專利名稱：儲能模塊及用于制造該儲能模塊的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種儲能模塊及一種用于制造該儲能模塊的方法。
背景技術(shù)：
二次電池(secondary battery)是ー種可充電的儲能器,其目前已廣泛地用作無線移動裝置的能源。此外，作為電動車(EV)、混合動カ車(HEV)等的動カ源，二次電池已是眾所周知的，已提議將其作為ー種用于解決使用礦物燃料的現(xiàn)有的汽油車、柴油車等的空氣污染的方案。對于小型移動裝置而言，每ー個裝置均使用ー個或多個電池單元(batterycell)。相反地，由于需要高輸出及大容量，因此諸如車輛等的中型及大型裝置使用多個電池単元相互電連接的中型及大型電池模塊。這種中型及大型電池模塊通常由串聯(lián)地相互連接的多個電池單元構(gòu)成。二次電池被制造成具有幾種形狀，諸如圓柱形、方形。每個電池單元均構(gòu)造成包括電極組件，該電極組件中定位有正電極及負(fù)電極，正電極與負(fù)電極之間具有隔離件(separator);殼體,包括嵌入電極組件的空間；蓋組件，接合至殼體，以封住殼體；以及正電極舌片(tab)和負(fù)電極舌片，朝著蓋組件突出，并電連接至正電極的集電器和電極組件中所包括的負(fù)電極板。對于方形電池中的每個電池単元，每個單元電池均交替地布置，以使朝著蓋組件的上部突出的正電極舌片及負(fù)電極舌片與相鄰單元電池的正電極舌片及負(fù)電極舌片相交替，并且通過螺釘加工的負(fù)電極舌片與正電極舌片之間通過螺母連接有導(dǎo)體，從而形成電池模塊。這里，幾個到幾十個電池単元相互連接，從而形成單個電池模塊。由于電池模塊的體積増大，因此使用電池模塊的外部裝置的體積増大，從而帶來設(shè)計上的局限性。特別地，當(dāng)將二次電池模塊用作驅(qū)動電動清潔器、電動摩托車或車輛(電動車或混合動カ車)的電機的大容量二次電池時，電池模塊的安裝空間很狹窄，從而需要將電池模塊的體積減到最小。由于電池模塊的尺寸和重量與中型及大型裝置的接收空間、輸出等直接相關(guān)，因此制造商已努力將電池模塊制造得盡可能小且輕。
此外，因為每個電池單元在其工作過程中均產(chǎn)生大量的熱，因此由多個電池單元構(gòu)成的電池模塊應(yīng)能夠容易地散發(fā)所產(chǎn)生的熱。因此，根據(jù)相關(guān)技術(shù)，為了散發(fā)電池模塊中的熱，已使用幾種方法。然而，仍存在這樣ー個問題，即，難于規(guī)律地布置這多個電池單元并使其相互連接此外，在裝置受到來自外界(諸如電動自行車、電動車等)的很大的撞擊、震動等的情況下，由于構(gòu)成電池模塊的各元件之間的相互電連接狀態(tài)及物理接合狀態(tài)應(yīng)是穩(wěn)定的，并且應(yīng)使用多個電池來實現(xiàn)高輸出及大容量，因此穩(wěn)定性也變得很重要。因此，為了獲得具有高輸出及大容量的動力，極其需要這樣ー種技木，S卩，在這種技術(shù)中，構(gòu)成中型及大型電池模塊的多個電池単元有效地相互連接，從而使得可將中型及大型電池模塊的體積減到最小，同時維持其穩(wěn)定性。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的ー個目的是提供這樣ー種儲能模塊，即，在該儲能模塊中，多個電池單元有效地相互連接，從而在維持高輸出及大容量的同時，增強冷卻效果及穩(wěn)定性。本發(fā)明的另ー個目的是提供一種用于制造儲能模塊的方法。根據(jù)本發(fā)明的一示例性實施方式，提供了ー種儲能模塊，該儲能模塊包括多個電池組(battery unit),姆個電池組均通過使位于兩個單元電池(unit battery)的一側(cè)上的電極舌片與傳感線相互連接而形成；以及疊層結(jié)構(gòu)，接收這些電池組。疊層結(jié)構(gòu)的內(nèi)部可以通道形狀而貫通。疊層結(jié)構(gòu)的內(nèi)部的通道可以是由此使冷卻介質(zhì)通風(fēng)的路徑。構(gòu)成疊層結(jié)構(gòu)的每個層均可由從散熱板和冷卻板中選出的至少ー個散熱件形成。電極舌片和傳感線可通過熱熔融或物理接合而相互連接。在電池組堆疊到疊層結(jié)構(gòu)中之后，位于電池組的另一側(cè)上的電極舌片可連接至相鄰的電極舌片。堆疊到疊層結(jié)構(gòu)中的多個電池組中的每個均可通過物理連接件從頂部到底部連接至疊層結(jié)構(gòu)的兩端。堆疊到疊層結(jié)構(gòu)的最外面部分上的電池組可包括熱墊(heat pad)。根據(jù)本發(fā)明的另ー個示例性實施方式，提供了一種用于制造儲能模塊的方法，本方法包括使兩個單元電池的一側(cè)的電極舌片與傳感線相互連接，以制得電池組；將電池組接收到疊層結(jié)構(gòu)中；使電池組中沒有相互連接的位于電池組的另ー側(cè)上的電極舌片相互連接；以及通過物理連接件從頂部到底部連接堆疊到疊層結(jié)構(gòu)中的每個單元電池的兩端。本方法還可包括在將電池組接收到疊層結(jié)構(gòu)中之后,將熱墊附接至這些電池組中的最外面的電池組。


圖IA及圖IB是示出了根據(jù)本發(fā)明的一示例性實施方式的通過使單元電池相互連接來制造電池組的エ序的視圖；以及圖2是示出了通過將電池組接收到疊層結(jié)構(gòu)中來制造電池模塊的エ序的視圖。
具體實施例方式本說明書中所使用的術(shù)語是用于解釋這些實施方式而非用于限定本發(fā)明。除非另有相反地清晰描述，否則在本說明書中，単數(shù)形式包括復(fù)數(shù)形式。單詞“包括(comprise)”及其變型(諸如“包括(comprises)或包括(comprising)”)將被理解成意指包括所陳述的組分、步驟、操作和/或元件，但不排除任何其它的組分、步驟、操作和/或元件。此外，為了便于解釋或清楚，將每個層的厚度或尺寸放大，并且在下面的各圖中，相似的參考標(biāo)記將表示相同的部件。如本說明書中所使用的，術(shù)語“和/或”包括所列舉的項的任何ー個或至少ー個組合。在本說明書中，盡管使用諸如第一、第二等的術(shù)語來解釋多個構(gòu)件、部件、區(qū)域、層、和/或其部分，但是這些構(gòu)件、部件、區(qū)域、層和/或其部分不限于這些術(shù)語。這些術(shù)語僅用于將ー個構(gòu)件、部件、區(qū)域、層或其一部分與另ー個構(gòu)件、部件、區(qū)域、層或其一部分區(qū)分開。于是，下面描述的第一構(gòu)件、第 一部件、第一區(qū)域、第一層、或其一部分可表示第二構(gòu)件、第二部件、第二區(qū)域、第二層、或其一部分。貫穿本發(fā)明的描述所使用的“單元電池”或“電池單元”意指單個電池處于這樣一種狀態(tài)中，即，在該狀態(tài)中，具有正電極/隔離件/負(fù)電極的結(jié)構(gòu)的電極組件接收到袋狀殼體中。 此外，貫穿本發(fā)明的描述所使用的“電池組”意指單個單元為這樣ー種形式，即，兩個單元電池或兩個電池單元相互連接。此外，貫穿本發(fā)明的描述所使用的“模塊”意指這樣ー種結(jié)構(gòu)，即，在該結(jié)構(gòu)中，多個單元電池或多個電池単元相互連接，或者多個電池組相互連接。本發(fā)明涉及一種通過使多個電池単元相互連接而形成的儲能模塊及用于制造該儲能模塊的方法。在根據(jù)本發(fā)明的一示例性實施方式的儲能模塊中，位于兩個單元電池的一側(cè)上的電極舌片與傳感線事先相互連接，以形成單個電池組，多個電池組接收到疊層結(jié)構(gòu)中，并且僅是位于多個電池組的另ー側(cè)上的電極舌片相互連接。從而，可牢牢地固定該儲能豐吳塊。每個單元電池均具有這樣ー種結(jié)構(gòu)，S卩，在該結(jié)構(gòu)中，具有正電極、負(fù)電極、布置在上述正電極與負(fù)電極之間的隔離件的電極組件位于外部殼體中，并且正電極舌片和負(fù)電極舌片電連接至正電極的集電器，并且電極組件的負(fù)電極暴露在外部殼體的外部。外部殼體優(yōu)選地是袋狀聚合物殼體，并且對構(gòu)成每個單元電池的正電極、負(fù)電極、及隔離件不作具體地限定。然而，正電極舌片和負(fù)電極舌片在不同的方向上形成。具有上述結(jié)構(gòu)的兩個單元電池(在下文中，被稱為第一單元電池和第二單元電池)事先相互連接。這里，此相互連接通過使每個單元電池的電極舌片與傳感線同時相互連接而實現(xiàn)。單元電池優(yōu)選地并聯(lián)地相互連接，以接收到疊層結(jié)構(gòu)的每個層中。因此，第一單元電池的正電極舌片、第二單元電池的負(fù)電極舌片及傳感線相互連接，從而使得單元電池可容易地接收到疊層結(jié)構(gòu)中。每個單元電池的電極舌片與傳感線均可通過使用超聲波的熔融及焊接法、使用螺栓/螺母的機械壓緊法等相互連接。此外，每個單元電池的電極舌片與傳感線還可通過不作具體地限定的一般方法相互連接。然而，優(yōu)選地使用能夠減小連接阻力的方法。用于接收電池組的疊層結(jié)構(gòu)優(yōu)選地具有層狀結(jié)構(gòu)，從而使得多個電池組可接收到其中。電池組由兩個單元電池構(gòu)成；然而，電池組具有這樣ー種形式，即，兩個單元電池彼此隔開預(yù)定的間隔。因此，各個電池組均插入到疊層結(jié)構(gòu)的每個層中，同時彼此面對，從而使得單個單元電池基本接收到每個層中。因為每個單元電池可接收到模塊中而彼此不直接接觸，因此可有效地散發(fā)在模塊的驅(qū)動期間在模塊中所產(chǎn)生的熱。此外，疊層結(jié)構(gòu)的每個層的內(nèi)部可具有通道狀的貫通結(jié)構(gòu)。也就是說，由于每個層的內(nèi)部是空的，因此上述通道可用作由此使冷卻介質(zhì)通風(fēng)的路徑。上述通道具有能夠允許冷卻介質(zhì)由此流過的最小尺寸。
當(dāng)疊層結(jié)構(gòu)用作由此使冷卻介質(zhì)通風(fēng)的路徑時，疊層結(jié)構(gòu)優(yōu)選地一體地連接。此外，在這種情況下，構(gòu)成疊層結(jié)構(gòu)的每個層均可成為冷卻板。因此，根據(jù)本發(fā)明的一示例性實施方式的疊層結(jié)構(gòu)允許冷卻介質(zhì)由此流過，從而使得可有效地冷卻電池中所產(chǎn)生的熱。根據(jù)本發(fā)明的一示例性實施方式的疊層結(jié)構(gòu)的每個層均優(yōu)選地盡可能接近地設(shè)置，以在包括每個單元電池的同時減小模塊的體積。因此，每個層優(yōu)選地保持成使得僅由能夠?qū)⒚總€單元電池接收到其中的間隔隔開。對疊層結(jié)構(gòu)的材料不作具體地限定，只要其能夠滿足該結(jié)構(gòu)。因此，可以使用具有優(yōu)良的物理性能的聚合物材料或金屬材料中的任ー種。在電池組的制造過程中，位于電池組的ー側(cè)上的電極舌片已經(jīng)相互連接。因此，當(dāng)電池組接收到疊層結(jié)構(gòu)的每個層中時，位于電池組的另ー側(cè)上的電極舌片連接至相鄰的電極舌片。這里，相鄰的電極舌片也可通過與以上所述的相同的方法相互連接。根據(jù)本發(fā)明的一示例性實施方式，位于電池組的ー側(cè)上的電極舌片與傳感線事先相互連接并接收到疊層結(jié)構(gòu)中，且然后位于電池組的另ー側(cè)上的電極舌片相互連接，從而使得可簡化工序。在下文中，將描述根據(jù)本發(fā)明的一示例性實施方式的用于制造儲能模塊的方法。根據(jù)本發(fā)明的一示例性實施方式的用于制造儲能模塊的方法可包括使兩個單元電池的一側(cè)的電極舌片與傳感線相互連接，以制得電池組；將電池組接收到疊層結(jié)構(gòu)中；使電池組中沒有相互連接的位于電池組的另ー側(cè)上的電極舌片相互連接；以及通過物理件從頂部到底部連接堆疊到疊層結(jié)構(gòu)中的每個電池組的兩端。優(yōu)選地使兩個單元電池的電極舌片并聯(lián)地連接。這里，使兩個單元電池的電極舌片與傳感線同時相互連接。將如上所述地制得的每個電池組接收到具有多個層的疊層結(jié)構(gòu)中，同時彼此面對，從而將單個單元電池基本堆疊到每個層中。使具有多個層的疊層結(jié)構(gòu)形成為具有包含通道的貫通結(jié)構(gòu)，所述通道是形成在其中的真空區(qū)，從而還可將冷卻介質(zhì)注入其中，并經(jīng)由進行通風(fēng)。在這種情況下，疊層結(jié)構(gòu)的每個層均可具有相互連接的形狀。此外，在將電池組接收到疊層結(jié)構(gòu)中之后，可額外地將熱墊附接至多個電池組中的最外面的電池組。優(yōu)選地使熱墊形成在定位在疊層結(jié)構(gòu)的頂部上的單元電池及定位在其底部上的單元電池中的至少任ー者上。熱墊將單元電池固定在頂部和底部處，從而使得可有效地散發(fā)電池中所產(chǎn)生的熱，同時改善粘附。最后，通過物理件從頂部到底部連接疊層結(jié)構(gòu)的兩端，從而使得可固定疊層結(jié)構(gòu)。物理件用于完全緊固接收有電池組的疊層結(jié)構(gòu)?？墒褂寐菟?螺母來作為物理件。然而，物理件并非明確地限于此。在下文中，將詳細(xì)描述根據(jù)本發(fā)明的一示例性實施方式的用于制造儲能模塊的エ序，以有助于理解本發(fā)明。提供本發(fā)明的實例，以向本領(lǐng)域技術(shù)人員更完整地解釋本發(fā)明。下面的實例可以幾種不同的形式來修改，并且并非限定本發(fā)明的范圍。相反地，提供這些實例，以使該公開更詳盡且更完整，并將本發(fā)明的構(gòu)思完整地傳遞給本領(lǐng)域技術(shù)人員。圖IA及圖IB示出了根據(jù)本發(fā)明的一示例性實施方式的用于制造電池組的エ序。將參照圖IA及圖IB詳細(xì)地描述根據(jù)本發(fā)明的一示例性實施方式的用于制造電池組的エ序。根據(jù)本發(fā)明的一示例性實施方式，首先使第一單元電池IOa與第二單元電池IOb相互連接，其中，使單元電池IOa和IOb中的每個均形成在這樣ー種狀態(tài)中，即，在該狀態(tài)中，通過袋狀殼體(case) 12a和12b將包括正電極、隔離件、及負(fù)電極的電極組件Ila和Ilb包裝起來。此外，使從每個電極的集電器延伸的正電極舌片13a’、13a”和負(fù)電極舌片13b’、13b”中的每個均暴露在袋狀殼體12a和12b的外面。根據(jù)本發(fā)明的一示例性實施方式，通過諸如超聲波熔融及焊接法等的方法使第一單元電池IOa的電極舌片13a’、第二單元電池IOb的電極舌片13b’、及傳感線(sensingline) 14相互連接(斜線)，從而制得如圖IB所示的連接好的電池組20。電極舌片13a’和電極舌片13b’具有彼此相反的電極。將如上所述地制得的每個電池組20均接收到疊層結(jié)構(gòu)30的每個層中。疊層結(jié)構(gòu)30具有多個層31，并且將電池組20堆疊在其中，從而將單個單元電池接收在每個層中。每個層31均可具有貫通(through)結(jié)構(gòu)，所述貫通結(jié)構(gòu)的內(nèi)部中形成有通道32，從而使得所述貫通結(jié)構(gòu)的內(nèi)部中形成有真空區(qū)。因此，還可選擇性地將冷卻介質(zhì)注入到所述通道中，并通過所述通道進行通風(fēng)。如圖2所示，由于已使位于每個單元電池的ー側(cè)上的電極舌片13a’和13b’相互連接，因此使位于所述單元電池的另ー側(cè)上的電極舌片13a”連接至相鄰單元電池的電極舌片 13b”。在將每個電池組均接收到疊層結(jié)構(gòu)中之后，還可將熱墊(heat pad)附接至定位在每個電池組的頂部和底部處的單元電池。最后，在將電池組接收到疊層結(jié)構(gòu)中之后，可通過預(yù)定件33a和33b (例如，螺栓和螺母)從頂部到底部固定疊層結(jié)構(gòu)的兩端，從而使一孔貫穿所述疊層結(jié)構(gòu)的一部分。對于通過如上所述的エ序而制得的儲能模塊，可容易地固定不易固定的袋狀單元，從而使得可確保儲能模塊的可靠性。根據(jù)本發(fā)明的此實施方式的儲能器可用在動カエ具、包括電動車(EV)、混合動カ車(HEV)、及插電式混合動カ車(PHEV)的電動車、包括電動自行車及電動摩托車的電動兩輪車、電動高爾夫球車、以及接收來自待移動的電動車的電功率的類似裝置中；然而根據(jù)本發(fā)明的此示例性實施方式的儲能器的使用范圍不限于此。對于根據(jù)本發(fā)明的此示例性實施方式的儲能模塊，通過事先使兩個電池単元的每個電極舌片與傳感線相互連接而形成的多個電池組中的每個均相互連接，并且相互連接的多個電池組中的每個均接收到疊層結(jié)構(gòu)中，以形成電池模塊，從而使得可有效地形成電池模塊，而不允許電池単元彼此直接接觸。此外，電池組接收到由冷卻板(cold plate)或散熱板形成的疊層結(jié)構(gòu)中，并且疊層結(jié)構(gòu)的內(nèi)部具有通道狀的貫通結(jié)構(gòu)，以有效地傳遞儲能裝置中所產(chǎn)生的熱，從而使得可改善冷卻效果。此外，位于電池組的ー側(cè)上的舌片事先相互連接,具有相互連接的舌片的電池組接收到疊層結(jié)構(gòu)中，并且僅是位于電池組的另ー側(cè)上的舌片通過單個連接件相互連接，從而使得可容易地固定不易固定的多個袋狀単元，因而使得可改善儲能模塊的穩(wěn)定性并確保其可靠性。盡管出于說明的目的已公開了本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，但是本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解的是，在不背離如所附權(quán)利要求所公開的本發(fā)明的范圍和精神的前提下，可進行各種修改、添加和替換。因此，這種修改、添加和替換也應(yīng) 被理解為落在本發(fā)明的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種儲能模塊，所述儲能模塊包括 多個電池組，每個電池組均通過使位于兩個單元電池的一側(cè)上的電極舌片與傳感線相互連接而形成；以及 疊層結(jié)構(gòu)，接收所述多個電池組。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的儲能模塊，其中，所述疊層結(jié)構(gòu)的內(nèi)部以通道形狀而貫通。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的儲能模塊，其中，所述疊層結(jié)構(gòu)的內(nèi)部的通道是由此使冷卻介質(zhì)通風(fēng)的路徑。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的儲能模塊，其中，構(gòu)成所述疊層結(jié)構(gòu)的每個層均由從散熱板和冷卻板中選出的至少一個散熱件形成。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的儲能模塊，其中，所述電極舌片與所述傳感線通過熱熔融或物理接合而相互連接。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的儲能模塊，其中，在所述多個電池組堆疊到所述疊層結(jié)構(gòu)中之后，位于所述多個電池組的另一側(cè)上的電極舌片連接至相鄰的電極舌片。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的儲能模塊，其中，堆疊到所述疊層結(jié)構(gòu)中的所述多個電池組中的每個均通過物理連接件從頂部到底部連接至所述疊層結(jié)構(gòu)的兩端。
8.根據(jù)權(quán)利要求I所述的儲能模塊，其中，堆疊到所述疊層結(jié)構(gòu)的最外面部分上的所述電池組包括熱墊。
9.一種用于制造儲能模塊的方法，所述方法包括 使兩個單元電池的一側(cè)的電極舌片與傳感線相互連接，以制得多個電池組； 將所述多個電池組接收到疊層結(jié)構(gòu)中； 使所述多個電池組中沒有相互連接的位于所述多個電池組的另一側(cè)上的電極舌片相互連接；以及 通過物理連接件從頂部到底部連接堆疊到所述疊層結(jié)構(gòu)中的每個單元電池的兩端。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，還包括在將所述電池組接收到所述疊層結(jié)構(gòu)中之后，將熱墊附接至所述多個電池組中的最外面的電池組。
全文摘要
公開了一種儲能模塊及用于制造該儲能模塊的方法，本儲能模塊包括多個電池組，每個電池組均通過使位于兩個單元電池的一側(cè)上的電極舌片與傳感線相互連接而形成；以及疊層結(jié)構(gòu)，接收多個電池組。在儲能模塊中，每個均通過使兩個電池單元的每個電極舌片與傳感線事先相互連接而形成的多個電池組相互連接，并且相互連接的多個電池組中的每個均接收到疊層結(jié)構(gòu)中，以形成電池模塊，從而使得可有效地形成電池模塊，而不允許電池單元彼此直接接觸。因此，可容易地固定不易固定的多個袋狀單元，從而使得可確保儲能模塊的可靠性。
文檔編號H01M10/50GK102623660SQ20111023707
公開日2012年8月1日 申請日期2011年8月17日 優(yōu)先權(quán)日2011年1月27日
發(fā)明者鄭永學(xué), 鄭玄喆, 金倍均 申請人:三星電機株式會社