CN108140779B - 电池模组以及包含该电池模组的电池包和车辆 - Google Patents

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Abstract

公开了一种电池模组，其包含具有电极引线的电芯和用于连接所述电芯的连接部件，其中，所述电芯划分为：电芯在第一方向上并排设置的第一电池组，和电芯在第一方向上并排设置为使其电芯的电极引线与第一电池组的电芯的电极引线相对的第二电池组，其中，所述连接部件位于第一和第二电池组之间，其中，所述电芯的电极引线分别与所述连接部件连接，其中，第一电池组的任一电芯的电极引线与所述连接部件的上表面和下表面中的任一个接触，并且位于与所述任一电芯相对的第二电池组的相对的电芯的电极引线与所述连接部件的上表面和下表面中的另一个接触。

Description

电池模组以及包含该电池模组的电池包和车辆
技术领域
本公开涉及一种电池模组以及包含该电池模组的电池包和车辆。
本申请要求于2016年6月13日在韩国提交的韩国专利申请第10-2016-0073360号的优先权，其公开内容通过引用并入本文。
背景技术
二次电池非常适用于各种产品，并且具有能量密度高的电气特性。这种二次电池不仅适用于便携式电子设备，而且也适用于由电驱动源驱动的电动车辆、混合动力车辆以及电力存储设备。
应用于电动车辆等的电池包被配置为使各自具有多个电芯的多个电池模组连接获得高输出。通过包括正极集电体、负极集电体、隔膜、活性物质和电解质等在内的部分间的电化学反应，各电芯可以反复充电、放电。
同时，随着近年来对大容量结构和作为能量存储源的利用的需求增加，对多模组电池包的需求日益增长，在多模组电池包中聚集有多个电池模组，各电池模组具有串联或并联连接的多个二次电池。
通常，通过堆叠多个电芯并随后将所述多个电芯串联或并联连接而构成应用于电池包的电池模组。
对于电芯的电连接，电芯的电极引线可以沿任意方向弯曲，然后通过焊接彼此接合。通常，多个电芯在一个方向上并排设置。此时，电芯的电极引线也在电芯的任一表面上在一个方向上并排设置。之后，电极引线在电芯的一个表面的上部或下部空间中接合。在此情况下，为了接合所述多个电极引线，需要单独的空间(电芯的上部或下部空间)以将电极引线接合到电池模组，并且该空间在电池模组中占据一定的体积，这在电池模组的能量体积效率方面是不利的。
发明内容
技术问题
本公开被设计为解决现有技术的问题，因此本公开致力于提供一种用于提高电池模组的能量体积效率的电池模组，以及包含该电池模组的电池包和车辆。
此外，本公开致力于提供一种通过新式构造和布置电芯和用于电连接电芯的连接部件可以提高电池模组的能量体积效率的电池模组和包括该电池模组的电池包和车辆。
本公开不限于此，并且本领域技术人员根据以下描述可以清楚地理解本文未提及的其他目的。
技术方案
本公开提供了具有多个电芯的电池模组。
根据本公开的实施方式，所述电池模组包含：多个电芯，各电芯具有电极组件、收纳所述电极组件的壳体和由连接至所述电极组件并露出在所述壳体之外的正极引线和负极引线组成的电极引线；和连接部件，其配置为将所述电芯电连接，其中，所述多个电芯划分为第一电池组和第二电池组，第一电池组的电芯在第一方向上并排设置，第二电池组的电芯在第一方向上并排设置为使其电芯的电极引线与第一电池组的电芯的电极引线相对，其中，所述连接部件位于第一电池组和第二电池组之间，其中，所述电芯的电极引线分别与所述连接部件连接，其中，第一电池组的任一电芯的电极引线与所述连接部件的上表面和下表面中的任一个接触，并且，位于与所述任一电芯相对的第二电池组的电芯的电极引线与所述连接部件的上表面和下表面中的另一个接触。
在一个实施方式中，所述电芯可包含：收纳所述电极组件的收纳部，和密封所述收纳部的密封部，所述连接部件和所述电极引线可通过焊接而接合，并且所述连接部件和所述电极引线的焊接面可位于与所述密封部相对的区域。
在一个实施方式中，所述任一电芯的电极引线和所述连接部件的焊接面可位于与另一电芯的密封部相对的区域。
在一个实施方式中，所述另一电芯的电极引线和所述连接部件的所述焊接面可位于与所述任一电芯的密封部相对的区域。
在一个实施方式中，所述壳体可包含：边缘部分彼此密封的上部袋和下部袋，在所述上部袋和所述下部袋中的任一个中可形成用于收纳所述电极组件的收纳空间，并且在电芯通过所述连接部件彼此连接的情况下，所述收纳空间可在不同袋中形成。
在一个实施方式中，所述电芯的正极引线和负极引线可在所述壳体的同一侧露出，并且至少所述任一电芯的正极引线和负极引线可以布置为使其表面的部分区域基于所述连接部件与所述另一电芯的正极引线和所述负极引线相对。
在一个实施方式中，所述连接部件的在从上方观察时与第一方向垂直的第二方向上的两端可与通过所述连接部件彼此连接的两个电芯的收纳部以预定的距离隔开。
在一个实施方式中，所述连接部件的下表面的至少一部分可与所述任一电芯的密封部的一个表面接触，并且所述连接部件的上表面的至少一部分可与相对的电芯的密封部的一个表面接触。
在一个实施方式中，所述电池模组可具有内部空间，并且还可设置电芯框架从而使第一电池组、第二电池组和所述连接部件位于所述内部空间中。
本公开可提供一种电池包，其包含如上所述的电池模组。
本公开可提供一种车辆，其包含如上所述的电池包。
有益效果
根据本公开的实施方式，所述电池模组的能量体积效率可通过以不同方式接合电芯的电极引线和连接部件来改善。
另外，根据本公开的实施方式，由于电芯的电极引线分别接合至连接部件的上表面和下表面，接合电极引线所需的空间可以最小化。
本公开的效果不限于上述内容，并且本领域技术人员根据说明书和附图可以清楚地理解本文未提及的效果。
附图说明
图1是示出本公开的实施方式的电池模组的分解透视图。
图2是示出本公开的实施方式的电池模组在组装状态下的透视图。
图3是示出除去电芯框架的上部体的图1的电池模组的平面图。
图4是示出图1的电芯的分解透视图。
图5是示出图1的电芯的组装透视图。
图6是示出在A-A方向上观察的图2的电池模组的截面图。
图7是示出图6的连接部件和电极引线的焊接面的图。
图8是示出本公开的另一实施方式的电池模组的透视图。
具体实施方式
在下文中，将参照附图更详细地描述本公开的实施方式。本公开的实施方式可以以各种方式修改，并且本公开的范围不应解释为局限于下面描述的实施方式。提供实施方式是为了更全面地向本领域技术人员阐释本公开。因此，附图中的部件的形状可能夸大以强调更清楚的描述。另外，说明书和权利要求书中使用的术语和词语不应该被解读为局限于普通或字典的含义，而是基于与本公开的技术方面相对应的含义和概念在允许发明人适当地定义术语以获得最佳解释的原则的基础上来解读。
图1是示出本公开的实施方式的电池模组的分解透视图，图2是示出本公开的实施方式的电池模组在组装状态下的透视图，图3是示出除去电芯框架的上部体的图1的电池模组的平面图。
参照图1至图3，电池模组10具有多个电芯100。电芯100可以作为二次电池提供。例如，电芯100可以提供为袋状二次电池。在下文中，本公开的电芯100将以袋状二次电池为例进行说明。
电池模组10包含电芯100、连接部件200、电芯框架300和连接器400。
可以设置多个电芯100。所述多个电芯100划分为第一电池组101和第二电池组102。
第一电池组101的电芯100可以在第一方向12上并排设置。此处，第一电池组101的所述多个电芯100并排设置的方向称为第一方向12。当从上方观察时，与第一方向12垂直的方向称为第二方向14。与第一方向12和第二方向14都垂直的方向称为第三方向16。
第二电池组102的电芯100可以在第一方向12上并排设置。第一电池组101和第二电池组102在第二方向14上可以彼此隔开预定距离。第一电池组101和第二电池组102可以定位为使其电芯100的电极引线140彼此相对。在本公开的实施方式中，第一电池组101和第二电池组102分别包括六个电芯100作为实例，但电芯100的数量不限于此。
图4是示出图1的电芯的分解透视图，并且图5是示出图1的电芯的组装透视图。
参照图4和图5，电芯100包含壳体110、电极组件120、极耳130和电极引线140。
壳体110具有收纳空间151。在壳体110内，设置有电极组件120和后述的电解质。壳体110的中央区域设置成向上突出。壳体110包含上部袋111和下部袋112。
上部袋111和下部袋112彼此组合形成收纳空间151。上部袋111的中央区域具有向上突出的凹形。下部袋112在第三方向16上位于上部袋111下方。
尽管在上述实施方式中收纳空间仅形成在上部袋111中，但壳体110的收纳空间151也可以形成在下部袋112中(与上述不同)。作为另选，也可以在上部袋111和下部袋112两者中形成收纳空间151。
上部袋111和下部袋112分别具有密封部160。上部袋111的密封部160和下部袋112的密封部160可以设置成彼此相对。上部袋111的密封部160和下部袋112的密封部160可以通过热粘合等彼此粘合。收纳空间151可以通过粘合密封部160来密封。
电解质和电极组件120收纳在壳体110的收纳空间151中。壳体110可以具有外绝缘层、金属层和内粘合剂层。外绝缘层可以防止外部水分或气体等渗入其中。金属层可以提高壳体110的机械强度。金属层可以由铝制成。作为另选，金属层可以由选自铁、碳、铬和锰的合金、铁和镍的合金、铝或其等同物中的任一种制成。当金属层使用含铁的材料时，可以增强机械强度。当金属层由铝制成时，可以确保良好的延展性。铝是金属层的理想材料。外绝缘层和内粘合剂层可以由聚合物材料制成。
电极组件120包含正极板、负极板和隔膜。电极组件120可以配置为使至少一个正极板和至少一个负极板以其间插入隔膜的方式设置。电极组件120可以配置为使多个正极板和多个负极板交替层叠。作为另选，电极组件120也可以配置为使一个正极板和一个负极板卷绕。
电极组件120的电极板包括集电体和涂覆在集电体的一侧或两侧上的活性物质浆料。可以通过在向其中添加粒状活性物质、辅助导体、粘合剂和增塑剂的状态下搅拌溶剂而形成活性物质浆料。每个电极板可以具有与未涂覆活性物质浆料的区域对应的未涂覆部分。在未涂覆部分中，可形成对应于每个电极板的极耳130。
极耳130延伸至从电极组件120中突出。极耳130包含正极耳131和负极耳132。正极耳131可以从正极板的未涂覆部分延伸，负极耳132可以从负极板的未涂覆部分延伸。
一个正极耳131和一个负极耳132可以分别设置在电芯100中。作为另选，也可以设置多个正极耳131和多个负极耳132。例如，如果电芯100的电极组件120中包括一个正极板和一个负极板，则可以包括一个正极耳131和一个负极耳132。作为另选，可以分别包括多个正极耳131和多个负极耳132。如果电极组件120中包括多个正极板和多个负极板，则可以包括多个正极耳131和多个负极耳132，并且可以对一个电极板设置一个极耳130。
电极引线140可以将电芯100电连接至其他外部设备。电极引线140可以包括正极引线141和负极引线142。电极引线140可以设置为从袋壳体110的内部延伸到外部。电极引线140的一部分可以插入在密封部160之间。电极引线140连接到极耳130。本公开的电极引线140可以在壳体110的一侧包括正极引线141和负极引线142二者。
电芯100具有收纳部150和密封部160。此处，收纳部150是将电极组件120收纳在电芯100中的部分。密封部160是围绕收纳部150的壳体110的四个侧面处的密封部。
再次参见图1至3，连接部件200可以电连接第一电池组101的电芯100和第二电池组102的电芯100。连接部件200可以位于第一电池组101和第二电池组102之间。第一电池组101、连接部件200和第二电池组102可以沿着第二方向14依次并排设置。连接部件200可以设置为使其长度在第一方向12上延伸。第一电池组101和第二电池组102可以基于连接部件200对称地设置。
第一电池组101的电芯100的电极引线140可以接合至连接部件200。另外，第二电池组102的电芯100的电极引线140可以接合至连接部件200。例如，第一电池组101的任一电芯100的电极引线140可以与连接部件200的上表面201和下表面202中的任一个接触。
位于与第一电池组101的任一电芯100相对的第二电池组102的电芯100的电极引线140可以与所述连接部件200的上表面201和下表面202中的另一个接触。
此处，第一电池组101的任一电芯104被定义为第一电芯104。此外，位于与第一电芯104相对的第二电池组102的电芯103被定义为第二电芯103。
图6是显示沿A-A方向观察的图2的电池模组的截面图。在下文中，参照图6，将详细描述连接部件200和所述电芯100的连接关系。
连接部件200可以位于第一电芯104和第二电芯103之间。第一电芯104的电极引线140可以与连接部件200的下表面202接触。第二电芯103的电极引线140可以与连接部件200的上表面201接触。例如，第一电芯104的电极引线140和第二电芯103的第二电芯103的电极引线140可以在第三方向16上设置在连接部件200的上方和下方。第一电芯104的电极引线140和第二电芯103的电极引线140可以布置成使得其表面的至少一部分基于连接部件200彼此相对。
虽然图中未示出，但是分别连接到连接部件200的电芯100可以串联或并联连接。例如，连接到连接部件200的电芯100的正极引线可以通过连接部件200中的单个连接部(未示出)连接。另外，连接到连接部件200的电芯100的负极引线可以通过连接部件200中的单个连接部(未示出)连接。作为另选，相邻电芯100的电极引线140可以通过连接部件200中的单独的连接部(未示出)串联连接。
如果第一电芯104的电极引线140和第二电芯103的电极引线140分别与连接部件200的上、下表面201、202接触并且接合，则与电极引线140弯曲并在单独空间中接合的情况相比，可以减小接合所需的空间。在该情况中，在电池模组10处，电连接电极引线140所需的空间减小，这可以改善电池模组10的能量体积效率。
连接部件200的下表面202的至少一部分可以与第一电芯104的密封部160接触。连接部件200的上表面201的至少一部分可以与第二电芯103的密封部160接触。
连接部件200在第二方向14上的两端203、204可以分别位于与电芯100的收纳部150以预定距离隔开。例如，连接部件200在第二方向14上的一端203可以位于与第一电芯104的收纳部150以预定距离隔开。连接部件200在第二方向14上的另一端204可以位于与第二电芯103的收纳部150以预定距离隔开。
通过连接部件200彼此连接的电芯100可以在其不同的袋中具有收纳空间151。例如，第一电芯104和第二电芯103可以基于连接部件200旋转对称地设置。例如，第一电芯104可以定位为使得收纳空间151在其上部袋111中形成。第二电芯103可以定位为使得收纳空间151在其下部袋112中形成。此处，第一电芯104和第二电芯103的上部袋111和下部袋112被界定为使得位于图6的第三方向16上的上部中的袋是上部袋111，并且位于第三方向16上的下部中的袋是下部袋112。
如上所述，基于连接部件200在第二方向14上彼此相对的电芯100旋转对称地设置，由此使电池模组10中空闲空间最小化。由于电池模组10中空闲空间最小化，电池模组10的能量体积效率可以得到提高。另外，通过使电极引线140分别接触位于电池模组10之间的连接部件200的上、下表面201、202，并且还使连接部件200位于每个电芯100的密封部160上方的空间中，从而可以将电芯100之间的空闲空间利用到最大程度。通过这样做，可以提高电池模组10的能量体积效率。
图7是显示图6的连接部件和电极引线的焊接面的图。
参见图7，连接部件200和电极引线140可以通过焊接而接合。第一电芯104的电极引线140与连接部件200的下表面202接触，并且可以通过焊接与其接合。第二电芯103的电极引线140与连接部件200的上表面201接触并且可以通过焊接与其接合。
连接部件200和电极引线140的焊接面(WF)可以位于与电芯100的密封部160相对的区域中。例如，第一电芯104的电极引线140和连接部件200的焊接面(WF)可以位于与在第三方向16上的上部中设置的第一电芯104的密封部160相对的区域中。第二电芯103的电极引线140和连接部件200的焊接面(WF)可以位于与在第三方向16上的下部中设置的第二电芯103的密封部160相对的区域中。换句话说，电芯100的密封部160、连接部件200和焊接面(WF)可以定位为在第三方向16上上下层叠。
可以使用各种已知的焊接方法来进行焊接，例如超声波焊接或激光焊接等。
在本公开中，当连接部件200和电极引线140接合时，电极引线140与连接部件200的上、下表面201、202接触而不弯曲，然后通过焊接与其接合，这确保了连接部件200和电极引线140之间的容易接合。另外，电极引线140与连接部件200的上、下表面201、202接触并且接合，这对于接合电极引线140不需要单独的空间，因此在电池模组10中可以使接合电极引线140所需的空间最小化。通过这样做，可以提高电池模组10的能量体积效率。
再次参见图1至3，电池模组10的部件可以位于电芯框架300的内部。电芯框架300可以保护其中的电芯100免受外部冲击。
电芯框架300具有内部空间。第一电池组101、连接部件200和第二电池组102可以位于内部空间中。第一电池组101、连接部件200和第二电池组102可以沿着第二方向14依次设置。
电芯框架300整体上可以设置成长方体形状。电芯框架300可以由具有优异导热性和良好刚性的材料制成。电芯框架300可以由金属制成。例如，电芯框架300可以由铝制成。电芯框架300的内侧的一部分可以与电芯100接触。电芯框架300可以与电芯100接触以接收由电芯100产生的热量并且将热量排出到外部。换句话说，电芯框架300可以由具有优异导热性的材料制成，并且将在电芯100处产生的热量排出到外部，从而冷却电芯100。
电芯框架300具有上部体310和下部体320。当从上方观察时，上部体310可具有矩形形状。上部体310可以在其中具有空闲空间。位于第三方向16上的上部的上部体310的内表面可以与第一电池组101的电芯100的表面和第二电池组102的电芯100的表面接触。
下部体320可以位于第三方向16上的上部体310下方。下部体320可以具有空闲空间。上部体310和下部体320可以彼此组合以形成内部空间。位于第三方向16上的下部的下部体320的内表面可以与第一电池组101的电芯100和第二电池组102的电芯100的表面接触。
上部体310和下部体320的内表面的一部分可以与电芯100接触，以释放电芯100处产生的热量。换句话说，电芯框架300可以冷却电芯100。
连接器400可以将电池模组10电连接到外部电气设备。连接器400可以连接到连接部件200。例如，连接器400可以成对设置。这一对连接器400可以分别连接到连接部件200在第一方向12上的两端。这一对连接器400可以形成为穿过电芯框架300的下部体320。
图8是示出本公开的另一实施方式的电池模组10的透视图。参见图8，如图1所示的本公开的多个电池模组10可以在一个方向上层叠。如果提供图1的多个电池模组10，则电池模组10可具有增加的能量容量。
本公开的电池包可以包括至少一个上述的电池模组10。除了电池模组10之外，电池包还可以包括用于收纳电池模组10的包壳体以及用于控制电池模组10的充电/放电的各种装置。例如，可以进一步包括电池管理系统(BMS)、电流传感器和熔断器等。
本公开的电池模组10可以应用于诸如电动车辆和混合动力车辆等车辆。本公开的车辆可以包括至少一个含有本公开的实施方式的电池模组10的电池包。
如上所述，在本公开的电池模组10中，电芯100的电极引线140可以彼此相对设置。另外，电芯100的电极引线140可以接合至位于第一电池组101和第二电池组102之间的连接部件200。通过如上所述将电芯100之间的空间利用至最大程度，可以使电池模组10中接合电极引线140所需的空间最小化。通过这样做，可以提高电池模组10的能量体积效率。
以上描述是对本公开的说明。另外，上述公开内容旨在说明和解释本公开的优选实施方式，并且本公开可以在各种其他组合、修改和环境中使用。换言之，本公开可以在本文公开的本发明的构思的范围内、在本公开的等同范围内和/或在本领域的技术和知识内改变或修改。所描述的实施方式示出了实施本公开的技术思想的最佳技术状态，并且可以根据本公开的具体应用和用途的要求对其进行各种改变。因此，以上描述并不意图将本公开限制于实施方式。而且，所附权利要求应该被解释为涵盖这样的其他实施方式。

Claims (11)

1.一种电池模组，其包含：
多个电芯，各电芯具有：电极组件、收纳所述电极组件的壳体和由连接至所述电极组件并露出在所述壳体之外的正极引线和负极引线组成的电极引线；和
连接部件，其配置为将所述电芯电连接，
其中，所述多个电芯划分为第一电池组和第二电池组，第一电池组的电芯在第一方向上并排设置，第二电池组的电芯在第一方向上并排设置为使其电芯的电极引线与第一电池组的电芯的电极引线相对，
其中，所述连接部件位于第一电池组和第二电池组之间，
其中，所述电芯的电极引线分别与所述连接部件连接，
其中，第一电池组的任一电芯的电极引线与所述连接部件的上表面和下表面中任一个接触，并且
其中，位于与所述任一电芯相对的第二电池组的电芯的电极引线与所述连接部件的上表面和下表面中的另一个接触。
2.如权利要求1所述的电池模组，
其中，所述电芯包含：收纳所述电极组件的收纳部，和密封所述收纳部的密封部，
其中，所述连接部件和所述电极引线通过焊接而接合，并且
其中，所述连接部件和所述电极引线的焊接面位于与所述密封部相对的区域。
3.如权利要求2所述的电池模组，
其中，所述任一电芯的电极引线和所述连接部件的焊接面位于与另一电芯的密封部相对的区域。
4.如权利要求3所述的电池模组，
其中，所述另一电芯的电极引线和所述连接部件的焊接面位于与所述任一电芯的密封部相对的区域。
5.如权利要求1所述的电池模组，
其中，所述壳体包含边缘部分彼此密封的上部袋和下部袋，并且在所述上部袋和所述下部袋中的任一个中形成用于收纳所述电极组件的收纳空间，并且
其中，在电芯通过所述连接部件彼此连接的情况下，在不同袋中形成所述收纳空间。
6.如权利要求1所述的电池模组，
其中，所述电芯的正极引线和负极引线在所述壳体的同一侧露出，并且至少所述任一电芯的正极引线和负极引线布置为使其表面的部分区域基于所述连接部件与另一电芯的正极引线和负极引线相对。
7.如权利要求2所述的电池模组，
其中，所述连接部件的在从上方观察时与第一方向垂直的第二方向上的两端与通过所述连接部件彼此连接的两个电芯的所述收纳部以预定的距离隔开。
8.如权利要求2所述的电池模组，
其中，所述连接部件的下表面的至少一部分与所述任一电芯的密封部的一个表面接触，并且所述连接部件的上表面的至少一部分与相对的电芯的密封部的一个表面接触。
9.如权利要求1所述的电池模组，
其中，所述电池模组具有内部空间，并且还设置有电芯框架，从而使第一电池组、第二电池组和所述连接部件位于所述内部空间中。
10.一种电池包，其包含权利要求1～9中任一项所述的电池模组。
11.一种车辆，其包含权利要求10所述的电池包。
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