專利名稱：包括結(jié)構(gòu)新穎的散熱構(gòu)件的、電池模塊及中大型電池組的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種具有結(jié)構(gòu)新穎的散熱構(gòu)件的電池模塊及包括該電池模塊的中大型電池組，更具體地，涉及如下一種電池模塊，該電池模塊包括在堆疊狀態(tài)下安裝在模塊外殼中的多個板狀電池單體，其中，該電池模塊被構(gòu)造成如下結(jié)構(gòu)在電池單體之間的兩個或更多個界面處設(shè)置有多個散熱構(gòu)件，并且，與這些散熱構(gòu)件一體地互連的熱交換構(gòu)件安裝在電池單體堆的一側(cè)，并且，在電池單體的充放電期間從這些電池單體產(chǎn)生的熱量由該熱交換構(gòu)件去除，并且每個散熱構(gòu)件均包括主體部、連接部和頂端部分。
背景技術(shù)：
近來，能夠充電和放電的二次電池已廣泛用作無線移動設(shè)備的能量源。而且，作為電動車(EV)、混合動力電動車(HEV)和外接充電式混合動力電動車(Plug-in HEV)的動力源，二次電池已經(jīng)引起了相當大的關(guān)注，已經(jīng)開發(fā)了上述這些車輛來解決現(xiàn)有的使用化石燃料的汽油車和柴油車引起的問題，例如空氣污染。小型移動設(shè)備為每個設(shè)備使用一個或數(shù)個電池單體。另一方面，因為諸如車輛等的中大型設(shè)備需要高功率和大容量，所以這些中大型設(shè)備使用中大型電池模塊，該中大型電池模塊具有彼此電連接的多個電池單體。優(yōu)選地，中大型電池模塊被制造成具有盡可能小的尺寸和重量。因此，通常使用能夠以高的集成度進行堆疊并具有小的重量/容量比的棱形電池或袋狀電池來作為該中大型電池模塊的電池單體(單元電池)。特別地，目前很多興趣都集中在使用鋁制層壓片作為包覆構(gòu)件(sheathing member)的袋狀電池，這是因為袋狀電池的重量輕，袋狀電池的制造成本低，并且袋狀電池的形狀容易改變。構(gòu)成這種中大型電池模塊的電池單體是能夠充電和放電的二次電池。因此，在這些電池的充放電期間，高功率大容量的二次電池會產(chǎn)生大量的熱量。特別地，在這種電池模塊中普遍使用的每個袋狀電池的層壓片在其表面上涂覆有呈現(xiàn)低導(dǎo)熱率的聚合物材料，結(jié)果，難以有效降低這些電池單體的總體溫度。也就是說，如果不能從電池模塊中有效去除在電池模塊的充放電期間由該電池模塊產(chǎn)生的熱量，則該熱量將積聚在電池模塊中，結(jié)果，加速了該電池模塊的退化。根據(jù)情形， 該電池模塊可能著火或爆炸。為此，在作為高功率大容量電池的車輛用電池組中，需要冷卻系統(tǒng)來冷卻該電池組中安裝的電池單體。通常，通過以高的集成度堆疊多個電池單體來制造要安裝在中大型電池組中的每個電池模塊。在此情況下，這些電池單體在它們彼此以預(yù)定間隔隔開的狀態(tài)下進行堆疊，以便除去在這些電池單體的充放電期間產(chǎn)生的熱量。例如，在不使用額外構(gòu)件的情況下，可以在電池單體彼此以預(yù)定間隔隔開的狀態(tài)下依次堆疊這些電池單體。替代地，在電池單體具有低機械強度的情形中，一個或多個電池單體安裝在一個電池盒(battery cartridge)中， 并且多個電池盒彼此堆疊以構(gòu)成電池模塊。在所堆疊的電池單體之間或所堆疊的電池模塊之間，可以限定有冷卻劑通道，以便可以有效去除在所堆疊的電池單體之間或所堆疊的電池模塊之間積聚的熱量。然而，在這種結(jié)構(gòu)中，必須設(shè)置有與電池單體的數(shù)目相對應(yīng)的多個冷卻劑通道，結(jié)果，該電池模塊的總體尺寸增加了。而且，在多個電池單體彼此堆疊的情況下，考慮到電池模塊的尺寸，各個冷卻劑通道之間的間隔也相對窄。結(jié)果，該冷卻結(jié)構(gòu)的設(shè)計很復(fù)雜。即，以比冷卻劑入流端口更窄的間隔布置的冷卻劑通道導(dǎo)致了高的壓力損失，結(jié)果，難以設(shè)計該冷卻劑入流端口和冷卻劑出流端口的形狀和位置。而且，可以進一步設(shè)置有風扇以防止這種壓力損失，因此，由于功耗、風扇噪聲、空間等，其設(shè)計可能受到限制。此外，由于在設(shè)計該冷卻結(jié)構(gòu)的過程中使用的構(gòu)件的厚度相同或者由于這些構(gòu)件之間限定的空間，可能無法實現(xiàn)所期望的冷卻效率。因此，對于如下這種電池模塊存在著高度需求該電池模塊提供了高功率和大容量，能夠以簡單而緊湊的結(jié)構(gòu)來制造，并具有優(yōu)良的使用壽命和安全性。

發(fā)明內(nèi)容
技術(shù)問題因此，已經(jīng)做出了本發(fā)明，以解決上述問題和其它尚未解決的技術(shù)問題。具體地，本發(fā)明的目的是提供一種電池模塊，該電池模塊被構(gòu)造成如下結(jié)構(gòu)即， 冷卻劑通道被最小程度地形成，并且通過特殊結(jié)構(gòu)的散熱構(gòu)件來實現(xiàn)高的導(dǎo)熱率，從而在限制該電池模塊的尺寸增大的同時實現(xiàn)該電池模塊的均一溫度，并因此減少溫度偏差。技術(shù)方案根據(jù)本發(fā)明的一個方面，可通過提供如下一種電池模塊來實現(xiàn)上述及其他目的， 該電池模塊包括在堆疊狀態(tài)下安裝在模塊外殼中的多個板狀電池單體，其中，每個所述板狀電池單體均構(gòu)造成在由層壓片形成的電池外殼中安裝有電極組件的結(jié)構(gòu)，所述電池模塊被構(gòu)造成如下結(jié)構(gòu)在所述電池單體之間的兩個或更多個界面處設(shè)置有多個散熱構(gòu)件，并且，與這些散熱構(gòu)件一體地互連的熱交換構(gòu)件安裝在電池單體堆的一側(cè)，并且，在電池單體的充放電期間從這些電池單體產(chǎn)生的熱量經(jīng)由所述散熱構(gòu)件、通過該熱交換構(gòu)件來去除， 并且所述散熱構(gòu)件中的每一個均包括主體部，該主體部設(shè)置在相應(yīng)的電池單體之間的界面處；連接部，在該連接部從所堆疊的電池單體向外暴露的狀態(tài)下，該連接部連接到所述主體部；以及頂端部分，該頂端部分沿著兩個相反方向從所述連接部垂直延伸，使得該頂端部分接觸所述熱交換構(gòu)件，所述連接部的厚度大于所述主體部的厚度。通常，電池模塊被構(gòu)造成如下結(jié)構(gòu)多個電池單體在彼此以預(yù)定間隔隔開的同時進行堆疊以形成冷卻劑通道，從而空氣在各個電池單體之間限定的空間內(nèi)流動(空氣冷卻式)，以防止這些電池單體過熱。然而，這種類型的電池模塊無法提供足夠的散熱效果。另一方面，在本發(fā)明的電池模塊中，在電池單體之間的兩個或更多個界面處設(shè)置有多個散熱構(gòu)件，并且，與這些散熱構(gòu)件一體地互連的熱交換構(gòu)件安裝在電池單體堆的一側(cè)。因此，由于在各個電池單體之間未設(shè)有任何空間或僅在各個電池單體之間設(shè)有很小的空間，所以，能夠以比常規(guī)冷卻系統(tǒng)更高的冷卻效率來冷卻該電池單體堆，因此能夠最大化該電池模塊的散熱效率并能夠以高的集成度來堆疊這些電池單體。而且，在根據(jù)本發(fā)明的電池模塊中，每個散熱構(gòu)件的連接部的厚度大于每個散熱構(gòu)件的主體部的厚度，以提高從電池單體到熱交換構(gòu)件的熱傳導(dǎo)率。因此，通過利用特殊設(shè)計的散熱構(gòu)件與該熱交換構(gòu)件之間的聯(lián)接而實現(xiàn)的熱傳導(dǎo)，由電池單體產(chǎn)生的熱量被傳遞到熱交換構(gòu)件，因此能夠有效去除從這些電池單體產(chǎn)生的熱量。每個散熱構(gòu)件的材料不受特別限制，只要每個散熱構(gòu)件由導(dǎo)熱材料形成即可。例如，每個散熱構(gòu)件可以由呈現(xiàn)高導(dǎo)熱率的金屬片形成。這種散熱構(gòu)件可以設(shè)置在電池單體之間的所有界面處或設(shè)置在電池單體之間的某些界面處。例如，在這種散熱構(gòu)件設(shè)置在電池單體之間的所有界面處的情形中，各個電池單體可以在其兩個相反側(cè)面處與不同的散熱構(gòu)件接觸。另一方面，在這種散熱構(gòu)件設(shè)置在電池單體之間的某些界面處的情形中，某些電池單體可以僅在其一個側(cè)面處與散熱構(gòu)件接觸。該熱交換構(gòu)件的材料不受特別限制，只要該熱交換構(gòu)件由呈現(xiàn)高導(dǎo)熱率的材料形成即可。優(yōu)選地，該熱交換構(gòu)件由比其它材料呈現(xiàn)更高導(dǎo)熱率和機械強度的金屬材料形成。 該散熱構(gòu)件和熱交換構(gòu)件可以彼此連接以實現(xiàn)有效的熱傳遞。每個散熱構(gòu)件的散熱效率受到每個散熱構(gòu)件的表面積的影響。在此，每個散熱構(gòu)件的表面積是指主體部的面積、連接部的面積和頂端部分的面積之和。就此而言，設(shè)置在各個電池單體之間的界面處的每個散熱構(gòu)件的主體部的尺寸可以等于每個電池單體的一個主表面的面積的70%至120%。如果該主體部的尺寸過小，則難以容易地傳遞從電池單體產(chǎn)生的熱量。另一方面， 如果該主體部的尺寸過大，則電池模塊的總體尺寸將增加，這不是優(yōu)選的。此外，每個散熱構(gòu)件的表面積受到所述連接部的厚度和所述頂端部分的寬度的影響。本申請的發(fā)明人通過各種實驗已經(jīng)發(fā)現(xiàn)在具有本發(fā)明的結(jié)構(gòu)的電池模塊中，經(jīng)由模塊外殼將每個散熱構(gòu)件的主體部與熱交換構(gòu)件相連的連接部在熱傳遞過程中起到了瓶頸部分的作用，因此，從主體部向熱交換構(gòu)件的熱傳導(dǎo)率可能隨著連接部的結(jié)構(gòu)而極大地變化。特別地，已經(jīng)證實在上文所述的、連接部的厚度大于主體部的厚度的情況下，有效解決了熱量向熱交換構(gòu)件傳遞時導(dǎo)致的問題。在一優(yōu)選示例中，每個散熱構(gòu)件的連接部的厚度可以等于每個散熱構(gòu)件的主體部的厚度的1. 2倍至8. 0倍。如果該厚度差小于上述限定范圍，則難以獲得所期望的效果。另一方面，如果該厚度差大于上述限定范圍，則電池模塊的設(shè)計相當受限，并且，熱傳導(dǎo)率隨著厚度的增加而增加的程度不明顯。每個散熱構(gòu)件的連接部的厚度優(yōu)選可以等于每個散熱構(gòu)件的主體部的厚度的1. 2倍至5. 0倍、更優(yōu)選為1. 2倍至3. 5倍。在各種結(jié)構(gòu)中，所述連接部的厚度可以大于所述主體部的厚度。作為一個示例，每個散熱構(gòu)件的連接部均可以構(gòu)造成如下結(jié)構(gòu)在每個散熱構(gòu)件的連接部具有上述限定的厚度范圍的同時，該連接部的在所述主體部側(cè)的厚度等于該連接部的在所述頂端部分側(cè)的厚度。作為另一個示例，每個散熱構(gòu)件的連接部均可以構(gòu)造成如下結(jié)構(gòu)該連接部具有從其主體部側(cè)到其頂端部分側(cè)而增加的厚度。例如，每個散熱構(gòu)件的連接部均可以構(gòu)造成在豎直剖面中對稱的拱形結(jié)構(gòu)，但其不限于此。當然，所述連接部與主體部之間的厚度關(guān)系不限于上述示例。
同時，所述熱交換構(gòu)件能夠以例如焊接或機械聯(lián)接的各種不同方式安裝在所述散熱構(gòu)件的頂部處。優(yōu)選地，所述熱交換構(gòu)件具有至少一個冷卻劑通道，冷卻劑從所述至少一個冷卻劑通道中流過。例如，在該熱交換構(gòu)件中可以形成有用于諸如水的液體冷卻劑從中流過的冷卻劑通道，由此，與常規(guī)的空氣冷卻式冷卻結(jié)構(gòu)相比，實現(xiàn)了具有高可靠性的優(yōu)異冷卻效^ ο具體地，所述熱交換構(gòu)件可以構(gòu)造成如下結(jié)構(gòu)，即該熱交換構(gòu)件包括底部部分， 散熱構(gòu)件以緊密接觸的方式設(shè)置在該底部部分的底表面處；與所述底部部分相連的兩個相反的側(cè)面部分，所述兩個相反的側(cè)面部分具有沿著縱向方向、貫穿所述兩個相反的側(cè)面部分而形成的冷卻劑通道；以及多個散熱鰭片，所述多個散熱鰭片設(shè)置在所述兩個相反的側(cè)面部分之間，使得所述散熱鰭片從所述底部部分向上延伸。因此，從電池單體傳遞到該散熱構(gòu)件的熱量被傳導(dǎo)到所述熱交換構(gòu)件的底部部分的底表面，并傳遞到在所述熱交換構(gòu)件的兩個相反的側(cè)面部分中形成的冷卻劑通道內(nèi)流過的冷卻劑(即，以水冷的方式)，并且傳遞到所述熱交換構(gòu)件的散熱鰭片(即，以空氣冷卻的方式)，從而有效實現(xiàn)了從各個電池單體的熱量散發(fā)。所述熱交換構(gòu)件的結(jié)構(gòu)不受特別限制，只要該熱交換構(gòu)件安裝在電池單體堆的一側(cè)以容易地去除由電池單體產(chǎn)生的熱量即可。優(yōu)選地，所述熱交換構(gòu)件安裝在模塊外殼的頂部處。根據(jù)情形，該模塊外殼可以在其頂部處設(shè)置有凹陷部，該凹陷部具有足以收容所述熱交換構(gòu)件的尺寸，并且，安裝在該凹陷部中的所述熱交換構(gòu)件的高度可以小于或等于所述模塊外殼的頂部的高度。在此結(jié)構(gòu)中，即使在多個電池模塊沿著所述熱交換構(gòu)件安裝的方向進行堆疊的情況下，在堆疊這些電池模塊時也不存在由于該熱交換構(gòu)件而引起的任何困難，因此，在制造具有高功率和大容量的中大型電池組時，上述結(jié)構(gòu)可以是優(yōu)選的。在一優(yōu)選示例中，每個電池單體均可以是輕質(zhì)的袋狀電池，該袋狀電池包括安裝在由層壓片形成的電池外殼中的電極組件，該層壓片包括能夠熱焊接的內(nèi)側(cè)樹脂層、隔離金屬層、以及呈現(xiàn)優(yōu)異耐久性的外側(cè)樹脂層。每個電池單體均可以安裝在例如以框架結(jié)構(gòu)構(gòu)造而成的電池盒中。這種結(jié)構(gòu)優(yōu)選適用于通過熱焊接而在電池的邊緣處形成有密封部的電池。在上述結(jié)構(gòu)中，該電池盒包括至少一對板狀框架，以在相應(yīng)一個電池單體的至少一個主表面暴露的狀態(tài)下固定該相應(yīng)一個電池單體的邊緣，并且，所述框架中的每一個均在其外表面處設(shè)置有彈性擠壓構(gòu)件，以便將相應(yīng)一個散熱構(gòu)件以緊密接觸的方式固定到所述相應(yīng)一個電池單體的暴露主表面。因此，在其內(nèi)安裝有電池單體的多個電池盒相互堆疊并且在各個電池盒之間設(shè)置有散熱構(gòu)件的情況下，設(shè)置在所述框架的外表面處的彈性擠壓構(gòu)件提高了該電池盒堆的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，并且使散熱構(gòu)件能夠有效固定到該電池盒堆。由于每個電池盒均包括至少一對板狀框架，所以在每個電池盒中，不僅可以安裝有一個電池單體，而且可以安裝有兩個或更多個電池單體。例如，在每個電池盒中安裝有兩個電池單體的結(jié)構(gòu)中，在這兩個電池單體之間設(shè)置有中間框架，從而，這兩個電池單體中的一個電池單體設(shè)置在上框架和該中間框架之間，而另一個電池單體設(shè)置在該中間框架和下框架之間。即使在這種結(jié)構(gòu)中，散熱構(gòu)件也以緊密接觸的方式設(shè)置在各個電池單體的外表面處，因此，能夠通過熱傳導(dǎo)來提供散熱效果。該彈性擠壓構(gòu)件的結(jié)構(gòu)不受特別限制，只要在組裝電池模塊時、該彈性擠壓構(gòu)件安裝到所述框架以固定該散熱構(gòu)件即可。例如，該彈性擠壓構(gòu)件可以設(shè)置在所述框架的上端及下端和/或左側(cè)及右側(cè)。因此，安裝到所述框架的外表面處的該彈性擠壓構(gòu)件將散熱構(gòu)件以緊密接觸的方式有效壓靠在所述框架上，以增加該散熱構(gòu)件與所述框架的固定程度，結(jié)果，不必使用另外的構(gòu)件來固定該散熱構(gòu)件。根據(jù)情形，該彈性擠壓構(gòu)件還可以安裝在所述框架的、與電池單體的密封部接觸的內(nèi)表面處。在一優(yōu)選示例中，在每個電池單體的暴露主表面均從所述框架中的相應(yīng)一個框架向外突出的狀態(tài)下，每個電池單體可以安裝在所述框架之間，并且，在彈性擠壓構(gòu)件的高度大于每個電池單體的暴露主表面處的突出高度的狀態(tài)下，該彈性擠壓構(gòu)件可以設(shè)置在所述框架的外表面處。S卩，形成得比電池單體的高度低的所述框架僅僅固定各個電池單體的邊緣，因此， 能夠通過電池單體的、突出的暴露主表面來實現(xiàn)有效散熱。而且，在加裝這些散熱構(gòu)件時， 安裝得比電池單體的、其突出的暴露主表面處的高度更高的所述彈性擠壓構(gòu)件將該散熱構(gòu)件以緊密接觸的方式有效擠壓到電池單體的暴露主表面，因此，能夠在不增加使用該散熱構(gòu)件的電池模塊的尺寸的情況下、提高該電池模塊的整體機械強度。安裝在所述框架的外表面處的彈性擠壓構(gòu)件的材料不受特別限制，只要在該彈性擠壓構(gòu)件受到擠壓時，該彈性擠壓構(gòu)件呈現(xiàn)出高的彈性擠壓力即可。優(yōu)選地，每個彈性擠壓構(gòu)件均由彈性聚合物樹脂形成。這種聚合物樹脂可以是能夠呈現(xiàn)高彈性力的材料或者可以具有能夠呈現(xiàn)高彈性力的結(jié)構(gòu)或形狀。前者的代表性示例可以是橡膠，而后者的代表性示例可以是發(fā)泡聚合物樹脂。該彈性擠壓構(gòu)件能夠以各種方式安裝到所述框架。為了更有效地將該彈性擠壓構(gòu)件安裝到所述框架，所述框架可以在其外表面處設(shè)置有凹槽，該彈性擠壓構(gòu)件可以安裝在這些凹槽中。每個彈性擠壓構(gòu)件的寬度可以等于每個所述框架的寬度的10%或更大。如果每個彈性擠壓構(gòu)件的寬度相比于每個所述框架的寬度來說太小，則可能無法發(fā)揮通過將該彈性擠壓構(gòu)件安裝到所述框架而獲得的效果。另一方面，如果每個彈性擠壓構(gòu)件的寬度相比于每個所述框架的寬度來說太大，那么，在其受到擠壓時會彈性變形的該彈性擠壓構(gòu)件覆蓋了所述散熱構(gòu)件的大部分，結(jié)果，散熱效果可能降低。此外，當該彈性擠壓構(gòu)件受到擠壓時， 該彈性擠壓構(gòu)件可能從所述框架中突出出來，這不是優(yōu)選的。因此，當然，只要不引起上述問題，每個彈性擠壓構(gòu)件的寬度均可以超過上述限定的范圍。同時，中大型電池組使用多個電池單體以提供高功率和大容量。在構(gòu)成這種電池組的電池模塊中，需要更高的散熱效率來確保該電池組的安全性。因此，根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供了一種通過基于所期望的功率和容量來組合兩個或更多個電池模塊而制造的中大型電池組。根據(jù)本發(fā)明的電池組包括多個電池單體以提供高功率和大容量。因此，根據(jù)本發(fā)明的電池組優(yōu)選用作電動車、混合動力電動車、或外接充電式混合動力電動車的動力源，在這些車輛中，在電池單體的充放電期間產(chǎn)生的高溫熱量是嚴重的安全問題。尤其對于需要在長時間內(nèi)從電池組獲得高功率的電動車和外接插電式混合動力電動車來說，需要有高的散熱性。在此方面，根據(jù)本發(fā)明的電池組更優(yōu)選用在電動車和外接插電式混合動力電動車中。


從以下結(jié)合附圖進行的詳細描述中，將能更清楚地理解本發(fā)明的上述及其它目的、特征和其它優(yōu)點，在這些附圖中圖1是示出了板狀電池單體的典型視圖；圖2是示出了電池盒的典型平面圖；圖3是示出了圖2的電池盒的、沿著A方向觀察到的豎直剖視圖；圖4是分解圖，示出了包括兩個電池單體的電池盒；圖5是示出了圖4的電池盒的典型平面圖；圖6是示出了在電池盒之間設(shè)置有散熱構(gòu)件的電池模塊的透視圖，圖2中示出了該電池盒之一；圖7是示出了圖6的散熱構(gòu)件的典型視圖；圖8是示出了圖7的散熱構(gòu)件的正視圖，包括該散熱構(gòu)件的局部放大圖；圖9是示出了包括多個電池盒的電池模塊的典型視圖，圖6中示出了兩個這種電池盒；圖10是示出了根據(jù)本發(fā)明實施例的電池模塊的典型視圖，在該電池模塊的一側(cè)安裝有熱交換構(gòu)件；圖11是示出了圖10的熱交換構(gòu)件的典型放大圖；并且圖12至14的視圖和曲線示出了針對按照示例1制造的電池模塊和按照比較例1 制造的電池模塊而進行的、根據(jù)實驗例1的發(fā)熱實驗結(jié)果。
具體實施例方式現(xiàn)在，將參考附圖來詳細描述本發(fā)明的優(yōu)選實施例。然而，應(yīng)當注意，本發(fā)明的范圍不限于所例示的實施例。圖1是示出了板狀電池單體的典型視圖。參考圖1，板狀電池單體100包括安裝在電池外殼110中的、具有陰極/隔板/陽極結(jié)構(gòu)的電極組件(未示出)，該電池外殼110由包括樹脂層和金屬層的層壓片形成。電連接到該電極組件的陰極端子120和陽極端子130分別從電池外殼110的上端和下端向外突出。為了圖示的簡潔起見，未示出通過熱焊接而形成在電池外殼110的邊緣處的密封部。由于電池外殼110包括樹脂層，所以與金屬外殼相比，不容易從該電池單體散發(fā)熱量。特別地，在包括多個彼此堆疊的電池單體100的電池模塊中，由于散熱率低，該電池模塊的性能和安全性可能惡化。圖2是示出了根據(jù)本發(fā)明實施例的電池盒的典型平面圖，圖3是示出了圖2的電池盒的、沿著A方向觀察到的豎直剖視圖。
參考這兩幅圖，電池盒200被構(gòu)造成如下結(jié)構(gòu)板狀電池單體100安裝在電池盒 200中，并且該電池單體100的電極端子120和130從電池盒200向外突出。
電池盒200包括一對板狀框架300和300 ’，這一對板狀框架300和300 ’被構(gòu)造成用于在電池單體100的兩個主表面暴露的狀態(tài)下固定該電池單體100的邊緣處的兩個相反側(cè)面(例如密封部)。
各個框架300和300’在其外表面的左側(cè)部分和右側(cè)部分處設(shè)置有沿著各個框架 300和300，的縱向方向平行地延伸的彈性擠壓構(gòu)件310、320和310，、320，。
而且，在電池單體100的暴露主表面從各個框架300和300’突出的狀態(tài)下，該電池單體100安裝在各個框架300和300，之間。在彈性擠壓構(gòu)件310、320和310，、320，高度L大于電池單體100的暴露主表面處的突出高度1的狀態(tài)下，彈性擠壓構(gòu)件310、320和 310’、320’安裝在各個框架300和300’的外表面處。因此，在加裝散熱構(gòu)件(未示出)時， 彈性擠壓構(gòu)件310、320和310’、320’能夠?qū)υ撋針?gòu)件(未示出)提供彈性擠壓力。而且， 所加裝的散熱構(gòu)件(未示出)被彈性擠壓構(gòu)件310、320和310’、320’以緊密接觸的方式有效擠壓到電池單體100的暴露主表面，因此，能夠在不增加使用該散熱構(gòu)件的電池模塊的尺寸的情況下實現(xiàn)有效的散熱。
圖4是分解圖，典型地示出了包括兩個電池單體的電池盒，圖5是示出了圖4的電池盒的典型平面圖。
參考這兩幅圖，除了兩個板狀電池單體100和100’以堆疊狀態(tài)安裝在電池盒200’ 中并且在電池單體100和100’之間還設(shè)置有中間框架301之外，電池盒200’與圖4的電池盒相同，因此，將不再給出其詳細說明。
在此結(jié)構(gòu)中，即使在散熱構(gòu)件(未示出)設(shè)置在電池單體100和100’的主表面處的情形中，也能通過熱傳導(dǎo)來實現(xiàn)優(yōu)異的散熱效果。因此，與圖2的結(jié)構(gòu)相比，設(shè)置在中間框架301和一對框架300和300’處的彈性擠壓構(gòu)件310和320將這些散熱構(gòu)件以緊密接觸的方式擠壓到電池單體100和100’的主表面，因此，能夠在最小化電池模塊的尺寸增加的同時、實現(xiàn)有效的散熱。
圖6是示出了在電池盒之間設(shè)置有散熱構(gòu)件的電池模塊的透視圖，圖2中示出了該電池盒之一；圖7是示出了圖6的散熱構(gòu)件的典型視圖，而圖8是示出了圖7的散熱構(gòu)件的正視圖，包括該散熱構(gòu)件的局部放大圖。
參考這三幅圖，在兩個電池盒200之間設(shè)置有散熱構(gòu)件500。
散熱構(gòu)件500由呈現(xiàn)出高導(dǎo)熱率的金屬片形成。散熱構(gòu)件500包括主體部510， 該主體部510設(shè)置在電池盒200之間的界面處；連接部520，在該連接部520從所堆疊的電池盒200向外暴露的狀態(tài)下，該連接部520連接到主體部510 ；以及頂端部分530，該頂端部分530沿著兩個相反方向從所述連接部520垂直延伸，使得該頂端部分530接觸熱交換構(gòu)件(未示出)。
連接部520的厚度Tl大于主體部510的厚度T2。主體部510的尺寸約等于每個電池盒200的一個主表面的面積的100%。而且，頂端部分520的寬度W2約等于每個電池盒200的寬度Wl。替代地，頂端部分520的寬度W2可以小于每個電池盒200的寬度Wl。
如上所述，該散熱構(gòu)件被設(shè)計成具有最佳的散熱效率，由此提高該電池模塊的冷卻效率。
圖9是透視圖，典型地示出了被構(gòu)造成如下結(jié)構(gòu)的電池模塊即，在電池盒之間設(shè)置有散熱構(gòu)件，圖6中示出了兩個這種電池盒。
與圖6 —起來參考圖9，電池模塊400包括依次堆疊的八個電池盒200，并且在這些電池盒200之間的某些界面處設(shè)置有四個散熱構(gòu)件500，從而，由這些電池盒200產(chǎn)生的熱量(具體地，由安裝在各個電池盒中的電池單體產(chǎn)生的熱量)被傳導(dǎo)到散熱構(gòu)件500，以便實現(xiàn)高的散熱效果。
設(shè)置在八個電池盒200的框架300的外表面處的彈性擠壓構(gòu)件310和320有助于散熱構(gòu)件500穩(wěn)定地安裝并固定到框架300。
因此，在電池單體100的充放電期間由電池單體100產(chǎn)生的熱量被傳遞到在各個電池盒200之間設(shè)置的散熱構(gòu)件500，然后通過熱交換構(gòu)件(未示出)排放到外部，由此，在該電池模塊被構(gòu)造成緊湊結(jié)構(gòu)的同時，實現(xiàn)了高的散熱效率。
圖10是示出了根據(jù)本發(fā)明實施例的電池模塊的典型視圖，在該電池模塊的一側(cè)安裝有熱交換構(gòu)件，而圖11是示出了圖10的熱交換構(gòu)件的典型視圖。
與圖9 一起來參考這兩幅圖，安裝在模塊外殼410中的電池模塊400被構(gòu)造成如下結(jié)構(gòu)在通過依次堆疊多個電池盒200而構(gòu)成的電池盒堆的頂部處安裝有熱交換構(gòu)件 600。
該熱交換構(gòu)件600包括底部部分610，該底部部分610安裝在模塊外殼410的頂部處，從而散熱構(gòu)件500a以緊密接觸的方式設(shè)置在該底部部分610的底表面處；與該底部部分610相連的兩個相反的側(cè)面部分620和620’，這兩個相反的側(cè)面部分620和620’具有沿著縱向方向貫穿這兩個相反的側(cè)面部分620和620’而形成的冷卻劑通道621和622 ； 以及多個散熱鰭片630，這些散熱鰭片630設(shè)置在所述兩個相反的側(cè)面部分620和620’之間，使得散熱鰭片630從底部部分610向上延伸。
S卩，諸如水的冷卻劑從冷卻劑通道621和622中流過，并且，這些散熱鰭片630彼此以預(yù)定的間隔D布置，從而空氣在各個散熱鰭片630之間流動。因此，以高的可靠性和良好的冷卻效率有效去除了從散熱構(gòu)件500a傳遞來的熱量。
下面，將基于本發(fā)明的一個示例來更詳細地描述根據(jù)本發(fā)明的散熱構(gòu)件的出色性能。然而，應(yīng)當注意，本發(fā)明的范圍不限于所示出的示例。
[示例 1]
如下所述地制造電池模塊。
1-1電池單體的制造
把具有陰極/隔板/陽極結(jié)構(gòu)的電極組件安裝在電池外殼中，以制造出板狀電池單體，該電池外殼由包括樹脂層和金屬層的層壓片形成。
1-2散熱構(gòu)件的制造
如圖7所示，使用具有0. Imm厚度的鋁片來形成主體部和頂端部分，并將散熱構(gòu)件制造成使得其主體部的尺寸等于電池單體的一個主表面的尺寸，并且使其連接部具有 0. 2mm的厚度。
1-3包括散熱構(gòu)件的電池樽塊的制造
如圖6所示，把如1-2部分中所述地制造的散熱構(gòu)件設(shè)置在如1-1部分中所述地制造的兩個電池單體之間的界面處，以制造出電池模塊。
[比較例1]
以與示例1基本相同的方式來制造電池模塊，區(qū)別在于在制造該散熱構(gòu)件時，其連接部的厚度為0. 1mm，該厚度等于主體部的厚度。
[實驗例1]
先制備出按照示例1制造的電池模塊和按照比較例1制造的電池模塊，然后測量由于從各個電池模塊的電池單體產(chǎn)生的熱量而引起的、電池模塊的溫度變化。圖12、13和 14(曲線)中示出了其結(jié)果。此實驗在包括散熱構(gòu)件的電池模塊在室溫下發(fā)熱5分鐘的條件下進行。
如圖12可見，在對根據(jù)本發(fā)明示例1的電池模塊進行的溫度變化實驗中，散熱構(gòu)件以藍色顯示。特別地，與該散熱構(gòu)件的連接部相鄰的電池單體的上側(cè)部分比這些電池單體的下側(cè)部分具有更低溫度。作為參照，藍色表示低溫，而紅色表示高溫。
也就是說，當該散熱構(gòu)件的連接部的厚度大時，從電池單體產(chǎn)生的熱量減少了。另一方面，如圖13所示，證實了比較例1的電池模塊的每個電池單體的主要部分被示出為紅色。也就是說，電池單體的溫度高。
具體來說，如圖14的曲線可見，根據(jù)本發(fā)明示例1的電池模塊的最高溫度約為 43°C，而比較例1的電池模塊的最高溫度約為45°C。也就是說，示例1的電池模塊和比較例 1的電池模塊之間的最大溫度差約為17%。
因此，在示例1的電池模塊中，在最高溫度之前的溫度分布相對低，結(jié)果，對溫度敏感的電池單體所經(jīng)受的總體溫度也降低了，從而增加了電池單體的使用壽命。
結(jié)果，根據(jù)本發(fā)明的電池模塊可以包括如下的散熱構(gòu)件，該散熱構(gòu)件能夠通過基于電池單體的發(fā)熱特性調(diào)整設(shè)計參數(shù)來進行優(yōu)化。
工業(yè)實用性
從上文的描述中清楚可見，根據(jù)本發(fā)明的電池模塊被構(gòu)造成如下結(jié)構(gòu)用于加速從電池單體的熱量散發(fā)的散熱構(gòu)件設(shè)置在電池單體之間的界面處，并且，與該散熱構(gòu)件一體地連接的、呈現(xiàn)高導(dǎo)熱率的熱交換構(gòu)件安裝在電池單體堆的一側(cè)。因此，能夠?qū)㈦姵貑误w產(chǎn)生的熱量有效排放到外部，同時使電池模塊的尺寸增大降到最小。
而且，在該熱交換構(gòu)件中還形成有水冷式冷卻結(jié)構(gòu)，因此，能夠以高的可靠性進一步改善從電池單體的熱量散發(fā)。基于這種高的散熱效率，能夠均一地控制電池單體的內(nèi)部溫度，由此大幅提高這些電池單體的壽命和安全性。
雖然已經(jīng)出于示意性目的公開了本發(fā)明的優(yōu)選實施例，但本領(lǐng)域技術(shù)人員將會理解，在不偏離所附權(quán)利要求中公開的本發(fā)明的范圍和精神的情況下，可以進行各種修改、添加和替代。
權(quán)利要求
1.一種電池模塊，包括在堆疊狀態(tài)下安裝在模塊外殼中的多個板狀電池單體，其中，每個所述板狀電池單體均構(gòu)造成在由層壓片形成的電池外殼中安裝有電極組件的結(jié)構(gòu)；所述電池模塊被構(gòu)造成如下結(jié)構(gòu)在所述電池單體之間的兩個或更多個界面處設(shè)置有多個散熱構(gòu)件，并且，與所述散熱構(gòu)件一體地互連的熱交換構(gòu)件安裝在電池單體堆的一側(cè)， 在所述電池單體的充放電期間從所述電池單體產(chǎn)生的熱量經(jīng)由所述散熱構(gòu)件、通過所述熱交換構(gòu)件而去除，并且每個所述散熱構(gòu)件均包括主體部，所述主體部設(shè)置在相應(yīng)的電池單體之間的界面處； 連接部，在所述連接部從所堆疊的電池單體向外暴露的狀態(tài)下，所述連接部連接到所述主體部；以及頂端部分，所述頂端部分沿著兩個相反方向從所述連接部垂直延伸，使得所述頂端部分接觸所述熱交換構(gòu)件，所述連接部的厚度大于所述主體部的厚度。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電池模塊，其中，每個所述散熱構(gòu)件均由導(dǎo)熱材料形成。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電池模塊，其中，所述熱交換構(gòu)件由導(dǎo)熱材料形成。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的電池模塊，其中，每個所述散熱構(gòu)件均由呈現(xiàn)高導(dǎo)熱率的金屬片形成。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的電池模塊，其中，所述熱交換構(gòu)件由呈現(xiàn)高導(dǎo)熱率的金屬片形成。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電池模塊，其中，每個所述散熱構(gòu)件的主體部的尺寸等于每個所述電池單體的一個主表面的面積的70%至120%。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電池模塊，其中，每個所述散熱構(gòu)件的連接部的厚度等于每個所述散熱構(gòu)件的主體部的厚度的1. 2倍至8. 0倍。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電池模塊，其中，每個所述散熱構(gòu)件的連接部均構(gòu)造成如下結(jié)構(gòu)所述連接部的在所述主體部側(cè)的厚度等于所述連接部的在所述頂端部分側(cè)的厚度。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電池模塊，其中，每個所述散熱構(gòu)件的連接部均構(gòu)造成如下結(jié)構(gòu)所述連接部具有從所述連接部的主體部側(cè)到所述連接部的頂端部分側(cè)而增加的厚度。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的電池模塊，其中，每個所述散熱構(gòu)件的連接部均構(gòu)造成在豎直剖面中對稱的拱形結(jié)構(gòu)。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電池模塊，其中，所述熱交換構(gòu)件具有至少一個冷卻劑通道，冷卻劑從所述至少一個冷卻劑通道中流過。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的電池模塊，其中，所述熱交換構(gòu)件包括底部部分，所述底部部分以緊密接觸的方式設(shè)置在所述散熱構(gòu)件的頂部處；與所述底部部分相連的兩個相反的側(cè)面部分，所述兩個相反的側(cè)面部分具有沿著縱向方向、貫穿所述兩個相反的側(cè)面部分而形成的冷卻劑通道；以及多個散熱鰭片，所述多個散熱鰭片設(shè)置在所述兩個相反的側(cè)面部分之間，使得所述散熱鰭片從所述底部部分向上延伸。
13.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電池模塊，其中，所述熱交換構(gòu)件安裝在所述模塊外殼的頂部處。
14.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電池模塊，其中，所述模塊外殼在其頂部處設(shè)置有凹陷部， 所述凹陷部具有足以收容所述熱交換構(gòu)件的尺寸，并且，安裝在所述凹陷部中的所述熱交換構(gòu)件的高度小于或等于所述模塊外殼的頂部的高度。
15.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電池模塊，其中，所述層壓片包括能夠熱焊接的內(nèi)側(cè)樹脂層、隔離金屬層、以及呈現(xiàn)耐久性的外側(cè)樹脂層。
16.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電池模塊，其中，至少一個所述電池單體安裝在以框架結(jié)構(gòu)構(gòu)造而成的電池盒中。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的電池模塊，其中，所述電池盒包括至少一對板狀框架，以在至少一個電池單體的至少一個主表面暴露的狀態(tài)下固定所述至少一個電池單體的邊緣，并且，每個所述框架均在其外表面處設(shè)置有彈性擠壓構(gòu)件，以便將相應(yīng)一個散熱構(gòu)件以緊密接觸的方式固定到所述至少一個電池單體的暴露主表面。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的電池模塊，其中，所述彈性擠壓構(gòu)件設(shè)置在每個所述框架的上端及下端和/或左側(cè)及右側(cè)。
19.根據(jù)權(quán)利要求17所述的電池模塊，其中，在每個所述電池單體的暴露主表面均從所述框架中的相應(yīng)一個框架向外突出的狀態(tài)下，每個所述電池單體安裝在相應(yīng)的所述框架之間，并且，在所述彈性擠壓構(gòu)件的高度大于每個所述電池單體的暴露主表面處的突出高度的狀態(tài)下，所述彈性擠壓構(gòu)件設(shè)置在每個所述框架的外表面處。
20.根據(jù)權(quán)利要求17所述的電池模塊，其中，每個所述彈性擠壓構(gòu)件均由聚合物樹脂形成，當每個所述彈性擠壓構(gòu)件受到擠壓時，所述聚合物樹脂呈現(xiàn)出彈性擠壓力。
21.根據(jù)權(quán)利要求17所述的電池模塊，其中，每個所述框架均在其外表面處設(shè)置有凹槽，所述彈性擠壓構(gòu)件安裝在所述凹槽中。
22.—種中大型電池組，其包括根據(jù)權(quán)利要求1至21中的任一項所述的兩個或更多個電池模塊，所述電池模塊的數(shù)目是基于所述電池組的功率和容量而設(shè)定的。
23.根據(jù)權(quán)利要求22所述的中大型電池組，其中，所述電池組用作電動車、混合動力電動車或外接插電式混合動力電動車的動力源。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種電池模塊，其具有內(nèi)置并堆疊在模塊外殼中的多個板狀電池單體，其中，所述板狀電池單體被構(gòu)造成電極組件內(nèi)置于由層壓片形成的電池外殼中，多個散熱構(gòu)件介于兩個或更多個電池單體之間的界面處，并且，與散熱構(gòu)件一體地連接的熱交換構(gòu)件安裝在所堆疊的電池單體的一側(cè)，并且，由這些電池單體在充放電期間產(chǎn)生的熱量經(jīng)由散熱構(gòu)件傳遞并經(jīng)由熱交換構(gòu)件散發(fā)出去。該散熱構(gòu)件包括主體部，該主體部介于電池單體之間的界面處；連接部，該連接部串聯(lián)地設(shè)置在所述主體部上并暴露于所堆疊的電池單體的外部；以及頂表面部分，該頂表面部分接觸所述熱交換構(gòu)件，同時，該頂表面部分沿著以所述連接部為中心的兩個相反方向垂直延伸，其中，所述連接部形成得比所述主體部厚。
文檔編號H01M2/10GK102498610SQ201080041648
公開日2012年6月13日 申請日期2010年9月14日 優(yōu)先權(quán)日2009年9月17日
發(fā)明者姜達模, 尹熙琇, 李汎炫, 李珍圭, 金玟廷 申請人:株式會社Lg化學