CN103493247B - 具有高的结构稳定性的电池组 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种电池组，该电池组包括：电池模块阵列主体，其具有布置成两行或者更多行的倒置的电池模块，基于电池单元的电极装置，在侧表面的方向上，电池模块通过层叠电池单元或者配备有两个或者更多个电池单元的单元模块而形成；前支撑构件和后支撑构件，其是一对侧支撑构件，分别支撑电池模块阵列主体的前部和后部，同时与电池模块阵列主体的最外面的电池模块紧密地接触；下支撑构件，其被联接到侧支撑构件的下端，并且支撑电池模块阵列主体的下端；以及安装构件，其被联接到电池模块阵列主体的上端并且被连接到外部装置，使得电池组的上部被安装在外部装置上。

Description

具有高的结构稳定性的电池组
技术领域
本发明涉及一种具有高结构稳定性的电池组，并且本发明尤其涉及一种如下电池组，该电池组包括：电池模块阵列，该电池模块阵列具有在电池模块以倒置方式竖立的状态下布置成两行或者更多行的电池模块，电池模块中的每一个通过在相对于电池单元的电极端子的横向方向上堆叠电池单元或者单元模块而形成，所述电池模块均安装有两个或者更多个电池单元；前支撑构件和后支撑构件，该前支撑构件和该后支撑构件是一对侧支撑构件，以在所述一对侧支撑构件与电池模块阵列中的电池模块中的最外面的单元模块紧密接触的状态下，分别支撑电池模块阵列的前部和后部；下端支撑构件，该下端支撑构件被联接到侧支撑构件的下端，以支撑电池模块阵列的下端；以及安装构件，该安装构件被联接到电池模块阵列的上端并且被紧固到外部装置使得电池组的上部被安装到外部装置。
背景技术
由使用矿物燃料诸如汽油和柴油的车辆引起的最大问题中的一个是造成空气污染。作为解决这样的问题的一个方法，使用作为用于车辆的电源的能够充电和放电的二次电池的技术已经吸引非常大的注意。结果，仅使用一个电池操作的电动车辆（EV）和共同地使用电池和常规引擎的混合动力电动车辆（HEV）已经被发展，并且一些是商业可用的。镍金属氢化物（Ni-MH）二次电池已经主要被用作用于电动车辆（EV）和混合动力电动车辆（HEV）的电源。最近也已经使用锂离子电池。
对于将用作用于电动车辆（EV）和混合动力电动车辆（HEV）的电源的这样的二次电池需要高功率和大容量。为此，小型的二次电池（单元电池）被串联地连接以形成电池模块和电池组。在适当的情况下，小型的二次电池（单元电池）被串联和并联地连接以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，该电池模块中的每一个包括被安装在电池模块中的二次电池。可以基于车辆的种类或者电池组在车辆中的安装位置来改变电池模块的结构。
在有效地固定大容量的电池模块的一个结构中，电池组被构造成使得电池模块被固定到刚性的下板。在此结构中，每个单个的电池模块被固定到下板，使得通过下板的结构刚性确保电池组的可靠性诸如耐久性和抗振性。然而，此结构具有存在确保下板的充分刚性需要的问题。
图1是包括作为具有上述结构的电池组实例的单个电池模块的常规电池组的示例性透视图。
参考图1，电池组100包括单元模块10、下板20、一对侧支撑构件30和一对顶支撑构件40，该单元模块10中的每一个具有安装在其中的二次电池。
在单元模块10被竖直地竖立的状态下，单元模块10被堆叠在下板20的顶部处。在侧支撑构件30中的每一个的下端被固定到下板30的状态下，侧支撑构件30被布置成与最外面的单元模块10的外侧紧密接触。
顶支撑构件40被连接在侧支撑构件30的上部之间，以相互连接和支撑侧支撑构件30。
然而，被构造成使得单元模块10被固定在下板20上的上述电池组具有在车辆经常突然地启动并且突然地停止的环境中难以防止振动、冲击等被传输到电池组的问题。
因此，存在对于提供如下电池组的高度需求，该电池组能够显著地减少振动、冲击等传输到安装在车辆中的电池组。
发明内容
因此，已经进行本发明以解决尚待解决的上述和其它技术问题。
本发明的目的是为了提供一种电池组，该电池组被构造成使得：在电池组被安装在车辆中时以倒置方式竖立单元模块的状态下，单元模块被向上地安装并且被固定在上侧处，使得通过力矩能够显著地减少被传输到电池组的外部冲击。
本发明的另一个目的是为了提供一种电池组，其中，第一上安装构件、第二上安装构件以及后安装构件中的每一个具有在竖直截面中是有角的角型管（angularpipe）的形状，使得能够使由于竖直振动和冲击导致的变形最小化。
本发明的另一个目的是为了提供一种电池组，其中，使用车辆的结构的一部分形成电池组的一部分，使得能够将电池组稳定地安装在车辆中，同时使车辆中的电池组的体积最小化。
技术解决方案
根据本发明，通过提供一种电池组能够完成以上和其它目的，该电池组包括：电池模块阵列，该电池模块阵列具有在电池模块以倒置方式竖立的状态下布置成两行或者更多行的电池模块，电池模块中的每一个通过在相对于电池单元的电极端子的横向方向上堆叠电池单元或者单元模块而形成，该电池模块均安装有两个或者更多个电池单元；前支撑构件和后支撑构件，前支撑构件和后支撑构件是一对侧支撑构件，以在所述一对侧支撑构件与电池模块阵列中的电池模块中的最外面的单元模块紧密接触的状态下分别支撑电池模块阵列的前部和后部；下端支撑构件，该下端支撑构件被联接到侧支撑构件的下端以支撑电池模块阵列的下端；以及安装构件，该安装构件被联接到电池模块阵列的上端并且被紧固到外部装置使得电池组的上部被安装到外部装置。
所述一对侧支撑构件分别支撑电池模块阵列的前部和后部。因此，能够稳固地增加被联接到侧支撑构件的下端的下端支撑构件的弯曲刚度，并且能够充分地确保电池组抵抗竖直振动的总体结构稳定性。
另外，因为在以倒置方式竖立电池模块的状态下安装电池模块，所以能够取决于力矩的变化来使传输到电池组的振动或者冲击最小化。
优选地，电池单元中的每一个是板状电池单元，其在有限的空间中提供高堆叠率。例如，电池单元中的每一个可以被构造成使得电极组件被安装在由层压片形成的电池壳体中。
具体地，电池单元中的每一个是袋状二次电池，在该袋状二次电池中，具有阴极、阳极以及介于该阴极和该阳极之间的分隔物的电极组件与电解质一起被密封在电池壳体中。例如，电池单元中的每一个是具有适当的矩形平行六面体结构的板状二次电池，该平行六面体结构具有小的厚度对宽度比率。通常，板状二次电池包括袋状电池壳体。电池壳体具有层压片结构，在该层压片结构中，由呈现高的耐久性的聚合物树脂形成的外涂层、由阻挡湿气或者空气的金属材料形成的阻挡层以及由可热焊接的聚合物树脂形成的内密封剂层被顺序地堆叠。
安装构件可以包括：两个或者更多个第一上安装构件，其被联接到侧支撑构件的上端和以倒置方式竖立的电池模块的上端，第一上安装构件中的每一个在一个端部处被紧固到外部装置；第二上安装构件，其被联接到第一上安装构件的上端，使得第二上安装构件以直角相交第一上安装构件，第二上安装构件在相反端部处被紧固到外部装置；以及后安装构件，其被布置在电池模块阵列的一侧处，后安装构件在相反端部处被紧固到外部装置。
在上面的结构中，第一上安装构件、第二上安装构件以及后安装构件中的每一个是具有在竖直截面中有角的角型管的形状的中空四边形杆。因此，通过具有高的转动惯量的角型管，能够使电池组由于振动和冲击导致的变形最小化。
具体地，角型管可以具有中空四边形杆或者封闭四边形杆的形状。优选地，角型管具有中空四边形杆的形状。与是I形的或者是由以特定形状弯曲的板形成的常规框架相比，这样的形状具有高的转动惯量，并且增加电池组抗振动的耐冲击性。上面的术语“四边形杆形状”可以被构造成不仅包括四边形形状而且包括具有锐角的形状、具有圆角的形状、具有一个或者两个线性侧面的形状或者具有一个或者两个柔和地弯曲的侧面的形状。
侧支撑构件中的每一个优选地包括主体，该主体接触电池模块阵列中的电池模块中的最外面的单元模块；上端壁和下端壁，该上端壁和该下端壁均被成形为从主体的周边向外地突出；以及一对侧壁，所述一对侧壁分散通过电池模块和下端支撑构件施加的压力（或者弯曲负荷）。在此，术语“向外地”指的是与压力的方向相反的方向，即，与从侧支撑构件的主体到电池模块和下端支撑构件的方向相反的方向。
在根据本发明的电池组中，在电池模块的下端被联接到第一上安装构件的状态下，通过侧支撑构件以倒置方式竖立的电池模块相互紧密接触，并且通过下端支撑构件来固定侧支撑构件。因此，能够防止电池模块中的每一个的单元模块膨胀并且在单元模块的厚度方向上移动，从而提高电池模块的安全性并有效地防止电池模块的性能的劣化。
在上面的结构的优选实例中，通过焊接或者螺栓连接，侧支撑构件的上端壁可以被联接到第一上安装构件。
同时，侧支撑构件中的每一个的形状没有被特别地限制，只要侧支撑构件能够容易地支撑电池模块阵列的前部和后部。例如，侧支撑构件中的每一个可以在平面图中具有矩形形状。
下板可以进一步被安装到下端支撑构件的下部以当外力被施加到电池组时在与下端支撑构件一起防止电池模块阵列的向下移动，该下板的相反端部被联接到侧支撑构件。
在优选实例中，当电池模块被布置成两行以组成电池模块阵列时，下端支撑构件可以包括四个构件以支撑电池模块中的每一个的相反侧面的下端。
第一上安装构件中的每一个的结构没有被特别地限制，只要以倒置方式竖立的电池模块的下端能被容易地安装到第一上安装构件。例如，第一上安装构件可以包括联接到电池模块阵列的相反侧面的上部的两个相反的端部构件和联接到电池模块阵列的中部的中部构件。因此，第一上安装构件能够均匀地支撑电池模块阵列的重量。
以倒置方式竖立的电池模块的重量被传输到下侧，朝着该下侧引导重力。因此，电池模块在接收外部冲击之后移动非常小，从而提高电池组的结构稳定性。
优选地，第一上安装构件中的每一个的紧固到外部装置的端部被向上弯曲了联接到第一上安装构件的上端的第二上安装构件的高度，使得第一上安装构件的端部和第二上安装构件的顶部位于同一水平处。
在适当的情况下，电池组可以进一步包括上板，该上板被安装在电池模块阵列和第一上安装构件之间以加强电池模块阵列的顶部。
在上面的结构的实例中，电池模块阵列可以被联接到被固定到第一上安装构件的下端的上板，使得第一上安装构件支撑电池模块阵列的重量。
在另一个实例中，上板的与第一上安装构件对应的部分可以被凹进以减小电池组的总体高度。
同时，电池组通常包括电连接结构。因此，下板可以延伸到后安装构件的后方，以确保线诸如电线延伸穿过的空间。
在适当的情况下，第一上安装构件的其它端部可以被联接到后安装构件的上端，以增加第一上安装构件和后安装构件之间的联接力。
在另一个实例中，电池组可以进一步包括加强支架，该加强支架被联接到第一上安装构件的上端，加强支架被安装成平行于第二上安装构件，以进一步加强第一上安装构件和第二上安装构件之间的联接结构。
电池组可以进一步包括U形支架，该U形支架被安装到第一上安装构件中的至少一个的上端以固定安全插头。
在实例中，后安装构件的结构没有被特别地限制，只要后安装构件能够容易地覆盖被安装到电池模块阵列的后部的冷却风扇的相反的侧面和底部。优选地，后安装构件具有U形框架结构。
后安装构件允许车辆的有限内部空间的有效应用。
在另一个实例中，后安装构件的相反端部能够平行于第二上安装构件弯曲，并且紧固孔可以被形成在后安装构件的弯曲部分处以实现容易联接到外部装置。
本发明也提供一种作为电源的包括电池组的装置。
该装置可以是从由电动车辆、混合动力电动车辆或者插电式混合动力电动车辆组成的组中选择的车辆。当然，通过基于所期望的功率和容量来组合电池模块，可以制造被用作车辆电源的电池组。
根据本发明的电池组被构造成使得电池组的顶部的尺寸大于底部的尺寸。因此，优选地，电池组被安装在车辆的后备箱下面的备用轮胎空间中或者车辆的后排座位和后备箱之间。
在本领域中使用电池组作为电源的电动车辆、混合动力电动车辆、插电式混合动力电动车辆等是众所周知的，并且因此其详细描述将不会给出。
附图说明
结合附图并根据下面的详细描述，将会更加清楚地理解本发明的上述和其它目的、特征和其它优点，在附图中：
图1是常规的电池组的透视图；
图2是根据本发明的一个实施例的电池组的透视图；
图3是图2的电池组的后透视图；
图4是图2的电池组的侧透视图；
图5是图2的电池组的俯视透视图；
图6是其中电池模块以倒置方式竖立的电池组的结构的透视图；并且
图7是图2的电池组的前视透视图。
具体实施方式
现在，将参考附图详细地描述本发明的优选实施例。然而，应注意的是，实施例的描述是为了提供对本发明的更好的理解，而不是限制本发明的范围。
图2是根据本发明的实施例的电池组的示意性透视图，并且图3是图2的电池组的示意性后透视图。
图4是图2的电池组的示意性侧透视图，并且图5是图2的电池组的示意性俯视透视图。
如在图2至图5中所示，电池组800包括电池模块阵列200、一对侧支撑构件（即，前支撑构件400和后支撑构件410）、下端支撑构件600、三个第一上安装构件300、第二上安装构件310以及后安装构件500。
电池模块阵列200包括被布置成两行的电池模块210和220。电池模块210和220中的每一个具有通过以倒置方式竖立的各个单元模块堆叠单元模块的结构。在前支撑构件400和后支撑构件410与电池模块阵列200的电池模块中的最外面的单元模块紧密接触的状态下，前支撑构件400和后支撑构件410分别支撑电池模块阵列200的前部和后部。
下端支撑构件600被联接到前支撑构件400和后支撑构件410的下端，以支撑电池模块阵列200的下端。
第一上安装构件300被联接到前支撑构件400和后支撑构件410的上端和以倒置方式竖立的电池模块210和220的下端，并且通过被形成在第一上安装构件300的一个端部306中的紧固孔308被紧固到外部装置。
第二上安装构件310以直角相交第一上安装构件300。第二上安装构件310被联接到第一上安装构件300的上端，并且通过被形成在第二上安装构件310的相反端部312和314中的紧固孔308被紧固到外部装置（例如，车辆）。
后安装构件500位于电池模块阵列200的后部处，并且通过被形成在后安装构件500的相反端部502和504中的紧固孔506被紧固到外部装置。
第一上安装构件300、第二上安装构件310以及后安装构件500中的每一个具有在竖直截面中是有角的角型管的形状，并且特别地，具有中空四边形杆形状。
为了确定图2的电池组的在第一上安装构件和第二上安装构件均由常规框架形成的结构（结构1）中和在第一上安装构件和第二上安装构件均由角型管形成的结构（结构2）中的振动特性，在外力分别在横向方向上、前后部向上以及在竖直方向上被施加到电池组的三种变形模式中执行谐振点检测分析。在下面的表1中示出结果。
表1
如从表1中能够看到的，与电池模块被固定到均由框架形成的第一上安装构件300和第二上安装构件310的结构1相比，因为电池模块被固定到均由以结构2的角型管形成的第一上安装构件300和第二上安装构件310，所以即使当电池组在变形模式中的每一种中以高的速率振动时结构2的结构可靠性也被大大地提高。
试验结果出乎意料地示出，通过使用具有高的转动惯量的角型管形成第一上安装构件300和第二上安装构件310能够大大地提高电池组的耐久性。
因为在以如上所述的倒置方式竖立单元模块的状态下堆叠单元模块，所以随着转动惯量增加电池模块阵列20能够减少振动、冲击等的水平。因此，根据本发明的电池组能够被实际地应用于使用具有30kg或者更大重量的电池组作为电源并经受竖直振动的车辆。
前支撑构件400和后支撑构件410中的每一个在平面视图中具有矩形形状，并且包括与电池模块阵列200中的电池模块中的最外面的单元模块接触的主体、被成形为从主体的周边向外突出的上端壁和下端壁以及一对侧壁。
前支撑构件400的上端壁通过螺栓连接被联接到第一上安装构件300。
在下板710的相反端部分别被联接到前支撑构件400和后支撑构件410的状态下，下板710被安装到下端支撑构件600的下部。下板710延伸到后安装构件500的后方，以确保电线（未示出）延伸穿过的空间。
下端支撑构件600包括四个构件，其支撑电池模块210和220的相反侧面的下端。
第一上安装构件300包括分别被联接到电池模块阵列200的相反侧面的上部的两个相反的端部构件302和304和被联接到电池模块阵列200的中部的中部构件305。优选地，第一上安装构件300的端部306被弯曲了第二上安装构件310的高度，在该第一上安装构件300的端部306处第一上安装构件300被紧固到外部装置。
上板700被安装在电池模块阵列200和第一上安装构件300之间。电池模块阵列200被联接到被固定到第一上安装构件300的下端的上板700，使得第一上安装构件300支撑电池模块阵列200的质量。
上板700被凹进在上板700的与第一上安装构件300对应的部分处。
在加强支架720被联接到第一上安装构件300的上端的状态下，加强支架720被安装成平行于第二上安装构件310。U形支架730被安装到中部构件305的上端以固定安全插头（未示出）。因此，根据本发明的电池组被有效地安装在车辆的有限空间中。
后安装构件500具有U形框架结构，以覆盖被安装到电池模块阵列200的后部的冷却风扇（未示出）的底部和相反侧面。
后安装构件500的相反端部502和504被弯曲成平行于第二上安装构件310，并且紧固孔506被形成在后安装构件500的弯曲部分处以实现到外部装置的简单联接。
在电池组800的后部处，加强支架520被联接到后支撑构件410和后安装构件500，以防止电池组在（通过箭头表示的）前后部向上摆动。
图6是电池组的以倒置方式竖立电池模块的结构的示意性透视图，并且图7是图2的电池组的示意性前透视图。
如在图6和图7中所示，在以倒置方式竖立单元模块212、214以及216的状态下，单元模块212、214以及216被组装到第一上安装构件300。与单元模块被向下安装并固定在下侧处的常规电池组结构相比，因为力矩增加，所以这减少电池组的摆动。
对于本领域的技术人员来说显然的是，在不脱离本发明的范围的情况下，根据上述教导来进行各种变型和变体是可能的。
工业实用性
根据上面的描述显然的是，根据本发明的电池组被构造成使得当电池组被安装在车辆中时，在单元模块以倒置方式竖立的状态下，单元模块被向上地安装和固定在上侧处。因此，通过力矩能够显著地减少被传输到电池组的外部冲击。还能够使由于竖直振动和冲击的变形最小化，这是因为第一上安装构件和第二上安装构件中的每一个具有在竖直截面中是有角的角型管的形状。
另外，电池模块被向上地组装到均由角型管结构形成的第一上安装构件和第二上安装构件。因此，通过角型管结构能够支撑电池组的重量，并且能够紧凑地构造电池组。
此外，能够将电池组稳定地安装在车辆中，同时使车辆中的电池组的体积最小化，这是因为使用车辆的结构的一部分形成电池组的一部分。

Claims (22)

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电池模块以倒置方式竖立的状态下被布置成两行或者更多行的电池模块，所述电池模块中的每一个通过在相对于电池单元的电极端子的横向方向上堆叠单元模块而形成，在所述单元模块的每一个中安装有两个或者更多个电池单元；
前支撑构件和后支撑构件，所述前支撑构件和所述后支撑构件是一对侧支撑构件，以在所述一对侧支撑构件与所述电池模块阵列中的电池模块中的最外面的单元模块紧密接触的状态下分别支撑所述电池模块阵列的前部和后部；
下端支撑构件，所述下端支撑构件被联接到所述侧支撑构件的下端以支撑所述电池模块阵列的下端；以及
安装构件，所述安装构件被联接到所述电池模块阵列的上端并且被紧固到外部装置，使得所述电池组的上部被安装到所述外部装置，
其中，所述安装构件包括：
两个或者更多个第一上安装构件，所述两个或者更多个第一上安装构件被联接到所述侧支撑构件的上端和以倒置方式竖立的所述电池模块的上端，所述第一上安装构件中的每一个在其一个端部处被紧固到所述外部装置；
第二上安装构件，所述第二上安装构件被联接到所述第一上安装构件的上端，使得所述第二上安装构件以直角与所述第一上安装构件相交，所述第二上安装构件在其相反端部处被紧固到所述外部装置；以及
后安装构件，所述后安装构件被布置在所述电池模块阵列的一侧处，所述后安装构件在其相反端部处被紧固到所述外部装置，
其中，所述侧支撑构件中的每一个包括：
主体，所述主体与所述电池模块阵列中的电池模块中的最外面的单元模块接触；
上端壁和下端壁，所述上端壁和所述下端壁中的每一个被成形为从所述主体的周边向外突出；以及
一对侧壁。
2.根据权利要求1所述的电池组，其中，所述电池单元中的每一个是板状电池单元。
3.根据权利要求1所述的电池组，其中，所述电池单元中的每一个被构造成使得电极组件被安装在层压的电池壳体中。
4.根据权利要求1所述的电池组，其中，所述第一上安装构件、所述第二上安装构件以及所述后安装构件中的每一个是具有角型管的形状的中空四边形杆。
5.根据权利要求1所述的电池组，其中，所述侧支撑构件的上端壁通过焊接或者螺栓连接被联接到所述第一上安装构件。
6.根据权利要求1所述的电池组，其中，所述侧支撑构件中的每一个在平面图中具有矩形形状。
7.根据权利要求1所述的电池组，进一步包括下板，所述下板被安装到所述下端支撑构件的下部，所述下板在其相反端部处被联接到所述侧支撑构件。
8.根据权利要求1所述的电池组，其中，所述下端支撑构件包括四个构件，所述四个构件支撑电池模块的相反侧面的下端。
9.根据权利要求1所述的电池组，其中，所述第一上安装构件包括两个相反的端部构件，所述两个相反的端部构件被联接到所述电池模块阵列的相反侧面的上部；以及中部构件，所述中部构件被联接到所述电池模块阵列的中部。
10.根据权利要求1所述的电池组，其中，所述第一上安装构件中的每一个的被紧固到所述外部装置的所述端部被向上弯曲了所述第二上安装构件的高度。
11.根据权利要求1所述的电池组，进一步包括上板，所述上板被安装在所述电池模块阵列和所述第一上安装构件之间。
12.根据权利要求11所述的电池组，其中，所述电池模块阵列被联接到固定于所述第一上安装构件的下端的所述上板，使得所述第一上安装构件支撑所述电池模块阵列的重量。
13.根据权利要求11所述的电池组，其中，所述上板在所述上板与所述第一上安装构件对应的部分处被凹进。
14.根据权利要求7所述的电池组，其中，所述下板延伸到所述后安装构件的后方，以确保电线延伸穿过的空间。
15.根据权利要求1所述的电池组，其中，所述第一上安装构件中的每一个的另一端部被联接到所述后安装构件的上端。
16.根据权利要求1所述的电池组，进一步包括加强支架，所述加强支架被联接到所述第一上安装构件的上端，所述加强支架被安装成平行于所述第二上安装构件。
17.根据权利要求1所述的电池组，进一步包括U形支架，所述U形支架被安装到所述第一上安装构件中的至少一个的上端以固定安全插头。
18.根据权利要求1所述的电池组，其中，所述后安装构件具有U形框架结构，以覆盖安装到所述电池模块阵列的后部的冷却风扇的相反侧面和底部。
19.根据权利要求1所述的电池组，其中，所述后安装构件的相反端部被弯曲成平行于所述第二上安装构件，并且在所述后安装构件的弯曲部分处形成紧固孔，以实现对所述外部装置的容易联接。
20.一种包括作为电源的根据权利要求1所述的电池组的装置。
21.根据权利要求20所述的装置，其中，所述装置是从由电动车辆和混合动力电动车辆组成的组中选择的车辆。
22.根据权利要求21所述的装置，其中，所述电池组被安装在所述车辆的后备箱的下部中，或者被安装在所述车辆的后排座位和所述后备箱之间。
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