具有改进的安全性和操作寿命的电池模块的制作方法

本公开涉及一种二次电池，并且更具体地，本公开涉及一种包括一个或多个二次电池的电池模块。

本申请要求于2014年10月7日向韩国知识产权局提交的韩国专利申请No.10-2014-0135160的优先权，该申请的公开内容通过引用整体并入本文。

背景技术：

近年来，由于对于诸如笔记本电脑、摄像机、移动电话等便携式电子产品的需求增加，以及开始对电动车辆、能量储存电池、机器人、卫星等重视开发，从而引发了对于能够重复充电和放电的高性能二次电池的积极研究。

当前，商业上可获得的二次电池包括镍镉二次电池、镍氢二次电池、镍锌二次电池和锂二次电池。在这些电池之中，与镍基二次电池相比，锂二次电池由于几乎没有记忆效应，而且允许不受限制地充电/放电以及由于非常低的自放电率和高能量密度，从而引起了广泛关注。

对于这种锂二次电池，主要分别使用锂基氧化物和碳质材料用作正电极活性材料和负电极活性材料。锂二次电池包括：电极组件，所述电极组件包括分别涂覆有正电极活性材料和负电极活性材料的正电极板和负电极板，正电极板和负电极板之间设置有分隔物；和外部材料，即电池壳，所述电池壳将电极组件与电解质一起密封包裹。

通常，根据外部材料的形状，锂二次电池能够被分类为罐型二次电池与袋型二次电池，其中，罐型二次电池将电极组件整合在金属罐中，袋型二次电池将电极组件整合在由铝层压板制成的袋中。

同时，二次电池广泛地使用在诸如车辆和电力储存装置这样的中型及大型装置中，以及诸如便携式电子设备这样的小型装置中。由于中型及大型装置需要高容量和/或高电力供给，这些中型及大型装置通常使用电池模块而不是单个二次电池，在电池模块中，多个二次电池被电连接。具体地，这种电池模块通常包括袋型二次电池，以利于多个二次电池的堆叠。因此，电池模块可以被认为是其中多个二次电池串联和并联连接以增加容量和功率的元件。

同时，袋型二次电池的缺点在于物理强度弱，因此自身不适合堆叠。因此，袋型二次电池经常以被设置在板之间或被插入盒中的形式使用。这种板或盒可以形成为预定的形状(例如，长方体)，从而围绕袋型二次电池的外表面，用于保护袋型二次电池或易于堆叠。

同时，考虑到便携式电子设备或电动车辆的移动性，当便携式电子设备或电动车辆移动时，设置在便携式电子设备或电动车辆中的二次电池一起移动。这种移动使得二次电池移动，并且二次电池的移动可能造成相邻的部件物理损坏二次电池。例如，袋型二次电池可以由于与覆盖袋型二次电池的外表面的盖、或与其中插入该二次电池的盒的碰撞或摩擦而受损。这能够导致袋型二次电池的外部材料，即袋，发生脱落或撕裂。

这种问题主要由于袋型二次电池和相邻部件之间的间隙引起。然而，去除间隙并不容易，并且即使是存在微小的间隙也能够引起上述问题。

技术实现要素：

技术问题

本公开旨在解决现有技术的问题，因此本公开旨在提供一种能够防止电池单元因振动或冲击而损坏的电池模块。

本公开的其它目的和优点能够从下面的描述中理解，并且能够根据本公开的实施例而被更清晰地理解。此外，应当容易地理解，本公开的其它目的和优点能够借助于权利要求描述的方案和其组合实现。

技术方案

为了实现上述目的，根据本公开的一个方面的电池模块的特征在于，该电池模块包括：电池单元；第一盖，所述第一盖邻近电池单元布置，以覆盖电池单元的一个表面；和第一弹性构件，所述第一弹性构件具有弹性，且置于在电池单元和第一盖之间。

根据一个方面，第一弹性构件可以是具有预定厚度的弹性垫，并且该弹性垫中包括具有弹性的弹性体。

弹性垫的内部可以填充有弹性体。

弹性体可以具有部分变化的密度。

弹性体可以密集地形成在中央部，使得在弹性垫的中央部处的密度可以相对大于在弹性垫的周缘的密度。

弹性体可以是弹簧。

弹簧可以包括两个或更多个可以不规则地布置在弹性垫内的弹簧。

可选地，弹簧可以密集地形成在弹性垫的中央部。

弹簧可以包括两个或更多个弹簧，并且弹簧中的一些弹簧可以具有与弹簧中的其它弹簧不同的弹性模量。弹簧中的一些弹簧可以具有相对大于弹簧中的所述其它弹簧的弹性模量，并且可以被布置在弹性垫的中央部。

弹性垫中可以形成至少一个插孔。

插孔可以在电池单元、弹性垫和第二盖的堆叠方向上形成。

第一盖可以具有对应的突起，所述突起形成在对应于所述插孔的位置处，并且具有对应于所述插孔的形状。

对应的突起的尺寸可以被设定为相对大于插孔的尺寸，以便对应的突起被压配到插孔中。

根据另一方面，第一弹性构件可以是在一个方向上凸形地弯曲的板簧。

板簧的凸形部可以面向电池单元，并且板簧的凸形部可以布置为邻接电池单元的中央部。

第一盖可以具有板形状，并且由金属制成。

电池模块可以额外地包括：第二盖，所述第二盖邻近电池单元布置，以覆盖该电池单元的另一表面；和第二弹性构件，所述第二弹性构件具有弹性，且置于在电池单元和第二盖之间。

电池单元可以是袋型二次电池。

为了实现上述目的，根据本公开的另一方面的电动车辆可以包括上述的电池模块。

有利效果

根据本公开的一个方面，设置在电池单元的至少一个表面上的弹性构件能够防止或减小电池单元和相邻板之间的物理冲击。

根据本公开的另一方面，设置在电池单元的至少一个表面上的弹性构件能够持续地挤压电池单元。因此，由于能够增强电池单元内的离子传输效率，所以能够提升电池单元的操作寿命。

本公开能够提供除了上述的那些效果之外的各种效果，这些效果根据下面的描述将变得明显，并且根据本公开的示例性实施例进一步阐明。

附图说明

附图示出本公开的优选实施例，并且结合前文公开用于提供本公开的技术特征的进一步理解。然而，本公开不被解释为限于附图。

图1是示出根据本公开示例性实施例的电池模块的视图。

图2是示出根据本公开示例性实施例的第一弹性构件的视图。

图3是参考视图，用于解释袋型二次电池膨胀成的形状。

图4是示出根据本公开另一示例性实施例的第一弹性构件的视图。

图5是示出根据本公开另一示例性实施例的第一弹性构件的分解透视图。

图6是处于组装状态中的图5的第一弹性构件的横截面视图。

图7是根据本公开另一示例性实施例的第一弹性构件的前视图。

图8是示出作为根据本公开另一示例性实施例的、在组装作为电池模块的部件的第一盖和第一弹性构件之前的形状的视图。

图9是示出图8的第一盖和第一弹性构件在组装之后的视图。

图10是示出根据本公开另一示例性实施例的、插入在电池单元和第一盖之间的第一弹性构件的视图。

图11是示出根据本公开另一示例性实施例的、插入在电池单元和第一盖之间的第一弹性构件的视图。

图12是示出根据本公开另一示例性实施例的电池模块的视图。

具体实施方式

下文将参照附图详细地描述本公开的优选实施例。在描述之前应当理解，在说明书和所附权利要求中使用的术语不应被解释为限于一般含义和词典含义，而是在允许发明人为了最佳解释而适当定义术语的原则的基础上基于与本公开的技术方面对应的含义和概念解释。

因此，本文提出的描述仅是仅为说明的目的的优选示例，并非旨在限制本公开的范围，所以应当理解，在不偏离本公开的精神和范围的情况下，能够对其做出其它等同和修改。

此外，在本公开的描述中，将不详细描述相关的已知结构或功能，因为其可能会模糊本公开的主题。

提供本公开的示例性实施例仅是为使本领域技术人员能够更加全面地理解本公开，因此，为了清楚解释的目的，附图中的元件的形状和尺寸可以被放大、省略或示意地图示。因此，相应元件的尺寸或比例不必然完全反映实际尺寸或比例。

图1是图示根据本公开示例性实施例的电池模块的视图。

参照图1，根据本公开示例性实施例的电池模块包括：电池单元100、第一盖200和第一弹性构件300。

电池单元100是能够执行充电和放电的单元电池，电池单元100可以包括作为基本构件的电极组件、电解质和电池盒。

电极组件可以形成为单元电池或可以形成为这种单元电池的阵列，所述单元电池包括：正电极板，所述正电极板上安装有正电极片；负电极板，所述负电极板上安装有负电极片；和分隔物。即，电极组件可以包括至少一个正电极板、至少一个分隔物和至少一个负电极板。此外，电极组件可以通过依序堆叠形成为单元电池的阵列，或可替代地，在堆叠后进行缠绕或折叠。

同时，这些正电极板和负电极板可以分别形成这样的结构：活性材料浆料分别涂覆在电极集流器上。通常，可以将溶剂添加到颗粒活性材料、辅助导体、粘合剂、增塑剂等中并将其搅拌来形成浆料。

分隔物被布置在正电极板和负电极板之间，从而使得正电极板和负电极板彼此绝缘，以及允许活性材料离子在正电极板和负电极板之间进行交换。另一分隔物可以位于正电极板或负电极板的外侧上，从而在电极组件破损时实现正电极板和负电极板之间的绝缘状态。

电池壳可以提供用于包裹电极组件以及用于注入电解质的空间。这种电池壳可以根据形状被分类为矩型电池盒和袋型电池盒。在这些电池盒中，如图1所示的袋型电池盒可以包括凹形的内部空间，以便电极组件和电解质能够被包裹在这种内部空间中。此外，袋型电池盒可以由上袋和下袋构成，从而便于对电极组件进行包裹。在这种情况中，如图1所示，袋型电池盒可以包括凹形空间，以用于将电极组件包裹在上袋和下袋中(“双杯”型)，或包括在上袋和下袋中的仅一个中的凹形空间(“单杯”型)中。此外，上袋和下袋可以彼此分隔开，或可以通过一个公共的共同侧彼此相连。

此外，上袋和下袋可以包括位于内包裹空间的边缘上的密封部，使得内包裹空间能够因密封部彼此附接而被密封。

优选地，电池单元100可以是袋型二次电池。即，优选地，电池壳可以是能够通过下文所述的第一弹性构件300被稳定固定的袋型电池盒。

第一盖200可以邻近电池单元100布置，以覆盖电池单元100的一个表面。在这种情况中，如图1所示，第一盖200可以覆盖袋型二次电池的宽表面。

第一盖200可以采用板形，并且可以由金属材料形成。在一个示例中，第一盖200可以是包围电池单元100的盒的一部分，或在另一个示例中，第一盖200可以是用于冷却电池单元100的冷却翅片。在再一个示例中，第一盖200可以是电池模块的壳体的部分。

第一弹性构件300是置于电池单元100和第一盖200之间并且具有弹性的元件。即，第一弹性构件300可以插入电池单元100和第一盖200之间，从而防止电池单元100发生移动。如果没有第一弹性构件300，则容易在电池单元100和第一盖200之间形成间隙。由于如上所述间隙的存在，当电池单元100移动时，电池单元100和第一盖200可能彼此碰撞，因此导致诸如电池单元100受损等问题。

然而，第一弹性构件300的间隙的存在能够防止电池单元100和第一盖200之间的直接接触，并且还防止电池单元100发生移动。此外，具有弹性的第一弹性构件300允许对于各种规格具有高兼容性，即，虽然第一电池单元100和第一盖200之间的间隙的大小可能轻微变化，但是第一弹性构件300仍可以以紧密接触的方式插入第一电池单元100和第一盖200之间。例如，即使当第一电池单元100和第一盖200之间的空间由于电池单元100的收缩而变宽时，第一弹性构件300也可以以紧密接触的方式插入第一电池单元100和第一盖200之间，并且即使当第一电池单元100和第一盖200之间的空间由于电池单元100的膨胀而变窄时，第一弹性构件300也可以以紧密接触的方式插入第一电池单元100和第一盖200之间。

如上所述，因为第一弹性构件300可以以紧密接触的方式插入电池单元100和第一盖200之间，所以第一弹性构件300可以防止电池单元100移动。

此外，第一弹性构件300可以执行挤压电池单元100的功能。

首先将描述电池单元100的离子传输，以便解释由于第一弹性构件300挤压电池单元100而获得的效果。

如上所述，电池单元100包括浸没在电解质中的活性材料、电极和分隔物。电极和活性材料通过诸如将活性材料涂覆在电极的表面上等的方法彼此接合。在电池单元100的操作期间，离子从正电极活性材料分离，穿过分隔物和分隔物的电解质，移动到负电极活性材料中。然而，随着电池单元100的老化，在正电极活性材料和负电极活性材料之间的离子传输效率降低。因此，当离子传输效率由于老化而降低时，可以减小正电极活性材料和负电极活性材料之间的距离，从而提高离子传输效率。在竖直方向上施加到电池单元100的侧表面(即，宽表面)上的力能够减小正电极活性材料和负电极活性材料之间的距离，因此提高离子传输效率。

因此，由于第一弹性构件300置于第一盖200和电池单元100之间，所以第一弹性构件300可以持续地挤压电池单元100，因此能够提升电池单元100的离子传输效率。

根据一个方面，第一弹性构件300可以是弹性垫M。弹性垫M可以具有预定的厚度，并且具有设置在其中的弹性体。在这种情况中，弹性体指的是具有弹性的元件，并且能够采用各种已知的弹性体。

此外，弹性垫M可以被构造成具有部分变化的弹性的形式。可选地，弹性垫M可以被构造成：弹性垫M在中央部的弹性大于在该弹性垫M的外周到外边界的弹性，以进一步挤压电池单元100的中央部。

在一个示例中，弹性垫M的内部可以填充有弹性体。

图2是示出根据本公开示例性实施例的第一弹性构件的视图。图2所示第一弹性构件300可以被认为是设置在图1的电池模块中的第一弹性构件300的立体图。

参照图2，根据本公开示例性实施例的第一弹性构件300是其内部填充有弹性体的弹性垫M。此外图2的弹性垫M完全由弹性体形成。即，在图2的示例性实施例中，弹性垫M由相同的弹性体材料制成。

再次参照图1，图2的第一弹性构件300被示出为置于第一盖200和电池单元100之间。弹性垫M是长方体，使得弹性垫M能够容易地插入第一盖200和电池单元100之间。

同时，袋型二次电池内留有凹形空间，以容纳电极组件。当电池单元100由于溶胀现象等发生膨胀时，凹形空间向外膨胀，在该情况中，膨胀主要发生在电池单元100的中央部，而在电池单元100的外围则相对较少地发生膨胀。

图3是提供用于解释袋型二次电池膨胀成的形状的参考图。即，图3能够被认为是膨胀的电池单元100(见图3的虚线)以及这样的膨胀的程度和方向(见图3的箭头的方向和尺寸)的示意图。

图3示出，当袋型二次电池膨胀时，电池单元100的中央部比电池单元100的周缘膨胀更多。因此，需要进一步挤压袋型二次电池的中央部，从而防止如上所述的不规则膨胀。

在下文中，将描述袋型二次电池的中央部能够被进一步挤压的示例性实施例。

图4是示出根据本公开另一示例性实施例的第一弹性构件的视图。在图4中，本申请人通过阴影示意地示出了弹性体的密度差异。

参照图4，根据本公开另一示例性实施例的第一弹性构件300是其内部填充有弹性体的弹性垫M，并且本文的弹性垫M由相同的弹性体材料制成。应注意，不像图2的弹性垫M，图4的弹性垫M中填充的弹性体不具有均匀的密度。即，形成图4的弹性垫M的弹性体以部分变化的密度填充弹性垫M。具体地，根据图4的示例性实施例，弹性体密集地形成在弹性垫M的中央部，使得在弹性垫M的中央部的弹性大于在弹性垫M的周缘到外边界的弹性。在这样的结构中，第一弹性构件300能够进一步挤压电池单元100的中央部，因此能够抑制电池单元100的不规则膨胀。

在另一示例中，设置在弹性垫M内的弹性体可以实施为弹簧。

图5是根据本公开示例性实施例的第一弹性构件的分解透视图，图6是在组装状态中的图5所示第一弹性构件的横截面视图。

参照图5和图6，根据本公开的再一示例性实施例的第一弹性构件300是其中设置有弹簧310的弹性垫M。即，弹性垫M中不规则地布置有一个或多个弹簧310，并且弹簧310被垫盖包围。同时，优选地，垫盖由软性材料实现，从而直接地将弹性体、即弹簧310的弹性传输到外部。例如，垫盖可以由织物制成。

此外，弹性垫M具有设置在其中的弹簧框320，以支撑弹簧310并且固定弹簧310的位置。弹簧框320牢固地固定弹簧310，使得弹簧310不从起始位置分离。例如如图5和6所示，一个或多个孔320h可以形成在弹簧框320中，以提供用于弹簧310穿过的空间。此外，填充物330填充在弹簧320和垫盖之间。例如，填充物330可以是海绵。填充物330填充突出的弹簧310的周缘，用作防止弹簧310与垫盖直接接触，并且与弹簧框320合作保持弹性垫M的形状。

根据上述示例性实施例，可以容易地将弹性垫M插入电池单元100和第一盖200之间。此外，因为弹簧310被填充物和垫盖围绕，所以避免了弹簧310的端部和电池单元100之间的直接接触，因此，能够防止由于弹簧310造成的对电池100的损坏。

图7是图示根据本公开另一示例性实施例的第一弹性构件的前视图。

参照图7，根据本公开另一示例性实施例的第一弹性构件300是其中设置有弹簧310的弹性垫M。与图5和图6所图示的弹性垫M相比，图7图示弹性垫M的不同之处在于：设置在其中的弹簧310是不规则地布置的。即，图7的示例性实施例的弹簧310被密集地布置在弹性垫M的中央部。此外，弹簧框320被构造成使得弹簧310能够如上所述地被密集地布置在弹性垫M的中央部。

在这种结构中，电池单元100的中央部能够被进一步挤压，因此能够防止电池单元100的不规则膨胀。

在电池单元100的中央部被进一步挤压的另一示例性实施例中，弹簧310并非不规则布置，而是布置在内部的弹簧310的弹性模量可以变化。即，弹簧310中的一些弹簧可以比弹簧310中的其它弹簧具有相对更大的弹性模量。此外，具有相对更大的弹性模量的一个或多个弹簧310可以被布置在弹性垫M的中央部。

可选地，第一弹性构件300可以与第一盖200联接。

图8是示出根据本公开另一示例性实施例的、作为电池模块的部件的第一盖和第一弹性构件在组装之前的形状的视图，图9是示出第一盖和第一弹性构件在其组装之后的视图。

参照图8和图9，根据另一示例性实施例的电池模块包括第一弹性构件300和第一盖200。

此外，第一弹性构件300被实现为弹性垫M。即，图8和图9的弹性垫M被认为是图1和图2所示的弹性垫M的修改。

图8和图9所示弹性垫M具有一个或多个形成在其中的插孔300a。此外，插孔300a沿着电池单元100、弹性垫M和第一盖200的堆叠方向形成。换言之，插孔300a在左右方向上、即在第一盖200、弹性垫M和电池单元100依次堆叠的方向上形成，并且插孔300a在邻近第一盖200的方向上形成。

此外，第一盖200具有对应的突起200a，其形状对应于插孔300a。具体地，对应的突起200a是圆柱形，并且插孔300a形成为圆柱孔。此外，对应的突起200a形成在对应于插孔300a的位置。

可选地，对应的突起200a的尺寸可以等于插孔300a的尺寸，或大于插孔300a的尺寸。

在图8和图9所示的示例性实施例中，对应的突起200a被构造成使其尺寸相对大于插孔300a的尺寸。即，对应突起200a的直径相对大于圆柱孔的直径。换言之，对应的突起200a可以形成为比插孔300a的尺寸相对更大的尺寸，使得对应的突起200a可以被压配在插孔300a中。

如图8和图9所示，弹性垫M和第一盖200利用插孔300a和对应的突起200a联接，随后第一盖200布置在电池单元100附近，使得弹性垫M可以置于电池单元100和第一盖200之间。

根据另一方面，第一弹性构件300可以是板簧P。在这种情况中，板簧代表用于弯曲且提供弹性的板形构件的元件。

图10是示出根据本公开另一示例性实施例的置于电池单元和第一盖之间的第一弹性构件的视图。

参照图10，示出电池单元100、第一盖200和第一弹性构件300，其中第一弹性构件300是板簧P。板簧P被构造成向一个方向凸形地弯曲。更具体地，板簧P的中央部可以凸形地弯曲。此外，板簧P被布置成使得凸形部面向电池单元100，而凹形部面向第一盖200。具体地，期望板簧P的凸形部抵接电池单元100的中央部。优选地，板簧P可以被构造成使得板簧P的两端联接到第一盖200。在图10的示例性实施例中，虽然示出了孔H1形成在板簧P中，孔H2形成在第一盖200的板的表面上，并且板簧P的两端用螺钉(S)联接到第一盖200的侧表面，但是板簧P和第一盖200之间的联接不限于此。

图11是示出根据本公开另一示例性实施例的置于电池单元和第一盖之间的第一弹性构件的视图。

参照图11，示出电池单元100、第一盖200和第一弹性构件300，其中第一弹性构件300是板簧。当与图10相比时，图11的示例性实施例中所示的第一弹性构件300被联接为使得两个板簧P1、P2在面向彼此的一个方向上凸形地弯曲。因此，其中之一个板簧P1的凸形部面向电池单元，并且另一个板簧P2的凸形部面向第一盖200。在图11的示例性实施例中，两个板簧P1、P2彼此联接。然而，如果两个板簧彼此联接，当然可以以相同的形状形成一体式板簧。

同时，如上所述，第一盖200和第一弹性构件300可以被布置在电池单元100的一个表面上。然而，可存在以相似方式布置在电池单元100的另一表面上的第二盖和第二弹性构件。

第二盖可以邻近电池单元100布置，以覆盖电池单元100的另一表面，并且具有弹性的第二弹性构件可以置于电池单元100和第二盖之间。由于说明可能会重复，因此本文不再赘述第二盖和第二弹性构件，而是参照上面提供的关于第一盖200和第一弹性构件300的描述。

图12是示出根据本公开又一示例性实施例的电池模块的视图。

参照图12，本公开又一示例性实施例的电池模块不仅包括第一弹性构件300，还包括第二弹性构件500。在电池单元100和电池单元100之间设有板，该板具有参照电池单元中的一个电池单元100的第一盖200以及参照电池单元中的另一电池单元100的第二盖400。

电池单元100的一个表面与第一弹性构件300接触，另一表面与第二弹性构件500接触，使得电池单元100不移动。此外，因为电池单元100被弹性构件300、500在两个表面上挤压，所以能够提高离子传输效率。

同时，如上所述的电池模块可以封装在壳内以构成电池组，并且可以构成电动车辆或ESS的一部分。

同时，虽然本文使用指示方向的诸如“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”的术语，但是这些术语仅是为了描述的方便，并且本领域技术人员将能够容易地理解，根据作为解释主题的对象、观察者的观看位置、对象的放置位置等，可以以不同方式表达这些术语。

已经详细地描述了本公开，然而，应当理解，虽然本文详细描述以及具体示例示出了本公开的优选实施例，但其仅是以说明性方式给出，并且根据这一详细描述，本领域技术人员将可以更清楚地理解本公开范围内的各种变化和修改。