專利名稱：具有被動(dòng)式冷卻的鋰離子電池組的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及高能量密度電池，且更特別地涉及一種鋰離子電池組，該鋰離子電池組帶有金屬板例如鋁以用于將來(lái)自內(nèi)部電池單元的熱汲取走并汲取到周圍環(huán)境中。附圖簡(jiǎn)述為更全面地理解本公開(kāi)內(nèi)容，應(yīng)參考以下詳述和附圖，其中

圖1是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式的電池組的透視圖；圖2是圖1的電池組的分解視圖；圖3是根據(jù)本發(fā)明的電池組的替代實(shí)施方式的分解視圖；圖3a是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式的電池組的頂部部分的底面的透視圖；圖4是用于圖1的電池組的集流器的分解視圖；圖5是圖1的電池組的部分橫截面圖；和圖6是根據(jù)本發(fā)明的電池組的另一個(gè)替代實(shí)施方式的分解視圖。發(fā)明詳述雖然本公開(kāi)內(nèi)容的發(fā)明易于被作出多種修改和替代形式，但在附圖中以示例的方式來(lái)表明一種實(shí)施方式，且本文將詳細(xì)描述該實(shí)施方式。但是，應(yīng)當(dāng)理解的是，本公開(kāi)內(nèi)容不是意在將本發(fā)明局限于所描述的具體形式，而是相反地，本發(fā)明意在覆蓋落入由所附權(quán)利要求限定的本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)的所有改變、替代方式和等同方式。在圖1中示出了根據(jù)本發(fā)明的電池組100。電池組100可以是適合被包含在各種類型的電交通工具(EV)中的LiFePCM電池組。這些EV包括汽車、船、航天飛行器、航空交通工具、輪椅、電動(dòng)自行車(motobike)、小型摩托車、及類似交通工具。電池組100也可用于混合動(dòng)力交通工具(HV)、混合電動(dòng)交通工具(HEV)、插電式混合電動(dòng)交通工具(PHEV)及類似交通工具。電池組100可具有約8. 2英寸的高度、約3. 2英寸的寬度和約4. 8英寸的長(zhǎng)度，然而也可考慮其他尺寸。電池組100的總重量可以是約3.0千克，然而也可考慮其他重量。電池組100包括帶有兩個(gè)外部端子108、110的殼體101?，F(xiàn)參考圖2，電池組100包括被平行布置并被包含在殼體101中的二十八個(gè)電池112。每個(gè)電池112可以是例如由Henderson，NV的K2Energy Solutions公司出售的 LFP26650EV型帶有3. 2伏和3200毫安的EV高能量可充電Li!^eP04電池。電池組100具有高能量密度、快速充電時(shí)間、長(zhǎng)循環(huán)壽命、平坦的放電曲線(discharge profile)，且被認(rèn)為是相對(duì)環(huán)境友好的。電池112以圓柱的形狀形成并包括導(dǎo)電的陰極蓋140和導(dǎo)電的陽(yáng)極蓋 142。應(yīng)當(dāng)理解的是，可根據(jù)電池組100將被使用的應(yīng)用而使用其他的形狀或構(gòu)造。殼體101包括外殼102和頂部104。頂部104包括用于容納外部端子108、110的兩個(gè)通孔136a、136b。通孔136a、136b可通過(guò)多種方法形成，所述方法包括穿過(guò)頂部104鉆孔。與外殼102的開(kāi)口端106對(duì)應(yīng)的頂部104在其余部件放置在外殼102中之后在最后的組裝中被固定地附接到外殼102。頂部104由例如塑料的材料制成，然而其他材料也是可以的。頂部104包括與上排電池112接合的逐漸變細(xì)的翼片104a，從而幫助將電池112穩(wěn)定在外殼101內(nèi)。外殼102通常為矩形形狀，由與頂部104的材料相似的材料制成并且可通過(guò)例如模制工序而形成。但是，應(yīng)當(dāng)理解的是，其他形狀和構(gòu)造也是可以的。外部端子108為陽(yáng)極端子，且另一個(gè)外部端子110為陰極端子。陽(yáng)極端子108和陰極端子110可電耦合到EV的外部部件(未示出)。每一個(gè)外部端子108、110包括例如具有銷釘120a的基部120、六角螺母122、開(kāi)口墊圈IM和六角帽螺釘126。電池組100還包括絕緣紙114和連接構(gòu)件116、118。通常與外殼102的開(kāi)口端106 的形狀對(duì)應(yīng)的絕緣紙114位于頂部104下面。電池組100包括兩個(gè)集流器128。其中一個(gè)集流器1 為陽(yáng)極集流器且另一個(gè)集流器1 為陰極集流器。每一個(gè)集流器1 包括被焊接到集電板(collector plate) 131的優(yōu)選地由鎳形成的兩個(gè)集電板翼片(collector plate tab) 132。集電板131可以由銅形成。如果由銅形成，則集電板131被超聲焊接到各個(gè)集電板翼片132?？商娲?，集電板131可由另一種金屬例如黃銅形成。黃銅提供極大的成本節(jié)約而沒(méi)有極大損失導(dǎo)電性。另外，如果集電板 131由黃銅形成，則其可被電阻焊到鎳集電板翼片132，這可進(jìn)一步提供成本節(jié)約。雖然可以使用一個(gè)或多個(gè)集電板翼片132，但在本實(shí)施方式中使用兩個(gè)，這是因?yàn)閮蓚€(gè)集電板翼片具有商業(yè)上易于得到的尺寸。集電板翼片132電阻焊到電池112的陰極蓋140和陽(yáng)極蓋142上。銅和黃銅提供高導(dǎo)電性和高導(dǎo)熱性，且鎳提供抗腐蝕性和抗熱性。使用集電板翼片132有利于電阻焊到電池112。另外，使用集電板131和集電板翼片132增加電池112的載流量而不損失在電池 112上的電壓降。將參考圖3來(lái)描述關(guān)于構(gòu)建集流器128的更多細(xì)節(jié)。圖3中示出了本發(fā)明的替代實(shí)施方式。根據(jù)該實(shí)施方式，外殼102’通過(guò)擠壓而形成。這允許在外殼102’的尺寸方面有更大的靈活性，且因此允許在可被包含在外殼內(nèi)的電池112的數(shù)量方面的靈活性。在該實(shí)施方式中，使用了分立的基部133，而不是將基部一體地模制到外殼中。當(dāng)然，集流器128的尺寸將基于電池112的數(shù)量而被合理地確定。圖4中示出了用于圖1的電池組100的其中一個(gè)集流器128。集流器128包括集電板131和兩個(gè)集電板翼片132。集電板131通常由平坦的坯料例如金屬薄條、金屬網(wǎng)或穿孔金屬板制成。使用集電板131為電池112提供了高導(dǎo)電性和高導(dǎo)熱性。集電板131包括主體部分144和翼片146。帶有約90度彎曲的翼片146在彎曲操作期間形成。如所示， 翼片146向集電板131的主體部分144彎曲。主體部分144通常是矩形形狀的并且對(duì)應(yīng)于電池組100的外殼102，然而其他已知的形狀或尺寸也是可以的。集電板131的主體部分 144包括二十八個(gè)孔152，對(duì)應(yīng)于電池組100(圖2、中所使用的電池112的數(shù)量?？?52還與電池112的陰極蓋140和陽(yáng)極蓋142對(duì)齊和匹配?？?52可通常是圓形形狀的，然而也可考慮其他形狀或構(gòu)造。每一個(gè)孔152可具有約0. 5英寸的尺寸，然而也可考慮其他尺寸。 在集電板131的翼片146上引入具有比孔152的尺寸小的尺寸的孔150，以容納連接構(gòu)件114、116 (圖2)?？?50、152可通過(guò)多種方法形成，所述方法包括穿過(guò)集電板131鉆孔。另外，如果集電板131由黃銅形成，則外部端子108、110可被電阻焊到翼片146，從而消除對(duì)用于將外部端子108、110固定到翼片146的硬件的需要。此外，如在圖3中示出的，頂部104的底面是帶有肋的，這使能用鍵固定外部端子的基部120，以限制其在連接到外部端子108、110時(shí)相對(duì)于外部部件的旋轉(zhuǎn)。外殼102’被定型成提供縱向凹槽102’ a。這些凹槽提供結(jié)構(gòu)完整性以及在電池組100中的鄰近的一些電池組之間提供通道以允許冷卻空氣以及狹條(未示出)通過(guò)。如以上討論，集流器1 包括兩個(gè)集電板翼片132。集電板翼片132通常由平坦的坯料例如金屬薄條制成。使用集電板翼片132為電池112提供了抗腐蝕性效應(yīng)和抗熱效應(yīng)。每一個(gè)集電板翼片132包括十四個(gè)孔156?？?56與集電板131的孔152對(duì)齊和匹配。 集電板翼片132的孔156可以是大體圓形的，帶有相對(duì)的狹縫以在制造期間幫助使集流器 128與電池112的陰極蓋140和陽(yáng)極蓋142對(duì)齊。每個(gè)孔156具有比集電板131的孔152 的尺寸小的尺寸，然而也可考慮其他尺寸?？?56可以通過(guò)多種方法形成，所述方法包括穿過(guò)集電板翼片132鉆孔。集電板翼片132被超聲焊接到集電板131。使用集電板翼片132允許經(jīng)由集電板翼片132將集電板131電阻焊到電池112的陰極蓋140和陽(yáng)極蓋142。另外，帶有集電板 131和集電板翼片132的集流器1 增加了電池112的載流量并且形成EV的外部發(fā)電機(jī) (未示出)而不損失電池112上的電壓降。圖5示出了電池組100的部分橫截面圖。僅示出集流器128和一排的四個(gè)電池 112。兩個(gè)集電板翼片132被超聲焊接到集電板131，并且集電板翼片132繼而被電阻焊到電池112的陰極蓋140和陽(yáng)極蓋142。集電板131的通孔152與集電板翼片132的通孔156 以及與電池112的陰極蓋140和陽(yáng)極蓋142對(duì)齊和匹配。構(gòu)建本發(fā)明的電池組100的方法如下。首先，平行地布置電池112。為將電池112 安置在適當(dāng)位置，將粘合劑例如膠(未示出)施用到電池112的主體以將電池112連在一起。集電板翼片132肩并肩地放置，并超聲焊接到集電板131的主體部分144中相應(yīng)的一個(gè)，以使得集電板翼片132的孔156與集電板131的孔152對(duì)齊和匹配。下一步，將集電板 131的翼片146經(jīng)由連接構(gòu)件116、118固定地附接到外部端子108、110的銷釘120。有多種方式將翼片146固定在合適位置，所述方式包括使用例如開(kāi)口墊圈118和螺釘116將翼片146緊固到端子108、110的銷釘120。絕緣紙114放置在第一排電池112上。下一步，將集電板翼片132電阻焊到電池112的陰極蓋140和陽(yáng)極蓋142。附接到集流器128的電池 112被放置在外殼102的內(nèi)部。頂部104被連接到外殼102，以密封外殼102的開(kāi)口端106。 端子108、110的六角螺母122、開(kāi)口墊圈IM和帽螺釘126被固定地附接到集流器128。在該位置，電池組100被形成并且通過(guò)端子108、110與EV的外部部件(未示出)電連接。單獨(dú)的電池112通過(guò)硬紙?zhí)淄?60(見(jiàn)圖2)而彼此電隔離。盡管電池112被平行地連接，但硬紙?zhí)淄?60為電池組裝提供了某種機(jī)械順從性以允許組件適應(yīng)熱膨脹以及在振動(dòng)期間將電池112中的鄰近的一些電池彼此隔離。圖6中示出了本發(fā)明的另外的實(shí)施方式。根據(jù)該實(shí)施方式，穿過(guò)外殼102’的相對(duì)的側(cè)壁設(shè)置有開(kāi)口，并且在開(kāi)口中放置有導(dǎo)熱金屬板170例如鋁金屬板，以將熱量從電池 112驅(qū)散。電絕緣屏障將電池112與板170電隔離。屏障可以是設(shè)置于集電板131的外表面上的聚酯膜172，例如Mylar (邁拉)膜。將集電板131電阻焊到集電板翼片132使得集電板131的外表面更光滑。集電板131的更光滑的外表面可更好地保護(hù)與其鄰近的聚酯膜 172的完整性?？商娲?，屏障可以是例如通過(guò)在面向電池112的側(cè)上對(duì)板170進(jìn)行陽(yáng)極化處理或粉末涂覆而形成的表面處理物174。應(yīng)當(dāng)理解的是以上提及的方法的多種改變是可能的。例如，以上方法的改變可以包括以不同的順序進(jìn)行以上步驟。本文描述了本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式。應(yīng)當(dāng)理解的是示出的實(shí)施方式僅是示范性的，且不應(yīng)理解為限制本發(fā)明的范圍。
權(quán)利要求
1.一種鋰離子電池組，包括外殼，所述外殼具有側(cè)壁和穿過(guò)所述側(cè)壁延伸的側(cè)壁開(kāi)口 ；多個(gè)鋰離子電池單元，其設(shè)置于所述外殼內(nèi)，所述電池單元具有陽(yáng)極端子和陰極端子；第一集流器和第二集流器，所述第一集流器和所述第二集流器設(shè)置于所述外殼中，所述第一集流器和所述第二集流器電接合所述陽(yáng)極端子和所述陰極端子中相應(yīng)的端子； 金屬板，其設(shè)置于所述側(cè)壁開(kāi)口，鄰近所述集流器中的一個(gè)集流器；以及電絕緣屏障，其設(shè)置于所述金屬板和所述集流器中鄰近的一個(gè)集流器之間，其中所述金屬板將來(lái)自所述集流器中鄰近的一個(gè)集流器的熱向外汲取到周圍環(huán)境中。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電池組，其中所述金屬板為鋁。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電池組，其中所述電絕緣屏障包括電絕緣膜。
4.根據(jù)權(quán)利要求4所述的電池組，其中所述膜為聚酯膜。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電池組，其中所述電絕緣屏障包括設(shè)置于所述金屬板上的表面涂層。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電池組，其中所述表面涂層包括粉末涂層。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電池組，其中所述表面涂層包括陽(yáng)極化層。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋰離子電池組，其中所述外殼具有第二側(cè)壁和穿過(guò)所述第二側(cè)壁延伸的第二側(cè)壁開(kāi)口，所述電池組還包括第二金屬板和第二電絕緣屏障，所述第二金屬板設(shè)置于所述第二側(cè)壁開(kāi)口，鄰近所述集流器中的另一個(gè)集流器，所述第二電絕緣屏障設(shè)置于所述鋁板和所述集流器中的另一個(gè)鄰近的集流器之間，其中所述金屬板將來(lái)自所述集流器中的另一個(gè)鄰近的集流器的熱向外汲取到周圍環(huán)境中。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的電池組，其中所述第二金屬板為鋁。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的電池組，其中所述第二電絕緣屏障包括電絕緣膜。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的電池組，其中所述膜為聚酯膜。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的電池組，其中所述第二電絕緣屏障包括設(shè)置于所述金屬板上的表面涂層。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的電池組，其中所述表面涂層包括粉末涂層。
14.根據(jù)權(quán)利要求12所述的電池組，其中所述表面涂層包括陽(yáng)極化層。
15.一種鋰離子電池組，包括外殼，所述外殼具有相對(duì)的第一側(cè)壁和第二側(cè)壁以及分別通過(guò)所述第一側(cè)壁和所述第二側(cè)壁延伸的第一側(cè)壁開(kāi)口和第二側(cè)壁開(kāi)口 ；多個(gè)鋰離子電池單元，其設(shè)置于所述外殼內(nèi)，所述電池單元具有陽(yáng)極端子和陰極端子；第一集流器和第二集流器，所述第一集流器和所述第二集流器設(shè)置于所述外殼中，所述第一集流器和所述第二集流器電接合所述電池單元的所述陽(yáng)極端子和所述陰極端子中相應(yīng)的端子，其中所述集流器各自包括被焊接到其各個(gè)電池單元端子的鎳集電板翼片和被焊接到其各個(gè)集電板翼片的集電板；第一金屬板和第二金屬板，所述第一金屬板和所述第二金屬板設(shè)置于所述側(cè)壁開(kāi)口中相應(yīng)的側(cè)壁開(kāi)口中，鄰近所述集流器中相應(yīng)的集流器；以及電絕緣屏障，其設(shè)置于所述集流器中的每個(gè)集流器和相應(yīng)的金屬板之間，其中所述金屬板將來(lái)自所述集流器中鄰近的集流器的熱向外汲取到周圍環(huán)境中。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的電池組，其中所述金屬板為鋁。
17.根據(jù)權(quán)利要求15所述的電池組，其中所述電絕緣屏障包括電絕緣膜。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的電池組，其中所述膜為聚酯膜。
19.根據(jù)權(quán)利要求15所述的電池組，其中所述電絕緣屏障包括設(shè)置于所述金屬板上的表面涂層。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的電池組，其中所述表面涂層包括粉末涂層。
21.根據(jù)權(quán)利要求19所述的電池組，其中所述表面涂層包括陽(yáng)極化層。
全文摘要
公開(kāi)了一種鋰離子電池組。所述電池組包括外殼，所述外殼具有側(cè)壁和通過(guò)側(cè)壁延伸的側(cè)壁開(kāi)口；設(shè)置于外殼內(nèi)的多個(gè)鋰離子電池單元，所述電池單元具有陽(yáng)極端子和陰極端子；設(shè)置于外殼中的第一集流器和第二集流器，所述第一集流器和第二集流器電接合陽(yáng)極端子和陰極端子中相應(yīng)的端子；金屬板，其設(shè)置于側(cè)壁開(kāi)口中且鄰近集流器中的一個(gè)集流器；以及電絕緣屏障，其設(shè)置于金屬板和集流器中的鄰近的一個(gè)集流器之間，其中金屬板將來(lái)自集流器中的鄰近的一個(gè)集流器的熱向外汲取到周圍環(huán)境中。
文檔編號(hào)H01M2/20GK102576830SQ201080034536
公開(kāi)日2012年7月11日 申請(qǐng)日期2010年6月4日 優(yōu)先權(quán)日2009年6月5日
發(fā)明者埃里克·維拉里爾, 理查德·科尼利厄斯·波爾克, 蒂姆·A·森德林 申請(qǐng)人:K2能源處理公司