CN102714292B - 具有优良结构稳定性的电池组 - Google Patents

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Abstract

提供一种电池组，包括：电池模块布置本体，两列或更多列电池模块横向地布置在其中，电池模块具有由将容纳两个或更多个电池单元的单元模块或电池单元自身竖直堆叠形成的结构；基板，电池模块竖直直立地堆叠在基板处；一对主构件，其分别被定位成抵靠电池模块布置本体的前表面和后表面，以支撑电池模块的重量，并且具有的结构使得两个端部被紧固到外部设备；一对端板，其在底端被固定到基板的状态下与电池模块布置本体的前表面和后表面紧密接触；以及支撑杆，其连接端板的两侧的侧表面或上部，以便将端板相互连接并支撑端板；其中端板一体地形成为与电池模块布置本体的前表面或后表面对应的尺寸，以能够最小化电池组响应于沿竖直方向的振动的变形。

Description

具有优良结构稳定性的电池组
技术领域
本发明涉及具有优良结构稳定性的电池组，并且更具体地，涉及一种电池组，所述电池组包括：电池模块阵列，所述电池模块阵列具有在横向方向上以两列或更多列的方式布置的电池模块；基板，电池模块在竖直地直立的状态下被堆叠在所述基板上；一对主构件，所述一对主构件被设置在电池模块阵列的前部和后部处；一对端板，所述一对端板被设置成与电池模块阵列的前部和后部紧密接触；以及支撑杆，所述支撑杆被连接在端板的上部或侧部之间，其中每个端板以具有对应于电池模块阵列的前部或后部的尺寸的单体的形状形成，以在电池模块沿上下方向振动时最小化电池组的变形。
背景技术
由使用诸如汽油或柴油的化石燃料的车辆导致的最大问题之一是空气污染的产生。使用能够被充电和放电的二次电池作为用于车辆的电源的技术作为解决上述问题的一种方法已吸引相当多的关注。结果，已经开发出仅使用电池运行的电动车辆（EV）以及联合使用电池和常规发动机的混合电动车辆（HEV）。现在一些电动车辆和混合电动车辆已经被商用。镍金属氢化物（Ni-MH）二次电池已被主要地用作电动车辆（EV）和混合电动车辆（HEV）的电源。然而，近年来，已尝试使用锂离子电池。
对于被用作电动车辆（EV）和混合电动车辆（HEV）的电源这样的二次电池，高能量和高容量是所需要的。为此，多个小型二次电池（单元电池）以彼此串联的方式被连接以便形成电池模块和电池组。根据情况，小型二次电池（单元电池）彼此串联和并联地连接以便形成电池模块和电池组。
通常，这样的电池组具有保护电池模块的结构，每个电池模块具有安装在其中的二次电池。电池模块的结构可以基于车辆的种类或电池组在车辆中的安装位置改变。有效地固定高容量电池模块的结构之一是基于支撑杆和端板。该结构是有利的，因为即使在朝向支撑杆施加载荷时也最小化电池模块的运动。然而，为此，必要的是充分地确保支撑杆和端板的刚度。
与该情况相关，图1是示意性地示出包括单个电池模块的常规电池组的透视图。
参考图1，电池组100包括：单元模块10，每个所述单元模块具有安装在其中的二次电池；基板20；一对端板30；以及支撑杆40。
在单元模块10竖直地直立的状态下，所述单元模块10被堆叠在基板20的顶部处。所述端板30被设置成在每个端板30的下端被固定到基板20的状态下与最外面的单元模块10的外侧紧密接触。
支撑杆40被连接在端板30的上部之间以便将端板30相互连接并支撑端板30。
然而，带有上述构造的电池组仅使用单个电池模块，结果电池组的容量是低的。为此，将带有上述构造的电池组应用到诸如车辆的需要高能量和高容量电池组的外部设备是困难的。
同时，基于车辆的种类或电池组在车辆中的安装位置，用于混合电动车辆的电池组被以各种形式构造以便稳定地保护电池单元阵列。在这样的电池组中的是具有铲斗结构的电池组，所述电池组被安装在车辆的行李箱的下部中或被安装在限定在车辆的后座的下端和行李箱之间的凹陷空间中。
在该情况下，电池组位于电池组被紧固到车辆的底盘的地方的下方。因此，必要的是提供这样的结构：电池组通过主构件和基板支撑，并且端板和支撑杆位于电池组的前部和后部处以便防止电池组在前后方向上变形。在该结构中，主构件被以铲斗的形状弯曲，并且因此，电池组的整体的结构稳定性依赖于主构件的刚度而决定。
主构件的刚度可以通过充分地增加法兰的深度或每个主构件的厚度来改善。然而，由于在车辆中的有限的安装空间，所以不能够充分地增加法兰的深度。而且，增加每个主构件的厚度增加了电池组的载荷。结果，不能够改善电池组的结构稳定性。
因此，将电池组构造为具有下述结构是非常必要的：电池模块位于电池组被紧固到车辆的底盘的地方的下方，支撑电池组的载荷的主构件具有铲斗形式，并且电池模块以两列的方式被布置在基板上，其中在维持法兰的深度以及每个主构件的厚度的同时，电池组的结构稳定性被改善。
发明内容
技术问题
因此，做出本发明以解决以上问题以及其它尚未解决的技术问题。
具体地，本发明的目的是提供电池组，所述电池组包括：电池模块阵列，所述电池模块阵列具有在横向方向上以两列或更多列的方式布置的电池模块；基板；主构件；端板；以及支撑杆，其中每个端板以具有对应于电池模块阵列的前部或后部的尺寸的单体的形状形成，以在电池模块沿上下方向振动时最小化电池组的变形。
本发明的另一个目的是提供被构造成具有使用车辆的一部分形成电池组的一部分的结构的电池组，从而电池组能够被稳定地安装在车辆中并且电池组在车辆中占据的体积能够被最小化。
技术方案
根据本发明的一个方面，以上的以及其它的目的能够通过提供如下电池组实现，所述电池组包括：电池模块阵列，所述电池模块阵列具有在横向方向上布置成两列或更多列的电池模块，每个电池模块被构造为具有如下结构，在该结构中，在电池单元或单元模块竖直地直立的状态下堆叠所述电池单元或单元模块，每个所述单元模块具有安装在其中的两个或更多个电池单元；基板，电池模块在竖直地直立的状态下被堆叠在所述基板上；一对主构件，所述一对主构件被设置在电池模块阵列的前部和后部处以支撑电池模块的载荷，每个主构件的相反端被紧固到外部设备；一对端板，所述一对端板被设置成在每个端板的下端被固定到基板的状态下与电池模块阵列紧密接触；以及支撑杆，所述支撑杆被连接在端板的上部或侧部之间以便将端板相互连接并支撑端板，其中每个端板以具有对应于电池模块阵列的前部或后部的尺寸的单体的形状形成，以在电池模块沿上下方向振动时最小化电池组的变形。
因此，在根据本发明的电池组中，每个端板形成为具有与电池模块阵列的前部或后部对应的尺寸的单体的形状，由此充分地增加主构件的弯曲刚度并且充分地改善电池组抵抗竖直振动的整体的结构稳定性。
此外，每个主构件的相反端被紧固到外部设备。因此，即使当电池组位于电池组被紧固到外部设备的地方的下方时，也能够将电池组容易地安装到外部设备。
另外，在单元模块竖直地直立的状态下堆叠单元模块的电池模块在横向方向上以两列或更多列的方式布置。因此，根据本发明的电池组能够提供比包括单个电池模块的常规电池组更高的能量和更高的容量。
在本发明中，每个单元模块可以是二次电池或具有安装在其中的两个或更多个二次电池的小型模块。具有安装在其中的两个或更多个二次电池的单元模块的示例公开在以本申请的申请人的名义提交的韩国专利申请No.2006-12303中。在该专利申请的公开中，单元模块被构造为具有这样的结构：在二次电池彼此紧密接触的状态下，两个二次电池被安装到具有输入端子和输出端子的框架构件中。
单元模块的另一个示例公开在也以本申请的申请人的名义提交的韩国专利申请No.2006-20772和No.2006-45444中。在这些专利申请中的每一个的公开中，单元模块被构造为具有这样的结构：在二次电池彼此紧密接触的状态下，两个二次电池的外侧被一对高强度电池盖覆盖。
以上专利申请的公开在此通过参考合并。当然，然而，根据本发明的电池模块的每个单元模块的结构不限于在以上专利申请中公开的单元模块的以上示例。
优选地每个电池单元是在有限空间中提供高堆叠率的板状电池单元。例如，每个电池单元可以被构造成具有电极组件被安装在由层压片形成的电池盒中的结构。
具体地，每个电池单元是袋状二次电池，在所述袋状二次电池中，阴极/隔板/阳极结构的电极组件与电解液一起在密封的状态下被设置在电池盒中。例如，每个电池单元可以是以具有小的厚宽比的大致六面体结构构造的板状二次电池。通常，袋状二次电池包括袋状电池盒。电池盒被构造成具有层压片结构，在所述层压片结构中，由呈现高耐久性的聚合物树脂形成的外涂层、由阻挡湿气或空气的金属材料形成的屏障层、以及由能够被热焊接的聚合物树脂形成的内密封层被顺序地堆叠。
不特别地限制每个主构件的结构，只要每个主构件能够容易地支撑电池模块的载荷即可。优选地，每个主构件被构造成具有包围电池模块阵列的相反侧和底部的大致U形的框架结构。
因此，每个主构件的相反侧被连接到对应的一个端板，结果U形的框架结构的内部是满的，并且因此，每个主构件抵抗竖直振动的弯曲刚度被极大地改善。
在上述结构的优选示例中，每个主构件的上端可以被向外弯曲从而电池组能够被容易地安装到外部设备，并且每个主构件的弯曲部分可以设有紧固孔。因此，在主构件和外部设备之间的联接被可靠地实现。
每个端板可以被构造为分散来自电池模块和支撑杆的压力（弯曲载荷）。优选地，每个端板包括：本体部分，所述本体部分被设置成与所述电池模块阵列接触；上端壁；下端壁；以及一对侧壁；所述上端壁、所述下端壁和所述侧壁从所述本体部分的周边向外突出。这里，“向外方向”意思是与压力相反的方向，即与电池模块和支撑杆被关于每个端板的本体部分定位的方向相反的方向。
因此，在根据本发明的电池组中，被堆叠在基板上的电池模块通过端板彼此紧密接触，并且端板通过支撑杆固定。因此，能够防止组成每个电池模块的单元模块在其厚度方向上移动和隆起（swell），由此改善电池模块的安全性并且有效地防止电池模块的性能恶化。
在上述结构的优选示例中，每个端板的下端壁可以通过焊接或螺接联接到基板的下端和每个主构件的下端。
在每个端板的下端壁通过焊接或螺接联接到基板的下端和每个主构件的下端的情况下，焊接或螺接优选地在四个或更多个点处实施，由此实现在其间的可靠联接。
在另一个示例中，每个端板的每个侧壁可以通过焊接或螺接联接到每个主构件的每个侧面。
在每个端板的每个侧壁均通过焊接或螺接联接到每个主构件的每个侧面的情况下，焊接或螺接可以在一个或更多个点处实施。具体地，考虑主构件变形的模式，当焊接或螺接在三个点处实施时，在端板和主构件之间的联接被改善。
同时，支撑杆可以将端板的上部或侧部相互连接。
在支撑杆将端板的上部相互连接的结构中，每个端板的上端壁从电池模块阵列的顶部向上突出从而支撑杆能够被容易地安装到端板。在该结构中，在支撑杆位于电池模块上方的状态下，支撑杆可以被联接到端板。
上端壁的向上突出的高度可以相当于电池模块阵列的高度的2%到20%。如果上端壁的向上突出的高度小于电池模块阵列的高度的2%，则难以将支撑杆安装到端板。可替代地，可以使用具有对应尺寸的支撑杆。然而，在该情况下，电池组的总刚度被降低。另一方面，如果上端壁的向上突出的高度大于电池模块阵列的高度的20%，则电池组的体积被过分地增加，这不是优选的。
因为端板的下端壁被固定地联接到基板，所以防止当外部冲击施加到端板时端板从基板分离。
例如，一对紧固孔可以形成在每个端板的下端壁的一部分处，并且螺栓可以通过紧固孔插入，从而端板能够被固定到基板。可替代地，在端板和基板之间的联接能够通过焊接实现。
同时，只要每个端板具有对应于电池模块阵列的前部或后部的尺寸，每个端板的尺寸就不被具体地限制。例如，每个端板可以形成为矩形的平面形状。
优选地，每个端板在其上部处设有通孔，支撑杆被安装到所述通孔中。支撑杆通过通孔插入，由此容易实现在端板和支撑杆之间的联接。
根据本发明的另一个方面，提供使用带有上述构造的电池组作为电源的、具有有限的安装空间并且暴露于频繁的振动和强烈的冲击的电动车辆、混合电动车辆、或插电式混合电动车辆。
当然，用作车辆的电源的电池组可以基于所期望的功率和容量组合和制造。
在该情况下，车辆可以是电动车辆、混合电动车辆、或插电式混合电动车辆，其中电池组被安装在车辆的行李箱的下端中或在车辆的后座与行李箱之间。
使用所述电池组作为其电源的电动车辆、混合电动车辆、或插电式混合电动车辆在本发明所属的相关技术中是众所周知的，并且因此将不给出其详细的描述。
附图说明
根据随后的结合附图的详细描述，本发明的以上和其它的目的、特征和其它优点将被更为清楚地理解，其中：
图1是示出常规的电池组的透视图；
图2是示出根据本发明的实施例的电池组的透视图；
图3是示出根据本发明的另一个实施例的电池组的透视图；
图4是示出与根据在图2中示出的本发明的电池组的结构相比的、端板被安装到每个电池模块的比较电池组的结构的透视图；
图5和6是示出当外力沿左右方向施加到在图2和4中示出的电池组时的变化的透视图；
图7和8是示出当外力沿前后方向施加到在图2和4中示出的电池组时的变化的透视图；以及
图9和10是示出当外力沿上下方向施加到在图2和4中示出的电池组时的变化的透视图。
具体实施方式
现在，将参考附图详细地描述本发明的示例性实施例。然而，需要注意的是本发明的范围不受图示的实施例的限制。
图2是典型地示出根据本发明的实施例的电池组的透视图。
参考图2，电池组200包括：电池模块阵列122，所述电池模块阵列122包括在横向方向上布置成两列的电池模块110和120；基板130；一对主构件140；一对端板150；以及多个支撑杆160。
在电池模块110和120竖直地直立的状态下，电池模块110和120被堆叠在基板130的顶部。端板150被设置成在端板150的下端被固定到基板130的状态下与电池模块阵列122的前部和后部紧密接触。
主构件140被设置在电池模块阵列122的前部和后部处以支撑电池模块110和120的载荷。每个主构件140的相反端被紧固到外部设备（未示出）。
此外，每个主构件140均被构造成具有包围电池模块阵列122的相反侧和底部的U形框架。每个主构件140的上端向外弯曲。每个主构件140的弯曲部分设有紧固孔142，通过所述紧固孔142，电池组200能够被容易地安装到外部设备。
支撑杆160被连接在端板150的上部之间以便将端板150相互连接并支撑端板150。
每个端板150形成为具有与电池模块阵列122的前部对应的尺寸的矩形的平面形状，以在电池组200沿上下方向振动时最小化电池组200的变形。
此外，每个端板150包括：本体部分152，所述本体部分152被设置成与电池模块阵列122接触；上端壁154；下端壁156；以及一对侧壁158。上端壁154、下端壁156和侧壁158从本体部分152的周边向外突出。
每个端板150的下端壁156通过点焊联接到基板130的下端和每个主构件140的下端。每个端板150的每个侧壁158通过点焊在三个点153处联接到每个主构件140的每个侧面。
根据情况，每个端板150的下端壁156可以通过螺接（未示出）联接到基板130的下端和每个主构件140的下端。以同样的方式，每个端板150的每个侧壁158可以通过螺接（未示出）在三个点153处联接到每个主构件140的每个侧面。
另外，每个端板150的上端壁154从电池模块阵列122的顶部向上突出从而每个端板150的上端壁154比电池模块阵列122的高度H高10%。因此，支撑杆160能够被容易地安装到端板150的上部155。
电池模块110被构造成具有在单元模块被竖直地直立的状态下堆叠每一个均包括板状电池单元的单元模块的结构，每个所述板状电池单元具有被安装在由层压片形成的电池盒中的电极组件。
图3是示出根据本发明的另一个实施例的电池组的透视图。
参考图3，除了每个端板150在其上部处设有安装支撑杆160的通孔157外，图3的电池组200a在结构上与图2的电池组200是相同的，并且因此将不给出其详细描述。
图4是典型地示出与根据在图2中示出的本发明的电池组的结构对比的、端板被安装到每个电池模块的比较电池组的结构的透视图。
除了端板150b和151b被形成为具有与电池模块110b和120b的前部和后部对应的尺寸以及端板150b和151b的侧壁不是被焊接到主构件140b的侧部外，图4的电池组200b在结构上与图2的电池组是相同的。
图5和6是典型地示出当外力沿左右方向施加到在图2和4中示出的电池组时的变化的透视图，通过模拟在外力施加到电池组时的变化来获得将在下文中描述的在图5和6中示出的结构以及在图7和8中示出的结构。
参考这些附图，当外力沿左右方向（沿通过箭头表示的方向）施加到图2的电池组200时，主构件140的变形是低的。另一方面，当外力施加到图4的电池组200b时，主构件140的变形在外力施加到电池组的方向上是高的，结果主构件140沿左右方向从端板151的侧壁158b极大地分离。
图7和8是典型地示出当外力沿前后方向施加到在图2和4中示出的电池组时的变化的透视图。
参考这些附图，当外力沿前后方向（沿通过箭头表示的方向）施加到图2的电池组200时，主构件140的变形是低的。另一方面，当外力施加到图4的电池组200b时，主构件140的变形在外力施加到电池组的方向上是高的，结果主构件140沿前后方向从端板151的侧壁158b极大地分离。
图9和10是示出当外力沿上下方向施加到在图2和4中示出的电池组时的变化的透视图。
参考这些附图，当外力沿上下方向（沿通过箭头表示的方向）施加到图2的电池组200时，主构件140的变形是低的。另一方面，当外力施加到图4的电池组200b时，主构件140的变形在外力施加到电池组的方向上是高的，结果主构件140围绕其中部142向下极大地弯曲。
此外，当外力沿左右方向、沿前后方向以及沿上下方向施加到电池组时，对变形模式实施谐振点的检测和分析以便理解在图2中示出的电池组结构和在图4中示出的电池组结构的振动特性。谐振点的检测和分析的结果在下面的表1中给出。
<表1>
如能够从上方的表1看到的，在每个变形模式中，因为图2的电池组被构造为具有每个端板是单体并且端板的侧壁被焊接到主构件的侧部的结构，所以图2的电池组在电池组强烈振动时的结构稳定性比图4的电池组的结构稳定性高。
因此，能够通过将每个端板简单地构造成单体以最小化主构件的作为不期望的结果的振动。
具体地，在根据本发明的电池组中，每个端板是具有与电池模块阵列的前部或后部对应的尺寸的单体。当电池组的重量是30Kg或更大，并且电池组沿上下方向振动时电池组的主构件是结构性薄弱的时，本发明能够应用到不能容忍竖直振动的车辆。
尽管已公开本发明的示例性实施例用于图示目的，但是本领域技术人员将认识到的是，在不脱离如随附的权利要求中公开的本发明的范围和精神的情况下，各种变型、增加和替代是可能的。
工业实用性
如从以上描述显而易见的，根据本发明的电池组被构造为具有电池模块在横向方向上布置成两列或更多列的结构。因此，根据本发明的电池组能够提供比包括单个电池模块的常规的电池组高的功率和容量。而且，每个端板是具有与电池模块阵列的前部或后部对应的尺寸的单体。因此，能够在电池组沿上下方向振动时最小化电池组的变形。
而且，使用车辆的一部分来构造电池组的一部分。因此，能够在车辆中稳定地安装电池组并且最小化电池组在车辆中占据的体积。

Claims (18)

1.一种电池组，包括：
电池模块阵列，所述电池模块阵列具有在横向方向上布置成两列或更多列的电池模块，每个所述电池模块均被构造成具有如下结构，在该结构中，电池单元或单元模块在所述电池单元或单元模块竖直地直立的状态下被堆叠，每个所述单元模块均具有安装在其中的两个或更多个电池单元；
基板，所述电池模块在竖直地直立的状态下被堆叠在所述基板上；
一对主构件，所述一对主构件被设置在所述电池模块阵列的前部和后部处以支撑所述电池模块的载荷，每个所述主构件的相反端被紧固到外部设备；
一对端板，所述一对端板被设置成在每个所述端板的下端被固定到所述基板的状态下与所述电池模块阵列的前部和后部紧密接触；以及
支撑杆，所述支撑杆被连接在所述端板的上部或侧部之间以便将所述端板相互连接并支撑所述端板，其中
每个所述端板形成为具有与所述电池模块阵列的前部或后部对应的尺寸的单体的形状，以在所述电池组沿上下方向振动时最小化所述电池组的变形，
其中，每个所述端板均包括本体部分、上端壁、下端壁以及一对侧壁，所述本体部分被设置成与所述电池模块阵列接触并且具有与所述电池模块阵列的前部或后部相同的尺寸，所述上端壁、所述下端壁和所述侧壁从所述本体部分的周边向外突出，并且
其中，每个所述端板的所述上端壁从所述电池模块阵列的顶部向上突出，从而所述支撑杆能够被容易地安装到所述端板。
2.根据权利要求1所述的电池组，其中，每个所述电池单元均是板状电池单元。
3.根据权利要求2所述的电池组，其中，每个所述电池单元均被构造成具有电极组件被安装在由层压片形成的电池盒中的结构。
4.根据权利要求1所述的电池组，其中，每个所述主构件均被构造成具有包围所述电池模块阵列的相反侧和底部的U形框架结构。
5.根据权利要求4所述的电池组，其中，每个所述主构件的上端均向外弯曲使得所述电池组能够被容易地安装到外部设备，并且每个所述主构件的弯曲部分均设有紧固孔。
6.根据权利要求1所述的电池组，其中，每个所述端板的所述下端壁通过焊接或螺接而联接到所述基板的下端和每个所述主构件的下端。
7.根据权利要求6所述的电池组，其中，所述焊接或所述螺接在四个或更多个点处实施。
8.根据权利要求1所述的电池组，其中，每个所述端板的每个所述侧壁通过焊接或螺接而联接到每个所述主构件的每个侧面。
9.根据权利要求8所述的电池组，其中，所述焊接或所述螺接在一个或更多个点处实施。
10.根据权利要求1所述的电池组，其中，向上突出的高度等于所述电池模块阵列的高度的2％到20％。
11.根据权利要求1所述的电池组，其中，每个所述端板均被形成为矩形的平面形状。
12.根据权利要求1所述的电池组，其中，在每个所述端板的上部处设有通孔，所述支撑杆被安装在所述通孔中。
13.一种电动车辆，所述电动车辆使用根据权利要求1所述的电池组作为电源。
14.根据权利要求13所述的电动车辆，其中，所述电池组被安装在所述车辆的行李箱的下端或被安装在所述车辆的后座与所述行李箱之间。
15.一种混合电动车辆，所述混合电动车辆使用根据权利要求1所述的电池组作为电源。
16.根据权利要求15所述的混合电动车辆，其中，所述电池组被安装在所述车辆的行李箱的下端或被安装在所述车辆的后座与所述行李箱之间。
17.一种插电式混合电动车辆，所述插电式混合电动车辆使用根据权利要求1所述的电池组作为电源。
18.根据权利要求17所述的插电式混合电动车辆，其中，所述电池组被安装在所述车辆的行李箱的下端或被安装在所述车辆的后座与所述行李箱之间。
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