CN101322263B - 用于中或大型电池组的盒 - Google Patents

Abstract

本发明公布了一种用于中或大型电池组的电池盒，其中安装有一个或多个电池单元。该电池盒通常由板状结构构成以易于堆叠，且用于电池盒之间的电连接用的连接构件构成为耦合结构，其中在堆叠该电池盒期间，该连接构件被相互耦合。当多个电池盒一个堆叠一个以构成中或大型电池组时，实现了电池盒之间的机械耦合，且同时也实现了电池盒之间的电连接，由此容易地实现了电池盒的组装，且在电池盒的组装或使用期间，防止了短路的危险。而且，使用依据本发明的电池盒所制成的中型或大型电池组具有稳定的紧凑结构。因此，该中或大型电池组优选地用于作为电动车或混合电动车的电源。

Description

用于中或大型电池组的盒

技术领域

本发明涉及用于中或大型电池组的电池盒，更特定地涉及其中安装有一个或多个电池单元的电池盒，以构成中或大型电池组，其中用于实现电池盒之间的电连接的构件是由耦合结构构成，由此电池盒的组装被容易地实现，电池盒之间的电连接在不使用汇流条的情形下实现，且防止了由于端子的暴露所造成的短路危险。

技术背景

由使用化石燃料(例如汽油与柴油)的车辆所造成的最大问题之一就是产生空气污染。使用二次电池(其以被充电与放电)作为车辆的电源的技术已受到相当明显的关注，以作为一种解决上述问题的方法。结果，已发展出仅使用电池来操作的电动车(EV)与联合使用电池与传统引擎的混合电动车(HEV)。一些电动车与混合电动车现在正商业地使用。镍氢(Ni-MH)二次电池已被主要地用作电动车(EV)与混合电动车(HEV)的电源。然而，近几年来，已试图使用锂离子二次电池。

对于此将使用作为电动车(EV)与混合电动车(HEV)的电源的二次电池，需要有高输出与大容量。因此，多个小型二次电池(电池单元)被相互串联或并联，以构成中或大型电池组。

同时，方形电池或囊袋状电池(其能够一个堆叠一个以减少无效区的尺寸)被使用作为电池单元，该电池单元为中或大型电池组的组件。为了容易地实现该电池单元之间的机械耦合与电连接，使用其中安装有一个或多个电池单元的电池盒。具体而言，多个在其中安装有该电池单元的电池盒被一个堆叠一个以构成电池组。

电池盒以有各种形状。此外，电池盒以下列结构来构成：电池单元被固定至框架构件，同时电池单元的大部分外表面是打开的。这样的电池盒的实例被公布于于韩国专利申请案第2004-111699号，该韩国申请案的申请人即本发明的申请人。图1说明了在上述申请案中公布的电池盒。

首先参考图1，电池盒100包括一对相互耦合的框架构件120与122。当框架构件120与122相互分开时，电池单元200与201被置于框架构件120与122的电池分区中130，而在框架构件120与122相互耦合后，电池单元200与201被牢固地固定在框架构件120与122的电池分区130中。电池单元200具有电极导线(未显示)，其通过位于电池盒100的上部的汇流条140而电气地连接至邻近的电池单元201的电极导线。如图1所示，电池单元200与201被相互串联。然而，根据情形，电池单元可以被相互并联。电池单元被电气连接至阴极端子150与阳极端子160，其分别由电池盒100的上端的相对侧突出。

图2是透视图，其显示通过采用交替定向结构将多个电池盒一个堆叠一个来构成的电池模块，其被用以制造中或大型电池组。

参考图2，多个电池盒101、102、103...被沿厚度方向一个堆叠一个，以构成电池模块300。为了容易地实现该电池盒端子之间的电连接，第二电池盒102被堆叠于第一电池盒101上，同时第二电池盒102被以与第一电池盒101的定向方向相反的方向而定向。具体而言，第一电池盒101与第二电池盒102被排列成：第二电池盒102的阴极端子152与阳极端子162与第一电池盒101的阴极端子151与阳极端子161相反。同样的，第二电池盒102与第三电池盒103被排列成：第三电池盒103的阴极端子153和阳极端子163与第二电池盒102的阴极端子152与阳极端子162相反。也就是说，第三电池盒103被沿与第一电池盒101相同的方向排列。

如图1所示，电池盒100的上端框架110与下端框架112的高度小于电池盒的侧边框架114的高度。结果，当电池盒101、102、103...被如图2所示地一个堆叠一个时，流通道170、171、172及173被形成在电池盒101、102、103...的上端与邻近电池盒的下瑞之间所定义的空间。结果，冷却剂流向箭头所指示的方向。

该结构(其中该电池盒被沿如图2所示的交替方向排列)的优点为：用于电连接的连接端子之间的距离被增加一个电池盒的厚度，且因此，与在其中连接端子(阴极端子及阳极端子)沿相同的定向的结构相比，以通过使用汇流条而容易地实现该连接端子之间的连接。

然而，该电池模块具有以下问题。

首先，必须要精确地一个接着一个来堆叠该电池盒，以构成该电池模块，且因此，组装过程困难且繁琐。由于各电池盒被大致构成为矩形结构，且当该电池盒被一个堆叠一个以构成该电池模块时，不包含用于该电池盒相互耦合的额外的区域或构件，需要随同堆叠操作执行精确的定位操作。当该电池盒没有在精确位置一个堆叠一个时，该连接端子之间的电连接以会很困难，或该连接端子之间的连接状态能会很差。

第二，实现电池盒的连接端子之间的电连接是困难的。为了实现电池盒的连接端子之间的电连接，需要执行焊接、钎焊或使用额外的连接构件例如汇流条的机械耦合。该连接构件的结构与该连接构件之间的小距离使电池盒的组装过程变复杂。

第三，电池盒的连接端子被暴露至外部，且因此在该电池盒的组装或使用期间，有很高的短路的危险。

因此，非常需要有用于解决上述问题的技术。

发明内容

技术问题

因此，本发明被提出以针对解决上述问题以及其它尚未解决的技术问题。

具体而言，本发明的目的是提供电池盒，其被构成为：当多个电池盒被一个堆叠一个以制成中或大型电池组时，实现了在该电池盒之间的机械耦合且亦同时实现了在该电池盒之间的电连接，由此大大地简化了电池盒的组装过程，且在该电池盒的组装或使用期间，有效地防止了短路的危险。

本发明的另一个目的是提供使用上述电池盒来构成的电池模块。

本发明的又一个目的是提供使用上述电池模块来制成的中或大型电池组。

技术方案

依照本发明的一个方面，以上与其它的目的能够通过提供下列用于中或大型电池组的电池盒而实现，该电池盒具有一个或多个安装于其中的电池单元，其中该电池盒通常由板形结构构成以易于堆叠，且用于电池盒之间的电连接用的连接构件是由耦合结构构成，其中在堆叠该电池盒期间，该连接构件被相互耦合。

依据本发明，用于电池盒之间的电连接的连接构件被相互耦合。结果，电池盒之间的机械耦合与电连接在堆叠电池盒时同时实现。由于电池盒之间的机械耦合被在堆叠电池盒时实现，在预定的位置容易地并精确地执行堆叠操作是能的。同样的，由于电池盒之间的电连接被在堆叠电池盒时实现，不需要使用汇流条来执行焊接或纤焊操作，因此，明显地简化了组装过程。

说明书中使用的术语“板形结构”指的是一种结构，其具有大的宽度与长度对厚度的比例，使得堆叠很容易地实施。结果，电池盒的形状不特别地限制。

电池盒可以具有各种不同的结构。在优选实施例中，该电池盒包括一对矩形框架构件，以用于在该矩形框架构件相互耦合时固定该电池单元的边缘；当该电池单元被沿横向方向布置时，一个或多个板形电池单元被安装在该框架构件之间；以及用于连接该电池单元的电极端子的汇流条被贴附至该电池盒的上端框架。该电池盒的基本结构相当近似于在韩国专利申请案第2004-111699号中公布的电池盒，该韩国专利申请案的申请人即为本发明的申请人。在这里依据授权范围并入上述韩国专利申请案的全部内容。

依据本发明的连接构件被构成下列结构：在堆叠电池盒期间，该连接构件被相互耦合。结果，该连接构件包括两种可相互耦合的连接构件。在优选实施例中，该连接构件包括插座型连接构件与插头型连接构件。该插座型连接构件作为母耦合部，而该插头型连接构件作为公耦合部。结果，当这些耦合构件分别安装于两电池盒的相对区域时，该耦合构件之间的耦合被在堆叠该电池盒时同时实现。举例来说，当二或多个电池盒一个堆叠一个同时插座型连接构件被安装在每一个电池盒的上端的一侧，且插头型连接构件被安装于每一个电池盒的下端的一侧时，安装在第一电池盒的下端的插头型连接构件(a)被插入至安装于第二电池盒的上端的插座型连接构件(b)内，且安装在第二电池盒的下端的插头型连接构件(b)被插入至安装在第三电池盒的上端的插座型连接构件(C)内。

在优选实施例中，该插座型连接构件被构成如下结构：连接至该对应的电池单元的电极端子的连接部从具有中空部的构件本体的一侧突出：且该插头型连接构件被构成如下列结构：连接至该对应的电池单元的电极端子的连接部从具有与该中空部耦合的突出部的构件本体的一侧突出。结果，分别安装在不同电池盒中的插座型连接构件与插头型连接构件被通过插入该插头型连接构件的突出部进入该插座型连接构件的中空部内而相互耦合。

同样的，该电池盒之间的电连接在该连接构件与电池单元的电极端子相互电连接时被实现。结果，该连接构件可以由比如金属的导电材料制成。替代地，至少该连接部、该中空部以及该突出部可以由导电材料制成，且该连接部、该中空部以及该突出部被相互电性连接。

该连接构件可以与该电池盒一体成型或可以与该电池盒组装。作为后者的一个实例，当该电池盒包括一对矩形框架构件(其如前述地相互耦合)时，该连接构件可以相互组装，使得该连接构件的构件本体被牢固地安装于该框架构件之间，且该突出部或该中空部系暴露至外部。

根据情形，该框架构件可以在其任一侧设置至少一个耦合突起，其中形成有通孔，使得杆状耦合构件(例如扣件)能够穿过该通孔插入，以增加该电池盒与其它电池盒之间的耦合力。

依照本发明另一方面，提供了包含多个电池盒的电池模块，该电池盒被一个堆叠一个。

在说明书中使用的术语“电池模块”包含地意指通过机械地耦合且同时电性连接二个或多个电池单元以提供高输出与大电容量而构成的电池系统的结构。具体而言，该电池模块可以构成装置的整体或大型装置的部分。举例来说，多个电池模块可以相互连接以构成电池组。

在优选实施例中，具有多个一个堆叠一个(使得电池盒之间的机械耦合与电连接通过上述连接构件的使用而实现)的电池盒的电池模块可以构成下列结构：具有对应于该电池盒的形状的覆盖板被安装至该经堆叠的电池盒中最高的一个的顶部，具有对应于该电池盒的形状的底板被安装至该经堆叠的电池盒中最低的一个的底部，且该覆盖板与该底板具有耦合槽或耦合突起以及与该耦合槽及该耦合突起电性地连接的外部输入与输出端子，该耦合槽或耦合突起能够与该连接构件的突出部或中空部耦合。

该电池单元可以是二次电池，其能够被充电与放电。该电池单元典型地可以为镍氢二次电池、锂离子二次电池或锂离子聚合物二次电池。这些电池中，优选的是使用锂离子二次电池，此是由于锂离子二次电池具有高能量密度与高放电电压。在电池单元的形状方面，优选的是使用方形电池或囊袋状电池。优选地使用囊袋状电池，这是由于囊袋状电池的制造成本较低，且囊袋状电池的重量较轻。

依照本发明另一个方面，提供了包括上述结构的一个或多个电池模块的中或大型电池组。该中或大型电池组还包括电池管理系统(BMS)，以用于控制电池模块与电池模块的运行。

依据本发明的中或大型电池组具有稳定的紧凑结构。因此，该中或大型电池组优选地使用作为用于电动车、混合电动车或电动自行车(连续地承受大量的外部撞击且用于电池组的安装空间受限)的电源。

附图说明

根据下面结合附图进行的详细描述将更加清楚地了解本发明的上述与其它目的、特征与其它优点，其中：

图1是说明传统电池盒的透视图：

图2是说明通过将多个电池盒一个堆叠一个来构成的电池模块的透视图，该电池盒的其中一个在图1中显示；

图3与图4是分别说明依据本发明的优选实施例的一对连接构件的透视图；

图5是说明将图3与图4的连接构件安装至电池盒的过程的典型视图；

图6是说明依据图5的过程组装的A型电池盒的透视图；

图7是类似于图5的典型视图，但其说明了在插头型连接构件上端朝下时将插头型连接构件安装至框架构件的过程：

图8是说明依据图7的过程组装的B型电池盒的透视图：

图9是说明将多个A型电池盒与多个B型电池盒一个堆叠一个以构成电池模块的过程的典型视图，该A型电池盒的其中一个显示在图6中，该B型电池盒的其中一个显示在图8中：

图10是说明当电池模块被如图9中所示地构成时的底板的典型视图；及

图11与图12是分别说明当电池模块被如图9中所示地构成时的覆盖板的上与下部的透视图。

具体实施方式

现在，本发明的优选实施例将参考附图详细说明。然而，应注意，本发明的范围不限于所说明的实施例。

图3与图4是分别说明依据本发明优选实施例的一对连接构件的透视图。

显示在图3中的连接构件是插座型连接构件400，其具有透过六面体构件本体410的中间而形成的中空部420与自构件本体410的一侧突出的连接部430。结果，当观察连接构件400的水平区段时，连接构件400构成对称结构。连接部430被与电池单元的电极端子(未显示)连接。同样的，连接部430被电性地与中空部420的内侧耦合部422连接。结果，连接部430与内侧耦合部422由导电材料制成，而构件本体410由绝缘材料(例如塑料树脂)制成。然而，根据情形，构件本体410由导电材料制成。

显示于图4的连接构件是插头型连接构件500’，其对应至图3的插座型连接构件400。插头型连接构件500具有形成在六面体构件本体510的顶部或底部处的突出部520和从构件本体510的一侧突出的连接部530。连接部530被连接于电池单元的电极端子(未显示)连接。同样的，连接部530电性地与突出部520连接。结果，连接部530与突出部520由导电材料制成，而构件本体510由绝缘材料(例如塑料树脂)制成。然而，根据情形，构件本体510可以由导电材料制成。

同时参考图3与图4，插头型连接构件500的突出部520被插入至插座型连接构件400的中空部420内，且然后被电性地连接至中空部420的内侧耦合部422。结果，同时地实现了插头型连接构件500与插座型连接构件400之间的机械耦合与电连接。当内侧耦合部422与突出部520系相互耦合时，内侧耦合部422与突出部520可以构成为各种不同的结构以增加耦合力。

图5是说明将图3与图4的连接构件安装至电池盒的程序的典型视图。为了方便说明，图5中的电池盒的框架构件被简单地以关闭的板结构来显示，并省略了电池单元。然而，也是可能以开放的结构来制造框架构件，以容易地实现通过如图1中所示的冷却剂的流动而移除从电池单元所产生的热。

参考图5，电池盒600包括一对相互耦合的框架构件610与620。该下框架构件610在其上部的相对侧提供安装部630与640，其中分别安装有插座型连接构件400与插头型连接构件500。上框架构件620被提供在对应至安装部630与640的位置，该上框架构件620具有开口650，透过该开口650暴露插座型连接构件400的中空部与插头型连接构件500的突出部520。

在组装框架构件610与620期间，插座型连接构件400与插头型连接构件500的连接部430与530被与安装于框架构件610与620之间的电池单元的电极端子(未显示)连接。为了稳定地维持连接部430及与530与电池单元的电极端子之间的连接状态，可额外地执行焊接操作。

在框架构件610与620的相对侧形成有多个耦合突起660，在每一个耦合突起660中形成有通孔，使得扣件(例如长螺丝钉)能够穿过该通孔而插入，以增加电池盒600与其它电池盒之间的耦合力。

图6是说明依据图5的过程组装的A型电池盒的透视图。具体而言，图6的电池盒600被构成为：插座型连接构件400被安装在电池盒600的左上端，且插头型连接构件500被以该突出部向上而安装在电池盒600的右上端。下文中，图6的电池盒600将称为“A”型电池盒。

图7是类似于图5的典型视图，但其说明了安装插头型连接构件至对应的框架构件的过程，但该插头型连接构件被上侧向下。具体而言，当插头型连接构件500被定位于下框架构件610的右上安装部640时，上框架构件620被与下框架构件610耦合，使得插头型连接构件500的突出部520朝下。

图8是说明依据图7的过程组装的B型电池盒601的透视图。下文中，图8的电池盒601将称为“B”型电池盒。具体而言，B型电池盒601被构成为：插座型连接构件400被安装于电池盒601的右上端且插头型连接构件500系安装于电池盒601的左上端。换句话说，B型电池盒601系与图6的A型电池盒600相同，除了连接构件400与500的位置被移动。由于插座型连接构件400被构成为当观察连接构件400的水平区段时垂直地对称的结构，通过简单地将插头型连接构件500上侧转向下并安装插头型连接构件500在该对应的如图7中所示的框架构件中而容易地制造该B型电池盒系可能的。

如参考图3至图8的以上说明，插座型连接构件400与插头型连接构件500被分开来制造，且然后被与框架构件610与620组装。然而，根据情形，插座型连接构件400与插头型连接构件500可以与上框架构件610或下框架构件620一体成型。

图9是说明将多个A型电池盒与多个B型电池盒一个堆叠一个以构成电池模块的过程的典型视图，该A型电池盒的其中一个被显示在图6中，该B型电池盒的其中一个被显示在图8中。

参考图9，电池模块700被构成为：其中多个电池盒600与601被一个接着一个堆叠于底板800上，且然后覆盖板900被安装在该堆叠的电池盒的顶部。底板800与覆盖板900的细节将参考图10到图12在下文中描述。

执行电池盒的堆叠程序，使得A型电池盒600和602及B型电池盒601和603被交替地布置。当底板800被在其上部设置有耦合槽910(在其中该耦合槽910被与插头型连接构件500的突出部520耦合(如图9所示))时，A型电池盒600被布置在底板800上，且B型电池盒601被布置在A型电池盒600上。当电池盒600、601、602、以及603被连续地一个堆叠一个时，插座型连接构件400与对应的插头型连接构件500被自动地相互耦合。结果，同时地实现了插座型连接构件400与对应的插头型连接构件500之间的机械耦合与电连接。结果，在不使用额外的汇流条的情形下，实现电池盒600、601、602以及603之间的电连接是可能的。而且，由于插座型连接构件400与对应的插头型连接构件500被安装在电池盒600、601、602以及603的预定区域中，电池盒600、601、602以及603的堆叠操作被在预定的位置精确地执行。此外，在堆叠电池盒后，连接构件400与500被与外部隔离，且因此，防止了短路的危险。

图10是说明在电池模块系如图9所示地构成时所使用的底板的典型视图。

参考图10，底板800被大致以矩形结构来构成。底板800在其上部的一侧设置有耦合槽810。在邻近耦合槽810的底板800的一个末端被形成有外部输入与输出端子820。耦合槽810被以类似对应于图4的插座型连接构件400中的中空部420的形状来构成。耦合槽810具有内侧耦合部812，其与外部输入与输出端子820电性地连接。当放置于底板800上的电池盒(未显示)是该B型电池盒时，需要有耦合突起来代替耦合槽810。

此外，底板800在其上部的相对侧设置有多个凹槽830，该凹槽830对应于显示在图6的耦合突起660的通孔。底板800优选地由具有高强度的绝缘构件制成。

图11与图12是分别说明当电池模块被如图9所示地构成时所使用的覆盖板的上与下部的透视图。

参考这些附图，覆盖板900被大致以具有与该电池盒相同尺寸的矩形结构来构成。覆盖板900在其下部的一侧被设置有耦合突起910。在邻近耦合突起910的覆盖板900的一端被形成有外部输入与输出端子920。耦合突起910被以类似对应于在图5中显示的插头型连接构件500的突出部520的形状来构成。耦合突起910被与外部输入与输出端子920电性连接。当接触覆盖板900的底部的电池盒(未显示)是该A型电池盒时，在图10中所显示的耦合槽810被形成以代替耦合突起910。

此外，覆盖板900在其相对侧设置有耦合突起930，该耦合突起930具有在其中穿过而形成的通孔。覆盖板900优选地由具有高强度的绝缘构件制成。

虽然本发明的优选实施例已经被公布用于说明的目的，本领域技术人员将明白，在不偏离如在权利要求中公布的本发明的精神与范围的情形下，各种修正、添加和替换是可能的。

工业应用性

根据如上所述可明显得知，依据本发明的电池盒的功效在于：当多个电池盒被一个堆叠一个以构成中或大型电池组时，实现了该电池盒之间的机械耦合并且同时也实现了该电池盒之间的电连接，由于容易地实现了该电池盒的组装，且在该电池盒的组装或使用期间，防止了短路的危险。而且，使用依据本发明的电池盒所制成的中或大型电池组具有稳定的紧凑结构。因此，该中或大型电池组优选地被使用作为用于电动车或混合电动车的电源。

Claims (10)

1.一种用于中或大型电池组的电池盒，其具有一个或多个安装于其中的电池单元，其中：

该电池盒通常由板状结构构成以易于堆叠，且包含一对相互耦合的矩形框架构件，并且还包含用于电池盒之间的电连接用的连接构件，该连接构件是由耦合结构构成，其中在堆叠该电池盒期间，该连接构件被相互耦合；

所述连接构件包括插座型连接构件和插头型连接构件，该插座型连接构件被构成下列结构：其中连接至对应的电池单元的电极端子的连接部从具有中空部的构件本体的一侧突出，且该插头型连接构件被构成下列结构：其中连接至对应的电池单元的电极端子的连接部从具有与该中空部耦合的突出部的构件本体的一侧突出；并且

该连接构件与该框架构件组装起来，使得连接构件的构件本体被牢固地安装于该框架构件之间，且该突出部或该中空部被暴露至外部。

2.如权利要求1所述的电池盒，其中当该矩形框架构件相互耦合时，用于固定电池单元的边缘，当该电池单元沿横向方向排列时，一个或多个板形电池单元被安装在该一对框架构件之间，以及用于连接该电池单元的电极端子的汇流条被贴附至所述电池盒的上端框架。

3.如权利要求1所述的电池盒，其中所述连接构件与该电池盒一体成型或与该电池盒组装在一起。

4.如权利要求2所述的电池盒，其中框架构件在其任一侧被配置有至少一个耦合突出，其中形成有通孔，使得杆状耦合构件能够穿过该通孔插入，以增加该电池盒与其它电池盒之间的耦合力。

5.如权利要求1所述的电池盒，其中电池单元为锂二次电池。

6.如权利要求1所述的电池盒，其中电池单元为囊袋状电池。

7.一种具有多个如权利要求1所述的电池盒的电池模块，其中所述电池盒一个堆叠一个，使得在所述电池盒之间的机械耦合与电连接通过使用耦合型连接构件而实现，其中：

具有对应于该电池盒的形状的覆盖板被安装至堆叠的电池盒中最高的一个的顶部；具有对应于该电池盒的形状的基板被安装至堆叠的电池盒中最低的一个的底部，且该覆盖板与该底板具有耦合槽或耦合突起、以及与该耦合槽和该耦合突起电气地连接的外部输入与输出端子，该耦合槽或耦合突起能够与该连接构件的突出部或中空部耦合。

8.如权利要求7所述的电池模块，其中每一个电池盒在其上端的一侧配置有插座型连接构件，并在其下端的一侧配置有插头型连接构件。

9.一种具有一个或多个如权利要求7或8所述的电池模块的中或大型电池组。

10.如权利要求9所述的电池组，其中该电池组被用作电动车或混合电动车的电源。

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