电池组的制作方法
专利名称：电池组的制作方法
技术领域：
本发明的一个或多个实施例涉及电池组。
背景技术：
与一次电池不同，二次电池(例如可再充电电池)可以被充电和放电。根据所应用的外部设备的类型，二次电池可以为单个电池，或者可以使用被联接以形成单个电池模块的多个二次电池。铅蓄电池可以是用于起动发动机(例如，车辆的发动机)的电源。近来，已越来越多地使用用于提高燃料效率的怠速启停(idle stop & go) (ISG)系统。不管输出特性怎样，也不管用于支持对无负载操作进行限制的ISG系统的电源频繁起动，电源的放电特性都应当随时间被维持，并且应当确保电源的长寿命。然而，由于由典型铅蓄电池供电的发动机在ISG系统下被重复停止和起动，因此铅蓄电池的充电和放电特性可能劣化，并且铅蓄电池可能不会长时间可用。
发明内容
本发明的一个或多个实施例包括一种电池组，该电池组的充电和放电特性不会引起该电池组的过度劣化，并且确保了该电池组的相对长的寿命。本发明的一个或多个实施例包括一种适合用作怠速启停(ISG)系统的电源供应器的电池组。根据本发明的一个或多个实施例，一种电池组包括:第一端子和第二端子；电连接在所述第一端子和所述第二端子之间的电池单元，所述电池单元被配置为接收充电电力，并且被配置为输出放电电力；以及电联接在所述第一端子和所述电池单元之间的电力变换器，所述电力变换器被配置为控制至所述电池单元的所述充电电力，以防止所述电池单元的过充电，其中所述第一端子和所述第二端子被配置为电联接至发电模块和起动电动机。所述电力变换器可以为直流-直流(DC-DC)变换器，所述直流-直流变换器被配置为将所述充电电力变换为具有与所述电池单元相对应的充电电压。所述电力变换器可以包括开关元件，所述开关元件被配置为对应于所述电池单元的状态通过脉宽调制进行控制。所述电力变换器可以包括至少一个二极管。所述起动电动机可以被配置为接收所述放电电力，并且提供用于起动一发动机的起动电力。所述发电模块可以被配置为在所述发动机的操作期间将机械能变换成电能，并且可以被配置为向所述第一端子和所述第二端子供应所述充电电力。所述电池组可以进一步包括在所述第一端子和所述电池单元之间并联电联接至所述电力变换器的第一限流器，并且所述第一限流器可以被配置为限制所述充电电力。
所述第一限流器可以位于将所述电力变换器旁路的放电路径上。所述第一限流器可以包括多个二极管，以降低电压降。所述电池组可以进一步包括电联接至所述电力变换器的第二限流器，并且所述第二限流器可以被配置为限制所述充电电力。所述第二限流器可以包括电阻器件。所述电池单元可以包括串联电联接的第一电池模块、第二电池模块和第三电池模块。所述电池组可以进一步包括汇流条，所述汇流条包括:第一汇流条，用于将所述第一电池模块的第一电极彼此电联接；第二汇流条，用于将所述第一电池模块的第二电极和所述第二电池模块的第一电极彼此电联接；第三汇流条，用于将所述第二电池模块的第二电极和所述第三电池模块的第一电极彼此电联接；以及第四汇流条，用于将所述第三电池模块的第二电极彼此电联接。所述电池组可以进一步包括延伸到所述电池组的盖的外部的连接端子。所述连接端子可以包括:电联接至所述第一汇流条的第一连接端子；电联接至所述第二汇流条的第二连接端子；电联接至所述第三汇流条的第三连接端子；以及电联接至所述第四汇流条的第四连接端子。所述第一电池模块、所述第二电池模块和所述第三电池模块中的每个电池模块可以包括:多个单电池；限制器，被配置为环绕该电池模块的所述多个单电池的第一端部和该电池模块的所述多个单电池的两个侧表面；以及端板，被配置为在该电池模块的所述多个单电池的第二端部处联接至所述限制器。所述端板可以包括位于所述端板的两个侧表面上的具有翼形的法兰部分，并且所述法兰部分可以被配置为通过联接构件联接至所述限制器的对应侧表面。所述电池组可以进一步包括:基架；和位于所述基架上的位置对准单元，所述位置对准单元与所述第一电池模块、所述第二电池模块和所述第三电池模块中的一个相对应。所述位置对准单元可以被配置为以所述第一电池模块、所述第二电池模块和所述第三电池模块中的相邻电池模块之间的隔离间隙使所述相邻电池模块彼此隔离。所述电力变换器可以包括双向变换器，所述双向变换器进一步被配置为将所述放电电力变换为具有与所述第一端子相对应的放电电压，并且将来自所述第一端子的所述充电电力变换为具有与所述电池单元相对应的充电电压。根据本发明的一个或多个实施例，充电和放电特性可以几乎不会使电池组的组件劣化，电池组的输出特性可以被维持，并且电池的相对长的寿命可以被维持。因此，电池组可以适合用作用于起动怠速启停(ISG)系统下的发动机的电源供应器。具体来说，根据本发明的一个或多个实施例，电池组根据输入/输出规范被设计，以满足起动电动机或其它电组件所需的电压电平，或者起动传统发电模块的发动机，因此电池组可以代替在传统电力系统中使用的传统铅蓄电池。
图1为根据本发明实施例的电池组的示意图2为根据本发明另一实施例的电池组的示意图；图3为根据本发明另一实施例的电池组的示意图；图4至图6为根据本发明其它实施例的电池组的示意图；图7为根据本发明另一实施例的电池组的分解透视图；图8为图7所示实施例的电池单元的分解透视图；图9示出图8所示实施例的第一电池模块；并且图10和图11为用于示出根据本发明实施例的、通过评估在使用电池组时发动机起动之前和之后的充电特性而获得的实验结果的图。
具体实施例方式下文中，将参照附图关于本发明的示例性实施例描述本发明实施例的电池组。图1为根据本发明实施例的电池组100的示意图，并且示出联接至外围设备的电池组100。电池组100联接至第一端子Pl和第二端子P2，并且包括位于第一端子Pl和第二端子P2之间用于接收充电电力并用于输出放电电力的电池单元105。电池组100可以经由第一端子Pl和第二端子P2并联电联接至发电模块210和起动电动机220。电池组100可以接收并存储由发电模块210产生的充电电力，并且可以向起动电动机220供应放电电力。例如，发电模块210可以电力联接至发动机(未示出)，并且可以联接至发动机的操作轴以将旋转力/旋转能变换成可以输出的电能。在此情形下，从发电模块210产生的充电电力可以通过电池组100的第一端子Pl和第二端子P2存储在电池单元105中。例如，发电模块210可以包括直流(DC)发电机、交流(AC)发电机和/或整流器等，并且可以产生大约15V的DC电压，例如大约14.6V到大约14.8V的DC电压。例如，起动电动机220可以在发动机起动时操作，并且可以提供用于旋转发动机的旋转轴的初始旋转力。例如，起动电动机220可以通过电池组100的第一端子Pl和第二端子P2接收所存储的电力，并且可以在发动机初始起动时或者在怠速停止之后发动机再次起动时旋转发动机的旋转轴。起动电动机220可以在发动机起动时操作。在被起动电动机220起动的发动机的操作期间，发电模块210可以被驱动以产生充电电力。例如，电池组100可以充当用于起动具有提高燃料效率的ISG功能的ISG系统的发动机的电源。由于ISG系统的发动机被重复停止和起动，因此电池组100被重复充电和放电。由于应用于典型ISG系统的铅蓄电池被重复充电和放电，因此铅蓄电池的使用寿命可能缩短，并且铅蓄电池的充电和放电特性可能劣化。例如，由于铅蓄电池被重复充电和放电，因此发动机的起动能力可能劣化，并且铅蓄电池可能被频繁更换或替换。例如，由于电池单元105可以包括具有维持相对恒定并且几乎不会(例如，不会显著地)随时间而劣化(例如，在与铅蓄电池比较时)的充电和放电特性的锂离子电池，因此充电单元105可以适合应用于其发动机被重复停止和起动的ISG系统。本实施例的电池单元105在与具有相同放电能力的铅蓄电池比较时，可以具有较低的重量和提高的燃料效率。另外，本实施例的电池单元105可以具有比传统铅蓄电池更小的体积，从而减小装载空间。然而，本实施例的电池单元105不限于锂离子电池，并且可以是例如镍金属氢化物电池(NiMH)等。电负载230可以与发电模块210和起动电动机220 —起联接至电池组100。电负载230可以消耗存储在电池组100中的电力，可以通过第一端子Pl和第二端子P2接收所存储的放电电力，并且可以包括各种电组件。电池组100可以包括用于将发电模块210供应的充电电力变换为具有适合于电池单元105的(例如电池单元105所需要的)电压电平的电力变换器151。进一步，例如，电力变换器151可以位于第一端子Pl和电池单元105之间的充电路径中，并且可以将第一端子Pl的电压变换成适合(或者合适)于电池单元105的电压电平(例如，适合于电池单元105或电池单元105所需要的额定充电电压)。贯穿此说明书，电池单元105的电压(例如，预定电压)、适合于电池单元105的(例如电池单元105所需的)电压电平和/或电池单元105所设置的电压(例如，预定电压)可以指电池单元105的额定充电电压。在本实施例中，电力变换器151可以是例如电压变换器、电力链接单元(powerlinking unit)或开关元件(例如，参见图4和图5)。电力变换器151也可以被具体实现为降压(buck)型变换器，并且可以包括例如电感器、电容器、二极管和/或开关器件
坐寸ο例如，当从发电模块210输出的DC电压电平为从大约14.6V到大约14.8V时，并且当电池单元105的DC额定充电电压为大约12.6V时，电力变换器151可以将在大约14.6V和大约14.8V之间的DC电压DC-DC变换成大约12.6V的DC电压，并且可以向电池单元105供应变换后的电力。从发电模块210输出的电压带通过电力变换器151被变换成适合(或合适)于电池单兀105 (例如,适合于电池单兀105的规范)的电压电平，因此传统的发电模块可以被使用，而无需重新设计。通过将电池单元105的电压设置为12.6V，可以满足适合(或合适)于起动电动机220或电负载230的电压范围(例如，大约12V)。电池单元105可以包括串联或并联联接的多个单电池(未示出)，并且可以通过组合串联连接和并联连接而调节额定充电电压和充电容量。例如，电池单元105可以通过串联和/或并联联接多个单电池而被设置为具有12.6V的电压。如以下所述，电池单元105可以被配置为使得各自具有4.2V电压的三个电池模块(例如，图8的三个独立模块Ml、M2和M3)串联联接，因此电池单元105可以被设置为具有12.6V的电压。尽管在此说明书中电池模块被串联联接，但这些模块可以并联和/或串联电连接。电池单兀105的额定充电电压可以被设置为低于从发电模块210输出的电压电平，即第一端子Pl的电压。这是因为电池单元105完全由从发电模块210输出的充电电力充电，并且大约100%的充电容量被使用。例如，当电池单元105通过串联联接具有4.2V电压的四个电池模块而被设置为具有16.8V的电压时，由于16.8V的电压高于从发电模块210输出的15V电压，因此仅可以使用电池单元105的大约50%的充电容量。如上所述，当四个电池模块被串联联接时，电池单元105的充电效率可能降低。另外，由于电池的数量增加，因此制造成本可能增加，并且使用电池的车辆的燃料效率可能由于电池的高重量而降低。因此，根据本发明实施例的产品可以通过串联联接三个电池模块而被制造。电池组100可以进一步包括在第一端子Pl和电池单元105之间并联联接至电力变换器151的第一限流器153。第一限流器153可以(例如，通过阻止充电电力使用放电电力的路径)阻止或限制供应至电池单元105的充电电力。另外，电池单元105的放电电力可以从电力变换器151旁路以向起动电动机220和/或电负载230供应放电电力。第一限流器153可以包括允许从电池单元105供应的放电电力具有正向并且允许待存储到电池单元105中的充电电力具有反向的二极管。例如，第一限流器153可以包括彼此并联联接的多个二极管，从而降低放电电力经过第一限流器153时的电压降。图2示出根据本发明另一实施例的电池组100’的示意性结构。如图2所示，第二限流器152可以串联联接在第一端子Pl和电池单元105之间。更详细地说，第二限流器152可以联接在电力变换器151和电池单元105之间。第二限流器152可以将供应至电池单元105的充电电流限制为等于或小于给定的水平(例如，预定的水平)。如果过多的充电电流量瞬间流向电池单元105或电力变换器151，则电池单元105或电力变换器151可能发生故障，或者电力变换器151的保护器件(未示出)可能操作从而可能停止充电操作。例如，第二限流器152可以包括电阻器件。根据本发明的另一实施例，第二限流器152可以将充电电流维持在恒定的水平(例如，基本恒定的水平)，以通过使用恒流充电方法给电池单元105充电。图3示出根据本发明另一实施例的电池组100’的示意性结构。如图3所示，双向变换器150可以联接在第一端子Pl和电池单元105之间。双向变换器150可以将施加给电池单兀105的充电电压(例如,第一端子Pl处的电压)DC-DC变换成适合(或合适)于电池单兀105的电压电平。另一方面，双向变换器150可以将从电池单兀105输出的放电电力DC-DC变换为第一端子Pl的电压。根据本实施例，充电电力和放电电力均可以通过双向变换器150进行变换。然而，双向变换器150可以被配置为使得充电路径和放电路径可以通过例如开关器件等的内部电路而彼此分离。图4示出根据本发明另一实施例的电池组101的示意性结构。如图4所示，充电开关单元154可以串联联接在第一端子Pl和电池单元105之间。充电开关单元154可以打开和闭合电池单元105的充电路径。例如，充电开关单元154可以包括功率开关，例如双极结型晶体管(BJT)、金属氧化物半导体场效应晶体管(M0SFET)、绝缘栅型双极晶体管(IGBT)、继电器或开/关装置等。充电开关单元154可以基于电池单元105的电压或者例如荷电状态(SOC)的电荷状态而操作，并且可以根据具有交替的导通/断开段的脉宽调制(PWM)控制信号而打开或闭合充电路径。充入电池单元105的充电电力可以根据电池单元105的电荷状态通过适应性地控制占空比，例如施加至充电开关单元154的PWM控制信号的每个周期的“导通”段的比率，而被实时控制。例如，随着电池单元105的电荷水平增加，PWM控制信号的占空比持续降低。最后，当电池单元105达到完全充电状态时，例如当电池单元105的电压达到基准电压或最大电压(例如，预定的最大电压)时，充电开关单元154可以被关断，以防止电池单元105被过充电,并且保护电池单元105。例如，随着电池单元105的电荷水平增加，施加至充电开关单元154的PWM控制信号的占空比持续降低，并且最后接近零(0)，因此充电开关单元154可以维持在断开状态。充电电力可以根据电池单元105的电荷水平而逐渐降低，因此可以防止在关断充电开关单元154时短暂出现的电力流的不连续改变(例如，纹波电压或纹波电流)。相应地，可以保护电池组101内部的各种电组件。
图4的电池组101可以进一步包括控制器159，控制器159可以通过监控电池单元105的电压或电池单元105的诸如SOC的电荷状态，通过产生其占空比根据监控结果被调节的PWM控制信号，并且通过输出P丽控制信号，来控制电池单元105的充电操作。在图4中，可以通过使用具有相对简单的结构并且不使用分离的电力变换器的充电开关单元154，并通过根据电池单元105的电荷状态适应性控制充电电力，而防止电池单元105被过充电。另外，可以通过从电池单元105的充电路径中省略电力变换器，对电池单元105快速充电，而不受诸如电力变换器的电荷延迟之类的行为特性的影响。并联联接至充电开关单元154的第一限流器153可以位于第一端子Pl和电池单元105之间。第一限流器153可以阻止或限制待存储到电池单元105中的充电电力。另外，电池单元105的放电电力可以从充电开关单元154旁路以向起动电动机220和/或电负载230供应放电电力。第一限流器153可以包括允许从电池单元105供应的放电电力具有正向，并且允许待存储到电池单元105中的充电电力具有反向的二极管。例如，第一限流器153可以包括彼此并联联接的多个二极管，从而降低放电电力经过第一限流器153时的电压降。图5示出根据本发明另一实施例的电池组101’的示意性结构。如图5所示，第三限流器156可以联接在第一端子Pl和电池单元105之间。更详细地说，第三限流器156可以串联联接在第一端子Pl和充电开关单元154之间。第三限流器156可以阻止或限制从电池单元105供应的放电电力经过电池单元105的充电路径，并且可以允许待存储到电池单元105中的充电电力通过电池单元105的充电路径。第三限流器156可以包括允许待存储到电池单元105中的充电电力具有正向，并且允许从电池单元105供应的放电电力具有反向的二极管。图6示出根据本发明另一实施例的电池组102的示意性结构。如图6所示，电池组102可以包括彼此并联联接在第一端子Pl和电池单元105之间的第四限流器157和第五限流器158。第四限流器157和第五限流器158可以分别限制电池单元105的放电路径和充电路径上的电流的方向。根据本发明的其它实施例，第五限流器158也可以是电力变换器。第四限流器157可以将待存储到电池单元105中的充电电力阻止或限制在电池单元105的放电路径之外。另外，电池单元105的放电电力可以从第五限流器158旁路，从而经过第四限流器157，以向起动电动机220和/或电负载230供应放电电力。第四限流器157可以包括允许从电池单元105供应的放电电力具有第一方向(例如正向)，并且允许待存储到电池单元105中的充电电力具有第二方向(例如反向)的二极管。例如，第四限流器157可以包括彼此并联联接的多个二极管，从而降低放电电力经过第四限流器157时的电压降。第五限流器158可以将从电池单元105供应的放电电力阻止或限制在电池单元105的充电路径之外。另外，待存储到电池单元105中的充电电力可以从第四限流器157旁路，并且可以经过第五限流器158以供应至电池单元105。第五限流器158可以包括允许待存储到电池单元105中的充电电力具有第一方向(例如正向)，并且允许从电池单元105供应的放电电力具有第二方向(例如反向)的二极管。第五限流器158可以包括彼此串联联接的多个二极管。因此，二极管可以降低充电电力经过第五限流器158时的电压降，并且可以将从发电模块210施加的电压变换成适合(例如,合适)于电池单兀105的电压电平。例如，当第五限流器158包括彼此串联联接的多个二极管时，适合数量的二极管可以彼此串联联接，以便使电压下降的量几乎等于从发电模块210施加的电压(例如，大约DC14.6V至大约DC 14.8V)与适合于电池单元105的电压(例如，大约DC 12.6V)之间的电压差。在图6中，可以通过使用具有相对简单结构的二极管引入电压降，而不在充电路径上使用电力变换器，来减小电池单元105被过充电的可能性。通过从电池单元105的充电路径中省略开关器件，可以防止可能由于开关器件的导通和断开状态之间的切换而出现的电力流的不连续改变(例如，纹波电压或纹波电流)，从而保护电池组102内部的各种电组件，并且延长电池组102的寿命。图7为根据本发明另一实施例的电池组100的分解透视图。如图7所示，电池组100可以包括用于执行充电和放电操作的电池单元105，以及用于安置电池单元105并形成外观的电池外壳190。本实施例的电池单元105包括成排布置的多个单电池110，和用于串联和/或并联联接各单电池110的汇流条120。汇流条120可以延伸过各单电池110，并且可以联接至各单电池110的第一电极111或第二电极112。举例来说，单电池110可以各自具有诸如锂离子电池之类的二次电池，并且还可以具有例如近似矩形的形状。例如，电池单元105可以包括在布置单电池110的方向(例如，图7的x轴方向)上布置的多个分离电池模块Ml、M2和M3。电池模块Ml、M2和M3可以各自包括并联联接的单电池110。另外，通过串联联接多个(例如预定数量的)电池模块Ml、M2和M3，电池单元105的电压可以获得适合的电平(例如需要的电平)。例如，电池单元105可以包括各自具有
4.2V电压的三个电池模块Ml、M2和M3。电池模块Ml、M2和M3可以串联联接，因此电池单元105的电压可以获得大约12.6V。电池模块M1、M2和M3可以通过插入基架130上的位置对准单元131中、安装在位置对准单元131上或与位置对准单元131对准来装配。基架130可以支撑电池模块M1、M2和M3，并且可以限定电池模块Ml、M2和M3的装配位置。基架130可以允许电池模块Ml、M2和M3彼此联接以构成组合模块。基架130还可以用作用于耗散在电池模块M1、M2和M3的各单电池110的充电和放电期间产生的热量的耗散板。关于电池模块Ml、M2和M3的装配位置，电池模块M1、M2和M3可以以各电池模块之间的隔离间隙“g”被装配且彼此隔开。也就是说，电池模块M1、M2和M3可以在布置单电池110的方向(例如，图7的x轴方向)上以隔离间隙“g”被装配且彼此隔开。另外，隔离间隙“g”可以(例如，通过降低或防止电池模块Ml、M2和M3之中的热传导和/或热累积)防止电池模块Ml、M2和M3彼此发生热干扰。基架130的位置对准单元131可以各自形成为具有凹槽形状。电池模块M1、M2和M3的相应单元(例如，相应的突出部)125a可以分别插入各位置对准单元131中。如后面所描述的，电池模块M1、M2和M3可以包括用于分别环绕单电池110阵列的限制器125。限制器125的侧部可以向下突出以形成相应单元125a。用于安置电池单兀105的电池外壳190可以包括用于安置电池单兀105的壳体191以及盖构件192。用于安置电池单元105的壳体191的上部开口可以被盖构件192覆盖，从而形成与外部环境隔绝的电池单元105的密封空间。提供与外围设备的电接触点的第一端子Pl和第二端子P2形成在电池外壳190上。例如，第一端子Pl和第二端子P2可以穿过盖构件192而形成，并且可以电联接至电池单元105。如参照图1所描述的，发电模块210、起动电动机220和电负载230等可以联接至第一端子Pl和第二端子P2作为电池组100的外围设备。第一端子Pl和第二端子P2可以通过电力变换器151或第一限流器153电联接至电池单兀105,电力变换器151或第一限流器153可以在向上的方向(例如，图7的z轴方向)上位于电池单元105上。例如，通过第一端子Pl和第二端子P2供应的充电电力可以通过电力变换器151供应至电池单兀105。从电池单兀105输出的放电电力可以通过第一限流器153以及第一端子Pl和第二端子P2向外供应。电力变换器151和第一限流器153可以位于电池单元105上，并且可以安置在用于容纳电池单元105的电池外壳190的剩余(或空余)空间中。安全器件155可以位于电池单元105上。例如，安全器件155可以在发生诸如例如过热或过量电流等故障期间限制或阻止充电和放电电流。安全器件155可以包括例如正温度系数(PTC)器件、保险丝或电流阻止器件等。连接端子180可以位于电池单元105上。连接端子180可以电联接至电池模块Ml、M2和M3中每个电池模块的两端，以测量电池模块M1、M2和M3中每个电池模块的电压，或者可以联接至外部充电器(未示出)以直接向电池模块Ml、M2和M3供应充电电力。连接端子180可以包括用于测量第一电池模块Ml两端之间的第一电压、第二电池模块M2两端之间的第二电压以及第三电池模块M3两端之间的第三电压的四个连接端子180a、180b、180c和180d，即第一连接端子180a、第二连接端子180b、第三连接端子180c和第四连接端子180d。连接端子180可以形成为通过形成在电池外壳190中(例如，盖构件192中)的通孔192’而暴露于电池外壳190外部。图8详细示出图7所示实施例的电池单元105。如图8所示，电池单元105可以包括通过汇流条120电联接的电池模块M1、M2和M3，汇流条可以具有包括并联和/或串联连接的连接结构。例如，电池单元105可以包括串联联接的三个电池模块M1、M2和M3。在此情形下，电池模块Ml、M2和M3可以各自包括分别并联联接的五个单电池110。然而，根据本实施例，构成电池模块Ml、M2和M3的单电池110的数量不限于上述示例。例如，可以使用三个或更多个单电池110。汇流条120可以串联和/或并联联接单电池110。汇流条120可以在布置单电池110的方向(例如图8的X轴方向)上延伸过单电池110的上部，以将电池模块M1、M2和M3中各单电池110的第一电极111和第二电极112中的相应电极彼此电联接。例如，第一电极111和第二电极112可以通过联接孔120’插入/插过汇流条120，并且汇流条120可以通过联接至第一电极111和第二电极112的螺杆部分的第一连接部分121固定至第一电极111和第二电极112。单电池110中的每个单电池可以包括彼此具有相反极性的第一电极111和第二电极112。第一电极111和第二电极112可以提供用于抽出存储在单电池110中的放电电力的电连接，或者可以接收外部供应的充电电力。尽管在图中未示出，但各单电池110可以容纳具有包括正电极板和负电极板的堆叠结构的电极组件，其中正电极板和负电极板分别联接至第一电极111和第二电极112，并且其中隔板介入正电极板和负电极板之间，或者各单电池110可以容纳具有通过以胶卷形的形式卷绕隔板以及正电极板和负电极板所获得的辊形的电极组件，其中正电极板和负电极板分别联接至第一电极111和第二电极112。各单电池110可以被布置为使得构成电池模块(例如，Ml和M2，或者M2和M3)的单电池110的相邻组可以具有相对的模式或者被翻转(例如，在图8的y轴方向上翻转)的模式。例如，构成第一电池模块Ml的一组单电池110和构成第二电池模块M2的另一组单电池110可以具有翻转(例如，在y轴方向上翻转)的模式。因此，第一电池模块Ml的第一电极111和第二电极112以及第二电池模块M2的第一电极111和第二电极112可以形成在翻转(例如，在y轴方向上翻转)的位置处。换句话说，第一电池模块Ml的第一电极111和第二电池模块M2的第二电极112可以位于右侧，而第一电池模块Ml的第二电极112和第二电池模块Ml的第一电极111可以位于左侧，如图8所示。同样，构成第二电池模块M2的一组单电池110和构成第三电池模块M3的另一组单电池110可以被布置为具有翻转(例如，在y轴方向上翻转)的模式。另外，第二电池模块M2的第一电极111和第二电极112以及第三电池模块M3的第一电极111和第二电极112可以形成在翻转(例如，在y轴方向上翻转)的位置处。换句话说，第三电池模块M3的第一电极111和第二电池模块M2的第二电极112可以位于右侧，如图8所示。电池模块Ml、M2和M3的单电池110的相邻组可以被布置为具有翻转(例如，在y轴方向上翻转)的模式，使得电池模块M1、M2和M3的相邻组可以通过沿一个方向延伸的汇流条120 (例如汇流条120的位于电池模块Ml、M2和/或M3的单侧，例如左侧或右侧的对应部分)而串联联接。汇流条120可以包括多个汇流条120a、120b、120c和120d，用于串联和/并联联接第一至第三电池模块M1、M2和M3。更详细地说，汇流条120可以包括延伸过第一电池模块Ml的第一电极111的第一汇流条120a、延伸过第一电池模块Ml的第二电极112和第二电池模块M2的第一电极111的第二汇流条120b (因而第一汇流条120a和第二汇流条120b将第一电池模块Ml的单电池110并联联接，而将第一电池模块Ml和第二电池模块M2串联联接)、延伸过第二电池模块M2的第二电极112和第三电池模块M3的第一电极111的第三汇流条120c、以及延伸过第三电池模块M3的第二电极112的第四汇流条120d。例如，第二汇流条120b可以将第一电池模块Ml的第二电极112并联联接，并且可以将第二电池模块M2的第一电极111并联联接。而且，第二汇流条120b可以将第一电池模块Ml和第二电池模块M2串联联接。类似地，第三汇流条120c可以将第二电池模块M2的第二电极112并联联接，并且可以将第三电池模块M3的第一电极111并联联接。而且，第三汇流条120c可以将第二电池模块M2和第三电池模块M3串联联接。第一汇流条120a和第四汇流条120d可以具有整个电池单元105两端之间的电势。用于充电电力和放电电力的布线(未示出)可以联接至第一汇流条120a和第四汇流条120d的第一连接部分121。第一连接部分121可以形成为孔。具有O型环的布线端子(未示出)可以通过联接构件(未示出)联接至具有孔状的第一连接部分121。第二连接部分122形成在第一至第四汇流条120a、120b、120c和120d的每个汇流条中。用于联接第一至第四连接端子180a、180b、180c和180d (参见图7)的布线(未示出)可以联接至第二连接部分122。第二连接部分122可以形成为具有孔状。具有O型形状的布线端子(未示出)可以通过联接构件(未示出)联接至具有孔状的第二连接部分122。
如参照图7所描述的，第一至第四连接端子180a、180b、180c和180d可以分别测量电池模块M1、M2和M3中每个电池模块的电压，或者直接向电池模块M1、M2和M3中的每个电池模块供应充电电力。例如，第一至第四连接端子180a、180b、180c和180d可以通过第一至第四汇流条120a、120b、120c和120d的第二连接部分122电联接至第一至第四汇流条120a、120b、120c和120d。例如，为了测量第二电池模块M2的电压，可以测量第二汇流条120b和第三汇流条120c之间的电压，该电压与第二电池模块M2两端之间的电势相对应，或者为了独立对第二电池模块M2充电，可以通过第二汇流条120b和第三汇流条120c供应充电电力。图9详细示出根据本发明实施例的图8所示实施例的第一电池模块Ml。为了参考，参照图9描述的技术特征可以应用于第二电池模块M2和第三电池模块M3以及第一电池模块Ml。如图9所示，第一电池模块Ml可以包括限制器125和联接至限制器125的端板126，限制器125和端板126被配置为环绕布置成一排的单电池110。限制器125可以形成为与布置成一排的单电池110的沿布置单电池110的方向(例如图9的X轴方向)的一个端部和两个侧表面相邻，或者部分环绕这一个端部和两个侧表面。另外，端板126与单电池110的沿该方向(例如，X轴方向)的另一端部相邻，并且端板126可以联接至限制器125。因此，布置成一排的该组单电池110的四个表面可以受限制器125和端板126约束，从而有效地防止单电池110的膨胀。限制器125可以具有矩形边缘形状的结构，该结构具有容纳布置成一排的单电池110的两个侧表面和一个端部的开口。端板126可以放置在布置成一排的单电池110的另一端部处。端板126的具有翼形的法兰部分126a可以形成在端板126的两个侧表面上。在法兰部分126a和限制器125的侧表面彼此重叠时，端板126的法兰部分126a可以通过联接构件127联接至限制器125的侧表面。图10和图11为示出根据本发明实施例的、通过评估在使用电池组100时发动机起动之前和之后的充电特性而获得的实验结果的图。在图10的发动机起动测试中，电池单元105的电流(组电流)、电池单元105的电压(组电压)和单电池110的电压(单电池电压)在发动机起动时被测量11次。无论发动机何时起动，电池单元105的电流(组电流)，即放电电流，都立即供应至起动电动机220，以呈现具有脉冲形状的波形。电池单元105的电压立即降低。在发动机起动之后，充电电力通过发电模块210供应，使得电池单元105的电压被恢复。随着时间流逝，电池单元105的电压逐渐降低。这是因为在发动机起动之后，发电模块210停止并且电池单元105放电，以允许执行图11的充电测试。在图11的充电测试中，当荷电状态(SOC)从50%到100%完全充电时，测量电池单元105的电流(组电流)、电池单元105的电压(组电压)和单电池110的电压(单电池电压)。关于电池单元105的电流(组电流)，确认在恒定的充电电流被供应时电流可以被完全充电，并且可以获得与50%的SOC至100%的SOC相对应的时间。在充电测试中，为了评估充电特性，在故意将电池单元105放电至50%的SOC时执行充电测试。在一般发动机的起动期间，在发动机起动之后，随着发电模块210被操作，电池单元105可以被快速充电。虽然已参照本发明的示例性实施例具体示出并描述了本发明的实施例，但本领域普通技术人员将理解，可以在形式和细节方面对本发明的实施例做出各种改变，而不背离所附权利要求及其等同物所限定的本发明的精神和范围。一些附图标记的说明100、100，、100，，、101、101，、102:电池组110:单电池111:单电池的第一电极112:单电极的第二电极120:汇流条120a至120d:第一至第四汇流条120’:联接孔105:电池单元121:第一连接部分 122:第二连接部分125:限制器125a:相应单元126:端板126a:法兰部分150:双向变换器151:电力变换器152:第二限流器153:第一限流器
155:安全器件180:连接端子180a至180d:第一至第四连接端子190:电池外壳191:壳体192:盖构件Ml:第一电池模块M2:第二电池模块M3:第三电池模块g:隔离间隙
权利要求
1.一种电池组包括: 第一端子和第二端子； 电连接在所述第一端子和所述第二端子之间的电池单元，所述电池单元被配置为接收充电电力，并且被配置为输出放电电力；以及 电联接在所述第一端子和所述电池单元之间的电力变换器，所述电力变换器被配置为控制至所述电池单元的所述充电电力，以防止所述电池单元的过充电， 其中所述第一端子和所述第二端子被配置为电联接至发电模块和起动电动机。
2.根据权利要求1所述的电池组，其中所述电力变换器为直流-直流变换器，所述直流-直流变换器被配置为将所述充电电力变换为具有与所述电池单元相对应的充电电压。
3.根据权利要求1所述的电池组，其中所述电力变换器包括开关元件，所述开关元件被配置为对应于所述电池单元的状态通过脉宽调制进行控制。
4.根据权利要求1所述的电池组，其中所述电力变换器包括至少一个二极管。
5.根据权利要求1所述的电池组，其中所述起动电动机被配置为接收所述放电电力，并且提供用于起动一发动机的起动电力。
6.根据权利要求5所述的电池组，其中所述发电模块被配置为在所述发动机的操作期间将机械能变换成电能，并且被配置为向所述第一端子和所述第二端子供应充电电力。
7.根据权利要求1所述的电池组，进一步包括在所述第一端子和所述电池单元之间并联电联接至所述电力变换器的第一限流器，所述第一限流器被配置为限制所述充电电力。
8.根据权利要求7所述的电 池组，其中所述第一限流器位于将所述电力变换器旁路的放电路径上。
9.根据权利要求7所述的电池组，其中所述第一限流器包括多个二极管，以降低电压降。
10.根据权利要求7所述的电池组，进一步包括电联接至所述电力变换器的第二限流器，所述第二限流器被配置为限制所述充电电力。
11.根据权利要求10所述的电池组，其中所述第二限流器包括电阻器件。
12.根据权利要求1所述的电池组，其中所述电池单元包括串联电联接的第一电池模块、第二电池模块和第三电池模块。
13.根据权利要求12所述的电池组，进一步包括汇流条，所述汇流条包括: 第一汇流条，用于将所述第一电池模块的第一电极彼此电联接； 第二汇流条，用于将所述第一电池模块的第二电极和所述第二电池模块的第一电极彼此电联接； 第三汇流条，用于将所述第二电池模块的第二电极和所述第三电池模块的第一电极彼此电联接；以及 第四汇流条，用于将所述第三电池模块的第二电极彼此电联接。
14.根据权利要求13所述的电池组，进一步包括延伸到所述电池组的盖的外部的连接端子。
15.根据权利要求14所述的电池组，其中所述连接端子包括: 电联接至所述第一汇流条的第一连接端子； 电联接至所述第二汇流条的第二连接端子；电联接至所述第三汇流条的第三连接端子；以及 电联接至所述第四汇流条的第四连接端子。
16.根据权利要求12所述的电池组，其中所述第一电池模块、所述第二电池模块和所述第三电池模块中的每个电池模块包括: 多个单电池； 限制器，被配置为环绕该电池模块的所述多个单电池的第一端部和该电池模块的所述多个单电池的两个侧表面；以及 端板，被配置为在该电池模块的所述多个单电池的第二端部处联接至所述限制器。
17.根据权利要求16所述的电池组，其中所述端板包括位于所述端板的两个侧表面上的具有翼形的法兰部分，所述法兰部分被配置为通过联接构件联接至所述限制器的对应侧表面。
18.根据权利要求12所述的电池组，进一步包括: 基架；和 位于所述基架上的位置对准单元，所述位置对准单元与所述第一电池模块、所述第二电池模块和所述第三电池模块中的一个相对应。
19.根据权利要求18所述的电池组，其中所述位置对准单元被配置为以所述第一电池模块、所述第二电池模块和所述第三电池模块中的相邻电池模块之间的隔离间隙使所述相邻电池模块彼此隔离。
20.根据权利要求1所述的电池组，其中所述电力变换器包括双向变换器，所述双向变换器进一步被配置为将所述放电电力变换为具有与所述第一端子相对应的放电电压，并且将来自所述第一端子的所述充电电力变换为具有与所述电池单元相对应的充电电压。
全文摘要
一种电池组包括第一端子和第二端子；电连接在所述第一端子和所述第二端子之间的电池单元，所述电池单元被配置为接收充电电力，并且被配置为输出放电电力；以及电联接在所述第一端子和所述电池单元之间的电力变换器，所述电力变换器被配置为将所述充电电力变换为具有与所述电池单元相对应的充电电压，其中所述第一端子和所述第二端子被配置为电联接至发电模块和起动电动机。
文档编号H01M2/20GK103165946SQ201210459289
公开日2013年6月19日 申请日期2012年11月15日 优先权日2011年12月16日
发明者朱利亚 申请人:三星Sdi株式会社
技术领域：
本发明的一个或多个实施例涉及电池组。
背景技术：
与一次电池不同，二次电池(例如可再充电电池)可以被充电和放电。根据所应用的外部设备的类型，二次电池可以为单个电池，或者可以使用被联接以形成单个电池模块的多个二次电池。铅蓄电池可以是用于起动发动机(例如，车辆的发动机)的电源。近来，已越来越多地使用用于提高燃料效率的怠速启停(idle stop & go) (ISG)系统。不管输出特性怎样，也不管用于支持对无负载操作进行限制的ISG系统的电源频繁起动，电源的放电特性都应当随时间被维持，并且应当确保电源的长寿命。然而，由于由典型铅蓄电池供电的发动机在ISG系统下被重复停止和起动，因此铅蓄电池的充电和放电特性可能劣化，并且铅蓄电池可能不会长时间可用。
发明内容
本发明的一个或多个实施例包括一种电池组，该电池组的充电和放电特性不会引起该电池组的过度劣化，并且确保了该电池组的相对长的寿命。本发明的一个或多个实施例包括一种适合用作怠速启停(ISG)系统的电源供应器的电池组。根据本发明的一个或多个实施例，一种电池组包括:第一端子和第二端子；电连接在所述第一端子和所述第二端子之间的电池单元，所述电池单元被配置为接收充电电力，并且被配置为输出放电电力；以及电联接在所述第一端子和所述电池单元之间的电力变换器，所述电力变换器被配置为控制至所述电池单元的所述充电电力，以防止所述电池单元的过充电，其中所述第一端子和所述第二端子被配置为电联接至发电模块和起动电动机。所述电力变换器可以为直流-直流(DC-DC)变换器，所述直流-直流变换器被配置为将所述充电电力变换为具有与所述电池单元相对应的充电电压。所述电力变换器可以包括开关元件，所述开关元件被配置为对应于所述电池单元的状态通过脉宽调制进行控制。所述电力变换器可以包括至少一个二极管。所述起动电动机可以被配置为接收所述放电电力，并且提供用于起动一发动机的起动电力。所述发电模块可以被配置为在所述发动机的操作期间将机械能变换成电能，并且可以被配置为向所述第一端子和所述第二端子供应所述充电电力。所述电池组可以进一步包括在所述第一端子和所述电池单元之间并联电联接至所述电力变换器的第一限流器，并且所述第一限流器可以被配置为限制所述充电电力。
所述第一限流器可以位于将所述电力变换器旁路的放电路径上。所述第一限流器可以包括多个二极管，以降低电压降。所述电池组可以进一步包括电联接至所述电力变换器的第二限流器，并且所述第二限流器可以被配置为限制所述充电电力。所述第二限流器可以包括电阻器件。所述电池单元可以包括串联电联接的第一电池模块、第二电池模块和第三电池模块。所述电池组可以进一步包括汇流条，所述汇流条包括:第一汇流条，用于将所述第一电池模块的第一电极彼此电联接；第二汇流条，用于将所述第一电池模块的第二电极和所述第二电池模块的第一电极彼此电联接；第三汇流条，用于将所述第二电池模块的第二电极和所述第三电池模块的第一电极彼此电联接；以及第四汇流条，用于将所述第三电池模块的第二电极彼此电联接。所述电池组可以进一步包括延伸到所述电池组的盖的外部的连接端子。所述连接端子可以包括:电联接至所述第一汇流条的第一连接端子；电联接至所述第二汇流条的第二连接端子；电联接至所述第三汇流条的第三连接端子；以及电联接至所述第四汇流条的第四连接端子。所述第一电池模块、所述第二电池模块和所述第三电池模块中的每个电池模块可以包括:多个单电池；限制器，被配置为环绕该电池模块的所述多个单电池的第一端部和该电池模块的所述多个单电池的两个侧表面；以及端板，被配置为在该电池模块的所述多个单电池的第二端部处联接至所述限制器。所述端板可以包括位于所述端板的两个侧表面上的具有翼形的法兰部分，并且所述法兰部分可以被配置为通过联接构件联接至所述限制器的对应侧表面。所述电池组可以进一步包括:基架；和位于所述基架上的位置对准单元，所述位置对准单元与所述第一电池模块、所述第二电池模块和所述第三电池模块中的一个相对应。所述位置对准单元可以被配置为以所述第一电池模块、所述第二电池模块和所述第三电池模块中的相邻电池模块之间的隔离间隙使所述相邻电池模块彼此隔离。所述电力变换器可以包括双向变换器，所述双向变换器进一步被配置为将所述放电电力变换为具有与所述第一端子相对应的放电电压，并且将来自所述第一端子的所述充电电力变换为具有与所述电池单元相对应的充电电压。根据本发明的一个或多个实施例，充电和放电特性可以几乎不会使电池组的组件劣化，电池组的输出特性可以被维持，并且电池的相对长的寿命可以被维持。因此，电池组可以适合用作用于起动怠速启停(ISG)系统下的发动机的电源供应器。具体来说，根据本发明的一个或多个实施例，电池组根据输入/输出规范被设计，以满足起动电动机或其它电组件所需的电压电平，或者起动传统发电模块的发动机，因此电池组可以代替在传统电力系统中使用的传统铅蓄电池。
图1为根据本发明实施例的电池组的示意图2为根据本发明另一实施例的电池组的示意图；图3为根据本发明另一实施例的电池组的示意图；图4至图6为根据本发明其它实施例的电池组的示意图；图7为根据本发明另一实施例的电池组的分解透视图；图8为图7所示实施例的电池单元的分解透视图；图9示出图8所示实施例的第一电池模块；并且图10和图11为用于示出根据本发明实施例的、通过评估在使用电池组时发动机起动之前和之后的充电特性而获得的实验结果的图。
具体实施例方式下文中，将参照附图关于本发明的示例性实施例描述本发明实施例的电池组。图1为根据本发明实施例的电池组100的示意图，并且示出联接至外围设备的电池组100。电池组100联接至第一端子Pl和第二端子P2，并且包括位于第一端子Pl和第二端子P2之间用于接收充电电力并用于输出放电电力的电池单元105。电池组100可以经由第一端子Pl和第二端子P2并联电联接至发电模块210和起动电动机220。电池组100可以接收并存储由发电模块210产生的充电电力，并且可以向起动电动机220供应放电电力。例如，发电模块210可以电力联接至发动机(未示出)，并且可以联接至发动机的操作轴以将旋转力/旋转能变换成可以输出的电能。在此情形下，从发电模块210产生的充电电力可以通过电池组100的第一端子Pl和第二端子P2存储在电池单元105中。例如，发电模块210可以包括直流(DC)发电机、交流(AC)发电机和/或整流器等，并且可以产生大约15V的DC电压，例如大约14.6V到大约14.8V的DC电压。例如，起动电动机220可以在发动机起动时操作，并且可以提供用于旋转发动机的旋转轴的初始旋转力。例如，起动电动机220可以通过电池组100的第一端子Pl和第二端子P2接收所存储的电力，并且可以在发动机初始起动时或者在怠速停止之后发动机再次起动时旋转发动机的旋转轴。起动电动机220可以在发动机起动时操作。在被起动电动机220起动的发动机的操作期间，发电模块210可以被驱动以产生充电电力。例如，电池组100可以充当用于起动具有提高燃料效率的ISG功能的ISG系统的发动机的电源。由于ISG系统的发动机被重复停止和起动，因此电池组100被重复充电和放电。由于应用于典型ISG系统的铅蓄电池被重复充电和放电，因此铅蓄电池的使用寿命可能缩短，并且铅蓄电池的充电和放电特性可能劣化。例如，由于铅蓄电池被重复充电和放电，因此发动机的起动能力可能劣化，并且铅蓄电池可能被频繁更换或替换。例如，由于电池单元105可以包括具有维持相对恒定并且几乎不会(例如，不会显著地)随时间而劣化(例如，在与铅蓄电池比较时)的充电和放电特性的锂离子电池，因此充电单元105可以适合应用于其发动机被重复停止和起动的ISG系统。本实施例的电池单元105在与具有相同放电能力的铅蓄电池比较时，可以具有较低的重量和提高的燃料效率。另外，本实施例的电池单元105可以具有比传统铅蓄电池更小的体积，从而减小装载空间。然而，本实施例的电池单元105不限于锂离子电池，并且可以是例如镍金属氢化物电池(NiMH)等。电负载230可以与发电模块210和起动电动机220 —起联接至电池组100。电负载230可以消耗存储在电池组100中的电力，可以通过第一端子Pl和第二端子P2接收所存储的放电电力，并且可以包括各种电组件。电池组100可以包括用于将发电模块210供应的充电电力变换为具有适合于电池单元105的(例如电池单元105所需要的)电压电平的电力变换器151。进一步，例如，电力变换器151可以位于第一端子Pl和电池单元105之间的充电路径中，并且可以将第一端子Pl的电压变换成适合(或者合适)于电池单元105的电压电平(例如，适合于电池单元105或电池单元105所需要的额定充电电压)。贯穿此说明书，电池单元105的电压(例如，预定电压)、适合于电池单元105的(例如电池单元105所需的)电压电平和/或电池单元105所设置的电压(例如，预定电压)可以指电池单元105的额定充电电压。在本实施例中，电力变换器151可以是例如电压变换器、电力链接单元(powerlinking unit)或开关元件(例如，参见图4和图5)。电力变换器151也可以被具体实现为降压(buck)型变换器，并且可以包括例如电感器、电容器、二极管和/或开关器件
坐寸ο例如，当从发电模块210输出的DC电压电平为从大约14.6V到大约14.8V时，并且当电池单元105的DC额定充电电压为大约12.6V时，电力变换器151可以将在大约14.6V和大约14.8V之间的DC电压DC-DC变换成大约12.6V的DC电压，并且可以向电池单元105供应变换后的电力。从发电模块210输出的电压带通过电力变换器151被变换成适合(或合适)于电池单兀105 (例如,适合于电池单兀105的规范)的电压电平，因此传统的发电模块可以被使用，而无需重新设计。通过将电池单元105的电压设置为12.6V，可以满足适合(或合适)于起动电动机220或电负载230的电压范围(例如，大约12V)。电池单元105可以包括串联或并联联接的多个单电池(未示出)，并且可以通过组合串联连接和并联连接而调节额定充电电压和充电容量。例如，电池单元105可以通过串联和/或并联联接多个单电池而被设置为具有12.6V的电压。如以下所述，电池单元105可以被配置为使得各自具有4.2V电压的三个电池模块(例如，图8的三个独立模块Ml、M2和M3)串联联接，因此电池单元105可以被设置为具有12.6V的电压。尽管在此说明书中电池模块被串联联接，但这些模块可以并联和/或串联电连接。电池单兀105的额定充电电压可以被设置为低于从发电模块210输出的电压电平，即第一端子Pl的电压。这是因为电池单元105完全由从发电模块210输出的充电电力充电，并且大约100%的充电容量被使用。例如，当电池单元105通过串联联接具有4.2V电压的四个电池模块而被设置为具有16.8V的电压时，由于16.8V的电压高于从发电模块210输出的15V电压，因此仅可以使用电池单元105的大约50%的充电容量。如上所述，当四个电池模块被串联联接时，电池单元105的充电效率可能降低。另外，由于电池的数量增加，因此制造成本可能增加，并且使用电池的车辆的燃料效率可能由于电池的高重量而降低。因此，根据本发明实施例的产品可以通过串联联接三个电池模块而被制造。电池组100可以进一步包括在第一端子Pl和电池单元105之间并联联接至电力变换器151的第一限流器153。第一限流器153可以(例如，通过阻止充电电力使用放电电力的路径)阻止或限制供应至电池单元105的充电电力。另外，电池单元105的放电电力可以从电力变换器151旁路以向起动电动机220和/或电负载230供应放电电力。第一限流器153可以包括允许从电池单元105供应的放电电力具有正向并且允许待存储到电池单元105中的充电电力具有反向的二极管。例如，第一限流器153可以包括彼此并联联接的多个二极管，从而降低放电电力经过第一限流器153时的电压降。图2示出根据本发明另一实施例的电池组100’的示意性结构。如图2所示，第二限流器152可以串联联接在第一端子Pl和电池单元105之间。更详细地说，第二限流器152可以联接在电力变换器151和电池单元105之间。第二限流器152可以将供应至电池单元105的充电电流限制为等于或小于给定的水平(例如，预定的水平)。如果过多的充电电流量瞬间流向电池单元105或电力变换器151，则电池单元105或电力变换器151可能发生故障，或者电力变换器151的保护器件(未示出)可能操作从而可能停止充电操作。例如，第二限流器152可以包括电阻器件。根据本发明的另一实施例，第二限流器152可以将充电电流维持在恒定的水平(例如，基本恒定的水平)，以通过使用恒流充电方法给电池单元105充电。图3示出根据本发明另一实施例的电池组100’的示意性结构。如图3所示，双向变换器150可以联接在第一端子Pl和电池单元105之间。双向变换器150可以将施加给电池单兀105的充电电压(例如,第一端子Pl处的电压)DC-DC变换成适合(或合适)于电池单兀105的电压电平。另一方面，双向变换器150可以将从电池单兀105输出的放电电力DC-DC变换为第一端子Pl的电压。根据本实施例，充电电力和放电电力均可以通过双向变换器150进行变换。然而，双向变换器150可以被配置为使得充电路径和放电路径可以通过例如开关器件等的内部电路而彼此分离。图4示出根据本发明另一实施例的电池组101的示意性结构。如图4所示，充电开关单元154可以串联联接在第一端子Pl和电池单元105之间。充电开关单元154可以打开和闭合电池单元105的充电路径。例如，充电开关单元154可以包括功率开关，例如双极结型晶体管(BJT)、金属氧化物半导体场效应晶体管(M0SFET)、绝缘栅型双极晶体管(IGBT)、继电器或开/关装置等。充电开关单元154可以基于电池单元105的电压或者例如荷电状态(SOC)的电荷状态而操作，并且可以根据具有交替的导通/断开段的脉宽调制(PWM)控制信号而打开或闭合充电路径。充入电池单元105的充电电力可以根据电池单元105的电荷状态通过适应性地控制占空比，例如施加至充电开关单元154的PWM控制信号的每个周期的“导通”段的比率，而被实时控制。例如，随着电池单元105的电荷水平增加，PWM控制信号的占空比持续降低。最后，当电池单元105达到完全充电状态时，例如当电池单元105的电压达到基准电压或最大电压(例如，预定的最大电压)时，充电开关单元154可以被关断，以防止电池单元105被过充电,并且保护电池单元105。例如，随着电池单元105的电荷水平增加，施加至充电开关单元154的PWM控制信号的占空比持续降低，并且最后接近零(0)，因此充电开关单元154可以维持在断开状态。充电电力可以根据电池单元105的电荷水平而逐渐降低，因此可以防止在关断充电开关单元154时短暂出现的电力流的不连续改变(例如，纹波电压或纹波电流)。相应地，可以保护电池组101内部的各种电组件。
图4的电池组101可以进一步包括控制器159，控制器159可以通过监控电池单元105的电压或电池单元105的诸如SOC的电荷状态，通过产生其占空比根据监控结果被调节的PWM控制信号，并且通过输出P丽控制信号，来控制电池单元105的充电操作。在图4中，可以通过使用具有相对简单的结构并且不使用分离的电力变换器的充电开关单元154，并通过根据电池单元105的电荷状态适应性控制充电电力，而防止电池单元105被过充电。另外，可以通过从电池单元105的充电路径中省略电力变换器，对电池单元105快速充电，而不受诸如电力变换器的电荷延迟之类的行为特性的影响。并联联接至充电开关单元154的第一限流器153可以位于第一端子Pl和电池单元105之间。第一限流器153可以阻止或限制待存储到电池单元105中的充电电力。另外，电池单元105的放电电力可以从充电开关单元154旁路以向起动电动机220和/或电负载230供应放电电力。第一限流器153可以包括允许从电池单元105供应的放电电力具有正向，并且允许待存储到电池单元105中的充电电力具有反向的二极管。例如，第一限流器153可以包括彼此并联联接的多个二极管，从而降低放电电力经过第一限流器153时的电压降。图5示出根据本发明另一实施例的电池组101’的示意性结构。如图5所示，第三限流器156可以联接在第一端子Pl和电池单元105之间。更详细地说，第三限流器156可以串联联接在第一端子Pl和充电开关单元154之间。第三限流器156可以阻止或限制从电池单元105供应的放电电力经过电池单元105的充电路径，并且可以允许待存储到电池单元105中的充电电力通过电池单元105的充电路径。第三限流器156可以包括允许待存储到电池单元105中的充电电力具有正向，并且允许从电池单元105供应的放电电力具有反向的二极管。图6示出根据本发明另一实施例的电池组102的示意性结构。如图6所示，电池组102可以包括彼此并联联接在第一端子Pl和电池单元105之间的第四限流器157和第五限流器158。第四限流器157和第五限流器158可以分别限制电池单元105的放电路径和充电路径上的电流的方向。根据本发明的其它实施例，第五限流器158也可以是电力变换器。第四限流器157可以将待存储到电池单元105中的充电电力阻止或限制在电池单元105的放电路径之外。另外，电池单元105的放电电力可以从第五限流器158旁路，从而经过第四限流器157，以向起动电动机220和/或电负载230供应放电电力。第四限流器157可以包括允许从电池单元105供应的放电电力具有第一方向(例如正向)，并且允许待存储到电池单元105中的充电电力具有第二方向(例如反向)的二极管。例如，第四限流器157可以包括彼此并联联接的多个二极管，从而降低放电电力经过第四限流器157时的电压降。第五限流器158可以将从电池单元105供应的放电电力阻止或限制在电池单元105的充电路径之外。另外，待存储到电池单元105中的充电电力可以从第四限流器157旁路，并且可以经过第五限流器158以供应至电池单元105。第五限流器158可以包括允许待存储到电池单元105中的充电电力具有第一方向(例如正向)，并且允许从电池单元105供应的放电电力具有第二方向(例如反向)的二极管。第五限流器158可以包括彼此串联联接的多个二极管。因此，二极管可以降低充电电力经过第五限流器158时的电压降，并且可以将从发电模块210施加的电压变换成适合(例如,合适)于电池单兀105的电压电平。例如，当第五限流器158包括彼此串联联接的多个二极管时，适合数量的二极管可以彼此串联联接，以便使电压下降的量几乎等于从发电模块210施加的电压(例如，大约DC14.6V至大约DC 14.8V)与适合于电池单元105的电压(例如，大约DC 12.6V)之间的电压差。在图6中，可以通过使用具有相对简单结构的二极管引入电压降，而不在充电路径上使用电力变换器，来减小电池单元105被过充电的可能性。通过从电池单元105的充电路径中省略开关器件，可以防止可能由于开关器件的导通和断开状态之间的切换而出现的电力流的不连续改变(例如，纹波电压或纹波电流)，从而保护电池组102内部的各种电组件，并且延长电池组102的寿命。图7为根据本发明另一实施例的电池组100的分解透视图。如图7所示，电池组100可以包括用于执行充电和放电操作的电池单元105，以及用于安置电池单元105并形成外观的电池外壳190。本实施例的电池单元105包括成排布置的多个单电池110，和用于串联和/或并联联接各单电池110的汇流条120。汇流条120可以延伸过各单电池110，并且可以联接至各单电池110的第一电极111或第二电极112。举例来说，单电池110可以各自具有诸如锂离子电池之类的二次电池，并且还可以具有例如近似矩形的形状。例如，电池单元105可以包括在布置单电池110的方向(例如，图7的x轴方向)上布置的多个分离电池模块Ml、M2和M3。电池模块Ml、M2和M3可以各自包括并联联接的单电池110。另外，通过串联联接多个(例如预定数量的)电池模块Ml、M2和M3，电池单元105的电压可以获得适合的电平(例如需要的电平)。例如，电池单元105可以包括各自具有
4.2V电压的三个电池模块Ml、M2和M3。电池模块Ml、M2和M3可以串联联接，因此电池单元105的电压可以获得大约12.6V。电池模块M1、M2和M3可以通过插入基架130上的位置对准单元131中、安装在位置对准单元131上或与位置对准单元131对准来装配。基架130可以支撑电池模块M1、M2和M3，并且可以限定电池模块Ml、M2和M3的装配位置。基架130可以允许电池模块Ml、M2和M3彼此联接以构成组合模块。基架130还可以用作用于耗散在电池模块M1、M2和M3的各单电池110的充电和放电期间产生的热量的耗散板。关于电池模块Ml、M2和M3的装配位置，电池模块M1、M2和M3可以以各电池模块之间的隔离间隙“g”被装配且彼此隔开。也就是说，电池模块M1、M2和M3可以在布置单电池110的方向(例如，图7的x轴方向)上以隔离间隙“g”被装配且彼此隔开。另外，隔离间隙“g”可以(例如，通过降低或防止电池模块Ml、M2和M3之中的热传导和/或热累积)防止电池模块Ml、M2和M3彼此发生热干扰。基架130的位置对准单元131可以各自形成为具有凹槽形状。电池模块M1、M2和M3的相应单元(例如，相应的突出部)125a可以分别插入各位置对准单元131中。如后面所描述的，电池模块M1、M2和M3可以包括用于分别环绕单电池110阵列的限制器125。限制器125的侧部可以向下突出以形成相应单元125a。用于安置电池单兀105的电池外壳190可以包括用于安置电池单兀105的壳体191以及盖构件192。用于安置电池单元105的壳体191的上部开口可以被盖构件192覆盖，从而形成与外部环境隔绝的电池单元105的密封空间。提供与外围设备的电接触点的第一端子Pl和第二端子P2形成在电池外壳190上。例如，第一端子Pl和第二端子P2可以穿过盖构件192而形成，并且可以电联接至电池单元105。如参照图1所描述的，发电模块210、起动电动机220和电负载230等可以联接至第一端子Pl和第二端子P2作为电池组100的外围设备。第一端子Pl和第二端子P2可以通过电力变换器151或第一限流器153电联接至电池单兀105,电力变换器151或第一限流器153可以在向上的方向(例如，图7的z轴方向)上位于电池单元105上。例如，通过第一端子Pl和第二端子P2供应的充电电力可以通过电力变换器151供应至电池单兀105。从电池单兀105输出的放电电力可以通过第一限流器153以及第一端子Pl和第二端子P2向外供应。电力变换器151和第一限流器153可以位于电池单元105上，并且可以安置在用于容纳电池单元105的电池外壳190的剩余(或空余)空间中。安全器件155可以位于电池单元105上。例如，安全器件155可以在发生诸如例如过热或过量电流等故障期间限制或阻止充电和放电电流。安全器件155可以包括例如正温度系数(PTC)器件、保险丝或电流阻止器件等。连接端子180可以位于电池单元105上。连接端子180可以电联接至电池模块Ml、M2和M3中每个电池模块的两端，以测量电池模块M1、M2和M3中每个电池模块的电压，或者可以联接至外部充电器(未示出)以直接向电池模块Ml、M2和M3供应充电电力。连接端子180可以包括用于测量第一电池模块Ml两端之间的第一电压、第二电池模块M2两端之间的第二电压以及第三电池模块M3两端之间的第三电压的四个连接端子180a、180b、180c和180d，即第一连接端子180a、第二连接端子180b、第三连接端子180c和第四连接端子180d。连接端子180可以形成为通过形成在电池外壳190中(例如，盖构件192中)的通孔192’而暴露于电池外壳190外部。图8详细示出图7所示实施例的电池单元105。如图8所示，电池单元105可以包括通过汇流条120电联接的电池模块M1、M2和M3，汇流条可以具有包括并联和/或串联连接的连接结构。例如，电池单元105可以包括串联联接的三个电池模块M1、M2和M3。在此情形下，电池模块Ml、M2和M3可以各自包括分别并联联接的五个单电池110。然而，根据本实施例，构成电池模块Ml、M2和M3的单电池110的数量不限于上述示例。例如，可以使用三个或更多个单电池110。汇流条120可以串联和/或并联联接单电池110。汇流条120可以在布置单电池110的方向(例如图8的X轴方向)上延伸过单电池110的上部，以将电池模块M1、M2和M3中各单电池110的第一电极111和第二电极112中的相应电极彼此电联接。例如，第一电极111和第二电极112可以通过联接孔120’插入/插过汇流条120，并且汇流条120可以通过联接至第一电极111和第二电极112的螺杆部分的第一连接部分121固定至第一电极111和第二电极112。单电池110中的每个单电池可以包括彼此具有相反极性的第一电极111和第二电极112。第一电极111和第二电极112可以提供用于抽出存储在单电池110中的放电电力的电连接，或者可以接收外部供应的充电电力。尽管在图中未示出，但各单电池110可以容纳具有包括正电极板和负电极板的堆叠结构的电极组件，其中正电极板和负电极板分别联接至第一电极111和第二电极112，并且其中隔板介入正电极板和负电极板之间，或者各单电池110可以容纳具有通过以胶卷形的形式卷绕隔板以及正电极板和负电极板所获得的辊形的电极组件，其中正电极板和负电极板分别联接至第一电极111和第二电极112。各单电池110可以被布置为使得构成电池模块(例如，Ml和M2，或者M2和M3)的单电池110的相邻组可以具有相对的模式或者被翻转(例如，在图8的y轴方向上翻转)的模式。例如，构成第一电池模块Ml的一组单电池110和构成第二电池模块M2的另一组单电池110可以具有翻转(例如，在y轴方向上翻转)的模式。因此，第一电池模块Ml的第一电极111和第二电极112以及第二电池模块M2的第一电极111和第二电极112可以形成在翻转(例如，在y轴方向上翻转)的位置处。换句话说，第一电池模块Ml的第一电极111和第二电池模块M2的第二电极112可以位于右侧，而第一电池模块Ml的第二电极112和第二电池模块Ml的第一电极111可以位于左侧，如图8所示。同样，构成第二电池模块M2的一组单电池110和构成第三电池模块M3的另一组单电池110可以被布置为具有翻转(例如，在y轴方向上翻转)的模式。另外，第二电池模块M2的第一电极111和第二电极112以及第三电池模块M3的第一电极111和第二电极112可以形成在翻转(例如，在y轴方向上翻转)的位置处。换句话说，第三电池模块M3的第一电极111和第二电池模块M2的第二电极112可以位于右侧，如图8所示。电池模块Ml、M2和M3的单电池110的相邻组可以被布置为具有翻转(例如，在y轴方向上翻转)的模式，使得电池模块M1、M2和M3的相邻组可以通过沿一个方向延伸的汇流条120 (例如汇流条120的位于电池模块Ml、M2和/或M3的单侧，例如左侧或右侧的对应部分)而串联联接。汇流条120可以包括多个汇流条120a、120b、120c和120d，用于串联和/并联联接第一至第三电池模块M1、M2和M3。更详细地说，汇流条120可以包括延伸过第一电池模块Ml的第一电极111的第一汇流条120a、延伸过第一电池模块Ml的第二电极112和第二电池模块M2的第一电极111的第二汇流条120b (因而第一汇流条120a和第二汇流条120b将第一电池模块Ml的单电池110并联联接，而将第一电池模块Ml和第二电池模块M2串联联接)、延伸过第二电池模块M2的第二电极112和第三电池模块M3的第一电极111的第三汇流条120c、以及延伸过第三电池模块M3的第二电极112的第四汇流条120d。例如，第二汇流条120b可以将第一电池模块Ml的第二电极112并联联接，并且可以将第二电池模块M2的第一电极111并联联接。而且，第二汇流条120b可以将第一电池模块Ml和第二电池模块M2串联联接。类似地，第三汇流条120c可以将第二电池模块M2的第二电极112并联联接，并且可以将第三电池模块M3的第一电极111并联联接。而且，第三汇流条120c可以将第二电池模块M2和第三电池模块M3串联联接。第一汇流条120a和第四汇流条120d可以具有整个电池单元105两端之间的电势。用于充电电力和放电电力的布线(未示出)可以联接至第一汇流条120a和第四汇流条120d的第一连接部分121。第一连接部分121可以形成为孔。具有O型环的布线端子(未示出)可以通过联接构件(未示出)联接至具有孔状的第一连接部分121。第二连接部分122形成在第一至第四汇流条120a、120b、120c和120d的每个汇流条中。用于联接第一至第四连接端子180a、180b、180c和180d (参见图7)的布线(未示出)可以联接至第二连接部分122。第二连接部分122可以形成为具有孔状。具有O型形状的布线端子(未示出)可以通过联接构件(未示出)联接至具有孔状的第二连接部分122。
如参照图7所描述的，第一至第四连接端子180a、180b、180c和180d可以分别测量电池模块M1、M2和M3中每个电池模块的电压，或者直接向电池模块M1、M2和M3中的每个电池模块供应充电电力。例如，第一至第四连接端子180a、180b、180c和180d可以通过第一至第四汇流条120a、120b、120c和120d的第二连接部分122电联接至第一至第四汇流条120a、120b、120c和120d。例如，为了测量第二电池模块M2的电压，可以测量第二汇流条120b和第三汇流条120c之间的电压，该电压与第二电池模块M2两端之间的电势相对应，或者为了独立对第二电池模块M2充电，可以通过第二汇流条120b和第三汇流条120c供应充电电力。图9详细示出根据本发明实施例的图8所示实施例的第一电池模块Ml。为了参考，参照图9描述的技术特征可以应用于第二电池模块M2和第三电池模块M3以及第一电池模块Ml。如图9所示，第一电池模块Ml可以包括限制器125和联接至限制器125的端板126，限制器125和端板126被配置为环绕布置成一排的单电池110。限制器125可以形成为与布置成一排的单电池110的沿布置单电池110的方向(例如图9的X轴方向)的一个端部和两个侧表面相邻，或者部分环绕这一个端部和两个侧表面。另外，端板126与单电池110的沿该方向(例如，X轴方向)的另一端部相邻，并且端板126可以联接至限制器125。因此，布置成一排的该组单电池110的四个表面可以受限制器125和端板126约束，从而有效地防止单电池110的膨胀。限制器125可以具有矩形边缘形状的结构，该结构具有容纳布置成一排的单电池110的两个侧表面和一个端部的开口。端板126可以放置在布置成一排的单电池110的另一端部处。端板126的具有翼形的法兰部分126a可以形成在端板126的两个侧表面上。在法兰部分126a和限制器125的侧表面彼此重叠时，端板126的法兰部分126a可以通过联接构件127联接至限制器125的侧表面。图10和图11为示出根据本发明实施例的、通过评估在使用电池组100时发动机起动之前和之后的充电特性而获得的实验结果的图。在图10的发动机起动测试中，电池单元105的电流(组电流)、电池单元105的电压(组电压)和单电池110的电压(单电池电压)在发动机起动时被测量11次。无论发动机何时起动，电池单元105的电流(组电流)，即放电电流，都立即供应至起动电动机220，以呈现具有脉冲形状的波形。电池单元105的电压立即降低。在发动机起动之后，充电电力通过发电模块210供应，使得电池单元105的电压被恢复。随着时间流逝，电池单元105的电压逐渐降低。这是因为在发动机起动之后，发电模块210停止并且电池单元105放电，以允许执行图11的充电测试。在图11的充电测试中，当荷电状态(SOC)从50%到100%完全充电时，测量电池单元105的电流(组电流)、电池单元105的电压(组电压)和单电池110的电压(单电池电压)。关于电池单元105的电流(组电流)，确认在恒定的充电电流被供应时电流可以被完全充电，并且可以获得与50%的SOC至100%的SOC相对应的时间。在充电测试中，为了评估充电特性，在故意将电池单元105放电至50%的SOC时执行充电测试。在一般发动机的起动期间，在发动机起动之后，随着发电模块210被操作，电池单元105可以被快速充电。虽然已参照本发明的示例性实施例具体示出并描述了本发明的实施例，但本领域普通技术人员将理解，可以在形式和细节方面对本发明的实施例做出各种改变，而不背离所附权利要求及其等同物所限定的本发明的精神和范围。一些附图标记的说明100、100，、100，，、101、101，、102:电池组110:单电池111:单电池的第一电极112:单电极的第二电极120:汇流条120a至120d:第一至第四汇流条120’:联接孔105:电池单元121:第一连接部分 122:第二连接部分125:限制器125a:相应单元126:端板126a:法兰部分150:双向变换器151:电力变换器152:第二限流器153:第一限流器
155:安全器件180:连接端子180a至180d:第一至第四连接端子190:电池外壳191:壳体192:盖构件Ml:第一电池模块M2:第二电池模块M3:第三电池模块g:隔离间隙
权利要求
1.一种电池组包括: 第一端子和第二端子； 电连接在所述第一端子和所述第二端子之间的电池单元，所述电池单元被配置为接收充电电力，并且被配置为输出放电电力；以及 电联接在所述第一端子和所述电池单元之间的电力变换器，所述电力变换器被配置为控制至所述电池单元的所述充电电力，以防止所述电池单元的过充电， 其中所述第一端子和所述第二端子被配置为电联接至发电模块和起动电动机。
2.根据权利要求1所述的电池组，其中所述电力变换器为直流-直流变换器，所述直流-直流变换器被配置为将所述充电电力变换为具有与所述电池单元相对应的充电电压。
3.根据权利要求1所述的电池组，其中所述电力变换器包括开关元件，所述开关元件被配置为对应于所述电池单元的状态通过脉宽调制进行控制。
4.根据权利要求1所述的电池组，其中所述电力变换器包括至少一个二极管。
5.根据权利要求1所述的电池组，其中所述起动电动机被配置为接收所述放电电力，并且提供用于起动一发动机的起动电力。
6.根据权利要求5所述的电池组，其中所述发电模块被配置为在所述发动机的操作期间将机械能变换成电能，并且被配置为向所述第一端子和所述第二端子供应充电电力。
7.根据权利要求1所述的电池组，进一步包括在所述第一端子和所述电池单元之间并联电联接至所述电力变换器的第一限流器，所述第一限流器被配置为限制所述充电电力。
8.根据权利要求7所述的电 池组，其中所述第一限流器位于将所述电力变换器旁路的放电路径上。
9.根据权利要求7所述的电池组，其中所述第一限流器包括多个二极管，以降低电压降。
10.根据权利要求7所述的电池组，进一步包括电联接至所述电力变换器的第二限流器，所述第二限流器被配置为限制所述充电电力。
11.根据权利要求10所述的电池组，其中所述第二限流器包括电阻器件。
12.根据权利要求1所述的电池组，其中所述电池单元包括串联电联接的第一电池模块、第二电池模块和第三电池模块。
13.根据权利要求12所述的电池组，进一步包括汇流条，所述汇流条包括: 第一汇流条，用于将所述第一电池模块的第一电极彼此电联接； 第二汇流条，用于将所述第一电池模块的第二电极和所述第二电池模块的第一电极彼此电联接； 第三汇流条，用于将所述第二电池模块的第二电极和所述第三电池模块的第一电极彼此电联接；以及 第四汇流条，用于将所述第三电池模块的第二电极彼此电联接。
14.根据权利要求13所述的电池组，进一步包括延伸到所述电池组的盖的外部的连接端子。
15.根据权利要求14所述的电池组，其中所述连接端子包括: 电联接至所述第一汇流条的第一连接端子； 电联接至所述第二汇流条的第二连接端子；电联接至所述第三汇流条的第三连接端子；以及 电联接至所述第四汇流条的第四连接端子。
16.根据权利要求12所述的电池组，其中所述第一电池模块、所述第二电池模块和所述第三电池模块中的每个电池模块包括: 多个单电池； 限制器，被配置为环绕该电池模块的所述多个单电池的第一端部和该电池模块的所述多个单电池的两个侧表面；以及 端板，被配置为在该电池模块的所述多个单电池的第二端部处联接至所述限制器。
17.根据权利要求16所述的电池组，其中所述端板包括位于所述端板的两个侧表面上的具有翼形的法兰部分，所述法兰部分被配置为通过联接构件联接至所述限制器的对应侧表面。
18.根据权利要求12所述的电池组，进一步包括: 基架；和 位于所述基架上的位置对准单元，所述位置对准单元与所述第一电池模块、所述第二电池模块和所述第三电池模块中的一个相对应。
19.根据权利要求18所述的电池组，其中所述位置对准单元被配置为以所述第一电池模块、所述第二电池模块和所述第三电池模块中的相邻电池模块之间的隔离间隙使所述相邻电池模块彼此隔离。
20.根据权利要求1所述的电池组，其中所述电力变换器包括双向变换器，所述双向变换器进一步被配置为将所述放电电力变换为具有与所述第一端子相对应的放电电压，并且将来自所述第一端子的所述充电电力变换为具有与所述电池单元相对应的充电电压。
全文摘要
一种电池组包括第一端子和第二端子；电连接在所述第一端子和所述第二端子之间的电池单元，所述电池单元被配置为接收充电电力，并且被配置为输出放电电力；以及电联接在所述第一端子和所述电池单元之间的电力变换器，所述电力变换器被配置为将所述充电电力变换为具有与所述电池单元相对应的充电电压，其中所述第一端子和所述第二端子被配置为电联接至发电模块和起动电动机。
文档编号H01M2/20GK103165946SQ201210459289
公开日2013年6月19日 申请日期2012年11月15日 优先权日2011年12月16日
发明者朱利亚 申请人:三星Sdi株式会社
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