CN104937432B - 电压感测部件和采用该电压感测部件的电池模块 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种电压检测部件，用于检测构成电池模块的电池单元的电压，该电压检测部件包括：多个板状的条形传导感测部，该传导感测部连接到电池模块中的电池单元的电极端子的连接部；连接器，该连接器用于向BMS(电池管理系统)传输由传导感测部检测的电压；和用于将传导感测部和连接器电连接的导线，其中传导感测部以面对面接触的方式被焊接到电极端子的连接部。

Description

电压感测部件和采用该电压感测部件的电池模块
技术领域
本发明涉及一种电压感测部件，并且更加具体地涉及一种用于感测构成电池模块的电池单元的电压的电压感测部件，该电压感测部件包括：多个传导感测部，该传导感测部连接到电池模块的电池单元的电极端子连接部，每一个传导感测部具有板条形状；连接器，所述连接器用于向电池管理系统(BMS)传输由传导感测部感测到的电压；和用于将传导感测部电连接到连接器的多条导线，其中通过焊接使传导感测部以表面接触方式联接到电极端子连接部。
背景技术
近来，能够被充电和放电的二次电池已经被广泛地用作用于无线移动装置的能源。另外，作为用于电动车辆(EV)和混合电动车辆(HEV)的电源，二次电池已经吸引了相当的关注，所述车辆已经得以研制以解决由使用化石燃料的现有汽油和柴油车辆引起的问题诸如空气污染。
小型移动装置在每一个装置中使用一个或者几个电池单元。另一方面，因为高输出和大容量对于中型或者大型装置而言是有必要的，所以中型或者大型装置例如车辆使用中型或者大型电池模块，该中型或者大型电池模块具有被相互电连接的多个电池单元。
优选地，中型或者大型电池模块被制造成具有尽可能小的尺寸和重量。因此，能够被以高集成度堆叠并且具有小的重量容量比率的棱形电池或者袋形电池通常被用作中型或者大型电池模块的电池单元。特别地，很多的兴趣目前集中于使用铝层压板作为护罩部件的袋形电池，这是因为，袋形电池的质量轻，并且袋形电池的制造成本低。
另外，电池模块是结构体，其包括被相互组合的多个电池单元，结果当在某些电池单元中发生过电压、过电流和/或过热时，电池模块的安全性和操作效率可能降低。因此，需要用于感测电池单元的过电压、过电流和过热的感测装置。例如，电压传感器可以被连接到电池单元，以便实时地或者以预定时间间隔感测并且控制电池单元的操作。
与这方面相关，由于二次电池的应用范围的延伸，二次电池正被用作用于车辆的电源。因此，有必要维持如下状态，其中即使当强冲击或者振动被施加到电池模块时，感测装置仍然稳定地连接到电池模块。
因此，在传统电池模块中，使用螺栓、铆钉或者夹子以机械联接方式或者使用弹簧以点接触方式感测电池单元的电压。
在使用螺栓的机械联接方式中，汇流条以预定扭矩被螺栓联接到电池单元的电极引线。在这种联接方式中，螺栓可能由于外力诸如振动而变松。因此，最佳扭矩数值的反映和管理是有必要的，以便防止螺栓变松。另外，应力在电极引线上集中，电极引线相对脆弱，并且电极引线发生疲劳，结果在电极端子连接中形成的、螺栓通过其被联接的孔可能容易地破裂。
另一方面，在使用铆钉的机械联接方式中，电池单元的电极引线经由铆钉被相互连接。在这种联接方式中，由于外力引起的铆钉的变松程度小于在机械联接方式中使用螺栓的变松程度。然而，即使在这种联接方式中，仍然有必要在电极端子连接部中形成孔使得铆钉插入通过这些孔，结果与在使用螺栓的机械联接方式中发生的破裂类似，可能发生破裂。
即，机械联接方式具有以下问题，即当外力诸如振动被施加到电池模块时，由于螺栓变松，发生感测缺陷，并且当外力被施加到电池模块时，应力在于电池单元的电极端子中形成的、螺栓或者铆钉插入通过其的孔上集中，结果发生孔的破裂。
在使用弹簧的点接触方式中，通过在电池单元的电极引线和弹簧之间的直接点接触执行感测。即，不是执行通过整个表面的感测，而是使用特殊点感测相应的电池单元的电压。然而，在这种点接触方式中，感测表面可以由于外力而被分离，或者可能在感测部之间引入异物，结果可能并不能够执行稳定的电压感测。
近年来，使用夹子的机械紧固方式已经被用于某些电池模块，其中感测夹子被安装在电池模块外壳处并且电极引线连接部被插入夹子中以实现机械紧固。然而，使用夹子的机械紧固方式存在构件成本高的问题，由此电池模块的制造成本增加，并且紧固过程是复杂的，由此制造加工性能降低。
因此，非常需要具有特殊结构的电压感测部件和包括该电压感测部件的电池模块，该特殊结构能够在容易地解决上述问题的同时，稳定地感测电池单元相对于电池单元的电极引线的电压。
发明内容
技术问题
因此，已经实现了本发明以解决以上问题和尚待解决的其它技术问题。
具体地，本发明的一个目的在于提供一种能够稳定地感测电池单元的电压的电压感测部件。
本发明的另一个目的在于提供一种电压感测部件和一种包括该电压感测部件的电池模块，所述电压感测部件能够使用简单的构件容易地安装在电池模块处。
技术方案
根据本发明的一个方面，能够通过提供一种用于感测构成电池模块的电池单元的电压的电压感测部件实现以上和其它目的，该电压感测部件包括：多个传导感测部，所述传导感测部连接到电池模块的电池单元的电极端子连接部，每一个传导感测部具有板条形状；连接器，所述连接器用于向电池管理系统(BMS)传输由传导感测部感测的电压；和多条导线，所述导线用于将传导感测部电连接到连接器，其中通过焊接传导感测部以表面接触方式联接到电极端子连接部。
在根据本发明的电压感测部件中，如上所述，通过焊接每一个具有板条形状的传导感测部以表面接触方式联接到电极端子连接部。因此，与使用弹簧的点接触方式相比，能够更加稳定地并且可靠地感测电池单元的电压。另外，与使用感测夹子的结构相比，能够使用较简单的构件将传导感测部连接到电极端子连接部。
另外，在根据本发明的电压感测部件中，与使用螺栓或者螺母的传统机械紧固方式相比较，不必要在电极端子连接部处形成紧固孔。因此，能够防止电极端子连接部由于外力而破裂。
传导感测部有必要呈现大于预定的机械强度。另外，有必要实现在传导感测部和电池单元的电极端子之间的连接。由于这些原因，每一个传导感测部可以由金属条形成。例如，每一个传导感测部可以由呈现高传导性的铜条形成。
从电池单元突出的电极端子在电极端子连接部处相互串联或者并联连接。电极端子可以在其中电极端子部分地重叠的状态下通过焊接联接到彼此，由此实现在电极端子之间的电连接。
电极端子连接部可以沿着电池单元的负电极端子的端部面向与其彼此相对的电池单元的正电极端子的端部的方向垂直地弯曲，以便容易地实现在电极端子连接部和传导感测部之间的表面接触。
可以通过激光焊接实现在电极端子之间的联接或者在电极端子连接部和传导感测部之间的联接。然而，本发明不限于此。例如，使用各种类型的焊接诸如电阻焊接、点焊接、超声波焊接、电子束焊接和电弧焊接都是可能的。
每一个传导感测部可以具有比电极端子连接部中的相应的一个更大或者更小的宽度。传导感测部的宽度不受特别限制，只要基于每一个电极端子连接部的形状在传导感测部和电极端子连接部之间实现最佳联接即可。例如，每一个传导感测部可以具有等于电极端子连接部中的相应的一个的宽度的30％到99％的宽度。
根据情况，每一个传导感测部的板条形状可以部分地弯曲，使得传导感测部能够容易地与电极端子连接部形成接触。在这个结构的实例中，每一个传导感测部的一部分可以弯曲使得传导感测部能够与电极端子连接部弹性地形成接触。可替代地，每一个传导感测部的一部分可以弯曲使得传导感测部能够以紧密接触的方式适当地堆叠在电极端子连接部上。
每一个传导感测部的一端可以联接到电极端子连接部中的相应的一个，并且每一个传导感测部的另一端可以设置有一个或者多个紧固孔，每一个传导感测部通过紧固孔固定到电池模块的盖。此时，电池模块的盖可以设置有紧固部件，紧固部件以机械方式通过紧固孔联接。在如上所述的紧固结构中，在传导感测部和电极端子连接部之间的联接可以被稳定地维持。
将电池单元的电极端子联接到彼此以便形成电极端子连接部的过程和将传导感测部联接到电极端子连接部的过程是同时地通过一次或者两次线性焊接执行的。
在具体实例中，通过将每一个传导感测部的一端放置在电极端子连接部中的相应的一个的一部分上并且然后通过激光焊接将电极端子连接部、传导感测部和电池单元的电极端子联接到彼此，可以实现在传导感测部和电极端子连接部之间的联接。
此时，可以通过一次线性激光焊接同时地联接电极端子连接部、传导感测部和电池单元的电极端子。可替代地，可以通过线性激光焊接联接电极端子连接部和传导感测部，并且然后可以通过线性激光焊接联接电池单元的电极端子。
即，在传统技术中，首先联接电池单元的电极端子，将电池单元的、已被联接的电极端子安装在电池模块外壳处，并且然后联接传导感测部。然而，在本发明中，在其中电池单元的电极端子与传导感测部重叠的状态下，执行一次或者两次焊接以实现在电池单元的电极端子和传导感测部之间的联接。因此，能够通过简单的过程实现传导感测部的联接以连接电压感测部件。
根据本发明的另一个方面，提供一种包括带有上述构造的电压感测部件的电池模块。
在一个具体实例中，该电池模块可以构造为具有如此结构，该结构包括(a)电池单元堆叠体，所述电池单元堆叠体由在其中电池单元或者单元模块相互串联连接的状态下沿着竖直方向堆叠的多个电池单元或者单元模块构成；(b)上壳和下壳，所述上壳和下壳联接到彼此以包围电池单元堆叠体的上部和下部；(c)侧盖，所述侧盖连接到上壳和下壳以包围电池单元堆叠体的一侧，该侧盖设置有多个狭缝，电池单元的电极端子连接部通过所述狭缝向外暴露；(d)安装在侧盖的外侧处的电压感测部件；和(e)电池管理系统(BMS)，所述电池管理系统(BMS)连接到电压感测部件用于监视和控制电池模块的操作。
电压感测部件的每一个传导感测部的一端可以联接到电极端子连接部中的相应的一个，每一个传导感测部的另一端可以设置有一个或者多个紧固孔，每一个传导感测部通过所述紧固孔固定到侧盖，并且侧盖可以设置有一个或者多个紧固部件，紧固部件通过紧固孔联接。
例如，该电池单元堆叠体可以包括多个单元模块，每一个单元模块包括板形电池单元，所述板形电池单元具有形成在其上端和下端处的电极端子，并且每一个单元模块可以包括：两个或者更多个电池单元，这些电池单元构造为具有堆叠结构，在该堆叠结构中，电池单元的电极端子相互串联连接并且电极端子连接部弯曲以便电池单元被堆叠；和一对高强度单元盖，所述高强度单元盖联接到彼此用于包围电池单元堆叠体的除电池单元的电极端子以外的整个外侧。
在每一个单元模块中电池单元可以相互串联和/或并联连接。在如上所述的优选实例中，通过在其中电池单元沿着纵向方向串联地布置使得电池单元的电极端子接连地彼此相邻的状态下，将电池单元的电极端子联接到彼此，在两个或者更多单元基础上折叠电池单元使得电池单元重叠，并且利用单元盖包围预定数目的、被折叠的电池单元，可以制造多个单元模块。制造过程的顺序可以部分地改变。例如，可以制造多个单元模块，并且然后可以执行在单元模块之间的电连接。
根据本发明的另一个方面，提供一种高输出且大容量的中型或者大型电池组，所述电池组是使用具有上述构造的电池模块作为单元体制造的。
基于期望的输出和容量，可以通过组合电池模块而制造中型或者大型电池组。考虑到安装效率和结构稳定性地，根据本发明的电池组可以用作电动车辆、混合电动车辆、插电式混合电动车辆、电动摩托车、电动自行车或者电力存储装置的电源。然而，本发明不限于此。
根据本发明的另一个方面，提供一种包括带有上述构造的中型或者大型电池组作为电源的装置。具体地，该装置可以是电动车辆、混合电动车辆、插电式混合电动车辆、电动摩托车、电动自行车或者电力存储装置。
装置的结构和制造方法在本发明所属技术领域中是众所周知的，并且因此将省略其详细说明。
附图说明
与附图相结合，根据以下详细说明，将更加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是示出由多个单元模块构成的电池单元堆叠体的透视图；
图2是示出包括图1的电池单元堆叠体的电池模块的分解视图；
图3是示出根据本发明的实施例的电压感测部件的透视图；
图4是示出其中图3的电压感测部件安装在电池模块处的结构的透视图；
图5是示出其中电压感测部件安装在侧盖处的结构的放大视图；并且
图6和7是示出在电压感测部件和电极端子连接部之间的联接的典型视图。
具体实施方式
现在，将参考附图详细描述本发明的示例性实施例。然而，应该指出，本发明的范围不受所示意的实施例限制。
图1是示出由多个单元模块构成的电池单元堆叠体的透视图。
参考图1，电池单元堆叠体100包括四个单元模块101和130。每一个单元模块130具有安装在其中的两个电池单元(未示出)。因此，电池单元堆叠体100包括总共八个电池单元。在各个电池单元之间的电极端子相互串联连接，并且在各个单元模块之间的电极端子也相互串联连接。电极端子连接部110在截面中以“[”形状弯曲以构造电池单元堆叠体。在其中最外单元模块130和101的外侧电极端子120和121比电极端子连接部110稍微地更加向外突出的状态下，外侧电极端子120和121在截面中以“┓”形状向内弯曲。
图2是典型地示出用于包围图1的电池单元堆叠体的上壳和下壳和电压感测部件的分解视图。
参考图2，上壳200被构造为包围电池单元堆叠体100的一侧并且包围电池单元堆叠体100的上端的一部分和下端的一部分。上壳200在其前部210处设置有一对外部输入和输出端子220。
在其中单元模块130沿其横向方向立起的状态下，电池单元堆叠体100安装在下壳300中。
下壳300联接到上壳200以包围电池单元堆叠体100的另一侧并且包围电池单元堆叠体100的上端的一部分和下端的一部分。下壳300在其前部310处设置有用于将电池单元堆叠体100的电极端子连接到外部输入和输出端子220的一对汇流条320。即，上壳200和下壳300以如此结构构造，其中上壳200和下壳300仅仅包围电池单元堆叠体100的外周边，并且因此，电池单元堆叠体100的外侧的大部分暴露于外部，以便在其中上壳200和下壳300相互联接的状态下，容易实现从电池单元堆叠体100的散热。
汇流条320如此构造，使得每一个汇流条320的上端形成为凹陷凹槽的形状，当上壳200和下壳300相互联接时，设置在上壳200的前部210处的外部输入和输出端子220插入该凹陷凹槽中。
在上壳200和下壳300的内侧处形成多个安装凹槽330，电池单元或者单元模块的外周边插入所述安装凹槽330中。安装凹槽330构造为具有相应的结构，单元模块130的外部周向台阶联接到该结构。
另外，多个通孔230和332在上壳200和下壳300中形成，冷却剂(主要地，空气)通过所述通孔230和332流动，以在其中电池单元堆叠体100得以安装的状态下实现有效的冷却。
由绝缘性材料制成的前盖400安装到下壳300的前部310用于从外部保护在电池单元的电极端子和汇流条之间的连接区域。
在外部输入和输出端子220中的一个处进一步设置传导部件240，用于固定前盖400的上端并且帮助安装用于电连接的电缆(未示出)。为了易于理解，在图中传导部件240被示为与外部输入和输出端子220中的一个分离并且位于汇流条320中的相应的一个的前方。传导部件240在其一侧处设置有联接插入孔，外部输入和输出端子220中的一个联接到联接插入孔中。另外，传导部件240包括一对弯曲部分，用于弹性地包围电缆。
在前盖400处形成用于固定电缆的多个孔410。联接到电缆的相应的部分的绝缘性联接部件(未示出)可以插入孔410中以固定该电缆。
在下壳300的前部310的左侧和右侧处形成一对狭缝322，电池单元堆叠体100的最外电极端子120和121插入通过所述狭缝322。当电池单元堆叠体100安装到下壳300时，电池单元堆叠体100的最外电极端子120和121通过狭缝322暴露，并且然后电池单元堆叠体100的最外电极端子120和121被弯曲从而电池单元堆叠体100的最外电极端子120和121与下壳300的前部310形成接触。结果，电池单元堆叠体100的最外电极端子120和121更加容易地与设置在下壳300的前部310处的汇流条320形成接触。
图3是示出根据本发明的实施例的电压感测部件的透视图，并且图4是示出其中图3的电压感测部件安装在电池模块处的结构的透视图。
参考图3和4，电压感测部件500构造为具有如下结构，其包括传导感测部510、连接器520和导线530。
每一个传导感测部512、514、516和518形成为板条形状。传导感测部512、514、516和518连接到电极端子连接部110。连接器520构造为向电池管理系统(BMS)(未示出)传输由传导感测部512、514、516和518感测的电压。传导感测部512、514、516和518经由导线530电连接到连接器520。
通过激光焊接电压感测部件500的传导感测部512、514、516和518以表面接触方式联接到电池模块600的电极端子连接部610。
电池模块600构造为具有如此结构，该结构包括电池单元堆叠体、上壳620和下壳630、侧盖640、电压感测部件500和BMS(未示出)，所述电池单元堆叠体由在单元模块相互串联连接的状态下沿着竖直方向堆叠的多个单元模块构成，上壳620和下壳630联接到彼此以包围电池单元堆叠体的上部和下部，侧盖640连接到上壳620和下壳630以包围电池单元堆叠体的一侧，电压感测部件500安装在侧盖640的外侧处，BMS连接到电压感测部件500以监视并且控制电池模块600的操作。电压感测部件500安装在侧盖640的外侧处。
图5是示出其中电压感测部件安装在图4的侧盖处的结构的放大视图。
与图4一起地参考图5，侧盖640设置有多个狭缝642，电池单元的电极端子连接部610通过狭缝642向外暴露。电压感测部件500的传导感测部510联接到电极端子连接部610。电压感测部件500的每一个传导感测部510的一端联接到电极端子连接部610中的相应的一个，并且电压感测部件500的每一个传导感测部510的另一端设置有紧固孔512，每一个传导感测部510通过紧固孔512固定到侧盖640。侧盖640设置有紧固部件644，紧固部件644插入通过紧固孔512，由此在电压感测部件500和侧盖640之间实现稳定的联接。
图6和7是示出在电压感测部件和电极端子连接部之间的联接的典型视图。
参考图6和7，通过将每一个传导感测部510的一端放置在电极端子连接部610中的相应的一个的一侧的上方并且然后通过激光焊接700和700’将传导感测部510联接到电极端子连接部610，实现了在电压感测部件的传导感测部510和电极端子连接部610之间的联接。此时，被重叠的电极端子也被联接。
如在图6中所示，可以通过一次线性激光焊接700同时地联接电极端子连接部610、传导感测部510和电池单元的电极端子。另一方面，如在图7中所示，可以通过线性激光焊接700’联接电极端子连接部610和传导感测部510，并且然后可以通过线性激光焊接700’联接电池单元的电极端子。
虽然已经为了示意性的意图公开了本发明的示例性实施例，但是本领域技术人员可以理解，在不偏离如在所附权利要求中公开的本发明的范围和精神的情况下，各种修改、添加和替代都是可能的。
工业实用性
如根据以上说明清楚地，根据本发明的电压感测部件能够稳定地感测电压并且被构造成如下结构，其中电压感测部件能够使用简单的构件容易地安装在电池模块处。因此，能够降低制造成本并且改善制造加工性能。另外，使用包括根据本发明的电压感测部件作为单元体的电池模块能够容易地制造具有期望的输出和容量的中型或者大型电池组。

Claims (16)

1.一种电池模块，所述电池模块包括：
(a)电池单元堆叠体，所述电池单元堆叠体由多个电池单元或者单元模块构成，所述多个电池单元或者单元模块在所述电池单元或者单元模块相互串联连接的状态下沿着竖直方向堆叠，每一个所述单元模块包括两个或者更多个电池单元；
(b)上壳和下壳，所述上壳和所述下壳彼此联接以包围所述电池单元堆叠体的上部和下部；
(c)侧盖，所述侧盖连接到所述上壳和所述下壳以包围所述电池单元堆叠体的一侧，所述侧盖设置有多个狭缝，所述电池单元的电极端子连接部通过所述狭缝向外暴露；
(d)安装在所述侧盖的外侧处的电压感测部件，用于感测构成所述电池模块的电池单元的电压；和
(e)电池管理系统，所述电池管理系统连接到所述电压感测部件以用于监视和控制所述电池模块的操作，
其中，所述电压感测部件包括：
多个传导感测部，所述传导感测部连接到所述电池模块的所述电池单元的电极端子连接部，每一个所述传导感测部具有板条形状；
连接器，所述连接器用于向所述电池管理系统传输由所述传导感测部感测到的电压；和
多条导线，所述导线用于将所述传导感测部电连接到所述连接器，
其中，所述传导感测部通过焊接以表面接触方式被联接到所述电极端子连接部，
其中，每一个所述传导感测部的一端联接到所述电极端子连接部中的相应一个，并且每一个所述传导感测部的另一端设置有一个或者多个紧固孔，每一个所述传导感测部通过所述紧固孔固定到所述电池模块的所述侧盖的外侧。
2.根据权利要求1所述的电池模块，其中，所述电极端子连接部沿着使所述电池单元的负电极端子的端部和与其相对的所述电池单元的正电极端子的端部彼此面对的方向垂直地弯曲。
3.根据权利要求1所述的电池模块，其中，所述焊接是激光焊接。
4.根据权利要求1所述的电池模块，其中，每一个所述传导感测部由金属条形成。
5.根据权利要求1所述的电池模块，其中，每一个所述传导感测部的宽度等于所述电极端子连接部中的相应一个的宽度的30％到99％。
6.根据权利要求1所述的电池模块，其中，每一个所述传导感测部的所述板条形状被部分地弯曲，使得所述传导感测部能够容易地与所述电极端子连接部接触。
7.根据权利要求1所述的电池模块，其中，将所述电池单元的电极端子彼此联接以便形成所述电极端子连接部的过程和将所述传导感测部联接到所述电极端子连接部的过程是通过一次线性焊接同时地执行的。
8.根据权利要求1所述的电池模块，其中，将所述电池单元的电极端子彼此联接以便形成所述电极端子连接部的过程和将所述传导感测部联接到所述电极端子连接部的过程是通过两次线性焊接分别执行的。
9.根据权利要求1所述的电池模块，其中，所述侧盖设置有一个或者多个紧固部件，所述紧固部件通过所述紧固孔联接。
10.根据权利要求1所述的电池模块，其中
所述电池单元堆叠体包括多个单元模块，每一个所述单元模块包括板形电池单元，在所述板形电池单元的上端和下端处形成有电极端子，每一个所述单元模块包括：
所述两个或者更多个电池单元，所述电池单元被构造为具有堆叠结构，在所述堆叠结构中，所述电池单元的电极端子相互串联连接并且电极端子连接部被弯曲以便所述电池单元被堆叠；和
一对高强度单元盖，所述高强度单元盖彼此联接以用于包围所述电池单元堆叠体的除了所述电池单元的所述电极端子以外的整个外侧。
11.一种高输出且大容量的中型或者大型电池组，所述电池组是使用根据权利要求1所述的电池模块作为单元体而制造的。
12.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电源。
13.根据权利要求11所述的电池组，其中，所述电池组用作混合动力电动车辆的电源。
14.根据权利要求11所述的电池组，其中，所述电池组用作插电式混合动力电动车辆的电源。
15.根据权利要求11所述的电池组，其中，所述电池组用作电动摩托车的电源。
16.根据权利要求11所述的电池组，其中，所述电池组用作电动自行车的电源。
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