CN107431161B - 具有改进的冷却性能的电池模块 - Google Patents

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Abstract

根据本发明的一个方面的一种电池模块包括：设置成板形状并且在各预定位置处具有多个狭缝的冷却板；被竖立地布置从而在冷却板的上部上沿着一个方向相互平行的多个电池单体；和多个冷却片，该多个冷却片被以预定间隙相互隔开并且在该多个电池单体之间对准，并且冷却片具有被竖立地布置在冷却板的上部处从而与电池单体的一个表面形成接触的壁表面以及与壁表面一体地形成并且被布置成穿过冷却板的狭缝并且与冷却板的下表面形成接触的下凸缘。

Description

具有改进的冷却性能的电池模块
技术领域
本公开涉及一种电池模块，并且特别地涉及一种具有高热传导效率和高结构稳定性的水冷却型电池模块。
本申请要求在2015年9月8日于韩国提交的韩国专利申请No.10-2015-0127129的优先权，其公开内容通过引用并入于此。
背景技术
能够根据生产组(production group)容易地应用并且具有诸如高能量密度的电气特性的二次电池已经广泛地不仅用于便携式装置而且还用于由电驱动源驱动的电动车辆(EV)或者混合动力电动车辆(HEV)和能量存储系统。二次电池不仅具有显著地减少化石燃料的使用的主要优点，还不由于能量的使用产生任何副产品。因此，作为一种用于增强环境友好性和能量效率的新的能源，二次电池已经吸引了关注。
应用于EV的电池组具有如此结构，其中包括多个单元单体的多个单体组件被串联连接从而获得高功率。而且，每一个单元单体包括正电极集电器和负电极集电器、分隔物、活性材料和电解质溶液，并且可以通过在构件之间的电化学反应被反复地充电和放电。
近年来，随着对于还能够用作能量存储源的大容量结构的需要的增加，对于多模块电池组的需求已经增加，在多模块电池组中，每一个包括串联和/或并联连接的多个二次电池的多个电池模块被组装。
因为多模块电池组被如此制造，使得多个二次电池被紧密地封装在窄小的空间中，所以容易地排放在每一个二次电池中产生的热是重要的。因为如上所述通过电化学反应使得二次电池能够实现充电或者放电过程，所以如果未从电池模块有效地消除在充电/放电过程中产生的、电池模块的热，则热积聚发生。结果，电池模块的劣化可能被促进，并且在某些情形中，着火或者爆炸可能发生。
因此，高输出大容量的电池模块或者包括该电池模块的电池组必然要求被构造为冷却在电池模块或者电池组中嵌入的电池单体的冷却装置。
通常，因为能够由一个电池单体产生的电量不大，所以在商业上可以获得的电池模块包括其中要求数目的电池单体被堆叠的堆叠体。为了通过冷却在单元电池单体中产生电力期间产生的热而适当地维持电池模块的温度，冷却片被插入电池单体之间。已经吸收了每一个单元单体中的热的冷却片向冷却板传递热，并且冷却板被热沉冷却。
然而，传统电池模块存在如此限制，即，由于电池模块的低导热率，在电池单体中产生的热不能被顺利地排放到外侧。例如，在传统电池模块中，由于在被紧固到盒的冷却片和冷却板之间的组装公差，冷却片并不完全地接触冷却板并且很多部分被提升，从而在冷却片和冷却板之间的接触表面处的热接触电阻是相当高的。特别地，参考图1，当电池单体1由于温度升高而隆起时，电池单体1的膨胀压力被传递到冷却片2从而在冷却片和冷却板之间的接触性能可能进一步劣化。
发明内容
技术问题
本公开被设计用于解决相关技术的问题，并且因此本公开涉及提供一种通过减小热接触电阻而具有比在传统情形中更好的冷却性能的水冷却型电池模块。特别地，本公开提供一种结构稳定的电池模块，其中即使当电池单体隆起时，仍然可以维持在冷却片和冷却板之间的接触。
本公开的这些和其它目的与优点可以根据以下详细说明得到理解并且将从本公开的示例性实施例变得更加显而易见。而且将易于理解，可以通过所附权利要求及其组合所示装置实现本公开的目的和优点。
技术方案
在本公开的一个方面，提供一种电池模块，包括：冷却板，该冷却板设置成板形状并且包括在相应的预定位置处的多个狭缝；多个电池单体，该多个电池单体在冷却板上沿着一个方向相互平行地竖立布置；和多个冷却片，每一个冷却片具有在冷却板上方竖立地布置以与电池单体的一个表面形成接触的壁表面以及与壁表面一体地形成并且穿过冷却板的狭缝布置以与冷却板的底表面形成接触的下凸缘。该多个冷却片相互间隔开预定距离并且被布置在该多个电池单体之间。
该电池模块可以进一步包括布置在冷却板的底表面上的、具有中空结构的热沉，并且热沉可以具有冷却剂通过其流动的流动路径。
冷却片的下凸缘的至少一部分可以处于冷却板的底表面和热沉的顶表面之间。
冷却片的下凸缘可以包括多个单元下凸缘，下凸缘被沿着冷却片的长度方向划分成该多个单元下凸缘。冷却板的狭缝可以被构造为分别地与单元下凸缘一一对应，从而单元下凸缘各自地穿过冷却板的狭缝。
冷却板可以包括从其平坦的顶表面呈凸形地突出的多个突起。该多个突起可以被沿着横向方向或者纵向方向以相等的间隔设置。
该多个冷却片可以被分组使得每一组具有两个冷却片，并且在同一组中的冷却片被竖立地布置使得冷却片的壁表面在一个突起上相互接触，并且在同一组中的冷却片的下凸缘可以沿着彼此对称的方向延伸并且包围该突起。
在同一组中的相邻冷却片的下凸缘的末端可以在冷却板的底表面上分别地相互接触。
冷却板可以被结合或者焊接到该多个冷却片并且与该多个冷却片一体地形成。
冷却板和冷却片可以由导热性金属材料构成。
在本公开的另一个方面，还提供一种包括上述电池模块的电池组。
在本公开的另一个方面，还提供一种包括该电池组的车辆。
有利的效果
根据本公开的一个方面，即使当电池单体隆起时，仍然能够维持在冷却片和冷却板之间的接触状态从而冷却性能能够得以维持。
根据本公开的另一个方面，冷却片的下凸缘能够与热沉直接接触，由此进一步增加冷却效率。
附图说明
图1是在传统电池模块中在冷却片和冷却板之间的接触结构的概略截面视图。
图2是根据本公开的一个实施例的电池模块的构造的概略透视图。
图3是根据本公开的一个实施例的其中单体盒被部分地插入下壳体中的状态的透视图。
图4是图3的下壳体的透视图。
图5是沿着图4的线I-I'截取的截面视图。
图6是图5的区域A的放大视图。
图7和8是根据本公开另一个实施例在将冷却片联接到冷却板之前和之后的状态的概略局部透视图。
图9是图7的冷却板的一部分的平面视图。
具体实施方式
在下文中，将参考附图详细描述本公开的优选实施例。在描述之前，应该理解在说明书和所附权利要求书中使用的术语不应该被理解为限制于通常的和词典的含义，而是基于允许本发明人为了最好的解释而适当地定义术语的原则基于对应于本公开的技术方面的含义和概念进行解释。
众所周知的构件和功能的具体说明可以被省略从而不会淡化本公开的实施例。
提供了本公开的实施例以向本领域技术人员充分地表达本公开的概念，从而为了清楚起见，在绘图中构件的形状和尺寸可能被夸大、省略或者概略地示意。因此，每一个构件的尺寸或者比率不完全地反映实际尺寸或者比率。
图2是根据本公开的一个实施例的电池模块的构造的概略透视图。图3是根据本公开的一个实施例的其中单体盒被部分地插入下壳体中的状态的透视图。
参考图2和3，根据本公开的一个实施例的电池模块10包括电池单体100、单体盒200和下壳体300。
可以设置多个电池单体100。而且，电池单体100可以是袋型二次电池。袋型二次电池可以包括电极组件、电解质和袋外部部件。
电极组件可以被如此构造，使得至少一个正电极板和至少一个负电极板被布置成使得分隔物处于其间。更加具体地，电极组件可以被划分成其中一个正电极板和一个负电极板被与分隔物一起地缠绕的缠绕型电极组件以及其中正电极板和负电极板在分隔物处于其间时被交替地堆叠的堆叠型电极组件。
袋外部部件是包括树脂层和金属层的层压片，并且可以被构造为通过在电极组件和电解质在其中嵌入时热熔合袋外部部件的外部周向表面而被密封。具体地，袋外部部件可以包括两个层压片，并且凹形内部空间可以在该两个层压片中的至少一个中形成。电极组件可以被容纳在袋的内部空间中。而且，可以通过在电极组件被包含在其中时热熔合该两个层压片的边缘部分而气密性地密封袋外部部件。
该电极组件的每一个电极板包括电极突片，并且至少一个电极突片可以被连接到电极引线。而且，电极引线被置于两个袋的热熔合部分之间并且被暴露于袋外部部件的外侧，并且在功能上用作电池单体100的电极端子。因为袋型电池单体100具有弱的机械刚度，所以袋型电池单体100可以被容纳在单体盒200中从而吸收外部冲击并且便于堆叠。
单体盒200保持电池单体100并且防止电池单体100的运动。单体盒200被构造为能够被堆叠并且用于引导电池单体100的组装。
一个单体盒200可以被构造为容纳至少一个电池单体100。本实施例的每一个单体盒200被构造为容纳两个电池单体100。例如，单体盒200包括第一框架210和第二框架220，每一个框架被以具有空闲的中央部分的矩形框架的形式设置。第一框架210和第二框架220可以被设置成能够被相互组装，使得两个电池单体100处于其间。
具体地，在两个电池单体100被堆叠在第一框架210上之后，第一框架210可以然后被第二框架220覆盖，并且第一框架210和第二框架220可以钩接到彼此。在此情形中，该两个电池单体100中的每一个的一个表面可以通过空闲的中央部分被暴露于外侧。而且，第一框架210和第二框架220中的每一个的中央部分的尺寸可以是对应于袋型二次电池的电极组件的尺寸。可以通过使用具有轻的重量和良好的机械刚度的增强塑料来制造单体盒200。
下壳体300提供多个单体盒200可以在此处被沿着一个方向堆叠的空间，并且用于向外侧排放电池单体100的热。
图4是图3的下壳体300的透视图。图5是沿着图4的线I-I'截取的截面视图。图6是图5的区域A的放大视图。
参考图4，下壳体300包括多个冷却片310和冷却板320。
首先，每一个冷却片310包括被竖立地布置在冷却板320上以与电池单体100的一个表面形成接触的壁表面312，以及与壁表面312一体地形成并且穿过冷却板320的狭缝322布置以与冷却板320的底表面形成接触的下凸缘313。
设置了多个冷却片310。如在图4和5中所示，该多个冷却片310的壁表面312可以在冷却板320上被沿着一个方向相互平行地竖立地布置。
单体盒200可以被竖立地布置在该多个冷却片310之间。例如，如在图3中所示，单体盒200可以被以如此方式布置于在冷却片310之间的空间中，使得单体盒200被从顶部到底部地装配。在此情形中，因为单体盒200的中央部分是空闲的，所以每一个电池单体100的一个表面可以自然地与冷却片310的壁表面312形成接触。因为袋外部部件的一个宽广的表面与冷却片310的壁表面312表面接触，所以在电池单体100的充电和放电期间产生的热可以通过冷却片310被排放到外侧。
冷却片310的下凸缘313是接触冷却板320的部分。通过结合或者焊接冷却片310的下凸缘313和冷却板320，可以减小在其间的热接触电阻。
特别地，冷却片310的下凸缘313可以穿过冷却板320的狭缝322与冷却板320的底表面接触。这将在以下进一步详细地描述。
盒组件引导单元311可以被设置在冷却片310的两个端部分处。盒组件引导单元311可以被朝向冷却片310的内侧弯曲。而且，狭槽230可以被沿着单体盒200在冷却片310之间插入的方向进一步设置在单体盒200中。狭槽230和盒组件引导单元311被可滑动地相互联接从而单体盒200可以被插入并且固定于在冷却片310之间的空间中。
冷却片310可以由金属材料构成。金属材料可以是但是不限于在金属中具有高的导热率和轻的重量的铝合金。例如可以使用铜、金或者银。除了金属，还可以使用陶瓷材料诸如氮化铝和碳化硅。
冷却板320具有板形状并且提供该多个冷却片310和电池单体100在此处被竖立地布置的场所。
冷却板320包括从平坦的顶表面呈凸形地突出的多个突起321。该多个突起321可以被沿着横向方向或者纵向方向以相等的间隔布置。
单体盒200可以被竖立地布置在突起321之间。在此情形中，在突起321之间的距离可以对应于单体盒200的下端的宽度。相应地，单体盒200的下端可以在单体盒200的两侧上受到突起321的侧面支撑。
对于在组装单体盒200期间增加单体盒200的固定力而言，具有凹凸结构的冷却板320可以是有利的。
另外，突起321可以提供一空间，使得缆线(未示出)位于冷却板320下方。即，因为各种缆线可以通过在突起321下方的空间定位，所以缆线可以易于布线而不被暴露于外侧，由此防止损坏缆线。
而且，因为冷却板320具有比当冷却板320具有平坦表面时更大的、用于吸收热的截面面积，所以热容量可以进一步增加。相应地，冷却板320可以从电池单体100吸收和排放大量的热。
冷却板320可以由与冷却片310相同或者类似的导热性金属板构成。
热沉400可以被进一步设置在冷却板320下方。热沉400用于冷却冷却板320。这里，热沉400指的是通过热接触从另一个物体吸收热并且发射热的物体。例如，热沉400可以具有包括内部流动路径的中空结构，并且冷却剂诸如冷却水、冷却气体和空气可以在内部流动路径中流动。
在下文中，将在以下进一步详细地描述在该多个冷却片310和冷却板320之间的联接结构。
首先，参考图4到6，本实施例的该多个冷却片310可以被分组从而每一组具有两个冷却片310。同一组中的冷却片310被竖立地布置从而壁表面312在一个突起321上相互接触，并且相应的下凸缘313可以沿着彼此对称的方向延伸并且包围突起321。当然，同一组中的冷却片310可以相互一体地形成。
冷却板320在相应的预定位置处具有多个狭缝322。这些预定位置可以是突起321相对于突起321的左和右边界线的某些部分。而且，狭缝322可以被如此构造，使得下凸缘313可以被强制地插入狭缝322中。即，可以使得在冷却片310和冷却板320之间的间隙最小化。
如在图5和6中所示，冷却片310的下凸缘313通过冷却板320的狭缝322与冷却板320的底表面接触。每一组冷却片310的下凸缘313的末端E分别地在冷却板320的底表面上与相邻组的冷却片310的下凸缘313的末端E接触。例如，冷却片310被如此制备，使得下凸缘313的末端E展开。而且，下凸缘313的末端E穿过冷却板320的狭缝322、被平行于冷却板320的底表面弯曲，并且通过使用结合或者焊接过程被固定到冷却板320的底表面。
由于根据本公开在冷却片310的下凸缘313和冷却板320之间的联接结构，可以大于在传统情形中地增强在冷却片310和冷却板320之间的粘合。因此，可以减小在冷却片310和冷却板320之间的热接触电阻以增加导热率。
特别地，即便由于在电池单体100隆起期间电池100的膨胀压力，冷却片310的壁表面312变形并且隆起，至少冷却片310的下凸缘313仍然可以保持紧密地粘合到冷却板320的底表面。
在此情形中，即使当电池单体100隆起时，仍然可以维持在冷却片310的下凸缘313和冷却板320之间的接触。因此，电池模块10的冷却性能可以不劣化，由此防止电池单体100的隆起进一步加重。
冷却片310的下凸缘313的末端E可以被置于冷却板320和热沉400之间。例如，如在图6中所示，冷却片310的下凸缘313的末端E可以被置于冷却板320的底表面和热沉400的顶表面之间从而在冷却板320和热沉400之间的接触可以是更加稳定的。
进而，在此情形中，因为冷却片310的下凸缘313的末端E与热沉400形成直接接触，所以可以进一步改进冷却性能。
图7和8是根据本公开另一个实施例在将冷却片联接到冷却板之前和之后的状态的概略局部透视图。图9是图7的冷却板的一部分的平面视图。
在下文中，将参考图7、8和9描述根据本公开另一个实施例的电池模块。相同的附图标记被用于表示与在上述实施例的绘图中相同的参考元件。将省略相同元件的相同的说明，并且将主要地描述在本实施例和上述实施例之间的差别。
参考图7到9，根据本公开另一个实施例的冷却片310的下凸缘313包括多个单位下凸缘313a到313e，下凸缘313被沿着冷却片310的长度方向划分成该多个单位下凸缘313a到313e。而且，冷却板320的狭缝322a到322e被构造为分别地与单位下凸缘313一一对应。
例如，如在图9中所示，本实施例的冷却板320的狭缝322a到322e也可以沿着横向方向以及沿着纵向方向(布置冷却片310的方向)被划分。而且，通过将下凸缘313的末端E切割成几个部分，一个冷却片310包括该多个单位下凸缘313a到313e。单位下凸缘313a到313e可以各自地被强制地插入沿着横向方向划分的狭缝322a到322e中。
根据该构造，可以大于在狭缝322不被沿着横向方向划分的情形中地增加冷却板320的机械刚度。相应地，即便本实施例的电池模块10被暴露于外部冲击或者振动，仍然可以稳定地确保在冷却板320和冷却片310之间的联接力和接触性能。
根据本公开的电池组可以包括如上根据本公开所述的至少一个电池模块。除了电池模块，根据本公开的电池组还可以进一步包括被构造为覆盖电池模块的壳体和被构造为控制电池模块的充电和放电的各种装置，例如电池管理系统(BMS)、电流传感器和保险丝。
根据本公开的电池组可以被应用于车辆诸如电动车辆或者混合动力车辆。即，根据本公开的车辆可以包括根据本公开的电池模块。
如上所述，虽然已经特别地参考其示例性实施例示出并且描述了本公开，但是本领域普通技术人员将会理解，能够在不偏离如由以下权利要求限定的本公开的范围的情况下对此作出各种改变和修改。
在本说明书中，示意方向的术语诸如“上侧”、“下侧”、“左侧”、“右侧”、“前侧”和“后侧”可以在这里使用以便于描述本公开的说明，并且根据对象的位置或者观察者的位置被可互换地使用。

Claims (11)

1.一种电池模块，包括：
冷却板，所述冷却板被设置成板形状，并且包括在相应的预定位置处的多个狭缝；
多个电池单体，所述多个电池单体在所述冷却板上沿着一个方向相互平行地竖立布置；和
多个冷却片，每一个冷却片具有壁表面和下凸缘，所述壁表面在所述冷却板上方竖立地布置以与所述电池单体的一个表面形成接触，所述下凸缘与所述壁表面一体地形成并且穿过所述冷却板的所述狭缝布置以与所述冷却板的底表面形成接触，所述多个冷却片相互间隔开预定距离并且被布置在所述多个电池单体之间，
其中，所述冷却板包括从其平坦的顶表面呈凸形地突出的多个突起，
其中，所述多个突起被沿着横向方向或者纵向方向以相等的间隔设置，并且
其中，所述多个冷却片被分组使得每一组具有两个冷却片，并且在同一组中的所述冷却片被竖立地布置使得所述冷却片的所述壁表面在一个突起上相互接触，并且在同一组中的所述冷却片的所述下凸缘沿着彼此对称的方向延伸并且包围所述突起。
2.根据权利要求1所述的电池模块，进一步包括布置在所述冷却板的底表面上的具有中空结构的热沉，所述热沉具有冷却剂通过其流动的流动路径。
3.根据权利要求2所述的电池模块，其中，所述冷却片的所述下凸缘的至少一部分处于所述冷却板的所述底表面和所述热沉的顶表面之间。
4.根据权利要求1所述的电池模块，其中，所述冷却片的所述下凸缘包括多个单元下凸缘，所述下凸缘被沿着所述冷却片的长度方向划分成所述多个单元下凸缘，并且
其中，所述冷却板的所述狭缝被构造为分别地与所述单元下凸缘一一对应，使得所述单元下凸缘各自地穿过所述冷却板的所述狭缝。
5.根据权利要求1所述的电池模块，其中，在同一组中的相邻冷却片的所述下凸缘的末端在所述冷却板的所述底表面上分别相互接触。
6.根据权利要求1所述的电池模块，其中，所述冷却板被结合或者焊接到所述多个冷却片并且与所述多个冷却片一体地形成。
7.根据权利要求1所述的电池模块，其中，所述冷却板和所述冷却片由导热性金属材料构成。
8.一种电池模块，包括：
冷却板，所述冷却板被设置成板形状并且包括在相应的预定位置处的多个狭缝；
多个电池单体，所述多个电池单体在所述冷却板上方沿着一个方向相互平行地竖立布置；
多个冷却片，每一个冷却片包括壁表面和下凸缘，所述壁表面在所述冷却板上方竖立地布置以与所述电池单体的一个表面形成接触，所述下凸缘与所述壁表面一体地形成并且穿过所述冷却板的所述狭缝布置以与所述冷却板的底表面形成接触，所述多个冷却片相互间隔开预定距离并且被布置在所述多个电池单体之间；和
具有中空结构的热沉，所述热沉被布置在所述冷却板的所述底表面上，所述热沉具有冷却剂通过其流动的流动路径，
其中，所述冷却片的所述下凸缘的至少一部分与所述冷却板的所述底表面和所述冷却板的顶表面两者接触，
其中，所述冷却板包括从其平坦的顶表面呈凸形地突出的多个突起，
其中，所述多个突起被沿着横向方向或者纵向方向以相等的间隔设置，并且
其中，所述多个冷却片被分组使得每一组具有两个冷却片，并且在同一组中的所述冷却片被竖立地布置使得所述冷却片的所述壁表面在一个突起上相互接触，并且在同一组中的所述冷却片的所述下凸缘沿着彼此对称的方向延伸并且包围所述突起。
9.根据权利要求8所述的电池模块，其中，所述冷却片的所述下凸缘包括多个单元下凸缘，所述下凸缘被沿着所述冷却片的长度方向划分成所述多个单元下凸缘，并且
其中，所述冷却板的所述狭缝被构造为分别地与所述单元下凸缘一一对应，使得所述单元下凸缘各自地穿过所述冷却板的所述狭缝。
10.根据权利要求8所述的电池模块，其中，在同一组中的相邻冷却片的所述下凸缘的末端在所述冷却板的所述底表面上分别地相互接触。
11.一种电池组，包括根据权利要求1到10中任一项所述的电池模块。
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