CN114730930A - 电极引线与电压感测构件之间的连接简化的电池模块及包括其的电池组 - Google Patents

Abstract

根据本发明的电池模块包括：电池堆，其包括沿一个方向堆叠的电池单元和由电池单元的电极引线交叠而形成的引线交叠部；以及电压感测构件，其具有一个或更多个感测部，所述感测部直接连接到一个或更多个引线交叠部，其中，每个引线交叠部和每个感测部可通过夹紧而直接结合在一起。

Description

电极引线与电压感测构件之间的连接简化的电池模块及包括 其的电池组

技术领域

本公开涉及一种电池模块，更具体地说涉及这样一种电池模块以及包括该电池模块的电池组，在该电池模块中，电压感测构件和电池单元的电极引线之间的用于电池模块中电池单元的电压感测的连接结构被改进。

本申请要求获得2020年7月22日在韩国提交的韩国专利申请10-2020-0091074的优先权，该申请的公开内容通过引用纳入本文中。

背景技术

将电能转化为化学能的形式并且能够反复充电和放电的半永久性电池被称为二次电池，以区别于使用一次后无法再使用的一次电池。

二次电池包括锂二次电池、镍镉(Ni-Cd)电池、铅蓄电池、镍金属氢化物(Ni-MH)电池、锌空气电池、碱锰电池等等。其中，铅蓄电池和锂二次电池是最活跃的商业化二次电池。

特别地，锂二次电池由于其诸如高储能密度、轻量化和小型化潜力、优异的稳定性、低放电率和长寿命之类的优点，近来被积极用作电动车辆电池。作为参考，锂二次电池根据制造类型一般分为圆柱型、角型和袋型，其使用目的除了电动车辆电池外，还包括电子开关系统(ESS)电池、其他电动装置等。

目前，一个锂二次电池(单元)无法获得足够的输出来驱动电动车辆。为了应用二次电池作为电动车辆的能源，需要配置其中多个锂离子电池单元串联和/或并联的电池模块，一般来说，配置包括电池管理系统(BMS)、冷却系统、电池断开单元(BDU)、电线电缆等的电池组，该电线电缆将电池模块串联并在功能上维持一致。

如图1中所示，当电池模块配置有袋型二次电池单元时，袋型二次电池单元的电极引线1a和1b借助激光焊接到汇流条3。汇流条3位于电池模块的前部或者前部及后部，并且每一个汇流条3焊接有多个电极引线1a和1b，因此二次电池单元被串联和并联连接。

电池模块中的二次电池单元的电压信息经由连接到每个汇流条3的感测构件5传输到BMS，并且BMS基于电压信息，通过监测每个二次电池单元的状态来控制二次电池单元的充电和放电。

线束、扁平柔性电缆(FFC)、柔性印刷电路板(FPCB)等作为感测构件5，在现有技术中，通过将焊接端子6压到感测构件5的端部并借助激光将感测构件5焊接到汇流条3，来电连接感测构件5和汇流条3。

然而，如上所述，经由汇流条3作为媒介间接连接电极引线1a和1b与感测构件5的方法在费用上是昂贵的，而且不容易管理激光焊接的质量。

发明内容

技术问题

本公开旨在解决现有技术的问题，因此本公开旨在通过将电池单元的电极引线与电压感测构件的相应感测部直接连接而不使用汇流条，来简化电池模块的组装过程，。

本公开中要解决的技术问题并不限于以上方面，本领域的普通技术人员可以根据以下对本公开的描述清楚地理解没有提及的其他问题。

技术方案

在本公开的一个方面中，提供一种电池模块，该电池模块包括：电池堆，其具有沿一个方向堆叠的电池单元和至少一个引线交叠部，所述至少一个引线交叠部由所述电池单元的电极引线相互交叠而形成；以及电压感测构件，其具有至少一个感测部，所述至少一个感测部直接连接到所述至少一个引线交叠部，其中，各个引线交叠部和各个感测部均通过夹紧而直接结合。

所述电池模块可以进一步包括支撑框架，该支撑框架具有沿所述电池单元的堆叠方向每隔预定间隔形成的狭缝，所述支撑框架布置在所述电池堆的前部或后部，其中，每个引线交叠部可以经由每个所述狭缝被提取到所述支撑框架的前部，并且每个引线交叠部布置成面对所述支撑框架的表面。

所述支撑框架可以具有夹紧槽，并且所述引线交叠部和所述感测部相互交叠的区域可以压配合到所述夹紧槽中。

所述夹紧槽可以包括：凹陷形成的边缘区域；以及相对于所述边缘区域凸起形成的中央区域。

在形成所述引线交叠部的所述电极引线当中布置成直接接触所述支撑框架的电极引线包括可以形成为小于所述夹紧槽内径的孔。

所述电池模块可以包括引线保持构件，该引线保持构件具有粘附到所述支撑框架的前部的第一保持杆，使得所述引线交叠部和所述至少一个感测部的连接部设置在所述第一保持杆和所述支撑框架之间，所述引线保持构件能拆卸地设置在所述支撑框架处。

所述引线保持构件可以包括：轴，其经由铰链与所述支撑框架的下部结合，并连接至所述第一保持杆；以及第二保持杆，其连接至所述轴，并从与所述第一保持杆隔开预定间隔的位置平行延伸。

所述支撑框架可以包括至少一个闩锁，该闩锁设置成与所述第一保持杆结合并锁定至所述第一保持杆。

所述电压感测构件可以包括：第一主体部，其布置成在所述电池堆的顶部沿所述电池堆的纵向方向延伸；以及第二主体部，其从所述第一主体部的两个端部在所述电池堆的宽度方向上延伸，其中，所述至少一个感测部中的每一个可以从所述第二主体部延伸，以接触所述至少一个引线交叠部中的每一个。

所述电压感测构件可以由扁平柔性电缆(FFC)或柔性印刷电路板(FPCB)构成。

在本公开的另一方面中，提供一种包括电池模块的电池组。

在本公开的另一方面中，提供一种包括电池组的车辆。

有利效果

根据本公开的电池模块可以具有简化的组装结构，因为电池单元的电极引线和电压感测构件的相应感测部可以通过夹紧而直接连接并固定，而无需使用汇流条。

另外，根据本公开，与根据现有技术的激光焊接方法在电极引线、汇流条和电压感测构件之间进行连接的方法相比，通过在不使用汇流条的情况下夹紧电极引线和电压感测构件，可以降低制造成本。

本公开的效果并不限于以上方面，本领域的普通技术人员可以根据本说明书和附图清楚地了解未提及的效果。

附图说明

图1是示出根据现有技术的电池模块的一部分的图。

图2是根据本公开的一个实施方式的电池模块的局部分解立体图。

图3是示出根据本公开的一个实施方式的电池模块的前部的图。

图4是图3的局部放大图。

图5是沿图4的线A-A'剖切的剖面图。

图6是根据本公开的一个实施方式示出引线交叠部与感测部的夹紧过程图。

图7是与图5对应的图，并示出了引线交叠部和感测部的结合结构的变型例。

图8是图7的引线交叠部和感测部的夹紧过程图。

图9是与图4对应的图，示出了根据本公开的另一个实施方式的电池模块的引线保持构件的配置。

图10是示出图9的引线保持构件粘附到支撑框架的状态的图。

具体实施方式

下文中，将参照附图详细描述本公开的优选实施方式。在描述之前，应当理解，说明书和所附权利要求中使用的术语不应解释为仅限于一般的和字典的含义，而是基于允许发明人适当地定义术语以获得最佳解释的原则根据与本公开的技术方面相对应的含义和概念进行解释。因此，本文中提出的描述仅用于说明目的之优选实施例，并不意图限制本公开的范围，因而应该理解，在不偏离本公开的范围的情况下，可以对其进行其他的等同和变型。

提供本公开的实施方式是为了向本领域的普通技术人员进一步充分描述本公开，因此，为了更清楚地描述，图中元件的形状和大小可以被夸大、省略或示意性地示出。因此，每个元件的大小或比例并不完全反映实际大小或比例。

图2是根据本公开的一个实施方式的电池模块的局部分解立体图，图3是示出根据本公开的一个实施方式的电池模块的前部的图，并且图4是图3的局部放大图。

参照图2至图4，根据本公开的一个实施方式的电池模块10可以包括电池堆100、支撑框架210以及电压感测构件300。

电池堆100是包括电池单元110的组件。电池单元110各自沿上下方向(±Z)竖立，并沿左右方向(±Y)堆叠以形成一个电池堆100。

电池单元110之间可以进一步添加缓冲垫、冷却销等。缓冲垫或冷却销可以发挥吸收震动或有效地将每个电池单元110的热散发到外部的功能。

可以应用袋型电池单元或角型电池单元作为电池单元110，并且在本实施方式中，采用了袋型电池单元110。

虽然没有详细说明，但袋型电池单元110可以包括电极组件、电解液和用于密封并容纳电极组件和电解液的袋式外部材料。

电极组件可以具有正极板/隔膜/负极板的堆叠结构，正极板和负极板包括电极接头，并且至少一个电极接头与电极引线连接。电极引线从袋式外部材料的内部延伸到外部，以作为电池单元110的电极端子。这里，电极引线统称为正极引线111a和负极引线111b。

袋式外部材料保护诸如电极组件、电解液之类的内部元件，并可以配置成包括金属薄膜(例如，铝薄膜)的形式，以补充电极组件和电解液的电化学特性并加强散热等。铝薄膜可以布置在内部粘合剂层与由绝缘材料形成的绝缘层之间，以确保电绝缘。

特别地，在根据本公开的电池模块10中，相邻电池单元110的电极引线111a和111b以预先确定的模式相互交叠，因此电池单元110串联或串并联连接。

例如，当假定任何一个电池单元110是第N个电池单元时，随后的电池单元110依次是第N+1个电池单元、第N+2个电池单元，以此类推，并且每个电池单元110均布置成面对相邻的电池单元110，使极性沿堆叠方向(±Y轴)处于相反方向。第N个电池单元的正极引线111a和第N+1个电池单元的负极引线111b堆叠在电池堆100的前部，并且第N+1个电池单元的正极引线111a和第N+2个电池单元的负极引线111b堆叠在电池堆100的后部。电池单元110的电极引线以这样的模式堆叠，并用下面描述的铆接构件400固定，以串联连接电池单元110。

作为另一个实施例，通过形成两到三个连续的电池单元110作为一个组，相同的组可以布置成使得极性面向相同的方向，并且一个组的正极引线111a和另一个组的负极引线111b可以堆叠并被整体夹紧，从而将电池单元110串并联连接。

电极引线堆叠以串联或串并联的方式连接电池单元110的配置在下文中被称为引线交叠部111。

支撑框架210是用于支撑电池堆100的单元，并可以在电池堆100的前部和后部各设置该支撑框架。

支撑框架210包括沿电池单元110的堆叠方向(±Y)每隔预定间隔形成的狭缝211。电池堆100的引线交叠部111可以经由狭缝211被提取到支撑框架210的前部。穿过狭缝211的引线交叠部111可以弯曲成面对支撑框架210的表面。弯曲的引线交叠部111之间可以设置有用于防止被任意金属物体短路的隔离板213。

顶板框架230可以布置在支撑框架210的顶部。顶板框架230是用于覆盖电池堆100的顶端部的配置，并且其两个端部可以设置成经由铰链结合到两个支撑框架210的顶端部。

电压感测构件300是这样一种元件，其操作成感测串联连接的电池单元110的节点电压，并将每个电池单元110的电压信息传输到电池管理系统(BMS)(未示出)。BMS经由电压感测构件300监测电池单元110的状态，并控制电池单元110的充电和放电。

电压感测构件300可以由薄膜电缆实施，例如柔性印刷电路板(FPCB)或扁平柔性电缆(FFC)。

可以通过在基膜上布置铜箔堆叠板、层压干膜、进行曝光、显影和蚀刻过程以形成具有规则间隔的导体线，然后粘附覆盖膜来制造FPCB。另外，可以通过在基膜上以规则的间隔布置导体线，然后将覆盖膜层压在其上来制造FFC。

具有这种薄膜电缆形式的电压感测构件300具有优异的导体线的传导性能，并通过使用一个绝缘膜很好地保证了导体线之间的绝缘，因此可以用最小的体积处理大量的信号。

参照2，根据本公开的电压感测构件300制造成FPCB的形式，并包括：第一主体部310，其布置成在电池堆100的顶部在电池堆100的纵向方向(±X轴)上延伸；第二主体部320，其从第一主体部310的两个端部在电池堆100的宽度方向(±Y轴)上延伸；以及感测部330，其布置成分别从第二主体部320在对应于电池堆100的引线交叠部111的位置延伸。连接器340可以装设在第二主体部320的一侧，并且通过访问连接到BMS的另一个电缆连接器(未示出)可以将信号传输到连接器340或从接收器340接收信号。

作为参照，电压感测构件300布置在电池堆100的顶部是为了减少电线距离以及安装方便。在需要的情况下，电压感测构件300可以布置在电池堆100的顶部以外的位置。

下文中，将描述电压感测构件300的每个感测部330与电池堆100的每个引线交叠部111之间的电连接结构及其方法。

如图3中所示，电池模块10的正极端子214a和负极端子214b可以分别布置在支撑框架210的左端部和右端部，并且可以以顶端部水平向外弯曲的金属条的形式提供。在正极端子214a处，可以附接电池堆100中的一侧的最外电池单元110的正极引线，并且在负极端子214b处，可以附接另一侧的最外电池单元110的负极引线。

排除分别附接到正极端子214a和负极端子214b的电极引线和感测部330，电池单元110的电极引线和感测部330可以直接连接而不需要汇流条。

如图4中所示，每个感测部330在向下的方向上从第二主体部320延伸，并布置在每个引线交叠部111的前表面上，并且每个感测部330的端部配置成使得移除绝缘膜331的一个表面并暴露感测端子333。感测部330的这样的端部通过夹紧而与引线交叠部111结合，从而实现传导。

换句话说，感测部330的端部和引线交叠部111可以在相互交叠的情况下被夹紧在支撑框架210上。作为参照，能够通过使用包括模具(未示出)和冲压器P的夹紧装置，仅夹紧和结合传感部分330和引线交叠部111。然而，在这种情况下，由于外部冲击或振动，感测部330和引线交叠部111可能在结合时移动。在这方面，本实施方式配置成使得如图5中所示，通过将感测部330的端部和引线交叠部111按压在支撑框架210上，同时实现感测部330和引线交叠部111的结合和固定。

特别地，在本实施方式中，支撑框架210中进一步设置有夹紧槽216，以便将感测部330和引线交叠部111整体按压到支撑框架210。在夹紧过程中，夹紧槽216作为模具支撑引线交叠部111和感测部330。

这样的夹紧槽216可以包括：凹陷而形成的边缘区域216a；以及相对于边缘区域216a凸起而形成的中央区域216b。

如下文所述，夹紧槽216可以用诸如不锈钢之类的金属来制造，以充分承受冲压器P的压力，并通过注射成型结合到支撑框架210中。

下面将简要描述根据本实施方式的感测部330和引线交叠部111的夹紧方法。

首先，如图6的(a)中所示，引线交叠部111的一个表面布置成面对支撑框架210的夹紧槽216，并且感测部330的一个表面布置成面对引线交叠部111的另一个表面。

然后，如图6的(b)中所示，通过使用冲压器P，感测部330和引线交叠部111相对于夹紧槽216被加压。加压区域移动到夹紧槽216中，因此根据夹紧槽216的内部形状发生变型。在此，夹紧槽216外的感测部330和引线交叠部111的厚度没有大的改变，但其布置在夹紧槽216内的区域被压缩并且厚度改变，因此感测部330和引线交叠部111可以相互结合。

可以根据材料或要结合的母体材料的厚度预先设定冲压器P的加压力的最大值，并且当冲压器P的加压力达到最大值时，冲压器P返回原始位置(如图6的(c)中所示)。

因此，引线交叠部111和感测部330可以在相互交叠的同时被强力压配合并固定在夹紧槽216内。尽管未示出，但引线交叠部111的另一部分可以经由上述方法另外固定到支撑框架210。

图7是与图5对应的图，并示出了引线交叠部和感测部的结合结构的一个变型例，并且图8是图7的引线交叠部和感测部的夹紧过程图。

在根据变型例的引线交叠部111中，电极引线当中布置成直接接触支撑框架210的电极引线中设置有形成为小于夹紧槽216A的内径的孔H。

例如，参照图7和图8，与图5的实施方式相比，变型例在负极引线111b中形成有孔H，并且具有结合结构，其中正极引线111a的一部分经由孔H布置在负极引线111b和夹紧槽216之间。

根据这样的变型例，正极引线111a可以粘附在负极引线111b的两个表面上，并且正极引线111a和感测部330之间的粘附力可以进一步增加。因此，与上述实施方式相比，变型例可以具有更优异的引线交叠部111和感测部330的结合强度。

如上所述，与现有技术中通过使用汇流条作为媒介进行激光焊接来间接连接感测部和电极引线的方法相比，通过夹紧直接结合引线交叠部111和感测部330的方法没有热和火花，是环保的，特别是具有优异的成本效益。

另外，一般来说，正极引线111a是由铝(Al)制造的，并且负极引线111b是由铜(Cu)制造的，当焊接和结合异种金属时，结合强度可能较低。然而，夹紧结合方法不会受到金属类型的很大阻碍，因此与焊接方法相比，在结合异种金属方面更有优势。

另外，在夹紧结合方法中，母体材料的组合范围宽，因此与本实施方式不同的是，能够通过堆叠两个或至少三个正极引线111a和负极引线111b并夹紧引线交叠部111和感测部330来配置引线交叠部111。

图9是与图4对应的图，示出了根据本公开的另一个实施方式的电池模块的引线保持构件的配置，并且图10是示出图9的引线保持构件粘附到支撑框架的状态的图。

然后，将参照图9和图10描述根据本公开的另一实施方式的电池模块。

与以上实施方式相似的附图标记标示相似的元件，将主要描述与上述实施方式的差异，同时省略关于相似元件的冗余描述。

与以上实施方式的电池模块10相比，根据本公开的另一实施方式的电池模块进一步包括引线保持构件500。

引线保持构件500是用于防止引线交叠部111的移动并防止短路发生的元件。

详细而言，引线保持构件500包括轴510、第一保持杆520以及第二保持杆530。另外，支撑框架210可以包括位于其底端部的支撑杆215，并且包括至少一个闩锁217，该闩锁217位于与支撑杆215在向上方向上隔开预定间隔的位置，以附接和拆卸引线保持构件500。

引线保持构件500的轴510的一个端部经由铰链与支撑杆215结合成可旋转。例如，轴510的所述一个端部可以以弧形环形状插入支撑杆215中。可以有多个轴510。

第一保持杆520和第二保持杆530可以连接到轴510，同时在穿过轴510的方向上延伸，并且其长度可以对应于电池堆100的左右宽度。

第一保持杆520和第二保持杆530可以在彼此隔开预定间隔的位置与轴510连接，以便对引线交叠部111的不同区域加压。

通过使用这样的配置，当处于如图9中所示的状态时，引线保持构件500在向上方向上旋转，使得引线保持构件500粘附到支撑框架210的前部，并且支撑框架210的闩锁217闩锁到第一保持杆520并锁定。

这里，第一保持杆520可以粘附到支撑框架210的前部，以便引线交叠部111和感测部330的连接部设置在第一保持杆520和支撑框架210之间，并且第二保持杆530可以粘附到支撑框架210的前部，以便引线交叠部111的底部设置在第二保持杆530和支撑框架210之间。

根据这样的引线保持构件500，与以上实施方式不同，可以防止感测部330和引线交叠部111的移动，而不必将感测部330和引线交叠部111压配合并固定到支撑框架210中。换句话说，能够仅通过夹紧直接连接感测部330和引线交叠部111，并通过使用引线保持构件500将感测部330和引线交叠部111粘附并固定到支撑框架210的前部。

另外，在以上实施方式中，提供隔离板213是为了例如在电池模块的组装过程中任意金属物体接触相邻的引线交叠部111之间时意外发生的短路而准备的，但是在本实施方式中，引线交叠部111被引线保持构件500覆盖，因此隔离板213可以被移除，并且引线保持构件500可以发挥防短路功能。

如上所述，与现有技术的电池模块10相比，通过省略在现有技术中通常用于电池单元110的电连接和电压感测的汇流条，并通过夹紧来直接连接并固定电压感测构件300和电池单元110的电极引线，根据本公开的电池模块10可以具有简化的组装结构。

另外，与现有技术中经由激光焊接方法将电极引线、汇流条和电压感测构件300结合在一起的电池模块10相比，因为省略了汇流条，并且应用了相对便宜的夹紧方法，所以本公开的电池模块10可以消耗较少的制造成本。

同时，根据本公开的电池组可以包括一个或更多个根据本公开的电池模块。另外，根据本公开的电池组除了电池模块外，还可以进一步包括用于容纳电池模块的电池组壳体、用于控制每个电池模块的充电和放电的各种装置(例如，主BMS、电流传感器、保险丝等)。

根据本公开的电池模块可以应用于车辆(如电动车辆或混合动力车辆)。换句话说，该车辆可以包括根据本公开的电池模块。

已详细描述了本公开。然而，应该理解的是，详细描述和具体实施方式虽然阐明了本公开的优选实施方式，但只是以阐明的方式给出，因为本公开范围内的各种变化和变型对于本领域的技术人员来说根据本详细描述将变得明显。

同时，本说明书中使用了用于指示方向的术语(如上、下、左、右)，但这些术语只是为了描述的方便，对于本领域的普通技术人员来说显然这些术语可以根据目标物体的位置或观察者的位置而变更。

Claims (12)

1.一种电池模块，该电池模块包括：

电池堆，其具有沿一个方向堆叠的电池单元和至少一个引线交叠部，所述至少一个引线交叠部由所述电池单元的电极引线相互交叠而形成；以及

电压感测构件，其具有至少一个感测部，所述至少一个感测部直接连接到所述至少一个引线交叠部，

其中，各个引线交叠部和各个感测部均通过夹紧而直接结合。

2.根据权利要求1所述的电池模块，该电池模块进一步包括支撑框架，该支撑框架具有沿所述电池单元的堆叠方向每隔预定间隔形成的狭缝，所述支撑框架布置在所述电池堆的前部或后部，

其中，每个引线交叠部经由每个所述狭缝被提取到所述支撑框架的前部，并且每个引线交叠部布置成面对所述支撑框架的表面。

3.根据权利要求2所述的电池模块，其中，所述支撑框架具有夹紧槽，并且所述引线交叠部和所述感测部相互交叠的区域压配合到所述夹紧槽中。

4.根据权利要求3所述的电池模块，其中，所述夹紧槽包括：

凹陷形成的边缘区域；以及

相对于所述边缘区域凸起而形成的中央区域。

5.根据权利要求3所述的电池模块，其中，在形成所述引线交叠部的所述电极引线当中布置成直接接触所述支撑框架的电极引线包括形成为小于所述夹紧槽的内径的孔。

6.根据权利要求2所述的电池模块，该电池模块包括引线保持构件，该引线保持构件具有粘附到所述支撑框架的前部的第一保持杆，使得所述引线交叠部和所述至少一个感测部的连接部设置在所述第一保持杆和所述支撑框架之间，所述引线保持构件能拆卸地设置在所述支撑框架处。

7.根据权利要求6所述的电池模块，其中，所述引线保持构件包括：

轴，其经由铰链与所述支撑框架的下部结合，并连接至所述第一保持杆；以及

第二保持杆，其连接至所述轴，并从与所述第一保持杆隔开预定间隔的位置平行延伸。

8.根据权利要求7所述的电池模块，其中，所述支撑框架包括至少一个闩锁，该至少一个闩锁设置成与所述第一保持杆结合并锁定至所述第一保持杆。

9.根据权利要求1所述的电池模块，其中，所述电压感测构件包括：

第一主体部，其布置成在所述电池堆的顶部沿所述电池堆的纵向方向延伸；以及

第二主体部，其从所述第一主体部的两个端部在所述电池堆的宽度方向上延伸，

其中，所述至少一个感测部中的每一个从所述第二主体部延伸，以接触所述至少一个引线交叠部中的每一个。

10.根据权利要求1所述的电池模块，其中，所述电压感测构件由扁平柔性电缆(FFC)或柔性印刷电路板(FPCB)构成。

11.一种包括根据权利要求1至10中的任一项所述的电池模块的电池组。

12.一种包括根据权利要求11所述的电池组的车辆。

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