CN114600305A - 包括恒力弹簧的电池模块和包括该电池模块的电池组 - Google Patents

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Abstract

本技术涉及一种包括恒力弹簧的电池模块以及包括该电池模块的电池组，即使当容纳在电池模块中的电池单体膨胀时，电池模块也能够保持电池单体的表面压力均匀。

Description

包括恒力弹簧的电池模块和包括该电池模块的电池组
技术领域
本发明涉及一种包括恒力弹簧的电池模块和包括该电池模块的电池组。
本申请基于2020年7月20日提交的韩国专利申请第10-2020-0089333号要求优先权的权益，该韩国专利申请的全部内容通过引用并入本文。
背景技术
近年来，随着化石燃料枯竭导致能源价格上涨以及环境污染的关注度加大，对环境友好的替代能源的需求已成为未来生活不可缺少的因素。因此，持续对诸如核能、太阳能、风能和潮汐能的发电技术的进行各种研究，并且用于更有效地利用前述技术所产生的能量的蓄电装置也备受关注。
特别是随着技术的发展和对移动装置的需求，对作为能源的电池的需求正在迅速增长，因此对能够满足各种需求的电池进行了大量的研究。
通常，就电池的形态而言，对于可以应用于例如厚度小的移动电话的方形二次电池和软包二次电池的需求很高。就材料而言，对具有高能量密度、放电电压和输出稳定性的优点的锂二次电池(例如，锂离子电池和锂离子聚合物电池等)的需求很高。
这种二次电池形成为以下结构：包括正极、负极和设置在它们之间的隔膜的电极组件内置在电池壳中，并且正极接线片和负极接线片焊接到两个电极引线并且被密封以暴露于电池单体的外部。电极接线片通过与外部装置的接触电连接到外部装置，二次电池通过电极接线片向外部装置供电或从外部装置接收电力。
图1是常规电池模块的剖视图。如图1所示，常规电池模块包括在壳体内的电池单体堆。同时，在充电/放电过程中，电池单体内部可能会产生气体，并且由于产生的气体，电池单体膨胀或收缩的膨胀现象可能反复发生。特别是，存在随着电池单体的反复充电/放电而使电池单体的厚度增大，电池模块的壳体变形的问题。
因此，需要一种防止电池单体的反复充电/放电导致的壳体变形的技术。
发明内容
技术问题
本发明旨在解决现有技术的问题，并且本发明的目的是提供一种包括恒力弹簧的电池模块和包括该恒力弹簧的电池组。
技术方案
本发明提供了一种包括恒力弹簧的电池模块。在一个实施例中，根据本发明的电池模块包括：电池单体堆，通过堆叠n个电池单体产生；壳体，被配置为在其中容纳所述电池单体堆，所述壳体的一个表面开口；上板，堆叠在所述电池单体堆的上端上；以及恒力弹簧，配置为位于所述壳体内部并且固定于所述壳体的下部，其中n是等于或大于2的整数。此时，恒力弹簧包括卷绕端和自由端，并且卷绕端固定到所述壳体的下部，所述自由端固定到所述上板。
在一个示例中，恒力弹簧位于基于堆叠表面彼此对称的两个以上的位置(spot)处。
在一个实施例中，根据本发明的电池模块包括被配置为覆盖壳体的一个表面的壳体盖。
在另一实施例中，一个或多个止挡块设置在盖与上板之间，从而限制上板在向上方向上的移动。
在又一个实施例中，压缩垫分别插设在电池单体堆的上端和下端。此外，设置有m(m是等于或大于2的整数)个电池单体堆，并且压缩垫插设在各个电池单体堆之间。
此外，电池单体堆还包括配置为将n个电池单体电连接的汇流条组件。
在一个实施例中，壳体还包括用于固定以发条(spring)的形式卷绕所述恒力弹簧的区域的固持器或弹簧安装部。
此时，恒力弹簧的自由端上形成有固定孔，并且固定孔所穿过的固定销可以形成在上板的侧表面。
此外，本发明提供一种包括上述电池模块的电池组。
有益效果
根据本发明的包括恒力弹簧的电池模块和包括该电池模块的电池组，通过包括恒力弹簧，即使当容纳在电池模块中的电池单体中发生膨胀现象，电池单体的表面压力也可以保持恒定。
附图说明
图1是常规电池模块的剖视图。
图2是示出根据本发明的一个实施例的电池模块的示意图。
图3是根据本发明的一个实施例的电池模块的侧视图。
图4是示出根据本发明的另一实施例的电池模块的示意图。
具体实施方式
在下文中，将参照附图详细描述本发明。在本说明书和权利要求书中使用的术语和词语不应被解释为限于普通或字典术语，并且发明人可以适当地定义术语的概念以便最好地描述其发明。术语和词语应被解释为与本发明的技术构思一致的含义和概念。
本发明涉及一种电池模块，更具体地，涉及一种包括恒力弹簧的电池模块。在一个实施例中，电池模块包括：电池单体堆，通过堆叠n(n是等于或大于2的整数)个电池单体产生；壳体，被配置为在其中容纳电池单体堆，该壳体的一个表面开口；上板，堆叠在电池单体堆的上端上；以及恒力弹簧，被配置为位于壳体内部并且固定于壳体的下部，其中，恒力弹簧包括卷绕端和自由端，并且其中卷绕端固定到壳体的下部，自由端固定到上板。
通常，在充电/放电过程中，电池单体内部可能产生气体，因此，电池单体膨胀或收缩的膨胀现象可能会反复发生。特别地，存在由于电池单体的重复充电/放电而导致电池单体的厚度增大，电池模块的壳体变形的问题。因此，本发明提供了一种包括恒力弹簧的电池模块和包括该电池模块的电池组。更具体地，本发明提供一种能够在使用恒力弹簧以恒定力对容纳在电池模块中的n个电池单体施加压力的同时允许膨胀现象引起的膨胀位移的电池模块。
在本发明中，恒力弹簧是以发条的形式卷绕的弹簧，是指当用力拉弹簧时，弹簧在拉力的方向上展开，并且当拉力释放时通过自身的弹力恢复到其初始状态的发条式弹簧。与普通弹簧不同，恒力弹簧的负载不会随着位移增大而线性增大，并且即使在一定负载下位移增大，恒力弹簧的负载也可以保持恒定。即，在本发明的电池模块中，恒力弹簧以恒定的负载对容纳在壳体中的电池单体施加压力。即使在电池单体中发生电池单体膨胀现象，电池单体的表面压力也可以保持恒定。
通过各种反复的实验观察，本发明的发明人发现，通过用恒力弹簧固定电池单体堆，即使在电池单体中发生膨胀现象时，电池单体的表面压力也保持恒定。
在一个实施例中，恒力弹簧是以发条的形式卷绕的弹簧，并且包括卷绕端和自由端。这里，卷绕端是指卷绕在恒力弹簧中的区域，自由端是指与卷绕端相对的区域。在具体的示例中，恒力弹簧的卷绕端固定到壳体的下部，而自由端固定到上板。同时，壳体的下部可以包括用于固定恒力弹簧的卷绕区域的固持器或安装部。例如，卷绕端具有在中心具有空的空间的发条的形式，并且固持器或安装部可以通过穿透卷绕端的中心部来固定恒力弹簧。
此外，恒力弹簧的自由端具有固定孔，并且固定孔所穿过的固定销形成在上板的侧表面。即，自由端的固定孔可以与上板的固定销结合并且固定到上板的固定销。
这种恒力弹簧的自由端以安装在壳体中的安装部或固持器上的状态固定到上板。因此，恒力弹簧施加弹力以朝向壳体的下端拉壳体中的电池单体堆，从而以设计负载对电池单体施加压力。
同时，恒力弹簧位于基于电池单体堆的堆叠表面彼此对称的两个以上的位置处。在一个具体示例中，恒力弹簧可以位于电池单体堆的未形成电极引线的两侧。如果恒力弹簧没有位于基于电池单体堆的堆叠表面彼此对称的位置处，那么当电池单体发生膨胀现象时，由于电池单体堆在一个方向上倾斜而可能出现例如壳体变形的问题。例如，恒力弹簧位于电池单体堆的两侧，并且两个或更多个恒力弹簧可以位于每一侧。
在一个示例中，电池单体堆具有其中堆叠有n个(n是等于或大于2的整数)个电池单体的结构。堆叠的电池单体的数量n可以根据需要电连接的电池单体的数量或根据电池模块的容量而改变。例如，电池单体堆的堆叠的电池单体的数量n在2至100、2至50、2至10或3至7的范围内。
另一方面，如果电池单体是能够充电和放电的二次电池，则没有特别限制。在一个具体示例中，构成电池单体堆的每个电池单体是软包单元电池，并且正极/隔膜/负极结构的电极组件以连接到形成在外部材料的外部的电极引线的方式内置于层压板外部材料中。电极引线可以被拉到板的外部并且可以在彼此相同或相反的方向上延伸。
此外，电池单体堆还包括汇流条组件，其将n个电池单体相互电连接。在一个示例中，汇流条组件包括汇流条或绝缘条，并且各个电池单体通过这些条电连接。同时，根据在汇流条组件中设置汇流条和绝缘条的位置，电池单体堆可以将电池单体串联或并联电连接。汇流条组件可以是常规的汇流条组件。
在一个实施例中，根据本发明的电池模块包括具有一侧开口结构的壳体。壳体是指用于容纳电池单体堆的外壳，并且在壳体中包括用于容纳电池单体堆的容纳空间。同时，当电池单体堆容纳在壳体中时，可以将电池单体堆容纳为使得电池单体堆的堆叠表面可以平行于壳体的底面。
此外，根据本发明的电池模块还包括与壳体的一个表面结合并且覆盖壳体的一个表面的壳体盖。例如，壳体可以是用作电池模块的常规U形壳体，并且壳体盖可以与U形壳体焊接。
在一个实施例中，根据本发明的电池模块包括上板。上板堆叠在电池单体堆的上部上并且可以通过固定恒力弹簧来限制电池单体堆的上部处的移动。上板可以是板状的并且可以由电绝缘材料制成。
在一个实施例中，根据本发明的电池模块在上板与盖之间具有规则间隔的空间。在一个具体示例中，当由于超过设计负载限制而发生电池单体的膨胀现象时，上板随着恒力弹簧的卷绕区域展开而向上移动。
此时，只要上板与盖之间没有空间，则壳体可能会因上板的向上移动而变形。因此，上板与盖之间的空间对于防止壳体变形是必要的。
在另一实施例中，根据本发明的电池模块可以包括位于壳体盖与上板之间的一个或多个止挡块。止挡块限制上板在向上方向上的移动并且附接在壳体盖的内侧或者上板的上部。
挡块限制上板在向上方向上的移动并且附接在壳体盖的内侧或者上板的上部。
在一个具体示例中，当由于超过设计负载限制而发生电池单体的膨胀现象时，上板随着恒力弹簧的卷绕区域展开而向上移动。同时，壳体盖与上板之间存在预定空间。如果电池单体的膨胀位移超出预定空间，则上板在向上方向上的移动可能受到止挡块的限制。止挡块可以由任何材料制成，只要它是用于限制上板移动的材料即可。例如，它可以是绝缘塑料。
在又一实施例中，上板包括在向上方向上具有预定高度的突起(凸)。在一个具体示例中，上板的两端可以包括突起，并且止挡块可以附接到盖。此时，止挡块可以放置成与突起的内表面接触。即，突起用于限制上板在水平方向上的移动。
在一个实施例中，根据本发明的电池模块包括压缩垫。在一个具体示例中，每个压缩垫可以插设在根据本发明的电池模块的电池单体堆的上端和下端。
在另一个实施例中，在根据本发明的电池模块中设置m(m是等于或大于2的整数)个电池单体堆，并且压缩垫可以插设在各个电池单体堆之间。压缩垫可以由聚氨酯系列材料制成，并且当电池单体的膨胀现象使厚度改变时，可以吸收电池单体因外部冲击而发生的变化。
此外，本发明提供一种包括上述电池模块的电池组。
在一个具体示例中，本发明提供了一种通过组合一个或两个以上电池模块而产生的电池组。
电池组适用于各种类型的储能装置和电源。例如，储能装置是存储大量电能的储能系统(ESS)。另外，电源适用于例如汽车的移动装置的电源。汽车是指使用二次电池作为其辅助电源或主电源的任何类型的车辆。具体地，汽车包括混合动力电动汽车(HEV)、插电式混合动力电动汽车(PHEV)或纯电动汽车(BEV、EV)等。
[优选实施例的详细说明]
在下文中，将通过附图和示例更详细地描述本发明。由于本发明构思允许各种变化和众多实施例，特定实施例将在附图中示出并在正文中进行详细描述。然而，这并不旨在将本发明限制于所公开的特定形式，并且应当理解包括在本发明的精神和范围内的所有变化、等同物和替代物。
(第一实施例)
图2是示出根据本发明的一个实施例的电池模块的示意图，图3是根据本发明的一个实施例的电池模块的侧视图。参考图2和图3，根据本发明的电池模块100包括：电池单体堆110，通过堆叠n(n是等于或大于2的整数)个电池单体111产生；壳体120，被配置为在其中容纳电池单体堆110，壳体120的一个表面开口；上板130，堆叠在电池单体堆110的上端上；以及恒力弹簧140，被配置为位于壳体120内部并且固定于壳体120的下部。
此外，根据本发明的一个示例的电池模块100具有以下结构：其中每个压缩垫160插设在电池模块的电池单体堆110的上端和下端处，并且压缩垫160插设在各个电池单体堆之间。此外，电池模块10包括壳体盖121，壳体盖121被配置为覆盖壳体120的一个表面。
同时，恒力弹簧140位于基于堆叠表面彼此对称的两个以上的位置处。具体地，恒力弹簧140可以位于电池单体堆110的未形成电极引线的两侧。
此外，恒力弹簧140是以发条的形式卷绕的弹簧，并且包括卷绕端141和自由端142。这里，卷绕端141是指卷绕在恒力弹簧中的区域，自由端142是指与卷绕端141相对的区域。
具体地，恒力弹簧140的卷绕端141固定到壳体120的下部，而自由端142固定到上板130。同时，壳体120的下部可以包括用于固定恒力弹簧140的卷绕区域的固持器或安装部。例如，卷绕端141具有在中心具有空的空间的发条的形式，并且固持器或安装部可以通过穿透卷绕端141的中心部来固定恒力弹簧140。
此外，恒力弹簧140的自由端142上形成有固定孔143，穿过固定孔143的固定销(未示出)形成在上板130的侧表面。即，自由端142的固定孔143可以与上板130的固定销结合并且固定到上板130的固定销。
这种恒力弹簧140的自由端142以安装在壳体120中的安装部或固持器上的状态固定到上板130。因此，恒力弹簧140施加弹力以朝向壳体120的下端拉壳体120中的电池单体堆110，从而以设计负载对电池单体111施加压力。
(第二实施例)
图4是示出根据本发明的另一实施例的电池模块的示意图。
参考图4，根据本发明的电池模块200包括：电池单体堆210，通过堆叠n(n是等于或大于2的整数)个电池单体211产生；壳体220，被配置为在其中容纳电池单体堆210，壳体220的一个表面开口；上板230，堆叠在电池单体堆210的上表面；以及恒力弹簧240，被配置为位于壳体220内部并且固定于壳体220的下部。
此外，根据本发明的一个示例的电池模块200具有以下结构：其中每个压缩垫260插设在电池模块的电池单体堆210的上端和下端处，并且压缩垫260插设在各个电池单体堆之间。此外，电池模块20包括壳体盖221，壳体盖221被配置为覆盖壳体220的一个表面。
此外，根据本发明的电池模块200包括位于壳体盖221与上板230之间的一个或多个止挡块250。在图4中，示出了设置有两个止挡块250，但本发明不限于此。
止挡块250被配置为限制上板380在向上方向上的移动，并且附接到壳体盖221的内侧和上板230的上部。
具体地，由于超出设计负载，电池模块200中的电池单体211发生膨胀现象，上板230随着恒力弹簧的卷绕区域展开而向上移动。同时，壳体盖221与上板230之间存在预定空间。如果电池单体的膨胀位移超出预定空间，则上板230在向上方向上的移动可能受到止挡块250的限制。
尽管已经参照附图描述了本发明的优选示例，但是可以理解，在不脱离如以下权利要求所阐述的本发明的精神和范围的情况下，本领域技术人员可以对本发明进行各种修改和变化。
因此，本发明的技术范围不应限于说明书的详细描述中所描述的内容，而应由权利要求书限定。
[附图标记说明]
1、100：电池模块
10、110、210：电池单体堆
11、111、211：电池单体
112、212：汇流条组件
12、120、220：壳体
121、221：盖
130、230：上板
140、240：恒力弹簧
141：卷绕端
142：自由端
143：固定孔
250：止挡块
16、160、260：压缩垫

Claims (10)

1.一种电池模块，包括：
电池单体堆，通过堆叠n个电池单体产生；
壳体，被配置为在其中容纳所述电池单体堆，所述壳体的一个表面开口；
上板，堆叠在所述电池单体堆的上端上；以及
恒力弹簧，被配置为位于所述壳体内部并且固定于所述壳体的下部，
其中，所述恒力弹簧包括卷绕端和自由端，
其中，所述卷绕端固定到所述壳体的下部，所述自由端固定到所述上板，并且
其中，n是等于或大于2的整数。
2.根据权利要求1所述的电池模块，其中，所述恒力弹簧位于基于所述电池单体堆的堆叠表面而彼此对称的两个以上的位置处。
3.根据权利要求1所述的电池模块，还包括壳体盖，所述壳体盖被配置为覆盖所述壳体的一个表面。
4.根据权利要求3所述的电池模块，其中，在所述壳体盖与所述上板之间设置有一个或多个止挡块，从而限制所述上板在向上方向上的移动。
5.根据权利要求1所述的电池模块，其中，压缩垫分别插设在所述电池单体堆的下端和上端处。
6.根据权利要求1所述的电池模块，其中，设置有m个电池单体堆，其中m是等于或大于2的整数，并且
其中，压缩垫插设在各个电池单体堆之间。
7.根据权利要求1所述的电池模块，其中，所述电池单体堆还包括被配置为将所述n个电池单体电连接的汇流条组件。
8.根据权利要求1所述的电池模块，其中，所述壳体还包括用于固定以发条的形式卷绕所述恒力弹簧的区域的固持器或弹簧安装部。
9.根据权利要求1所述的电池模组，其中，所述恒力弹簧的所述自由端上形成有固定孔，并且
其中，所述固定孔所穿过的固定销形成在所述上板的侧表面。
10.一种电池组，包括根据权利要求1所述的电池模块。
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