CN109417141B - 电池模块、包括电池模块的电池组以及包括电池组的车辆 - Google Patents

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Abstract

根据本发明的一个实施例的电池模块包括：多个电池单体，所述多个电池单体在彼此的顶部上堆叠；单体壳体，所述单体壳体用于容纳所述多个电池单体；顶板，所述顶板覆盖所述单体壳体的整个上侧，并且电连接到所述多个电池单体的阳极或阴极；以及底板，所述底板被布置成与所述顶板相对，覆盖所述单体壳体的整个下侧，并且被电连接到所述多个电池单体的阳极和阴极当中的另一电极。

Description

电池模块、包括电池模块的电池组以及包括电池组的车辆
技术领域
本公开涉及电池模块、包括所述电池模块的电池组以及包括所述电池组的车辆。
本申请要求2017年3月21日在韩国提交的韩国专利申请No.10-2017-0035398的优先权，其公开内容通过引用被并入于此。
背景技术
二次电池高度适用于各种产品，并且具有诸如高能量密度等优异的电学性能，从而二次电池不仅通常用于便携式装置，而且还通常用于由电动力源驱动的电动车辆(EV)或混合动力电动车辆(HEV)。由于二次电池能够大幅减少化石燃料的使用，而且在能耗期间不产生副产物，因此二次电池作为提高环境友好性和能效的新能源而受到关注。
当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。单位二次电池单体、即单位电池单体的工作电压约为2.5V至4.6V。因此，如果需要更高的输出电压，则可以串联连接多个电池单体来构造电池组。另外，根据所述电池组所需的充电/放电容量，可以并联连接多个电池单体来构造电池组。因此，可以根据所需的输出电压或所要求的充电/放电容量来不同地设定包括在所述电池组中的电池单体的数量。
同时，当多个电池单体串联或并联连接以构造电池组时，通常首先构造由至少一个电池单体组成的电池模块，并且然后通过使用至少一个电池模块并且添加其他元件来构造电池组。
因为多模块结构的电池组被制造为使得多个二次电池密集地封装在狭窄的空间中，所以重要的是易于释放从每个二次电池产生的热量。因为二次电池通过电化学反应来充电和放电，所以如果电池模块在充电和放电期间产生的热量没有被有效去除，则发生热量累积，这可能加速电池模块的劣化，并且有时会造成燃烧或爆炸。
因此，高输出大容量的电池模块和配备有所述高输出大容量的电池模块的电池组必须具有用于对包括在其中的电池单体进行冷却的冷却装置。
传统的电池模块通常采用这样的冷却结构：所述冷却结构接触电池单体和热沉之间的热界面材料(TIM)，以释放热量。
然而，在传统的冷却结构中，由于冷却性能低下，所以难以改进电池模块和电池组的性能，并且更难以改进具有所述电池模块或电池组的电动车辆的性能。
发明内容
技术问题
本公开旨在提供一种能够使冷却性能最大化的电池模块、包括该电池模块的电池组、以及包括该电池组的车辆。
技术方案
在本公开的一个方面中，提供了一种电池模块，包括：多个电池单体，所述多个电池单体彼此堆叠；单体壳体，所述单体壳体被构造成容纳多个电池单体；顶板，所述顶板被构造成覆盖所述单体壳体的整个上侧，并且所述顶板电连接到所述多个电池单体的正电极和负电极中的一者；以及底板，所述底板被布置为面对顶板并被构造成覆盖所述单体壳体的整个下侧，并且所述底板电连接到所述多个电池单体的正电极和负电极中的另一者。
所述电池模块还可以包括相变材料，所述相变材料被填充在所述单体壳体中，使得所述多个电池单体被部分地浸没在所述相变材料中，并且被构造成引导所述多个电池单体的冷却。
所述电池模块还可以包括热沉，所述热沉被安装到所述顶板的上侧，以冷却多个单体。
所述相变材料可以在所述多个电池单体的温度升高时被汽化并朝着顶板移动，并且被所述热沉液化并朝着底板移动。
引导肋可以设置在所述单体壳体的内壁的上侧处，以引导所液化的相变材料朝着所述底板移动。
所述电池模块还可以包括至少一个单体固定构件，所述单体固定构件被构造成固定多个电池单体，以防止所述多个电池单体在所述单体壳体的内部移动。
所述单体固定构件可以设置成一对单体固定构件，并且所述一对单体固定构件可以包括：上部单体固定构件，多个电池单体的上部被插入到所述上部单体固定构件中，所述上部单体固定构件被固定到所述单体壳体的内部的上侧；以及下部单体固定构件，所述多个电池单体的下部被插入到所述下部单体固定构件中，所述下部单体固定构件被固定到所述单体壳体的内部的下侧。
在所述上部单体固定构件和所述下部单体固定构件中可以形成多个单体插入孔，使得所述多个电池单体被插入到所述多个单体插入孔中。
所述顶板的边缘可以通过接缝被联接到所述单体壳体的边缘。
所述顶板可以通过焊接被联接到所述多个电池单体中的一种电极。
所述底板可以通过焊接被联接到所述多个电池单体中的另一种电极。
所述多个电池单体可以是圆柱形二次电池。
在本公开的另一方面中，还提供了一种电池组，包括：至少一个根据上述实施例的电池模块；和电池组壳体，该电池组壳体被构造成封装该至少一个电池模块。
在本公开的另一方面中，还提供了一种车辆，包括至少一个根据上述实施例的电池组。
有利效果
根据如上的各种实施例，能够提供能够使冷却性能最大化的电池模块、包括该电池模块的电池组以及包括该电池组的车辆。
附图说明
附图示出本公开的优选实施例，并且与前述公开一起用于进一步理解本公开的技术特征，并且因此本公开不应被解释为限于附图。
图1是用于图示根据本公开的实施例的电池模块的视图。
图2是示出图1的电池模块的分解立体图。
图3是示出图1的电池模块的横截面图。
图4是用于图示图1的电池模块的顶板和单体壳体之间的联接的视图。
图5是用于图示图1的电池模块的电池单体的电极的连接的视图。
图6是用于图示图1的电池模块的冷却原理的视图。
图7是用于图示根据本公开的实施例的电池组的视图。
具体实施方式
通过参考附图详细地描述本公开的实施例，本公开将变得更为清楚。应理解，仅是为了更好地理解本公开而对本文所公开的实施例进行示例，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，附图未按实际比例绘制，可能夸大了一些元件的尺寸。
图1是用于图示根据本公开的实施例的电池模块的视图，图2是示出图1的电池模块的分解立体图，图3是示出图1的电池模块的横截面图，图4是用于图示图1的电池模块的顶板和单体壳体之间的联接的视图，图5是用于图示图1的电池模块的电池单体的电极的连接的视图，并且图6是用于图示图1的电池模块的冷却原理的视图。
参考图1至图6，电池模块10可以包括电池单体100、单体壳体200、至少一个单体固定构件300、400、热沉500、相变材料600、顶板700和底板800。
所述电池单体100可以设置为多个，并且多个电池单体100可以是圆柱形二次电池。多个电池单体100可以彼此堆叠并且彼此电连接。
正电极110可以设置在多个电池单体100的上部的中央处，并且负电极130可以设置在多个电池单体100的包括边缘的外表面处和底表面处。
所述单体壳体200可以被构造成容纳多个电池单体100。为此，所述单体壳体200可以具有用于在其中容纳多个电池单体100的容纳空间。
引导肋220可以被设置在所述单体壳体200的内部。
所述引导肋200被设置在所述单体壳体200的内壁的上侧处，并且可以在稍后解释的相变材料600的液化(L)期间引导所述相变材料600朝着下侧的移动。具体地，稍后解释地，所述引导肋200可以引导稍后解释的液化(L)相变材料600朝着所述底板800更快地移动。
至少一个单体固定构件300、400可以固定多个电池单体100，以便防止多个电池单体100在单体壳体200内移动。
所述单体固定构件300、400可以设置成一对。所述一对单体固定构件300、400可以包括上部单体固定构件300和下部单体固定构件400。
多个电池单体100的上部被插入到所述上部单体固定构件300中，并且所述上部单体固定构件300可以被固定到所述单体壳体200的内部的上侧。为此目的，多个单体插入孔350可以形成在所述上部单体固定构件300中，使得多个电池单体100的上部被插入其中。
所述单体壳体200的下部被插入到所述下部单体固定构件400中，并且所述下部单体固定构件400可以固定到所述单体壳体200的内部的下侧。为此目的，多个单体插入孔450可以形成在所述下部单体固定构件400中，使得多个电池单体100的下部被插入其中。
所述热沉500用于冷却多个电池单体100，并且可以被安装到稍后解释的所述顶板700的上侧。稍后解释地，所述热沉500也可以安装至所述单体壳体200，而不是安装在所述顶板700的上侧。
所述相变材料600被构造成引导所述多个电池单体100的冷却，并且可以部分地填充在所述单体壳体200中。因此，多个电池单体100可以在所述单体壳体200的内部部分地浸没在相变材料600中。
当所述多个电池单体100的温度升高时，所述相变材料600可以被汽化(V)，并朝着所述顶板700移动，如稍后解释的；并且被所述热沉500液化(L)并且朝着所述底板800移动，如稍后解释的。所述汽化(V)和液化(L)可以循环地重复，由此可以更有效地冷却所述电池单体100。
所述相变材料600可以是具有低沸点的氟基材料，用于更有效地循环。例如，所述相变材料600可以是沸点在35℃和50℃之间的材料。此外，所述相变材料600可以包括具有灭火功能的材料。因此，当所述电池模块10中着火时，可以使用所述相变材料600来快速灭火。
所述顶板700可以联接到所述单体壳体200，以覆盖所述单体壳体200的整个上侧。这里，所述顶板700可以通过接缝结构来联接到所述单体壳体200。这是为了最大化所述单体壳体200的气密结构，并防止所述单体壳体200中的相变材料600发生汽化。所述接缝结构可以形成在所述顶板700的边缘中和所述单体壳体200的上边缘中。也就是说，所述顶板700的边缘可以通过接缝来结合到所述单体壳体200的上边缘。
所述顶板700可以电连接到所述多个电池单体100的正电极110和负电极130中的一者。在下文中，将基于所述顶板700电连接到多个电池单体100的正电极110的情况来描述此实施例。
为此目的，所述顶板700可以由金属材料制成，并且通过焊接来联接到所述多个电池单体100的正电极110。也就是说，在此实施例中，所述顶板700不仅用作用于密封所述单体壳体200的盖子，而且还用作用于所述电池单体100的电连接的汇流条。
因此，在本实施例中，因为所述顶板700可以实现上述两种功能，所以不需要用于连接所述电池单体100的正电极110的单独的汇流条结构。
同时，为了所述顶板700和单体壳体200之间的绝缘，所述顶板700可以在联接到所述单体壳体200的一部分处被绝缘。在本实施例中，所述顶板700可以在通过接缝来结合的边缘部分处与所述单体壳体200绝缘。如果所述单体壳体200不是由金属材料制成、而是由非金属材料制成，则可以省略绝缘处理。
所述底板800可以被布置为面向所述顶板700，并且覆盖所述单体壳体200的整个下侧。所述底板800可以与所述单体壳体200一体地形成，或者可以单独设置，并安装到所述单体壳体200的底部。
所述底板800可以电连接到所述多个电池单体100的正电极110和负电极130中的另一者。在本实施例中，因为所述顶板700被电连接到所述多个电池单体100的正电极110，所以所述底板800将被描述为电连接到所述多个电池单体100的负电极130。
如上所述，所述底板800不仅可以用作用于密封所述单体壳体200的底部的盖子，还可以用作用于所述电池单体100与顶板700的电连接的汇流条。
为此，所述底板800可以由金属材料制成，并且通过焊接来联接到所述多个电池单体100的负电极130。同时，如果所述底板800与所述单体壳体200一体地形成，则所述单体壳体200也可以由金属材料制成。在这种情况下，所述单体壳体200可以在如上所述地被联接到所述顶板700的一部分处绝缘，用于与所述顶板700绝缘。如果所述底板800被单独安装到所述单体壳体200，则所述单体壳体200可以由非金属材料制成，并且在这种情况下，可以省略绝缘工序。
因此，在本实施例中，因为所述底板800能够密封所述单体壳体200，并且能够电连接所述电池单体100的负电极130，所以无需用于连接所述电池单体100的负电极130的单独的汇流条结构。
如上所述，在本实施例中，因为用于密封所述单体壳体200的顶板700和底板800也用作用于电连接所述电池单体100的电极110、130的汇流条，所以可以省略单独的附加汇流条结构，从而减少所述电池模块10的制造成本，并提高制造效率。
另外，就能量密度而言，根据此实施例的电池模块10可以与被省略的单独的附加汇流条结构的体积一样多地来确保电池单体100的进一步容量。
此外，根据此实施例的电池模块10可以利用所述相变材料600来使得冷却性能最大化。
图7是用于图示根据本公开的实施例的电池组的视图。
参考图7，电池组1可以包括根据前述实施例的至少一个电池模块10和用于封装所述至少一个电池模块10的电池组壳体50。
所述电池组1可以作为车辆的燃料源来提供给车辆。作为示例，所述电池组1可以被提供给电动车辆、混合动力车辆以及能够使用所述电池组1作为燃料源的各种其他类型的车辆。另外，除了车辆之外，所述电池组1可以设置在其他装置、仪器或设施中，诸如使用二次电池的能量存储系统。
如上所述，此实施例的电池组1和具有电池组1的诸如车辆这样的装置、仪器或设施包括上述电池模块10，并且因此能够实现具有上述电池模块10的所有优点的电池组1，或者具有所述电池组1的诸如车辆这样的装置、仪器或设施。
尽管已经示出和描述了本公开的实施例，但是应理解，本公开不限于所述的特定实施例，本领域的技术人员能够在本公开的范围内进行各种改变和修改，并且不应从本公开的技术构思和观点单独地理解这些修改。

Claims (10)

1.一种电池模块，包括：
多个电池单体，所述多个电池单体彼此堆叠；
单体壳体，所述单体壳体被构造成容纳所述多个电池单体；
顶板，所述顶板被构造成覆盖所述单体壳体的整个上侧，并且所述顶板电连接到所述多个电池单体的正电极和负电极中的一种电极；以及
底板，所述底板被布置为面对所述顶板并被构造成覆盖所述单体壳体的整个下侧，并且所述底板电连接到所述多个电池单体的所述正电极和所述负电极中的另一种电极，
其中，所述电池模块还包括相变材料，所述相变材料被填充所述单体壳体中，使得所述多个电池单体被部分地浸没在所述相变材料中，并且所述相变材料被构造成引导所述多个电池单体的冷却，
其中，所述顶板的边缘通过接缝被结合到所述单体壳体的上边缘以形成气密结构，所述顶板在联接到所述单体壳体的部分处与所述单体壳体绝缘，并且
其中，所述顶板由金属材料制成，并且通过焊接来联接到所述多个电池单体的正电极和负电极中的一种电极，并且所述底板由金属材料制成，并且通过焊接来联接到所述多个电池单体的正电极和负电极中的另一种电极，而不需要用于连接所述多个电池单体的正电极或负电极的单独的汇流条结构。
2.根据权利要求1所述的电池模块，还包括：
热沉，所述热沉被安装到所述顶板的上侧，以冷却所述多个电池单体。
3.根据权利要求2所述的电池模块，
其中，所述相变材料在所述多个电池单体的温度升高时被汽化并朝着所述顶板移动，并且所述相变材料被所述热沉液化并朝着所述底板移动。
4.根据权利要求3所述的电池模块，还包括：
引导肋，所述引导肋被设置在所述单体壳体的内壁的上侧处，以引导所液化的相变材料朝着所述底板移动。
5.根据权利要求1所述的电池模块，还包括：
至少一个单体固定构件，所述单体固定构件被构造成固定所述多个电池单体，以防止所述多个电池单体在所述单体壳体的内部移动。
6.根据权利要求5所述的电池模块，
其中，所述单体固定构件设置成一对单体固定构件，并且
其中，所述一对单体固定构件包括：
上部单体固定构件，所述多个电池单体的上部被插入到所述上部单体固定构件中，所述上部单体固定构件被固定到所述单体壳体的内部的上侧；以及
下部单体固定构件，所述多个电池单体的下部被插入到所述下部单体固定构件中，所述下部单体固定构件被固定到所述单体壳体的内部的下侧。
7.根据权利要求6所述的电池模块，
其中，在所述上部单体固定构件和所述下部单体固定构件中形成多个单体插入孔，使得所述多个电池单体被插入到所述多个单体插入孔中。
8.根据权利要求1所述的电池模块，
其中，所述多个电池单体是圆柱形二次电池。
9.一种电池组，包括：
至少一个如权利要求1中所限定的电池模块；和
电池组壳体，所述电池组壳体被构造成封装所述至少一个电池模块。
10.一种车辆，包括：
至少一个如权利要求9中所限定的电池组。
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