设置有轨道式插口的电池模块及包括该电池模块的电池组的制作方法

1.本技术要求2020年2月13日提交的韩国专利申请2020-0017410的优先权的权益，该申请的公开内容在此通过引用全部纳入本文中。
2.本发明涉及一种具有轨道式插口的电池模块和包括该电池模块的电池组，更具体地说涉及这样一种具有轨道式插口的电池模块和包括该电池模块的电池组，该电池模块配置成使得多个电池单元使用轨道式插口彼此并联连接以构成单个电池单元组件，并且使得电池单元组件使用连接构件彼此串联连接，从而有助于降低材料成本并缩短生产时间。


背景技术：

3.随着诸如手机、笔记本电脑、摄像机和数码相机之类的移动装置的技术发展以及对其需求的增加，已在积极进行对能够充电和放电的二次电池的研究。此外，作为替代造成空气污染的化石燃料的能源，二次电池已被应用于电动车辆(ev)、混合动力电动车辆(hev)和插电式混合动力电动车辆(p-hev)，因此开发二次电池的必要性越来越大。
4.目前商品化的二次电池有镍镉电池、镍氢电池、镍锌电池和锂二次电池。其中，锂二次电池备受关注，由于与镍基二次电池相比，锂二次电池的记忆效应很小，因此锂二次电池能够自由充放电，自放电率很低，而且能量密度高。
5.同时，当用于需要大容量和高电压的装置(如电动车辆)时，以电池单元组件或具有布置多个电池单元的结构的电池组的形式使用上述二次电池。
6.图1是包括传统圆柱形电池单元的电池组的立体图，并且图2是传统圆柱形电池单元的竖直剖视图。
7.参照图1和图2，电池模块1包括：电池框架20，其开放成使得二次电池单元10的电极暴露在外面；负极连接构件30和正极连接构件40，其分别结合到形成在每个圆柱形二次电池单元10的一侧的负极端子和正极端子；以及可分离的圆柱形电池连接汇流条50，其一侧连结到负极连接构件30，另一侧连结到正极连接构件40。
8.每个圆柱形二次电池单元10均包括：电池壳体70，该电池壳体70配置成接纳果冻卷型电极组件60；以及帽组件80，该帽组件位于电池壳体70上部，并且具有这样的结构，其中顶帽81位于帽组件80的上端，并且顶帽81的下部依次层叠有配置成在高温下中断电流的通风构件82、配置成排放高压气体的安全通风口以及配置成在电池中的压力增加时中断电流的电流中断装置。
9.传统上，如上所述，许多导体用于将多个电池单元彼此串联和/或并联连接，并且使用基于塑料的绝缘框架，因为有必要使导体与电池单元的正极和负极分离。此外，为了将导体固定到绝缘框架，使用了固定粘合剂并使其硬化，从而增加了生产成本和生产时间。
10.与此相关，韩国专利申请公报2018-0129115公开了一种电池模块，其配置成使得电池框架中形成有与二次电池单元的外观相对应的多个开口，电池框架的开口开放成使得二次电池单元的电极暴露在外面，接纳在电池框架中的圆柱形二次电池单元借助负极连接构件、正极连接构件和汇流条在其行方向上彼此并联连接，并且一行行的圆柱形二次电池
单元彼此串联连接。
11.根据以上现有技术文献，使用了开放的电池框架，还使用了正极连接构件和负极连接构件。因此，即使二次电池单元具有不同的高度，二次电池和汇流条之间的紧密接触程度也会增加，据此可以减少激光焊接时的缺陷率，减少生产时间，因此可以实现大规模生产。
12.然而，在以上现有技术文献中，仍然使用了附属材料(如固定粘合剂和绝缘框架)，从而产生了高成本。此外，硬化时间长，因此制造时间仍然很长。
13.(现有技术文件)
14.(专利文献1)韩国专利申请公报2018-0129115
15.(专利文献2)韩国专利申请公报2019-0136202


技术实现要素：

16.技术问题
17.本发明是鉴于以上问题而做出的，本发明的目的是提供一种电池模块以及该电池模块的电池组，该电池模块具有能够将圆柱形电池单元彼此串联和并联连接的轨道式插口，据此能够最大限度地减少用于制造电池模块的材料的数量并缩短制造时间。
18.技术方案
19.为了实现本发明的目的，本发明提供一种电池模块，该电池模块包括多个电池单元组件，每个电池单元组件均通过两个或更多个圆柱形电池单元(100)彼此并联连接而构成，所述多个电池单元组件彼此串联连接，其中具有所述并联连接结构的每个电池单元组件均配置成使得所述两个或更多个圆柱形电池单元(100)的负极经由轨道式插口(200)彼此电连接，并且所述电池单元组件之间的所述串联连接是通过经由连接构件(300)进行所述轨道式插口(200)与构成相邻电池单元组件的电池单元(100)的正极之间的电连接而执行的。
20.在根据本发明的电池模块中，每个所述连接构件(300)均可以是由导电材料制成的导线或具有预定宽度的板。
21.在根据本发明的电池模块中，每个所述圆柱形电池单元(100)均可以包括电池壳体(110)，该电池壳体具有用作负极的下表面和侧表面以及在所述电池壳体的上表面的中心形成为以预定高度突出的正极端子(121)，并且所述侧表面的预定位置处可以形成有向内凹陷预定深度的凹陷部分(111)。
22.在根据本发明的电池模块中，所述轨道式插口(200)可以包括：具有预定宽度和长度的上部(210)，所述上部设置有多个通孔(211)；以及从所述上部(210)向下延伸的一对侧部(220)。
23.在根据本发明的电池模块中，每个所述侧部(220)均可以包括：第一延伸部分(221)，其配置成与所述电池单元(100)的所述侧表面紧密接触；以及弯曲部分(222)，其配置成在其一侧与所述第一延伸部分(221)连接的状态下安置在所述电池单元的所述凹陷部分(111)中。
24.在根据本发明的电池模块中，每个所述侧部(220)均可以包括：第一延伸部分(221)，其配置成与所述电池单元(100)的所述侧表面紧密接触；弯曲部分(222)，其配置成
在其一侧与所述第一延伸部分(221)连接的状态下安置在所述电池单元的所述凹陷部分(111)中；以及第二延伸部分(223)，其配置成在其一侧与所述弯曲部分(222)连接的状态下与所述电池单元(100)的所述侧表面紧密接触，所述第一延伸部分、所述弯曲部分和所述第二延伸部分依次设置。
25.在根据本发明的所述电池模块中，所述弯曲部分(222)的截面形状可以与每个所述电池单元(100)的所述凹陷部分(111)的截面形状相同。
26.在根据本发明的电池模块中，每个所述通孔(211)的内径可以大于顶帽(120)的外径。
27.在根据本发明的电池模块中，所述正极端子(121)可以穿过所述上部(210)中的所述通孔(211)中的相应一者延伸成突出预定高度。
28.在根据本发明的电池模块中，所述电池壳体(110)的所述上表面的边缘可以与所述轨道式插口(200)的所述上部(210)的下表面紧密接触。
29.在根据本发明的电池模块中，所述轨道式插口(200)包括镍材料，并且每个所述连接构件(300)均包括铝材料。
30.此外，本发明提供一种电池组，该电池组包括：上述的电池模块；以及电池组壳体(410)，在所述电池组壳体中形成有多个接纳孔，所述接纳孔配置成接纳所述电池壳体(110)。
31.此外，本发明提供一种包括上述的电池组的装置。
32.本发明的效果
33.在具有根据本发明的轨道式插口的电池模块和包括该电池模块的电池组中，能够使用单个轨道式插口将多个圆柱形电池单元彼此并联连接，从而能够最大限度地减少材料的使用并缩短装配时间。
34.另外，在具有根据本发明的轨道式插口的电池模块和包括该电池模块的电池组中，均具有由轨道式插口形成的并联连接结构的电池单元组件的电池单元直接连接到轨道式插口，据此能够获得具有串联连接结构的电池模块。因此，不需要绝缘体和粘合剂，从而能够降低生产成本和生产时间。
35.此外，在具有根据本发明的轨道式插口的电池模块和包括该电池模块的电池组中，轨道式插口的弯曲部分与电池单元的凹陷部分紧密接触，从而能够更稳定地支撑电池单元。
附图说明
36.图1是包括传统圆柱形电池单元的电池组的立体图。
37.图2是传统圆柱形电池单元的竖直剖视图。
38.图3是根据本发明的第一优选实施方式的电池单元的立体图。
39.图4是根据本发明的第一优选实施方式的轨道式插口的立体图。
40.图5是电池模块的立体图，在该电池模块中，根据本发明的第一优选实施方式的电池单元和轨道式插口彼此联接。
41.图6是根据本发明的第二优选实施方式的轨道式插口的立体图。
42.图7是根据本发明的第一优选实施方式的电池组的立体图。
43.图8是图7中所示的电池组的分解立体图。
具体实施方式
44.在本技术中，应当理解，术语“包含”、“具有”、“包括”等指明存在所述特征、数字、步骤、操作、元件、部件或其组合，但不排除存在或添加一个或多个其他特征、数字、步骤、操作、元件、部件或其组合。
45.此外，在整个附图中，将使用相同的附图标记来指代执行类似功能或操作的部分。在说明书中一个部分被称为与另一部分连接的情况下，不仅该部分可以直接与另一部分连接，而且该部分还可以经由其他部分间接与所述另一部分连接。此外，包括某一元件并不意味着排除其他元件，而是意味着除非另有提及，否则这些元件可以进一步包括在内。
46.下文中，将描述根据本发明的具有轨道式插口的电池模块以及包括该电池模块的电池组。
47.图3是根据本发明的第一优选实施方式的电池单元的立体图。参照图3，根据本发明的圆柱形电池单元包括：电池壳体110，其配置成接纳电极组件(未示出)，该电池壳体与电极组件的负极引线电连接；以及顶帽120，其位于电池壳体110的上部。
48.电池壳体110的侧表面上部的预定位置处形成有向内凹陷的凹陷部分111，并且轨道式插口的弯曲部分安置在凹陷部分111中。下面将描述与此相关的详细描述。
49.顶帽120由于绝缘构件(未示出)而不与电池壳体110导电，并与电极组件的正极引线电连接，由此顶帽作为正极端子。
50.在绝缘构件插设在电池壳体110和顶帽120之间的情况下，电池壳体110的上表面定位成沿顶帽120的外圆周，从而使电池壳体110和顶帽120彼此固定。优选的是，顶帽120突出于电池壳体110的上表面，更优选的是，顶帽120的中心进一步设置有向上抬高的正极端子121。这样做的原因在于，在串联和并联连接多个电池单元100方面，能够方便地安装根据本发明的轨道式插口，并进一步可靠地防止不同的电极彼此连接。
51.同时，电极组件包括电池组件和引线。电池组件可以是果冻卷型电池组件、堆叠型电池组件、堆叠折叠型电池组件、或者层压堆叠型电池组件，所述果冻卷型电池组件配置成具有其中长片型正极和长片型负极在隔膜插设在正极和负极之间的状态下卷绕的结构，所述堆叠型电池组件包括单元电池，每个单元电池均配置成具有其中矩形正极和矩形负极夹着隔膜堆叠的结构，所述堆叠折叠型电池组件配置成具有其中单元电池使用长隔膜进行卷绕的结构，所述层压堆叠型电池组件配置成具有其中单元电池夹着隔膜堆叠然后彼此附接的结构。然而，本发明并不限于此。
52.在包括正极引线和负极引线的一对引线中，正极引线直接或间接地连接到电池组件的正极并连接到顶帽，并且负极引线与电池壳体电连接。构成上述圆柱形电池单元的电极组件对应于公知的构造，因此将省略对其更详细的描述。
53.图4是根据本发明的第一优选实施方式的轨道式插口的立体图，并且图5是电池模块的立体图，在该电池模块中，根据本发明的第一优选实施方式的电池单元和轨道式插口彼此联接。
54.首先，根据本发明的轨道式插口200配置成将多个并排对准的圆柱形电池单元100彼此并联连接，以构成单个的第一电池单元组件。
55.具体而言，轨道式插口200包括上部210和侧部220。上部210可以是具有预定厚度和长度的薄平板。例如，上部210的宽度(x轴方向)可以等于或类似于电池壳体110的外径，并且上部的长度(z轴方向)可以等于或类似于要彼此并联连接的电池单元100的总长度。
56.轨道式插口200的上部210的底表面可以定位成与电池壳体110的上表面间隔预定距离。然而，为了可靠的固定和电连接，更优选的是轨道式插口的上部的底表面与电池壳体110的上表面的对应于负极端子的边缘紧密接触。
57.上部210中形成有多个通孔211，每个通孔均具有预定的内径，具体而言，具有大于顶帽120外径的内径。每个通孔211均配置成将顶帽120向外暴露，以防止当轨道式插口200安置在电池壳体110的上部时，由于上部210和顶帽120之间的接触而发生短路。
58.一对侧部220从上部210向下延伸，并配置成连接相邻定位成彼此并联的多个圆柱形电池单元100，同时固定并支撑圆柱形电池单元。
59.作为实施例，每个侧部220均可以包括：第一延伸部分221，其配置成与电池单元100的侧表面紧密接触；以及弯曲部分222，其配置成在其一侧与第一延伸部分221连接的状态下安置到电池单元100的凹陷部分111中。在这种情况下，能够牢固地固定电池单元100。
60.这里，更优选的是，每个电池单元100的凹陷部分111和弯曲部分222具有相同的外观，以防止当弯曲部分222安置在凹陷部分111中时弯曲部分和凹陷部分之间分离。
61.同时，作为负极的轨道式插口200可以包括镍材料。然而，只要该材料能够用于负极，轨道式插口的材料就没有特别限制。
62.随后，均具有由上述轨道式插口200形成的并联连接结构的第一电池单元组件彼此串联连接。
63.作为实施例，如图5中所示，六个圆柱形电池单元100可以借助单个轨道式插口200彼此连接，以构成电池单元组件，并且三个电池单元组件可以彼此串联连接。
64.将详细描述电池单元组件之间的串联连接。由导电材料制成的连接构件300位于在一个轨道式插口200的每个通孔211上方突出的顶帽120或正极端子121和与之相邻的另一个电池单元组件的轨道式插口200(更具体地说，上部210)之间，以便将电池单元组件彼此连接。
65.这里，连接构件300优选是导线或具有预定宽度的板。更优选的是，连接构件300的数量提供成与电池单元100的数量相对应，使得电池单元100的顶帽120或正极端子121可以连接到每个单独的轨道式插口200。这样做的原因是，有必要防止由于每个连接构件300的表面积减少而产生过多的电阻。
66.同时，作为正极的连接构件300可以包括铝材料。然而，只要该材料能用于正极，连接构件的材料就没有特别限制。
67.图6是根据本发明的第二个优选实施方式的轨道式插口的立体图。本发明的第二实施方式在构造上与本发明的第一实施方式相同，只是轨道式插口200的每个侧部220处进一步设置有第二延伸部分223，因此将只对第二延伸部分223进行描述。
68.根据本发明的第二实施方式的轨道式插口的每个侧部220均包括：第一延伸部分221，其配置成与电池单元100的侧表面紧密接触；弯曲部分222，其配置成在其一侧与第一延伸部分221连接的状态下安置在电池单元100的凹陷部分111中；以及第二延伸部分223，其配置成在其一侧与弯曲部分222连接的状态下与电池单元100的侧表面紧密接触。第一延
伸部分、弯曲部分和第二延伸部分依次设置。
69.在轨道式插口的每个侧部220处进一步设置有具有预定高度(y轴方向)的第二延伸部分223的情况下，能够更可靠地固定电池单元100。
70.图7是根据本发明的第一优选实施方式的电池组的立体图，并且图8是图7中所示的电池组的分解立体图。
71.根据本发明的电池组可以将具有以上构造的电池模块接纳在电池组壳体410中。
72.作为实施例，电池组壳体410中形成有配置成接纳电池壳体110的接纳孔411。因此，即使施加外部冲击，也能够抑制电池单元100移动，从而能够稳定地供电。
73.电池组可以安装在装置中。装置的具体实施例可以包括车辆、手机和笔记本电脑。这样的装置有各种复杂的功能，因此需要大量的电能。能够提供高容量和高电压的电池组被安装在装置中，以为装置供电。
74.尽管已经详细描述了本发明的具体细节，但本领域的技术人员将理解，其详细描述只公开了本发明的优选实施方式，因此不限制本发明的范围。因此，本领域的技术人员将理解，在不偏离本发明的类别和技术思想的情况下，各种变化和变型是可能的，而且显然这种变化和变型落入所附权利要求的范围内。
75.(附图标记的描述)
76.100：电池单元
77.110：电池壳体
78.111：凹陷部分
79.120：顶帽
80.121：正极端子
81.200：轨道式插口
82.210：上部
83.211：通孔
84.220：侧部
85.221：第一延伸部分222：弯曲部分
86.223：第二延伸部分
87.300：连接构件
88.400：电池组
89.410：电池组壳体
90.411：接纳孔