专利名称：电池模块以及包含该电池模块的中型或大型电池组的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种包括滑动连接结构的电池模块以及一种包括多个 电池模块的电池组。更具体而言，本发明涉及一种被构造为如下结构 的电池模块以及一种包括该电池模块的中型或大型电池组，在该结构
中，多个可^皮充电和》文电的平板状二次电池组电池(battery cell) ("电池组电池")被顺序堆叠在下板上，并且上板连接至最上面的电 池组电池，其中所述这些板在其顶部和底部和/或左侧和右侧i殳置有滑 动连接结构。
背景技术：
近来，可被充电和放电的二次电池已广泛用作无线移动设备的能 量来源。此外，二次电池作为电动车辆(EV)和混合电动车辆(HEV) 的电源，已吸引了相当大的关注，所述电动车辆(EV)和混合电动车 辆(HEV)已被开发来解决诸如由现有的使用化石燃料的汽油和柴油车 辆引起的空气污染等问题。
对于小型移动设备来说，每个设备使用一个或几个电池组电池。 另一方面，诸如车辆等中型或大型设备使用具有多个相互电连接的电 池组电池的中型或大型电池模块，因为高输出和大容量对于中型或大 型设备是必要的。
优选的是，如果可能的话，中型或大型电池模块被制造得具有小 的尺寸和重量。因此，可以高集成度地堆叠且具有小重量-容量比的棱 柱形电池或袋形电池(pouch-shaped battery)通常用作中型或大型 电池模块的电池组电池。尤其是，当前对使用铝层压板(laminate sheet )作为保护构件(sheathing member )的袋形电池产生了许多兴 趣，因为袋形电池的重量轻，袋形电池的制造成本低，袋形电池的形 状易于改变。
对于提供预定装置或设备所需的输出和容量的中型或大型电池模 块来说，中型或大型电池模块需要被构造为这样的结构，在该结构中
4多个电池组电池相互串联地电连接，并且电池组电池在^氐抗外力方面
是稳定的。
因此，当使用多个电池组电池构造中型或大型电池模块时，通常 需要多个用于在电池组电池之间进行机械连接和电连接的构件，因此， 装配机械连接和电连接构件的过程是非常复杂的。而且，需要一个空 间用于连接、焊接或锡焊所述机械连接和电连接构件，结果增加了系 统的总尺寸。从其中安装有中型或大型电池模块的装置或设备的空间 限制的角度来看，系统尺寸的增加是不可取的。而且，中型或大型电 池模块必须被构造为更加紧凑的结构，以便中型或大型电池模块被有 效地安装在诸如车辆等有限内部空间中。
另外，当构成中型或大型电池模块的电池模块中的一些异常时， 在拆卸和装配电池模块期间需要大量时间和许多步骤将异常的电池模
块更换为新的电池模块。此外，可安装附加的构件以提高工作效率； 但是，这些构件可能成为增加电池模块尺寸的因素。因此，如上所述，非常需要一种更加紧凑、结构稳定并且容易拆 卸和装配的电池才莫块组件。
发明内容
因此，作出了本发明，以解决上述问题以及其他仍须解决的技术 问题。
具体而言，本发明的目的在于，提供一种具有紧凑结构的电池模
块和一种包括该电池模块的中型或大型电池组，以该紧凑结构，电池
模块被稳定安装在诸如车辆等有限空间中，并且易于装配和拆卸，从 而提高工作效率。
根据本发明的一方面，可通过提供一种被构造为如下结构的电池 模块实现上述和其他目的，在该结构中，多个可被充电和放电的平板 状二次电池组电池("电池组电池")被顺序堆叠在下板上，并且上板 连接至最上面的电池组电池，其中所述这些板在其顶部和底部和/或左 側和右侧设置有滑动连接结构。
所述这些板没有特别限制，只要所述这些板被构造为其中单元电 池被堆叠的结构。所述这些板可被构造为具有与电池组电池的尺寸相应的容纳部的壳结构(上壳和下壳)，使得所述电池组电池易于被安 装在所述容纳部内。优选的是，所述这些壳被构造为分离的结构，在 该分离的结构中，所述这些壳分别覆盖堆叠的电池組电池的顶部和底部。
在一优选实施方案中，根据本发明的电池模块包括下矩形壳， 其包括其中电池组电池被顺序堆叠的上端容纳部；上矩形壳，其包括 用于覆盖堆叠在下壳上的电池组电池的下端容纳部；第一电路单元， 其用于将堆叠的电池组电池相互电连接，所述第一电路单元包括用于 Utk^且^ ^A^/iK ;^^|#:观寸;^纟且# (sensing board assembly);第二电路单元，其电连接至所述第一电路单元，所述第 二电路单元包括用于控制所述电池模块的整体运行的主板组件(main board assembly);以及第三电路单元，其电连接至所述第二电路单 元，所述第三电路单元连接至外部输出端子，同时防止过电流。
根据本发明的电池模块通常被构造为紧凑结构。具体而言，完整 的电池模块的宽度几乎等于或稍大于每个单元电池的宽度。所述电池 模块的长度比每个单元电池的长度大第一电路单元和第三电路单元的 宽度。所述电池模块的厚度是堆叠的单元电池的厚度、第二电路单元 的厚度以及上下壳的厚度之和。因此，根据本发明的电池模块所具有 的尺寸小于任何常规电池模块的尺寸，因此，根据本发明的电池模块 得以被有效安装在将应用根据本发明的电池模块的外部装置或设备 中。
每个单元电池没有特别限制，只要所述单元电池是可被充电和放 电的二次电池。例如，可使用锂二次电池、镍-金属氢化物(Ni-MH) 电池和镍-镉(Ni-Cd)电池作为单元电池。在这些电池中，锂二次电 池优选用作单元电池，因为锂二次电池呈现出高输出-重量比。基于其 形状，锂二次电池可被分为圆柱形电池、棱柱形电池或袋形电池。在 这些电池中，棱柱形电池或袋形电池优选用作单元电池，因为棱柱形 电池或袋形电池可以高集成度地堆叠。更优选的是，袋形电池用作单 元电池，因为袋形电池的重量非常轻。
在根据本发明的电池模块中，上壳和下壳彼此分离。因此，当根 据情况需要改变电池模块的容量和输出时，可在上壳和下壳之间添加
6或去除单元电池，因此得以实现电池模块的灵活设计。
上壳和下壳的总尺寸近似等于每个单元电池的总尺寸。因此，其 中容纳有单元电池的下壳的上端容纳部和上壳的下端容纳部与每个单
元电池的电池体的尺寸相应。
第一电路单元被安装至电池模块的与单元电池的电极端子相邻的 前部。所述第一电路单元包括用于将单元电池相互并联或串联连接的 连接端子，所述第一电路单元的检测板组件从各个单元电池接收电压 和电流信号并且检测电池的温度。电池的温度可^皮检测板组件作为电 池模块的总体温度或者各个单元电池的温度来测量。
所述连接构件的构造没有特别限制，只要单元电池被连接构件相 互并联或串联地连接。优选的是，用于当产生过电流或过热时中断电 流的安全元件连接在所述连接构件之间。所述安全元件可以是，例如，
保险丝、双金属片或正温度系数(PTC)元件。
优选的是，所述检测板組件由印制电路板(PCB)制成，并且所述 检测板组件电连接至各个单元电池。
所述单元电池经由第一电路单元电连接至第二电路单元，所述第
二电路单元被安装在所述上壳的下端容纳部。所述电池模块的运行由 第二电路单元的主板组件控制。
电连接至第二电路单元的第三电路单元被安装至与电池模块的安 装有第一电路单元的侧相对的另一侧。所述第三电路单元是电池模块 的最终元件，所述最终元件连接至一个用于控制单元电池的过充电、 过放电和过电流的外部设备。可由一个^皮包括在第三电路单元内的开 关元件对单元电池的过充电、过放电和过电流进行控制。
优选的是，所述主板组件由PCB制成。因此，所述第二电路单元 的主板组件具有足以保护所述单元电池以抗外部冲击的强度系数 (specific strength)。因此，根据情况，包括第二电路单元的安全 构件可仅被安装至上壳。
所述电池模块被构造为如下结构，在该结构中，用于控制单元电 池运行的电路单元相互连接，使得所述电路单元围绕所述电池模块。 因此，大大降低了电池模块的总尺寸。
所述第三电路单元包括一用于在电池组电池的充电和i文电过程中控制过电流的开关元件，所述第三电路单元被安装在电池模块的与电 池组电池的电极端子相对的后部。
所述开关元件串联连接至构成电池模块的单元电池，用以控制在 单元电池中流动的电流。所述开关元件连接至用于检测单元电池的电 压和/或电流来控制所述开关元件的保护电路。所述开关元件没有特别 限制，只要所述开关元件控制单元电池的过充电、过》文电和过电流。
例如，FET元件或晶体管可用作开关元件。优选的是，FET元件用作开 关元件。
所述开关元件连接至用于检测单元电池的电压和/或电流来控制 所述开关元件的控制电路。根据从控制电路输出的信号，控制所述开 关元件打开或关闭。
所述模块壳具有一滑动连接结构。所述滑动连接结构包括滑动凹 槽和相应的滑动突出物，所述滑动凹槽沿上壳的纵向方向形成在上壳 的顶部，所述滑动突出物沿下壳的纵向方向形成在下壳的底部。因此， 当沿高度方向堆叠两个或更多个电池模块时，在上电池模块的底部形 成的滑动突出物位于在下电池模块的顶部形成的相应的滑动凹槽内， 然后沿纵向方向滑动所述上电池模块，结果通过所述滑动连接结构而 无需使用附加的连接构件就实现了电池模块之间的机械连接。
所述滑动连接结构可被构造为各种构造，下面将描述所述构造的 优选实施例。
所述滑动凹槽可形成在上壳顶部的左侧和右侧，并且所述滑动突 出物可形成在下壳底部的左侧和右侧，以最大化滑动连接结构的结合 力。尤其是，所述滑动凹槽和所述滑动突出物优选被构造为线性运动 (LM)轨道和块结构。
每个滑动凹槽的前端的宽度可大于相应的滑动突出物的宽度，使 得在连接过程中允许有装配位置误差，从而提高装配效率和速度。此 外，可以相对高的高度形成每个滑动凹槽的前端，使得连接被稳定、 可靠地维持。
每个滑动凹槽在其后端设置有一止动壁(stopping wall ),该止 动壁用于在进行电池模块之间的连接的过程中，在相应的滑动突出物 完全接合在相应的滑动凹槽中之后，阻止该相应的滑动突出物进一步移动，从而实现电池模块之间在一预定位置的正确连接。
此外，所述电池才莫块壳在其前部i殳置有凹陷的把手(depressed grip)，通过所述把手易于进行电池模块的装配和拆卸。优选的是， 所述下壳在其前部设置有凹陷的把手。
根据本发明的另一方面，提供了一种具有高输出和大容量的中型 或大型电池组，所述中型或大型电池组包括多个电池模块。
根据本发明的中型或大型电池组可用于多种应用。例如，根据本 发明的中型或大型电池组可用作诸如电动自行车(E-bike)、电动摩 托车、电动车辆和混合电动车辆等车辆的电源，或者用作包括工业或 家用装置的各种应用和产品的电源。根据本发明的中型或大型电池组 被构造为紧凑结构，并且被构造为这样的结构，以该结构，易于对电 池组进行装配和拆卸以获得电池组的希望容量。因此，根据本发明的 中型或大型电池组优选用作电动车辆的充电和^L电电源。
根据下面结合附图的详细描述，可更加清楚地理解本发明的上述 和其他目的、特征以及其他优点，在所述附图中
图l和图2是分别示出根据本发明一优选实施方案的电池模块的 顶部和底部的立体图3是一个示出根据本发明所述优选实施方案的电池模块的后部 的立体图4和图5是图解沿高度方向堆叠多个电池模块的过程的典型视 图；以及
图6和图7是图解不仅沿高度方向而且沿横向方向堆叠多个电池 模块的过程的典型视图。
具体实施例方式
现在，将参照附图详细描述本发明的优选实施方案。但是，应注 意的是，本发明的范围不受所示出的实施方案限制。
图1是一般地示出根据本发明一优选实施方案的电池模块的立体图。参见图1,电池模块100包括上壳110、下壳120、多个单元电池200、第一电路单元300、第二电路单元400和第三电路单元500。所述单元电池200被堆叠在彼此分离的上壳110和下壳120之间。所述第一电路单元300位于电池模块100的前部，所述第二电路单元400位于电池模块100的底部，所述第三电路单元500位于电池模块100的后部。
由于上壳110和下壳120彼此分离，可堆叠的单元电池200的数量不受上壳110或下壳120限制。因此，通过才艮据堆叠的单元电池200的数量来修改第一电路单元300和第三电路单元500,可以容易地设计电池模块100，使得电池模块100具有希望的电容量和输出。此外，单元电池200暴露于外部，因此，可在单元电池200的充电和》文电过程中有效地实现散热。
第一电路单元300被安装至电池模块100的与单元电池200的电极端子相邻的一侧。所述第一电路单元300包括一检测板组件，所述检测板组件用于将单元电池200相互并联或串联地连接，并且检测根据本发明的各个单元电池200的电压。
单元电池200经由第一电路单元300电连接至安装在上壳110的顶部的第二电路单元400。电池才莫块100的运行由第二电路单元400的主板组件控制。
电连接至第二电路单元400的第三电路单元500被安装至与电池模块的安装有第一电路单元300的侧相对的另一侧。第三电路单元500是电池模块100的最终元件，所述最终元件连接至用于控制单元电池的过充电、过i丈电和过电流的外部设备(未示出)。对单元电池的过充电、过放电和过电流的控制，可由被包括在第三电路单元500中的开关元件(未示出)进行，所述开关元件诸如场效应晶体管(FET)。
在上壳110的顶部形成滑动凹槽111，所述滑动凹槽111在上壳110的纵向方向上沿上壳110的相对侧延伸。每个滑动凹槽111的前端112的宽度大于相应的滑动突出物(未示出)的宽度。此外，以相对高的高度形成每个滑动凹槽111的前端112，使得连接被稳定、可靠地维持。
在每个滑动凹槽111的后端形成一止动壁113，所述止动壁用于阻止相应的滑动突出物进一步移动。因此，当堆叠两个或更多个电池
模块100时，可将所述电池模块稳定地连接在正确位置。
此外，电池才莫块100在其前部的相对侧设置有凹陷的把手130,所述把手在装配和拆卸电池模块100的过程中提高工作效率。
图2是示出在图1中所示出的电池模块的底部的立体图。
参见图2，电池模块的下壳120在其底部设置有滑动突出物121,所述滑动突出物121在下壳120的纵向方向上沿下壳120的相对侧延伸。在下壳120的前部形成凹陷的把手130。所述滑动突出物121接合在形成于上壳110的顶部的相应的滑动凹槽(未示出)中，从而实现电池才莫块之间的4几械连接。
此外，电池模块100在其前部设置有各种连接器和包括开关板和散热结构的其他构件，将在下面参照图3对这些进行更加详细的描述。
图3是一个示出在图1中所示的电池模块的后部的立体图。
参见图3，开关板被构造为如下结构，在该结构中一矩形散热结构540被安装在印制电路板(PCB) 510上，同时散热结构540连接至六个FET元件550,所述FET元件是开关元件。
所述散热结构540被构造为如下结构，在该结构中FET元件550连接至散热结构540的相对侧框架，并且多个散热肋从整体连接至上述侧框架的主框架向上突出。
在所述散热结构540的左侧形成一连接器支撑部件520,所述支撑部件沿电池模块100的纵向方向延伸。在连接器支撑部件520上安装通信连接器531和电力连接器532，电池模块100通过通信连接器531和电力连接器532电连接至外部电路。
图4和图5是图解沿高度方向堆叠两个根据本发明的电池模块的过程的典型视图。
首先参见图4，滑动凹槽111形成在模块壳的顶部，使得滑动凹槽111沿模块壳的纵向方向延伸；与滑动凹槽111相应的滑动突出物(未示出)形成在模块壳的底部。因此，通过滑动凹槽111和相应的滑动突出物之间的接合，所述两个电池模块沿高度方向连接。具体而言，当沿高度方向堆叠所述电池模块时，在上电池模块110b的底部形成的滑动突出物位于在下电池模块110a的顶部形成的相应滑动凹槽内，然后将上电池模块110b沿纵向方向滑动，直至上电池模块110b
ii的滑动突出物到达下电池模块110a的止动壁113。因此，通过滑动连接结构而无需使用附加的连接构件实现了两电池模块之间的机械连接600。图5示出当沿高度方向堆叠两个电池模块时两电池模块之间的机械连接600。
图6和图7是图解不仅沿高度方向而且沿横向方向堆叠多个电池模块的过程的典型视图。
首先，如在图4和图5中所示，通过电池模块100a和100b之间的连接沿高度方向堆叠电池模块100a和100b，接下来，如在图6和图7中所示，在堆叠的电池模块组件的一侧以相同方式，通过电池模块100c和100d之间的连接沿高度方向堆叠电池模块100c和100d。电池模块100c和100d可连接至电池模块100a和100b,或者可与电池模块100a和100b紧密接触，而同时与电池模块100a和100b分开。在前一种结构中，需要在电池模块100a、 100b、 100c和100d的左侧和右侧以及顶部和底部都形成滑动凹槽和相应的滑动突出物。然而，当电池模块100a、 100b、 100c和100d在其侧面具有滑动连接结构时，需要精确的位置控制以将电池模块100a、 100b、 100c和100d连接在正确位置。因此，优选的是使用后一种结构，在该结构中电池模块100c和100d与电池才莫块100a和100b紧密接触，而同时电池才莫块100c和100d与电池才莫块100a和100b分开。
使用形成在每个电池模块的前部的相对侧的把手130，容易地对电池才莫块100a、 100b、 100c和100d进行装配和拆卸。
尽管出于说明的目的已公开了本发明的优选实施方案，但本领域普通技术人员应意识到可以做出多种修改、添加和替换，而不偏离在所附权利要求中所公开的本发明的范围和主旨。
工业适用性
如根据以上描述显而易见的，根据本发明的电池模块被构造为紧凑结构并且是结构上稳定的。此外，通过电池模块之间的滑动连接，实现电池模块之间的机械连接和电连接，结果不需要用于在电池模块之间进行机械连接和电连接的附加构件，因此，电池模块被有效安装在诸如车辆等有限内部空间中。而且，使用形成在电池模块的前部的把手，容易地对电池模块进行装配和拆卸。
权利要求
1.一种被构造为如下结构的电池模块，在该结构中，多个可被充电和放电的平板状二次电池组电池(“电池组电池”)被顺序堆叠在下板上，并且上板连接至最上面的电池组电池，其中所述这些板在其顶部和底部和/或左侧和右侧设置有滑动连接结构。
2. 根据权利要求1所述的电池模块，其中所述这些板被构造为具 有与电池组电池的尺寸相应的容纳部的壳结构(上壳和下壳)，使得所 述电池组电池易于^皮安装在所述容纳部内。
3. 根据权利要求2所述的电池模块，其中所述壳被构造为分离的 结构，在该结构中，所述壳分别覆盖堆叠的电池组电池的顶部和底部。
4. 根据权利要求3所述的电池模块，包括下矩形壳，其包括其中电池组电池被顺序堆叠的上端容纳部； 上矩形壳，其包括用于覆盖堆叠在下壳上的电池组电池的下端容 纳部；第一电路单元，其用于将堆叠的电池組电池相互电连接，所述第 一电路单元包括用于检测电池组电池的电压和/或电流的检测板组件； 第二电路单元，其电连接至所述第一电路单元，所述第二电路单元包括用于控制所述电池模块的整体运行的主板组件；以及第三电路单元，其电连接至所述第二电路单元，所述第三电路单 元连接至外部输出端子，同时防止过电流。
5. 根据权利要求4所述的电池模块，其中所述第一电路单元包括 用于将电池组电池相互并联或串联连接的连接端子，所述第一电路单 元的检测板组件从各个电池组电池接收电压和电流信号并且检测所述 电池组电池的温度，并且所述第一电路单元被安装至所述电池模块的 与电池组电池的电极端子相邻的前部。
6. 根据权利要求4所述的电池模块，其中所述第二电路单元被安 装至所述上壳。
7. 根据权利要求4所述的电池模块，其中所述第三电路单元包括 一开关元件，所述开关元件用于控制在电池组电池的充电和放电过程 中的过电流，所述第三电路单元被安装在所述电池模块的与电池组电池的电极端子相对的后部。
8. 根据权利要求4所述的电池模块，其中所述滑动连接结构包括 滑动凹槽和相应的滑动突出物，所述滑动凹槽沿所述上壳的纵向方向 形成在所述上壳的顶部，所述滑动突出物沿所述下壳的纵向方向形成在所述下壳的底部。
9. 根据权利要求8所述的电池模块，其中所述滑动凹槽形成在所 述上壳的顶部的左侧和右侧，所述滑动突出物形成在所述下壳的底部 的左侧和右侧。
10. 根据权利要求9所述的电池模块，其中所述滑动凹槽和所述 滑动突出物被构造为线性运动(LM)轨道和块结构。
11. 根据权利要求9所述的电池模块，其中每个滑动凹槽的前端 的宽度大于相应的滑动突出物的宽度，使得在连接过程中允许有装配 位置误差。
12. 根据权利要求9所述的电池模块，其中以相对高的高度形成 每个滑动凹槽的前端，使得连接被稳定、可靠地维持。
13. 根据权利要求9所述的电池模块，其中每个滑动凹槽在其后 端设置有一止动壁，该止动壁用于阻止相应的滑动突出物进一步移动。
14. 根据权利要求4所述的电池模块，其中所述下壳在其前部设 置有凹陷的把手。
15. —种具有高输出和大容量的中型或大型电池组，其包括多个 根据权利要求1 ~ 14中任一权利要求的电池模块。1
16. 根据权利要求15所述的电池组，其中所述电池组用作电动车 辆或混合电动车辆的充电和放电电源。
17. 根据权利要求16所述的电池组，其中所述电池组用作电动车 辆的充电和^:电电源。
全文摘要
在此公开了一种被构造为如下结构的电池模块以及一种包括多个电池模块的中型或大型电池组，在该结构中，多个可被充电和放电的平板状二次电池组电池(“电池组电池”)被顺序堆叠在下板上，并且上板连接至最上面的电池组电池，其中所述这些板在其顶部和底部和/或左侧和右侧设置有滑动连接结构，并且所述电池模块在其前部设置有把手。
文档编号H01M2/10GK101517780SQ200780034490
公开日2009年8月26日 申请日期2007年9月6日 优先权日2006年9月18日
发明者河真雄, 申溶植, 金智浩 申请人:株式会社Lg化学