CN102544569A - 电池模块 - Google Patents

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Abstract

一种电池模块，包括电池阵列，所述电池阵列包括：多个电池单元，每个电池单元包括：在所述电池单元的第一端处的第一表面；在所述第一端处的电极端子；在所述电池单元的与第一端相反的第二端处的第二表面；和在所述第一端与所述第二端之间延伸的侧表面，其中所述多个电池单元中的第一电池单元的第二表面与第二电池单元的第二表面相互面对。

Description

电池模块
相关申请的交叉引用
本申请要求在美国专利商标局分别于2011年3月4日递交的美国临时申请No.61/449,414和于2011年3月11日递交的美国临时申请No.61/452,046和在美国专利商标局各自于2011年9月23日递交的美国非临时申请No.13/241,522和No.13/243,355的和在韩国知识产权局各自于2010年11月4日递交的韩国专利申请No.10-2010-0109179、No.10-2010-0109180、No.10-2010-0109181和No.10-2010-0109182中的每一个的优先权和权益，通过引用全部上述文献的整个内容并入与此。
技术领域
本发明的实施例的方面涉及一种电池模块。
背景技术
一般地，与不能充电的一次电池不同，二次电池能够通过充电和放电再利用。二次电池用作用于移动装置、电动车辆、混合动力车辆、电动自行车、和不间断电源的能量源，并且根据可用外部装置的类型，二次电池可以以单个电池类型或者由连接成一个单元的多个电池构成的电池模块类型使用。
尽管小的移动装置，比如移动电话，能够利用单个电池的输出和容量运行预定的时间，但是电子模块由于输出和容量的原因而优选地用以使消耗大量的电力的电子车辆和混合动力车辆利用高的功率运行长的时间。电池模块根据输出和容量通过并联或串联连接需要数量的电池来使用。
发明内容
根据本发明的实施例的方面，电池模块由于降低的高度而增大比如车辆中的安装空间的有用性。
根据本发明的实施例的电池模块包括带有电池单元的电池阵列和固定构件。
电池单元具有电极端子、带有暴露的通气孔的端子表面、和与端子表面相反的底侧。以水平方式布置并且底侧相互相对的至少两个或两个以上的成对电池单元可堆叠成电池阵列。固定构件固定电池阵列。
另外，根据本发明的实施例的电池模块可包括第一支撑构件。第一支撑构件可布置在成对的电池之间的底侧之间。
另外，根据本发明的实施例的电池模块可包括绝缘构件。绝缘构件在两个或两个以上的成对电池单元堆叠时可布置在一对堆叠的电池单元之间。
另外，根据本发明的实施例的电池模块可包括覆盖电池阵列的端子表面而使电极端子和通气孔暴露的端板。
另外，固定构件可包括上固定构件和下固定构件。上固定构件和下固定构件可布置在电池阵列的上面和下面并且联接到端板，由此限制电池阵列的上下移动。另外，可包括支撑构件。支撑构件可包括布置在成对的电池之间并且联接到上固定构件和下固定构件的一个或多个梁。另外，上固定构件和下固定构件以及支撑构件可以被螺纹紧固。在此构造中，支撑构件可具有由金属通过双注入模制而制成的阴螺纹。在一个实施例中，支撑构件可是H-梁。
另外，固定构件可包括侧固定构件。侧固定构件可布置在电池阵列的两侧并且联接到端板，由此限制电池阵列的左右移动。
根据本发明的实施例，一种电池模块，包括电池阵列，所述电池阵列包括：多个电池单元，每个电池单元包括：在所述电池单元的第一端处的第一表面；在所述第一端处的电极端子；在所述电池单元的与所述第一端相反的第二端处的第二表面；和在所述第一端与所述第二端之间延伸的侧表面，并且所述多个电池单元中的第一电池单元的所述第二表面与第二电池单元的所述第二表面相互面对。
在一个实施例中，所述电池模块进一步包括：在所述电池阵列的与所述多个电池单元的所述第一端相邻的相反外端处的端板，所述端板具有暴露所述电极端子的端子开口；和连接所述端板的至少一个固定构件。
在一个实施例中，所述多个电池单元中的至少一个另外的第一电池单元沿堆叠方向与所述第一电池单元堆叠，所述第一电池单元的所述侧表面与所述至少一个另外的第一电池单元的侧表面相互面对，所述多个电池单元的至少一个另外的第二电池单元沿所述堆叠方向与所述第二电池单元堆叠，所述第二电池单元的所述侧表面与所述至少一个另外的第二电池单元的所述侧表面相互面对，并且所述至少一个另外的第一电池单元的所述第二表面与所述至少一个另外的第二电池的所述第二表面相互面对。
所述电池阵列的沿所述堆叠方向的高度可小于所述多个电池单元中的电池单元沿在所述第一端和所述第二端之间延伸的方向的长度。
所述电池模块可进一步包括在所述多个电池单元的彼此相邻地堆叠的电池单元之间的绝缘板。
所述电池模块可进一步包括在所述第一电池单元的所述第二表面与所述第二电池单元的所述第二表面之间的支撑构件。
在一个实施例中，所述多个电池单元中的每个具有大致六面体的形状，所述侧表面是第一侧表面，并且所述多个电池单元中的每个进一步包括与所述第一侧表面相反并且在所述第一端与所述第二端之间延伸的第二侧表面，并且所述电池模块进一步包括与所述堆叠的电池单元的相反的外部第二侧表面相邻的第一固定构件和第二固定构件。
在一个实施例中，所述第一固定构件和所述第二固定构件中的至少一个包括多个杆。
在一个实施例中，所述第一固定构件和所述第二固定构件中的至少一个包括板。
所述电池模块可进一步包括在所述第一电池单元的所述第二表面与所述第二电池单元的所述第二表面之间的支撑构件，其中所述支撑构件可固定在所述第一固定构件与所述第二固定构件之间。
所述支撑构件可包括螺纹紧固部分，并且所述第一固定构件和所述第二固定构件可具有用于将所述第一固定构件和所述第二固定构件紧固到所述螺纹紧固部分的紧固孔。
所述支撑构件可包括绝缘材料，所述螺纹紧固部分可包括金属。
在一个实施例中，所述多个电池单元中的每个进一步包括彼此相对的一对第三侧表面，所述一对第三侧表面在所述第一侧表面与所述第二侧表面之间延伸并且在所述第一端与所述第二端之间延伸，并且所述电池模块进一步包括与所述堆叠的电池单元的所述第三侧表面相邻的第三固定构件。
所述第三固定构件中的每个可具有沿所述第三固定构件的长度方向隔开的多个散热孔。
在一个实施例中，所述电池模块进一步包括在所述电池阵列的与所述多个电池单元的所述第一端相邻的相反外端处的端板，所述端板具有暴露所述电极端子的端子开口，并且所述多个电池单元中的每个进一步包括在所述第一端处的通气孔，并且所述端板具有在对应于所述通气孔的位置处的排放口。
所述电池模块可被配置用于驱动电动车辆或者混合动力车辆的马达。
所述电池模块可电连接到至少一个另外的电池模块。
根据本发明的实施例的方面，在具有受限的高度的电池安装空间中，比如在车辆的电池安装空间中，电池模块可有效地安装并且具有所期望的输出和容量。这样，根据本发明的实施例的电池模块特别地可应用为用于推动混合动力车辆或者电动车辆的马达驱动电源。
附图说明
结合附图从下面对于一些示例性实施例的描述，本发明的这些和/或其它的特征和方面对于本领域普通技术人员将变得清楚和更易于理解。
图1是示出根据比较示例的电池模块的一部分的透视图。
图2是根据本发明的实施例的电池单元的透视图。
图3是根据本发明的实施例的电池阵列的一对电池单元的透视图。
图4是根据本发明的实施例的电池阵列的透视图。
图5是比较横向型电池模块与纵向型电池模块的高度的示意性侧视图。
图6是根据本发明的实施例的电池模块的端板的透视图。
图7是示出根据本发明的实施例的电池模块的端板与电池单元之间的连接结构的侧视图。
图8和图9是根据本发明的实施例的上固定构件和下固定构件的透视图。
图10是根据本发明的实施例的侧固定构件的前透视图。
图11A是根据本发明的实施例的电池模块的支撑构件的透视图。
图11B是沿线VI-V2截取的图11A的支撑构件的截面图。
图12是根据本发明的实施例的电池模块的分解透视图。
图13是图12中的电池模块示出为在组装状态下的透视图。
图14是彼此连接的多个电池模块的示意性俯视图。
具体实施方式
现在将参照附图描述本发明的一些示例性实施例；然而，本发明的实施例可通过不同的形式实施而不应解释为限于这里所示和提出的示例性实施例。而是，这些示例性实施例通过示例的方式提供给本领域技术人员，用于理解本发明和传递本发明的范围。如本领域技术人员将认识到的，所述的实施例可通过各种不同的方式修改，所有这些修改不偏离本发明的精神或范围。如果未具体限定或者声明，这里使用的表示方向的术语，比如“上”、“下”、“左”或“右”被认为是基于附图中所示的状态，并且不应解释为是将本发明限制于任意特定的方向或者朝向。另外，相同的附图标记通常表示全部下列描述中的相同部件。
在本发明的比较示例和实施例中使用的术语“电池阵列”用以描述比如以预定的构造排列和堆叠在一起的电池单元束。
参照图1描述根据比较示例的电池模块。图1是示出根据比较示例的电池模块的一部分的透视图。
如图1中所示，比较示例的电池模块100a是纵向型电池模块。每个电池10a具有位于顶部上的正极端子11b和负极端子11a。电池10a沿纵向布置，其中电极端子11a和11b沿预定的方向布置。在此布置中，电极端子11a和11b根据要求串联连接或并联连接。因此，使用者可实现具有所期望的输出或容量的纵向型电池模块100a。
一般地，电动车辆在现有的汽油或柴油燃料油箱的位置处配置有电池模块。但是，电池模块可布置在车辆座椅的下面，比如当要求配重或者要求另外的安装空间时。在此情况中，电池模块的高度可由于空间的受限的高度而成为问题。
参照图2描述本发明的实施例的电池单元。图2为示出根据本发明的实施例的电池单元10的透视图。
在示例性实施例中，电池单元10形成为具有大致的六面体形状。端子表面(或第一表面)16被提供为具有两个电极端子11(正极端子11b和负极端子11a)和一个通气孔17。
通气孔17可形成在端子表面16的中央部分。通气孔17允许排出电池单元10中产生的气体。在一个实施例中，电极端子11形成于通气孔17的两侧。两个电极端子11用作为允许电池单元10中产生的电流流到外部的路径。电池单元10中的电极组件(未示出)和盖组件(未示出)不是电池单元10的内部构造的主题部件，这里未提供其详细描述。另外，端子表面16的相反侧在这里称为底侧(或第二表面)15。
参照图3至图5描述在根据本发明的实施例的电池阵列中的电池单元10的排列。图3是根据本发明的实施例的电池阵列的一对电池单元的透视图；图4是根据本发明的实施例的电池阵列的透视图；以及图5是比较横向型电池模块与纵向型电池模块的高度的示意性侧视图。
如图3中所示，电池单元10横向布置在电池阵列中，使得两个电池单元10的底侧15相互面对。电极端子11布置成朝向外侧。如上所述布置的成对的电池单元10可堆叠成两层或两层以上，如图4中所示。上部和下部的堆叠的电池单元10的电极端子11可具有相同或相反的极性。这将在下面参考根据本发明的实施例的电池模块之间的连接进一步详细描述。
在一个实施例中，水平绝缘板600可布置用于在竖向堆叠的电池单元10之间的绝缘。水平绝缘板600防止或基本防止电池单元10之间的直接接触和通过使电池单元10电绝缘防止或基本防止电池单元10之间的短路。
如图5所示，在一个实施例中，电池单元10的纵向长度是电池单元10的横向长度的两倍到三倍(H1：一个电池单元的纵向长度，H2：三个电池单元的横向长度)，或者是普通电池单元中的部件，比如电极组件(未示出)，的横向长度的两倍到三倍。即，根据本发明的实施例的具有堆叠成两层的电池单元的横向型电池模块的高度可小于纵向型电池模块的高度。另外，考虑到纵向型电池模块的电极端子和连接电极端子11的连接构件(未示出)或绝缘构件(未示出)，根据本发明的实施例的具有堆叠成三层的电池单元的横向型电池模块的高度可以是有利的。在一种实施方式中，所述电池阵列的沿所述堆叠方向的高度小于所述多个电池单元中的电池单元沿在所述第一端和所述第二端之间延伸的方向的长度。
参照图6和图7描述根据本发明的实施例的电池模块的端板。图6是示出根据本发明的实施例的端板200的透视图；图7是示出根据本发明的实施例的端板200与电池单元10之间的连接结构的侧视图。
在一个实施例中，端板200是用于固定上述的堆叠的电池单元10的固定构件。端板200附接到堆叠的电池单元10的端子表面16(见图4)并且将电池单元10与其它的部件固定。端板200用于带有堆叠的电池单元的横向型电池模块，比如如图7中所示带有堆叠成两层的电池单元。
在一个实施例中，用于螺纹紧固的一对第一紧固孔221分别形成在端板200的顶部和底部。在一个实施例中，进一步形成从端板200的顶部和底部以直角延伸的第一延伸部220，并且第一延伸部220包括第一紧固孔221。第一紧固孔221可穿过第一延伸部220沿竖向形成。
在一个实施例中，用于螺纹紧固的一对第二紧固孔231分别形成在端板200的两侧。第二延伸部230可从端板200的两侧以与上述的第一延伸部220相同的方式延伸，以包括第二紧固孔231。第二紧固孔231可穿过第二延伸部230横向形成。
在一个实施例中，排放孔(或排放开口)211穿过端板200的中央部分(例如，中央部分的上部区域或下部区域)形成。在一个实施例中，排放孔211的形状和位置形成为与上述的通气孔17(见图3)对应。
另外，电极孔(或端子开口)212形成于排放孔211的两侧。在一个实施例中，四个电极孔212形成在具有两层电池单元的电池模块中。如图7中所示，电池单元10的电极端子11通过电极孔212暴露。在该结构中，电池单元10和端板200可通过在电极端子11的外周界表面上形成螺纹和将螺母30紧固在端板200的两侧上来固定。
在一个实施例中，如图6中所示，检测孔213可形成在端板200中，比如在电极孔212与排放孔211之间。检测孔213允许各种设备的检测部分(未示出)插入以测试电池模块中的电池单元10的电压。
下面参照图8和图9描述根据本发明的实施例的电池模块的上固定构件和下固定构件(或第一固定构件和第二固定构件)。图8和图9是示出根据本发明的实施例的上固定构件和下固定构件的透视图。在一个实施例中，上固定构件和下固定构件布置在电池阵列的上面和下面，以固定电池阵列。
在一个实施例中，上固定构件和下固定构件可以是如图8中所示的具有长度(例如，预定长度)的两个固定框架300a，或者在另一个实施例中，可以是如图9中所示的具有长度(例如，预定长度)的固定板300b。两个第一通孔310形成于固定框架300a或固定板300b的两端。第一通孔310对应于端板200的第一紧固孔221(见图6)，并且可以通过螺纹紧固被固定。在一个实施例中，第二通孔(或紧固孔)311形成于固定框架300a和固定板300b的中央部分处。与第一通孔310类似，第二通孔311用于紧固另一个构件(即，支撑构件)。在一种实施方式中，上固定构件和下第二固定构件中的至少一个包括多个杆。
参照图10描述根据本发明的实施例的电池模块的侧固定构件(或第三固定构件)。图10是根据本发明的实施例的侧固定构件400的前透视图。
在一个实施例中，侧固定构件400附接到电池阵列的两侧以固定电池阵列。侧固定构件400可以是具有预定长度的框架。一对第三通孔410形成在侧固定构件400的两端。第三通孔410对应于端板200的第二紧固孔231(见图6)，并且可以通过螺纹紧固来固定。
在一个实施例中，用于散热和减小重量的散热孔420可穿过侧固定构件400形成。
参照图11A、图11B和图12描述支撑构件和水平绝缘构件。图11A是示出根据本发明的实施例的支撑构件500的透视图；图11B是沿图11A的线VI-V2截取的支撑构件500的截面图；和图12是示出根据本发明的实施例的电池模块100的分解透视图。
在一个实施例中，如图12中所示，支撑构件500布置在电池阵列中的底侧15之间用于支撑和绝缘，并且水平绝缘构件600布置在堆叠的电池单元10之间用于绝缘。
支撑构件500可布置成使电池单元10的底侧15绝缘，比如采用板的形状，但可以具有任意其它适当的形状。电池单元10通常在重复充电和放电时膨胀小的量。在电池模块100中，布置在一个阵列中的两个端子表面16之间的距离可以是大的，并且支撑构件500(例如，具有H-梁形状的支撑构件，如图11A和图11B所示)可允许竖向固定框架300a充分地挤压电池单元10。这里使用的“H-梁”指形成为H-状的梁。螺纹紧固部分510可形成于H-梁的上端和下端，以与固定框架300a或固定板300b连接。在一个实施例中，通过双注入模制可进一步形成金属层511，以增加螺纹紧固部分510的强度。在组装电池模块100过程中，上述的螺纹紧固部分510和第二通孔311可通过螺栓或其它紧固件联接。
水平绝缘构件600形成为板状并且布置在竖向堆叠的电池单元10之间。水平绝缘构件600通过防止或基本防止两个电池单元10之间的直接接触而使竖向堆叠的两个电池单元10绝缘。
参照图12和图13进一步详细地描述电池模块100的部件的连接关系和操作。图12是根据本发明的实施例的电池模块100的分解透视图，图13是显示为组装状态的电池模块的透视图。
如上所述，一对电池单元10以底侧15相互面对的方式堆叠，由此形成电池阵列。水平绝缘构件600布置在上堆叠电池单元10与下堆叠电池单元10之间用于绝缘，并且支撑构件500以底侧15相互面对的方式(例如，竖向)布置在电池单元10之间，比如用于支撑和绝缘。
端板200被紧固到电池阵列的两个端子表面16。在一个实施例中，电池单元10的电极端子11通过端板200的电极孔暴露到外侧。另外，当通气孔17打开时，通气孔17和端板200的相应的排放孔211形成连续的排放通道。
如上所述，上固定构件和下固定构件300a和300b在电池阵列的两端处被紧固和固定到端板200并且在电池阵列的顶部和底部处被紧固和固定到支撑构件500。另外，在一个实施例中，侧固定构件400在电池阵列的两侧处被紧固和固定到端板200。在一个实施例中，电池单元10产生的热可通过散热孔420易于排出。
图13中示出如上所述组装的电池模块100。
参照图14描述多个电池模块100的连接关系。图14是通过电池模块100之间的连接结构相互连接的多个电池模块100的示意性俯视图。
电池模块100的电极通过特定的导电连接构件20连接。图14中示出电池模块100的串联联接。首先，电池模块100在其中提供有电池单元，其中正极端子11b位于顶部左侧，负极端子11a位于顶部右侧。另外，电池模块100在其中提供有电池单元，其中负极端子11a位于底部左侧，正极端子11b位于底部右侧。即，电池模块100可排列成使得电极端子11在顶部和底部上彼此相反。
接着，相邻的电池模块100的电极端子11通过导电连接构件20连接。当无更多的相邻电极端子11时，顶部和底部上的电极端子被连接，由此形成一个电路。
如上所述，根据本发明的实施例，电池模块可在比如车辆中的具有受限的高度的电池安装空间中有效地安装并具有期望的输出和容量。这样，根据本发明的实施例的电池模块特别地可应用为用于推动混合动力车辆或者电动车辆的马达驱动电源。
尽管上面描述了本发明的一些示例性实施例，但本发明的范围不限于所描述的实施例。而是，本领域普通技术人员将理解，在不偏离本发明的如所附权利要求书中提出的精神和范围的前提下，可在形式和细节上做出各种改变。

Claims (17)

1.一种电池模块，包括电池阵列，所述电池阵列包括：
多个电池单元，每个电池单元包括：
在所述电池单元的第一端处的第一表面；
在所述第一端处的电极端子；
在所述电池单元的与所述第一端相反的第二端处的第二表面；和
在所述第一端与所述第二端之间延伸的侧表面，
其中所述多个电池单元中的第一电池单元的所述第二表面与第二电池单元的所述第二表面相互面对。
2.根据权利要求1所述的电池模块，进一步包括：
在所述电池阵列的与所述多个电池单元的所述第一端相邻的相反外端处的端板，所述端板具有暴露所述电极端子的端子开口；和
连接所述端板的至少一个固定构件。
3.根据权利要求1所述的电池模块，
其中所述多个电池单元中的至少一个另外的第一电池单元沿堆叠方向与所述第一电池单元堆叠，所述第一电池单元的所述侧表面与所述至少一个另外的第一电池单元的侧表面相互面对，
其中所述多个电池单元的至少一个另外的第二电池单元沿所述堆叠方向与所述第二电池单元堆叠，所述第二电池单元的所述侧表面与所述至少一个另外的第二电池单元的所述侧表面相互面对，并且
其中所述至少一个另外的第一电池单元的所述第二表面与所述至少一个另外的第二电池的所述第二表面相互面对。
4.根据权利要求3所述的电池模块，其中所述电池阵列的沿所述堆叠方向的高度小于所述多个电池单元中的电池单元沿在所述第一端和所述第二端之间延伸的方向的长度。
5.根据权利要求3所述的电池模块，进一步包括在所述多个电池单元的彼此相邻地堆叠的电池单元之间的绝缘板。
6.根据权利要求3所述的电池模块，进一步包括在所述第一电池单元的所述第二表面与所述第二电池单元的所述第二表面之间的支撑构件。
7.根据权利要求3所述的电池模块，
其中所述多个电池单元中的每个具有大致六面体的形状，所述侧表面是第一侧表面，并且所述多个电池单元中的每个进一步包括与所述第一侧表面相对并且在所述第一端与所述第二端之间延伸的第二侧表面，并且
其中所述电池模块进一步包括与所述堆叠的电池单元的相反的外部第二侧表面相邻的第一固定构件和第二固定构件。
8.根据权利要求7所述的电池模块，其中所述第一固定构件和所述第二固定构件中的至少一个包括多个杆。
9.根据权利要求7所述的电池模块，其中所述第一固定构件和所述第二固定构件中的至少一个包括板。
10.根据权利要求7所述的电池模块，进一步包括在所述第一电池单元的所述第二表面与所述第二电池单元的所述第二表面之间的支撑构件，其中所述支撑构件固定在所述第一固定构件与所述第二固定构件之间。
11.根据权利要求10所述的电池模块，其中所述支撑构件包括螺纹紧固部分，并且所述第一固定构件和所述第二固定构件具有用于将所述第一固定构件和所述第二固定构件紧固到所述螺纹紧固部分的紧固孔。
12.根据权利要求11所述的电池模块，其中所述支撑构件包括绝缘材料，所述螺纹紧固部分包括金属。
13.根据权利要求7所述的电池模块，
其中所述多个电池单元中的每个进一步包括彼此相对的一对第三侧表面，所述一对第三侧表面在所述第一侧表面与所述第二侧表面之间延伸并且在所述第一端与所述第二端之间延伸，并且
其中所述电池模块进一步包括与所述堆叠的电池单元的所述第三侧表面相邻的第三固定构件。
14.根据权利要求13所述的电池模块，其中所述第三固定构件中的每个具有沿所述第三固定构件的长度方向隔开的多个散热孔。
15.根据权利要求1所述的电池模块，进一步包括在所述电池阵列的与所述多个电池单元的所述第一端相邻的相反外端处的端板，所述端板具有暴露所述电极端子的端子开口，
其中所述多个电池单元中的每个进一步包括在所述第一端处的通气孔，并且所述端板具有在对应于所述通气孔的位置处的排放开口。
16.根据权利要求1所述的电池模块，其中所述电池模块被配置用于驱动电动车辆或者混合动力车辆的马达。
17.根据权利要求1所述的电池模块，其中所述电池模块电连接到至少一个另外的电池模块。
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