CN114503345A - 电池模块和包括该电池模块的电池组 - Google Patents

电池模块和包括该电池模块的电池组 Download PDF

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Abstract

根据本发明的实施方式的一种电池模块包括：电池电芯堆叠，该电池电芯堆叠中堆叠有多个电池电芯；模块框架，该模块框架用于容纳所述电池电芯堆叠；以及散热器，该散热器形成在所述模块框架的底部部分的下方，并冷却所述多个电池电芯，其中，所述散热器包括形成制冷剂的流动路径的分隔壁部分和下板，并且所述分隔壁部分由形状记忆合金形成，使得所述分隔壁部分根据温度变形，并且改变所述制冷剂的流动。

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
本申请要求于2020年8月24日在韩国知识产权局提交的韩国专利申请No.10-2020-0106332的权益，该韩国专利申请的公开的全部内容以引用方式并入本文中。
本公开涉及电池模块和包括该电池模块的电池组，并且更具体地，涉及提高了冷却性能的电池模块和包括该电池模块的电池组。
背景技术
二次电池作为诸如移动装置和电动车辆这样的各种产品中的能源备受瞩目。二次电池是可以替代使用化石燃料的现有产品的使用的强大能源，因为它没有产生由于能量使用而得到的副产品，所以作为环境友好型能源而受到关注。
最近，随着对大容量二次电池结构的需求(包括利用二次电池作为能量储存源)持续升高，对作为多个二次电池串联/并联连接的电池模块的组件的多模块结构的电池组的需求日益增长。
此外，当多个电池电芯串联/并联连接以配置电池组时，配置包括电池电芯的电池模块且然后向该至少一个电池模块添加其它部件以配置电池组的方法是常见的。
电池模块可以包括堆叠有多个电池电芯的电池电芯堆叠、容纳电池电芯堆叠的模块框架以及冷却多个电池电芯的散热器。
图1是示出了与常规散热器联接的电池模块的图。
参照图1，常规电池模块包括堆叠有多个电池电芯10的电池电芯堆叠、用于容纳电池电芯堆叠的模块框架以及位于模块框架的底部部分20和电池电芯堆叠之间的导热树脂层15。这样的电池模块可以形成在模块框架底部部分20的下方，并与向多个电池电芯10提供冷却功能的散热器30联接，由此形成电池组。这里，可以在电池模块的底部部分20和散热器30之间进一步形成导热层18。此时，散热器包括下板31和上板29，并且制冷剂可以在下板31和上板29之间流动。
常规地，为了提高电池模块和/或电池组的冷却性能，每个电池组单元需要单独的冷却结构，例如，散热器。因此，冷却结构往往会变复杂，并且制冷剂与电池电芯堆叠之间的空间由包括上板29和模块框架底部部分20的多层结构形成，由此，存在的限制是除了间接冷却电池电芯之外，别无选择。
发明内容
技术问题
本公开的目的是提供提高了冷却性能的电池模块和电池组。
本公开的目的不限于以上提到的目的，并且本领域的技术人员应该根据以下详细描述清楚理解本文中未描述的其它目的。
技术方案
根据本公开的一个实施方式，提供了一种电池模块，该电池模块包括：电池电芯堆叠，该电池电芯堆叠中堆叠有多个电池电芯；模块框架，该模块框架用于容纳所述电池电芯堆叠；以及散热器，该散热器形成在所述模块框架的底部部分的下方，并冷却所述多个电池电芯，其中，所述散热器包括形成制冷剂的流动路径的分隔壁部分和下板，并且所述分隔壁部分由形状记忆合金形成，并且所述分隔壁部分的形状根据温度变形，由此改变所述制冷剂的流动。
在形成最高温度的部分处，所述分隔壁部分可以变形，使得在所述制冷剂的所述流动路径上进一步形成多个突起。
所述分隔壁部分可以变形，使得进一步形成在朝向所述制冷剂的流动方向的倾斜方向上突出的多个突起。
所述多个突起可以交替地布置在所述制冷剂的所述流动路径的两侧。
在形成最低温度的区段中，所述分隔壁部分可以变形以新创建捷径，使得在所述形成最低温度的区段中形成的所述制冷剂的所述流动路径变为绕行路径。
所述分隔壁部分可以变形，使得形成在所述捷径上的所述分隔壁部分被分离，由此新创建捷径。
被分离的所述分隔壁部分通过朝向所述捷径弯曲成弯曲形状而被分离。
所述捷径可以是比所述绕行路径短的路径。
所述散热器可以包括所述制冷剂流入的入口以及所述制冷剂流出的出口，并且所述入口和所述出口一起形成在所述散热器的一部分处。
根据本公开的另一实施方式，提供了一种包括所述电池模块的电池组。
有益效果
根据本公开的实施方式，制冷剂的流动路径可以根据温度而改变以减少温度偏差，由此提高了电池模块的冷却性能。
另外，通过模块框架和散热器被集成的冷却结构，可以实现冷却结构的简化。
本公开的效果不限于以上提到的效果，并且本领域的技术人员根据对所附权利要求书的描述，将清楚地理解以上未描述的另外的其它效果。
附图说明
图1是示出了与常规散热器联接的电池模块的图；
图2是根据本公开的一个实施方式的电池模块的分解立体图；
图3是示出了图2的电池模块的部件的组装状态的图。
图4是示出了根据本公开的一个实施方式的分隔壁部分在最高温度区段处变形的状态的图；以及
图5是示出了根据本公开的一个实施方式的分隔壁部分在最低温度区段处变形的状态的图。
具体实施方式
应该理解，将在下面描述的示例性实施方式被例示性描述是为了辅助理解本公开，并且本公开可以被不同地修改以不同于本文中描述的示例性实施方式来执行。然而，在对本公开的描述中，当确定公知功能或构成元件的特定描述和例示可能不必要地模糊本公开的主题时，将省略对公知功能或构成元件的特定描述和例示。另外，为了帮助理解本公开，附图未基于实际比例来例示，而是构成元件中的部分的尺寸可以被夸大。
如本文中使用的，可以使用诸如第一、第二等这样的术语来描述各种部件，并且部件不受术语限制。这些术语只是用来将一个部件与另一部件区分开。
另外，本文中使用的术语仅仅是用于描述特定示例性实施方式，而不旨在限制本公开的范围。单数表述包括复数表述，除非在上下文中它们是完全相反的含义。应该理解，本文中使用的术语“包括”、“包含”和“具有”旨在指定所述特征、数字、步骤、移动、构成元件、零件或其组合的存在，但应该理解，它们并没有排除存在或添加一个或更多个其它特征、数字、步骤、移动、构成元件、零件或其组合的可能性。
下文中，将参考图2和图3来描述根据本公开的一个实施方式的电池模块的配置。
图2是根据本公开的一个实施方式的电池模块的分解立体图。图3是示出了图2的电池模块的部件的组装状态的图。
参照图2和图3，根据本公开的一个实施方式的电池模块包括：电池电芯堆叠100，该电池电芯堆叠100中堆叠有多个电池电芯；模块框架200，该模块框架200用于容纳电池电芯堆叠100；以及散热器500，该散热器500形成在模块框架200的下侧并冷却多个电池电芯。
电池电芯是二次电池，并可以被配置为袋型二次电池。这样的电池电芯可以包括多个电芯，并且多个电池电芯可以相互堆叠以便彼此电连接，由此形成电池电芯堆叠100。多个电池电芯中的每个可以包括电极组件、电芯壳体和从电极组件突出的电极引线。
模块框架200容纳电池电芯堆叠100。根据该实施方式，模块框架200可以包括底部部分210和两个侧表面部分220，并可以覆盖电池电芯堆叠100的两个侧表面和底表面。上板300可以形成在电池电芯堆叠100的上侧表面上，以覆盖电池电芯堆叠100的上表面部分。
端板400可以形成在电池电芯堆叠100的前表面和后表面上。端板400可以覆盖电池电芯堆叠100的前表面和后表面。模块框架200、上板300和端板400可以物理地保护容纳在其中的电池电芯堆叠100。
散热器500可以形成在模块框架200的下部部分处。散热器500可以包括：下板510，该下板510形成散热器500的骨架并与模块框架200的底部部分210接触；入口530，该入口530形成在散热器500的一侧，以从外部向散热器500的内部供应制冷剂；出口540，该出口540形成在散热器的一侧，使得在散热器内部流动的制冷剂流向散热器的外部；以及分隔壁部分520，该分隔壁部分520连接入口530和出口540并形成制冷剂的流动路径。此时，入口530和出口540可以一起形成在散热器500的一部分中。
具体地，供制冷剂流经的流动路径可以通过下板510、形成在下板510上侧的模块框架底部部分210以及形成在模块框架底部部分210和下板510之间的分隔壁520形成。换句话说，根据本公开的实施方式的电池模块可以具有冷却集成结构，在该冷却集成结构中，模块框架200的底部部分用于与散热器500的上板300对应。
常规地，在模块框架的下侧单独形成供制冷剂流经的结构，并且模块框架除了间接冷却之外，别无选择。因此，冷却效率降低，并且形成了单独的制冷剂流动结构，这造成了电池模块和安装有电池模块的电池组的空间利用率降低的问题。然而，根据本公开的一个实施方式，通过采用散热器500集成在模块框架200的下部部分处的结构，制冷剂可以直接在下板510和模块框架底部部分210之间流动，由此由于直接冷却，冷却效率增加，并且通过散热器500与模块框架底部部分210集成的结构，电池模块和安装有电池模块的电池组的空间利用率可以进一步提高。
下面，将参考图2、图4和图5来描述分隔壁部分根据温度的变形。
图4是示出了根据本公开的一个实施方式的分隔壁部分在最高温度区段处变形的状态的图。图5是示出了根据本公开的一个实施方式的分隔壁部分在最低温度区段处变形的状态的图。
参照图2、图4和图5，根据本实施方式的分隔壁部分520由形状记忆合金(SMA)形成，分隔壁部分520的形状根据温度变形，并且制冷剂的流动相应地改变。
在如本实施方式中的容纳了由12个至24个电池电芯形成的电池电芯堆叠的大面积电池模块中，由于模块的大小增加，因此在高温状态下，电池模块中的电池电芯出现的温度偏差可能大。当出现大的温度偏差时，存在电池电芯的性能劣化的可能性。
为了克服这样的缺点，常规地，尝试通过为电池模块提供冷却系统来调节电池模块内部的温度，但是仅通过调节所供应制冷剂的流量或温度来减少电池电芯的温度偏差存在局限性。
因此，根据本实施方式，响应于恒定温度的形状记忆合金被应用于用作冷却系统的散热器500的分隔壁部分520。据此，分隔壁部分520可以根据恒定温度变形，由此改变制冷剂的流动路径。更具体地，在温度高的点处，调节流动路径以便相对地降低制冷剂的流动速度，由此可以相对显著地降低高温点处的温度。在温度低的点处，调节流动路径以便相对增加制冷剂的流动速度，由此可以使低温点的温度相对低。
在图4中，示出了分隔壁部分520在最高温度区段处变形的状态。
根据本实施方式，在形成最高温度的区段处，分隔壁部分520可以变形，使得在制冷剂的流动路径上进一步形成多个突起520a。分隔壁部分520可以变形，使得进一步形成朝向冷却剂的流动方向倾斜地突出的多个突起520a。另外，多个突起520a可以交替地布置在制冷剂的流动路径的两侧。
如图4中所示，分隔壁部分520变形为在形成最高温度部分的点的前方具有多个突起520a，由此，由于形成分隔壁的突起结构(诸如在突起的表面上的形成涡旋)，导致面对多个突起520a的流动可以显著降低整体流动过程速度。另外，当流动速度降低时，制冷剂停留在形成最高温度部分的点处的时间相对增加，由此在最高温度区段中产生的热相对大量地被传递，由此对应区段的温度可以相对大量地降低。
另外，如图4中所示，最高温度区段形成为相对靠近出口540。因此，即使通过入口530流入的制冷剂经过了流动路径并且在其接近出口540时制冷剂的温度相对升高，只要流速本身变慢，相关部分的温度就可以相对大量地降低。
在该实施方式中，主要描述了最高温度区段，但分隔壁部分的变形不仅仅出现在最高温度点处。当它是温度相对高于其它点的区段时，对应位置处的分隔壁部分突出并且制冷剂的流速降低，使得与其它点相比，对应区段的温度可以进一步降低。
在图5中，示出了分隔壁部分520在最低温度区段处变形的状态。
根据本实施方式，在形成最低温度的区段中，分隔壁部分520可以变形，使得制冷剂流动路径变为旁路路径，以新创建捷径S。此时，分隔壁部分520变形，使得分隔壁的形成在捷径S上的一部分520b被分离，因此可以新创建捷径S。根据本实施方式，分离的分隔壁的部分520b可以通过朝向捷径S弯曲成弯曲形状来分离。
如图5中所示，分隔壁在形成最低温度部分的点处的一部分520b被分离，并且可以新创建比现有绕行路径短的捷径S。因此，由于新创建了捷径S，因此形成了诸如绕行路径和捷径这样的两种制冷剂流动路径。流经绕行路径的制冷剂的流量相对减小，并且传递到制冷剂的热量减少，使得可以相对低量地降低对应区段的温度。
另外，由于经过绕行路径的制冷剂的流速比新创建捷径S之前有所增加，因此制冷剂停留在形成最低温度区段的点的时间相对减少，由此使得在最低温度区段中产生的热被相对低量地传递，使得最低温度区段的温度可以比其它点降低得相对少。
在该实施方式中，描述侧重于最低温度部分，但是分隔壁部分的变形不是仅出现在最低温度点处。在比其它点相对更低的温度点的情况下，对应位置处的分隔壁部分被分离，使得可以新创建一条新的路径。由此，新路径的流量得以分配，并且经过对应位置的流量减小，使得对应区段的温度降低可以低于其它点的温度降低。
以上提到的电池模块可以被包括在电池组中。电池组可以具有以下的结构：聚集根据本公开的实施方式的电池模块中的一个或更多个，并将其与控制和管理电池的温度、电压等的电池管理系统(BMS)和冷却装置一起封装。
电池组可以应用于各种装置。这种装置可以应用于诸如电动自行车、电动汽车或混合动力车辆这样的车辆装置，但本公开不限于此，并且电池组可以应用于可以使用电池模块的各种装置，这也属于本公开的范围。
尽管已经参考优选的实施方式示出和描述了本发明，但本公开的范围不限于此，并且本领域的技术人员可以设计出不脱离所附权利要求中描述的本发明原理的精神和范围内的众多其它的修改形式和实施方式。另外，不应该根据本公开的技术精神或观点单独地理解这些修改的实施方式。
对附图标记的描述
100：电池电芯堆叠
200：模块框架
210：模块框架底部部分
220：模块框架侧表面部分
300：上板
400：端板
500：散热器
510：下板
520：分隔壁部分
520a：突起
520b：分离的分隔壁
530：入口
540：出口
S：捷径

Claims (10)

1.一种电池模块，该电池模块包括：
电池电芯堆叠，在所述电池电芯堆叠中堆叠有多个电池电芯；
模块框架，所述模块框架用于容纳所述电池电芯堆叠；以及
散热器，所述散热器形成在所述模块框架的底部部分下方，并冷却所述多个电池电芯，
其中，所述散热器包括形成制冷剂的流动路径的分隔壁部分和下板，并且
所述分隔壁部分由形状记忆合金形成，并且所述分隔壁部分的形状根据温度而变形，由此改变所述制冷剂的流动。
2.根据权利要求1所述的电池模块，其中：
在形成最高温度的区段处，所述分隔壁部分变形，使得在所述制冷剂的流动路径上进一步形成多个突起。
3.根据权利要求2所述的电池模块，其中：
所述分隔壁部分变形，使得进一步形成朝向所述制冷剂的流动方向倾斜地突出的多个突起。
4.根据权利要求3所述的电池模块，其中：
所述多个突起交替地布置在所述制冷剂的流动路径的两侧。
5.根据权利要求1所述的电池模块，其中：
在形成最低温度的区段中，所述分隔壁部分变形以新创建捷径，使得在形成最低温度的区段中形成的所述制冷剂的流动路径变为绕行路径。
6.根据权利要求5所述的电池模块，其中：
所述分隔壁部分变形，使得形成在所述捷径上的分隔壁部分被分离，由此新创建捷径。
7.根据权利要求6所述的电池模块，其中：
被分离的所述分隔壁部分通过朝向所述捷径弯曲成弯曲形状而被分离。
8.根据权利要求5所述的电池模块，其中：
所述捷径是比所述绕行路径短的路径。
9.根据权利要求1所述的电池模块，其中：
所述散热器包括所述制冷剂流入的入口以及所述制冷剂流出的出口，并且所述入口和所述出口一起形成在所述散热器的一部分处。
10.一种电池组，该电池组包括根据权利要求1所述的电池模块。
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