CN1855598A - 电池模块 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种电池模块，其包括间隔分开设置的多个单元电池和放置在单元电池之间的多块隔板。每块隔板包括支撑在单元电池上的基底和从基底上延伸并与单元电池接触的多个突起。突起由绝缘材料形成。由于对隔板的结构进行了改进并使其由绝缘材料构成，所以可避免单元电池之间的短路。而且，不需要设置单独的绝缘部件，因而可以降低电池模块的制造成本。此外，突起沿行和列交错地固定于基底上，进而可在突起的行和列之间实现一定角度的排列，借此可使冷却效率最大。

Description

电池模块
技术领域
本发明涉及一种电池模块，尤其涉及一种具有多个单元电池(unitbatteries)和设置于单元电池之间的隔板的电池模块。
背景技术
与一次电池不同，可再充电电池可以再充电。小功率电池用于如蜂窝式电话、膝上型计算机和录像摄像机之类的各种便携式电子装置。大容量按尺寸分组的电池(bulk size batteries)用作电机驱动电源，如燃油电力两用车中的电机驱动电源。
根据外形，可再充电电池可以分成不同类型，例如棱柱形电池和圆柱形电池。若将它们用于如燃油电力两用车之类的需要大功率电源的机械中的电机驱动时，可再充电电池可以构成大功率的电池模块。
电池模块由多个串联连接的可再充电电池(此后称为“单元电池”)组成，每个单元电池包括将隔板设于正电极和负电极之间的电极组件。电极组件置于外壳内侧，盖组件与外壳组装在一起，以使外壳密封。盖组件可包括被设置成从外壳内侧伸到外侧并且分别与正电极和负电极电连接的端子。
若单元电池为棱柱型电池，可将单元电池排列成使得从盖组件的上部突出的一个单元电池的正和负极端子与相邻单元电池的正和负极端子交替。通常，将电导体的接合器安装在设有螺纹的负极和正极端子上，使它们彼此电连接而形成电池模块。
由于电池模块连接几个至十几个单元电池而形成一个电池模块，因此需要有效地将各单元电池产生的热量散发掉。尤其将单元电池用作驱动如电动机车、燃油电力两用车、小型摩托车和真空吸尘器等中的电机的大容量按尺寸分组的可再充电电池时，散热特别重要。
如果不能使电池模块适当散热，由于各单元电池产生的热量，电池模块的温度可能过度升高，不只是电池模块而且具有这种电池模块的机械都可能发生故障。
据此，构成电池模块时，在单元电池之间设置隔板，由单元电池之间的隔板形成的空间不仅可用于冷却单元电池，而且还可用于防止因单元电池的热膨胀而引起的损坏。
为了起到这些作用，要求隔板具有足够的强度和用于有效散热的结构。
然而，传统的电池模块中的隔板不能同时满足上述两个条件，因此难以形成能满足消费者期望的质量的电池模块。
也就是说，若隔板具有足够的强度，则制造成本增加并且对冷却空气通道的设计造成限制。或者，若将隔板形成为具有高冷却效率，则可能在结构上呈现出弱点。
发明内容
本发明的目的在于提供一种电池模块，其包括具有保持单元电池形状的足够强度且可有效地控制单元电池温度的隔板。
根据本发明一实施方式，电池模块包括间隔分开设置的多个单元电池和设置在单元电池之间的多块隔板，其中，每一隔板包括支撑在单元电池上的基底和从基底延伸并与单元电池接触的多个突起，突起由绝缘材料形成。
基底可以是板或杆。
优选突起由陶瓷或塑料形成，和/或只形成在所述板的一个表面上。
基底可以由导电材料构成。或者，基底可以由绝缘材料构成。
可将突起分开地形成并固定于基底上。在这种情况下，突起可以固定地插在基底上形成的凹槽中。
可供选择的是，基底可以与突起形成为整体。
优选突起的横截面为圆形、梯形或矩形。
优选电池模块用作驱动电机的电源。
优选突起沿行和列交错排列地固定在基底上。在这种情况下，第一假想延长线和第二假想延长线之间的角度优选在30～150°的范围内，更优选的是，该角度在45～60°的范围内，所述第一假想延长线连接设置在第一行和第一列的交叉点处的第一突起和设置在与第一行相邻的第二行和与第一列相邻的第二列的交叉点处的第二突起，所述第二假想延长线连接第一突起和设置在第二行和第二列相对侧上与第一列相邻的第三列的交叉点处的第三突起。
附图说明
通过下面结合附图对本发明进行详细说明可更全面地理解本发明，本发明附带的许多优点也将更加清晰，附图中相同的附图标记表示相同或相似的部件。附图中：
图1为本发明一实施方式的电池模块的横截面侧视图；
图2为图1所示电池模块的隔板的透视图；
图3为图2所示隔板的横截面图；
图4至6、7A至7D、8A至8D和9A至9H为图2所示隔板的各种变形实例的视图；
图10的视图示出了图2所示隔板的工作情况。
具体实施方式
下面参考附图对本发明进行更全面的描述，这些附图示出了本发明的示例性实施方式。
图1为本发明第一实施方式的电池模块的横截面侧视图。
参考图1，本发明的电池模块10包括彼此隔开预定间距的多个单元电池111、112......11n。
本实施方式中的每一单元电池为棱柱型可再充电电池，其包括外壳；被插入外壳中的包括正电极、负电极和隔板的电极组件；和安装在外壳上的盖组件。
在单元电池111、112......11n之间设置隔板201、202......20n，以使冷却剂(例如，本实施方式中的空气)流过单元电池111、112......11n之间。隔板201、202......20n与单元电池111、112......11n连接以支撑它们。
这种单元电池111、112......11n和隔板201、202......20n可以通过紧固件连接在一起，也就是说，借助于设置在包括单元电池111、112......11n和隔板201、202......20n的单元电池集合体的两个最外侧上的端板13和通过拧入螺钉而与端板13组合在一起的紧固杆14使单元电池111、112......11n和隔板201、202......20n固定就绪，由此形成组件。
将组件安装在壳体12中，该壳体具有用于接收冷却单元电池111、112......11n的空气的入口12a和用于排出空气的出口12b。
利用如螺钉和/或螺母之类的固定件将端板13可拆卸地固定在壳体12上而将组件安装在壳体12中。
入口12a被设置在壳体12上部的一侧，出口12b被设置在壳体12下部的一侧，出口12b被设置成与入口12a相对。当然，壳体12的这种结构只是本发明可采用的结构的一个实例，本发明并不限于此。
这种电池模块10可以使导入的空气通过壳体12的入口12a进入壳体12中，并从壳体12的上部流到壳体12的下部，然后通过壳体12的出口12b排出壳体12。
在这个过程中，空气流过隔板201、202......20n，而单元电池111、112......11n产生的热量与空气进行热交换，借此冷却单元电池111、112......11n。
参考图2和3，对隔板20进行更加详细的描述。由于隔板201、202......20n彼此形状相同，因此作为例子只对一块隔板20进行描述。
隔板20包括基底21和设置在基底21上的多个突起22。
在该实施方式中，基底21由塑料形成，其具有与单元电池11的侧表面相同的表面积。每一突起22形成为球形。突起22贴附于基底21的表面上且彼此分隔开预定距离。此外，突起22可以由绝缘材料如陶瓷形成。
为了使突起22贴附在基底21上，在基底21的表面上形成形状与突起22相对应的多个凹槽23，突起22被固定地插在凹槽23中。
可通过以压配合(interference fit)的方式将突起22插在凹槽23中，或者通过粘合剂将突起22固定在凹槽23中。
当突起22固定在凹槽23中时，突起22的高度h(图3)直接影响隔板20的厚度t，即单元电池11之间的间隔。因此，可以根据电池模块的设计适当调整突起22的高度h。
再回到图1，当通过在单元电池111、112......11n之间设置隔板201、202......20n而形成电池模块10时，基底21的第一表面与单元电池111、112......11n的第一侧表面紧密接触，同时从基底21的第二表面突出的突起22与单元电池111、112......11n的第二侧表面紧密接触，从而在单元电池111、112......11n之间保持均匀间隔。
因此，在单元电池111、112......11n之间、在端板13和单元电池111之间以及在端板13和单元电池11n之间保持预定间隔。于是，进入到壳体12中的空气流过突起22之间限定的空间，从而将单元电池111、112......11n产生的热量散发掉。
由于隔板201、202......20n的突起22和基底21与单元电池111、112......11n紧密接触，所以使用电池模块时，这些突起可起支撑单元电池111、112......11n抵消膨胀力的作用，否则膨胀力将使单元电池111、112......11n变形。
就此而言，可将突起22均匀地分布在单元电池111、112......11n的支撑部分上，从而支撑单元电池111、112......11n并增强施加到单元电池111、112......11n上的支撑力，由此可防止单元电池111、112......11n和隔板201、202......20n变形。
而且，由于突起22由如陶瓷之类的绝缘材料构成，所以不需要设置单独的绝缘部件来防止单元电池111、112......11n之间短路。
如果需要，隔板201、202......20n的基底21也可以由如陶瓷之类的绝缘材料构成。
图4和5为隔板的改型例的横截面图。
在图4所示的情况中，隔板20′包括基底21′和多个突起22′，每一突起22′具有梯形横截面。突起22′固定地被插在形成于基底21′上的凹槽23′。
除了上述形状以外，还可将突起形成为具有各种其他形状。
在图5所示的情况中，隔板20″包括基底21″和多个突起22″，每个突起22″的横截面为矩形。突起22″固定地被插在形成于基底21″上的凹槽23″中。
图6为隔板的另一改型例的分解透视图。
在该改型例中，隔板30包括由如铝或铜之类的高热导率的金属构成的基底32和多根贴附于基底32的表面上并从所述表面突起的杆34。杆34彼此间隔预定距离。杆34具有圆形横截面。杆34可以由如陶瓷之类的绝缘材料构成。
为了将杆34贴附到基底32上，在基底32的表面上形成形状与杆34相对应的多个凹槽36，杆34固定地插入凹槽36中。
可通过压配合的方式将杆34插到凹槽36中，或者通过粘结剂将杆34固定在凹槽36中。
可将杆的横截面形成为除圆形外的其他各种形状，如梯形、矩形或椭圆形。在这种情况下，形成与杆的形状相对应的凹槽。
由于该实施方式中隔板30的作用与前面的实施方式中隔板的作用相同，因此不再赘述。
图7A至7D为隔板的其他改型例的横截面图。
参考图7A到7D，隔板42、44、46和48分别具有突起42a、44a、46a和48a和基底42b、44b、46b和48b。突起42a、44a、46a和48a分别和基底42b、44b、46b和48b整体成型。基底和突起由如陶瓷或塑料之类的绝缘材料构成。
突起42a、44a、46a和48a可以如图中所示是中空的，或者它们可以是实心的。
图8A至8D为隔板的其他改型例的横截面图。
参考图8A至8D，附加板50b、52b、54b和56b分别贴附在隔板50、52、54和56各自的突起50a、52a、54a和56a的前端，它们与图7A至7D中描述的相同。
在该实施方式中，由于是板50b、52b、54b和56b而不是突起与单元电池的侧面接触，所以与单元电池的接触面积增大，由此可进一步增强紧靠单元电池的支撑力。板50b、52b、54b和56b优选由与突起相同的材料构成。
图9A至9H为隔板的其他改型例的横截面图。
参考图9A至9H，通过将上面实施方式中的两块隔板组合起来形成隔板60、62、64、66、68、70、72和74，从而可提高其强度。
在基底上排列突起时，将突起排列成使其满足下述条件。对此将参考图10中的隔板进行描述。
参考图10，突起22沿行和列交错地被固定在基底21上。就此而言，优选将第一假想线X与第二假想线Y之间的角度β设置成满足下述条件：
30°≤β≤150°
其中，第一假想线X是连接设置于第一行和第一列的交叉点上的第一突起22a及设置于与第一行相邻的第二行和与第一列相邻的第二列的交叉点上的第二突起22b的连线，第二假想线Y是连接第一突起22a和设置于第二行和在第一列中相对于第二列为相反侧的与第一列相邻的第三列的交叉点上的第三突起22c的连线。
更优选的是将角度β设置成满足下述条件：
45°≤β≤60°
借助突起22a、22b和22c的上述排列，通过图1所示的壳体12的入口12a流入隔板20的空气碰撞图10所示的突起22a、22b和22c，并且朝向突起22a、22b和22c的两侧散开(参见图10的箭头①和②)。
也就是说，空气与突起22a、22b和22c碰撞，并改变其流动方向而朝突起22a、22b和22c的两侧流动。就此而论，空气流的速度通常是影响单元电池的冷却效率的因素。
也就是说，若通过隔板20的空气不能以适当的速度流动，通常20中的压降将增大，因此，壳体12中空气流动阻力通常会增大。这将导致对单元电池的冷却效率恶化。此外，若空气不能适当地分散于隔板20中，就不能有效地实现热交换，于是，对单元电池的冷却效率通常也会恶化。再者，若使如冷却风扇之类的单元更快速地运行以增大空气的流动速度，该单元可能过载，这通常会引发各种其他问题。
然而，为了避免和解决这些问题，在本发明中，将角度β设定在上述范围中，以使空气以适当的速度流动，进而使对单元电池的冷却效率最高。
通过测试已经发现，若角度β小于30°，热交换效率太低，但角度β若大于150°时，空气流动速度太低。可是，若将角度β设置在30°至150°、优选设置在45°至60°则可避免这些问题，并使冷却效率最高。
根据本发明，由于对隔板的结构进行了改进并使其由绝缘材料构成，所以可避免单元电池之间的短路。而且，不需要设置单独的绝缘部件，因而可以降低电池模块的制造成本。
此外，由于改进了隔板的结构和隔板的空气流动结构，所以隔板可以具有足够的强度，由此可防止隔板变形并可提高热交换效率。
再者，由于可以随意设计流过隔板的空气的流动方向，所以可扩大电池模块的设计范围。
本电池模块可以用于如HEVs(燃油电力两用车)、EVs(电动机车)、无线真空吸尘器、电动自行车、摩托车等要求高功率特性的装置的电机驱动。
还应当注意的是，隔板的基底可以设置成与突起整体形成或组装的板形或杆形。
虽然上面已结合目前认为是实用的示例性实施方式对本发明进行了说明，但是可以理解，本发明并不局限于所公开的实施方式，反之，本发明将涵盖落入所附权利要求的构思和保护范围内的各种改型和等同配置。

Claims (14)

1.一种电池模块，包括：
间隔地分开设置的多个单元电池；和
设置在所述单元电池之间的多块隔板，
其中，每一隔板包括支撑在所述单元电池上的基底和从该基底延伸并与所述单元电池接触的多个突起，所述突起由绝缘材料构成。
2.根据权利要求1所述的电池模块，其中，所述基底是板。
3.根据权利要求2所述的电池模块，其中，所述突起仅形成在所述板的一个表面上。
4.根据权利要求1所述的电池模块，其中，所述基底是杆。
5.根据权利要求1所述的电池模块，其中，所述突起由陶瓷和塑料中的一种材料构成。
6.根据权利要求1所述的电池模块，其中，所述基底由导电材料构成。
7.根据权利要求1所述的电池模块，其中，所述基底由绝缘材料构成。
8.根据权利要求1所述的电池模块，其中，所述突起分开地形成并被固定于所述基底上。
9.根据权利要求8所述的电池模块，其中，所述突起固定地插在形成于所述基底上的凹槽中。
10.根据权利要求1所述的电池模块，其中，所述基底与所述突起整体地形成。
11.根据权利要求1所述的电池模块，其中，每一所述突起具有圆形、梯形和矩形中的一种横截面。
12.根据权利要求1所述的电池模块，其中，所述电池模块用作驱动电机的电源。
13.根据权利要求1所述的电池模块，其中，所述突起沿行和列交错地固定于基底上，第一假想线与第二假想线之间的角度在30～150°的范围内，所述第一假想线连接设置在第一行和第一列的交叉点处的第一突起和设置在与所述第一行相邻的第二行和与所述第一列相邻的第二列的交叉点处的第二突起，所述第二假想线连接所述第一突起和第三突起，该第三突起被设置在所述第二行和在与所述第二列相邻的所述第一列的相对侧处与所述第一列相邻的第三列的交叉点处。
14.根据权利要求13所述的电池模块，其中，所述角度在45～60°的范围内。
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