CN107851749A - 具有其中电池管理系统直接连接至端子板的结构的电池模块 - Google Patents

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Abstract

本文披露了一种电池模块，所述电池模块包括：电池单元堆叠件，所述电池单元堆叠件具有其中多个电池单元布置成使得所述电池单元彼此侧向地相邻的结构；安装到所述电池单元堆叠件的相对端的一对单元框架；用于将所述电池单元的电极端子电连接至彼此的端子板；和电池管理系统(BMS)，所述BMS以直接连接至所述端子板的状态安装到所述电池单元堆叠件的一个侧表面。

Description

具有其中电池管理系统直接连接至端子板的结构的电池模块
技术领域
本申请要求于2015年7月21日向韩国知识产权局提交的韩国专利申请第10-2015-0102831号的权益，通过引用将上述专利申请的公开内容作为整体结合在此。
本发明涉及一种具有其中电池管理系统直接连接至端子板的结构的电池模块。
背景技术
近年来，可重复地充电和放电的二次电池已被广泛地用作无线移动装置的能源。另外，二次电池作为解决由于现有的使用矿物燃料的汽油车辆和柴油车辆而导致的诸如空气污染之类的问题而开发的电动车辆和混合动力车辆的能源已备受关注。因此，由于二次电池的优点，使用二次电池的各种应用正在增加，并且此后二次电池有望应用于比现在更多的应用和产品中。
基于电极的构造和电解质，二次电池可以分为锂离子电池、锂离子聚合物电池、或锂聚合物电池。特别地，因为锂离子聚合物电池的电解质泄漏的可能性低并且容易制造，所以锂离子聚合物电池已被越来越多地使用。
基于电池壳体的形状，二次电池也可以分为具有安装在圆柱形金属罐中的电极组件的圆柱形电池、具有安装在棱柱形金属罐中的电极组件的棱柱形电池、或者具有安装在由铝层压片制成的袋形壳体中的电极组件的袋形电池。
二次电池正广泛地用作多种电子产品以及各种移动装置的能源。然而，二次电池中包含各种可燃材料。因此，由于二次电池的过度充电、二次电池中的过载电流、或施加于二次电池的其他外部物理冲击，锂二次电池可能会过热或爆炸。
为此，二次电池设置有安全系统，例如，当二次电池过度充电或过度放电时或当过载电流在二次电池中流动时用于中断电流的保护电路；正温度系数(PTC)元件，其电阻在当二次电池的温度升高时极大地增大从而中断电流；或者当由于气体的产生而导致压力增加时用于中断电流或排出气体的安全通气口。同时，配置为具有多个电池模块组合于其中的多单元结构的多单元型中型或大型电池组设置有用于保护电池单元免受过度充电、过度放电、或过载电流的安全系统，诸如熔断器、双金属片、或电池管理系统(BMS)。
电压传感端子经由导线连接至作为上述安全系统之一的BMS以便检测电池单元或单位模块的电压。
图1是示出具有其中BMS经由导线连接至电压传感端子的结构的常规电池模块的典型视图。
参照图1，电池模块10配置为具有如下结构：其中多个电池单元11布置成使得电池单元11处于彼此侧向地相邻的状态下，框架12安装在电池单元11的相对端上，且BMS 13位于电池单元11的一端的上侧处。
BMS 13经由导线15连接至电压传感端子14。电池单元11彼此串联连接。需要BMS13监控各个电池单元11的电压。为此，电压传感端子14的数量需等于电池单元的数量。此外，导线15的数量需等于电池单元的数量。在此结构中，电压传感端子14和导线15被手工焊接，导致制造工艺复杂，且导线布置复杂，由此电池模块的结构变得复杂。
因此，对能够解决上述问题的电池模块有高度需求。
发明内容
技术问题
因此，做出本发明来解决上述问题以及其他尚未解决的技术问题。
具体地说，本发明的一个目的在于提供一种电池模块，所述电池模块具有其中电池管理系统直接连接至电池单元而不使用导线的结构，从而解决各种问题，例如，电池模块的外观美感的劣化、制造电池模块的成本增加、以及制造电池模块的过程中的不均匀性，这些问题可能会在当多个电压传感端子和多条导线被焊接以连接至电池单元时发生。
技术方案
根据本发明的一个方面，上述和其它目的可以通过提供一种电池模块来实现，所述电池模块包括：电池单元堆叠件，所述电池单元堆叠件配置为具有其中多个电池单元布置成使得所述电池单元彼此侧向地相邻的结构；安装在所述电池单元堆叠件的相对端上的一对单元框架；用于将所述电池单元的电极端子电连接至彼此的端子板；和电池管理系统(BMS)，所述BMS以直接连接至所述端子板的状态安装到所述电池单元堆叠件的一个侧表面。
在根据本发明的电池模块中，BMS直接连接至端子板而不使用导线，从而解决各种问题，例如，电池模块的外观美感的劣化、制造电池模块的成本增加、以及制造电池模块的过程中的不均匀性，这些问题可能会在当端子板通过焊接连接至BMS时发生。
具体地，电池单元的每一个可以是圆柱形电池单元。所述圆柱形电池单元可配置为具有如下结构：其中正极片、负极片以及插置在正极片和负极片之间的隔板片缠绕以形成包卷型电极组件，所述电极组件与电解质一起容纳在圆柱形金属容器中，并且盖组件安装到圆柱形容器的上端。
此外，所述电池单元堆叠件可配置为具有其中电池单元堆叠件在水平方向上的尺寸大于电池单元堆叠件在垂直方向上的尺寸的结构。在此，“垂直方向”是指垂直地面的高度方向，“水平方向”是指与电池单元的电极端子形成的方向垂直的方向。
另一方面，所述电池单元堆叠件可配置为具有其中电池单元堆叠件在垂直方向上的尺寸大于电池单元堆叠件在水平方向上的尺寸的结构。可基于电池单元堆叠件的结构改变将电池单元的电极端子电连接至彼此的端子板的每一个的形状。
在本发明的一个实施方式中，所述单元框架可包括安装所述电池单元堆叠件的一端的第一单元框架和安装所述电池单元堆叠件的另一端的第二单元框架，并且第一单元框架和第二单元框架可利用紧固构件耦接至彼此。具体地，第一单元框架和第二单元框架可在其拐角处设置有紧固孔，紧固构件可插入穿过紧固孔，以便将第一单元框架和第二单元框架耦接至彼此。
第一单元框架和第二单元框架可在其内侧设置有接收部，接收部的每一个对应于电池单元中相应的一个的一端或另一端，并且可在第一单元框架和第二单元框架的外表面中形成开口，电池单元的电极端子通过所述开口暴露。具体地，电池单元的每一个可以是圆柱形电池单元，因此接收部的每一个可设置有圆柱形凹槽。开口的每一个可形成为具有对应于接收部中相应的一个的形状的圆形。
此外，贯通通道可限定在第一单元框架和第二单元框架的接收部之间，冷却剂流动通过所述贯通通道，并且端子板的每一个可设置有通孔，所述通孔与单元框架中的贯通通道中相应的一个对齐。因此，贯通通道可与通孔连通。经由位于电池模块的一侧上的端子板的通孔引入的冷却剂可穿过第一单元框架的贯通通道和第二单元框架的贯通通道，并且可经由位于电池模块的另一侧上的端子板的通孔排出，由此电池单元可被冷却。冷却剂可沿相反方向被引入和排出。
在本发明的一个实施方式中，所述端子板可在端子板连接至电池单元的电极端子的状态下安装到单元框架的外表面。端子板可藉由焊接连接至电池单元的电极端子，从而使端子板安装到单元框架的外表面。或者，可以通过额外的耦接结构来增加端子板与单元框架之间的耦接力。具体地，可在单元框架上形成钩，使得钩从单元框架向外突出，可在端子板中形成对应于钩的紧固凹槽。可通过将钩插入紧固凹槽中而将端子板安装到单元框架。
端子板可将两个或更多个电池单元彼此串联地连接或者串并联地连接。
例如，电池单元可连接至彼此以具有2P-13S结构。
在本发明的一个实施方式中，端子板的每一个可包括：端子连接部，所述端子连接部配置为接触电池单元的电极端子中相应的一个，所述端子连接部形成为具有矩形形状；和从端子连接部的一侧延伸出的BMS连接部，所述BMS连接部在BMS连接部从单元框架中相应的一个的上端朝BMS垂直地弯曲的状态下连接至BMS。
可以基于电池单元彼此连接的结构改变端子连接部的形状。具体地，当彼此并联连接的电池单元的数量增加时，电池单元的电极端子和端子板之间的接触面积可能会增加。
此外，所述单元框架可在其上端中设置有凹槽，所述凹槽具有对应于所述BMS连接部的形状，用于引导所述BMS连接部的弯曲并且固定所述BMS连接部。在这种结构中，可以防止出现由端子板的移动而导致的工艺误差的发生，并且可以使工人容易地弯曲端子板并将端子板连接至BMS，所述工艺误差可能会在电池模块的制造过程中当端子板连接至BMS时引起。
此外，用于使得端子连接部焊接至电池单元的电极端子的狭缝(slits)可形成在端子连接部的对应于电池单元的电极端子的部分中。狭缝使得易于通过焊接或熔接将端子连接部连接至电池单元的电极端子。
在本发明的一个实施方式中，BMS可包括：安装到电池单元堆叠件的上表面的印刷电路板(PCB)，所述PCB配置为具有对应于所述电池单元堆叠件的水平尺寸的矩形形状；形成在PCB上的集成电路(IC)，所述IC电连接至用于测量电池单元的电压的电压传感连接部以控制所述电池模块的操作；和沿着PCB的外边缘间隔布置以连接至端子板的电压传感连接部。
具体地，当从上面看时，所述电压传感连接部的每一个可配置为具有矩形形状。更具体地，所述电压传感连接部的每一个配置为具有其中电压传感连接部在水平方向上的长度大于电压传感连接部在宽度方向上的长度的结构。在此，“宽度方向”是指每一个电池单元的纵向。
在一个具体的实施方式中，所述电压传感连接部的每一个可包括：第一接触部，所述第一接触部配置为接触端子板中相应的一个；和第二接触部，所述第二接触部在第二接触部与所述第一接触部电断开的状态下电连接至IC；并且所述第一接触部和所述第二接触部可焊接(soldering)到端子板中相应的一个，使得所述端子部电连接至IC。
当电压传感连接部连接至端子板时，可能会由于端子板的移动而导致电压传感连接部与端子板之间的无意接触重复地发生。因此，IC可能会由于电压传感连接部与端子板之间的重复的无意接触而被损坏。
为了解决这一问题，如在上述实施方式中，电压传感连接部的每一个可包括彼此断开的第一接触部和第二接触部，并且第一接触部和所述第二接触部可通过焊接连接至端子板中相应的一个，从而防止由于电压传感连接部与端子板之间的无意接触对IC造成的损坏。
根据本发明的另一方面，提供一种包括所述电池模块的电池组。
根据本发明的又一方面，提供一种包括所述电池组作为电源的装置。
所述装置可以是选自由电动自行车、电动汽车、混合动力汽车、插电式混合动力汽车和电力储存设备构成的组中的任意一种。
所述装置的结构和制造方法在本发明所属的技术领域中是公知的，其详细描述将省略。
附图说明
结合附图，从下面的详细描述中将更清楚地理解本发明的上述和其它目的、特征和其它优势，其中：
图1是示出了具有其中电池管理系统(BMS)经由导线连接至电压传感端子的结构的常规电池模块的典型视图；
图2是示出了根据本发明的一个实施方式的电池模块的分解视图；
图3是示出了图2的电池模块的端子板的放大视图；
图4是示出了图2的电池模块的BMS的放大视图；
图5是示出了图2的电池模块的电压传感连接部的放大视图。
具体实施方式
现在，将参照附图详细地描述本发明的示例性实施方式。然而，应该注意的是，本发明的范围不受所示实施方式的限制。
图2是示出了根据本发明的一个实施方式的电池模块的分解视图，图3是典型地示出了图2的电池模块的端子板的放大视图，图4是典型地示出了图2的电池模块的电池管理系统(BMS)的放大视图。
参照图2至图4，电池模块100包括：电池单元堆叠件110、第一单元框架120、第二单元框架130、端子板140和BMS 150。
电池单元堆叠件110配置为具有其中将圆柱形电池单元111堆叠和布置成使得电池单元111彼此侧向地相邻的结构。电池单元堆叠件110配置为具有其中电池单元堆叠件110的水平尺寸大于电池单元堆叠件110的垂直尺寸的结构。电池单元111布置成其中电池单元111的电极端子处于彼此相对的状态，使得电池单元111具有2P-13S结构。
第一单元框架120和第二单元框架130安装到电池单元堆叠件110的相对端。第一单元框架120和第二单元框架130可利用紧固构件(未示出)耦接至彼此。
第一单元框架120和第二单元框架130在其内侧设置有圆柱形接收部121和131，接收部121和131的每一个对应于电池单元111中相应的一个的一端或另一端。此外，在第一单元框架120和第二单元框架130的外表面中形成开口122，电池单元111的电极端子通过开口122暴露。
BMS 150位于电池单元堆叠件110的上端表面上。端子板140在端子板140连接至电池单元111的电极端子的状态下安装到第一单元框架120和第二单元框架130的外表面。
此外，贯通通道124和134限定在第一单元框架120和第二单元框架130的接收部121和131之间，冷却剂可流动通过贯通通道124和134。端子板140的每一个设置有通孔149，通孔149与贯通通道124和134中相应的一个对齐。
贯通通道124和134与通孔149连通。经由前端子板140的通孔149引入的冷却剂穿过第一单元框架120的贯通通道124和第二单元框架130的贯通通道134，并且经由后端子板140的通孔149排出，由此电池单元111被冷却。
端子板140的每一个包括：端子连接部141和BMS连接部142。端子连接部141接触电池单元111的电极端子中相应的一个。端子连接部141形成为具有矩形形状。BMS连接部142从端子连接部141的上侧延伸出。BMS连接部142从单元框架120和130的上端朝BMS 150垂直地弯曲。
单元框架120和130在其上端中设置有凹槽129和139，凹槽129和139具有对应于BMS连接部142的形状，用于引导BMS连接部142的弯曲并且固定BMS连接部142。
用于使得端子连接部141易于焊接或熔接至电池单元111的电极端子的狭缝143形成在端子连接部141的对应于电池单元111的电极端子的部分中。
BMS 150包括印刷电路板(PCB)151、集成电路(IC)152和电压传感连接部153。
PCB 151安装到电池单元堆叠件110的上表面。PCB 151配置为具有对应于电池单元堆叠件111的水平尺寸的矩形形状。
IC 152形成在PCB 151上。IC 152电连接至用于测量电池单元111的电压的电压传感连接部153以控制所述电池模块的操作。
电压传感连接部153沿着PCB 151的外边缘间隔布置以连接至端子板140。
图5是示出了图2的电池模块的电压传感连接部之一的放大视图。
参照图5以及图2，电压传感连接部153包括第一接触部154和第二接触部155。
第一接触部154配置为接触端子板140的每一个，第二接触部155在第二接触部155与第一接触部154电断开的状态下电连接至IC 152。
第一接触部154和第二接触部155焊接(soldering)到端子板140的每一个，使得端子板140电连接至IC 152。
尽管为了说明的目的已经公开了本发明的示例性的实施方式，但是本领域技术人员将会理解，在不背离所附权利要求所公开的本发明的范围和精神的情况下，各种修改、添加和替换是可行的。
工业利用性
从以上描述显而易见的是，根据本发明的电池模块包括直接连接至端子板而不使用导线的电池管理系统(BMS)，从而解决各种问题，例如，电池模块的外观美感的劣化、制造电池模块的成本增加、以及制造电池模块的过程中的不均匀性，这些问题可能会在端子板通过焊接连接至BMS时发生。

Claims (19)

1.一种电池模块，包括：
电池单元堆叠件，所述电池单元堆叠件具有其中多个电池单元布置成使得所述电池单元彼此侧向地相邻的结构；
安装到所述电池单元堆叠件的相对端的一对单元框架；
用于将所述电池单元的电极端子电连接至彼此的端子板；和
电池管理系统(BMS)，所述BMS以直接连接至所述端子板的状态安装到所述电池单元堆叠件的一个侧表面。
2.根据权利要求1所述的电池模块，其中所述电池单元的每一个为圆柱形电池单元。
3.根据权利要求1所述的电池模块，其中所述电池单元堆叠件配置为具有其中所述电池单元堆叠件的水平尺寸大于所述电池单元堆叠件的垂直尺寸的结构。
4.根据权利要求1所述的电池模块，其中所述单元框架包括安装所述电池单元堆叠件的一端的第一单元框架和安装所述电池单元堆叠件的另一端的第二单元框架，并且所述第一单元框架和所述第二单元框架利用紧固构件耦接至彼此。
5.根据权利要求4所述的电池模块，其中所述第一单元框架和所述第二单元框架在其内侧设置有接收部，所述接收部的每一个对应于所述电池单元中相应的一个的一端或另一端，并且在所述第一单元框架和所述第二单元框架的外表面中形成开口，所述电池单元的所述电极端子通过所述开口暴露。
6.根据权利要求5所述的电池模块，其中贯通通道限定在第一单元框架和所述第二单元框架的所述接收部之间，冷却剂流经所述贯通通道。
7.根据权利要求6所述的电池模块，其中所述端子板的每一个设置有通孔，所述通孔与所述单元框架中的所述贯通通道中相应的一个对齐。
8.根据权利要求1所述的电池模块，其中所述端子板在所述端子板连接至所述电池单元的所述电极端子的状态下安装到所述单元框架的外表面。
9.根据权利要求8所述的电池模块，其中所述端子板将两个或更多个电池单元串联或串并联地连接至彼此。
10.根据权利要求9所述的电池模块，其中所述电池单元连接至彼此以具有2P-13S结构。
11.根据权利要求8所述的电池模块，其中所述端子板的每一个包括：
端子连接部，所述端子连接部配置为接触所述电池单元的所述电极端子中相应的一个，所述端子连接部形成为具有矩形形状；和
从所述端子连接部的一侧延伸的BMS连接部，所述BMS连接部在所述BMS连接部从所述单元框架中相应的一个的上端朝所述BMS垂直地弯曲的状态下连接至所述BMS。
12.根据权利要求11所述的电池模块，其中所述单元框架在其上端中设置有凹槽，所述凹槽具有对应于所述BMS连接部的形状，用于引导所述BMS连接部的弯曲并且固定所述BMS连接部。
13.根据权利要求11所述的电池模块，其中用于使所述端子连接部焊接至所述电池单元的所述电极端子的狭缝形成在所述端子连接部的对应于所述电池单元的所述电极端子的部分中。
14.根据权利要求1所述的电池模块，其中所述BMS包括：
安装到所述电池单元堆叠件的上表面的印刷电路板(PCB)，所述PCB配置为具有对应于所述电池单元堆叠件的水平尺寸的矩形形状；
形成在所述PCB上的集成电路(IC)，所述IC电连接至用于测量所述电池单元的电压的电压传感连接部以控制所述电池模块的操作；和
沿着所述PCB的外边缘间隔布置以连接至所述端子板的所述电压传感连接部。
15.根据权利要求14所述的电池模块，其中当从上面看时，所述电压传感连接部的每一个配置为具有矩形形状。
16.根据权利要求14所述的电池模块，其中
所述电压传感连接部的每一个包括：第一接触部，所述第一接触部接触所述端子板中相应的一个；和第二接触部，所述第二接触部在所述第二接触部与所述第一接触部电断开的状态下电连接至所述IC；并且
所述第一接触部和所述第二接触部焊接到所述端子板中相应的一个，使得所述端子板电连接至所述IC。
17.一种电池组，包括根据权利要求1所述的电池模块。
18.一种装置，包括根据权利要求17所述的电池组。
19.根据权利要求18所述的装置，其中所述装置为电动自行车、电动汽车、混合动力汽车或插电式混合动力汽车。
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