CN114747075A - 电池模块和包括该电池模块的电池组 - Google Patents

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；用于容纳电池单元堆叠体的模块框架；以及用于覆盖电池单元堆叠体的前表面和后表面并且结合至模块框架的端板，其中端板由绝缘材料形成。

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7日在韩国知识产权局提交的韩国专利申请第10-2020-0099098号的权益，通过引用将上述韩国专利申请的公开内容整体结合在此。

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，涉及一种具有抗挤压结构的电池模块和包括该电池模块的电池组。

背景技术

随着技术发展和对移动装置的需求增加，对作为能源的二次电池的需求快速增加。因此，涌现了对能够满足各种需求的电池的诸多研究。

作为诸如电动自行车、电动汽车和混合动力电动汽车之类的电力驱动装置的能源；以及诸如移动电话、数码相机和膝上型电脑之类的移动装置的能源，二次电池引起相当大的关注。

小型移动装置针对每个装置使用一个或几个电池单元，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，使用具有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为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具有较小的相对于容量的重量的棱柱形电池、袋形电池等作为中型或大型电池模块的电池单元。为了使中型或大型电池模块提供指定设备或装置中所需的输出和容量，必须将多个电池单元串联电连接。

另一方面，为了保护电池单元堆叠体免受外部冲击、热量或振动，电池模块可包括用于将电池单元堆叠体容纳在内部空间中的模块框架、以及用于覆盖电池单元堆叠体的前表面和后表面的金属端板。

图1是示出常规电池模块的分解透视图。图2是示出其中图1的部件被组装的状态的透视图。

参照图1和图2，常规电池模块包括：通过堆叠多个电池单元而形成的电池单元堆叠体10；用于覆盖电池单元堆叠体10的下表面和两个侧表面的下框架20；用于覆盖电池单元堆叠体10的上表面的上板30；以及用于覆盖电池单元堆叠体10的前表面和后表面的端板40。

此时，在端板40的下侧形成有从板面突出形成的两个模块安装部41，当电池模块被施加诸如振动或冲击之类的物理力时，应力集中在从端板40突出形成的模块安装部41上，存在模块安装部41从端板40断裂的风险。此外，即使当压缩力作用在电池模块上时，负荷也集中在模块安装部41上，与模块安装部41连接的端板40经受压力并变形，并且在端板内侧的电极引线之间可发生短路现象。

发明内容

技术问题

本公开内容的目的是提供一种具有抗挤压(crush)结构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技术问题不限于上述问题，可在本公开内容所包括的技术构思的范围内进行各种扩展。

技术方案

根据本公开内容的一个实施方式，提供了一种电池模块，包括：堆叠有多个电池单元的电池单元堆叠体；用于容纳所述电池单元堆叠体的模块框架；以及用于覆盖所述电池单元堆叠体的前表面和后表面并且结合至所述模块框架的端板，其中所述端板由绝缘材料形成。

所述电池单元堆叠体的所述前表面和所述后表面可位于所述电池单元的电极引线突出的方向上，并且所述电极引线突出的所述方向可与所述电池单元堆叠体的堆叠方向垂直。

所述电池模块进一步包括位于所述电池单元堆叠体与所述端板之间的汇流条框架、以及位于所述汇流条框架上的汇流条，其中所述电极引线结合至所述汇流条，并且所述电极引线与所述汇流条的结合部可形成为多个。

在所述端板的内侧表面上形成有支撑构件，并且所述支撑构件可具有朝向所述汇流条框架突出的结构。

所述支撑构件可位于所述电极引线与所述汇流条的彼此相邻的所述结合部之间。

所述模块框架包括：其上安装所述电池单元堆叠体的下框架、和覆盖所述电池单元堆叠体的上表面的上板，并且在所述上板的两端可形成有模块安装部。

所述端板可通过粘合剂固定到所述下框架和所述上板中的至少一个。

所述端板可通过卡钩结构结合到所述下框架和所述上板中的至少一个。

所述上板相比所述下框架的两个侧部之间的宽度更加突出，并且所述模块安装部形成在突出的部分上。

沿着所述上板的两端可形成有多个所述模块安装部。

所述模块安装部可形成为孔结构。

所述下框架可包括底部和在所述底部的两侧弯折形成的侧部。

所述上板的宽度可比所述下框架的两个侧部之间的距离宽。

所述端板可以是通过注射成型形成的。

根据本公开内容的另一个实施方式，提供了一种电池组，所述电池组包括上述电池模块。

有益效果

根据本公开内容的实施方式，通过使用由绝缘材料形成的端板替代由金属材料形成的端板，当发生挤压(Crush)时可防止在电极引线的突出方向上电池单元之间的短路。

此外，通过在端板内侧形成支撑构件，当发生挤压时，支撑构件与汇流条框架紧密接触，因而可防止相邻电极引线之间的短路。

通过利用注射工艺形成绝缘材料的端板，可简化电池模块的结构，并且可减小电池模块的重量。

本公开内容的效果不限于上述效果，本领域技术人员将从所附权利要求书的描述中清楚地理解上文未描述的另外的其他效果。

附图说明

图1是示出常规电池模块的分解透视图；

图2是示出其中图1的部件被组装的状态的透视图；

图3是示出根据本公开内容的实施方式的电池模块的分解透视图；

图4是示出图3的部件的组装状态的透视图；

图5是图3的电池模块中包括的电池单元的透视图；

图6是示出根据本公开内容的比较例的电池模块的透视图；

图7是示出在图6的电池模块中，电极引线由于挤压而短路的示图；

图8是示出在根据本公开内容的实施方式的电池模块中，电极引线由于挤压而受到保护的示图；

图9是示出其中上板的边缘部分和下框架的边缘部分通过粘合剂结合至端板的部分的示图。

具体实施方式

下文中，将参照附图详细描述本公开内容的各实施方式，以使得本领域技术人员能够容易实施它们。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。

为了清楚地描述本公开内容，将省略与描述无关的部分，并且在整个申请中，相同的参考标记表示相同的要素。

此外，在附图中，为了便于描述，任意地示出了每个要素的尺寸和厚度，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，其是指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或下方，并不必然是指设置在基准部分的朝向重力方向相反的上端。

此外，在整个申请中，当称一部分“包括”某一部件时，其是指该部分可进一步包括其他部件，不排除其他部件，除非有相反表述。

此外，在整个申请中，当称为“平面”时，是指当从上侧观看目标部分时，当称为“剖面”时，是指当从竖直切割的横截面的侧面观看目标部分时。

下文中，将参照图3和图4描述根据本公开内容的实施方式的包括上板的电池模块的构造。

图3是示出根据本公开内容的实施方式的电池模块的分解透视图。图4是示出图3的部件的组装状态的透视图。图5是图3的电池模块中包括的电池单元的透视图。

参照图3和图4，根据本公开内容的一个实施方式的电池模块包括：堆叠有多个电池单元110的电池单元堆叠体120；用于容纳电池单元堆叠体120的下框架200；用于覆盖电池单元堆叠体120的上表面的上板300；以及用于覆盖电池单元堆叠体120的前表面和后表面的端板400，其中在上板300的两端形成有模块安装部310。作为一个示例，下框架200可具有U形框架结构，其中下框架200可由底部、和在底部的两侧弯折以覆盖电池单元堆叠体120的侧表面的侧部构成。以这种方式，作为用于容纳电池单元堆叠体120的模块框架的示例，可包括上板300和具有U形框架结构的下框架200。

根据本实施方式的电池单元110是二次电池并且可配置为袋型二次电池。电池单元110可配置为多个，并且多个电池单元可进行堆叠以彼此电连接，从而形成电池单元堆叠体120。多个电池单元110可分别包括电极组件、单元壳体、以及从电极组件突出的电极引线。

下框架200可形成为覆盖电池单元堆叠体120的下表面和两个侧表面，并且上板300可形成为覆盖电池单元堆叠体120的上表面。下框架200的两个侧部的上边缘可结合至上板300。

根据本实施方式的端板400通过注射成型形成并且可由绝缘材料构成。端板400可在覆盖电池单元堆叠体120的前表面和后表面的同时与上板300的两个侧边缘部分以及下框架200的两个侧边缘部分互相结合。通过下框架200、上板300和端板400，可物理地保护位于框架结构内部的电池单元堆叠体120和与之连接的电气部件。当通过注射成型方法形成端板400时，可一起形成用于结合低电压(LV，Low voltage)连接器的结构。LV连接器可用于与电池组通信电池单元电压和热敏电阻器信息。

参照图3和图5，电池单元堆叠体120的前表面和后表面是从电极组件突出的电极引线111和112所在的部分。

首先，电池单元110优选是袋型电池单元，并且可形成为矩形片状结构。例如，根据本实施方式的电池单元110具有其中两个电极引线111和112分别从以单元主体113为基准彼此相对定位的一个端部114a和另一端部114b突出的结构。更具体地，电极引线111和112连接到电极组件(未示出)并且从电极组件(未示出)突出到电池单元110的外部。两个电极引线111和112中的一个可以是正极引线111，并且另一个可以是负极引线112。就是说，正极引线111和负极引线112可以以一个电池单元110为基准在相反的方向上突出。

另一方面，可在将电极组件(未示出)容纳在单元壳体114中的状态下，通过将单元壳体114的两个端部114a、114b以及连接两个端部114a、114b的一个侧部114c接合来制造电池单元110。换句话说，根据本实施方式的电池单元110具有总共三个密封部，密封部具有通过诸如热熔合之类的方法进行密封的结构，并且剩余的另一个侧部可由连接部115形成。单元壳体114可由包括树脂层和金属层的层压片形成。

电池单元110可配置为多个，并且多个电池单元110可进行堆叠以彼此电连接，从而形成电池单元堆叠体120。特别是，如图3中所示，可沿着x轴方向堆叠多个电池单元110。由此，电极引线111和112可分别在y轴方向和-y轴方向上突出。

根据本公开内容的实施方式，可在上板300的两端形成模块安装部310。在本实施方式中，上板300的左右宽度可比下框架200的两个侧部之间的距离宽。在这种情况下，上板300的形成模块安装部310的部分可以是以下框架200的两个侧部之间的宽度为基准上板300进一步向外突出的部分。可沿着上板300的两端以规则间隔形成多个模块安装部310。模块安装部310可形成为孔结构。结合构件可插入到孔结构的模块安装部310中，以将电池组框架和上板300结合。

常规地，如图1和图2中所示，在由金属材料形成的两个端板40的下端，针对各端板40形成在与端板40的板面垂直的方向上突出形成的两个模块安装部41。当以这种方式在端板40的下端形成两个模块安装部时，在施加外力时应力集中在两个模块安装部上，突出形成的模块安装部41或端板40破损，或者端板40变形，并且在电极引线111、112之间可发生短路。

然而，根据本公开内容的实施方式，如图3中所示，在上板300的两端形成多个模块安装部310，使得根据相关技术仅通过四个模块安装部形成的电池模块的四点固定结构变为如本公开内容中那样通过多个模块安装部310的多点固定结构，因此能够提高电池模块和由电池模块组合的电池组的物理刚性。此外，代替现有的通过铸造方法制造的端板的端板固定结构，可在通过压制方法制造的上板300上形成固定结构。

下文中，将参照图3和图6至图8描述根据本公开内容实施方式的包括由绝缘构件形成的端板的电池模块。

图6是示出根据本公开内容的比较例的电池模块的透视图。图7是示出在图6的电池模块中，电极引线由于挤压而短路的示图。

参照图6，根据比较例的电池模块中包括的电池单元堆叠体的前表面和后表面被汇流条框架32覆盖，并且汇流条框架32被由金属材料形成的端板40覆盖。在汇流条框架32与金属端板40之间形成有绝缘盖35，使得位于汇流条框架32上的汇流条和/或电极引线可与端板40绝缘。

参照图7，当电池模块中发生挤压时，在电池单元的总体长度方向上会最易受损，总体长度方向是与电极引线从电池单元堆叠体突出的方向相同的方向。总体长度方向最易受损的原因是，当在电极引线突出的方向上发生挤压时，最外侧的端板40在电池单元11所在的方向上施加力，具有较薄厚度的绝缘盖35可破损。当以这种方式绝缘盖35破损并且金属端板40被推入电池单元堆叠体中时，端板40与电极引线12和13可彼此接触。此外，彼此相邻的不同的电极引线彼此接触。在这种情况下，在电分隔开的电极引线12和13之间发生电连接，发生短路现象。此时，可在非常小的电路中瞬间流动大电流，这会导致着火。

图8是示出在根据本公开内容的实施方式的电池模块中，电极引线由于挤压而受到保护的示图。

参照图3和图8，根据本公开内容的实施方式的端板400可由绝缘材料形成。与图6和图7中描述的比较例相比，根据本实施方式的电池模块包括端板400，与位于端板和汇流条框架之间的绝缘盖相比，端板400具有相对较厚的厚度，以补充刚性。与图6和图7中描述的比较例的绝缘盖35相比，根据本实施方式的端板400可具有2至3倍的厚度。此外，根据本实施方式的端板400由绝缘材料形成来替代现有的金属端板。

常规地，使用通过铸造方法成型的金属端板，然而由金属形成的端板沉重并且当发生应力集中时可能会破损。

然而，根据本公开内容的实施方式，端板400由绝缘材料形成，因而可通过注射方法来成型端板，从而制造出比金属更轻且更柔韧并且同时具有绝缘性能的端板400。

在根据本实施方式的端板400的内侧表面上形成有支撑构件410。支撑构件410具有朝向汇流条框架130突出的结构。此时，支撑构件410对应于汇流条框架130的位于相邻电极引线111a、111b之间的部分，即使端板400在挤压情况下被按压，也能够通过保持电极引线111a、111b之间的距离来防止短路(Short)现象。换句话说，绝缘材料的端板400不仅基本上不形成短路，而且即使端板400在挤压情况下在电池单元堆叠体的方向上被推动，支撑构件410也可紧靠在汇流条框架130上而阻挡挤压。这时，汇流条280和电极引线111a、111b不形成在汇流条框架130的其中支撑构件410所在的部分上。作为示例，在汇流条框架130上形成有汇流条280与电极引线111a、111b的多个结合部，支撑构件410可位于彼此相邻的结合部之间。

图9是示出其中上板的边缘部分和下框架的边缘部分通过粘合剂结合至端板的部分的示图。

参照图9，根据本公开内容的实施方式的端板400可通过粘合剂固定到下框架200和上板300中的至少一个。更具体地，端板400的上端边缘可粘附到上板300的边缘部分，并且端板400的两个侧端边缘和下端边缘可与下框架200的边缘部分接合。除了使用粘合剂的方法之外，将端板与下框架和上板中的至少一个结合的方法可使用卡钩来结合，但不限于此，可采用各种类型的结合方法。

常规地，需要单独的用于结合端板的固定结构，然而根据本公开内容的实施方式，由绝缘材料形成的端板可通过粘合剂固定，从而不需要单独的固定结构，简化了电池模块的结构，从而减少了制造工序并且降低了制造成本。

可在电池组中包括上述电池模块。电池组可具有其中一个或更多个根据本实施方式的电池模块聚集并且与控制和管理电池温度、电压等的电池管理系统(BatteryManagement System；BMS)和冷却装置封装在一起的结构。

上述电池模块或电池组可应用于各种装置。这种装置可应用于诸如电动自行车、电动汽车、或者混合动力汽车之类的车辆装置，但是本公开内容不限于此，可应用于能够使用电池模块的各种装置。

尽管上面已经参照优选实施方式示出和描述了本发明，但是本公开内容的范围不限于此，本领域技术人员通过使用在所附权利要求书中限定的本发明的基本原理做出的许多其他修改和改进也落入本公开内容的精神和范围内。

参考标号说明

120：电池单元堆叠体

130：汇流条框架

200：下框架

280：汇流条

300：上板

310：模块安装部

400：端板

410：支撑构件。

Claims (15)

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；

用于容纳所述电池单元堆叠体的模块框架；以及

用于覆盖所述电池单元堆叠体的前表面和后表面并且结合至所述模块框架的端板，

其中所述端板由绝缘材料形成。

2.根据权利要求1所述的电池模块，其中：

所述电池单元堆叠体的所述前表面和所述后表面位于所述电池单元的电极引线突出的方向上，并且所述电极引线突出的所述方向与所述电池单元堆叠体的堆叠方向垂直。

3.根据权利要求2所述的电池模块，其中：

所述电池模块进一步包括位于所述电池单元堆叠体与所述端板之间的汇流条框架、以及位于所述汇流条框架上的汇流条，

其中所述电极引线结合至所述汇流条，并且所述电极引线与所述汇流条的结合部形成为多个。

4.根据权利要求3所述的电池模块，其中：

在所述端板的内侧表面上形成有支撑构件，并且所述支撑构件具有朝向所述汇流条框架突出的结构。

5.根据权利要求4所述的电池模块，其中：

所述支撑构件位于所述电极引线与所述汇流条的彼此相邻的所述结合部之间。

6.根据权利要求1所述的电池模块，其中：

所述模块框架包括：其上安装所述电池单元堆叠体的下框架、和覆盖所述电池单元堆叠体的上表面的上板，并且在所述上板的两端形成有模块安装部。

7.根据权利要求6所述的电池模块，其中：

所述端板通过粘合剂固定到所述下框架和所述上板中的至少一个。

8.根据权利要求6所述的电池模块，其中：

所述端板通过卡钩结构结合到所述下框架和所述上板中的至少一个。

9.根据权利要求1所述的电池模块，其中：

所述上板相比所述下框架的两个侧部之间的宽度更加突出，并且

所述模块安装部形成在突出的部分上。

10.根据权利要求9所述的电池模块，其中：

沿着所述上板的两端形成有多个所述模块安装部。

11.根据权利要求10所述的电池模块，其中：

所述模块安装部形成为孔结构。

12.根据权利要求1所述的电池模块，其中：

所述下框架包括底部和在所述底部的两侧弯折形成的侧部。

13.根据权利要求1所述的电池模块，其中：

所述上板的宽度比所述下框架的两个侧部之间的距离宽。

14.根据权利要求1所述的电池模块，其中：

所述端板是通过注射成型形成的。

15.一种电池组，所述电池组包括根据权利要求1所述的电池模块。

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