CN109478621A - 电池模块、包括电池模块的电池组和包括电池组的车辆 - Google Patents

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Abstract

根据本发明的一个实施例，一种电池模块包括：多个电池单元，所述多个电池单元堆叠在彼此顶部；单元壳体，所述单元壳体用于容纳所述多个电池单元；以及盖汇流条，所述盖汇流条覆盖所述单元壳体的整个上侧，并且通过具有分层结构的电极连接层而电连接到所述多个电池单元的电极。

Description

电池模块、包括电池模块的电池组和包括电池组的车辆
技术领域
本公开涉及电池模块、包括所述电池模块的电池组以及包括所述电池组的车辆。
本申请要求2017年3月21日在韩国提交的韩国专利申请No.10-2017-0035399的优先权，该申请的公开内容通过引用并入本文。
背景技术
二次电池高度适用于各种产品，并具有优异的电气性质，例如高能量密度等，其通常不仅用于便携式设备，还用于电动车辆(EV)或由电源驱动的混合动力车辆(HEV)。由于二次电池可以大大减少化石燃料的使用，并且在能量消耗过程中不会产生副产品，因此作为一种提高环境友好性和能量效率的新能源，二次电池已为人所关注。
目前广泛使用的二次电池包括锂离子电池、锂聚合物电池、镍镉电池、镍氢电池、镍锌电池等。单个二次电池单元、即单个电池单元的工作电压约为2.5V至4.6V。因此，如果需要更高的输出电压，则可以串联连接多个电池单元以构造电池组。此外，根据电池组所需的充电/放电容量，可以并联连接多个电池单元以构造电池组。因此，可以根据所需的输出电压或所要求的充电/放电容量来不同地设定电池组中包括的电池单元的数量。
同时，当串联或并联连接多个电池单元以构造电池组时，通常首先构造由至少一个电池单元组成的电池模块，然后通过使用至少一个电池模块并添加其他部件来构造电池组。
由于多模块结构的电池组被制造成使得多个二次电池被密集地封装在狭窄的空间中，所以重要的是易于排出从每个二次电池产生的热量。由于二次电池的充电或放电过程是通过电化学反应进行的，如果电池模块在充电和放电过程中产生的热量没有被有效地去除，则可能发生热量积聚，导致电池模块的劣化并造成燃烧或***。
因此，高容量、大容量的电池模块和包括该电池模块的电池组应该具有用于冷却包括在其中的电池单元的冷却装置。
传统的电池模块使用这样的冷却结构：其中，设置热界面材料(TIM)，以接触于电池单元和热沉之间，从而进行散热。
然而，由于传统冷却结构的低冷却性能，因此难以提高电池模块和电池组以及具有该电池模块或电池组的电动车辆的性能。
发明内容
技术问题
本公开旨在提供能够最大化冷却性能的电池模块、包括该电池模块的电池组以及包括该电池组的车辆。
技术解决方案
在本公开的一个方面中，提供一种电池模块，其包括：彼此堆叠的多个电池单元；单元壳体，所述单元壳体被构造成容纳所述多个电池单元；以及盖汇流条，所述盖汇流条被构造成覆盖所述单元壳体的整个上侧，并通过具有分层结构的电极连接层而电连接到所述多个电池单元的电极。
所述盖汇流条可以具有包括电极连接层和用于使电极连接层绝缘的绝缘层的分层结构。
电极连接层可以分别布置在绝缘层之间。
盖汇流条可包括：第一绝缘层，所述第一绝缘层被构造成形成盖汇流条的下侧，并且被设置成面对多个电池单元；第一电极连接层，所述第一电极连接层被布置在第一绝缘层的上侧，并且电连接到多个电池单元的正极和负极中的一种；第二绝缘层，所述第二绝缘层被布置在第一电极连接层的上侧；第二电极连接层，所述第二电极连接层被布置在第二绝缘层的上侧，并且电连接到多个电池单元的正极和负极中的另一种；以及第三绝缘层，所述第三绝缘层被布置在第二电极连接层的上侧以形成盖汇流条的上侧。
第一电极连接层和第二电极连接层可以被设置为挠性印刷电路板。
绝缘图案可以被设置到第一电极连接层和第二电极连接层中的至少一个的边缘。
盖汇流条的边缘通过接缝而结合到单元壳体的边缘。
电池模块还可以包括相变材料，所述相变材料被填充在单元壳体中使得多个电池单元被部分地浸没在所述相变材料中，并且所述相变材料被设置为引导多个电池单元的冷却。
电池模块还可以包括安装到单元壳体和盖汇流条中的至少一个上的热沉，以冷却多个电池单元。
当多个电池单元的温度升高时，相变材料可以被蒸发并朝向盖汇流条移动，然后相变材料可以被热沉液化并移动到单元壳体的下侧。
电池模块还可以包括引导肋，所述引导肋被设置在单元壳体的内壁的上侧，以引导所液化的相变材料移动到单元壳体的下侧。
所述多个电池单元可以是圆柱形二次电池。
在本公开的另一方面中，还提供了一种电池组，其包括：至少一个根据上述实施例的电池模块；以及电池组外壳，所述电池组外壳被构造成封装所述至少一个电池模块。
在本公开的另一方面，还提供了一种车辆，其包括至少一个根据上述实施例的电池组。
有利效果
根据上述各种实施例，可以提供能够最大化冷却性能的电池模块、包括该电池模块的电池组以及包括该电池组的车辆。
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是用于示出根据本公开的实施例的电池模块的图。
图2是示出图1的电池模块的分解立体图。
图3是示出图1的电池模块的截面图。
图4是示出在图2的电池模块中使用的盖汇流条的分解立体图。
图5是示出图4的盖汇流条的平面图。
图6至9是用于示出图5的盖汇流条和电池单元的电极之间的电极连接的图。
图10是用于示出图1的电池模块的冷却原理的图。
图11是用于示出根据本公开的实施例的电池组的图。
具体实施方式
通过参考附图详细描述本公开的实施例，本公开将变得更加清楚。应当理解，本文公开的实施例仅仅是说明性的，以更好地理解本公开，并且可以以各种方式修改本公开。此外，为了容易理解本公开，附图没有按实际比例绘制，而是可能夸大一些部件的尺寸。
图1是用于示出根据本公开的实施例的电池模块的图，图2是示出图1的电池模块的分解立体图，并且图3是示出图1的电池模块的截面图。
参照图1至图3，电池模块10可包括电池单元100、单元壳体200、至少一个单元固定构件300、400、热沉500、相变材料600和盖汇流条700。
所述电池单元100可以被设置成多个，并且所述多个电池单元100可以是圆柱形二次电池。所述多个电池单元100可以彼此堆叠并彼此电连接。
正极电极110可以设置在所述多个电池单元100的上部中心处，负极电极130可以设置在多个电池单元100的底表面和包括边缘在内的外侧。
所述单元壳体200可以容纳多个电池单元100。为此，所述单元壳体200可以具有能够容纳多个电池单元100的容纳空间。
引导肋220可以设置在单元壳体200中。
引导肋220设置在单元壳体200的内壁的上侧处，并且如稍后所释，当相变材料600被液化(L)时，引导肋220可以引导相变材料600的向下移动。具体地，引导肋220可以引导稍后解释的液化(L)的相变材料600更快地朝向底板800移动，如下文所释。
至少一个单元固定构件300、400可以固定多个电池单元100，以防止多个电池单元100在单元壳体200内移动。
单元固定构件300、400可以成对设置。成对单元固定构件300、400可以由上部单元固定构件300和下部单元固定构件400组成。
多个电池单元100的上部可以***到上部单元固定构件300中，并且上部单元固定构件300可以被固定到单元壳体200的内部的上侧。为此，上部单元固定构件300可以具有多个单元***孔350，多个电池单元100的上部***到所述多个单元***孔350中。
多个电池单元100的下部***到下部单元固定构件400中，并且下部单元固定构件400可以固定到单元壳体200的内部的下侧。为此，下部单元固定构件400可以具有多个单元***孔450，多个电池单元100的下部***到所述多个单元***孔450中。
热沉500用于冷却多个电池单元100，并且可以安装到单元壳体200的两侧表面。不限于此，热沉500也可以安装到盖汇流条700的上侧，如稍后解释。换句话说，热沉500可以安装到单元壳体200和盖汇流条700中的至少一个，如稍后解释。
相变材料600用于引导多个电池单元100的冷却，并且可以被部分地填充在单元壳体200中。因此，多个电池单元100可以在单元壳体200的内部被部分地浸没在相变材料600中。
当多个电池单元100的温度升高时，相变材料600可以被蒸发(V)并移动到盖汇流条700，如下文所释，然后可以被热沉500液化(L)，并朝向单元壳体200的底部移动。所述蒸发(V)和液化(L)可以重复循环，并且如此可以更有效地冷却电池单元100。
相变材料600可以由具有低熔点的氟基材料制成，以便更有效地循环。例如，相变材料600可以由具有35℃至50℃的低熔点的材料制成。此外，相变材料600可以包含具有灭火功能的物质。因此，当电池模块10中发生火灾时，可以通过相变材料600来抑制火灾。
盖汇流条700可以覆盖单元壳体200的整个上侧。这里，盖汇流条700可以通过接缝结构联接到单元壳体200。这是为了最大化单元壳体200的气密结构，并防止单元壳体200中的相变材料600蒸发。所述接缝结构可以形成在盖汇流条700的边缘和单元壳体200的上边缘之间。换句话说，盖汇流条700的边缘可以通过接缝而被结合到单元壳体200的上边缘。
盖汇流条700可以通过具有分层结构的电极连接层710、730电连接到多个电池单元100的电极110、130，如下文所释。
换句话说，在本实施例中，盖汇流条700不仅可以用作用于单元壳体200的气密结构的盖，还可以用作用于电连接电池单元100的电极110、130的汇流条。
在下文中，将参照图4至图9更详细地描述盖汇流条700的电连接结构。
图4是示出在图2的电池模块中使用的盖汇流条的分解立体图，图5是示出图4的盖汇流条的平面图。
参照图4和图5，盖汇流条700可以具有分层结构，所述分层结构包括电极连接层710、730和用于使电极连接层710、730绝缘的绝缘层750、770、790。
电极连接层710、730分别布置在绝缘层750、770、790之间，并且可以包括第一电极连接层710和第二电极连接层730。
第一电极连接层710布置在下文所释的第一绝缘层750的上侧，并且可以电连接到多个电池单元100的正极电极110和负极电极130中的一种电极110。在下文中，在本实施例中，第一电极连接层710将被解释为电连接到多个电池单元100的正极电极110。
第一电极连接层710可以是挠性印刷电路板，并且可以通过焊接而电连接到多个电池单元100的正极电极110。
此外，第一电极连接层710可以电连接到外部正极电极高电流端子T1，用于连接到电池模块10的外部电源等。将参照图6和7更详细地描述这种电连接。
第一电极连接层710可以具有电极穿过孔712和绝缘图案715。
电极穿过孔712可以被成形为对应于电池单元100的负极电极130，以使得能够在电池单元100的负极电极130(参见图9)和第二电极连接层730之间进行焊接。
这里，电极穿过孔712可以形成为大于绝缘层750、770、790的第二电极穿过孔754、774、794，如下文所释，以便更可靠地防止第一电极连接层710和第二电极连接层730之间的接触。
绝缘图案715沿着第一电极连接层710的边缘形成，并且当单元壳体200和盖汇流条700通过接缝结合时，所述绝缘图案715可以在第一电极连接层710的边缘的内部部分和单元壳体200之间绝缘。
第二电极连接层730布置在第二绝缘层770的上侧，如下文所释，并且可以电连接到多个电池单元100的正极电极110和负极电极130中的另一种电极130。在下文中，在本实施例中，第二电极连接层730将被解释为电连接到多个电池单元100的负极电极130。
第二电极连接层730可以是类似于第一电极连接层710的挠性印刷电路板，并且可以通过焊接电连接到多个电池单元100的负极电极130。
此外，第二电极连接层730可以电连接到外部负极电极高电流端子T2，用于连接到电池模块10的外部电源等。将参照图8和9更详细地描述这种电连接。
第二电极连接层730可以具有电极穿过孔732和第一端子穿过凹槽736。
电极穿过孔732可以被成形为对应于电池单元100的正极电极110，以能够在电池单元110的正极电极110(参见图7)和第一电极连接层710之间进行焊接。
这里，电极穿过孔732可以形成为大于绝缘层750、770、790的第一电极穿过孔752、772、792，如下文所释，以便更可靠地防止第一电极连接层710和第二电极连接层730之间的接触。
第一端子穿过凹槽736允许外部正极电极高电流端子T1从中穿过，并且可以具有预定尺寸的凹槽形状。这里，第一端子穿过凹槽736可以形成为大于第二绝缘层770的第一端子穿过凹槽776和第三绝缘层790的第一端子穿过凹槽796，以防止外部正极电极高电流端子T1和第二电极连接层730之间的接触。
绝缘层750、770、790可以包括第一绝缘层750、第二绝缘层770和第三绝缘层790。
第一绝缘层750形成盖汇流条700的下侧，并且可以布置成：当盖汇流条700联接到单元壳体200时，所述第一绝缘层750面向多个电池单元100的上侧。
第一绝缘层750可以具有第一电极穿过孔752和第二电极穿过孔754。
第一电极穿过孔752可以被成形为对应于电池单元100的正极电极110，以能够在电池单元100的正极电极110(参见图7)和第一电极连接层710之间进行焊接。
第二电极穿过孔754可以被成形为对应于电池单元100的负极电极130，以能够在电池单元100的负极电极130(参见图9)和第二电极连接层730之间进行焊接。
第二绝缘层770布置在第一电极连接层710的上侧，并且可以具有第一电极穿过孔772、第二电极穿过孔774和第一端子穿过凹槽776。
第一电极穿过孔772可以被成形为对应于电池单元100的正极电极110，以能够在电池单元100的正极电极110(参见图7)和第一电极连接层710之间进行焊接。
第二电极穿过孔774可以被成形为对应于电池单元100的负极电极130，以能够在电池单元100的负极电极130(参见图9)和第二电极连接层730之间进行焊接。
第一端子穿过凹槽776允许外部正极电极高电流端子T1从中穿过，用于在外部正极电极高电流端子T1和第一电极连接层710之间进行连接，并且可以具有预定尺寸的凹槽形状。
第三绝缘层790布置在第二电极连接层730的上侧，并且可以形成盖汇流条700的上侧。第三绝缘层790可以具有第一电极穿过孔792、第二电极穿过孔794、第一端子穿过凹槽796和第二端子穿过凹槽798。
第一电极穿过孔792可以被成形为对应于电池单元100的正极电极110，以能够在电池单元100的正极电极110(参见图7)和第一电极连接层710之间进行焊接。
第二电极穿过孔794可以被成形为对应于电池单元100的负极电极130，以能够在电池单元100的负极电极130(参见图9)和第二电极连接层730之间进行焊接。
第一端子穿过凹槽796允许外部正极电极高电流端子T1从中穿过，用于在外部正极电极高电流端子T1和第一电极连接层710之间进行连接，并且可以具有预定尺寸的凹槽形状。
第二端子穿过凹槽798允许外部负极电极高电流端子T2从中穿过，用于在外部负极电极高电流端子T2和第二电极连接层730之间进行连接，并且可以具有预定尺寸的凹槽形状。
在下文中，将更详细地描述盖汇流条700和电池单元100的电极之间的连接。
图6至9是用于示出图5的盖汇流条和电池单元的电极之间的电极连接的图。
首先，下面将描述盖汇流条700与电池单元100的正极电极110和外部正极电极高电流端子T1的连接。
参照图6和7，盖汇流条700的第一电极连接层710可以借助于焊接单元S通过焊接来连接到电池单元100的正极电极110。例如，将基于第一电极连接层710的焊接连接部分中的单个点S1来更详细地解释所述焊接连接。
电池单元100的正极电极110可以穿过第一绝缘层750的第一电极穿过孔752，并与第一电极连接层710的底部部分相接触。此外，设置在盖汇流条700的上侧的焊接单元S可以穿过第三绝缘层790的第一电极穿过孔792、第二电极连接层730的电极穿过孔732和第二绝缘层770的第一电极穿过孔772，然后通过在所述单个点S1处的焊接而连接第一电极连接层710和电池单元100的正极电极110。
接下来，参看第一电极连接层710和外部正极电极高电流端子T1之间的连接，外部正极电极高电流端子T1可以穿过第三绝缘层790的第一端子穿过凹槽796、第二电极连接层730的第一端子穿过凹槽736和第二绝缘层770的第一端子穿过凹槽776，然后电连接到第一电极连接层710。
此外，盖汇流条700与电池单元100的负极电极130和外部负极电极高电流端子T2的连接如下所述。
参照图8和9，盖汇流条700的第二电极连接层730可以借助于焊接单元S通过焊接来连接到电池单元100的负极电极130。例如，将基于第二电极连接层730的焊接连接部分中的单个点S2来更详细地解释所述焊接连接。
电池单元100的负极电极130可以穿过第一绝缘层750的第二电极穿过孔754、第一电极连接层710的电极穿过孔712和第二绝缘层770的第二电极穿过孔774，并与第二电极连接层730的底部相接触。
此外，设置在盖汇流条700的上侧处的焊接单元S可以穿过第三绝缘层790的第二电极穿过孔794，然后通过单个点S2处的焊接来连接第二电极连接层730和电池单元100的负极电极130。
接下来，参看第二电极连接层730和外部负极电极高电流端子T2之间的连接，外部负极电极高电流端子T2可以穿过第三绝缘层790的第二端子穿过凹槽798，然后电连接到第二电极连接层730。
如上所述，在本实施例的电池模块10中，用于电池单元100的电极110、130、外部电源等的所有端子连接可以通过使用具有分层结构的挠性印刷电路板所提供的盖汇流条700的第一电极连接层710和第二电极连接层730来实现。
在下文中，将更详细地描述根据本实施例的电池模块10的冷却。
图10是用于示出图1的电池模块的冷却原理的图。
参照图10，在电池模块10中，如果电池单元100的温度升高，则相变材料600被蒸发(V)，并朝向盖汇流条700移动，同时降低电池单元100的温度。此后，相变材料600可被热沉500液化(L)，并再次移动到单元壳体200的下侧。
如上所述，蒸发(V)和液化(L)可以重复循环，并且如此可以更有效地冷却电池单元100。
如上所述，本实施例的电池模块10可以通过相变材料600使得电池模块10的冷却性能最大化。
此外，在本实施例的电池模块10中，由于盖汇流条700用于密封单元壳体200，并且还用作电池单元100的电连接的汇流条，因此与具有汇流条结构和盖结构的传统构造相比，可以降低制造成本并提高制造效率。
此外，在能量密度方面，本实施例的电池模块10可以进一步相对地确保电池单元100的容量与所去除或者所减少的结构的体积相当。
图11是用于示出根据本公开的实施例的电池组的图。
参照图11，电池组1可以包括根据前述实施例的至少一个电池模块10和用于封装所述至少一个电池模块10的电池组外壳50。
电池组1可以作为车辆的燃料源被设置到车辆。作为示例，电池组1可以设置到电动车辆、混合动力车辆以及能够使用电池组1作为燃料源的各种其他类型的车辆。此外，除了车辆之外，电池组1可以设置在其他设备、仪器或设施中，例如使用二次电池的能量存储***中。
如上所述，本实施例的电池组1和具有电池组1的设备、仪器或诸如车辆的设施包括如上所述的电池模块10，因此可以实现具有上述电池模块10的所有优点的电池组1，或者具有电池组1的设备、仪器、设施等，诸如车辆。
虽然已经示出和描述了本公开的实施例，但是应当理解，本公开不限于所描述的具体实施例，并且本领域技术人员可以在本公开的范围内进行各种改变和修改，并且这些修改不应当偏离本公开的技术思想和观点来单独理解。

Claims (14)

1.一种电池模块，包括：
多个电池单元，所述多个电池单元彼此堆叠；
单元壳体，所述单元壳体被构造成容纳所述多个电池单元；和
盖汇流条，所述盖汇流条被构造成覆盖所述单元壳体的整个上侧，并且通过具有分层结构的电极连接层而电连接到所述多个电池单元的电极。
2.据权利要求1所述的电池模块，其中，所述盖汇流条具有分层结构，所述分层结构包括所述电极连接层和用于使所述电极连接层绝缘的绝缘层。
3.根据权利要求2所述的电池模块，其中，所述电极连接层被分别布置在所述绝缘层之间。
4.根据权利要求3所述的电池模块，其中，所述盖汇流条包括：
第一绝缘层，所述第一绝缘层被构造成形成所述盖汇流条的下侧，并且被设置成面对所述多个电池单元；
第一电极连接层，所述第一电极连接层被布置在所述第一绝缘层的上侧，并且电连接到所述多个电池单元的正极电极和负极电极中的一种电极；
第二绝缘层，所述第二绝缘层被布置在所述第一电极连接层的上侧处；
第二电极连接层，所述第二电极连接层被布置在所述第二绝缘层的上侧处，并且电连接到所述多个电池单元的所述正极电极和所述负极电极中的另一种电极；和
第三绝缘层，所述第三绝缘层被布置在所述第二电极连接层的上侧处，以形成所述盖汇流条的上侧。
5.根据权利要求4所述的电池模块，其中，所述第一电极连接层和所述第二电极连接层被设置为挠性印刷电路板。
6.根据权利要求5所述的电池模块，其中，绝缘图案被设置到所述第一电极连接层和所述第二电极连接层中的至少一个的边缘。
7.根据权利要求6所述的电池模块，其中，所述盖汇流条的边缘通过接缝被结合到所述单元壳体的边缘。
8.根据权利要求1所述的电池模块，还包括：
相变材料，所述相变材料被填充在所述单元壳体中，使得所述多个电池单元被部分地浸没在所述相变材料中，并且所述相变材料被设置成引导所述多个电池单元的冷却。
9.根据权利要求8所述的电池模块，还包括：
热沉，所述热沉被安装到所述单元壳体和所述盖汇流条中的至少一个上，以冷却所述多个电池单元。
10.根据权利要求9所述的电池模块，
其中，当所述多个电池单元的温度升高时，所述相变材料被蒸发并朝向所述盖汇流条移动，然后所述相变材料被所述热沉液化并移动到所述单元壳体的下侧。
11.根据权利要求10所述的电池模块，还包括：
引导肋，所述引导肋被设置在所述单元壳体的内壁的上侧，以引导所液化的相变材料移动到所述单元壳体的下侧。
12.根据权利要求1所述的电池模块，
其中，所述多个电池单元是圆柱形二次电池。
13.一种电池组，包括：
至少一个如权利要求1中所述的电池模块；和
电池组外壳，所述电池组外壳被构造成封装所述至少一个电池模块。
14.一种车辆，包括：
至少一个如权利要求13中所述的电池组。
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