[發(fā)明專利]可開關(guān)的電池模塊以及包括該電池模塊的電池和車輛

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201811601387.0
• 申請日: 2018-12-26
• 公開（公告）號: CN110021789A
• 公開（公告）日: 2019-07-16
• 發(fā)明（設(shè)計）人: P.庫爾西克;M.霍弗;H.哈默施米德;M.普雷舒赫
• 申請（專利權(quán)）人: 三星SDI株式會社
• 主分類號: H01M10/42
• 分類號: H01M10/42;H01M2/10;H01M2/20;H01M10/613;H01M10/625;H01M10/6554
• 代理公司: 北京市柳沈律師事務(wù)所 11105
• 代理人: 王新華

本公開提供了可開關(guān)的電池模塊以及包括該電池模塊的電池和車輛。該電池模塊包括：多個電池單元，被布置為單元堆疊，使相鄰的側(cè)壁形成一行，其中每個電池單元包括殼體和蓋組件，殼體包括上述側(cè)壁當中的兩個側(cè)壁，蓋組件覆蓋殼體并包括正端子和負端子；和固態(tài)開關(guān)，布置為電池單元的單元堆疊中的元件并用于將電池模塊與外部電網(wǎng)可開關(guān)地連接，該固態(tài)開關(guān)包括開關(guān)電路板、后蓋和前蓋，該開關(guān)電路板包括用于提供執(zhí)行開關(guān)的功率級的功率MOSFET，后蓋和前蓋形成固態(tài)開關(guān)的外殼并包括尺寸和形狀與每個電池單元的殼體的側(cè)壁相同的側(cè)壁。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明的各方面涉及一種可開關(guān)的電池模塊以及包括所述可開關(guān)的電池模塊的電池。

背景技術(shù)

可再充電電池或二次電池與一次電池的區(qū)別在于：它能夠反復(fù)地充電和放電，而一次電池通常提供化學(xué)能到電能的不可逆轉(zhuǎn)變。低容量可再充電電池可以用作小型電子裝置(諸如手機、筆記本計算機和攝像機)的電源，而高容量可再充電電池可以用作混合動力車輛等的電源。

通常，可再充電電池包括：電極組件，包括正電極、負電極以及插設(shè)在正電極和負電極之間的分隔物；殼體，接收電極組件；以及電極端子，電連接到電極組件。電解質(zhì)溶液被注入到殼體中以便通過正電極、負電極和電解質(zhì)溶液的電化學(xué)反應(yīng)使電池能夠充電和放電。殼體的形狀取決于電池的預(yù)期用途，可以為圓柱形或矩形。

可再充電電池可以用作由串聯(lián)和/或并聯(lián)聯(lián)接的多個單位電池單元形成的電池模塊從而提供高能量密度，例如用于驅(qū)動混合動力車輛的電機。也就是，根據(jù)所希望的電量并為了實現(xiàn)例如用于電動車輛的高功率可再充電電池，電池模塊通過互連所述多個單位電池單元的電極端子而形成。

電池模塊可以用塊設(shè)計(block design)或模塊設(shè)計來構(gòu)造。在塊設(shè)計中，每個電池聯(lián)接到共同的集流器結(jié)構(gòu)和共同的電池管理系統(tǒng)，并且聯(lián)接到共同的集流器結(jié)構(gòu)和共同的電池管理系統(tǒng)的電池單元被容納。在模塊設(shè)計中，多個電池單元被連接以形成子模塊，并且?guī)讉€子模塊被連接以形成模塊。于是電池管理功能能夠至少部分地在模塊或子模塊級上實現(xiàn)，因此可以改善可互換性。一個或更多個電池模塊被機械地集成和電集成，配備有熱管理系統(tǒng)，并建立與一個或更多個電消費者的通訊以便形成電池系統(tǒng)。

為了將電池模塊與外部電網(wǎng)(例如電池系統(tǒng)電網(wǎng)/網(wǎng)絡(luò)或車輛電網(wǎng)/網(wǎng)絡(luò)，其可以從電池模塊接收電力或提供電力到電池模塊)連接/斷開，機電開關(guān)(例如繼電器)通常用于開關(guān)電路。然而，基于機電開關(guān)的開關(guān)電路會具有幾個缺點并會在電池系統(tǒng)的制造期間需要進行的額外的工藝。基于繼電器的機電開關(guān)在繼電器導(dǎo)通時總是消耗電流，這導(dǎo)致連續(xù)的功耗。繼電器的機械部件容易發(fā)生故障并僅具有有限的壽命，也就是，限制了繼電器的開關(guān)循環(huán)的次數(shù)。此外，機械開關(guān)時間由于慣性而受限。

已經(jīng)進行了許多嘗試以使用功率MOSFET(金屬氧化物半導(dǎo)體場效晶體管)用于電池模塊的電路板上的固態(tài)開關(guān)。然而，由于開關(guān)的高的操作電流和非標稱的導(dǎo)通電阻，功耗對于使用基于MOSFET的固態(tài)開關(guān)會是一問題。因此，對有效冷卻這種固態(tài)開關(guān)存在特殊需求，特別是在使用高電流的應(yīng)用中。冷卻電池中的固態(tài)開關(guān)的主要部件(即可開關(guān)的MOSFET)的通常方法是使用鋁熱沉，該鋁熱沉熱連接到MOSFET的表面(例如各個MOSFET封裝的表面)。于是包括功率MOSFET的開關(guān)電路板通常連接到熱沉。為了保證從MOSFET到熱沉的充分的熱傳遞，通常使用熱界面材料。這種方法的主要缺點是固態(tài)開關(guān)的冷卻獨立于用于冷卻電池模塊中的各個電池單元的熱管理系統(tǒng)。連接熱沉到固態(tài)開關(guān)導(dǎo)致電池模塊的制造中的額外成本(例如增加的成本和安裝空間)。