專利名稱：二次電池模塊的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種二次電池，更具體地說，涉及用來控制二次電池模塊的溫度的系統(tǒng)，當(dāng)通過連接單元電池(unit batteries)來形成電池模塊時(shí)，該系統(tǒng)可以方便地控制電池模塊的溫度。
背景技術(shù)：
近年來高能量密度的非水電解質(zhì)二次電池已經(jīng)發(fā)展為高能二次電池，通過串聯(lián)連接幾個(gè)到十幾個(gè)高能二次電池來形成大容量按尺寸分組的電池組件(bulk size batteries assembly)，以適用如燃油電力兩用車之類的需要大功率電源的機(jī)械的電機(jī)驅(qū)動(dòng)。
這種大容量按尺寸分組的二次電池組件(以下稱為“二次電池模塊”或“電池模塊”)通常包括由相互串聯(lián)連接的多個(gè)二次電池(以下稱為“單元電池”)。
若單元電池是方形電池，將這些單元電池設(shè)置成使一個(gè)單元電池的正極和負(fù)極端子與另一相鄰單元電池的正極和負(fù)極端子交替，并通過螺母將電導(dǎo)體連接件安裝在具有部分地帶有螺紋的外表面的負(fù)極和正極端子中，借此使它們相互電連接，以形成二次電池模塊。
然而，這種二次電池組件存在溫度較低時(shí)功率性能降低的問題。尤其當(dāng)用于燃油電力兩用車(HEV)的大容量按尺寸分組的二次電池模塊例如在冬季很冷的環(huán)境下使用時(shí)，它不能在零下溫度環(huán)境下提供所需要的功率。
此外，由于近年來車輛工藝的發(fā)展車輛發(fā)動(dòng)機(jī)釋放的熱量較少，亦存在二次電池模塊在低溫環(huán)境下不能提供適當(dāng)?shù)碾娔苓@種難度極大的問題。
上述信息只用來增進(jìn)對(duì)本發(fā)明背景技術(shù)的理解，它可能包含沒有構(gòu)成在本國對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員來說已經(jīng)熟知的現(xiàn)有技術(shù)信息。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種二次電池模塊，這種二次電池模塊即使在極端環(huán)境下也能很方便地加熱單元電池，以確保適當(dāng)?shù)墓β省?br> 根據(jù)本發(fā)明一示例性實(shí)施方式，具有代表性的二次電池模塊包括單元電池；容納單元電池的外殼，該外殼具有入口和出口，以使傳熱介質(zhì)分別流入所述入口和從所述出口流出；以及設(shè)置在入口側(cè)內(nèi)以加熱流入外殼的傳熱介質(zhì)的正溫度系數(shù)(PTC)加熱器。
PTC加熱器可以包括具有多個(gè)通孔的主體的PTC器件。
可以在入口中設(shè)置通風(fēng)器來加速傳熱介質(zhì)的流入，并且可將該通風(fēng)器設(shè)置在PTC加熱器的前方。
傳熱介質(zhì)可以是空氣。
二次電池模塊可以安裝在車輛內(nèi)，PTC加熱器可以由鉛酸電池或安裝在車輛內(nèi)的發(fā)電機(jī)提供電能。
二次電池模塊還可以包括設(shè)置在外殼內(nèi)以檢測(cè)單元電池溫度的溫度傳感器。
二次電池模塊還可以包括接受來自溫度傳感器的單元電池的溫度信息并且控制PTC加熱器工作的電池管理系統(tǒng)。
本發(fā)明另一示例性實(shí)施方式的二次電池模塊包括多個(gè)單元電池；設(shè)置在單元電池之間的電池隔板；容納這些單元電池和電池隔板的外殼，該外殼具有入口和出口，以使傳熱介質(zhì)分別流進(jìn)所述入口和從所述出口流出；以及設(shè)置在單元電池之間的電池隔板內(nèi)的正溫度系數(shù)(PTC)加熱器。
本發(fā)明又一示例性實(shí)施方式的二次電池模塊包括多個(gè)單元電池；容納單元電池的外殼；設(shè)置在外殼外表面中的導(dǎo)熱構(gòu)件；以及設(shè)置在該導(dǎo)熱構(gòu)件中的正溫度系數(shù)(PTC)加熱器。


通過下面結(jié)合附圖的詳細(xì)描述可更全面地理解本發(fā)明，本發(fā)明附屬的諸多優(yōu)點(diǎn)也將更加清晰，在這些附圖中，相同的附圖標(biāo)記表示相同或相似的部件。附圖中圖1是本發(fā)明第一示例性實(shí)施方式的二次電池模塊的示意性橫截面?zhèn)纫晥D；圖2是本發(fā)明第一示例性實(shí)施方式的正溫度系數(shù)(PTC)加熱器的透視圖；
圖3是本發(fā)明第二示例性實(shí)施方式的二次電池模塊的示意性橫截面?zhèn)纫晥D；圖4是本發(fā)明第二示例性實(shí)施方式的二次電池模塊的示意性橫截面平面圖；圖5是本發(fā)明第三示例性實(shí)施方式的二次電池模塊的示意性部分橫截面平面圖；圖6是本發(fā)明第四示例性實(shí)施方式的二次電池模塊的示意性部分橫截面平面圖；圖7是本發(fā)明第五示例性實(shí)施方式的二次電池模塊的示意性部分橫截面平面圖。
具體實(shí)施例方式
下面將參考附圖詳細(xì)描述本發(fā)明的示例性實(shí)施方式。
在以下的實(shí)施方式中，二次電池模塊采用使用外部空氣作為冷卻劑的空氣冷卻系統(tǒng)。當(dāng)然，本發(fā)明的冷卻系統(tǒng)不限于上面的結(jié)構(gòu)，例如，它可以使用車輛的空調(diào)系統(tǒng)。
圖1是本發(fā)明第一示例性實(shí)施方式的二次電池模塊的示意性橫截面?zhèn)纫晥D，圖2是本發(fā)明第一示例性實(shí)施方式的正溫度系數(shù)(在下文中稱為PTC)加熱器的透視圖。
參考這些附圖，二次電池模塊包括多個(gè)單元電池11、具有設(shè)置在單元電池11之間的電池隔板15的電池集合體17、以及容納電池集合體17的外殼12。
在本示例性實(shí)施方式中的每一單元電池11是方形的鋰型二次電池，它包括(未示出)具有正電極、負(fù)電極和隔板的電極組件以及容納電極組件的殼體。
外殼12具有形成于其一側(cè)面上、使用于控制單元電池11的溫度的空氣流入的入口13，以及形成于其另一側(cè)面上、使流過電池集合體17的空氣流出的出口14。于是，在外殼12內(nèi)部在入口13與出口14之間形成空氣流動(dòng)通道。
在本發(fā)明中，對(duì)外殼12的形狀、外殼12內(nèi)部入口13和出口14的位置以及外殼12內(nèi)部單元電池11的排列結(jié)構(gòu)沒有限制，只要它們符合上面的結(jié)構(gòu)即可。
在本示例性實(shí)施方式中，如圖1所示，入口13形成于外殼12的上部部分，出口14形成于外殼12的下部部分。此外，外殼12具有空氣流動(dòng)通道從入口13形成側(cè)到入口13面向側(cè)逐漸變窄、以及空氣流動(dòng)通道從出口14形成側(cè)到出口14面向側(cè)也逐漸變窄的結(jié)構(gòu)。
二次電池模塊包括設(shè)置在外殼12的入口13側(cè)內(nèi)以當(dāng)空氣流入外殼12時(shí)加熱空氣的PTC加熱器22，以及設(shè)置在PTC加熱器22的前方(或后方)以使流入外殼12的空氣加速的通風(fēng)器19。
PTC加熱器22是具有叫作正溫度系數(shù)熱敏電阻的PTC器件的放熱器件，它可以由Ba2TiO3型陶瓷材料制成，它是隨溫度提高電阻增加的半導(dǎo)體器件。由于PTC器件在居里溫度下或居里溫度附近電阻發(fā)生變化，因此可適當(dāng)控制其溫度，借此保持溫度穩(wěn)定。
由于帶有PTC器件的PTC加熱器22加熱時(shí)不產(chǎn)生任何引起如火花之類的燃燒副產(chǎn)物，因此它不存在失火的風(fēng)險(xiǎn)，據(jù)此它具有不使用單獨(dú)的控制器能維持裝置的溫度不變的優(yōu)點(diǎn)。
如圖2所示，此示例性實(shí)施方式的PTC加熱器22由具有帶有多個(gè)通孔220b的Ba2TiO3型陶瓷本體220a的PTC器件220構(gòu)成。優(yōu)選陶瓷本體220a具有與入口13的橫截面形狀相應(yīng)的形狀。因此，本示例性實(shí)施方式中的陶瓷本體220a具有方形或矩形形狀。
在帶有PTC加熱器22的二次電池模塊中設(shè)有使空氣進(jìn)入外殼12的流動(dòng)路徑，使得空氣通過入口13流入外殼12的內(nèi)部并且流過PTC加熱器22的通孔220b以被PTC加熱器22放出的熱量所加熱。為此，將PTC加熱器22與操縱二次電池模塊電氣控制的電池管理系統(tǒng)(在下文中稱為BMS)23電連接，由其施加驅(qū)動(dòng)所需要的電壓。
被加熱的空氣繼續(xù)流入外殼12的內(nèi)部，借此流過設(shè)置在單元電池11之間的電池隔板15。然后，被加熱的空氣的熱能被傳遞給每一單元電池11，因此單元電池11能夠保持適當(dāng)?shù)臏囟取?br> 如上所述，當(dāng)PTC加熱器22保持工作溫度，即，使其居里溫度處于預(yù)定值之上時(shí)，它能夠加熱空氣以保持單元電池11具有預(yù)定溫度。
同時(shí)，若將PTC加熱器22的居里溫度設(shè)定在單元電池11呈現(xiàn)最佳性能的溫度，可以預(yù)料，在如冬季的零下溫度的極冷環(huán)境下將比正常環(huán)境需要更長(zhǎng)的時(shí)間來將單元電池11加熱到合適的溫度。
相似地可將溫度傳感器26安裝在每一單元電池11中，并可根據(jù)單元電池11的預(yù)定溫度與溫度傳感器26所檢測(cè)到的檢測(cè)溫度之間的比較值來控制PTC加熱器22?？梢杂葿MS 23的運(yùn)行部分、比較部分和輸出部分來執(zhí)行這種功能。
運(yùn)行部分對(duì)溫度傳感器26的信號(hào)輸出進(jìn)行計(jì)算，以檢驗(yàn)單元電池11的當(dāng)前溫度，比較部分將由運(yùn)行部分所檢驗(yàn)到的單元電池11的實(shí)際溫度與單元電池11的預(yù)定標(biāo)準(zhǔn)溫度相比較，輸出部分根據(jù)比較部分的信號(hào)輸出向PTC加熱器22輸入適當(dāng)?shù)碾娦盘?hào)，借此控制PTC加熱器22的溫度以及單元電池11的溫度。
此時(shí)，二次電池模塊被安裝在如燃油電力兩用車(HEV)或電子設(shè)備(EV)之類的機(jī)械內(nèi)，可以由鉛酸電池或安裝在車輛中的發(fā)電機(jī)向PTC加熱器22提供電能。
也就是說，在車輛點(diǎn)火時(shí)由鉛酸電池提供電能，而在車輛運(yùn)行過程中由發(fā)電機(jī)提供電能，因此PTC加熱器22可以被加熱。
向PTC加熱器22供給的電能基本上可以通過BMS 23獲得。
此外，可在PTC加熱器22的前方設(shè)置通風(fēng)器19以加速空氣的流入。設(shè)置在PTC加熱器22前方的通風(fēng)器19可使空氣流入外殼12中?？諝饬鬟^PTC加熱器22的同時(shí)被加熱，以將熱量傳遞給每一單元電池11，然后空氣通過出口14流出。
圖3是本發(fā)明第二示例性實(shí)施方式的二次電池模塊的示意性橫截面?zhèn)纫晥D，圖4是本發(fā)明第二示例性實(shí)施方式的二次電池模塊的示意性橫截面平面圖。
與上面所描述的示例性實(shí)施方式中的二次電池模塊相似，此第二示例性實(shí)施方式的二次電池模塊包括多個(gè)單元電池11’和處于這些單元電池之間的電池隔板15’。通過外殼12’的入口13’流入的空氣流過電池隔板15’以加熱或冷卻單元電池11’，然后通過出口14’流出。
本示例性實(shí)施方式的電池隔板15’具有彎曲形狀的橫截面，其中多個(gè)凹進(jìn)部分150a’和凸出部分150b’垂直彎曲并且連接，如圖4所示。電池隔板15’具有由凹進(jìn)部分150a’形成的間隔150c’，間隔150c’可以是使空氣流過的通道。
電池隔板15’的形狀不限于上面的結(jié)構(gòu)?？梢詫⒏鞣N形狀的電池隔板15’設(shè)置在單元電池11’之間。
在第二示例性實(shí)施方式中，在二次電池模塊中單元電池11’之間設(shè)有PTC加熱器24’并且它們被設(shè)于電池隔板15’的各個(gè)內(nèi)。
更具體地說，將每個(gè)PTC加熱器24’設(shè)置在每一電池隔板15’的凹進(jìn)部分150a’內(nèi)，以具有使其與單元電池11’接觸的結(jié)構(gòu)。因此，PTC加熱器24’不與電池隔板15’接觸，而如圖4所示與其分隔開。
在此示例性實(shí)施方式中，在每一電池隔板15’中安裝一個(gè)PTC加熱器24’。當(dāng)然，并不限于此，如果需要安裝的數(shù)量可以改變。
在上面所述的二次電池模塊結(jié)構(gòu)中，在極冷的環(huán)境下需要時(shí)PTC加熱器24’開始工作以加熱電池隔板15’。
如果如上所述對(duì)電池隔板15’加熱，當(dāng)空氣流過電池隔板15’時(shí)空氣被電池隔板15’放出的熱能所加熱，單元電池11’被空氣加熱，由此保持適當(dāng)?shù)墓ぷ鳒囟取?br> 圖5是本發(fā)明第三示例性實(shí)施方式的二次電池模塊的示意的部分橫截面平面圖。第三示例性實(shí)施方式的二次電池模塊具有與第二示例性實(shí)施方式的二次電池模塊相同的基本結(jié)構(gòu)。然而，將PTC加熱器27設(shè)置在電池隔板15”的凹進(jìn)部分150”中并與單元電池11”接觸時(shí)，它與電池隔板15”緊密接觸，其間沒有間隙。
PTC加熱器27的功能與在第二示例性實(shí)施方式中相同，此外，PTC加熱器27可以具有用于空氣流入的通孔27a，以防止由于自身的阻塞在電池隔板15”中不能使空氣流過電池隔板15”。
在第二和第三示例性實(shí)施方式中可采用在第一示例性實(shí)施方式中提及的BMS和溫度傳感器來完成同樣的功能。
而且，在第二和第三示例性實(shí)施方式中還可采用在第一示例性實(shí)施方式中提及的由鉛酸電池或發(fā)電機(jī)來提供電能。
圖6和7是本發(fā)明第四和第五示例性實(shí)施方式的二次電池模塊的示意性部分橫截面平面圖。參考這些附圖，第四示例性實(shí)施方式和第五示例性實(shí)施方式的二次電池模塊與第二示例性實(shí)施方式的二次電池模塊具有相同的基本結(jié)構(gòu)。
但是，這些示例性實(shí)施方式在PTC加熱器的安裝位置方面與上面提及的示例性實(shí)施方式不同。
圖6中示出的二次電池模塊的PTC加熱器34被安裝在與外殼12”相連接的導(dǎo)熱構(gòu)件如散熱裝置33中。
更具體地說，將多個(gè)PTC加熱器34彼此分隔開地安裝在散熱裝置33中，散熱裝置33被設(shè)置為與外殼12”的外表面接觸。
將散熱裝置33設(shè)置在外殼12”的外表面中的原因是為了緊密地設(shè)置PTC加熱器34和接收熱量的物體的單元電池36。
具有上面結(jié)構(gòu)的二次電池模塊將PTC加熱器34放出的熱量通過散熱裝置33和外殼12”傳遞到單元電池36，由此加熱單元電池36。
在圖7所示的二次電池模塊中，為了提高PTC加熱器的效率，如圖6所示的二次電池模塊那樣，將PTC加熱器44安裝在外殼46的外表面中，此外，它具有起與PTC加熱器44接觸的導(dǎo)熱構(gòu)件的作用的金屬板43，該金屬板與PTC加熱器44緊密接觸以覆蓋它，金屬板43被固定到外殼46的外表面。
這樣，PTC加熱器44的安裝結(jié)構(gòu)增加了PTC加熱器44與導(dǎo)熱構(gòu)件之間的接觸面積，能夠?qū)TC加熱器44放出的更多熱量通過金屬板43和外殼46傳遞到單元電池48。
顯而易見的是，可以利用檢測(cè)到的最近的電池的溫度來獨(dú)立控制每一PTC加熱器。
在第四和第五示例性實(shí)施方式中可采用在第一示例性實(shí)施方式中提及的BMS和溫度傳感器來執(zhí)行同樣的功能。
而且，在第四和第五示例性實(shí)施方式中還可采用在第一示例性實(shí)施方式中提及的鉛酸電池或發(fā)電機(jī)來提供電能。
根據(jù)本示例性實(shí)施方式，二次電池模塊可以通過需要時(shí)在低溫環(huán)境下可以方便地加熱單元電池并且控制二次電池模塊的溫度來獲得期望的輸出。
此外，由于PTC加熱器是具有低失火風(fēng)險(xiǎn)的放熱器件，因此使用本發(fā)明裝置的客戶可以更安全地使用該裝置。
本發(fā)明的示例性實(shí)施方式的二次電池模塊可以用來充當(dāng)需要高能特性的電機(jī)驅(qū)動(dòng)器件例如燃油電力兩用車、電動(dòng)機(jī)車、無線真空吸塵器、電動(dòng)自行車或小型摩托車的能源。
雖然上面結(jié)合目前認(rèn)為是實(shí)用的代表性實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了描述，但是應(yīng)該理解的是本發(fā)明不限于所公開的實(shí)施方式，反之，本發(fā)明可涵蓋所附權(quán)利要求的構(gòu)思和保護(hù)范圍內(nèi)的各種改型和等效配置。
權(quán)利要求
1.一種二次電池模塊，包括單元電池；容納所述單元電池的外殼，該外殼具有入口和出口以使傳熱介質(zhì)分別流入所述入口和從所述出口流出；及設(shè)置在所述入口內(nèi)以加熱流入所述外殼的傳熱介質(zhì)的正溫度系數(shù)(PTC)加熱器。
2.如權(quán)利要求1所述的二次電池模塊，其中，所述正溫度系數(shù)(PTC)加熱器包括具有多個(gè)通孔的主體的正溫度系數(shù)(PTC)器件。
3.如權(quán)利要求1所述的二次電池模塊，其中，在所述入口中設(shè)置通風(fēng)器以加速傳熱介質(zhì)的流動(dòng)，該通風(fēng)器被設(shè)置在所述正溫度系數(shù)(PTC)加熱器的前方。
4.如權(quán)利要求1所述的二次電池模塊，其中，所述傳熱介質(zhì)是空氣。
5.如權(quán)利要求1所述的二次電池模塊，其中，所述二次電池模塊被安裝在車輛中，所述正溫度系數(shù)(PTC)加熱器由鉛酸電池或安裝在車輛內(nèi)的發(fā)電機(jī)提供電能。
6.如權(quán)利要求1所述的二次電池模塊，其中，還包括設(shè)置在所述外殼中來檢測(cè)所述單元電池的溫度的溫度傳感器。
7.如權(quán)利要求6所述的二次電池模塊，其中，還包括接收來自所述溫度傳感器的單元電池的溫度信息并控制所述正溫度系數(shù)(PTC)加熱器工作的電池管理系統(tǒng)。
8.一種二次電池模塊，包括多個(gè)單元電池；設(shè)置在所述單元電池之間的電池隔板；容納所述單元電池和所述電池隔板的外殼，該外殼具有入口和出口以使傳熱介質(zhì)分別流入所述入口和從所述出口流出；及設(shè)置在所述電池隔板之間的每一所述單元電池內(nèi)的正溫度系數(shù)(PTC)加熱器。
9.如權(quán)利要求8所述的二次電池模塊，其中，所述正溫度系數(shù)(PTC)加熱器與每一單元電池物理接觸。
10.如權(quán)利要求9所述的二次電池模塊，其中，所述正溫度系數(shù)(PTC)加熱器與所述電池隔板物理接觸。
11.如權(quán)利要求8所述的二次電池模塊，其中，所述每一正溫度系數(shù)(PTC)加熱器具有用于使空氣流動(dòng)的通孔。
12.如權(quán)利要求8所述的二次電池模塊，其中，所述二次電池模塊被安裝在車輛中，所述正溫度系數(shù)(PTC)加熱器由鉛酸電池或安裝在車輛內(nèi)的發(fā)電機(jī)提供電能。
13.如權(quán)利要求8所述的二次電池模塊，其中，還包括設(shè)置在所述外殼中以檢測(cè)至少一個(gè)單元電池的溫度的溫度傳感器。
14.如權(quán)利要求13所述的二次電池模塊，其中，還包括接收來自所述溫度傳感器的溫度信息并控制所述正溫度系數(shù)(PTC)加熱器的工作的電池管理系統(tǒng)。
15.一種二次電池模塊，包括多個(gè)單元電池；容納所述單元電池的外殼；設(shè)置在所述外殼外表面中的導(dǎo)熱構(gòu)件；及設(shè)置在所述導(dǎo)熱構(gòu)件中的正溫度系數(shù)(PTC)加熱器。
16.如權(quán)利要求15所述的二次電池模塊，其中，所述單元電池與每一正溫度系數(shù)(PTC)加熱器緊鄰設(shè)置。
17.如權(quán)利要求15所述的二次電池模塊，其中，所述二次電池模塊被安裝在車輛中，所述正溫度系數(shù)(PTC)加熱器由鉛酸電池或安裝在車輛內(nèi)的發(fā)電機(jī)提供電能。
18.如權(quán)利要求15所述的二次電池模塊，其中，還包括設(shè)置在所述外殼中以檢測(cè)至少一個(gè)單元電池的溫度的溫度傳感器。
19.如權(quán)利要求18所述的二次電池模塊，其中，還包括接收來自所述溫度傳感器的溫度信息并控制所述正溫度系數(shù)(PTC)加熱器的工作的電池管理系統(tǒng)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種二次電池模塊，其包括單元電池；容納單元電池的外殼，該外殼具有入口和出口以使傳熱介質(zhì)流入該外殼和通過該單元電池從該外殼流出；以及設(shè)置在外殼中以加熱流過外殼的傳熱介質(zhì)的正溫度系數(shù)(PTC)加熱器。本發(fā)明的二次電池模塊在低溫環(huán)境下可以方便地加熱單元電池并且控制二次電池模塊的溫度，從而可獲得期望的輸出。此外，由于PTC加熱器是具有低失火風(fēng)險(xiǎn)的放熱器件，因此使用本發(fā)明裝置的客戶可以更安全地使用該裝置。
文檔編號(hào)B60K1/04GK1855608SQ20061008416
公開日2006年11月1日 申請(qǐng)日期2006年3月21日 優(yōu)先權(quán)日2005年3月21日
發(fā)明者金泰容, 全倫哲, 李建求 申請(qǐng)人:三星Sdi株式會(huì)社