CN114846682A - 电池模块及包括该电池模块的电池组 - Google Patents

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Abstract

根据本公开的一个实施方式的电池模块包括：电池单元堆，在该电池单元堆中堆叠有多个电池单元；汇流条框架，其与所述电池单元堆的前端和后端中的每一者联接；框架构件，其容纳包括所述电池单元堆和所述汇流条框架的电池单元块；衬垫部，其位于所述框架构件的底部的一端；以及膜部，其与所述衬垫部连接并朝所述汇流条框架突出。

Description

电池模块及包括该电池模块的电池组
技术领域
与相关申请的交叉引用
本申请要求获得2020年10月19日提交给韩国知识产权局的韩国专利申请第10-2020-0135020号和2020年12月24日提交给韩国知识产权局的韩国专利申请第10-2020-0183858号的利益，这两个专利申请的公开内容通过引用全部纳入本文中。
本公开涉及一种电池模块和包括该电池模块的电池组，更具体地涉及一种改善组装性能和绝缘性能的电池模块以及包括该电池模块的电池组。
背景技术
易于应用于各种产品群并具有诸如高能量密度之类的电气特性的二次电池不仅普遍地适用于便携式装置，而且还适用于电动车辆或混合动力车辆、由电力驱动源驱动的能量存储系统等。这种二次电池作为提高能量效率的新型环境友好型能源受到关注，因为它的主要优点是显著减少化石燃料的使用，而且在利用能量时完全不产生副产品。
小型移动装置对于每个装置而言使用一个或几个电池，而诸如车辆之类的中大型装置则需要高功率和大容量。因此，使用具有多个电池单元相互电连接的中型或大型电池模块。
中型或大型电池模块优选制造成具有尽可能小的尺寸和重量。因此，通常使用可堆叠且集成度高、重量与容量比小的方形电池、袋形电池等作为中型或大型电池模块的电池单元。同时，为了保护单元堆免受外部冲击、热或振动，电池模块可以包括模块框架，该模块框架的前表面和后表面是敞开的，并在内部空间中容纳电池单元堆。
图1是示出根据现有技术具有单体框架的电池模块的分解立体图。
参考图1，该电池模块可以包括：电池单元堆12，其通过堆叠多个电池单元11而形成；单体框架20，其前表面和后表面敞开以便覆盖电池单元堆12；以及端板60，其覆盖单体框架20的前表面和后表面。为了形成这样的电池模块，需要水平组装电池模块，使电池单元堆12沿图1中的箭头所示的X轴方向插入到单体框架20的敞开的前表面或后表面中。然而，为了稳定地进行这样的水平组装，必须在电池单元堆12和单体框架20之间保证足够的空隙。在此，空隙是指由压配合等产生的间隙。
在电池单元堆12与单体框架20之间可以形成有导热树脂层(未示出)。导热树脂层可以起到将电池单元堆产生的热转移到电池模块的外部，并将电池单元堆固定在电池模块内部的作用。当空隙变大时，导热树脂层的使用量可能会变得超过需要的量。
此外，考虑到电池单元堆12的最大高度和插入过程中的组装公差等，单体框架20的高度应设计得大一些，这可能导致产生不必要的浪费空间。
此外，需要加强电池单元堆12和用于容纳电池单元堆12的框架构件(例如在单体框架20中)之间可能出现的绝缘问题。
发明内容
技术问题
本公开的目的是提供一种改善组装性能和绝缘性能的电池模块以及包括该电池模块的电池组。
然而，本公开的实施方式所要解决的技术问题并不限于上述问题，并在本公开中包括的技术思想的范围内，可以进行各种扩展。
技术方案
根据本公开的一个实施方式，提供一种电池模块，该电池模块包括：电池单元堆，在该电池单元堆中堆叠有多个电池单元；汇流条框架，所述汇流条框架与所述电池单元堆的前端和后端中的每一者联接；框架构件，所述框架构件容纳包括所述电池单元堆和所述汇流条框架的电池单元块；衬垫部，所述衬垫部位于所述框架构件的底部的一端；以及膜部，所述膜部与所述衬垫部连接并朝所述汇流条框架突出。
所述框架构件的所述底部包括第一部分和第二部分，所述第一部分位于相对于所述电池单元的纵向方向的边缘处，所述第二部分位于所述第一部分的内侧，并且所述第一部分的厚度可以比所述第二部分的厚度薄。
该电池模块可以进一步包括导热树脂层，该导热树脂层位于所述第二部分与所述电池单元堆之间，其中，所述衬垫部可以位于所述导热树脂层与所述第一部分之间。
所述衬垫部可以位于所述第二部分上，并且所述膜部位于所述第一部分上。
所述膜部可以形成为与连接所述框架构件的所述底部的所述第一部分和所述第二部分的台阶部分紧密接触。
所述框架构件在相对于所述电池单元堆的电极引线突出的方向上的彼此面对的两侧是敞开的，所述汇流条框架在所述框架构件的敞开的所述两侧与所述电池单元堆连接，所述汇流条框架包括：垂直于所述电极引线突出的方向布置的主框架；以及从所述主框架的下部延伸的弯曲部，并且所述弯曲部可以位于所述框架构件的所述底部的所述第一部分上。
所述膜部可以覆盖在所述汇流条框架的所述弯曲部与所述框架构件的所述底部的所述第二部分之间。
所述膜部可以进一步包括突出膜部，该突出膜部位于所述汇流条框架的所述弯曲部与所述框架构件的所述底部的所述第一部分之间。
所述弯曲部的厚度与所述第一部分的厚度之和可以比所述第二部分的厚度薄。
所述电池单元包括在宽度方向上形成的突起部，并且该突起部可以位于所述弯曲部上。
所述衬垫部和所述膜部可以是一体形成的。
所述电池模块进一步包括端板，每个端板均与所述框架构件的敞开的两侧联接。
所述框架构件的敞开的所述两侧可以相对于所述电池单元堆的所述电极引线突出的方向相互面对。
所述框架构件可以包括：模块框架，该模块框架容纳所述电池单元块并具有敞开的上部；以及上板，该上板覆盖所述模块框架上的所述电池单元块，并且所述模块框架可以包括所述框架构件的底面部分以及两个彼此面对的侧表面部。
根据本公开的另一实施方式，提供一种包括上述电池模块的电池组。
有利效果
根据本公开的实施方式，通过将现有单体框架的结构变型，与传统技术相比，能够减小电池单元堆与框架构件之间的公差，并提高空间利用率。
此外，通过利用作为防溢流结构的衬垫，能够防止导热树脂在电池单元块插入时流入非预期的空间中。
此外，通过整体形成作为防溢流结构的衬垫和绝缘膜，能够加强电池单元与模块框架之间的绝缘性能，同时简化组装。
附图说明
图1是示出根据现有技术具有单体框架的电池模块的分解立体图；
图2是示出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是示出构成图2的电池模块的部件的组合状态的立体图；
图4是示出包括在图2的电池单元堆中的一个电池单元的立体图；
图5是示出图2的电池模块中的汇流条框架的立体图；
图6是沿作为图3中电池单元堆的纵向方向的xz平面剖切的剖面图；
图7是示出图2的电池模块中的模块框架的立体图；
图8是示出电池单元块插入到图7的模块框架中的状态的立体图；
图9是对应于图6的比较例的电池模块的剖面图；
图10是图6的一个变型实施方式，该图是沿作为图3中电池单元堆的纵向方向的xz平面剖切的剖面图；
图11是包括图10的膜部的电池模块的立体图；以及
图12是图6的一个变型实施方式，该图是沿图3中电池单元堆的纵向方向的xz平面剖切的剖面图。
具体实施方式
下文中，将参考附图详细描述本公开的各种实施方式，以使本领域的技术人员能够容易地实施这些实施方式。本公开可以以各种不同的方式进行变型，并且不限于本文中阐述的实施方式。
将省略与描述无关的部分以清楚地描述本公开，并且在整个说明书中，类似的附图标记指定类似的元件。
此外，在图中，为了便于描述，任意地示出了每个元件的尺寸和厚度，本公开不一定限于图中所示的尺寸和厚度。在图中，为了清楚起见，对层、区域等的厚度进行了夸大。在图中，为了便于描述，对一些层和区域的厚度被扩大地示出。
此外，要理解的是，当诸如层、膜、区域或板之类的元件被称为在另一元件上或在另一元件上方时，它可以直接在另一元件上，或者也可以存在插设元件。相反，当一个元件被称为直接在另一个元件上时，指的是不存在插设元件。此外，词语“在……上”或者“在……上方”是指布置在参考部分上或下方，而不一定是指布置在参考部分的朝重力的反方向“上”或“上方”。
此外，在整个说明书中，当一个部分被称为“包括”某个部件时，是指该部分可以进一步包括其它部件，但不排除其它部件，除非另有说明。
此外，在整个说明书中，被称为“平面”时，是指从顶部观察目标部分时，并当被称为“剖面”时，是指从竖向切割的剖面侧观察目标部分时。
图2是示出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是示出构成图2的电池模块的部件的组合状态的立体图。图4是示出包括在图2的电池单元堆中的一个电池单元的立体图。
参考图2和图3，根据本实施方式的电池模块100包括：电池单元堆120，其包含多个电池单元110；汇流条框架130，其联接到电池单元堆120的前端和后端中的每一者；以及框架构件500，其容纳包括电池单元堆120和汇流条框架130的电池单元块140。框架构件500可以包括：模块框架300，在该模块框架中安装电池单元块140安装并且上部是敞开的；上板400，其在模块框架300的上部覆盖电池单元块140。模块框架300包括：彼此面对的两个侧表面部；以及连接两个侧表面部的底部。这两个侧表面部和底部可以是一体形成的。模块框架300可以是U形的。
框架构件500可以在相对于电池单元堆120的电极引线突出的方向上彼此面对的两侧是敞开的。根据本实施方式的电池模块100可以进一步包括端板150，该端板在框架构件500的敞开的两侧与电池单元块联接。
根据本实施方式的电池模块100包括位于模块框架300与电池单元堆120之间的导热树脂层310。导热树脂层310是一种散热层，并可以通过应用具有散热功能的材料而形成。端板150可以由金属材料形成。
当模块框架300的敞开的两侧分别称为第一侧和第二侧时，模块框架300具有板状结构，该板状结构弯曲成连续包绕除电池单元块140的对应于第一侧和第二侧的表面外的剩余外表面中彼此相邻的左侧表面、下表面以及右侧表面。与模块框架300的底部对应的上部是敞开的。
上板400具有单板状结构，覆盖除模块框架300包绕的左侧表面、下表面以及右侧表面外剩余的上部。模块框架300和上板400可以在相应的边缘区域彼此接触的状态下通过焊接等联接，从而形成包绕电池单元块140的结构。即，模块框架300和上板400可以通过诸如焊接之类的联接方法在彼此对应的边缘区域处形成联接部CP。
电池单元堆120包括在一个方向上堆叠的多个电池单元110，并且多个电池单元110可以如图2中所示在y轴方向上堆叠。换句话说，多个电池单元110堆叠的方向可以与模块框架300的两个侧表面部彼此面对的方向相同。
电池单元110优选是袋型电池单元。例如，参考图4，根据本实施方式的电池单元110可以具有这样一种结构，其中两个电极引线111和112分别从电池主体113的一个端部114a和另一个端部114b朝着彼此相反的方向突出。电池单元110可以通过在电极组件(未示出)容纳在电池单元壳体114中的状态下将电池单元壳体114的两个端部114a和114b与连接两个端部114a和114b的两个侧表面114c结合来制造成。换句话说，根据本实施方式的电池单元110总共具有三个密封部114sa、114sb和114sc，其中密封部114sa、114sb和114sc具有通过诸如热熔之类的方法进行密封的结构，而剩余的另一侧部可以由连接部115形成。电池单元壳体114的两个端部114a和114b之间的空间被定义为电池单元110的纵向方向，并且一个侧表面114c与连接电池单元壳体114的两个端部114a和114b的连接部115之间的空间被定义为电池单元110的宽度方向。
连接部115是沿电池单元110的一个边缘长距离延伸的区域，并且电池单元110的突起部110p可以形成在连接部115的端部。突起部110p可以形成在连接部115的两个端部中的至少一者上，并且可以在与连接部115延伸的方向垂直的方向上突出。突起部110p可以位于电池单元壳体114的两个端部114a和114b的密封部114sa和114sb之一与连接部115之间。
电池单元壳体114总体由树脂层/金属薄膜层/树脂层的层压结构形成。例如，当多个电池单元堆叠以形成中型或大型电池模块时，由O(取向)尼龙层形成的电池壳体的表面往往容易受到外部冲击而滑动。因此，为了防止这种滑动并维持电池单元的稳定堆叠结构，可以在电池壳体的表面附接粘合剂构件(例如诸如双面胶之类的黏性粘合剂或粘附后通过化学反应联接的化学粘合剂)，以形成电池单元堆120。在本实施方式中，电池单元堆120沿Y轴方向堆叠，并沿Z轴方向容纳到模块框架300中，然后可以通过后面描述的导热树脂层冷却。作为其比较例，有这样一种情况，其中电池单元形成为筒形部件，从而通过组装电池模块框架进行电池单元之间的固定。在这个比较例中，由于筒形部件的存在，在电池单元的表面方向上几乎没有冷却作用或者不能进行冷却，因此不能很好地朝电池模块的高度进行冷却。
参考图2和图7，根据本实施方式的模块框架300包括底部300a以及由底部300a连接的彼此面对的两个侧表面部300b。在电池单元堆120安装在模块框架300的底部300a上之前，在模块框架300的底部应用导热树脂，并且导热树脂可以固化以形成导热树脂层310。导热树脂层310位于模块框架300的底部300a与电池单元堆120之间，并且可以用于将电池单元110中产生的热转移到电池模块100的底部并固定电池单元堆120。
根据本实施方式，导热树脂层310包括多条施加线，这些施加线在垂直于多个电池单元110堆叠的方向上长距离延伸。这多条施加线可以形成两组，并且这两组之间可以形成有绝缘膜330。绝缘膜330可以起到在电池单元110与模块框架300之间维持绝缘性能的作用，并且导热树脂的至少一部分可以施加到绝缘膜330上。
根据本实施方式，如图2中所示，模块框架300的底部上形成有绝缘加强构件345，用于加强电池单元堆120与框架构件500之间的绝缘性能。下文将详细描述绝缘加固构件345。
图5是示出图2的电池模块中的汇流条框架的立体图。
参考图5，根据本实施方式的汇流条框架包括：主框架130a，其垂直于电极引线111和112突出的方向布置；以及弯曲部130b，其从主框架130a的下部延伸。如参考图2和图3所述，汇流条框架130与电池单元堆120连接。主框架130a中可以形成有电极引线穿过狭缝并与汇流条联接的结构。弯曲部130b可以相对于主框架130a弯曲约90度，并可以位于图2的底部300a上。将参考图6另外描述弯曲部130b和周边配置。
图6是沿作为图3中电池单元堆的纵向方向的xz平面剖切的剖面图。图7是示出图2的电池模块中的模块框架的立体图。图8是示出电池单元块插入到图7的模块框架中的状态的立体图。
参考图6，根据本实施方式的电池单元110包括在宽度方向上形成的突起部110p，并且突起部110p位于弯曲部130p上。这里，电池单元110的宽度方向可以是图6的z轴方向。根据本实施方式的模块框架300的底部300a包括第一部分300a1和第二部分300a2，其中，第一部分300a1位于基于电池单元110的纵向方向的边缘处，并且第二部分300a2位于第一部分300a1的内侧。此时，优选的是，第一部分300a1的厚度方向比第二部分300a2的厚度薄。这里，电池单元110的纵向方向可以是图6的x轴方向。
参考图5和图6，根据本实施方式的汇流条框架130的弯曲部130b位于模块框架的底部300a的第一部分300a1上。此时，优选的是，弯曲部130b的厚度与第一部分300a1的厚度之和比第二部分300a2的厚度薄。这是因为电池单元110的突起部110p被第一部分300a1与第二部分300a2之间的台阶夹住，从而防止电池单元因外部冲击而游动。此外，通过对模块框架的底部300a的加工，可以减小电池单元110与框架构件之间的间隙，这种间隙减小效果可以与通过高度方向的组装获得的间隙减小效果引起协同作用，从而使整体空间效率最大化。可以在形成模块框架结构的同时进行模块框架的底部300a的加工。为了形成这样的台阶，可以使用冲压成型、NC(数控工作)加工等。
衬垫部320位于底部300a的第二部分300a2与电池单元110之间，并且导热树脂层310位于衬垫部320内侧。即，衬垫部320可以位于导热树脂层310与底部300a的第一部分300a1之间，以限定导热树脂层130的形成位置。根据本实施方式的电池模块包括膜部340，该膜部与衬垫部320连接并朝汇流条框架130突出。衬垫部320可以位于第二部分300a2上，并且膜部340可以位于第一部分300a1上。此时，衬垫部320和膜部340可以一体形成，从而构成绝缘加强构件345。绝缘加强构件345不仅加强电池单元110或电池单元110的突起部110p与模块框架300之间的绝缘，而且还与衬垫部320一体形成，从而简化与模块框架的组装。在一个变型实施方式中，膜部340可以附接到衬垫部320的下端。衬垫部320和膜部340两者都是绝缘部件，并且可以是柔性且可压缩变形的构件。在一个实施例中，衬垫部320可以由聚氨酯形成，并且膜部340可以由聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)形成。另选地，衬垫部320和膜部340两者都可以由聚氨酯或聚对苯二甲酸乙二醇酯形成。
参考图7和图8，在电池单元块140安装在模块框架300上之前，模块框架300的底部300a上可以形成有绝缘加强构件345。
图9是对应于图6的比较例的电池模块的剖面图。
参考图9，根据比较例的绝缘加强构件可以形成呈与衬垫部320分离的形式的绝缘膜部340'。绝缘膜部340'可以形成在模块框架的底部300a的第二部分300a2与汇流条框架的弯曲部130b之间。根据该比较例，需要通过附接处理进行对准以形成绝缘膜部340'，并且难以保证绝缘膜部340'与衬垫部320之间和/或绝缘膜部340'与弯曲部130b之间的暴露部分的绝缘。
图10是图6的一个变型实施方式，该图是沿作为图3中电池单元堆的纵向方向的xz平面剖切的剖面图。图11是包括图10的膜部的电池模块的立体图。
参考图10和图11，膜部340可以进一步包括位于汇流条框架的弯曲部130b与框架部件的底部300a的第一部分300a1之间的突出膜部340p。突出膜部340p可以与汇流条框架的弯曲部130b竖向交叠。如果没有这样的交叠结构，就会在膜部340与弯曲部130b之间产生间隙，并且框架构件的底部300a与电池单元110的突起部110p的端部之间的绝缘距离和爬电距离可能不足。因此，根据本实施方式，绝缘性能可以得到改善。
图12是图6的一个变型实施方式，该图是沿图3中电池单元堆的纵向方向的xz平面剖切的剖面图。
参考图12，根据本实施方式的电池模块包括膜部340，该膜部与衬垫部320连接并朝汇流条框架130突出。衬垫部320可以位于第二部分300a2上，并且膜部340可以位于第一部分300a1上。此时，如图12中所示，膜部340可以形成为与连接模块框架的底部300a的第一部分300a1和第二部分300a2的台阶紧密接触。根据本实施方式的膜部340可以与衬垫部320一体形成以构成绝缘加强构件345，或者可以附接到衬垫部320的下端。由于膜部340形成为与台阶紧密接触，因此可以进一步增强电池单元110的突起部110p与模块框架300之间的绝缘。
除了上文描述的差异外，参考图6描述的所有内容都可以适用于本实施方式。
同时，根据本公开的一个示例性实施方的一个或多个电池模块可以被包装在电池组壳体中以形成电池组。
上述的电池模块和包括该电池模块的电池组可以应用于各种装置。这些装置可以应用于诸如电动自行车、电动车辆、混合动力车辆之类的车辆，但本公开不限于此，并且可以应用于可使用该电池模块和包括该电池模块的电池组的各种装置，这也属于本公开的范围。
尽管上文参考优选实施方式示出并描述了本发明，但本公开的范围并不限于此，本领域的技术人员利用所附权利要求中描述的本发明的基本原理所做的许多其它变型和改善将属于本公开的精神和范围。
[附图标记说明]
110P：突起部
140：电池单元块
320：衬垫部
340：膜部
340p：突出膜部
345：绝缘加强构件

Claims (15)

1.一种电池模块，该电池模块包括：
电池单元堆，在该电池单元堆中堆叠有多个电池单元；
汇流条框架，所述汇流条框架与所述电池单元堆的前端和后端中的每一者联接；
框架构件，所述框架构件容纳包括所述电池单元堆和所述汇流条框架的电池单元块；
衬垫部，所述衬垫部位于所述框架构件的底部的一端；以及
膜部，所述膜部与所述衬垫部连接并朝所述汇流条框架突出。
2.根据权利要求1所述的电池模块，其中，
所述框架构件的所述底部包括第一部分和第二部分，所述第一部分位于相对于所述电池单元的纵向方向的边缘处，所述第二部分位于所述第一部分的内侧，并且所述第一部分的厚度比所述第二部分的厚度薄。
3.根据权利要求2所述的电池模块，
该电池模块进一步包括导热树脂层，该导热树脂层位于所述第二部分与所述电池单元堆之间，其中，所述衬垫部位于所述导热树脂层与所述第一部分之间。
4.根据权利要求3所述的电池模块，其中，
所述衬垫部位于所述第二部分上，并且所述膜部位于所述第一部分上。
5.根据权利要求2所述的电池模块，其中，
所述膜部形成为与连接所述框架构件的所述底部的所述第一部分和所述第二部分的台阶部分紧密接触。
6.根据权利要求1所述的电池模块，其中，
所述框架构件在相对于所述电池单元堆的电极引线突出的方向上的彼此面对的两侧是敞开的，所述汇流条框架在所述框架构件的敞开的所述两侧与所述电池单元堆连接，
所述汇流条框架包括：垂直于所述电极引线突出的方向布置的主框架；以及从所述主框架的下部延伸的弯曲部，并且
所述弯曲部位于所述框架构件的所述底部的所述第一部分上。
7.根据权利要求6所述的电池模块，其中，
所述膜部覆盖在所述汇流条框架的所述弯曲部与所述框架构件的所述底部的所述第二部分之间。
8.根据权利要求7所述的电池模块，其中，
所述膜部进一步包括突出膜部，该突出膜部位于所述汇流条框架的所述弯曲部与所述框架构件的所述底部的所述第一部分之间。
9.根据权利要求6所述的电池模块，其中，
所述弯曲部的厚度与所述第一部分的厚度之和比所述第二部分的厚度薄。
10.根据权利要求6所述的电池模块，其中，
所述电池单元包括在宽度方向上形成的突起部，并且该突起部位于所述弯曲部上。
11.根据权利要求1所述的电池模块，其中，
所述衬垫部和所述膜部一体形成。
12.根据权利要求1所述的电池模块，其中，
所述膜部附接到所述衬垫部的下端。
13.根据权利要求1所述的电池模块，
该电池模块进一步包括端板，每个端板均与所述框架构件的敞开的两侧联接，其中，所述框架构件的敞开的所述两侧相对于所述电池单元堆的所述电极引线突出的方向相互面对。
14.根据权利要求1所述的电池模块，其中，
所述框架构件包括：模块框架，该模块框架容纳所述电池单元块并具有敞开的上部；以及上板，该上板覆盖所述模块框架上的所述电池单元块，并且
所述模块框架包括所述框架构件的底部以及两个彼此面对的侧表面部。
15.一种电池组，其包括权利要求1所述的电池模块。
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