具有優異的結構穩定性的電池模塊的製作方法
2023-05-03 10:13:41 2
專利名稱：具有優異的結構穩定性的電池模塊的製作方法
技術領域：
本發明涉及ー種具有優異的結構穩定性的電池模塊，更具體地，涉及如下ー種中大型電池模塊，其包括在豎立的同時被堆疊的多個二次電池或多個單元模塊，每個所述單元模塊中均安裝有兩個或更多個二次電池，所述電池模塊包括底板、ー對端板、以及支撐杆，其中，每個所述端板均包括主體，該主體與所述多個単元模塊中的相應ー個単元模塊接觸；以及從所述主體的外周向外突出的頂壁、底壁和ー對側壁，每個所述側壁的厚度均從所述頂壁向所述底壁逐漸增加，由此分散來自所述単元模塊和所述支撐杆的壓力(彎曲載 す可)。
背景技術：
使用諸如汽油和柴油等的化石燃料的車輛所引起的最大問題之一是產生了空氣汙染。作為解決上述問題的ー種方法，使用能夠充放電的二次電池作為車輛動カ源的技術已經引起了相當大的關注。因此，已開發出僅使用電池而運行的電動車(EV)以及組合使用了電池和常規發動機的混合動カ車(HEV)。ー些電動車和混合動カ電動車目前正在實用化。 過去主要使用鎳金屬氫化物(Ni-MH) 二次電池作為電動車(EV)和混合動カ電動車(HEV) 的動カ源。然而，近年來，已經對鋰離子二次電池的使用進行了嘗試。要用作電動車(EV)和混合動カ電動車(HEV)的動カ源的這種二次電池需要具有高功率和大容量。為此，多個小型二次電池(単元電池)彼此串聯以形成電池模塊。根據情形，多個小型二次電池(単元電池)彼此串聯或並聯以形成電池模塊。通常，這種電池模塊具有用於保護各個單元模塊的結構，每個所述單元模塊中均安裝有二次電池。根據車輛類型以及電池模塊在車輛中的安裝位置，電池模塊的結構可以是各種各樣的。用於有效固定大容量単元模塊的結構之一是以支撐杆和端板為基礎的。這種結構的優點在於即使在向所述支撐杆施加載荷吋，各個單元模塊的移動也降至最小。然而，為此需要充分確保所述支撐杆和端板的強度。特別地，對於與載荷施加方向垂直地放置的端板來說，由各個單元模塊的重量產生的彎曲載荷被施加到該端板。因此，該端板必須具有用於適當地分配該彎曲載荷的結構。 如果端板不具有用於適當地分配該彎曲載荷的結構，則端板的薄弱區域(例如端板的聯接區域或端板的角部)可能會嚴重損壞。例如，在角部33敞ロ的結構中(如圖2的端板30中的情形)，端板30完全不能用於支撐彎曲載荷。因此，當所述支撐杆和單元模塊的重量施加到圖2的端板30上吋，端板 30將嚴重變形，結果，端板30的彎曲部被損壞。與圖2中的結構不同，在端板30a的角部35 —體地相連以對圖2的端板30進行彌補的結構中(如圖3的端板30a中的情形)，端板30a的彎曲部並不發生損壞。然而，彎曲載荷集中於端板30a的聯接區域37，結果，聯接區域37被損壞。而且，當電池模塊安裝在車輛的行李箱中吋，由於車輛的布局設計，底板的一部分安裝在備用輪胎的放置區域上方。也就是說，電池模塊安裝成非対稱的結構。當來自路面的振動比較嚴重吋，扭轉載荷被施加到電池模塊，並且該扭轉載荷傳遞到所述端板，結果， 該端板可能容易損壞。因此，對於具有如下結構的豎直堆疊式電池模塊具有高度的需求該結構用於穩定地維持由単元模塊堆疊而成的堆疊結構並適當地分散彎曲載荷，從而，即使在來自所述支撐杆和單元模塊的壓力被施加到所述端板吋，所述端板的彎曲部或聯接區域也不會損壞。
發明內容
技術問題因此，為了解決上述問題及其他尚未解決的技術問題，已做出了本發明。本發明的ー個目的是提供ー種電池模塊，其中，端板被構造成如下的特定結構在該結構中，當被施加了彎曲載荷吋，端板並不變形並對應力具有増加的耐受性，從而穩定地維持由其內均安裝有二次電池的単元模塊堆疊而成的堆疊結構，並將所述端板的彎曲部或聯接區域的損壞降至最小。本發明的另ー個目的是提供一種電池模塊，其中，利用車輛形狀的一部分來形成所述電池模塊的結構的一部分，結果，所述電池模塊能夠穩定地安裝在該車輛中，並且，所述電池模塊在該車輛中佔用的體積被降至最小。技術方案根據本發明的ー個方面，可以通過提供如下的中大型電池模塊來實現上述及其他目的，該電池模塊包括在豎立的同時被堆疊的多個二次電池或多個單元模塊，每個所述單元模塊中均安裝有兩個或更多個二次電池，所述電池模塊包括底板，所述多個単元模塊以豎立狀態堆疊在該底板上；ー對端板，所述端板設置成與最外側的所述單元模塊的外表面緊密接觸，同吋，所述端板的底部固定到所述底板；以及支撐杆，該支撐杆連接在所述端板的上部的兩個相反側或側部的兩個相反側之間，以支撐所述端板，其中，每個所述端板均包括主體，該主體與所述多個単元模塊中的相應ー個単元模塊接觸；以及從所述主體的外周向外突出的頂壁、底壁和ー對側壁，每個所述側壁的厚度均從頂壁向底壁逐漸増大，由此分散來自所述単元模塊和支撐杆的壓カ(彎曲載荷)。這裡，「向外」是指與所述壓カ相反的方向，即與單元模塊及支撐杆相對於所述端板的主體定位的方向相反的方向。因此，在根據本發明的電池模塊中，堆疊在所述底板上的多個單元模塊通過所述端板而設置成彼此緊密接觸，並且所述端板由支撐杆固定，從而防止這些單元模塊在厚度方向上移動或膨脹。因此，能夠提高電池模塊的安全性並有效防止電池模塊的性能下降。而且，每個所述端板均包括主體，該主體與所述多個単元模塊中的相應ー個単元模塊接觸；以及從所述主體的外周向外突出的頂壁、底壁和ー對側壁，每個所述側壁的厚度均從頂壁向底壁逐漸増大。因此，能夠把來自所述単元模塊和支撐杆的壓カ(彎曲載荷) 均勻分散到所述頂壁、底壁和側壁。在本發明中，每個單元模塊均可以是二次電池或者是其內安裝有兩個或更多個ニ 次電池的小型模塊。以本申請的申請人的名義提交的韓國專利申請No. 2006-12303中公開了其內安裝有兩個或更多個二次電池的這種單元模塊的ー個實例。在該專利申請的公開內容中，其單元模塊被構造成如下結構即，兩個二次電池在它們彼此緊密接觸的狀態下安裝到具有輸入端子和輸出端子的框架構件上。以本申請的申請人的名義提交的韓國專利申請No. 2006-20772和No. 2006-45444中公開了這種單元模塊的另一個實例。在這些專利申請的公開內容中，其單元模塊被構造成如下結構即，兩個二次電池在它們彼此緊密接觸的狀態下被一對高強度電池蓋覆蓋。上述專利申請的公開內容在此通過引用的方式併入。當然，根據本發明的電池模塊的每個單元模塊的結構並不限於前述專利申請中公開的單元模塊的上述實例。在根據本發明的電池模塊中，每個端板可以具有各種結構，以有效分散來自所述單元模塊和支撐杆的彎曲載荷。作為這種結構的一個實例，每個所述側壁均可以構造成使得每個側壁的外周形成為直線，並且，每個所述側壁均形成為從側面方向觀察時近似為直角三角形的形狀。因此，在這種結構中，與每個側壁均形成為從側面方向觀察時近似於長方形的結構(如圖2和圖3中的端板結構的情形)相比，能夠更有效地支撐來自所述單元模塊和支撐杆的彎曲載荷。儘管未能精確地理解每個端板的形狀有效地支撐所述彎曲載荷的原因，但考慮到稍後將描述的模擬結果，認為每個端板的角部應一體地形成，從而防止每個端板的彎曲部損壞，並且增大了每個端板的固定位置的面積，用於支撐所述彎曲載荷的每個側壁的厚度從頂壁向底壁逐漸增大，每個側壁均形成為從側面方向觀察時為直角三角形的形狀，由此把集中於每個端板的聯接區域上的載荷分散到所述側壁和底壁。作為這種結構的另一個實例，每個所述側壁均可以構造成使得每個側壁的外周形成為拋物線形狀。在這種結構的每個端板中，每個側壁的外周均形成為拋物線形狀，因此，與每個側壁的外周均形成為直線的結構相比，能夠更緩慢地吸收來自所述單元模塊和支撐杆的彎曲載荷。在這種情況下，該拋物線的形狀可以是各種各樣的。例如，該拋物線形狀可以包括從最外側的相應一個單元模塊的底側角部向外凸的形狀。對於構造成這種結構的每個端板來說，能夠最大程度地限制電池模塊體積的增大並最大程度地有效吸收彎曲載荷，因此，將每個端板構造成這種結構是特別優選的。作為另一個實例，該拋物線形狀可以包括朝向最外側的相應一個單元模塊的底側角部向內凹的形狀。根據本申請的發明人進行的實驗的結果，已經確認與該拋物線形狀包括從最外側的相應一個單元模塊的底側角部向外凸的形狀的情形相比，構造成這種結構的每個端板具有更大的應變，但與每個側壁的外周均形成為直線的情形相比，構造成這種結構的每個端板則具有更小的應變。根據情形，每個端板的每個側壁的一部分外周可以被倒角。每個所述端板均可以構造成使得每個端板的面積按照所述頂壁、側壁和底壁的順序增大。因此，在結構力學方面，能夠容易地耐受來自所述支撐杆和單元模塊的壓力。在上述結構中，每個所述側壁均可以構造成使得每個側壁的面積大於所述底壁的面積的40%但小於等於其90%。如果每個側壁的面積小於所述底壁的面積的40%，則每個側壁難以支撐來自所述支撐杆和單元模塊的彎曲載荷。另一方面，如果每個側壁的面積大於所述底壁的面積的90 %，則電池模塊的總體體積會增大。更優選地，每個所述側壁均構造成使得每個側壁的面積是所述底壁的面積的55%至75%。當每個側壁的面積處於上述限定範圍內時，能夠最小化該電池模塊的總體的體積增大並能夠容易地支撐所述彎曲載荷。在一優選實例中，每個所述側壁均可以設置有加強部(beads)，以針對諸如扭轉或振動等的外力呈現出更優異的耐久性或結構穩定性。這些加強部的形狀不受特別限制，只要所述加強部能夠提供針對外力的結構穩定性即可。例如，所述加強部可以包括被形成為具有大的長寬比的、凹凸形狀的條型加強部；凹陷型加強部；或凸起型加強部。同時，在每個所述端板的主體的上部設置有一對通孔，各個支撐杆通過這一對通孔插入。因此，所述支撐杆通過端板的這些通孔插入，從而實現所述支撐杆與端板之間的方便聯接。根據情形，每個所述端板均可以構造成使得每個端板的外周被嵌邊(filleted)，以防止應力集中。因此，每個端板的外周被加工成具有這種嵌邊結構，因此能夠最小化每個端板的外周上的應力集中。所述支撐杆可以連接在所述端板的上部的兩個相反側或所述端板的側部的兩個相反側之間。在所述支撐杆連接在所述端板的上部的兩個相反側之間的結構中，每個端板的頂壁可以從最外側的相應一個單元模塊的頂部向上突出，以將所述支撐杆安裝到每個端板的主體。因此，所述支撐杆可以在位於所述單元模塊上方的同時聯接到所述端板。每個所述端板的頂壁的向上突出高度可以是最外側的相應一個單元模塊的高度的2%至20%。如果每個端板的頂壁的向上突出高度小於最外側的相應一個單元模塊的高度的2%，則難以將所述支撐杆安裝到所述端板，或者需要使用尺寸與此相應的支撐杆，結果，所述支撐杆的總體強度可能降低。另一方面，如果每個端板的頂壁的向上突出高度大於最外側的相應一個單元模塊的高度的20%，則電池模塊的體積會過度增大，這是不優選的。每個所述端板在每個端板的底壁與所述底板聯接的結構中被固定到所述底板。因此，當外部衝擊施加於所述端板時，能夠防止這些端板從所述底板脫位(dislocated)。例如，在每個端板的底壁的一部分處可以形成有一對聯接孔，並且螺栓可以插入穿過這些聯接孔，從而可以將所述端板固定到底板。替代地，所述端板與底板之間的聯接可以通過焊接來實現。根據本發明的另一方面，提供了一種使用上述電池模塊作為動力源的電動車、混合動力電動車或插電式混合動力電動車，它具有有限的安裝空間並暴露於頻繁的振動和強烈衝擊下。當然，用作車輛用動力源的電池模塊可以基於所期望的功率和容量進行組合和製造。在這種情況下，該車輛可以是電動車、混合動力電動車或插電式混合動力電動車，其中，該電池模塊安裝在所述車輛的行李箱中。在本發明所屬的技術領域中，使用電池模塊作為動力源的電動車、混合動力電動車或插電式混合動力電動車是公知的，因此將不再給出其詳細描述。
有利效果從上文的描述中明顯可見，根據本發明的電池模塊被構造成如下的特定結構在該結構中，當被施加了彎曲載荷時，所述端板並不變形並對應力具有增加的耐受性。因此，能夠穩定地維持由其內均安裝有二次電池的單元模塊堆疊而成的堆疊結構，並能夠將所述端板的彎曲部或聯接區域的損壞降至最小。而且，利用車輛形狀的一部分來形成所述電池模塊的結構的一部分。結果，所述電池模塊能夠穩定地安裝在該車輛中，並且，所述電池模塊在該車輛中佔用的體積被降至最
圖1是示出了本發明一實施例的電池模塊的透視圖；圖2和圖3是示出了常規的端板的透視圖；圖4至圖6是示出了本發明各個實施例的端板的透視圖；圖7至圖11是基於圖2至圖6中的端板結構、示出了聯接區域處的應變的視圖；並且圖12和圖13是典型地示出了本發明其他實施例的端板的側視圖。
具體實施例方式現在，將參考附圖來詳細描述本發明的示例性實施例。然而，應當注意，本發明的範圍不局限於所例示的實施例。圖1是透視圖，典型地示出了根據本發明一實施例的電池模塊。參考圖1，電池模塊100包括多個單元模塊10，在每個所述單元模塊10中均安裝有二次電池；底板20 ；支撐杆40 ；以及一對端板30。在單元模塊10豎立的同時，這些單元模塊10堆疊在所述底板的頂部上。端板30設置成與最外側的單元模塊10的外表面緊密接觸，同時，端板30的底部固定到底板20。支撐杆40連接在端板30的上部之間，以支撐所述端板30。每個所述端板30均包括主體32，該主體32與所述多個單元模塊10中的相應一個單元模塊10接觸；以及從主體32的外周向外突出的頂壁34、底壁36和一對側壁38。每個側壁38均構造成使得每個側壁38的厚度從頂壁34向底壁36逐漸增大。因此，來自單元模塊10和支撐杆40的彎曲載荷從每個端板30的主體32被分散到側壁38和底壁36。每個端板30的底壁36均通過焊接而固定到底板20。圖4至圖6是透視圖，典型地示出了本發明各個實施例的端板。首先，將與圖1 一起來參考圖4，端板30b構造成使得每個側壁38的外周形成為直線，並且，每個側壁38均形成為當從側面方向觀察時近似為直角三角形的形狀。端板30b構造成使得該端板30b的面積按照頂壁34、側壁38和底壁36的順序增大。每個側壁38的面積大約是底壁36的面積的60%。此外，在端板30b的主體32的上部中形成有一對通孔302，以便支撐杆40能夠通過這一對通孔302插入。端板30b的外周被嵌邊，以有效防止來自支撐杆40和單元模塊10的應力集中在端板30b的外周上。
端板30b的頂壁34從最外側的單元模塊10的頂部向上突出，同時該頂壁34的向上突出高度等於最外側的單元模塊10的高度H的10%，從而支撐杆40能夠容易地安裝到端板30b的上部的兩個相反側。接下來，與圖1 一起來參考圖5，端板30c構造成使得每個側壁38的外周均形成為朝向最外側的單元模塊10的底側角部向內凹的拋物線形狀。最後，與圖1 一起來參考圖6，端板30d構造成使得每個側壁38的外周均形成為從最外側的單元模塊10的底側角部向外凸的拋物線形狀。圖2至圖6中的端板被如圖1所示地固定到電池模塊，並針對應變和最大應力進行模擬，以確認基於圖2至圖6中的端板結構的聯接區域處的應變。圖7至圖11中示出了端板的準確尺寸和形狀，這些圖還示出了應力分布。此夕卜，下面的表1指出了假設基於圖2中的端板30的結構的應變和最大應力(圖7)為100. 00%時、基於圖3至圖6中的端板結構的相對應變和最大應力(圖8至圖11)。〈表1>
權利要求
1.ー種中大型電池模塊，其包括在豎立的同時被堆疊的多個二次電池或多個單元模塊，每個所述単元模塊中均安裝有兩個或更多個二次電池，所述電池模塊包括底板，所述多個單元模塊以豎立狀態堆疊在所述底板上；ー對端板，所述端板設置成與最外側的單元模塊的外表面緊密接觸，同吋，所述端板的底部固定到所述底板；以及支撐杆，所述支撐杆連接在所述端板的上部的兩個相反側或所述端板的側部的兩個相反側之間，以支撐所述端板，其中，每個所述端板均包括主體，所述主體與所述多個単元模塊中的相應ー個單元模塊接觸；以及從所述主體的外周向外突出的頂壁、底壁和ー對側壁，每個所述側壁的厚度從所述頂壁向所述底壁逐漸増大，由此分散來自所述単元模塊和所述支撐杆的壓力(彎曲載7可)。
2.根據權利要求1所述的電池模塊，其中，每個所述側壁被構造成使得每個側壁的外周均形成為直線，並且，每個所述側壁均形成為當從側面方向觀察時近似為直角三角形的形狀。
3.根據權利要求1所述的電池模塊，其中，每個所述側壁被構造成使得每個側壁的外周均形成為拋物線形狀。
4.根據權利要求3所述的電池模塊，其中，所述拋物線形狀包括從最外側的相應ー個単元模塊的底側角部向外凸的形狀。
5.根據權利要求3所述的電池模塊，其中，所述拋物線形狀包括朝向最外側的相應ー 個單元模塊的底側角部向內凹的形狀。
6.根據權利要求1所述的電池模塊，其中，每個所述端板均構造成使得每個端板的面積按照所述頂壁、所述側壁和所述底壁的順序増大。
7.根據權利要求6所述的電池模塊，其中，每個所述側壁均構造成使得每個側壁的面積大於所述底壁的面積的40%但小於等於其90%。
8.根據權利要求7所述的電池模塊，其中，每個所述側壁均構造成使得每個側壁的面積是所述底壁的面積的至75%。
9.根據權利要求1所述的電池模塊，其中，每個所述側壁均設置有加強部，以提高針對外力的結構穩定性。
10.根據權利要求9所述的電池模塊，其中，所述加強部包括被形成為具有大的長寬比的、凹凸形狀的條型加強部；凹陷型加強部；或凸起型加強部。
11.根據權利要求1所述的電池模塊，其中，在每個所述端板的主體的上部處均設置有 ー對通孔，各個所述支撐杆通過所述通孔插入。
12.根據權利要求1所述的電池模塊，其中，每個所述端板均構造成使得每個端板的外周被嵌邊，以防止應カ集中。
13.根據權利要求1所述的電池模塊，其中，每個所述端板的頂壁從最外側的相應ー個單元模塊的頂部向上突出，以將所述支撐杆安裝到每個所述端板的主體。
14.根據權利要求13所述的電池模塊，其中，每個所述端板的頂壁的向上突出高度是最外側的相應ー個単元模塊的高度的2%至20%。
15.根據權利要求1所述的電池模塊，其中，每個所述端板在每個端板的底壁與所述底板聯接的結構中被固定到所述底板。
16.ー種電動車、混合動カ電動車或插電式混合動カ電動車，其使用根據權利要求1所述的電池模塊作為動カ源。
17.根據權利要求16所述的電動車、混合動カ電動車或插電式混合動カ電動車，其中， 所述電池模塊安裝在車輛的行李箱中。
全文摘要
本發明提供了一種具有如下結構的中大型電池模塊在該結構中，多個二次電池或多個單元模塊被沿豎直方向堆疊，每個單元模塊均內置有兩個或更多個二次電池，其中，該電池模塊包括底板，所述多個單元模塊在豎立狀態下沿豎直方向堆疊在該底板上；一對端板，每個端板均具有固定在所述底板上的下端並與最外側的單元模塊的相應外表面緊密接觸；以及支撐杆，該支撐杆將所述端板的頂側或橫向側互連，以互連並支撐所述端板。為了分配從所述單元模塊和支撐杆施加的壓力(彎曲載荷)，每個端板均包括與該單元模塊接觸的主體以及從該主體的外周向外突出的頂壁、底壁和一對側壁，其中，每個所述側壁的厚度從所述頂壁向所述底壁逐漸增大。
文檔編號H01M2/10GK102576835SQ201080046366
公開日2012年7月11日 申請日期2010年10月6日 優先權日2009年10月13日
發明者李珍圭, 林藝勳, 秋淵奭, 金官容 申請人:株式會社Lg化學