CN108352588B - 电池模块、具有该电池模块的电池组和车辆 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及电池模块以及具有该电池模块的电池组和车辆。根据本发明的实施方式的电池模块包括：盒，所述盒内部具有容纳空间；多个电池单元，所述多个电池单元位于所述容纳空间中；以及冷却单元，所述冷却单元用于对所述电池单元进行冷却，其中，所述冷却单元包括：冷却片，所述冷却片与所述电池单元的表面表面接触；冷却板，所述冷却板位于所述冷却片的下部中；以及连接构件，所述连接构件被布置在所述冷却片与所述冷却板之间，用于将来自所述冷却片的热传递到所述冷却板。

Description

电池模块、具有该电池模块的电池组和车辆
技术领域
本公开涉及包括电池单元的电池模块以及包括该电池模块的电池组和车辆，并且更具体地，涉及一种能够对电池单元进行冷却的电池模块以及包括该电池模块的电池组和车辆。
本申请要求于2016年2月22日在韩国提交的韩国专利申请No.10-2016-0020741的优先权，该韩国专利申请的公开内容通过引用并入本文中。
背景技术
二次电池非常适用于各种产品组并且具有能量密度高的电气特性。这种二次电池不仅应用于便携式电子装置，而且应用于由电驱动源、电力存储装置等驱动的电动或混合动力车辆。
使用二次电池能够显著减少化石燃料的消耗，并且除了这个主要优点之外，二次电池不产生由能量消耗所引起的任何副产物，由此作为用于提高环保和能量效率的新能源而备受关注。
应用于电动车辆等的电池组具有其中包括多个电池单元的多个电池模块彼此连接以获得高输出功率的结构。另外，每个电池单元都是能够通过包括正极集电器、负极集电器、隔板、活性材料、电解质等的组件之间的电化学反应来反复充电和放电的电极组件。
近年来，伴随着对也适用作能量存储装置的大容量结构的需求不断增加，对具有通过其中多个二次电池串联和/或并联连接的多个电池模块而形成的多模块结构的电池组的需求也不断增加。
由于具有多模块结构的电池组按照多个二次电池紧密地堆积在狭窄空间中这样的方式来制造，因此重要的是，容易排放从每个二次电池产生的热。在二次电池的充电操作或放电操作期间，由于电化学反应而产生热。如果在充电操作和放电操作期间没有从电池模块高效地消散热，则会累积热。另外，电池模块会劣化，并且在一些情况下，会着火或爆炸。
因此，高功率、大容量电池模块和包括该电池模块的电池组必须具有冷却装置，以便使其中所包括的电池单元冷却。
通常，有两种典型类型的冷却装置：空气冷却型和水冷却型。由于诸如短路或使二次电池防水之类的问题，使空气冷却型比水冷却型更广泛地使用。
单个二次电池单元能够产生的电力并不高，因此，通常在市售电池模块的模块壳体中堆叠并封装必要数目的电池单元。另外，在电池单元之间插入与电池单元的面积对应的多个冷却片作为散热构件，以便使在每个电池单元发电的同时产生的热消散，并由此保持合适的二次电池温度。吸收来自每个电池单元的热的冷却片连接到单个冷却板并且将热传递到冷却板。冷却板将从冷却片接收到的热传递到散热器，并且通过冷却水或冷却空气来使散热器冷却。
然而，由于冷却片和冷却板的接触部的形状而导致它们难以彼此完全紧密接触作为整体，因此其导热效率降低。如果冷却片和冷却板之间的导热效率降低，则出现电池单元没有被有效冷却的问题。
发明内容
技术问题
本公开将提供一种能够提高电池单元的冷却效率的电池模块以及一种包括该电池模块的电池组和车辆。
另外，本公开将提供一种能够在冷却电池单元时保持电池单元的整个区域内的均匀温度的电池模块以及一种包括该电池模块的电池组和车辆。
本公开不限于此，并且根据以下描述，本领域普通技术人员可清楚地理解以上未提及的其它目的。
技术方案
本公开提供了一种包括多个电池单元的电池模块。
根据本公开的实施方式，一种电池模块可以包括：盒(cartridge)，所述盒中包括容纳空间；多个电池单元，所述多个电池单元被放置在所述容纳空间中；以及冷却单元，所述冷却单元被配置成对所述电池单元进行冷却，其中，所述冷却单元可以包括：冷却片，所述冷却片与所述电池单元的侧面表面接触；冷却板，所述冷却板被放置在所述冷却片的下方；以及连接构件，所述连接构件被放置在所述冷却片与所述冷却板之间并且将来自所述冷却片的热传递到所述冷却板。
根据本公开的实施方式，所述连接构件可以包括导热片材。
根据本公开的实施方式，所述冷却片可以包括在朝向所述电池单元的方向上弯曲的弯曲片部，所述冷却板可以包括位于所述弯曲片部下方的弯曲板部，并且所述连接构件可以包括位于所述弯曲片部与所述弯曲板部之间的弯曲连接部。
根据本公开的实施方式，所述弯曲片部的表面可以与所述盒接触。
根据本公开的实施方式，所述弯曲片部、所述弯曲板部和所述弯曲连接部可以具有彼此对应的形状。
根据本公开的实施方式，所述盒的与所述弯曲片部接触的部分可以具有与所述弯曲片部对应的形状。
根据本公开的实施方式，所述连接构件可以通过热熔融方法联接到所述冷却片和所述冷却板。
根据本公开的实施方式，该电池模块还可以包括热交换单元，所述热交换单元被放置在所述冷却板的下方并且能够与所述冷却板交换热。
根据本公开的实施方式，所述热交换单元可以包括：热交换室，所述热交换室被配置成通过使用从所述热交换室的外部引入的冷却流体来与所述冷却板交换热；供应管，所述供应管被配置成向所述热交换室供应所述冷却流体；以及排放管，该排放管被配置成将所述冷却流体从所述热交换室向外排放。
本公开可以提供一种包括所述电池模块的电池组。
本公开可以提供一种包括所述电池组的车辆。
有益效果
根据本公开的实施方式，可以通过使用导热片将冷却片和冷却板彼此接合来提高电池单元的冷却效率。
另外，根据本公开的实施方式，可以通过使用导热片使冷却片与冷却板接触来提高从冷却片到冷却板的导热效率。
本公开的效果不限于以上提到的效果，并且根据本说明书和附图，本领域普通技术人员可清楚地理解本文中未提到的其它效果。
附图说明
图1是例示根据本公开的实施方式的电池单元的配置的分解立体图。
图2是例示根据本公开的实施方式的电池单元的立体图。
图3是例示根据本公开的实施方式的电池模块的立体图。
图4是例示图3中例示的多个盒被堆叠的状态的立体图。
图5是图3的前视图。
图6是例示根据本公开的实施方式的电池模块的截面图。
图7是例示图6的区域B的放大视图。
图8是例示图3的热交换单元的立体图。
具体实施方式
在下文中，将参照附图来详细地描述本公开的实施方式。本公开的实施方式可按各种形式来修改，并且本公开的范围应该不被理解为限于下述的实施方式。提供这些实施方式是为了向本领域普通技术人员更充分地说明本公开。因此，在附图中，为了更清楚地说明和强调，可能夸大了一些元件的形状。另外，应该理解，在说明书和所附的权利要求中使用的术语不应该被解释为限于通用含义和字典含义，而是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基于与本公开的技术方面对应的含义和概念来解释。
在描述本公开的电池模块10之前，首先将描述包括在电池模块10中的多个电池单元100。在本公开的实施方式中，袋式电池单元100将被描述为二次电池单元的示例。图1是例示根据本公开的实施方式的电池单元的配置的分解立体图，图2是例示根据本公开的实施方式的电池单元的立体图。参照图1和图2，电池单元包括袋状壳体110、电极组件130、电极凸舌150和电极引线170。
袋状壳体110具有内部空间。电极组件130和随后将描述的电解质被放置在袋状壳体110的内部。袋状壳体110的中心区域在向上方向和向下方向上突出。袋状壳体110包括上壳体111和下壳体113。
上壳体111和下壳体113彼此组合以形成内部空间。上壳体111的中心区域具有向上突出的凹形形状。下壳体113放置在上壳体111的下方。下壳体113的中心区域具有向下突出的凹形形状。另选地，袋状壳体110的内部空间可形成在上壳体111和下壳体113中的仅一个中。
上壳体111和下壳体113分别具有密封部S。上壳体111的密封部S和下壳体113的密封部S可以按照相互面对方式进行设置。可以通过将设置在密封部S内侧的内粘合层彼此热熔融来使上壳体111的密封部S和下壳体113的密封部S彼此接合。可以通过将密封部S彼此接合来密封内部空间。
电解质和电极组件130被容纳在袋状壳体110的内部空间中。袋状壳体110可以包括外绝缘层、金属层和内粘合层。外绝缘层可防止外部湿气、气体等渗入。金属层可提高袋状壳体110的机械强度。金属层可以由铝制成。另选地，金属层可以由选自铁合金、碳、铬、镁合金、铁、镍、镍合金、铝及其等同物中的任一种形成。如果金属层由含铁的材料形成，则可提高机械强度。如果金属层由铝材料形成，则延展性会高。作为金属层的优选实施方式，可以提供铝层。外绝缘层和内粘合层可以由聚合物材料形成。
电极组件130包括正极板、负极板和隔板。电极组件130可以按照将至少一个正极板和至少一个负极板布置成在它们之间设置隔板的方式来设置。电极组件130可以按照多个正极板和多个负极板交替堆叠的方式来设置。另选地，电极组件130还可以按照将一个正极板和一个负极板进行卷绕的方式来设置。
电极组件130的电极板中的每一个包括集流器和施用在集流器的一面或两面上的活性材料浆液。活性材料浆液可以通过在向其添加诸如增塑剂这样的溶剂的状态下搅拌粒状活性材料、辅助导体和粘结剂来形成。电极板中的每一个都可以包括作为未被施用活性材料浆液的区域的非涂覆部。与每个电极板对应的电极凸舌150可以形成在非涂覆部上。
电极凸舌150从电极组件130延伸成突出形状。电极凸舌150包括正极凸舌151和负极凸舌153。正极凸舌151可以从正极板的非涂覆部延伸，并且负极凸舌153可以从负极板的非涂覆部延伸。
可以在电池单元100上设置一个正极凸舌151和一个负极凸舌153。另选地，可以设置多个正极凸舌151和多个负极凸舌153。例如，如果电池单元100的电极组件130仅包括一个正极板和一个负电板，则可以设置一个正极凸舌151和一个负极凸舌153。另选地，可以设置多个正极凸舌151和多个负极凸舌153。如果电极组件130包括多个正极板和多个负极板，则在电极组件130中也可以包括多个正极凸舌151和多个负极凸舌153，使得每个电极板可以设置有电极凸舌150。
电极引线170可以将电池单元100与其它外部装置电连接。电极引线170包括正极引线171和负极引线173。电极引线170可以从袋状壳体110的内部延伸到外部。电极引线170的一部分可以被插置在密封部S之间。电极引线170连接到电极凸舌150。
在下文中，将根据本公开的实施方式来描述电池模块10。图3是例示根据本公开的实施方式的电池模块的立体图，图4是例示图3中例示的多个盒的堆叠状态的立体图，图5是图3的前视图。参照图3至图5，电池模块10包括多个电池单元100。电池模块10包括电池单元100、壳体200、盒300、冷却单元400和热交换单元500。
通过将其中容纳有多个电池单元100的盒300进行堆叠来形成电池模块10。在下文中，将多个电池单元100堆叠的方向称为第一方向12，将从上方观看时与第一方向12垂直的方向称为第二方向14，并且将与第一方向12和第二方向14二者垂直的方向称为第三方向16。
安装后的电池单元100与上述电池单元100相同。
壳体200具有内部空间。多个盒300被放置在壳体200的内部空间中。壳体200具有大致长方体的形状。壳体200可以保护设置在其中的电池单元100免受外部冲击。
盒300中的每一个中具有容纳空间。多个电池单元100被放置在容纳空间中。在本公开的实施方式中，可以在容纳空间中容纳两个电池单元100。另选地，可以在容纳空间中容纳三个或更多个电池单元100。
当在第一方向12上观看时，盒300可以具有矩形形状。盒300可以按照其中具有空间的框架的形式设置。盒300可以在第二方向14上支承电池单元100的两侧。
可以设置多个盒300。多个盒300在第一方向12上堆叠。多个盒300可以被放置在壳体200的内部空间中。
图6是例示根据本公开的实施方式的电池模块的截面图，图7是例示图6的区域B的放大视图。参照图6和图7，冷却单元400可以使电池单元100冷却。冷却单元400与电池单元100接触，并且可以按照将来自电池单元100的热依次传递到冷却片410、连接构件450和冷却板430的方式对电池单元100进行冷却。
冷却单元400包括冷却片410、冷却板430和连接构件450。
冷却片410将来自电池单元100的热传递到连接构件450。冷却片410与电池单元100的侧面接触。冷却片410和电池单元100彼此表面接触。设置多个冷却片410。多个电池单元100和多个冷却片410按照冷却片410、电池单元100、电池单元100和冷却片410的顺序在第一方向12上布置，并且在第一方向12上重复按照该顺序的布置。冷却片410可以由金属材料形成。例如，冷却片410可以由铝材料形成。另选地，冷却片410可以由导热率高的其它金属材料形成。
盒300在第二方向14上放置在冷却片410的上表面上。冷却片410中的每一个的表面可以与盒300接触。
冷却片410中的每一个包括弯曲片部411。本文中，如图6中所示，弯曲片部411被限定为冷却片410中的每一个的除了第三方向16上的垂直部和第一方向12上的水平部之外的剩余部分，并且弯曲片部411具有朝向电池单元100弯曲的形状。
弯曲片部411可以朝向电池单元100弯曲。例如，弯曲片部411可以如图7中所示在朝向电池单元100的方向上弯曲。弯曲片部411的弯曲方向在第三方向16上向下倾斜。弯曲片部的表面与盒300接触。弯曲片部411在第三方向16上位于盒300的下方。盒300的与弯曲片部411接触的部分可以具有与弯曲片部411对应的形状。
冷却板430可以将来自电池单元100的热传递到外部或热交换单元500。冷却板430被放置在冷却片410的下方。冷却板430可以经由连接构件450(随后描述)与多个冷却片410接触。例如，冷却板430可以由铝材料形成。另选地，冷却板430可以由导热率高的其它金属材料形成。
冷却板430包括弯曲板部431。本文中，如图6中所示，弯曲板部431被限定为冷却板430的除了第一方向12上的水平部之外的剩余部分，弯曲板部431具有从冷却板430的水平部延伸的形状并且在第三方向16上向上弯曲。
弯曲板部431与弯曲片部411接触。弯曲板部431的弯曲方向从冷却板430的在第一方向12上的水平部朝向第三方向16向上倾斜。弯曲板部431的一个表面与弯曲连接部451(随后描述)接触。弯曲板部431的另一面可以与热交换单元500的热交换室530接触或者可以被暴露于外部。弯曲板部431在第三方向16上位于弯曲片部411的下方。设置与弯曲片部411的数目对应的弯曲板部431。
参照图7，弯曲板部431的数目与弯曲片部411的数目对应。参照图7中示出的作为参考的单个盒300，一个盒300包括两个电池单元100。冷却片410在第一方向12上放置在电池单元100中的每一个的两侧。冷却片410中的每一个包括在第三方向16上向下弯曲的弯曲片部411。弯曲板部431在第三方向16上分别位于弯曲片部411的下方。冷却板430的位于弯曲板部431之间的部分整体上具有平坦形状。参照图7，在第三方向16上位于一个盒300下方的冷却板430在第一方向12上具有平坦的中心部和在两侧的弯曲板部431。另外，在第三方向16上位于冷却板430上方的盒300具有相同的结构并且形成容纳空间。
电池单元100的横向部可以被容纳在容纳空间中。如图7中所示，电池单元100的横向部是在第二方向14上突出并且在向下方向上变成更尖锐的三角形形状的部分，并且横向部被容纳在容纳空间中。
根据电池单元100的上述结构，盒300的容纳空间也根据盒300的两个横向侧部弯曲。另外，形状与盒300对应的冷却片410和冷却板430具有相同的形状。因此，当使由金属材料形成的冷却片410和冷却板430彼此直接接触并且彼此联接时，由于冷却片410和冷却板430的弯曲形状而在冷却片410与冷却板430之间不可避免地形成间隙。然而，本公开通过在冷却片410与冷却板430之间设置连接构件450来解决该问题。
连接构件450将来自冷却片410的热传递到冷却板430。连接构件450被放置在冷却片410与冷却板430之间。连接构件450的一个表面与冷却片410接触，并且连接构件450的另一表面与冷却板430接触。连接构件450可以被设置为具有高导热率的材料。例如，连接构件450可以被设置为导热片材。在实施方式中，连接构件450可以被设置为热粘合片材。热粘合片材具有粘合性，因此可以使冷却片410和冷却板430的表面紧密接触作为一个整体。热粘合片材可以是导热率高的已知片材。例如，热粘合片材可以是导热率高的已知热结合片材。连接构件450可以通过热熔融方法联接到冷却片410和冷却板430。连接构件450可以被设置为厚度薄的热粘合片材，并且连接构件450的与冷却片410和冷却板430接触的表面可以通过热熔融方法进行处理，使得在冷却片410与冷却板450之间可以不留下任何间隙。另外，连接构件450可以被设置为导热率高的材料并且可以将来自冷却片410的热传递到冷却板450。
连接构件450包括弯曲连接部451。本文中，连接构件450的弯曲连接部451被限定为具有弯曲形状并且从连接构件450在第一方向12上的水平部起在第三方向16上向上延伸的部分。
弯曲连接部451位于弯曲片部411与弯曲板部431之间。弯曲板部431、弯曲连接部451、弯曲片部411和盒300可以在第三方向16上以依次堆叠的方式设置。弯曲连接部451具有在第三方向16上向下弯曲的形状。弯曲连接部451可以具有与弯曲片部411和弯曲板部431对应的形状。可以设置多个弯曲连接部451。弯曲连接部451的数目可以与弯曲片部411的数目和弯曲板部431的数目对应。
热交换单元500可以与冷却板430交换热。热交换单元500被放置在冷却板430的下方。热交换单元500可以通过使用其中容纳的冷却流体来与冷却板430交换热。热交换单元500可以通过与冷却板430交换热来使冷却板430冷却。例如，冷却流体可以是冷却水。另选地，冷却流体可以是气体。例如，该气体可以是空气或氦气。
热交换单元500包括供应管510、热交换室530和排放管550。供应管510、热交换室530和排放管550在第二方向14上并排布置。
供应管510从外部接收冷却流体并且将冷却流体供应到热交换室530。供应管510联接到热交换室530的一侧。供应管510可以具有圆形横截面形状。
热交换室530被放置在冷却板430的下方。热交换室530具有用于容纳冷却流体的内部空间。热交换单元530可以通过使用其中容纳的冷却流体对冷却板430进行冷却。热交换室530整体上可以具有长方体形状。与冷却板430接触的热交换室530可以具有等于或大于冷却板430的横截面面积的横截面面积。
排放管550将冷却流体从热交换室530排放到外部。排放管550联接到热交换室530的一侧。排放管550可以具有圆形横截面形状。基于热交换室530，排放管550可以联接到与供应管510联接的一侧相反的一侧。
在上述示例中，电池模块10包括热交换单元500。与此不同的是，冷却板430可以被暴露于外部。在这种情况下，冷却板430可以通过空气冷却方法执行冷却。
在上述示例中，在冷却片410与冷却板430之间设置一个连接构件450。然而，可以在冷却片410与冷却板430之间设置多个导热片材。
本公开的电池组包括至少一个上述的电池模块10。除了电池模块10之外，电池组还可以包括被配置成容纳电池模块10的壳体以及被配置成控制电池模块10的充电和放电操作的其它各种装置。例如，电池组还可以包括电池管理系统(BMS)、电流传感器、熔断器等。
包括本公开的多个电池模块10的电池组可以应用于诸如电动车辆或混合动力车辆这样的车辆。本公开的车辆可以包括本公开的电池组，并且本公开的电池模块10可以被包括在电池组中。
在下文中，将描述本公开的效果。根据本公开的实施方式，在冷却片410与冷却板430之间设置有连接构件450。虽然冷却片410和冷却板430彼此直接接触，但是由于弯曲形状而无法进行完美的表面对表面接触，因此在它们之间形成间隙。该间隙降低了从冷却片410到冷却板430的热传递效率和电池单元100的冷却效率。然而，根据本公开，可以设置导热率高的导热片材以将来自冷却片410的热有效地传递到冷却板430。另外，导热片材通过热熔融方法联接到冷却片410和冷却板430。因此，在冷却片410、导热片材和冷却板430之间不会留下任何间隙。由于在冷却片410、导热片材和冷却板430之间没有留下间隙，因此可以有效地传递电池单元100的热。另外，可以提高电池单元100的冷却效率。
以上详细的描述例示了本公开的示例。另外，以上内容旨在例示和说明本公开的优选实施方式，并且本公开可以用于各种其它组合、修改和环境中。也就是说，可以在本说明书中所公开的发明构思的范围内、在与以上描述等同的范围内和/或在相关领域的技术或知识的范围内进行改变或校正。以上实施方式是为了例示实现本公开的技术构思的最佳模式，并且根据本公开的具体应用领域和用途，可以在其中做出各种修改。因此，本公开的以上详细描述不旨在将发明构思限制于所公开的实施方式。还要理解，所附的权利要求旨在涵盖其它实施方式。

Claims (9)

1.一种电池模块，该电池模块包括：
盒，所述盒中包括容纳空间；
多个电池单元，所述多个电池单元被放置在所述容纳空间中；以及
冷却单元，所述冷却单元被配置成对所述电池单元进行冷却，
其中，所述冷却单元包括：
冷却片，所述冷却片与所述电池单元的侧面表面接触；
冷却板，所述冷却板被放置在所述冷却片的下方；以及
连接构件，所述连接构件被放置在所述冷却片与所述冷却板之间并且将来自所述冷却片的热传递到所述冷却板，
其中，所述电池单元的横向部是在向下方向上变成更尖锐的三角形形状的部分，并且所述横向部被容纳在容纳空间中，
其中，所述冷却片包括在朝向所述电池单元的方向上弯曲的弯曲片部，
所述冷却板包括位于所述弯曲片部下方的弯曲板部，并且
所述连接构件包括位于所述弯曲片部与所述弯曲板部之间的弯曲连接部，并且
其中，所述弯曲片部的表面与所述盒接触。
2.根据权利要求1所述的电池模块，其中，所述连接构件被设置为导热片材。
3.根据权利要求1所述的电池模块，其中，所述弯曲片部、所述弯曲板部和所述弯曲连接部具有彼此对应的形状。
4.根据权利要求3所述的电池模块，其中，所述盒的与所述弯曲片部接触的部分具有与所述弯曲片部对应的形状。
5.根据权利要求2所述的电池模块，其中，所述连接构件通过热熔融方法联接到所述冷却片和所述冷却板。
6.根据权利要求1所述的电池模块，该电池模块还包括热交换单元，所述热交换单元被放置在所述冷却板的下方并且能够与所述冷却板交换热。
7.根据权利要求6所述的电池模块，其中，所述热交换单元包括：
热交换室，所述热交换室被配置成通过使用从所述热交换室的外部引入的冷却流体来与所述冷却板交换热；
供应管，所述供应管被配置成向所述热交换室供应所述冷却流体；以及
排放管，所述排放管被配置成将所述冷却流体从所述热交换室向外排放。
8.一种电池组，该电池组包括权利要求1至7中的任一项所述的电池模块。
9.一种车辆，该车辆包括权利要求8所述的电池组。
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