CN101517777B - 电池模块以及包含该电池模块的中型或大型电池组 - Google Patents

电池模块以及包含该电池模块的中型或大型电池组 Download PDF

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Abstract

在此公开了一种被构造为如下结构的电池模块，在该结构中，包括多个二次电池组电池(“电池组电池”)或者多个单元模块的电池堆被安装在六面体模块壳中，每个单元模块包括以高密度堆叠的多个电池组电池，其中所述模块壳在其至少一侧设置有滑动连接结构，并且所述电池模块具有安装至其上的可变把手。

Description

电池模块以及包含该电池模块的中型或大型电池组
技术领域
本发明涉及一种具有特殊结构的电池模块以及一种包含多个这种电池模块的电池组，更具体而言，本发明涉及一种被构造为如下结构的电池模块以及一种包含该电池模块的电池组，在该结构中，包括多个二次电池组电池(battery cell)(“电池组电池”)或者多个单元模块的电池堆被安装在六面体模块壳中，每个单元模块包括以高密度堆叠的多个电池组电池，其中所述模块壳在其至少一侧设置有滑动连接结构，并且所述电池模块具有安装至其上的可变把手(variablegrip)。
背景技术
近来，可被充电和放电的二次电池已广泛用做无线移动设备的能量来源。此外，二次电池作为电动车辆(EV)和混合电动车辆(HEV)的电源，已吸引了相当大的关注，电动车辆(EV)和混合电动车辆(HEV)已被开发用于解决诸如由现有的使用化石燃料的汽油和柴油车辆引起的空气污染等问题。
对于小型移动设备来说，每个设备使用一个或几个电池组电池。另一方面，诸如车辆等中型或大型设备使用具有多个相互电连接的电池组电池的中型或大型电池模块，因为高输出和大容量对于中型或大型设备是必要的。
优选的是，如果可能的话，中型或大型电池模块被制造得具有小的尺寸和重量。因此，可以高集成度地堆叠且具有小重量-容量比的棱柱形电池或袋形电池(pouch-shaped battery)通常用作中型或大型电池模块的电池组电池。尤其是，当前对使用铝层压板(laminatesheet)作为保护构件(sheathing member)的袋形电池产生了许多兴趣，因为袋形电池的重量轻，袋形电池的制造成本低，袋形电池的形状易于改变。
对于提供特定装置或设备所需的输出和容量的中型或大型电池模块来说，中型或大型电池模块需要被构造为这样的结构，在该结构中多个电池组电池相互串联或并联地电连接，并且这些电池组电池在抵抗外力方面是稳定的。
因此，当使用多个电池组电池构造中型或大型电池模块时，通常需要多个用于在电池组电池之间进行机械连接和电连接的构件，因此，装配机械连接和电连接构件的过程是非常复杂的。而且，需要一个空间用于连接、焊接或锡焊所述机械连接和电连接构件，结果增加了系统的总尺寸。从其中安装有中型或大型电池模块的装置或设备的空间限制的角度来看，系统尺寸的增加是不可取的。而且，中型或大型电池模块必须被构造为更加紧凑的结构，以便中型或大型电池模块被有效地安装在诸如车辆等有限内部空间中。
另外，当构成中型或大型电池模块的电池模块中的一些异常运行时，在拆卸和装配电池模块期间需要大量时间和许多步骤将异常运行的电池模块更换为新的电池模块。此外，可安装附加的构件以提高工作效率；但是，这些构件可能成为增加电池模块尺寸的因素。
因此，如上所述，非常需要一种更加紧凑、结构稳定且容易拆卸和装配的电池模块组件。
发明内容
因此，作出了本发明，以解决上述问题以及其他仍须解决的技术问题。
具体而言，本发明的目的在于，提供一种具有紧凑结构的电池模块和一种包括该电池模块的中型或大型电池组，以该紧凑结构，电池模块被稳定安装在诸如车辆等有限空间中，并且易于装配和拆卸，从而提高工作效率。
根据本发明的一方面，可通过提供一种被构造为如下结构的电池模块实现上述和其他目的，在该结构中，包括多个二次电池组电池(“电池组电池”)或者多个单元模块的电池堆被安装在六面体模块壳中，每个单元模块包括以高密度堆叠的多个电池组电池，其中所述模块壳在其至少一侧设置有滑动连接结构。
在根据本发明的电池模块中，所述滑动连接结构设置在所述模块壳的顶部和底部和/或右侧和左侧。因此，通过滑动连接结构而不使用附加的连接构件来实现电池模块之间的连接。此外，包括多个这种电池模块的中型或大型电池组通常被构造为紧凑和稳定的连接结构。
所述电池模块被构造为如下结构，在该结构中，所述电池组电池或单元模块相互串联或并联连接。例如，可通过堆叠两个或更多个平板状电池组电池来制造所述电池模块。优选的是，通过堆叠两个或更多个单元模块来制造所述电池模块。
每个单元模块可被构造为各种结构，其优选实施例将在下面描述。
所述单元模块被构造为如下结构，在该结构中，多个平板状电池组电池相互串联连接，每个平板状电池组电池具有形成在其上端和下端的电极端子。具体而言，所述单元模块包括两个或更多个被构造为如下结构的电池组电池，在该结构中所述电池组电池之间的连接部分被弯曲，使得所述电池组电池堆叠起来，并且高强度的电池盖连接至所述电池组电池，使得所述电池盖围绕所述电池组电池的外表面。
所述平板状电池组电池是二次电池，所述二次电池厚度小、宽度和长度较大，而足以在堆叠平板状电池组电池以构造电池模块时，使平板状电池组电池的总尺寸最小化。在一优选实施方案中，每个电池组电池是被构造为如下结构的二次电池，在该结构中，电极组件被安装在由包括树脂层和金属层的层压板所制成的电池壳内，并且电极端子从电池壳的上端和下端突出。具体而言，所述电池组电池可被构造为如下结构，在该结构中电极组件被安装在由铝层压板制成的袋形电池壳内。采用上述构造的二次电池可被称为袋形电池组电池。
在每个单元模块中的或者在各个单元模块之间的电池组电池相互串联和/或并联地连接。以诸如焊接、锡焊和机械连接之类的多种方式实现电极端子之间的连接。优选的是，通过焊接实现电极端子之间的连接。
电池组电池或单元模块被竖直安装在模块壳内以构造电池模块，所述电池组电池或单元模块被构造为如下结构，在该结构中，电极端子相互连接并且所述电池组电池或单元模块被以高集成度堆叠，所述模块壳包括通过装配连接结构连接至彼此的分离的上、下壳。
用于模块壳的材料没有特别限制。然而，优选的是，所述模块壳由金属材料制成，使得所述模块壳呈现出足以保护安装在所述模块壳内的电池组电池免受外部冲击的机械强度系数(specific mechanicalstrength)，以及呈现出便于容易地形成连接结构的高制造加工性。
根据本发明，所述滑动连接结构形成在模块壳处。具体而言，所述滑动连接结构包括沿模块壳的纵向方向形成在模块壳的顶部的滑动凹槽，以及沿模块壳的纵向方向形成在模块壳的底部的相应滑动突出物。因此，当在高度方向堆叠两个或更多个电池模块时，在上电池模块的模块壳的底部形成的滑动突出物接合在在下电池模块的模块壳的顶部形成的相应滑动凹槽中，结果无需使用附加的连接部件就实现了电池模块之间的机械连接。优选的是，所述滑动凹槽形成在模块壳的顶部的左侧和右侧，所述滑动突出物形成在模块壳的底部的左侧和右侧，以最大化电池模块之间的结合力。
此外，所述模块壳在其顶部和底部设置有多个限定冷却剂流动通道的通孔。冷却剂(空气)流过所述通孔以将在电池组电池的充电和放电过程中产生的热量从电池组电池移除。
根据本发明的电池模块可被构造为在竖直截面中具有大高度-宽度比的矩形平行六面体结构。因此，所述电池模块具有非常紧凑和稳定的结构，因此，当电池模块组件被安装在一预定区域内时，诸如被安装在车辆的内部空间内时，解决了与尺寸相关的问题。此外，平板状电池组电池或单元模块堆叠在电池模块内，同时平板状电池组电池或单元模块被竖直竖立至电池模块之间的堆叠表面，由此提高内部空间的可利用性。另外，流过所述通孔的方向与电池组电池的堆叠方向一致，因此，所述冷却剂的流动更加顺畅，从而提高了冷却效率。
在一优选实施方案中，可变把手被安装至电池模块的一侧。例如，所述可变把手可被构造为如下结构，在该结构中，所述可变把手的一端被铰接安装至模块壳的前部，使得如果需要的话，可通过枢轴旋转所述可变把手将所述可变把手与所述模块壳的前部分离。由于所述把手被铰接安装至电池模块，由于附接把手而导致的电池模块体积的增加被最小化。
具体而言，当使用把手时，通过枢轴旋转所述把手，将所述把手与模块壳的前部分离，从而不限制所述把手的使用。另一方面，当不使用把手时，通过沿与上述方向相反的方向枢轴旋转所述把手，使所述把手与所述模块壳的前部形成紧密接触。
优选的是，在与所述可变把手的、所述可变把手于其处铰接连接至模块壳的末端相对的另一末端，所述可变把手设置有小尺寸连接凹槽，并且所述模块壳在其前部设置有与所述可变把手的连接凹槽相应的连接突出物。在这种情况下，当所述可变把手与所述模块壳的前部形成紧密接触时，所述模块壳的连接突出物接合到所述可变把手的连接凹槽中，从而防止所述把手移动。替代性地，所述连接凹槽可形成在所述模块壳的前部，所述连接突出物可形成在所述可变把手的末端。根据情况，在与所述可变把手的、所述可变把手于其处铰接连接至模块壳的末端相对的另一末端，所述可变把手可设置有小尺寸连接孔，并且所述模块壳可在其前部设置有与所述可变把手的连接孔相应的连接凹槽。在这种情况下，当所述可变把手与所述模块壳的前部紧密接触时，通过将诸如螺栓等的连接构件穿过所述可变把手的连接孔插入到所述模块壳的连接凹槽中，实现所述可变把手和模块壳之间的连接。
更优选的是，所述可变把手被构造为平板状结构，在该平板状结构中所述可变把手在其一侧是凹陷的。采用所述平板状结构，可将由于附接所述把手而导致的电池模块体积的增加最小化。另外，所述把手被形成为使得所述把手在其一侧是凹陷的，提高了在电池模块的装配或拆卸过程中的工作效率。
根据本发明的另一方面，提供了一种具有高输出和大容量的中型或大型电池组，所述中型或大型电池组包括多个上述电池模块。优选的是，所述中型或大型电池组被构造为如下结构，在该结构中，所述电池模块被安装在其前部和后部是敞开的组壳内，同时所述电池模块在高度方向和横向方向上堆叠。
考虑到根据本发明的中型或大型电池组的安装效率和结构稳定性，根据本发明的中型或大型电池组可用作具有有限的安装空间并且暴露于频繁的振动和强烈冲击的电动车辆、混合电动车辆、不间断电源(UPS)、怠速降低设备(idle reduction device)和蓄能设备的电源。尤其是，根据本发明的中型或大型电池组优选用作电动车辆的充电和放电电源。
附图说明
根据下面结合附图的详细描述，可更加清楚地理解本发明的上述和其他目的、特征以及其他优点，在所述附图中：
图1和图2是分别示出根据本发明一优选实施方案的电池模块的前部和后部的立体图；
图3是一个示出在电池模块中的后部连接器和电池组电池之间的电连接结构的典型视图；
图4是一个示出根据本发明一优选实施方案的可变把手的局部放大图；
图5是一个示出图1的电池模块的主视图；
图6是一个示出通过堆叠多个电池模块而构造的电池模块堆的立体图，所述电池模块中的一个在图1中示出；以及
图7和图8是示出一中型或大型电池组的前部和后部的立体图，所述中型或大型电池组包括围绕图6中所示的电池模块堆的电池组壳。
<对附图中主要参考数字的说明>
100：电池模块      200：模块壳
300：可变把手      400：模块连接器
500：电池模块堆    600：中型或大型电池组
具体实施方式
现在，将参照附图详细描述本发明的优选实施方案。但是，应注意的是，本发明的范围不受所示出的实施方案限制。
图1和图2是分别一般地示出根据本发明一优选实施方案的电池模块的前部和后部的立体图。
首先参见图1，模块壳200被安装至电池模块100的外部。在模块壳200的顶部的中间形成多个用于冷却电池模块100的电池组电池的通孔210a。在所述通孔210a的左侧和右侧形成滑动凹槽220，所述滑动凹槽220沿模块壳200的纵向方向延伸。在模块壳200的底部形成与滑动凹槽220相应的滑动突出物230。因此，当沿高度方向堆叠电池模块100时，在上电池模块的底部形成的滑动突出物230接合在在下电池模块的顶部形成的相应滑动凹槽220中，因此无需使用附加的连接部件就实现了电池模块之间的机械连接。根据情况，滑动凹槽220可形成在模块壳200的底部，滑动突出物230可形成在模块壳200的顶部。
可变把手300铰接安装至模块壳200的前部。如在图中所示出的，可变把手300被折叠起来，使得可变把手300与模块壳200的前部紧密接触。可变把手300被构造为平板状结构，在该结构中可变把手300在其一侧是凹陷的。因此，在装配或拆卸电池模块100的过程中提高了工作效率，并且，同时使由于附接把手300而引起的电池模块100体积的增加最小化。将在下面参照图4更加详细地描述可变把手300。
现在参见图2，在模块壳200的底部的中间形成多个通孔210b，使得通过上通孔210a引入模块壳200的冷却剂(空气)易于通过通孔210b排出模块壳200。所述滑动突出物230形成在通孔210b的左侧和右侧，使得所述滑动突出物230沿模块壳200的纵向方向延伸。电力连接器420和通信连接器410位于电池模块100的后部，所述电池模块100通过所述电力连接器420和通信连接器410电连接至外部电路。
图3是一个示出电池模块中后部连接器和电池组电池之间的电连接结构的典型视图。
连接至电池组电池的阳极板的阳极电力电缆422连接至位于模块壳200的后部的电力连接器420的阳极连接器，阴极电力电缆321通过开关元件连接至电力连接器420的阴极连接器，所述开关元件诸如场效应晶体管(FET)元件，用于控制电池组电池的过充电、过放电和过电流。
此外，用于检测电压以及与另外的电池模块通信的通信端口连接在电池模块的主板组件和位于电池模块的后部的通信连接器410之间。
图4是一个示出根据本发明一优选实施方案的可变把手的局部放大图。可变把手300被安装至模块壳200的前部，使得可变把手300的一端铰接连接至模块壳200。在可变把手300的另一端形成小尺寸连接凹槽310，所述另一端与可变把手300的、可变把手300于其处铰接连接至模块壳200的末端相对。在模块壳200的前部形成与连接凹槽310相应的连接突出物320。连接凹槽310和连接突出物320之间的连接和分离是可能的。因此，当使用可变把手300时，如图4中所示，通过枢轴旋转可变把手300将可变把手300与模块壳200分离。另一方面，当不使用可变把手300时，通过沿与图4中所示的方向相反的方向枢轴旋转可变把手300，使可变把手300与模块壳200的前部形成紧密接触，如图5中所示。
图5是电池模块的一个主视图。滑动凹槽220a和220b形成在模块壳200的顶部，使得滑动凹槽220a和220b沿模块壳200的纵向方向延伸，并且滑动突出物230a和230b形成在模块壳200的底部，使得滑动突出物230a和230b沿模块壳200的纵向方向延伸。所述滑动突出物230a和230b分别与滑动凹槽220a和220b相应，使得通过将滑动突出物230a和230b接合在相应的滑动凹槽220a和220b中，来实现电池模块100之间的连接。可变把手300被安装至模块壳200的前部，同时可变把手300与模块壳200紧密接触。在该实施方案中，穿过所述可变把手300形成连接孔(未示出)，并且与所述连接孔相应的连接凹槽(未示出)形成在模块壳200的前部。在该情况下，将螺栓330通过可变把手300的连接孔插进模块壳100的连接凹槽中，使得实现可变把手300和模块壳200之间的紧密接触。
图6是一个示出通过堆叠多个电池模块所构造的电池模块堆的立体图。
参见图6，沿高度方向堆叠两个电池模块100，并且沿横向方向将五个电池模块100相互连接。通孔210a和210b(参见图2)分别形成在每个电池模块壳200的顶部和底部，使得冷却剂沿竖直方向流动，从而大大提高电池组电池的冷却效率。此外，滑动凹槽220和滑动突出物(未示出)分别形成在每个电池模块壳200的顶部和底部，使得所述滑动凹槽和滑动突出物沿模块壳200的纵向方向延伸，从而以滑动方式将电池模块100相互连接。因此，当沿高度方向堆叠电池模块100时，电池模块100通过滑动连接结构相互连接(参见参考数字240)。此外，所述可变把手300铰接安装至模块壳200的前部。
图7和图8是示出被构造为如下结构的中型或大型电池组的前部和后部的立体图，在该结构中用电池组壳围绕如图6中所示出的电池模块堆。
参见这些附图，电池组壳610被安装至电池模块堆500(参见图6)，使得电池模块堆500被电池组壳610围绕，从而实现各个电池模块之间的机械连接和电连接。各个电池模块100通过滑动连接结构沿高度方向相互连接。所有的电池模块100被安装在电池组壳610内以构造中型或大型电池组。电池组壳610在其前部和后部是敞开的。电池组壳610在其顶部和底部分别设置有通孔612a和612b，冷却剂流过所述通孔612a和612b。通孔612a和612b沿电池模块100的纵向方向延伸，使得所述电池模块100的通孔210a和210b通过电池组壳610的通孔612a和612b暴露于外部。
此外，每个电池模块100的模块连接器400，包括电力连接器420和通信连接器410，暴露在中型或大型电池组600的后部，使得容易进行电池模块100和外部电路之间的连接。
尽管出于说明的目的已公开了本发明的优选实施方案，但本领域普通技术人员应意识到可以做出各种修改、添加和替换，而不偏离在所附权利要求中公开的本发明的范围和主旨。
工业适用性
如根据以上描述显而易见的，根据本发明的电池模块被构造为如下的紧凑结构，以该紧凑结构，所述电池模块通过滑动连接结构被稳定安装在一有限空间内，诸如被安装在车辆内。此外，机械连接和电连接构件的数量少，并且通过简单的方法装配所述电池模块。而且，通过可变把手容易地进行电池模块的装配和拆卸，从而提高工作效率。

Claims (13)

1.一种被构造为如下结构的电池模块，在该结构中，包括多个可被充电和放电的平板状二次电池组电池或者多个单元模块的电池堆被安装在六面体模块壳中，每个单元模块包括多个平板状二次电池组电池，其中所述平板状二次电池组电池或单元模块以竖立的结构堆叠，其中
所述模块壳在其顶部和底部设置有滑动连接结构，
其中所述滑动连接结构包括滑动凹槽和相应的滑动突出物，所述滑动凹槽沿所述模块壳的纵向方向形成在所述模块壳的顶部，所述滑动突出物沿所述模块壳的纵向方向形成在所述模块壳的底部，
其中所述模块壳在其顶部和底部设置有多个限定冷却剂流动通道的通孔。
2.根据权利要求1所述的电池模块，其中每个平板状二次电池组电池具有安装在包括树脂层和金属层的层压板内的电极组件。
3.根据权利要求1所述的电池模块，其中所述模块壳由金属材料制成。
4.根据权利要求1所述的电池模块，其中所述滑动凹槽形成在所述模块壳的顶部的左侧和右侧，并且所述滑动突出物形成在所述模块壳的底部的左侧和右侧。
5.根据权利要求1所述的电池模块，其中所述电池模块被构造为在竖直截面中具有大的高度-宽度比的矩形平行六面体结构。
6.根据权利要求1所述的电池模块，其中可变把手被安装至所述电池模块的一侧，其中所述可变把手被构造为如下结构，在该结构中所述可变把手的一末端被铰接安装至所述模块壳的前部，使得如果需要的话，通过枢轴旋转所述可变把手，将所述可变把手与所述模块壳的前部分离。
7.根据权利要求6所述的电池模块，其中
在与所述可变把手的、所述可变把手于其处铰接连接至所述模块壳的末端相对的另一末端，所述可变把手设置有小尺寸连接凹槽或连接突出物，以及
所述模块壳在其前部设置有与所述可变把手的连接凹槽或连接突出物相应的连接突出物或连接凹槽。
8.根据权利要求6所述的电池模块，其中
在与所述可变把手的、所述可变把手于其处铰接连接至所述模块壳的末端相对的另一末端，所述可变把手设置有小尺寸连接孔，以及
所述模块壳在其前部设置有与所述可变把手的连接孔相应的连接凹槽，从而
在所述可变把手与所述模块壳的前部紧密接触时，通过将连接部件穿过所述可变把手的连接孔插进所述模块壳的连接凹槽中，实现所述可变把手和所述模块壳之间的连接。
9.根据权利要求6所述的电池模块，其中所述可变把手被构造为平板状结构，在该平板状结构中所述可变把手在其一侧是凹陷的。
10.根据权利要求1所述的电池模块，其中所述电池模块在其后部设置有外部输入和输出连接器以及通信连接器。
11.一种具有高输出和大容量的中型或大型电池组，其包括多个根据权利要求1～10中任一权利要求的电池模块。
12.根据权利要求11所述的电池组，其中所述电池组被构造为如下结构，在该结构中所述电池模块被安装在组壳内，所述组壳在其前部和后部都是敞开的，同时所述电池模块沿高度方向和横向方向堆叠。
13.根据权利要求11所述的电池组，其中所述电池组用作电动车辆的充电和放电电源。
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