电池模块的制作方法

1.本发明大体上涉及一种电池模块。


背景技术：

2.电池模块由多个堆叠的电池单元组成。电池模块配置为在确保堆叠的电池单元的结构安全的同时执行冷却，并且包括防止电池单元膨胀的各种部件的组件。
3.通常，电池模块具有预设的预定尺寸，并且其输出电压根据电池模块的尺寸而被确定为恒定。
4.上述作为电池模块的描述仅旨在帮助理解本发明的背景，并不旨在本发明落入本领域技术人员公知的现有技术的范围内。


技术实现要素：

5.本发明的实施方案提供一种电池模块，所述电池模块配置为使保持堆叠的电池单元结构和确保冷却性能所需的部件数量最小化，从而降低制造成本，并且容易地调整堆叠的电池单元的数量以有效地提供各种输出电压并有效地响应具有不同要求输出值的电池系统，提高耐用性并具有优异的可维护性。
6.根据本发明的一个实施方案，提供了一种电池模块，所述电池模块包括：两个侧板、多个电池单元、多个泡沫体、上罩板以及下罩板，多个电池单元压缩堆叠在两个侧板之间，多个泡沫体插置在电池单元之间，上罩板接合到两个侧板，从而与两个侧板一起在电池单元的上侧约束多个电池单元的压缩堆叠状态，下罩板接合到两个侧板，从而与两个侧板一起在电池单元的下侧约束多个电池单元的压缩堆叠状态。
7.多个泡沫体和多个电池单元可以以“泡沫体-电池单元-电池单元”的顺序重复堆叠。
8.实现多个电池单元的压缩堆叠状态的初始压缩力可以等于或大于预定参考压缩力，泡沫体可以插置到电池单元之间，使得处于压缩堆叠状态的电池单元可以彼此间隔开预定的最小冷却间隔或更多。
9.每个泡沫体可以由这样的材料制成，其压缩率对于参考压缩力可以小于或等于30％，并且能够随着电池单元之间的压缩力增加而额外增加至等于或高于30％。
10.每个泡沫体可以由聚氨酯和硅酮中的至少一种制成。
11.每个泡沫体可以包含碳基材料和具有优异导热性的金属材料中的至少一种。
12.泡沫体可以布置成与由每个电池单元的杯状部分构成的有效截面积的30％或更多重叠。
13.插置在彼此相邻的两个电池单元之间的泡沫体可以包括多个单独的泡沫体，多个单独的泡沫体配置为在两个电池单元之间提供冷却通道。
14.泡沫体可以布置成包围电池单元的杯状部分的外边缘。
15.所述上罩板和所述下罩板中的每一个可以具有冷却孔，所述冷却孔可以敞开以与
由泡沫体限定的冷却通道连通。
16.所述下罩板的每个冷却孔的尺寸可以形成为大于所述上罩板的每个冷却孔的尺寸。
17.所述上罩板和所述下罩板中的每一个可以具有额外的冷却孔，额外的冷却孔可以敞开以与由电池单元的接头部分提供的空的空间连通。
18.每个侧板可以具有一体地形成在其上端和下端的上突起和下突起，所述上突起和所述下突起插入到所述上罩板和所述下罩板的冷却孔中。
19.所述上罩板和所述下罩板可以分别具有一体地形成在其上的翼部以覆盖侧板的上端部和下端部。
20.每个侧板可以具有朝向所述上罩板和所述下罩板的翼部突出的锁定突起，所述上罩板和所述下罩板的翼部可以分别具有锁定孔，锁定突起可以插入到锁定孔中。
21.连接梁可以布置在上罩板和下罩板中的每一个的冷却孔之间，并且每个连接梁的宽度可以形成为等于或大于泡沫体的宽度。
22.填充材料可以被填充以去除上罩板和下罩板中的每一个的连接梁与泡沫体之间的空的空间。
23.感测板可以分别设置在堆叠的电池单元的相对两侧的接头部分处，电池单元的电极可以连接到所述感测板，感测板罩可以位于感测板外侧，同时包围感测板。
24.根据本发明的一个实施方案，提供了一种使用所述电池模块配置的电池系统，所述电池系统包括分别位于多个堆叠的电池模块的相对两端的端板。
25.电池系统可以包括条带，所述条带配置为在电池模块堆的相对两端处将所述端板彼此连接，因此一体地保持端板和电池模块。
26.根据本发明的实施方案，电池模块配置为使保持堆叠的电池单元结构和确保冷却性能所需的部件数量最小化，从而降低电池模块的制造成本，并且容易调整堆叠的电池单元的数量以有效地提供各种输出电压。因此，电池模块能够有效地响应具有各种要求输出值的电池系统，提高耐用性并具有优异的可维护性。
附图说明
27.通过下文结合附图所呈现的详细描述将会更为清楚地理解本发明的各个实施方案的以上和其它目的、特征以及其他优点，在这些附图中：
28.图1是示出了根据本发明实施方案的电池模块的分解立体图；
29.图2是示出了图1的电池单元和泡沫体的堆叠结构的示意图；
30.图3和图4是依次示出了堆叠在侧板之间的电池单元被压缩并与上罩板和下罩板组装的过程的示意图；
31.图5是示出了电池单元和泡沫体的堆叠顺序的示例的示意图；
32.图6是示出了由泡沫体在电池单元之间形成的冷却通道的示意图；
33.图7是示出了对于泡沫体的各初始压缩力体积，电池模块的容量随着电池模块的充放电循环次数而降低的趋势的曲线图；
34.图8是示出了泡沫体材料的压缩力与压缩率之间的关系的曲线图；
35.图9是示出了每个电池单元的结构的示例的示意图；
36.图10是示出了与图9的电池单元重叠的泡沫体的示意图；
37.图11是示出了对于泡沫体与电池单元重叠的面积相对于电池单元的有效截面积的各百分比，电池模块的容量随着电池模块的充放电循环次数而降低的趋势的示意图；
38.图12是沿着图9中的线a-a所呈现的截面图；
39.图13是沿着图9中的线b-b所呈现的截面图；
40.图14是图10中的部分c的详细示意图；
41.图15是图14中的沿d方向的截面的示意图；
42.图16是示出了根据本发明实施方案的电池模块的组装状态的上方立体图；
43.图17是示出了图16中的电池模块的下方立体图；
44.图18是示出了图16中的电池模块的上侧的俯视图；
45.图19是示出了形成于根据本发明实施方案的电池模块中的空气流动路径的示意图；
46.图20是示出了图16中的沿e方向的截面的示意图，并且示出了填充在连接梁和泡沫体之间的填充材料；
47.图21是示出了使用根据本发明实施方案的电池模块的电池系统的示意图；
48.图22是示出了使用根据本发明另一个实施方案的电池模块的电池系统的示意图；以及
49.图23是图22的电池系统的分解立体图。
具体实施方式
50.在下面的描述中，根据本发明的概念对示例性实施方案指定的结构或功能描述旨在描述示例性实施方案，因此应当理解，本发明可以以各种方式实施，而不限于示例性实施方案。
51.在此描述的实施方案可以有各种方式和各种形状的变化，因此具体的实施方案在附图中示出并且将在本说明书中详细描述。然而，应当理解，根据本发明的概念的示例性实施方案不限于将在下文中参照附图描述的实施方案，而是所有修改、等效方式和替换都包含在本发明的范围和精神内。
52.应当理解，虽然在此可能会使用术语第一和/或第二等等以描述各个元件，但是这些元件不应该由这些术语进行限制。这些术语仅用于将一个元件与另一个元件进行区分。例如，在不脱离本发明的教导的情况下，下面讨论的第一元件可以被称为第二元件。类似地，第二元件也可以称为第一元件。
53.应当理解，当一个元件被称为“连接到”或“接合到”另一个元件时，它可以直接连接到或直接接合到另一个元件，或者连接到或接合到另一个元件，在其间插入有附加元件。另一方面，应当理解，当一个元件被称为“直接连接到”或“直接接合到”另一个元件时，它可以连接到或接合到另一个元件，而没有附加元件插入其间。进一步地，在此用于描述元件之间关系的术语，即“之间”、“直接之间”、“相邻”或“直接相邻”应以与上述相同的方式解释。
54.本文所使用的术语仅用于描述具体实施方案的目的并且不旨在限制本发明。除非上下文另有明确说明，否则单数形式旨在包括复数形式。还将理解，本说明书中使用的术语“包括”或“具有”指明存在所述特征、步骤、操作、部件、部分或其组合，但不排除存在或加入
一个或更多个其他特征、数字、步骤、操作、部件、部分或其组合。
55.除非另有定义，否则在此使用的所有术语(包括技术和科学术语)具有与本发明所属领域的技术人员通常理解的含义相同的含义。必须理解，由词典定义的术语与相关技术上下文中的含义相同，除非上下文另有明确说明，否则不应理想地或过度地正式定义它们。
56.下面将参考附图对示例性实施方案进行详细描述。各附图中给出的相同附图标记表示相同的部件。
57.参见图1至图4，根据本发明的实施方案，电池模块1包括：两个侧板3、多个电池单元5、多个泡沫体7、上罩板9以及下罩板11，多个电池单元5压缩堆叠在两个侧板3之间，多个泡沫体7插置在多个电池单元5之间，上罩板9接合到两个侧板3以在电池单元的上侧与两个侧板一起限制电池单元5的压缩堆叠状态，下罩板11接合到两个侧板3以在下侧与两个侧板一起限制电池单元5的压缩堆叠状态。
58.此外，与电池单元5的电极连接的感测板15分别设置在位于堆叠的电池单元5的相对两侧的接头(tap)部分13处。覆盖感测板15的感测板罩17设置在感测板15的外侧。
59.根据本发明的实施方案，在将电池单元5堆叠在侧板3之间时，电池单元5与插入其间的泡沫体7被压缩堆叠在一起，而不存在储存盒等。当上罩板9和下罩板11接合到侧板3时，电池单元的压缩堆叠状态被牢固地保持。
60.因此，由于保持电池单元的堆叠结构和确保冷却性能所需的部件数量最小化，因此降低了电池模块的制造成本，并且可以有效地调整堆叠的电池单元的数量。因此，有效地配置具有不同输出电压的电池模块，使得需求输出值可以有效地响应于具有不同需求输出电压的电池系统。
61.此外，如上所述的电池模块1可以配置为使得通过由泡沫体7提供的冷却通道19有效地执行电池单元5的冷却。当电池单元5发生膨胀时，泡沫体7配置为在进一步压缩的同时吸收膨胀，从而提高电池模块的耐久性。通过将上罩板9和下罩板11与侧板3分离，可以容易地进行电池单元5的单独更换，从而确保电池模块1的优异的可维护性。
62.泡沫体7和电池单元5可以按照“泡沫体-电池单元-电池单元”的顺序重复堆叠。
63.如图5所示，泡沫体7和电池单元5以泡沫体7、电池单元5、电池单元5以及泡沫体7的顺序堆叠布置，同时侧板3压缩泡沫体7和电池单元5的相对两端。
64.实现电池单元5的压缩堆叠状态的初始压缩力等于或大于预定参考压缩力，泡沫体7插置在压缩堆叠的电池单元5之间，以将电池单元5彼此隔开等于或大于预定的最小冷却间隔。
65.例如，参考压缩力可以预设为30kgf，最小冷却间隔可以预设为0.5mm。
66.当上罩板9和下罩板11与压缩堆叠在侧板3之间的电池单元5和泡沫体7组装时，从侧板3的相对两侧施加的初始压缩力预设为等于或大于30kgf参考压缩力。如图6所示，在组装状态下，由两个电池单元5之间的泡沫体7形成的间隔预设为等于或大于0.5mm最小冷却间隔。
67.参考压缩力根据实验结果预设，如图7所示。参考压缩力的设置考虑的特性在于：当泡沫体7的初始压缩力等于或大于30kgf时，由于电池模块1的充放电循环次数的增加，电池模块1的容量下降趋势几乎没有差异。
68.因此，参考压缩力可以根据泡沫体7的材料而变化。
69.提供最小冷却间隔以允许空气流入由泡沫体7在电池单元5之间形成的冷却通道19，从而在电池单元5中有效地执行空气冷却操作。为此，可以通过多次实验和理解来适当地设计最小冷却间隔。
70.优选地，每个泡沫体7由这样的材料制成，其压缩率对于参考压缩力小于或等于30％，并且能够随着电池单元之间的压缩力增加而增加至等于或高于30％。
71.例如，图8是示出了每个泡沫体7的材料的压缩力与压缩率之间的关系的曲线图。当施加约30kgf的参考压缩力时，泡沫体7的压缩率为约20％。随着施加到泡沫体7的压缩力增加，泡沫体7的压缩率趋于逐渐增加到70％。优选地，泡沫体7由具有与图8中的曲线图相同趋势的材料制成。
72.在具有由上述材料制成的泡沫体7的电池模块中，当在以邻近参考压缩力预设的初始压缩力而组装的电池模块1中发生响应于电池单元5的充电和放电的膨胀时，足够确保泡沫体7在进一步收缩的同时吸收膨胀的间隙。
73.优选地，泡沫体7包含聚氨酯(urethane)和硅酮(silicone)中的至少一种，从而可以充分地确保泡沫体7的恢复力和排斥力。
74.此外，通过包含碳基材料和具有优异导热性的金属材料中的至少一种，泡沫体7可以配置为有利于冷却电池单元5。
75.泡沫体7可以包含诸如金、银、铜、铝等具有优异导热性的金属材料或诸如石墨烯、碳纳米管等的碳基材料，从而可以进一步提高泡沫体的导热性。
76.优选地，泡沫体7可以设置成与由每个电池单元5的杯状部分21限定的有效截面积的30％或更多重叠。
77.参见图9，在每个电池单元5的结构中，实际执行电力存储功能的杯状部分21位于电池单元的中央部分，并且电池单元的电极所连接的接头部分13位于其左右两端。
78.图10是示出了泡沫体7与电池单元5彼此重叠的示意图。优选地，与电池单元5重叠的泡沫体7的面积可以确保等于或大于电池单元5的有效截面积(即杯状部分21)的30％。
79.上述结构是通过考虑如图11所示的实验结果而设计的。随着电池模块1的充放电循环次数的增加，在电池模块1的容量降低的趋势中，当电池单元5与泡沫体7的重叠面积小于30％时，电池模块的容量会显著且急剧下降。考虑到该趋势，泡沫体7配置为与电池单元5以有效截面积的30％或更多重叠。
80.优选地，多个单独的泡沫体7插置在彼此相邻的两个电池单元5之间以形成如上所述的冷却通道19，从而为电池单元5提供均匀的压缩力分布。泡沫体7布置成包围电池单元5的杯状部分21的外边缘。
81.如图14和图15所示，由于泡沫体7布置成包围杯状部分21的外边缘，同时从电池单元5的杯状部分21的外边缘更加延伸，例如从外边缘延伸1mm或更多，因此可以防止电池单元5移动并由泡沫体7保持。
82.参见图16至图19，上罩板9和下罩板11可以分别具有冷却孔23，冷却孔23敞开以与由泡沫体7形成的冷却通道19连通。
83.上罩板9和下罩板11如上所述可以具有与冷却通道19连通的冷却孔23，冷却通道19由泡沫体7在电池单元5之间形成，从而形成由图19中的中间箭头指示的用于冷却的空气流动路径。
84.由于下罩板11的每个冷却孔23的尺寸形成为与上罩板9的每个冷却孔23的尺寸相同，因此可以促进部件的共同使用。为了确保更有效的冷却性能，下罩板11的冷却孔23的尺寸可以形成为大于上罩板9的冷却孔23的尺寸。
85.同时，上罩板9和下罩板11可以具有额外的冷却孔23，这些冷却孔23敞开用于与由电池单元5的接头部分13形成的空的空间连通。
86.通过额外的冷却孔23可以更有效地冷却电池单元5。图19中相对两端的箭头表示流过电池单元5的接头部分13的空气的流动路径。
87.侧板3在上端和下端具有上突起和下突起25。上突起和下突起25可以一体地形成在侧板3中以插入到上罩板9和下罩板11的冷却孔23中。
88.上罩板9和下罩板11中的每一个都具有形成为覆盖侧板3的上端部和下端部的翼部27。
89.侧板3具有朝向上罩板9和下罩板11的翼部27突出的锁定突起29。上罩板9和下罩板11中的每一个的翼部27可以具有锁定孔31，锁定突起29插入到锁定孔31中。
90.因此，如上所述，当上罩板9和下罩板11分别接合到由相对的侧板3压缩堆叠的电池单元5的上部和下部时，侧板3的上突起和下突起25插入到冷却孔23中，使得上突起和下突起25和冷却孔23彼此卡合。由于锁定突起29插入到锁定孔31中以将锁定突起29和翼部27卡合在一起，因此牢固地实现电池单元5堆叠在侧板3、上罩板9以及下罩板11之间的接合状态。
91.同时，设置在上罩板9和下罩板11中的每一个的冷却孔23之间的连接梁33可以优选地形成为具有大于每个泡沫体7的宽度的宽度。
92.由于即使当连接梁33的宽度小于每个泡沫体7的宽度时，由泡沫体7形成的冷却通道19的实际空气流动截面积也不会增加，因此预设连接梁的宽度，以防止上罩板9和下罩板11中的每一个不必要的硬度降低。
93.此外，参见图20，上罩板9和下罩板11中的每一个的连接梁33与每个泡沫体7之间的间隙可以填充有填充材料35以去除空的空间。
94.树脂可以用作填充材料35。当填充材料35被填充时，流过冷却孔23的空气流不会被分散而是可以集中到电池单元5之间的冷却通道19，最终可以提高电池单元5的冷却性能。
95.图21是示出了使用如上所述的电池模块1而构成的电池系统37的示意图。端板39分别设置在多个堆叠的电池模块1的相对两端。
96.当由于电池模块1的每个电池单元5的厚度较薄而导致每个电池模块1的尺寸较小时，或者当电池系统所需的输出电压较低且电池系统由少量电池模块1组成时，可以使用上述构造。
97.同时，由于构成电池模块1的电池单元5的厚度较厚而导致电池模块1在电池系统中的尺寸相对较大，以及当电池系统由大量电池模块1组成时，随着端板39连接到堆叠的电池模块1的相对两端，条带41可以用于一体地保持端板39和电池模块1，如图22和图23所示。
98.尽管出于说明的目的已描述了本发明的优选实施方案，但是本领域一般技术人员将意识到，各种修改形式、增加形式和替代形式都是可行的，并不脱离所附权利要求中所公开的本发明的范围和精神。