CN110692162A - 冷却和组装结构被简化的电池模块及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

公开了一种电池模块。根据本发明的所述电池模块包括：多个罐型二次电池；冷却托盘，所述冷却托盘具有容器形状，并且具有能够容纳所述多个罐型二次电池的容纳空间；热沉，所述热沉具有允许冷却剂在其中流动的中空结构，并且被布置为与所述冷却托盘的外表面接触；以及导热粘合剂液体，其被填充在所述冷却托盘的容纳空间中，其中，所述多个罐型二次电池具有被所述导热粘合剂液体支撑的下部部件，从而被布置成在竖直方向上竖立。

Description

冷却和组装结构被简化的电池模块及其制造方法
技术领域
本公开涉及一种电池模块，并且更具体地，本公开涉及如下一种电池模块以及用于制造该电池模块的方法：新型组装结构被应用于该电池模块，以同时满足用于二次电池的冷却效率和简化的组装结构。
本申请要求2017年10月27日在韩国提交的韩国专利申请No.10-2017-0141468的优先权，其公开内容通过引用并入本文。
背景技术
二次电池单体包括正极电极集电器和负极电极集电器、分隔件、活性材料和电解质，并且可以通过构件之间的电化学反应而被重复地充电和放电。由于电池单体密集地设置在电池模块的紧凑空间中，所以重要的是容易释放由每个电池单体所产生的热量。因为电池单体由于电化学反应而被充电和放电，所以如果在电池模块的充电和放电过程期间产生的热量未被有效地移除，则发生热量积聚，这可能促使电池模块发生劣化，并且在更严重的情况下，引起燃烧或爆炸。
因此，高输出大容量电池模块和具有该电池模块的电池组被要求具有用于冷却包括在其中的电池单体的冷却装置。
图1是示意性地示出常规电池模块的冷却结构的视图。如图1所示，常规电池模块可以包括例如二次电池单体1、用于容纳并保持二次电池单体1的外壳2、热沉3和热界面材料(TIM)4。
由于二次电池单体1应彼此电连接，所以有必要牢固地固定二次电池单体1。为此，外壳2通常具有能够单独地保持所述多个二次电池单体1的固定结构。例如，如图1所示，可以插入圆柱形二次电池单体，以对二次电池单体1进行约束。替换地，可以使用单独的固定框架，使得该固定框架在整体保持所述多个二次电池单体1的状态下被组装到外壳2。外壳2可以由具有优异机械刚性和散热性能的铝或铝合金制成。
热沉3是用于在充电和放电期间适当地保持二次电池单体的温度的冷却装置，并且可以被置放为与外壳2的下部接触。这里，热沉3可以被构造为使得冷却剂在其中流动，并且可以通过外壳2从二次电池单体1吸收热量。
TIM 4设置在外壳2与热沉3之间的界面处，以减小外壳2与热沉3之间的接触热阻。TIM 4可以采用导热垫或导热树脂。
然而，在常规电池模块的冷却构造中，即使使用TIM 4，由于热传导路径上存在热阻元件，冷却效率也不可避免地减小。此外，由于需要将固定结构添加到外壳2，或者需要使用单独的构件以便固定二次电池单体1，所以难以在外壳2处设计二次电池组装结构，并且能量密度降低。
发明内容
技术问题
本公开被设计来解决相关技术的问题，因此本公开致力于提供如下一种电池模块和用于制造该电池模块的方法：所述电池模块具有能够同时满足用于二次电池的冷却效率和简化组装结构的新型冷却和组装结构。
然而，本公开的目的不限于以上所述，并且本领域的技术人员可以从本说明书和附图中清楚地理解本文未提及的目的。
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：多个罐型二次电池；冷却托盘，所述冷却托盘形成为容器形状，并且具有能够容纳所述多个罐型二次电池的容纳空间；热沉，所述热沉具有冷却剂在其中流动的中空结构，所述热沉被设置为与所述冷却托盘的外表面接触；以及导热粘合剂溶液，所述导热粘合剂溶液被填充在所述冷却托盘的容纳空间中，其中，所述多个罐型二次电池被置放成竖立，使得其下部被浸入所述导热粘合剂溶液中。
可以将所述导热粘合剂溶液填充至所述冷却托盘的容纳空间的预设高度。
所述冷却托盘可以具有多个放置部，所述罐型二次电池的下端被部分地装配到所述放置部中。
所述电池模块还可包括：托盘盖，所述托盘盖联接到所述冷却托盘，以密封所述容纳空间，并且所述托盘盖可以包括多个冷却插口，所述多个冷却插口具有管形，并且被设置成覆盖所述罐型二次电池的、在所述导热粘合剂溶液的表面上方露出的外周。
所述托盘盖还可以包括连接部，所述连接部被设置成将所述多个冷却插口和所述托盘盖的侧表面连接。
所述多个冷却插口、所述连接部和所述托盘盖的侧表面可以设置成中空结构以彼此连通，使得在该中空结构中形成流动路径。
所述罐型二次电池可以是矩形或圆柱形二次电池。
在本公开的另一方面中，还提供了一种电池组，包括上述电池模块。
在本发明的另一方面中，还提供了一种用于制造电池模块的方法，包括：制备步骤，用于制备具有容器形状的冷却托盘；注入步骤，用于将导热粘合剂溶液注入到所述冷却托盘中至预设高度；以及置放步骤，用于在所述导热粘合剂溶液固化之前、将多个罐型二次电池固定为竖直地浸入所述导热粘合剂溶液中。
所述冷却托盘可以具有多个放置部，所述罐型二次电池的下端被部分地装配到所述放置部中，并且在所述置放步骤中，所述罐型二次电池被设置成与所述放置部一一对应。
所述方法还可以包括托盘盖联接步骤，用于通过使用联接到所述冷却托盘的托盘盖来密封所述冷却托盘的容纳空间，所述容纳空间容纳所述多个罐型二次电池。
所述托盘盖可以包括：多个冷却插口，所述多个冷却插口具有管形，并且被设置成覆盖所述罐型二次电池的、在所述导热粘合剂溶液的表面上方露出的外周；以及连接部，所述连接部被设置成将所述多个冷却插口和所述托盘盖的侧表面连接，并且在所述托盘盖联接步骤中，所述罐型二次电池可以被一对一地插入到所述冷却插口中，并被所述冷却插口保持。
有益效果
根据本公开的实施例，可以提供一种电池模块，所述电池模块具有能够同时满足冷却效率和简化组装结构的新型冷却和组装结构。
具体地，由于使用导热粘合剂溶液来固定罐型二次电池，所以可以不使用单独的固定结构。此外，由于充分保证了导热粘合剂溶液与罐型二次电池之间的接触面积，所以可以改进冷却效率。
根据本公开的另一实施例，由于设置了如下托盘盖，所以可以更高效地固定和冷却罐型二次电池：所述托盘盖联接到冷却托盘，以保护罐型二次电池免受外部影响，并且额外固定和冷却罐型二次电池。
本公开的效果不限于上述效果，并且本领域的技术人员可以从本说明书和附图中清楚地理解本文未提及的效果。
附图说明
图1是示意性地示出常规电池模块的冷却结构的视图。
图2是示意性地示出根据本公开实施例的电池模块的立体图。
图3是示意性地示出根据本公开实施例的电池模块的截面图。
图4是用于图示用于制造根据本公开实施例的电池模块的过程的视图。
图5是用于示出用于制造根据本公开实施例的电池模块的方法的流程图。
图6是用于示出根据本公开另一实施例的电池模块的截面图。
图7是示意性地示出根据本公开再一实施例的电池模块的截面图。
图8是示出图7的主要部分的放大图。
具体实施方式
在下文中，将参考附图详细地描述本公开的优选实施例。在描述之前，应该理解的是，本说明书和所附权利要求中使用的术语不应该被解释为限于一般含义和词典含义，而是在本发明人被允许适当地定义术语以得到最好说明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，本文提出的描述只是仅用于示意性目的的优选示例，而不旨在限制本公开的范围，所以应该理解的是，在不脱离本公开的范围的情况下，可对其做出其它等同物和修改。
本文公开的实施例是为了本公开的更完美地说明而提供的，因此为了更好理解，可以在附图中放大、省略或者简化构件的形状、大小等。因此，附图中的构件的大小和比例不完全反映实际的大小和比例。
图2和图3是示意性地示出根据本公开实施例的电池模块的立体图和截面图，并且图4是用于示出用于制造根据本公开实施例的电池模块的过程的视图。
参考附图，根据本公开实施例的电池模块10可以包括：多个罐型二次电池100；冷却托盘200，所述冷却托盘具有能够容纳所述多个罐型二次电池100的容纳空间；热沉300；以及填充在冷却托盘200的容纳空间中的导热粘合剂溶液400。
首先，在根据本公开的电池模块10处采用的二次电池可以是罐型二次电池100。这里，罐型二次电池100是电极组件被包括在金属罐中的二次电池，并且可以根据金属罐的形状而被分为圆柱形电池和矩形电池。在此实施例中，使用圆柱形二次电池，但是本公开不限于此。也就是说，此实施例的圆柱形二次电池可以用矩形二次电池替换。
尽管在图中未详细地示出，但是二次电池可以包括圆柱形电池罐、容纳在电池罐中的果冻卷型电极组件以及联接到电池罐的上部的盖组件。这里，圆柱形电池罐可由诸如铝、不锈钢或其合金这样的轻质导电金属材料制成。
根据电池模块10所要求的输出和容量，罐型二次电池100可以串联和/或并联连接。尽管为了方便在图中未示出，但是罐型二次电池100可以通过由铜板制成的汇流条彼此电连接。
冷却托盘200可以是提供用于容纳罐型二次电池100的容纳空间的结构。
如图2至图4中所示，冷却托盘200具有大致宽、平且密封的底表面，并且可以具有容器形状，使得导热粘合剂溶液被填充到预设高度。此外，冷却托盘200可以由具有优异导热性的金属材料制成，以吸收罐型二次圆柱形电池的热量。
冷却托盘200的上端可以弯曲成相对于地面水平。冷却托盘200可以联接到托盘盖500，所述托盘盖500的下表面面向冷却托盘200的弯曲上表面。此时，冷却托盘200的上表面和托盘盖500的下表面可以通过焊接彼此附着。可替换地，在冷却托盘200的上表面和托盘盖500的下表面之间置放O形环之后，可以将冷却托盘200的上表面和托盘盖500的下表面螺栓连接在一起。如图3中所示，由于通过冷却托盘200和托盘盖500的联接而屏蔽了电池模块的内侧，因此可以保护罐型二次电池100免受外部影响。
热沉300是这样的构件：其通过允许冷却剂通过其内部流动路径，从而借助于热接触从冷却托盘200吸收热量，进而间接地冷却罐型二次电池100，并且热沉300可以被设置为与冷却托盘200的底表面接触。
在流动路径中流动的冷却剂未特别限制，只要它可以容易地通过流动路径流动并且冷却能力优异即可。例如，冷却剂可以是水(由于具有高潜热而可以使冷却效率最大化)。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，但不限于上述各项。
热沉300可以由具有高导热性的铝或铝合金制成，但不限于此。例如，热沉300可以由铜、金或银制成。此外，热沉300可以由除金属以外的诸如氮化铝和碳化硅这样的陶瓷材料制成。
在此实施例中，热沉300是具有中空结构的矩形板形状，并且其中具有流动路径。另外，流动路径的入口310和出口320可以分别设置在热沉300的一侧处。流动路径的入口310和出口320可以连接到另一热沉的入口和出口，或者连接到外部冷却水供应管和外部冷却水排出管。
同时，在本公开中，所述多个罐型二次电池100被构造成仅通过导热粘合剂溶液400固定，而不使用冷却托盘200中的固定结构或单独的固定部件。导热粘合剂溶液400是具有导热性和粘合性质的材料，并且可以采用例如环氧树脂、硅树脂等。
导热粘合剂溶液400可以被填充到冷却托盘200的容纳空间的高度H。在这种情况下，在冷却托盘200中，罐型二次电池100可以被固定地定位，并且可以使得导热粘合剂溶液400与罐型二次电池100之间的接触面积最大化。因此，可以显著地改进冷却托盘200与罐型二次电池100之间的导热性。
换句话说，如果使用冷却托盘200中的单独的固定部件来将罐型二次电池100放置为与冷却托盘200接触，则由于空置空间与物体之间的表面粗糙度方面的差异，从而热接触热阻大。然而，在本公开中，由于导热粘合剂溶液400填充空置空间，所以罐型二次电池100可以在不使用单独的固定部件的情况下自然地粘附并固定在导热粘合剂溶液400中。此外，基本上不会产生由于冷却托盘200与罐型二次电池100之间的表面粗糙度方面的差异所引起的热接触热阻。因此，可以将从罐型二次电池100产生的热量更快地传导到冷却托盘200，并且散发到热沉300。
接下来，将参考图4和图5简要地描述用于制造电池模块10的过程。
首先，如图4的部分(a)中所示，在工作台的工作场所制备容器形状的冷却托盘200(S100)。
然后，如图4的部分(b)中所示，将导热粘合剂溶液400注入到冷却托盘200中至预设高度，使得容纳空间被导热粘合剂溶液400部分地填充(S200)。然后，如图4的部分(c)中所示，在导热粘合剂溶液400固化之前，多个罐型二次电池100分别被竖直地浸入导热粘合剂溶液400中。此时，可以使用用于罐型二次电池100的拾取夹具来将罐型二次电池100一次性地成批浸入。在预定时间之后，导热粘合剂溶液400固化，使得罐型二次电池100被完美地固定在对应位置处(S300)。
然后，虽然在图4中未示出，但是如图3中所示，使用与冷却托盘200联接的托盘盖500来对容纳所述多个罐型二次电池100的容纳空间进行密封(S400)。此外，冷却托盘200设置在热沉300的上表面处。
作为参考，在图4的部分(b)中，预设高度可以指的是：当所有罐型二次电池100被浸入导热粘合剂溶液400中时、填充在冷却托盘200的容纳空间中的导热粘合剂溶液400的表面的高度。
同时，图6是与图4的部分(c)相对应的视图，并且示出了本公开的另一实施例。在图6的实施例中，冷却托盘200还包括多个放置部210，罐型二次电池100的下端被部分地装配到所述放置部中。
在前述实施例中，当罐型二次电池100设置在冷却托盘200上时，由于没有对准标准，所以相应的罐型二次电池100的位置可能彼此不对准。另外，在导热粘合剂溶液400完全固化之前，罐型二次电池100并未完全固定，因此可能仅因轻微冲击而倾斜。然而，如果使用具有如图6所示的所述多个放置部210的冷却托盘200，则可以解决前述实施例的问题。
也就是说，由于图6的所述多个放置部210设置在冷却托盘200的底表面上的预定位置处，所以可以引导罐型二次电池100以被适当地布置。因此，可以将罐型二次电池100容易地布置在冷却托盘200上。此外，所述多个放置部210可以具有例如环形形状，罐型二次电池100的下端可以被部分地装配到其中，从而起到保持罐型二次电池100的下端的作用。因此，当所述多个罐型二次电池100被固定在导热粘合剂溶液400中时，可以将罐型二次电池100一对一地设置在所对应的放置部210中，从而减小罐型二次电池100的组装公差。
图7是示意性地示出根据本公开再一实施例的电池模块10的截面图，图8是示出图7的主要部分的放大图。
接下来，将参考图7和图8描述根据本公开另一实施例的电池模块10。与前述实施例中的附图标记相同的附图标记表示相同的构件，因此将不在这里进行详细的描述。
参考附图，根据本公开再一实施例的电池模块10包括托盘盖500，所述托盘盖联接到冷却托盘200，以密封容纳空间。托盘盖500可以包括多个冷却插口510和连接所述多个冷却插口510的连接部520。
冷却插口510具有能够覆盖罐型二次电池100的外周的管形，并且被形成为围绕罐型二次电池100的、在导热粘合剂溶液400的表面上方露出的上端。如图7中所示，冷却插口510可以通过连接部520彼此连接。此外，连接部520的两端可以连接到托盘盖的侧表面530a、530b。换句话说，冷却插口510可以通过连接部520固定地联接到托盘盖的侧表面530a、530b。因此，如果冷却托盘200的上部被托盘盖500覆盖，则罐型二次电池100可以分别被插入到所对应的冷却插口510中，并被所对应的冷却插口510保持。在这种情况下，可以额外地固定罐型二次电池100，从而改进罐型二次电池100的稳定性。
同时，与其它部分相比，电极端子所在的罐型二次电池100的上部更多地产生热量。然而，在前述实施例中，罐型二次电池100的上部未与导热粘合剂溶液400接触，这可能在罐型二次电池100的上部与浸入在导热粘合剂溶液400的部分之间引起较大的温差。为了解决此问题，在此实施方式中，可以单独地冷却罐型二次电池100的上部。
具体地，在此实施例的托盘盖500中，托盘盖的所述多个冷却插口510、连接部520和侧表面530a、530b可以以中空结构彼此连通，以在其中提供流动路径。优选地，在图7中，流动路径相对于托盘盖的侧表面530a、530b与连接部520相交的交叉点形成在托盘盖500的下部区域530a中，并且流动路径不需要形成在上部区域530b中。
例如，冷却剂可以在托盘盖500的左端处被引入，穿过连接部520和每个冷却插口510，并且在托盘盖500的右端处被排出。此时，如图8中所示，冷却剂在冷却插口510中流动，并且冷却插口510围绕罐型二次电池100的上端的外周。因此，可以有效地冷却产生更多热量的罐型二次电池100的上部。
如果使用如上构造的托盘盖500，则托盘盖500可以联接到冷却托盘200，以保护罐型二次电池100免受外部影响，并且额外地进一步改进用于罐型二次电池100的固定和冷却性能。
同时，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。除了电池模块之外，根据本公开的电池组还可以包括用于容纳电池模块的电池组壳体以及用于控制电池模块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可以被应用于诸如电动车辆或混合电动车辆这样的车辆或电力存储系统(ESS)。
已经详细地描述了本公开。然而，应该理解的是，详细描述和具体示例虽然指示本发明的优选实施例，但是仅作为图示被给出，因为根据此详细描述，在本公开的范围内的各种变化和修改对于本领域的技术人员而言将变得显而易见。
同时，当在本说明书中使用指示上、下、左、右、前和后方向的术语时，对于本领域的技术人员而言显然的是，这些仅仅为了说明的方便表示相对位置，并且可以基于观察者或待观察的物体的位置而变化。

Claims (12)

1.一种电池模块，包括：
多个罐型二次电池；
冷却托盘，所述冷却托盘形成为容器形状，并且具有能够容纳所述多个罐型二次电池的容纳空间；
热沉，所述热沉具有冷却剂在其中流动的中空结构，所述热沉被置放为与所述冷却托盘的外表面接触；以及
导热粘合剂溶液，所述导热粘合剂溶液被填充在所述冷却托盘的所述容纳空间中，
其中，所述多个罐型二次电池被置放成竖立，使得所述多个罐型二次电池的下部被浸入所述导热粘合剂溶液中。
2.根据权利要求1所述的电池模块，
其中，所述导热粘合剂溶液被填充至所述冷却托盘的所述容纳空间的预设高度。
3.根据权利要求1所述的电池模块，
其中，所述冷却托盘具有多个放置部，所述罐型二次电池的下端被部分地装配到所述放置部中。
4.根据权利要求1所述的电池模块，还包括：
托盘盖，所述托盘盖联接到所述冷却托盘，以密封所述容纳空间，
其中，所述托盘盖包括多个冷却插口，所述多个冷却插口具有管形，并且被设置成覆盖所述罐型二次电池的、在所述导热粘合剂溶液的表面上方露出的外周。
5.根据权利要求4所述的电池模块，
其中，所述托盘盖还包括连接部，所述连接部被设置成将所述多个冷却插口和所述托盘盖的侧表面连接。
6.根据权利要求5所述的电池模块，
其中，所述多个冷却插口、所述连接部和所述托盘盖的所述侧表面被设置成中空结构以便彼此连通，使得在所述中空结构中形成流动路径。
7.根据权利要求1所述的电池模块，
其中，所述罐型二次电池是矩形或圆柱形二次电池。
8.一种电池组，包括根据权利要求1至7中的任一项所述的电池模块。
9.一种用于制造电池模块的方法，包括：
制备步骤，用于制备具有容器形状的冷却托盘；
注入步骤，用于将导热粘合剂溶液注入到所述冷却托盘中至预设高度；以及
置放步骤，用于在所述导热粘合剂溶液固化之前、将多个罐型二次电池固定为竖直地浸入所述导热粘合剂溶液中。
10.根据权利要求9所述的用于制造电池模块的方法，
其中，所述冷却托盘具有多个放置部，所述罐型二次电池的下端被部分地装配到所述放置部中，并且
其中，在所述置放步骤中，所述罐型二次电池被置放成与所述放置部一一对应。
11.根据权利要求9所述的用于制造电池模块的方法，还包括：
托盘盖联接步骤，用于通过使用联接到所述冷却托盘的托盘盖来密封所述冷却托盘的容纳空间，所述容纳空间容纳所述多个罐型二次电池。
12.根据权利要求11所述的用于制造电池模块的方法，
其中，所述托盘盖包括：
多个冷却插口，所述多个冷却插口具有管形，并且被设置成覆盖所述罐型二次电池的、在所述导热粘合剂溶液的表面上方露出的外周；以及
连接部，所述连接部被设置成将所述多个冷却插口和所述托盘盖的侧表面连接，并且
其中，在所述托盘盖联接步骤中，所述罐型二次电池被一对一地插入到所述冷却插口中，并且被所述冷却插口保持。
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