具有间接空气冷却结构的电池模块

摘要

提供了一种电池模块，其包括：两个或更多个堆叠的电池单元，该两个或更多个堆叠电池单元能够被充电和放电；和至少一个冷却板，该至少一个冷却板包括导热部和连接到所述导热部的至少一个散热部，导热部布置在一个或更多个相邻电池单元之间，并且该至少一个散热部延伸超过这些相邻电池单元并且包括一个或更多个弯曲部。

权利要求

1.一种电池模块，包括：

两个或者更多个堆叠的电池单元，所述两个或者更多个堆叠的电池单元能够被充电和放电；和至少一个冷却板，所述至少一个冷却板包括：

导热部；和

连接到所述导热部的至少一个散热部，所述导热部布置在一个或更多个相邻的电池单元之间，并且所述至少一个散热部延伸超过所述相邻的电池单元并包括一个或更多个弯曲部，其中，所述冷却板的所述散热部重复地弯曲，从而增加所述散热部与外部空气接触的面积，并且所述电池模块进一步包括第一板和第二板，所述第一板和所述第二板安装在所述电池单元堆叠结构的最外面的电池单元处，以用于固定所述电池单元堆叠结构，其中，所述第一板和所述第二板弯曲以覆盖所述冷却板的所述散热部，所述电池模块进一步包括至少一个盒夹，所述至少一个盒夹用于固定各个电池单元以形成电池单元堆叠结构，其中，所述至少一个盒夹包括多个盒夹，其中，所述至少一个冷却板包括多个冷却板，所述冷却板中的每一个均与所述多个盒夹中的相对应的盒夹一体地联接。

2.根据权利要求1所述的电池模块，其中，所述电池单元中的每一个均是板状电池单元，并且所述电池单元被堆叠，使得一个电池单元的一侧面向另一相邻电池单元的相对应侧，或者一个电池单元的相反两侧面向其它相邻电池单元的相对应侧。

3.根据权利要求2所述的电池模块，其中，所述板状电池单元是袋状电池单元，所述袋状电池单元构造成具有如下结构，即：其中电极组件安装在电池壳体中并且所述电池壳体的外周被密封，所述电池壳体由包括树脂层和金属层的层压片制成。

4.根据权利要求3所述的电池模块，其中，所述袋状电池单元的外周密封部分被固定在各个盒夹之间。

5.根据权利要求1所述的电池模块，其中，所述冷却板是由金属材料制成的片。

6.根据权利要求5所述的电池模块，其中，所述金属材料是铝或者铝合金。

7.根据权利要求1所述的电池模块，其中，所述电池单元中的每一个均构造成具有如下结构，即：其中阴极端子和阳极端子从其外周的一侧突出，或者其中阴极端子从其外周的一侧突出并且阳极端子从其外周的相反侧突出。

8.根据权利要求7所述的电池模块，其中，所述冷却板的所述散热部从所述电池单元中的每一个的外周的、所述阴极端子和所述阳极端子没有位于此处的侧突出。

9.根据权利要求1所述的电池模块，进一步包括冷却风扇，所述冷却风扇用于驱动冷却剂，使得所述冷却剂穿过所述冷却板的散热部。

10.根据权利要求9所述的电池模块，其中，所述冷却剂是空气。

11.根据权利要求1所述的电池模块，其中，对于每一个冷却板，通过熔合、组装或者嵌入注射成型，所述冷却板的所述导热部的外周被一体地联接到所述多个盒夹中的相对应的盒夹。

12.根据权利要求1所述的电池模块，其中，所述电池单元中的每一个均是锂二次电池。

13.根据权利要求1所述的电池模块，其中，每个冷却板包括多个所述散热部，并且所述散热部形成在所述导热部的相反末端处。

14.一种电池组，包括作为单元模块的根据权利要求1至13中的任一项所述的电池模块。

15.一种包括电池组的装置，所述电池组是根据权利要求14所述的电池组。

16.根据权利要求15所述的装置，其中，所述装置是电动车辆。

17.根据权利要求15所述的装置，其中，所述装置是混合动力电动车辆。

18.根据权利要求15所述的装置，其中，所述装置是插电式混合动力电动车辆。

19.根据权利要求15所述的装置，其中，所述装置是蓄电装置。

说明书

具有间接空气冷却结构的电池模块

技术领域

[0001] 本发明涉及一种包括间接空气冷却结构的电池模块，并且更加特别地涉及一种如下电池模块，该电池模块包括：能够充电和放电的两个或者更多个堆叠电池单元；和盒夹(cartidge)，该盒夹用于固定各个电池单元以形成电池单元堆叠结构，其中盒夹中的每一个均设置有冷却板，该冷却板具有：作为导热部的一个末端，该一个末端布置在各个电池单元之间；和作为散热部的另一末端，该另一末端从盒夹中的每一个向外突出。

背景技术

[0002] 近年来，能够充电和放电的二次电池已广泛用作无线移动装置的能量源。另外，作为电动车辆(EV)、混合动力电动车辆(HEV)以及插电式混合动力电动车辆(插电式HEV)的动力源，二次电池已经引起了相当大的关注，已经开发了上述这些车辆来解决现有的使用化石燃料的汽油车和柴油车引起的问题，例如空气污染。

[0003] 小型移动装置中的每个装置使用一个或数个电池单元。另一方面，因为诸如车辆等的中大型装置需要高输出和大容量，所以这些中大型装置使用具有彼此电连接的多个电池单元的中大型电池模块。

[0004] 优选地，中大型电池模块制造成具有尽可能小的尺寸和重量。因此，通常使用能够以高的集成度进行堆叠并具有小的重量/容量比的棱形电池或袋状电池来作为该中大型电池模块的电池单元(单元电池)。特别地，较多关注点集中于使用铝制层压片作为包覆构件(sheathing member)的袋状电池，这是因为袋状电池的重量轻，袋状电池的制造成本低，并且容易修改袋状电池的形状。

[0005] 组成这样的中大型电池模块的电池单元可以是能够被充电和放电的二次电池。因此，在二次电池的充电和放电期间从这样的高输出的大容量的二次电池产生大量的热。特别地，在电池模块中广泛使用的每个袋状电池的层压片的表面上涂覆有表现低导热性的高分子材料，因此难以有效地降低电池单元的整体温度。

[0006] 如果从电池模块没有有效地去除在电池模块的充电和放电期间从电池模块产生的热，则热积累在电池模块中，因此电池模块的劣化加速。根据情形，电池模块可能着火或者爆炸。为此，高输出的大容量电池的电池组需要冷却系统以冷却被安装在其中的电池单元。

[0007] 通常通过以高集成度堆叠多个电池单元来制造被安装在中大型电池组中的电池模块。在该情况下，堆叠电池单元，其中电池单元以预定的间隔布置，使得在电池单元的充电和放电期间从电池单元产生的热能够被去除。例如，可以顺序堆叠电池单元，其中电池单元以预定的间隔布置，而不使用附加的构件。可替选地，对于具有低机械强度的电池单元，一个或者更多个电池单元可以安装在盒夹中，并且然后可以堆叠多个盒夹以组成电池模块。冷却剂通道被限定在堆叠电池单元之间或者在堆叠电池模块之间，使得在堆叠电池单元之间或者在堆叠电池模块之间积累的热能够被有效地去除。

[0008] 然而，在该结构中，与多个电池单元相对应的多个冷却剂通道是必须的，因此电池模块的整体尺寸增加。

[0009] 另外，当堆叠多个电池单元时，进一步包括与冷却结构有关的多个部件，因此电池模块的体积增加。此外，电池模块的制造工艺是复杂的并且，因此，电池模块的制造成本也大大地增加。

发明内容

[0010] 技术问题

[0011] 因此，本发明的一个目的是解决上述问题和其它尚未解决的技术问题。

[0012] 具体地，本发明的目的是提供一种具有紧凑结构的电池模块，该电池模块能够在没有使用大量的构件的情况下有效地去除从电池单元产生的热。

[0013] 本发明的另一目的是提供一种电池模块，该电池模块表现优异的安全性和制造工艺性，同时提供高输出的大容量功率。

[0014] 技术解决方案

[0015] 根据本发明的一个方面，能够通过提供如下电池模块来完成以上和其它的目的，该电池模块包括：能够充电和放电的两个或者更多个堆叠的电池单元；和至少一个冷却板，该至少一个冷却板包括导热部和连接到所述导热部的至少一个散热部，导热部布置在一个或更多个相邻电池单元之间，并且该至少一个散热部延伸超过这些相邻电池单元并且包括一个或更多个弯曲部。

[0016] 即，根据本发明的电池模块构造成具有下述结构，其中，从电池单元产生的热被传递到被布置在相邻的电池单元之间的导热部，并且延伸超过所述相邻的电池单元的散热部将来自于导热部的热排放到外部以执行冷却。

[0017] 在传统的电池模块中，经由冷却板将从电池单元产生的热传递到冷却片或者冷却构件，该冷却片或者冷却构件具有被安装在电池模块的外部处的冷却通道，使得冷却片或者冷却构件能够以空气或者水冷却方式执行冷却。

[0018] 然而，在上述结构中，部件的数目增加，进一步包括通过焊接或者紧固互连冷却板和冷却片或者冷却构件的过程。结果，电池模块的制造成本增加并且电池模块的制造工艺复杂化。

[0019] 另一方面，在根据本发明的电池模块中，借助于包括散热部的至少一个冷却板来执行通过热传递散发从电池单元产生的热以冷却电池单元的工艺，并且冷却板容易制造同时冷却板构造成具有简单的结构。因此，对于电池模块来说能够在没有使用大量构件的情况下表现高冷却效率。

[0020] 因此，能够在没有使用传统的冷却系统的情况下将从电池单元产生的热有效地散发到外部。结果，能够改善组装工艺性，另外能够构造非常紧凑的电池模块。

[0021] 根据情形，冷却板中的每一个均包括：导热部，该导热部布置在各个电池单元之间；和散热部，该散热部形成在导热部的相反末端处。即，只要组成冷却板中的每一个的导热部和散热部一体地形成，不特别地限制冷却板中的每一个的结构。

[0022] 在优选示例中，电池单元中的每一个可以是板状电池单元，该板状电池单元能够在有限的空间中提供高堆叠率。板状电池单元可以构造成具有如下结构，即：其中阴极端子和阳极端子从其电池单元本体的一侧突出，或者其中阴极端子从其电池单元本体的一侧突出并且阳极端子从其电池单元本体的相反两侧突出。

[0023] 例如，板状电池单元可以是袋状电池单元，该袋状电池单元构造成具有如下结构，即：其中电极组件安装在电池外壳中，该电池外壳由包括树脂层和金属层的层压片制成。

[0024] 具体地，板状电池单元可以是袋状电池单元，该袋状电池单元构造成具有如下结构，即其中，阴极、分隔物以及阳极结构的电极组件与密封状态下的电解质一起被容纳在电池壳体中。例如，电池单元中的每一个可以是板状电池单元，该板状电池单元构造成具有近似于矩形六面体的结构，该近似于矩形六面体的结构具有小的厚度/宽度比。通常，袋状电池单元包括袋状电池壳体。电池壳体构造成具有层压片结构，其中顺序堆叠由聚合体树脂形成的表现高耐久性的外涂层、由金属材料形成的阻挡湿气或者空气的阻挡层以及由可热结合的聚合体树脂形成的内密封层。

[0025] 袋状电池单元的电池壳体可以构造成具有各种结构。例如，袋状电池单元的壳体可以构造成具有下述结构，即：其中，电极组件容纳在容纳部分中，该容纳部分形成在双单元构件的内上表面和/或内下表面处，并且通过热结合来密封电池壳体的外周的上接触区域和下接触区域。在已经以本专利申请的申请人的名字提交的PCT国际申请No.PCT/KR2004/003312中公开具有上述构造的袋状电池单元。因此在上面提及的专利申请的全部内容通过引用被合并，就如同在此充分地阐述一样。

[0026] 在其中通过各个盒夹固定袋状电池单元的状态下堆叠袋状电池单元。具体地，在挤压的状态下将袋状电池中的每一个的外周密封部分固定在盒夹中的相对应的盒夹之间，使得袋状电池单元固定到各个盒夹。

[0027] 只要冷却板是表现导热性的薄构件，就不特别地限制冷却板的结构。例如，冷却板可以是由金属材料制成的片。金属材料可以是表现高导热性并且是轻质的铝或者铝合金。然而，本发明的实施例不限于此。

[0028] 在优选示例中，在优选示例中，冷却板的散热部可以重复地弯曲以提供一个或多个弯曲部，使得散热部的接触外部空气的面积增加。在上述结构中，在有限空间中基于散热部的宽表面区域增加散热部的接触外部空气的面积以改善散热效果。

[0029] 在具体示例中，一个或多个弯曲结构可以以波纹管(bellow)的形状形成。一个或多个弯曲结构的弯曲宽度和高度没有被特别地限制，并且可以基于给定的空间被适当的调节。

[0030] 电池模块可以进一步包括第一板和第二板，该第一板和第二板安装在电池单元堆叠结构的最外面的电池单元处，用于固定电池单元堆叠结构，该至少一个冷却板可包括多个冷却板，并且第一板和第二板可以弯曲以覆盖这些冷却板的散热部。

[0031] 在具体示例中，第一板可以位于电池单元堆叠结构的顶部处，第二板可以位于电池单元堆叠结构的底部处，并且在挤压状态下将电池单元堆叠结构固定在第一板和第二板之间。另外，第一板的末端和第二板的末端向下和向上弯曲以覆盖冷却板的向外突出的散热部，使得能够从外部保护冷却板的散热部。

[0032] 如先前所描述的，电池单元中的每一个均可以构造成具有如下结构，即其中阴极端子和阳极端子从其外周的一侧突出或者其中阴极端子从其外周的一侧突出并且阳极端子从其外周的相反侧突出。在该情况下，优选的是，冷却板的散热部从电池单元中的每一个的外周的如下侧突出，阴极端子和阳极端子没有位于该侧处。例如，冷却板中的每一个的散热部可以从与电池单元中的每一个的外周的一侧相邻的电池单元中的每一个的外周的两个相反侧突出，在该一侧处形成阴极端子和/或阳极端子。

[0033] 同时，电池模块可以进一步包括冷却风扇，用于驱动冷却剂，使得冷却剂穿过冷却板的散热部以便于改善冷却效率。冷却剂可以是空气。然而，本发明不限于此。

[0034] 使用诸如紧固、组装、熔合以及结合的各种方法，可以将冷却板的导热部的外周联接到盒夹中的相对应的一个。优选地，通过嵌入注射成型，可以将冷却板的导热部的外周一体地联接到盒夹中的相对应的一个。

[0035] 根据本发明的另一方面，电池模块可以包括至少一个盒夹，该至少一个盒夹用于固定各个电池单元以形成电池单元堆叠结构

[0036] 在具体示例中，该至少一个盒夹包括多个盒夹，并且该至少一个冷却板包括多个冷却板。这些冷却板中的每一个均与所述多个盒夹中的相对应的盒夹相关联。

[0037] 只要电池单元中的每一个均是二次电池，即当由该电池单元组成电池模块或者电池组时该二次电池能够提供高电压和高电流，则不特别地限制电池单元中的每一个。例如，电池单元中的每一个均可以是具有高的每体积能量存储容量的锂二次电池。

[0038] 根据本发明的另一方面，提供一种电池组，该电池组包括作为单元模块的具有上述构造的电池模块。

[0039] 可以基于所期望的功率和容量，通过组合电池模块作为单元模块来制造电池组。另外，考虑到安装效率和结构稳定性，根据本发明的电池组可以被用作电源，该电源用于电动车辆、混合动力电动车辆、插电式混合动力电动车辆或者蓄电装置。然而，根据本发明的电池组的应用范围不限于此。

[0040] 根据本发明的另一方面，提供一种装置，该装置包括作为电源的具有上述构造的电池组。具体地，该装置可以是电动车辆、混合动力电动车辆、插电式混合动力电动车辆或者蓄电装置。

[0041] 在本发明所属的领域中公知该装置的结构和制造方法，因此，将省略其详细描述。

附图说明

[0042] 与附图相结合，根据以下详细说明，将更加清楚地理解本发明的以上和其它目的、特征和其它优点，其中：

[0043] 图1是示出根据本发明的实施例的电池模块的典型视图；

[0044] 图2是沿着图1的线A-A截取的截面图；

[0045] 图3是示出图2的区域B的放大图；并且

[0046] 图4是示出图3的盒夹的外部区域的放大图。

具体实施方式

[0047] 现在，将参考附图详细地描述本发明的优选实施例。然而，应注意的是，所图示的实施例不限制本发明的范围。

[0048] 图1是示出根据本发明的实施例的电池模块的典型视图，并且图2是沿着图1的线A-A截取的截面图。

[0049] 参考这些附图，电池模块100被构造成具有下述结构，即，包括多个电池单元110、多个盒夹120、多个冷却板130以及第一板142和第二板144。

[0050] 电池单元110可以是能够充电和放电的两个或者更多个板状电池单元，诸如袋状电池单元。电池单元110被堆叠。盒夹120固定各个电池单元110以形成电池单元堆叠结构。即，在挤压状态下将袋状电池单元110的被热结合的外周密封部分布置在各个盒夹120之间，使得袋状电池单元110被固定到各个盒夹120。

[0051] 冷却板130中的每一个均包括：导热部132，该导热部132布置在各个电池单元110之间，使得从电池单元110产生的热被传递到导热部132；和散热部134，该散热部134从盒夹120中的相对应的一个向外突出，用于将来自于导热部132的热排放到外部以执行冷却。冷却板130中的每一个均是由表现高导热性并且是轻质的铝片制成。

[0052] 第一板142和第二板144安装在最外面的电池单元处以固定电池单元堆叠结构。具体地，紧固孔形成在第一板142、第二板144以及盒夹120处，从而使用延伸通过紧固孔的诸如紧固螺钉的紧固构件150将在第一板142和第二板144之间的电池单元堆叠结构固定。

[0053] 电池单元110中的每一个均被构造成具有如下结构，即：其中阴极端子和阳极端子从其外周的一侧突出，或者其中阴极端子从其外周的一侧突出并且阳极端子从其外周的相反侧突出。冷却板130中的每一个的散热部134从电池单元110中的每一个的外周的剩余侧突出，阴极端子和阳极端子不位于电池单元110中的每一个的外周的剩余侧处。即，冷却板130中的每一个的散热部134从与电池单元110中的每一个的外周的如下一侧相邻的电池单元110中的每一个的外周的两个相反侧突出，在该一侧处形成阴极端子和阳极端子。

[0054] 虽然在附图中示出散热部134，该散热部134从与电池单元110中的每一个的外周的如下一侧相邻的电池单元110中的每一个的外周的两个相反侧突出，在该一侧处形成阴极端子和阳极端子，但是本发明不限于此。根据情形，散热部134可以从电池单元110中的每一个的外周的另一侧突出，在该另一侧处不形成阴极端子和阳极端子。可替选地，散热部134可以从电池单元110中的每一个的外周的每一侧和/或一侧的如下一部分突出，在该一部分处不形成阴极端子和阳极端子。

[0055] 同时，冷却风扇(用于驱动空气使得空气穿过冷却板130的散热部134)可以设置在电池模块100的外部处，以便于改善冷却效率。

[0056] 图3是示出图2的区域B的放大图。

[0057] 参考图3，用于固定电池单元堆叠结构的第一板142和第二板144从盒夹120向外延伸并且第一板142和第二板144的末端向下和向上弯曲以覆盖冷却板130的散热部134，使得能够从外部保护冷却板130的散热部134。

[0058] 另外，当电池单元110中的每一个的外周密封部分没有接触冷却板130中的相对应的一个时，借助于盒夹120中的相对应的一个来固定电池单元110中的每一个的外周密封部分。因此，没有必要形成用于另外地使电池单元110中的每一个的外周密封部分绝缘的结构。

[0059] 图4是示出图3的盒夹的外部区域的放大图。

[0060] 参考图4，通过嵌入注射成型将冷却板130与各个盒夹120一体地形成，然后将冷却板130布置在各个电池单元110之间。在该结构中，盒夹120稳固地固定电池单元110同时具有改善的抗扭强度。

[0061] 参考图4，冷却板130一体地联接到各个盒夹120并且然后布置在各个电池单元110之间。在该结构中，盒夹120具有改善的抗扭强度。因此，与具有相同强度的传统电池模块相比较，该电池模块可以具有更加紧凑的结构。另外，盒夹120可以稳固地固定电池单元110。

[0062] 在冷却板130和盒夹120之间的联接可以通过例如嵌入注射成型来实现。然而，本发明不限于此。例如，可以使用诸如组装和熔合的各种方法实现在冷却板130和盒夹120之间的联接。

[0063] 另外，冷却板130的散热部134重复地弯曲，从而增加散热部134的接触外部空气的面积。散热部134的弯曲结构增加散热部134和外部空间之间的接触面积，从而改善散热效率。

[0064] 因此，本发明的实施例提供一种电池模块，该电池模块能够制造成具有简单且紧凑的结构，同时基于高冷却效率，该电池模块提供高输出的大容量功率并且表现优良寿命特性和安全性。

[0065] 尽管为了阐述性目的已经公开了本发明的优选实施例，但是本领域的技术人员应理解，在不偏离如所附权利要求中公开的本发明的范围和精神的情况下，各种修改、添加和替代是可能的。

[0066] 工业实用性

[0067] 如从上面的描述显然的是，在根据本发明的电池模块中，借助于包括散热部的冷却板执行通过热传递散发从电池单元产生的热以冷却电池单元的过程，并且冷却板容易制造同时构造成具有简单的结构。因此，对于电池模块来说能够在没有使用大量的构件的情况下表现高冷却效率。

[0068] 另外，散热部重复地弯曲使得散热部的接触外部空气的面积被最大化以改善冷却效率。此外，通过注入成型来一体地形成盒夹和冷却板。因此，能够改善电池单元堆叠结构的结构稳定性，其中在电池单元固定到各个盒夹的状态下将电池单元堆叠。