CN116075975A - 包括用于连接器的有效布局的汇流条框架的电池模块及包括该电池模块的电池组 - Google Patents

包括用于连接器的有效布局的汇流条框架的电池模块及包括该电池模块的电池组 Download PDF

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Abstract

根据本发明的电池模块包括：通过堆叠多个电池电芯形成的电芯堆；汇流条，其以预定模式连接到所述多个电池电芯的电极引线；感测单元，所述感测单元连接到每个汇流条以感测所述多个电池电芯的电压；连接器，其安装在所述感测单元的一侧；以及汇流条框架，其包括框架主体和连接器保持部，所述框架主体布置成覆盖电芯堆的侧部并将汇流条附接到所述框架主体的前表面，所述连接器保持部安装成使得所述连接器可安装在其上，其中，所述连接器保持部可旋转地设置在所述框架主体的上端，使得所述连接器布置在所述汇流条的前方。

Description

包括用于连接器的有效布局的汇流条框架的电池模块及包括该电池模块的电池组
技术领域
本公开涉及一种电池模块，更具体地，涉及一种用于连接器的空间节省的布局的连接器布置结构，该连接器用于电池模块中的电池电芯的电压感测。
本申请要求于2021年2月9日在韩国提交的韩国专利申请10-2021-0018519的优先权，其公开内容在此引入作为参考。
背景技术
能够将电能转化为化学能并重复充电和放电的半永久性电池被称为二次电池，可与在使用一次后不能再使用的一次电池区分开。
二次电池的实例包括锂二次电池、镍镉(Ni-Cd)电池、铅酸电池、镍-金属氢化物(Ni-MH)电池，锌-空气电池和碱性锰电池。其中，铅酸电池和锂二次电池可以是最活跃商业化的二次电池。
特别地，由于高能量密度、轻重量、小尺寸、优异的安全性、低放电速率和长寿命的优点，锂二次电池近来已经积极地用作电动车辆的电池。作为参考，锂二次电池通常根据制造形状分为圆柱形电池、方形电池和袋型电池，并且除了用于电动车辆的电池之外，还可用作能量存储系统(ESS)和其它电气设备的电池。
目前，不能仅从一个锂二次电池(电芯)获得驱动电动车辆的足够的输出。为了将二次电池用作电动车辆的能量源，通过串联和/或并联连接多个锂离子电池电芯来配置电池模块。
例如，如图1所示，当电池模块包括袋型二次电池电芯时，袋型二次电池电芯的电极引线1a、1b焊接到汇流条3。汇流条3位于电池模块的前表面上，或者位于电池模块的前表面和后表面上，并且多个电极引线1a、1b焊接到一个汇流条3，因此，二次电池电芯串联和并联连接。
电池模块中的二次电池电芯的电压信息通过连接到每个汇流条3的感测单元5和连接到感测单元5的连接器2传送到BMS(未示出)，并且BMS通过基于电压信息监视每个电池电芯的状态来控制二次电池电芯的充电/放电。在传统的电池模块中，通常，感测单元5是扁平柔性电缆(FFC)或柔性印刷电路板(FPCB)，并且连接器2位于汇流条框架4的上部，该汇流条框架4位于二次电池电芯的电极引线1a、1b上方。
尽管随着消费者对快速充电的需求的增加，近来已经考虑了增加电极引线宽度的方法，但是当电极引线1a、1b和汇流条3的宽度增加(在电池模块的宽度方向上)时，汇流条框架4的上部几乎不保留，因此，连接器2可以不如图1所示布置。然而，当连接器2的位置完全不同于现有位置时，与连接器2相关的其它部件应该重新布置或者应该完全改变结构。
发明内容
技术问题
本公开被设计为解决相关技术的问题，并且因此本公开旨在提供一种电池模块，在该电池模块中，通过重新设计汇流条框架，可以在汇流条框架上空间节省地提供具有大宽度的电极引线和连接器，而不会彼此干扰。
本公开的这些和其他目的和优点可以从下面的详细描述中理解，并且将从本公开的示例性实施方式中变得更加显而易见。而且，容易理解的是，本公开的目的和优点可以通过所附权利要求及其组合中所示的手段来实现。
技术方案
在本公开的一个方面中，提供一种电池模块，包括：电芯堆，多个电池电芯堆叠在所述电芯堆中；汇流条，所述汇流条以预定模式连接到所述多个电池电芯的电极引线；感测单元，所述感测单元连接到每个所述汇流条以感测所述多个电池电芯的电压；连接器，所述连接器安装在所述感测单元的一侧；以及汇流条框架，所述汇流条框架包括框架主体和连接器安装部，所述框架主体覆盖所述电芯堆的侧部并允许所述汇流条附接到所述框架主体的前表面，所述连接器安装部供安装所述连接器，其中，所述连接器安装部能旋转地设置在所述框架主体的上端，使得所述连接器位于所述汇流条的前方。
所述连接器可以固定地安装在所述连接器安装部上，并且可以在所述框架主体前方位于比所述电芯堆的最上端低的位置处。
所述连接器安装部可以包括：从所述框架主体的最上端水平延伸的第一支撑板；以及第二支撑板，所述第二支撑板铰接到所述第一支撑板的一端。
所述框架主体可以包括水平板，所述水平板位于所述第一支撑板下方并且从所述框架主体的前表面突出成平行于所述第一支撑板，其中，所述汇流条在所述水平板下方沿所述多个电池电芯的布置方向布置。
所述水平板可以包括狭缝，从所述感测单元分支的感测端子竖向穿过所述狭缝。
所述水平板突出的长度可以足以支撑所述第二支撑板的表面，使得所述第二支撑板不接触所述汇流条。
所述水平板可以包括在其端部具有球形形状的插入部分，并且所述第二支撑板可以包括凹槽部分，当所述第二支撑板相对于所述第一支撑板旋转90°时，所述插入部分压配合到所述凹槽部分中。
所述多个电池电芯可以是袋型电池电芯，其中，所述多个电池电芯的所述电极引线中的每一者的宽度是所述电芯堆的高度的70％至90％。
在本公开的另一方面中，还提供一种包括至少一个电池模块的电芯堆。
在本公开的另一方面中，还提供一种包括电芯堆的车辆。
有利效果
根据本公开的一个方面，可以提供一种电池模块，其中连接器可以设置在电芯堆的侧部上而不与电极引线干涉。
宽度大于传统电极引线宽度的电极引线和连接器可以设置在汇流条框架上而不会彼此干涉，并且连接器可以定位成不突出到电芯堆的上端上方。例如，当连接器突出到电芯堆的上端上方时，当连接器容纳在模块外壳中时，连接器可能与模块外壳的入口或内壁干涉。然而，根据本公开的连接器和汇流条框架的构造，可以去除连接器和模块外壳之间的干涉。
本公开的效果不限于上述效果，并且根据说明书和附图，本领域普通技术人员将清楚地理解未提及的其他效果。
附图说明
附图示出了本公开的优选实施方式，并且与前述公开一起用于提供对本公开的技术特征的进一步理解，因此本公开不被解释为限于附图。
图1是示出用于描述根据现有技术的用于电压感测的连接器的布置结构的电池模块的一部分的视图。
图2是示出根据本公开的实施方式的电池模块的构造的立体图。
图3是图2的分解立体图。
图4是示出图3的汇流条框架的局部放大图。
图5是示出根据本公开的实施方式的电池模块的连接器布置结构的局部放大图。
图6和图7是示出根据本公开的实施方式的汇流条框架的连接器安装部弯曲之前和弯曲之后的视图。
图8是示出图7的连接器安装部的变型的视图。
具体实施方式
在下文中，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被解释为限于一般和字典含义，而是基于允许发明人为了最佳解释而适当地定义术语的原理，基于与本公开的技术方面相对应的含义和概念来解释。因此，在此提出的描述仅仅是用于说明目的的优选示例，并不旨在限制本公开的范围，因此应当理解，在不脱离本公开的范围的情况下，可以对其进行其他等效和修改。
提供这些实施方式是为了使本公开彻底和完整，并将本公开的范围完全传达给本领域的普通技术人员。因此，为了清楚起见，附图中所示的每个元件的厚度和尺寸可以被放大，省略或示意性地画出。因此，每个元件的尺寸并不绝对地反映实际尺寸或比例。
图2是示出根据本公开的实施方式的电池模块的构造的立体图。图3是图2的分解立体图。
如图2和图3所示，根据本公开的实施方式的电池模块包括电芯堆10、汇流条20、感测单元30、连接器40和汇流条框架50。
电芯堆10可以是电池电芯11的集合。例如，电池电芯11可以在竖向直立的同时沿左右方向(±Y轴方向)堆叠，以形成电芯堆10。电池电芯11是其中正极引线和负极引线彼此相对定位的袋型电池电芯11。
袋型电池电芯11包括电极组件、电解液和用于包装电极组件和电解液的袋壳。电极组件具有正极板、隔膜和负极板的堆叠结构，正极板和负极板设置有电极接头，并且一个或更多个电极接头连接到电极引线12。电极引线12可以从袋壳的内部延伸到外部，并且可以用作电池电芯11的电极端子。电极引线12是正极引线和负极引线的通称。
袋壳可以包括金属薄膜，例如铝薄膜，以保护内部元件，例如电极组件和电解液，并补充电化学性质和改善电极组件和电解液的散热。铝薄膜可以位于内部粘合剂层和由绝缘材料形成的绝缘层之间以确保电绝缘。
在根据本实施方式的袋型电池电芯11中，电极引线12的宽度W大于普通电池电芯中的宽度，如图3所示。例如，在本实施方式的袋型电池电芯11中，电极引线12的宽度W可以是电芯堆10的高度的70％至80％。这样，当电极引线12的宽度增加时，在电池电芯的快速充电期间的发热被有效地减少。
当电极引线12以预定模式连接到相应的汇流条20时，电池电芯11彼此串联或串联和并联连接。汇流条20是指能够电连接电池电芯11的条形导体。
可以提供多个汇流条20，并且多个汇流条20可以在与电池电芯11的堆叠方向相对应的方向上附接至汇流条框架50。每个电池电芯11的电极引线12可以穿过汇流条框架50的开口51a并且被引出到汇流条框架的前部，并且电极引线12的引出部分可以被弯曲然后被激光焊接到汇流条20的表面。
例如，当一个电池电芯11是第N个电芯并且后面的电芯是第N+1个电芯、第N+2个电芯……时，在电池电芯11的堆叠方向上，第N个电芯、第N+1个电芯、第N+2个电芯……可以设置成具有交替的极性。位于电芯堆10的前表面上的第N个电池的正极引线和第N+1个电池的负极引线放置并焊接到一个汇流条20上，而位于电芯堆10的后表面上的第N+1个电池的正极引线和第N+2个电池的负极引线放置并焊接到另一个汇流条20上。当所有电池电芯11的电极引线12以这种方式焊接到汇流条20时，电池电芯11可以串联连接。
在另一示例中，当电池电芯的电极引线12以两个或三个连续的电池电芯11以相同方向上的极性布置成一组并且一组的正极引线和另一组的负极引线整体焊接到一个汇流条20的模式连接到汇流条20时，电池电芯11可以串并联连接。
感测单元30是用于感测串联连接的电池电芯11的节点电压并将每个电池电芯11的电压信息发送到电池管理系统(BMS)的元件。BMS通过感测单元30监测电池电芯11的状态并控制电池电芯11的充电/放电。
感测单元30可以实现为薄膜电缆，例如柔性印刷电路板(FPCB)或扁平柔性电缆(FFC)。FPCB可以通过将覆铜层压板置于基膜上，层压干膜，进行曝光，显影和蚀刻工艺以规则间隔形成导线，然后粘附覆盖膜来制造。FFC可以通过在基膜上以规则间隔布置导线并在导线上层压覆盖层来制造。
作为薄膜电缆的感测单元30可以处理具有最小体积的大量信号，因为导线的导电性能是优异的，并且用一个绝缘薄膜完全确保导线之间的绝缘。
返回参照图3，根据本实施方式的感测单元30包括：第一部分31，其位于电芯堆10上并沿电芯堆10的纵向(±X轴)延伸；第二部分32，其从第一部分31的两个端部沿电芯堆10的宽度方向(±Y轴)延伸；以及感测端子33，其从第二部分32分支以接触汇流条20。
如图3所示，连接器40可以安装在感测单元30的端部上，并且当另一电缆连接器60连接到连接器40时，信号可以传输到BMS(未示出)。
电芯堆10可以容纳在具有矩形管形状的模块外壳(未示出)中。通常，模块外壳(未示出)具有与电芯堆10的体积相对应的内部空间。因此，当连接器40位于比电芯堆10的上端高的位置时，当电芯堆10插入到模块外壳中时，连接器40被模块外壳的入口或内壁卡住，从而不能插入电芯堆10。
然而，根据本实施方式的汇流条框架50和连接器40的构造，因为连接器40可以稳定地位于低于电芯堆10的上端的位置，如图2所示，所以不会引起上述问题(当电芯堆10插入到模块外壳(未示出)中时，连接器与模块外壳的入口干涉)。
将参照图3以及图4至图8描述汇流条框架50的构造。
汇流条框架50包括框架主体51和连接器安装部54。
如图3所示，框架主体51是具有板形状且尺寸足以覆盖电芯堆10的侧部(电池电芯11的电极引线12位于该侧部上)的注塑结构。汇流条20可以附接到框架主体51的前表面，并且开口51a可以在每个汇流条20的两侧设置在框架主体51中，可以从开口51a取出电极引线12。
框架主体51可以覆盖电芯堆10的整个侧部。因此，框架主体51的高度可以几乎等于电芯堆10的高度，并且连接器安装部54可以设置在框架主体51的上端。如图5所示，因为连接器安装部54是用于支撑连接器40的元件，所以连接器安装部54仅需要具有足以在其上安装连接器40的尺寸。尽管在本实施方式中连接器安装部54设置在框架主体51的上端的中央处，但是当需要时，可以改变设计使得连接器安装部54设置在除了上端的中央之外的位置处。
连接器安装部54下方的空间可完全用作汇流条20和电极引线12所处的空间。即，框架主体51的大部分面积可用作用于充分增加电极引线12的宽度并定位具有适当尺寸的汇流条20的空间。
用于固定地安装连接器40的连接器安装部54可以在连接器40安装在框架主体51的情况下与其上安装的连接器一起从框架主体51的上端向下旋转。
例如，连接器安装部54可包括从框架主体51的最上端水平延伸的第一支撑板55和铰接到第一支撑板55的端部的第二支撑板56，如图4所示。
当连接器40安装在第二支撑板56上并且第二支撑板56相对于第一支撑板55的端部旋转90°时，如图5所示，连接器40可以在框架主体51前方位于比电芯堆10的最上端低的位置。在这种情况下，不仅汇流条20和电极引线12具有大的宽度，而且连接器40也可以空间节省地位于电芯堆10的侧部上，并且如上所述，当电芯堆10插入到模块外壳中时，可以防止连接器40和模块外壳的内壁之间的碰撞。
根据本实施方式的汇流条框架50还包括框架主体51上的水平板52。水平板52可以位于第一支撑板55的下方，并且可以从框架主体51的前表面突出以平行于第一支撑板55。汇流条20可以在水平板52下方沿电池电芯11的布置方向布置。
水平板52可以突出足够的长度以支撑第二支撑板56的表面，使得第二支撑板56在旋转期间不接触汇流条20。优选地，当第二支撑板56相对于第一支撑板55形成90°时，水平板52可以接触第二支撑板56。
而且，水平板52包括狭缝O，从感测单元30分支的感测端子33竖向穿过该狭缝O。狭缝O的尺寸足以插入感测端子33。在这种情况下，感测端子33可以通过狭缝O从水平板52的顶部到底部定位，并且可以在不升高的情况下紧密地附接到框架主体51的板表面。感测端子33可以通过使用例如激光焊接或结合而固定到相应汇流条20的上端部。
接下来，将参照图6和图7描述使用根据本实施方式的连接器安装部54的示例。
当电极引线12和感测端子33焊接到汇流条20时，如果连接器40在汇流条210的前面，则会干扰组装过程。因此，首先，如图6所示，电极引线12在第二支撑板56相对于第一支撑板55水平固定的状态下连接到感测端子33。在这种情况下，通过使用角度可调节的铰链，第二支撑板56可以相对于第一支撑板55水平地固定。
接着，在电极引线12和感测端子33连接到汇流条20之后，如图7所示，第二支撑板56旋转，使得连接器40位于低于电芯堆10的最上端的位置。因为在本实施方式中，当第二支撑板56旋转90°时，第二支撑板56接触水平板52的端部，所以可以防止第二支撑板56与电池电芯11的电极引线12碰撞。
在该构造的变型中，如图8所示，水平板52可包括端部具有球形形状的插入部分52a，并且第二支撑板56可包括凹槽部分56a，当第二支撑板56相对于第一支撑板55旋转90°时，插入部分52a压配合到凹槽部分56a中。
根据该变型，因为第二支撑板56固定到水平板52，所以即使在冲击或振动的情况下也可以抑制第二支撑板56的移动。因此，根据该变型，即使当在持续施加冲击或振动的条件下使用电池模块时，连接器40的固定也可以比上述实施方式中的更稳定。
如上所述，根据本公开的电池模块的配置，不仅具有大宽度的电极引线12和汇流条20，而且用于电压感测的连接器40可以空间节省地位于汇流条框架50的前部区域中而不会彼此干扰。
根据公开的电芯堆可包括一个或更多个根据本公开的电池模块。此外，除了电池模块之外，根据本公开的电芯堆还可包括用于容纳电池模块的电池组壳体以及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、电流传感器和熔丝。
根据本公开的电池模块可以应用于诸如电动车辆或混合动力车辆的车辆。即，车辆可以包括根据本公开的电池模块。
虽然已经参考实施方式和附图描述了本公开的一个或更多个实施方式，但是本公开不限于此，并且本领域普通技术人员将理解，在不脱离由所附权利要求限定的本公开的范围的情况下，可以在其中进行形式和细节上的各种改变。
本领域的普通技术人员将理解，当使用诸如上、下、左、右、前和后的指示方向的术语时，这些术语仅是为了便于说明，并且可以根据目标对象的位置，观察者的位置等而变化。

Claims (10)

1.一种电池模块，所述电池模块包括：
电芯堆，多个电池电芯堆叠在所述电芯堆中；
汇流条，所述汇流条以预定模式连接到所述多个电池电芯的电极引线；
感测单元，所述感测单元连接到每个所述汇流条以感测所述多个电池电芯的电压；
连接器，所述连接器安装在所述感测单元的一侧；以及
汇流条框架，所述汇流条框架包括框架主体和连接器安装部，所述框架主体覆盖所述电芯堆的侧部并允许所述汇流条附接到所述框架主体的前表面，所述连接器安装部供安装所述连接器，
其中，所述连接器安装部能旋转地设置在所述框架主体的上端，使得所述连接器位于所述汇流条的前方。
2.根据权利要求1所述的电池模块，其中，所述连接器固定地安装在所述连接器安装部上，并且在所述框架主体前方位于比所述电芯堆的最上端低的位置处。
3.根据权利要求1所述的电池模块，其中，所述连接器安装部包括：
从所述框架主体的最上端水平延伸的第一支撑板；以及
第二支撑板，所述第二支撑板铰接到所述第一支撑板的一端。
4.根据权利要求3所述的电池模块，其中，所述框架主体包括水平板，所述水平板位于所述第一支撑板下方并且从所述框架主体的前表面突出成平行于所述第一支撑板，
其中，所述汇流条在所述水平板下方沿所述多个电池电芯的布置方向布置。
5.根据权利要求4所述的电池模块，其中，所述水平板包括狭缝，从所述感测单元分支的感测端子竖向穿过所述狭缝。
6.根据权利要求4所述的电池模块，其中，所述水平板突出的长度足以支撑所述第二支撑板的表面，使得所述第二支撑板不接触所述汇流条。
7.根据权利要求4所述的电池模块，其中，所述水平板包括在其端部具有球形形状的插入部分，并且所述第二支撑板包括凹槽部分，当所述第二支撑板相对于所述第一支撑板旋转90°时，所述插入部分压配合到所述凹槽部分中。
8.根据权利要求1所述的电池模块，其中，所述多个电池电芯是袋型电池电芯，
其中，所述多个电池电芯的所述电极引线中的每一者的宽度是所述电芯堆的高度的70％至90％。
9.一种电芯堆，所述电芯堆包括至少一个根据权利要求1至8中的任一项所述的电池模块。
10.一种车辆，所述车辆包括根据权利要求9所述的电芯堆。
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