TW202205728A - 電池模組、用於生產此類電池模組的方法，以及此類電池模組的用途 - Google Patents

Abstract

本發明係關於一種電池模組，其包含：複數個圓柱形電池單體（2）；及一第一外殼元件（31），其具有複數個圓柱形第一收納器（41），在該複數個圓柱形第一收納器（41）中，收納彼此串聯及/或並聯電連接之一第一複數個（21）電池單體（2）；及一第二外殼元件（32），其具有複數個圓柱形第二收納器（42），在該複數個圓柱形第二收納器（42）中，收納彼此串聯及/或並聯電連接之一第二複數個（22）電池單體（2），其中該第一外殼元件（31）具有上面配置有該些第一收納器（41）之一第一主體（51），且該第二外殼元件（32）具有上面配置有該些第二收納器（42）之一第二主體（52），其中該第一主體（51）及該第二主體（52）彼此連接以便形成一收納空間（6），在該收納空間（6）中收納用於形成該第一複數個（21）電池單體（2）與該第二複數個（22）電池單體（2）彼此的一串聯及/或並聯電連接之單體連接器（7）。

Description

電池模組、用於生產此類電池模組的方法，以及此類電池模組的用途

本發明係基於一種電池模組，其包含獨立請求項之通用類型的複數個圓柱形電池單體。本發明亦係關於一種用於生產此電池模組之方法及此電池模組之用途。

自先前技術已知，電池模組可由複數個個別電池單體組成，該些電池單體可彼此串聯及/或並聯地導電連接，使得個別電池單體經互連以形成電池模組。

此外，此類電池模組互連以形成電池或形成整個電池系統。

可形成相對較輕且較佳地可擴展的電池系統，特別是對於輕型電動車輛（light electric vehicle；LEV）。在此狀況下，大量的相對較小且通常為圓柱形的電池單體可經互連以形成電池模組或形成電池。

在操作期間，電池單體由於其內部電阻在電流流動之情況下產生熱，此熱必須耗散以便防止對電池單體之損壞且亦為了能夠提供最佳效能。可例如僅在特定的有限溫度窗口中操作鋰離子電池單體，此係由於否則會存在電池單體之安全關鍵故障之威脅。

電驅動車輛中之電池模組通常經被動地冷卻，此係由於因空間及成本的原因，主動冷卻常常係不可行的。因而，尤其在環境溫度常常可能高於30℃之相對溫暖的國家中，電池模組之可用性且因此電驅動車輛之可用性可能受到極大限制。詳言之，在短程行程之後對電池模組之個別電池單體進行再充電在某些情況下係相對困難的，且在可起動充電過程之前可能需要相對較長的等待時間。

舉例而言，文件EP 3472877 A1及US 2014/0234668各自揭示包含複數個電池單體之電池模組。

具有獨立請求項之特徵之包含複數個圓柱形電池單體的電池模組提供以下優點：可提供複數個圓柱形電池單體之被動溫度控制的可靠設計。

出於此目的，提供包含複數個圓柱形電池單體之電池模組。詳言之，在此狀況下，電池單體經設計為鋰離子電池單體。

該電池模組包含具有複數個圓柱形第一收納器之第一外殼元件。在此狀況下，在第一收納器中收納彼此串聯及/或並聯地導電連接之第一複數個電池單體。

該電池模組包含具有複數個圓柱形第二收納器之第二外殼元件。在此狀況下，在第二收納器中收納彼此串聯及/或並聯地導電連接之第二複數個電池單體。

另外，第一外殼元件包含上面配置有第一收納器之第一主體，且第二外殼元件包含上面配置有第二收納器之第二主體。

在此狀況下，第一主體及第二主體彼此連接以便形成收納空間。在此狀況下，單體連接器經配置於收納空間中以用於形成第一複數個電池單體與第二複數個電池單體之串聯及/或並聯的導電連接。

在附屬申請專利範圍中列出的措施使得獨立請求項中指定的設備的有利發展及改良成為可能。

電池模組之根據本發明之一個具體實例提供以下特定優點：圓柱形電池單體可由第一外殼元件或第二外殼元件直接收納，且因而，例如，可省去額外單體固持器元件。此時，應注意，第一外殼元件及第二外殼元件亦可尤其被稱作電池模組之外殼之半殼，該些半殼一起形成外殼。

此時，應注意，圓柱形電池單體亦可被稱作圓形單體。圓柱形電池單體實質上具有帶有圓形橫截面區域之圓柱形側向表面，該圓柱形側向表面在每一狀況下在其兩個對立側上由圓形底面或蓋面封閉。尤其較佳的為圓柱形電池單體，其例如不具有由塑膠構成之護套，且其包含例如由金屬材料構成之導電外殼，該些圓柱形電池單體分別為類型18650或類型21700之圓形電池，其具有大約18 mm之直徑及大約65 mm之高度，及分別地大約21 mm之直徑及大約70 mm之高度。在此狀況下，圓柱形電池單體之外殼通常帶負電荷且形成各別電池單體之負電壓分接頭。此外，電池單體之正電壓分接頭經配置於蓋面上，該正電壓分接頭與外殼電絕緣且因此與負電壓分接頭電絕緣。

總體而言，在此狀況下，可形成第一複數個電池單體與第二複數個電池單體之電連接，其中單體連接器可經配置於第一主體或第二主體內。另外，亦可在收納空間中收納電池模組之控制裝置，諸如電池管理系統。

此時，圓柱形收納器各自為中空主體，其至少部分地由具有圓形橫截面區域之圓柱形側向表面定界。另外，圓柱形收納器具有底部表面，其同樣地在底側處對圓柱形收納器進行定界。在與底側對立之側面上，圓柱形中空本體具有開口，電池單體可經由該開口插入至收納器中。此時，應注意，電池單體可在無諸如空氣之絕緣層的配置之情況下經直接收納在各別收納器中。

在此狀況下，詳言之，每一收納器中恰好收納一個電池單體。

收納器在外殼元件之主體上的配置應理解為意謂收納器例如與主體一體地連接，其中該主體具有對應於收納器之圓柱形中空本體的開口之開口。電池單體因此可經由主體中之開口或收納器中之開口插入至各別收納器中。在此狀況下，例如，電池單體之圓形橫截面區域較佳地經配置成與收納器之圓柱形中空本體的各別圓形橫截面區域直接接觸。另外，各別電池單體之外殼與收納器之間的材料結合連接是尤其有利地被形成。此種類型之此材料結合連接可例如藉助於黏著劑或膏實施，且可在各別電池單體與各別收納器之間形成最佳熱連接。

根據本發明之較佳態樣，第一主體及第二主體彼此確實連接。此類連接可以尤其簡單的方式形成。不言而喻，第一主體及第二主體亦有可能彼此非確實連接，且尤其彼此非確實及確實連接。舉例而言，此連接可藉助於旋擰形成。亦有可能以材料結合方式使第一主體與第二主體彼此連接。此材料結合連接可例如藉助於聚合材料之塑膠熔接而形成。

第一主體及第二主體尤其較佳地藉助於折縫連接件而彼此連接。在此狀況下，尤其較佳的為，折縫連接件在第一主體與第二主體之間的整個連接上周向地形成。出於此目的，例如，第一主體可具有第一折縫元件，且第二主體可具有第二折縫元件，該些折縫元件可藉助於對應的折縫連接件確實連接或確實及非確實連接。出於此目的，例如，第一折縫元件可插入至第二折縫元件中以便形成折縫連接件。另外，第一折縫元件及/或第二折縫元件可在插入之後變形以便形成尤其可靠的連接。

因而，可整體形成第一外殼元件與第二外殼元件之間的緊密連接，該緊密連接可例如亦符合關於緊密性之對應的標準。詳言之，第一折縫元件及/或第二折縫元件可出於此目的包含對應的密封元件，以便能夠進一步增加緊密性。舉例而言，密封元件可經整合至折縫元件中。

此折縫連接件可尤其較佳地同時亦形成至少一個導軌，該至少一個導軌經設計以將電池模組收納在車輛中。此使得有可能以相對簡單的方式將電池插入至車輛中，其中該折縫連接件仍能夠提供電池在車輛中之可靠固定。總體而言，車輛之電池因此可以簡單方式改變。

另外，亦有可能將握柄或攜載手柄整合至折縫連接件中。握柄或攜載手柄亦可經設計為固持綁帶或提攜帶。折縫連接件亦可經設計，例如使得握柄或攜載手柄可以簡單方式附接，或固持綁帶或提攜帶可以簡單方式配置。詳言之，在此狀況下，該緊密性不會受到不利影響。

根據本發明之較佳態樣，該電池模組包含電連接件。在此狀況下，電連接件經整合至第一主體及/或第二主體中。詳言之，第一連接件經設計以自電池模組分接電壓、或能夠對複數個電池單體進行充電。該電池模組尤其較佳地包含兩種電連接件，諸如正電連接件及負電連接件。詳言之，一或多個電連接件各自經設計為插入式連接件。因而，舉例而言，總體上可將電池模組電連接至車輛。插入式連接件之優點為尤其簡單的連接件。此時，應進一步注意，電連接件可較佳地以一定方式整合至折縫連接件中，使得該折縫連接件經設計成在電連接件之點處具有較大寬度。

電連接件尤其較佳地經配置於第一主體及/或第二主體之側面上，該側面垂直於形成為導軌之折縫連接件而配置。以此方式，可形成至車輛之尤其可靠的連接。

有利地，第一外殼元件之每一第一收納器及第二外殼元件之每一第二收納器的圓柱形側向表面，經配置成使得溫度控制流體可圍繞其流動。在此狀況下，溫度控制流體較佳地為諸如空氣之溫度控制氣體。換言之，此意謂收納器之外側經配置成直接鄰近周圍區域，該外側經配置成與其中收納各別電池單體之收納器的內部對立。以此方式，可總體上被動地冷卻每一電池單體，此係由於第一外殼元件及第二外殼元件具有相對大的表面。因而，可尤其較佳地亦可靠地以此方式控制居中配置之電池單體之溫度。

有利地，另一補償材料可經配置於第一外殼元件之第一收納器之圓柱形側向表面、與第二外殼元件之第二收納器之圓柱形側向表面之間。在熱要求相對較低之應用之狀況下，例如由於電池單體與周圍區域之間的相對較大溫度梯度、由於小電流或由於使用具有低內部電阻之電池單體，因此可亦僅經由各別收納器之圓形底部表面來控制電池單體之溫度。換言之，因此可經由各別收納器之圓形底部表面來執行溫度控制，而非例如經由各別圓柱形側向表面來執行額外溫度控制。出於此目的，各別收納器之圓柱形側向表面之間的間隙可填充有另一補償材料。此產生了使模組在機械上極堅固、以簡化方式製造模組且進一步縮減兩個收納器之間的距離之可能方式。

有利的為，第一外殼元件及第二外殼元件係由聚合材料形成。舉例而言，聚合材料可經選擇為聚醯胺（PA），諸如PA 66。此使得有可能最小化電池模組之重量且同時提供足夠的機械強度。另外，第一外殼元件及第二外殼元件可包含玻璃纖維，該些玻璃纖維例如可嵌入於聚合材料中。第一外殼元件及第二外殼元件，尤其係複數個第一收納器及複數個第二收納器，較佳地具有小於2 mm且尤其係1 mm之壁厚度。因此，在具有足夠的機械強度的同時，可以一定方式縮減電池模組之重量，使得複數個圓柱形電池單體之可靠溫度控制另外亦為可能的。

第一外殼元件及第二外殼元件可藉由諸如深拉之不同製造技術以成本有效的方式形成。

尤其有利的為，第一複數個電池單體及第二複數個電池單體經配置成彼此直接對立。此應被理解為意謂圓柱形電池單體各自具有縱向方向，其中第一複數個電池單體之縱向方向及第二複數個電池單體之縱向方向經配置成平行於彼此。另外，第一複數個電池單體之縱向方向及第二複數個電池單體之縱向方向亦經配置成平行於彼此。詳言之，在此狀況下，第一外殼元件及第二外殼元件亦經配置成彼此直接對立。另外，本發明之特定優點為除了小安裝空間以外，個別電池單體之電連接件可以此方式藉助於相對較短單體連接器形成。

本發明亦係關於剛剛描述的根據本發明之電池模組在輕型電動車輛（LEV）之用途。因此，可提供用於輕型電動車輛（LEV）之電池模組的熱最佳化且可擴展的整體概念。

另外，本發明亦係關於一種用於生產剛剛描述之電池模組之方法，該電池模組包含複數個圓柱形電池單體，尤其鋰離子電池單體。在此狀況下，具有複數個圓柱形第一收納器之第一外殼元件之第一主體、與具有複數個圓柱形第二收納器之第二外殼元件之第二主體彼此連接，以便形成在其中收納用於形成第一複數個電池單體與第二複數個電池單體彼此的串聯及/或並聯的導電連接之單體連接器的收納空間，而在該複數個圓柱形第一收納器中，收納彼此串聯及/或並聯電連接之第一複數個電池單體，在該複數個圓柱形第二收納器中，收納彼此串聯及/或並聯電連接之第二複數個電池單體。

此時，尤其應注意，藉助於具有複數個圓柱形電池單體之電池模組的根據本發明之具體實例，可提供來自複數個電池單體之熱的可靠熱耗散。因而，該電池模組可幾乎在全球所有市場且幾乎在所有環境條件下使用。另外，電池模組可以簡單方式擴展。總體而言，可提供在重量及安裝空間方面經最佳化且可以簡單方式製造之電池模組。

圖1展示電池模組1之根據本發明之具體實例。

電池模組1包含圖1中未展示之複數個圓柱形電池單體2，該些圓柱形電池單體2尤其經設計為鋰離子電池單體20。

電池模組1具有第一外殼元件31及第二外殼元件32。在此狀況下，第一外殼元件31及第二外殼元件32係由諸如聚醯胺之聚合材料形成。

在此狀況下，第一外殼元件31具有複數個圓柱形第一收納器41，且第二外殼元件32具有複數個圓柱形第二收納器42。在此狀況下，第一外殼元件31之每一第一收納器41包含圓柱形側向表面91，所有該些圓柱形側向表面經配置以使得溫度控制流體可圍繞其流動。在此狀況下，第二外殼元件32之每一第二收納器42包含圓柱形側向表面92，所有該些圓柱形側向表面經配置以使得溫度控制流體可圍繞其流動。此時，應注意，第一收納器41之圓柱形側向表面91及第二收納器42之圓柱形側向表面92，較佳地經配置成使得溫度控制流體可完全地但至少部分地圍繞其流動。詳言之，圓柱形側向表面91或圓柱形側向表面92可彼此觸碰。

在此狀況下，第一收納器41收納彼此串聯及/或並聯電連接之第一複數個21電池單體2。

在此狀況下，第二收納器42收納彼此串聯及/或並聯電連接之第二複數個22電池單體2。

舉例而言，在此狀況下，電池單體2可各自沿著相對長側彼此並聯連接。可沿著相對短側進行串聯連接。

此外，第一外殼元件31包含一第一主體51，在該第一主體51上面配置有第一收納器41。

另外，第二外殼元件32包含一第二主體52，在該第二主體52上面配置有第二收納器52。

詳言之，第一主體31及/或第二主體32實質上具有立方形的基本形狀。

在此狀況下，第一主體51及第二主體52彼此連接以便形成圖1中未展示之收納空間6。在此狀況下，第一主體31及第二主體32藉助於折縫連接件8彼此確實連接。在此狀況下，折縫連接件8在第一主體31與第二主體32之間的連接上周向地配置，且將電池模組1與環繞電池模組1之區域隔絕。在此狀況下，在圖1中也未展示之單體連接器7經配置在收納空間6中。單體連接器7將第一複數個21電池單體2及第二複數個22電池單體2分別地彼此串聯及/或並聯地電連接。

圖2示意性地展示根據本發明之電池模組1之具體實例的側視圖之分解圖示。

該圖最初展示第一外殼元件31及第二外殼元件32，其具有第一收納器41和第二收納器42以及第一主體31和第二主體32。

在此狀況下，第一主體51及第二主體52尤其尚未藉助於諸如折縫連接件8之確實連接件彼此連接。

另外，圖2示意性地展示單體連接器7，其使第一複數個21電池單體2或第二複數個22電池單體2彼此串聯及/或並聯地導電連接。

出於形成電池模組1的目的，第一主體51及第二主體52彼此連接，以便形成其中收納單體連接器7之收納空間6。

此外，該圖展示第一外殼元件31及/或第二外殼元件32可包含導銷70，該些導銷70可用以定位第一外殼元件31或第二外殼元件32或單體連接器7。

圖3展示具有攜載手柄11之電池模組1的根據本發明之具體實例之透視圖。

圖3中展示的電池模組1之具體實例與圖1中所展示之具體實例之不同之處尤其在於電池模組1包含攜載手柄11，該攜載手柄經整合至第一主體51與第二主體52之間的折縫連接件8中。此外，電池模組1具有導軌12，該導軌係由折縫連接件8形成。詳言之，導軌12經配置於一側面上，該側面在此狀況下被配置成垂直於在上面配置有攜載手柄11之側面。

1:電池模組 2:電池單體 6:收納空間 7:單體連接器 8:折縫連接件 11:攜載手柄 12:導軌 20:鋰離子電池單體 21:第一複數個電池單體 22:第二複數個電池單體 31:第一外殼元件 32:第二外殼元件 41:第一收納器 42:第二收納器 51:第一主體 52:第二主體 70:導銷 91:圓柱形側向表面 92:圓柱形側向表面

本發明之例示性具體實例在圖式中說明且在下文說明書中更詳細地描述。

在諸圖中： [圖1]展示電池模組的根據本發明之具體實例之透視圖， [圖2]示意性地展示根據本發明之電池模組之具體實例的側視圖之分解圖示，且 [圖3]展示具有攜載手柄之電池模組的根據本發明之另一具體實例之透視圖。

1:電池模組

8:折縫連接件

31:第一外殼元件

32:第二外殼元件

41:第一收納器

42:第二收納器

52:第二主體

91:圓柱形側向表面

92:圓柱形側向表面

Claims (10)

1. 一種電池模組，其包含複數個圓柱形電池單體（2），尤其係鋰離子電池單體（20），及 一第一外殼元件（31），其具有複數個圓柱形第一收納器（41），在該複數個圓柱形第一收納器（41）中 收納彼此串聯及/或並聯電連接的一第一複數個（21）電池單體（2），及 一第二外殼元件（32），其具有複數個圓柱形第二收納器（42），在該複數個圓柱形第二收納器（42）中 收納彼此串聯及/或並聯電連接的一第二複數個（22）電池單體（2），其中 該第一外殼元件（31）具有上面配置有該些第一收納器（41）之一第一主體（51），且 該第二外殼元件（32）具有上面配置有該些第二收納器（42）之一第二主體（52），其中 該第一主體（51）及該第二主體（52）彼此連接以便形成一收納空間（6），在該收納空間（6）中 收納用於形成該第一複數個（21）電池單體（2）與該第二複數個（22）電池單體（2）之一串聯及/或並聯電連接之單體連接器（7）。
2. 如前述請求項1之電池模組， 其特徵在於 該第一主體（31）及該第二主體（32） 彼此確實連接。
3. 如前述請求項2之電池模組， 其特徵在於 該第一主體（31）及該第二主體（32） 藉助於一折縫連接件（8）彼此連接。
4. 如前述請求項1至3中任一項之電池模組， 其特徵在於 該電池模組（1）包含一電連接件，該電連接件經整合至該第一主體（31）及/或該第二主體（32）中。
5. 如前述請求項1至3中任一項之電池模組， 其特徵在於 該第一外殼元件（31）之每一第一收納器（41）之一圓柱形側向表面（91）及 該第二外殼元件（32）之每一第二收納器（42）之一圓柱形側向表面（92） 經配置成使得溫度控制流體可圍繞其流動。
6. 如前述請求項1至3中任一項之電池模組， 其特徵在於 一另一補償材料經配置於 該第一外殼元件（31）之一第一收納器（41）之一圓柱形側向表面（91）與 該第二外殼元件（32）之一第二收納器（42）之一圓柱形側向表面（92）之間。
7. 如前述請求項1至3中任一項之電池模組，其特徵在於 該第一外殼元件（31）及該第二外殼元件（32） 係由一聚合材料形成。
8. 如前述請求項1至3中任一項之電池模組， 其特徵在於 該第一複數個（21）電池單體（2）及該第二複數個（22）電池單體（2）經配置成彼此直接對立。
9. 一種用於生產一如前述請求項1至7中任一項之電池模組（1）的方法，該電池模組（1）包含 複數個圓柱形電池單體（2）， 尤其係鋰離子電池單體（20），其中 具有複數個圓柱形第一收納器（41）之一第一外殼元件（31）之一第一主體（51）與、 具有複數個圓柱形第二收納器（42）之一第二外殼元件（32）之一第二主體（52）彼此連接， 以便形成在其中收納用於形成該第一複數個（21）電池單體（2）與該第二複數個（22）電池單體（2）之一串聯及/或並聯的導電連接之單體連接器（7）的一收納空間（6）， 在該複數個圓柱形第一收納器（41）中， 收納彼此串聯及/或並聯電連接之一第一複數個（21）電池單體（2）， 在該複數個圓柱形第二收納器（42）中， 收納彼此串聯及/或並聯電連接之一第二複數個（22）電池單體（2）。
10. 一種在一輕型電動車輛中的一如請求項1至7中任一項之電池模組（1）之用途。

Images