CN112787021B - 电池系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种电池系统，其包括：多个电池模块，包括两端分别形成阳极接头和阴极接头的电池单元，并且多个电池模块分别由多个电池单元层叠形成。多个电池模块分别包括：第一端子，形成在一端，并包括由多个电极接头中位于电池单元的一端的电极接头彼此连接而形成的第一阳极端子和第一阴极端子；以及第二端子，形成在另一端，并包括由多个电极接头中位于电池单元的另一端的电极接头彼此连接而形成的第二阳极端子和第二阴极端子。多个电池模块被布置成多个电池模块中的一个电池模块的第一端子和第二端子电连接到与一个电池模块相邻的电池模块的第一端子和第二端子。

Description

电池系统
技术领域
本发明涉及一种电池系统，更具体地，涉及一种改善结构的电池系统。
背景技术
二次电池作为电动汽车(EV)、混合动力电动汽车(HEV)等的动力源而备受关注，所述电动汽车(EV)和混合动力电动汽车(HEV)是解决使用化石燃料的传统的汽油车、柴油车等的空气污染等问题的拟议方案。
另一方面，为了将二次电池装载在车辆中，需要解决增加能量密度和消除空间限制的问题，为此提出了一种长电池单元，在该电池单元中电极接头之间的边缘长度远比设置电极接头的边缘长。一般电池单元的长度在300mm以下，而与此不同地，长电池单元具有600mm的长度，超长电池单元会被设计成具有600mm以上的长度。
但是，长电池单元或超长电池单元由于其电极接头之间的距离变长，存在内电阻变高而电损耗增加的问题，并且因电池单元各区域的温度差较大而存在电池单元的性能降低以及寿命减少的问题，并且可能还会伴随因自重导致超长电池单元弯曲的问题等。
因此，为了包括超长电池单元的电池模块的商用化，需要能够减少电池单元内电阻的电结构、能够解决发热问题的冷却系统、能够提高结构稳定性的组装结构等的应对方案。
发明内容
(一)要解决的技术问题
本发明的一方面，提供一种改善多个电池模块的连接结构的电池系统。
本发明的一方面，提供一种提高空间效率的电池系统。
(二)技术方案
根据本发明的技术思想的电池系统包括：多个电池模块，包括两端分别形成阳极接头和阴极接头的电池单元，并且多个电池模块分别由多个所述电池单元层叠形成，多个所述电池模块分别包括：第一端子，包括由多个电极接头中位于所述电池单元的一端的电极接头彼此连接而形成的第一阳极端子和第一阴极端子；以及第二端子，包括由多个电极接头中位于所述电池单元的另一端的电极接头彼此连接而形成的第二阳极端子和第二阴极端子，多个所述电池模块被布置成多个所述电池模块中的一个电池模块的所述第一端子和所述第二端子电连接到与所述一个电池模块相邻的电池模块的所述第一端子和所述第二端子。
其中，多个所述电池模块中第一电池模块的第一阳极端子和第二阳极端子可以分别连接到与所述第一电池模块相邻的第二电池模块的第一阴极端子和第二阴极端子，所述第二电池模块的第一阳极端子和第二阳极端子可以分别连接到与所述第二电池模块相邻的第三电池模块的第一阴极端子和第二阴极端子。
其中，所述第一端子和所述第二端子可以是独立操作的结构。
其中，所述第一阳极端子和所述第二阳极端子以及所述第一阴极端子和第二阴极端子可以被配置成在所述电池模块的长度方向上设置具有相同极性的端子。
其中，多个所述电池模块可以被设置成所述第一端子和所述第二端子的极性在多个所述电池模块的布置方向上彼此交替。
其中，多个所述电池模块包括：
第一汇流条组件，其包括第一汇流条和第一端子板，所述第一汇流条连接多个所述电极接头中位于所述电池单元的一端的电极接头，所述第一端子板与所述第一汇流条电连接并形成所述第一阳极端子和第一阴极端子；以及第二汇流条组件，其包括第二汇流条和第二端子板，所述第二汇流条连接多个所述电极接头中位于所述电池单元的另一端的电极接头，所述第二端子板与所述第二汇流条电连接并形成所述第二阳极端子和第二阴极端子。
其中，所述第一汇流条组件和所述第二汇流条组件分别位于电池模块的一端和另一端。
其中，在多个所述电池模块中，相比从所述第一端子到所述第二端子的长度方向上的长度，与所述长度方向垂直的宽度方向上的宽度更小。
其中，多个所述电池单元在所述宽度方向上层叠而设置。
(三)有益效果
根据本发明的一方面，可通过改善电池系统的电池单元结构和设置结构来最大化能量密度。
根据本发明的一方面，可最小化电池系统的内电阻，并最大化模块的冷却性能。
根据本发明的一方面，可通过改善电池系统的端子连接结构来提高电池模块的性能，并最小化电池模块之间的电连接长度。
附图说明
图1是根据本发明的一个实施例的电池系统中的电池模块的立体图。
图2是根据本发明的一个实施例的电池系统中的电池模块的分解立体图。
图3是根据本发明的一个实施例的电池系统中的电池单元的立体图。
图4是根据本发明的一个实施例的电池系统中的电池模块的正面图。
图5是示意示出根据本发明的一个实施例的电池系统中的电池模块的图。
图6和图7是示意示出根据本发明的一个实施例的电池系统的图。
附图标记说明
1：电池系统 10：电池模块
12：电池层叠体 14：电池单元
20、30：汇流条组件 22、32：汇流条
24、34：端子板 40、50：端子
42、44：阳极端子 52、54：阴极端子
60：模块外壳 62：外壳本体
70：外壳盖体 80：模块汇流条
82：模块电池管理系统 84：电源连接部
具体实施方式
在本说明书中记载的实施例和图中示出的结构仅仅是公开发明的一个优选实施例，在申请本申请时，可以存在能够代替本说明书中的实施例和图的多种变形例。
并且，在本说明书的各个图中示出的相同的附图标记或符号表示执行实质相同的功能的部件或组件。
并且，在本说明书中使用的术语仅仅用于说明实施例，而不是用于限制和/或限定公开的发明。除非上下文中有明确说明，否则单数包括复数。在本说明书中，“包括”或者“具有”等术语是表示说明书中记载的特征、数字、步骤、操作、组件、部件或其组合的存在，而并不事先排除一个或一个以上的其他特征、数字、步骤、操作、组件、部件或其组合的存在或附加可能性。
并且，在本说明书中使用的“第一”、“第二”等包括序数的术语可用于说明多种组件，但是所述组件并不限于所述术语，所述术语仅用于将一个组件区分于另一个组件。例如，在不脱离本发明的权利范围的情况下，第一组件可以被命名为第二组件，类似地，第二组件也可以被命名为第一组件。术语“及/或者”包括多个相关记载项目的组合或者多个相关记载项目中的某一项目。
并且，“～部”、“～机”、“～块”、“～部件”、“～模块”等术语可以表示处理至少一个功能或操作的单位。例如，所述术语可以表示现场可编程门阵列(field-programmablegate array，FPGA)/专用集成电路(application specific integrated circuit，ASIC)等被存储在至少一个硬件或存储器中的根据至少一个软件或处理器来处理的至少一个流程。
下面，参照附图对本发明的实施例进行详细说明。
图1是根据本发明的一个实施例的电池系统中的电池模块的立体图，图2是根据本发明的一个实施例的电池系统中的电池模块的分解立体图。
电池系统1(参照图6、7)可包括多个电池模块10。
电池模块10可包括：电池层叠体12，由电池单元14层叠而形成；汇流条组件20、30，将形成电池层叠体12的电池单元14彼此电连接；以及模块外壳60，容纳并保护电池层叠体12和汇流条22、32。
对于由电池单元14层叠形成的电池层叠体12，将在后面进行详细说明。
汇流条组件20、30可包括汇流条22、32和端子板24、34。
汇流条22、32可形成在电池层叠体12的两端，可电连接多个电池单元14的电极接头15a、15b、16a、16b。
汇流条22、32可分别结合在电池层叠体12的一端和另一端，以使在电池单元14的两端分别形成的一对电极接头15a、15b、16a、16b能够彼此电连接。
端子板24、34与汇流条22、32电连接，并形成有暴露于外部的端子40、50。与汇流条22、32连接的端子板24、34可在电池层叠体12的一端形成第一阳极端子42和第一阴极端子44，并且可在电池层叠体12的另一端形成第二阳极端子52和第二阴极端子54。第一阳极端子42和第一阴极端子44可定义为第一端子40，第二阳极端子52和第二阴极端子54可定义为第二端子50。即，可将位于电池模块10的一端的第一阳极端子42和第一阴极端子44命名为第一端子40，将位于电池模块10的另一端的第二阳极端子52和第二阴极端子54命名为第二端子50。第一阳极端子42和第二阳极端子52以及第一阴极端子44和第二阴极端子54可被配置成在电池模块10的长度方向上设置具有相同极性的端子。即，第一阳极端子42与第二阳极端子52可对称地设置在电池模块10的两端，并且第一阴极端子44与第二阴极端子54可对称地设置在电池模块10的两端。若阳极端子42、52靠近形成电池模块10长度的一侧面而设置，则阴极端子44、54可以靠近电池模块10的另一侧面而设置。
在电池模块10中，相比于从第一端子40到第二端子50的长度方向上的长度，与长度方向垂直的宽度方向上的宽度可以更小。在本实施例中的电池系统1可适用长度大于宽度且两端分别设置阳极端子和阴极端子的电池模块10。
端子板24、34可以以单独的结构与汇流条22、32可结合地设置，或者端子板24、34也可以与汇流条22、32形成为一体。在本实施例中示出了汇流条22被分为上部汇流条22a和下部汇流条22b，并且上部汇流条22a设置在端子板24中面向电池层叠体12的一面，下部汇流条22b设置在端子板24、34的前表面。但不限于此，只要汇流条22、32是可以使多个电极接头15a、15b、16a、16b彼此电连接的结构，并且端子板24、34是与汇流条22、32电连接以形成阳极端子42、52和阴极端子44、54的结构即可。
模块外壳60可形成电池模块10的外观。模块外壳60可包括形成安放空间62b的外壳本体62和与外壳本体62结合的外壳盖体70。外壳本体62包括与安放空间62b连通的开口62a，并且外壳盖体70可以构成为覆盖开口62a。外壳盖体70可包括结合在外壳本体62的前后方的前盖72和后盖74以及结合在外壳本体62的上部的上盖76。
前盖72和后盖74可构成为结合在端子板24、34的外侧，并且分别覆盖端子板24、34。外壳盖体70可以进一步包括设置在前盖72与端子板24之间的绝缘盖78和后盖74与端子板34之间的绝缘盖。绝缘盖可由绝缘材料形成。前盖72可包括使端子暴露于外部的开放的开口部72a，并且后盖74可包括使端子暴露于外部的开放的开口部。形成在端子板24、34上的阳极端子42、52和阴极端子44、54可通过开口部暴露于前盖72和后盖74的外部。
外壳本体62可包括形成底面的下外壳64和从下外壳64延伸并形成侧面的侧外壳66。在本实施例中，外壳本体62具有“匚”形的剖面，并且设置成其前后侧和上部开放。但不限于此，外壳本体62也可以具有“口”形剖面，并且设置成其前后侧开放。只要外壳本体62的结构可以形成安放多个电池单元14的安放空间62b即可。电池层叠体12可以包括缓冲材料18，缓冲材料设置在电池层叠体12的最外侧表面，并且设置在侧外壳66的内表面与最外侧的电池单元14之间，从而起到缓冲功能。
外壳本体62和外壳盖体70可以保护电池模块10中的电连接的各组件，诸如电池层叠体12、汇流条22、32以及端子等。
电池模块10可以包括感测单元90。
多个电池单元14彼此电连接，并且彼此连接的电池单元14的状态应可以被检测。感测单元90可以感测电池单元14的状态。感测单元90感测的电池单元14的状态可以包括电压状态以及温度信息等多种信息。感测单元90与设置在电池模块10内部的温度传感器98连接，以监测电池单元14的温度信息。
如图4所示，感测单元90可不直接连接到电池单元14，而是以汇流条22、32为媒介进行连接。但不限于此，感测单元90也可以被构成为直接连接到电池单元14。感测单元90可包括沿着感测单元90的周围设置以电连接到汇流条22、32的多个连接部96。
电池模块10可包括冷却部件(未示出)。冷却部件虽未在图中示出，但可以设置成覆盖外壳本体62和外壳盖体70。因此可在多个方向上实现电池单元14的冷却。在本实施例中，电池模块的第一端子40和第二端子50独立操作，因此可以省略用于电连接第一端子40和第二端子50的额外的结构。通过此结构，可以灵活配置电池模块的冷却部件。例如，可以在设置于第一端子40与第二端子50之间的电池模块10的周围即下外壳、侧外壳和上盖中的至少一个构件上设置冷却部件，也可以在下外壳、侧外壳和上盖上均设置冷却部件。冷却部件可以与下外壳、侧外壳和上盖中的至少一个构件面接触。
图3是根据本发明的一个实施例的电池系统中的电池单元的立体图，图4是根据本发明的一个实施例的电池系统中的电池模块的正面图，图5是示意示出根据本发明的一个实施例的电池系统中的电池模块的图。
电池单元14可以形成为电极接头之间的边缘长度远比设有电极接头15a、15b、16a、16b的边缘长度长的长电池单元或超长电池单元。
电池单元14可包括引出电极接头15a、15b、16a、16b的电极组件(未示出)以及容纳电极组件的外装材料14a。电极组件可形成为同时卷取一个以上的阳极板、阴极板和隔膜的卷取式或多个阳极板和多个阴极板以阳极板与阴极板之间设置隔膜的形式交替层叠的堆叠式等。外装材料14a由外部绝缘层、金属层以及内部粘合层组成，可容纳电极组件和电解液等内部组件。
在电池单元14的两端分别形成一个电极接头时，电池单元14的长度变长导致电极接头之间的距离变长，因此会存在电极接头14的内电阻变大的问题。此外，只在电池单元14的一端设置并激活阳极接头和阴极接头时，电极接头被激活的一端的特定区域的电流密度会增加，因此，相比其他区域，电池单元14的特定区域过热，并且随着电流密度增加和表面压力上升，可能会发生形成树突的问题。
为此，在本发明中，电池单元14可包括在电池单元的一端形成的第一阳极接头15a和第一阴极接头15b以及在电池单元的另一端形成的第二阳极接头16a和第二阴极接头16b。即，本实施例中，可在电池单元14的两端分别设置阳极接头15a、16a和阴极接头15b、16b。第一阳极接头15a和第一阴极接头15b以及第二阳极接头16a和第二阴极接头16b可以彼此左右颠倒设置。通过此结构，阳极接头15a、16a和阴极接头15b、16b可以使电流在彼此间的距离短的接头上通过，从而可最小化电池单元14的内电阻。
电池层叠体12可由多个电池单元14层叠而形成。电池层叠体12可以通过汇流条组件20、30串联电极接头15a、15b、16a、16b，以获得比单个电池单元14高的电压。如图4所示，电池单元14的阳极接头15a、16a和阴极接头15b、16b可在层叠方向上交替设置。另外，电池单元14可在左右方向上即在电池模块10的宽度方向上层叠以形成电池层叠体12。但是，对电池单元14的设置及层叠方向不作限定。
参照图2，汇流条组件20、30可包括设置在电池模块10的一端的第一汇流条组件20和设置在电池模块10的另一端的第二汇流条组件30。第一汇流条组件20和第二汇流条组件30分别设置在电池模块10的一端和另一端并且彼此隔开，因此可形成独立的阳极端子42、52和阴极端子44、54。
第一汇流条组件20可包括第一汇流条22和第一端子板24。位于电池层叠体12一端的第一阳极接头15a和第一阴极接头15b可通过第一汇流条22彼此串联连接。
第一端子板24可与连接第一阳极接头15a和第一阴极接头15b的第一汇流条22连接，并形成第一阳极端子42和第一阴极端子44。
第二汇流条组件30可包括第二汇流条32和第二端子板34。位于电池层叠体12另一端的第二阳极接头16a和第二阴极接头16b可通过第二汇流条32彼此串联连接。
第二端子板34可与连接第二阳极接头16a和第二阴极接头16b的第二汇流条32连接，并形成第二阳极端子52和第二阴极端子54。电池模块10的第一阳极端子42、第二阳极端子52、第一阴极端子44和第二阴极端子54可与相邻的其他电池模块的端子电连接。
由于第一阳极端子42、第二阳极端子52、第一阴极端子44和第二阴极端子54都被激活，因此电池模块10可最小化在仅激活结合在一端的电极接头时因电流密集引起的温度不均衡的现象，并且可以防止形成树突。
并且，在电池模块10中，第一阳极端子42和第一阴极端子44作为第一端子40、第二阳极端子52和第二阴极端子54作为第二端子50可以独立操作。通过此结构，可以省略额外的用于电连接第一、二端子的结构。即，可以省略直接连接第一、二端子的结构，因此可以在形成位于第一、二端子之间的电池层叠体12的四面的侧面中的至少一个侧面设置冷却部件，也可以在四面均对应地设置冷却部件。
图6和图7是示意示出根据本发明的一个实施例的电池系统的图。
电池系统1可包括多个电池模块10。
如上所述，多个电池模块10可包括第一端子40、第二端子50，所述第一端子40、第二端子50是由一端的第一阳极接头15a和第一阴极接头15b与另一端的第二阳极接头16a和第二阴极接头16b通过汇流条22、32彼此连接而形成。通过此结构，多个电池模块10可以彼此电连接。
如图6所示，多个电池模块10可以排成一列，如图7所示，多个电池模块10也可以排成两列。对于形成电池系统的多个电池模块10的设置不作限定。
多个电池模块10可以以在第一端子40与第二端子50之间形成电池模块10的长度的模块侧面S彼此面向的方式布置。通过如上所述地布置多个电池模块10，电池系统1可以最小化端子42、44、52、54之间的电连接距离。
多个电池模块10可以布置成多个电池模块10中的一个电池模块的第一端子和第二端子可分别电连接到与其相邻的电池模块的端子。电连接可以包括串联连接和并联连接中的至少一种连接。即，在本实施例中例举了多个电池模块10彼此串联连接，但不限于此。多个电池模块10也可以彼此并联连接。
多个电池模块10可包括第一至第三电池模块10a、10b、10c，各电池模块10a、10b、10c可分别包括第一阳极端子42a、42b、42c、第一阴极端子44a、44b、44c、第二阳极端子52a、52b、52c以及第二阴极端子54a、54b、54c。第一电池模块10a的第一阳极端子42a和第二阳极端子52a分别连接到与第一电池模块10a相邻的第二电池模块10b的第一阴极端子44b和第二阴极端子54b，第二电池模块10b的第一阳极端子42b和第二阳极端子52b可分别连接到与第二电池模块10b相邻的第三电池模块10c的第一阴极端子44c和第二阴极端子54c。
多个电池模块10可以被设置成第一端子40和第二端子50的极性在所述多个电池模块10的布置方向上彼此交替。即，多个电池模块10可以被设置成阳极端子42、52和阴极端子44、54在多个电池模块10的布置方向上交替。通过这样的设置可以最小化将在后面说明的端子的电连接长度。
第一端子40和第二端子50可相对于电池模块10单独地操作。即，第一端子40和第二端子50分别包括阳极端子42、52和阴极端子44、54，因此电池模块10可以仅通过连接第一端子40和第二端子50中的至少一个端子来进行充放电。通过此结构，即使断开任一个端子的电连接，整个电池系统的运行也不会被中断。
电池系统1可包括模块汇流条80。
模块汇流条80可用于电池模块10的端子之间的电连接。即，多个电池模块10的第一端子40和第二端子50可通过模块汇流条80进行电连接。如上所述，多个电池模块10可以布置成模块侧面S面向彼此，并且阳极端子42、52和阴极端子44、54在所述多个电池模块10的布置方向上交替，因此可最小化用于端子之间电连接的模块汇流条80的长度。
电池系统1可包括模块电池管理系统82(Battery Management System，BMS)。模块电池管理系统82可分别连接到多个电池模块10，并且监测并控制每个电池模块10。每个模块电池管理系统82可感测每个电池模块10或电池单元14的温度、电压、电流等，以监测电池的状态，并通过无线或有线传输监测到的电池状态信息。电池系统1可包括系统电池管理系统83。由多个模块电池管理系统82收集的状态信息可以集结到系统电池管理系统83。
电池系统可包括电源连接部84。
电源连接部84可以通过多个电池模块10的第一端子40和第二端子50之间的电连接来连接阳极和阴极。随着连接多个电池模块10，电源连接部84可以以高电压连接。
以上，对特定的实施例进行了图示和说明。但是，本发明并不限于所述实施例，本发明所属技术领域的普通技术人员应能够在权利要求书中记载的本发明的技术思想范围内进行多种变更。

Claims (8)

1.一种电池系统，包括：
多个电池模块，包括两端分别形成阳极接头和阴极接头的电池单元，并且多个电池模块分别由多个所述电池单元层叠形成，
多个所述电池模块分别包括：
第一端子，包括由多个电极接头中位于多个所述电池单元的一端的电极接头彼此连接而形成的第一阳极端子和第一阴极端子；以及
第二端子，包括由多个电极接头中位于多个所述电池单元的另一端的电极接头彼此连接而形成的第二阳极端子和第二阴极端子，
多个所述电池模块被布置成多个所述电池模块中的一个电池模块的所述第一端子和所述第二端子电连接到与所述一个电池模块相邻的电池模块的所述第一端子和所述第二端子，
位于所述电池单元的一端的电极接头和位于所述电池单元的另一端的电极接头在所述电池单元的长度方向上的同一侧具有相反极性，
所述第一阳极端子和所述第二阳极端子以及所述第一阴极端子和第二阴极端子被配置成在所述电池模块的长度方向上设置具有相同极性的端子。
2.根据权利要求1所述的电池系统，其中，
多个所述电池模块中第一电池模块的第一阳极端子和第二阳极端子分别连接到与所述第一电池模块相邻的第二电池模块的第一阴极端子和第二阴极端子，所述第二电池模块的第一阳极端子和第二阳极端子分别连接到与所述第二电池模块相邻的第三电池模块的第一阴极端子和第二阴极端子。
3.根据权利要求1所述的电池系统，其中，
所述第一端子和所述第二端子是独立操作的结构。
4.根据权利要求1所述的电池系统，其中，
多个所述电池模块被设置成所述第一端子和所述第二端子的极性在多个所述电池模块的布置方向上彼此交替。
5.根据权利要求1所述的电池系统，其中，
多个所述电池模块包括：
第一汇流条组件，其包括第一汇流条和第一端子板，所述第一汇流条连接多个所述电极接头中位于所述电池单元的一端的电极接头，所述第一端子板与所述第一汇流条电连接并形成所述第一阳极端子和第一阴极端子；以及
第二汇流条组件，其包括第二汇流条和第二端子板，所述第二汇流条连接多个所述电极接头中位于所述电池单元的另一端的电极接头，所述第二端子板与所述第二汇流条电连接并形成所述第二阳极端子和第二阴极端子。
6.根据权利要求5所述的电池系统，其中，
所述第一汇流条组件和所述第二汇流条组件分别位于电池模块的一端和另一端。
7.根据权利要求1所述的电池系统，其中，
在多个所述电池模块中，相比从所述第一端子到所述第二端子的长度方向上的长度，与所述长度方向垂直的宽度方向上的宽度更小。
8.根据权利要求7所述的电池系统，其中，
多个所述电池单元在所述宽度方向上层叠而设置。
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