CN116420269A - 电池模块和包括所述电池模块的ess - Google Patents

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Abstract

根据本发明的一个实施例的一种电池模块包括：子模块堆，所述子模块堆通过堆叠多个子模块来形成，所述子模块包括具有冷却剂流动路径的冷却构件和被置放在所述冷却构件的两个表面上的多个电池单体；和一对汇流条框架组件，所述一对汇流条框架组件被联接到所述子模块堆的一侧和另一侧，以电连接所述多个电池单体。

Description

电池模块和包括所述电池模块的ESS
技术领域
本公开涉及一种电池模块和一种包括该电池模块的能量存储系统(ESS)，并且更特别地，本公开涉及如下一种具有如下结构的电池模块和一种包括该电池模块的ESS：其能够在该电池模块的整个区域之上使温度偏差最小化。
本申请要求在韩国于2021年4月5日提交的韩国专利申请10-2021-0044323号的优先权，其公开内容通过引用并入本文。
背景技术
在应用于ESS的传统水冷却系统中，通常应用由诸如铝等金属材料制成的冷却构件。然而，当应用由这种金属材料制成的冷却构件以形成冷却剂路径时，存在如下缺点：电池模块和/或ESS的重量增加，并且用于形成流动路径的过程变得复杂。
另外，当由金属材料制成的冷却构件被应用于构造ESS时，应该分开地应用用于防止电池单体和/或用于电连接的部件和冷却构件之间的接触的结构，由此引起结构复杂性。
当然，当冷却构件由金属材料制成时，与冷却构件由诸如树脂材料等其它材料制成的情形相比较，由于高导热性，在冷却时存在优点。
然而，考虑到在ESS的正常使用状态中电池模块的温度在大致55℃内，因此即便冷却构件自身的导热性稍稍低于金属材料的导热性，也能够通过诸如结构补充等措施来满足ESS所要求的冷却性能。
在冷却电池模块和/或ESS时，重要的并非是用于特定部分的冷却性能，而是在电池模块和/或ESS的整个区域之上通过均匀冷却来使温度偏差最小化。
在ESS的正常使用状态下不存在的、诸如热失控等异常情况中，在冷却构件内侧流动的冷却剂从冷却构件排放，并且需要被用于更快的冷却或者灭火。
发明内容
技术问题
已经考虑到以上描述的问题设计了本公开，因此本公开涉及通过使得能够在电池模块的整个区域之上进行均匀冷却来使得电池模块中的每一个位置的温度偏差最小化。
另外，本公开涉及：当发生诸如构成电池模块的电池单体的热失控这样的异常情况时，通过将冷却剂排放到冷却构件的外侧以通过与电池单体的直接接触来执行冷却，从而防止由电池模块和/或ESS的异常温度升高而引起的火灾的爆发。
本公开还涉及：通过电池模块的结构改进来防止冷却构件的泄漏和/或加强电池单体的固定力和/或简化电连接结构，和/或增加电池模块的组装刚性。
然而，本公开所要解决的技术问题不限于以上描述的问题，根据本公开的以下描述，本领域技术人员可以清楚地理解未在这里提到的其它问题。
技术方案
用于解决以上描述的问题的、根据本公开的实施例的一种电池模块包括：子模块堆，所述子模块堆通过堆叠多个子模块来形成，所述子模块包括具有冷却剂流动路径的冷却构件和置放在所述冷却构件的两个表面上的多个电池单体；和成对的汇流条框架组件，所述成对的汇流条框架组件被联接到所述子模块堆的一侧和另一侧，以电连接所述多个电池单体。
设置在所述多个电池单体中的成对的电极引线可以沿着所述冷却构件的宽度方向在彼此相反的方向上延伸，并且所述多个电池单体可以在所述冷却构件的两个表面上沿着所述冷却构件的纵向方向置放。
所述冷却剂流动路径可以在所述冷却构件的纵向方向上在一侧和另一侧之间往复，并且可以在所述冷却构件的宽度方向上从一侧延伸到另一侧。
所述冷却构件可以包括：第一流动路径板，所述第一流动路径板具有第一流动路径凹槽；和第二流动路径板，所述第二流动路径板具有联接到所述第一流动路径凹槽以形成所述冷却剂流动路径的第二流动路径凹槽。
所述第一流动路径板和所述第二流动路径板可以由树脂材料制成，并且超声波焊接部分可以被形成在在所述第一流动路径板和所述第二流动路径板之间的结合界面处。
所述第一流动路径板可以包括超声波焊接基部，所述超声波焊接基部分别地被形成在所述第一流动路径凹槽的两侧处。
所述第二流动路径板可以包括至少一个超声波焊接肋，所述至少一个超声波焊接肋分别地被形成在所述第二流动路径凹槽的两侧处。
所述超声波焊接肋可以被设置多个，并且所述多个超声波焊接肋可以被置放成彼此间隔开。
所述第一流动路径凹槽的深度可以在所述第一流动路径板的厚度的1/2到1/5的范围中。
所述第二流动路径凹槽的深度可以在所述第二流动路径板的厚度的1/2到1/5的范围中。
所述成对的汇流条框架组件可以并联连接带有介于其间的所述冷却构件的面对彼此的成对的电池单体，可以串联连接沿着所述冷却构件的纵向方向彼此相邻的所述电池单体，并且可以串联连接彼此相邻的所述子模块。
所述电池模块可以进一步包括：基板，所述基板覆盖所述子模块堆的下表面；顶板，所述顶板覆盖所述子模块堆的上表面；和多个条带，所述多个条带包围所述电池模块的周围，使得所述基板和所述顶板挤压所述子模块堆。
所述电池模块可以进一步包括模块进口和模块出口，所述模块进口和所述模块出口被连接到所述冷却剂流动路径，其中，所述模块进口和所述模块出口可以被设置在所述电池模块的同一表面上。
所述电池模块可以进一步包括第一模块端子和第二模块端子，所述第一模块端子和所述第二模块端子被电连接到所述子模块堆，其中，所述第一模块端子和所述第二模块端子可以被设置在所述电池模块的同一表面上。
用于解决以上描述的问题的根据本公开的实施例的一种ESS包括至少一个如以上描述的根据本公开的实施例的电池模块。
有利效果
根据本公开的一个方面，可以在所述电池模块的整个区域之上实现均匀冷却，并且相应地，可以使电池模块中的每一个位置的温度偏差最小化。
根据本公开的另一个方面，当发生诸如构成所述电池模块的所述电池单体的热失控这样的异常情况时，冷却剂被排放到所述冷却构件的外侧，以使得能够通过与所述电池单体的直接接触来进行冷却，由此防止由所述电池模块和/或所述ESS的异常温度升高引起的火灾或者快速地熄灭已经爆发的火灾。
根据本公开的再一个方面，通过所述电池模块的结构改进，能够防止所述冷却剂的泄漏和/或加强所述电池单体的固定力和/或简化电连接结构，和/或增加所述电池模块的组装刚性。
然而，将通过本公开获得的有利的效果不限于以上描述的效果，并且根据本公开的以下描述，本领域技术人员可以清楚地理解未在这里提到的其它效果。
附图说明
附图示出本公开的优选实施例，并且与前面的公开一起地，用于提供本公开的技术特征的进一步的理解，并且因此本公开不应该被理解为限制于附图。
图1和图2是示意根据本公开的实施例的电池模块的视图。
图3是示意外部片从图1所示电池模块移除的状态的视图。
图4是示意顶板和前板从图3所示电池模块移除的状态的视图。
图5是示意汇流条框架组件从图4所示电池模块移除的状态的视图。
图6是示意本公开的子模块的视图。
图7和图8是示意本公开的冷却构件的视图。
图9是示意本公开的第二流动路径板的一个表面的视图。
图10是示意沿着图7的A-A'线截取的截面的视图。
图11是示意沿着图4的B-B'线截取的截面的视图。
图12是示意通过本公开的汇流条框架组件形成的电连接结构的视图。
图13和图14是示意条带被应用于图3所示电池模块的示例的视图。
图15和图16是示意根据本公开的实施例的电池模块的一个表面的部分放大视图。
具体实施方式
在下文中，将参考附图详细描述本公开的优选实施例。在描述之前，应该理解，在说明书和所附权利要求书中使用的术语不应该被理解为被限制于一般的和词典的含义，而是在允许本发明人为了最佳解释而适当地定义术语的原则的基础上基于对应于本公开的技术方面的含义和概念来解释。因此，在这里提出的描述只是仅仅为了示意的优选示例，而非旨在限制本公开的范围，从而应该理解，能够在不偏离本公开的范围的情况下对此做出其它等同和修改。
首先，参考图3到图6，根据本公开的实施例的电池模块1包括子模块堆10和联接到所述子模块堆10的成对汇流条框架组件20。
通过在所述电池模块1的高度方向(平行于Z轴线的方向)上堆叠多个子模块100来形成所述子模块堆10。所述子模块100包括多个电池单体110和容纳所述多个电池单体110的冷却构件120。同时，所述子模块堆10可以进一步包括成对的覆盖片S，所述覆盖片S覆盖被置放在所述子模块堆的最外侧处的一对子模块100。所述覆盖片S可以由绝缘材料制成。
所述电池单体110可以例如是袋型电池单体。所述电池单体110包括在纵向方向(平行于Y轴线的方向)上分别地向两侧拉出的一对电极引线111。所述多个电池单体110被置放在所述冷却构件120的两个表面上。所述多个电池单体110在所述冷却构件120的两个表面上沿着所述冷却构件120的纵向方向(平行于X轴线的方向)彼此相邻地置放。相应地，设置在所述电池单体110中的所述一对电极引线111沿着所述冷却构件120的宽度方向(平行于Y轴线的方向)在彼此相反的方向上延伸。
参考图7到图10，所述冷却构件120包括形成在其中的冷却剂流动路径P。所述冷却剂流动路径P在所述冷却构件120的纵向方向(平行于X轴线的方向)上的一侧和另一侧之间往复，并且在所述冷却构件120的宽度方向(平行于Y轴线的方向)上从一侧延伸到另一侧。所述冷却剂流动路径P通过一对冷却剂端口P1、P2与所述冷却构件120的外侧连通。所述一对冷却剂端口P1、P2中的一个用作所述冷却构件120中的冷却剂进口，并且另一个用作所述冷却构件120中的冷却剂出口。所述一对冷却剂端口P1、P2被设置在同一方向上。即，所述一对冷却剂端口P1、P2被设置在所述子模块100的同一表面上。另外，所述一对冷却剂端口P1、P2被分别地被设置在所述子模块100的宽度方向(平行于Y轴线的方向)上的一侧和另一侧处。
所述冷却构件120包括第一流动路径板120A和第二流动路径板120B。所述第一流动路径板120A包括第一流动路径凹槽G1。所述第二流动路径板120B包括联接到所述第一流动路径凹槽G1、以形成冷却剂流动路径P的第二流动路径凹槽G2。
同时，在本公开中，作为制冷剂应用的冷却剂包括所有的液体制冷剂，并且例如不包含添加剂的冷却剂、包含添加剂的冷却剂、绝缘油等可以被用作本公开的冷却剂。
所述第一流动路径板120A和第二流动路径板120B由树脂材料制成。超声波焊接部分被形成在所述第一流动路径板120A和第二流动路径板120B之间的结合界面处。即，所述第一流动路径板120A和第二流动路径板120B通过超声波焊接被彼此联接。
参考图6和图7，所述冷却构件120包括被形成在其两个表面上、以提供被分隔的空间的多个分隔壁121、122，所述电池单体110中的每一个可以被容纳在所述被分隔的空间中。即，所述第一流动路径板120A和第二流动路径板120B中的每一个包括第一分隔壁121和第二分隔壁122，所述第一分隔壁121和第二分隔壁122从其上形成有所述流动路径凹槽G1、G2的表面相反的表面突出。
所述第一分隔壁121沿着所述流动路径板120A、120B的宽度方向(平行于Y轴线的方向)延伸，并且彼此相邻的第一分隔壁121之间的距离对应于电池单体110的宽度。所述第二分隔壁122被连接到第一分隔壁121，并且分别被形成在所述第一分隔壁121的纵向方向(平行于Y轴线的方向)上的两端处。所述第二分隔壁122具有在基本垂直于所述第一分隔壁121的方向上延伸的形状。所述电池单体110的电极引线111通过形成在沿着所述流动路径板120A、120B的纵向方向彼此相邻的第二分隔壁122之间的空间而被拉出。
参考图9到图11，所述第一流动路径板120A包括分别被形成在所述第一流动路径凹槽G1的两侧处的超声波焊接基部123。所述第二流动路径板120B包括分别被形成在所述第二流动路径凹槽G2的两侧处的至少一个超声波焊接肋124。所述超声波焊接肋124被设置在对应于所述超声波焊接基部123的位置处，从而当所述第一流动路径板120A和第二流动路径板120B彼此接触以被联接时，所述超声波焊接肋124与所述超声波焊接基部123接触。
所述超声波焊接肋124通过超声波焊接被结合在超声波焊接基部123上。当存在多个超声波焊接肋124时，每一个超声波焊接肋124可以被置放成彼此间隔开。当存在多个超声波焊接肋124时，在冷却剂流动路径P的两侧处执行的密封可以变得更可靠，由此防止冷却剂泄漏到冷却剂流动路径P的外侧。
同时，所述第一流动路径凹槽G1的深度可以位于所述第一流动路径板120A的厚度的大致1/2到1/5的范围中。所述第一流动路径凹槽G1的厚度范围是为了冷却效率，并且还为了在诸如发生热失控这样的紧急情况下、通过快速地熔化形成所述第一流动路径凹槽G1的底部的树脂注射材料而使得由于冷却剂与所述第一电池单体110A(所述第一电池单体110A与所述第一流动路径板120A相接触)直接接触来允许更快的冷却和/或灭火。
类似地，所述第二流动路径凹槽G2的深度可以位于所述第二流动路径板120B的厚度的大致1/2到1/5的范围中。所述第二流动路径凹槽G2的厚度范围是为了冷却效率，并且还为了在发生诸如热失控这样的紧急情况下、通过快速地熔化形成所述第二流动路径凹槽G2的底部的树脂注射材料而使得由于冷却剂与所述第二电池单体110B(所述第二电池单体110B与所述第二流动路径板120B相接触)直接接触来允许更快的冷却和/或灭火。
参考图4、图5、图11和图12，所述一对汇流条框架组件20分别被联接到子模块堆10的一侧和另一侧，以电连接多个电池单体110。汇流条框架组件20包括：联接到子模块堆10的一侧的汇流条框架21；和置放在汇流条框架21上并且联接到多条电极引线111的多条汇流条22。
所述一对汇流条框架组件20并联连接彼此面对且其间设置有冷却构件120的一对电池单体110A、110B，并且串联连接沿着冷却构件120的纵向方向(平行于X轴线的方向)彼此相邻的电池单体110。另外，所述一对汇流条框架组件20串联连接沿着子模块堆10的高度方向(平行于Z轴线的方向)彼此相邻的子模块100。根据本公开的实施例的电池模块1可以例如具有根据这种连接方法的32S2P(32个串联连接以及2个并联连接)的电连接形式。
同时，电池模块1可以进一步包括电连接到汇流条22的第一模块端子T1和第二模块端子T2。第一模块端子T1和第二模块端子T2通过汇流条22被电连接到子模块堆10，以用作电池模块1的高电位端子。在此情形中，第一模块端子T1和第二模块端子T2被设置在电池模块1的同一表面上，并且在同一方向上延伸。
参考图3、图13和图14，电池模块1可以进一步包括覆盖子模块堆10的下表面的基板30和覆盖子模块堆10的上表面的顶板40。基板30的宽度可以大于顶板40的宽度。另外，电池模块1可以进一步包括包围电池模块1的周围的多个条带90，使得基板30和顶板40挤压模块堆。条带90可以由钢材料制成。所述多个条带90被置放成沿着电池模块1的纵向方向(平行于X轴线的方向)彼此间隔开。
当所述多个条带90被设置在电池模块1中时，用于固定条带90的多个条带凹槽31可以被形成在基板30中。
参考图3和图4，电池模块1可以进一步包括覆盖子模块堆10的前表面(平行于Y-Z平面的表面)的前板50。前板50可以包括孔，所述孔被形成为使得设置在子模块堆10的一个表面上的冷却剂端口P1、P2和模块端子T1、T2被拉出。
参考图1到图3，电池模块1可以进一步包括覆盖基板30、顶板40和一对汇流条框架组件20的外部片60。外部片60可以由薄片形注射材料或者绝缘膜材料制成。
参考图15和图16，电池模块1可以进一步包括用于将构成子模块堆10的每一个子模块100的冷却剂流动路径P彼此连接的连接管道70。连接管道70可以被设置多条，并且每一条连接管道70彼此相邻，并且连接设置在不同层中的一对冷却剂端口P1或者P2。
电池模块1可以进一步包括模块进口80A和模块出口80B，所述模块进口被连接到位于子模块堆10的最上端处的冷却剂端口P2，所述模块出口被连接到位于子模块堆10的最下端处的冷却剂端口P2。模块进口80A和模块出口80B被设置在电池模块1的同一表面上，并且在同一方向上延伸。
如上所述，根据本公开的实施例的电池模块1具有能够在电池模块1的整个区域之上实现均匀冷却的结构，由此使电池模块1中的每一个位置的温度偏差最小化。
另外，根据本公开的实施例的电池模块1具有这样的结构：当发生异常情况、诸如电池单体110的热失控时，能够通过将冷却剂排放到冷却构件120的外侧而通过与电池单体直接接触来实现冷却和/或灭火。因此，根据本公开，能够防止由电池模块1的异常温度升高引起的火灾的爆发或者快速地熄灭已经爆发的火灾
另外，根据本公开的实施例的电池模块1具有这样的结构：所述一对流动路径板120A、120B之间的结合部分处的密封性质可以增强，由此防止冷却剂的泄漏。
同时，根据本公开的实施例的一种能量存储系统(ESS)包括至少一个如上所述的根据本公开的实施例的电池模块1。
虽然以上已经关于有限数目的实施例和附图描述了本公开，但是本公开不限于此，并且对于本领域技术人员而言显而易见的是，可以在本公开的技术方面和所附权利要求书的等价范围内对此做出各种修改和改变。
附图标记
1：电池模块
10：子模块堆
100：子模块
110：电池单体
111：电极引线
120：冷却构件
120A：第一流动路径板
120B：第二流动路径板
P1，P2：冷却剂端口
121：第一分隔壁
122：第二分隔壁
123：超声波焊接基部
124：超声波焊接肋
G1：第一流动路径凹槽
G2：第二流动路径凹槽
P：冷却剂流动路径
20：汇流条框架组件
21：汇流条框架
22：汇流条
S：覆盖片
30：基板
31：条带凹槽
40：顶板
50：前板
T1：第一模块端子
T2：第二模块端子
60：外部片
70：连接管道
80A：模块进口
80B：模块出口
90：条带

Claims (15)

1.一种电池模块，包括：
子模块堆，所述子模块堆通过堆叠多个子模块来形成，所述子模块包括具有冷却剂流动路径的冷却构件和置放在所述冷却构件的两个表面上的多个电池单体；和
成对的汇流条框架组件，所述成对的汇流条框架组件被联接到所述子模块堆的一侧和另一侧以电连接所述多个电池单体。
2.根据权利要求1所述的电池模块，
其中，设置在所述多个电池单体中的成对的电极引线沿着所述冷却构件的宽度方向在彼此相反的方向上延伸，并且
所述多个电池单体在所述冷却构件的两个表面上被沿着所述冷却构件的纵向方向置放。
3.根据权利要求2所述的电池模块，
其中，所述冷却剂流动路径在所述冷却构件的纵向方向上在一侧和另一侧之间往复，并且在所述冷却构件的宽度方向上从一侧延伸到另一侧。
4.根据权利要求1所述的电池模块，
其中，所述冷却构件包括：
第一流动路径板，所述第一流动路径板具有第一流动路径凹槽；和
第二流动路径板，所述第二流动路径板具有联接到所述第一流动路径凹槽以形成所述冷却剂流动路径的第二流动路径凹槽。
5.根据权利要求4所述的电池模块，
其中，所述第一流动路径板和所述第二流动路径板由树脂材料制成，并且超声波焊接部分被形成在在所述第一流动路径板和所述第二流动路径板之间的结合界面处。
6.根据权利要求4所述的电池模块，
其中，所述第一流动路径板包括超声波焊接基部，所述超声波焊接基部分别地被形成在所述第一流动路径凹槽的两侧处。
7.根据权利要求6所述的电池模块，
其中，所述第二流动路径板包括至少一个超声波焊接肋，所述至少一个超声波焊接肋分别地被形成在所述第二流动路径凹槽的两侧处。
8.根据权利要求7所述的电池模块，
其中，所述超声波焊接肋被设置多个，并且所述多个超声波焊接肋被置放成彼此间隔开。
9.根据权利要求5所述的电池模块，
其中，所述第一流动路径凹槽的深度在所述第一流动路径板的厚度的1/2到1/5的范围中。
10.根据权利要求5所述的电池模块，
其中，所述第二流动路径凹槽的深度在所述第二流动路径板的厚度的1/2到1/5的范围中。
11.根据权利要求1所述的电池模块，
其中，所述成对的汇流条框架组件并联连接带有介于其间的所述冷却构件的面对彼此的成对的电池单体，串联连接沿着所述冷却构件的纵向方向彼此相邻的所述电池单体，并且串联连接彼此相邻的所述子模块。
12.根据权利要求1所述的电池模块，
进一步包括：
基板，所述基板覆盖所述子模块堆的下表面；
顶板，所述顶板覆盖所述子模块堆的上表面；和
多个条带，所述多个条带包围所述电池模块的周围，使得所述基板和所述顶板挤压所述子模块堆。
13.根据权利要求1所述的电池模块，
进一步包括模块进口和模块出口，所述模块进口和所述模块出口被连接到所述冷却剂流动路径，
其中，所述模块进口和所述模块出口被设置在所述电池模块的同一表面上。
14.根据权利要求1所述的电池模块，
进一步包括第一模块端子和第二模块端子，所述第一模块端子和所述第二模块端子被电连接到所述子模块堆，
其中，所述第一模块端子和所述第二模块端子被设置在所述电池模块的同一表面上。
15.一种ESS，包括至少一个根据权利要求1到14中的任一项所述的电池模块。
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