CN104979504B - 电池模块阵列、电池组和电池操作系统 - Google Patents

电池模块阵列、电池组和电池操作系统 Download PDF

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Abstract

本发明涉及电池模块阵列、电池组和电池操作系统，该电池组包括该电池模块阵列，该电池操作系统包括该电池组。其中，该电池模块阵列包括多个电池模块、端板、[形状的拉力杆、感测线组件、端子汇流条、前盖以及后盖，所述多个电池模块中的每一个具有两个二次电池单体、模块框架以及冷却片，所述拉力杆接触电池模块组件的顶端并且被固定到端板。如果使用上述电池模块构造电池模块阵列，则可以改善空间利用率。

Description

电池模块阵列、电池组和电池操作系统
相关申请的交叉引用
本申请要求2014年4月3日在韩国提交的韩国专利申请No.10-2014-0039962和2014年4月3日在韩国提交的韩国专利申请No.10-2014-0039963的优先权，其全部内容通过引用被合并在此。
技术领域
本公开涉及一种电池模块阵列，并且更加特别地，涉及一种包括电池模块的电池模块阵列，该电池模块阵列可以具有改善的空间利用率。
背景技术
具有对各种产品组的良好应用和诸如高能量密度的优异的电特性的二次电池不仅被广泛地应用于便携式装置而且被应用于通过电驱动源驱动的电动车辆(EV)或者混合动力电动车辆(HEV)。二次电池具有极大地减少使用化石燃料的首要优势和在能量的使用中没有产生副产品的次要优势，并且从而作为用于增强环境友好和能量有效特性的新能源吸引注意。
目前锂离子电池、锂聚合物电池、镍镉电池、镍氢电池、镍锌电池等等被广泛地用作二次电池。这样的单位二次电池单体具有大约2.5V至4.2V的工作电压。因此，如果需要较高的输出电压，则多个二次电池单体可以被串联地连接以构造电池组。另外，根据对于电池组所需要的充电/放电容量，多个二次电池单体也可以被并联地连接以构造电池组。因此，被包括在电池组中的二次电池单体的数目可以取决于所需要的输出电压或者充电/放电容量被不同地设置。
同时，如果多个二次电池单体被串联地或者并联地连接以构造电池组，在一般情况下，两个或者更多个二次电池单体被组装以构造电池模块，多个电池模块被组装以构造电池模块阵列，并且其它的部件可以被添加到电池模块阵列，从而构造电池组。这时，取决于所述多个电池模块之间的电连接或者机械连接来确定电池模块阵列的形状。
同时，韩国未经审查的专利公开No.10-2012-0047800是公开电池模块阵列和电池模块的文献之一。在此文献中，电池模块阵列被简单地表达为具有盒状，但是电池模块阵列的形状很大地影响电池组的整体形状。另外，电池模块的形状极大地影响电池模块阵列的形状。因此，需要具有良好的空间利用率的电池模块。
发明内容
技术问题
本公开被设计以解决现有技术的问题，并且因此本公开涉及提供一种包括电池模块的电池模块阵列，该电池模块阵列可以具有改善的空间利用率。
技术解决方案
在本公开的一个方面中，提供一种电池模块阵列，该电池模块阵列包括：多个电池模块，所述多个电池模块中的每一个具有两个二次电池单体、模块框架以及冷却片；端板，该端板被设置在电池模块组件的两侧，通过组装所述多个电池模块而构造电池模块组件；[形状的拉力杆，该拉力杆接触电池模块组件的顶端并且被固定到端板；感测线组件，该感测线组件被电连接到包括于电池模块组件中的电池模块的电极引线；端子汇流条，该端子汇流条被构造成将包括于电池模块组件中的电池模块的电极引线彼此电连接；前盖，该前盖被构造成覆盖电池模块组件的前部以不向外暴露该前部；以及后盖，该后盖被构造成覆盖电池模块组件的后部以不向外暴露该后部。
根据本公开的实施例，模块框架可以具有矩形的框架形状，所述模块框架具有形成在框架模块的底表面处的狭缝使得冷却片被插入在该狭缝中，并且所述模块框架被置于两个二次电池单体之间。
根据本公开的实施例，模块框架可以具有矩形的框架形状，具有联接冷却片的侧部，并且被构造成包围两个二次电池单体的外表面。
根据本公开的实施例，电池模块阵列可以进一步包括绝缘片，该绝缘片被置于电池模块组件和端板之间。优选地，绝缘片可以由三元乙丙(EPDM)橡胶制成。
根据本公开的实施例，端板可以具有沟槽，在该沟槽中形成螺纹，拉力杆可以具有形成在与端板的沟槽相对应的位置处的沟槽，并且借助于螺栓可以将端板和拉力杆彼此固定。
根据本公开的实施例，感测线组件可以包括连接器，该连接器用于与外部装置联接。
根据本公开的实施例，前盖可以包括电极端子，该电极端子被电连接到端子汇流条。另外，电极端子可以被暴露于前盖的外表面。
根据本公开的电池模块阵列可以用作电池组的部件，该电池组包括电池模块阵列和电池保护电路。
根据本公开的电池组可以用作电池操作系统的部件，该电池操作系统包括电池组和负载，该负载被构造成从电池组接收电力。这时，负载可以是电驱动单元或者便携式装置。
有益效果
根据本公开，通过构造具有双单体电池模块的电池模块阵列，能够确保高的空间利用率。
在本公开的另一方面中，通过利用标准化的双单体电池模块，能够制造具有各种尺寸和各种充电/放电容量的电池模块阵列。
在本公开的另一方面中，通过使用位于中心处的单个框架，不需要很大的制造成本。
在本公开的另一方面中，因为不借助于挤压将模块框架联接到冷却片，所以在制造过程期间可以减少公差。因此，在本公开的另一方面中，可以减少当冷却片被弯曲时可能引起的与二次电池单体的非接触面积。
在本公开的另一方面中，为了将电池模块彼此联接，可以不单独地形成螺栓或者螺母沟槽，并且因此可以容易地制造电池模块阵列。
附图说明
附图图示本公开的优选实施例，并且连同前述的公开一起用于提供对于本公开的技术精神的进一步理解。然而，本公开不被解释为限于附图。在附图中：
图1是示出根据本公开的实施例的电池模块阵列的分解透视图；
图2是示出根据本公开的实施例的电池模块的分解透视图；
图3是示出处于组装状态下的根据本公开的实施例的电池模块的透视图。
图4是用于图示多个电池模块和两个端板的组合关系的图。
图5是用于图示根据本公开的实施例的拉力杆和电池模块组件的组合关系的图。
图6是用于图示根据本公开的实施例的感测线组件和电池模块组件的组合关系的图。
图7是用于图示根据本公开的实施例的前盖、后盖以及电池模块组件的组合关系的图。
图8是示出处于组装状态下的根据本公开的实施例的电池模块阵列的透视图。
图9是示出根据本公开的另一实施例的电池模块阵列的分解透视图。
图10是示出根据本公开的另一实施例的电池模块的分解透视图。
图11是示出处于组装状态下的根据本公开的实施例的电池模块的透视图。
图12是用于图示多个电池模块和两个端板的组合关系的图。
图13是用于图示根据本公开的另一实施例的拉力杆和电池模块组件的组合关系的图。
图14是用于图示根据本公开的另一实施例的感测线组件和电池模块组件的组合关系的图。
图15是用于图示根据本公开的另一实施例的前盖、后盖以及电池模块组件的组合关系的图。
图16是示出处于组装状态下的根据本公开的另一实施例的电池模块阵列的透视图。
具体实施方式
在下文中，将会参考附图详细地描述本公开的优选实施例。在描述之前，应理解的是，在说明书和所附权利要求书中使用的术语不应被解释为限制于通常的和字典的意思，而是基于允许发明人为了最佳地解释适当地定义术语的原理基于与本公开的技术方面相对应的意义和概念进行解释。因此，在此提出的描述仅是为了说明目的优选的示例，而不是旨在限制本公开的范围，因此应理解，在不脱离本公开的精神和范围的情况下可以对其实施其它的等同物和变型。
图1是示出根据本公开的实施例的电池模块阵列的分解透视图。
参考图1，根据本公开的实施例的电池模块阵列100包括电池模块10、两个端板21、两个拉力杆30、感测线组件50、端子汇流条40、前盖61以及后盖62。在下文中，将会根据电池模块阵列的组装工艺描述根据本公开的实施例的电池模块阵列。
图2是示出根据本公开的实施例的电池模块的分解透视图。
参考图2，根据本公开的实施例的电池模块10包括两个二次电池单体11、模块框架12以及冷却片13。
在此，二次电池单体11在其种类上没有被特别地限制。每个二次电池单体11可以是可再充电且具有适当的充电和放电电压的锂离子电池、锂聚合物电池、镍镉电池、镍氢电池、镍锌电池等等。优选地，二次电池单体11可以采用锂聚合物电池。另外，二次电池单体11可以被分类成袋型、圆柱型、矩型等等。优选地，二次电池单体11可以采用袋型二次电池单体。
模块框架12具有矩形的形状使得二次电池单体11可以被固定到模块框架12的两侧。另外，模块框架12的顶表面12a和底表面12b变成电池模块阵列的顶表面和底表面(当电池模块阵列被构造时电池模块阵列的顶表面和底表面向外暴露)，从而可以具有平坦的形状。另外，模块框架12可以成形为通过接合而与相邻的电池模块框架固定。另外，狭缝被形成在模块框架12的底表面12b处使得冷却片13可以被插入在该狭缝中。另外，模块框架12可以具有敞开的中心(具有矩形的框架形状)使得冷却片13可以接触二次电池单体11。电池模块10也可以被称为“中心框架型双单体电池模块”。
模块框架12可以是由聚合物材料制成。优选地，模块框架12是由PA66制成。
冷却片13的作用是借助于间接冷却而散发二次电池单体11的热量。尽管图2示出冷却片具有“L”形状，但冷却片也可以具有“T”形状或者“I”形状。冷却片13可以由金属制成。优选地，冷却片13可以由铝制成。
图3是示出处于组装状态下的根据本公开的实施例的电池模块的透视图。
参考图3，可以理解在图2中描述的部件的组合关系。
电池模块10可以被分类成两种类型。一种类型是并联型(P型)模块，在该并联型模块中，形成在两个二次电池单体11处的具有相同极性的电极引线在相同的方向上暴露。另一类型是串联型(S型)模块，在该串联型模块中，形成在两个二次电池单体11处的具有相同极性的电极引线在不同的方向上暴露。在图2中描述的电池模块10是P型模块，并且在图3中描述的电池模块10是S型模块。
电池模块阵列100可以包括并联型模块和串联型模块中的任一种，或者可以同时包括并联型模块和串联型模块。另外，电池模块阵列100包括多个电池模块10。然而，在本公开中，电池模块10的数目没有被特别地限制。
图4是用于图示多个电池模块和两个端板的组合关系的图。
参考图4，可以发现组装了多个电池模块10。如上所述的其中组装了多个电池模块10的组件可以被称为电池模块组件20。两个端板21位于电池模块组件20的两侧。
根据本公开的实施例，电池模块阵列可以进一步包括绝缘片22，该绝缘片22被置于电池模块组件20和端板21之间。两个绝缘片22可以被设置并且被相应地置于电池模块组件20和两个端板21之间。绝缘片22可以由聚合物材料制成。优选地，绝缘片22可以由三元乙丙(EPDM)橡胶制成。
图5是用于图示根据本公开的实施例的拉力杆和电池模块组件的组合关系的图。
参考图5，两个拉力杆30具有[的形状。另外，两个拉力杆30接触电池模块组件20的顶端并且被固定到端板21。如在图5中所示，拉力杆30可以在垂直于前后方向的横向方向上给出支撑力并且也可以将在向下方向上的支撑力给予顶部。因为通过使用拉力杆30横向将支撑力提供给电池模块组件20，所以电池模块组件20可以维持牢固的联接状态。
根据本公开的实施例，具有螺纹的沟槽被形成在端板21处。另外，拉力杆30具有被形成在与端板21的沟槽相对应的位置处的沟槽。另外，使用螺母31将端板21和拉力杆30固定。拉力杆30的作用是牢固地固定电池模块组件20的结构。
端子汇流条40调节稍后描述的电极端子63和电池模块组件之间的电连接。这时，被包括在电池模块组件20中的电池模块10可以通过电极引线彼此电连接。
图6是用于图示根据本公开的实施例的感测线组件和电池模块组件的组合关系的图。
参考图6，感测线组件50被电连接到包括于电池模块组件20中的所有电池模块10的电极引线。
根据本公开的实施例，感测线组件50可以包括连接器51，该连接器51用于与外部测量装置联接。
感测线组件50被用于与电压测量装置电连接，该电压测量装置用于测量被包括在电池模块组件20中的每个电池模块10的电压。可以通过连接器51连接电压测量装置，并且电压测量装置可以用作电池管理系统，该电池管理系统用于控制根据本公开的电池模块阵列100的充电和放电。
图7是用于图示根据本公开的实施例的前盖、后盖以及电池模块组件的组合关系的图。
参考图7，前盖61的作用是覆盖电池模块组件20的前部以使其不向外暴露。换言之，前盖61被布置在电池模块组件20的前部处并且被联接到电池模块组件20的前部以便覆盖电池模块组件20的前部。类似地，后盖62的作用是覆盖电池模块组件20的后部以使其不向外暴露。换言之，后盖62被布置在电池模块组件20的后部处并且被联接到电池模块组件20的后部以覆盖电池模块组件20的后部。
根据本公开的实施例，前盖61包括电极端子63，该电极端子63被电连接到端子汇流条40。另外，电极端子63被暴露于前盖61的外表面。电极端子63是连接到用于对电池模块阵列100充电或放电的外部装置的端子。充电或者放电电流流过电极端子63。
图8是示出处于组装状态下的根据本公开的实施例的电池模块阵列的透视图。
参考图8，可以发现如通过图1至图7描述的根据本公开的实施例的电池模块阵列100的完成的构造。
图9是示出根据本公开的另一实施例的电池模块阵列的分解透视图。
参考图9，根据本公开的另一实施例的电池模块阵列100包括多个电池模块10、两个端板21、两个拉力杆30、感测线组件50、端子汇流条40、前盖61以及后盖62。在下文中，将会根据电池模块阵列的组装工艺描述根据本公开的另一实施例的电池模块阵列。
图10是示出根据本公开的另一实施例的电池模块的分解透视图。
参考图10，根据本公开的另一实施例的电池模块10包括两个二次电池单体11、两个模块框架12以及两个冷却片13。
在此，如上所述，二次电池单体11在其种类上没有被特别地限制。
两个模块框架12成形为使得两个冷却片13被联接到该两个模块框架12的侧部。另外，两个模块框架12被置于两个二次电池单体11的外表面处。两个模块框架12的顶表面12a和底表面12b变成电池模块阵列的顶表面和底表面(当电池模块阵列被构造时电池模块阵列的顶表面和底表面向外暴露)，从而可以具有平坦的形状。另外，两个模块框架12可以成形为通过接合而与相邻的其它的电池模块框架固定。另外，两个模块框架12可以具有敞开的中心(具有矩形的框架形状)使得冷却片13可以接触二次电池单体11。该电池模块10也可以被称为“壳体框架型双单体电池模块”。
模块框架12可以是由聚合物材料制成。优选地，模块框架12由PA66制成。
冷却片13的作用是借助于间接冷却而散发二次电池单体11的热量。尽管图10示出冷却片具有“L”形状，但是冷却片也可以具有“T”形状或者“I”形状。冷却片13可以由金属制成。优选地，冷却片13可以由铝制成。
图11是示出处于组装状态下的根据本公开的实施例的电池模块的透视图。
参考图11，可以理解在图10中描述的部件的组合关系。
图12是用于图示多个电池模块和两个端板的组合关系的图。
参考图12，可以发现多个电池模块10被组装在电池模块组件中。两个端板21位于电池模块组件20的两侧。
根据本公开的实施例，电池模块阵列可以进一步包括绝缘片22，该绝缘片22被置于电池模块组件20和端板21之间。两个绝缘片22可以被设置并且被相应地置于电池模块组件20和两个端板21之间。绝缘片22可以是由聚合物材料制成。优选地，绝缘片22可以由三元乙丙(EPDM)橡胶制成。
图13是用于图示根据本公开的另一实施例的拉力杆和电池模块组件的组合关系的图。
参考图13，两个拉力杆30具有[的形状。另外，两个拉力杆30接触电池模块组件20的顶端并且被固定到端板21。如在图13中所示，拉力杆30可以在垂直于前后方向的横向方向上给出支撑力并且也可以将向下方向上的支撑力给予顶部。因为通过使用拉力杆30将横向支撑力提供给电池模块组件20，所以电池模块组件20可以维持牢固的联接状态。
根据本公开的实施例，具有螺纹的沟槽被形成在端板21处。另外，拉力杆30具有被形成在与端板21的沟槽相对应的位置处的沟槽。另外，使用螺母31将端板21和拉力杆30固定。拉力杆30的作用是牢固地固定电池模块组件20的结构。
端子汇流条40调节稍后描述的电极端子63和电池模块组件之间的电连接。这时，被包括在电池模块组件20中的电池模块10可以通过电极引线被彼此电连接。
图14是用于图示根据本公开的另一实施例的感测线组件和电池模块组件的组合关系的图。
参考图14，感测线组件50被电连接到包括于电池模块组件20中的所有电池模块10的电极引线。
在此，感测线组件50可以包括连接器51，该连接器51用于与外部测量装置联接。
感测线组件50被用于与电压测量装置电连接，该电压测量装置用于测量被包括在电池模块组件20中的每个电池模块10的电压。可以通过连接器51连接电压测量装置，并且电压测量装置可以用作电池管理系统，该电池管理系统用于控制根据本公开的电池模块阵列100的充电和放电。
图15是用于图示根据本公开的另一实施例的前盖、后盖以及电池模块组件的组合关系的图。
参考图15，前盖61的作用是覆盖电池模块组件20的前部以使其不向外暴露。换言之，前盖61被布置在电池模块组件20的前部处并且被联接到电池模块组件20的前部以便覆盖电池模块组件20的前部。类似地，后盖62的作用是覆盖电池模块组件20的后部以使其不向外暴露。换言之，后盖62被布置在电池模块组件20的后部处并且被联接到电池模块组件20的后部以覆盖电池模块组件20的后部。
根据本公开的实施例，前盖61包括电极端子63，该电极端子63被电连接到端子汇流条40。另外，电极端子63被暴露于前盖61的外表面。电极端子63是连接到用于对电池模块阵列100充电或放电的外部装置的端子。充电或者放电电流流过电极端子63。
图16是示出处于组装状态下的根据本公开的另一实施例的电池模块阵列的透视图。
参考图16，可以发现如通过图9至图15描述的根据本公开的实施例的电池模块阵列100的完成的构造。
根据本公开的电池模块阵列100可以用作电池组(未示出)的部件，该电池组包括电池模块阵列100和电池保护电路(未示出)。
根据本公开的实施例的电池组可以用作电池操作系统的部件，该电池操作系统包括电池组和负载，该负载被供应有来自于电池组100的电力。例如，电池操作系统可以是电动车辆(EV)、混合动力电动车辆(HEV)、电动自行车(E-Bike)、电动工具、蓄能系统、不间断电源(UPS)、便携式计算机、便携式电话、便携式音频装置、便携式视频装置等等，并且负载可以是：马达，马达用于借助于从电池组供应的电力提供旋转力；或者电力转换电路，该电力转换电路用于将由电池组供应的电力转换成对于各种电路部件所需要的电力。
根据本公开，通过构造具有双单体电池模块的电池模块阵列，能够确保高的空间利用率。另外，通过使用标准化的双单体电池模块，能够制造具有各种尺寸和各种充电/放电容量的电池模块阵列。在本公开的一个方面中，通过使用位于中心处的单个框架，不要求很高的制造成本。在本公开的另一方面中，因为不借助于挤压将模块框架联接到冷却片，所以在制造过程期间可以减少公差。因此，在本公开的另一方面中，可以减少可能由弯曲的冷却片引起的与二次电池单体的非接触面积。
同时，为了彼此联接电池模块可以不单独地形成螺栓或者螺母沟槽，并且因此可以容易地制造电池模块阵列。
已经详细地描述了本公开。然而，应理解的是，在指示本公开的优选实施例的同时仅经由说明给出详细描述和具体示例，这是因为对本领域的技术人员来说本发明的精神和范围内的各种改型和变型从该详细描述将变得显而易见。

Claims (9)

1.一种电池模块阵列，包括：
多个电池模块，所述多个电池模块中的每一个由两个二次电池单体、一个模块框架以及一个冷却片构成；
端板，所述端板被设置在电池模块组件的两侧，所述电池模块组件通过组装所述多个电池模块来构造；
[形状的拉力杆，所述拉力杆接触所述电池模块组件的顶端并且被固定到所述端板；
感测线组件，所述感测线组件被电连接到包括于所述电池模块组件中的所述电池模块的电极引线；
端子汇流条，所述端子汇流条被构造成将包括于所述电池模块组件中的所述电池模块的所述电极引线彼此电连接；
前盖，所述前盖被构造成覆盖所述电池模块组件的前部以使其不向外暴露；以及
后盖，所述后盖被构造成覆盖所述电池模块组件的后部以使其不向外暴露，
其中，所述模块框架具有矩形的框架形状使得所述两个二次电池被固定到所述模块框架的两侧，所述模块框架的顶表面和底表面形成为所述电池模块阵列的顶表面和底表面并且具有平坦的形状，当所述电池模块阵列被构造时所述电池模块阵列的顶表面和底表面向外暴露，在所述模块框架的底表面处形成有狭缝使得所述冷却片被插入在所述狭缝中，并且所述模块框架具有敞开的中心，使得所述冷却片接触所述两个二次电池单体。
2.根据权利要求1所述的电池模块阵列，
其中，所述电池模块阵列进一步包括绝缘片，所述绝缘片被置于所述电池模块组件和所述端板之间。
3.根据权利要求2所述的电池模块阵列，
其中，所述绝缘片由三元乙丙橡胶制成。
4.根据权利要求1所述的电池模块阵列，
其中，所述端板具有沟槽，在所述沟槽中形成螺纹，
其中，所述拉力杆具有形成在与所述端板的所述沟槽相对应的位置处的沟槽，并且
其中，借助于螺栓将所述端板和所述拉力杆彼此固定。
5.根据权利要求1所述的电池模块阵列，
其中，所述感测线组件包括连接器，所述连接器用于与外部装置联接。
6.根据权利要求1所述的电池模块阵列，
其中，所述前盖包括电极端子，所述电极端子被电连接到所述端子汇流条，并且
其中，所述电极端子被暴露于所述前盖的外表面。
7.一种电池组，包括：
在权利要求1至6中的任一项中所限定的电池模块阵列；和
电池保护电路。
8.一种电池操作系统，包括：
在权利要求7中所限定的电池组；和
负载，所述负载被构造成从所述电池组接收电力。
9.根据权利要求8所述的电池操作系统，
其中，所述负载是电动单元或者便携式装置。
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