CN116368663A - 电池模块以及包括该电池模块的电池组和车辆 - Google Patents

电池模块以及包括该电池模块的电池组和车辆 Download PDF

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Abstract

根据本公开的实施例的电池模块包括：子模块，包括具有多个电池单体的电池单体堆组件和插设在相邻电池单体之间的散热片；模块壳体，被配置成容纳子模块；前密封板，被配置成覆盖模块壳体的纵向上的一侧的开口并具有冷却液入口；后密封板，被配置成覆盖模块壳体的纵向上的另一侧的开口并具有冷却液出口；以及感测组件，被配置成感测电池单体的电压。

Description

电池模块以及包括该电池模块的电池组和车辆
技术领域
本公开涉及一种电池模块，以及包括该电池模块的电池组和车辆，更具体地，涉及一种具有流入模块壳体中的绝缘冷却液在流过电池单体的电池单体翼部与模块壳体之间的空间的同时冷却电池单体的电池模块，以及包括该电池模块的电池组和车辆。
本申请要求于2021年6月8日向韩国提交的韩国专利申请第10-2021-0074425号的优先权，该申请的公开内容通过引用并入本文中。
背景技术
在使用冷却水的间接水冷却的电池模块的情况下，冷却性能受到限制，因为冷却水不直接接触电池单体而是通过容纳电池单体的模块壳体间接接触电池单体。此外，由于必须在模块壳体外部设置例如单独的散热器的冷却装置以形成用于冷却的流路，因此电池模块的总体积不可避免地增大，这不可避免地导致能量密度的损失。
为了解决间接水冷却方法的问题，需要开发一种具有被引入模块壳体中的用于冷却的绝缘冷却液与电池单体直接接触的结构的电池模块。
发明内容
技术问题
做出本公开以解决相关技术的问题，因此本公开的一个目的是提供一种电池模块，该电池模块具有这样的结构：被引入电池模块中的绝缘冷却液与电池单体直接接触以实现高效冷却，并且引入到电池模块中的冷却液可以顺畅地流动。
此外，本公开的另一个目的是防止用于感测电池单体的电压和温度的感测线和温度传感器被在电池模块内部流动的绝缘冷却液损坏，并且能够实现精确的温度测量。
然而，本公开所要解决的技术问题不限于上述问题，并且本领域技术人员从下面描述的本公开中清楚地理解未提及的其他问题。
技术方案
为了解决上述问题，根据本公开的实施例的电池模块包括：子模块，包括具有多个电池单体的电池单体堆组件和插设在相邻电池单体之间的散热片；模块壳体，被配置成容纳子模块；前密封板，被配置成覆盖模块壳体的纵向上的一侧的开口并具有入口；后密封板，被配置成覆盖模块壳体的纵向上的另一侧的开口并具有出口；以及感测组件，被配置成感测电池单体的电压。
感测组件可以设置在子模块的顶部上。
感测组件可以包括电连接到多个电池单体并从电池单体的纵向上的一个端部延伸到纵向上的另一个端部的感测线。
感测线可以插设在电池单体的电池单体主体部与朝向电池单体主体部折叠的电池单体翼部之间。
感测组件可以进一步包括安装在感测线上的温度传感器。
温度传感器可以插设在电池单体的电池单体主体部与朝向电池单体主体部折叠的电池单体翼部之间。
散热片可以包括插设在相邻电池单体之间的主体接触部，以及在主体接触部的顶部和底部中的任意一者处弯曲以覆盖电池单体的电池单体翼部的翼盖部。
子模块可以包括结合到电池单体堆组件的纵向上的一侧的前汇流条框架组件；以及结合到电池单体堆组件的纵向上的另一侧的后汇流条框架组件。
前汇流条框架组件和后汇流条框架组件可以具有多个冷却液孔，所述多个冷却液孔形成在与在模块壳体与电池单体的电池单体翼部之间以及翼盖部与电池单体的电池单体翼部之间形成的冷却液流路对应的位置处。
通过入口引入到模块壳体中的绝缘冷却液可以流过形成在前汇流条框架组件中的冷却液孔并流入冷却液流路。
流过冷却液流路的绝缘冷却液可以流过形成在后汇流条框架组件中的冷却液孔并通过出口排出到模块壳体的外部。
为了解决上述问题，根据本公开的实施例的电池组和车辆包括根据本公开的电池模块。
有益效果
根据本公开的一个方面，被引入电池模块中绝缘冷却液直接接触电池单体，并且被引入电池模块中的冷却液可以顺畅地流动，从而能够高效且快速地冷却。
根据本公开的另一方面，能够防止用于感测电池单体的电压和温度的感测线和温度传感器被在电池模块内部流动的绝缘冷却液损坏，并且能够通过最小化在测量电池单体的温度时绝缘冷却液的影响来实现精确的温度测量。
附图说明
附图示出了本公开的优选实施例，并且与前述公开内容一起用于提供对本公开的技术特征的进一步理解，因此本公开不被解释为限于附图。
图1是示出根据本公开的实施例的电池模块的完整透视图。
图2是示出根据本公开的实施例的电池模块的分解透视图。
图3是示出沿图1的线A-A’截取的横截面的视图。
图4是示出在图1中所示的电池模块中的前端板和前密封板被移除的状态的视图。
图5和图6是示出用于冷却的绝缘冷却液的流动的视图。
图7和图8是示出根据本公开的散热片与电池单体之间的结合关系的视图。
图9是示出根据本公开的散热片的透视图。
图10是示出根据本公开的汇流条框架组件与散热片的结合结构的图。
图11和图12是示出根据本公开的端子组件的具体结构的视图。
图13是示出根据本公开的感测组件的布置结构的图。
具体实施方式
在下文中，将参照附图详细描述本公开的优选实施例。在描述之前，应当理解，在说明书和所附权利要求中使用的术语不应被解释为限于一般含义和字典含义，而是应基于发明人可以适当地定义术语以进行最佳解释的原则，根据与本公开的技术方面相对应的含义和概念来解释。因此，本文提出的描述仅是仅出于说明的目的的优选示例，并非旨在限制本公开的范围，因此应当理解，在不背离本公开的范围的情况下，可以对本公开进行其他等效和修改。
参见图1、图2和图4，根据本公开的实施例的电池模块包括子模块100、模块壳体200、前密封板300、后密封板400和感测组件800。除了上述部件之外，电池模块还可以包括前端板500和/或后端板600和/或一对端子组件700。
参见图2至图9，子模块100包括电池单体堆组件110。除了电池单体堆组件110之外，子模块100还包括前汇流条框架组件120A和后汇流条框架组件120B。
电池单体堆组件110包括多个电池单体111。此外，电池单体堆组件110还可以包括插设在相邻电池单体111之间的至少一个散热片112和/或插设在相邻电池单体111之间的至少一个缓冲垫113。多个电池单体111在底面(平行于X-Y平面的一侧)上以大致垂直直立的形式堆叠以形成单个单体堆叠组件110。当电池单体堆组件110包括散热片112和/或缓冲垫113时，散热片112和/或缓冲垫113也与多个电池单体111一起以大致垂直于底面(平行于X-Y平面的表面)的垂直直立的形式堆叠以形成单个电池单体堆组件110。
作为电池单体111，可以使用具有沿纵向(平行于X轴)在相反方向上引出的一对电极引线I11a的软包型电池单体。
参见图7至图9，散热片112包括插设在彼此相邻的电池单体111之间的主体接触部112a，以及在主体接触部112a的顶部和底部中的任意一者处弯曲以覆盖电池单体111的电池单体翼部W的翼盖部。散热片112可以进一步包括在翼盖部112b的在纵向(平行于X轴)上的两端形成的一对固定部112c。
如图7所示，当电池单体111为软包型电池单体时，容纳电极组件(未示出)的区域可以被定义为电池单体主体部B，并且在围绕电池单体主体部B形成的密封区域中沿电池模块的纵向(平行于X轴)延伸得较长的区域可以被定义为电池单体翼部W。
主体接触部112a插设在一对相邻的电池单体111的电池单体主体部B之间并与电池单体111的电池单体主体部B直接接触。主体接触部112a在散热片112的宽度方向，即，电池模块的高度方向(平行于Z轴)上朝向翼盖部112b迅速传导电池单体111的电池单体主体部B产生的热量。由此，朝向翼盖部112b传导的热量通过流过形成在电池单体111的电池单体翼部W与散热片112的翼盖部112b之间的冷却液流路P的绝缘冷却液沿电池模块的纵向(平行于X轴)传递，并被排出到电池模块的外部。
除了如上所述形成冷却液流路P之外，翼盖部112b还可以执行在被施加外部冲击时吸收冲击的功能，使得电池单体堆组件110在模块壳体200内沿垂直方向(平行于z轴)移动。翼盖部112b的这种冲击吸收功能可以有助于防止对插设在电池单体翼部W与电池单体主体部B之间的感测线810和温度传感器820的损坏(参见图13)。稍后将详细描述包括感测线810和温度传感器820的感测组件800。
固定部112c具有与后面将描述的引导肋121b相对应的形状。随着固定部112c结合到引导肋121b，固定部112c引导包括散热片112的电池单体堆组件110与汇流条框架组件120A、120B之间的紧固。
缓冲垫113可以插设在相邻的电池单体111之间，以吸收由于电池单体111的膨胀而引起的体积膨胀。
前汇流条框架组件120A和后汇流条框架组件120B分别结合到在电池单体堆组件110的在纵向(平行于X轴)上的一侧和另一侧，使得多个电池单体111电连接。除了前汇流条框架组件120A设置有内端子123而后汇流条框架组件120B未设置内端子123之外，前汇流条框架组件120A和后汇流条框架组件120B具有基本上相同的结构。因此，将省略对后汇流条框架组件120B的具体结构的详细描述，并且将着重描述对前汇流条框架组件120A的具体结构的详细描述。
参见图4至图10，前汇流条框架组件120A包括汇流条框架121和多个汇流条122。此外，前汇流条框架组件120A可以进一步包括一对内端子123。汇流条框架121覆盖电池单体堆组件110的在纵向(平行于X轴)上的一侧。
汇流条框架121具有多个冷却液孔121a。冷却液孔121a用作通道，使得通过设置在前密封板300中的入口P1引入到模块壳体200中的绝缘冷却液可以通过汇流条框架121流向电池单体堆组件110。
如图7和图8所示，冷却液流路P形成在模块壳体200与电池单体翼部W之间。当本公开的电池单体堆组件110包括散热片112时，冷却液流路P还可以形成在模块壳体200与电池单体翼部W之间以及翼盖部112b与电池单体翼部W之间。因此，为了顺畅地供应和排出绝缘冷却液，冷却液孔121a可以形成在模块壳体200与电池单体翼部W之间。另外，冷却液孔121a可以形成在与形成于翼盖部112b与电池单体翼部W之间的冷却液流动路径P相对应的位置处。
通过在前汇流条框架组件120A中形成的冷却液孔121a朝向电池单体堆组件110引入的绝缘冷却液通过冷却液流路P沿箭头流向后汇流条框架组件120B(参见图5和图6)。移动到后汇流条框架120B的绝缘冷却液通过形成在后汇流条框架120B中的冷却液孔121a流向后密封板400，并通过设置在后密封板400中的出口P2排出到电池模块的外部。在此过程中，绝缘冷却液直接接触电池单体111的电极引线111a和电池单体翼部W以冷却电池单体111。
汇流条122固定在汇流条框架121上并且结合到通过形成在汇流条框架121中的引线狭槽引出的电极引线111a以电连接多个电池单体111。
内端子123固定在汇流条框架121上并且结合到设置在电池单体堆组件110中的电池单体111中的最外侧的电池单体111的电极引线111a。内端子123用作高电位端子。位于汇流条框架121的在纵向(平行于Y轴)上的一侧的内端子123用作正极高电位端子，并且位于汇流条框架121的在纵向上的另一侧的内端子123用作负极高电位端子。内端子123电连接到后面将描述的外端子710(参见图11和图12)。
同时，参见图5至图10，前汇流条框架组件120A的汇流条框架121和后汇流条框架组件120B的汇流条框架121包括形成于在纵向(平行于Y轴)上的顶部和底部上的多个引导肋121b。引导肋121b具有在朝向电池单体堆组件110的方向上延伸的形状。引导肋121b形成在与散热片112的固定部112c相对应的位置处。
如上所述，具有与引导肋121b相对应的形状的固定部112c形成在散热片112的翼盖部112b的在纵向(平行于X轴)上的两端。通过引导肋121b和固定部112c限制散热片112在垂直方向(平行于Z轴)和纵向(平行于X轴)上的移动。因此，当前汇流条框架组件120A和后汇流条框架组件120B结合到电池单体堆组件110时，可以引导结合位置，从而提高装配的便利性。
参见图1至图6，模块壳体200容纳包括电池单体堆组件110、前汇流条框架组件120A和后汇流条框架组件120B的子模块100。模块壳体200的在纵向(平行于X轴)上的一侧和另一侧有开口。
参见图5、图6、图11和图12，前密封板300覆盖形成在模块壳体200的在纵向(平行于X轴)上的一侧的开口。前密封板300具有供绝缘冷却液流入的冷却液入口P1。为了防止绝缘冷却液泄漏，可以在前密封板300的边缘表面与模块壳体200的内表面之间插设垫圈G(参见图12)。
前密封板300设置有一对端子孔300a，用于在前汇流条框架组件120A中设置的内端子123与稍后将描述的外端子710之间的电连接的部件可以通过该端子孔。端子孔300a形成在与内端子123相对应的位置处。
参见图6，后密封板400覆盖模块壳体200的在纵向(平行于X轴)上的另一侧的开口，并且具有用于排出绝缘冷却液的冷却液出口P2。与前密封板300的情况一样，可以在后密封板400的边缘表面与模块壳体200的内表面之间插设垫片G，以防止绝缘冷却液泄漏。
前密封板300和后密封板400可以由绝缘树脂制成以电绝缘。
参见图11和图12，端子组件700包括位于前密封板300外侧的外端子710和电连接外端子710与电池单体111的螺柱720。螺柱720被固定到内端子123。螺柱720可以穿透内端子123并且通过压装(press-fitting)固定到内端子123。固定到内端子123的螺柱720通过形成在前密封板300中的端子孔300a引出并与外端子710结合。
端子组件700还可以包括插入形成在前密封板300中的端子孔300a中的环状的端子垫片730。端子垫片730可以由金属材料制成。如果设置有端子垫片730，则螺柱720也穿过端子垫片730。
端子组件700还可以包括用于紧固外端子710与螺柱720的紧固螺母740。紧固螺母740与穿透端子垫片730的螺柱720和外端子710的紧固部712紧固，使得外端子710的紧固部712与端子垫片730牢固地固定。因此，内端子123和外端子710通过端子垫片730彼此电连接。
端子组件700还可以包括第一O形环750，第一O形环750覆盖端子垫片730的外周并且插设在前密封板300的内表面与内端子123之间。参见图11和图12，第一O形环750防止引入到前密封板300与汇流条框架121之间的空间中的绝缘冷却液通过端子孔300a的内表面与端子垫片730之间的空间泄漏到前密封板300的外部。
此外，端子组件700还可以包括第二O形环760，第二O形环760位于压装到内端子123中并暴露于内端子123与汇流条框架121之间的空间中的螺柱720周围，并且插设在内端子123与汇流条框架121之间。第二O形环760防止引入到前密封板300与汇流条框架121之间的空间中的绝缘冷却液通过内端子123与螺柱720之间的空间以及端子垫片730的内表面与螺柱720之间的空间泄漏到前密封板300的外部。
参见图1、图2、图5和图6，前端板500覆盖前密封板300并固定到模块壳体200。后端板600覆盖后密封板400并固定到模块壳体200。
前端板500包括用于使外端子710的连接部711暴露于前端板500的外部的端子暴露部500a，以及用于使入口P1暴露于前端板500的外部的入口暴露部500b。后端板600包括用于使冷却液出口P2暴露于后端板600的外部的出口暴露部600b。
当将前端板500和后端板600应用于根据本公开的电池模块时，用于防止绝缘冷却液泄漏的垫片可以被应用于前端板500与模块壳体200之间的结合区域以及后端板600与模块壳体200之间的结合区域。
参见图4、图7和图13，感测组件800设置在子模块100的顶部并感测电池单体111的电压。感测组件800包括电连接到多个电池单体111并从电池单体111的在纵向(平行于X轴)上的一个端部延伸到在纵向上的另一个端部的感测线810。感测线810在电池单体堆组件110的在纵向(平行于X轴)上的一侧和另一侧电连接到电池单体111。可以通过将感测线810结合到汇流条122来实现感测线810与电池单体111之间的电连接。然而，本公开不限于此，并且也可以是感测线810直接结合到电池单体111的电极引线111a。
感测线810可以插设在软包型电池单体111的电池单体主体部B与朝向电池单体主体部B折叠的电池单体翼部W之间。这是为了防止感测线810被电池模块内部流动的绝缘冷却液损坏。
除了感测电压之外，感测组件800可以另外执行感测电池单体111的温度的功能。为此，感测组件800还可以包括安装在感测线810上的至少一个温度传感器820。温度传感器820可以被设置为邻近具有大发热量的电极引线111a。与感测线810一样，温度传感器820可以插设在电池单体111的电池单体主体部B与朝向电池单体主体部B折叠的电池单体翼部W之间。这是为了防止温度传感器820被在电池模块内部流动的绝缘冷却液损坏。此外，这是为了防止或最小化温度传感器820与绝缘冷却液之间的接触，从而可以精确地感测电池单体111的温度。同时，感测线810和温度传感器820可以在被电池单体翼部W覆盖的状态下还被散热片112的翼盖部112b覆盖。
除了感测线810之外，感测组件800还可以包括电连接到感测线810的印刷电路板(PCB)830。PCB 830可以固定在汇流条框架121上。可以在PCB 830上安装连接器组件(未示出)，并且例如电池管理系统(BMS)的控制装置(未示出)可以通过此连接器组件连接。在这种情况下，BMS可以测量和/或接收关于电池单体111的电压、温度等的信息，并参考这些信息控制电池模块的充电/放电。
根据本公开的实施例的电池组可以包括如上所述的根据本公开的实施例的电池模块。电池组可以包括与至少一个电池模块一起的例如电池组壳体和/或电池管理系统(BMS)的另外的部件。电池模块可以通过形成在前端板500和/或后端板600中的紧固孔H与电池组壳体紧固。也就是说，紧固孔H可以提供用于紧固电池组壳体与电池模块的紧固装置(例如，螺栓)插入的空间。同时，当电池组包括多个电池模块时，也可以是多个电池模块通过形成在前端板500和/或后端板600中的紧固孔H彼此紧固。
根据本公开的实施例的车辆可以包括如上所述的至少一个电池模块和/或电池组。根据本公开的实施例的车辆可以是例如通过由本公开的电池模块和/或电池组供电而操作的混合动力汽车或电动汽车。
已经详细描述了本公开。然而，应当理解，详细描述和具体示例，虽然指示本公开的优选实施例，但仅通过举例说明的方式给出，因为根据详细描述，在本公开的范围内的各种变化和修改对于本领域技术人员来说将变得显而易见。
[附图标记说明]
100：子模块
110：电池单体堆组件
111：电池单体
111a：电极引线
112：散热片
112a：主体接触部
112b：翼盖部
112c：固定部
113：缓冲垫
P：冷却液流路
120A：前汇流条框架组件
120B：后汇流条框架组件
121：汇流条框架
121a：冷却液孔
121b：引导肋
122：汇流条
123：内端子
200：模块壳体
300：前密封板
300a：端子孔
P1：入口
G：垫片
400：后密封板
P2：出口
500：前端板
500a：端子暴露部
500b：入口暴露部
600：后端板
600b：出口暴露部
700：端子组件
710：外端子
711：连接部
712：紧固部
720：螺柱
730：端子垫片
740：紧固螺母
750：第一O形环
760：第二O形环
800：感测组件
810：感测线
820：温度传感器
830：PCB(印刷电路板)

Claims (13)

1.一种电池模块，包括：
子模块，包括具有多个电池单体的电池单体堆组件和插设在相邻电池单体之间的散热片；
模块壳体，被配置成容纳所述子模块；
前密封板，被配置成覆盖所述模块壳体的纵向上的一侧的开口并且具有入口；
后密封板，被配置成覆盖所述模块壳体的纵向上的另一侧的开口并且具有出口；以及
感测组件，被配置成感测所述电池单体的电压。
2.根据权利要求1所述的电池模块，其中，所述感测组件设置在所述子模块的顶部上。
3.根据权利要求1所述的电池模块，其中，所述感测组件包括电连接到所述多个电池单体并从所述电池单体的纵向上的一个端部延伸到纵向上的另一个端部的感测线。
4.根据权利要求3所述的电池模块，其中，所述感测线插设在所述电池单体的电池单体主体部与朝向所述电池单体主体部折叠的电池单体翼部之间。
5.根据权利要求3所述的电池模块，其中，所述感测组件还包括安装在所述感测线上的温度传感器。
6.根据权利要求5所述的电池模块，其中，所述温度传感器插设在所述电池单体的电池单体主体部与朝向所述电池单体主体部折叠的电池单体翼部之间。
7.根据权利要求1所述的电池模块，其中，所述散热片包括：
主体接触部，插设在相邻电池单体之间；以及
翼盖部，在所述主体接触部的顶部和底部中的任意一者处弯曲以覆盖所述电池单体的电池单体翼部。
8.根据权利要求7所述的电池模块，其中，所述子模块还包括：
前汇流条框架组件，与所述电池单体堆组件的纵向上的一侧结合；以及
后汇流条框架组件，与所述电池单体堆组件的纵向上的另一侧结合。
9.根据权利要求8所述的电池模块，其中，所述前汇流条框架组件和所述后汇流条框架组件具有多个冷却液孔，所述多个冷却液孔形成在与形成于所述模块壳体与所述电池单体的所述电池单体翼部之间以及所述翼盖部与所述电池单体的所述电池单体翼部之间的冷却液流路对应的位置处。
10.根据权利要求9所述的电池模块，其中，通过所述入口引入到所述模块壳体中的绝缘冷却液流过形成在所述前汇流条框架组件中的所述冷却液孔并流入所述冷却液流路。
11.根据权利要求10所述的电池模块，其中，流过所述冷却液流路的所述绝缘冷却液流过形成在所述后汇流条框架组件中的所述冷却液孔并通过所述出口排出到所述模块壳体的外部。
12.一种电池组，包括权利要求1至11中任意一项所述的电池模块。
13.一种车辆，包括权利要求1至11中任意一项所述的电池模块。
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