CN108292791B - 电池组和包括电池组的车辆 - Google Patents

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Abstract

根据本发明的一个实施方式，一种电池组包括：电池单元组件，其包括至少一个电池单元；电池组外壳，其具有设置在其一侧的入口部和出口部，冷却剂分别通过该入口部和出口部流入和流出，以冷却电池单元，该电池组外壳容纳电池单元组件以固定和支撑电池单元组件；以及冷却剂供应和循环单元，其连接到入口部和出口部以与入口部和出口部连通，使得冷却剂供应和循环单元与各个电池单元接触并使其冷却，因此冷却剂被供应到电池组外壳内并在电池组外壳内循环。

Description

电池组和包括电池组的车辆
技术领域
本公开涉及电池组，更具体地讲，涉及一种具有改进的冷却结构和改进的空间效率的电池组以及包括该电池组的车辆。
本申请要求2016年4月25日在韩国提交的韩国专利申请No.10-2016-0050171的优先权，其公开通过引用并入本文。
背景技术
高度适用于各种产品并表现出诸如高能量密度等的优异电性质的二次电池不仅常用在便携式装置中，而且还用在由电源驱动的电动车辆(EV)或混合动力电动车辆(HEV)中。二次电池作为增强能源效率和环境友好性的新能源正在受到关注，因为化石燃料的使用会大大减少并且在能源消耗期间不产生副产物。
目前广泛使用的二次电池包括锂离子电池、锂聚合物电池、镍镉电池、镍氢电池、镍锌电池等。单位二次电池单元(即，单位电池单元)的操作电压约为2.5V至4.2V。因此，如果需要更高的输出电压，则可将多个电池单元串联连接以配置电池组。另外，根据电池组所需的充电/放电容量，多个电池单元可并联连接以配置电池组。因此，包括在电池组中的电池单元的数量可根据所需的输出电压或所需的充电/放电容量而不同地设定。
此外，当多个电池单元串联或并联连接以配置电池组时，通常首先配置由多个电池单元组成的电池模块，然后通过使用多个电池模块并添加其它部件来配置电池组。
换言之，电池模块具有这样的结构：多个电池单元横向地或垂直地层叠，然后用于保护和固定电池单元的外框架(端板)附接到电池单元的顶表面或底表面。另外，电池模块被容纳在电池中并固定到电池。
另外，包括多个电池模块的电池组被制造为使得多个二次电池被紧密地装在狭窄的空间中，因此重要的是容易地消散从各个二次电池产生的热。如上所述，二次电池通过电化学反应来充电或放电。因此，如果在充电/放电过程期间产生的电池模块的热没有被有效地去除，则发生热累积，这可能促使电池模块劣化并且有时导致着火或爆炸。因此，高输出大容量电池组本质上需要用于冷却包括在其中的电池单元的冷却装置。
然而，在传统电池组中，诸如冷却销或散热器的冷却装置所占据的空间大，这不可避免地使电池单元的空间效率劣化，并且由于增加的冷却结构，电池组的制造成本增加。
另外，传统电池组具有包括用于固定多个层叠的电池单元并维持刚性的单独的外框架(端板)以及用于容纳并支撑外框架的附加电池组壳体的双结构，然而这增加了制造成本并且也与最近二次电池的轻量化趋势相反。
发明内容
技术问题
因此，本公开涉及提供一种电池组，其通过使冷却剂直接循环到电池单元而可具有改进的空间效率和降低的制造成本，并且即使不使用围绕电池单元的单独的外框架(端板)，也可被牢固地支撑在电池组外壳中并在维持刚性的同时以降低的制造成本允许二次电池的轻量化设计，并且还涉及提供一种包括该电池组的车辆。
技术方案
在本公开的一方面，提供了一种电池组，该电池组包括：电池单元组件，其具有至少一个电池单元；电池组外壳，其具有设置在其一侧的输入口和输出口以使得冷却剂通过该输入口和输出口流入和流出以冷却电池单元，该电池组外壳容纳电池单元组件以固定和支撑电池单元组件；以及冷却剂供应和循环单元，其连接到输入口和输出口以与输入口和输出口连通以将冷却剂供应到电池组外壳中并在电池组外壳中循环，以使得各个电池单元按照与冷却剂接触的方式被冷却。
电池组外壳可包括：外壳主体，其具有多个横向隔板和多个纵向隔板以形成容纳电池单元组件的容纳空间；外壳盖，其被设置在外壳主体的上表面处；以及弹性按压单元，其被设置在外壳盖上以弹性地按压电池单元组件。
外壳主体可与电池单元的平坦表面对应以斜度或成直角凹陷以形成放置电池单元组件的放置凹槽。
弹性按压单元可具有一对倾斜区域以及将倾斜区域的端部连接以从外壳盖的平坦表面凹陷的凹陷区域，并且弹性按压单元的凹陷区域的至少一部分可接触支撑电池单元组件的顶表面以向下按压电池单元。
粘合构件可被夹在电池单元组件与弹性按压单元之间以将电池单元组件和弹性按压单元彼此固定。
外壳主体和外壳盖可使用螺钉联接，并且外壳盖可具有在厚度方向上穿过外壳盖沿着弹性按压单元的周边按照规则的间隔形成的第一联接孔，并且可在横向隔板和纵向隔板中沿着长度方向在与第一联接孔对应的位置处形成第二联接孔以使得螺钉被容纳在第二联接孔中。
可在第一联接孔处通过使第一联接孔的内侧沿着长度方向凹陷来形成放置和支撑部分以使得螺钉被放置在该放置和支撑部分处并被支撑，并且密封构件可被夹在放置和支撑部分与第二联接孔的顶表面之间以防止冷却剂泄漏出。
至少一个冷却剂循环孔可形成在横向隔板和纵向隔板中。
外壳盖和弹性按压单元可利用冲压被一体地提供。
电池组外壳可由铝材制成，并且冷却剂可以是绝缘油。
另外，本公开提供了一种车辆，该车辆包括根据上述实施方式的电池组。
有益效果
根据本公开的实施方式，通过直接使冷却剂按照与电池单元接触的方式循环，由于可不使用诸如冷却销或散热器的传统冷却装置，电池组可具有改进的空间效率和简化的结构。
另外，根据本公开的另一实施方式，即使不使用传统外框架(端板)，电池组也可在电池单元被牢固地支撑在电池组外壳中的同时维持刚性并允许轻量化设计。
附图说明
附图示出了本公开的优选实施方式并且与上述公开一起用于提供本公开的技术特征的进一步理解，因此，本公开不应被解释为限于附图。
图1是示意性地示出根据本公开的实施方式的电池组的立体图。
图2是图1的分解立体图。
图3是沿着线A-A截取的图1的横截面图。
图4是示出图3的部分B的放大图。
图5是示出图3的部分C的放大图。
图6是示出根据本公开的实施方式的电池组的冷却剂供应和循环单元所执行的冷却剂循环处理的示意图。
具体实施方式
通过参照附图详细描述本公开的实施方式，本公开将变得更显而易见。应该理解，本文所公开的实施方式仅仅是为了更好理解本公开的例示，本公开可按照各种方式来修改。另外，为了易于理解本公开，附图未按实际比例绘制，而是一些部件的尺寸可能被夸大。
图1是示意性地示出根据本公开的实施方式的电池组的立体图，图2是图1的分解立体图，图3是沿着线A-A截取的图1的横截面图，图4是示出图3的部分B的放大图，图5是示出图3的部分C的放大图。
电池组10可作为车辆的燃料源被设置到车辆。作为示例，电池组10可被设置到电动车辆、混合动力车辆以及能够使用电池组10作为燃料源的各种其它类型的车辆。另外，除了车辆之外，电池组10还可被设置在使用二次电池的其它装置、仪器或设施(例如，储能系统)中。
参照图1至图5，电池组10可包括：电池单元组件100，其具有至少一个电池单元110；电池组外壳200，其具有设置在其一侧的输入口211和输出口212以使得冷却剂通过其流入和流出以冷却电池单元110，该电池组外壳200容纳电池单元组件100以固定和支撑电池单元组件100；以及冷却剂供应和循环单元300，其连接到输入口和输出口以与输入口和输出口连通以将冷却剂供应到电池组外壳200中并在电池组外壳200中循环，以使得各个电池单元110按照与冷却剂接触的方式被冷却。
主要参照图2和图3，电池单元组件100可包括多个层叠的电池单元110，并且还可包括各种部件。更详细地，电池单元110可以是袋型二次电池并且可按照多个设置以彼此电连接。尽管图中未示出，各个电池单元110可包括诸如电极组件、用于容纳电极组件的电池壳体以及突出到电池壳体之外并电连接到电极组件的电极引线的各种部件。这里，电极引线可包括正极引线和负极引线，其中正极引线可连接到电极组件的正极板，负极引线可连接到电极组件的负极板。
另外，尽管图中未示出，可在层叠的电池单元110的侧表面设置用于引导层叠的电池单元110的组装并在层叠工艺中确保固定力的单独的单元盒(未示出)。
电池组外壳200形成电池组10的外观并且可提供冷却剂可停留和流动的流动空间。电池组外壳200可容纳电池单元组件100和冷却剂。
主要参照图2，电池组外壳200可具有形成在其一侧的输入口211和输出口212以使得冷却剂通过其流入和流出。输入口211和输出口212分别连接以与冷却剂供应和循环单元300连通。此外，在此实施方式中，提供两个输入口211和两个输出口212，但是本公开的范围不限于其任何具体数量或位置。
电池组外壳200还用于固定和支撑容纳在其中的电池单元组件100。为此，电池组外壳200包括：外壳主体210，其具有容纳电池单元组件100的容纳空间；外壳盖230，其设置在外壳主体210的顶表面处；以及弹性按压单元250，其用于弹性地按压电池单元组件100。
外壳主体210可包括多个横向隔板213和纵向隔板214，并且电池单元组件100可被容纳在由横向隔板213和纵向隔板214限定的各个容纳空间中。
如图3和图4所示，外壳主体210可与电池单元110的平坦表面对应以向内斜度凹陷，以形成放置并固定电池单元组件100的中心部分的放置凹槽217。放置凹槽217允许电池单元110和电池单元组件100被更容易地固定。与上面不同，放置凹槽217还可被形成为向内圆角状或者垂直台阶状。
外壳盖230可设置在外壳主体210的顶表面处。外壳盖230形成为板形，并且可在其中形成多个联接孔216、231以用于与外壳主体210联接。外壳盖230保护其中的电池单元组件100并且还防止冷却剂泄漏出。
弹性按压单元250可设置在外壳盖230的平坦表面上。弹性按压单元250与电池单元组件100接触并且向下按压和支撑电池单元组件100以固定电池单元组件100。
为此，如图3所示，各个弹性按压单元250可具有一对倾斜区域251以及形成为将倾斜区域251的端部彼此连接并从外壳盖230的平坦表面凹陷的凹陷区域252，凹陷区域252的至少一部分可接触支撑电池单元组件100的顶表面以向下支撑电池单元组件100。外壳盖230和弹性按压单元250可通过冲压一体地形成。通过这样做，可降低制造成本并使二次电池重量减轻。
另外，粘合构件260可被夹在电池单元组件100与弹性按压单元250之间以将电池单元组件100和弹性按压单元250彼此固定。
通过这种组合，即，通过外壳主体210的放置凹槽217、外壳盖230的弹性按压单元250和粘合构件260，电池单元组件100可被牢固地固定在电池组外壳200内。换言之，即使不使用围绕电池单元110的单独的外框架(端板)，由于外壳主体210的放置凹槽217、外壳盖230的弹性按压单元250和粘合构件260的组合，电池单元组件100也可在维持刚性的同时被支撑并固定在电池组外壳200中。
此外，电池组外壳200可将电池单元组件100的热消散到外部。这里，电池组外壳200可由具有高导热性的铝材制成以便于有效散热。
根据本公开的实施方式的电池组10具有冷却剂(绝缘油)被循环以直接冷却电池单元110的冷却结构。为此，可在电池组外壳200的一侧设置冷却剂供应和循环单元300。
参照图2，冷却剂供应和循环单元300具有供应和循环电机310以及冷却剂流动和停留的停留空间311。冷却剂通过供应和循环电机310被注入输入口211，并且在电池组外壳200中循环的冷却剂可通过输出口212返回到停留空间311。
为了冷却剂循环，可分别在外壳主体210的横向隔板213和纵向隔板214中形成至少一个冷却剂循环孔215，并且冷却剂可从由横向隔板213和纵向隔板214限定的任一个容纳空间移动到另一容纳空间。
为了利用冷却剂供应和循环单元300使流体状态的冷却剂在电池组外壳200中循环，用于密封电池组外壳200的结构是必不可少的。
密封结构将参照图2、图3和图5详细描述。
外壳主体210和外壳盖230使用螺钉240来联接。外壳盖230具有在厚度方向上穿过外壳盖230沿着弹性按压单元250的周边按照规则的间隔形成的第一联接孔231，并且在横向隔板213和纵向隔板214中沿着长度方向在与第一联接孔231对应的位置形成第二联接孔216以使得螺钉240被容纳在其中。图3的左部示出螺钉240被省略的状态。
另外，在第一联接孔231处通过使第一联接孔231沿着长度方向凹陷来形成放置和支撑部分232，以使得螺钉240的头部被放置并支撑到该放置和支撑部分232。另外，密封构件241可被夹在放置和支撑部分232与第二联接孔216的上周边之间，以防止冷却剂泄漏出。外壳主体210和外壳盖230可利用密封构件241彼此密封。代替将外壳主体210和外壳盖230彼此螺纹连接，外壳盖230可通过点焊等联接到外壳主体210。
通过冷却剂供应和循环单元300供应和循环的冷却剂用于冷却电池单元组件100，并且可填充在电池组外壳200中以使得电池单元组件100被浸在其中。详细地，冷却剂可填充在电池组外壳200中的电池单元组件100之间的空间中，并且也可填充在多个电池单元110之间的空间中。
冷却剂可由具有高热容的材料制成。因此，在此实施方式中，利用填充在电池组外壳200中的冷却剂，可能不需要诸如冷却销和散热器的单独的结构来冷却电池单元组件100。
因此，在此实施方式中，可不使用诸如冷却销和散热器的单独的结构，因此可改进电池单元110的空间效率并降低制造成本。
另外，冷却剂可由绝缘油或者包括绝缘油的材料制成。由于绝缘油与电池单元110直接接触循环，所以冷却效果优异。另外，即使电池单元110着火，由于冷却剂的比热差，也可通过冷却剂来阻挡和防止着火。
另外，冷却剂可充当电池组外壳200内部的电池单元组件100的阻尼器。电池单元组件100可能易受外部冲击。然而，由于冷却剂填充在电池单元组件100的电池单元110之间的空间中并且填充在电池组外壳200与电池单元组件100之间的空间中，所以可减轻对电池单元组件100的外部冲击，结果，确保了电池组10的安全。
以下，将详细描述如上配置的此实施方式的电池组10的操作。
图6是示出根据本公开的实施方式的电池组的冷却剂供应和循环单元所执行的冷却剂循环处理的示意图。
首先，参照图3，可利用外壳盖230的弹性按压单元250和外壳主体210的放置凹槽217通过弹性地按压多个电池模块来牢固地固定电池组10的各个电池单元110和各个电池单元组件100。
因此，在此实施方式中，当多个电池单元组件100被安装在外壳主体210中时，不需要用于稳定地固定多个电池单元110的单独的外框架(即，诸如端板和拉杆的附加部件)，因此可降低电池组10的制造成本。
主要参照图6，冷却剂可利用冷却剂供应和循环单元300按照与多个电池单元110和电池单元组件100接触的方式在电池组10内循环。换言之，从供应和循环电机310注入的冷却剂通过输入口211流入到电池组外壳200中，按照与电池单元110直接接触的方式流动并流过冷却剂循环孔215以循环到各个容纳空间。最后，冷却剂可通过输出口212移动到冷却剂供应和循环单元300的停留空间311。
在此实施方式中，可利用循环冷却剂显著改进多个电池单元110的冷却效率。
此外，在此实施方式中，利用冷却剂循环结构，可不使用诸如多个冷却销、散热器等的传统冷却装置，因此可降低制造成本。另外，电池单元110的空间效率可改进很多，因此电池单元110的能量密度可增加。
如上所述，在此实施方式中，可提供电池组10，电池组10可在增强冷却性能的同时降低制造成本并改进电池单元110的能量密度。另外，包括根据此实施方式的电池组10的任何装置、仪器或设施(例如，车辆)也可具有如上所述的电池组10的所有优点。
尽管已示出和描述了本公开的实施方式，但是应该理解，本公开不限于所描述的特定实施方式，本领域技术人员可在本公开的范围内进行各种改变和修改，并且这些修改不应从本公开的技术构思和观点单独地理解。

Claims (7)

1.一种电池组，该电池组包括：
电池单元组件，该电池单元组件具有至少一个电池单元；
电池组外壳，该电池组外壳具有设置在其一侧的输入口和输出口以使得冷却剂通过所述输入口和所述输出口流入和流出以冷却所述电池单元，该电池组外壳容纳所述电池单元组件以固定和支撑所述电池单元组件；以及
冷却剂供应和循环单元，该冷却剂供应和循环单元连接到所述输入口和所述输出口以与所述输入口和所述输出口连通以将所述冷却剂供应到所述电池组外壳中并在所述电池组外壳中循环，以使得各个电池单元按照与所述冷却剂接触的方式被冷却，
其中，所述电池组外壳包括：
外壳主体，该外壳主体具有多个横向隔板和多个纵向隔板以形成容纳所述电池单元组件的容纳空间；
外壳盖，该外壳盖被设置在所述外壳主体的上表面处；
弹性按压单元，该弹性按压单元被设置在所述外壳盖上以弹性地按压所述电池单元组件；以及
粘合构件，该粘合构件被夹在所述电池单元组件与所述弹性按压单元之间以将所述电池单元组件和所述弹性按压单元彼此固定，
其中，所述外壳主体与所述电池单元的平坦表面对应地以斜度或成直角凹陷以形成放置所述电池单元组件的放置凹槽，
其中，所述弹性按压单元具有一对倾斜区域以及将所述倾斜区域的端部连接以从所述外壳盖的平坦表面凹陷的凹陷区域，
其中，所述弹性按压单元的所述凹陷区域的至少一部分以接触的方式支撑所述电池单元组件的顶表面以向下按压所述电池单元，并且
其中，所述弹性按压单元的所述一对倾斜区域均与所述外壳盖连接。
2.根据权利要求1所述的电池组，
其中，所述外壳主体和所述外壳盖使用螺钉联接，并且
其中，所述外壳盖具有在厚度方向上穿过所述外壳盖沿着所述弹性按压单元的周边按照规则的间隔形成的第一联接孔，并且在所述横向隔板和所述纵向隔板中沿着长度方向在与所述第一联接孔对应的位置处形成第二联接孔以使得所述螺钉被容纳在所述第二联接孔中。
3. 根据权利要求2所述的电池组，
其中，在所述第一联接孔处通过使所述第一联接孔的内侧沿着长度方向凹陷来形成放置和支撑部分以使得所述螺钉被放置在该放置和支撑部分处并被支撑，并且
其中，密封构件被夹在所述放置和支撑部分与所述第二联接孔的顶表面之间以防止所述冷却剂泄漏出。
4.根据权利要求1所述的电池组，
其中，至少一个冷却剂循环孔形成在所述横向隔板和所述纵向隔板中。
5.根据权利要求1所述的电池组，
其中，所述外壳盖和所述弹性按压单元利用冲压被一体地提供。
6. 根据权利要求1所述的电池组，
其中，所述电池组外壳由铝材制成，并且
其中，所述冷却剂是绝缘油。
7.一种车辆，该车辆包括根据权利要求1所述的电池组。
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