CN115152081A - 电池组及包括其的装置 - Google Patents

Abstract

根据本发明的实施例的电池组包括：电池单体堆，其中堆叠有多个电池单体；模块框架，容纳电池单体堆；端板，覆盖电池单体堆的前表面和后表面并耦接到模块框架；以及散热器，位于模块框架的底部的下方，其中，模块框架的底部构成散热器的上板，并且端板、模块框架以及散热器的安装固定结构形成为将它们共同紧固。

Description

电池组及包括其的装置

技术领域

相关申请的交叉引用

本申请要求于2020年4月9日在韩国知识产权局递交的韩国专利申请第10-2020-0043617号的优先权和权益，其全部内容通过引用并入本文中。

本发明涉及一种电池组及包括该电池组的装置，更具体地，涉及一种具有提高的冷却性能的电池组及包括该电池组的装置。

背景技术

在现代社会，随着诸如移动电话、笔记本电脑、便携式摄像机、数码相机等的便携式装置的日常使用，与上述的移动装置相关的领域的技术得到了积极地发展。此外，可充电二次电池被用作电动车辆(EV)、混合动力电动车辆(HEV)、插电式混合动力电动车辆(P-HEV)等的电源，试图解决由使用化石燃料的现有汽油车辆引起的空气污染等，因此，对二次电池的开发的需求越来越大。

目前商业化的二次电池包括镍镉电池、镍氢电池、镍锌电池以及锂二次电池等，在这些电池中，由于锂二次电池具有诸如与镍基二次电池相比几乎不表现出记忆效应并因此自由地充电和放电、并且具有非常低的自放电率和高能量密度的优点，从而锂二次电池备受关注。

这种锂二次电池主要使用锂基氧化物和碳质材料分别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，在所述电极组件中设置有分别涂覆有正极活性材料和负极活性材料的正极板和负极板，在正极板和负极板之间插设有隔板；以及电池壳体，所述电池壳体密封并容纳电极组件和电解液。

通常，根据外部材料的形状，锂二次电池可以分类为电极组件内置于金属罐中的罐型二次电池以及电极组件内置于铝层叠片的袋中的袋型二次电池。

在用于小型装置的二次电池的情况下，布置两个至三个电池单体，但是在用于诸如汽车的中型至大型装置的二次电池的情况下，使用多个电池单体电连接的电池模块。在电池模块中，通常，多个二次电池彼此串联和并联，从而提高容量和输出。此外，可以将一个或多个电池模块与诸如电池管理系统(BMS：Battery Management System)和冷却系统的各种控制和保护系统安装在一起，以形成电池组。

当二次电池被加热到高于适当温度时，二次电池的性能可能会劣化，并且在最严重的情况下，二次电池可能会爆炸或着火。特别地，在设置有多个二次电池(即，电池单体)的电池模块或电池组中，在狭小的空间内从多个电池单体中发出的热量积聚，这可能使电池模块的温度快速地和急剧地升高。换言之，在堆叠有多个电池单体的电池模块和安装有电池模块的电池组的情况下，可以获得高输出，然而，不容易去除在充电和放电过程中在电池单体中产生的热量。当没有恰当地执行电池单体的散热时，电池单体的劣化加速，其寿命缩短，并且爆炸或着火的可能性增加。

此外，当该电池模块被包括在车辆的电池组中时，电池模块可能频繁地暴露于阳光直射，并且还可能置于诸如夏季或沙漠的高温条件下。

因此，当配置电池模块或电池组时，确保稳定和有效的冷却性能非常重要。

图1示出了传统的电池模块的立体图，并且图2示出了沿着图1的线A-A’截取的剖视图。特别地，图2进一步示出了位于电池模块的下方的热传递构件和散热器。

参照图1和图2，在传统的电池模块10中，多个电池单体11被堆叠以形成电池单体堆20，并且电池单体堆20被容纳在模块框架30中。

如上所述，由于电池模块10包括多个电池单体11，从而在充电和放电过程期间产生大量热量。作为冷却单元，电池模块10可以包括位于电池单体堆20与模块框架30的底部31之间的热传导树脂层40。另外，当电池模块10被安装在电池组框架中以形成电池组时，热传递构件50和散热器60可以按顺序位于电池模块10的下方。热传递构件50可以是散热垫，并且散热器60可以在其中形成有制冷剂流路。

从电池单体11产生的热量依次通过热传导树脂层40、模块框架30的底部31、热传递构件50以及散热器60，以传递到电池模块10的外部。

由此，在传统的电池模块10的情况下，如上所述，热传递路径复杂，并且难以有效地传递从电池单体11产生的热量。模块框架30本身可能会降低导热特性，并且在模块框架30、热传递构件50和散热器60之间可能分别形成的诸如气隙(air gap)的细微空气层也可能是使热传导特性劣化的因素。

由于作为各种需求一直要求电池模块具有小型设计和大容量，因此实际上需要开发一种可以满足如上所述的各种需求的同时提高冷却性能的电池模块。

发明内容

技术问题

提出本发明的实施例以解决现有技术中提出的方法的上述问题，因此，本发明的目的是提供一种具有提高的冷却性能的电池组和包括该电池组的装置。

然而，本发明的目的不限于上述目的，并且在本发明的精神和范围内可以以各种方式进行扩展。

技术方案

本发明的实施例提供一种电池组，包括：电池单体堆，在所述电池单体堆中堆叠有多个电池单体；模块框架，所述模块框架容纳电池单体堆；端板，所述端板覆盖电池单体堆的前表面和后表面并且耦接到模块框架；以及散热器，所述散热器位于模块框架的底部的下方，其中，模块框架的底部构成散热器的上板，并且端板、模块框架以及散热器的安装固定结构以共同紧固方法形成。

电池组可以进一步包括电池组框架，所述电池组框架位于散热器的下方并且耦接到模块框架，其中，安装固定结构可以耦接到电池组框架。

端板可以包括第一安装部，所述第一安装部向从电池单体突出的电极引线的突出方向延伸，模块框架可以包括第二安装部，所述第二安装部从底部沿第一安装部延伸，散热器可以包括第三安装部，所述第三安装部沿第一安装部延伸，可以在第一安装部、第二安装部以及第三安装部中分别形成有第一通孔、第二通孔以及第三通孔，并且第一通孔、第二通孔以及第三通孔的位置可以设置成彼此相对应。

电池组可以进一步包括安装螺栓，所述安装螺栓穿过第一通孔、第二通孔以及第三通孔而耦接到电池组框架的紧固孔。

安装螺栓可以在其上端处包括头部，并且头部可以具有比第一通孔大的直径。

散热器的供应管和底部可以形成制冷剂流路。

底部可以与制冷剂直接接触。

供应管可以为U形管，并且底部可以位于U形管的敞开的上侧处。

供应管可以包括用于引入制冷剂的入口和用于排放制冷剂的出口。

电池组可以进一步包括：电池组框架，所述电池组框架位于散热器的下方而耦接到模块框架；以及电池组制冷剂供应管，所述电池组制冷剂供应管位于电池组框架与散热器之间以将制冷剂供应到供应管。

在电池组制冷剂供应管中形成的开口可以连接到入口。

入口和出口中的至少一个可以包括围绕其外周的密封构件，并且围绕入口的密封构件可以位于供应管与电池组制冷剂供应管之间。

电池组可以进一步包括热树脂层，所述热树脂层位于模块框架的底部与电池单体堆之间。

有益效果

根据本发明的实施例，可以提供一种通过模块框架和散热器的一体结构而具有提高的冷却性能的电池模块。

此外，可以通过紧固将端板、模块框架以及散热器固定在一起，从而简化制造工艺并且提高各部件之间的可装配性。

此外，可以通过去除不必要的冷却结构和紧固结构来降低成本，并且能够提高空间利用，从而提高电池模块的容量或输出。

附图说明

图1示出了传统的电池模块的立体图。

图2示出了沿着图1的线A-A’截取的剖视图。

图3示出了根据本发明的实施例的电池组的局部立体图。

图4示出了图3的电池组中包括的电池模块的分解立体图。

图5示出了沿图3的线B截取的剖面的部分的剖视图。

图6示出了图4的电池模块中包括的端板、U形框架以及散热器的立体图。

图7示出了从下方观察时图4的电池模块的平面图。

图8示出了图4的电池模块中包括的散热器的立体图。

具体实施方式

在下文中，将参照示出了本发明的实施例的附图更完整地描述本发明。如同本领域技术人员能够认识到的，可以以各种不同的方式修改所描述的实施例，所有的方式没有背离本发明的精神或范围。

为了清楚地描述本发明，省略与描述无关的部分或部件，并且在整个说明书中由相同的附图标记来表示相同或类似的构成要素。

此外，在附图中，为了便于描述，各个元件的尺寸和厚度被任意示出，而本公开不必限于附图中所示的内容。在附图中，为了清楚起见，夸大了层、膜、面板、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。

应当理解，当诸如层、膜、区域、或基板的要素被称为在另一个要素“上”时，其可以直接在另一个要素上或者也可以存在中间元件。反之，当要素被称为“直接”在另一个元件上时，是指不存在中间元件。此外，在说明书中，用语“上”或“上方”是指位于对象部分之上或之下，并不一定意味着基于重力方向位于对象部分的上侧。

此外，除非明确有相反的说明，否则术语“包括”和诸如“包含”或“具有”的变型将被理解为隐含包括所述要素而不排除任何其它要素。

此外，在整个说明书中，用语“在平面图中”或“在平面上”是指从顶部观察目标部分，并且用语“在剖视图中”或“在横截面上”是指从侧面观察通过垂直切割目标部分形成的横截面。

图3示出了根据本发明的实施例的电池组的局部立体图，图4示出了图3的电池组中包括的电池模块的分解立体图。

参照图3和图4，根据本发明的实施例的电池组1000包括电池模块100，并且电池模块100包括：电池单体堆200，在所述电池单体堆200中堆叠有多个电池单体110；模块框架300，所述模块框架300用于容纳电池单体堆200；端板600，所述端板600覆盖电池单体堆200的前表面(y轴方向)和后表面(y轴的相反方向)并且耦接到模块框架300；以及散热器500，所述散热器500位于模块框架300的底部321的下方。

模块框架300的底部321构成散热器500的上板，并且端板600、模块框架300以及散热器500的安装固定结构以共同紧固方法形成。在下文中将参照图5和图6详细描述共同紧固方法。

根据本实施例的电池组1000可以进一步包括耦接到模块框架300的电池组框架1100，并且电池组框架1100可以位于散热器500的下方。模块框架300可以通过在安装固定结构中包括的固定构件耦接到电池组框架1100。

首先，电池单体110优选为袋型电池单体。可以通过将电极组件容纳在包括树脂层和金属层的层叠片的袋型壳体中，然后热熔袋型壳体的密封部，来制造袋型电池单体。电池单体110可以形成为具有矩形片状结构。

可以构成多个电池单体110，并且多个电池单体110堆叠成彼此电连接，以形成电池单体堆200。具体地，如图4所示，可以沿与x轴平行的方向堆叠多个电池单体110。

容纳电池单体堆200的模块框架300可以包括上盖310和U形框架320。

U形框架320可以包括底部321以及从底部321的两端向上延伸的两个侧部322。底部321可以覆盖电池单体堆200的下表面(z轴的相反方向)，并且侧部322可以覆盖电池单体堆200的两个侧表面(x轴方向和x轴方向的相反方向)。

上盖310可以形成为具有单板形状结构，该单板形状结构围绕除了被U形框架320围绕的下表面和两个侧表面之外的剩余的上表面(z轴方向)。上盖310和U形框架320可以在彼此对应的角部彼此接触的状态下通过焊接等被耦接，来形成在上下左右覆盖电池单体堆200的结构。电池单体堆200可以通过上盖310和U形框架320被物理保护。为此目的，上盖310和U形框架320可以包括具有预定强度的金属材料。

同时，尽管没有具体示出，然而，根据变型例的模块框架300可以为上表面、下表面以及两个侧表面一体化的金属板形式的单框架。即，U形框架320和上盖310没有相互耦接，但是可以通过挤压成型来制造，并且具有上表面、下表面以及两个侧表面一体化的结构。

端板600的位置可以设置成覆盖电池单体堆200的前表面(y轴方向)和后表面(y轴的相反方向)的位置。端板600可以以物理方式保护电池单体堆200和其它电子元件免受外部冲击，并且端板600可以设置有电池模块安装结构，以将电池模块固定到电池堆框架。

同时，尽管没有具体示出，然而安装有汇流条的汇流条框架和用于电绝缘的绝缘盖可以位于电池单体堆200与端板之间。

在下文中，将详细描述共同紧固方法。

图5示出了沿图3的线B截取的横截面的一部分的剖视图，图6示出了图4的电池模块中包括的端板、U形框架以及散热器的立体图。

参照图3至图6，端板600可以包括第一安装部640，所述第一安装部640沿从电池单体堆200中包括的电池单体110突出的电极引线的突出方向(y轴方向)延伸。换言之，第一安装部640可以从基于端板600与电池单体堆200所位于的一个侧表面相对的另一侧表面突出。

模块框架300可以包括从底部321沿第一安装部640延伸的第二安装部340。散热器500可以包括沿第一安装部640延伸的第三安装部540。

可以在第一安装部640、第二安装部340以及第三安装部540中分别形成第一通孔641、第二通孔341以及第三通孔541。换言之，可以在第一安装部640中形成第一通孔641，可以在第二安装部340中形成第二通孔341，并且可以在第三安装部540中形成第三通孔541。第一通孔641、第二通孔341以及第三通孔541可以形成为沿垂直于底部321的方向(z轴方向)贯穿。

所有的第一安装部640、第二安装部340以及第三安装部540可以被配置为彼此重叠，因此，第一通孔641、第二通孔341以及第三通孔541的位置可以设置成彼此对应。

可以在电池组框架1100中形成与第一通孔641、第二通孔341以及第三通孔541对应的紧固孔1110，并且安装螺栓700可以穿过第一通孔641、第二通孔341以及第三通孔541以耦接到紧固孔1110。在这种情况下，下文中将要描述的电池组制冷剂供应管1200可以被设计为避开电池组框架1100上的安装螺栓700而穿过。

安装螺栓700在其上端包括头部710，并且头部710优选地具有比第一通孔641大的直径以进行固定。

端板600、模块框架300以及散热器500的安装和固定可以通过第一安装部640、第二安装部340、第三安装部540以及安装螺栓700以共同紧固方法形成。即，上述的部件可以被共同地固定到电池组框架1100。

与对各个部件执行安装和固定不同，由于通过上述的共同紧固方法来执行固定，因此可以简化根据本实施例的电池组1000的制造工艺，并且可以提高各部件之间的可装配性。

此外，由于通过减少不必要的紧固结构来实现共同紧固方法，因此能够降低成本并且提高电池组的空间利用。

在下文中，将详细描述模块框架300和散热器500的一体冷却结构。

图7示出了从下方观察图4的电池模块的平面图，图8示出了图4的电池模块中包括的散热器的立体图。

参照图4、图5、图7以及图8，模块框架300的底部321构成散热器500的上板，并且散热器500的供应管510和模块框架300的底部321可以形成制冷剂流路。

具体地，散热器500的供应管510可以为U形管，并且底部321可以位于U形管的敞开的上侧。这里，U形管是指在图4中沿xz平面或yz平面切割的供应管510的横截面为U形。即，敞开的上部结构表示为U形管。随着散热器500与底部321接触，供应管510与底部321之间的空间变成供制冷剂流动的区域，即制冷剂的流路。因此，底部321可以与制冷剂直接接触。

散热器500的供应管510的制造方法没有具体限制，然而通过提供相对于板形的散热器500凹陷的结构，可以形成具有敞开的上侧的U形的供应管510。

同时，如图5所示，包括热树脂的热树脂层400可以位于模块框架300的底部321与电池单体堆200之间。可以通过将热树脂涂覆到底部321并且将涂覆的热树脂固化，来形成热树脂层400。

热树脂包括导热粘合材料，具体地，可以包括硅材料、聚氨酯材料和丙烯酸材料中的至少一种。热树脂由于在涂覆期间为液体并在涂覆之后固化，因此可以用于固定构成电池单体堆200的一个或多个电池单体110。此外，其具有优异的导热特性，从而其可以将在电池单体110中产生的热量快速地传递到电池模块的下侧。

在图2所示的传统的电池模块10中，在电池单体11中产生的热量依次通过热树脂层40、模块框架30的底部31、热传递构件50以及散热器60的制冷剂，以传递到电池模块10的外部。此外，散热器60的制冷剂流路位于散热器60的内部。

另一方面，根据本实施例的电池模块100可以实现模块框架300和散热器500的冷却一体结构，以进一步提高冷却性能。具体地，在电池单体110中产生的热量可以穿过热树脂层400、模块框架300的底部321以及制冷剂，以传递到电池模块100的外部。通过去除传统的不必要的冷却结构，可以简化热传递路径，并且可以减小各层之间的气隙，从而可以提高冷却效率或性能。具体地，由于底部321由散热器500的上板构成，从而底部321与制冷剂直接接触，具有可以通过制冷剂进行更直接冷却的优点。其可与散热器60的上部结构和热传递构件50位于底部31和制冷剂之间从而冷却效率降低的图2所示的现有技术相比较。

此外，通过去除不必要的冷却结构，降低了电池模块100的高度，从而降低了成本并提高了电池组1000的空间利用。此外，由于可以紧凑地设置电池模块100，因此可以提高电池组1000的容量或输出。

同时，底部321可以通过焊接接合到散热器500的没有形成供应管510的部分。本实施例通过模块框架300的底部321和散热器500的冷却一体化结构，如上所述，可以提高冷却性能，可以支撑在模块框架300中容纳的电池单体堆200的负载，并且可以提高电池模块100的刚性。

为了有效地冷却，优选地，如图7所示，供应管510全体形成在模块框架300的底部321中。为此，供应管510可以弯曲至少一次，以从一侧连接到另一侧。具体地，优选地，供应管510可以弯曲数次以在底部321中全体形成供应管510。

同时，根据本实施例的供应管510可以包括用于引入制冷剂的入口520和用于排放制冷剂的出口530。具体地，当供应管510从一侧连接到另一侧时，可以在供应管510的一个下端部设置入口520，并且可以在供应管510的另一个下端部设置出口530。

电池组1000可以包括位于电池组框架1100与散热器500之间的电池组制冷剂供应管1200，以将制冷剂供应到供应管510。

可以在电池组制冷剂供应管1200中形成开口1210，并且开口1210可以连接到入口520。具体地，开口1210可以设置在面对供应管510的同时与入口520对应的位置处，以连接到入口520并与入口520彼此接触。尽管没有具体示出，然而可以以相同方式，在电池组制冷剂排出管(未示出)中形成连接到出口530的开口。

因此，沿电池组制冷剂供应管1200移动的制冷剂可以通过入口520引入到散热器500的供应管510中。沿供应管510移动的制冷剂可以通过出口530回收到电池组制冷剂排出管(未示出)。

同时，入口520和出口530中的至少一个可以包括围绕其外周的密封构件521。围绕入口520的密封构件521可以位于供应管510与电池组制冷剂供应管1200之间，并且围绕出口530的密封构件可以位于供应管510与电池组制冷剂排出管(未示出)之间。通过密封构件521，当引入和排出制冷剂时，可以防止制冷剂泄漏。尽管对根据本实施例的密封构件521的结构没有限制，然而可以应用图示的垫片(gasket)形构件或阀端口(valve port)构件。

此外，如图5所示，由于端板600、模块框架300、散热器500以及电池组制冷剂供应管1200根据共同紧固方法通过安装螺栓700的紧固力而牢固地彼此直接接触，从而可以降低在它们之间的制冷剂泄漏的可能性。

同时，制冷剂是用于冷却的介质，并且没有具体限制，可以为冷却剂。

同时，可以在供应管510中形成分隔壁511。分隔壁511可以向上突出，以形成沿供应管510延伸的结构。通过增加供应管510的宽度并且在其中心处形成分隔壁511并且通过降低制冷剂流路的宽度，能够使制冷剂的压降最小化并且降低制冷剂的温度偏差。

在本发明中，尽管使用了表示诸如前、后、左、右、上以及下的方向的术语，然而这些术语仅是为了便于说明，并且可以根据目标对象或观察者的位置而改变。

如上所述的根据本实施例的一个或多个电池模块可以与诸如电池管理系统(BMS)和冷却系统的各种控制和保护系统安装在一起，以形成电池组。

电池模块或电池组可应用于各种装置。具体地，其可以应用于诸如电动自行车、电动汽车、混合动力车辆等的交通运输设备，然而不限于此，并且可以应用于可以使用二次电池的各种装置。

尽管已经结合了目前被认为是实际的实施例描述本发明，然而，应当理解，本发明不限于所公开的实施例，然而，反之，本发明旨在覆盖在所附权利要求的精神和范围内包括的各种修改和等同布置。

附图标记的说明

100：电池模块

110：电池单体

200：电池单体堆

300：模块框架

310：上盖

320：U形框架

400：热树脂层

500：散热器

510：供应管

600：端板

700：安装螺栓

1000：电池组

1100：电池组框架

1200：电池组制冷剂供应管

Claims (14)

1.一种电池组，包括：

电池单体堆，在所述电池单体堆中堆叠有多个电池单体；

模块框架，所述模块框架容纳所述电池单体堆；

端板，所述端板覆盖所述电池单体堆的前表面和后表面并且耦接到所述模块框架；以及

散热器，所述散热器位于所述模块框架的底部的下方，

其中，所述模块框架的所述底部构成所述散热器的上板，并且

所述端板、所述模块框架以及所述散热器的安装固定结构以共同紧固方法形成。

2.根据权利要求1所述的电池组，还包括：

电池组框架，所述电池组框架位于所述散热器的下方并且耦接到所述模块框架，

其中，所述安装固定结构耦接到所述电池组框架。

3.根据权利要求2所述的电池组，其中，所述端板包括第一安装部，所述第一安装部向从所述电池单体突出的电极引线的突出方向延伸，

所述模块框架包括第二安装部，所述第二安装部从所述底部沿所述第一安装部延伸，

所述散热器包括第三安装部，所述第三安装部沿所述第一安装部延伸，

在所述第一安装部、所述第二安装部以及所述第三安装部中分别形成有第一通孔、第二通孔以及第三通孔，并且

所述第一通孔、所述第二通孔以及所述第三通孔的位置设置成彼此相对应。

4.根据权利要求3所述的电池组，还包括：

安装螺栓，所述安装螺栓穿过所述第一通孔、所述第二通孔以及所述第三通孔并耦接到所述电池组框架的紧固孔。

5.根据权利要求4所述的电池组，其中，

所述安装螺栓的上端包括头部，并且

所述头部的直径大于所述第一通孔的直径。

6.根据权利要求1所述的电池组，其中，所述散热器的供应管和所述底部形成制冷剂流路。

7.根据权利要求6所述的电池组，其中，所述底部与制冷剂直接接触。

8.根据权利要求6所述的电池组，其中，所述供应管为U形管，并且所述底部位于所述U形管的开放的上侧处。

9.根据权利要求6所述的电池组，其中，所述供应管包括用于引入制冷剂的入口和用于排出所述制冷剂的出口。

10.根据权利要求9所述的电池组，还包括：

电池组框架，所述电池组框架位于所述散热器的下方而耦接到所述模块框架；以及电池组制冷剂供应管，所述电池组制冷剂供应管位于所述电池组框架与所述散热器之间以将所述制冷剂供应到所述供应管。

11.根据权利要求10所述的电池组，其中，在所述电池组制冷剂供应管中形成的开口连接到所述入口。

12.根据权利要求10所述的电池组，其中，

所述入口和所述出口中的至少一个包括围绕所述入口和所述出口中的所述至少一个的外周的密封构件，并且

围绕所述入口的所述密封构件位于所述供应管与所述电池组制冷剂供应管之间。

13.根据权利要求1所述的电池组，还包括：热树脂层，所述热树脂层位于所述模块框架的所述底部与所述电池单体堆之间。

14.一种装置，包括根据权利要求1所述的电池组。

Images