋75具有若干突起75b，隔离肋73在基体73a上也具有若干突起73b。
突起73b和75b具有与第一实施例中描述的相同的形状。
当隔离肋73和辅助隔离肋75布置在单元电池71和711之间时，隔离肋73接触单元电池711，辅助隔离肋75接触单元电池71。在该第二变化实例中，突起73b和75b布置得不相互叠盖(overlap)。也就是说，隔离肋73的突起73b与辅助隔离肋75的基体75a接触，并且辅助隔离肋75的突起75b与隔离肋73的基体73a接触，从而隔离肋73和辅助隔离肋75实质上彼此组合。
由于突起73b和75b的交错阵列，隔离肋73和辅助隔离肋75这样布置可以增强隔离肋73和辅助隔离肋75的强度，因此，可以更加稳固地支撑单元电池71和711。
图13至14示出基本结构与图12所示相同、但是形成在隔离肋和辅助隔离肋上的突起具有不同形状的二次电池组件。
在图13中，隔离肋77的突起77a和辅助隔离肋79的突起79a具有半球形状。在图14中，隔离肋81的突起81a和辅助隔离肋83的突起83a具有圆柱形状或棱柱形状。在图15中，隔离肋85的突起85a和辅助隔离肋87的突起87a具有圆锥形状或角锥形状。
图16至19示出说明根据本发明第二实施例的第三变化实例的二次电池组件结构的横截面图。
参看图16，在该第三变化实例中，隔离肋89和辅助隔离肋91具有非常类似于第一变化实例的突起89a和91a，只是这些突起89a和91a布置并且在单元电池93和单元电池931之间接触。
由于突起89a和91a，这样布置的隔离肋89和辅助隔离肋91可以增强隔离肋89和辅助隔离肋91的强度，从而能够类似于第一个变化实例更加稳固地支撑单元电池93和单元电池931。另外，可以扩展在突起89a与91a之间形成的空气流动通道，以增强对单元电池93和单元电池931的冷却效率。
图17至19示出基本结构与图16相似，但形成在隔离肋和辅助隔离肋上的突起具有不同形状的二次电池组件。
在图17中，隔离肋95的突起95a和辅助隔离肋97的突起97a具有半球形状。在图18中，隔离肋99的突起99a和辅助隔离肋101的突起101a具有圆柱形状或棱柱形状。在图19中，隔离肋103的突起103a和辅助隔离肋105的突起105a具有圆锥形状或角锥形状。
现在参照图20，为了方便，与图2所示的隔离肋相关对其进行描述。当隔离肋的突起布置在基体上时，这些突起可以形成为满足下面的式子。当突起20b、20b’和20b”以交错阵列形成在基体20a上时，角度(β)可以满足下式：
i)30°≤β≤150°
i)其中β是，相对于在列内布置的一个突起20b，布置在与该一个突起20b相交的其它方向上并且邻近该一个突起20b的其它突起20b’和20b”之间的角度。
另外，角度(β)可以满足下式：
i)45°≤β≤60°
借助于突起20b、20b’和20b”的这样布置，如果空气穿过壳体12上的进口12a流进隔离肋20内接触隔离肋20的一个突起20b’，则空气被相对于突起20b’分散为两个方向(图20中的箭头1和2)。
这样，穿过隔离肋20的空气在隔离肋20的所有突起上被散布，从而改变它的漂浮前进路径。那么，气流的速度可以成为影响单元电池冷却效率的因素。
也就是说，若空气不具有适当的速度，则当空气穿过隔离肋20时，就不能在隔离肋20内有效地散布，从而热交换不会产生。这样，就导致单元电池的冷却效率降低。
另外，若空气不具有适当的速度，则隔离肋20内的压降会增加，从而增大空气流动穿过壳体12的阻力。因此，这增加了向壳体12提供空气以增大气流速度的装置的负担，例如冷却扇，同时降低了单元电池的冷却效率，导致另外的问题。
考虑到这些，本实施例通过将角度(β)保持在上述范围内，使空气具有适当的流速，从而将单元电池的冷却效率最大化。
已经进行了连续实验，发现如果角度(β)小于30°，热交换效率变得太低，如果角度(β)大于150°，空气的流速变得太低而不能满足单元电池的冷却效率。
根据本发明的二次电池组件由于隔离肋而具有足够的强度，并且由于隔离肋具有突起，使得单元电池能够被有效地冷却和防止单元电池变形。
这种二次电池组件可以有效地用于电机驱动的机器，例如混合电动车辆、电动车辆、小型摩托车、摩托车，或者需要高功率的电子真空吸尘器。
尽管上述的隔离肋由铝制成，但是也可以由绝缘材料制成，比如塑胶，以及金属制成，比如铝。
虽然已经示出和描述了本发明的一些示范性实施例，但是本领域的普通计数人员可以理解，可以不脱离本发明的原理和精神而对实施例做出各种改变，本发明的范围由所附的权利要求及其等同物来限定。

Claims (30)

1、一种二次电池组件，包括：
多个相互邻近隔开的单元电池；和
布置在所述邻近的单元电池之间的隔离肋，该隔离肋具有多个突起。
2、如权利要求1的二次电池组件，其中该隔离肋具有板形基体，所述多个突起形成在该板形基体上。
3、如权利要求2的二次电池组件，其中所述多个突起布置在该板形基体的一个表面上。
4、如权利要求1的二次电池组件，其中突起具有圆锥形状或角锥形状。
5、如权利要求4的二次电池组件，其中该突起具有带有剖开顶点区域的圆锥形状。
6、如权利要求1的二次电池组件，其中突起具有圆柱形状或棱柱形状。
7、如权利要求1的二次电池组件，其中突起具有半球形状。
8、如权利要求1的二次电池组件，进一步包括布置在该隔离肋与单元电池之间的辅助隔离肋。
9、如权利要求8的二次电池组件，其中该辅助隔离肋具有板形基体，该板形基体具有平坦的表面。
10、如权利要求8的二次电池组件，其中该辅助隔离肋具有板形基体，多个突起形成在该基体上。
11、如权利要求10的二次电池组件，其中该隔离肋和该辅助隔离肋互相接触并布置在单元电池之间。
12、如权利要求11的二次电池组件，其中该隔离肋的突起与该辅助隔离肋的基体相接触，该辅助隔离肋的突起与该隔离肋的基体相接触。
13、如权利要求11的二次电池组件，其中该隔离肋的突起与该辅助隔离肋的突起相接触。
14、如权利要求10的二次电池组件，其中突起具有圆锥形状或角锥形状。
15、如权利要求10的二次电池组件，其中突起具有带有剖开顶点区域的圆锥形状。
16、如权利要求10的二次电池组件，其中突起具有圆柱形状或棱柱形状。
17、如权利要求10的二次电池组件，其中突起具有半球形状。
18、如权利要求1的二次电池组件，其中突起的内部具有槽。
19、如权利要求10的二次电池组件，其中该辅助隔离肋的突起的内部具有槽。
20、如权利要求10的二次电池组件，其中该隔离肋的厚度与该辅助隔离肋的厚度相同。
21、如权利要求10的二次电池组件，其中该隔离肋的突起与该辅助隔离肋的突起相对称。
22、如权利要求1的二次电池组件，其中突起具有带有斜面的形状，该斜面相对于该隔离肋的一个表面倾斜预定角度。
23、如权利要求22的二次电池组件，其中该二次电池组件满足下式：
45°≤α≤90°
其中α是该预定角度。
24、如权利要求23的二次电池组件，其中该二次电池组件满足下式：
50°≤α≤70°
其中α是该预定角度。
25、如权利要求24的二次电池组件，其中该二次电池组件满足下式：
55°≤α≤65°
其中α是该预定角度。
26、如权利要求2的二次电池组件，其中所述突起在该板形基体上形成为交错阵列。
27、如权利要求26的二次电池组件，其中该二次电池组件满足下式：
30°≤β≤150°
其中β是，相对于在第一列内布置的一个突起，布置在与该一个突起相交的其它方向上并且邻近该一个突起的其它突起之间的角度。
28、如权利要求2的二次电池组件，其中所述突起在该基体上形成为点阵列。
29、如权利要求1的二次电池组件，其中所述单元电池为方形电池。
30、如权利要求1的二次电池组件，其中该二次电池组件包括适于使用在电机驱动设备中的壳体，该壳体用于安装所述多个单元电池、并且具有冷却介质输入和输出。
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