专利名称：电池模块的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种电池模块。更具体地说，本发明涉及一种适用于二次电池的电池模块，其包括多个单元电池(unit batteries)和设置在相邻单元电池之间的隔肋(barrier rib)。
背景技术：
正如本领域所公知的那样，原电池是一次性使用的电池。相反，一般称为可充电电池的二次电池可以反复放电和充电。根据二次电池的外形通常可将二次电池分为不同的类型。普通二次电池包括如方型之类的棱柱型电池和圆柱型电池。小功率电池可以用于各种便携式电子设备，例如，蜂窝电话、膝上型计算机、录像摄像机等。大型、大容量按尺寸分组(larger，bulk size)的电池可以用作如燃油电力两用车(HEVS)的电机驱动电源。
为了适于大功率或高容量的应用，例如，驱动电机、HEVS等，可将多个电池组装成电池模块的形式。电池模块可以通过连接，例如，串联连接几个单独的电池而形成。为了清楚起见，单独的电池在本文中被称为“单元电池”，而以串联、并联或其组合形式连接的单元电池的组合体被称作“电池模块”。
在电池模块中，每一单独的单元电池都可以包括电极组件，其中隔板被设置在正极和负极之间。可将电极组件插在容器内侧，而盖组件可以设置在容器上将容器密封。盖组件可以包括设置成从容器内部延伸到外部的端子，其与正极和负极电性连接。
可将单元电池排列成正极和负极端子交替，使得第一单元电池的正极端子可以设置成与相邻的第二单元电池的负极端子相邻。在有螺纹的正极和负极端子上装有导体以使相邻的单元电池电连接，从而形成电池模块。
电池模块可以包括几个到十几个单元电池。由于单元电池产生热量，因此在包括多个单元电池的模块中需要有效地发散由各单元电池产生的热量。尤其是，当电池模块是用于例如驱动电机、HEVS、电动机车、电动摩托车、可充电真空吸尘器等大型、大容量按尺寸分组的二次电池模块时，有效发散热量尤为重要。
如果不能适当处理电池模块散发的热量，电池模块的温度可能因每一单元电池产生的热量而过度增加，因此，电池模块以及与其相连的机械可能出现故障。
因此，在形成电池模块时，可以在单元电池之间设置隔肋。单元电池之间由隔肋形成的空间可以用来冷却单元电池，并且隔肋还有利于避免因单元电池热膨胀而引起的变形。为了实现这些功能，要求隔肋具有足够的强度和有助于有效传热的结构。然而，传统的电池模块中的隔肋不能令人满意地同时实现上述两种功能。也就是说，可将隔肋制造成能确保足够的强度，但是这将导致生产成本提高并且限制了提供冷却的设计自由度。或者，可将隔肋设计成可具有高的冷却效率，但是这又可能导致结构上的不足。因此，需要提供在这些和其他方面具有更高性能、并且在强度、重量和冷却方面能满足用户需求的隔肋和电池模块。
发明内容
因此，本发明要解决的技术问题是提供一种基本上能解决因现有技术的局限性和缺点引起的一个或多个问题的电池模块。
为此，本发明一实施方式的特点是提供一种电池模块，该电池模块具有足够的结构强度以保持其中的单元电池的形状。
此外，本发明一实施方式的另一特点是提供一种电池模块，该电池模块具有能减轻电池模块重量的隔肋结构。
再者，本发明一实施方式的又一特点是提供一种电池模块，该电池模块具有足够的结构强度，以保持其中的单元电池的形状，同时能为电池模块提供有效冷却。
借助于提供包括多个单元电池的电池模块、并且在两相邻单元电池之间设置至少一个隔肋可获得本发明的至少一个上述和其他特点及优点，其中，所述隔肋包括多个相互连接的突起。
每一突起具有高度，两相邻的单元电池可以由这些高度分隔。在两相邻单元电池之间和在所述突起之间可限定出冷却介质流动通道。冷却介质流动通道可包括围绕每一突起的至少两条路径。电池模块还可以包括多个使突起互相连接的支撑杆，其中冷却介质流动通道被限定在突起之间并且与每一支撑杆交叉。可将这些突起排列成棋盘式布局(grid pattren)。隔肋还可以包括使突起互相连接的支撑杆。每一支撑杆可以使两个相邻的突起相互连接。隔肋还可以包括设置成直接与支撑杆和突起的一侧相邻的基本平坦的平面。每一突起可以由隔肋朝同一方向凸出。
隔肋可以包括第一和第二肋件，每一肋件具有从其凸出的突起，其中第一和第二肋件彼此相邻设置，并被排列成使得第一肋件上的突起与第二肋件上的突起以相反方向凸出。第一和第二肋件上的突起可以具有相同的形状。这些突起可以是切去顶点区域的圆锥体形，使得突起具有一宽侧和一窄侧。突起可具有基本为半球形的横截面。突起也可具有基本为矩形的横截面。突起还可具有基本为三角形的横截面。单元电池可以是原电池。
本发明的至少一个上述和其他特征及优点还可以通过提供如下这种电池模块来实现，即，该电池模块包括具有冷却介质入口和冷却介质出口的外壳、至少两个相邻的单元电池、以及至少一个限定所述两相邻单元电池之间的空间的隔肋，其中，冷却介质流动通道被限定在两相邻单元电池之间并通过所述空间，隔肋包括多个由支撑杆相互连接的突起，相邻支撑杆之间所限定的角度在约30°到约150°之间。该角度可以在约45°到约60°之间。等分该角的线可以基本上垂直于冷却介质流动通道。
通过参考附图详细描述本发明的示例性实施方式，本发明的上述和其他特征及优点对本领域技术人员来说将变得更加显而易见。附图中图1为本发明第一实施方式的电池模块一侧的横截面图；图2为图1所示的电池模块的隔肋的透视图；图3示出了沿图2中III-III线剖切的横截面；图4和5示出了本发明第一实施方式的隔肋的另一些实例的横截面；图6示出了本发明第二实施方式的电池模块的隔肋的横截面；图7和8示出了本发明第二实施方式的电池模块的隔肋的另一些实例的横截面；图9示出了本发明第三实施方式的电池模块的隔肋的横截面；图10和11示出了本发明第三实施方式的电池模块的隔肋的另一些实例的横截面；图12示出了本发明第四实施方式的电池模块的隔肋的横截面；图13和14示出了本发明第四实施方式的电池模块的隔肋的另一些实例的横截面；图15为本发明第一实施方式的隔肋的功能示意图；图16为用于驱动电机的二次电池模块的示意性框图。
具体实施例方式
在下文中将参考附图更全面地说明本发明，图中示出了本发明的示例性实施方式。当然，本发明可以有多种实施方式而不应解释为仅局限于本文所提出的一些实施方式。更确切地说，提供这些实施方式是为了使本公开文件更详尽而全面，并能清楚地向本领域技术人员说明本发明的构思。为了清楚起见，在附图中夸大了层和区域的尺寸。相同的附图标记表示相同的部件。
本发明的电池模块适于用作二次电池模块，通过包括具有突起的隔肋使其具有足够的强度，并使电池模块中的单元电池能够被有效冷却，且有助于避免由于例如高温造成的单元电池变形。此外，本发明的电池模块重量轻，可以应用到更宽广的范围，并为包括这种电池模块的装置提供了更大的设计自由度。
图1为本发明第一实施方式的电池模块一侧的横截面图。参照图1，本实施方式的二次电池模块10可以包括以预定距离彼此分隔开的多个单元电池11(分别由111、112...11n表示)。本实施方式中的单元电池11可以是方型或棱柱型二次电池，其作为常规的二次电池可以包括容器、包括插入容器中的正极、负极、隔板的电极组件以及置于容器内的盖组件。
在单元电池11之间设有隔肋20，使得冷却介质可以在相邻单元电池11之间流动。为了简化起见，以下的说明采用空气作为冷却介质的例子，当然本发明并不限于此。隔肋20可以与单元电池11连接，为单元电池11提供支撑。隔肋可以由如塑料或陶瓷之类的绝缘材料、如铝之类的金属材料等制成。
例如利用贯穿设置在两个最外端的端板13的紧固件可以将单元电池11和隔肋20紧固在一起，从而形成包括单元电池11和隔肋20的集合体。紧固件例如可以是通过螺纹与端板13结合在一起的限制杆14，以将单元电池11和隔肋20夹紧在一起而形成模块。
模块可以安装在具有入口12a和出口12b的外壳12中，入口用于接收冷却单元电池的空气，出口用于排出对单元电池11进行冷却后的热空气。可以通过使用一个或多个螺钉以可拆卸的方式将端板13安装在外壳12上，从而将模块固定在外壳12中。
外壳入口12a可以设置在外壳12上部的一侧，而出口12b可以设置在外壳12下部的一侧并且可以与入口12a相对。显然，图1中所示的结构仅仅是示例性的，本发明的电池模块可以各种其它方式实现。因此，本发明不局限于这里说明和图示出的具体方式。
可以根据入口12a和出口12b将单元电池11和隔肋20的组合件设置在外壳12中，使得通过入口12a进入电池模块10的空气从外壳12的上部流到外壳12的下部，穿过该模块，然后从出口12b流出。在此过程中，空气流过隔肋20，单元电池11中产生的热量与所述空气进行热交换，以冷却单元电池。
现在说明具有上述功能的电池模块10的其它细节。参考图2和3，隔肋20可以包括多个突起21，它们凸出预定高度并彼此分隔开。每一突起21基本上由自由空间包围，使得冷却介质可以环绕流过突起21的所有侧。隔肋20还可以包括与多个突起21整体连接用来支撑它们的支撑杆22。这些突起例如可以用塑料或陶瓷之类的绝缘材料、如铝之类的金属材料等制成。
当隔肋20被设置在单元电池11之间时，为了支撑单元电池11，每一突起21的顶面和底面可以与每一单元电池容器的侧表面紧密接触。这可在相邻单元电池11之间保持预定的间隙，并有助于避免单元电池11变形。
此外，多个突起有效地形成通过限定在突起21之间的区域的沟道或流动通道，由此容纳并引导空气以冷却单元电池11。可将突起排列成规则图形，例如排列成阵列。因此，在各相邻单元电池的侧表面之间设置多个突起并使之与各相邻单元电池的侧表面接触时，多个突起可以形成多条冷却介质流动通道。
图15示意性地示出了本发明第一实施方式的隔肋的功能。参考图1和15，冷却介质流动通道可以在相邻单元电池11之间导引冷却介质。例如，在图1示出的电池模块10中，流动通道将冷却介质从单元电池11顶部引导到底部，也就是说，冷却介质、例如空气从顶部进入各隔肋20并通过底部流出各隔肋20。此外，参考图15，冷却介质可以沿顶部和底部之间的盘旋流动通道流动。
具体地说，如图15所示，可将突起21的图形设置成能使冷却介质沿许多方向流动。也就是说，在冷却介质如图15中的箭头①所示的按常规情况从顶部流到底部的同时，还可包括如图15中的箭头②所示的流向左和右的许多支流。因此，冷却介质可受到有效混合，这样可借助于例如使存在于冷却介质和单元电池侧壁的分界面处的冷却介质界面层的厚度最小而增强冷却。因此，与具有简单结构、例如波纹结构的隔肋相比，本发明的隔肋20可以增强热交换，即增强冷却效果。
突起21可以是空心的或实心的。如图3所示，突起21是空心的，由空心区域21a表示。本发明第一实施方式的突起21基本上为圆锥形或切去顶端的圆锥形，其具有平坦的切去顶点的部分，使得每一突起21的一侧(圆锥的底部)较宽，另一侧(圆锥的顶部)较窄。窄侧可以与第一单元电池接触而宽侧可以与第二单元电池接触。例如，如图1所示，隔肋202上的突起21的窄侧可以与单元电池111的容器的右手侧接触，同时隔肋202上的突起21的宽侧可以与相邻单元电池112的容器的左手侧接触。
从突起21的圆锥的底部到圆锥顶部的高度可以限定出隔肋20的高度。于是，单元电池111与相邻的单元电池112之间的间隙可以由突起21的高度限定。因此，可以根据电池模块的整体设计需要而选择突起21的具体形状和尺寸。
支撑杆22可以由与突起21相同的材料制成。每一支撑杆22可以仅连接相邻突起21中最接近的一突起之间。每一支撑杆22可以与突起21整体形成。也就是说，突起21和支撑杆22可以由一整片材料形成。例如，隔肋20可以由单片铝材冲压而成。
应当理解，术语“突起”和“支撑杆”是用来清楚地说明本发明的实施方式，但是本发明不限于此。例如，在本发明的一些实施方式中，突起和支撑杆可以混合(run together)在一起，也就是说，可将隔肋形成为具有凹坑的铝片，其另外还可以具有例如通过钻孔、冲孔等从凹坑之间切削出的空段。因此，这种隔肋可以具有平滑的盘旋横截面，其中突起(凹坑)和支撑杆(凹坑之间的铝板)在其间平滑过渡。当然，本发明不限于分开使用术语突起和支撑杆。
可将隔肋20安装在单元电池11之间以支撑单元电池11。此外，隔肋20可以用于在单元电池11之间保持预定的间隙。因此，在电池模块10工作期间，隔肋20可以有助于避免因电池容器内侧和外侧出现的热、实际应力等造成的单元电池11变形，并且可以使相邻单元电池11之间保持足够的间隙用于冷却。而且，本发明的隔肋20在可以实现所需功能的同时，具有例如在突起21之间、支撑杆22之间、空心区域21a内等包括大量空的空间的设计，所以通过降低电池模块10的整体重量这些隔肋可以提供其它优点。
图4和5示出了本发明第一实施方式的隔肋的另一些实例的横截面。参考图4，隔肋20’可以具有与图3所示的隔肋20相同的基本结构和材料，并且还包括具有基本上平坦形状且设置在突起21的一个表面上的平板23。平板23可以设置在包括支撑杆22的隔肋20’的表面上。平板23可以通过包括焊接等的任何合适的方式被固定在突起21和/或支撑杆22上。
隔肋20’可以设置在相邻的单元电池11之间，使得平板23与单元电池之一紧密接触。因而，平板23可以增大与单元电池11的接触面积，这可使其性能增加，例如增加支撑单元电池11的容器的性能。
参考图5，隔肋20”可以具有与图3中的隔肋20相同的基本结构和材料，而且还包括第二镜像构件。于是，两个构件可以形成相互匹配的一对，其中突起21与相匹配的镜像突起21’相对设置并和与支撑杆22相类似的支撑杆22’配合。具体而言，可将镜像构件设置成使得突起21、21’的窄表面也就是顶部面向外部。也就是说，镜像构件可以设置成背靠背。这样，隔肋20”的强度可以增加而且冷却沟道的容积也增大。因此，与单个构件隔肋20相比，隔肋20”可以流过更多的空气。所以，隔肋20”适用于更大的二次电池模块。
图6示出了本发明第二实施方式的电池模块的隔肋的横截面，图7和8示出了本发明的第二实施方式的电池模块的隔肋的另一些实例的横截面。参考图6，隔肋30可以具有和图3的隔肋20相类似的结构，并且可以包括具有圆形或基本上为半球形横截面的突起31。参考图7和8，隔肋30’和30”可以具有平板和镜像元件(具有与突起31’相匹配的突起31)，它们以与所述隔肋20’和20”相类似的方式分别沿一侧并紧贴该侧设置。
图9示出了本发明第三实施例电池模块的隔肋的横截面，而图10和11示出了本发明第三实施方式的电池模块的隔肋的另一些实例的横截面。参考图9，隔肋40可以具有与图3中隔肋20相同的基本结构，并且可以包括具有方形或基本为矩形横截面的突起41。参考图10和11，隔肋40’和40”可以具有平板和镜像构件(具有与突起41’相匹配的突起41)，它们以与所述隔肋20’和20”相类似的方式分别沿一侧并紧贴该侧设置。
图12示出了本发明第四实施方式的电池模块的隔肋的横截面，而图13和14示出了本发明第四实施方式的电池模块的隔肋的另一些实例的横截面。参考图12，隔肋50可以具有与图3中隔肋20相同的基本结构，并且可以包括具有基本上为三角形横截面的突起51。参考图13和14，隔肋50’和50”可以具有平板和镜像构件(具有与突起51’相匹配的突起51)，它们以与所述隔肋20’和20”相类似的方式分别沿一侧并紧贴该侧而设置。
图6-14所示的实施方式中的隔肋30-50”可以实现与隔板20、20’和20”相同的功能，只是突起的形状不同。因此，为了简明起见，已分别对突起31-51”进行了描述，但没有重复在各实施方式中基本相同的其他细节。此外，所述隔肋20-50”只是示例性的，本发明不限于此。例如，可将突起21-51”形成为多种适当的形状。因此，本发明不限于图示出的形状，而可以有多种形式的改型。
可分别将隔肋20-50”的突起21-51”排列成满足下面的公式1。为了清楚起见，在下面的说明中仅专门参见隔肋20和对应的突起21，可以理解，下面的说明也同样适用于本发明的其他实施方式。
再次参考图15，可将突起21设置成规则的图形，例如交错的阵列，并且通过支撑杆22可将这些突起连接起来。规则的图形可以包括由所述突起限定的夹角(β)，并且β可以满足下面的公式130°≤β≤150° (公式1)这里β是由三个相邻突起限定的夹角，其中，三个突起中的一个被设置在夹角的顶端。也就是说，相对于设置成第一列突起的第一突起而言，第一突起和设置在相邻的第二列突起的其他两个突起之间的夹角由在第一突起处相交的虚线限定，使得平分角β的虚线基本上与由箭头①表示的冷却介质的总的或大致的流动方向垂直。此外，角β可以满足下面的公式2
45°≤β≤60° (公式2)工作时，参考图1和图15，若按公式1和/或2排列突起，当冷却介质、例如空气通过外壳12的入口12a流入隔肋20而与隔肋20的突起21接触时，其相对于突起21分开成两个方向(在图15中进入空气的整体方向由箭头①表示；在图15中分开的两个方向由箭头②表示)。因此，在本发明的电池模块10中，流过隔肋20的冷却介质在突起21处分散，使得当冷却介质沿由隔肋20限定的流动通道前进时能反复改变方向。如果角β小于30°，热交换效率可能太低，而如果β大于150°，冷却介质的速度、例如空气流率可能太低，以至于不能有效冷却单元电池11。
在一些装置中，希望通过调整流过隔肋20的冷却介质的速度或流率来使单元电池11的冷却效率最大化。如果冷却介质、例如空气的速度不合适，在冷却介质流过隔肋20时，冷却介质不能在隔肋20内有效分散，这将削弱热交换，从而降低单元电池11的冷却效率。
此外，可考虑用横过隔肋20的压降来调整流过隔肋20的空气流。过度的压降即增大空气通过外壳12时的阻力可削弱单元电池11的冷却。此外，如果单独采用这种调整方式，过度的压降将增加为外壳12提供空气的设备、例如冷却风扇的负载。因此，如上所述，根据公式1和/或2保持β角可以使冷却介质的流动速率或速度以及单元电池11的整体冷却效率最优。
图16的框图示意地示出了由图1所示的二次电池模块10驱动电机91的情况。本发明的二次电池模块10可以用于如HEVS、电动车辆、电动摩托车、电动自行车、无线真空吸尘器等需要大功率的电机驱动的机械。
上面所公开的是本发明的示例性实施方式，尽管采用了特定术语，但它们仅被用作和被理解为一般的和说明的含意，而不是用于限定。因此，本领域技术人员应理解，在不超出所附权利要求提出的本发明的构思和保护范围的前提下，可以对形式和细节作出各种变换。
权利要求
1.一种电池模块，包括多个单元电池；及设置在两相邻单元电池之间的至少一个隔肋，其中，所述隔肋包括多个相互连接的突起。
2.根据权利要求1所述的电池模块，其中，每一突起具有一高度，所述两相邻单元电池被所述高度分隔开。
3.根据权利要求1所述的电池模块，其中，在所述两相邻单元电池之间和在所述突起之间限定出冷却介质流动通道。
4.根据权利要求3所述的电池模块，其中，所述冷却介质流动通道包括围绕每一突起的至少两条路径。
5.根据权利要求3所述的电池模块，其中，还包括多个使所述突起相互连接的支撑杆；所述冷却介质流动通道被限定在所述突起之间并与每一支撑杆交叉。
6.根据权利要求1所述的电池模块，其中，所述突起被排列成棋盘式布局。
7.根据权利要求1所述的电池模块，其中，所述隔肋还包括使所述突起相互连接的支撑杆。
8.根据权利要求7所述的电池模块，其中，每一所述支撑杆使相邻的两个突起相互连接。
9.根据权利要求7所述的电池模块，其中，所述隔肋还包括被设置成直接与所述支撑杆相邻以及与所述突起的一侧相邻的基本平坦的板。
10.根据权利要求1所述的电池模块，其中，每一所述突起沿相同的方向从所述隔肋凸出。
11.根据权利要求1所述的电池模块，其中，所述隔肋包括第一和第二肋件，每一肋件具有从其凸出的突起；所述第一和第二肋件彼此相邻设置，并被排列成使得第一肋件上的突起凸向与第二肋件上的突起相反的方向。
12.根据权利要求11所述的电池模块，其中，所述第一和第二肋件上的突起具有相同的形状。
13.根据权利要求1所述的电池模块，其中，所述突起为截去顶点区域的圆锥体形，使得所述突起具有一宽侧和一窄侧。
14.根据权利要求1所述的电池模块，其中，所述突起具有基本为半球形的横截面。
15.根据权利要求1所述的电池模块，其中，所述突起具有基本为矩形的横截面。
16.根据权利要求1所述的电池模块，其中，所述突起具有基本上为三角形的横截面。
17.根据权利要求1所述的电池模块，其中，所述单元电池是棱柱型电池。
18.根据权利要求1所述的电池模块，其中，所述电池模块被用于由电机驱动的设备。
19.一种电池模块，包括具有冷却介质入口和冷却介质出口的外壳；至少两个相邻的单元电池；限定出所述两个相邻单元电池之间的空间的至少一个隔肋，其中，在所述两个相邻单元电池之间限定出冷却介质流动通道，该冷却介质流动通道通过所述空间；所述隔肋包括多个由支撑杆相互连接的突起；所述相邻支撑杆之间被限定出的夹角在约30°到约150°之间。
20.根据权利要求19所述的电池模块，其中，所述夹角在约45°到约60°之间。
21.根据权利要求19所述的电池模块，其中，等分所述夹角的线基本垂直于所述冷却介质流动通道。
全文摘要
本发明公开了一种电池模块，其包括彼此间隔开的单元电池，所述单元电池具有限定在该空间内的冷却介质流动通道。该电池模块包括设置在单元电池之间的隔肋，所述隔肋包括多个相互连接的突起。本发明的电池模块适于用作二次电池模块，通过包括具有突起的隔肋使其具有足够的强度，并使电池模块中的单元电池能够被有效冷却，且有助于避免由于例如高温造成的单元电池变形。此外，本发明的电池模块重量轻，可以应用到更宽广的范围，而且可为包括这种电池模块的装置提供更大的设计自由度。
文档编号H01M2/10GK1808751SQ20051011917
公开日2006年7月26日 申请日期2005年11月30日 优先权日2004年11月30日
发明者金泰容 申请人:三星Sdi株式会社