CN105556705A - 具有用于电压感测的连接凸起的电池单元和包括该电池单元的电池模块 - Google Patents

具有用于电压感测的连接凸起的电池单元和包括该电池单元的电池模块 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种电池单元和包括该电池单元的电池模块，其中该电池单元包括：具有内置于单元外壳中的电极组件的电池单元主体；从电池单元主体的至少一侧突出的电极端子；以及与电极端子一体地形成的电压感测连接凸起。

Description

具有用于电压感测的连接凸起的电池单元和包括该电池单元的电池模块
技术领域
本发明涉及一种电池单元和包括该电池单元的电池模块，该电池单元包括：电池单元本体，该电池单元本体具有安装在单元外壳中的电极组件；电极端子，该电极端子从电池单元本体的至少一端突出；以及用于电压感测的连接凸起，该用于电压感测的连接凸起与电极端子一体地形成。
背景技术
近来，能够充电和放电的二次电池已经广泛用作无线移动装置的能量源。另外，作为为了解决由使用化石燃料的现有汽油车辆和柴油车辆引起的问题(例如空气污染)而研发的电动车辆(EV)和混合动力电动车辆(HEV)的动力源，二次电池已引起了相当大的关注。
结果，由于二次电池的优点，使用二次电池的应用的种类正在增加，预计二次电池今后将比今天用于更多的应用和产品。
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，由于诸如车辆等的中型或大型装置需要有高输出和大容量，所以它使用具有彼此电连接的多个电池单元的中型或大型电池模块。
电池模块的尺寸和重量与相应的中型或大型装置的容纳空间和输出直接相关。因此，制造商正尝试制造小型、轻质的电池模块。此外，对于受到大量外部冲击和振动的装置(例如电动自行车和电动车辆)而言，构成电池模块的部件之间需要稳定的电连接和物理联接。另外，使用了多个电池单元来实现高输出和大容量，因此，电池模块的安全性被认为是很重要的。
优选地，电池模块被制造成具有尽可能小的尺寸和重量。因此，能够以高集成度堆叠并具有小的重量/容量比的棱形电池或袋状电池通常用作中型或大型电池模块的电池单元。特别地，由于袋状电池是轻质的并且袋状电池的制造成本较低，目前大量的兴趣都集中在这种使用铝制层压片作为包覆构件的袋状电池。
图1是典型地示出了传统的代表性袋状电池单元的透视图。参考图1，袋状电池单元10被构造成具有如下结构：其中，两个电极端子11和12分别从电池单元本体13的上端和下端突出，使得电极端子11和12彼此相反。在电极组件(未示出)安装在电池外壳14中的状态下，电池外壳14的两个相反侧面14a以及上端和下端14b和14c被结合，从而制造出袋状电池单元10。
为了将袋状电池单元彼此串联和/或并联连接，袋状电池单元的电极端子经由连接构件(例如汇流条)互连，以实现袋状电池单元之间的电连接。在这种情况下，需要额外的电连接构件。此外，由于这些构件被安装到电池单元，每个电池单元的总尺寸增加了并且每个电池单元的结构较复杂。
因此，对于如下一种电池单元和包括该电池单元的电池模块存在着高度需求：该电池单元能够电连接到另一个电池单元，而无需额外的电连接构件。
发明内容
技术问题
因此，为了解决上述问题及其它尚未解决的技术问题，已做出了本发明。
通过进行各种广泛的和集中的研究和试验来解决上述问题，本申请的发明人已经发现，在以下情况下能够将电池单元相互连接而无需额外的电连接构件(例如汇流条)：其中，在电池单元的电极端子处形成有用于电压感测的连接凸起，并且，包括电池单元的电池模块被构造成使得所述用于电压感测的连接凸起直接连接到电压感测构件，以实现电池单元之间的电连接。
具体地，本发明的一个目的是提供一种电池单元和电池模块，该电池单元具有用于电压感测的连接凸起，该电池模块被构造成使得所述用于电压感测的连接凸起直接连接到电压感测构件以将电池单元相互连接而无需额外的电连接构件，由此，能够减小电池模块的尺寸和重量并降低电池模块的制造成本。
技术方案
根据本发明的一个方面，能够通过提供一种电池单元来实现上述及其它目的，该电池单元包括：电池单元本体，该电池单元本体具有安装在单元外壳中的电极组件；电极端子，该电极端子从电池单元本体的至少一端突出；以及用于电压感测的连接凸起，该用于电压感测的连接凸起与电极端子一体地形成。
因此，在根据本发明的电池单元和包括该电池单元的电池模块中，用于电压感测的连接凸起直接连接到电压感测构件，由此实现电池单元之间的电连接。因此，能够将电池单元相互连接而无需额外的电连接构件(例如汇流条)，由此能够减小电池模块的尺寸和重量并降低电池模块的制造成本。
在一个具体实例中，电池单元本体不受特别限制，只要能够使用该电池单元本体制造电池模块。例如，电池单元本体可构造成具有板状结构，在该板状结构中，电池单元本体的宽度和长度大于电池单元本体的厚度。
电池单元本体的长度表示在电池单元本体的、电极端子从其突出的一侧与该电池单元本体的相反的另一侧之间的距离，并且，电池单元本体的宽度表示在电池单元本体的一侧(该一侧与电池单元本体的电极端子从其突出的侧面相邻)与该电池单元本体的相反的另一侧之间的距离。另外，电池单元本体的厚度表示在电池单元本体的、与包含电极端子从电池单元本体突出的方向的平面平行的顶表面和底表面之间的距离。
在另一个具体实例中，电极端子可以是正电极端子或负电极端子，该电极端子可以从电池单元本体的至少一端突出，并且可构造成具有板状结构，在该板状结构中，电极端子的宽度和长度大于电极端子的厚度。
电极端子的长度表示在电极端子的邻接在电池单元本体上的一侧与该电极端子的相反的另一侧之间的距离，并且，电极端子的宽度表示在电极端子的、与电池单元本体交叉的一侧与该电极端子的相反的另一侧之间的距离。另外，电极端子的厚度表示在电极端子的、与包含电极端子从电池单元本体的突出方向的平面平行的顶表面和底表面之间的距离。
根据本发明的电池单元可以包括与电极端子一体地形成的、用于电压感测的连接凸起。该用于电压感测的连接凸起可以形成在电极端子上，使得：用于电压感测的连接凸起从电池单元本体沿着电极端子突出的方向延伸，或者，用于电压感测的连接凸起在包含电极端子突出的方向的平面内沿着与电极端子突出的方向垂直的方向延伸。该用于电压感测的连接凸起可以从电极端子的一端延伸。
在一个具体实例中，该用于电压感测的连接凸起可以从电极端子的与电池单元本体交叉的至少一侧延伸。
在此情形中，所述用于电压感测的连接凸起能够以等于电极端子的宽度的5到50％的尺寸延伸，优选以该宽度的10到40％、更优选以该宽度的20到30％延伸。
在另一个具体实例中，所述用于电压感测的连接凸起可以在与电池单元本体相对的状态下形成在电极端子的至少一侧处。
换言之，被构造成具有板状结构的电极端子可以从电池单元本体的至少一端突出，用于电压感测的连接凸起可以在该用于电压感测的连接凸起与电池单元本体相对(即，该用于电压感测的连接凸起与电池单元本体间隔开)的状态下形成在电极端子的与电池单元本体交叉的一侧处。
所述用于电压感测的连接凸起可以设置有焊接孔。因此，可以通过经由焊接孔执行的焊接而将所述用于电压感测的连接凸起容易地联接到电压感测构件。
焊接方法不受特别限制，只要所述用于电压感测的连接凸起能够焊接到电压感测构件即可。例如，可以使用从以下项组成的组中选出的任一种方法将所述用于电压感测的连接凸起焊接到电压感测构件：电阻焊接方法、激光焊接方法、电弧焊接方法和超声波焊接方法。
根据本发明的电池单元的电池单元本体的种类不受特别限制，只要该电池单元本体被构造成具有以下的板状结构即可：在该板状结构中，电池单元本体的宽度和长度大于电池单元本体的厚度。例如，电池单元本体可以构造成具有以下结构：其中，电极组件在密封状态下安装在包括树脂层和金属层的层压片中。
由于根据本发明的电池单元被构造成具有其中将铝制层压片用作包覆构件的袋状结构，因此，能够减小电池单元的总重量并降低电池单元的制造成本。
根据本发明的另一个方面，提供了一种包括两个或更多个具有上述构造的电池单元的电池模块。
该电池模块可以包括：电池单元阵列，该电池单元阵列包括一个或多个套管，该电池单元阵列形成其中电池单元在电极端子沿相同方向对准的状态下相互堆叠的结构；一对端板，该一对端板用于固定电池单元阵列的两个相反端；一个或多个支撑杆，该一个或多个支撑杆用于将所述端板互连；以及电压感测构件，该电压感测构件用于感测电池单元的电压。
每个套管可以是单元模块套管，可以使用该单元模块套管来制造电池模块。每个套管可以构造成具有与板状电池单元中的相应一个板状电池单元相对应的矩形结构，使得每个电池单元安装在相应一个套管处。每个套管均可以包括冷却片和套管框架，该冷却片与电池单元中的相应一个电池单元接触，该套管框架用于固定冷却片。
在此情形中，电压感测构件可以安装在电池单元阵列的一端处，使得电压感测构件邻近各个电极端子。电极端子的用于电压感测的连接凸起可以直接连接到该电压感测构件，以实现电池单元之间的电连接。
根据本发明的电池单元和包括该电池单元的电池模块的特征在于：电极端子的用于电压感测的连接凸起直接连接到该电压感测构件而无需额外的电连接构件(例如汇流条)，由此实现电池单元之间的电连接。为此，有必要将电压感测构件安装在与所述用于电压感测的连接凸起邻近的位置处。由于每个用于电压感测的连接凸起从电极端子中的相应一个电极端子的一端延伸，电压感测构件可以安装在电池单元阵列的一端处使得该电压感测构件邻近各个电极端子。
电压感测构件可以包括：(a)印刷电路板(PCB)，该印刷电路板具有安装在其上的连接端子，该连接端子连接到电极端子的用于电压感测的连接凸起；(b)连接器，该连接器电连接到所述连接端子；以及(c)壳体，所述PCB在连接器暴露的状态下安装在该壳体中。
在此情形中，该PCB可以安装在壳体中，从而防止了PCB由于外部冲击或其它外部作用力而受到损坏。另外，该PCB可利用热熔树脂固定到壳体，使得PCB更稳定地安装在壳体中。
在一个具体实例中，电池单元可以在包括用于电压感测的连接凸起的电极端子被弯曲的状态下构成电池单元阵列。更具体地，用于电压感测的连接凸起可以被垂直地弯曲，并且可以通过焊接而直接联接到电压感测构件的连接端子。
因此，在根据本发明的电池单元和包括该电池单元的电池模块中，用于电压感测的连接凸起可以在包括用于电压感测的连接凸起的电极端子被弯曲的状态下通过焊接而直接联接到安装在PCB上的连接端子。因此，能够将电池单元互连而无需额外的电连接构件(例如汇流条)，由此能够减小电池模块的尺寸和重量并降低电池模块的制造成本。
根据本发明的进一步方面，提供了一种包括该电池模块的装置。该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电力存储设备。
上述装置的结构和制造方法在本发明所属领域中是众所周知的，因此将省略其详细说明。
附图说明
从以下结合附图给出的详细描述中，将更清楚地理解本发明的上述及其它目的、特征和其它优点，其中：
图1是示出了传统的袋状电池单元的典型视图；
图2是示出了根据本发明一个实施例的电池单元的电极端子的典型视图；
图3是示出了根据本发明另一个实施例的电池单元的电极端子的典型视图；
图4是示出了根据本发明的一个实施例的、在电池模块的各个部件相互联接之前的该电池模块的典型视图；
图5是示出了构成根据本发明一个实施例的电池模块的电压感测构件的分解图；并且
图6是示出了根据本发明另一个实施例的电池模块的典型视图。
具体实施方式
现在，将参考附图来详细描述本发明的优选实施例。然而，应当指出，本发明的范围不限于所示出的实施例。
首先，参考图1来定义本说明书中描述的术语，例如长度、宽度和厚度。
例如，在本说明书中，电池单元本体13的长度L表示在电池单元本体13的一侧(电极端子11和12中的一个从该一侧突出)与该电池单元本体13的相反的另一侧(电极端子11和12中的另一个从该相反的另一侧突出)之间的距离，并且，电池单元本体13的宽度W表示在电池单元本体13的一侧(该一侧与电池单元本体13的、电极端子11和12从其突出的侧面相邻)与该电池单元本体13的相反的另一侧之间的距离。另外，电池单元本体13的厚度T表示电池单元本体的、以包含电极端子从电池单元本体突出的方向的平面为基准的顶表面和底表面之间的距离。
图2是示出了根据本发明一个实施例的电池单元的电极端子的典型视图。
参考图2，电池单元200被构造成具有包括电池单元本体210、电极端子220和用于电压感测的连接凸起221的结构。
电池单元本体210被构造成具有板状结构，在该板状结构中，电池单元本体210的宽度和长度大于电池单元本体210的厚度。
电极端子220从电池单元本体210的一端突出。以与电池单元本体210相同的方式，电极端子220被构造成具有板状结构，在该板状结构中，电极端子220的宽度和长度大于电极端子220的厚度。
用于电压感测的连接凸起221在包含电极端子220突出的方向D1的平面内一体地形成在电极端子220上，使得用于电压感测的连接凸起221沿着与电极端子220突出的方向D1垂直的方向D2延伸。
具体地，用于电压感测的连接凸起221被构造成具有以下结构：其中，用于电压感测的连接凸起221从电极端子220的一端224延伸。更具体地，用于电压感测的连接凸起221被构造成具有以下结构：其中，用于电压感测的连接凸起221从电极端子220的、与电池单元本体210交叉的两个相反侧223和224中的一个(即侧面224)延伸。
在此情形中，用于电压感测的连接凸起221可以构造成具有以下结构：其中，用于电压感测的连接凸起221以等于电极端子220的宽度的5到50％的尺寸延伸，优选以该宽度的10到40％、更优选以该宽度的20到30％延伸。
另外，在用于电压感测的连接凸起221与电池单元本体210相对(即，用于电压感测的连接凸起221与电池单元本体210间隔开)的状态下，该用于电压感测的连接凸起221形成在电极端子220的与电池单元本体210交叉的一侧224处。用于电压感测的连接凸起221设置有焊接孔222。
用于电压感测的连接凸起221被弯曲，使得用于电压感测的连接凸起221直接联接到构成电池模块的电压感测构件，从而呈现期望的效果。
图3是示出了根据本发明另一个实施例的电池单元的电极端子的典型视图。
参考图3，以与图2中相同的方式，电极端子320从板状电池单元本体310的一端突出，并且，用于电压感测的连接凸起321一体地形成在电极端子320上。
然而，与图2不同的是，该用于电压感测的连接凸起321从电池单元本体310沿着电极端子320突出的方向D1延伸。
在此情形中，以与图2的用于电压感测的连接凸起221相同的方式，用于电压感测的连接凸起321设置有焊接孔322。另外，用于电压感测的连接凸起321可构造成具有以下结构：其中，用于电压感测的连接凸起321以等于电极端子320的长度的5到50％的尺寸延伸，优选以该长度的10到40％、更优选以该长度的20到30％延伸。
图4是示出了根据本发明的一个实施例的、在电池模块的各个部件相互联接之前的该电池模块的典型视图。
参考图4，电池模块400被构造成具有包括两个或更多个电池单元410的结构。多个电池单元410构成包括一个或多个套管的电池单元阵列440，该电池单元阵列440形成其中电池单元在电极端子沿相同方向对准的状态下相互堆叠的结构。
在此情形中，电极端子可以被弯曲，使得电极端子能够通过电压感测构件470的凹部相互联接。
另外，所述套管中的每一个均构造成具有包括冷却片430和套管框架420的结构，该冷却片430与电池单元410中的相应一个电池单元接触，该套管框架420用于固定冷却片430。
电池单元阵列440的两个相反端由端板450固定，并且端板450经由支撑杆460相互连接。
电池单元阵列440的“两个相反端”是指每个电池单元410的基于电极端子的平面内的上端和下端。
另外，电池模块400包括电压感测构件470，该电压感测构件470用于感测电池单元410的电压。
电压感测构件470安装在电池单元阵列440的一端处，使得电压感测构件470邻近各个电极端子。
图5是示出了根据本发明一个实施例的构成电池模块的电压感测构件的分解图。
参考图5，电压感测构件500包括：(a)印刷电路板(PCB)510，该印刷电路板510具有安装在其上的连接端子，所述连接端子连接到电极端子的用于电压感测的连接凸起；(b)连接器520，该连接器520电连接到所述连接端子；以及(c)壳体530，所述PCB在连接器暴露的状态下安装在该壳体530中。
换言之，PCB510未设置有另外的、用于与电池单元的电极端子接触的汇流条，并且，安装在PCB510上的连接端子511直接连接到电极端子的用于电压感测的连接凸起。
另外，为了实现这种连接，其中，安装PCB510的壳体530在其一侧处设置有多个凹部531、532、533、534、535、536、537和538，电极端子的用于电压感测的连接凸起被收容在这些凹部中，使得电极端子的用于电压感测的连接凸起直接接触PCB510的连接端子511。
PCB510安装在壳体530中，从而防止了PCB510由于外部冲击或其它外部作用力而受到损坏。另外，PCB510利用热熔树脂550固定到壳体530，使得PCB510更稳定地安装在壳体530中。
图6是示出了根据本发明另一个实施例的电池模块的典型视图。
参考图6，电池模块600包括：电池单元阵列，该电池单元阵列包括一个或多个套管，该电池单元阵列形成其中电池单元在电极端子631、632、633、634、635、636、637和638沿相同方向对准的状态下相互堆叠的结构；一对端板，所述一对端板用于固定该电池单元阵列的两个相反端；一个或多个支撑杆，该一个或多个支撑杆用于将所述端板相互连接；以及电压感测构件601，该电压感测构件601用于感测各个电池单元的电压。
在此情形中，电压感测构件601安装在该电池单元阵列的一端处，使得电压感测构件601邻近电极端子631、632、633、634、635、636、637和638，并且，电极端子631、632、633、634、635、636、637和638的用于电压感测的连接凸起被弯曲，使得所述用于电压感测的连接凸起能够直接连接到电压感测构件601，由此实现电池单元之间的电连接。
具体地，仔细观察用于电压感测的连接凸起和电压感测构件601的连接部分621、622、623、624、625、626、627和628，这些电池单元在包括用于电压感测的连接凸起的电极端子631、632、633、634、635、636、637和638被弯曲的状态下构成电池单元阵列。通过经由焊接孔执行的焊接，弯曲的所述用于电压感测的连接凸起被直接联接到安装在电压感测构件601上的连接端子。
在此情形中，焊接方法不受特别限制，只要所述用于电压感测的连接凸起能够焊接到该电压感测构件即可。例如，可以使用从以下项组成的组中选出的任一种方法将所述用于电压感测的连接凸起焊接到电压感测构件：电阻焊接方法、激光焊接方法、电弧焊接方法和超声波焊接方法。
虽然已出于示例性目的公开了本发明的优选实施例，但本领域技术人员将会理解，在不偏离所附权利要求中公开的本发明的范围和精神的情况下，可以进行各种修改、添加和替代。
工业实用性
从上文的描述中清楚可见，在根据本发明的电池单元和包括该电池单元的电池模块中，用于电压感测的连接凸起形成在电池单元的电极端子处，并且，在包括电池单元的该电池模块中，用于电压感测的连接凸起直接连接到电压感测构件，由此实现电池单元之间的电连接。因此，能够将电池单元互连而无需额外的电连接构件(例如汇流条)，由此，能够减小电池模块的尺寸和重量并降低电池模块的制造成本。

Claims (21)

1.一种电池单元，包括：
电池单元本体，所述电池单元本体具有安装在单元外壳中的电极组件；
电极端子，所述电极端子从所述电池单元本体的至少一端突出；以及
用于电压感测的连接凸起，所述用于电压感测的连接凸起与所述电极端子一体地形成。
2.根据权利要求1所述的电池单元，其中，所述电池单元本体被构造成具有板状结构，在所述板状结构中，所述电池单元本体的宽度和长度大于所述电池单元本体的厚度。
3.根据权利要求1所述的电池单元，其中，所述电极端子被构造成具有板状结构，在所述板状结构中，所述电极端子的宽度和长度大于所述电极端子的厚度。
4.根据权利要求1所述的电池单元，其中，所述用于电压感测的连接凸起形成在所述电极端子上，使得所述用于电压感测的连接凸起从所述电池单元本体沿着所述电极端子突出的方向延伸，或者使得所述用于电压感测的连接凸起在包含所述电极端子突出的方向的平面内沿着与所述电极端子突出的方向垂直的方向延伸。
5.根据权利要求1所述的电池单元，其中，所述用于电压感测的连接凸起从所述电极端子的一端延伸。
6.根据权利要求1所述的电池单元，其中，所述用于电压感测的连接凸起从所述电极端子的与所述电池单元本体交叉的至少一侧延伸。
7.根据权利要求6所述的电池单元，其中，所述用于电压感测的连接凸起以等于所述电极端子的宽度的5％到50％的尺寸延伸。
8.根据权利要求6所述的电池单元，其中，所述用于电压感测的连接凸起在与所述电池单元本体相对的状态下形成在所述电极端子的至少一侧处。
9.根据权利要求1所述的电池单元，其中，所述用于电压感测的连接凸起设置有焊接孔。
10.根据权利要求1所述的电池单元，其中，所述电池单元本体被构造成具有以下结构：其中，所述电极组件在密封状态下安装在包括树脂层和金属层的层压片中。
11.一种电池模块，包括两个或更多个根据权利要求1到10中任一项所述的电池单元。
12.根据权利要求11所述的电池模块，其中，所述电池模块包括：
电池单元阵列，所述电池单元阵列包括一个或多个套管，所述电池单元阵列形成其中所述电池单元在所述电极端子沿相同方向对准的状态下相互堆叠的结构；
一对端板，所述一对端板用于固定所述电池单元阵列的两个相反端；
一个或多个支撑杆，所述一个或多个支撑杆用于将所述端板互连；以及
电压感测构件，所述电压感测构件用于感测所述电池单元的电压。
13.根据权利要求12所述的电池模块，其中，所述套管中的每一个均包括冷却片和套管框架，所述冷却片与所述电池单元中的相应一个电池单元接触，所述套管框架用于固定所述冷却片。
14.根据权利要求12所述的电池模块，其中，所述电压感测构件安装在所述电池单元阵列的一端处，使得所述电压感测构件邻近所述电极端子。
15.根据权利要求12所述的电池模块，其中，所述用于电压感测的连接凸起直接连接到所述电压感测构件，以实现所述电池单元之间的电连接。
16.根据权利要求12所述的电池模块，其中，所述电压感测构件包括：
(a)印刷电路板(PCB)，所述印刷电路板具有安装在所述印刷电路板上的连接端子，所述连接端子连接到所述电极端子的用于电压感测的连接凸起；
(b)连接器，所述连接器电连接到所述连接端子；以及
(c)壳体，所述PCB在所述连接器暴露的状态下安装在所述壳体中。
17.根据权利要求16所述的电池模块，其中，所述PCB利用热熔树脂固定到所述壳体。
18.根据权利要求12所述的电池模块，其中，所述电池单元在包括所述用于电压感测的连接凸起的所述电极端子被弯曲的状态下构成所述电池单元阵列。
19.根据权利要求12所述的电池模块，其中，所述用于电压感测的连接凸起通过焊接而直接联接到连接端子。
20.一种装置，其包括根据权利要求11所述的电池模块。
21.根据权利要求20所述的装置，其中，所述装置是电动车辆、混合动力电动车辆、插电式混合动力电动车辆或电力存储设备。
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