CN109891624A - 具有防撞梁结构的电池组 - Google Patents

Abstract

根据本发明的一个方面的电池组包括：多个电池模块；托盘，所述托盘用于提供用于放置所述多个电池模块的空间；多个I型梁框架，所述I型梁框架被安设成横穿所述托盘的上表面，从而将其分隔成可以放置各个电池模块中的每个电池模块的空间；和多个热沉，通过将所述热沉布置在所述电池模块和I梁框架之间，并且设置成能够分别安装到形成在柱的任一侧处的每个凹部，从而所述热沉用于从所述电池模块吸收热量。

Description

具有防撞梁结构的电池组

技术领域

本公开涉及一种电池组，并且更具体而言，本公开涉及一种具有用于电池模块的、有效利用空间的装载结构的电池组。

本申请要求在韩国于2017年4月4日提交的韩国专利申请No.10-2017-0043911的优先权，其公开内容通过引用并入本文。

背景技术

与不可再充电的一次电池不同，二次电池指的是能够充电和放电的电池，并且被用作用于能量存储系统(ESS)、电动车辆(EV)或者混合电动车辆(HEV)以及诸如移动电话、PDA和笔记本计算机这样的小型先进电子装置的电源。

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。单位二次电池单体、即单位电池单体的操作电压大约是2.5V到4.2V。因此，如果要求更高的输出电压，则可以串联连接多个电池单体，以构成电池组。另外，根据电池组所需的充电/放电容量，可以并联连接多个电池单体，以构成电池组。因此，可以根据所需的输出电压或者所要求的充电/放电容量来不同地设定电池组中所包括的电池单体的数目。

例如，当串联或者并联连接多个电池单体以构成电池组时，通常首先构成由多个电池单体组成的电池模块，然后通过使用多个电池模块并且添加其它构件来构成电池组。换言之，电池模块指的是其中多个二次电池被串联或者并联连接的构件，电池组指的是其中多个电池模块被串联或者并联连接、以增加容量和输出的构件。

同时，在多电池模块结构的电池组中，重要的是易于排放从每个电池模块产生的热量。如果电池模块在充电和放电期间所产生的热量未被有效去除，则可能发生热量积聚，从而导致电池模块劣化，并且引起燃烧或者爆炸。因此，高输出大容量电池组本质上需要用于冷却其中所包含电池模块的冷却装置。

另外，对于电动车辆，在运行期间，意外的冲击和振动可能被施加到电池组。在此情形中，电池模块之间的电连接可能断开，或者支撑所述电池模块的电池组外壳可能变形。因此，特别地，要求用于电动车辆的电池组具有足以抵抗外部冲击和振动的耐久性。为了解决这个问题，经常使用防撞梁来增加电池组的机械刚度。这里，防撞梁可以指被安装在构成所述电池组外壳的托盘处的梁状结构。包括防撞梁的所述托盘具有高抗冲击性，并且不易由于外部冲击或者振动而变形。

然而，即使通过安设防撞梁而改进了电池组的机械刚度，在此情形中，可用于装载电池模块的空间也被同样程度地减小。此外，如果进一步添加诸如热沉这样的必要冷却装置结构，则包括所述热沉的电池组的体积比或者能量密度降低。如上所述，即使不易于同时增强电池组的机械刚度和能量密度，然而在电池相关工业中，近年来对于能够全部满足结构安全性、冷却性能和高能量密度的电池组的需求日益增加。

发明内容

技术问题

本公开被设计为解决相关技术的问题，因此本公开旨在提供这样一种电池组，其可以在确保电池模块的结构安全性和冷却性能的同时，提高能量密度。

可以从以下详细描述而理解本公开的这些和其它目的和优点，并且从本公开的示例性实施例可以对其了解的更为清楚。而且，易于理解的是，可以通过所附权利要求所示装置及其组合来实现本公开的目的和优点。

技术方案

在本公开的一个方面中，提供一种电池组，所述电池组包括：多个电池模块；托盘，所述托盘提供放置所述多个电池模块的空间；多个I型梁框架，所述多个I型梁框架被安装成横穿所述托盘的上表面，以分隔能够分别放置所述多个电池模块的空间；和多个热沉，所述热沉被布置在所述电池模块和所述I型梁框架之间，并且被设置成能够分别安装到形成在柱的两侧处的凹部，以从所述电池模块吸收热量，所述柱形成所述I型梁框架的高度。

所述热沉可以被制造成具有对应于所述凹部的形状，并且导热性粘结剂粘附至所述热沉，以与所述I型梁框架成为整体。

所述I型梁框架的高度可以等于或者大于电池模块的高度。

所述电池组可以进一步包括热传导介体，所述热传导介体被介于所述电池模块和所述热沉的热界面处。

所述热传导介体可以具有板面和突起，所述板面贴附到所述热沉的一个表面，所述突起从所述板面竖直地突出，并且当外部压力被施加至所述突起时，所述突起具有弹性变形性。

所述热传导介体可以由硅橡胶制成。

所述多个I型梁框架可以进一步包括中央框架，所述中央框架沿着所述托盘的一个方向以相同间隔布置，并且被布置成与所述多个I型梁框架相交叉，并且横穿所述托盘的中央，使得所述多个电池模块以2×N矩阵而设置。

每个所述热沉可以具有中空结构，所述中空结构的一端和另一端处分别设置输入端口和输出端口，使得冷却剂通过输入端口和输出端口而流入或流出，并且所述热沉被安装为沿着所述I型梁框架以横跨所述托盘的上表面的方式穿过所述中央框架。

所述电池组可以进一步包括电池组盖和两个侧框架，所述电池组盖被构造为覆盖所述托盘的上部，所述两个侧框架被构造为分别覆盖所述托盘的两个侧表面；其中，所述两个侧框架被设置为歧管的形式，所述歧管与所述热沉的输入端口和输出端口连通，以形成用于供应和排放冷却剂的路径。

所述中央框架可以具有角形管的形式，其外侧表面处形成有多个孔，从而所述多个电池模块的模块电极端子被插入所述孔中，并且所述中央框架中设置有连接模块，从而以串联或者并联或者串并联的方式连接所述多个电池模块。

在本公开的另一个方面中，还提供一种包括以上限定的电池组的电动车辆。该车辆可以包括电动车辆(EV)和混合动力电动车辆(HEV)。

有利的效果

根据本公开的实施例，可以通过将I型防撞梁和热沉接合来增加电池组的刚度和体积比，并且可以紧凑地实现用于各个电池模块的冷却构造。

另外，根据本公开的另一个实施例，可以通过使用允许弹性变形的突起状热传导介体来增强各个电池模块与热沉的接触力。相应地，改进了冷却效率，并且可以抵抗外部冲击或者摇晃来稳定地支撑各个电池模块。

附图说明

图1是示出根据本公开实施例的电池组的概略立体图。

图2是图1的分解立体图。

图3是示出装载有图2所示多个电池模块的托盘的立体图。

图4是示出图3的A部的放大图。

图5是沿着图3的I-I’线截取的截面图。

图6是示出图5的B部的放大图。

图7和8是示出在热传导介体与电池模块相接触之前和之后、根据本公开另一个实施例的电池组的状态的视图。

具体实施方式

通过参考附图详细地描述本公开的实施例，本公开将变得更加清楚。应该理解，这里公开的实施例是示意性的，仅用于更好地理解本公开，并且本公开可以被以各种方式修改。另外，为了易于理解本公开，附图未按实际比例绘制，某些构件的尺寸可能被夸大。

即，在说明书中描述并且在附图中所示的实施例仅仅是本公开的最优选实施例，而不表示本公开所有的技术思想，因此应该理解，可以存在替代本申请实施例的各种等同和变型。

图1是示出根据本公开实施例的电池组的概略立体图，图2是图1的分解立体图，图3是示出装载有图2所示多个电池模块的托盘的立体图，图4是示出图3的A部的放大图。

参考图1到4，根据本公开实施例的电池组10包括多个电池模块100和容纳电池模块100的电池组外壳。所述电池组外壳可以包括托盘200、电池组盖300和两个侧框架400，所述托盘200提供了放置多个电池模块100的空间，所述电池组盖300用于与托盘200一起封装并且容纳多个电池模块100。

多个电池单体被堆叠在电池模块100中，并且电池模块100可以进一步包括各种其它构件。例如，电池单体可以是袋型二次电池，并且可以提供多个电池单体，并且所述多个电池单体可以相互电连接。

虽然在图中没有示出，但是每个电池单体可以包括各种构件，诸如电极组件、容纳电极组件的电池外壳和从电池外壳向外突出并且电连接到电极组件的电极引线。电极引线可以包括正极电极引线和负极电极引线。这里，正极电极引线可以被连接到电极组件的正极电极板，并且负极电极引线可以被连接到电极组件的负极电极板。

电池模块100可以进一步包括用于堆叠和保护袋型二次电池的堆叠框架和模块端板。

所述堆叠框架用于堆叠二次电池，并且保持二次电池不被移动。所述堆叠框架被设置成相互堆叠，以用作用于组装二次电池的引导件。作为参考，所述堆叠框架可以被替代为各种其它术语，诸如单体盖或者盒。

所述模块端板是用于保护和固定电池单体堆的元件，并且可以意指包围所述电池单体堆的外周的角形结构或者覆盖在所述电池单体堆的至少一个表面上的板状结构。所述模块端板优选由具有高机械刚度和优良导热率的金属材料制成。

虽然没有详细示出，但是电池模块100可以进一步包括介于电池单体之间的冷却片。所述冷却片是具有导热性的薄件，诸如铝，并且所述冷却片的端部向外延伸，以连接到其它吸热介质，诸如热沉600，以向外传递所述电池单体的热量。

如上所述，电池模块100可以表示多个电池单体的集合，或者多个电池单体和用于堆叠并且保护多个电池单体的其它构件的集合。另外，本公开的电池组10可以表示包括多个单位电池模块100的集合。

具体地，参考图2和3，使用总共十个单位电池模块100来形成根据这个实施例的电池组10。单位电池模块100可以以2×5矩阵形式被装载在托盘200的上表面上，并且被电池组盖300和两个侧框架400封装。

托盘200和电池组盖300可以被形成为具有近似较大面积的板形状，并且可以分别被布置在电池模块100的下部和上部处，以覆盖电池模块100的下部和上部。另外，两个侧框架400可以位于托盘200的两侧表面处，以覆盖电池模块100的两侧表面。

特别地，这个实施例的两个侧框架400可以被设置为歧管的形式。更加详细地，见图2，两个侧框架400中形成有用作管道的通道，并且具有进口410或者出口420以及多个连接器430，所述进口410或者出口420形成在所述侧框架400的外部处，所述多个连接器430能够分别连接到下文所释的热沉600的输入端口610和输出端口(位于与所述输入端口相反的一侧处)。两个侧框架400用于将冷却剂分配到热沉600，或者从热沉600收集冷却剂。即，两个侧框架400可以作为电池组外壳的组件，并且形成将冷却剂供应到电池组10的供应路径和将冷却剂从电池组10排出的排放路径。

电池组外壳，即托盘200、电池组盖300和两个侧框架400可以为电池模块100提供机械支撑，并且防止电池模块100受到外部冲击。因此，电池组外壳的托盘200、电池组盖300和两个侧框架400可以由诸如钢这样的金属材料制成，以确保刚度。

参考图3和4，根据本公开的电池组进一步包括多个I型梁框架510、中央框架520和热沉600，所述中央框架520与多个I型梁框架510相交叉，所述热沉600被安装到I型梁框架510。

所述多个I型梁框架510和中央框架520将托盘200的上表面分隔开，从而在托盘200中形成能够分别容纳电池模块100的各个容纳空间。

如图3中所示，六个I型梁框架510可以沿着托盘200的竖直方向(X轴方向)以相同的间隔布置，并且一个中央框架520可以被布置成与六个I型梁框架510相交叉，并且横穿托盘200的中央。两个I型梁框架510之间的间隔对应于单位电池模块100的宽度，I型梁框架510的高度可以等于或者高于电池模块100的高度。因此，可以在托盘200的上表面处形成用于十个单位电池模块100的容纳空间。

每个单位电池模块100可以被放置在所述容纳空间中，从而其模块电极端子110面对中央框架520。此时，单位电池模块100的两侧表面可以被两个I型梁框架510支撑，从而单位电池模块100不被移动。

虽然为了方便起见而未详细示出，但是所述中央框架520可以具有角形管的形式，并且可以沿着长度方向(X轴方向)在其外表面中形成多个孔。另外，连接模块(未示出)可以被设置在中央框架520内。

每行设置两个单位电池模块100，并且其模块电极端子110可以被插入中央框架520的孔中，以彼此面对，并且被连接到连接模块。

连接模块可以由汇流条构成，所述汇流条由导电材料制成，并且形成串联和/或并联网络。所述连接模块可以以串联、或者并联、或者串并联的方式连接多个电池模块100。另外，所述连接模块可以被连接到位于托盘200的前表面的外侧处的电池组10的端子，并且所述端子11可以被电连接到电池组10的外侧的其它装置。

根据电池模块100的2×N矩阵布置和I型梁框架510和中央框架520的构造，能够易于固定并且装载所述电池模块100，并且能够增强托盘200的机械刚度。另外，能够简化布线结构而不在托盘200上露出高压线缆等。相应地，可以改进电池组10的安全性和空间利用。

参考图4，根据本公开的I型梁框架510包括顶部511、底部513和柱512，所述顶部511和底部513相对于托盘200的上表面呈水平状，所述柱512竖直连接所述顶部511和底部513的中央，以形成I型梁框架510的高度。作为参考，作为本公开的I型梁框架510的替代，还可以使用T型梁框架。所述T型梁框架可以被构造成不包括底部513，柱512被直接联接到托盘200。由于所述I型梁框架510和T型梁框架用作形成下述凹部514的部件，因此所述I型梁框架510和T型梁框架可以被视为等同构件。

所述I型梁框架510在顶部511和底部513之间的空间被所述柱512划分成两个部分。在下文中，这两个被划分的空间、即形成在所述柱512两侧处的空间将被定义为凹部514。热沉600被安装在I型梁框架510的凹部514中。这里，热沉600可以指通过热接触来吸收并且散发来自其它物体的热量。

更具体地，根据本公开的热沉600被制造成具有对应于I型梁框架510的凹部514的形状，并且冷却剂通过其流入和流出的输入端口610和输出端口位于其一端和另一端处。而且，热沉600具有其中包括流路的中空结构。每个热沉600可以沿着每个I型梁框架510从托盘200的一侧延伸穿过中央框架520并到达托盘200的另一侧。

在热沉600的流路中流动的冷却剂不特别受限，只要所述冷却剂易于在流路中流动，并且具有优良冷却能力，例如所述冷却剂可以是气体或者水，并且优选是由于具有高潜热而能够最大化冷却效率的水。然而，冷却剂不受上述限制，而是可以是产生流动的防冻剂、气体冷却剂、空气等。

热沉600可以与I型梁框架510形成为整体。例如，通过将导热性粘结剂施加到I型梁框架510的内表面，然后将热沉600插入并且贴附到I型梁框架510的凹部514，从而简单地整体形成所述热沉600和I型梁框架510。在此情形中，与热沉600被设置在单独位置处的情形相比，可以增加托盘200的空间利用。

即，如图5和6中所示，在本公开的电池组10中，一个I型梁框架510和两个热沉600可以以相应的形状进行组合，从而可以将所述I型梁框架510之间的空间完全用作用于分别安装单位电池模块100的空间，并且从每个电池模块100产生的热量可以被散发到电池模块100的两侧表面。另外，因为I型梁框架510还可以被热沉600冷却，所以能够防止I型梁框架由于温度升高而变形，由此更有效地控制整个电池组结构的热量。

另外，主要参考图6到8，在根据本公开的电池组10中，热传导介体700可以被进一步介于电池模块100和热沉600的热界面处。热传导介体700的厚度和结构可以不特别受限，只要其是具有导热性的薄件，并且能够填充电池模块100和热沉600之间的间隙。例如，可以使用由金属材料制成的片形板。所述金属材料可以是在金属中具有高导热率和轻重量的铝或者铝合金，但是不限于此。例如，可以使用铜、金和银。除了所述金属以外，也可以使用诸如氮化铝和碳化硅这样的陶瓷材料。

特别地，根据本公开实施例的热传导介体700可以包括板面710和突起720，所述板面710贴附到热沉600的一个表面，所述突起720相对于板面710垂直地突出。所述突起720可以例如由受到外部压力施加时发生弹性变形的硅橡胶制成。硅橡胶具有优良导热率和散热性，并且还允许弹性变形。

作为硅橡胶的替代，也可以应用其中混合有高传导性金属薄片的溶液的填料橡胶或碳片。

在热传导介体700中，当单位电池模块100沿着向下方向被放置在I型梁框架510之间的容纳空间中时，突起720被电池模块100的侧表面挤压，因此如图8所示向下弯曲。此时，因为突起720具有返回其初始形状的弹性恢复力，所以热传导介体700可以强力接触电池模块100的侧表面。相应地，如果单位电池模块100被插入容纳空间中，则电池模块100的左右侧表面分别如上所述与热传导介体700保持紧密接触，从而热量易于从电池模块100传递到热沉600。

另外，热传导介体700可以用于保持电池模块100。换言之，因为两个热传导介体700的突起720用于在电池模块100的两侧表面处保持电池模块100，所以即使外部冲击被施加到电池组10，也防止电池模块100发生移动，因此也能够防止在电池模块100和热沉600之间形成间隙。

如上所述，根据本公开，可以增加电池组10的刚度和体积比率，并且可以紧凑地实现用于各个电池模块100的冷却构造。另外，通过使用具有突起形状并且能够弹性变形的热传导介体700，从而可以增强各个电池模块100与热沉600的接触力。相应地，可以提高冷却效率，并且即使施加外部冲击或者振动，也可以稳定地支撑各个电池模块100。

同时，根据本公开实施例的电池组可以进一步包括用于控制电池模块的充电和放电的各种装置(未示出)，诸如电池管理系统(BMS)、电流传感器、熔断器等。

根据本公开的车辆可以包括根据本公开的电池组。所述电池组可以不仅应用于诸如电动车辆和混合电动车辆这样的车辆，而且还可以应用于IT产品组。

已经详细描述了本公开。然而，应该理解的是，虽然这些详细描述和具体实施例示出了本发明的优选实施方案，但其仅以说明的方式给出，因为本领域技术人员根据所述详细描述，将清楚理解在本公开范围内的各种变化和修改。

同时，当在说明书中使用表示向上、向下、向左和向右这样的术语时，对于本领域技术人员来说显而易见的是，这些术语仅仅代表相对位置，以便于解释，并且还可以基于观察者的位置或放置物体的形状来不同地表达。

Claims (11)

1.一种电池组，包括：

多个电池模块；

托盘，所述托盘提供放置所述多个电池模块的空间；

多个I型梁框架，所述多个I型梁框架被安装成横穿所述托盘的上表面，以分隔能够分别放置所述多个电池模块的空间；和

多个热沉，所述热沉被布置在所述电池模块和所述I型梁框架之间，并且被设置成能够分别安装到形成在柱的两侧处的凹部，以从所述电池模块吸收热量，所述柱形成所述I型梁框架的高度。

2.根据权利要求1所述的电池组，

其中，所述热沉被制造成具有对应于所述凹部的形状，并且导热性粘结剂粘附至所述热沉，以与所述I型梁框架成为整体。

3.根据权利要求1所述的电池组，

其中，所述I型梁框架的高度等于或者大于所述电池模块的高度。

4.根据权利要求1所述的电池组，进一步包括：

热传导介体，所述热传导介体被介于所述电池模块和所述热沉的热界面处。

5.根据权利要求4所述的电池组，

其中，所述热传导介体具有板面和突起，所述板面贴附到所述热沉的一个表面，所述突起从所述板面竖直地突出，并且当外部压力被施加至所述突起时，所述突起具有弹性变形性。

6.根据权利要求5所述的电池组，

其中，所述热传导介体由硅橡胶制成。

7.根据权利要求1所述的电池组，

其中，所述多个I型梁框架进一步包括中央框架，所述中央框架沿着所述托盘的一个方向以相同间隔布置，并且所述中央框架被布置成与所述多个I型梁框架相交叉，并且横穿所述托盘的中央，使得所述多个电池模块以2×N矩阵而设置。

8.根据权利要求7所述的电池组，

其中，每个所述热沉具有中空结构，所述中空结构的一端和另一端处分别设置输入端口和输出端口，使得冷却剂通过输入端口和输出端口而流入或流出，并且所述热沉被安装为沿着所述I型梁框架以横跨所述托盘的上表面的方式穿过所述中央框架。

9.根据权利要求8所述的电池组，进一步包括：

电池组盖和两个侧框架，所述电池组盖被构造为覆盖所述托盘的上部，所述两个侧框架被构造为分别覆盖所述托盘的两个侧表面；

其中，所述两个侧框架被设置为歧管的形式，所述歧管与所述热沉的输入端口和输出端口连通，以形成用于供应和排放冷却剂的路径。

10.根据权利要求7所述的电池组，

其中，所述中央框架具有角形管的形式，其外侧表面处形成有多个孔，使得所述多个电池模块的模块电极端子被插入所述孔中，并且所述中央框架中设置有连接模块，从而以串联或者并联或者串并联的方式连接所述多个电池模块。

11.一种电动车辆，包括根据权利要求1到10中任一项所述的电池组。