CN115191054A - 电池模块及包括该电池模块的电池 - Google Patents

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Abstract

根据本发明的实施例的电池模块包括：电池单体堆，包括彼此堆叠的多个电池单体；模块框架，用于容纳电池单体堆；端板，覆盖电池单体堆的前表面和后表面并且耦接到模块框架；散热器，位于模块框架的底部的下方；以及至少两个冷却端口，连接到散热器以向散热器供应制冷剂。端板包括：第一安装部，位于端板的侧端部与至少两个冷却端口中的与侧端部相邻的冷却端口之间，并向从电池单体突出的电极引线的突出方向延伸；以及第二安装部，位于至少两个冷却端口中的两个相邻的冷却端口之间，并向从电池单体突出的电极引线的突出方向延伸。

Description

电池模块及包括该电池模块的电池
技术领域
相关申请的交叉引用
本申请要求于2020年4月29日在韩国知识产权局提交的韩国专利申请第10-2020-0052263号的优先权，其公开内容通过引用的方式整体并入本文。
本发明涉及一种电池模块及包括该电池模块的电池组，更具体地，涉及一种具有提高的强度的电池模块及包括该电池模块的电池组。
背景技术
在现代社会中，随着诸如移动电话、膝上型电脑、便携式摄像机和数码相机等便携设备的日常使用，与上述移动设备相关的技术已得到积极开发。此外，可充电和放电的可充电电池被用作电动汽车(EV)、混合动力电动汽车(HEV)、插电式混合动力电动汽车(P-HEV)的电源作为对诸如使用化石燃料的现有的汽油车辆的空气污染的解决方案，因此开发可充电电池的需求不断增加。
目前商业化的可充电电池包括镍镉电池、镍氢电池、镍锌电池和锂可充电电池。其中，与基于镍的可充电电池相比，锂可充电电池几乎没有记忆效应，因此以充放电自由、自放电率极低和能量密度高的优点而闻名。
这些锂可充电电池主要使用基于锂的氧化物和碳材料分别作为正极活性材料和负极活性材料。锂可充电电池包括：电极组件，在所述电极组件中正极板和负极板分别涂覆有正极活性材料和负极活性材料并且在正极板与负极板之间插设有隔板；以及电池壳体，所述电池壳体用于将电极组件与电解质一起密封和容纳。
通常，根据外部材料的形状，锂可充电电池可以分为电极组件嵌设在金属罐中的罐型可充电电池以及电极组件嵌设在铝层压板的袋中的袋型可充电电池。
在小型装置中使用的可充电电池的情况下，设置两个或三个电池单体，但在诸如汽车的中型装置至大型装置中使用的可充电电池的情况下，使用多个电池单体被电连接的电池模块。在这样的电池模块中，多个电池单体彼此串联或并联连接以形成电池单体堆，从而提高容量和功率。此外，可以将一个或多个电池模块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一起安装以形成电池组。
在可充电电池的情况下，当温度高于适合的温度时，可充电电池的性能可能劣化，并且在严重时有爆炸或起火的危险。特别地，多个可充电电池，即，具有电池单体的电池模块或电池组由于从多个电池单体发出的热量在狭窄空间中累积，因此可能具有更迅速和剧烈地升高的温度。换言之，在堆叠多个电池单体的电池模块和配备有这种电池模块的电池组的情况下，可以获得高功率，但不容易去除在充电和放电过程中从电池单体产生的热量。如果不能正常地进行电池单体的散热，则电池单体的劣化加速并且寿命缩短，并且爆炸或起火的可能性增加。
此外，车辆电池组中包括的电池模块可能经常暴露于直射阳光并且可能经受高温条件，例如夏季或沙漠地区。因此，在配置电池模块或电池组时，确保稳定和有效的冷却性能可能非常重要。
为此，用于冷却的散热器可以与电池模块一体形成。在这种情况下，用于将制冷剂注入散热器的结构的添加可能会导致结构上脆弱部分。特别地，当电池模块具有大面积以增加容量时，易受到振动或冲击的部分出现的可能性变高，因此需要开发用于解决该问题的单元。
发明内容
技术问题
本发明致力于提供一种电池模块及包括该电池模块的电池组，该电池模块的优点是在这种大型电池模块中确保冷却性能的同时提高结构稳定性。
然而，本发明的示例性实施例要解决的问题不限于上述问题并且可以在本发明所包括的技术构思的范围内进行各种扩展。
技术方案
根据本发明的示例性实施例，一种电池模块，包括：电池单体堆，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，所述端板覆盖电池单体堆的前表面和后表面并且接合到模块框架；散热器，所述散热器位于模块框架的底部的下方；以及至少两个冷却端口，所述至少两个冷却端口连接到散热器以向散热器供应制冷剂，其中，端板包括：第一安装部，所述第一安装部位于端板的侧端部与至少两个冷却端口中的与侧端部相邻的冷却端口之间，并且沿着从所述电池单体突出的电极引线的突出方向延伸；以及第二安装部，所述第二安装部位于至少两个冷却端口中的两个相邻的冷却端口之间，并且向从电池单体突出的电极引线的突出方向延伸。
第一安装部和第二安装部中的每一个可以包括形成为在与突出方向垂直的方向上贯穿第一安装部和第二安装部的通孔。
冷却端口中的一个可以是制冷剂注入口，冷却端口中的另一个可以是制冷剂排出口。
模块框架可以包括模块框架的底部的一部分从与至少两个冷却端口相对应的位置突出而形成的至少两个模块框架突起。
模块框架的底表面可以构成散热器的上板，模块框架的底部可以与制冷剂接触。
散热器可以包括从板形主体凹陷的凹部，凹部和由模块框架的底表面形成的上板可以被接合以形成制冷剂的流路。
凹部可以是U形管，并且底部可以位于U形管的敞开的上侧。
根据本发明的另一示例性实施例，电池组包括至少一个电池模块和位于散热器的下方以容纳电池模块的电池组框架。
第一安装部和第二安装部中的每一个可以包括形成为在与突出方向垂直的方向上贯穿第一安装部和第二安装部的通孔，电池组框架可以在与通孔相对应的位置处包括紧固孔，并且电池组框架可以包括安装螺栓，所述安装螺栓通过通孔接合到电池组框架的紧固孔。
第一安装部可以是两个，并且第一安装部和第二安装部与紧固孔耦接的部位可以有三个以上。
根据本发明的另一示例性实施例，装置包括至少一个上述电池组。
有益效果
根据示例性实施例，可以提供一种电池模块及包括该电池模块的电池组，该电池模块通过模块框架和散热器的一体化电池模块结构即使是大面积也具有提高的冷却性能并且对于振动和冲击具有提高的结构稳定性。
附图说明
图1是根据本发明的示例性实施例的电池模块的透视图。
图2是图1的电池模块的分解透视图。
图3是沿z轴方向观察到的图1的电池模块的仰视透视图。
图4是根据本发明的示例性实施例的电池组的局部透视图。
具体实施方式
在下文中，将参照附图详细描述本发明的示例性实施例，以使本领域技术人员能够实践本发明。本发明可以以各种不同的形式实施并且不限于本文所描述的示例。
为了更清楚地描述本发明，可以省略与描述无关的部分，并且在整个说明书中相同或相似的部件可以用相同的附图标记表示。
此外，为了便于说明，附图中所示的每个部件的尺寸和厚度可以任意示出，因此，本发明不一定限于附图中所示的示例性实施例。在附图中，为了清楚起见，可能夸大了各个层、区域等的厚度。在附图中，为了便于说明，可能夸大了部分层和区域的厚度。
此外，应当理解，当诸如层、膜、区域或基板的元件被称为在另一元件“上方”或另一个元件“上”时，它可以“直接在”另一个元件“上方”或者也可以存在中间元件。相反，当一个元件被称为“直接在”另一个元件“上方”时，不存在中间元件。此外，当元件在基准部分“上方”或“上”时，可以是指该元件位于基准部分上方或下方，并且不一定指该元件朝向重力的相反方向位于“上方”或“上”。
此外，除非明确地作出相反的描述，否则词语“包括”和诸如“包含”或“含有”的变型将被理解为暗示包括所述的要素但不排除任何其他要素。
在整个说明书中，当被称为“在平面图中”时，其是指从上方观察目标元件，当被称为“在剖面图中”时，其是指从侧面观察垂直切割目标元件而形成的剖面。
图1是根据本发明的示例性实施例的电池模块的透视图，图2是图1的电池模块的分解透视图，图3是沿z轴方向观察到的图1的电池模块的仰视透视图。
参照图1至图3，根据本发明的示例性实施例的电池模块100包括：堆叠有多个电池单体110的电池单体堆120；容纳电池单体堆120的模块框架200；端板400，端板400位于模块框架200的彼此对应的两个开口侧(y轴方向和其相反方向)上以覆盖电池单体堆120；以及用于冷却电池模块100的冷却端口500。另外，电池模块100可以包括位于模块框架200的底部210a下方的散热器300，并且可以包括将制冷剂供应到散热器300并且从散热器300排出制冷剂的至少两个冷却端口500。
电池单体110可以是袋型电池单体。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壳体中然后将袋壳体的外周热密封来形成这样的袋型电池单体。在这种情况下，电池单体110可以形成为矩形片状结构。电池单体110可以被配置为多个，并且多个电池单体110被堆叠以彼此电连接从而形成电池单体堆120。具体地，如图2所示，多个电池单体110可以在平行于x轴的方向上堆叠。
容纳电池单体堆120的模块框架200可以包括上盖220和U形框架210。
U形框架210可以包括底部210a和从底部210a的两个端部向上延伸的两个侧部210b。底部210a可以覆盖电池单体堆120的(在与z轴相反的方向上)的下表面，侧部210b可以覆盖电池单体堆120的(在x轴方向及其相反方向上)的两个侧表面。
上盖220可以形成为板形结构，其覆盖被U形框架210覆盖的下表面和除了两个侧面之外的上表面(z轴方向)。上盖220和U形框架210可以在其对应边缘部分彼此接触的状态下通过焊接等而彼此耦接，从而形成上下左右覆盖电池单体堆120的结构。电池单体堆120可以通过上盖220和U形框架210受到物理保护。为此，上盖220和U形框架210可以包括具有预定强度的金属材料。
同时，虽然没有具体示出，但是根据变型例的模块框架200可以是上表面、下表面和两个侧表面一体化的金属板形式的单框架。即，模块框架200可以通过挤压成型而制造成具有上表面、下表面和两个侧表面一体化的结构，而不是U形框架210和上盖220彼此耦接的结构。
根据本示例性实施例的模块框架200可以包括模块框架突起211，所述模块框架突起211形成为使得模块框架200的底部210a延伸穿过端板400。这里，通过与模块框架突起211的上表面连接的冷却端口500引入和排出的制冷剂可以通过模块框架突起211供应到散热器300并且从散热器300排出。
模块框架突起211和与其连接的冷却端口500可以设置为沿着模块框架200的一侧(例如，其的平行于附图的x轴方向的一侧)彼此间隔开。模块框架200的底部210a构成散热器300的上板，并且散热器300的凹部340和模块框架200的底部210a可以形成制冷剂的流路。
具体地，散热器300可以形成在模块框架200下方，散热器300可以包括下板310和作为制冷剂流过的路径的凹部340，该下板310形成散热器300的骨架并且通过焊接等直接耦接到模块框架200的底部210a。此外，散热器300可以包括从散热器300的一侧突出到模块框架突起211所位于的部分的散热器突起300P。
散热器突起300P和模块框架突起211可以通过焊接等直接彼此耦接。散热器300的凹部340对应于下板310向下凹陷的部分。凹部340可以是在与却剂流路延伸的方向垂直的x-y平面中切割的截面中的U形管，并且底部210a可以位于U形管的敞开的上侧上。随着散热器300与底部210a接触，凹部340与底部210a之间的空间变成制冷剂流经其中的区域，即制冷剂的流路。因此，模块框架200的底部210a可以与制冷剂直接接触。
对散热器300的凹部340的制造方法没有特别限制，但是可以通过提供相对于板状散热器凹陷的结构来形成具有敞开的上侧的U形凹部340。此外，模块框架200的底部210a可以通过焊接而接合到未在散热器300中形成凹部340的下板310的部分。这样，通过模块框架200的底部210a和散热器300的一体化的冷却结构，可以获得支撑容纳在模块框架200中的电池单体堆120的负载并且增强电池模块100的刚性的效果，以及上述的提高冷却性能的效果。此外，下板310和模块框架200的底部210a可以通过焊接等密封，使得制冷剂可以在形成于下板310内部的凹部340中流动而不会泄漏。同时，作为冷却介质的制冷剂可以是冷却水，但没有特别限制。
同时，虽然未示出，但是包括导热树脂的导热树脂层可以位于图4的模块框架200的底部210a与电池单体堆120之间。可以通过将导热树脂涂布到底部210a并且固化所涂布的导热树脂来形成导热树脂层。
导热树脂可以包括导热粘合剂材料，具体地，可以包括有机硅材料、聚氨酯材料和丙烯酸材料中的至少一种。导热树脂可以在涂布时处于液相，但在被涂布之后固化以将构成电池单体堆120的一个或多个电池单体110固定。此外，导热树脂可以具有优异的导热性以将在电池单体110中产生的热量快速传递到电池模块的下侧。
端板400可以形成为位于模块框架200的彼此对应的两个敞开侧(y轴方向及其相反方向)上以覆盖电池单体堆120。端板400可以物理地保护电池单体堆120和其他电气部件免受外部冲击。同时，虽然未具体示出，但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120与端板400之间。
另外，端板400可以包括多个安装部410和420用以将电池模块100固定到稍后描述的电池组的电池组外壳。多个安装部410和420可以相对于端板400从与电池单体堆120所位于的一侧相对的另一侧突出并延伸。即，多个安装部410和420形成为向从电池单体堆120中包括的电池单体100突出的电极引线的突出方向(y轴方向)延伸。
其中，第一安装部410可以定位成与端板400的两侧端部(即，图中的x轴方向上的两个端部)相邻。端板400的两个端部可以通过第一安装部410稳定地固定。第一安装部410可以设置于在模块框架200的两个端部处设置的一对端板400两者上。
第二安装部420对应于至少两个冷却端口500中的两个相邻的冷却端口500之间设置。例如，如图所示，当设置两个冷却端口500时，第二安装部420可以设置在两个冷却端口500之间。
在现有技术中，仅端板400的端部被配置为固定而没有该第二安装部420，但是随着电池模块100的面积增加，易受振动和冲击的部分进一步增加，从而增大了损坏的可能性。特别地，由于散热器300一体地形成在模块框架200的底部210a上，因此伴随有从模块框架200的底部210a突出的模块框架突起211等的结构变形，并且结构上的弱点在结构发生变形的部分中可能更成问题。随着部件之间的连接部(例如，冷却端口500与模块框架突起211之间的连接部以及散热器300的下板310与模块框架200之间的耦接部)的数量增加，由于振动和冲击造成的损坏可能会增加。
然而，在本发明的示例性实施例中，由于如上所述第二安装部420被进一步设置在相邻的冷却端口500之间，因此，即使在冷却端口500与散热器300一体地形成的结构和具有大面积的结构中，电池模块100也可以被稳定地固定以增加对振动和冲击的强度，并且可以防止对冷却端口500和散热器300连接到模块框架200等的部分的损坏。
此外，在附图中，冷却端口500形成为对应于一对端板400中的仅一个，但冷却端口500可以形成在两侧，此外，即使在未形成冷却端口500的端板400中，也可以另外设置第二安装部420以特别地补充由于大面积导致的结构弱点。此外，可以根据强度提高的需要进一步设置第二安装部420，而没有特别限制。
根据本示例性实施例的一个或多个电池模块100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一起被安装以形成电池组1000。
在下文中，将参照图4描述根据本发明的示例性实施例的电池组。
图4是根据本发明的示例性实施例的电池组的局部透视图。
参照图4，本发明的电池组1000包括电池模块100和容纳电池模块100的电池组框架1100。电池组框架1100可以位于电池模块100的散热器300的下方。
电池模块100可以通过端板400中包括的第一安装部410和第二安装部420被固定到电池组框架1100。也就是说，第一安装部410和第二安装部420包括在与从端板400突出的方向垂直的方向上(即，在图中的z轴方向上)贯穿的通孔。此外，电池组框架1100在与通孔相对应的位置处包括紧固孔。在通孔与紧固孔对齐的状态下，通过紧固贯穿通孔和紧固孔的安装螺栓700，将电池模块100固定到电池组框架1100。
这里，两个第一安装部410可以存在于一个端板400中以对应于两个侧端部，并且至少一个第二安装部420可以设置在相邻的冷却端口500之间，因此，在一个端板400中可以具有三个以上的固定点，第一安装部410和第二安装部420与电池组框架1100的紧固孔在所述固定点处彼此耦接。以这种方式，在电池模块100被固定到电池组框架1100时，在可能发生结构上的弱点的部分中额外设置固定点，从而可以防止在大面积、大容量电池模块100中由于电池模块100自身的重量造成的振动或冲击或下垂所导致的对电池模块100的损坏。
在示例性实施例中，使用了指示诸如前、后、左、右、上和下的方向的术语，但是这些术语仅是为了便于说明，并且可以根据对象的位置或观察者的位置而变化。
电池模块或电池组可以应用于各种装置。具体地，电池模块或电池组可以应用于诸如电动自行车、电动汽车、混合动力汽车等交通工具，但不限于此，并且可以应用于可以使用可充电电池的各种装置。
尽管已经结合示例性实施例描述了本发明，但是应当理解，本发明不限于所公开的示例性实施例，相反，旨在涵盖包括在所附权利要求的精神和范围内的各种修改和等效布置。
<附图标记说明>
200：模块框架
211：模块框架突起
300：散热器
400：端板
410：第一安装部
420：第二安装部
500：冷却端口
700：安装螺栓

Claims (11)

1.一种电池模块，包括：
电池单体堆，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接合到所述模块框架；
散热器，所述散热器位于所述模块框架的底部的下方；以及
至少两个冷却端口，所述至少两个冷却端口连接到所述散热器以向所述散热器供应制冷剂，
其中，所述端板包括：
第一安装部，所述第一安装部位于所述端板的侧端部与所述至少两个冷却端口中的与所述侧端部相邻的冷却端口之间，并且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；以及
第二安装部，所述第二安装部位于所述至少两个冷却端口中的两个相邻的冷却端口之间，并且所述第二安装部向从所述电池单体突出的所述电极引线的所述突出方向延伸。
2.根据权利要求1所述的电池模块，其中，所述第一安装部和第二安装部中的每一个包括形成为在与所述突出方向垂直的方向上穿过所述第一安装部和所述第二安装部的通孔。
3.根据权利要求1所述的电池模块，其中，所述冷却端口中的一个是制冷剂注入口，所述冷却端口中的另一个是制冷剂排出口。
4.根据权利要求1所述的电池模块，其中，
所述模块框架包括所述模块框架的底部的一部分从与所述至少两个冷却端口相对应的位置突出而形成的至少两个模块框架突起。
5.根据权利要求1所述的电池模块，其中，
所述模块框架的底表面构成所述散热器的上板，并且
所述模块框架的所述底部与所述制冷剂接触。
6.根据权利要求5所述的电池模块，其中，
所述散热器包括从板形主体凹陷的凹部，并且所述凹部和由所述模块框架的所述底表面形成的所述上板接合以形成所述制冷剂的流路。
7.根据权利要求6所述的电池模块，其中，
所述凹部为U形管，并且所述底部位于所述U形管的敞开的上侧。
8.一种电池组，包括：
至少一个根据权利要求1所述的电池模块；以及
电池组框架，所述电池组框架位于所述散热器的下方以容纳所述电池模块。
9.根据权利要求8所述的电池组，其中，
所述第一安装部和所述第二安装部中的每一个包括形成为在与所述突出方向垂直的方向上穿过所述第一安装部和所述第二安装部的通孔，
所述电池组框架在与所述通孔相对应的位置处包括紧固孔，并且
所述电池组框架包括安装螺栓，所述安装螺栓通过所述通孔接合到所述电池组框架的所述紧固孔。
10.根据权利要求9所述的电池组，其中，
所述第一安装部为两个，并且
所述第一安装部和所述第二安装部与所述紧固孔在三个以上的位置处耦接。
11.一种装置，包括根据权利要求8所述的电池组。
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