CN117397100A - 具有改善的刚度的轻质电池模块壳体和包括其的电池组 - Google Patents

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Abstract

本公开涉及一种电池模块壳体，包括：容纳部，该容纳部配置为电池单体堆能够安装在其中，容纳部包括第一侧面和第二侧面；螺栓部，该螺栓部用于彼此相邻地设置的电池模块壳体之间的结合；以及缓冲部，该缓冲部配置为吸收电池单体堆的体积膨胀，从而提供了一种能够容纳电池单体堆的体积增加，同时具有减小的重量和最小化的构造的电池组。

Description

具有改善的刚度的轻质电池模块壳体和包括其的电池组
技术领域
本申请要求于2022年5月10日提交的韩国专利申请第2022-0057074号的优先权的权益，该韩国专利申请的公开内容通过引用全文并入本文中。
本公开涉及一种电池模块壳体和包括该电池模块壳体的电池组。更具体地，本公开涉及一种能够缓解由于电池单体的膨胀导致的压力并且能够将多个电池模块彼此结合的具有改善的刚度的轻质电池模块壳体和包括该电池模块壳体的电池组。
背景技术
可充电并且具有高能量密度的锂二次电池作为具有环保特性的新能源而受到关注，这不仅因为锂二次电池可以显著减少化石燃料的使用，而且因为锂二次电池在使用能量时不产生副产物。
锂二次电池作为具有高输出和高能量密度的装置(例如，电动车辆)以及可穿戴设备或便携式设备的能源而备受关注。
为了用作具有这样的高输出和高能量密度的能源，在壳体中容纳多个锂二次电池，以配置为电池模块和电池组的形式。
由于锂二次电池的活性材料层在充电和放电过程中膨胀和收缩，所以电池单体的体积增大和减小，并且电池单体的体积的变化可能导致电池模块和电池组的变形。因此，需要一种缓冲电池单体的体积变化的结构。
另外，为了生产具有高能量密度的电池组，已经做出了各种结构修改来省略或替换构成常规电池组的部件，例如，横梁和电池组顶板。
与此相关地，专利文献1公开了这样的一种电池模块，包括：配置为形成有容纳电池单体的内部空间的方管形，以及从模块壳体的相对侧上的上区域在水平方向上延伸的紧固凸缘的模块壳体。
专利文献1的电池模块公开了一种通过将振动吸收器附接到模块壳体的侧部的外表面来保护电池单体免受外部冲击的配置，然而，振动吸收器是与模块壳体分离的构件并且需要将振动吸收器结合到模块壳体。因此，在电池组的组装过程中，提供了例如刚度横梁和电池组盖的构件。
专利文献2公开了一种这样的电池模块，包括：配置为容纳电池单体堆的U形框架，U形框架具有开口顶部、配置为覆盖在U型框架的开口顶部上的电池单体的顶板以及具有朝向电池单体堆向内凹入的凹陷的侧部。
在专利文献2中，包括配置为在电池单体的层叠方向上向凹陷施加弹力的弹性构件，从而可以吸收由电池单体的膨胀导致的压力。
然而，专利文献2的电池模块不提供将多个电池模块彼此结合的结构，并且包括设置在框架内部的单独的弹性构件，以吸收电池单体的膨胀，由此电池模块的尺寸由于弹性构件的体积而增加。
因此，需要一种这样的结构：即使包括了对由于电池单体的膨胀而引起的体积变化进行缓冲的配置，也能够以最小的配置来制造电池组，以增加能量密度而不增加电池模块的体积。
(现有技术文献)
(专利文献1)韩国专利申请公开第2020-0112246号(2020.10.05)
(专利文献2)韩国专利申请公开第2021-0053086号(2021.05.11)
发明内容
技术问题
鉴于上述问题，做出本公开，本公开的目的是提供一种能够吸收电池单体的体积膨胀，从而抑制电池模块的尺寸变化，并且构成多个电池模块彼此稳定结合的电池组的电池模块壳体和包括该电池模块壳体的电池组。
技术方案
为了实现上述目的，根据本公开的电池模块壳体包括：容纳部，该容纳部配置为电池单体堆能够安装在其中，容纳部包括第一侧面和第二侧面；螺栓部，该螺栓部用于彼此相邻地设置的电池模块壳体之间的结合；以及缓冲部，该缓冲部配置为吸收电池单体堆的体积膨胀。
螺栓部可以位于第一侧面和第二侧面中的每一者的上端部和下端部。
螺栓部可以配置为在垂直于第一侧面和第二侧面延伸的紧固部中形成有通孔的结构。
紧固部可以形成在容纳部的整体长度方向上。
缓冲部可以配置为从第一侧面和第二侧面中的至少一个在平行于电池单体堆的膨胀方向的整体宽度方向上突出的缓冲结构的结构。
缓冲结构可以包括形成为马蹄形垂直截面的衬垫(cushion)部。
电池模块壳体还可以包括衬垫部外侧的防护部。
缓冲结构可以形成在容纳部的整体长度方向上。
第一侧面和第二侧面中的每一者的厚度可以从其中心部到上端部和下端部逐渐减小。
缓冲部的突出高度可以小于或等于螺栓部的突出高度
容纳部还可以包括上表面和下表面，并且上表面和下表面中的每一个中可以形成有中空部。
容纳部、螺栓部和缓冲部可以通过金属挤出成型来制造。
本公开提供一种电池组，该电池组配置为各自包括电池模块壳体的电池模块在水平方向上彼此连接。
另外，本公开可以提供上述构造的各种组合。
有益效果
从以上描述中显然可知，根据本公开的电池模块壳体能够通过与容纳部一体形成的缓冲部吸收电池单体堆的体积膨胀。
另外，作为多个电池模块壳体之间的连接结构的螺栓部和作为体积膨胀容纳结构的缓冲部设置在第一侧面和第二侧面上，以从第一侧面和第二侧面突出，从而可以最小化电池模块壳体的体积增加。
另外，当制造电池组时，电池模块壳体能够替代电池组壳体，从而可以最小化电池组的零件数量。
附图说明
图1是根据第一实施例的电池模块的透视图。
图2是图1的电池模块壳体的主视图。
图3是根据第二实施例的电池模块的透视图。
图4是图3的电池模块壳体的主视图。
图5是示出在电池模块(电池模块中的一个如图1所示)彼此相邻地设置的状态的透视图。
图6是根据本公开的电池组的透视图。
具体实施方式
现在，将参照附图详细描述本公开的优选实施例，使得本公开所属领域的普通技术人员可以容易地实施本公开的优选实施例。然而，在详细描述本公开的优选实施例的操作原理时，当并入本文的已知功能和配置可能模糊本公开的主题时，将省略对其的详细描述。
另外，在所有附图中，将使用相同的附图标记表示执行类似功能或操作的部分。在整个说明书中，在一个部分被称为连接到另一部分的情况下，不仅可以使一个部分直接连接到另一部分，而且一个部分可以经由其他部分间接连接到另一部分。另外，包括特定元件不意味着排除其他元件，而意味着除非另有说明，否则还可以包括这些元件。
另外，除非特别限制，否则通过限制或添加来体现元件的描述可以被应用于所有公开，并且不限制特定公开。
此外，在本公开的描述和本申请的权利要求中，除非另有说明，否则单数形式旨在包括复数形式。
此外，在本公开的描述和本申请的权利要求中，除非另有说明，否则“或”包括“和”。因此，“包括A或B”表示三种情况，即，包括A的情况、包括B的情况以及包括A和B的情况。
在下文中，将参照附图详细描述本公开的实施例。
图1是根据第一实施例的电池模块的透视图，并且图2是图1的电池模块壳体的主视图。
参照图1和图2，电池模块100配置为由设置为彼此紧密接触的多个电池单体构成的电池单体堆容纳在电池模块壳体中，并且电池单体堆设置在容纳部的限定在第一侧面113和第二侧面114之间的空间中。
电池模块壳体包括形成为四棱柱形状的单框架(配置为上表面111、下表面112、第一侧面113和第二侧面114彼此垂直接合)的容纳部、用于彼此相邻地设置的电池模块壳体之间的结合的螺栓部120以及配置为吸收电池单体堆的体积膨胀的缓冲部131。
端板115在整体长度方向y上添加到容纳部的各个相对的端部，以密封容纳部，并且模块端子116位于端板115处，以从端板115向外突出。
螺栓部120是配置为在多个电池模块在整体宽度方向x上并排设置的状态下彼此结合时螺钉122能够紧固到其的部分，并且螺栓部120位于第一侧面113和第二侧面114中的每一者的上端部和下端部。
螺栓部120配置为在垂直于第一侧面113和第二侧面114延伸的紧固部121中形成有通孔的结构，并且螺母可以紧固到插入通孔中的螺钉122，从而可以实现的电池模块壳体之间的结合。
具体地，在电池模块彼此相邻并且紧固部彼此重叠的状态下，紧固螺母是困难的。因此，在螺母被预先焊接到彼此相邻地设置的任意一个电池模块，使得紧固部彼此重叠之后，可以对其执行螺栓接合，由此可以将电池模块彼此结合。
可替代地，将铆钉螺柱/螺母插入紧固部的通孔以被紧固的方法或将热熔自攻螺钉(flow drill screw)插入通孔以紧固的方法可以用作电池模块的彼此结合的方法。
当在下面的描述中描述电池模块之间的结合时，螺钉包括插入紧固部121的通孔的螺钉或铆钉，并且螺钉的种类没有限制。
紧固部121形成在容纳部的整体长度方向y上。图1示出紧固部121在整体长度方向y上连续形成的结构。然而，与此不同，紧固部121可以在整体长度方向y上间断地形成。
电池单体堆可以配置为多个软包形电池单体布置为彼此紧密接触，并且多个软包形电池单体可以设置为电极平面平行于yz平面。此时，在电池模块的充电和放电期间，每个软包形电池单体的体积膨胀和减小的方向与整体宽度方向x相同。
因此，在本公开中，缓冲部131设置为配置为缓解由于软包形电池单体的体积膨胀而导致的压力的构件。具体地，缓冲部131可以配置为从构成电池模块壳体的相对的端面的第一侧面113和第二侧面114中的至少一个在整体宽度方向x上突出的缓冲结构的结构。
因此，在图1和图2中，第一侧面113和第二侧面114中的每一个形成有一个缓冲部131，并且第一侧面113的缓冲部131和第二侧面114的缓冲部131位于在z方向上的不同位置。
因此，当两个以上的电池模块设置在整体宽度方向x上并且彼此连接时，第一侧面113的缓冲部131和第二侧面114的缓冲部131可以不彼此重叠并且可以设置在不同位置。
缓冲结构包括形成为马蹄形垂直截面的衬垫部132。因此，如图2的下部所示，电池模块壳体通过使用螺钉122的紧固彼此结合，并且由于电池单体的膨胀，左电池模块壳体在(+)x方向上膨胀，同时右电池模块壳体在(-)x方向上膨胀，缓冲部131变形使得缓冲部的x方向的尺寸减小，而缓冲部的z方向的尺寸增加。也就是说，缓冲部131可以用作吸收电池模块壳体的体积膨胀的衬垫或弹簧。
缓冲结构形成在容纳部的整体长度方向y上。图1示出缓冲部131在整体长度方向y上连续形成的结构。然而，与此不同，缓冲部131可以在整体长度方向y上间断地形成。
在具体的示例中，第一侧面113和第二侧面114中的每一者的厚度可以在z方向上从中心部到其上端部和下端部逐渐减小。考虑到电池模块壳体由于其体积膨胀而在x方向上发生变形，并且中心部在z方向上的变形最大的事实，中心部在z方向上的厚度可以形成为较大，从而可以最小化电池模块壳体的变形。
在根据本公开的电池模块壳体中，螺栓部120形成在第一侧面113和第二侧面114中的每一者上，缓冲部131设置在第一侧面113和第二侧面114中的至少一个上，并且螺栓部120和缓冲部131设置为在第一侧面113和第二侧面114上不彼此重叠。因此，即使包括了用于电池模块之间的结合的结构和缓解体积膨胀的结构两者，也可以形成能够最小化电池模块壳体的外部尺寸增加的结构。
同时，缓冲部131的x方向的长度形成为比螺栓部120的x方向的长度小。因此，在两个以上的电池模块壳体彼此结合并且电池单体不膨胀的状态下，缓冲部131与相邻的电池模块壳体的第一侧面或第二侧面间隔开预定距离，而不与其接触。
也就是说，电池模块壳体在电池单体不膨胀的状态下(即，在没有压力施加到缓冲部131的状态下)结合，并且当电池单体膨胀时，与缓冲部相邻的电池模块壳体的第一侧面或第二侧面开始与缓冲部接触，并且之后缓冲部可能很快被挤压。
另外，即使第一侧面113和第二侧面114在x方向的长度膨胀得与螺栓部120一样多，在多个电池模块由于螺钉被紧固到螺栓部120而彼此结合的状态下，也可以在整体宽度上防止的所有电池模块的尺寸增加。
根据本公开的电池模块壳体配置为在上表面111和下表面112中的每一个中形成有中空部141的结构，因此可以通过由于形成中空部而移除部分的重量来减小电池模块壳体的重量。另外，上表面111和下表面112中的每一个配置为具有在厚度方向z上设置有分隔壁142并且在分隔壁142之间限定有中空部141的结构，从而可以通过设置分隔壁142来确保电池模块壳体的刚度。
电池模块壳体配置为具有通过金属挤出成型制造的一体形成的结构，因此容纳部、螺栓部和缓冲部可以一体形成为单个主体。
金属可以包括铝、碳钢、不锈钢及其合金。
图3是根据第二实施例的电池模块的透视图，并且图4是图3的电池模块壳体的主视图。
参照图3和图4，根据第二实施例的电池模块的电池模块壳体与根据第一实施例的电池模块壳体不同在于，在形成为构成缓冲部131的垂直截面马蹄形的衬垫部132的外侧还设置有防护部133。
此外，在图3和图4中示出的电池模块壳体中，第一侧面113上没有形成缓冲部131，并且仅在第二侧面114上形成缓冲部131。仅形成在第二侧面114上的缓冲部131包括各自形成垂直截面为马蹄形的两个衬垫部132以及防护部133。容纳部、包括衬垫部132和防护部133的缓冲部131以及螺栓部120配置为具有通过金属挤出成型制造的一体形成的结构。
如图4的下部所示，当两个电池模块壳体通过使用螺钉122的紧固而彼此连接时。左电池模块壳体的第二侧面114和右电池模块壳体的第一侧面113在彼此相邻地设置的状态下彼此结合，并且左电池模块壳体的第二侧面114的防护部133在与其间隔开的状态下结合到右电池模块壳体的第一侧面113。因此，当电池模块壳体在x方向上膨胀时，膨胀的体积可以容纳在缓冲部131和间隙中。
根据第一实施例的电池模块和电池模块壳体的描述可以同样应用于根据第二实施例的电池模块和电池模块壳体的其他构造。
图5是示出在电池模块(电池模块中的一个如图1所示)彼此相邻地设置的状态的透视图。
参照图5，各自包括电池模块壳体的电池模块100设置为在水平方向x上彼此相邻，并且螺钉可以紧固到电池模块壳体的螺栓部120，从而可以制造包括彼此连接的多个电池模块的电池组。由于电池模块100彼此连接使得缓冲部131设置在电池模块100的第一侧面与第二侧面之间，所以在x方向上膨胀的电池模块的体积可以容纳在缓冲部131中。
图6是根据本公开的电池组的透视图。
参照图6，电池组200具有在多个电池模块100安装在电池组框架210中的状态下，每个电池模块壳体的上表面和下表面被暴露的结构。
根据本公开的电池模块壳体在电池模块壳体的上表面和下表面中的每一个中形成有分隔壁和中空部的结构，从而提高电池模块壳体的刚度，即，提高电池模块壳体抵抗外部冲击的强度。因此，电池模块壳体可以替代电池组的顶板和托盘，因此，在电池组的组装过程中不需要单独的顶板和托盘。另外，当电池模块经由螺栓部和由衬垫部和防护部构成的缓冲部而彼此结合时，螺栓部和缓冲部可以用作常规电池组横梁，因此还可以从根据本公开的电池组中省略横梁。
电池组框架210可以由彼此连接以彼此垂直的第一构件211、第二构件212、第三构件213和第四构件214构成，并且第一构件211、第二构件212、第三构件213和第四构件214可以为配置为彼此可拆卸地结合的单独的构件。
同时，可能需要将电池组安装在装置中的安装部215，并且安装部215可以设置在第一构件211、第二构件212、第三构件213和第四构件214中的至少一个的下端部。因此，不需要将电池组安装在装置中的单独的零件。
如上所述，当使用根据本公开的电池模块壳体时，可以容纳电池单体堆由于其膨胀而导致的变形，可以将多个电池模块彼此简单结合，并且可以减少构成电池组的零件的数量，从而可以提高电池组的刚度，同时减小电池组的重量。
本公开所属领域的技术人员将理解的是，基于以上描述，在本公开的范畴内，可以进行各种应用和修改。
(附图标记说明)
100：电池模块
111：上表面
112：下表面
113：第一侧面
114：第二侧面
115：端板
116：模块端子
120：螺栓部
121：紧固部
122：螺钉
131：缓冲部
132：衬垫部
133：防护部
141：中空部
142：分隔壁
200：电池组
210：电池组框架
211：第一构件
212：第二构件
213：第三构件
214：第四构件
215：安装部

Claims (13)

1.一种电池模块壳体，包括：
容纳部，所述容纳部配置为电池单体堆能够安装在其中，所述容纳部包括第一侧面和第二侧面；
螺栓部，所述螺栓部用于彼此相邻地设置的电池模块壳体之间的结合；以及
缓冲部，所述缓冲部配置为吸收所述电池单体堆的体积膨胀。
2.根据权利要求1所述的电池模块壳体，其中，所述螺栓部位于所述第一侧面和所述第二侧面中的每一者的上端部和下端部。
3.根据权利要求2所述的电池模块壳体，其中，所述螺栓部配置为在垂直于所述第一侧面和所述第二侧面延伸的紧固部中形成有通孔的结构。
4.根据权利要求3所述的电池模块壳体，其中，所述紧固部形成在所述容纳部的整体长度方向上。
5.根据权利要求1所述的电池模块壳体，其中，所述缓冲部配置为从所述第一侧面和所述第二侧面中的至少一个在平行于所述电池单体堆的膨胀方向的整体宽度方向上突出的缓冲结构的结构。
6.根据权利要求5所述的电池模块壳体，其中，所述缓冲结构包括形成垂直截面为马蹄形的衬垫部。
7.根据权利要求6所述的电池模块壳体，其中，所述电池模块壳体还包括所述衬垫部外侧的防护部。
8.根据权利要求5所述的电池模块壳体，其中，所述缓冲结构形成在所述容纳部的整体长度方向上。
9.根据权利要求1所述的电池模块壳体，其中，所述第一侧面和所述第二侧面中的每一者的厚度从其中心部到上端部和下端部逐渐减小。
10.根据权利要求1所述的电池模块壳体，其中，所述缓冲部的突出高度小于或等于所述螺栓部的突出高度。
11.根据权利要求1所述的电池模块壳体，其中，
所述容纳部还包括上表面和下表面，并且
所述上表面和所述下表面中的每一个中形成有中空部。
12.根据权利要求1所述的电池模块壳体，其中，所述容纳部、所述螺栓部和所述缓冲部通过金属挤出成型来制造。
13.一种电池组，所述电池组配置为各自包括权利要求1至12中的任一项所述的电池模块壳体的电池模块在水平方向上彼此连接。
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