CN111509326A

CN111509326A - 电池组

Info

Publication number: CN111509326A
Application number: CN202010076515.5A
Authority: CN
Inventors: 尹钟郁
Original assignee: Samsung SDI Co Ltd
Current assignee: Samsung SDI Co Ltd
Priority date: 2019-01-31
Filing date: 2020-01-23
Publication date: 2020-08-07
Anticipated expiration: 2040-01-23
Also published as: US11641040B2; US20200251794A1; KR20200095247A; KR102591304B1; CN111509326B; KR20220107134A; KR102425695B1

Abstract

提供了一种电池组，所述电池组具有改善的散热性能。在示例实施例中，所述电池组包括：多个电池单体；模块，容纳所述多个电池单体，并且包括位于所述多个电池单体中的相邻的电池单体中的每个之间的散热构件；以及管道，用于向模块供应冷却剂或者从模块吸取冷却剂，其中，每个散热构件具有第一区域和与第一区域相对的第二区域，第一区域具有比第二区域的高度小的高度，以构建冷却剂的路径。

Description

电池组

本申请要求于2019年1月31日在韩国知识产权局提交的第10-2019-0013092号韩国专利申请的优先权和权益，该韩国专利申请的内容通过引用全部包含于此。

技术领域

本发明涉及一种具有改善的散热性能的电池组。

背景技术

与不可充电的一次电池不同，二次电池(或可再充电电池)能够充电和放电。具有以组的形式封装的单个电池单体的低容量电池可以被用在诸如蜂窝电话或摄像机的小的便携式电子装置中，而具有彼此连接的数十个电池组的大容量电池可以被广泛地用作用于驱动诸如混合动力车辆的车辆的电源。

二次电池被制造为具有各种形状，包括例如圆柱形形状、棱柱形形状和袋型形状。通过将包括位于正电极板与负电极板之间的作为绝缘件的隔板的电极组件以及电解质容纳在壳体中并且将盖板安装在壳体中来构造二次电池。当然，正电极端子和负电极端子连接到电极组件，其被暴露且突出穿过盖板。

另外，通过将由二次电池组成的单元电池单体彼此串联、并联或串/并联而具有增大的输出功率的电池组被用在各种应用领域中。具有彼此连接的许多电池单体的储能系统会(尤其地)需要高的散热效率。

发明内容

本发明的实施例提供了一种具有改善的散热性能的电池组。

根据本发明的方面，提供了一种电池组，所述电池组包括：多个电池单体；模块，容纳所述多个电池单体，并且包括位于所述多个电池单体中的相邻的电池单体中的每个之间的散热构件；以及管道，用于向模块供应冷却剂或者从模块吸取冷却剂，其中，每个散热构件具有第一区域和与第一区域相对的第二区域，第一区域具有比第二区域的高度小的高度，以构建冷却剂的路径。

这里，每个散热构件可以包括热管，热管包括：第一蒸发部和第二蒸发部，沿着每个电池单体的高度设置；以及冷凝部，连接第一蒸发部和第二蒸发部。

此外，第一蒸发部可以具有比第二蒸发部的高度小的高度。

此外，热管可以具有U形构造，并且部分地围绕电池单体的中心区域。

此外，第二区域可以具有与电池单体的高度对应的高度。

此外，第一区域可以在第二区域的基准上具有30％至40％的高度。

此外，电池单体可以包括多个突起部，所述多个突起部包括突起或者分开的间隔物，所述突起设置为从冷却剂移动区域的边缘突出。

此外，所述多个突起部可以包括多个第一突起部以及第二突起部，所述多个第一突起部在电池组的高度基准上位于中心，并且每个第一突起部与第二突起部之间的距离比每个第一突起部之间的距离大。

此外，所述多个突起部可以被构造为在水平基准上构建朝向电池单体的中心上侧或中心下侧倾斜的角度。

此外，倾斜的角度可以在水平基准上处于15°与20°之间的范围内。

如上所述，因为根据本发明的电池组包括在每个电池单体之间的散热构件，散热构件包括具有不对称的高度的热管，所以，可以执行使用冷却剂的散热和使用热管的散热两者，从而提高了散热性能。

此外，热管被布置为U形构造，以部分地围绕电池单体的中心区域，从而即使电池单体发生膨胀也有助于散热。

附图说明

图1是根据本发明的实施例的电池组的透视图。

图2是根据本发明的实施例的电池组中的模块的透视图。

图3是根据本发明的实施例的电池组中的模块的分解透视图。

图4是示出根据本发明的实施例的电池组中的构成模块的电池单体和冷却构件的布置的透视图。

图5是示出根据本发明的实施例的电池组中的构成模块的电池单体和冷却构件的布置的平面图。

图6是示出根据本发明的实施例的电池组中的电池单体和冷却构件的布置的透视图。

图7是示出根据本发明的另一实施例的电池组中的电池单体和冷却构件的布置的正视图。

图8是示出根据本发明的另一实施例的电池组中的电池单体和冷却构件的布置的正视图。

具体实施方式

在下文中，将详细地描述本发明的优选实施例。

本发明的各种实施例可以以许多不同的形式来实施，并且不应被解释为局限于在这里阐述的示例实施例。相反，提供公开的这些示例实施例，使得本公开将是彻底的和完整的，并且将把公开的发明构思传达给本领域技术人员。

此外，在附图中，为了简洁和清楚，夸大了各种组件的尺寸或厚度。同样的标号始终表示同样的元件。如在这里使用的，术语“和/或”包括相关所列项中的一个或更多个的任何组合和全部组合。

这里使用的术语仅是出于描述具体实施例的目的，而不意图对公开进行限制。如在这里使用的，除非上下文另外清楚地指出，否则单数形式也意图包括复数形式。还将理解的是，当在本说明书中使用术语“包括”和/或其变型时，说明存在所陈述的特征、数量、步骤、操作、元件和/或组件，但不排除存在或添加一个或更多个其他特征、数量、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组。

将理解的是，尽管在这里可以使用术语第一、第二等来描述各种构件、元件、区域、层和/或部分，但是这些构件、元件、区域、层和/或部分不应受这些术语限制。这些术语仅用于将一个构件、元件、区域、层和/或部分与另一构件、元件、区域、层和/或部分区分开。因此，例如，在不脱离本公开的教导的情况下，下面讨论的第一构件、第一元件、第一区域、第一层和/或第一部分可以被命名为第二构件、第二元件、第二区域、第二层和/或第二部分。

在下文中，将描述根据本发明的实施例的电池组的构造。

图1是根据本发明的实施例的电池组的透视图。图2是根据本发明的实施例的电池组中的模块的透视图。图3是根据本发明的实施例的电池组中的模块的分解透视图。图4是示出根据本发明的实施例的电池组中的构成模块的电池单体和冷却构件的布置的透视图。

参照图1至图4，根据本发明的实施例的电池组10包括：多个电池单体100；模块200，容纳电池单体100；管道300，沿着模块200的纵向方向(例如，x轴方向)延伸；以及换气构件400，结合到管道300的端部并且供应冷却剂。如所示，模块200可以包括一对模块，但这不是本公开的限制。

电池单体100中的每个可以包括容纳电极组件(未示出)的壳体110和密封壳体110的盖板120。此外，彼此间隔开的第一端子130和第二端子140可以设置在盖板120上。

首先，电极组件通过卷绕或层压第一电极板、隔板和第二电极板的堆叠件来提供，所述堆叠件包括薄板或层。这里，第一电极板可以用作负电极，并且第二电极板可以用作正电极，反之亦然，但这不是本公开的限制。

此外，第一电极板包括涂覆在第一电极集流体上的第一电极活性物质(诸如石墨或碳)，第一电极集流体包括由铜、铜合金、镍或镍合金制成的金属箔。第一电极板包括作为涂覆有第一电极活性物质的部分的第一电极活性物质层以及未涂覆第一电极活性物质的第一电极未涂覆部。第一电极未涂覆部成为第一电极板与第一电极板的将电连接到第一端子130的外部分之间的电流路径。

第二电极板包括涂覆在第二电极集流体上的第二电极活性物质(诸如过渡金属氧化物)，第二电极集流体包括由铝或铝合金制成的金属箔。第二电极板包括作为涂覆有第二电极活性物质的部分的第二电极活性物质层以及未涂覆第二电极活性物质的第二电极未涂覆部。第二电极未涂覆部成为第二电极板与第二电极板的将电连接到第二端子140的外部分之间的电流路径。

隔板可以设置在第一电极板与第二电极板之间，以防止第一电极板与第二电极板之间发生电短路，并且允许锂离子移动。此外，隔板可以包括聚乙烯、聚丙烯或者聚乙烯和聚丙烯的复合膜，但本发明不将隔板的材料限制为在这里公开的材料。

电极组件与电解质一起容纳在壳体110中。电解质可以包括溶解在有机溶剂中的锂盐。此外，电解质可以呈液相、固相或凝胶相。

壳体110包括诸如铝、铝合金或镀镍钢的导电金属，并且具有基本六面体形状以具有允许插入并放置电极组件的中空开口。壳体110包括两对彼此面对且彼此间隔开预定距离的侧表面以及垂直地位于两对侧表面的底部上的底表面。壳体110的内表面绝缘，以使壳体110与电极组件绝缘。

另外，包括多个突起或者分开的间隔物的突起部111a和111b(参见图5)可以位于壳体110的侧表面之中的具有相对大的面积的前表面和后表面上。突起部111a和111b可以设置为对从每个电池单体100之间施加的冷却剂进行引导。稍后将更详细地描述突起部111a和111b的构造。

盖板120可以结合到壳体110的顶部。也就是说，盖板120可以由与壳体110的材料相同的材料制成，并且可以密封壳体110的开口。盖板120可以通过例如激光焊接结合到壳体110。这里，盖板120可以具有与第二端子140的极性相同的极性。在这种情况下，盖板120和壳体110可以具有相同的极性。

详细地，盖板120可以包括：衬垫，形成在电极端子130和140中的每个与盖板120之间；塞，使电解质注入孔封闭；以及安全孔，被构造为当电池单体的内部压力超过参考压力时打开。

模块200可以容纳多个电池单体100。模块200可以包括：多个散热构件(冷却构件)210，布置在每个电池单体100之间；模块壳220，容纳电池单体100和散热构件210；一对端板230，结合到模块壳220的端部；以及模块盖240，与模块壳220的顶部固定。

这里，散热构件210可以设置在多个电池单体100中的每个之间。散热构件210沿着电池单体100的侧表面定位。具体地，散热构件210布置在彼此紧密接触的相邻的电池单体100中的每个之间。此外，散热构件210与每个电池单体100的壳体110接触，从而对电池单体100进行冷却。

更具体地，散热构件210中的每个可以包括热管。工作流体被包含在散热构件210中。此外，散热构件210中的每个可以包括一对蒸发部211和212以及位于它们之间的冷凝部213。

这里，蒸发部211和212可以包括第一蒸发部211和第二蒸发部212，并且如所示，可以被构造为使得设置在从管道300施加例如冷却气体的冷却剂的区域处的第一蒸发部211具有比与第一蒸发部211相对的第二蒸发部212的高度小的高度。因此，在每个电池单体100之间穿过的冷却剂可以通过第一蒸发部211的上面的空间来供应。可以使用冷却剂来初次冷却每个电池单体100的壳体110。在示例性实施例中，散热构件210的第一区域可以是与第一蒸发部211对应的区域，散热构件210的第二区域可以是与第二蒸发部212对应的区域，但发明构思不限于此。

此外，第一蒸发部211的高度可以设置为第二蒸发部212的高度的30％至40％。如果第一蒸发部211的高度大于或等于第二蒸发部212的高度的30％，则可以提高第一蒸发部211的冷却效率。然而，如果第一蒸发部211的高度小于或等于第二蒸发部212的高度的40％，则冷却剂从管道300适当地施加到第一蒸发部211的上部，从而提高使用冷却剂的初次冷却效率。

另外，冷却剂随后被第二蒸发部212阻挡，以被引导至电池单体100的端部，从而对散热构件210的冷凝部213进行二次冷却。此外，散热构件210的蒸发部211和212与电池单体100的壳体110紧密接触。因此，当从电池单体100产生的热从壳体110传递时，蒸发部211和212中的工作流体由于所传递的热而蒸发，以产生蒸气，从而对电池单体100的壳体110进行二次冷却。另外，散热构件210中的蒸气可以由于压力差而迅速地移动到冷凝部213。

此外，当冷凝部213通过从管道300施加的冷却剂而使散热构件210中的蒸气冷凝时，被冷凝的蒸气经历相变而成为工作流体。

通过这样的过程，根据本发明的实施例的电池组10执行了使用冷却剂的初次冷却和使用包括热管的散热构件210的二次冷却操作两者，从而改善了散热性能。

模块壳220可以包括彼此面对的一对侧板221。侧板221可以在由其构建的空间中容纳电池单体100和散热构件210。此外，模块壳220还可以包括从侧板221的底端突出预定长度的底表面，从而使电池单体100的预定部分暴露，同时对电池单体100的底表面进行支撑。然而，除了侧板221之外，模块壳220还可以包括用于构建底表面的单独的底板，但这不是本公开的限制。

侧板221可以包括以恒定的间距位于其与管道300接触的第一表面上的第一耗散孔221a。管道300中的冷却剂可以通过第一耗散孔221a而被施加到模块壳220。此外，为了提高冷却效率，侧板221的第一耗散孔221a可以布置在与设置在每个电池单体100之间的散热构件210对应的位置处。因此，已经穿过侧板221的第一耗散孔221a的冷却剂可以被直接供应到散热构件210，从而更有效地对电池单体100进行冷却。

另外，第二耗散孔221b可以进一步设置在侧板221的与第一表面相对的第二表面上。第二耗散孔221b可以被设置为与第一耗散孔221a对应。此外，第二耗散孔221b可以构建在对散热构件210的冷凝部213进行冷却时已经移动到电池单体100的下侧的冷却剂的排放路径。也就是说，冷却剂可以通过侧板221的第一耗散孔221a从管道300施加以完成对电池单体100以及散热构件210的冷凝部213所执行的冷却操作，然后可以通过侧板221的第二耗散孔221b来排放。用这种构造，如果散热孔(即耗散孔)另外设置在每个侧板221之间的底表面上，则冷却剂可以被划分为随后通过设置在底表面上的散热孔来排放。

基本为板状的端板230可以结合到侧板221的相对的端部。然而，为了电池组的制造中的方便起见，可以组装电池组，使得首先将端板230中的一个结合到侧板221以限定模块壳220的整体形状的轮廓，然后将电池单体100和散热构件210插入到模块壳220中，并且最后将端板230中的另一个结合到侧板221。

模块盖240结合到模块壳220的侧板221的顶端以及端板230的顶端。模块盖240可以覆盖模块200的顶部，以防止电池单体100和散热构件210被暴露，并且防止冲击被施加到电池单体100和散热构件210。

管道300可以设置在成对的模块200之间。冷却风扇可以结合到管道300的一端，以将冷却剂供应到管道300。此外，管道300可以设置有在模块200之间纵向延伸的路径，并且可以通过布置在相对的侧部处的孔(未示出)将例如冷却气体的冷却剂从换气构件400供应到模块200。

换气构件400可以结合到与模块200的端板230中的每个对应的区域。更优选地，换气构件400可以结合到与管道300的一端对应的区域。因此，气体可以通过换气构件400的操作而被引入到管道300或从管道300排放。

更具体地，换气构件400可以设置为吹式换气构件，例如，冷却风扇。

在吹式换气构件的情况下，外部冷却剂通过换气构件400的操作而被引入到管道300的路径。此外，气体通过管道300的散热孔而被引入到模块200中，从而对电池单体100进行冷却。

为了以相反的方式执行冷却操作，换气构件400可以设置为吸取外部气体以向管道300供应外部气体的吸式换气构件。

在吸式换气构件的情况下，由于换气构件400的负压，外部冷却剂通过设置在模块200的侧板221中的第二耗散孔221b而被吸取，以对散热构件210的冷凝部213以及每个电池单体100的壳体110进行冷却，并随后移动到侧板221的第一耗散孔221a。此外，冷却剂通过管道300最后移动到换气构件400，从而随后被再次排放。

在外部冷却剂的流动方面，吸式换气构件400以与吹式换气构件400相反的方式被构造。然而，在这种情况下，冷却操作可以以相同的方式应用于两种类型的换气构件400。也就是说，可以使用外部冷却剂来对电池单体100进行冷却，或者可以通过使散热构件210的冷凝部213冷却来对电池单体100进行冷却。

在下文中，将更详细地描述根据本发明的实施例的电池组中的冷却构件的散热过程。

图5是示出根据本发明的实施例的电池组中的构成模块的电池单体和冷却构件的布置的平面图。图6是示出根据本发明的实施例的电池组中的电池单体和冷却构件的布置的透视图。

首先参照图5，多个突起部111a、111b和111c(统称为突起部111)可以设置在每个电池单体100的壳体110的表面上。虽然已经描述和示出了一体地形成在壳体110的表面上的突起部111a和111b，但是诸如间隔物的分开的构件可以设置为结合到电池单体100。

突起部111a、111b和111c可以包括：第一突起部111a，大致位于壳体110的高度方向上的中心处；第二突起部111b，位于壳体110的上侧处；以及第三突起部111c，位于壳体110的下侧处。

因为第三突起部111c设置得比散热构件210的第一蒸发部211低，所以来自管道300的冷却剂通常不会被引入到每个第一突起部111a与第三突起部111c之间的空间中。因此，来自管道300的冷却剂通常可以被施加到每个第一突起部111a之间的空间或者每个第一突起部111a与第二突起部111b之间的空间。

每个第一突起部111a之间的空间可以比每个第一突起部111a与第二突起部111b之间的空间或者每个第一突起部111a与第三突起部111c之间的空间小。用这种构造，来自管道300的较大量的冷却剂可以被引入到位于每个电池单体100的中心处的每个第一突起部111a之间的空间，而不被引入到位于每个电池单体100的上侧处的第一突起部111a与第二突起部111b之间的空间。

此外，如图5中所示，冷却剂移动路径①可以具有比冷却剂移动路径②的冷却区域长且宽的冷却区域，其中，冷却剂移动路径①延伸通过位于电池单体100的上侧处的第一突起部111a与第二突起部111b之间的空间，冷却剂移动路径②延伸通过位于电池单体100的中心处的第一突起部111a之间的空间。

因此，如上所述，可以通过第一突起部111a与第二突起部111b之间的相对宽的空间来引入相对大量的冷却剂，从而实现均匀的冷却性能。

再次参照图5，散热构件210可以具有U形构造，并且可以部分地围绕电池单体100的中心区域。

参照图6，通过散热构件210彼此间隔开的电池单体100之间的距离d1可以比间隔开的电池单体100的壳体110的由于电池单体100发生膨胀而膨胀的中心区域C之间的距离d2大。因此，即使电池单体100发生膨胀，也可以确保壳体110之间的空间，从而保证使用冷却剂和散热构件210的冷却操作。因此，可以安全地抑制电池单体100的膨胀。

此外，尽管未单独地示出，但是单独的构件(诸如散热销或散热片)可以进一步结合到散热构件210的冷凝部213的下侧，从而更有效地对工作流体进行冷却。

在下文中，将描述根据本发明的另一实施例的电池组的构造。

参照图7，根据本发明的另一实施例的电池组包括包含分开的间隔物或位于每个电池单体100中的突起的突起部112。与前一实施例不同，突起部112被构造为在水平基准上具有朝向电池单体100的中心下侧倾斜的角度。

具体地，如图7中所示，突起部112包括第一突起部112a、第二突起部112b和第三突起部112c，并且突起部112a、112b和112c中的每个构建了朝向电池单体的中心下侧倾斜的角度。此外，倾斜的角度可以在电池单体的水平基准上处于15°与20°之间的范围内。

倾斜的角度可以在电池单体100的水平基准上处于15°与20°之间的范围内。如果倾斜的角度大于或等于15°，则使施加到电池单体100之间的空间的冷却剂集中在每个电池单体100的中心区域C上，从而防止电池单体发生膨胀并提高冷却效率。如果倾斜的角度小于或等于20°，则可以提高冷却效率而不阻挡冷却剂的流动。

参照图8，根据本发明的另一实施例的电池组包括包含分开的间隔物或者位于电池单体100中的突起的突起部113。这里，与前一实施例不同，突起部113被构造为具有在水平基准上朝向电池单体100的中心上侧倾斜的角度。

突起部113包括第一突起部113a、第二突起部113b和第三突起部113c，并且突起部113a、113b和113c中的每个构建了朝向电池单体的中心上侧倾斜的角度。此外，倾斜的角度可以在电池单体100的水平基准上处于15°与20°之间的范围内。

如果倾斜的角度大于或等于15°，则使施加到电池单体100之间的冷却剂从电池单体100的上侧对电池单体100执行冷却操作，从而均匀地对电池单体进行冷却。如果倾斜的角度小于或等于20°，则所施加的冷却剂朝向每个电池单体100的中心区域C移动，从而有效地防止电池单体100发生膨胀。

虽然已经描述了前述实施例以实践本发明的电池组，但本领域普通技术人员将理解的是，在不脱离如由权利要求所限定的本发明的精神和范围的情况下，可以在其中做出形式上和细节上的各种改变。

附图标记的说明

10：电池组 100：电池单体

110：壳体 111、112、113：突起部

111a、112a、113a：第一突起部

111b、112b、113b：第二突起部

111c、112c、113c：第三突起部

200：模块 210：散热构件

211：第一蒸发部 212：第二蒸发部

213：冷凝部 300：管道

400：换气构件

Claims

1.一种电池组，所述电池组包括：

多个电池单体；

模块，容纳所述多个电池单体，并且包括位于所述多个电池单体中的相邻的电池单体中的每个之间的散热构件；以及

管道，用于向模块供应冷却剂或者从模块吸取冷却剂，

其中，每个散热构件具有第一区域和与第一区域相对的第二区域，第一区域具有比第二区域的高度小的高度，以构建冷却剂的路径。

2.根据权利要求1所述的电池组，其中，每个散热构件包括热管，热管包括：

第一蒸发部和第二蒸发部，沿着每个电池单体的高度设置；以及

冷凝部，连接第一蒸发部和第二蒸发部。

3.根据权利要求2所述的电池组，其中，第一蒸发部具有比第二蒸发部的高度小的高度。

4.根据权利要求2所述的电池组，其中，热管具有U形构造，并且部分地围绕电池单体的中心区域。

5.根据权利要求2所述的电池组，其中，第二区域具有与电池单体的高度对应的高度。

6.根据权利要求2所述的电池组，其中，第一区域在第二区域的基准上具有30％至40％的高度。

7.根据权利要求2所述的电池组，其中，电池单体包括多个突起部，所述多个突起部包括突起或者分开的间隔物，所述突起设置为从冷却剂移动区域的边缘突出。

8.根据权利要求7所述的电池组，其中，所述多个突起部包括多个第一突起部以及第二突起部，所述多个第一突起部在电池组的高度基准上位于中心，并且每个第一突起部与第二突起部之间的距离比每个第一突起部之间的距离大。

9.根据权利要求7所述的电池组，其中，所述多个突起部被构造为在水平基准上构建朝向电池单体的中心上侧或中心下侧倾斜的角度。

10.根据权利要求9所述的电池组，其中，倾斜的角度在水平基准上处于15°与20°之间的范围内。