CN108630847B - 电池模块、包括电池模块的电池组和包括电池组的车辆 - Google Patents

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Abstract

公开了电池模块、包括电池模块的电池组和包括电池组的车辆。所述电池模块包括：多个电池单体组件，每个电池单体组件具有至少一个电池单体；底部壳体，底部壳体被构造成容纳多个电池单体组件；上部壳体，上部壳体被安装至所述底部壳体的上侧，以暴露所述多个电池单体组件的上侧的一部分、前侧的一部分和后侧的一部分；以及冷却单元，冷却单元被构造成覆盖多个电池单体组件的暴露部分，并且具有用于冷却多个电池单体组件的相变材料。

Description

电池模块、包括电池模块的电池组和包括电池组的车辆
相关申请的交叉引用
本申请要求2017年3月15日在韩国提交的韩国专利申请No.10-2017-0032572的优先权，其公开内容在此通过引用并入。
技术领域
本公开涉及电池模块、包括该电池模块的电池组以及包括该电池组的车辆。
背景技术
高度适用于各种产品并且展现超高电特性诸如高能量密度等等的二次电池通常不仅被用在便携式装置中，而且也用在由电功率源驱动的电动车辆(EV)或者混合动力电动车辆(HEV)。二次电池作为一种用于提高环境友好性和能量效率的新型电源引起关注是因为能够极大地减少对化石燃料的使用，并且在能量消耗期间不产生副产品。
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、镍锌电池等等。单位二次电池单体，即单位电池单体的运行电压约为2.5V至4.6V。因此，如果需要更高输出电压，则可串联多个电池单体以构成电池组。另外，取决于电池组所需的充电/放电容量，可并联连接多个电池单体以构成电池组。因而，可根据所需的输出电压或者所要求的充电/放电容量不同地设定电池组中所包括的电池单体的数目。
同时，当多个电池单体被串联或者并联连接以构成电池组时，通常首先构成由至少一个电池单体组成的电池模块，然后通过使用至少一个电池模块并且添加其它部件而构成电池组。
由于多模块结构的电池组被制造成使得多个二次电池被密集地封装在狭窄空间内，所以易于排出从每个二次电池产生的热非常重要。由于二次电池的充电或者放电过程通过电化学反应执行，所以如果不有效地去除充电和放电期间电池模块产生的热，则可能发生热累积，导致电池模块退化并且引起起火或者爆炸。
因而，高容量大容量电池模块和包括该电池模块的电池组应具有冷却装置，以用于冷却其中所包括的电池单体。
通常，冷却装置可被分为两类，即空气冷却式和水冷却式，并且由于诸如二次电池的电流泄漏或者防水等问题，所以空气冷却式比水冷却式被更广泛地使用。
由于一个二次电池单体产生的功率不是太大，所以市售的电池模块通常包括按所需数目的在模块壳体内堆叠并且封装的多个电池单体。为了通过冷却在各个电池单体产生电力时生成的热而维持二次电池的适当温度，用于引入冷却剂的多个冷却管被插入电池单体中间，并且冷却泵被安装至电池模块，以将冷却剂平稳地供应至冷却管。
然而，在具有水冷结却构的传统电池模块中，电池单体在电池模块中的空间效率由于用于冷却剂的冷却管和冷却泵而降低。即，电池模块的能量密度降低。
另外，在水冷却式的传统电池模块中，难以设计其中安装有冷却管和冷却泵的电池模块。
因而，需要找到一种方法来提供一种具有提高的能量密度和更简单的冷却结构的电池模块、一种包括该电池模块的电池组以及一种包括该电池组的车辆。
发明内容
技术问题
因此，本公开涉及提供一种具有提高的能量密度和更简单的冷却结构的电池模块、一种包括该电池模块的电池组以及一种包括该电池组的车辆。
技术解决方案
在本公开的一方面，提供一种电池模块，包括：多个电池单体组件，每个电池单体组件具有至少一个电池单体；底部壳体，底部壳体被构造成容纳多个电池单体组件；上部壳体，上部壳体被安装至底部壳体的上侧，以暴露多个电池单体组件的上侧的一部分、前侧的一部分和后侧的一部分；以及冷却单元，冷却单元被构造成覆盖多个电池单体组件的暴露部分，并且具有相变材料以用于冷却多个电池单体组件。
冷却单元可包括：基部框架，基部框架被插入上部壳体中以接触多个电池单体组件的暴露部分；相变材料，相变材料被容纳在基部框架的上侧处；以及覆盖框架，覆盖框架被安装至基部框架的上侧以密封相变材料。
基部框架可包括：基部本体，基部本体被构造成覆盖多个电池单体组件的上侧的一部分，并且具有容纳凹槽以用于容纳相变材料；基部桥，基部桥被设置在基部本体的两端处，以覆盖多个电池单体组件的前侧的一部分和后侧的一部分；以及分隔桥，分隔桥被设置在基部桥之间，以分隔彼此面对的电池单体组件。
分隔桥可被布置在面对的电池单体组件之间，并且接触面对的电池单体组件。
覆盖框架可沿上部壳体的前后方向突出预定长度。
可设置多个冷却单元，并且多个冷却单元可被布置成沿上部壳体的左右方向彼此间隔开预定距离。
多个电池单体组件中的每一个电池单体组件可包括：堆叠在彼此上的多个电池单体；单体外壳，单体外壳被构造成覆盖多个电池单体；一对汇流条(bus bar)，该一对汇流条被安装至单体外壳的前侧和后侧并且被电连接至多个电池单体；以及一对导热垫，该一对导热垫分别被安装至该一对汇流条，以传递多个电池单体的热。
每一个电池单体可被布置成在与多个电池单体组件的前后方向平行的水平方向上平放。
多个电池单体可为圆柱形的二次电池。
单体外壳可包括：前外壳，前外壳被构造成覆盖多个电池单体的前侧；后外壳，后外壳被构造成覆盖多个电池单体的后侧；以及本体外壳，本体外壳被设置在前外壳和后外壳之间，以覆盖多个电池单体。
该一对汇流条可分别被安装至前外壳和后外壳。
在本公开的另一方面，也提供一种电池组，包括：至少一个根据上述实施例的电池模块；以及壳体梁，该至少一个电池模块通过滑动被插入壳体梁中。
壳体梁可具有冷却通道，用于冷却该至少一个电池模块的冷却剂流动通过冷却通道。
冷却单元可被布置成在冷却通道附近接触壳体梁。
在本公开的另一方面，也提供一种包括至少一个根据上述实施例的电池组的车辆。
有利效果
根据上述各种实施例，能够提供一种具有提高的能量密度和更简单的冷却结构的电池模块、一种包括该电池模块的电池组以及一种包括该电池组的车辆。
附图说明
附图示出了本公开的优选实施例并且与前述公开一起用于提供对本公开的技术特征的进一步理解，因而不应将本公开解释为限于附图。
图1是用于示出根据本公开的实施例的电池组的图。
图2是示出从其中排除壳体梁的部分梁基部的图1的电池组的图。
图3是示出图1的电池组的电池模块的图。
图4是示出图3的电池模块的分解透视图。
图5是示出图4的电池模块的电池单体组件的透视图。
图6是示出图5的电池单体组件的分解透视图。
图7是示出图4的电池模块的冷却单元的透视图。
图8是示出图7的冷却单元的横截面图。
图9是示出图7的冷却单元的基部本体的透视图。
图10是示出冷却图1的电池组的过程的图。
具体实施方式
通过参考附图详细描述本公开的实施例，本公开将变得更加明显。应理解，本文公开的实施例是说明性的，仅是为了更好地理解本公开，并且本公开可以以各种方式进行修改。另外，为了便于理解本公开，附图不以实际比例绘制，而是某些部件的尺寸可能被放大。
图1是示出根据本公开的实施例的电池组的图，并且图2是示出从其中排除壳体梁的部分梁基部的图1的电池组的图。
参考图1和2，电池组1可作为车辆的燃料源设置在车辆中。作为示例，电池组1可被设置在可使用电池组1作为燃料源的电动车辆、混合动力车辆或者任何其它车辆中。另外，除了车辆之外，电池组1还可被设置在其它装置、仪器或者设施，诸如使用二次电池的蓄能系统中。
电池组1可包括壳体梁10和电池模块50。
壳体梁10形成电池组1的外观，并且可容纳下文解释的至少一个电池模块50。这里，下文解释的该至少一个电池模块50可通过滑动插入而安装至壳体梁10。将在下文说明中更详细地描述滑动插入。
壳体梁10可包括梁基部12和梁桥14。
梁基部12沿壳体梁10的前后方向为细长的，并且可被成对地设置，使得该对梁基部12在左右方向上彼此间隔开预定长度。在该对梁基部12内部可设置冷却剂在其中流动的冷却通道15。
梁桥14连接该对梁基部12，并且可被设置为多个。多个梁桥14可在壳体梁10的前后方向上彼此间隔开预定距离。
下文解释的至少一个电池模块50，或者该实施例中的多个电池模块50可通过滑动插入而安装在多个梁桥14之间。即，每个电池模块50都可沿左右方向在梁桥14之间滑动，并且被固定地安装在梁桥14之间。
冷却通道15可在每个梁桥14中形成。
冷却通道15沿梁桥14的纵向方向形成，并且可被布置在下文解释的至少一个电池模块50之前和之后。另外。冷却通道15也可被设置在梁基部12中，因而可被绕电池模块50布置。
能够冷却下文解释的至少一个电池模块50的冷却剂可在冷却通道15内流动。冷却剂可被从冷却剂循环单元(未示出)供应，冷却剂循环单元可被单独地安装至壳体梁10或者被一体地安装至壳体梁10。
可设置至少一个电池模块50或者多个电池模块50。下面，在该实施例中，假定设置多个电池模块50。多个电池模块50可通过滑动插入而安装至壳体梁10。
首先更详细地考虑安装多个电池模块50的过程，工人等可将壳体梁10的任何一个梁基部12联接至多个梁桥14。
之后，工人等可通过将多个电池模块50在多个梁桥14之间滑动而将多个电池模块50布置在多个梁桥14之间。
如果多个电池模块50被完全可滑动地插入，则工人等可通过安装壳体梁10的其它梁基部12而将多个电池模块50封装在壳体梁10内。
如上所述，在该实施例中，由于多个电池模块50可以在没有单独的螺栓结构的情况下仅通过滑动插入安装至壳体梁10，所以电池组1的制造效率可显著地提高。
下面将更详细地描述多个电池模块50。
图3是示出图1的电池组的电池模块的图，并且图4是示出图3的电池模块的分解透视图。
参考图3和图4，每个电池模块40都可包括电池单体组件100、底部壳体200、上部壳体300和冷却单元500。
可设置至少一个电池单体组件100或者多个电池单体组件100。下面，在该实施例中，假定设置多个电池单体组件100。
下面，将参考图5和6更详细地描述多个电池单体组件100。
图5是示出图4的电池模块的电池单体组件的透视图，并且图6是示出图5的电池单体组件的分解透视图。
参考图5和图6，每个电池单体组件100都可包括电池单体110、单体外壳130、多个汇流条150和多个导热垫170。
电池单体110可为圆柱形二次电池，并且可设置至少一个电池单体110或者多个电池单体110。下面，在该实施例中，假定设置多个电池单体110。
多个电池单体110可被布置成堆叠在彼此上。特别地，每个电池单体110都可被布置成在与多个电池单体组件100的前后方向平行的水平方向上平放。详细地，多个电池单体110可被布置成在水平方向上平放，并且在竖直方向上堆叠。
在该实施例中，由于多个电池单体110被布置成在水平方向上平放，考虑到当电池组1被安装至车辆时，电池组1通常被布置在乘客下方，所以当发生诸如起火或者爆炸的事件时，可相对地确保位于多个电池单体110之上的乘客的安全。
单体外壳130用于覆盖多个电池单体110，并且可包括前外壳132、后外壳134和本体外壳136。
前外壳132可覆盖多个电池单体110的前侧。后外壳134可覆盖多个电池单体110的后侧。
本体外壳136可覆盖处于前外壳132和后外壳134之间的多个电池单体110。特别地，本体外壳136可覆盖多个电池单体110的上侧、下侧和两个横向侧，并且可包括外壳盖138和外壳基部139。
外壳盖138可覆盖多个电池单体110的上侧和两个横向侧。外壳基部139可覆盖多个电池单体110的下侧。
多个汇流条150分别被安装至单体外壳130的前和后侧，并且可被电连接至多个电池单体110。成对汇流条150中的任何一个汇流条都可被安装至前外壳132的前侧，并且可被电连接至多个电池单体110的正电极和负电极中的任何一个电极。成对汇流条150中的另一个汇流条被安装至后外壳134的后侧，并且可被电连接至多个电池单体110的正电极和负电极中的另一个电极。
该对导热垫170用于传递多个电池单体110的热，并且可被分别安装至成对汇流条150的前和后侧。当冷却多个电池单体110时，该对导热垫170可提高冷却性能。
再次参考图3和图4，底部壳体200可容纳多个电池单体组件100。为此，底部壳体200可具有容纳空间，以容纳多个电池单体组件100。
上部壳体300被安装至底部壳体200的上侧，并且可以暴露多个电池单体组件100的上侧的一部分、前侧的一部分和后侧的一部分。这是为了将多个冷却单元500布置成更靠近下文解释的壳体梁10(参见图1和图2)的冷却通道15(参见图1和图2)。
冷却单元500用于提高多个电池单体组件100的冷却性能，并且可覆盖多个电池单体组件1000的暴露部分，并且可被布置成与壳体梁10接触或者相邻。
因而，冷却单元500可被定位成靠近壳体梁10(参见图1和图2)的梁桥14(参见图1和图2)的冷却通道15(参见图1和图2)，并且被布置成接触壳体梁10的梁桥14。
可设置多个冷却单元500。多个冷却单元500可被沿上部壳体300的左右方向彼此间隔开预定距离。
下面将参考图7至图9更详细地描述多个冷却单元500。
图7是示出图4的电池模块的冷却单元的透视图，图8是示出图7的冷却单元的横截面图，并且图9是示出图7的冷却单元的基部本体的透视图。
参考图7至图9，每个冷却单元500都可包括基部框架510、相变材料530和覆盖框架550。
基部框架510由具有高导热率的金属制成，并且可被插入上部壳体300中，并且接触多个电池单体组件100的暴露部分。基部框架510可包括基部本体512、基部桥516和分隔桥518。
基部本体512可覆盖多个电池单体组件100的上侧的一部分。基部本体512可具有容纳凹槽514。容纳凹槽514被设置在基部本体512的上表面处，并且可容纳下文解释的相变材料530。
基部桥516可被成对地设置，并且分别被布置在基部本体512的在前后方向上的两端处。该对基部桥516可覆盖多个电池单体组件100的前侧的一部分和后侧的一部分。
分隔桥518被设置在该对基部桥516之间，并且可分隔在多个电池单体组件100中的在上部壳体300的前后方向上彼此面对的电池单体组件100。
特别地，分隔桥518从基部本体512的下侧突出，从而被布置在上部壳体300的前后方向上彼此面对的电池单体组件100之间，并且可被布置成接触面对的电池单体组件100，以便提高传热效率。
相变材料530是能够提高多个电池单体组件100的冷却性能的材料，并且可被容纳在基部框架510之上。特别地，相变材料530可被填充在基部本体512的容纳凹槽514内。
相变材料530可被设置成可通过相变而从气体变为液体或者从液体变为气体的材料。例如，可作为具有低沸点的材料，例如基于Novec的材料提供相变材料530。
覆盖框架550可由具有与基部框架510类似的高导热率的金属材料制成，并且可被安装至基部框架510的上侧。特别地，覆盖框架550可被安装至基部本体512的上侧，从而密封容纳相变材料530的容纳凹槽514。
覆盖框架550可沿上部壳体300的前后方向突出预定长度。覆盖框架550的突出部可被置于壳体梁10(参见图1和图2)的梁桥14(参见图1和图2)的上侧上。因而，冷却单元500可被更稳固地固定至壳体梁10，并且可提高对壳体梁10的导热率。
下面将更详细地描述根据该实施例的通过冷却单元500冷却电池组1(参见图1和图2)的过程。
图10是示出冷却图1的电池组的过程的图。
参考图10，当电池组1的电池单体组件100的温度升高时，在电池单体组件100中产生的热可被首先传递至冷却单元500。
首先，由于冷却单元500的基部桥516被定位成靠近壳体梁10的冷却通道15，所以能够冷却电池单体组件100。
另外，被布置在电池单体组件100的上侧处的冷却单元500的相变材料530可通过蒸发和冷凝来引导电池单体组件100的冷却。
特别地，当电池单体组件100产生的热被传递至冷却单元500的基部本体512时，相变材料530通过相变而从液体变为气体，从而降低电池单体组件100的温度。另外，如果与具有冷却通道15的壳体梁10接触的覆盖框架550的温度降低，则相变材料530可以将其相从气体再次变为液体。
根据这种机制，相变材料530可通过取决于电池单体组件100和覆盖框架550的温度重复蒸发和冷凝而提高电池单体组件100的冷却性能。
如上所述，在没有传统的复杂结构，诸如冷却管和冷却泵的情况下，根据该实施例的电池模块50和包括电池模块50的电池组1可通过包括相变材料530并且具有简单结构的冷却单元500来确保冷却性能。
因而，根据该实施例的电池模块50和包括该电池模块50的电池组1可相对地最大化电池单体110的空间效率。
因而，根据该实施例的电池模块50和包括该电池模块50的电池组1可通过冷却单元500提高电池单体110的能量密度，并且实现更简单的冷却结构。
虽然已经示出和描述了本公开的实施例，但应理解，本公开不限于所述的特定实施例，并且本领域技术人员在本公开的范围内能够做出各种改变和修改，并且不应单独地从本公开的技术概念和观点理解这些修改。

Claims (13)

1.一种电池模块，包括：
多个电池单体组件，每个电池单体组件具有至少一个电池单体；
底部壳体，所述底部壳体被构造成容纳所述多个电池单体组件；
上部壳体，所述上部壳体被安装至所述底部壳体的上侧，以暴露所述多个电池单体组件的上侧的一部分、前侧的一部分和后侧的一部分；以及
冷却单元，所述冷却单元被构造成覆盖所述多个电池单体组件的暴露部分，并且具有用于冷却所述多个电池单体组件的相变材料，
其中所述冷却单元包括：
基部框架，所述基部框架被插入所述上部壳体中以接触所述多个电池单体组件的暴露部分；
所述相变材料，所述相变材料被容纳在所述基部框架的上侧处；以及
覆盖框架，所述覆盖框架被安装至所述基部框架的上侧以密封所述相变材料，
其中设置多个所述冷却单元，并且
其中所述多个冷却单元被布置成沿所述上部壳体的左右方向彼此间隔开预定距离。
2.根据权利要求1所述的电池模块，其中所述基部框架包括：
基部本体，所述基部本体被构造成覆盖所述多个电池单体组件的上侧的一部分，并且具有用于容纳所述相变材料的容纳凹槽；
基部桥，所述基部桥被设置在所述基部本体的两端处，以覆盖所述多个电池单体组件的前侧的一部分和后侧的一部分；以及
分隔桥，所述分隔桥被设置在所述基部桥之间，以分隔彼此面对的电池单体组件。
3.根据权利要求2所述的电池模块，
其中所述分隔桥被布置在所述面对的电池单体组件之间，并且接触所述面对的电池单体组件。
4.根据权利要求1所述的电池模块，
其中所述覆盖框架沿所述上部壳体的前后方向突出预定长度。
5.根据权利要求1所述的电池模块，
其中所述多个电池单体组件中的每一个电池单体组件包括：
堆叠在彼此上的多个电池单体；
单体外壳，所述单体外壳被构造成覆盖所述多个电池单体；
一对汇流条，所述一对汇流条被安装至所述单体外壳的前侧和后侧并且被电连接至所述多个电池单体；以及
一对导热垫，所述一对导热垫分别被安装至所述一对汇流条，以传递所述多个电池单体的热。
6.根据权利要求5所述的电池模块，
其中所述电池单体中的每一个电池单体被布置成在与所述多个电池单体组件的前后方向平行的水平方向上平放。
7.根据权利要求5所述的电池模块，
其中所述多个电池单体为圆柱形二次电池。
8.根据权利要求5所述的电池模块，其中所述单体外壳包括：
前外壳，所述前外壳被构造成覆盖所述多个电池单体的前侧；
后外壳，所述后外壳被构造成覆盖所述多个电池单体的后侧；以及
本体外壳，所述本体外壳被设置在所述前外壳和所述后外壳之间，以覆盖所述多个电池单体。
9.根据权利要求8所述的电池模块，
其中所述一对汇流条分别被安装至所述前外壳和所述后外壳。
10.一种电池组，包括：
至少一个根据权利要求1所述的电池模块；和
壳体梁，所述至少一个电池模块通过滑动被插入所述壳体梁中。
11.根据权利要求10所述的电池组，
其中所述壳体梁具有冷却通道，用于冷却所述至少一个电池模块的冷却剂流动通过所述冷却通道。
12.根据权利要求11所述的电池组，
其中所述冷却单元被布置成在所述冷却通道附近接触所述壳体梁。
13.一种车辆，包括至少一个根据权利要求10所述的电池组。
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