CN110854320A - 电池模块和包括该电池模块的电池包 - Google Patents

电池模块和包括该电池模块的电池包 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种电池模块，其包括多个电池单元，所述多个电池单元分别包括被构造为容纳电极组件的单元体和从单元体引出的电极极耳，并且所述电池单元彼此堆叠；壳体单元，其被构造为包封所述多个堆叠的电池单元的外表面的至少一部分以容纳所述多个堆叠的电池单元，其中，所述壳体单元包括散热片单元，所述散热片单元中形成有制冷剂流动通道。

Description

电池模块和包括该电池模块的电池包
技术领域
本发明的一个实施方案涉及电池模块和包括该电池模块的电池包(batterypack)。
背景技术
随着诸如数码相机、移动电话、笔记本电脑、混合动力汽车等现有技术领域的发展，已经积极地开展了对能够充电和放电的可再充电二次电池的研究。特别地，上述二次电池通过将多个单元彼此串联和/或并联连接以电池模块的形式制造，然后放置在高输出混合动力车辆上使用。
同时，在二次电池的充电或放电期间通过电化学反应产生热量。此时，如果不能有效地从电池模块上移除电池模块的热量，则可能会加速电池模块的劣化，或者可能会发生诸如着火或爆炸的安全问题。
按照惯例，为了防止上述二次电池过热，现有技术利用了水冷散热片位于包括多个二次电池单元的电池模块的下侧以冷却电池模块或者电池模块的至少一部分暴露于外部以通过外部空气来冷却等的冷却方法。
然而，在使用上述散热片的水冷型的情况下，用于包封电池单元的模块壳体和散热片彼此隔开。因此，为了消散由电池单元产生的热量，需要形成从电池单元通向壳体板(housing plate)和散热片的传热路径，使得形成的传热路径能够穿过壳体板。
此外，当通过包括多个电池模块来制备电池包时，通常将多个电池模块放置在一个散热片上，所述散热片位于电池包的底表面处。在这种情况下，存在冷却程度根据每个电池模块的位置而变化的问题。
例如，第10-1778667号韩国专利登记(2017年9月8日登记)公开了一种包括单元模块的电池模块，其中冷却片(cooling fin)设置在与其接触的电池单元和安装有单元模块的冷却板(cooling plate)之间，但是，它并没有解决上述问题。
发明内容
本发明的实施方案的目的是提供一种电池模块，该电池模块能够通过形成彼此一体的模块壳体和散热片(heat sink)来使空间利用率最大化(在现有技术中，模块壳体和散热片彼此分离)，以及一种包括该电池模块的电池包。
此外，本发明的实施方案的另一个目的是提供一种电池模块，其中内部电池单元和散热片可以彼此直接接触以提高冷却效率，以及一种包括该电池模块的电池包。
此外，本发明的实施方案的另一个目的是提供一种可以均匀地冷却电池包单元中的多个电池模块中的每一个的电池模块，以及一种包括该电池模块的电池包。
此外，本发明的实施方案的另一个目的是提供一种电池模块，其可以容易地控制电池包单元中的多个电池模块的冷却程度，以及一种包括该电池模块的电池包。
此外，本发明的实施方案的另一个目的是提供一种电池模块，其中在电池包单元中增加包括在一个电池模块中的电池单元的数量，从而减少用于连接电池模块的连接构件的数量，以及一种包括该电池模块的电池包。
为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种电池模块，其包括：多个电池单元，其分别包括被构造为容纳电极组件的单元体(cell body)和从所述单元体引出的电极极耳，并且所述电池单元彼此堆叠；和壳体单元，其被构造为包封所述多个堆叠的电池单元的外表面的至少一部分以容纳所述多个堆叠的电池单元，其中所述壳体单元包括散热片单元，所述散热片单元中形成有制冷剂流动通道。
散热片单元可以与壳体单元一体地形成，以包封多个堆叠的电池单元的至少一个外表面。
散热片单元可以位于在与所述多个电池单元的堆叠方向垂直的平面上的所述多个电池单元的外表面中没有所述电极极耳的所述多个电池单元的剩余侧中的至少一侧。
散热片单元可以与多个堆叠的电池单元直接接触，以冷却所述多个电池单元。
散热片单元可包括：第一散热片构件，其位于多个堆叠的电池单元的外表面的至少一侧；第二散热片构件，其形成为与第一散热片构件结合，以通过与第一散热片构件结合而形成制冷剂流动通道。
第一散热片构件可包括通过向多个电池单元侧压制而形成在其外表面上的第一流动通道，从而通过将第一散热片构件和第二散热片构件彼此结合来形成制冷剂流动通道。
第二散热片构件可包括通过向与多个电池单元相对的一侧压制而形成在其内表面上的第二流动通道，从而通过将第一散热片构件和第二散热片构件彼此结合来形成制冷剂流动通道。
多个电池单元中的每一个的一个侧面可以是粘合部，在所述电池单元的纵向方向的周向表面中，在除了在其上通过使包封所述电极组件的壳(case)接合形成密封部的三个侧面之外的剩余一个侧面上，通过将所述壳粘合到所述电极组件而形成所述粘合部。
散热片单元可以位于多个堆叠的电池单元的粘合部的一侧。
根据本发明的另一方面，提供一种电池包，其包括：根据权利要求1至9中任一项所述的多个电池模块；和至少一个模块汇流条(bus bar)，其被构造为电连接所述多个电池模块中设置为彼此相邻的两个电池模块。
电池包还可包括电池包壳体(pack housing)，该电池包壳体不包括制冷剂流过的散热片，并且被构造为容纳多个电池模块。
根据本发明的实施方案，可通过形成彼此一体的模块壳体和散热片来使空间利用率最大化(在现有技术中，模块壳体和散热片彼此分开)。
此外，根据本发明的实施方案，内部电池单元和散热片可以彼此直接接触，从而提高冷却效率。
此外，根据本发明的实施方案，可以均匀地冷却电池包单元中的多个电池模块中的每一个。
此外，根据本发明的实施方案，可以容易地控制电池包单元中的多个电池模块的冷却程度。
此外，根据本发明的实施方案，由于在电池包单元中包括在一个电池模块中的电池单元的数量增加，所以可以减少用于连接电池模块等的连接构件的数量。
附图说明
通过以下结合附图的详细描述，将更清楚地理解本发明的上述和其他目的、特征以及其他优点，其中：
图1是示出根据本发明的实施方案的电池模块的透视图；
图2是示出根据本发明的实施方案的电池模块中包括的壳体单元的分解透视图；
图3是沿图1中所示的根据本发明的实施方案的电池模块的线I-I'截取的横截面图，以及其局部放大图；
图4A是示出根据本发明的实施方案的电池模块的电池单元的透视图和局部放大图，图4B是沿图4A中所示的电池单元的线II-II'截取的横截面图。
图5是示出根据本发明的实施方案的电池模块设置在电池包中的状态的示意图。
具体实施方式
在下文中，将参考附图描述本发明的特定实施方案。然而，这些仅是说明性示例，本发明并不限于此。
在本发明的实施方案的说明中，将不会对被判断为会使本发明的目的不必要地模糊的公知技术进行详细描述。参考附图，其中相同的附图标记在几个视图中始终表示相同或相应的部分。另外，本文使用的术语是通过考虑本发明的功能来定义的，并且可以根据用户或操作者的习惯或意图来改变。因此，应根据本文阐述的整体发明内容来定义术语。
应当理解，本发明的技术精神和范围由所附权利要求限定，并且以下实施方案仅用于将本发明有效地描述给在本发明所属技术领域中具有普通知识的人员。
图1是示出根据本发明的实施方案的电池模块10的透视图。图2是示出根据本发明的实施方案的电池模块10中包括的壳体单元200的分解透视图。图3是沿图1中所示的根据本发明的实施方案的电池模块10的线I-I'截取的横截面图，以及其局部放大图。
参照图1至图3，根据本发明的实施方案的电池模块10可包括多个堆叠的电池单元100，以及壳体单元200，壳体单元200被构造为包封多个堆叠的电池单元100的外表面的至少一部分。此时，上述壳体单元200可包括散热片单元210，散热片单元210具有形成在其中的制冷剂流动通道214，以冷却被容纳在壳体单元200中的多个电池单元100。
壳体单元200还包括与制冷剂流动通道214连通的流入口213和流出口。从而，如图1至3所示，诸如冷却剂(coolant)的制冷剂可以流入散热片单元210的流入口213并且通过制冷剂流动通道214从流出口215流出，从而在该流动过程期间冷却被容纳在壳体单元200中的多个电池单元100。
此外，散热片单元210可以与壳体单元200一体地形成，从而形成壳体单元200的至少一个表面。即，在根据本发明的实施方案的电池模块10中，模块壳体和散热片彼此一体地形成(在现有技术中，模块壳体和散热片彼此分开)，使得电池模块10的体积和将在下面描述的包括根据本发明的实施方案的电池模块10的电池包(图5所示)的体积可以减少，并且可以增加空间效率以提高能量效率。
此外，在现有技术中位于散热片上的传统电池模块的情况下，通过模块壳体的下部冷却板(lower colling plate)执行从电池单元到散热片的热传导，但是根据本发明的实施方案的电池模块10包括散热片单元210，其紧挨着多个电池单元100形成在其下方，使得可以减小导热距离从而提高冷却效率。
因此，与传统电池模块相比，根据本发明的实施方案的电池模块10具有提高的冷却效率，使得可以增加在一个电池模块10中可容纳的电池单元100的数量。结果是，减少了包括在一个电池包1中的电池模块10的数量，使得可以提高电池包1的组装性能，并且可以提高电池模块10的能量密度。
此外，根据本发明的实施方案的电池模块10的散热片单元210与壳体单元200一体地形成，以形成壳体单元200的一个表面。因此，即使容纳在壳体单元200中的电池单元100的数量增加或减少，也可以通过沿着堆叠电池单元100的方向('堆叠方向')调整壳体单元200的长度，来保持散热片单元210与壳体单元200一体形成的结构。
具体地，每个上述电池单元100包括用于容纳电极组件(图4B中所示)的单元体110(图4A中所示)，以及从单元体110引出的电极极耳。在此，多个电池单元100可以与相邻的单元体110重叠，并且彼此堆叠。
散热片单元210可以位于在与所述多个电池单元100的堆叠方向垂直的平面上的所述多个电池单元100的外表面中没有电极极耳120的所述多个电池单元100的剩余侧中的至少一侧，并且散热片单元210可以通过直接与多个堆叠的电池单元100的至少一个表面接触来冷却多个电池单元100。
优选地，散热片单元210可以位于在通过堆叠多个电池单元100而形成的多个堆叠的电池单元的外表面中电极极耳120不突出的侧中的任何一侧(例如，图中的下侧(lowerside))。也就是说，在通过堆叠多个电池单元100而形成的外表面中，散热片单元210位于单元体110的下侧，在下该侧中电极极耳120不突出，并且散热片单元210可以将电池单元100中产生的热量向外部散发。上述散热片单元210可以形成用于容纳多个电池单元100的壳体单元200的底表面(bottom surface)。
同时，上述散热片单元210可包括位于多个堆叠的电池单元100的外表面的至少一侧(例如，图中的下侧)的第一散热片构件211，以及被形成为与第一散热片构件211结合的第二散热片构件212，其通过与第一散热片构件211结合而形成制冷剂流动通道214。此时，第一散热片构件211和第二散热片构件212中的至少一个可具有形成在其中的流动通道214a和214b，并且可以通过结合第一散热片构件211和第二散热片构件212而在其中形成制冷剂流动通道214。
具体地，第一散热片构件211和第二散热片构件212可以分别形成为薄板形状。在此，第一流动通道214a可以通过朝着多个电池单元100侧的方向压入预定深度而形成在第一散热片构件211的与接触多个电池单元100的一侧相对的外表面上，并且第二流动通道214b可以通过朝着与多个电池单元100相对的一侧的方向压入预定深度而形成在第一散热片构件211所在侧的第二散热片构件212的内表面上。此外，第一流动通道214a和第二流动通道214b中的每一个可以分别形成在第一散热片构件211的外表面和第二散热片构件212的内表面上彼此对应的位置处。
此时，第一散热片构件211和第二散热片构件212可以彼此面对面结合，并且当第一散热片构件211和第二散热片构件212彼此结合时，上述制冷剂流动通道214可以通过获得的第一流动通道214a和第二流动通道214b的结合而形成。也就是说，如上所述，根据本发明的实施方案的电池模块10的散热片单元210通过将第一散热片构件211和第二散热片构件212彼此结合而形成。因此，可以容易地设计和改变制冷剂流动通道214。此外，当使用电池模块10时，第一散热片构件211和第二散热片构件212可以彼此分离以控制制冷剂流动通道214的状态等。因此，可以增加用户的便利性。
同时，第一散热片构件211和第二散热片构件212可以通过热熔接等彼此结合，但是这仅是示例，并不限于此。例如，第一散热片构件211和第二散热片构件212可以通过诸如钩子的紧固(fastening of hooks)等机械方法彼此结合。
然而，上述制冷剂流动通道214不限于分别在第一散热片构件211和第二散热片构件212中形成流动通道214a和214b的构造，可以在第一散热片构件211和第二散热片构件212中的任何一个中形成流动通道214a和214b，使得可以通过将第一散热片构件211和第二散热片构件212彼此结合而形成制冷剂流动通道214。
此外，设置在根据本发明的实施方案的电池模块10的散热片单元210中的制冷剂流动通道214可以整体形成为U形，并且更具体地，可以包括与流入口213侧连通的三个流动通道，和与流出口215侧连通的三个流动通道。也就是说，制冷剂流动通道214没有以多次弯曲的方式形成，但是引入到散热片单元210的一侧的流入口213中的制冷剂可以通过三个流动通道流到散热片单元210的另一侧，然后可以从所述另一侧流到所述散热片单元210的一侧，通过将流动方向改变(chaining)大约180度而排放到流出口215侧。
如上所述，在制冷剂流入散热片单元210的一侧的流入口213并且通过制冷剂流动通道214流向另一侧的过程中，多个电池单元100的一侧的一半的区域可以从散热片单元210的一侧朝另一侧冷却，并且在制冷剂流过制冷剂流动通道214且通过改变流动方向从所述另一侧流向所述一侧从流出口215流出期间，另一半的区域可以被均匀地冷却。也就是说，可以均匀地冷却多个电池单元100中的一个表面。
同时，上述壳体单元200可包括位于电池单元的剩余侧上的侧盖部(side coverparts)220，其中散热片单元210不位于由壳体200包封的多个电池单元的外表面上。此外，壳体单元200可包括安装部230，安装部230通过在高于散热片单元210的预定位置处从其至少一部分突出而形成，在制备下文所述的电池包1时，将电池模块10放置在安装部230上。在这种情况下，上述安装部230可以相对于散热片单元210以阶梯形状(stepped shape)形成在壳体单元200的外表面处。此外，上述安装部230可以具有形成于其中的多个紧固孔231，使得将在下面描述的电池模块10和电池包壳体(图5中所示)可以通过诸如插入紧固孔231的螺栓的紧固构件(未示出)而被结合和固定。
此外，根据本发明的实施方案的电池模块10可以与壳体单元200结合，并且可以包括壳体护套(housing sheath)300，壳体护套300被构造为包封多个电池单元100的外表面中未被壳体单元200包封的剩余外表面。也就是说，堆叠的电池单元100的六个表面被壳体单元200和壳体护套300包封，使得可以保护电池单元100免受外部异物等的影响。
此外，壳体单元200还可包括形成在散热片单元210的放置有多个电池单元100的一侧上的至少一个隔板(barrier)240，以便以预定间隔彼此间隔开。在这种情况下，隔板240可以形成为面向相邻电池单元100的板形。当堆叠的电池单元100的数量超过预定数量时，隔板240可以设置在预定数量的电池单元100之间，使得可以增强多个堆叠的电池单元100在堆叠方向上的刚性，并且可以抑制由使用电池模块10引起的电池单元100的膨胀。
图4A是示出根据本发明的实施方案的电池模块10的电池单元100的透视图和局部放大图，图4B是沿图4A中所示的电池单元100的线II-II'截取的横截面图。
参照图4A和4B，容纳在根据本发明的实施方案的电池模块10中的多个电池单元100中的每一个可包括用于容纳电极组件111的单元体110，以及从单元体110引出的电极极耳120。在这种情况下，上述电极极耳120可以从电极组件111引出，并且每个电池单元100还可以包括用于包封电极组件111的壳(case)130。即，被壳130包封的电极组件111的部分可以被认为是单元体110。
同时，电池单元100的一个侧面可以是粘合部132，在所述电池单元100的纵向方向d1的周向表面中，在除了在其上通过使所述壳130接合形成密封部131的三个侧面之外的剩余一个侧面上，通过将所述壳130粘合到所述电极组件111而形成所述粘合部132。
此时，电池单元100的上述纵向方向d1可以指的是电池单元100的电极极耳120突出的方向，如图4A所示。此外，上述电池单元100的纵向方向d1的周向表面可以指与电池单元100的厚度方向垂直的周向表面。
如上所述，每个电池单元100的一个侧面可以形成为粘合部132，粘合部132通过将壳130粘合到电极组件111而形成。此时，可以以这样的方式形成电池单元100的粘合部132，即在电池单元100的纵向方向d1的周向表面中的一侧上的电池单元100的壳130的中心部分被粘合到电极组件111的一个表面上。
也就是说，粘合部132不仅仅指在电池单元100的纵向方向d1的周向表面中未被密封的表面，而且是通过将壳130和电极组件111彼此粘合而形成的部分。
此外，壳体单元200的上述散热片单元210可以位于多个堆叠的电池单元100的粘合部132侧。具体地，可以堆叠上述多个电池单元100中的每一个从而使粘合部132位于同一层上，并且散热片单元210可以位于多个堆叠的电池单元100的粘合部132侧。
由此，多个电池单元100的粘合部132和散热片单元210可以彼此接触，并且通过将壳130粘合到电极组件111而形成的粘合部132也可以与散热片单元210接触，从而可以实现电池单元100的适当冷却。也就是说，散热片单元210和电池单元100之间的接触面积增加，并且从电极组件111到电池单元100的散热片210的热传导路径变短，从而可以提高散热片单元210的电池单元100的冷却效率。
图5是示出根据本发明的实施方案的电池模块10设置在电池包1中的状态的示意图。
参照图5，包括多个根据本发明的实施方案的电池模块10的电池包1还可包括能够控制多个电池模块10中的每一个的电池管理系统(BMS)模块50；功率继电器组件(powerrelay assembly，PRA)模块60，其位于多个电池模块10和电池包1外侧的电机驱动单元(未示出)之间，并且包括继电器(未示出)，电阻(未示出)等；以及手动服务装置(manualservice device，MSD)模块70，其能够确定在电池包1的运输和安装之间是否通过操作员的操作将电压施加到电池包的高压端子(pack high voltage terminal)(未示出)。
具体地，包括根据本发明的实施方案的电池模块10的电池包1还可包括用于容纳多个电池模块10、BMS模块50、PRA模块60和MSD模块70的电池包壳体40。在此，多个电池模块10可以放置在电池包壳体40上以并排布置。
同时，在每个上述电池模块10中，散热片单元210与壳体单元200一体地形成。因此，电池包壳体40可以不包括供制冷剂流过的散热片。
此外，上述多个电池模块10可以通过模块汇流条80彼此连接并且串联或并联连接。此外，多个电池模块10中的每一个和上述BMS模块50、PRA模块60和MSD模块70可以通过诸如电缆的连接构件90连接。
如上所述，在包括根据本发明的实施方案的电池模块10的电池包1中，散热片单元210一体地设置在每个电池模块10中，使得电池包1内部的多个电池模块10可以被均匀地冷却，并且可以容易地控制多个电池模块10中的每一个的冷却程度。
在这种情况下，在图5中用箭头示出了在多个电池模块10中的每一个中引入和排出的制冷剂的状态的实例。
此外，在根据本发明的实施方案的电池模块10中，容纳在一个电池模块10中的电池单元100的数量增加。因此，与传统电池包1相比，还可以用少量电池模块10容纳相同数量的电池单元100，并且随着电池模块10数量的减少，所需的用于将电池模块10彼此连接的部件(例如模块汇流条80和连接构件90)的数量减少。
尽管已经详细描述了本发明的代表性实施方案，但是在本发明所属技术领域中具有普通知识的人员将理解，在不脱离本发明的范围的情况下可以进行各种修改和改变。因此，本发明的范围不应限于上述实施方案，而是由所附权利要求及其等同物限定。
[附图标记的说明]
1：电池包
10：电池模块
100：电池单元
110：单元体
111：电极组件
120：电极极耳
130：壳
131：密封部
132：粘合部
200：壳体单元
210：散热片单元
211：第一散热片构件
212：第二散热片构件
213：流入口
214：制冷剂流动通道
214a：第一流动通道
214b：第二流动通道
215：流出口
220：侧盖部
230：安装部
240：隔板
231：紧固孔
300：壳体护套
40：电池包壳体
50：BMS模块
60：PRA模块
70：MSD模块
80：模块汇流条
90：连接构件
d1：电池单元的纵向方向

Claims (11)

1.一种电池模块，其包括：
多个电池单元，其分别包括被构造为容纳电极组件的单元体和从所述单元体引出的电极极耳，并且所述多个电池单元彼此堆叠；和
壳体单元，其被构造为包封多个堆叠的电池单元的外表面的至少一部分以容纳所述多个堆叠的电池单元，
其中所述壳体单元包括散热片单元，所述散热片单元中形成有制冷剂流动通道。
2.根据权利要求1所述的电池模块，其中，所述散热片单元与所述壳体单元一体地形成，以包封所述多个堆叠的电池单元的至少一个外表面。
3.根据权利要求1所述的电池模块，其中，所述散热片单元位于在与所述多个电池单元的堆叠方向垂直的平面上的所述多个电池单元的外表面中没有所述电极极耳的所述多个电池单元的剩余侧中的至少一侧。
4.根据权利要求1所述的电池模块，其中，所述散热片单元与所述多个堆叠的电池单元直接接触，以冷却所述多个电池单元。
5.根据权利要求1所述的电池模块，其中，所述散热片单元包括：第一散热片构件，其位于所述多个堆叠的电池单元的外表面的至少一侧；和
第二散热片构件，其被形成为与所述第一散热片构件结合，以通过与所述第一散热片构件结合而形成制冷剂流动通道。
6.根据权利要求5所述的电池模块，其中，所述第一散热片构件包括通过向所述多个电池单元侧压制而形成在其外表面上的第一流动通道，从而通过将所述第一散热片构件和所述第二散热片构件彼此结合来形成所述制冷剂流动通道。
7.根据权利要求5所述的电池模块，其中，所述第二散热片构件包括通过向与所述多个电池单元相对的一侧压制而形成在其内表面上的第二流动通道，从而通过将所述第一散热片构件和所述第二散热片构件彼此结合来形成所述制冷剂流动通道。
8.根据权利要求1所述的电池模块，其中，所述多个电池单元中的每一个的一个侧面是粘合部，在所述电池单元的纵向方向的周向表面中，在除了在其上通过使包封所述电极组件的壳接合形成密封部的三个侧面之外的剩余一个侧面上，通过将所述壳粘合到所述电极组件而形成所述粘合部。
9.根据权利要求8所述的电池模块，其中，所述散热片单元位于所述多个堆叠的电池单元的所述粘合部的一侧。
10.一种电池包，其包括：
多个根据权利要求1至9中任一项所述的电池模块；和
至少一个模块汇流条，其被构造为电连接所述多个电池模块中彼此相邻设置的两个电池模块。
11.根据权利要求10所述的电池包，其还包括电池包壳体，所述电池包壳体不包括供制冷剂流过的散热片，并且被构造为容纳所述多个电池模块。
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