CN103858253B - 具有提高可靠性的电池模块组件和包括该电池模块组件的中大型电池组 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种包括一个或多个板型电池单元的电池模块组件，并且提供一种电池模块组件，其包括：两个或更多个电池模块，电池模块中的每一个包括彼此电连接的单体单元，单体单元由一个或多个电池单元构成；一对上壳体和下壳体，其被构造成在电池模块以侧表面竖直地布置的状态下包围电池模块的外表面，使得位于最外面的位置处的电池模块的外表面向外暴露；一个或多个第一紧固件，其在彼此面对的方向上竖直地形成在上壳体的上表面和下壳体的下表面上，从而彼此紧固和固定上壳体和下壳体；以及两个或更多个第二紧固件，其水平地形成在上壳体的前表面和/或后表面以及下壳体的前表面和/或后表面上，用于电池模块组件的位置固定或者安装。

Description

具有提高可靠性的电池模块组件和包括该电池模块组件的中大型电池组
技术领域
本发明涉及具有提高可靠性的电池模块和包括该电池模块的中大型电池组，更具体地，涉及一种电池模块组件，该电池模块组件包括一个或更多个板状电池单元，电池模块组件：包括两个或更多个电池模块，所述两个或更多个电池模块具有彼此电连接的单体单元，单体单元中的每一个包括一个或更多个电池单元；一对上壳体和下壳体，在电池模块被竖立在其侧面上的状态下,所述一对上壳体和下壳体包围电池模块的外周,使得最外面的电池模块中的每一个的一个表面被暴露于外部；一个或更多个第一紧固孔，所述一个或更多个第一紧固孔在第一紧固孔彼此面对的方向上竖直地形成在上壳体的顶面和下壳体的底面处，以紧固和固定上壳体和下壳体；以及两个或更多个第二紧固孔，所述两个或更多个第二紧固孔水平地形成在上壳体的前面和/或后面以及下壳体的前面和/或后面处，以定位或者固定电池模块组件。
背景技术
近来，能够充电和放电的二次电池已广泛用作无线移动装置的能量源。另外，将二次电池作为电动车辆(EV)和混合动力电动车辆(HEV)的动力源已引起了相当大的关注，已经开发了所述二次电池来解决由现有的使用化石燃料的汽油车和柴油车所引起的问题，例如空气污染。
小型移动装置为每个装置使用一个或数个电池单元。另一方面，由于中大型装置需要高输出和大容量，所以中大型装置诸如车辆使用具有被彼此电连接的多个电池单元的中大型电池组。
优选地，中大型电池组被制造成具有尽可能小的尺寸和重量。为此，通常棱形电池或袋状电池用作中大型电池组的电池单元，棱形电池或袋状电池能够以高的集成度进行堆叠并具有小的重量容量比。特别地，目前很多兴趣集中在使用铝层压片作为包覆构件(sheathingmember)的袋状电池，是因为袋状电池的重量轻，袋状电池的制造成本低，并且容易修改袋状电池的形状。
为了让中大型电池组提供由特定的设备或者装置所要求的输出和容量，有必要将中大型电池组构造成具有下述结构，即，多个电池单元被彼此串联地电连接或者彼此串联和并联地电连接，并且电池单元对外力而言是稳定的。
具体地，当电池单元被彼此并联地连接时，在单个焊接点处通过一对一焊接，相应的电池单元的电极端子被彼此连接。
然而，当三个或更多个电池单元被彼此并联地连接同时被堆叠时，需要在电池单元的电极端子之间的三个或更多个连接点，因此当相同的区域被焊接时，电池组的结构变复杂并且内部电阻增加。
同时，为了确保动态稳定性，通过将电池模块固定到底板并且使用用于电池模块的一部分的端板和支撑条，而通常地制造传统的电池组。
然而，具有上述结构的电池组在将电池模块安装在该电池组中时具有空间限制。在使用大量的电池模块以构成电池组的情况下，电池组的结构稳定性被降低。
另外，传统的电池组被构造成具有下述结构，即，使用螺栓或者螺母而将电池模块固定到底板，使得不能够向上和向下移动电池模块，并且使用端板和支撑条在纵向方向上固定电池模块以便于确保动态稳定性的结构。
然而，在具有上述结构的电池组中，使用紧固构件诸如多个螺栓或者螺母而将电池模块固定到底板，因此组装工艺复杂并且麻烦。另外，有必要确保用于紧固构件的空间，从而导致紧固构件的空间限制和重量限制。
因此，对能够解决上述问题的具有紧凑结构的电池组存在高度需求。
发明内容
技术问题
因此，为解决以上问题和尚待解决的其它技术问题而完成本发明。
具体地，本发明的目的是，提供一种电池模块组件，基于用于固定电池模块的新颖的紧固结构，该电池模块组件的组装工艺被简化，并且该电池模块组件是整体紧凑并且重量轻的。
本发明的另一目的是，提供一种电池模块组件，该电池模块组件被构造成，使得使用汇流条以每两个电池单元为基础将单体单元彼此电连接，从而提高焊接可靠性并且使内部电阻最小化。
技术解决方案
在本说明书中，在下文中将会描述的二次电池组件被构造成具有下述结构，即，电池模块被布置在高度方向上的任意平面上，使得电池模块彼此相邻。
根据本发明的构成电池模块的电池单元是板状电池单元，该板状电池单元具有被形成在板状电池单元一端处的电极端子。电池单元被形成为近似矩形平行六面体的形状。在其处形成有电极端子的一个表面被定义为前面，并且与前面相反的另一表面被定义为后面。另外，表面中的除前面和后面之外的最大的两个表面被定义为顶面和底面。除前面、后面、顶面以及底面的其它的两个表面被定义为侧面。
因此，上壳体和下壳体被组装以包围电池单元的相反的侧面。上壳体和下壳体的前面和后面被定义为具有与电池单元的前面和后面的方向相同的方向的表面。
另外，竖直方向，即在下文中将会描述的第一紧固孔被形成的方向，是指与电池模块的向上方向平行的方向，并且水平方向，即在下文中将会描述的第二紧固孔被形成的方向，是指与电池模块被布置的方向平行的方向。
根据本发明的一个方面，通过提供电池模块组件能够完成以上和其它目的，该电池模块组件具有一个或更多个板状电池单元，电池模块组件包括两个或更多个电池模块，所述两个或更多个电池模块具有被彼此电连接的单体单元，单体单元中的每一个包括一个或更多个电池单元；一对上壳体和下壳体，在电池模块被竖立在其侧面上的状态下，所述一对上壳体和下壳体包围电池模块的外周，使得最外面的电池模块中的每一个的一个表面被暴露于外部；一个或更多个第一紧固孔，所述一个或更多个第一紧固孔在第一紧固孔彼此面对的方向上竖直地形成在上壳体的顶面和下壳体的底面处，以紧固和固定上壳体和下壳体；以及两个或更多个第二紧固孔，所述两个或更多个第二紧固孔水平地形成在上壳体的前面和/或后面和下壳体的前面和/或后面处，以定位或者固定电池模块组件。
具体地，被暴露在外部的电池模块中的每一个的一个表面被定义为与电池单体中的每一个电池单体的顶面或者底面对应的表面。
即，在根据本发明的电池模块中，使用最小数目的构件，电池模块能够被联接在上壳体和下壳体之间，从而容易地实现电池组的组装，并且因此优化电池组的空间，并且减少电池组的重量。特别地，在电池组被组装以具有搁板结构诸如机架的情况下，易于固定电池组，从而确保电池组的整体结构稳定性。
在具体示例中，第一紧固孔或者第二紧固孔中的每一个紧固孔被构造成具有下述结构，即：紧固螺纹被形成在第一紧固孔或者第二紧固孔中的每一个的内周处。因此，通过将构件诸如螺栓容易地插入并紧固到紧固孔中，能够容易地构造电池组以具有机架结构。
在另一具体示例中，第二紧固孔中的每一个紧固孔可以被构造成具有下述结构，即，从上壳体或者下壳体的外部下凹的结构。根据情形，第二紧固孔中的每一个可以被形成为在竖直截面中朝着上壳体或者下壳体的外部敞开的弧形。
具有上述结构的第二紧固孔中的每一个可以被构造成，使得定位或者固定电池模块组件的对应紧固构件被联接到第二紧固孔中的每一个紧固孔。
同时，电池模块中的每一个池模块可以被构造成具有下述结构，即，单体单元被彼此并联地连接的结构，该单体单元中的每一个单体单元包括两个或更多个电池单元。
在另一具体示例中，单体单元的电极端子可以经由汇流条而彼此电连接。
在又一具体示例中，电池模块组件可以进一步包括汇流条组件，该汇流条组件被布置在电池模块的前面处，以彼此电连接电池模块。
在该情况下，单体单元中的每一个单体单元可以包括偶数个电池单元。即，在考虑到电池模块的容量时电池模块被彼此并联连接的情况下，在多个电极端子之间或者在电极端子和汇流条之间的焊接期间在相同的区域处同时执行焊接，导致在被焊接的区域处的内部电阻的增加。
另一方面，在根据本发明的电池模块组件中，基于每两个电池单元，单体单元的电池单元被彼此并联地连接，从而提高在焊接区域的焊接可靠性。另外，能够基于偶数个电池单元容易地实现并联连接。
单体单元的电极端子可以经由汇流条而被彼此电连接。基于包括偶数个例如两个或更多个电池单元的单体单元，可以容易地执行焊接。
在优选示例中，汇流条组件可以包括：(a)盖板，该盖板由电绝缘材料形成，盖板被固定到电池模块的前面，盖板包括一对本体部；和(b)所述一对本体部，所述一对本体部中的每一个被构造成具有下述结构，即，在本体部被安装在盖板的状态下，外部输入和输出端子被形成在本体部的L形状侧处，并且两个或更多个汇流条从本体部另一侧分叉开的结构，并且本体部可以被布置成使得在与电池模块所布置的方向成横向的方向上彼此面对。
优选地，本体部可以通过嵌入注射成型而被联接到盖板。
另外，本体部可以设置有台阶，以防止在电池模块组件的外部输入和输出端子之间的短路。因此，可以基于台阶设定外部输入和输出端子的位置。
电池单元中的每一个电池单元是下述二次电池，即，具有小的厚度和相对大的宽度和长度，以当电池单元被堆叠以构成电池模块时，使电池单元的整体大小最小化的二次电池。在优选示例中，二次电池可以被构造成具有下述结构，即，阴极/分隔物/阳极结构的电极组件被安装在由包括树脂层和金属层的层压片形成的电池壳体中，并且阴极端子和阳极端子从电池壳体的相反的端部或者一端突出。具体地，二次电池可以被构造成具有下述结构，即，电极组件被安装在由层压片形成的袋状壳体中的结构。具有上述结构的二次电池也可以被称为袋状电池单元。
在优选示例中，单体单元中的每一个单体单元可以被构造成具有下述结构，即，在电池单元彼此紧密接触的状态下，电池单元被安装在金属外壳之间的结构。
在上面的结构中，金属外壳可以被彼此联接以包围电池单元堆的除电池单元的阴极端子和阳极端子之外的外侧的整体，该电池单元堆由两个或更多个电池单元构成。因此，在电池单元的充电和放电期间，金属外壳抑制由于电池单元的重复膨胀和收缩引起的电池单元的变形，同时保护机械强度低的电池单元，以防止电池单元的密封部被彼此分离。
具体地，金属外壳中的每一个金属外壳可以具有与电池单元堆的外形对应的内部结构，并且特别地，金属外壳可以以组件紧固方式被彼此联接。例如，金属外壳可以被构造成具有公母紧固结构，在该公母紧固结构中，在金属外壳彼此接触使得金属外壳彼此面对的状态下，当朝着彼此推动金属外壳时，通过弹性联接金属外壳的截面联接部彼此配合。
同时，在二次电池的充电和放电期间，从二次电池产生热，并且在延长二次电池的寿命以及确保二次电池的安全性方面，将产生的热从二次电池中有效排放是非常重要的。为此，金属外壳中的每一个金属外壳可以由呈现高导热性的金属片制成，通过金属外壳从被安装在金属外壳之间的电池单元产生的热被容易地排放到外部。
根据情况，绝缘带可以被附接到电池单元中的每一个电池单元的除电池单元中的每一个电池单元的电极端子之外的外周。因此，能够防止由于在电池单元和其它构件诸如金属外壳之间的接触引起的绝缘电阻的破坏。
根据本发明的另一方面，提供一种电池组，该电池组包括具有上述构造的两个或更多个电池模块，其中一个或更多个第二紧固孔被形处在上壳体的后面和下壳体的后面处，在所述一个或更多个第二紧固孔中，紧固电池模块组件或者定位或固定支撑构件的紧固构件被联接，电池模块组件被紧密接触地布置以构成电池模块组件堆，并且电池组包括第一支撑构件和第二支撑构件，该第一支撑构件和第二支撑构件被布置在电池模块组件的相反的侧面处，使得第一支撑构件和第二支撑构件被联接到紧固构件以固定电池模块组件堆。
因此，当构成根据本发明的电池组时，电池模块可以被容易地定位和固定，从而确保整体结构稳定性。
在具体示例中，电池组可以进一步包括第三支撑构件，该第三支撑构件被布置在电池模块组件堆的底面处，使得第三支撑构件被联接到第一支撑构件并被联接到第二支撑构件。
具体地，第一支撑构件、第二支撑构件以及第三支撑构件可以由板状金属片制成。第一支撑构件、第二支撑构件以及第三支撑构件可以包括具有凹凸结构的一个或更多个凸沿(bead)以增加其刚度。
在支撑构件之间的联接没有被特别地限制，只要能够防止电池模块由于外部振动或者外力而被彼此分离即可。例如，通过螺栓连接、压入配合、钩联接、或者焊接可以实现在支撑构件之间的联接。
在另一具体示例中，在沿纵向方向的竖直截面中紧固构件中的每一个可以被形成为棱形、圆形或者椭圆杆形，并且第二紧固孔中的每一个可以被形成为与紧固构件中的每一个的外形对应的形状。
因此，当构成电池组时，能够通过将条形构件安装在第二紧固孔中而容易地固定电池模块，并且同时确保电池组的整体结构稳定性。
根据本发明的又一方面，提供一种包括具有上述结构的电池组的装置。
考虑到如上所述的电池模块组件的安装效率和结构稳定性，装置可以是电动车辆、混合动力电动车辆、插电式混合动力电动车辆或者电力存储装置。然而，本发明不限于此。
附图说明
与附图相结合，根据以下详细说明，将更清楚地理解本发明的以上和其它目的、特征和其它优点，其中：
图1是示出根据本发明的电池模块组件的透视图；
图2是在图1中示出的电池模块组件的分解透视图；
图3是在图1中示出的电池模块组件的前视图；
图4是在图1中示出的电池模块组件的侧视图；
图5是单体单元的透视图；
图6是在图5中示出的电池单元的局部放大图；
图7是汇流条组件的透视图；
图8是示出在图7中示出的一对本体部的透视图；以及
图9和图10是示出根据本发明的电池组的透视图。
具体实施方式
现在，将参考附图详细地描述本发明的优选实施例。然而，应注意的是，所图示的实施例不限制本发明的范围。
图1是示出根据本发明的电池模块组件的透视图，并且图2是示出在图1中示出的电池模块组件的分解透视图。
参考这些附图，电池模块组件300包括：四个电池模块200，电池模块200具有彼此并联地连接的单体单元(cellunit)100，单体单元100中的每一个单体单元包括两个电池单元10；一对上壳体210和下壳体220，在电池模块200被竖立在其侧面上的状态下，所述一对上壳体210和下壳体220包围电池模块200的上部和下部；汇流条组件230，该汇流条组件230被布置在电池模块200的前面处，以彼此并联地电连接电池模块200；第一紧固孔211，该第一紧固孔211被形成在上壳体210的顶面和下壳体220的底面处；以及紧固孔212和222，该紧固孔212和222被形成在上壳体210的前面和/或下壳体220的前面处。
图3是示出在图1中示出的电池模块组件的前视图，并且图4是示出在图1中示出的电池模块组件的侧视图。
参考这些附图以及图1和图2，紧固孔211、212和222被构造成具有下述结构，即，紧固螺纹(未示出)被形成在紧固孔211、212、和222中的每一个紧固孔的内周处。因此，通过将螺栓250插入到紧固孔211、212和222中，能够紧固上壳体210和下壳体220。
另外，在与电池模块220被布置的方向成横向的方向(图3的方向A)上，第二紧固孔240和241被形成在上壳体210的后面和下壳体220的后面处，使得用于定位或者固定电池模块组件300的紧固构件440(参见图9)能够被联接在第二紧固孔240和241中。
图5是单体单元的透视图，并且图6是示出在图5中示出的电池单元的局部放大图。
参考这些附图，单体单元100包括两个电池单元10。绝缘带15被附接到每个电池单元10的除电极端子11之外的外周，以防止由于在电池单元10和金属外壳120之间的接触引起的绝缘电阻的破坏。
具体地，示出一对高强度金属外壳120，所述一对高强度金属外壳120被构造成具有完全地包围两个电池单元10的外侧的结构。在电池单元10的充电和放电期间，金属外壳120抑制由于电池单元10的重复膨胀和收缩引起的电池单元10的变形，同时保护机械强度低的电池单元10，以防止电池单元10的密封部被彼此分离。金属外壳120包括左外壳121和右外壳122，在没有使用附加的紧固构件的情况下，可以彼此联接该左外壳121和该右外壳122。
图7是根据本发明的实施例的汇流条组件的透视图，并且图8是示出在图7中示出的一对本体部的透视图。
参考这些附图和前述附图，汇流条组件230包括盖板231和本体部232。
盖板231由电绝缘材料形成。盖板231被固定到电池模块200的前面。盖板231包括一对本体部232。因此，单体单元100的电极端子11经由汇流条233而被彼此电连接。
每一个本体部232被构造成具有下述结构，即，在本体部231通过嵌入注射成型而被联接到盖板231的状态下，外部输入和输出端子234被形成在本体部232的L形侧面处，并且两个或更多个汇流条233在平面上从本体部232的另一侧分叉开(diverge)的结构。
本体部232和232’被布置成使得在与电池模块200被布置的方向成横向的方向(图3的方向A)上彼此面对。
本体部232设置有台阶，以防止在外部输入和输出端子234和234’之间的短路。因此，可以基于台阶设定外部输入和输出端子234和234’的位置。
图9和图10是示出根据本发明的电池组的透视图。
参考这些附图和图2和图4，电池模块组件300被安装在电池组壳体中，电池组壳体包括：第一支撑构件410、第二支撑构件420以及第三支撑构件430。另外，通过在杆状的紧固构件440与第二紧固孔240和241之间的联接，电池模块组件300被更稳定和牢固地安装在电池组壳体中。
如在图9和图10中所示，电池模块组件300被组装在电池组壳体中以具有搁板结构诸如机架结构，以构成电池组。因此，电池模块组件300被容易地固定和安装，从而实现电池组的整体结构稳定性。
尽管为了说明性目的已经公开了本发明的优选实施例，但是本领域普通技术人员应理解的是，在不偏离如权利要求中所公开的本发明的范围和精神的情况下，能够进行各种变型、添加和替代。
工业实用性
如从上面的描述显而易见的，根据本发明的电池模块组件被构造成使得通过第一紧固孔固定上壳体和下壳体，并且通过第二紧固孔定位和固定电池模块组，从而容易地实现电池模块组件的构造，并且当构成电池组时电池模块被容易定位和固定，从而能够制造具有整体结构稳定性的电池组。
另外，在根据本发明的电池模块组件中，使用汇流条以每两个电池单元为基础彼此并联连接单体单元，从而提高焊接可靠性。

Claims (18)

1.一种电池模块组件，所述电池模块组件具有一个或更多个板状电池单元，所述电池模块组件包括：
两个或更多个电池模块，所述电池模块具有彼此电连接的单体单元，所述单体单元中的每一个包括一个或更多个电池单元；
一对上壳体和下壳体，在所述电池模块被竖立在其侧面上的状态下，所述一对上壳体和下壳体包围所述电池模块的外周，使得每一个最外面的电池模块的一个表面被暴露于外部；
一个或更多个第一紧固孔，所述一个或更多个第一紧固孔在所述第一紧固孔彼此面对的方向上竖直地形成在所述上壳体的顶面和所述下壳体的底面处，以紧固和固定所述上壳体和所述下壳体；以及
两个或更多个第二紧固孔，所述两个或更多个第二紧固孔水平地形成在所述上壳体的前面和/或后面以及所述下壳体的前面和/或后面处，以定位或者固定所述电池模块组件。
2.根据权利要求1所述的电池模块组件，其中，所述第一紧固孔或所述第二紧固孔中的每一个被构造成具有下述结构，即：紧固螺纹被形成在所述第一紧固孔或者所述第二紧固孔中的每一个的内周处。
3.根据权利要求1所述的电池模块组件，其中，所述第二紧固孔中的每一个被构造成具有从所述上壳体或者所述下壳体的外部下凹的结构。
4.根据权利要求1所述的电池模块组件，其中，所述第二紧固孔中的每一个被形成为在竖直截面中具有朝着所述上壳体或者所述下壳体的外部敞开的弧形形状。
5.根据权利要求1所述的电池模块组件，其中，所述电池模块中的每一个被构造成具有单体单元彼此并联连接的结构，所述单体单元中的每一个包括两个或更多个电池单元。
6.根据权利要求1所述的电池模块组件，其中，所述单体单元的电极端子经由汇流条而彼此电连接。
7.根据权利要求1所述的电池模块组件，进一步包括汇流条组件，所述汇流条组件被布置在所述电池模块的前面处，以将所述电池模块彼此电连接。
8.根据权利要求7所述的电池模块组件，其中，所述汇流条组件包括：
(a)盖板，所述盖板由电绝缘材料形成，所述盖板被固定到所述电池模块的前面，所述盖板包括一对本体部；和
(b)所述一对本体部，所述一对本体部中的每一个被构造成具有下述结构，即：在所述本体部被安装在所述盖板上的状态下，外部输入和输出端子被形成在所述本体部的L形状侧处，并且两个或更多个汇流条从所述本体部的另一侧分叉开，并且
所述本体部被布置成使得在与所述电池模块所布置的方向成横向的方向上彼此面对。
9.根据权利要求1所述的电池模块组件，其中，所述板状电池单元中的每一个是棱形二次电池或者袋状二次电池。
10.根据权利要求9所述的电池模块组件，其中，所述袋状电池单元被构造成具有下述结构，即：阴极/分隔物/阳极结构的电极组件被安装在由包括树脂层和金属层的层压片形成的电池壳体中，并且阴极端子和阳极端子从所述电池壳体的一端突出。
11.根据权利要求10所述的电池模块组件，其中，绝缘带被附接到所述电池单元的除了所述电池单元的电极端子之外的外周。
12.根据权利要求1所述的电池模块组件，其中，所述单体单元中的每一个被构造成具有下述结构，即：在所述电池单元彼此紧密接触的状态下，所述电池单元被安装在金属外壳之间。
13.一种电池组，所述电池组包括两个或更多个根据权利要求1所述的电池模块组件，其中：
一个或更多个紧固孔被形成在上壳体的后面或者下壳体的后面处，其中，用于紧固所述电池模块组件或者用于定位或固定支撑构件的紧固构件被联接在所述一个或更多个紧固孔中，
所述电池模块组件被以紧密接触的方式布置以构成电池模块组件堆，并且
所述电池组包括第一支撑构件和第二支撑构件，所述第一支撑构件和第二支撑构件被布置在所述电池模块组件堆的相反侧面处，使得所述第一支撑构件和所述第二支撑构件被联接到所述紧固构件以固定所述电池模块组件堆。
14.根据权利要求13所述的电池组，其中，所述电池组进一步包括第三支撑构件，所述第三支撑构件被布置在所述电池模块组件堆的底面处，使得所述第三支撑构件被联接到所述第一支撑构件和所述第二支撑构件。
15.根据权利要求13所述的电池组，其中，所述紧固构件中的每一个被形成为在沿纵向方向的竖直截面中具有棱形、圆形或者椭圆形的杆。
16.根据权利要求13所述的电池组，其中，所述第二紧固孔中的每一个被形成为具有与所述紧固构件中的每一个的外形对应的形状。
17.一种装置，所述装置包括根据权利要求13所述的电池组。
18.根据权利要求17所述的装置，其中，所述装置是电动车辆或者电力存储装置。
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