CN114041230A - 顶部冷却型电池组 - Google Patents

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朴真用
朴真夏
李正训
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Abstract

根据本发明，提供了一种电池组，该电池组包括：电池组壳体，该电池组壳体具有电池组托盘和电池组盖，该电池组托盘支撑电池模块的下部，该电池组盖被构造成覆盖电池模块并且被设置成与电池模块的顶表面接触；以及散热器，该散热器被安装在电池组盖的上部处。

Description

顶部冷却型电池组
技术领域
本公开涉及一种电池组，更特别地，涉及一种电池组的冷却和组装结构。
本申请要求于2019年8月7日在韩国提交的韩国专利申请第10-2019-0096284号的优先权，其公开内容通过引用并入本文中。
背景技术
不同于不能充电的一次电池，二次电池是指可以充电和放电的电池，并且二次电池不仅用作用于小型高科技电子产品(诸如手机、PDA或膝上型计算机)的电源，而且也用作用于储能系统(ESS)、电动车辆(EV)或混合动力电动车辆(HEV)的电源。
目前广泛使用的二次电池包括锂离子电池、锂聚合物电池、镍镉电池、镍氢电池、镍锌电池等。单元二次电池单体(即，单元电池单体)的工作电压约为2.5V至4.2V。因此，如果需要更高的输出电压和更大的能量容量，则将多个电池单体串联连接以构成电池模块，或者将两个或更多个电池模块串联或并联连接并添加其他部件以构成电池组。例如，电池模块可以指多个二次电池被串联或并联连接的设备，并且电池组可以指电池模块被串联或并联连接以增加容量和输出的设备。
除了电池模块之外，电池组还可以包括：冷却设备，该冷却设备用于适当地保持电池模块的温度；控制设备，该控制设备用于监测电池模块的工作状态；以及电池组壳体，该电池组壳体用于封装上述部件。
同时，在用于电动车辆的电池组的情况下，由于电池组的安装空间取决于电动车辆的总长度和宽度而被限制，所以重要的是，通过尽可能节省空间地将电池模块和其他部件安装在电池组壳体内部来提高能量密度。
在组装电池组时，在传统情况下，如图1所示，电池模块2被布置在电池组托盘1的上表面上，该上表面对应于电池组壳体的底表面，并且螺栓被紧固到电池组托盘1以机械地固定电池模块2。通常，大多数电池模块2通过在其前角和后角处的四个位置中插入长螺栓而被固定到电池组托盘1的上表面。作为电池模块之间的电连接结构，在许多情况下，具有金属条形状的互连汇流条3的两端被放置在一个电池模块2的正极端子2a和另一个电池模块2的负极端子2b的上表面上，并且使用两个螺栓将它们来固定。
此外，作为电池组的冷却构造，在许多情况下，散热器4被安装在电池组托盘1的底表面上，并且冷却水供应管被连接到散热器4以使冷却水循环进入和离开电池组壳体。
然而，近来已经提到了关于传统电池组的组装结构的一些问题。其中，经常提到诸如由于使用过多的螺栓来固定电池模块和互连汇流条而导致组装过程效率低下和成本增加、如图1的“O”区域中的空间损失、由于散热器安装导致的能量密度降低、冷却水的泄漏以及密封管和冷却端口的密封可靠性的问题。
因此，对应用了能够解决上述问题的冷却和组装结构的电池组的开发正成为一个问题。
发明内容
技术问题
本公开被设计成解决相关技术的问题，因此本公开旨在提供一种电池组，该电池组可以消除因冷却水泄漏导致的风险、提高能量密度并且提高组装过程的效率。
本公开的这些和其他的目的和优点可以从以下详细描述中理解，并且将从本公开的示例性实施例中变得更显而易见。同样，将容易理解，本公开的目的和优点可以通过所附权利要求中所示的手段及其组合来实现。
技术解决方案
在本公开的一个方面中，提供了一种电池组，该电池组包括多个电池模块和电池组壳体，该电池组壳体用于将电池模块固定地安装在该电池组壳体中，该电池组包括：电池组壳体，该电池组壳体具有电池组托盘和电池组盖，该电池组托盘被构造成支撑电池模块的下部，该电池组盖被构造成覆盖电池模块并且接触电池模块的顶表面；以及散热器，该散热器被安装在电池组盖的上部处。
散热器可以与电池组盖一体地设置。
散热器可以被构造成被预先地安装到预定的外部结构。
电池组盖可以包括端子连接单元，该端子连接单元被设置到电池组盖的顶部的内表面，以电连接电池模块的电极端子。
电池模块可以被构造成使得：当电池模块的上部由电池组盖覆盖时，任一个电池模块的电极端子和与所述任一个电池模块相邻的另一个电池模块的电极端子分别在上下方向上与端子连接单元接触以被电连接。
每一个电池模块可以包括电池单体以及用于容纳电池单体的模块壳体，并且电极端子可以具有矩形板状形状并且被设置成在模块壳体的一侧突出。
模块壳体可以包括端子支撑件，该端子支撑件被形成为在模块壳体的一侧突出，以支撑电极端子的下部，该端子支撑件具有在竖直方向上形成的穿孔。
电池组盖还可以包括安装螺母，该安装螺母被设置在电池组盖的顶部的内表面处，并且每一个电池模块可以通过安装螺栓被固定到电池组盖，该安装螺栓被插入端子支撑件的穿孔中并且在竖直方向上被紧固到安装螺母。
安装螺栓和安装螺母中的至少一个可以由绝缘材料制成。
端子连接单元可以包括：互连汇流条，该互连汇流条被构造成与电极端子进行表面接触，并且该互连汇流条具有紧固孔，安装螺栓穿过该紧固孔；以及支架构件，该支架构件被构造成支撑互连汇流条，并且被固定地联接到电池组盖的内表面。
支架构件可以与安装螺母形状配合，并且被附接到电池组盖的内表面。
所述多个电池模块可以被布置成两排，使得所述多个电池模块的电极端子被布置成基于电池组壳体的中心部分而彼此面对。
在本公开的另一方面中，还提供了一种车辆，该车辆包括上文描述的电池组。该车辆可以包括电动车辆(EV)或混合动力电动车辆(HEV)。
有利效果
根据本公开的实施例，由于散热器被安装在电池组壳体的外部，所以电池组没有冷却水泄漏的风险，并且能够简化在电池组壳体内部的组装结构并且提高能量密度。
根据本公开的另一个实施例，可以通过将电池模块机械地固定在电池组壳体中并且将电连接结构成一体来提高组装过程的效率。
本公开的其他效果可以通过以下描述来理解，并且将通过本公开的实施例被更清楚地理解。
附图说明
图1是示意性地示出了组装传统电池组的示例的视图。
图2是示意性地示出了根据本公开的实施例的电池组的立体图。
图3是示出了图2的电池组的局部分解立体图。
图4是示意性地示出了根据本公开的实施例的电池模块的立体图。
图5是沿图2的线I-I'截取的示意性截面图。
图6是沿图2的线II-II'截取的示意性截面图。
图7是沿图2的线III-III'截取的示意性截面图。
图8是示出了根据本公开的实施例的端子连接单元和安装螺母的示意性立体图。
图9是对应于图8的截面图。
图10是用于说明根据本公开的实施例的用于固定和电连接电池模块的结构的视图。
图11是对应于图7以示出本公开的另一个实施例的视图。
具体实施方式
在下文中，将参考附图详细描述本公开的优选实施例。在描述之前，应当理解，在说明书和所附权利要求中使用的术语不应被解释为限于一般含义和字典含义，而是基于允许发明人适当定义术语以获得最佳解释的原则，基于对应于本公开的技术方面的含义和概念来解释。因此，本文提出的描述仅为用于说明目的的优选示例，并非旨在限制本公开的范围，因此应当理解，在不脱离本公开的范围的情况下，还可以对其进行其他等效和修改。
图2是示意性地示出了根据本公开的实施例的电池组的立体图，图3是示出了图2的电池组的局部分解立体图，并且图4是示意性地示出了根据本公开的实施例的电池模块的立体图。
参考这些附图，根据本公开的实施例的电池组10包括多个电池模块100、用于容纳电池模块100的电池组壳体200以及被安装在电池组壳体200的上部处的散热器300。
如图2和图3所示，电池组壳体200包括彼此联接的电池组托盘210和电池组盖220。电池组托盘210具有大面积的板状形状以支撑电池模块100的下部，并且电池组盖220被联接到电池组托盘210并且被构造成覆盖整个电池模块100。
特别地，如稍后将描述的，电池单体110借助于被设置到电池组盖220的顶部的内表面的端子连接单元221被同时电连接和机械固定。
在构成电池组10的主要部件之中，将首先描述对应于冷却构造的散热器300，然后将在稍后描述电池组10的内部组装结构。
该实施例的散热器300具有流动路径(未示出)，冷却剂可以通过该流动路径循环。在流动路径中流动的冷却剂不受特别限制，只要该冷却剂在流动路径中容易流动并且具有优异的冷却性能即可。
散热器300位于电池组盖220的顶部的外表面处。换言之，在本公开的电池组10中，由于散热器300被设置在电池组外壳体200的外部，所以电气元件与冷却元件分离。因此，散热器300不存在由外部冲击导致的冷却水泄漏的风险。此外，由于散热器300从电池组壳体200的内部消失，所以能够简化组装结构并且增加能量密度。
通过将散热器300安装在电池组盖220的顶部，散热器300可以与电池组盖220分开制造，然后被放置并固定在电池组盖220上。然而，在这种情况下，由于散热器300与电池组盖220之间的表面粗糙度的差异，所以接触热阻较大，这可能会劣化冷却效率。
因此，在该实施例中，电池组盖220和散热器300被构造成一体形式。例如，散热器300可以被视为作为电池组盖220的一部分而成一体，以使接触热阻和热传导路径最小化。由于与散热器300成一体的电池组盖220吸收电池组壳体200内部的热量，所以即使散热器300在电池组壳体200的外部，冷却性能也不会劣化。
作为该实施例的替代方案，热界面材料(TIM)可以被放置在电池组盖220的顶部的外表面上，并且散热器300可以被放置在该热界面材料上。TIM填充电池组盖220与散热器300之间的间隙，以降低接触热阻。作为TIM，可以使用具有高导热性的导热垫或树脂。
如图4和图5所示，被容纳在电池组壳体200中的每一个电池模块100包括：电池单体110；模块壳体120，该模块壳体120用于将电池单体110容纳在该模块壳体120的内部空间中；以及电极端子150a、150b，该电极端子150a、150b被设置到模块壳体120以暴露于外部。
电池单体110是本领域公知的袋型二次电池单体。袋型二次电池可以被堆叠在模块壳体120的内部空间中，这有利于增加能量密度。当然，电池单体110不一定必须限于袋型电池单体110。例如，能够使用圆柱形二次电池单体或棱柱形二次电池单体来代替袋型二次电池单体。
模块壳体120可以包括：底板121和顶板122，该底板121和顶板122分别用于覆盖电池单体110的下部和上部；一对侧板123，所述一对侧板123根据其布置方向被布置在电池单体110的最外部；以及前盖124和后盖125，该前盖124和后盖125分别用于覆盖电池单体110的前侧和后侧。
模块壳体120的顶板122可以被设置成与电池组盖220的内表面表面接触。导热垫可以进一步介于顶板122与电池组盖220的内表面之间。
前盖124和后盖125位于电池单体110的前部，使得电池单体110的电极引线或诸如互连板(ICB)的部件不暴露于外部。电极端子150a、150b包括正极端子150a和负极端子150b，该电极端子150a、150b位于前盖124的顶部的外侧以具有矩形板状形状，使得该矩形板状形状的宽表面水平放置，并且在该电极端子150a、150b中形成有孔，使得螺栓可以在上下方向上插入。
电极端子150a、150b可以被放置在端子支撑件126上并且由端子支撑件126支撑。在此，端子支撑件126是从前盖124突出的部分，并且可以用作电极端子150a、150b的下部被支撑并且电池模块100的螺栓被紧固的位置。
端子支撑件126可以被设置成沿着前盖124的宽度方向延伸，并且在正极端子150a和负极端子150b所位于的位置中，可以在竖直方向上形成一个穿孔，螺栓可以插入该穿孔中。穿孔在附图中未示出，但可以被形成为在上下方向上与电极端子150a、150b的孔重合。
作为参考，虽然前盖124和端子支撑件126被分开描述，但前盖124和端子支撑件126可以被制造成一体型。此外，虽然未示出，但穿孔可以被设置成使得安装螺栓201插入电极端子150a、150b未位于的另一个位置中。以这种方式，安装螺栓201可以被紧固到电池组盖220。
一对侧板123可以用于沿着电池单体110的布置方向在最外部的电池单体110处从外部压缩和支撑电池单体110。
接下来，参考图6至图10，将详细描述在电池组壳体200内部的电池模块100、100中的每一个电池模块的机械固定和电连接结构。
在该实施例中，在电池组壳体200内部总共可以容纳八个电池模块100，即，两排中的每一排有四个电池模块。此时，第一排中的电池模块100组和第二排中的电池模块100组(参见图3)可以被定位成使得它们的电极端子150a、150b基于电池组壳体200的中心部彼此面对。电池模块100的这种布置可以有利于使电池模块100之间的电连接距离最小化。当然，电池模块100的这种布置是示例，并且电池模块100的总数量或布置结构可以根据需要而改变。
八个电池模块100可以被放置在电池组托盘210的底部上并由电池组托盘210的底部支撑，并且可以通过螺栓连接而固定到被设置在电池组盖220的顶部的内表面处的端子连接单元221。此外，相邻的电池模块100的电极端子150a、150b可以接触端子连接单元221以彼此电连接。
例如，当模块壳体120的上部由电池组盖220覆盖时，一个电池模块100的电极端子150a、150b和另一个电池模块100的电极端子150a、150b可以通过在上下方向上与端子连接单元221接触而彼此电连接。
如图8和图9所示，电池组盖220还可以包括安装螺母225，该安装螺母225在电池组盖220的顶部的内表面处。安装螺母225可以通过焊接被预先地附接到电池组盖220。端子连接单元221与安装螺母225形状配合并且被附接到电池组盖220。
端子连接单元221具有：金属条状互连汇流条221b，该互连汇流条221b具有紧固孔221c，安装螺栓201可以穿过该紧固孔221c，并且该互连汇流条221b与电池模块100的电极端子150a、150b进行表面接触；和由绝缘材料制成的支架构件221a，该支架构件221a支撑互连汇流条221b并且被固定地联接到电池组盖220的顶部的内表面。
支架构件221a具有与安装螺母225形状配合的后表面，并且支架构件221a的前表面被设置成使得互连汇流条221b被可拆卸地附接到该支架构件221a的前表面，使得互连汇流条221b的紧固孔221c与安装螺母225在上下方向上彼此重合。
支架构件221a可以通过将双面胶带221d附接到该支架构件221a的后表面而被简单地附接到电池组盖220。当然，支架构件221a也可以以其他方式被附接，诸如螺栓螺母组合。
利用这种构造，如图10所示，通过将安装螺栓201从端子支撑件126的穿孔穿过电极端子150a、150b的孔和互连汇流条221b的紧固孔221c而紧固到安装螺母225，可以将每一个电池模块100固定到电池组盖220。此时，因为正极端子150a和负极端子150b分别接触端子连接单元221的互连汇流条221b，所以两个相邻的电池模块100可以彼此电连接。
安装螺栓201和安装螺母225中的至少一个可以是绝缘螺栓和绝缘螺母。通过使用绝缘螺栓和绝缘螺母，即使电池模块100同时被机械固定和电连接到电池组盖220，也可以防止短路。
如上文描述的，本公开的电池组10可以非常容易地组装，因为电池模块100的机械固定和电连接结构是一体的。此外，通过将每一个电池模块100固定到电池组盖220而不是用螺栓将每一个电池模块100固定在电池组托盘210上，可以提高电池组托盘210的空间利用率或自由度。
以下将简要描述组装本公开的电池组10的示例。
对于本公开的电池组10，与一般电池组10的组装方法相反，优选地将电池组盖220倒置、将电池模块100放置在电池组盖220中并且然后将它们固定。
即，在电池组盖220被倒置的状态下，每一个电池模块100被定位成使得电池模块100的电极端子150a、150b分别面对电池组盖220的冷却管和端子连接单元221。
之后，安装螺栓201被紧固到每一个电池模块100与电池组盖220之间的紧固部分。即，通过将每一个电池模块100放置在预定位置处并将安装螺栓201紧固到该位置，电池模块100的机械固定工作和串联和/或并联连接工作可以很容易地一次性解决。
然后，O形环230介于电池组盖220的不平坦部分中，并且该不平坦部分被配合到电池组托盘210的边缘部分中，从而完成主组装过程。
接下来，将参考图11简要描述根据本公开的另一个实施例的电池组10。
根据该实施例的电池组10具有与前一个实施例的电池组10相同的基本机械和电气组装结构，但在冷却构造方面具有差异。
即，在前一个实施例中，电池组盖220和散热器300是一体的，但在本实施例中，电池组盖220和散热器300被设置成单独的类型。
散热器300可以被设置成被预先地安装到预定的外部结构。例如，散热器300的上部被设置成被安装到车辆的底盘20，并且散热器300的下部被设置成面对电池组盖220的上表面。此外，在散热器300被预先安装到车辆底盘20之后，容纳剩余电池模块100的电池组壳体200被安装在散热器300的下方。在这种情况下，可以进一步在电池组盖220的上表面上设置TIM 400。
据此，由于电池组10的电能部件和冷却部件完全分离，所以可以进一步简化每一个部件的结构。特别地，由于散热器300被设置成被预先安装到车辆，所以可以更容易地连接冷却水管并且确保冷却构造所需的密封性能。
同时，根据上文描述的本公开的电池组还可以包括用于控制电池模块的充电和放电的各种设备，诸如BMS、电流传感器和保险丝。该电池组不仅可以被应用于车辆，诸如电动车辆或混合动力电动车辆。当然，该电池组也可以被应用于储能系统或其他IT产品。
已经详细描述了本公开。然而，应当理解，详细描述和具体示例虽然指示了本公开的优选实施例，但仅作为说明给出，因为从该详细描述中，本公开范围内的各种变化和修改对于本领域技术人员来说将变得显而易见。
同时，尽管在说明书中使用了诸如“上”、“下”、“左”和“右”的表达方向的术语，但这些术语只是为了便于描述，并且可以取决于观察者或物体的位置而不同地表达，这对本领域技术人员而言显而易见。

Claims (13)

1.一种电池组，所述电池组包括多个电池模块和电池组壳体，所述电池组壳体用于将所述电池模块固定地安装在所述电池组壳体中，所述电池组包括：
所述电池组壳体，所述电池组壳体具有电池组托盘和电池组盖，所述电池组托盘被构造成支撑所述电池模块的下部，所述电池组盖被构造成覆盖所述电池模块并且接触所述电池模块的顶表面；以及
散热器，所述散热器被安装在所述电池组盖的上部处。
2.根据权利要求1所述的电池组，
其中，所述散热器与所述电池组盖一体地设置。
3.根据权利要求1所述的电池组，
其中，所述散热器被构造成被预先地安装到预定的外部结构。
4.根据权利要求1所述的电池组，
其中，所述电池组盖包括端子连接单元，所述端子连接单元被设置到所述电池组盖的顶部的内表面，以电连接所述电池模块的电极端子。
5.根据权利要求4所述的电池组，
其中，所述电池模块被构造成使得：当所述电池模块的上部由所述电池组盖覆盖时，任一个电池模块的电极端子和与所述任一个电池模块相邻的另一个电池模块的电极端子分别在上下方向上与所述端子连接单元接触以被电连接。
6.根据权利要求4所述的电池组，
其中，所述电池模块中的每一个电池模块包括电池单体以及用于容纳所述电池单体的模块壳体，并且
所述电极端子具有矩形板状形状，并且被设置成在所述模块壳体的一侧突出。
7.根据权利要求6所述的电池组，
其中，所述模块壳体包括端子支撑件，所述端子支撑件被形成为在所述模块壳体的一侧突出以支撑所述电极端子的下部，所述端子支撑件具有在竖直方向上形成的穿孔。
8.根据权利要求7所述的电池组，
其中，所述电池组盖还包括安装螺母，所述安装螺母被设置在所述电池组盖的所述顶部的内表面处，并且
每一个电池模块通过安装螺栓被固定到所述电池组盖，所述安装螺栓被插入所述端子支撑件的所述穿孔中并且在竖直方向上被紧固到所述安装螺母。
9.根据权利要求8所述的电池组，
其中，所述安装螺栓和所述安装螺母中的至少一个由绝缘材料制成。
10.根据权利要求8所述的电池组，
其中，所述端子连接单元包括：
互连汇流条，所述互连汇流条被构造成与所述电极端子进行表面接触，并且所述互连汇流条具有紧固孔，所述安装螺栓穿过所述紧固孔；以及
支架构件，所述支架构件被构造成支撑所述互连汇流条，并且被固定地联接到所述电池组盖的所述内表面。
11.根据权利要求10所述的电池组，
其中，所述支架构件与所述安装螺母形状配合，并且被附接到所述电池组盖的所述内表面。
12.根据权利要求1所述的电池组，
其中，所述多个电池模块被布置成两排，使得所述多个电池模块的电极端子被布置成基于所述电池组壳体的中心部分而彼此面对。
13.一种车辆，包括根据权利要求1至12中的任一项所述的电池组。
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