CN110168768B - 电池模块以及包括该电池模块的车辆 - Google Patents

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Abstract

公开了一种电池模块以及包括该电池模块的车辆。根据本发明的一示范性实施方式的电池模块包括：壳体，包括多个电池单元、基底板、壳体框架和盖板；以及密封垫，分别插设在壳体框架和基底板之间以及在壳体框架和盖板之间，其中壳体框架的面对盖板的上凸缘和壳体框架的面对基底板的下凸缘具有阶梯形状，该阶梯形状包括向壳体框架的内侧敞开的凹陷，并且密封垫设置在该凹陷中。

Description

电池模块以及包括该电池模块的车辆
技术领域
本发明涉及一种电池模块以及包括该电池模块的车辆，更具体地，涉及其中电池模块壳体的密封垫(gasket)具有特别的设计的电池模块以及包括该电池模块的车辆。
背景技术
可再充电电池与一次电池的不同之处在于充电和放电可以被重复，并且一次电池仅提供从化学能到电能的不可逆转变。
低容量可再充电电池用作小型电子装置诸如便携式电话、膝上型电脑、计算机和便携式摄像机的电源，高容量可再充电电池用作车辆的电源。
可再充电电池可以包括：电极组件，包括正电极、负电极以及插设在正电极和负电极之间的隔板；壳体，用于在其中容纳电极组件；以及电极端子，电连接到电极组件。
电解质溶液被注入到壳中以使电池能够通过正电极、负电极和电解质溶液的电化学反应而被充电和放电。例如，壳的形状(其可以是圆柱形或矩形)可以根据电池的用途而不同。
可再充电电池以包括串联或并联连接的多个单位电池单元的电池模块的形式使用，从而提供高能量密度用于运行例如混合动力车辆。
也就是，电池模块可以根据实现高功率可再充电电池所需的电量(诸如用于电动车辆)而互连多个单位电池单元。在电动车辆中使用的大型电池***可以包括3至1000个电池单元。这样的电池单元可以被提供为多个电池模块，在每个电池模块中10至20个电池单元被包括在一般的壳体中。
电池模块可以配置为块型或模块型。在块型的情况下，每个电池可以联接到公共集流器和公共电池管理***，并可以具有壳体。
在模块型的情况下，多个电池单元被连接以构成子模块，并且多个子模块被连接以构成所述模块中的一个。电池管理功能可以至少部分地以模块或子模块级实现，从而改善兼容性。
一个或更多个电池模块可以被机械地和电地集成，安装有热管理***，并且连接到一个或更多个耗电装置以构成电池***。
电池***可以具有三个主要密封区域，诸如壳体密封垫、用于电子器件诸如连接器的密封垫、以及用于冷却***的密封垫。壳体密封垫在电池***的整个循环寿命期间保护壳体的内部空间免受液体或灰尘的影响，并保护其环境免受高电压的影响。
当应用于车辆时，电池应当能够承受约10000Pa的压力最少30分钟，防止灰尘流入等。此外，壳体密封垫应当对油污染或从电池单元泄漏的电解质溶液的接触具有良好的耐久性。
另一方面，壳体密封垫必须能够打开和封闭，使得简单缺陷诸如冷却管的松的联接可以被修正。此外，对于壳体密封垫的设计，需要考虑壳体的材料和表面结构。
在连续的生产过程诸如批量生产中，需要优化每个壳体密封垫的制造工艺。例如，壳体可以包括用于加快紧固工艺的辅助构成元件。
电池的壳体可以包括三个组成元件，即基底板、壳体框架和盖板。泡沫密封垫可以提供在壳体的上述组成元件之间的凹槽或平面中。
其中提供密封垫的部件具有平坦表面以防止对密封垫的损坏，并且考虑到空间限制，密封垫主要提供在壳体框架中。
结果，壳体框架会在制造工艺中通过使用特殊且昂贵的工件而在上凸缘和下凸缘中包括密封垫，从而防止对泡沫密封垫的损坏。
此外，由于组装密封垫的公差小并且缺陷率高，所以考虑到该公差，难以加快加工工艺中的传送速度，并且加工用于提供密封垫的凹槽会是昂贵的。
在本背景技术部分中公开的上述信息仅用于增强对本发明的背景的理解，因此，它可以包含不构成在此国家中对于本领域普通技术人员来说已知的现有技术的信息。
发明内容
技术问题
本发明的示范性实施方式致力于提供一种具有壳体的电池模块以及包括该电池模块的车辆，该壳体可以使用低成本配置通过简单工艺形成。
技术方案
本发明的一示范性实施方式提供一种电池模块，该电池模块包括：壳体，配置为包括基底板、壳体框架和盖板；两个或更多个电池单元；以及密封垫，插设在壳体框架和基底板之间以及在壳体框架和盖板之间。
在电池模块中，壳体框架的上凸缘和壳体框架的下凸缘具有阶梯形状以形成朝向壳体框架的内侧敞开的凹陷部分，并且密封垫设置在该凹陷部分中。上凸缘可以面对盖板，下凸缘可以面对基底板。
本发明的一示范性实施方式提供一种具有上部和下部的电池模块，上部和下部的每个具有与壳体框架的内部空间连通(朝向壳体框架的内部空间敞开)的凹陷部分或密封垫边框(gasket rim)。密封垫可以被安置在凹陷部分中。
具体地，密封垫可以插设在凹陷部分的底表面与基底板或盖板之间。
在本发明中，密封垫布置确保了壳体的充分密封，防止电解质溶液或冷却剂从壳体的内部泄漏到外部，或防止水或油从壳体的外部流入到内部。
此外，在本发明中，密封垫布置可以具有防止电磁影响的保护效果，特别地，防止电磁干扰的保护(EMC/EMI保护)的效果。在本发明中，与没有敞开到壳体的内部空间的一般凹槽相比，考虑到公差等，凹陷部分可以在加工工艺中实现更高的传送速度。
根据本发明的一示范性实施方式，密封垫可以附接到基底板或盖板。因此，密封垫可以包括粘合剂层，或者可以提供有具有至少临时粘合特性的材料。
当密封垫设置在基底板和盖板上时，考虑到基底板和盖板被组装作为组装工艺中的最后步骤之一，提供在基底板和盖板上的密封垫的操纵减少。因此，在电池模块的组装工艺中可以有效地防止对密封垫的损坏。
此外，不需要提供用于操纵密封垫的传统夹具，同时在组装工艺期间防止对密封垫的损坏，从而降低制造工艺的成本。
密封垫可以是例如泡沫密封垫，并且形成密封垫的发泡剂可以被直接提供在基底板和盖板上。
传统密封垫从平的片切割以允许在多个表面之间进行密封，而原位成型的泡沫密封垫(form-in-place form gasket,FIPFG)直接提供在任何一个表面上而无需这样的形成工艺。因此，可以大大减少制造时间和成本。
在FIPFG工艺中，通常使用液体发泡剂。即使在复杂和非典型的区域中，发泡剂的触变特性也可以确保稳定的密封。
换句话说，通过使用适合于需要密封的产品的机器人技术，可以实现复杂的三维密封形状和不规则的截面变化，并可以对其稳定地密封。
根据本发明的另一实施方式，凹陷部分的宽度相对于上凸缘和下凸缘中的每个的总宽度在1:5至1:2的范围内。
在此范围内实施凹陷部分的尺寸确保了壳体框架的机械完整性。当该比率大于1:2时，凸缘不会具有足够的机械完整性。当该比率小于1:5时，凸缘太小而无法适当地安置密封垫。
上凸缘的总宽度被定义为从壳体框架的内侧到壳体框架的外侧的距离。上框架表示壳体的直接面对或接触盖板的内表面的小部分。
在可独立于前述示范性实施方式但与之结合的关系中，凹陷部分的宽度可以相对于密封垫的宽度设定在3:1至1.2:1的范围内。
因此，与不朝向壳体的内部空间敞开的普通凹槽相比，可以在更宽的公差内实现壳体的各个部件之间的期望布置。结果，可以减少有缺陷的产品的比例。
当该比率大于3:1时，会增加用于形成凹陷部分的制造成本而没有改善密封垫的密封功能。当该比率小于1.2:1时，在该工艺中会发生密封垫与凹陷部分之间的不一致，导致制造损失的增加。
根据可与上述示范性实施方式中的任一个或全部组合的另一示范性实施方式，凹陷部分的深度相对于密封垫的高度在1:1.1至1:2的范围内。
也就是，密封垫的高度略大于凹陷部分的深度。为了本发明的目的，密封垫可以通常由弹性材料形成，因此即使当公差进一步增大时也确保稳定的密封。此外，可以减少要联接的产品的比例。
当该比率小于1:1.1时，密封垫不能充分地密封壳体，并且当该比率大于1:2时，壳体框架与基底板或盖板之间的联接不能被正确地执行。
根据本发明的另一示范性实施方式，凹陷部分可以包括在壳体框架的内侧上垂直延伸的凸缘表面，并且周向突起可以提供在凹陷部分的凸缘表面上。
密封垫可以设置为使得其中心位于周向突起的上部处。周向突起可以具有高度h2，凹陷部分可以具有高度h3。高度h3与高度h2的比率可以在2:1至5:1的范围内。
结果，密封垫的整个密封表面可以显著增大。当该比率大于5:1时，密封表面不能增大。当该比率小于2:1时，壳体不能被适当地封闭。
本发明的一示范性实施方式提供一种包括上述电池模块的车辆。
有益效果
如上所述，根据本发明的示范性实施方式，可以有效地降低制造成本，提高工艺效率，并改善壳体的密封性能。
附图说明
图1示出根据本发明的一示范性实施方式的电池模块的透视图。
图2示出根据本发明的一示范性实施方式的电池模块壳体的局部分解剖视图。
图3示出根据本发明的另一示范性实施方式的壳体的分解透视图。
图4示出图1所示的壳体的局部分解剖视图。
图5示出根据本发明的另一示范性实施方式的壳体的局部分解剖视图。
图6示出根据图5所示的示范性实施方式的一部分的放大图。
图7示出根据图5所示的示范性实施方式的壳体框架中的上凸缘的透视图。
具体实施方式
在以下的详细描述中，仅仅通过说明的方式仅示出和描述了本发明的某些示范性实施方式。
如本领域技术人员将认识到的，所描述的实施方式可以以各种不同的方式修改，而都没有脱离本发明的精神或范围。因此，附图和描述在本质上将被认为是说明性的而非限制性的。在整个说明书中，相同的附图标记表示相同的元件。
在本说明书中，将省略对相同的组成元件的冗余描述。
在本说明书中，将理解，当一个部件被称为“连接”或“联接”到另一个部件时，它可以直接连接或联接到另一部件，或者可以连接或联接到另一部件而使另外的部件插设在其间。在本说明书中，将理解，当一个部件被称为“直接连接或联接”到另一部件时，它可以连接或联接到另一部件而没有另外的部件插设在其间。
还将理解，这里使用的术语仅用于描述特定实施方式的目的，并不意图限制本发明。
除非上下文另外清楚地指示，否则单数形式将包括复数形式。
还将理解的，本说明书中使用的术语“包括”或“具有”指定所述特征、数字、步骤、操作、部件、部分或其组合的存在，但是不排除一个或更多个其它特征、数字、步骤、操作、部件、部分或其组合的存在或添加。
此外，如这里所用的，术语“和/或”包括任何多个项目组合或多个列出项目中的任何一个。在本说明书中，“A或B”可以包括“A”、“B”或“A和B”。
如图1所示，电池模块100可以包括布置在一个方向上的多个电池单元10以及与电池单元10的下表面相邻地提供的热交换构件110。
一对端板18被提供为在电池单元10外面面对电池单元10的宽的表面，连接板19被提供来连接该对端板18从而将电池单元10固定在一起。提供在电池模块100的相反两侧的紧固部分18a通过螺栓40被紧固到基底板31。基底板31构成壳体30的底表面。壳体的其它构成元件(诸如盖板和壳体框架)没有在图1中示出。
由弹性材料诸如橡胶制成的弹性构件120可以插设在基底板31和热交换构件110之间。这里，每个电池单元10可以具有角形(或矩形形状)，并且电池模块100通过将电池单元10堆叠在其宽表面之上而形成。
此外，每个电池单元10包括配置为在其中容纳电极组件和电解质的电池壳。电池壳由盖组件14封闭和密封。
盖组件14包括具有不同极性的正端子11和负端子12以及通气孔13。通气孔13对应于每个电池单元10的安全机构，并用作电池单元10中产生的气体通过其排放到电池单元10的外部的通道。
彼此相邻的电池单元10的正端子11和负端子12可以通过汇流条15电连接，汇流条15可以通过螺母16等固定。因此，电池模块100可以通过将所述多个电池单元10电连接成一束来提供，并可以用作电源单元。
可再充电电池(特别是可再充电锂电池)可以用作电池单元10。电池模块100可以是用于车辆的48V电池。
图2示出根据本发明的一示范性实施方式的壳体30的剖视图。壳体30包括基底板31、壳体框架32和盖板33。
壳体30的每个部件可以由刚性材料制成，例如金属诸如不锈钢或铝。壳体框架32包括配置为面对盖板33的内表面的上凸缘和配置为面对基底板31的内表面的下凸缘。
密封垫50可以插设在壳体框架32和盖板33之间以及在壳体框架32和基底板31之间。特别地，密封垫50可以设置在凹陷部分60中，该凹陷部分60在上凸缘和下凸缘处与壳体30的内部空间连通或者朝向壳体30的内部空间敞开。
根据本示范性实施方式，凹陷部分60包括凸缘表面61和端表面62。密封垫50可以设置为与凹陷部分60的端表面62紧密接触，但是本发明不限于此。
这里，凸缘表面61可以基本上垂直于壳体框架32的内表面延伸，而端表面62可以基本上在与壳体框架32的内表面相同的方向上延伸。
然而，凸缘表面61和端表面62不必限于此。凹陷部分60可以在单独的加工工艺中容易以高速度形成。
密封垫50可以由弹性材料形成，例如弹性体诸如聚烯烃、乙烯-丙烯-二烯烃-单体聚合物(ethylene-propylene-diene-monomer，EPDM)。根据本发明的一示范性实施方式，密封垫50可以是泡沫密封垫。密封垫50可以附接到基底板31的内表面和盖板33的内表面。
因此，密封垫50可以至少临时粘附在基底板31和盖板33之间，或者可以包括提供在基底板31和盖板33之间的粘合膜(未示出)。
例如，密封垫50可以是包括粘合面的带，并且所述带可以在壳体30的精加工工艺之前粘附到基底板31和盖板33。
根据图1的示范性实施方式，如图2所示，凹陷部分60具有相对于壳体框架32的上凸缘的整个宽度的约三分之一的宽度。下凸缘的面对基底板31的凹陷部分60也具有上述尺寸，但是本发明不限于此。
此外，根据本发明的实施方式，密封垫50的宽度与凹陷部分60的宽度的比率为约1:2。由于密封垫50可以由弹性材料制成，所以密封垫50的高度可以是凹陷部分60的深度的1.1至2倍以确保壳体30的内部空间的可靠密封。
图3示出根据本发明的另一示范性实施方式的壳体30的分解透视图。盖板33被示出为半透明的以便在附图中看到。
这里，附接到基底板31和盖板33的内表面的密封垫50具有柱形带的形状(条形)。在制造工艺期间，壳体框架32设置在基底板31的上侧，盖板33设置在壳体框架32的上侧。
图4示出图1所示的壳体30的一部分的剖视图。这里，每个凹陷部分60的宽度与壳体框架32的上凸缘和下凸缘的整个宽度的比率为约1:2。密封垫50设置在凹陷部分60中以通过基底板31、壳体框架32和盖板33的联接来密封壳体30的内部空间。
图5示出根据本发明的另一示范性实施方式的壳体30的一部分的剖视图。图6示出图5的放大图。图5示出壳体框架32的包括凹陷部分60的上凸缘以及密封垫50。
基本上，图5遵循图2的示范性实施方式，除了周向突起63提供在凹陷部分60的凸缘表面61上之外。周向突起63可以优选地提供为沿着上凸缘或下凸缘延伸的条形以形成闭合曲线，并且密封垫50可以设置在周向突起63的上中心侧。
通过这样的结构，密封垫50的总密封表面可以增加达20％。周向突起63具有高度h2，凹陷部分60具有高度h3。高度h3与高度h2的比率优选地在2:1至5:1的范围内。在图6所示的示范性实施方式中，该比率为约3.75:1，但是本发明不限于此。
尽管已经参照本发明的特定实施方式具体示出和描述了本发明，但是本领域技术人员将理解，可以在其中进行形式和细节上的各种改变，而没有脱离本发明的精神和范围，本发明的范围由权利要求书限定。
符号描述：
30：壳体 31：基底板
32：壳体框架 33：盖板
50：密封垫 60：凹陷部分
61：凸缘表面 62：端表面
63：周向突起

Claims (10)

1.一种电池模块，包括：
多个电池单元；
壳体，配置为包括基底板、壳体框架和盖板；以及
密封垫，插设在所述壳体框架和所述基底板之间以及在所述壳体框架和所述盖板之间，
其中所述壳体框架的面对所述盖板的上凸缘和所述壳体框架的面对所述基底板的下凸缘的每个具有阶梯形状，所述阶梯形状形成向所述壳体框架的内侧敞开的凹陷部分，使得形成在所述上凸缘处的所述凹陷部分相对于所述上凸缘的顶表面凹陷并且形成在所述下凸缘处的所述凹陷部分相对于所述下凸缘的底表面凹陷，以及
所述密封垫设置在所述凹陷部分中。
2.根据权利要求1所述的电池模块，其中
所述密封垫附接到所述基底板和所述盖板。
3.根据权利要求2所述的电池模块，其中
所述密封垫是通过向所述基底板和所述盖板中的每个提供发泡剂而形成的泡沫密封垫。
4.根据权利要求1所述的电池模块，其中
所述凹陷部分的宽度相对于所述上凸缘和所述下凸缘的总宽度具有1:5至1:2的范围。
5.根据权利要求1所述的电池模块，其中
所述凹陷部分的宽度相对于所述密封垫的宽度具有3:1至1.2:1的范围。
6.根据权利要求1所述的电池模块，其中
所述凹陷部分的深度相对于所述密封垫的高度具有1:1.1至1:2的范围。
7.根据权利要求1所述的电池模块，其中
所述凹陷部分包括在与所述壳体框架的所述内侧相交的方向上延伸的凸缘表面和设置在所述凹陷部分的所述凸缘表面上的周向突起 。
8.根据权利要求7所述的电池模块，其中
所述密封垫设置在所述周向突起的上侧。
9.根据权利要求8所述的电池模块，其中
所述周向突起具有高度h2，所述凹陷部分具有高度h3，并且
所述高度h3与所述高度h2的比率在2:1至5:1的范围内。
10.一种车辆，包括根据权利要求1至9中任一项所述的电池模块。
CN201780082495.9A 2017-01-06 2017-12-13 电池模块以及包括该电池模块的车辆 Active CN110168768B (zh)

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