专利名称：电池模块的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种可再充电电池，尤其涉及一种通过互连多个单元电池而构成并提高了单元电池的冷却效率的电池模块。
本发明要求享有于2005年7月29日向韩国知识产权局提交的韩国专利申请10-2005-0069492号的优先权，该申请的全部内容作为本发明的参考。
背景技术：
传统的高容量可再充电电池(下文称为“电池模块”)可由多个可再充电的单电池(battery cell){简称为“单元电池(unit cell)”}互相串联而成。
各单元电池包括具有中间插有隔板的正和负电极板的电极组件以及内部安装有电极组件的外壳。盖组件与外壳配合以将其密封，正和负电极端子电连接到电极组件的正和负电极板的集流体上。
在常规的棱柱形电池中，将各单元电池设置成使得正和负电极端子突出于盖组件的顶部并使相邻单元电池的正和负电极端子交替排列。通过螺母使导体与带螺纹的正和负电极端子互连。如果电池模块中各单元电池的位置之间的温度差较大，电池容量将降低，这样一来散热是有帮助的。
如果不适当散热，各单元电池之间的温度偏差将降低充电/放电效率。由于单元电池发热而使电池内部温度升高可使电池容量降低，而且，在串联的情况下，电池可能爆炸。
尤其将电池模块用于驱动电动洗衣机、电动摩托车或机车(如电动机车或燃油电力两用车)的电机时，在强电流下对模块进行充电和放电可使得因使用期间单元电池内部反应而产生的热量很容易升高到不可忽视的程度。这将严重影响电池的性能，并使内在的电池容量降低。据此，适当散热是有利的。
发明内容
电池模块包括单元电池和用于将单元电池容纳于内部的壳体，壳体具有用于使冷却介质循环的通路。壳体包括用于接受这些单元电池的单元电池接受器和具有用于循环冷却介质的内部空隙的冷却介质循环器，该单元电池接受器具有带垂直于壳体纵向的内部空隙截面面积(inner spaticalsection area)的内部空隙，循环器的内部空隙与单元电池接受器的内部空隙连通并具有垂直于壳体纵向的内部空隙截面面积。单元电池接受器的内部空隙截面面积大于循环器的内部空隙截面面积。在一实施方式中，循环器包括用于允许冷却介质流入内部空隙并使冷却介质流入单元电池的入口。
电池接受器的内部空隙和循环器的内部空隙之间的界面可以具有阶梯状结构，这种阶梯状结构可以呈角度状，如呈直角状结构。所述界面的阶梯高度可以为单元电池接受器的内部间隙截面面积的13％-23％。
电池接受器的内部空隙截面面积和循环器的内部空隙截面面积具有基本为矩形的横截面。
这些单元电池可以作为电池组件被安装于单元电池接受器内，并沿壳体纵向彼此隔开。此外，循环器可沿壳体纵向连接于电池接受器上。
还可包括第二电池组件，可将这些电池组件彼此之间以一定距离面向地装于壳体中。
可将这些电池组件设置在壳体内的相同平面上。在一实施方式中，循环器包括用于使冷却介质流向电池组件的入口和使流过电池组件之后的冷却空气排出的出口。
电池组件可包括设置于单元电池之间的挡板。
一实施方式还包括第二电池接受器，所述入口被设置于这些电池接受器之间。
可将单元电池设置于多个电池组件内，而将多个电池组件安装在电池接受器内。
在一实施方式中，单元电池的数量为二十至八十。在另一实施方式中，单元电池被设置在至少一个由二十个电池组成的组中的电池组件中。
说明书的附图示出了本发明的一些示例性实施方式，附图与说明书文字描述部分一起用来解释本发明的原理。
图1是本发明一实施方式的电池模块的示意性透视图；
图2是图1所示的电池模块的示意性平面正视图；图3是沿图2中线11-11剖切的电池模块的横截面图；图4A示出了一实例的电池模块的单元电池的温度分布模拟结果；图4B示出了一对比例的电池模块的单元电池的温度分布模拟结果；图5A和图5B是本发明的另一些实施方式的电池模块的示意性截面图。
具体实施例方式
以下将参考附图更全面地描述本发明，这些附图示出了本发明一些实施方式的一些实例。
在以下的描述中，将空气描述为用于电池模块的单元电池的冷却介质。当然，本发明不限于这种情况，也可以使用冷却水或其它流体作为冷却介质。
如图1和2所示，电池模块10包括一些电池组件11，每一组件都具有依次设置且彼此隔开的多个单元电池12以形成一行电池。在一实施方式中，各单元电池之间的间距是预先确定的。电池模块还包括内部安装有电池组件11并具有用于使温度调节空气围绕各单元电池循环的通路的壳体20。
各单元电池12具有用于通过预定的电功率进行充电和放电的常用的可再充电电池的构件。所述电池构件具有带中间插有隔板的正和负电极板的电极组(electrode group)。
在本实施方式中，电池组件11由层叠的单元电池12构成，其大致为具有延伸的水平宽度的一对长边和一对短边的长方体形。
明确地说，壳体20中装有一或多个电池组件11。在本实施方式中，将两个电池组件被设置在同一平面上同时之间具有一定距离地彼此面对，以使电池模块10的总高度最小。
在一种实施方式中，两个电池组件11的每一个都由二十(20)个单元电池12构成，因此，壳体20内安装有总数为四十(40)的单元电池。当然，在本发明中，单元电池的总数量不受限制，而且壳体内可设置不同数量的单元电池或电池组件。
在相邻的单元电池12之间以及最外层的单元电池12a的外侧设置有电池挡板13，以使当温度调节空气循环时各单元电池12彼此隔开，并支撑各单元电池12的侧面。各单元电池12之间的间隙可以是预先确定的。
为了这个目的，在各挡板13处形成有通道14，以使具有较低温度的冷却空气围绕单元电池12循环，并控制单元电池的温度。
在本实施方式中，通道14由形成于挡板13上的多个突起构成。当然，本发明不限于这种结构，这类通道可以具有任何能使温度调节空气循环的结构。
壳体20内部装有电池组件11，并且通过设置在各单元电池12之间的挡板13的通道14循环温度调节空气，因此，可发散由各单元电池产生的热量。
在本实施方式中，壳体20包括用于接受电池组件11的单元电池接受器25、形成在彼此面对的电池组件11之间的中央处的空气入口23、以及形成在延伸到各电池组件11的两侧上的空气出口24。空气入口23和空气出口24用来循环温度调节空气。
空气入口23连接到入口孔21以将空气导入壳体20中，空气出口22连接到出口孔22以将空气排到壳体20的外侧。
根据电池模块10的冷却介质流动方式(鼓风式或吸入式)空气入口23和空气出口24可使冷却介质流入或流出。
在鼓风式流动的情况中，空气入口23用于吹入处于壳体20的中央的温度调节空气，空气出口24用于排出处于壳体20的两侧的温度调节空气，空气通过空气入口23的入口孔21吹送。
每一单元电池接受器25具有用于固定地容纳电池组件11的内部空隙。在本实施方式中，接受器25被设置在空气入口23的相对侧，两个电池组件11被安装在壳体20的纵向上的相应的单元电池接受器25处(图1和2所示的Y方向上)。
可将空气入口23设置在壳体20的中央，使其与位于壳体20的中央处的入口孔21连通。
可将空气出口24设置在壳体20的相对内侧上的各电池组件11的外部，使这些出口与沿和温度调节空气流成一直线的出口孔22连通。空气入口23和空气出口24也与单元电池接受器25连通。
因此，温度调节空气经入口孔21进入形成于壳体20中央的空气入口23，并且通过沿空气入口23朝空气出口24设置的各电池组件11的单元电池12之间的挡板13，随后经由出口孔22被排到壳体20的外侧。
借助于所述结构的电池模块10，使单元电池接受器25的内部空隙截面面积确定为大于空气入口23的内部空隙截面面积。单元电池接受器25和空气入口23的截面面积与它们的垂直于壳体20的纵轴方向Y(图1和2所示的X轴方向)的截面面积有关。
为使单元电池接收器25和空气入口23基本具有上述关系，在本实施方式中，如图3所示，单元电池接受器25和空气入口23之间的界面具有阶梯结构。
单元电池接收器25的内角可具有如直角结构之类的呈角度的结构。参见图1至3，单元电池接受器25和空气入口23的每一个都有基本为矩形的横截面。空气出口24也可有基本呈矩形的横截面。
根据这些附图，单元电池接受器25和空气入口23的顶部和底部都是阶梯状的，当然本发明不限于此。例如，在一实施方式中，阶梯状结构只形成于单元电池接受器25和空气入口的一侧。
在图1至3所示的实施方式中，单元电池接受器25的截面面积大于空气出口24的截面面积。
利用壳体20的这种结构，当冷却空气通过空气入口23流入装于单元电池接受器25中的电池组件11中时，冷却空气从具有较小截面面积的空气入口23扩散到具有较大截面积的单元电池接受器25，因此，流速增大，从而提高了对于电池组件11的单元电池12的冷却效率。
如图3所示，当空气入口23只相对于电池接受器25呈阶梯状时，沿Z轴线方向单元电池25的截面高度L3大于空气入口23的截面高度L1。
空气入口23相对于单元电池接受器25的阶梯高度(step-height)由空气入口23的截面高度L1和单元电池接受器25的截面高度L3之间的差确定。空气入口23的截面高度L1被规定为单元电池接受器25的截面高度L3的54-74％。
规定空气入口23的顶部或底部的阶梯高度为单元电池接受器25的截面高度L3的13-23％。
当阶梯高度小于13％时，不能使冷却空气完全扩散，因而难以提高冷却空气的流速。反之，当阶梯高度超过23％时，流进单元电池接受器的冷却空气量太少，因而不能达到所期望的冷却效率。
上述结构同样也适用于空气出口24。也就是说，可规定空气出口24的截面高度L2为单元电池接受器25的截面高度L3的54-74％，而且空气出口24的顶部或底部阶梯高度为单元电池接受器25的截面高度的13-23％。
现在将详细解释上述结构的电池模块的工作情况。
参见图1至3，使与入口孔21连接的温度调节空气供应部分(未示出)工作时，温度调节空气经入口孔21进入壳体20。温度调节空气沿空气入口23流动，并经过各单元电池组件11，再沿空气出口24流出，以便经出口孔22排到外侧。
当冷却空气沿空气入口流过内部装有电池组件11的单元电池接受器25时，通过扩散其流速增大，使得循环的空气以更快的速度从单元电池接受器25中流出。
空气入口23的截面高度小于单元电池接受器25的截面高度，冷却空气突然从具有小面积的部位流向具有大面积的部位，使得其在单元电池接受器25中扩散。借助于这种设置，冷却空气迅速地流过单元电池接受器25中电池组件11的各单元电池12的周围。
由于冷却空气迅速进入电池组件11，可减小沿冷却空气的流动方向上电池组件11的前部和后部单元电池12之间的温差，使电池组件内的温度分布基本一致。
图4A示出了具有根据本发明一实施方式的实例的电池模块的一些电池组件的单元电池的温度分布的模拟结果，图4B示出了具有根据对比例的电池模块的一些电池组件的单元电池的温度分布的模拟结果。对于图4A所示出的电池模块，图4B所示出的靠近入口孔的高温区域被移动，使得被设置于入口孔侧的单元电池的温度显著降低。因此，提高了电池组件11的所有单元电池的温度分布均匀性。
对于对比例中的电池模块，设定单元电池接受器和空气入口的截面面积与所述实例中的电池模块相同。
图5A和5B为本发明的另一些实施方式的电池模块的横截面图。
图5A中示出的电池模块由顺序设置的三个单元电池接受器32、34和36及设于中间的空气入口38与连接到最外层的两个单元电池接受器32和36的出口40构成。
单元电池接受器32、34和36，空气入口38及空气出口40的内部关系基本如上面所描述的那样。在此实施方式中，安装于各单元电池接受器32、34和36中的电池组件42的每一个由二十(20)个单元电池(未示出)组成。也就是说，安装于电池模块30内的单元电池的总数是六十(60)个。
图5B示出的电池模块50具有如图1、2和3中示出的电池模块相同的基本结构，不同的是将多个电池组件56装于各单元电池接受器52和54中。
据此，在本实施方式中，各单元电池52和54的每一个中装有四十(40)个单元电池。也就是说，装于电池模块50内的单元电池的总数是八十(80)个。
在上面所描述的实施方式中，改进了用于循环温度调节空气的结构，因此提高了电池模块的冷却效率。由于温度调节空气均匀地循环流过单元电池，在电池模块的整个区域减小或解决了局部发热不平衡的问题。
尽管已经描述了本发明的一些示例性实施方式，但本发明不限于这些实施方式和实例，在不超出本发明的所附权利要求、详细的文字说明和附图的范围的前提下可以作出各种形式的改型。因此，这些改型都将落入由所附权利要求及其等同物限定的本发明的范围。
权利要求
1.一种电池模块，包括单元电池；和用于将所述单元电池容纳于内部的壳体，该壳体具有用于循环冷却介质的通路；其中，该壳体包括用于容纳所述单元电池的单元电池接受器，该单元接受器具有带垂直于所述壳体纵向的内部空隙截面面积的内部空隙；及具有用于循环冷却介质的内部空隙的冷却介质循环器，该内部空隙与所述单元电池接受器的内部空隙连通并具有垂直于所述壳体纵向的内部空隙截面面积，其中，所述单元电池接受器的内部空隙截面面积大于所述循环器的内部间隙截面面积。
2.根据权利要求1所述的电池模块，其中，所述循环器包括用于将冷却介质接收到该循环器的内部空隙和用于使所述冷却介质流入所述单元电池的入口。
3.根据权利要求1所述的电池模块，其中，所述电池接受器的内部空隙和所述循环器的内部空隙之间的界面具有阶梯状结构。
4.根据权利要求3所述的电池模块，其中，所述界面的内角具有呈角度的结构。
5.根据权利要求4所述的电池模块，其中，所述界面的内角具有直角结构。
6.根据权利要求3所述的电池模块，其中，所述电池接受器的内部空隙截面面积和所述循环器的内部空隙截面面积具有基本呈矩形的横截面。
7.根据权利要求3所述的电池模块，其中，所述界面的阶梯高度为所述单元电池接受器的内部空隙截面面积的13％-23％。
8.根据权利要求1所述的电池模块，其中，所述单元电池作为电池组件被安装于所述单元电池接受器内并沿所述壳体的纵向彼此隔开，所述循环器沿所述壳体的纵向与所述电池接受器连接。
9.根据权利要求8所述的电池模块，其中，还包括第二电池组件，所述壳体内的这些电池组件被设置成彼此之间面向地间隔一定距离。
10.根据权利要求9所述的电池模块，其中，所述电池组件被设置在所述壳体内同一平面上。
11.根据权利要求8所述的电池组件，其中，所述电池组件包括设置于所述单元电池之间的挡板。
12.根据权利要求8所述的电池模块，其中，所述循环器包括用于使冷却介质流入所述电池组件的入口，以及用于排出流过所述电池组件之后的冷却介质的出口。
13.根据权利要求2所述的电池组件，其中，还包括第二电池接受器，其中所述入口被设置于所述电池接受器之间。
14.根据权利要求1所述的电池组件，其中，所述单元电池被设置于多个电池组件中，所述多个电池组件被安装于所述电池接受器中。
15.根据权利要求1所述的电池模块，其中，所述单元电池的数量是二十至八十个。
16.根据权利要求15所述的电池模块，其中，所述单元电池被设置于至少一个由二十个单元电池组成的组中的电池组件中。
全文摘要
本发明公开了一种电池模块，其包括单元电池和用于容纳这些单元电池的壳体，该壳体具有用于循环冷却介质的通路。该壳体包括用于容纳单元电池的单元电池接受器和具有用于循环冷却介质的内部空隙的冷却介质循环器，所述单元电池接受器具有带垂直于壳体纵向的内部空隙截面面积的内部空隙。与单元电池接受器的内部空隙连通的循环器的内部空隙具有垂直于壳体纵向的内部空隙横截面面积。单元电池接受器的内部空隙截面面积大于循环器的内部空隙截面面积。
文档编号H01M10/50GK1953240SQ200610144748
公开日2007年4月25日 申请日期2006年7月31日 优先权日2005年7月29日
发明者李建求, 金泰容, 全伦哲 申请人:三星Sdi株式会社