可堆叠的套管模块设计的制作方法
【专利摘要】本发明涉及可堆叠的套管模块设计，具体提供一种电池组件，该电池组件包括多个堆叠的电池套管。每个电池套管包括第一座体单元、电池单元堆和位于第一座体单元内的第二座体单元。电池单元堆包括第一电池单元、第二电池单元以及插入第一电池单元和第二电池单元之间的泡沫层。电池单元堆位于第一座体单元内，第二座体单元压紧电池单元堆。该电池模块组件还包括保持多个电池套筒的接收组件。
【专利说明】可堆叠的套管模块设计
[0001]联邦政府资助研发的声明
[0002]本发明是按照合同N0.DE-FC26-08NT04386在联邦政府的支持下完成的。联邦政府对本发明享有一定权利。
【技术领域】
[0003]在至少一个方面，本发明涉及电池模块组件及制作电池模块组件的方法。
【背景技术】
[0004]目前正在研究将大容量的可充电电池用在电动车辆上。电动车辆最终的可行性取决于相关成本的显著降低。电池组件成本的降低尤其重要。
[0005]锂离子电池是一类重要的电池技术。包含锂离子电池组件的多数电池组件包括多个单独的电化学电池单元。通常，这样的电化学电池单元包括阳极和阴极。通常，阳极包括在其上涂覆有石墨层的金属片或箔(通常是铜金属)。类似地，阴极通常包括在其上涂覆有含有锂的层的金属片或箔(通常是铝金属)。最后，电化学电池单元包括位于阳极和阴极之间的电解质。端子允许产生的电流用在外部电路中。电化学电池单元通过电化学反应来产生电流。
[0006]为了大功率的应用，使用多个电池单元并将其组装成电池模块。而且，这样的电池模块被组装成电池包(battery pack)，电池包包括冷却系统和用于操作电池的相关电子设备。冷却系统通常包括多个散布于电池单元之间的金属冷却翼片(例如，铜和/或铝)。结果是，这样的电池模块的组装在对准冷却翼片和电池单元方面是相当困难的。
[0007]相应地，需要改进的电池模块组件以及构造这样的电池模块组件的方法。
【发明内容】
[0008]本发明通过提供一种电池模块组件来解决现有技术的一个或多个问题。该电池组件包括多个堆叠的电池套管。每个电池套管包括第一座体单元、电池单元堆和位于第一座体单元内的第二座体单元。电池单元堆包括第一电池单元、第二电池单元以及插入于第一电池单元和第二电池单元之间的泡沫层，该泡沫层允许循环期间电池单元的膨胀，并且保持电池单元、冷却翼片和散热器的紧密接触。带有压紧电池单元堆的第二座体单元的第一座体单元定位电池单元堆。电池模块组件还包括保持多个电池套筒的接收组件。
[0009]在另一实施例中，提供一种制作上述电池模块组件的方法。该方法包括形成多个电池套筒的步骤。该多个电池套筒位于第一散热器部分和第二散热器部分之间。每个电池套筒与第一散热器部分和第二散热器部分相结合。而且，每个电池套筒通过将电池单元堆放置于第一座体单元内而制成。有代表性地，电池堆包括第一电池单元、第二电池单元以及插入第一电池单元和第二电池单元之间的泡沫层。电池单元堆位于第一座体单元内，通过位于第一座体单元内的第二座体单元，电池单元堆被压紧。
[0010]方案1.一种电池模块组件，包括:[0011]多个电池套筒，每个电池套筒包括:
[0012]第一座体单元；
[0013]电池单元堆，其包括第一电池单元、第二电池单元以及位于第一电池单元和第二电池单元之间的泡沫层，该电池单元堆位于第一座体单元内；
[0014]第二座体单元，其位于第一座体单元内，从而压紧电池单元堆；以及
[0015]保持多个电池套筒的接收组件。
[0016]方案2.根据方案I的电池模块，其中，第一座体单元包括匹配第二座体单元的边缘细部。
[0017]方案3.根据方案2的电池模块，其中，该边缘细部包括外缘。
[0018]方案4.根据方案I的电池模块，其中，第二座体单元接收相邻电池套筒的第一座体单元。
[0019]方案5.根据方案I的电池模块，其中，所述多个电池套筒包括10到25个电池套筒。
[0020]方案6.根据方案I的电池模块，其中，该接收组件包括散热器。
[0021]方案7.根据方案6的电池模块，其中，每个电池模块结合到该散热器。
[0022]方案8.根据方案I的电池模块，其中，所述第一座体单元和第二座体单元包括导热材料。
[0023]方案9.根据方案8的电池模块，其中，所述第一座体单元和第二座体单元包括从铝、铜及其组合构成的集合中选出的金属。
[0024]方案10.根据方案I的电池模块，其中，泡沫层被压紧到大约8到20psi的压力。
[0025]方案11.一种制作电池模块的方法，该方法包括:
[0026]a)形成多个电池套筒，每个电池套筒通过将电池单元堆放置于第一座体单元内而制成，电池单元堆包括第一电池单元、第二电池单元以及插入第一电池单元和第二电池单元之间的泡沫层，电池单元堆位于第一座体单元内，并且将第二座体单元放置于第一座体单元内从而压紧电池单元堆；
[0027]b)将多个电池套筒放置于第一散热器部分和第二散热器部分之间；以及
[0028]c)将每个电池套筒结合到第一散热器部分和第二散热器部分。
[0029]方案12.根据方案11的方法，其中，所述电池套筒被顺序地放置于第一散热器部分和第二散热器部分之间。
[0030]方案13.根据方案12的方法，其中，第二座体单元接收相邻电池套筒的第一座体单元。
[0031]方案14.根据方案12的方法，其中，每个电池套筒在被放置之后且在相邻电池套筒被放置之前，被结合到第一散热器部分和第二散热器部分。
[0032]方案15.根据方案11的方法,其中,所述电池套筒在被放置于第一散热器部分和第二散热器部分之间之前被堆叠。
[0033]方案16.根据方案15的方法，其中，第二座体单元接收相邻电池套筒的第一座体单元。
[0034]方案17.根据方案11的方法，其中，第一座体单元包括匹配第二座体单元的边缘细部，从而提供与第一散热器部分和第二散热器部分的结合点，并且保护套筒内的电池单元不受结合过程的影响。
[0035]方案18.根据方案17的方法，其中，该边缘细部包括外缘。
[0036]方案19.根据方案11的方法，其中，该第二座体单元接收相邻电池套筒的第一座体单元。
[0037]方案20.根据方案11的方法,其中，该第一散热器部分和第二散热器部分每个独立地包括导热材料。
【专利附图】
【附图说明】
[0038]通过详细描述以及所附附图，本发明的示例性实施例将会更全面地被理解，其中:
[0039]图1是具有多个电池套筒的电池模块的示意图；
[0040]图2是电池套筒的示意图；
[0041]图3是示出了电池套筒的组装的示意流程图；
[0042]图4是示出了从多个电池模块组装成电池模块的示意流程图，其中，电池模块被顺序放置于散热器部分之间；以及
[0043]图5是示出了从多个电池模块组装成电池模块的示意流程图，其中，在被放置于散热器部分之间之前，电池模块被顺序堆叠。
【具体实施方式】
[0044]现在将就本发明目前优选的组成、实施例以及方法在细节上提供参考，这些构成了目前发明人已知的实施本发明的最优方式。附图不一定是按比例绘制的。然而应该理解，公开的实施例仅是本发明的示例，其可以具体实施为不同的替代形式。因此，本文公开的具体细节不应理解为限制性的，而是仅仅作为用于本发明的任一方面的典型基础和/或用于教导本领域技术人员以各种方式使用本发明的典型基础。
[0045]除了例子中或者其它地方清楚指明之外,在此描述中表示材料数量或反应和/或使用的条件的所有数值量，在描述本发明的最广泛范围中应理解为被词“约”修饰。在规定的数值限制内的实例通常是优选的。而且，除非清楚地作出相反的表述:百分比、“部分”和比率数值是重量比；作为适合或优选用于与本发明相联系的特定目的的一组或一类材料的描述，意指该组或类的任意两个或多个成分的混合是同样适合或优选的；首字母缩写或其它缩写的首次定义适用于其后所有对相同缩写的使用，并且在作必要修正的情况下适用于初次定义的缩写的普通语法变动；并且，除非清楚地作出相反的表述，对一种性能的测量通过与之前或之后涉及同一性能的相同技术来测定。
[0046]也应理解，本发明不限制于下面描述的具体实施例和方法，具体的组成和/或条件当然是可变动的。而且，本文使用的术语仅用于描述本发明的具体实施例的目的，并不意在以任何方式限制本发明。
[0047]也应当注意，除非上下文清楚地作出相反表述，否则在说明书和所附权利要求中使用的单数形式“一”、“一个”以及“该”包括了复数的指代。例如，提到的单数个元件意在包括多个元件。
[0048]参考图1和2，提供了包括多个电池套筒的电池组件的示意图。图1是具有多个电池套筒的电池模块的示意图。图2是电池套筒的示意图。电池组件10包括若干电池套筒12。每个电池套筒12包括第一座体单元14、电池单元堆16和第二座体单元18。在改进形式中，第一座体单元14包括匹配第二座体单元18的边缘细部20。在另一改进形式中，边缘细部20包括接收第二座体单元18的缘。第二座体18位于第一座体单元14内，并且特别地位于边缘细部20内。第一座体单元14和第二座体单元18由诸如金属的导热材料形成。合适的金属的例子包括但不局限于铝、铜及其组合。
[0049]参考图1、2和3，每个电池单元堆16包括第一电池单元22、第二电池单元24以及插入第一电池单元和第二电池单元之间的泡沫层26。电池单元堆16位于第一座体单元12内，第二座体单元18压紧电池单元堆以使得第一座体单元14和第二座体单元18之间的空间被填充。泡沫层26通常由可压缩的聚合物形成，诸如聚氨酯、聚酯、聚醚、及类似物、及其组合。更具体地，聚氨酯泡沫垫由异氰酸盐、多元醇、增链剂诸如乙醇胺、二乙醇胺乙二醇、二甘醇、催化剂以及表面活性剂形成。异氰酸盐的例子包括但不局限于甲苯二异氰酸酯、二苯基甲烷二异氰酸酯及其组合。多元醇的例子包括但不局限于聚醚多元醇。增链剂的例于包括但不局限于乙醇胺、二乙醇胺乙二醇、二甘醇及其组合。催化剂的例子包括但不局限于三乙烯二胺、二甲基环己胺及其组合。表面活性剂的例子包括但不局限于聚二甲基硅氧烷、壬基苯基乙氧基化合物、硅油和聚氧嵌段共聚物及其组合。
[0050]尽管图1提供了其中电池模块组件10包括5个电池套筒12的例子。应当理解，电池模块10实际上可包括任意数目的电池套筒。在一典型应用中，电池模块组件10包括5到30个电池套筒。在改进形式中，电池模块组件10包括足够数目的电池套筒，以使得输出电压为约0.5伏。电池模块组件10还包括保持多个电池套筒12的接收组件28。为了提供从电池套筒到散热器部分的增强的热导，电池模块10结合到金属(例如，铜和/或铝)散热器部分30和32。在这点上，第一座体单元14和第二座体单元18作为现有技术的冷却翼片而运行。在改进形式中，接收组件28包括可选地包括冷却通道34和36的散热器部分30和32，冷却液体在电池模块组件运行期间流经所述冷却通道。
[0051]参考图4，提供制作上述电池模块组件10的方法的变形。图4是示出了从多个电池模块组装成电池模块组件的示意流程图，其中，电池模块被顺序放置于散热器部分之间。该方法包括形成多个上面图1-3中所述设计的电池套筒12的步骤。多个电池套筒12放置于第一散热器部分30和第二散热器部分32之间，且如步骤a)指出的在位置38、40处结合到第一散热器部分30和第二散热器部分32。每个电池套筒12通过将电池单元堆放置于相邻套筒的第一座体单元内制成。如上面对图1-3的描述中所述，电池堆包括第一电池单元、第二电池单元以及插入第一电池单元和第二电池单元之间的泡沫层。电池单元堆放置于第一座体单元内，第二座体单元也放置于第一座体单元内以使得电池单元堆被压紧。在步骤b)中，第二电池套筒12放置于第一散热器部分30和第二散热器部分32之间，且在位置38、40处结合到第一散热器部分30和第二散热器部分32。步骤c)表示一个或多个另外的电池套筒可放置于第一散热器部分30和第二散热器部分32之间且结合到那里。如上面提出的，实际上在电池模块中可使用任意数目的电池套筒。
[0052]在典型应用中，电池模块组件10包括5到30个电池套筒。在改进形式中，电池模块组件10包括足够数目的电池套筒，以使得输出电压为约0.5伏。在图4描述的实施例的变形中，电池套筒12顺序放置于第一散热器部分30和第二散热器部分32之间且结合到那里。在改进形式中，第一座体单元14包括匹配第二座体单元18的边缘细部20。在另一改进形式中，边缘细部20 (图1-3)包括接收第二座体单元18的缘。第二座体18放置于第一座体单元14内，并且特别地位于边缘细部20内。在又一改进形式中，每个电池套筒12在被放置之后且在放置相邻的电池套筒之前，结合到第一散热器部分30和第二散热器部分32。
[0053]参考图5，提供了制作上述电池模块组件10的方法的另一变形。图5是示出了从多个电池模块组装成电池模块组件的示意流程图，其中，在被放置于散热器部分之间之前，电池模块被顺序堆叠。该方法包括形成多个上面图1-3中所述设计的电池套筒12的步骤。在步骤a)中，电池套筒12相互堆叠彼此的顶部以形成电池套筒堆40。如上面图1-3的描述中所述，电池堆包括第一电池单元、第二电池单元以及插入第一电池单元和第二电池单元之间的泡沫层。电池单元堆16放置于第一座体单元14内，第二座体单元18放置于第一座体单元内以使得电池单元堆16被压紧。在步骤b)中，第二电池套筒12放置于第一散热器部分30和第二散热器部分32之间，且在位置38、40处结合到第一散热器部分30和第二散热器部分32。在改进形式中，第一座体单元14包括匹配第二座体单元18的边缘细部20，从而提供与第一散热器部分30和第二散热器部分32的结合点，并且保护套筒内的电池单元不受结合过程的影响。在另一改进形式中，边缘细部20(图1-3)包括接收第二座体单元18的缘。第二座体18放置于第一座体单元14内，并且特别地位于边缘细部20内。如上面提出的，实际上任意数目的电池套筒可被堆叠以形成电池堆40。在典型应用中，电池模块组件10包括5到30个电池套筒。在改进形式中，电池模块组件10包括足够数目的电池套筒，以使得输出电压为约0.5伏。在步骤b)中，电池套筒12在放置于第一散热器部分30和第二散热器部分32之间且被结合到那里之前被堆叠。每个电池套筒12在被放置之后且在放置相邻的电池套筒之前，结合到第一散热器部分30和第二散热器部分32。例如，激光焊接可用于从侧部42、44将电池套筒从外部结合到散热器部分。
[0054]尽管例证和描述了本发明的实施例，但并不意味着，这些实施例例证和描述了本发明的所有可能形式。相反，说明书中使用的词语是描述性的而不是限制性的词语，并且应该理解在不背离本发明的精神和范围的情况下可作出多种变化。
【权利要求】
1.一种电池模块组件,包括: 多个电池套筒，每个电池套筒包括: 第一座体单元； 电池单元堆，其包括第一电池单元、第二电池单元以及位于第一电池单元和第二电池单元之间的泡沫层，该电池单元堆位于第一座体单元内； 第二座体单元，其位于第一座体单元内，从而压紧电池单元堆；以及 保持多个电池套筒的接收组件。
2.根据权利要求1的电池模块，其中，第一座体单元包括匹配第二座体单元的边缘细部。
3.根据权利要求2的电池模块，其中，该边缘细部包括外缘。
4.根据权利要求1的电池模块，其中，第二座体单元接收相邻电池套筒的第一座体单J Li ο
5.根据权利要求1的电池模块，其中，所述多个电池套筒包括10到25个电池套筒。
6.根据权利要求1的电池模块,其中，该接收组件包括散热器。
7.根据权利要求6的电池模块，其中，每个电池模块结合到该散热器。
8.根据权利要求1的电池模块，其中，所述第一座体单元和第二座体单元包括导热材料。
9.根据权利要求8的电池模块，其中，所述第一座体单元和第二座体单元包括从铝、铜及其组合构成的集合中选出的金属。
10.一种制作电池模块的方法，该方法包括: a)形成多个电池套筒，每个电池套筒通过将电池单元堆放置于第一座体单元内而制成，电池单元堆包括第一电池单元、第二电池单元以及插入第一电池单元和第二电池单元之间的泡沫层，电池单元堆位于第一座体单元内，并且将第二座体单元放置于第一座体单元内从而压紧电池单元堆； b)将多个电池套筒放置于第一散热器部分和第二散热器部分之间；以及 c)将每个电池套筒结合到第一散热器部分和第二散热器部分。
【文档编号】H01M10/655GK103928730SQ201310756826
【公开日】2014年7月16日 申请日期:2013年11月20日 优先权日:2012年11月20日
【发明者】B·R·克里斯蒂安, H·K·弗勒姆, J·G·多拉夫, S·A·赛德 申请人:通用汽车环球科技运作有限责任公司