CN110770965B - 具有改进的冷却结构的电池模块 - Google Patents

Abstract

根据本发明的一个实施例的电池模块包括：单体堆，所述单体堆通过堆叠多个电池单体而形成；和模块外壳，其被构造成容纳单体堆，并且具有下部外壳、一对侧部外壳、一对前部外壳和后部外壳、以及上部外壳，以分别覆盖单体堆的下部、两个侧部、前部和后部以及上部，其中，所述下部外壳包括：基板，其被构造成完全覆盖单体堆的下表面；间隔件，其被置于单体堆和基板之间，以部分地覆盖单体堆的下表面，从而在单体堆和基板之间形成空置空间；供应管，其被连接到间隔件，以通过间隔件的内部将冷却介质供应至空置空间；以及排放管，其被连接到所述间隔件，以将在空置空间和间隔件中流动的冷却介质排出到外部。

Description

具有改进的冷却结构的电池模块

技术领域

本公开涉及一种具有改进的冷却结构的电池模块，并且更具体地，本公开涉及一种具有改进的冷却效率的电池模块，该电池模块使用绝缘油进行冷却，并具有允许绝缘油直接接触电池单体的冷却结构。

本申请要求2017年12月27日提交的韩国专利申请No.10-2017-0180560的优先权，其公开内容在此通过引用整体并入本文。

背景技术

目前商业上使用的二次电池包括镍镉电池、镍氢电池、镍锌电池以及锂二次电池。其中，与镍基二次电池相比，由于锂二次电池基本没有记忆效应以确保自由充电和放电、非常低的自放电率以及高能量密度，因此锂二次电池备受关注。

锂二次电池主要使用锂基氧化物和碳质材料分别作为正电极活性材料和负电极活性材料。锂二次电池包括：电极组件，其中，涂覆有正电极活性材料和负电极活性材料的正电极板和负电极板被设置为使得分隔件被置于正电极板和负电极板之间；和外部件，即电池壳体，用于将电极组件与电解质一起密封容纳。

通常，根据外部件的形状，锂二次电池可被分为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层压片制成的袋中。

近来，二次电池不仅广泛地用于便携式电子设备等小型设备，而且还广泛地用于诸如车辆和蓄电系统等中型或大型设备。当用于中型或大型设备时，大量的二次电池被电连接以增加容量和功率。特别地，由于袋型单体可以容易地堆叠，因此袋型单体被广泛地用于中型或大型设备。

然而，袋型单体通常被封装在由铝和聚合物树脂的层压片制成的电池壳体中，因而其机械刚度不大。因而，当构造包括多个袋型单体的电池模块时，通常使用框架来保护二次电池免受外部冲击，防止其晃动并便于其堆叠。

框架可能有多种不同的名称，诸如盒。在许多情况下，框架呈具有空置中心部的矩形形状，此时，框架的四个边围绕袋型单体的外周。另外，堆叠多个框架以构成电池模块，并且当堆叠框架时，袋型单体可被放置在框架内部的空置空间中。

同时，参考图1，其中示出了传统的电池模块结构。如果使用多个框架2来堆叠多个袋型单体1，则在传统的电池模块结构中，在一对袋型单体1中的每个袋型单体的外表面上设置板状散热片3，由此提高冷却效率。

二次电池可能在高温环境下使用，诸如夏天，并且二次电池也可能自身产生热量。此时，如果多个二次电池彼此堆叠，则二次电池的温度可能变得更高。如果温度高于适当温度，则二次电池的性能可能下降，在严重情况下，可能发生爆炸或起火。因而，当构造电池模块时，应用散热片3以接触袋型单体1的表面，并使散热片3与位于其下方的冷却板4接触，以防止电池模块的整体温度上升。经常采用这种构造。

然而，如果通常由金属材料制成的散热片3被置于彼此面对的袋型单体1之间以构成电池模块，则由于散热片3和袋型单体1的表面之间的材料差异，接触热阻不可避免地非常大。而且，仅通过依赖于金属的导热性的冷却方法，只有在产生大量热的情况下才能够实现充分冷却。

因而，与简单的导热方法相比，迫切需要使用能够降低接触热阻并允许更高效地散热的冷却方法来开发电池模块结构。

发明内容

技术问题

本公开被设计成解决现有技术的问题，并且因此，本公开旨在提供一种电池模块，该电池模块采用能够允许冷却介质和电池单体之间直接接触的冷却结构，使得即使由于应用具有高容量和/或高输出的电池模块而使得热量增加时，也可以高效地冷却电池模块。

然而，本公开要解决的技术问题不限于上述问题，并且本领域技术人员将从以下描述中理解本文中未提及的其它目标。

技术解决方案

在本公开的一个方面中，提供了一种电池模块，其包括：单体堆，其通过堆叠多个电池单体而形成；和模块外壳，其被构造成容纳单体堆，并且具有下部外壳、一对侧部外壳、一对前部外壳和后部外壳以及上部外壳，以分别覆盖单体堆的下部、两个侧部、前部和后部以及上部，其中，下部外壳包括：基板，其被构造成完全覆盖单体堆的下表面；间隔件，其被置于单体堆和基板之间，以部分地覆盖单体堆的下表面，从而在单体堆和基板之间形成空置空间；供应管，其连接到间隔件，以通过间隔件的内部将冷却介质供应至空置空间；以及排放管，其连接到间隔件，以将在空置空间和间隔件中流动的冷却介质排出到外部。

可在单体堆和间隔件之间置入粘合剂，以使冷却介质不会在单体堆和间隔件之间泄漏。

可在基板的两个侧端处设置分别具有联接凹槽的联接单元，可在侧部外壳的下端处形成向下突出的联接突起，并且可将联接突起插入并固定到联接凹槽中，以将侧部外壳固定到基板。

联接单元可具有朝向电池模块的内侧突出的突起，并且该突起可延伸为接触位于单体堆的最外侧处的电池单体，以防止冷却介质在基板和单体堆之间泄漏。

间隔件可包括：第一间隔件，其设置在基板的沿纵向方向的一侧处；第二间隔件，其设置在基板的沿纵向方向的另一侧处；以及第三间隔件，其与第一间隔件和第二间隔件间隔开，并被设置在第一间隔件和第二间隔件之间。

供应管可连接到穿过第一间隔件的内部形成的第一间隔件通道，并且排放管可连接到穿过第二间隔件的内部形成的第二间隔件通道。

第三间隔件可具有穿过其内部形成的第三间隔件通道，从而通过第一间隔件供应的冷却介质流向第二间隔件。

同时，在本公开的另一方面，还提供一种电池组，其通过连接根据本公开实施例的多个电池模块来实现。另外，在本公开的另一方面，还提供了一种车辆，其包括根据本公开的实施例的电池组。

有利效果

根据本公开的实施例，由于提供了一种具有能够在冷却介质和电池单体之间进行直接接触的冷却结构的电池模块，所以即使采用了具有高容量和/或高输出的电池模块而使得热量增加时，也可以高效地冷却电池模块，由此提高电池模块的性能。此外，可以防止由于温度升高所导致的安全事故，诸如电池单体起火和爆炸。

附图说明

附图示出了本公开的优选实施例，并且附图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，本公开不应被解释为限于附图。

图1是示出被应用于传统电池模块的冷却结构的视图。

图2是示出根据本公开实施例的电池模块的外观的立体图。

图3是示出根据本公开实施例的电池模块的分解立体图。

图4是示出冷却介质在根据本公开实施例的电池模块的基板上流动的视图。

图5是沿着图2的A-A’线和B-B’线截取的横截面图。

图6是示出图5的一个侧端的放大图。

图7是沿图2的C-C’线截取的横截面图。

图8是示出图7的一个侧端的放大图。

图9是示出以与图4中所示供应管和间隔件不同的方式实现的供应管和间隔件的视图。

具体实施方式

下面将参考附图详细地描述本公开的优选实施例。在描述之前，应理解，说明书和所附权利要求书中使用的术语不应被解释为限于一般含义和词典含义，而是应在允许发明人为了最佳解释而定义术语的基础上，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，本文提出的描述仅是出于说明目的的优选示例，而并非意于限制本公开的范围，因此应理解，在不脱离本公开的范围的情况下，能够对其做出其它等效物和改型。

首先，将参考图2和图3简要地描述根据本公开实施例的电池模块10的部件。

图2是示出根据本公开实施例的电池模块的外观的立体图，并且图3是示出根据本公开实施例的电池模块的分解立体图。

参考图2和图3，根据本公开实施例的电池模块10包括单体堆100和用于容纳单体堆100的模块外壳20。此外，模块外壳20包括下部外壳200、一对侧部外壳300、一对前部和后部外壳400以及上部外壳500。

通过堆叠多个电池单体110来制备单体堆100。这里使用的电池单体110没有特别限制，只要它是能够充电和放电的二次电池即可。例如，电池单体110可以是袋型电池单体。

每个电池单体110都可具有延伸到一侧和另一侧的一对电极引线111。电极引线111包括正电极引线和负电极引线。如下文解释的，堆叠的电池单体110可通过粘合剂等牢固地固定和密封，使得与单体堆100的下部接触的、诸如绝缘油这样的冷却介质不能穿透单体堆100的电池单体110之间的空间。

另外，电极引线111可被布置或连接成使得单体堆100的电池单体110串联、并联或以串联和并联两者连接。

下部外壳200包括：基板210，其用于完全覆盖单体堆100的下表面；间隔件220，其用于部分地覆盖单体堆100的下表面；供应管230，其连接到间隔件220，以供应用于冷却电池模块10的冷却介质，诸如绝缘油；以及排放管240，其连接至间隔件220以将冷却介质排放至外部。

间隔件220被置于单体堆100与基板210之间，并且通过部分地覆盖单体堆100的下表面而在单体堆100与基板210之间形成空置空间。即，所述空置空间对应于由单体堆100、间隔件220以及基板210包围的封闭空间。

供应管230从电池模块10的前部连接至间隔件220，以将冷却介质供应至间隔件220。被供应到间隔件220的冷却介质通过形成在间隔件220内部的通道而供应至单体堆100与基板210之间的空置空间。

排放管240从电池模块10的后部连接至间隔件220，以将流过所述空置空间和间隔件220内部的冷却介质排出到外部。

该一对侧部外壳300分别覆盖单体堆100的两侧，并且面对被设置在单体堆100的电池单体110中的最外侧上的电池单体110的宽表面。该一对侧部外壳300可在单体堆100的两侧上挤压，以防止在单体堆100的电池单体110之间产生空置空间。

该一对前部和后部外壳400可以分别包括汇流条框架410、绝缘盖420以及前板和后板430。

汇流条框架410从单体堆100的前部或后部联接至单体堆100。电极引线111被插入到汇流条框架410中，以便于用于在电池单体100之间进行电连接的电极引线111的弯曲工序。即，电极引线111穿过形成在汇流条框架410处的插缝而插入，然后弯曲，使得相邻的电极引线111通过焊接等彼此联接。

绝缘盖420是为防止电极引线111彼此接触而设置的部件，电极引线111通过插入到汇流条框架410中而彼此联接，并且弯曲但不应彼此接触。绝缘盖420联接到汇流条框架410上，以防止由外部因素引起的短路。

前板和后板430是联接到绝缘盖420上的部件，并且用于保护内部部件，诸如单体堆100、汇流条框架410和绝缘盖420。

上部外壳500可包括：传感器组配件510，其被布置在单体堆100的上部，并且电连接至穿过汇流条框架410而被插入并弯曲的电极引线111；和顶板520，其联接至传感器组配件510的上部，以形成上部外壳500的最外层。

下面，将参考图4至图8以及图2和图3描述根据本公开实施例的电池模块的具体冷却结构。

图4是示出冷却介质在根据本公开实施例的电池模块的基板上流动的视图，图5是沿图2的A-A’线和B-B’线截取的横截面图，并且图6是示出图5的一个侧端的放大图。同样地，图7是沿图2的C-C’线截取的横截面图，并且图8是示出图7的一个侧端的放大图。

参考图4至图8以及图2和图3，在基板210的两个侧端部设有联接单元211，联接单元211具有形成在从顶部向下的方向的预定深度处的联接凹槽G。同时，在侧部外壳300的下端处设有向下突出的联接突起310，联接突起310被插入并固定到联接凹槽G中，由此将侧部外壳300固定至基板210。

联接单元211具有朝向电池模块的内部突出的突起P。突起P延伸以接触布置在最外侧的电池单体110，以防止在基板210和单体堆100之间产生间隙而泄漏冷却介质。

另外，在单体堆100与间隔件220之间置入粘合剂，以使诸如绝缘油这样的冷却介质不会在单体堆100与间隔件220之间泄漏。粘合剂不仅将单体堆100和间隔件220彼此联接并固定，而且也可用作衬垫。

同时，间隔件220可以形成有彼此间隔开的多个单元间隔件。例如，间隔件220可包括：第一间隔件221，其设置在基板210的纵向方向上的一端处；第二间隔件222，其设置在基板210的纵向方向上的另一端处；以及第三间隔件223，其与第一间隔件221和第二间隔件222间隔开，并设置在第一间隔件221和第二间隔件222之间。

然而，虽然在附图中示出了三个单元间隔件，但是单元间隔件的数量不限于此，而是可以设置更多单元间隔件。即，可以在第一间隔件221和第二间隔件222之间设置彼此间隔开的一个或多个单元间隔件。然而，在下文中，为了便于说明，将描述设置三个单元间隔件的情形。

供应管230可以从电池模块10的前部连接到第一间隔件221，以将冷却介质供应到电池模块10。同样地，排放管240可以从电池模块10的后部连接到第二间隔件222，以冷却电池模块10，并将被加热的冷却介质排出到外部。

即，供应管230连接到被设置为穿过第一间隔件221的内部的多个第一间隔件通道221a，以供应冷却介质。即，供应管230沿着横跨基板210的宽度而被设置的第一间隔件221的延伸方向(即，沿着第一间隔件221的纵向方向)延伸，并分别与多个第一间隔件通道221a连接，从而将冷却介质供应到所有的第一间隔件通道221a。

同时，与上述供应管230类似，排放管240连接到被设置为穿过第二间隔件222的内部的多个第二间隔件通道222a，以排出冷却介质。即，排放管240沿着横跨基板210的宽度而被布置的第二间隔件222的延伸方向(即，沿着第二间隔件222的纵向方向)延伸，并分别与多个第二间隔件通道222a连接，从而将通过所有的第二间隔件通道222a的被引入的冷却介质排出。

同时，第三间隔件223可以包括多个第三间隔件通道223a，所述第三间隔件通道被形成为穿过第三间隔件223的内部，以允许穿过第一间隔件221而流入电池模块10的内部空间S1中的冷却介质流向第二间隔件222。

第三间隔件通道223a从第三间隔件223露出，使得第一间隔件221和第三间隔件223之间的空间S1以及第三间隔件223和第二间隔件222之间的空间S2与第三间隔件223的内部空间连通。

即，通过依次流过供应管230、第一间隔件221、空间S1、第三间隔件223、空间S2、第二间隔件222以及排放管240，从而使得通过供应管230被供应至电池模块10的冷却介质从电池模块10排出。

下面，将参考图9描述根据本公开另一实施例的电池模块。

图9是示出以与图4中所示的供应管和间隔件不同的方式实现的供应管和间隔件的视图。

根据本公开另一实施例的电池模块与前述实施例的电池模块基本相同，虽然在供应管250与第一间隔件224之间的连接结构以及第一间隔件224的具体构造方面略有不同。因而，在描述根据本公开另一实施例的电池模块时，将详细描述与前述实施例不同的特征，而不再描述在前述实施例中已经描述的特征。

参考图9，在根据本公开另一实施例的电池模块中，供应管250和第一间隔件224在一个点而非多个点处连接，并且第一间隔件224与供应管250相连的通道(未示出)与用于排出冷却介质的多个通道连通。

如上所述，在根据本公开的电池模块10中，间隔件220被部分地应用在单体堆100与基板210之间，冷却介质被供应到形成在单体堆100和基板210之间的空置空间S1、S2中，使得单体堆100可以与冷却介质直接接触，由此使冷却效率最大化。

此外，根据本公开的电池模块10具有如下功能：当液体冷却介质(诸如，冷却水和绝缘油)直接接触电池单体110时，可能发生冷却介质泄漏，而根据本公开的电池模块10具有改善的密封性能，以解决冷却介质泄漏，由此提高了产品的可靠性。

另外，通过将上述多个电池模块电连接而实现的根据本公开实施例的电池组以及具有该电池组的车辆具有电池模块的上述优点，因此其也可表现出优异的性能。

已经详细地描述了本公开。然而，应理解，详细说明和具体示例虽然指示了本公开的优选实施例，但是仅以说明的方式给出，因为通过本详细描述，在本公开的范围内的各种改变和改型对于本领域技术人员而言将是显而易见的。

Claims (8)

1.一种电池模块，包括：

单体堆，所述单体堆通过堆叠多个电池单体而形成；和

模块外壳，所述模块外壳被构造成容纳所述单体堆，并且具有下部外壳、一对侧部外壳、一对前部外壳和后部外壳、以及上部外壳，以分别覆盖所述单体堆的下部、两个侧部、前部和后部以及上部，

其中，所述下部外壳包括：

基板，所述基板被构造成完全覆盖所述单体堆的下表面；

间隔件，所述间隔件被置于所述单体堆和所述基板之间，以部分地覆盖所述单体堆的下表面，从而在所述单体堆和所述基板之间形成空置空间；

供应管，所述供应管被连接到所述间隔件，以通过所述间隔件的内部将冷却介质供应至所述空置空间，使得所述单体堆与所述冷却介质直接接触；以及

排放管，所述排放管被连接到所述间隔件，以将在所述空置空间和所述间隔件中流动的冷却介质排出到外部，

其中，所述间隔件包括：

第一间隔件，所述第一间隔件设置在所述基板的沿着纵向方向的一侧处；

第二间隔件，所述第二间隔件设置在所述基板的沿着所述纵向方向的另一侧处；以及

第三间隔件，所述第三间隔件与所述第一间隔件和所述第二间隔件间隔开，并且被设置在所述第一间隔件和所述第二间隔件之间。

2.根据权利要求1所述的电池模块，

其中，在所述单体堆和所述间隔件之间置入粘合剂，使得所述冷却介质不在所述单体堆和所述间隔件之间泄漏。

3.根据权利要求2所述的电池模块，

其中，在所述基板的两个侧端处设置有分别具有联接凹槽的联接单元，在所述侧部外壳的下端处形成有向下突出的联接突起，并且所述联接突起被插入并固定到所述联接凹槽中，以将所述侧部外壳固定到所述基板。

4.根据权利要求3所述的电池模块，

其中，所述联接单元具有朝向所述电池模块的内侧突出的突起，并且所述突起延伸为接触位于所述单体堆的最外侧处的电池单体，以防止所述冷却介质在所述基板和所述单体堆之间泄漏。

5.根据权利要求1所述的电池模块，

其中，所述供应管被连接到穿过所述第一间隔件的内部而形成的第一间隔件通道，并且

其中，所述排放管被连接到穿过所述第二间隔件的内部而形成的第二间隔件通道。

6.根据权利要求5所述的电池模块，

其中，所述第三间隔件具有穿过其内部而形成的第三间隔件通道，从而通过所述第一间隔件供应的所述冷却介质流向所述第二间隔件。

7.一种电池组，所述电池组通过连接多个在权利要求1至6任一项中限定的电池模块而实现。

8.一种车辆，包括在权利要求7中限定的电池组。

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