CN113439361B - 电池模块和包括该电池模块的电池组 - Google Patents

Abstract

根据本公开的实施例的电池模块包括：电池单体堆，多个电池单体被堆叠在该电池单体堆中；模块框架，该模块框架容纳电池单体堆并且具有敞开的上部；以及上板，该上板在模块框架的敞开的上部上覆盖电池单体堆，其中，模块框架包括底部以及彼此对向的两个侧表面部，并且该底部包括第一部分和第二部分，该第一部分位于基于电池单体的厚度方向的边缘处，该第二部分位于第一部分的内侧，并且第二部分的厚度小于第一部分的厚度。

Description

电池模块和包括该电池模块的电池组

相关申请的交叉引用

本申请要求2019年11月25日在韩国知识产权局提交的韩国专利申请第10-2019-0152654号的权益，其公开内容通过引用被整体并入本文中。

技术领域

本公开涉及一种电池模块和一种包括该电池模块的电池组，更特别地，涉及一种提高空间利用率并使所使用的导热树脂量最少的电池模块和一种包括该电池模块的电池组。

背景技术

容易应用于各种产品组且具有诸如高能量密度的电特性的二次电池不仅被普遍应用于便携式设备，而且还被普遍应用于由电驱动源驱动的电动车辆或混合动力电动车辆、蓄能系统等。这样的二次电池作为提高能量效率的新型环境友好能量源而受到关注，因为它具有显著减少化石燃料的使用的主要优点，并且完全不会由能源的使用产生副产品。

小型移动设备针对每一个设备使用一个或若干个电池单体，而诸如车辆的中型或大型设备则需要高功率和大容量。因此，使用了具有彼此电连接的多个电池单体的中型或大型电池模块。

优选地，中型或大型电池模块被制造成具有尽可能小的尺寸和重量。因此，通常使用能够以高集成度堆叠且重量与容量之比小的棱柱形电池或袋形电池作为中型或大型电池模块的电池单体。同时，为了保护电池单体堆免受外部冲击、热或振动，电池模块可以包括框架构件，该框架构件的前表面和后表面是敞开的，以便将电池单体堆容纳在内部空间中。

图1是示出根据相关技术的具有单框架的电池模块的透视图。

参考图1，电池模块可以包括：电池单体堆12，该电池单体堆12通过堆叠多个电池单体11而形成；单框架20，该单框架20的前表面和后表面是敞开的，以覆盖电池单体堆12；以及端板60，该端板60覆盖单框架20的前表面和后表面。为了形成这样的电池模块，需要水平地组装，以使得电池单体堆12沿着如图1中的箭头所示的X轴方向插入单框架20的敞开的前表面或后表面中。然而，为了稳定这样的水平组装，必须在电池单体堆12和单框架20之间确保足够的空隙。这里，空隙是指通过压配合等产生的间隙。

导热树脂层(未示出)可以被形成在电池单体堆12和单框架20之间。导热树脂层可以用于将从电池单体堆产生的热量传递到电池模块的外部并且将电池单体堆固定在电池模块中。当公差增大时，所使用的导热树脂层的量可能会超过必要地增加。

另外，考虑到电池单体堆12的最大高度、插入过程中的组装公差等，单框架20的高度应被设计成较大，因而，可能发生不必要浪费的空间。

发明内容

技术问题

本公开的目的在于提供一种电池模块以及一种包括该电池模块的电池组，该电池模块通过修改包围电池单体堆的框架构件的结构来提高空间利用率并使所使用的导热树脂量最少。

然而，本公开的实施例所要解决的问题不限于上述问题，并且可以在本公开中所包括的技术理念的范围内进行各种扩展。

技术解决方案

根据本公开的实施例的电池模块包括：电池单体堆，多个电池单体被堆叠在该电池单体堆中；模块框架，该模块框架容纳电池单体堆并且具有敞开的上部；以及上板，该上板在模块框架的敞开的上部上覆盖电池单体堆，其中，模块框架包括底部以及彼此对向的两个侧表面部，该底部包括第一部分和第二部分，该第一部分位于基于电池单体的厚度方向的边缘处，该第二部分位于第一部分的内侧，并且沿着电池单体的厚度方向定位的第二部分的厚度小于第一部分的厚度。

电池模块可以进一步包括位于底部和电池单体堆之间的垫部，其中，该垫部可以与模块框架的在侧表面部和底部的第一部分之间的连接部紧密接触。

底部的第二部分可以在电池单体堆的纵向方向上被进一步定位在第一部分的外侧，并且沿着电池单体堆的纵向方向定位的第二部分的厚度可以小于第一部分的厚度。

电池模块可以进一步包括汇流条框架，该汇流条框架连接到电池单体堆，其中，模块框架可以在基于电池单体堆的电极引线突出的方向的彼此对向的两侧处敞开，并且汇流条框架在模块框架的敞开的两侧上连接到电池单体堆，汇流条框架可以包括：主框架，该主框架被布置成垂直于电极引线突出的方向；以及弯曲部，该弯曲部从主框架的下部延伸，并且该弯曲部位于底部的第二部分的上方。

弯曲部的厚度和第二部分的厚度的总厚度可以小于第一部分的厚度。

电池单体可以包括在宽度方向上形成的突出部，并且突出部可以位于弯曲部上。

垫部可以位于第一部分和电池单体堆之间。

电池模块可以进一步包括导热树脂层，该导热树脂层位于第一部分和电池单体堆之间，其中，垫部位于导热树脂层和第二部分之间。

电池模块可以进一步包括端板，该端板分别联接到模块框架的敞开的两侧，其中，模块框架的敞开的两侧可以基于电池单体堆的电极引线突出的方向彼此对向。

根据本公开的另一个实施例的电池组包括上述电池模块。

有利效果

根据实施例，通过实现U形框架，与相关技术相比，能够减小电池单体堆与框架之间的空隙，由此提高空间利用率。

此外，通过利用防溢流结构，当插入电池单体堆时，能够防止导热树脂流到非预期的空间。

此外，通过在模块框架上形成防溢流结构，与根据相关技术地在汇流条框架中形成防溢流结构的情况相比，能够提高汇流条框架本身的成形性。

附图说明

图1是示出根据相关技术的具有单框架的电池模块的分解透视图。

图2是示出根据本公开的实施例的电池模块的分解透视图。

图3是示出图2的电池模块的部件彼此联接的状态的透视图。

图4是示出图2的电池单体堆中所包括的一个电池单体的透视图。

图5是示出图2的电池模块中的U形框架的透视图。

图6是示出图2的电池模块中的汇流条框架的透视图。

图7是沿着作为图3中的电池单体堆的宽度方向的YZ平面截取的截面图。

图8是与图7的比较例对应的电池模块的截面图。

图9是沿着作为图3中的电池单体堆的纵向方向的XZ平面截取的截面图。

图10是与图9的比较例对应的电池模块的截面图。

具体实施方式

下面将参考附图详细地描述本公开的各种实施例，使得本领域技术人员能够容易地实现这些实施例。本公开可以以各种不同的方式修改，并且不限于本文中所阐述的实施例。

与描述无关的部分将被省略以清楚地描述本公开，并且在整个说明书中，相同的附图标记表示相同的元件。

此外，为了方便描述，任意地示出了图中所示的每一个元件的尺寸和厚度，并且本公开不必限于图中所示的那些尺寸和厚度。在附图中，为了清楚起见，夸大了层、区域等的厚度。在附图中，为了方便描述，某些层和区域的厚度被夸大地示出。

另外，应理解，当诸如层、膜、区域或板之类的元件被称为在另一个元件“上”或“上方”时，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在中间元件。相反，当一个元件被称为“直接在”另一个元件“上”时，则意味着不存在其他中间元件。此外，词语“上”或“上方”是指被布置在参考部分上或下方，并且不一定意味着被布置在参考部分的朝向重力的相反方向的上端上。

此外，在整个说明书中，当一部分被称为“包括…”或“包含…”某个部件时，这意味着它可以进一步包括其他部件而不是排除其他部件，除非另有说明。

此外，在整个说明书中，当被称为“平面”时，这意味着从顶部观察目标部分，并且当被称为“截面”时，这意味着从竖直切割的截面的侧面观察目标部分。

图2是示出根据本公开的实施例的电池模块的分解透视图。图3是示出图2的电池模块的部件彼此联接的状态的透视图。图4是示出图2的电池单体堆中所包括的一个电池单体的透视图。

参考图2和图3，根据本公开的电池模块100包括：电池单体堆120，该电池单体堆120包括多个电池单体110；U形框架300(即，模块框架)，该U形框架300的上表面、前表面和后表面是敞开的；上板400，该上板400覆盖电池单体堆120的上部；端板150，该端板150分别位于电池单体堆120的前表面和后表面上；以及汇流条框架130，该汇流条框架130位于电池单体堆120和端板150之间。此外，电池模块100包括导热树脂层310，该导热树脂层310位于U形框架300和电池单体堆120之间。作为一种散热层的导热树脂层310可以通过施加具有散热功能的材料而形成。

当U形框架300的敞开的两侧分别被称为第一侧和第二侧时，U形框架300具有如下板状结构，该板状结构被弯曲成在除了电池单体堆120的与第一侧和第二侧对应的表面之外的其他外表面中连续地包围彼此相邻的前表面、下表面和后表面。与U形框架300的下表面对应的上表面是敞开的。

上板400具有一个板状结构，所述一个板状结构包围除了由U形框架300所包围的前表面、下表面和后表面之外的其余部分的上表面。U形框架300和上板400可以在对应的拐角区域彼此接触的状态下通过焊接等联接，由此形成包围电池单体堆120的结构。即，U形框架300和上板400可以具有联接部CP，该联接部CP通过诸如焊接的联接方法被形成在彼此对应的拐角区域处。

电池单体堆120可以包括在一个方向上堆叠的多个电池单体110，并且所述多个电池单体110可以被堆叠在Y轴方向上，如图2中所示。换句话说，多个电池单体110堆叠的方向与U形框架300的两个侧表面部彼此对向的方向相同。

优选地，电池单体110是袋型电池单体。例如，参考图4，根据本实施例的电池单体110具有如下结构，在该结构中，两个电极引线111和112彼此相反，并且分别从电池主体113的一端114a和另一端114b突出。可以通过如下方式制造电池单体110：在电极组件(未示出)被容纳在电池壳体114中的状态下，将电池壳体114的两端114a和114b以及将它们连接的两个侧表面114c结合。换句话说，根据本实施例的电池单体110总共具有三个密封部114sa、114sb和114sc，密封部114sa、114sb和114sc具有如下结构，在该结构中，密封部114sa、114sb和114sc通过诸如热熔的方法被密封，并且其他侧表面部可以通过连接部分115而形成。电池壳体114的两端114a和114b之间的方向可以被定义为电池单体110的纵向方向，并且连接部分115与将电池壳体114的两端114a和114b连接的侧表面部114c之间的方向可以被定义为电池单体110的宽度方向。

连接部分115可以是沿着电池单体110的一个边缘伸长地延伸的区域，并且电池单体110的突出部110p可以被形成在连接部分115的端部处。突出部110p可以被形成在连接部分115的两端中的至少一端处，并且可以在与连接部分115延伸的方向垂直的方向上突出。突出部110p可以位于连接部分115与电池壳体114的两端114a和114b的密封部114sa、114sb中的一个密封部之间。

电池壳体114通常具有树脂层/金属薄膜层/树脂层的层压结构。例如，在电池壳体的表面由O(取向)尼龙层制成的情况下，如果电池单体的表面被堆叠以形成中型或大型电池模块，则电池单体趋向于容易由于外部冲击而滑动。因而，为了防止滑动并维持电池单体的稳定堆叠结构，可以通过将粘合剂构件附接到电池壳体的表面来形成电池单体堆120，所述粘合剂构件诸如为粘附粘合剂(诸如双面胶带)以及在粘附期间通过化学反应而提供结合的化学粘合剂。在本实施例中，电池单体堆120可以被堆叠在Y轴方向上，可以在Z轴方向上被容纳在U形框架300的内部，并且可以被下文将描述的导热树脂层冷却。作为比较例，存在如下情况：电池单体被形成为盒型部件，因而电池单体之间的固定可以通过组装电池模块框架而实现。在这样的比较例中，由于存在盒型部件，所以可能存在很少的冷却作用，或者冷却作用可能在电池单体的平面方向上传播，冷却作用很难进行或者可能在电池单体的表面方向上行进，并且在电池模块的高度方向上不能很好地进行冷却。

图5是示出图2的电池模块中的U形框架的透视图。

参考图5，根据本实施例的U形框架300包括底部300a以及彼此对向的两个侧表面部300b。在将图2中所述的电池单体堆120安装在U形框架300的底部300a上之前，将导热树脂施加在U形框架300的底部300a上，并且使导热树脂固化，由此形成导热树脂层310。

在形成导热树脂层310之前，即，在所施加的导热树脂被固化之前，电池单体堆120可以在沿着与U形框架300的底部300a垂直的方向移动的同时被安装在U形框架300的底部300a上。之后，通过使导热树脂固化而形成的导热树脂层310位于U形框架300的底部300a与电池单体堆120之间。导热树脂层310可以用于将由电池单体110产生的热量传递到电池模块100的底部并固定电池单体堆120。

根据本实施例的电池模块可以进一步包括垫部320，该垫部320被形成在U形框架300的底部300a上。垫部320可以引导导热树脂的施加位置或者防止导热树脂溢流到底部300a的外部，并且可以形成至少一个垫部320。此外，当不存在根据本实施例的垫部320时，如果导热树脂过量地溢流、因而形成在不必要的部分中并且然后固化，则也可能形成非预期的故障模式。虽然在图5中示出了在底部300a的基于X轴方向的两端中的每一端处形成一个垫部320，但是可以考虑所施加的导热树脂的量而修改和设计垫部320的尺寸、位置和数量。垫部320可以由绝缘膜形成。此时，垫部320可以由诸如聚氨酯(PU)泡沫或橡胶的材料形成，使得可以通过使电池单体110接触底部300a的上部而压缩导热树脂。

根据本实施例，导热树脂层310包括沿着与所述多个电池单体110堆叠的方向垂直的方向伸长地延伸的多个施加线。所述多个施加线可以形成两组，并且绝缘膜330可以被形成在这两组之间。绝缘膜330可以用于维持电池单体110与U形框架300之间的绝缘性能，并且导热树脂可以被至少部分地施加到绝缘膜330上。

重新参考图2和图3，根据本实施例的U形框架300的侧表面部300b的宽度可以与上板400的宽度相同。换句话说，上板400的沿着X轴方向的拐角部和U形框架300的侧表面部300b的沿着X轴的拐角部可以彼此直接接触，并且通过诸如焊接的方法彼此联接。

图6是示出图2的电池模块中的汇流条框架的透视图。

参考图6，根据本实施例的汇流条框架130包括：主框架130a，该主框架130a被布置成垂直于图4中所述的电极引线111和112突出的方向；以及弯曲部130b，该弯曲部130b从主框架130a的下部延伸。如图2和图3中所示，汇流条框架130连接到电池单体堆120。可以在主框架130a中形成电极引线穿过狭缝并联接到汇流条的结构。弯曲部130b可以基于主框架130a而弯曲约90度，并且可以位于U形框架300的底部300a上。将参考图7和图9另外地描述弯曲部130b和周边构造。

图7是沿着作为图3中的电池单体堆的宽度方向的YZ平面截取的截面图。图8是与图7的比较例对应的电池模块的截面图。

参考图5和图7，根据本实施例的U形框架300的底部300a包括第一部分300a1和第二部分300a2，第一部分300a1位于基于电池单体110的厚度方向的边缘处，第二部分300a2位于第一部分300a1的内侧。电池单体110的厚度方向与图2中所示的Y轴方向相同。此时，第二部分300a2的厚度小于第一部分300a1的厚度。通过在Y轴方向上不同地形成U形框架300的厚度，在改善底部300a和侧表面部300b彼此连接的部分的刚性的同时，可以同时地降低根据本实施例的电池模块100的尺寸，使得可以提高能量密度。

根据本实施例的U形框架300包括连接部300c，在该连接部300c处，侧表面部300b与底部300a的第一部分300a1彼此接触。位于底部300a和电池单体堆120之间的垫部320可以与连接部300c紧密接触。以这种方式，由于垫部320和U形框架300彼此紧密接触的结构，所以能够防止如下可能性，即：即使形成了垫部320的事实，也使形成图5中所述的导热树脂层310的导热树脂扩散到除了施加部分之外的部分。

根据本实施例的电池模块可以进一步包括压缩垫160，该压缩垫160位于最外部电池单体110和U形框架300的侧表面部300b之间。压缩垫160可以由聚氨酯类材料形成。压缩垫160可以吸收由于电池单体110的膨胀而引起的厚度改变以及由于外部冲击而引起的电池单体110的改变。至少一个压缩垫160也可以被形成在相邻的电池单体110之间以及被形成在最外部电池单体110和U形框架300的侧表面部之间。

参考图8，与图7的实施例不同，垫部320’被形成在汇流条框架130的弯曲部130b’上。在这样的结构中，由于垫部320’难以与模块框架300’紧密接触，并且在弯曲部130b’、模块框架300’和垫部320’之间形成有孔H，所以导热树脂可能溢流。

图9是沿着作为图3中的电池单体堆的纵向方向的XZ平面截取的截面图。图10是与图9的比较例对应的电池模块的截面图。

参考图9，根据本实施例的电池单体110包括在宽度方向上形成的突出部110p，并且该突出部110p位于弯曲部130b上。这里，电池单体110的宽度方向可以是图9的Z轴方向。根据本实施例的U形框架的底部300a进一步包括第二部分300a2，该第二部分300a2在电池单体堆120的纵向方向上位于第一部分300a1的外侧。换句话说，第二部分300a2位于基于电池单体110的纵向方向的边缘处，并且第一部分300a1位于第二部分300a2的内侧。此时，优选地，第二部分300a2的厚度小于第一部分300a1的厚度。这里，电池单体110的纵向方向可以是图9的X轴方向。

参考图6和图9，根据本实施例的汇流条框架130的弯曲部130b位于U形框架的底部300a中的第二部分300a2的上方。此时，优选地，弯曲部130b的厚度与第二部分300a2的厚度的总厚度小于第一部分300a1的厚度。这是因为，电池单体110的突出部110p被第二部分300a2和第一部分300a1之间的台阶卡住，因而能够防止电池单体110由于外部冲击而移动。另外，通过对U形框架的底部300a进行处理，可以减小在电池单体110与U形框架之间的间隙，并且这种间隙减小效果可以引起与可以通过高度方向组装而获得的间隙减少效果的协同作用，由此使总空间效率最大化。在对U形框架的底部300a的处理中，在形成U形框架的结构的同时，可以同时地形成底部300a的台阶。为了形成这样的台阶，可以使用压制成型、数控加工(NC)处理等。

垫部320位于底部300a的第一部分300a1与电池单体110之间，并且导热树脂层310位于垫部320的内侧。即，垫部320可以位于导热树脂层310与底部300a的第二部分300a2之间，以限定形成导热树脂层310的位置。

参考图10，与图9的实施例相比，模块框架的底部300a’的厚度是均匀的。当将具有与图9中所述的电池单体110相同的尺寸的电池单体110’和突出部110p’安装在模块框架的底部300a’上时，导热树脂层310’和垫部320’的高度可能由于没有如图9的底部300a中的那样的台阶而增大。因而，与图10的比较例相比，如在图9的实施例中的那样，通过减小电池单体110和框架之间的公差，可以提高空间利用率，并且通过减小导热树脂层310的厚度，可以减少用于形成导热树脂层310的导热树脂的量。

另外，在图10的比较例的情况下，由于垫部320’被附接到汇流条框架的弯曲部130b’上，所以当形成汇流条框架时，薄的注入材料应被形成为比图9的实施例长。因而，当形成汇流条框架时，成型性可能会劣化。

同时，根据本公开的示例性实施例的一个或多个电池模块可以被封装在电池组壳体中，以形成电池组。

上述电池模块和包括该电池模块的电池组可以被应用于各种设备。这些设备可以被应用于车辆，诸如电动自行车、电动车辆、混合动力车辆，但是本公开不限于此，并且可以被应用于能够使用电池模块以及包括该电池模块的电池组的各种设备，这也属于本公开的范围。

虽然上文已经详细地描述了本公开的优选实施例，但是本公开的范围不限于此，并且本领域技术人员使用所附权利要求书中所限定的本公开的基本概念而做出的各种修改和改进也属于权利的范围。

附图标记说明

110p：突出部

130a：主框架

130b：弯曲部

150：端板

160：压缩垫

300：U形框架

310：导热树脂层

320：垫部

400：上板

Claims (9)

1.一种电池模块，包括：

电池单体堆，多个电池单体被堆叠在所述电池单体堆中；

模块框架，所述模块框架容纳所述电池单体堆并且具有敞开的上部；以及

上板，所述上板在所述模块框架的所述敞开的上部上覆盖所述电池单体堆，

其中，所述模块框架包括底部以及彼此对向的两个侧表面部，

其中，所述底部包括第一部分和第二部分，所述第一部分位于基于所述电池单体的厚度方向的边缘处，所述第二部分位于所述第一部分的内侧，并且沿着所述电池单体的所述厚度方向定位的所述第二部分的厚度小于所述第一部分的厚度，

其中，所述多个电池单体的堆叠方向与所述模块框架的所述两个侧表面部彼此对向的方向相同，并且所述电池单体的所述厚度方向与所述多个电池单体的堆叠方向相同，

其中，所述底部的所述第二部分在所述电池单体的纵向方向上被进一步定位在所述第一部分的外侧，并且沿着所述电池单体的所述纵向方向定位的所述第二部分的厚度小于所述第一部分的厚度，所述电池壳体的两端之间的方向被定义为所述电池单体的纵向方向，

其中，所述电池单体包括在宽度方向上形成的突出部，并且所述电池单体的所述突出部被所述第二部分和所述第一部分之间的台阶卡住，并且

其中，所述电池模块进一步包括位于所述模块框架和所述电池单体堆之间的导热树脂层。

2.根据权利要求1所述的电池模块，进一步包括：

垫部，所述垫部位于所述底部和所述电池单体堆之间，其中，

所述垫部与所述模块框架的在所述侧表面部和所述底部的所述第一部分之间的连接部紧密接触。

3.根据权利要求1所述的电池模块，进一步包括：

汇流条框架，所述汇流条框架连接到所述电池单体堆，其中，

所述模块框架在基于所述电池单体堆的电极引线突出的方向的彼此对向的两侧处敞开，并且所述汇流条框架在所述模块框架的敞开的两侧上连接到所述电池单体堆，

所述汇流条框架包括：主框架，所述主框架被布置成垂直于所述电极引线突出的方向；以及弯曲部，所述弯曲部从所述主框架的下部延伸，并且

所述弯曲部位于所述底部的所述第二部分的上方。

4.根据权利要求3所述的电池模块，其中，

所述弯曲部的厚度和所述第二部分的所述厚度的总厚度小于所述第一部分的所述厚度。

5.根据权利要求4所述的电池模块，其中，

所述突出部位于所述弯曲部上。

6.根据权利要求2所述的电池模块，其中，

所述垫部位于所述第一部分和所述电池单体堆之间。

7.根据权利要求6所述的电池模块，其中，

所述导热树脂层位于所述第一部分和所述电池单体堆之间，其中，所述垫部位于所述导热树脂层和所述第二部分之间。

8.根据权利要求1所述的电池模块，进一步包括：

端板，所述端板分别联接到所述模块框架的敞开的两侧，其中，

所述模块框架的所述敞开的两侧基于所述电池单体堆的电极引线突出的方向而彼此对向。

9.一种电池组，所述电池组包括根据权利要求1所述的电池模块。