CN110574221A - 与电池单体冷却和固定结构集成的电池模块和包括电池模块的电池组 - Google Patents

Abstract

公开了一种电池模块。根据本发明的电池模块包括：多个圆柱形电池单体；和用于支撑圆柱形电池单体以使得圆柱形电池单体被布置成竖立的第一固定框架，其中，第一固定框架包括：单体下端保持件，所述单体下端保持件具有托盘形状，并且被设置成使得圆柱形电池单体在板上的预定位置中的每一个处被一个接一个地竖立和插入；在单体下端保持件之间沿竖直方向贯穿地形成的通孔；和通过通孔从第一固定框架的下部流到上部的导热粘结剂液体。

Description

与电池单体冷却和固定结构集成的电池模块和包括电池模块 的电池组

技术领域

本公开涉及一种电池模块，并且更具体地，本公开涉及这样一种电池模块和一种包括该电池模块的电池组，所述电池模块采用了一种新型的组装结构，用于稳定地固定电池模块中的圆柱形电池单体并且提高冷却效率。

本申请要求2017年10月27日在韩国提交的韩国专利申请No.10-2017-0141450的优先权，其公开内容通过引用并入本文。

背景技术

通常，与不能充电的一次电池不同，二次电池是指能够充电和放电的电池。二次电池广泛用在电子装置诸如移动电话、笔记本电脑、便携式摄像机和电动车辆中。特别地，锂二次电池比的镍镉电池或镍氢电池具有更大的容量，从而被广泛地用作电子设备的电源，并且具有高的单位重量能量密度。因此，锂二次电池的使用日益广泛。

根据外部的形状，锂二次电池可以被分成罐型二次电池和袋型二次电池，在所述罐型二次电池中，电极组件被包括在金属罐中，在所述袋型二次电池中，电极组件被包括在由铝片制成的袋中。这里，根据金属罐的形状，罐型二次电池也可以被分成圆柱形电池和方形电池。

同时，袋型二次电池具有易堆叠和高能量密度的优点，但由于机械刚性低，从而易受外部冲击的影响。另一方面，由于其优异的机械刚性，罐型二次电池在抵抗外部冲击的耐久性方面优于袋型二次电池。因此，考虑到安全性，罐型二次电池被评价为优于袋型二次电池。

然而，当罐型二次电池被用于制成中型或大型电池模块或电池组时，需要大量的罐型二次电池来满足所需的输出电压或充电/放电容量。然而，难以在模块壳体中有效地布置和固定罐型二次电池。

另外，由于电池模块以罐型二次电池被密集地封装在狭窄空间中的方式来制造，因此重要的是容易消散从每个电池单体产生的热量。由于电池单体的充电或放电过程通过电化学反应来进行，因此如果在充电和放电过程中产生的电池模块的热量没有被有效地去除，则热量就会累积，从而导致电池模块更快地劣化，进而有时导致燃烧或爆炸。因此，如作为示例在韩国未审查专利公开No.10-2011-0118807(2011年11月11日)中所公开的，对于具有大容量的电池模块，特别需要用于冷却电池单体的冷却装置。

发明内容

技术问题

本公开被设计用于解决相关技术的问题，因此本公开旨在提供如下一种电池模块和一种包括该电池模块的电池组，所述电池模块采用了一种新型的组装结构，用于在电池模块中稳定地固定圆柱形电池单体并且提高冷却效率。

技术方案

在本公开的一个方面中，提供一种电池模块，该电池模块包括多个圆柱形电池单体和第一固定框架，该第一固定框架被构造为支撑圆柱形电池单体，使得圆柱形电池单体被置放成竖立，其中，第一固定框架包括：单体底部保持器，该单体底部保持器被设置在托盘形状的板上的预定位置处，使得圆柱形电池单体在竖立状态下被一个接一个地插入其中；和形成在单体底部保持器之间以在上下方向上贯穿的贯穿孔，其中电池模块包括导热粘结剂溶液，该导热粘结剂溶液从所述第一固定框架的下部通过所述贯穿孔被引入所述第一固定框架的上部。

单体底部保持器中的每一个可以包括：底部插入孔，所述底部插入孔以对应于所述圆柱形电池单体的直径的方式沿着所述上下方向贯穿；和底部周缘支撑件，所述底部周缘支撑件以支柱形式设置，且所述底部周缘支撑件的弯曲表面沿着所述底部插入孔的周向以预定间隔非连续地升高，以部分地支撑所述圆柱形电池单体的外周的底部周缘。

贯穿孔和底部周缘支撑件可以基于所述圆柱形电池单体沿着所述周向交替地形成。

第一固定框架还可以包括底部支撑件，该底部支撑件的一端从第一固定框架的下表面水平延伸到底部插入孔的竖直下方的位置，以支撑圆柱形电池单体的下表面的一部分。

底部支撑件可以具有多个分支，使得分支的端部被置放在彼此相邻的多个底部插入孔的竖直下方的位置处。

电池模块还可以包括第二固定框架，该第二固定框架包括单体顶部保持器，该单体顶部保持器被设置成分别在托盘形状的板上的预定位置处覆盖圆柱形电池单体的顶部，在所述多个圆柱形电池单体被置入所述第一固定框架和第二固定框架之间的情况下，所述第二固定框架被联接到所述第一固定框架。

单体顶部保持器中的每一个可以具有顶部插入孔，所述顶部插入孔在所述上下方向上贯穿，从而一个接一个地对应于所述单体底部保持器的底部插入孔。

第二固定框架还可以包括顶部支撑件，该顶部支撑件的一端从第二固定框架的上表面水平延伸到顶部插入孔的竖直上方的位置，以支撑圆柱形电池单体的上表面的一部分，从而与所述底部支撑件一起限制所述圆柱形电池单体的竖直移动。

电池模块还可以包括冷却托盘，该冷却托盘具有容器形状，以在其中容纳导热粘结剂溶液和第一固定框架。

在本公开的另一方面中，还提供一种包括上述电池模块的电池组。

有利的效果

根据本公开的实施例，能够提供一种电池模块，所述电池模块采用了新型的组装结构，用于在电池模块中稳定地固定圆柱形电池单体，并提高冷却效率。

更具体地，由于导热粘结剂溶液从外侧通过第一固定框架的贯穿孔引入第一固定框架中，以接触圆柱形电池单体的外周，因此能够显著改善冷却效率和电池单体固定。

根据本公开的另一个实施例，由于利用第一固定框架和第二固定框架完美地防止了圆柱形电池单体的竖直和横向移动，从而能够提供一种具有稳定结构的电池模块。

本公开的效果不限于上述，并且本领域技术人员可以从本说明书和附图清楚地理解本文未提及的效果。

附图说明

图1是概略地示出根据本公开实施例的电池模块的立体图。

图2是示出被组装到图1的第一固定框架的圆柱形电池单体的立体图。

图3是示出图1的第一固定框架的立体图。

图4是图3的局部放大图。

图5和6是用于示意根据本公开实施例的将导热粘结剂溶液置于第一固定框架的过程的视图。

图7是示出图1的第二固定框架的立体图。

图8是图7的局部放大图。

具体实施方式

在下文中，将参考附图详细描述本公开的优选实施例。在描述之前，应当理解，说明书和所附权利要求中使用的术语不应被解释为限于一般和字典含义，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相对应的含义和概念来解释。

因此，这里提出的描述仅是用于示意目的的优选示例，而非旨在限制本公开的范围，因此应当理解，在不脱离本公开的范围的情况下，可以对其作出其他等同和修改。

这里公开的实施例用于更完美地解释本公开，因此可能在附图中夸大、省略或简化了构件的形状、尺寸等，以更好地理解。因此，附图中的构件的尺寸和比例并不完全反映实际尺寸和比例。

图1是概略地示出根据本公开实施例的电池模块的立体图，图2是示出被组装到图1的第一固定框架的圆柱形电池单体的立体图，图3是示出图1的第一固定框架的立体图，并且图4是图3的局部放大图。

参考图1，根据本公开实施例的电池模块10可以包括多个圆柱形电池单体100、第一固定框架200、导热粘结剂溶液300、第二固定框架400、冷却托盘500和托盘盖600。

包括在根据本公开的电池模块10中的圆柱形电池单体100是一种罐型二次电池，其中电极组件被容纳在金属罐中。尽管未在图中详细示出，但是圆柱形电池单体100可以包括圆柱形电池单体、容纳在电池单体中的果冻卷型电极组件以及联接到电池罐的上部的帽组件。这里，圆柱形电池罐可以由轻质导电金属材料(诸如铝、不锈钢或其合金)制成。

根据电池模块10所需的输出和容量，圆柱形电池单体100可以被串联和/或并联连接。例如，圆柱形电池单体100可以通过由铜板制成的汇流条串联和/或并联电连接。

同时，本公开的范围不必限于圆柱形电池单体100，并且作为可替代实施例，电池模块10可以包括其他罐型二次电池，例如方形电池单体。

第一固定框架200是用于支撑和固定圆柱形电池单体100的底部的结构。如图2所示，圆柱形电池单体100可以被布置成在第一固定框架200上以集中的方式竖立。

具体地，将参考图3和4详细描述第一固定框架200。第一固定框架200包括单体底部保持器210、贯穿孔220和底部支撑件230，所述单体底部保持器210设置在托盘形状的板上的预定位置处，以使得圆柱形电池单体100在竖立状态下被一个接一个地插入其中，所述贯穿孔220沿着上下方向上形成在单体底部保持器210之间，所述底部支撑件230设置在所述板的下表面处。

首先，单体底部保持器210可以分别包括底部插入孔211和底部周缘支撑件213。底部插入孔211被成形为沿着上下方向以对应于圆柱形电池单体100的直径的方式穿过第一固定框架200的板状表面。底部周缘支撑件213可以以支柱形式设置，其弯曲表面沿着底部插入孔211的周向以预定间隔非连续地升高。这里，底部周缘支撑件213的弯曲表面的曲率与圆柱形电池单体100的外周相对应。

圆柱形电池单体100可以被插入底部插入孔211中，此时，圆柱形电池单体100的外周的底部周缘可以由底部周缘支撑件213支撑。特别地，该实施例的底部周缘支撑件213沿着底部插入孔211的周向以预定间隔非连续地升高，以部分地围绕圆柱形电池单体100的外周的底部周缘。根据这种构造，当圆柱形电池单体100被组装到第一固定框架200时，可以在非连续的底部周缘支撑件213之间确保空置空间。由于该空置空间，可以容易扩散稍后解释的导热粘结剂溶液300，并且在可以增加导热粘结剂溶液300和圆柱形电池单体100的外周之间的接触面积。

单体底部保持器210优选地被设置在第一固定框架200的板形表面上，使得给定尺寸的第一固定框架200的每单位面积被布置有尽可能多的圆柱形电池单体100。

例如，如图3所示，底部插入孔211可以被密集地布置，使得当使用假想的直线连接彼此相邻的三个底部插入孔211的中心点时，形成等边三角形。另外，底部周缘支撑件213可以以支柱形式设置，其在三个底部插入孔211之间具有三个弯曲表面，使得三个底部插入孔211共用一个底部周缘支撑件213。底部插入孔211和底部周缘支撑件213可以以该图案在第一固定框架200的板上重复形成，以增加单体底部保持器210的密度。

特别地，除了底部插入孔211之外，根据本公开的第一固定框架200还可以包括多个贯穿孔220。贯穿孔220用作通道，导热粘结剂溶液300通过该通道被从外侧引入，并且可以被分别地设置在单体底部保持器210之间。

具体地，贯穿孔220可以沿着基于圆柱形电池单体100的周向与底部周缘支撑件213交替地布置。例如，如图4所示，在该实施例中，三个贯穿孔220和三个底部周缘支撑件213可以围绕一个底部插入孔211交替地设置。

参考图5和6，当导热粘结剂溶液300从第一固定框架200的下部通过贯穿孔220向上引入时，利用从三个底部边缘支撑件213之间的空置空间引入的导热粘结剂溶液300来填充第一固定框架200，并且根据导热粘结剂溶液300的量，可以利用导热粘结剂溶液将第一固定框架200填充到高于三个底部周缘支撑件213的位置。在这种情况下，圆柱形电池单体100可以被导热粘结剂溶液300固定，并且在充电和放电期间产生的热量可以通过导热粘结剂溶液300被快速地散发到外侧。

底部支撑件230在圆柱形电池单体100的下部处支撑圆柱形电池单体100的下表面的一部分。底部支撑件230可以水平地延伸为多个分支，使得其一端被设置在在第一固定框架200的下表面处彼此相邻设置的多个底部插入孔211的竖直下方的位置处。

在该实施例中，参考图4，一个底部支撑件230的端部可以延伸为位于三个底部插入孔211之间的三个分支，使得分支端部分别位于底部插入孔211的竖直下方的位置处。多个底部支撑件230可以以该图案重复地设置在第一固定框架200的下表面处。

根据该构造，当圆柱形电池单体100被插入第一固定框架200的底部插入孔211中时，由于底部插入孔211开口，所以圆柱形电池单体100可以在其下表面被暴露于外侧的状态下由底部支撑件230支撑。

圆柱形电池单体100被组装到第一固定框架200(见图1)，以被放置在冷却托盘500的上表面上，并且由于底部支撑件230，圆柱形电池单体100被放置成以底部支撑件230的高度与冷却托盘500的上表面间隔开。也就是说，如图6所示，在圆柱形电池单体100的下表面和冷却托盘500的上表面之间可以形成稍微的间隙G。由于间隙G填充有导热粘结剂溶液300，所以可以显著减小圆柱形电池单体100的下表面和冷却托盘500的上表面之间的接触电阻，以增加导热率。

另外，由于如上所述形成间隙G，导热粘结剂溶液300被更平滑地通过第一固定框架200的贯穿孔220从第一固定框架200的下部引入上部，从而进一步确保圆柱形电池单体100的冷却效率和固定。

导热粘结剂溶液300是同时具有导热性和粘结性的材料，并且用于将圆柱形电池单体100的热量传递到诸如冷却托盘500这样的冷却介质，并且用于固定第一固定框架200和圆柱形电池单体100。

例如，导热粘结剂溶液300可以是环氧树脂或硅树脂。然而，本公开的范围不限于环氧树脂或硅树脂，并且本公开的导热粘结剂溶液300可以采用任何具有导热性和粘结性的粘结剂溶液或粘结剂。

如上所述，可以组装本公开的电池模块10(见图1)，使得圆柱形电池单体100和第一固定框架200被容纳在填充有导热粘结剂溶液300的冷却托盘500中。此时，第一固定框架200可以被导热粘结剂溶液300粘附并固定到冷却托盘500，而无需单独的安装件，并且圆柱形电池单体100的外周可以接触通过第一固定框架200的贯穿孔220引入的导热粘结剂溶液300。

根据如上所述的导热粘结剂溶液300和第一固定框架200，即使

第一固定框架200是具有低导热率、高表面粗糙度且对冷却托盘500具有高接触阻力的塑料注模材料，导热粘结剂溶液300也可以贯穿冷却托盘500以快速地将圆柱形电池单体100的热量传递到冷却托盘500，从而稳定地固定圆柱形电池单体100，并显著提高冷却效率。

接下来，将参考图7和8描述第二固定框架400。由于第一固定框架200具有与第二固定框架400类似的结构，因此将不再详细描述与第一固定框架200相同的特征。

图7是示出图1的第二固定框架的立体图，并且图8是图7的局部放大图。

在圆柱形电池单体100被置入其间的情况下，第二固定框架400可以通过卡扣配合或螺栓紧固而在其边沿部分处与第一固定框架200(见图1)竖直地联接。

第二固定框架400是用于支撑和保持圆柱形电池单体100的顶部的托盘形结构，并且可以被设置成对应于第一固定框架200，除了贯穿孔220之外。

具体地，参考附图，第二固定框架400可以包括单体顶部保持器410和顶部支撑件430，所述单体顶部保持器410和顶部支撑件430分别在预定位置处被分别放置在圆柱形电池单体100的顶部处。

每个单体顶部保持器410可以包括顶部插入孔411和顶部周缘支撑件413，所述顶部插入孔411沿着上下方向形成，以一个接一个地对应于单体底部保持器210的底部插入孔211，并且所述顶部周缘支撑件413一个接一个地对应于底部周缘支撑件213。

根据单体顶部保持器410的构造，圆柱形电池单体100的顶端可以被插入顶部插入孔411中，并且其外周可以由顶部周缘支撑件413支撑。

顶部支撑件430的一端从第二固定框架400的上表面水平延伸到顶部插入孔411的竖直上方的位置，以支撑圆柱形电池单体100的上表面的一部分，从而连同底部支撑件230一起限制圆柱形电池单体100的竖直移动。

顶部支撑件430可以被形成为延伸为多个分支，使得顶部支撑件430的分支的一端以与底部支撑件230相同的图案被置放在彼此相邻的多个顶部插入孔411的竖直上方的位置处。也就是说，一个顶部支撑件430可以被定位在三个顶部插入孔411的中心处，并且延伸为三个分支。

另外，顶部支撑件430可以被设置成仅支撑圆柱形电池单体100的上表面的一部分，使得圆柱形电池单体100的上表面大部分暴露在顶部插入孔411之外。在这种情况下，诸如汇流条这样的电连接件可以被容易地安装到从顶部插入孔411露出的圆柱形电池单体100的上表面。

如果如上构造的该实施例的第二固定框架400与第一固定框架200一起使用，则可以完美地阻挡圆柱形电池单体100的竖直和水平移动。也就是说，圆柱形电池单体100的水平移动可以被位于第一固定框架200和第二固定框架400之间的单体顶部保持器410和单体底部保持器210阻挡，并且竖直移动可以由顶部支撑件430和底部支撑件230阻挡。根据本公开，由于圆柱形电池单体100作为整体被稳定地固定到第一固定框架200和第二固定框架400，因此能够提供针对外部冲击具有结构稳定性和电气稳定性的电池模块10。

同时，如上所述，冷却托盘500可以是这样的结构：其具有容器形状，且具有容纳空间，其中，可以容纳导热粘结剂溶液300、第一固定框架200、圆柱形电池单体100和第二固定框架400，第二固定框架400在圆柱形电池单体100被置入第一固定框架200和第二固定框架400之间的情况下被竖直地联接到第一固定框架200。

冷却托盘500具有基本上宽、平且密封的底表面，并且可以被设置成将导热粘结剂溶液300填充到预设高度。另外，冷却托盘500可以由具有优良导热性的金属材料制成，以吸收圆柱形电池单体100的热量。冷却托盘500可以被联接到托盘盖600，以屏蔽容纳空间，从而保护圆柱形电池单体100免受外部影响。尽管未在图中示出，但是热沉可以被置放在冷却托盘500的下部处。

热沉是这样的构件：其通过允许冷却剂通过其内部流动路径，从而利用热接触来从冷却托盘500吸收热量，进而间接冷却圆柱形电池单体100，并且可以被置放成与冷却托盘500的下表面接触。在流动路径中流动的冷却剂不受特别限制，只要它可以容易地流过流动路径并且具有优异的冷却能力即可。例如，冷却剂可以是由于高潜热而使冷却效率最大化的水。然而，冷却剂可以采用可以流动的防冻剂、气体制冷剂、空气等，而不限于以上冷却剂。

根据本公开的电池组可以包括本公开的至少一个电池模块10。除了电池模块10之外，根据本公开的电池组还可以包括用于容纳电池模块10的电池组壳体和用于控制电池模块10的充电和放电的各种装置，诸如电池管理系统(BMS)、电流传感器、保险丝等。

根据本公开的电池模块10可以应用于诸如电动车辆或混合动力电动车辆的车辆或电力存储系统(ESS)。

已经详细描述了本公开。然而，应该理解的是，虽然上述详细描述和具体实施例表明了本发明的优选实施例，但其仅以示意的方式给出，因为从该详细描述，本领域技术人员能够显而易见地认识到本公开范围内的各种变化和修改。

同时，当在说明书中使用指示向上、向下、向左、向右、向前和向后方向的术语时，对于本领域技术人员来说显而易见的是，这些仅仅代表相对的位置，以方便解释，并且可以基于观察者的位置或所要观察的对象而改变。

Claims (10)

1.一种电池模块，所述电池模块包括多个圆柱形电池单体和第一固定框架，所述第一固定框架被构造为支撑所述圆柱形电池单体，使得所述圆柱形电池单体被置放成竖立，

其中，所述第一固定框架包括：

单体底部保持器，所述单体底部保持器被设置在托盘形状的板上的预定位置处，使得所述圆柱形电池单体在竖立状态下被一个接一个地插入所述单体底部保持器中；和

贯穿孔，所述贯穿孔形成在所述单体底部保持器之间，以在上下方向上贯穿，

其中，所述电池模块包括导热粘结剂溶液，所述导热粘结剂溶液从所述第一固定框架的下部通过所述贯穿孔被引入所述第一固定框架的上部。

2.根据权利要求1所述的电池模块，

其中，每个所述单体底部保持器包括：

底部插入孔，所述底部插入孔以对应于所述圆柱形电池单体的直径的方式沿着所述上下方向贯穿；和

底部周缘支撑件，所述底部周缘支撑件以支柱形式设置，且所述底部周缘支撑件的弯曲表面沿着所述底部插入孔的周向以预定间隔非连续地升高，以部分地支撑所述圆柱形电池单体的外周的底部周缘。

3.根据权利要求2所述的电池模块，

其中，所述贯穿孔和所述底部周缘支撑件基于所述圆柱形电池单体沿着所述周向交替地形成。

4.根据权利要求2所述的电池模块，

其中，所述第一固定框架还包括底部支撑件，所述底部支撑件的一端从所述第一固定框架的下表面水平延伸到所述底部插入孔的竖直下方的位置，以支撑所述圆柱形电池单体的下表面的一部分。

5.根据权利要求4所述的电池模块，

其中，所述底部支撑件具有多个分支，使得所述分支的端部被设置在彼此相邻的多个底部插入孔的竖直下方的位置处。

6.根据权利要求4所述的电池模块，还包括：

第二固定框架，所述第二固定框架包括单体顶部保持器，所述单体顶部保持器被设置成分别在托盘形状的板上的预定位置处覆盖所述圆柱形电池单体的顶部，在所述多个圆柱形电池单体被置入所述第一固定框架和第二固定框架之间的情况下，所述第二固定框架被联接到所述第一固定框架。

7.根据权利要求6所述的电池模块，

其中，每个所述单体顶部保持器具有顶部插入孔，所述顶部插入孔在所述上下方向上贯穿，从而一个接一个地对应于所述单体底部保持器的所述底部插入孔。

8.根据权利要求7所述的电池模块，

其中，所述第二固定框架还包括顶部支撑件，所述顶部支撑件的一端从所述第二固定框架的上表面水平延伸到所述顶部插入孔的竖直上方的位置，以支撑所述圆柱形电池单体的上表面的一部分，从而与所述底部支撑件一起限制所述圆柱形电池单体的竖直移动。

9.根据权利要求1所述的电池模块，还包括：

冷却托盘，所述冷却托盘具有容器形状，以在其中容纳所述导热粘结剂溶液和所述第一固定框架。

10.一种电池组，包括根据权利要求1至9中任一项所述的电池模块。