CN116195115A - 电池模块和包括该电池模块的电池组 - Google Patents

Abstract

根据本公开的一个实施例的电池模块包括：电池单体堆，其中堆叠有多个电池单体；模块框架，用于容纳电池单体堆并且在一个表面有开口；以及端板，覆盖模块框架的有开口的一个表面，其中，端板包括安装部，安装部中形成有安装孔，并且其中，安装孔开设在端板的下表面处，并且在安装孔的内表面形成有螺纹。

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11月17日向韩国知识产权局提交的韩国专利申请第10-2020-0153468号的权益，该申请公开的全部内容通过引用并入本文。

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，涉及一种具有提高的空间利用率的电池模块和包括该电池模块的电池组。

背景技术

在现代社会，随着便携式设备例如移动电话、笔记本电脑、摄像机和数码相机的日常使用，已经开始了与如上所述移动设备相关的领域中的技术开发。另外，可充电/可放电的二次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)等的电源，以试图解决使用化石燃料的现有汽油车造成的空气污染等问题。因此，二次电池的开发需求日益增长。

目前商业化的二次电池包括镍镉电池、镍氢电池、镍锌电池、锂二次电池等。其中，锂二次电池因其与镍基二次电池相比具有几乎不表现出记忆效应因此可自由充放电、自放电率非常低、能量密度高的优点而备受瞩目。

这种锂二次电池主要使用锂基氧化物和碳材料分别作为阴极活性材料和阳极活性材料。锂二次电池包括电极组件和电池壳体，在电极组件中设置有各自涂覆有阴极活性材料和阳极活性材料的阴极板和阳极板并且隔膜(separator)插设在它们之间，电池壳体密封并容纳电极组件以及电解质溶液。

通常，锂二次电池可以基于外部材料的形状被分类为电极组件内置在金属硬壳(can)中的硬壳型二次电池和电极组件内置在铝层压板制成的软包中的软包型二次电池。

在用于小型设备的二次电池的情况下，设置两到三个电池单体，但是在用于中型或大型设备例如汽车的二次电池的情况下，使用将电连接了大量的电池单体的电池模块。在这种电池模块中，大量的电池单体彼此串联或并联连接以形成电池堆，从而提高容量和输出功率。此外，可以将一个或多个电池模块与各种控制和保护系统(例如，BMS(电池管理系统)和冷却系统)安装在一起以形成电池组。

图1是示出常规电池模块的透视图，图2是沿图1的切割线A-A'截取的剖视图，图3是示出图1的电池模块中包括的端板的透视图。特别地，图3示出了端板的面对电池单体的表面。

参照图1至图3，可以通过将多个电池单体20容纳在模块框架30中，然后将端板40接合到模块框架30来制造常规电池模块10。当集合多个电池模块10以构成电池组时，或者当将电池模块安装在车辆等上时，可以将各电池模块10固定到例如电池组框架的结构(未示出)。此时，可以通过在四个角部形成安装结构来固定常规电池模块10。具体地，可以在电池模块10的端板40的两端形成能够供螺栓40B插入的安装孔40H。将螺栓40B沿向下方向插入安装孔40H中，并使螺母40N与螺栓40B的端部结合，从而能够将电池模块10固定到电池组框架等。

然而，在常规电池模块10的情况下，由于螺栓40B具有向下插入的形式，因此安装孔40H如图所示具有沿高度方向(平行于z轴的方向)延伸的形式。因此，参照图2和图3，会浪费与在端板40和电池单体20之间形成安装孔40H的空间一样多的空间。也就是说，为了固定电池模块10，在端板40的两端形成沿高度方向延伸的安装孔40H，但这会导致电池模块10的空间利用率下降。

提高电池模块的空间利用率与电池组的性能直接相关，例如提高电池模块和包括该电池模块的电池组的能量密度，或者能够实现电池组的小型化，因此需要提高电池模块的空间利用率。

发明内容

技术问题

本公开的目的是提供一种能够在形成安装结构的同时在内部提供额外空间的电池模块，以及包括该电池模块的电池组。

然而，本公开的实施例要解决的问题不限于上述问题，并且可以在包括在本公开中的技术思想的范围内进行各种扩展。

技术方案

根据本公开的一个方面，提供了一种电池模块，包括：电池单体堆，其中堆叠有多个电池单体；模块框架，用于容纳电池单体堆并且在一个表面有开口；以及端板，覆盖模块框架的有开口的一个表面，其中，端板包括安装部，安装部中形成有安装孔，并且其中，安装孔开设在端板的下表面处，并且在安装孔的内表面形成有螺纹。

安装部的高度可以是端板的高度的0.5倍以下，并且在端板与电池单体堆之间的安装部的上部中可以设置空的空间。

端板可以包括主体部、第一侧部和第二侧部、上侧部和下侧部。主体部可以面对电池单体堆，第一侧部和第二侧部、上侧部和下侧部可以分别从主体部的两侧、上侧和下侧在垂直于主体部的一个表面的方向上延伸。

安装孔可以开设在端板的下侧部的下表面处，并且安装部可以沿与主体部的该一个表面平行的方向延伸。

模块框架可以在其面对该一个表面的另一表面有开口，端板被配置为多个，并且可以分别覆盖模块框架的有开口的一个表面和有开口的另一表面。

根据本公开的另一方面，提供了一种电池组，包括：电池模块；电池组框架，容纳电池模块；以及螺栓，穿过形成在电池组框架的底部的通孔并且与安装孔结合。

螺栓可以向上与安装孔结合。电池组框架的底部可以包括用于支撑电池模块的安装板和位于安装板下方的下板。通孔形成在安装板中，螺栓可以穿过安装板的通孔以与安装孔结合。

在下板中，可以在对应于通孔的部分形成有开口。

电池组框架还可以包括位于电池模块的侧面上的侧面部。侧面部可以与安装板和下板中的每一者接触，并且密封构件可以位于侧面部与安装板之间。

在下板中可以形成有下通孔，螺栓可以穿过下板的下通孔和安装板的通孔以与安装孔结合。

电池组框架还可以包括位于电池模块的侧面上的侧面部，侧面部可以与安装板和下板中的每一者接触，并且密封构件可以位于侧面部与下板之间。

有益效果

根据本公开的实施例，在电池模块的下侧设置有安装孔，调节安装部的高度，从而能够在形成安装结构的同时，在其中提供额外的空间并提高空间利用率。

本公开的效果不限于上述效果，并且本领域技术人员将从所附权利要求的描述中清楚地理解上述未描述的其他附加效果。

附图说明

图1是示出常规电池模块的透视图。

图2是沿图1的切割线A-A’截取的剖视图。

图3是示出图1的电池模块中包括的端板的透视图。

图4是示出根据本公开的实施例的电池模块的透视图。

图5是图4的电池模块的分解透视图。

图6是图5的电池模块中包括的电池单体的透视图。

图7是示出图4的电池模块的下表面倒置为朝上的状态的局部透视图。

图8是图5的电池模块中包括的端板的透视图。

图9是根据本公开的实施例的电池模块和电池组框架的局部透视图。

图10是示出将根据本公开的实施例的电池模块安装在电池组框架上的状态的示意图。

图11是示出将根据本公开的修改实施例的电池模块安装在电池组框架上的状态的示意图。

具体实施方式

在下文中，将参照附图详细描述本公开的各种实施例，以便本领域技术人员能够容易地实施这些实施例。本公开可以以各种不同的方式进行修改，并且不限于在此阐述的实施例。

为了清楚起见，本文将省略与说明无关的部分的描述，并且在整个说明书中相同的附图标记表示相同的元件。

此外，在附图中，为了描述方便，各元件的尺寸和厚度被任意示出，并且本公开不必限于附图中所示。在附图中，为了清楚起见，夸大了层、区域等的厚度。在附图中，为了描述方便，夸大了某些层和区域的厚度。

此外，应理解，当例如层、膜、区域或板的元件被称为在另一个元件“上”或“上方”时，它可以直接在另一个元件上，或可以存在中间元件。相反，当一个元件被称为“直接在”另一个元件“上”时，是指不存在其他中间元件。此外，词语“上”或“上方”是指设置在基准部之上或之下，并不一定意味着设置在基准部的朝向重力的相反方向的上端。

此外，在整个说明书中，当一部分被称为“包括”某个部件时，除非另有说明，否则是指该部分可以进一步包括其他部件而不排除其他部件。

此外，在整个说明书中，当被称为“平面”时，是指从上侧观察目标部分时，而当被称为“横截面”时，是指从垂直切割的横截面侧观察目标部分时。

图4是示出根据本公开的实施例的电池模块的透视图。图5是图4的电池模块的分解透视图。图6是图5的电池模块中包括的电池单体的透视图。

参照图4至图6，根据本公开的一个实施例的电池模块100a包括堆叠有多个电池单体110的电池单体堆200、容纳电池单体堆200并在一个表面有开口的模块框架300以及覆盖模块框架300的有开口的一个表面的端板400。

首先，电池单体110优选为软包型电池单体，并且可以形成为矩形片状结构。例如，根据本实施例的电池单体110具有两个电极引线111和112彼此面对并分别从一端和另一端突出的结构。

特别地，参照图6，根据本实施例的电池单体110具有两个电极引线111和112彼此面对并分别从一端114a和另一端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)并从电极组件(未示出)突出到电池单体110的外部。

同时，可以通过在电极组件(未示出)容纳在电池单体外壳114的状态下将电池单体外壳114的两端114a和114b以及连接它们的一个侧部114c接合来制造电池单体110。换言之，根据本实施例的电池单体110总共具有三个密封部114sa、114sb、114sc，密封部114sa、114sb、114sc具有通过例如热封的方法密封的结构，其余的另一个侧部可以由连接部115构成。电池单体外壳114可以由包括树脂层和金属层的层压板构成。

此外，连接部115可以沿着电池单体110的一个边缘延伸得较长，并且可以在连接部115的端部形成有被称为蝙蝠耳(bat-ear)的电池单体110的突起部110p。然而，突起部110p是示例性的结构，并且根据本公开的另一实施例的电池单体110可以具有未形成突起部并且连接部115沿直线延伸的形式。

电池单体110可以被配置为多个，并且多个电池单体110可以被堆叠并且彼此电连接，从而形成电池单体堆200。特别地，多个电池单体110可以沿y轴方向堆叠。因此，电池单体110的一个电极引线111可以朝向x轴方向突出，另一个电极引线112可以朝向-x轴方向突出。

模块框架300不仅可以在一个表面处开口，而且可以在面对一个表面的另一表面处开口。更具体地，模块框架300可以在电极引线111和112相对于电池单体堆200突出的两个方向上开口。端板400可以被配置为多个，并且可以分别覆盖模块框架300的有开口的一个表面和有开口的另一表面。电池单体堆200容纳在模块框架300和端板400中，从而能够物理地保护电池单体堆200。为此，模块框架300和端板400可以包括具有预定强度的金属材料。同时，模块框架300和端板400可以在相应的角部彼此接触的状态下通过例如焊接的方法接合。

同时，根据本实施例的电池模块100还可以包括汇流条框架500，汇流条510和端子汇流条520安装在汇流条框架500上。

汇流条510和端子汇流条520可以接合到电池单体110的电极引线111和112以将多个电池单体110电连接。具体地，安装有汇流条510和端子汇流条520的汇流条框架500可以设置在电池单体堆200的一个表面(x轴方向)和另一表面(-x轴方向)上。电池单体堆200的一个表面(x轴方向)和另一表面(-x轴方向)对应于电池单体110的电极引线111和112突出的方向上的表面。换言之，汇流条框架500可以位于电池单体堆200与端板400之间。

在汇流条框架500处可以形成引线狭缝，电极引线111和112可以在穿过引线狭缝后弯曲，并与汇流条510或端子汇流条520接合。只要可以物理和电性连接，对接合方法不特别限制，例如可以进行焊接接合。

同时，可以在汇流条510或端子汇流条520中形成狭缝，狭缝可以位于与汇流条框架500的引线狭缝对应的位置。穿过引线狭缝的电极引线111和112可以通过穿过汇流条510的狭缝或端子汇流条520的狭缝而弯曲。

同时，端子汇流条520的一部分可以暴露于电池模块100的外部。具体地，在端板400或绝缘盖(未示出)中形成有开口，并且端子汇流条520的一部分可以如图4所示那样露出。露出的端子汇流条520的一部分可以连接到另一个电池模块或BDU(电池包断路单元)等以实现高压(HV)连接。这里，HV连接是起到用于提供电力的电源作用的连接，是指电池单体之间的连接或电池模块之间的连接。

接下来，将参照图7和图8详细描述根据本公开的实施例的端板、安装部和安装孔。

图7是示出图4的电池模块的下表面倒置为朝上的状态的局部透视图。图8是图5的电池模块中包括的端板的透视图。特别地，图8示出了端板的面对电池单体堆的表面。

参照图5、图7和图8，根据本实施例的端板400包括形成有安装孔400H的安装部400M。安装孔400H开设在在端板400的下表面处，并且在安装孔400H的内表面形成有螺纹。

更具体地，根据本实施例的端板400可以包括主体部450、第一侧部410和第二侧部420、上侧部430和下侧部440。主体部450是面对电池单体堆200的部分，第一侧部410和第二侧部420、上侧部430和下侧部440是从主体部450的两侧、上侧和下侧沿垂直于主体部450的一个表面的方向延伸的部分。也就是说，根据本实施例的端板400可以具有在面对电池单体堆200的一个表面有开口的盖的形状。

此时，根据本实施例的安装孔400H可以在端板400的下部440的下表面有开口，并且安装部400M可以沿与主体部450的一个表面平行的方向延伸。因此，在用于将电池模块100固定到电池组框架等的安装结构中，插入到安装孔400H中的螺栓可以向上与安装孔400H结合。

同时，参照图8，形成有安装孔的安装部400M的高度h2可以是端板400的高度h1的0.5倍以下。在另一示例中，安装部400M的高度h2可以为端板400的高度h1的0.3倍以下，更优选为0.2倍以下。也就是说，由于根据本实施例的安装孔400H在端板400的下部440的下表面有开口，因此与图3所示的常规端板40不同，安装部400M的高度不需要以与端板400的高度相同的方式形成。即使安装部400M的高度h2形成为比端板400的高度h1低0.5倍以下，也能够充分固定电池模块100。因此，可以在端板400与电池单体堆200之间的安装部400M的上部设置空的空间。高度的下限不特别限制，但是安装部400M的高度h2可以为端板400的高度h1的0.05倍以上以具有最小紧固程度。常规电池模块10具有在高度方向较长的安装孔40H结构，需要确保用于安装和紧固的空间，而根据本实施例的电池模块100可以实现在高度方向上较短的安装孔400H结构，因此可以在电池模块100内确保额外的空间。可以利用该空间，例如在一个方向上对现有技术中被浪费的空间进行配置以增加电池容量。由于这样的空间利用方面的优点，根据本实施例的电池模块和包括该电池模块的电池组可以具有能量密度或小型化方面的优点。

接下来，将参照图9和图10详细描述根据本公开的实施例的电池组。

图9是根据本公开的实施例的电池模块和电池组框架的局部透视图。图10是示出将根据本公开的实施例的电池模块安装在电池组框架上的状态的示意图。

参照图7、图9和图10，根据本公开的实施例的电池组1000包括电池模块100、容纳电池模块100的电池组框架1100以及穿过形成在电池组框架1100的底部1110中的通孔1111H以与安装孔400H的螺栓1200结合。

可以集合多个电池模块100以形成电池组1000，其中每个电池模块100可以固定到例如电池组框架1100的结构。此时，在电池组框架1100的底部1110中形成通孔1111H，螺栓1200向上穿过通孔1111H，然后可以紧固到电池模块100的安装孔400H。

更具体地，根据本实施例的电池组框架1100的底部1110可以包括用于支撑电池模块100的安装板1111，以及位于安装板1111下方的下板1112。

通过在安装板1111中形成上述通孔1111H，可以支撑电池模块100，同时将电池模块100固定到安装板1111，从而形成安装结构。也就是说，电池模块100的安装孔400H和螺栓1200可以在安装板1111插设在它们之间的状态下结合。

同时，下板1112位于安装板1111的下方，尽管图中未具体示出，在安装板1111与下板1112之间可以设置用于冷却电池模块100的冷却水供应管等设备。

同时，参照图10，在根据本实施例的下板1112中，可以在与形成在安装板1111中的通孔1111H对应的部分形成有开口1112P。也就是说，可以在基于Z轴方向对应于通孔1111H的部分的每一个中形成具有开口形状的开口1112P。如上所述，根据本实施例的螺栓1200向上与电池模块100的安装孔400H结合，但是需要空间来安装用于组装螺栓1200的设备。因此，通过在下板1112中形成开口1112P，提供了用于组装螺栓1200的空间。

同时，电池组框架1100还可以包括位于电池模块100的侧面的侧面部1120和底部1110。侧面部1120可以形成台阶结构并且与安装板1111和下板1112中的每一者接触。此时，具有粘合性的密封构件1300可以位于侧面部1120与安装板1111之间。也就是说，侧面部1120和安装板1111被粘合固定，同时它们之间的间隙可以被密封构件1300密封。由于根据本实施例的密封构件1300位于侧面部1120与安装板1111之间，因此即使形成有开口1112P，侧面部1120与安装板1111之间的空间也被密封，由此可以防止水等流入电池组框架1100。

同时，如果侧面部1120和安装板1111具有粘合性以便它们可以粘合、固定和密封，则密封构件1300的材料不受特别限制。如上所述，必须确保用于组装螺栓1200的空间，例如在下板1112中形成开口1112P，并且需要在安装板1111和侧面部1120之间进行密封以防止流入水。因此，优选地，密封构件1300位于侧面部1120与安装板1111之间以被粘合和密封。

图11是示出将根据本公开的修改实施例的电池模块安装在电池组框架上的状态的示意图。为了避免重复描述，省略了与上述内容重叠的部分。

参照图11，根据本公开的修改实施例的电池组框架1100的底部1110可以包括用于支撑电池模块100的安装板1111和位于安装板1111下方的下板1112’。电池组框架1100还可以包括位于电池模块100的侧面上的侧面部1120。

此时，根据本实施例的下板1112’可以形成有下通孔1112H而不是开口，并且下板1112’的下通孔1112H可以位于基于Z轴方向与安装板1111的通孔1111H对应的位置。此外，根据本实施例的螺栓1200'形成为比图10中描述的螺栓1200长，并且在依次穿过下板1112’的下通孔1112H和安装板1111的通孔1111H之后，可以与电池模块100的安装孔400H结合。

此时，根据本实施例的粘合密封构件1300'可以位于侧面部1120与下板1112’之间。由于根据本实施例，下板1112’的下通孔1112H通过螺栓1200’的插入自然地密封，所以用于防止水进入电池组框架1100的密封构件1300'可以位于侧面部1120与下板1112’之间。也就是说，根据本实施例的密封构件1300’可以在位于侧面部1120与下板1112’之间的同时起到防止水流入的功能。同时，如果需要，根据本实施例，可以在螺栓1200’的头部和下板1112’之间设置用于密封的环形止动件。

在本公开的实施例中使用了例如前侧、后侧、左侧、右侧、上侧和下侧的表示方向的术语，但所使用的术语是为了便于描述而提供的，并且可以根据物体的位置、观察者的位置等而变得不同。

上述的根据本公开的实施例的一个或多个电池模块可以与例如电池管理系统(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。

电池模块或电池组可以应用于各种设备。例如，可以将其应用于例如电动自行车、电动汽车和混合动力电动汽车的车辆装置，并且可以应用于能够使用二次电池的各种设备，但不限于此。

尽管以上参照优选实施例对本发明进行了图示和描述，本公开的范围不限于此，本领域技术人员可以利用所附权利要求中描述的本发明的基本原理设计出许多其他修改和改进，这些修改和改进也落入本公开的精神和范围内。

[附图标记说明]

100：电池模块

200：电池组

300：模块框架

400：端板

400M：安装部

400H：安装孔

Claims (12)

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，容纳所述电池单体堆并且在一个表面有开口；以及

端板，覆盖所述模块框架的有开口的所述一个表面，

其中，所述端板包括安装部，所述安装部中形成有安装孔，并且

其中，所述安装孔开设在所述端板的下表面处，并且在所述安装孔的内表面形成有螺纹。

2.根据权利要求1所述的电池模块，其中，所述安装部的高度是所述端板的高度的0.5倍以下，并且

在所述端板与所述电池单体堆之间的所述安装部的上部中设置有空的空间。

3.根据权利要求1所述的电池模块，其中，所述端板包括主体部、第一侧部和第二侧部、上侧部和下侧部，

所述主体部面对所述电池单体堆，并且

所述第一侧部和所述第二侧部、所述上侧部和所述下侧部分别从所述主体部的两侧、上侧和下侧在垂直于所述主体部的一个表面的方向上延伸。

4.根据权利要求3所述的电池模块，其中，所述安装孔开设在所述端板的所述下侧部的下表面处，并且

所述安装部沿与所述主体部的所述一个表面平行的方向延伸。

5.根据权利要求1所述的电池模块，其中，所述模块框架在面对所述一个表面的另一表面有开口，并且

所述端板被配置为多个，并且分别覆盖所述模块框架的有开口的所述一个表面和有开口的所述另一表面。

6.一种电池组，包括：

权利要求1所述的电池模块；

电池组框架，所述电池组框架容纳所述电池模块；以及

螺栓，穿过形成在所述电池组框架的底部的通孔并且与所述安装孔结合。

7.根据权利要求6所述的电池组，其中，所述螺栓向上与所述安装孔结合。

8.根据权利要求6所述的电池组，其中，所述电池组框架的所述底部包括用于支撑所述电池模块的安装板和位于所述安装板下方的下板，并且

所述通孔形成在所述安装板中，所述螺栓穿过所述安装板的所述通孔以与所述安装孔结合。

9.根据权利要求8所述的电池组，其中，在所述下板中，在对应于所述通孔的部分形成有开口。

10.根据权利要求8所述的电池组，其中，所述电池组框架还包括位于所述电池模块的侧面上的侧面部，

所述侧面部与所述安装板和所述下板中的每一者接触，并且

密封构件位于所述侧面部与所述安装板之间。

11.根据权利要求8所述的电池组，其中，在所述下板中形成有下通孔，并且

所述螺栓穿过所述下板的所述下通孔和所述安装板的所述通孔以与所述安装孔结合。

12.根据权利要求8所述的电池组，其中，所述电池组框架还包括位于所述电池模块的侧面上的侧面部，

所述侧面部与所述安装板和所述下板中的每一者接触，并且

密封构件位于所述侧面部与所述下板之间。

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