TWI805811B - 電池模組以及包括其的電池組 - Google Patents

Abstract

本發明揭露一種電池模組以及包括其的電池組。電池模 組包含:至少一個電池單元；殼體，配置為以圍繞電池單元且具有形成於其中的至少一個開口；以及熱介面材料(TIM)，插入於殼體與電池單元之間且經由殼體的開口暴露於殼體之外。

Description

電池模組以及包括其的電池組

本揭露內容是關於一種電池模組及包含所述電池模組的電池組，且更特定而言，是關於一種可具有改良的散熱特徵的電池模組及包含所述電池模組的電池組。

本申請案主張2018年9月12日在韓國申請的韓國專利申請案第10-2018-0109209號的優先權，所述申請案的揭露內容以引用的方式併入本文中。

隨著技術發展及對行動裝置的需求增加，對作為能量來源的二次電池(secondary battery)的需求快速增加。習知地，鎳鎘電池或氫離子電池已用作二次電池。然而，鋰二次電池最近經廣泛使用，因為與鎳類二次電池相比，由於罕見的記憶效應(memory effect)，因此充電及放電是無消耗的，自身放電速率非常低且能量密度高。

鋰二次電池主要分別將氧化鋰及含碳材料作為正電極活性材料及負電極活性材料。鋰二次電池包含：二次電池單元，其中分別塗佈有正電極活性材料及負電極活性材料的正電極板及負電極板配置成其間具有隔板；以及外部件，即電池殼體，所述電 池殼體密封且容納二次電池單元以及電解質溶液。

鋰二次電池包含正電極、負電極以及插入其間的隔板以及電解質。根據正電極活性材料及負電極活性材料使用的材料，鋰二次電池分類為鋰離子電池(lithium ion battery；LIB)及聚合物鋰離子電池(polymer lithium ion battery；PLIB)。通常，藉由將正電極活性材料或負電極活性材料應用至由鋁片或銅片、網狀物、膜、箔或類似者製成的集電器(current collector)，且隨後將其乾燥來製備鋰二次電池的電極。

同時，隨著對電流能量來源或類似者的大容量結構的需求增加，最近對其中串聯或並聯連接多個電池單元的電池模組或電池組的需求增加。

然而，因為電池模組或電池組經製造使得多個電池單元緊密地封裝於狹窄的空間中，所以易於將自電池單元產生的熱量釋放至外部至關重要。然而，習知的電池模組或習知的電池組具有不充分的散熱效能，所述不充分的散熱效能由於熱量而降低電池模組或電池組的容量。

相關文獻

專利文獻

韓國未審查專利公開案第10-2013-0064704號(公佈於2013年6月18日)

本揭露內容是關於提供一種電池模組及包含電池模組的電池組，所述電池模組可具有改良的散熱特徵。

在本揭露內容的一個態樣中，提供一種電池模組，包括：至少一個電池單元；殼體，配置為以圍繞電池單元且具有形成於其中的至少一個開口；以及熱介面材料(thermal interface material；TIM)，插入於殼體與電池單元之間且經由殼體的開口暴露於殼體之外。

此外，可設置多個開口，支撐部分可設置於殼體上以位於任一個開口與其相鄰另一開口之間，且支撐部分的與熱介面材料接觸的接觸部分可為弧形的。

另外，支撐部分可位於與熱介面材料相同的平面處，且支撐部分及熱介面材料可一起暴露於殼體之外。

此外，支撐部分可位於與熱介面材料不同的平面處，且支撐部分可嵌入於熱介面材料中，使得熱介面材料而非支撐部分暴露於殼體之外。

另外，電池單元可為具有圓柱形狀的圓柱狀電池單元，且熱介面材料可經形成為具有與圓柱狀電池單元的形狀對應的形狀，以便與圓柱狀電池單元緊密接觸。

此外，殼體可由導熱塑膠製成。

另外，散熱凹槽可形成於殼體處以具有自其邊緣部分向其中心部分逐漸增加的深度。

此外，電池模組可更包括耦接至殼體的散熱構件，且設置成與經由殼體的開口暴露於殼體之外的熱介面材料接觸。

另外，容納凹槽可形成於散熱構件的至少一側中以容納熱介面材料。

同時，在本揭露內容的另一態樣中，亦提供包括上文描 述的電池模組的電池組。

根據本揭露內容的實施例，因為熱介面材料暴露於殼體之外以與流體直接接觸，所以可改良散熱特徵。

此外，因為殼體與流體之間的接觸面積增加，所以可改良散熱特徵。

10:電池模組

100:電池單元

200:殼體

210:上部殼體

220:下部殼體

221:開口

222:支撐部分

223:接觸部分

224:第一邊緣部分

225:第一傾斜部分

226:第二邊緣部分

227:第二傾斜部分

228:中心部分

229:散熱凹槽

300:熱介面材料

400:散熱構件

410:容納凹槽

A:部分

X1、X2、X3:平面

圖1為根據本揭露內容的第一實施例的展示整體電池模組的示意性透視圖。

圖2為根據本揭露內容的第一實施例的展示電池模組的截面圖。

圖3為根據本揭露內容的第一實施例的展示在電池模組處具有開口的殼體的內部的圖式。

圖4為根據本揭露內容的第一實施例的展示在電池模組處具有開口的殼體的外部的圖式。

圖5為根據本揭露內容的第一實施例的展示熱介面材料經由電池模組處的殼體的開口暴露的圖式。

圖6為展示圖2的殼體的部分A的經修改實施例的截面圖。

圖7為展示在圖6的經修改實施例中熱介面材料經由殼體的開口暴露的圖式。

圖8為根據本揭露內容的第一實施例的展示熱介面材料與電池模組處的電池單元接觸的圖式。

圖9為根據本揭露內容的第二實施例的展示電池模組的截面 圖。

圖10為根據本揭露內容的第三實施例的展示電池模組的部分截面圖。

在下文中，將參考隨附圖式詳細描述本揭露內容的較佳實施例。描述之前，應瞭解，說明書及隨附申請專利範圍中所用的術語不應解釋為限於通用及辭典含義，而是基於允許發明者恰當定義術語以提供最佳解釋的原則，基於與本揭露內容的技術態樣對應的含義以及概念來解釋。因此，本文所提出的描述僅為較佳實例，僅用於說明的目的，並不意欲限制本揭露內容的範疇，因此應理解，可在不偏離本揭露內容的範疇的情況下獲得關於其的其他等效物及修飾。

在圖式中，為了描述方便且清楚起見，誇示、省略或示意性地說明每一元件或元件的特定部分的大小。因此，每一元件的大小並不完全反映元件的實際大小。若不必要地掩蓋本揭露內容的標的物，則將省略與本揭露內容相關聯的熟知的功能或元件的詳細描述。

如本文所使用的術語「結合」或「連接」可不僅指代一個構件與另一構件直接結合或直接連接的情況，而且亦指代一個構件經由連接構件與另一構件間接結合或間接連接的情況。

圖1為根據本揭露內容的第一實施例的展示整體電池模組的示意性透視圖，圖2為根據本揭露內容的第一實施例的展示電池模組的截面圖，圖3為根據本揭露內容的第一實施例的展示 在電池模組處具有開口的殼體的內部的圖式，圖4為根據本揭露內容的第一實施例的展示在電池模組處具有開口的殼體的外部的圖式，圖5為根據本揭露內容的第一實施例的展示熱介面材料經由電池模組處的殼體的開口暴露的圖式，圖6為展示圖2的殼體的部分A的經修改實施例的截面圖，圖7為展示在圖6的經修改實施例中熱介面材料經由殼體的開口暴露的圖式，且圖8為根據本揭露內容的第一實施例的展示熱介面材料與電池模組處的電池單元接觸的圖式。

參考圖1至圖8，根據本揭露內容的第一實施例的電池模組10包含電池單元100、殼體200以及熱介面材料(TIM)300。

可提供至少一個電池單元100。電池單元100可為袋狀類型或如圖2中的圓柱狀類型。若電池單元100為袋狀類型，則電池單元100可包含電極引線。提供至電池單元100的電極引線為一種暴露於外部且連接至外部裝置的端子，且可由導電材料製成。電極引線可包含正電極引線及負電極引線。正電極引線及負電極引線可沿縱向方向安置於電池單元100的相對側處，或正電極引線及負電極引線可沿縱向方向安置於電池單元100的相同側處。電極引線可電耦接至匯流條(bus bar)。電池單元100可具有一種結構，在所述結構中，多個單元電池(unit cell)(所述單元電池中的每一者中按順序配置正電極板、隔板以及負電極板)或多個雙電池(bi-cell)(所述雙電池中的每一者中按順序配置正電極板、隔板、負電極板、隔板、正電極板、隔板以及負電極板)經堆疊以適合於電池電容。另外，若電池單元100為圓柱狀類型，則電池單元100包含電極組件(例如凝膠卷型電極組件)、用於與電極 組件一起容納電解質的圓柱狀電池殼體、形成於例如電池殼體的上部處的正電極端子以及形成於例如電池殼體的底部處的負電極端子。電極組件可具有一種結構，其中隔板插入於正電極與負電極之間，且以凝膠卷的形式捲繞。正電極引線可附接至正電極且在例如電池殼體的上部處連接至正電極端子，且負電極引線附接至負電極且在例如電池殼體的底部處連接至負電極端子。另外，圓柱狀中心銷可插入至電極組件的中心部分228中。中心銷固定且支撐電極組件，且可充當在充電、放電以及操作期間排出藉由內部反應產生的氣體的通道。同時，安全排氣口可設置於電池殼體的內部處，例如在頂蓋的底部處，且安全排氣口由於電池殼體內部的壓力升高而破裂以排出氣體。在下文中，為方便解釋起見，將主要描述電池單元100是具有圓柱狀形狀的圓柱狀電池單元100的情況。

殼體200經設置成圍繞電池單元100。殼體200圍繞電池單元100以保護電池單元100免受外部振動或衝擊。此處，殼體200可配置為以包含例如上部殼體210及下部殼體220。然而，本揭露內容不限於此。至少一個開口221(參見圖3及圖4)可形成於殼體200中，例如在下部殼體220中，使得熱介面材料300暴露於外部。然而，若必要時，開口221亦可形成於上部殼體210中。如上文所描述，熱介面材料300經由形成於殼體200中的開口221暴露於殼體200之外，且熱介面材料300與諸如空氣的流體接觸以實現散熱。參考圖3及圖4，可設置多個開口221，且殼體200可具有位於任一個開口221與其相鄰另一開口221之間的支撐部分222。支撐部分222可與殼體200整體形成，或可單獨製 備，且隨後以各種方式與殼體200耦接。另外，參考圖2，支撐部分222的與熱介面材料300接觸的接觸部分223可為弧形的。若支撐部分222的接觸部分223如上所述為弧形的，即使熱介面材料與支撐部分222的接觸部分223接觸，亦可防止熱介面材料經損壞。同時，參考圖2，支撐部分222可位於與熱介面材料300相同的平面處。舉例而言，參考圖2中部分放大的部分A，基於圖2，支撐部分222及熱介面材料300二者可位於對應於殼體200的底部的相同平面X1處。藉此，如圖5中所展示，支撐部分222及熱介面材料300可一起暴露於殼體200之外。參考展示經修改實施例的圖6，支撐部分222可位於與熱介面材料300不同的平面處。舉例而言，基於圖6，熱介面材料300可位於對應於殼體200的底部的平面X2處，且支撐部分222可嵌入於熱介面材料300中且位於在殼體200的底部上方的平面X3處。藉此，如圖7中所展示，支撐部分222未暴露於殼體200之外，且僅除支撐部分222外的熱介面材料300可暴露於殼體200之外。圖5的實施例在結構上比圖7的實施例穩定，且圖7的實施例與圖5的實施例相比確保提高的散熱效率，因為熱介面材料300與空氣之間的接觸面積增加。即考慮到結構穩定性及散熱效率，可適當地調節支撐部分222的大小及位置。

散熱凹槽229可形成於殼體200的未形成開口221的部分中(參見圖4)。散熱凹槽229可形成於殼體200的外側處，例如殼體200的底部表面處。散熱凹槽229可不同地形成，且例如，散熱凹槽229的深度可自殼體200的邊緣部分向殼體200的中心部分228逐漸增加。舉例而言，散熱凹槽229可藉由第一傾斜部 分225及第二傾斜部分227形成。參考圖4，第一傾斜部分225可形成為自一個邊緣部分(例如第一邊緣部分224)向中心部分228傾斜，且第二傾斜部分227可形成為自另一邊緣部分(例如與第一邊緣部分224間隔開的第二邊緣部分226)朝向中心部分228傾斜，使得第一傾斜部分225及第二傾斜部分227在中心部分228處相遇以形成散熱凹槽229。另外，具有上述結構的至少一個散熱凹槽229可形成於殼體200的底部表面處，例如下部殼體220處。同時，散熱凹槽229不僅形成於下部殼體220的底部表面處，而且若必要時，亦可形成於下部殼體220或上部殼體210的側表面處。若散熱凹槽229如上所述形成於殼體200處，則殼體200與空氣之間的接觸面積增加，由此提高散熱效率。另外，殼體200可由各種導熱塑膠製成，由此有效地釋放自電池單元100產生的熱量。

一起參考圖2及圖8，熱介面材料300插入於殼體200與電池單元100之間。舉例而言，熱介面材料300可安置於電池單元100與下部殼體220之間，使得熱介面材料300的一側與下部殼體220接觸，且熱介面材料300的另一側與圓柱狀電池單元100的表面接觸。熱介面材料300可包含能夠將自電池單元100產生的熱量轉移至電池單元1外部的各種材料。熱介面材料300可經提供例如使得石墨圍繞發泡體襯墊，但不限於此。熱介面材料300經由殼體200的開口221暴露於殼體200之外，使得暴露部分與空氣接觸以能夠散熱。即自電池單元100產生的熱量經由熱介面材料300轉移至外部且經冷卻。在此過程中，經由殼體200的開口221暴露於外部的熱介面材料300可經由空氣消散熱量。 如圖8中所展示，熱介面材料300可經形成為具有對應於圓柱狀電池單元100的形狀的形狀，從而與圓柱狀電池單元100緊密接觸。即熱介面材料300可具有弧形截面。舉例而言，熱介面材料300可經形成為當自正面或背面觀察時具有弧形，但當自側面觀察時在縱向方向上具有筆直形狀。然而，熱介面材料300的形狀不限於此。

在下文中，將參考附圖描述根據本揭露內容的第一實施例的電池模組10的操作及效應。

根據本揭露內容的第一實施例的電池模組10包含插入於圓柱狀電池單元100與殼體200之間的熱介面材料300，且熱介面材料300可經由殼體200的開口221暴露於外部以與外部空氣直接接觸。因此，可以提高散熱效率。同時，散熱凹槽229可形成於殼體200的一側處以自邊緣部分向中心部分228傾斜，以具有向中心部分228逐漸增加的深度。由於散熱凹槽229，殼體200與空氣之間的接觸面積增加，由此提高散熱效率。

圖9為根據本揭露內容的第二實施例的展示電池模組的截面圖。

在下文中，將參考隨附圖式描述根據本揭露內容的第二實施例的電池模組10的操作及效應。此處，將不再詳細描述已經參考根據本揭露內容的第一揭露的電池模組10所解釋的特徵。

本揭露內容的第二實施例與第一實施例的不同之處在於額外提供散熱構件400。

參考圖9，散熱構件400可耦接至殼體200，且經由殼體200的開口221與暴露於殼體200之外的熱介面材料300接觸。亦 即，即使在第一實施例中，熱介面材料300暴露於殼體200之外以接觸殼體200之外的空氣，且因此以空氣冷卻方式消散熱量，但在第二實施例中，散熱構件400與暴露於殼體200之外的熱介面材料300接觸，使得熱介面材料300藉由散熱構件400消散熱量。此處，可以各種方式設置散熱構件400。

圖10為根據本揭露內容的第三實施例的展示電池模組的部分截面圖。

在下文中，將參考隨附圖式描述根據本揭露內容的第三實施例的電池模組10的操作及效應。此處，將不再詳細描述已經參考根據本揭露內容的第一實施例及第二實施例的電池模組10所解釋的特徵。

本揭露內容的第三實施例與第一實施例及第二實施例的不同之處在於容納凹槽410形成於散熱構件400中。

參考圖10，可以各種方式設置散熱構件400，且例如，散熱構件400可為冷卻板。冷卻板可設置成允許各種流體在其中流動，但本揭露內容不限於此。另外，容納凹槽410可形成於散熱構件400的至少一側中以容納熱介面材料300。若熱介面材料300容納於在散熱構件400處形成的容納凹槽410中，則可確保結構穩定性，且因為在熱介面材料300與散熱構件400之間的接觸面積增加，所以亦可提高散熱效率。

同時，根據本揭露內容的一實施例的電池組(未展示)，可包含如上文所描述的根據本揭露內容的一實施例的一或多個電池模組10。此外，除電池模組10之外，電池組(未展示)可更包含用於容納電池模組10的殼體，以及用於控制電池模組10的充 電及放電的各種裝置，諸如BMS、電流感測器、熔斷器以及類似者。

已詳細地描述本揭露內容。然而，應理解，由於在本揭露的範疇內的各種改變及修改將通過此詳細描述對所屬領域中的技術人員變得顯而易見，所以指示本揭露內容的較佳實施例的詳細描述及具體實例僅以說明方式給出。

100:電池單元

200:殼體

210:上部殼體

220:下部殼體

222:支撐部分

223:接觸部分

300:熱介面材料

A:部分

X1:平面

Claims (10)

1. 一種電池模組，包括：至少一個電池單元；殼體，配置為以圍繞所述電池單元且具有形成於其中的多個開口；熱介面材料，插入於所述殼體與所述電池單元之間且經由所述殼體的所述開口暴露於所述殼體之外；以及支撐部分，設置於所述殼體上以位於所述開口中任一個開口與其相鄰另一開口之間，其中所述熱介面材料的一部分介於所述電池單元以及所述支撐部分之間。
2. 如申請專利範圍第1項所述的電池模組，其中所述支撐部分的與所述熱介面材料接觸的接觸部分為弧形的。
3. 如申請專利範圍第2項所述的電池模組，其中所述支撐部分位於與所述熱介面材料相同的平面處，且所述支撐部分及所述熱介面材料一起暴露於所述殼體之外。
4. 如申請專利範圍第2項所述的電池模組，其中所述支撐部分位於與所述熱介面材料不同的平面處，且所述支撐部分嵌入於所述熱介面材料中，使得所述熱介面材料而非所述支撐部分暴露於所述殼體之外。
5. 如申請專利範圍第1項所述的電池模組，其中所述電池單元為具有圓柱形狀的圓柱狀電池單元，且其中所述熱介面材料經形成為具有與所述圓柱狀電池單元的 所述形狀對應的形狀，以便與所述圓柱狀電池單元緊密接觸。
6. 如申請專利範圍第1項所述的電池模組，其中所述殼體由導熱塑膠製成。
7. 如申請專利範圍第1項所述的電池模組，所述電池模組還包括散熱凹槽，所述散熱凹槽可形成於所述殼體處以具有自其邊緣部分向其中心部分逐漸增加的深度。
8. 如申請專利範圍第1項所述的電池模組，更包括：散熱構件，耦接至所述殼體且設置成與經由所述殼體的所述開口暴露於所述殼體之外的所述熱介面材料接觸。
9. 如申請專利範圍第8項所述的電池模組，所述電池模組還包括容納凹槽，所述容納凹槽形成於所述散熱構件的至少一側中以容納所述熱介面材料。
10. 一種電池組，包括如申請專利範圍第1項至第9項中任一項所述的電池模組。

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