CN113939946B - 电池模块和包括该电池模块的电池组 - Google Patents

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Abstract

根据本公开内容一个实施方式的电池模块包括：堆叠有多个电池单元的电池单元堆叠体；模块框架，其容纳电池单元堆叠体并且具有彼此面对的敞开的前表面和敞开的后表面；端板，其覆盖模块框架的前表面和后表面中的每一个表面；和绝缘件，其插置在电池单元堆叠体与端板之间，其中模块框架包括第一接合表面，其形成在构成前表面和后表面中的每一个表面的边上，其中端板包括与第一接合表面接合的第二接合表面，并且其中绝缘件包括朝向电池单元堆叠体所在的方向伸出的肋部。

Description

电池模块和包括该电池模块的电池组
技术领域
相关申请的交叉引用
本申请要求在韩国知识产权局于2019年10月25日提交的韩国专利申请第10-2019-0133808号的权益，通过引用将上述专利申请的整个公开内容结合在此。
本公开内容涉及一种电池模块和包括该电池模块的电池组，更具体地，涉及一种具有提高的焊接安全性的电池模块和包括该电池模块的电池组。
背景技术
二次电池容易应用于各种产品组并且具有诸如高能量密度之类的电特性，不仅普遍应用于便携式装置，而且还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、能量储存系统等。因为这样的二次电池提供了显著降低化石燃料使用的主要优点而且也根本不会从能量的使用产生副产物，所以这样的二次电池作为用于提高能量效率的新型环境友好能源而受到关注。
目前商业化的二次电池包括镍镉电池、镍氢电池、镍锌电池和锂二次电池。其中，因为锂二次电池例如具有与镍基二次电池相比几乎不表现出记忆效应并因而充放电自由、以及具有非常低的自放电速率和高能量密度的优点，因此锂二次电池受到关注。
这种锂二次电池主要分别使用锂基氧化物和碳质材料作为正极活性材料和负极活性材料。锂二次电池包括：电极组件，在电极组件中，分别涂布有正极活性材料和负极活性材料的正极板和负极板在它们之间插置有隔膜的情况下进行设置；和外壳，即，与电解质溶液一起密封并容纳电极组件的电池壳体。
通常，基于外壳的形状，锂二次电池可分为其中电极组件内置在金属罐中的棱柱形二次电池和其中电极组件内置在铝层压板的袋中的袋型二次电池。
小型移动装置针对每个装置使用一个至三个电池单元，而诸如车辆之类的中型或大型装置则需要高功率和大容量。因此，使用包括彼此电连接的多个电池单元的中型或大型电池模块。
中型或大型电池模块优选被制造成具有尽可能小的尺寸和重量。因此，主要使用能够以高集成度堆叠并且相对于容量来说具有较小重量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元。
另外，为了保护多个电池单元免受外部冲击、热量或振动，电池模块可包括模块框架构件，模块框架构件在内部空间中容纳由多个电池单元构成的电池单元堆叠体。
图1是图解常规电池模块10的透视图。
参照图1，常规电池模块10包括：将电池单元堆叠体容纳于其中的模块框架20、以及覆盖模块框架20的敞开的前表面(Y轴方向)和另一表面(与Y轴相反的方向)的端板30。
图2是示出沿图1的切割线A截取的剖面的一部分的剖面图。
参照图2，为了将模块框架20和端板30结合，在模块框架20和端板30设置成彼此面对的状态下对接合表面执行焊接。
此时，为了焊接，可执行激光焊接，在焊接工序期间，包括电池单元在内的内部部件可能由于穿过的激光本身或焊接飞溅物(weld spatter)而损坏。
因此，需要一种能够解决现有技术的问题的技术。
发明内容
技术问题
设计本公开内容的实施方式来解决现有技术方法中涉及的上述问题，因此本公开内容的目的是提供一种能够在焊接期间保护内部部件的电池模块和包括该电池模块的电池组。
然而，本公开内容的实施方式要解决的问题不限于上述问题，可在本公开内容包括的技术构思的范围内进行各种扩展。
技术方案
根据本公开内容的实施方式的电池模块包括：堆叠有多个电池单元的电池单元堆叠体；模块框架，所述模块框架容纳所述电池单元堆叠体并且具有彼此面对的敞开的前表面和敞开的后表面；端板，所述端板覆盖所述模块框架的所述前表面和所述后表面中的每一个表面；和绝缘件，所述绝缘件插置在所述电池单元堆叠体与所述端板之间，其中所述模块框架包括第一接合表面，所述第一接合表面形成在构成所述前表面和所述后表面中的每一个表面的边上，其中所述端板包括第二接合表面，所述第二接合表面与所述第一接合表面接合，并且其中所述绝缘件包括朝向所述电池单元堆叠体所在的方向伸出的肋部。
所述肋部可沿着与构成所述模块框架的所述前表面和所述后表面中的每一个表面的所述边之一平行的方向延伸。
所述肋部可从所述绝缘件的两条侧边、上边和下边中的至少一个伸出。
所述肋部可位于所述第一接合表面与所述电池单元堆叠体之间。
所述肋部与所述绝缘件可以是一体的。
所述绝缘件可包括聚碳酸酯、聚丙烯和聚对苯二甲酸乙二醇酯中的至少一种。
所述第一接合表面与所述第二接合表面可彼此焊接连接。
所述肋部可包括：第一延伸部，所述第一延伸部与所述第一接合表面分隔开并且朝向所述电池单元堆叠体所在的方向延伸；和第二延伸部，所述第二延伸部从所述第一延伸部的一端朝向所述模块框架的内侧表面延伸。
所述第一延伸部可与所述模块框架的所述内侧表面平行，并且所述第二延伸部可与所述模块框架的所述内侧表面垂直。
所述端板可包括突出部，所述突出部设置成比所述第二接合表面更靠近所述端板的中央侧并且朝向所述电池单元堆叠体所在的方向突出。
所述肋部可包括：第一延伸部，所述第一延伸部与所述第一接合表面分隔开并且朝向所述电池单元堆叠体所在的方向延伸；和第二延伸部，所述第二延伸部从所述第一延伸部的一端朝向所述模块框架的内侧表面延伸，并且所述突出部与所述第一延伸部和所述第二延伸部接触。
所述突出部可包括：与所述第一延伸部接触的下表面、与所述第二延伸部接触的侧表面、以及与所述模块框架的所述内侧表面接触的上表面。
在所述突出部上可形成有倒角，以提高所述端板与所述模块框架的组装性能。
所述模块框架可以是其中上表面、下表面和两个侧表面是一体的单体框架。
所述模块框架可包括：U形框架，所述U形框架具有敞开的前表面、敞开的后表面和敞开的上表面；和上盖，所述上盖覆盖所述U形框架的敞开的上表面。
有益效果
根据本公开内容的实施方式，可通过形成在绝缘件中的肋部来防止穿过的激光或焊接飞溅物损坏内部部件。
附图说明
图1是常规电池模块的透视图。
图2是示出沿着图1的切割线A切割的剖面的一部分的剖面图。
图3是根据本公开内容一个实施方式的电池模块的透视图。
图4是图3的电池模块的分解透视图。
图5是示出沿着图3的切割线B切割的剖面的一部分的剖面图。
图6是仅示出沿着图3的切割线B切割的剖面中的模块框架和绝缘件的透视图。
图7是示出具有突出部的端板的透视图。
图8是示出具有突出部的端板连接至模块框架的状态的剖面图。
图9是示出单体框架的透视图。
图10是示出U形框架和上盖的透视图。
具体实施方式
下文中，将参照附图详细地描述本公开内容的各实施方式，使得本领域技术人员能够容易地实现它们。本公开内容可以以各种不同的方式修改，不限于在此阐述的实施方式。
将省略与描述无关的部分，以清楚地描述本公开内容，并且在整个申请中相似的参考标号表示相似的元件。
此外，在附图中，为了便于描述，任意地示出了每个元件的尺寸和厚度，本公开内容不必限于附图中示出的那些。在附图中，为了清楚起见，夸大了层、区域等的厚度。在附图中，为了便于描述，一些层和区域的厚度被夸大地示出。
此外，将理解的是，当诸如层、膜、区域或板之类的元件被称为在另一元件“上”或“上方”时，所述元件可直接在所述另一元件上或者也可存在中间元件。相反，当一元件被称为“直接在”另一元件“上”时，这意味着不存在其他中间元件。此外，词语“在……上”或“在……上方”是指设置在基准部分上方或下方，并不一定是指设置在基准部分的朝向重力的相反方向的上端。
此外，在整个申请中，当一部分被称为“包括”某一部件时，这意味着该部分可进一步包括其他部件，而不排除其他部件，除非另有说明。
此外，在整个申请中，当被称为“平面”时，是指当从上侧观看目标部分时，当被称为“剖面”时，是指当从垂直切割的剖面的一侧观看目标部分时。
图3是根据本公开内容一个实施方式的电池模块100的透视图，图4是图3的电池模块100的分解透视图。
参照图3和图4，根据本公开内容一个实施方式的电池模块100包括：电池单元堆叠体；模块框架200，模块框架200容纳电池单元堆叠体并且具有彼此面对的敞开的前表面(Y轴方向)和敞开的后表面(与Y轴相反的方向)；端板300，端板300覆盖模块框架200的前表面和后表面中的每一个表面；和绝缘件400，绝缘件400插置在电池单元堆叠体与端板300之间。
尽管在图4中未具体示出，但是电池单元堆叠体是堆叠有多个电池单元的结构并且容纳在模块框架200中。
模块框架200是其中彼此面对的前表面和后表面为敞开的结构，并且可保护电池单元堆叠体免受外部影响。
端板300可覆盖模块框架200的前表面和后表面，以保护电极引线或汇流条。此时，为了防止端板300与电极引线或汇流条接触而引起短路等的危险，端板300可以是具有预定强度的金属板，并且绝缘件400插置在电池单元堆叠体与端板300之间。
图5是示出沿着图3的切割线B切割的剖面面的一部分的剖面图。
与图4一起参照图5，在模块框架200的第一接合表面250和端板300的第二接合表面350彼此接触的状态下执行焊接，使得端板300接合到模块框架200。
第一接合表面250位于构成模块框架200的前表面(Y轴方向)和后表面(与Y轴相反的方向)中的每一个表面的边210、220、230和240上。第二接合表面350也设置在端板300的边上以便与第一接合表面250对应，并且第一接合表面250与第二接合表面350通过焊接接合。就是说，第一接合表面250与第二接合表面350彼此焊接连接。
焊接方法没有限制，但是优选执行激光焊接。
然而，当为了焊接而发射激光束时，激光束可能穿过模块框架200和端板300，从而损坏电池单元堆叠体或其他内部部件。此外，在焊接工序期间，发生其中焊接火花在所有方向上分散的焊接飞溅现象，并且焊接飞溅物(weld spatter)也会损坏电池单元堆叠体或其他内部部件。
因此，本实施方式中的绝缘件400包括朝向电池单元堆叠体所在的方向伸出的肋部410。
肋部410可从绝缘件400的两条侧边、上边和下边中的至少一个伸出，并且肋部410可以是沿着与构成模块框架200的前表面(Y轴方向)和后表面(与Y轴相反的方向)中的每一个表面的边210、220、230和240平行的方向延伸的形状。例如，图4和图5示出了其中从绝缘件400的上边伸出的肋部410沿着与模块框架200的前表面(Y轴方向)中的上边210平行的方向延伸的状态。
通过如上所述的肋部410的结构，可阻挡穿过的激光束或焊接飞溅物影响电池单元堆叠体或其他内部部件。
特别是，如图5中所示，肋部410位于第一接合表面250与电池单元堆叠体之间才能有效阻挡焊接飞溅物。就是说，肋部410可位于彼此焊接连接的第一接合表面250和第二接合表面350与电池单元堆叠体之间。
图6是仅示出沿着图3的切割线B切割的剖面中的模块框架和绝缘件的透视图。
参照图6，绝缘件400的肋部410可包括：第一延伸部411，第一延伸部411与第一接合表面250分隔开并且朝向电池单元堆叠体所在的方向延伸；和第二延伸部412，第二延伸部412从第一延伸部411的一端朝向模块框架200的内侧表面延伸。在这种情况下，第一延伸部411可与模块框架200的内侧表面平行，并且第二延伸部412可与模块框架200的内侧表面垂直。
肋部410可包括第一延伸部411和第二延伸部412，以形成一种篮子状的外观。肋部410设置成围绕第一接合表面250和第二接合表面350的焊接部分，因而可更有效地阻挡其中焊接火花在所有方向上分散的焊接飞溅物。
此外，肋部410的构造可以是容易围绕下面描述的图7中所示的端板的突出部的结构。
下文中，在图7和图8中，作为本公开内容的另一实施方式，将描述具有突出部360的端板300a以及其中突出部360被肋部410围绕的构造。
图7是示出具有突出部360的端板300a的透视图。
参照图7，第二接合表面350位于分别与图3中所示的模块框架200的四条边210、220、230和240对应的端板300a的四条边310、320、330和340上。
在这种情况下，端板300a可包括突出部360，突出部360设置成比第二接合表面350更靠近端板300a的中央侧，并且突出部360朝向电池单元堆叠体所在的方向突出。
突出部360可形成在端板300a的四条边310、320、330和340中的至少一个上，突出部360可形成在全部四条边310、320、330和340上，如图7中所示。
该突出部360具有沿着与端板300a的四条边310、320、330和340中的至少一个平行的方向延伸的形状，并且可阻挡为了焊接而穿过的激光束和焊接飞溅物影响电池单元堆叠体和其他内部部件。
此外，当端板300a与模块框架200连接时，突出部360插入到模块框架200的内侧空间中，以使得端板300a可无错位地连接到正确位置。就是说，突出部360可起到提高模块框架200与端板300a之间的临时组装性能的作用。
另外，突出部360可具有与端板300a一体的结构，可通过加工成型来制造具有突出部360的端板300a。由于不接合预先设定的肋状板，所以不需要单独的接合工序。
突出部360可设置在其中形成有篮子状的肋部410的空间中，这将在下面的图8中详细描述。
图8是示出具有突出部360的端板300a连接至模块框架200的状态的剖面图。
与图6和图7一起参照图8，端板300a的突出部360可设置在其中形成有包括第一延伸部411和第二延伸部412的肋部410的空间中。
因此，突出部360可包括：与第一延伸部411接触的下表面、与第二延伸部412接触的侧表面、以及与模块框架200的内侧表面接触的上表面。
由于本实施方式中的电池模块包括肋部410和突出部360二者，所以可更有效地阻挡在第一接合表面250和第二接合表面350的焊接工序期间可能穿过的激光和焊接飞溅物。
具体地，突出部360可首先阻挡从第一接合表面250和第二接合表面350穿过的激光，并且绝缘件400的肋部410可二次阻挡可能分散到突出部360与模块框架200的内侧表面之间的间隙中的焊接飞溅物。
另外，在图7中，可在突出部360上形成倒角(Chamfer)361，以提高端板300a与模块框架200的组装性能。特别是，倒角361可形成在突出部360的与模块框架200的内侧表面接触的角部处。
突出部360可与第一接合表面250和第二接合表面350相邻设置，因而可能难以将突出部360插入到模块框架200的内侧空间中。通过倒角361，可防止该问题，可提高端板300与模块框架200的组装性能。
另外，肋部410可具有与绝缘件400一体的结构，并且可通过注塑成型来制造。因此，可根据所应用的电池模块来自由地修改肋部410的厚度或形状。
此外，绝缘件400用于防止端板300与电极引线或汇流条接触而引起短路等的危险，绝缘件400优选地包括表现出电绝缘的材料。表现出这种电绝缘的材料可包括聚碳酸酯(polycarbonate，PC)、聚丙烯(polypropylene，PP)和聚对苯二甲酸乙二醇酯(polyethylene terephthalate，PET)中的至少一种。
另外，本公开内容中的模块框架200可以是单体框架或U形框架。图9和图10是用于说明这一点。图9是示出单体框架200a的透视图，图10是示出U形框架200b和上盖210b的透视图。为了便于描述，省略了其他构造。
首先，参照图9，本公开内容中使用的模块框架可以是单体框架200a。
单体框架200a可具有金属板的结构，其中前表面(Y轴方向)和后表面(与Y轴相反的方向)是敞开的，并且上表面(Z轴方向)、下表面(与Z轴相反的方向)和两个侧表面(X轴方向及其相反的方向)是一体的。单体框架的敞开的前表面和敞开的后表面与上述端板连接。
接下来，参照图10，本公开内容中的模块框架可包括U形框架200b和上盖210b。
U形框架200b可具有其中前表面(X轴方向)、后表面(与X轴相反的方向)和上表面(Z轴方向)是敞开的结构，U形框架200b设置有底部211和从底部211的两个相对端部沿向上方向(Z轴方向)延伸的两个侧表面部212。
上盖210b连接至U形框架200b的敞开的上表面，并且U形框架200b的敞开的前表面和敞开的后表面可分别与上述端板连接。
U形框架200b可通过焊接连接至上盖210b。
另外，优选的是本公开内容的模块框架200和端板300可以是具有预定强度的金属板，特别是优选包括铝合金。更具体地，模块框架200可包括诸如A1 5052之类的Al-Mg基合金、或者诸如A1 6063之类的Al-Mg-Si基合金，端板300可包括诸如ADC12合金之类的Al-Si-Cu基合金、或者诸如Silafont-36合金之类的其中Mg和Mn被添加到Al-Si基合金的合金。
根据上述本公开内容的一个或多个电池模块可与诸如电池管理系统(BatteryManagement System，BMS)和冷却系统之类的各种控制和保护系统安装在一起，从而形成电池组。
电池模块或包括该电池模块的电池组可应用于各种装置。这些装置可适用于诸如电动自行车、电动车辆、混合动力车辆之类的交通工具，但是本公开内容不限于此，其可应用于能够使用二次电池的各种装置。
尽管上面已经详细描述了本公开内容的优选实施方式，但是本公开内容的范围不限于此，本领域技术人员使用在以下权利要求书中限定的本公开内容的基本构思而进行的各种修改和改进也属于权利的范围。
参考标号说明
100：电池模块
200：模块框架
250：第一接合表面
300：端板
350：第二接合表面
400：绝缘件
410：肋部。

Claims (14)

1.一种电池模块，包括：
堆叠有多个电池单元的电池单元堆叠体；
模块框架，所述模块框架容纳所述电池单元堆叠体并且具有彼此面对的敞开的前表面和敞开的后表面；
端板，所述端板覆盖所述模块框架的所述前表面和所述后表面中的每一个表面；和
绝缘件，所述绝缘件插置在所述电池单元堆叠体与所述端板之间，
其中所述模块框架包括第一接合表面，所述第一接合表面形成在构成所述前表面和所述后表面中的每一个表面的边上，
其中所述端板包括第二接合表面，所述第二接合表面与所述第一接合表面焊接接合，并且
其中所述绝缘件包括朝向所述电池单元堆叠体所在的方向伸出的肋部，
其中所述肋部包括：第一延伸部，所述第一延伸部与所述第一接合表面分隔开并且朝向所述电池单元堆叠体所在的方向延伸；和第二延伸部，所述第二延伸部从所述第一延伸部的一端朝向所述模块框架的内侧表面延伸，使得所述第一延伸部和所述第二延伸部围绕所述第一接合表面和所述第二接合表面的焊接部分。
2.根据权利要求1所述的电池模块，
其中所述肋部沿着与构成所述模块框架的所述前表面和所述后表面中的每一个表面的所述边之一平行的方向延伸。
3.根据权利要求1所述的电池模块，
其中所述肋部从所述绝缘件的两条侧边、上边和下边中的至少一个伸出。
4.根据权利要求1所述的电池模块，
其中所述肋部位于所述第一接合表面与所述电池单元堆叠体之间。
5.根据权利要求1所述的电池模块，
其中所述肋部与所述绝缘件是一体的。
6.根据权利要求1所述的电池模块，
其中所述绝缘件包括聚碳酸酯、聚丙烯和聚对苯二甲酸乙二醇酯中的至少一种。
7.根据权利要求1所述的电池模块，
其中所述第一延伸部与所述模块框架的所述内侧表面平行，并且所述第二延伸部与所述模块框架的所述内侧表面垂直。
8.根据权利要求1所述的电池模块，
其中所述端板包括突出部，所述突出部设置成比所述第二接合表面更靠近所述端板的中央侧并且朝向所述电池单元堆叠体所在的方向突出。
9.根据权利要求8所述的电池模块，
其中所述突出部与所述第一延伸部和所述第二延伸部接触。
10.根据权利要求9所述的电池模块，
其中所述突出部包括：与所述第一延伸部接触的下表面、与所述第二延伸部接触的侧表面、以及与所述模块框架的所述内侧表面接触的上表面。
11.根据权利要求8所述的电池模块，
其中在所述突出部上形成有倒角，以提高所述端板与所述模块框架的组装性能。
12.根据权利要求1所述的电池模块，
其中所述模块框架是其中上表面、下表面和两个侧表面是一体的单体框架。
13.根据权利要求1所述的电池模块，
其中所述模块框架包括：U形框架，所述U形框架具有敞开的前表面、敞开的后表面和敞开的上表面；和上盖，所述上盖覆盖所述U形框架的敞开的上表面。
14.一种电池组，包括一个或多个根据权利要求1所述的电池模块。
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