CN111279513B - 包括能够防止焊接缺陷的电池组框架的电池组及制备该电池组的按压夹具 - Google Patents

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Abstract

在此公开了一种电池组，包括：电池模块，该电池模块包括：多个电池单元或者包括多个电池单元的单元模块；电池组框架主体，该电池组框架主体包括：其上安装电池模块的基板；以及连接至基板并且沿彼此相对的方向设置的第一侧板和第二侧板；结合至电池组框架主体的上部的顶框；和电连接至电池模块的电极端子的第一端板和第二端板，其中第一端板和第二端板中的至少一个配置成形成狭缝。

Description

包括能够防止焊接缺陷的电池组框架的电池组及制备该电池 组的按压夹具
技术领域
本发明涉及一种包括能够防止焊接缺陷的电池组框架的电池组及制造该电池组的按压夹具。具体地，本发明涉及包括这样一种电池组框架的电池组及制造该电池组的按压夹具，这种电池组框架通过使用形状自由变化的端板，能够防止由于顶框和U形框之间的不同长度而导致的与端板的紧密接触。
背景技术
使用诸如汽油和柴油之类的化石燃料的车辆所导致的最大问题之一是造成空气污染。作为解决上述问题的一种方法，使用能够充电和放电的二次电池作为车辆的能源的技术引起了相当大的关注。结果，正在进行仅利用电池工作的电动车辆(EV)、和共同利用电池和常规发动机的混合动力电动车辆(HEV)的开发和商业化。过去，镍金属氢(Ni-MH)二次电池被主要用作电动车辆(EV)和混合动力电动车辆(HEV)的能源。然而，近年来，已转向使用锂二次电池。
对于用作电动车辆(EV)和混合动力电动车辆(HEV)的能源的锂二次电池来说，需要高输出和大容量的锂二次电池。为此，多个小尺寸二次电池(单元电池)彼此串联连接，从而形成电池组。根据情况，多个小尺寸二次电池(单元电池)彼此串联和并联连接，从而形成电池组。
例如，作为电池组框架，在使用具有围绕多个堆叠的电池单元或电池模块的两侧和底表面的结构的U形框、以及覆盖U形框的上表面的顶框的情况下，若U形框的长度与顶框的长度之间存在差异，则可能存在通过结合至U形框和顶框的端部的端框无法提供完全密封的问题。
特别是，在U形框的长度比顶框的长度长的情况下，当端框结合至U形框和顶框结合之后的结合框架的端部时，端框紧密结合至相对突出的U形框。然而，如果端框的顶框结合部不延长的话，则在端框与顶框之间就会产生距离，使得不能进行紧密接触。
在这种情况下，在被施加诸如振动之类的外力的情况下，可存在一些问题，诸如难以稳定地固定单元电池、电连接或由于异物的渗透导致的污染。在用于诸如电动车辆之类的具有较高外力的装置的电池组中，这些问题可导致特别严重的问题。
在这点上，已试图通过改进构成电池组的电池组框架的结合结构来可靠地实现单元电池的固定和电连接。
专利文献1公开了一种具有这样的结构的电池模块，即其中包括多个二次电池的电池组件的外周表面被冷却板、前盖、后盖、左侧盖、右侧盖和上板围绕。该电池模块具有稳定的强度和刚性并且提供较高的密封性和可装配性。
然而，专利文献1的电池模块应用了在围绕电池组件的每个外表面上都是独立可分离的盖构件。因此，由于在执行用于连接盖构件的焊接工序时需要精确控制位置，所以缺点在于工序的便利性和工序的精度较低。
专利文献2公开了一种包括层压体的燃料电池堆，该层压体具有层压并容纳在盒状壳体中的多个单元电池，其中该壳体包括布置在层压体的两端的一对端板、布置在层压体的侧面的侧板、焊接至侧板的两端的多个铰合板、以及将该一对端板与多个铰合板连结的连结销。
如上所述，由于专利文献2的壳体具有与层压体的每个外表面对应的板结构，该板结构通过点焊或利用连结销进行连接，因此未解决专利文献1中存在的问题。
专利文献3公开了一种燃料电池堆结构，该燃料电池堆结构将电池单元的堆叠体容纳在盒形壳体中，使得该壳体包括第一端板、第二端板、以及四个侧板；在第一端板、第二端板和侧板的每个外周边形成有凹槽，从而彼此结合；并且销插入到凹槽中，以固定壳体结构。
当像专利文献3中那样通过在第一端板、第二端板和侧板的每个外周边中形成凹槽来结合第一端板、第二端板和侧板时，可具有比专利文献1和专利文献2更稳定的结合。然而，具有用于插入销的通孔的壳体的缺点在于，由于厚度相对增加，电池组的重量和体积增加。
专利文献4公开了一种燃料电池堆，该燃料电池堆具有其中多个燃料电池层压体容纳在第一端板、第二端板、第一侧板、第二侧板、上板和下板中的结构。
在专利文献4中，沿第一端板、第二端板、第一侧板、第二侧板、上板和下板的外周边形成穿过第一端板、第二端板、第一侧板、第二侧板、上板和下板的凹槽，并且螺钉插入到凹槽中，以便将这些板彼此结合。
因此，非常需要一种通过简化电池组的壳体结构而能够保持电池单元或电池模块的稳定堆叠结构，并且即使在外力被施加至电池模块时仍能够提高抵抗振动的结构强度的电池组。
(专利文献)
韩国专利申请公开第2017-0036639号(2017.04.03)
日本专利申请公开第2007-103337号(2007.04.19)
日本专利申请公开第2006-331805号(2006.12.07)
日本专利申请公开第2014-239014号(2014.12.18)
发明内容
技术问题
鉴于上述问题提出了本发明，本发明的目的是提供一种能够在电池组框架的组装工序期间防止结合力由于框架长度的差异而降低的电池组。
技术方案
根据本发明，可通过提供一种电池组来实现上述和其他目的，所述电池组包括：电池模块，所述电池模块包括：多个电池单元或者包括多个电池单元的单元模块；电池组框架主体，所述电池组框架主体包括：其上安装所述电池模块的基板；以及连接至所述基板并且沿彼此相对的方向设置的第一侧板和第二侧板；结合至所述电池组壳体主体的上部的顶框；和电连接至所述电池模块的电极端子的第一端板和第二端板，其中所述第一端板和所述第二端板中的至少一个配置成形成狭缝。
此外，所述狭缝可形成在所述第一端板和所述第二端板的边缘部分。
此外，所述边缘部分可紧密结合至所述电池组框架主体和所述顶框。
此外，可通过焊接执行所述结合。
此外，所述狭缝可从所述第一端板和所述第二端板的边缘朝向中央部分沿斜线方向形成。
此外，所述电池组框架主体的长度和所述顶框的长度可彼此不同。
此外，所述电池组可进一步包括沿从所述第一端板和所述第二端板的外周边朝向中央部分的方向形成的至少一个狭缝。
此外，一种配置成制造所述电池组的按压夹具，可包括：平面按压部，所述平面按压部配置成按压所述第一端板和所述第二端板，所述平面按压部与所述第一端板和所述第二端板面对；以及结合至所述平面按压部并且被施加不同按压力的多个局部按压部。
此外，所述多个局部按压部可结合至与所述第一端板和所述第二端板面对的所述平面按压部的另一表面的边缘部分。
此外，所述多个局部按压部可与形成在所述第一端板和所述第二端板中的狭缝对应地结合在所述平面按压部的所述另一表面上。
此外，所述平面按压部的面积可等于或大于所述第一端板和所述第二端板的面积。
此外，所述多个局部按压部可包括：第一局部按压部，所述第一局部按压部配置成朝向所述顶框施加按压力；和除所述第一局部按压部之外的第二局部按压部。所述第一局部按压部的按压力可大于所述第二局部按压部的按压力。
此外，包括所述电池组作为能源的装置可以是选自由电动车辆、混合动力电动车辆、电动自行车和储能装置构成的组中的任意一种。
有益效果
如上所述，由于即使电池组框架的长度存在差异，根据本发明的电池组仍可具有稳定的密封，因此诸如外部水分或灰尘之类的异物不容易渗透到电池组中，因此可防止由于异物导致的电池组的故障或损坏。
此外，由于可容易进行电池组的稳定密封，因此可提高加工性。
此外，由于电池组的稳定密封，因此可提供电池单元或电池模块的稳定位置并且可进一步提高电连接的可靠性。
附图说明
图1是根据一实施方式的电池组的分解透视图。
图2是示出图1的电池组中的端板变形之前的状态的透视图和侧视图。
图3是示出图1的电池组中的端板变形的状态的透视图和侧视图。
图4是根据一个实施方式的端板的平面图。
图5是根据另一个实施方式的端板的平面图。
图6是根据一个实施方式的按压夹具的透视图。
图7是根据另一个实施方式的按压夹具的透视图。
具体实施方式
下文中，将参照附图详细描述本发明的优选实施方式，使得本发明所属领域的技术人员可容易实施本发明的优选实施方式。然而，在详细描述本发明的优选实施方式的工作原理中，当本文中并入的已知功能和构造的详细描述可能会使本发明的主旨模糊不清时，则将省去该详细描述。
此外，整个附图中将使用相同的参考标记来指代执行相似功能或操作的部件。在本申请中一个部分被称为连接至另一个部分的情况下，该一个部分不仅可直接连接至该另一个部分，而且该一个部分还可经由另外的部分间接连接至该另一个部分。此外，包括某一元件并不意指排除其他元件，而是指可进一步包括其他元件，除非另外提及。
本发明可包括：电池模块，所述电池模块包括：多个电池单元或者包括多个电池单元的单元模块；电池组框架主体，所述电池组框架主体包括：其上安装所述电池模块的基板；以及连接至所述基板并且沿彼此相对的方向设置的第一侧板和第二侧板；结合至所述电池组壳体主体的上部的顶框；和电连接至所述电池模块的电极端子的第一端板和第二端板，其中所述第一端板和所述第二端板中的至少一个配置成形成狭缝。
电池单元可以是袋型电池单元、圆柱形电池单元或棱柱形电池单元，可使用能够容易变形并且能够低成本制造的袋型电池单元。
电池模块可配置成具有多个电池单元，或者电池模块可配置成具有电池模块，该电池模块具有包括多个电池单元的单元模块，其中单元模块可配置成利用电池盖围绕多个电池单元。
电池组可配置成具有尺寸与具有一般长方体形状的电池模块的每个外表面对应的板状板。特别是，电池组可配置成具有四个侧板、以及与在这些侧板结合的状态下开放的两端结合的端板。
或者，电池组可配置成具有以下结构，该结构包括：整体上具有U形的电池组框架主体，该电池组框架主体包括其上安装电池模块的基板、以及从基板的两侧沿垂直方向延伸的第一侧板和第二侧板，其中第一侧板和第二侧板彼此平行地位于相对的方向上。具有这种结构的框架被称为U形框。
当使用U形框作为电池组框架时，电池组可包括：结合至电池组框架主体的上部的顶框；以及分别沿电池模块的电极端子伸出的两个方向设置的第一端板和第二端板。
在这点上，图1示意性地图解了根据一个实施方式的电池组的分解透视图。
参照图1，电池组100包括：包括袋型电池单元111的电池模块110；电池组框架主体120，其具有围绕电池模块110的侧面和底表面的U形；设置在电池模块110的顶表面上的顶框130；以及结合至电池模块110的电极端子112的第一端板141和第二端板142。
电池组框架主体120包括：其上安装电池模块110的基板121；以及连接至基板121并且沿彼此相对的方向设置的第一侧板122和第二侧板123。
如上所述，当电池组包括具有与电池模块的每个外表面对应的尺寸的板状板时，或者当电池组使用具有包括U形框的结构的电池组框架时，在具有彼此分离的结构的板或框架的长度不相同的情况下可发生结合故障。
例如，在具有其中侧板的长度彼此不同的四个侧板的情况下，可使用非柔性的端板紧密接触地结合至最长的侧板。另一方面，由于在相对较短的侧板与端板之间产生距离，因此会出现相对较短的侧板与端板之间难以结合的问题。
即使在使用其中U形框的长度比顶框的长度长的U形框的情况下，可使用非柔性的端板结合至较长的U形框，但是由于顶框与U形框之间产生的距离，非柔性的端板也不会结合至相对较短的顶框。
为了解决上述问题，根据本发明的端板可包括第一端板和第二端板，第一端板和第二端板具有通过在第一端板和第二端板的至少一个中形成狭缝而能够柔性变形的结构。
例如，考虑到顶框结合至电池组框架主体的一侧，优选的是，使端板中形成的狭缝形成在第一端板和第二端板的边缘部分。
以狭缝为基准分开的两侧在不受彼此形状变形影响的情况下可容易独立地变形。因此，尽管顶框的长度相对短于电池组框架主体的长度，但通过形成在边缘部分的狭缝与电池组框架主体接触的端板部分可结合至电池组框架主体的外周边，并且与顶框相邻的端板部分可沿顶框方向弯折，以便结合至顶框。
就是说，端框的所有边缘部分可紧密结合至电池组框架主体和顶框。在这种情况下，可通过焊接执行所述结合，焊接可使用诸如点焊、对焊、缝焊之类的电阻焊，或电弧焊。
在这点上，图2的(a)是图1的电池组的透视图，其是示出在通过按压端板将端板结合至顶框之前，端板的状态的透视图，图2的(b)是图2的(a)的侧视图。图3的(a)是示出通过按压图2的电池组中的端板将端板结合至顶框的状态的透视图，图3的(b)是图3的(a)的侧视图。
参照图2和图3，顶框130设置在具有U形的电池组框架主体120的顶部上，并且电池组框架主体120的长度d1比顶框130的长度d2长。因此，当未对第一端板141施加局部压力时，第一端板141的与电池组框架主体120面对的部分设置成与电池组框架主体120紧密接触，而该端板的与顶框130面对的边缘部分144设置成形成距离d3。
然而，如图3中所示，可通过使用图6中所示的包括多个局部按压部320a和320b的按压夹具300沿箭头方向按压第一端板141的外表面。
按压夹具300可将施加至第一局部按压部320a的力调整为比施加至第二局部按压部320b的力强，第一局部按压部320a按压第一端板141的与顶框130面对的边缘部分144’，第二局部按压部320b按压与电池组框架主体120面对的部分145’。结果，设置在第一端板141的与顶框130面对的部分处的边缘部分144’可沿顶框130的方向弯折，从而紧密接触顶框130。因此，在图2中，在顶框与端板的边缘部分彼此面对的部分处形成的距离d3消失，由此变为0，如图3的d3’中所示。
如此，当在第一端板变形的状态下执行焊接时，可进一步提高结合力。
图4是根据一个实施方式的端板的平面图，图5是根据另一个实施方式的端板的平面图。
图4的第一端板141与图1至图3的第一端板141相同，下面描述的第一端板141可等同应用于图1的第二端板142的结构。第一端板141具有其中仅在四个边缘部分144形成有狭缝143的结构，并且狭缝具有从第一端板的边缘开始并且朝向端板的中央部分斜着延伸的结构。当狭缝的长度太短时，难以实现增加端板的变形自由度的目的。当狭缝的长度太长时，异物可通过狭缝引入到电池组中。因此，优选的是，使狭缝的长度和宽度以考虑到端板的厚度和刚性以及电池组的尺寸的适当尺寸形成。
像图4的第一端板中一样，在图5的端板241中，在上边缘部分244形成有狭缝243。此外，图5的端板241进一步包括从上方的外周边朝向中央部分沿垂直方向形成的两个狭缝245。例如，当在顶框的外周边沿端板方向形成有突起或凹陷时，可如图5的端板中所示进一步形成额外的狭缝245，以便使端板可与顶框的外周边紧密接触。当然可使用端板241来代替图1的第一端板141和第二端板142。
此外，本发明提供了一种配置成制造电池组的按压夹具，所述按压夹具包括：平面按压部，所述平面按压部配置成以与第一端板和第二端板面对的状态按压端板；和结合至平面按压部的多个局部按压部，所述多个局部按压部被施加不同的按压力。
就是说，为了将端板与电池组框架主体和顶框紧密接触地结合，端板能够根据电池组框架主体和顶框的长度变形，以局部弯曲或弯折。因此，通过对按压夹具中的多个局部按压部的每一个施加不同的按压力，可局部调节端板的弯折程度。
在一个具体实施方式中，局部按压部可结合至与第一端板和第二端板面对的平面按压部的另一表面的边缘部分。
就是说，多个局部按压部可结合至平面按压部的另一侧的边缘部分，使得第一端板和第二端板的整个外周边可完全与电池组框架主体和顶框接触。
如图2所示的电池组中，当顶框的长度比电池单元框架主体的长度短时，应当施加相对较强的按压力，使得结合至顶框的端板的边缘部分可弯折更多，以便与顶框紧密接触。因此，多个局部按压部配置成具有：第一局部按压部，第一局部按压部配置成对平面按压部的上边缘施加按压力，以使第一端板和第二端板与顶框紧密接触；和第二局部按压部，第二局部按压部配置成按压平面按压部的下边缘，以便与电池组框架主体紧密接触。第一局部按压部的按压力可大于第二局部按压部的按压力。
在这点上，图6示意性图解了根据一个实施方式的按压夹具。
参照图6，按压夹具300包括：配置成以与端板面对的状态进行按压的平面按压部310；以及结合至平面按压部310并且分别被施加不同按压力的多个第一局部按压部320a和多个第二局部按压部320b。平面按压部310具有形成在与形成于端板的边缘部分中的狭缝对应的位置处的狭缝，并且局部按压部320a和320b结合至以狭缝为基准的两侧。
由于施加至第一局部按压部320a和第二局部按压部320b的按压力可彼此不同，因此随着通过施加更强的按压力使端板变形，端板的需要更大变形的部分可紧密接触地与顶框和电池组框架主体结合。
为了使平面按压部对整个端板施加均匀或局部不同的力，平面按压部310的面积可形成为等于或大于第一端板和第二端板的面积。
图7是根据另一个实施方式的按压夹具的透视图。
参照图7，按压夹具400包括：配置成以与端板面对的状态进行按压的平面按压部410；和结合至平面按压部并且被施加不同按压力的局部按压部420。由于图7的按压夹具400具有在按压夹具400的平面按压部410中未形成有狭缝的平面结构，因此局部按压部420附接至平面按压部410的每个边缘部分，并且一个局部按压部附接至平面按压部410的中央。
由于可基于顶框和电池组框架主体的外周边结构以及端板形状来确定施加至局部按压部的力的大小，因此对附接至平面按压部410的边缘部分的每个局部按压部420施加的按压力可彼此不同，当然，对附接至边缘部分的局部按压部施加的按压力和对附接至中央的局部按压部420’施加的按压力可彼此不同。
另一方面，诸如图5中所示的端板，可在端板的边缘部分以外的其他部分形成狭缝。在这种情况下，优选的是，使用包括以与该端板对应的形式形成的平面按压部的按压夹具。
这样，当使用根据本发明的电池组和按压夹具时，即使电池组框架的长度彼此不同，也可防止结合力降低的问题。
本发明所属领域技术人员将理解到，在不背离本发明的范围的情况下，基于上面的描述，各种应用和修改是可能的。
(参考标记说明)
100：电池组
110：电池模块
111：袋型电池单元
112：电极端子
120：电池组框架主体
121：基板
122：第一侧板
123：第二侧板
130：顶框
141：第一端板
142：第二端板
143、243、245：狭缝
144、144’、244：边缘部分
145’：第一端板上的与电池组框架主体面对的部分241：端板
300、400：按压夹具
310、410：平面按压部
320、420、420’：局部按压部
320a：第一局部按压部
320b：第二局部按压部
d1：电池组框架主体的长度
d2：顶框的长度
d3、d3’：顶框与端板的边缘部分之间的距离

Claims (9)

1.一种电池组，包括：
电池模块，所述电池模块包括：多个电池单元或者包括多个电池单元的单元模块；
电池组框架主体，所述电池组框架主体包括：其上安装所述电池模块的基板；以及连接至所述基板并且沿彼此相对的方向设置的第一侧板和第二侧板；
结合至所述电池组框架主体的上部的顶框；和
电连接至所述电池模块的电极端子的第一端板和第二端板，
其中
所述第一端板和所述第二端板中的至少一个配置成形成狭缝，以具有能够柔性变形的结构，
其中所述狭缝形成在所述第一端板和所述第二端板的边缘部分，
其中所述狭缝从所述第一端板和所述第二端板的边缘朝向中央部分沿斜线方向形成，并且
其中设置在所述第一端板和所述第二端板中的所述至少一个的与所述顶框面对的部分处的所述边缘部分沿所述顶框的方向弯折，从而紧密接触所述顶框。
2.根据权利要求1所述的电池组，其中所述边缘部分配置成紧密结合至所述电池组框架主体和所述顶框。
3.根据权利要求2所述的电池组，其中通过焊接执行所述结合。
4.根据权利要求1所述的电池组，其中所述电池组框架主体的长度和所述顶框的长度彼此不同。
5.根据权利要求1所述的电池组，进一步包括从所述第一端板和所述第二端板的外周边朝向中央部分沿垂直方向形成的至少一个狭缝。
6.一种按压夹具，所述按压夹具配置成制造根据权利要求1至5中任一项所述的电池组，所述按压夹具包括：
平面按压部，所述平面按压部配置成以与所述第一端板和所述第二端板面对的状态进行按压；以及
结合至所述平面按压部并且分别被施加不同按压力的多个局部按压部，
其中所述多个局部按压部结合至所述平面按压部的另一表面的边缘部分，所述另一表面是所述平面按压部的与所述第一端板和所述第二端板面对的表面的相反表面，并且
其中所述多个局部按压部与形成在所述第一端板和所述第二端板中的狭缝对应地结合在所述平面按压部的所述另一表面上。
7.根据权利要求6所述的按压夹具，其中所述平面按压部的面积等于或大于所述第一端板或所述第二端板的面积。
8.根据权利要求6所述的按压夹具，
其中所述多个局部按压部包括：第一局部按压部，所述第一局部按压部配置成朝向所述顶框施加按压力；和除所述第一局部按压部之外的第二局部按压部，并且
其中所述第一局部按压部的按压力大于所述第二局部按压部的按压力。
9.一种包括根据权利要求1至5中任一项所述的电池组作为能源的装置，其中所述装置是选自由电动车辆、混合动力电动车辆、电动自行车和储能装置构成的组中的任意一种。
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