專利名稱：框架構(gòu)件、框架組件和由其制成的電池單元組件及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明大體上涉及一種電池單元框架構(gòu)件、框架組件和由其制成的電池單元組件及其制造方法。
背景技術(shù)：
本發(fā)明解決兩個(gè)問(wèn)題堆疊和對(duì)準(zhǔn)用于組裝及在維修中使用的多個(gè)電池單元保持框架的問(wèn)題，和使用不同的冷卻方法的靈活性的問(wèn)題。高能量密度電池的擴(kuò)大使用已經(jīng)對(duì)電池技術(shù)，特別對(duì)用于這些電池的封裝技術(shù)提出更高的需求，諸如鋰聚合物(LiPo)電池的高能量密度電池用于各種比較新的應(yīng)用，包括各種車(chē)輛應(yīng)用，諸如在氣電和柴電混合車(chē)輛和外接充電式電動(dòng)車(chē)輛中的汽車(chē)使用。因?yàn)檩^大數(shù)目的、較大尺寸的電池單元必須一起被封裝使用在用于這些應(yīng)用中的電池模塊中，所以特別適合于這些電池模塊的大批量制造和組裝的低成本封裝技術(shù)的發(fā)展對(duì)于成功商業(yè)化該技術(shù)而言是非常重要的。以前的封裝技術(shù)已經(jīng)比較復(fù)雜，要求多個(gè)零件來(lái)將電池單元組裝到電池模塊中。 這些零件包括用于捕獲電池的幾個(gè)不同的塑料框架和支撐件，并且然后進(jìn)一步組裝包含這些零件的多個(gè)已封裝的電池，包括與塑料框架和相關(guān)聯(lián)框架構(gòu)件的組裝相結(jié)合地使用多個(gè)緊固件。它們還已經(jīng)包括圍繞每一個(gè)在電池模塊中使用的電池的邊緣或者在其全部表面之上的成型塑料凸緣或者其它特征。這種成型工序通常是不受歡迎的，由于其破壞電池單元的潛在性以及增加與成型、測(cè)試和檢查這些特征相關(guān)聯(lián)的材料和勞動(dòng)成本。以前，已經(jīng)利用將對(duì)準(zhǔn)特征部結(jié)合到框架和相關(guān)部件中以輔助組裝過(guò)程，但是由于有時(shí)這些特征繁瑣的整合，特別鑒于已經(jīng)得以利用以形成并且組裝電池框架和模塊的零件的數(shù)目，這方面已經(jīng)受到限制。以前，由于在組裝中涉及的大數(shù)目的部件和由此被添加到組裝的復(fù)雜度，以及在這些復(fù)雜的組件中設(shè)置所需要的熱耦接的同時(shí)還需要在組裝中維持冷卻并且減少冷卻劑泄漏，在電池模塊中結(jié)合冷卻的需要也已經(jīng)是困難的。因?yàn)榕c現(xiàn)有冷卻方案相關(guān)聯(lián)的復(fù)雜度，冷卻系統(tǒng)的更改，包括改變所采用的冷卻設(shè)備和方法要求電池模塊的重大的重新設(shè)計(jì)。 因此，如果模塊的冷卻負(fù)荷高于預(yù)期，則對(duì)于冷卻系統(tǒng)進(jìn)行改變已經(jīng)是困難的，這通常要求重大的工藝裝置變化、冷卻系統(tǒng)的重新限定等。因此，期望研制用于封裝電池模塊的、改進(jìn)的部件，在對(duì)于組件提供所期成本、結(jié)構(gòu)、機(jī)械、熱學(xué)和其它性質(zhì)的同時(shí)，所述封裝電池模塊具有能夠更簡(jiǎn)化組裝并且使用于冷卻所形成的模塊更具通用性的設(shè)計(jì)和材料。

發(fā)明內(nèi)容
一般地說(shuō)，本發(fā)明提供一種用于容納電池單元的框架構(gòu)件。所述框架構(gòu)件包括具有周邊壁的整體框架，所述周邊壁具有附接面和相反的冷卻面?？蚣軜?gòu)件還包括位于附接面上的附接特征部，和位于附接面上的互補(bǔ)附接特征部，所述互補(bǔ)附接特征部關(guān)于框架的對(duì)稱平面與附接特征部對(duì)稱相對(duì)，周邊壁限定被構(gòu)造成在其中以配對(duì)方式接收電池單元的開(kāi)口。此外，本發(fā)明還提供一種用于容納電池單元的框架組件。所述框架組件包括具有周邊壁的第一整體框架，所述周邊壁具有附接面和相反的冷卻面、位于附接面上的附接特征部和位于附接面上的互補(bǔ)附接特征部，所述互補(bǔ)附接特征部關(guān)于框架的對(duì)稱平面與第一附接特征部對(duì)稱相對(duì)，周邊壁限定被構(gòu)造成在其中以配對(duì)方式接收電池單元的開(kāi)口?？蚣芙M件還包括具有周邊壁的第二整體框架，周邊壁具有附接面和相反的冷卻面、位于附接面上的附接特征部和位于附接面上的互補(bǔ)附接特征部，所述互補(bǔ)附接特征部關(guān)于框架的對(duì)稱平面與第一附接特征部對(duì)稱相對(duì)，周邊壁限定被構(gòu)造成在其中以配對(duì)方式接收電池單元的開(kāi)口?？蚣芙M件還包括具有第一側(cè)和第二側(cè)的冷卻構(gòu)件，第一側(cè)被附接到第一框架的附接面并且覆蓋第一開(kāi)口，第二側(cè)被附接到第二框架的附接面并且覆蓋第二開(kāi)口。進(jìn)而，本發(fā)明還包括一種制造用于容納電池單元的框架構(gòu)件的方法。方法包括形成具有周邊壁的整體框架，周邊壁具有附接面和相反的冷卻面，和位于附接面上的附接特征部，和位于附接面上的互補(bǔ)附接特征部，所述互補(bǔ)附接特征部關(guān)于框架的對(duì)稱平面與附接特征部對(duì)稱相對(duì)，周邊壁限定被構(gòu)造成在其中以配對(duì)方式接收電池單元的開(kāi)口。進(jìn)而，本發(fā)明還包括一種制造用于容納電池單元的框架組件的方法。方法包括形成具有周邊壁的第一整體框架，周邊壁具有附接面和相反的冷卻面、位于附接面上的附接特征部和位于附接面上的互補(bǔ)附接特征部，所述互補(bǔ)附接特征部關(guān)于框架的對(duì)稱平面與第一附接特征部對(duì)稱相對(duì)，周邊壁限定被構(gòu)造成在其中以配對(duì)方式接收電池單元的開(kāi)口。該方法還包括形成具有周邊壁的第二整體框架，周邊壁具有附接面和相反的冷卻面、位于附接面上的附接特征部和位于附接面上的互補(bǔ)附接特征部，所述互補(bǔ)附接特征部關(guān)于框架的對(duì)稱平面與第一附接特征部對(duì)稱相對(duì)，周邊壁限定被構(gòu)造成在其中以配對(duì)方式接收電池單元的開(kāi)口。方法還包括形成具有第一側(cè)和第二側(cè)的冷卻構(gòu)件。方法還包括將冷卻構(gòu)件的第一側(cè)附接到第一框架的附接面，由此覆蓋第一開(kāi)口 ；以及將冷卻構(gòu)件的第二側(cè)附接到第二框架的附接面，由此覆蓋第二開(kāi)口。從優(yōu)選實(shí)施例的詳細(xì)說(shuō)明，對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言，本發(fā)明的這些和其它特征和優(yōu)勢(shì)將變得更加明顯。在下面描述附帶詳細(xì)說(shuō)明的附圖。


圖1是如本文公開(kāi)的框架構(gòu)件的示例性實(shí)施例的透視圖；圖2是沿圖1的截面2-2截取的橫截面視圖；圖3是沿圖1的截面3-3截取的橫截面視圖；圖4是沿圖1的截面4-4截取的橫截面視圖；圖5是沿圖1的截面5-5截取的橫截面視圖；圖6是沿圖1的截面6-6截取的橫截面視圖；圖7是沿圖1的截面7-7截取的橫截面視圖；圖8是圖1的區(qū)域8的放大透視圖；圖9是圖1的區(qū)域9的放大透視圖10是如本文公開(kāi)的冷卻構(gòu)件的第一示例性實(shí)施例的透視圖；圖11是如本文公開(kāi)的框架組件的示例性實(shí)施例的前視圖；圖12是圖11的框架組件的透視圖；圖13是具有在其可附接接合之前對(duì)準(zhǔn)的、它們相應(yīng)的附接特征部和互補(bǔ)附接特征部的、具有圖1所示類(lèi)型的一對(duì)框架構(gòu)件的頂視圖；圖14是如本文公開(kāi)的電池單元的示例性實(shí)施例；圖15是如本文公開(kāi)的框架/電池單元組件和電池模塊的示例性實(shí)施例的分解透視圖；圖16是如本文公開(kāi)的框架/電池單元組件和電池模塊的第二示例性實(shí)施例的透視圖；圖17是沿圖16的截面17-17截取的橫截面透視圖；圖18是圖17的區(qū)域18的放大橫截面透視圖；圖19是如本文公開(kāi)的冷卻構(gòu)件的第二示例性實(shí)施例的透視圖；圖20是如本文公開(kāi)的框架組件的第二示例性實(shí)施例的透視圖；圖21是如本文公開(kāi)的冷卻構(gòu)件的第三示例性實(shí)施例的透視圖；圖22是如本文公開(kāi)的框架組件的第三示例性實(shí)施例的透視圖；并且圖23是沿圖19的截面23-23截取的截面視圖。
具體實(shí)施例方式參考圖1-18，并且更加具體地參考圖1，公開(kāi)一種用于容納電池單元100(見(jiàn)圖 14-18)的框架構(gòu)件10?？蚣軜?gòu)件10包括整體框架12、附接特征部14和互補(bǔ)附接特征部 16。整體框架12包括圍繞框架的周邊壁18。周邊壁18包括附接面20和相反的冷卻面22。 相反的冷卻面22和附接面20限定周邊壁18的相反側(cè)。周邊壁18還包括開(kāi)口，所述開(kāi)口通過(guò)具有適于接收電池的尺寸和形狀而被構(gòu)造成在其中接收電池單元100。至少一個(gè)開(kāi)口 M和電池單元100被構(gòu)造成配對(duì)接合。例如這可以包括圍繞全部開(kāi)口對(duì)或者開(kāi)口 M的某些部分設(shè)置邊緣26。它還可以包括圍繞電池單元100的周邊設(shè)置電池凸緣102，或者多個(gè)凸緣102，或者設(shè)置升高的中央部分104，或者設(shè)置多個(gè)升高的中央部分104，或其組合。整體框架12還可以包括對(duì)準(zhǔn)特征部觀，或者多個(gè)對(duì)準(zhǔn)特征部觀，諸如以升高突片 31的形式的突起30。與對(duì)準(zhǔn)特征部觀一起地，整體框架12還可以包括互補(bǔ)對(duì)準(zhǔn)特征部 32，或者對(duì)應(yīng)于多個(gè)對(duì)準(zhǔn)特征部觀的多個(gè)互補(bǔ)對(duì)準(zhǔn)特征部32，諸如以凹進(jìn)狹槽35的形式的凹部34。突起30延伸到附接面20的相鄰部分之上。類(lèi)似地，凹部34相對(duì)于附接面20 的相鄰部分凹進(jìn)。對(duì)準(zhǔn)特征部觀(諸如以升高突片31的形式的突起30)被構(gòu)造成與互補(bǔ)對(duì)準(zhǔn)特征部32 (諸如以凹進(jìn)狹槽35的形式的凹部34)配合，來(lái)提供相鄰框架構(gòu)件10和它們的組裝一起的對(duì)準(zhǔn)，如在這里描述。附接特征部14和互補(bǔ)附接特征部16以及對(duì)準(zhǔn)特征部觀和互補(bǔ)對(duì)準(zhǔn)特征部32均位于附接面20上并且關(guān)于對(duì)稱平面36被對(duì)稱地設(shè)置，使得相應(yīng)的特征部和互補(bǔ)特征部在平面36的相對(duì)側(cè)上對(duì)稱地彼此相對(duì)。該布置是特別有利的， 因?yàn)橥ㄟ^(guò)對(duì)相應(yīng)的特征部和互補(bǔ)特征部適當(dāng)?shù)倪x擇和對(duì)稱的布置，多個(gè)相同的框架構(gòu)件10 可以如在這里進(jìn)一步描述地被相互對(duì)準(zhǔn)并且被相互附接。單一框架構(gòu)件10的使用是有利的，因?yàn)樗?jiǎn)化了對(duì)框架構(gòu)件10的設(shè)計(jì)、制造和使用，包括減少為了組裝框架組件、框架/電池單元組件和以在這里描述的方式利用框架構(gòu)件10的電池模塊所要求的不同的零件的數(shù)目。在示例性實(shí)施例中，整體框架12還可以包括沿著周邊壁18位于附接面20中的電極通道38。電極通道從開(kāi)口 M向外穿過(guò)附接面20延伸到整體框架12的周邊。構(gòu)造電極通道38的尺寸和形狀(例如，寬度和長(zhǎng)度)，包括深度，使其足以接收電池單元100的電極 106(見(jiàn)圖14-18)。因?yàn)殡姵貑卧?00的典型構(gòu)造包括具有相反的極性的兩個(gè)電極106，例如106+和106-，所以如在圖14-18中所示的示例性實(shí)施例可以包括兩個(gè)電極通道38。可替代地，為了在單一通道中接收兩個(gè)電極106，可以構(gòu)造單一電極通道，特別地關(guān)于它的寬度。 此外，因?yàn)榭蚣軜?gòu)件10可以被構(gòu)造成接收多個(gè)電池單元100，包括具有沿著不同方向向外延伸的電極106的多個(gè)電池單元100，所以附接面20可以包括相應(yīng)的多個(gè)電極通道38，包括任何期望數(shù)目的電極通道38。在示例性實(shí)施例中，無(wú)論整體框架12包括單一延伸電極通道38還是多個(gè)電極通道38，類(lèi)似于以上描述的對(duì)附接特征部和對(duì)準(zhǔn)特征部的互補(bǔ)關(guān)系，至少兩個(gè)通道可以關(guān)于對(duì)稱平面36彼此相對(duì)被對(duì)稱地設(shè)置，使得當(dāng)兩個(gè)相鄰框架構(gòu)件10被相互附接時(shí)，一個(gè)框架構(gòu)件10的通道38與其它框架構(gòu)件10的互補(bǔ)通道38對(duì)準(zhǔn)，由此使通道38的厚度加倍?？蚣軜?gòu)件10可以具有任何形式使得周邊壁18具有任何適當(dāng)?shù)拈]合形狀，包括規(guī)則或者不規(guī)則的多面體(polyhedron)、圓形、半圓形、弦形、橢圓形、半橢圓形或者其它彎曲的閉合形狀。在易于制造、裝填密度、多個(gè)框架構(gòu)件的封裝及其動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性方面，特別有用的形狀是規(guī)則多面體，尤其是矩形。如在圖1中圖示，周邊壁18包括第一側(cè)壁40和相對(duì)的第二側(cè)壁42，在第一側(cè)壁40的上端46和第二側(cè)壁42的上端48之間延伸的上壁44。周邊壁18還包括在第一側(cè)壁40的下端52和第二側(cè)壁42的下端M之間延伸的下壁50。如所指出地，周邊壁18和相應(yīng)的第一側(cè)壁40、第二側(cè)壁42、上壁44和下壁50是整體的，即，被一起形成。整體的周邊壁18可以由任何適當(dāng)?shù)某尚畏椒ㄐ纬桑ǜ鞣N類(lèi)型的成型?？梢允褂霉こ趟芰?，包括熱固性聚合物或者熱塑性聚合物，或其組合，包括各種共聚物、填充聚合物等。適當(dāng)?shù)某尚头椒ㄊ亲⑸涑尚?。適當(dāng)?shù)墓こ趟芰系膶?shí)例是丙烯腈丁二烯苯乙烯(ABS)。參考圖1-9，根據(jù)框架構(gòu)件10的形狀，可以使用附接特征部14和互補(bǔ)附接特征部 16的各種布置。如在圖1中所示，附接特征部14圍繞開(kāi)口 M的周邊延伸并且沿著上壁44 的第一部分56并且遠(yuǎn)離平面36延伸到第一側(cè)壁42，并且此后沿著第一側(cè)壁42向下延伸到下壁50的第一部分58，并且此后沿著下壁50的第一部分58朝向平面36延伸。類(lèi)似地， 互補(bǔ)附接特征部16沿著上壁44的相對(duì)(參考附接特征部14)的第二部分60遠(yuǎn)離平面36 延伸，并且此后沿著第二側(cè)壁42向下延伸到下壁50的第二部分62，并且此后沿著下壁50 的第二部分62朝向平面36延伸。理想的是附接特征部14的部分(例如，第一部分56)沿著周邊壁18大體上與附接特征部14的另一部分(例如，第二部分58)相對(duì)地并且橫跨開(kāi)口 M大體上彼此相對(duì)地定位。從圖1-9、13和15-18將會(huì)理解，該布置沿著相鄰框架構(gòu)件 10的壁18的周邊設(shè)置至少兩個(gè)相對(duì)的閉合點(diǎn)。來(lái)確?？蚣軜?gòu)件10相互間的可靠附接，和在它們之間電池單元100或者多個(gè)電池單元100的捕獲。如在這些圖中所圖示的另一個(gè)理想的結(jié)構(gòu)是設(shè)置圍繞開(kāi)口 M的周邊的第一部分(諸如大約一半)延伸的附接特征部14，和圍繞開(kāi)口 M的周邊的第二部分(諸如大約另一半)延伸的互補(bǔ)附接特征部16。除了與電極通道38、對(duì)準(zhǔn)特征部28和互補(bǔ)對(duì)準(zhǔn)特征部32相關(guān)聯(lián)的那些部分，這種布置沿著大體上開(kāi)口 M的全部周邊在相鄰框架構(gòu)件10之間提供閉合。附接特征部14和互補(bǔ)附接特征部16 可以具有提供相鄰框架構(gòu)件10的可附接接合及其可靠附接的、任何適當(dāng)?shù)臉?gòu)造。這包括所有方式的凸/凹附接特征部，其中突出部分可以被與配對(duì)的或者互補(bǔ)的凹形部分可附接地接合。如在圖1-9、12、13和15-18中并且特別地在圖1_9中所圖示，附接特征部14可以具有向外(參考開(kāi)口 24)凸出的L形臂15并且互補(bǔ)附接特征部16可以包括向內(nèi)(參考開(kāi)口 24)凸出的L形臂17，其中(見(jiàn)圖13)相應(yīng)的L形臂15、17被構(gòu)造成當(dāng)相鄰框架構(gòu)件10被定位成彼此鄰近地置放附接特征部14和互補(bǔ)附接特征部16(見(jiàn)圖1 并且沿著由第一方向箭頭56和第二方向箭頭58示出的方向?qū)⑺鼈償D壓到一起時(shí)，在重疊和鎖定布置中相互接合。特征14、16的相應(yīng)的和互補(bǔ)的L形臂15、17被構(gòu)造成根據(jù)情形向外和向內(nèi)彎曲，并且騎過(guò)彼此使得向外和向內(nèi)延伸的臂相互重疊并且提供它們與之相關(guān)聯(lián)的框架構(gòu)件10的鎖定接合。為了在電池模塊400的結(jié)構(gòu)中使用框架構(gòu)件10，有必要還在模塊中包括提供冷卻的元件。參考圖10-18，可以通過(guò)結(jié)合冷卻構(gòu)件70為電池模塊400提供冷卻。特別地參考圖10，冷卻構(gòu)件10可以包括導(dǎo)熱波紋板72。波紋板72具有橫跨其寬度(w)延伸的多個(gè)通道74。冷卻通道74與電池模塊400的其它元件，包括電池單元100和框架構(gòu)件10配合以提供相應(yīng)的多個(gè)冷卻導(dǎo)管和相關(guān)聯(lián)的流動(dòng)路徑用于諸如空氣的冷卻流體循環(huán)，所述冷卻流體穿過(guò)電池模塊400用于將其冷卻。冷卻構(gòu)件70可以由任何適當(dāng)?shù)膫鲗?dǎo)材料形成，包括各種金屬和金屬合金，諸如鋁，以及其它導(dǎo)熱材料，諸如各種導(dǎo)熱聚合物或者金屬聚合物復(fù)合材料。冷卻構(gòu)件70可以由任何適當(dāng)?shù)姆椒ㄐ纬?。?dāng)冷卻構(gòu)件70包括金屬或者金屬合金時(shí)，可以使用金屬?zèng)_壓來(lái)形成冷卻構(gòu)件70，包括冷卻通道74。冷卻構(gòu)件70將具有足以包圍開(kāi)口 M的至少一個(gè)部分的尺寸和形狀。在一個(gè)實(shí)施例中，如在圖11、12、15和16-18中所示，冷卻構(gòu)件70具有足以完全地包圍開(kāi)口 M的尺寸和形狀。如在圖16-18中所示，冷卻構(gòu)件70被構(gòu)造成被附接到框架12的冷卻面22。冷卻構(gòu)件70可以通過(guò)在其之間形成接頭附接到冷卻面22。可以采用任何適當(dāng)?shù)慕宇^，包括焊接接頭、粘結(jié)接頭等。可以通過(guò)超聲波焊接、熱超聲焊接、熱壓板焊接、激光焊接或者粘接或其組合形成這些接頭。使用將框架構(gòu)件10和冷卻構(gòu)件70附接的離散緊固件也是可能的并且在這里考慮的接頭的范圍內(nèi)。通過(guò)在它們之間形成接頭并且在冷卻構(gòu)件70的任一端部處形成附接凸緣78，冷卻構(gòu)件70可以在上壁44和下壁50處被結(jié)合到冷卻面22。冷卻構(gòu)件70和框架構(gòu)件10還可以通過(guò)在冷卻通道74和冷卻面22的接觸點(diǎn)處形成接頭沿著第一側(cè)壁40和第二側(cè)壁42結(jié)合。在第一框架構(gòu)件10附接到冷卻構(gòu)件70的第一表面73之后，第二框架構(gòu)件10可以被結(jié)合到冷卻構(gòu)件70的相對(duì)的第二表面75。所采用的接頭和結(jié)合方法可以與為了結(jié)合第一框架構(gòu)件10和冷卻構(gòu)件70而采用的那些相同，或者可以采用不同的接頭和結(jié)合方法。 以所述方式結(jié)合的第一框架構(gòu)件10、冷卻構(gòu)件70和第二框架構(gòu)件10提供框架組件200。 第一框架構(gòu)件10和第二框架構(gòu)件10使得兩個(gè)構(gòu)件具有被附接到冷卻構(gòu)件70的同一端部的相應(yīng)的上壁44的定向是特別理想的，因?yàn)樗峁┝似渲兴械碾姌O通道38均位于框架組件200的上端202處的布置。然而，由于框架構(gòu)件10的對(duì)稱性質(zhì)，一種可替代的布置也是可能的(未示出)，其中第一框架構(gòu)件10用其被附接到冷卻構(gòu)件70的一端的上壁44附接，并且第二框架構(gòu)件10具有被附接到冷卻構(gòu)件70的相對(duì)的端部的上壁，使得相應(yīng)的框架構(gòu)件10的電極通道38具有位于冷卻構(gòu)件38的相對(duì)端部的電極通道38。參考圖15-18，可以使用第一框架組件200和第二框架組件200與至少一個(gè)電池單元100 —起來(lái)提供框架/電池單元組件300并且一起限定如在圖15-18中圖示的電池模塊 400的基本元件。特別有用的布置包括具有在其之間置放的兩個(gè)電池單元的第一框架組件 10、第二框架組件10，其中具有相同極性的電極朝向框架組件200的相對(duì)側(cè)定向。置放電池單元，使得置放它們的周邊凸緣102鄰近邊緣26。第一框架組件200和第二框架組件200 然后可以被一起擠壓使得它們相應(yīng)的附接特征部14和互補(bǔ)附接特征部16以在這里描述的方式相互接合，來(lái)將第一框架組件200和第二框架組件200固定到一起，由此在它們之間捕獲該對(duì)電池單元100。在示例性實(shí)施例中，框架構(gòu)件10和邊緣沈和電池單元100以及它們相應(yīng)的周邊凸緣102彼此擠壓接合，使得邊緣沈?qū)χ苓呁咕?02提供壓縮力來(lái)將電池單元100緊固并且捕獲在框架構(gòu)件10內(nèi)。此外，電池單元100的升高部分104位于框架構(gòu)件10的開(kāi)口 M內(nèi)。升高部分104的表面108與冷卻構(gòu)件70的相應(yīng)的表面并且尤其是與冷卻通道74的基礎(chǔ)部分?jǐn)D壓接合，使得電池表面108被熱耦接到冷卻構(gòu)件70，所述冷卻構(gòu)件70鄰近以促進(jìn)電池單元100在電池模塊400的操作期間的冷卻。利用電池單元100和冷卻構(gòu)件70的熱耦接，諸如空氣的冷卻流體可以穿過(guò)冷卻通道74來(lái)提供增強(qiáng)的熱傳遞和電池模塊400的冷卻。使用框架組件200來(lái)形成框架/電池單元組件300提供電池模塊400的模塊化結(jié)構(gòu)，使得任何數(shù)目的框架組件200和電池單元100均可以以在這里描述的方式結(jié)合以制成包括任何期望數(shù)目的多個(gè)框架/電池單元組件300的電池模塊400。這種高度模塊性允許任何數(shù)目的電池被組裝到電池模塊中以提供期望的功率(kW)和能量(kW/hr)輸出。特別有利的是該模塊性能夠在實(shí)質(zhì)上不改變與電池模塊400的制造相關(guān)聯(lián)的工藝裝置的情況下使電池模塊400的結(jié)構(gòu)具有任何期望的功率和能量輸出。僅僅要求改變最小的工藝裝置和部件，諸如提供用于各種模塊構(gòu)造的適當(dāng)?shù)南嗷ミB接，或者對(duì)于向各種尺寸和形狀的電池模塊提供冷卻流體而言有必要的相關(guān)結(jié)構(gòu)的改變。如從圖15-18可以理解地，在電池模塊400的端部402和404上，可以理想地結(jié)合模塊蓋體406。通過(guò)以在這里描述的方式將單一框架構(gòu)件10組裝到冷卻元件70可以形成模塊蓋體。模塊蓋體406的使用能夠以與在這里描述的關(guān)于一對(duì)框架組件200的使用來(lái)捕獲在這里描述的一對(duì)電池單元100相同的方式捕獲在框架組件200和蓋體406之間的一對(duì)電池單元。帶有相鄰框架組件200的蓋體406的使用提供與如在這里描述的關(guān)于該對(duì)框架組件200和電池單元100相同的冷卻功能性，但是它避免在電池模塊400的端部上浪費(fèi)框架構(gòu)件10，如果在電池模塊400的端部上使用框架組件200，則將是這種情形。參考圖19、 20和23，公開(kāi)冷卻構(gòu)件80的第二示例性實(shí)施例。冷卻構(gòu)件80包括以薄片(諸如金屬薄片) 形式的第一側(cè)81和相對(duì)側(cè)82。結(jié)合側(cè)面81和側(cè)面82來(lái)限定外殼83和在它們之間延伸的流動(dòng)通道84。流動(dòng)通道84從進(jìn)口端口 85延伸到出口端口 86。諸如通過(guò)金屬?zèng)_壓可以形成側(cè)面81、側(cè)面82或者它們兩者，來(lái)限定流動(dòng)通道84的形狀，以及進(jìn)口 85和出口 86。流動(dòng)通道84可以具有任何適當(dāng)?shù)男螤?，包括蛇形形狀。冷卻構(gòu)件80適合于冷卻流體沿著流動(dòng)通道84從進(jìn)口 85流動(dòng)到出口 86來(lái)以在這里描述的方式促進(jìn)電池單元100的冷卻。適當(dāng)?shù)睦鋮s流體可以包括各種液體，諸如水或者各種水溶液。冷卻構(gòu)件80可以以在這里描述的關(guān)于冷卻構(gòu)件70的方式被結(jié)合到框架構(gòu)件10以形成框架組件200’?？梢砸栽谶@里描述的方式和電池單元100 —起利用多個(gè)框架組件200’從而以在這里描述的關(guān)于框架/電池單元組件300和電池模塊400的方式形成框架/電池單元組件300’和電池模塊400’。參考圖21和22，公開(kāi)冷卻構(gòu)件90的第三示例性實(shí)施例。冷卻構(gòu)件90包括導(dǎo)熱薄片，諸如金屬、金屬合金或者導(dǎo)熱聚合物或其組合。冷卻構(gòu)件90還可以包括從冷卻構(gòu)件90 的一側(cè)或者多側(cè)94向外突出的一個(gè)或者多個(gè)導(dǎo)熱片92。導(dǎo)熱片92可以具有任何適當(dāng)?shù)某叽缁蛘咝螤?。特別適當(dāng)?shù)某叽绾托螤顚ㄍǔＴ诮Y(jié)合用于冷卻的導(dǎo)熱片的類(lèi)似的器件中用于促進(jìn)熱傳遞的鰭片設(shè)計(jì)。冷卻構(gòu)件90還可以包括沿著一側(cè)或者多側(cè)94的涂層96。涂層96可以包括各種聚合物涂層。冷卻構(gòu)件90可以以在這里描述的方式被結(jié)合到框架構(gòu)件 10以形成框架組件200”。對(duì)于促進(jìn)冷卻構(gòu)件90和框架構(gòu)件10的結(jié)合而言，沿著冷卻構(gòu)件 90的側(cè)面94使用涂層96可以是有用的。多個(gè)框架組件200”可以與電池單元100 —起結(jié)合以如在這里描述的關(guān)于框架/電池單元組件300和電池模塊400來(lái)形成框架/電池單元組件300”和電池模塊400”。雖然已經(jīng)參考示例性實(shí)施例描述了本發(fā)明，但是本領(lǐng)域技術(shù)人員將會(huì)理解，在不偏離本發(fā)明的范圍的情況下，可以作出各種改變并且其元件可以被等價(jià)物替代。另外，在不偏離其基本范圍的情況下，可以作出很多變型來(lái)使特定情況或者材料適合于本發(fā)明的教示。因此，期望本發(fā)明不限于為了實(shí)施本發(fā)明而公開(kāi)的具體實(shí)施例，而是本發(fā)明將包括落入所附權(quán)利要求的范圍內(nèi)的全部實(shí)施例。而且，術(shù)語(yǔ)第一、第二等的使用被用于將元件相互區(qū)別。此外，術(shù)語(yǔ)一個(gè)等的使用并不表示數(shù)量限制，而是表示存在至少一項(xiàng)所引用的條目。
權(quán)利要求
1.一種用于容納電池單元的框架構(gòu)件，包括具有周邊壁的整體框架，所述周邊壁具有附接面和相反的冷卻面；以及位于所述附接面上的附接特征部和位于所述附接面上的互補(bǔ)附接特征部，所述互補(bǔ)附接特征部關(guān)于所述框架的對(duì)稱平面與所述附接特征部對(duì)稱相對(duì)，所述周邊壁限定有開(kāi)口， 所述開(kāi)口被構(gòu)造成以配對(duì)方式在其中接收電池單元。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的框架構(gòu)件，其中，所述附接特征部包括位于所述附接面上的多個(gè)附接特征部，并且所述互補(bǔ)附接特征部包括位于所述附接面上的對(duì)應(yīng)的多個(gè)互補(bǔ)附接特征部，所述多個(gè)附接特征部中的每一個(gè)均具有關(guān)于所述對(duì)稱平面對(duì)稱相對(duì)的所述互補(bǔ)附接特征部中的相應(yīng)的一個(gè)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的框架構(gòu)件，其中，所述多個(gè)附接特征部中的至少兩個(gè)基本沿著所述周邊壁彼此相對(duì)，并且相應(yīng)的至少兩個(gè)關(guān)于所述對(duì)稱平面對(duì)稱相對(duì)的互補(bǔ)附接特征部也基本沿著所述周邊壁彼此相對(duì)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的框架構(gòu)件，進(jìn)一步包括配對(duì)凹部和來(lái)自所述附接表面的突起，所述突起和所述凹部關(guān)于所述對(duì)稱平面對(duì)稱相對(duì)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的框架構(gòu)件，其中，所述突起包括多個(gè)配對(duì)凹部和來(lái)自所述附接表面的多個(gè)突起，所述突起和凹部關(guān)于所述對(duì)稱平面對(duì)稱相對(duì)。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的框架構(gòu)件，進(jìn)一步包括配對(duì)凹部和來(lái)自所述附接表面上的多個(gè)突起，所述多個(gè)突起中的每一個(gè)均具有關(guān)于所述對(duì)稱平面對(duì)稱相對(duì)的所述多個(gè)凹部中的相應(yīng)一個(gè)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的框架構(gòu)件，其中，所述附接特征部和所述互補(bǔ)附接特征部中的一個(gè)包括向內(nèi)凸出的L形臂，并且所述附接特征部和所述互補(bǔ)附接特征部中的另一個(gè)包括向外凸出的L形臂。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的框架構(gòu)件，進(jìn)一步包括形成在所述周邊壁中的至少兩個(gè)電極通道。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的框架構(gòu)件，其中，兩個(gè)電極通道關(guān)于對(duì)稱軸線對(duì)稱相對(duì)。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的框架構(gòu)件，其中，所述框架包含工程塑料。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的框架構(gòu)件，其中，所述工程塑料包括熱固性聚合物或者熱塑性聚合物。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的框架構(gòu)件，其中，所述周邊壁具有如下形狀，所述形狀包括多面體、圓形、半圓形、橢圓形、半橢圓弦形或者其它非規(guī)則彎曲閉合形狀。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的框架構(gòu)件，其中，所述框架形狀是包括矩形的多面體。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的框架構(gòu)件，其中，所述周邊壁包括第一側(cè)壁和相對(duì)的第二側(cè)壁、在所述第一側(cè)壁和所述第二側(cè)壁的相應(yīng)的上端之間延伸的上壁、在所述第一側(cè)壁和所述第二側(cè)壁的相應(yīng)的下端之間延伸的下壁。
15.一種用于容納電池單元的框架組件，包括具有周邊壁的第一整體框架，所述周邊壁具有附接面和相反的冷卻面、位于所述附接面上的附接特征部和位于所述附接面上的互補(bǔ)附接特征部，所述互補(bǔ)附接特征部關(guān)于所述框架的對(duì)稱平面與所述第一附接特征部對(duì)稱相對(duì)，所述周邊壁限定有被構(gòu)造成以配對(duì)方式在其中接收電池單元的開(kāi)口 ；具有周邊壁的第二整體框架，所述周邊壁具有附接面和相反的冷卻面、位于所述附接面上的附接特征部和位于所述附接面上的互補(bǔ)附接特征部，所述互補(bǔ)附接特征部關(guān)于所述框架的對(duì)稱平面與所述第一附接特征部對(duì)稱相對(duì)，所述周邊壁限定有被構(gòu)造成以配對(duì)方式在其中接收電池單元的開(kāi)口 ；以及具有第一側(cè)和第二側(cè)的冷卻構(gòu)件，所述第一側(cè)被附接到所述第一框架的所述附接面并且覆蓋所述第一開(kāi)口，所述第二側(cè)被附接到所述第二框架的所述附接面并且覆蓋所述第二開(kāi)口。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的框架組件，其中，所述冷卻構(gòu)件具有在所述第一框架和所述第二框架之間延伸的、被構(gòu)造成接收冷卻流體的進(jìn)口以及在所述第一框架和所述第二框架之間延伸、被構(gòu)造成排出冷卻流體的出口。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的框架組件，其中，所述冷卻構(gòu)件包括金屬或者工程塑料的波紋板，并且所述冷卻流體是液體或者氣體。
18.根據(jù)權(quán)利要求16所述的框架組件，其中，所述冷卻構(gòu)件包括金屬或者工程塑料的薄壁殼體，所述薄壁殼體具有被以流體方式聯(lián)接到所述進(jìn)口和出口的流道。
19.根據(jù)權(quán)利要求15所述的框架組件，其中，所述冷卻構(gòu)件包括導(dǎo)熱板，所述導(dǎo)熱板具有從所述第一框架的所述周邊壁和所述第二框架的所述周邊壁向外延伸的至少一個(gè)導(dǎo)熱片。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的框架組件，其中，所述導(dǎo)熱板包含金屬或者導(dǎo)熱聚合物或其組合。
21.根據(jù)權(quán)利要求15所述的框架組件，還包括設(shè)置在所述第一框架的所述開(kāi)口中的第一電池單元；和設(shè)置在所述第二框架的所述開(kāi)口中的第二電池單元。
22.根據(jù)權(quán)利要求21所述的框架組件，所述框架組件構(gòu)成第一框架/電池單元組件，還包括與所述第一框架/電池單元組件相同的第二框架/電池單元組件，其中所述第一框架組件的所述第二框架被附接到所述第二框架/電池單元組件的所述第一框架/電池單元， 所述第一框架/電池單元組件的所述第二框架的所述附接特征部可附接地接合所述第二框架/電池單元組件的所述第一框架的所述互補(bǔ)附接特征部，并且所述第一框架組件的所述第二框架的所述互補(bǔ)附接特征部可附接地接合所述第二框架/電池單元組件的所述第一框架的所述附接特征部，其中所述第一框架/電池單元組件的所述第二電池單元和所述第二框架/電池單元組件的所述第一電池單元被如此捕獲并且構(gòu)成電池模塊。
23.根據(jù)權(quán)利要求22所述的框架組件，還包括與所述第一框架/電池單元組件相同的另外的多個(gè)框架/電池單元組件，其中相應(yīng)的所述框架/電池單元組件中的每一個(gè)均具有被附接到所述相應(yīng)一個(gè)框架/電池單元組件的所述第一框架的、在前的相應(yīng)的一個(gè)框架/ 電池單元組件，所述在前的相應(yīng)的一個(gè)組件的所述第二框架的所述附接特征部可附接地接合所述相應(yīng)的一個(gè)組件的所述第一框架的所述互補(bǔ)附接特征部，并且所述在前的相應(yīng)的一個(gè)組件的所述第二框架的所述互補(bǔ)附接特征部可附接地接合所述相應(yīng)的一個(gè)組件的所述第一框架的所述附接特征部，所述多個(gè)框架/電池單元組件和在其間捕獲的電池單元限定所述電池模塊。
24.根據(jù)權(quán)利要求23所述的電池模塊，其中，所述第一框架/電池單元組件的所述第一電池單元和所述多個(gè)框架/電池單元組件中的最后的相應(yīng)一個(gè)框架/電池單元組件的所述第二電池單元被省去。
25.一種制造用于容納電池單元的框架構(gòu)件的方法，包括形成具有周邊壁的整體框架，所述周邊壁具有附接面和相反的冷卻面、以及位于所述附接面上的附接特征部和位于所述附接面上的互補(bǔ)附接特征部，所述互補(bǔ)附接特征部關(guān)于所述框架的對(duì)稱平面與所述附接特征部對(duì)稱相對(duì)，所述周邊壁限定有被構(gòu)造成以配對(duì)方式在其中接收電池單元的開(kāi)口。
26.根據(jù)權(quán)利要求25所述的方法，其中，所述形成包括注射成型工程塑料來(lái)形成所述整體框架。
27.一種制造用于容納電池單元的框架組件的方法，包括形成具有周邊壁的第一整體框架，所述周邊壁具有附接面和相反的冷卻面、位于所述附接面上的附接特征部和位于所述附接面上的互補(bǔ)附接特征部，所述互補(bǔ)附接特征部關(guān)于所述框架的對(duì)稱平面與所述第一附接特征部對(duì)稱相對(duì)，所述周邊壁限定有被構(gòu)造成以配對(duì)方式在其中接收電池單元的開(kāi)口；形成具有周邊壁的第二整體框架，所述周邊壁具有附接面和相反的冷卻面、位于所述附接面上的附接特征部和位于所述附接面上的互補(bǔ)附接特征部，所述互補(bǔ)附接特征部關(guān)于所述框架的對(duì)稱平面與所述第一附接特征部對(duì)稱相對(duì)，所述周邊壁限定有被構(gòu)造成以配對(duì)方式在其中接收電池單元的開(kāi)口 ；和形成具有第一側(cè)和第二側(cè)的冷卻構(gòu)件；將所述冷卻構(gòu)件的所述第一側(cè)附接到所述第一框架的所述附接面，由此覆蓋所述第一開(kāi)口 ；并且將所述冷卻構(gòu)件的所述第二側(cè)附接到所述第二框架的所述附接面，由此覆蓋所述第二開(kāi)口。
28.根據(jù)權(quán)利要求27所述的方法，其中附接所述冷卻構(gòu)件的所述第一側(cè)和附接所述冷卻構(gòu)件的所述第二側(cè)中的一個(gè)包括超聲波焊接、熱超聲焊接、熱壓板焊接或者粘接、或它們的組合。
29.根據(jù)權(quán)利要求27所述的方法，還包括制造多個(gè)框架組件；在所述多個(gè)框架組件中的第一個(gè)和第二個(gè)之間插入至少一個(gè)電池單元，所述至少一個(gè)電池單元位于所述框架開(kāi)口中的至少一個(gè)內(nèi)；以及將所述框架組件中的相應(yīng)的第一個(gè)的所述第二框架的所述附接特征部可附接地接合到所述框架組件中的相應(yīng)的第二個(gè)的所述第一框架的所述互補(bǔ)附接特征部，并且將所述框架組件中的相應(yīng)的第一個(gè)的所述第二框架的所述互補(bǔ)附接特征部可附接地接合到所述框架組件中的相應(yīng)的第二個(gè)的所述第一框架的所述附接特征部，其中在所述框架組件中的所述相應(yīng)的第一個(gè)和相應(yīng)的第二個(gè)之間捕獲所述至少一個(gè)電池單元，并且所述電池單元被熱耦接到其所述冷卻構(gòu)件中的至少一個(gè)，所述框架組件中的所述第一和第二個(gè)和所述至少一個(gè)電池單元構(gòu)成電池模塊。
全文摘要
公開(kāi)一種用于將電池單元容納其中的框架構(gòu)件、框架組件和由框架構(gòu)件制成的框架/電池單元組件及其制造方法。一種用于將電池單元容納其中的框架構(gòu)件包括具有周邊壁的整體框架，周邊壁具有附接面和相反的冷卻面，和設(shè)置在附接面上的附接特征部，和設(shè)置在附接面上的互補(bǔ)附接特征部，所述互補(bǔ)附接特征部基于框架的對(duì)稱平面對(duì)稱地面朝附接特征部，其中周邊壁形成開(kāi)口，所述開(kāi)口具有用于將電池單元以配對(duì)方式容納在周邊比內(nèi)側(cè)的結(jié)構(gòu)。一對(duì)框架構(gòu)建具有在其間放置并且被附接到每一個(gè)構(gòu)成框架組件的附接面的冷卻構(gòu)件?？蚣?電池單元組件包括具有在其間放置的至少一個(gè)電池單元的一對(duì)框架組件。
文檔編號(hào)H01M2/04GK102388480SQ201080016167
公開(kāi)日2012年3月21日 申請(qǐng)日期2010年4月15日 優(yōu)先權(quán)日2009年4月20日
發(fā)明者喬斯·佩恩, 夸克·湯姆, 威廉姆·克廷 申請(qǐng)人:株式會(huì)社Lg化學(xué)