CN115668591A - 电池模块以及包括该电池模块的电池组 - Google Patents

电池模块以及包括该电池模块的电池组 Download PDF

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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，其中堆叠有多个电池单体；模块框架，包围电池单体堆；汇流条框架，覆盖电池单体堆的从模块框架暴露的部分；汇流条，通过形成在汇流条框架中的槽连接到从电池单体堆突出的电极引线；端板，覆盖汇流条框架；以及传热构件，连接到汇流条，其中传热构件与端板接触。

Description

电池模块以及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2月26日向韩国知识产权局提交的第10-2021-0026972号韩国专利申请的权益，其全部内容通过引用并入本文。
本公开涉及一种电池模块及包括该电池模块的电池组，更具体地，涉及一种具有新型冷却结构的电池模块及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，对作为能源的二次电池的需求迅速增加。特别是，二次电池作为动力驱动设备(例如，电动自行车、电动车辆、混合动力车辆)的能源、以及移动设备(例如，移动电话、数码相机、笔记本电脑和可穿戴设备)的能源而备受关注。
小型移动设备针对每个设备使用一个或多个电池单体，而诸如车辆等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。
由于中型或大型电池模块优选地制造成具有尽可能小的尺寸和重量，因此主要使用可以以高集成度堆叠并且具有相对于容量的较小重量的方形电池、软包型电池等作为中型或大型电池模块的电池单体。这种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、电解液等，因此可以通过部件之间的电化学反应而反复地充电和放电。
同时，最近，随着对大容量二次电池结构的需求不断增加，包括将二次电池用作能量存储源，对多模块结构的电池组的需求不断增长，多模块结构的电池组是多个二次电池串联或并联连接的电池模块的组件。
同时，当多个电池单体串联或并联连接以配置电池组时，首先配置由至少一个电池单体组成的电池模块然后将其他部件添加到至少一个电池模块以配置电池组的方法是普遍的。
图1示出了根据传统电池模块的透视图。图2是示出以图1的切割线A-A’为基准沿区z平面剖开的剖视图的一部分的放大图。图3是包括传统电池模块的电池组的剖视图的一部分。
参照图1和图2，传统电池模块10包括：由彼此堆叠的多个电池单体11组成的电池单体组件；将多个电池单体11的电极引线12彼此电连接的汇流条组件；包围电池单体组件的模块框架13；以及覆盖汇流条组件的端板14。
这里，汇流条组件包括：汇流条框架，具有使每个电池单体11的电极引线12单独通过的引线槽，汇流条组件还包括汇流条16，汇流条16安装在具有汇流条槽的汇流条框架上，以与使汇流条16通过焊接等与穿过汇流条槽的电极引线连接的引线槽的数量对应。
此时，由于汇流条16产生的热量没有直接的冷却路径，因此热量可能通过电极引线12传送，然后通过电池单体11、在模块框架13的底部形成的导热树脂层17以及模块框架13的底部传递。
此外，参考图3，传递的热量可以进一步通过形成在包括传统电池模块10的电池组内部的传热构件20和冷却板21传递。
近来，存在对高容量、高能量、快速充电等以及还增加流过汇流条的电流量的需求不断增长的趋势。流经汇流条的大电流导致汇流条的发热，并且这种发热仅通过传统的冷却结构难以有效地冷却。因此，为了使发热冷却，需要一种可以与汇流条直接接触以冷却汇流条的结构。
发明内容
技术问题
本公开的目的在于提供一种能够解决汇流条的发热问题的电池模块及包括该电池模块的电池组。
然而，本公开的目的不限于上述目的，本领域技术人员应当通过以下具体实施方式和附图清楚地理解本文中未描述的其他目的。
技术方案
根据本公开的一个方面，提供一种电池模块，包括：电池单体堆，其中堆叠有多个电池单体；模块框架，包围电池单体堆；汇流条框架，覆盖电池单体堆的从模块框架暴露的部分；汇流条，通过形成在汇流条框架中的槽连接到从电池单体堆突出的电极引线；端板，覆盖汇流条框架；以及传热构件，连接到汇流条，其中传热构件与端板接触。
可以通过使汇流条与传热构件进行表面接触而将汇流条与传热构件连接。
传热构件可以由具有电绝缘性和导热性的材料形成。
电池模块还可以包括位于端板与汇流条框架之间的绝缘盖，其中绝缘盖具有罩部，罩部覆盖除了传热构件与端板和汇流条接触的部分之外的传热构件。
传热构件可以设置成与端板的下端部邻接。
传热构件可以形成为多个，以便沿着多个电池单体堆叠的方向彼此间隔开布置。
传热构件可以包括弯曲结构，并且至少一个表面可以通过弯曲结构与汇流条接触。
传热构件可以包括支撑汇流条的下端部的突出的底部，并且突出的底部与汇流条可以彼此接触。
端板可以与模块框架接触，并且从汇流条产生的热量可以依次传递到传热构件、端板和模块框架的底部。
根据本发明的另一方面，提供一种电池组，包括：上述的电池模块；位于电池模块的底部的下方的第二导热树脂层；以及位于第二导热树脂层的下方的冷却板。
有益效果
根据本公开的实施例，可以通过一种新型的汇流条冷却结构来解决大电流和快速充电环境下汇流条的发热的间题。此外，通过解决发热问题，可以提高电池模块的稳定性。
本公开的效果不限于上述效果，并且本领域技术人员将通过所附权利要求的描述清楚地理解上面未描述的其他的额外效果。
附图说明
图1示出了根据传统电池模块的透视图；
图2是示出以图1的切割线A-A’为基准沿xz平面剖开的剖视图的一部分的放大图。
图3是包括传统电池模块的电池组的剖视图的一部分。
图4是根据本公开的实施例的电池模块的分解透视图。
图5是示出图4的电池模块的部件结合的状态的透视图。
图6是示出图4的电池单体堆中包括的一个电池单体的透视图。
图7是图4的电池模块中包括的端板的透视图。
图8是示出图7的部分C的放大图。
图9是示出以图8的切割线D-D’为基准沿yz平面剖开的剖视图的一部分的放大图。
图10是示出以图5的切割线B-B’为基准沿xz平面剖开的剖视图的一部分的放大图。
图11是示出图10的部分E的放大图。
图12是示出根据本公开的另一个实施例的电池组的剖视图。
具体实施方式
在下文中，将参照附图详细描述本公开的各种实施例，以便本领域技术人员能够容易地实施它们。本公开可以以各种不同的方式进行修改，并且不限于这里阐述的实施例。
为了清楚，本文将省略与描述无关的部分的描述，并且在整个说明书中，相同的附图标记表示相同的元件。
此外，在附图中，为了便于描述，任意地示出了每个元件的尺寸和厚度，并且本公开不必限于附图中所示的尺寸和厚度。在附图中，为了清楚起见，夸大了层、区域等的厚度。在附图中，为了描述方便，夸大了一部分层和区域的厚度。
此外，应当理解，当诸如层、膜、区域或板的元件被称为在另一个元件“上”或“上方”时，它可以直接在另一个元件上或也可以存在中间元件。相反，当一个元件被称为“直接在”另一个元件上时，这意味着不存在其他中间元件。此外，用语“上”或“上方”是指设置在基准部分上或下方，并且不一定意味着朝向重力的相反方向设置在基准部分“上”或“上方”。
此外，在整个说明书中，当一部分被称为“包括”或“包含”特定部件时，除非另有说明，否则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。
此外，在整个说明书中，当称为“平面”时，其是指从上侧观察目标部分的情况，当称为“剖面”时，其是指从垂直切割的剖面的侧部观察目标部分的情况。
术语“第一”、“第二”等用于说明各种部件，但部件不应受术语限制。这些术语仅用于将一个部件与另一个部件区分开。
现在，将参照图4至图11描述根据本公开的实施例的电池模块。
图4是根据本公开的实施例的电池模块的分解透视图。图5是示出将图4的电池模块的部件组合的状态的透视图。图6是示出图4的电池单体堆中包括的一个电池单体的透视图。
参照图4和图5，根据本公开的实施例的电池模块100可以包括：电池单体堆120，在电池单体堆120中堆叠有多个电池单体110；模块框架，包围电池单体堆120；上板400，覆盖电池单体堆120的上部；端板150，分别位于电池单体堆120的前表面和后表面上；以及汇流条框架130，位于电池单体堆120与端板150之间。汇流条框架130可以覆盖电池单体堆120的从模块框架暴露的部分。此时，模块框架可以包括U形框架300，U形框架300的上表面、前表面和后表面是敞开的。此外，电池模块100包括位于U形框架300与电池单体堆120之间的导热树脂层310。导热树脂层310是一种散热层并且可以通过涂覆具有散热功能的材料而形成。端板150可以由金属材料形成。
当U形框架300的敞开的两侧分别称为第一侧和第二侧时，U形框架300具有板形结构，该板形结构弯曲成连续地包围除了电池单体堆120的与第一侧和第二侧对应的表面之外的剩余的外表面中的彼此相邻的前表面、下表面和后表面。与U形框架300的下表面对应的上表面是敞开的。
上板400具有覆盖除了被U形框架300包围的前表面、下表面和后表面之外的剩余的上表面的单个板形结构。U形框架300和上板400可以在对应的边缘区域彼此接触的状态下通过焊接等接合，从而形成包围电池单体堆120的结构。
电池单体堆120包括沿一个方向堆叠的多个电池单体110，并且多个电池单体110可以如图4所示在y轴方向上堆叠。换言之，多个电池单体110堆叠的方向可以与U形框架300的两个侧表面部分彼此面对的方向相同。
电池单体110优选是软包型电池单体。例如，参照图6，根据本实施例的电池单体110可以具有两个电极引线111和112分别从电池主体113的一个端部114a和另一个端部114b朝向相互相反的方向突出的结构。可以通过在将电极组件(未示出)收容在单体壳体114中的状态下将单体壳体114的两个端部114a和114b与连接它们的两个侧表面114c连结来制造电池单体110。换言之，根据本实施例的电池单体110具有总共三个密封部114sa、114sb和114sc，其中密封部114sa、114sb和114sc具有通过诸如热熔的方法密封的结构，剩余的其他侧部可以由连接部115形成。单体壳体114的两个端部114a和114b之间被定义为电池单体110的纵向方向，并且单体壳体114的一个侧表面114c与连接两个端部114a和114b的连接部115之间被定义为电池单体110的宽度方向。
连接部115是沿着电池单体110的一个边缘较长地延伸的区域，并且电池单体110的突出部110p可以形成在连接部115的端部。突出部110p可以形成在连接部115的两个端部中的至少一个端部上，并且可以在与连接部115延伸的方向垂直的方向上突出。突出部110p可以位于单体壳体114的两个端部114a和114b的密封部114sa和114sb中的一个密封部与连接部115之间。
单体壳体114通常由树脂层/金属薄膜层/树脂层的层叠结构形成。例如，当多个电池单体堆叠以形成中型或大型电池模块时，由O(取向)尼龙层形成的单体壳体的表面倾向于因外部冲击而容易滑动。因此，为了防止这种滑动并保持电池单体的稳定的堆叠结构，粘合构件(例如，诸如双面胶带的粘性粘合剂或在粘合时通过化学反应接合的化学粘合剂)可以附接至单体壳体的表面以形成电池单体堆120。在本实施例中，电池单体堆120可以沿y轴方向堆叠并沿z轴方向收容在U形框架300中。作为其比较例，存在这样的情况，即，将电池单体形成为筒形部件，使得电池单体之间的固定是通过电池模块框架而实现组装的。在该比较例中，由于筒形部件的存在，几乎没有冷却作用或者冷却可能在电池单体的表面方向上进行，从而可能不能朝向电池模块的高度方向良好地进行冷却。
再次参考图4，根据本实施例的U形框架300包括底部以及通过底部连接的彼此面对的两个侧表面部分。在将电池单体堆120安装到U形框架300的底部之前，将导热树脂涂覆到U形框架300的底部，并且可以将导热树脂固化以形成导热树脂层310。导热树脂层310位于U型框架300的底部与电池单体堆之间，并且可以用于将在电池单体110中产生的热量传递到电池模块100的底部并固定电池单体堆120。
图7是图4的电池模块中包括的端板的透视图。图8是示出图7的部分C的放大图。图9示出是以图8的切割线D-D’为基准沿yz平面剖开的剖视图。图10是示出以图5的切割线B-B’为基准沿xz平面剖开的剖视图的一部分的放大图。图11是示出图10的部分E的放大图。
传统的电池模块没有用于汇流条的直接冷却路径，因此由汇流条产生的热量仅通过连接到汇流条、电极引线、电池单体、导热树脂层和模块框架底部的路径排出。然而，与快速充电类似，在通过大电流的流动而在短时间内使汇流条产生高热量的情况下，需要能够使汇流条的温度升高最小化的冷却结构。
因此，参照图7至图9，根据本实施例的电池模块100包括：汇流条170，汇流条170通过形成在汇流条框架130中的槽连接到从电池单体堆120突出的电极引线111；以及连接到汇流条170的传热构件180。此时，传热构件180与端板150接触。
可以通过使根据本实施例的汇流条170与传热构件180进行表面接触，来将汇流条170与传热构件180连接。传热构件180包括弯曲结构，并且至少一个表面可以通过弯曲结构与汇流条170接触。特别地，参照图8，传热构件180包括支撑汇流条170的下端部的突出的底部A，并且突出的底部A和汇流条170可以彼此接触。弯曲结构可以形成为具有与汇流条170相同的形状，使得汇流条170可以装配到该结构中，但不限于此。相反，传热构件180的一部分可以被配置为不与汇流条170接触，从而不对汇流条170施加机械应力。因此，在汇流条170中产生的热量可以通过接触而传递到传热构件180，并且可以执行汇流条170的冷却。
根据本实施例的传热构件180可以由具有电绝缘特性和导热性的材料形成。具体地，传热构件180可以包括传热垫和导热树脂层中的一个。另外，传热构件180可以通过首先注入液体然后固化的方法形成。传热构件180具有电绝缘特性，但具有导热性，从而能够在保持汇流条170的绝缘特性的同时进行热传导。
从汇流条170产生的热量可以依次传递到传热构件180、端板150、模块框架的底部(具体为U形框架300的底部)，并排出。通过如上所述依次传递并排出的结构，可以有效地排出在诸如快速充电的大电流情况下产生的汇流条中的热量，并且可以确保电池模块的稳定性。
特别地，参照图7，本公开的传热构件180可以定位成邻接端板150的下端部。具体地，传热构件180可以定位成相比于端板150的上端部更靠近下端部。
此外，传热构件180可以形成为多个以便沿着多个电池单元110堆叠的方向彼此间隔开布置。具体地，参照图4，多个电池单体110可以在y轴方向上堆叠。因此，传热构件180可以形成为多个以便在端板150上沿y轴方向彼此间隔开布置。
此时，传热构件180与端板150接触，从而能够快速冷却。此外，本公开的传热构件180位于与端板150的下端部邻接的位置，由此，当汇流条170的温度高时，可以防止传热构件180的冷却性能由于传热构件180的相变而减弱。
可以考虑与传热构件180接触的汇流条170的数量来形成传热构件180，但不限于此。汇流条170可以形成为能够使冷却最大化的数量。此外，在某些情况下，多个传热构件180可以形成为覆盖端板150的整个下端部，或者可以一体地形成为覆盖端板150的整个下端部。由此，传热构件180与端板180接触，从而可以进一步提高可能的快速冷却的效率。
根据本公开的实施例的电池模块还可以包括位于端板150与汇流条框架130之间的绝缘盖200。绝缘盖200包括罩部210，罩部210覆盖除了传热构件180与端板150和汇流条170接触的一部分以外的传热构件180。绝缘盖200可以构成传热构件180的形状，并且可以用于保持传热构件180的该形状使得在组装模块之后传热构件180不会脱离或损坏。此外，可以通过罩部210确保传热构件180的绝缘特性。
参照图10和11，根据本公开实施例的电池模块的端板150可以与模块框架接触。特别地，端板150可以与U形框架300的底部接触，U形框架300是模块框架。因此，在汇流条170中产生的热量可以传递到汇流条170、传热构件180、端板150和模块框架(具体为U形框架300)的底部，并排出。
此外，在根据本实施例的电池模块中包括的模块框架(具体为U形框架300)的底部的下方，第二导热树脂层320和冷却板700可以形成为电池组部件，或者可以形成与电池模块一体地形成的冷却板700。因此，传递到U形框架300底部的热量可以传递到第二导热树脂层320和冷却板700并排出。因此，在汇流条170中产生的热量可以通过上述传递被有效地冷却和排出，并且可以确保电池模块的稳定性。
接下来，将参照图12描述根据本公开的另一个实施例的电池组。
图12是示出根据本公开的另一个实施例的电池组的剖视图。
参考图12，根据本实施例的电池组包括位于电池模块的底部下方的第二导热树脂层320、上述的U形框架300以及位于第二导热树脂层320下方的冷却板700。
因此，如前所述，传递到汇流条170、传热构件180、端板150和U形框架300底部的热量可以进一步传递到第二导热树脂层320和冷却板700。在汇流条170中产生的热量通过该路径冷却，从而能够进行有效冷却。
本公开的电池组可以具有将根据本公开的实施例的一个或多个电池模块聚集并与控制和管理电池温度、电压的电池管理***(BMS)和冷却装置等封装在一起的结构。
电池组可以应用于各种装置。这样的装置可以应用于诸如电动白行车、电动车辆或混合动力车辆的车辆装置，但本公开不限于此，并且可以应用于能够使用电池模块的各种装置，它们也落在本公开的范围内。
尽管在上面已经示出和描述了本发明的优选实施例，但是本公开的范围不限于此，本领域技术人员在不背离所附权利要求中描述的本发明的原理的精神和范围的情况下可以进行许多其他的修改和改变。此外，不应该脱离本公开的技术构思或观点来理解这些修改的实施例。
【附图标记的说明】
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
170：汇流条
180：传热构件
200：绝缘盖
210：罩部
300：U形框架
310：第一导热树脂层
320：第二导热树脂层
700：冷却板

Claims (10)

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，包围所述电池单体堆；
汇流条框架，覆盖所述电池单体堆的从所述模块框架暴露的部分；
汇流条，通过形成在所述汇流条框架中的槽连接到从所述电池单体堆突出的电极引线；
端板，覆盖所述汇流条框架；以及
传热构件，连接到所述汇流条，
其中，所述传热构件与所述端板接触。
2.根据权利要求1所述的电池模块，其中：
通过使所述汇流条与所述传热构件进行表面接触而将所述汇流条与所述传热构件连接。
3.根据权利要求2所述的电池模块，其中：
所述传热构件由具有电绝缘特性和导热性的材料形成。
4.根据权利要求3所述的电池模块，还包括位于所述端板与所述汇流条框架之间的绝缘盖，
其中，所述绝缘盖具有罩部，所述罩部覆盖除了所述传热构件与所述端板和所述汇流条接触的部分之外的传热构件。
5.根据权利要求4所述的电池模块，其中：
所述传热构件设置成与所述端板的下端部邻接。
6.根据权利要求5所述的电池模块，其中：
所述传热构件形成为多个，以便沿着所述多个电池单体堆叠的方向彼此间隔开布置。
7.根据权利要求5所述的电池模块，其中：
所述传热构件包括弯曲结构，并且
至少一个表面通过所述弯曲结构与所述汇流条接触。
8.根据权利要求7所述的电池模块，其中：
所述传热构件包括支撑所述汇流条的下端部的突出的底部，并且
突出的所述底部与所述汇流条彼此接触。
9.根据权利要求1所述的电池模块，其中：
所述端板与所述模块框架接触，并且
从所述汇流条产生的热量依次传递到所述传热构件、所述端板和所述模块框架的底部。
10.一种电池组，包括：
根据权利要求1所述的电池模块；
第二导热树脂层，位于所述电池模块的底部的下方；以及
冷却板，位于所述第二导热树脂层的下方。
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