CN117178407A - 电池模块和包括该电池模块的电池组 - Google Patents

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Abstract

根据本公开的一个实施例的电池模块包括：电池单体堆，在电池单体堆中堆叠有多个电池单体；模块框架，围绕电池单体堆；以及第一传热构件和第二传热构件，位于模块框架的底部，其中，第二传热构件形成在第一传热构件的外周上。

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2021年9月9日向韩国知识产权局提交的韩国专利申请第10-2021-0120125号的权益，该申请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，涉及一种具有新颖的冷却结构的电池模块和包括该电池模块的电池组。
背景技术
随着技术的发展和对移动设备的需求增加，对二次电池作为能源的需求也在迅速增加。特别地，二次电池作为用于电力驱动设备(例如，电动自行车、电动汽车和混合动力电动汽车)的能源以及用于移动设备(例如，移动电话、数码相机、膝上型计算机和可穿戴设备)的能源而备受关注。
在小型移动设备中，每个设备使用一个、两个或三个电池单体，而诸如车辆的中型或大型设备需要高功率和大容量。因此，使用具有彼此电连接的多个电池单体的中型或大型电池模块。
由于优选以尽可能小的尺寸和重量制造中型或大型电池模块，因此能够以高集成度堆叠并且相对于容量具有较小重量的方形电池、软包型电池等被主要用作中型或大型电池模块的电池单体。这样的电池模块具有包括多个单元电池单体的多个单体组件串联连接以获得高输出的结构。并且，电池单体包括正极集电体、负极集电体、隔板、活性材料、电解质等，因此能够通过部件之间的电化学反应反复充放电。
同时，近年来，在对大容量结构(其用途包括作为能量存储源)的日益增长的需求中，对具有通过组装多个电池模块(其中多个二次电池串联和/或并联连接)而形成的多模块结构的电池组的需求增加。
另外，当将多个电池单体串联或并联连接以配置电池组时，通常先配置由至少一个电池单体构成的电池模块，然后通过使用至少一个电池模块并添加其它部件来配置电池组。
通常，当二次电池的温度上升到高于适当温度时，二次电池的性能可能劣化，并且在最坏的情况下，还存在爆炸或着火的危险。特别地，大量的二次电池(即，具有电池单体的电池模块或电池组)会在狭窄的空间中将从大量的电池单体产生的热量积聚，从而温度会更快地过度升高。换言之，堆叠有大量电池单体的电池模块以及配备有这种电池模块的电池组能够获得高输出，但是不容易在充放电期间去除从电池单体中产生的热量。当电池单体的散热没有被适当地执行时，电池单体的劣化加速，寿命缩短，并且爆炸或着火的可能性增加。
此外，在包括在车辆电池组中的中型或大型电池模块的情况下，其经常暴露于阳光直射下并且可能被放置在诸如夏季或沙漠地区的高温条件下。
近来，对高容量、高能量、快速充电等的需求不断增加，并且电池单体中产生的热量趋于增加。由此，可以在电池模块中形成散热层，用于将电池单体产生的热量排放到外部。此外，可以通过将具有散热功能的材料涂覆到电池模块内的所需部分而形成散热层。然而，当涂覆散热材料时，由于结构原因可能无法将其涂覆到期望的部分，并且还可能由于结构特性而损坏电池单体。因此，冷却性能可能劣化，并且电池模块的稳定性能可能劣化。因此，需要一种能够确保冷却性能和稳定性的新颖结构。
发明内容
技术问题
本公开的一个目的是提供一种能够解决电池单体中的发热问题的电池模块以及包括该电池模块的电池组。
然而，本公开的目的不限于前述目的，并且本文未提及的其他目的应由本领域技术人员从以下具体实施方式和附图中清楚地理解。
技术方案
根据本公开的一个实施例，提供了一种电池模块，包括：电池单体堆，在电池单体堆中堆叠有多个电池单体；模块框架，围绕电池单体堆；以及第一传热构件和第二传热构件，位于模块框架的底部，其中，第二传热构件形成在第一传热构件的外周上。
第一传热构件和第二传热构件可以由不同的材料形成。
第一传热构件可以包括导热树脂层，并且第二传热构件可以包括传热垫。
第二传热构件可以与第一传热构件接触。
第二传热构件可以与电池单体堆的下部接触。
第二传热构件可以形成为与电池单体堆的前表面或后表面相邻。
第二传热构件可以形成为与电池单体的平台部接触。
第二传热构件可以形成为高于第一传热构件的高度。
第二传热构件可以由具有导热性和柔性的材料形成。
第二传热构件可以由包含硅的材料形成。
第二传热构件可以包括泡沫材料。
第二传热构件的硬度可以小于第一传热构件的硬度。
从电池单体传递的热量可以依次通过第二传热构件和模块框架传递和放出。
根据本公开的另一个实施例，提供一种包括上述电池模块的电池组。
有益效果
根据本公开的一个实施例的电池模块包括第一传热构件和第二传热构件，从而能够解决电池单体在大电流和快速充电环境下发热的问题。同时，由于发热问题得到解决，也可以提高电池模块的稳定性。
此外，第二传热构件具有导热性和柔性，从而能够最小化由于振动冲击对电池单体的损坏。
此外，第二传热构件可以防止第一传热构件溢出。
本公开的效果不限于上文提到的效果，并且上文未描述的另外的其他效果将由本领域技术人员从所附权利要求的描述中清楚地理解。
附图说明
图1是本公开的电池模块的分解透视图；
图2是示出图1的部件被组装的电池模块的透视图；
图3是示出沿图2的截面P1切开的状态的放大图；
图4是根据本公开的另一实施例的电池模块的剖视图；
图5是示出本公开的电池模块中包括的电池单体的透视图；以及
图6是示出根据本公开的另一实施例的电池组的剖视图。
具体实施方式
在下文中，将参考附图详细描述本公开的各个实施例以使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，并且不限于本文阐述的实施例。
将省略与说明无关的部分以清楚地描述本公开，并且相同的附图标记在整个说明书中指代相同的元件。
另外，在附图中，为了方便描述而任意地图示了各元件的尺寸和厚度，而本公开不一定限于附图中图示的内容。在附图中，为了清楚起见，层、区域等的厚度被夸大。在附图中，为了方便描述，夸大地图示了部件和区域的厚度。
另外，应理解，当诸如层、膜、区域或板的一个元件被称为在另一元件“上”或“上方”时，其可以直接在该另一元件上或也可以存在中间元件。相比之下，当一个元件被称为“直接”在另一个元件上时，意味着不存在其他中间元件。此外，位于参考部分“上”或“上方”的某个部分是指位于参考部分上方或下方的某个部分，并不特别是指朝向重力相反方向的某个部分“上”或“上方”。
另外，在整个说明书中，当一部分被称为“包括”或“包含”某个部件时，意味着该部分可以进一步包括其他部件而不排除其他部件，除非另有说明。
另外，在整个说明书中，当被称为“平面”时，其意味着当从上侧观察目标部分的情况，当被称为“横截面”时，其意味着当从垂直切割的横截面侧观察目标部分的情况。
本文使用的术语“第一”、“第二”等用于解释各种部件，但部件不应受到术语的限制。这些术语仅用于将一个部件与另一部件区分开。
在下文中，将参照图1至图5描述本公开的电池模块。
图1是本公开的电池模块的分解透视图。图2是示出图1的部件被组装的电池模块的透视图。图3是示出沿图2的截面P1切开的状态的放大图。图4是根据本公开的另一实施例的电池模块的剖视图。图5是示出本公开的电池模块中包括的电池单体的透视图。
参照图1和图2，根据本实施例的电池模块100包括堆叠有多个电池单体110的电池单体堆120，以及围绕电池单体堆120的模块框架200。
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，参照图5，根据本实施例的电池单体110具有两条电极引线111和112彼此面对并且分别从单体主体113的一个端部114a和另一个端部114b突出的结构。也就是说，电池单体110包括在彼此相反的方向上突出的电极引线111和112。更具体地，电极引线111和112连接到电极组件(未示出)，并且从电极组件(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)被容纳在单体壳体114中的状态下将单体壳体114的两个端部114a和114b以及连接两个端部114a和114b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和114sc，其中密封部114sa、114sb和114sc具有通过诸如热封的方法密封的结构，并且剩余的另一侧部可以由连接部115构成。单体壳体114可以由包括树脂层和金属层的层压板构成。
另外，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的端部处形成蝠耳110p。另外，单体壳体114被插设在其间的突出的电极引线111和112密封，同时可以在电极引线111和112与单体主体113之间形成平台部116。也就是说，电池单体110可以包括形成为在电极引线111和112突出的方向上从单体壳体114延伸的平台部116。
可以包括多个这样的电池单体110，并且多个电池单体110可以堆叠为彼此电连接，从而形成电池单体堆120。特别地，如图1所示，多个电池单体110可以沿平行于y轴的方向堆叠。由此，电极引线111和112可以分别在x轴方向和-x轴方向上突出。
同时，当重复进行电池单体110的充放电时，产生热量。即使在电池单体110之中，在邻近电极引线111和112的部分中产生大量的热。也就是说，由于电极引线111和112接近平台部116而不是单体主体113的中心部分，因此由于充放电而产生更多的热量，从而可能需要用于冷却相应部分的结构。
模块框架200可以包括在其上表面、前表面和后表面中开口并覆盖电池单体堆120的下部和两个侧部的框架构件300，以及覆盖电池单体堆120的上部的上板400。然而，模块框架200不限于此，并且可以替换为围绕电池单体堆120(除了其前表面和后表面之外)的诸如L形框架或单框架的具有另一形状的框架。容纳在模块框架200内部的电池单体堆120可以通过模块框架200被物理地保护。此时，框架构件300可以包括支撑电池单体堆120的下部的底部300a，以及各自从底部300a的两端向上延伸的侧表面部分300b。
上板400可以覆盖模块框架200的开口的上侧表面。端板150可以覆盖在模块框架200中开口的电池单体堆120的前表面和后表面。端板150可以与上板400的前端边缘和后端边缘以及模块框架200的前端边缘和后端边缘焊接结合。
可以在端板150与电池单体堆120的前表面和后表面之间形成汇流条框架130。安装在汇流条框架130上的多个汇流条160形成为从电池单体110突出，并且可以与安装在汇流条框架130上的电极引线111和112接触。常规的电池模块被配置为通过形成在电池单体的下部处的导热树脂层排出电池单体中产生的热。然而，导热树脂层存在不能有效地冷却电池单体的前表面和后表面上的电极引线和平台部的问题。此外，常规的电池模块由于施加到电池模块的振动，很有可能在电池单体的前表面和后表面上发生破裂，但没有能够防止这种情况的结构。因此，在使得电池单体的电极引线和平台部通过大电流的流动(例如快速充电)在短时间内产生高热量的情况下，需要能够最小化电池单体的温度升高的冷却结构，并且需要能够最小化损坏电池单体的可能性的结构。
因此，参照图1和图3，根据本实施例的电池模块100包括位于模块框架200的底部(即，框架构件300的底部300a)上的第一传热构件310和第二传热构件500。此时，第二传热构件500形成在第一传热构件310的外周上。
此时，第一传热构件310的外周可以是位于形成有电池单体110的电极引线111和112的方向上的第一传热构件310的边缘。因此，第二传热构件500可以形成为位于第一传热构件310的边缘。此外，第二传热构件500形成在第一传热构件310的外周上，使得其可以接触第一传热构件310。
第二传热构件500和第一传热构件310可以由不同的材料形成。具体地，第一传热构件310可以包括导热树脂层，并且第二传热构件500可以包括传热垫。
为了形成第一传热构件310，可以使用各种方法，具体地，可以包括将导热树脂涂覆到框架构件300的底部300a上并固化导热树脂以形成导热树脂层。此时，第二传热构件500可以引导导热树脂的涂覆位置或者防止导热树脂溢出到底部300a的外部。
同时，根据本实施例的第二传热构件500可以形成在框架构件300的底部300a上以与电池单体堆120的下部接触。
具体地，如上所述，第二传热构件500可以形成在第一传热构件310的边缘，其中该边缘可以与电池单体堆120的前表面或后表面相邻。因此，第二传热构件500可以形成为与电池单体堆120的前表面或后表面相邻。也就是说，第二传热构件500可以与电池单体堆120的对应于电池单体堆120的前表面和后表面的下部接触。
如上所述，在电池单体110的情况下，在平台部116以及电极引线111和112中而不是在电池单体110的中央部分中产生大量热量。因此，第二传热构件500可以形成为与电池单体110的平台部160接触。因此，电池单体110中产生的热量可以通过第二传热构件500被冷却和传递。第二传热构件500形成与平台部116直接接触的冷却路径，从而能够提高电池单体的散热功能并且改善电池单体的各个部分的温度偏差。电池单体的各个部分的温度偏差导致电池单体的性能劣化，因此通过第二传热构件500可以实现保持电池单体的性能并且确保电池单体的安全的效果。
参照图3，根据本实施例的第二传热构件500可以形成为垫状并且可以并排形成以与第一传热构件310接触。具体地，第二传热构件500被形成为等于第一传热构件310的高度，从而可以形成为与电池单体110的平台部116接触。此外，可以执行防止第一传热构件310溢出的功能。
根据本公开的另一实施例的第二传热构件500可以形成为高于第一传热构件310的高度。也就是说，参照图5，根据本实施例的第二传热构件500可以形成为围绕电池单体110的平台部116。因此，第二传热构件500可以保护可能由于振动冲击而损坏的电池单体110的平台部116以及电池单体110的前表面和后表面，从而提高电池模块的稳定性。此外，由于第二传热构件500形成为高于第一传热构件310的高度，因此可以防止第一传热构件310溢出，并且可以引导第一传热构件310形成在期望的位置处。
此时，高度表示第一传热构件310和第二传热构件500在横截面上的长度，因此可以起到具有与厚度相同的含义。因此，第二传热构件500可以形成为比第一传热构件500厚。
同时，根据本实施例的第二传热构件500可以由具有导热性和柔性的材料形成。具体地，其由与第一传热构件310相比具有优异柔性的材料形成，从而可以防止由于振动冲击对电池单体110的损坏，具体地，可以防止对电池单体110的平台部116的损坏。也就是说，第二传热构件500具有柔性，因此可以吸收施加到电池单体110的冲击。
根据本实施例的第二传热构件500可以由包含硅的材料形成。此外，根据本实施例的第二传热构件500可以形成为包含硅的传热垫的形式。此时，第二传热构件500可以包含泡沫材料。通常，泡沫材料具有低密度和可渗透结构，这导致宽的表面积。因此，能够确保基于宽的表面积的有效冷却性能。因此，根据本实施例的第二传热构件500可以具体地由硅胶泡沫材料形成。
根据本实施例的第二传热构件500的硬度可以比第一传热构件310的硬度小。具体地，第二传热构件500可以具有基于肖氏硬度的20至50的数值。其硬度比第一传热构件310的硬度值100更小，从而能够防止如上所述在电池单体110中出现裂纹。
根据本实施例的第二传热构件500可以具有至少3.0W/m.K以上的导热率。因此，第二传热构件500可以包含从具有上述导热系数值的各种材料中选择的材料，具体地，可以包含硅材料。
根据本实施例的第二传热构件500可以由具有导热性和柔性的材料形成，可以包含硅，并且可以形成为具有比第一传热构件310小的硬度。因此，能够防止电池单体110由于外部冲击而与第二传热构件500碰撞或破裂，以及确保冷却性能。具体地，由于其由含有硅的材料形成，因此能够确保具有上述特性的导热性、柔性和硬度。
此外，由于根据本实施例的电池模块包括第二传热构件500，所以电池单体110中产生的热量可以传递到第一传热构件310和第二传热构件500并放出到电池模块的外部。因此，从电池单体110传递的热量可以依次通过第二传热构件500和模块框架200传递和放出。
接下来，将参照图6描述根据本公开的另一实施例的电池组。
图6是示出根据本公开的另一实施例的电池组的图。
参见图6，根据本实施例的电池组包括上述电池模块。此外，其还可以包括散热片600，并且还可以包括形成在模块框架的底部300a与散热片600之间的导热树脂层。
因此，如上所述，从电池单体110传递的热量被传递到形成在电池组中的散热器600并冷却，从而能够有效地冷却在快速充电情况下产生的大量热量。
此外，本公开的电池组可以具有这样的结构，其中根据本实施例的一个或多个电池模块与控制和管理电池的温度、电压等的电池管理系统(BMS)和冷却装置被集合并封装在一起。
电池组可以应用于各种设备。这样的设备可以应用于诸如电动自行车、电动汽车或混合动力电动汽车的车辆装置，但是本公开不限于此，并且适用于可以使用电池模块的各种设备，这些设备也落入本公开的范围。
尽管上面已经详细描述了本公开的优选实施例，但本公开的范围不限于此，并且本领域技术人员可以设计出许多其他修改和实施例，而不背离所附权利要求中描述的本发明原理的精神和范围。另外，这些修改不应与本公开的技术精神或角度单独理解。
<附图标记说明＞
100：电池模块
110：电池单体
120：电池单体堆
130：汇流条框架
150：端板
160：汇流条
200：模块框架
300：框架构件
400：上板
500：第二传热构件

Claims (14)

1.一种电池模块，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，围绕所述电池单体堆；以及
第一传热构件和第二传热构件，位于所述模块框架的底部，
其中，所述第二传热构件形成在所述第一传热构件的外周上。
2.根据权利要求1所述的电池模块，其中，
所述第一传热构件和所述第二传热构件由不同材料形成。
3.根据权利要求2所述的电池模块，其中，
所述第一传热构件包括导热树脂层，并且
所述第二传热构件包括传热垫。
4.根据权利要求1所述的电池模块，其中，
所述第二传热构件与所述第一传热构件接触。
5.根据权利要求1所述的电池模块，其中，
所述第二传热构件与所述电池单体堆的下部接触。
6.根据权利要求1所述的电池模块，其中，
所述第二传热构件形成为与所述电池单体堆的前表面或后表面相邻。
7.根据权利要求1所述的电池模块，其中，
所述第二传热构件形成为与所述电池单体的平台部接触。
8.根据权利要求1所述的电池模块，其中，
所述第二传热构件形成为高于所述第一传热构件的高度。
9.根据权利要求1所述的电池模块，其中，
所述第二传热构件由具有导热性和柔性的材料形成。
10.根据权利要求1所述的电池模块，其中，
所述第二传热构件由包含硅的材料形成。
11.根据权利要求8所述的电池模块，其中，
所述第二传热构件包含泡沫材料。
12.根据权利要求1所述的电池模块，其中，
所述第二传热构件的硬度小于所述第一传热构件的硬度。
13.根据权利要求1所述的电池模块，其中，
从所述电池单体传递的热量依次通过所述第二传热构件和所述模块框架传递和放出。
14.一种电池组，包括权利要求1所述的电池模块。
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