具有改善连接可靠性的电池模块和包括该电池模块的中型或大型电池组的制作方法
【专利摘要】本发明涉及一种电池模块，在该电池模块中，基于可再充电的电池单元的多个单元模块被彼此电连接，其中，单元模块或者单元模块和汇流条被串联地和/或并联地彼此电连接，电池模块具有两个或者更多个电接触点，并且在电连接点中的每一个处的电连接构件的数目小于整个电池模块的电连接构件的数目。
【专利说明】具有改善连接可靠性的电池模块和包括该电池模块的中型或大型电池组
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种具有改善连接可靠性的电池模块和包括该电池模块的中型或大型电池组，并且更具体地，涉及一种包括基于能够充电和放电的电池单元的彼此电连接的多个单元模块的电池模块，其中，单元模块被彼此串联和/或并联地电连接或者单元模块被串联和/或并联地电连接到汇流条，电池模块具有两个或者更多个电连接点，并且在电连接点中的每一个处的电连接构件的数目小于电池模块的电连接构件的总数目。
【背景技术】
[0002]能够被充电或者放电的二次电池已经被广泛地用作无线移动装置的能源。另外，二次电池作为用于要求高输出和大容量的装置，诸如电动车辆(EV)、混合动力电动车辆(HEV)以及插电式混合动力电动车辆(插电式HEV)的电源，已引起了非常大的关注，已经开发了上述这些车辆来解决由现有的使用化石燃料的汽油车辆和柴油车辆引起的问题，诸如空气污染。
[0003]这样的装置使用具有被彼此电连接的多个电池单元的中型或大型电池模块以提供高输出和大容量。
[0004]优选地，中型或大型电池模块被制造成具有尽可能小的尺寸和重量。为此，通常使用能够以高的集成度进行堆叠并具有小的重量容量比的棱柱状电池或袋状电池作为中型或大型电池模块的电池单元(单元电池)。特别地，当前很多兴趣都集中在使用铝层压片作为护套构件的袋状电池上，这是因为袋状电池的重量轻，袋状电池的制造成本低，并且容易改变袋装电池的形状。
[0005]同时，通常在电池单元中的相邻电池单元的电极端子被彼此电连接的状态下，通过以高集成度堆叠多个电池单元来制造被安装在中型或大型电池组中的电池模块。
[0006]图1是典型地示出常规代表性电池模块的电连接结构的透视图。
[0007]参考图1，电池模块50被构造为具有下述结构，即，在该结构中，在电池单元20被堆叠的状态下，三个电池单元20的电极端子25被电连接到汇流条10。三个电池单元20被依次地堆叠并且然后被电连接到汇流条10，其它的电池单元被电连接到该汇流条10。
[0008]随着被堆叠的电池单元的数目增加，电极端子和汇流条的厚度和宽度增加。结果，在焊接期间需要大量的能量。
[0009]在这样的情况下，不能使用激光焊接或者电阻焊接。因此，通常使用超声焊接。然而，在要求大量的能量的超声焊接被执行的情况下，超声波可以被传送到电池单元的其它区域，因此电池单元可能被电损伤，焊接装置的寿命可能减少，并且电池单元可能被附接到焊接装置。
[0010]因此，存在对于如下电池模块的高度需求，S卩，在该电池模块中通过小量的能量的使用不会损坏电池单元，并且电连接位置被划分以确保相对于可以使用各种连接方法的可靠的连接区域。
【发明内容】
[0011]技术问题
[0012]因此，已经实施本发明以解决上述问题和尚待解决的其它技术问题。
[0013]本发明的目的是为了提供一种电池模块，其中，在电池单元的焊接或者在电池单元和汇流条之间的焊接期间，通过少量的能量的使用，使对电池单元的损坏最小化，并且可以使用各种连接方法。
[0014]技术解决方案
[0015]根据本发明的一个方面，通过提供一种如下的电池模块能够完成以上和其它的目的，该电池模块包括彼此电连接的多个单元模块，所述单元模块基于能够充电和放电的电池单元，其中，单元模块被彼此串联地和/或并联地电连接，或者单元模块被串联地和/或并联地电连接到汇流条，电池模块具有两个或者更多个电连接点，并且在电连接点中的每一个处的电连接构件的数目小于电池模块的电连接构件的总数目。
[0016]通常，在电池模块中，在单元模块被堆叠的状态下，通过焊接，单元模块的电极端子被同时彼此连接，或者通过焊接，单元模块的电极端子被同时连接到汇流条。然而，当通过焊接单元模块的电极端子被彼此连接或者通过焊接单元模块的电极端子被连接到汇流条时，相同的区域被同时焊接，因此，随着电连接构件的数目增加，焊接区域可能被不可避免地损坏，如先前所描述的。
[0017]另一方面，根据本发明的电池模块被构造为使得两个或者更多个电连接点被设置并且在电连接点中的每一个处的电连接构件的数目小于电池模块的电连接构件的总数目。结果，在每个位置处所需的能量的量被减少，并且因此，减少对除了电连接点之外的电池单元和焊接装置的内部和外部的损坏是可能的。另外，在每个位置待连接的电连接构件的数目被减少。因此，能够使用各种连接方法，这是非常优选的。
[0018]在本说明书中使用的术语“电连接点”被定义为在两个或者更多个焊接点被形成以加强相同的电连接构件之间的联接或者连接的情况下的一个电连接点。
[0019]在本发明中，单元模块中的每一个可以包括一个电池单元或者多个电池单元。
[0020]在优选实例中，单元模块中的每一个可以包括一个电池单元。在一个电池单元组成一个单元模块并且各个电池单元的电极端子具有不同的电连接点的情况下，电连接构件的电连接点没有重叠。因此，能够仅使用小量的能量执行焊接，从而防止电池的其它区域受焊接影响。
[0021]在另一个优选实例中，单元模块中的每一个可以包括经由一个电连接点被彼此连接的两个或者更多个电池单元的组合。例如，单元模块中的每一个可以包括两个至四个电池单元。根据情形，在单元模块中的每一个的电池单元可以被构造为，具有与在单元模块之间的电连接中相同的方式的两个或者更多个电连接点。
[0022]在本发明中，电池单元中的每一个可以是具有厚度小并且宽度和长度较大的二次电池，使得当电池单元被堆叠以组成电池模块时使电池模块的总体尺寸最小化。优选地，电池单元中的每一个是被构造为具有可容易堆叠的结构的板状电池单元。
[0023]在优选实例中，板状电池单元可以是:(a)袋状电池单元，该袋状电池单元被构造为具有下述结构，即，在该结构中，阴极/分隔物/阳极结构的电极组件被安装在由包括树脂层和金属层的层压片形成的电池壳体中，并且阴极端子和阳极端子从电池壳体的一侧或者相对两侧突出；或者(b)棱柱状电池单元，该棱柱状电池单元被构造为具有下述结构，即，在该结构中，阴极/分隔物/阳极结构的电极组件被安装在由金属材料或者塑料材料形成的棱柱状电池壳体中，并且阴极端子和阳极端子从电池壳体的一侧或者相对两侧突出。
[0024]在具体实例中，在单元模块的电极端子被彼此电连接并且两个或者更多个电连接点可以被设置在单元模块之间和在单元模块和汇流条之间的状态下，单元模块可以被电连接到汇流条。
[0025]在上面的结构中，假定单元模块的数目是η并且汇流条的数目是1，则电连接点的数目可以是2至η。
[0026]在优选实例中，在电连接点处的电连接构件的数目可以是4或者更小。更优选地，在电连接点处的电连接构件的数目是2。
[0027]因此，即使在多个电连接构件被设置的情况下，仅使用小量的能量可以焊接电连接构件中的每一个。
[0028]在另一个优选实例中，假定单元模块的数目是η并且汇流条的数目是1，则电连接点的数目可以是η。
[0029]在上面的结构中，在电连接点的每一个处的电连接构件的数目可以是2，并且电连接点中的相邻的点可以彼此偏离。
[0030]具体地，电连接点依次地彼此偏离。因此，即使在电连接构件被堆叠的情况下，也可实现简单连接。在上面中，电连接点彼此偏离意指电连接点没有重叠。另外，电连接点依次地偏离彼此意指，将电连接点在一个方向上逐渐地分布使得在其各自的位置处电连接点
没有重叠。
[0031]因此，在具有上面的结构的电池模块中，在电连接构件的电连接点基于期待的结构没有重叠的状态下，电连接构件被依次地彼此电连接，从而提高电池模块的制造效率。
[0032]同时，在电极端子的厚度和宽度太小的情形中，流过电极端子的电流的数量级被增加并且，并且因此，大量的热被产生。结果，电池单元的寿命和安全性被降低，这不是优选的。另一方面，在电极端子的厚度和宽度太大的情形中，在电池壳体与电池单元中的每一个的电极端子之间的密封性被劣化，因此湿气可能渗透到电池单元中，这不是优选的。因此，例如，电极端子中的每一个可以具有50至1000 μ m的厚度并且电极端子中的每一个具有I至20cm的宽度。然而，根据电池单元的规格，本发明的实施例不限于此。即，即使具有比常规电极端子大的厚度和宽度的电极端子也可以被彼此电连接。该相同情形可以同等地应用于汇流条。
[0033]容易地联接在电连接点处的电连接构件的方法没有被特别地限制。例如，通过从螺栓连接、铆接、压接、钎焊、激光焊接、超声焊接和电阻焊接中选择的一个或者多个或以上方法组成的组，可以彼此联接在电连接点处的电连接构件。
[0034]因此，使用不同于常规结构的各种方法，电连接构件可以被彼此联接，在该常规结构中堆叠的电池单元的数目被增加，电极端子和汇流条的厚度和宽度被增加，因此仅超声焊接被用于实现其间的联接。
[0035]根据本发明的另一个方面，提供一种如下的电池模块，该电池模块包括彼此电连接的多个单元模块，所述单元模块基于能够充电和放电的电池单元，其中，单元模块被串联和/或并联地彼此电连接，或者单元模块被串联和/或并联地电连接到汇流条，电池模块具有两个或者更多个电连接点，彼此面对的第一电连接构件和第二电连接构件经由第一电连接点被彼此电连接，并且面对第一电连接构件或者第二电连接构件的第三电连接构件经由第二电连接点被电连接到第一电连接构件或者第二电连接构件。
[0036]此电池模块也提供与上面相同的效果。
[0037]根据本发明的另一个方面，提供一种电池模块的制造方法。
[0038]在具体实例中，可以提供一种电池模块的制造方法，该电池模块被构造为具有下述结构，即，在该结构中，在单元模块被依次地堆叠的状态下单元模块被电连接到汇流条，该制造方法包括:在η个单元模块的电极端子被彼此电连接的状态下η个单元模块的电极端子被电连接到一个汇流条的结构中，(a)将被堆叠的单元模块的最上面的单元模块(第一单元模块)的电极端子连接到与第一单元模块相邻地堆叠的第二单元模块的电极端子，以形成第一电连接点；(b)在偏离第一电连接点的位置处，将第二单元模块的电极端子连接到的与第二单元模块相邻地堆叠的第三单元模块的电极端子，以形成第二电连接点；(C)重复执行步骤(b)以使η个单元模块的电极端子彼此电连接，使得第(n-1)个电连接点被形成；以及(d)在偏离第(η-1)个电连接点的位置处，将第η个单元模块的电极端子连接到与第η个单元模块接触同时与第η个单元模块相邻的汇流条，以形成第η个电连接点。
[0039]因此，能够仅使用小量的能量实现单元模块和汇流条之间的连接。另外，能够使用各种连接方法以提高的效率实现期待的电连接。
[0040]同时，使用多个电池单元来制造中型或大型电池组以提供高输出和大容量。对于组成电池组的电池模块来说呈现较高的安装效率、结构稳定性和散热效率是必需的，以便在有限的安装空间中确保电池组的安全性。
[0041]因此，根据本发明的又一个方面，提供一种通过基于期待的输出和容量组合电池模块而制造的中型或大型电池组。
[0042]根据本发明的中型或大型电池系统可以通过基于期望的输出和容量组合电池组来制造。该中型或大型电池系统可以用作具有有限的安装空间并经受频繁振动和强的冲击的电动车辆、混合动力电动车辆、插电式混合动力电动车辆或者蓄电装置的电源。
[0043]在本发明所属的【技术领域】中这种装置的结构和制造方法是众所周知的，并且因此，其详细描述将会被省略。
[0044]有利作用
[0045]从上面的描述显然的是，根据本发明的电池模块被构造，使得两个或者更多个电连接点被设置并且在电连接点中的每一个处的电连接构件的数目小于电池模块的电连接构件的总数目。结果，在每个位置处所需的能量的量被减少，并且因此，使对单元模块的损坏最小化并且使用各种连接方法提高电池模块的效率是可能的。
【专利附图】
【附图说明】
[0046]结合附图并根据下面的详细描述，将会更清楚地理解本发明的上述和其它目的、特征和其它优点，在附图中:
[0047]图1是示出常规代表性电池模块的电连接结构的透视图；
[0048]图2是示出根据本发明的实施例的电池模块的电连接结构的透视图；[0049]图3是示出用于连接图2的电极端子和汇流条的一系列过程的典型视图；
[0050]图4是示出根据本发明的另一个实施例的电池模块的电连接结构的典型视图；并且
[0051]图5是示出根据本发明的又一个实施例的电池模块的电连接结构的典型视图。【具体实施方式】
[0052]现在，将参考附图详细地描述本发明的优选实施例。然而，应注意的是，本发明的范围不受图示的实施例限制。
[0053]图2是示出根据本发明的实施例的电池模块的电连接结构的透视图，并且图3是示出用于连接图2的电极端子和汇流条的一系列过程的典型视图。
[0054]参考这些附图，电池模块300被构造为具有在电池单元100被依次地堆叠的状态下的三个电池单元100被电连接到汇流条120的结构。在三个袋状电池单元100的电极端子被彼此电连接的状态下，所述三个袋状电池单元100的电极端子通过焊接而电连接到汇流条120。电连接点的数目是三个。
[0055]具体地，被堆叠的电池单元100的最上面的电池单元(第一电池单元)101的电极端子111被连接到与第一电池单元101相邻地堆叠的第二电池单元102的电极端子112，以形成第一电连接点200。
[0056]在偏离第一电连接点200的位置，即，与第一电连接点200隔开了预定距离的位置处，第二电池单元102的电极端子112被连接到与第二电池单元102相邻地堆叠的第三电池单元103的电极端子113，以形成第二电连接点210。
[0057]随后，在以相同的方式偏离第一电连接点200的位置处，第三电池单元103的电极端子113被连接到与第三电池单元103接触同时与第三电池单元103相邻的汇流条120，以形成第三电连接点220。
[0058]图4是示出根据本发明的另一个实施例的电池模块的电连接结构的典型视图。
[0059]结合图2参考图4，在六个电池单元100和100’的电极端子被彼此电连接的状态下，在所述六个电池单元100和100’的电极端子通过焊接而电连接到一个汇流条120的结构中，电连接点的数目是六个。
[0060]在这样的情形中，在三个电池单元100和三个电池单元100’之间的电连接点的位置依次地偏离汇流条120。
[0061]图5是示出根据本发明的又一个实施例的电池模块的电连接结构的典型视图。
[0062]参考图5，两个单元模块100A和100B分别包括三个被堆叠的电池单元101a、IOlb和IOlc和三个被堆叠的电池单元102a、102b和102c。
[0063]第一单元模块100A的电池单元101a、IOlb和IOlc的电极端子111a、Illb和Illc被连接到第二单元模块100B的最上面的电池单元102a的电极端子112a，以形成第一电连接点200a。
[0064]随后，在偏离第一电连接点200a的位置处，以上的电极端子被连接到第二单元模块100B的其它电池单元IOlb和IOlc的电极端子112b和112c，以形成第二电连接点210a，并且然后，以上的电极端子被连接到与第二单元模块100B的最下面的电池单元102c的电极端子112c接触同时与第二单元模块100B的最下面的电池单元102c的电极端子112c相邻的汇流条120，以形成第三电连接点220a。
[0065]在图5的电连接结构中，组成单元模块100A的电池单元101a、IOlb和IOlc经由如在图1中所示的一个电连接点而彼此电连接。以相同的方式实现单元模块100B的电连接。
[0066]因此，在具有上面的结构的电池模块中，基于所期望的结构在没有电连接点的重叠的情况下实现在待电连接构件当中的电连接，从而提高电池模块的制造效率。
[0067]尽管为了说明性目的已经公开了本发明的优选实施例，但本领域的技术人员将会理解，在不脱离如本发明的所附权利要求书中公开的精神和范围的情况下，各种变型、添加和替代是可能的。
【权利要求】
1.一种电池模块，所述电池模块包括彼此电连接的多个单元模块，所述单元模块以能够充电和放电的电池单元为基础，其中，所述单元模块被串联地和/或并联地彼此电连接，或者所述单元模块被串联地和/或并联地电连接到汇流条，所述电池模块具有两个或者更多个电连接点，并且在所述电连接点中的每一个处的电连接构件的数目小于所述电池模块的电连接构件的总数目。
2.根据权利要求1所述的电池模块，其中，所述单元模块中的每一个包括一个电池单元
3.根据权利要求1所述的电池模块，其中，所述单元模块中的每一个包括经由一个电连接点而彼此连接的两个或者更多个电池单元的组合。
4.根据权利要求3所述的电池模块，其中，所述单元模块中的每一个包括两个至四个电池单元。
5.根据权利要求1所述的电池模块，其中，所述电池单元中的每一个是板状电池单元，所述板状电池单元被构造为具有可容易堆叠的结构。
6.根据权利要求5所述的电池模块，其中，所述板状电池单元是: (a)袋状电池单元，所述袋状电池单元被构造为具有下述结构，即，在所述结构中，阴极/分隔物/阳极结构的电极组件被安装在由包括树脂层和金属层的层压片形成的电池壳体中，并且阴极端子和阳极端子从所述电池壳体的一侧或者相对两侧突出；或者 (b )棱柱状电池单元，所述棱柱状电池单元被构造为具有下述结构，即，在所述结构中，阴极/分隔物/阳极结构的电极组件被安装在由金属材料或者塑料材料形成的棱柱状电池壳体中，并且阴极端子和阳极端子从所述电池壳体的一侧或者相对两侧突出。
7.根据权利要求1所述的电池模块，其中，在所述单元模块的电极端子被彼此电连接的状态下，所述单元模块被电连接到所述汇流条，并且两个或者更多个电连接点被设置在所述单元模块之间和在所述单元模块和所述汇流条之间。
8.根据权利要求7所述的电池模块，其中，假定所述单元模块的数目是η个并且所述汇流条的数目是I个，则所述电连接点的数目是2至η个。
9.根据权利要求1所述的电池模块，其中，在所述电连接点处的电连接构件的数目是4个或者更少。
10.根据权利要求9所述的电池模块，其中，在所述电连接点处的电连接构件的数目是2个。
11.根据权利要求7所述的电池模块，其中，假定所述单元模块的数目是η个并且所述汇流条的数目是I个，则所述电连接点的数目是η个。
12.根据权利要求11所述的电池模块，其中，在各个电连接点中的每一个处的所述电连接构件的数目是2个，并且所述电连接点中的相邻的电连接点彼此偏离。
13.根据权利要求9所述的电池模块，其中，所述电连接点依次地彼此偏离。
14.根据权利要求7所述的电池模块，其中，所述电极端子中的每一个具有50μπι至1000 μ m的厚度。
15.根据权利要求7所述的电池模块，其中，所述电极端子中的每一个具有Icm至20cm的宽度。
16.根据权利要求1所述的电池模块，其中，通过由螺栓连接、铆接、压接、钎焊、激光焊接、超声焊接和电阻焊接组成的组中选择的一种或者多种，在所述电连接点处的电连接构件被彼此联接。
17.—种电池模块，包括彼此电连接的多个单元模块，所述单元模块以能够充电和放电的电池单元为基础，其中，所述单元模块被串联和/或并联地彼此电连接，或者所述单元模块被串联和/或并联地电连接到汇流条，所述电池模块具有两个或者更多个电连接点，彼此面对的第一电连接构件和第二电连接构件经由第一电连接点而彼此电连接，并且面对所述第一电连接构件或者所述第二电连接构件的第三电连接构件经由第二电连接点被电连接到所述第一电连接构件或者所述第二电连接构件。
18.—种电池模块的制造方法，所述电池模块被构造为具有下述结构，即，在所述结构中，在单元模块被依次地堆叠的状态下，所述单元模块被电连接到汇流条，所述制造方法包括: 在η个单元模块的电极端子被彼此电连接的状态下所述η个单元模块的电极端子被电连接到一个汇流条的结构中， (a)将被堆叠的单元模块的最上面的单元模块(第一单元模块)的电极端子连接到与所述第一单元模块相邻地堆叠的第二单元模块的电极端子，以形成第一电连接点； (b)在偏离所述第一电连接点的位置处，将所述第二单元模块的电极端子连接到与所述第二单元模块相邻地堆叠的第三单元模块的电极端子，以形成第二电连接点； (c)重复执行所述步骤(b)以使所述η个单元模块的电极端子彼此电连接，从而形成第(η-1)个电连接点；以 及 (d)在偏离所述第(η-1)个电连接点的位置处，将第η个单元模块的电极端子连接到与所述第η个单元模块接触同时与所述第η个单元模块相邻的汇流条以形成第η个电连接点。
19.一种高输出且大容量的电池组，基于输出和容量，所述电池组包括两个或更多个根据权利要求1所述的电池模块。
20.根据权利要求19所述的电池组，其中，所述电池组被用作电动车辆、混合动力电动车辆、插电式混合动力电动车辆或者蓄电装置的电源。
【文档编号】H01M2/26GK103650208SQ201280033958
【公开日】2014年3月19日 申请日期:2012年7月6日 优先权日:2011年7月13日
【发明者】金志贤 申请人:株式会社Lg 化学