CN115995629A - 电池单元及包括该电池单元的电池模块 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种电池单元及包括该电池单元的电池模块，根据本发明的实施例的电池单元包括：壳体，包括容纳电极组件的容纳部和沿着所述容纳部的边缘形成的密封部；以及冷却部件，设置在所述容纳部和所述密封部之间，使所述容纳部和所述密封部彼此接合，所述冷却部件可以由具有2W/mK以上的导热率的材料形成。

Description

电池单元及包括该电池单元的电池模块
技术领域
本发明涉及一种电池单元及包括该电池单元的电池模块。
背景技术
与一次电池不同，二次电池可以进行充电和放电，因此可以应用于诸如数码相机、移动电话、笔记本电脑和混合动力车辆的各种领域。二次电池可以包括镍镉电池、镍金属氢化物电池、镍氢电池和锂二次电池等。
正在对这些二次电池中具有高能量密度和放电电压的锂二次电池进行大量研究，近年来，锂二次电池通过连接多个柔性袋型(pouched type)电池单元来构造成模块形式。
另一方面，当电池模块长时间使用时，电池会产生热，特别地，在充电过程中，内部的温度迅速升高，这样的电池温度升高不仅会缩短电池的寿命，降低电池的效率，而且最坏的情况是可能会发生起火或***。
因此，需要一种能够有效地排出从电池单元产生的热的电池装置。
发明内容
(一)要解决的技术问题
本发明的目的在于提供一种能够有效地排出在电池单元中产生的热的电池单元及包括该电池单元的电池模块。
(二)技术方案
根据本发明的实施例的电池单元可以包括：壳体，包括容纳电极组件的容纳部和沿着所述容纳部的边缘的至少一部分形成的密封部；以及冷却部件，设置在所述容纳部和所述密封部之间，将所述容纳部的热传递到所述密封部，所述冷却部件可以由具有2W/mK以上的导热率的材料形成。
在本实施例中，所述冷却部件可以包括：带状的芯层；以及粘附层，分别堆叠在所述芯层的两面。
在本实施例中，所述芯层可以由具有比所述粘附层的导热率高的导热率的材料形成。
在本实施例中，所述芯层可以由丙烯酸类树脂、聚氨酯类树脂、硅类树脂、环氧类树脂和烯烃类树脂中的任一种形成。
在本实施例中，所述粘附层可以由丙烯酸类粘合剂、硅类粘合剂和橡胶系列的粘合剂中的任一种形成。
在本实施例中，所述芯层可以形成为比所述粘附层厚。
在本实施例中，所述冷却部件的厚度可以形成在0.1mm～1mm的范围内。
在本实施例中，所述粘附层的厚度可以分别形成在0.01mm～0.2mm的范围内。
在本实施例中，所述冷却部件可以包括：热传递部，设置在所述密封部的一面和所述容纳部之间；以及热排出部，设置在所述密封部的另一面。
在本实施例中，所述热传递部和所述热排出部可以一体地形成，并且以包覆密封部的形式结合到所述密封部。
在本实施例中，所述冷却部件可以含有填充物，所述填充物可以由具有比所述芯层的导热率高的导热率的材料形成。
此外，根据本发明的实施例的电池模块可以包括：电池单元，包括壳体和冷却部件，所述壳体包括容纳电极组件的容纳部和沿着所述容纳部的边缘形成的密封部，所述冷却部件由具有2W/mK以上的导热率的材料形成，并且使所述容纳部和所述密封部彼此接合；模块壳体，在内部容纳所述电池单元；以及热传递部件，设置在所述模块壳体和所述电池单元之间。
在本实施例中，所述冷却部件可以包括：热传递部，设置在所述容纳部和所述密封部之间；以及热排出部，设置在所述密封部和所述模块壳体之间。
(三)有益效果
在根据本发明的实施例的电池单元中，密封部通过冷却部件紧贴并固定接合到容纳部。因此，可以使电池单元的能量密度最大化。
另外，由于冷却部件具有2W/mK以上的导热率，容纳部中产生的热可以通过冷却部件迅速传递到密封部。因此，可以提供高散热效果。
附图说明
图1是根据本发明的实施例的电池单元的立体图。
图2是沿着图1的I-I’截取的剖视图。
图3是放大示出图2所示的冷却部件的图。
图4是包括图1所示的电池单元的电池模块的剖视图。
图5是根据本发明的另一实施例的电池单元的剖视图。
图6是包括图5所示的电池单元的电池模块的剖视图。
图7是根据本发明的又一实施例的电池单元的剖视图。
图8是包括图7所示的电池单元的电池模块的剖视图。
附图标记说明
100：电池模块               10：电池单元
20：冷却部件                30：壳体
40：第一板                  50：第二板
60：第三板                  70：冷却装置
具体实施方式
在本发明的详细描述中，下文描述的本说明书和权利要求书中使用的术语或词语不应被解释为限于一般含义或词典中的含义，而应该基于发明人可适当地对术语的概念进行定义以便以最佳方式说明自身的发明的原则来解释为与本发明的技术思想相一致的含义或概念。因此，应该理解的是，本说明书中记载的实施例和附图中所示的构造仅是本发明的最优选的实施例，并不代表本发明的所有技术思想，在提交本申请时可包括可以替代它们的各种等同物和变形例。
以下，参照附图对本发明的优选实施例进行详细说明。此时，在附图中，相同的组件尽可能使用相同的附图标记表示。另外，省略可能混淆本发明的主旨的公知功能和构造的详细说明。基于相同的理由，附图中的一部分组件被放大、省略或示意性地示出，并且每个组件的尺寸并不完全反映实际尺寸。
图1是根据本发明的实施例的电池单元的立体图，图2是沿着图1的I-I’截取的剖视图，图3是放大示出图2所示的冷却部件的图。
参照图1至图3，根据本实施例的电池单元10可以包括电极组件19、容纳电极组件19的壳体11和冷却部件20。
根据本实施例的电池单元10是可充电和放电的二次电池，并且可以包括锂离子(Li-ion)电池或镍金属氢化物(Ni-MH)电池。镍金属氢化物电池是以镍为正极、以储氢合金为负极、以碱水溶液为电解质的二次电池，由于其单位体积容量大，不仅可以用作电动汽车(EV)或混合动力汽车(HEV)等的能源，还可以用于储能用途等各个领域。
壳体11形成电池单元10的外形并且可以保护容纳在内部的元件免受外部环境的影响。壳体11可以使用绝缘处理金属薄膜的表面的袋形的外装材料。金属薄膜可以由铝形成，在绝缘处理中，可以涂覆作为聚合物树脂的改性聚丙烯，例如，熔铸聚丙烯(CastedPolypropylene，CPP)以形成热熔接层，并且在其外侧面上可以形成诸如尼龙或聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)的树脂材料。
在本实施例中，壳体11可以通过成型(forming)一张外装材料而形成。因此，在外装材料中成型至少一个容纳空间之后，可以通过折叠外装材料以使容纳空间形成一个空间来完成壳体11。
壳体11在内侧可以设置有容纳电极组件19的容纳空间。此外，电极引线15可以向壳体11的外侧突出设置。
电极组件19可以与电解液一起容纳在壳体11的容纳空间中。
可以在折叠外装材料之后通过接合相接的边缘部分来密封容纳空间以完成壳体11。边缘的接合方法可以使用热熔接方法，但不限于此。在下文中，容纳电极组件19和电解液的部分被称为容纳部204，并且接合外装材料的边缘部分被称为密封部202。
密封部202形成为从所述容纳部204向外部扩展的凸缘形状，因此密封部202可以沿着容纳部204的***设置。
在本实施例中，密封部202可以分为设置有电极引线15的第一密封部2021和未设置有电极引线15的第二密封部2022。
另一方面，在本实施方式中，在成型一张外装材料之后，将其折叠以形成外装材料，因此无需在外装材料的折叠的面(图2的下表面)形成密封部202。因此，在本实施例中，密封部202形成在容纳部204的***，并且仅设置在形成容纳部204的厚度方向的四个面中的三个面上，并且密封部不设置在其余的一个面(图2的下表面)上。
另外，在本实施例的电池单元10中，为了增加密封部202的接合可靠性并使密封部202的面积最小化，可以将密封部202构造为至少折叠一次的形状。
更具体地，在本实施例的密封部202中，未设置有电极引线15的第二密封部2022可以在折叠两次之后固定。
例如，第二密封部2022可以在沿着图1所示的第一折叠线C1和第二折叠线C2分别折叠180°之后紧贴固定到容纳部204。
此时，第二密封部2022的内部可以填充有粘附部件17，因此，第二密封部2022可以通过粘附部件17保持折叠的形状。粘附部件17可以由导热率高的粘合剂形成。例如，粘附部件17可以由环氧树脂或硅形成，但是不限于此。
在本实施例中，电极引线15可以包括正极引线15a和负极引线15b。正极引线15a和负极引线15b可以分别与电极组件19连接，并且可以由薄板形状的金属制成。例如，正极引线15a可以由铝(Al)材料制成，负极引线15b可以由铜(Cu)材料制成。然而，本发明不限于此。
在本实施例中，正极引线15a和负极引线15b被设置为彼此朝向相反方向。然而，本发明的结构不限于此，可以根据需要进行各种变形，例如正极引线15a和负极引线15b被设置成朝向相同的方向等。
冷却部件20可以设置在第二密封部2022和容纳部204之间，一面可以接合到第二密封部2022，并且另一面可以接合到容纳部204。因此，第二密封部2022可以通过冷却部件20附接到容纳部204。
参照图3的(a)，在本实施例中，冷却部件20可以使用诸如膜或胶带的带状部件，并且可以包括芯层24和分别堆叠设置在芯层24的两个面的粘附层25。
芯层24可以由导热率高的材料形成，以将电池单元10的容纳部204中产生的热传递到第二密封部2022。
为了有效地传递热，本实施例的冷却部件20可以具有2W/mK以上的导热率。并且可以通过构成芯层24的材料来调节冷却部件20的导热率。
因此，芯层24可以包含导热率高的丙烯酸类树脂、聚氨酯类树脂和硅类树脂中的任一种。除此之外，还可以使用环氧类树脂或烯烃类树脂作为芯层24。
另外，如图3的(b)所示，当仅用树脂成分难以确保期望的导热率时，冷却部件20可以含有填充物(filler)27。例如，可以将导热性优异的部件以适当的比例包括在芯层24中。在这种情况下，填充物27可以由具有比芯层24高的导热率的材料形成。
考虑到绝缘性，根据本实施例的填充物27可以使用陶瓷填充物27。例如，由诸如Al2O3、AlN、BN、SiN或SiC等材料形成的陶瓷颗粒可以用作本实施例的填充物27。另外，在确保冷却部件20的绝缘特性的情况下，也可以使用石墨(graphite)等碳填充物27。填充物27的含量可以在确保芯层24的导热率、绝缘性等的范围内选择。
此外，芯层24还可以提供在将冷却部件20附接到密封部202的过程中抑制冷却部件20过度延伸的功能。为此，芯层24可以由具有比粘附层25延伸率低并且不易拉伸的材料形成。
粘附层25可以堆叠到芯层24的两个面以分别接合到第二密封部2022和容纳部204。
粘附层25可以使用丙烯酸类粘合剂、硅类粘合剂和橡胶系列的粘合剂中的任一种，但不限于此。此外，粘附层25可以由湿气固化型树脂、热固化型树脂、UV固化型树脂或常温固化型树脂形成。然而，本发明不限于此。
当粘附层25过薄时，难以确保粘附性，当粘附层25过厚时，冷却部件20的导热率可能会降低。因此，在本实施例中，考虑到粘附性和导热性，粘附层25可以在0.01mm～0.2mm的范围内形成。
另一方面，当冷却部件20的厚度过薄时，冷却部件20在处理过程或冷却部件20附接工艺中损坏的可能性很高。因此，为了制造工艺的效率，本实施例的冷却部件20可以形成为0.1mm以上的厚度。
此外，当冷却部件20的厚度过厚时，密封部202和容纳部204之间的间隔可能会增加并增加电池单元的尺寸，因此导热效率也可能会降低。考虑到这一点，冷却部件20可以形成为1mm以下的厚度。因此，根据本实施例的冷却部件20的厚度可以形成在0.1mm～1mm的范围内。
如图2所示，在本实施例中，冷却部件20的宽度W1可以形成为比面对容纳部204的密封部2022的宽度W2窄。另外，所述第二密封部2022的宽度W2可以形成为比面对第二密封部2022的容纳部204一面的宽度W3(即，容纳部的厚度)窄。因此，整个第二密封部2022可以被配置为在容纳部204的厚度范围内。另外，冷却部件20的整个一面可以接合到第二密封部2022，整个另一面可以接合到容纳部204。
在如上所述构造的本实施例的电池单元10中，密封部202通过冷却部件20紧贴并固定接合到容纳部204。因此，可以使电池单元10的能量密度最大化。
此外，由于冷却部件20具有2W/mK以上的导热率，容纳部204中产生的热可以通过冷却部件20迅速传递到密封部202。因此，可以提供高散热效果。
接下来，对根据本发明的实施例的电池模块进行说明。
图4是包括图1所示的电池单元的电池模块的剖视图。
一起参照图4，本实施例的电池模块100可以包括电池单元堆叠体10a和模块壳体30。
电池单元堆叠体10a可以通过堆叠多个上述电池单元10来形成。
电池单元10可以以正交于底面的形式竖立在模块壳体30内并且在左右方向上堆叠设置。
尽管未示出，在堆叠的电池单元10之间可以设置有缓冲垫或冷却板。
可以设置缓冲垫以在特定电池单元10膨胀时抑制电池单元10的整个体积的膨胀。因此，缓冲垫可以由体积受外力而减小的聚氨酯材料的泡沫(foam)构成，但不限于此。
可以设置冷却板以将电池单元10中产生的热快速传递到模块壳体30侧。因此，冷却板可以被设置成接触到热传递部件90或模块壳体30。
冷却板可以由导热率高的金属材料制成，但不限于此。
模块壳体30限定电池模块100的外观，并且设置在多个电池单元10的外部以保护电池单元10免受外部环境的影响。因此，模块壳体30可以被构成为包覆整个电池单元堆叠体10a，为此提供容纳电池单元堆叠体10a的内部空间。
模块壳体30可以包括：第一板40，设置在电池单元堆叠体10a的下部；第二板50，设置在电池单元堆叠体10a的上部；以及第三板60，设置在电池单元堆叠体10a的侧面。第一至第三板40、50、60中的每一个可以用作将电池单元10中产生的热排出到外部的热排出部件。
第一板40由诸如金属的导热率高的材料制成。例如，第一板40可以由铝材料制成。然而，本发明不限于此，即使不是金属，也可以使用各种材料，只要该材料具有与金属相似的强度和导热率即可。
第三板60可以形成为从第一板40向上部方向延伸，并且可以支撑电池单元堆叠体10a的侧面。因此，第三板60可以由与第一板40相同的材料形成。
尽管未示出，可以在设置在电池单元堆叠体10a的最外侧的容纳部204与第三板60之间设置散热垫。散热垫可以执行将电池单元堆叠体10a的热传递到第三板60的功能。本实施例的散热垫可以由与上述冷却部件20相同的材料形成。然而，本发明不限于此。
第二板50可以设置在电池单元堆叠体10a的上部并且可以紧固到第三板60的上端。与第一板40一样，第二板50可以由诸如金属的导热率高的材料制成。例如，第二板50可以由铝材料制成。然而，本发明不限于此，即使不是金属，也可以使用各种材料，只要该材料具有与金属相似的强度和导热率即可。
在电池单元堆叠体10a和模块壳体30之间可以设置有热传递部件90。
热传递部件90可以将电池单元10中产生的热传递到模块壳体30。为此，热传递部件90可以由具有高导热率的材料制成。
热传递部件90可以以垫的形式设置在模块壳体30的内部面或者以液体或凝胶(gel)状态填充在模块壳体30的内部。例如，热传递部件90可以由导热油脂(thermalgrease)、导热粘合剂(thermal adhesive)或散热垫的形式形成，但不限于此。
此外，热传递部件90可以具有高绝缘性。例如，热传递部件90可以使用绝缘强度(Dielectric strength)在10～30KV/mm范围内的材料。因此，在根据本实施例的电池模块100中，即使在电池单元10中绝缘被部分地破坏，电池单元10和模块壳体30之间的绝缘也可以通过设置在电池单元10周围的热传递部件90来保持。
本实施例的热传递部件90可以包括设置在电池单元堆叠体10a和第一板40之间的第一热传递部件90a和设置在电池单元堆叠体10a和第二板50之间的第二热传递部件90b。
因此，第二密封部2022可以被设置成一面接触到冷却部件20并且另一面接触到第二热传递部件90b，并且容纳部204中产生的热可以通过冷却部件20传递到第二密封部2022，然后通过第二热传递部件90b快速传递到第二板50。
另一方面，在本实施例中，尽管例示了在电池单元10的上部和下部均设置热传递部件90的情况，但不限于此，还可以将热传递部件90仅设置在电池单元10的上部和下部中的任一处。
此外，本实施例的电池模块100可以设置有冷却装置70，以有效地排出传递到模块壳体30的热。在本实施例中，在第一板40的下部面和第二板50的上部面均设置有冷却装置70。然而，本发明的构造不限于此，可以根据需要进行各种变形，例如将冷却装置70仅设置在第一板40和第二板50中的任一处或者在第三板60上也设置冷却装置70等。
冷却装置70可以构造为内部设置有冷却流路72的水冷式冷却装置。然而，本发明的构造不限于此，还可以应用空冷式冷却装置。
冷却装置70可以一体地结合到模块壳体30以被包括在电池模块100中。然而，本发明不限于此，还可以与电池模块100分开地设置在安装电池模块的装置中。
在如上所述构造的本实施例的电池模块100中，由于在电池单元堆叠体10a与模块壳体30之间填充有热传递部件90，电池单元的热可以通过冷却部件20和热传递部件90快速地排出到外部。
另一方面，本发明不限于上述实施例并且可以进行各种变形。
图5是根据本发明的另一实施例的电池单元的剖视图，图6是包括图5所示的电池单元的电池模块的剖视图。
参照图5和图6，本实施例的电池单元10的冷却部件20可以以包覆第二密封部2022的形式结合到第二密封部2022。
具体地，本实施例的冷却部件20可以包括设置在第二密封部2022的一面和容纳部204之间的热传递部20a和设置在第二密封部2022的另一面上的热排出部20b。
热传递部20a将第二密封部2022和容纳部204彼此接合并且可以与上述实施例的冷却部件20(图2)起到相同的作用。
热排出部20b可以被设置为从热传递部20a延伸以覆盖第二密封部2022的外表面的形式。因此，如图6所示，热排出部20b可以被设置成一面接合到第二密封部2022并且另一面与模块壳体30的第二板50相接，在热排出部20b和第二板50之间未设置有热传递部件90。然而，本发明不限于此，在热排出部20b和第二板50之间还可以根据需要设置热传递部件90。
热传递部20a和热排出部20b可以形成为单个部件。例如，本实施例的冷却部件可以形成为以单个部件包覆第二密封部2022的折叠的形式。因此，流入热传递部20a的热可以通过热排出部20b快速传递到第二板50，从而可以将容纳部的热快速排出到外部。然而，本发明的构造不限于此，并且还可以根据需要将热传递部20a和热排出部20b构造为两个彼此独立的部件。
图7是根据本发明的又一实施例的电池单元的剖视图，图8是包括图7所示的电池单元的电池模块的剖视图。
参照图7和图8，在本实施例的电池单元10中，密封部202可以形成在四个面上。
在本实施例的电池单元10中，可以通过接合两张外装材料11a、11b来形成壳体11。为此，本实施例的电池单元10可以经过以下步骤而完成：通过成型两张外装材料11a、11b中的至少一个来形成容纳空间；在容纳空间内设置电极组件19和电解液18；以及通过接合两张外装材料11a、11b彼此相接的边缘来密封容纳空间。
当如上所述构造的电池单元10容纳在模块壳体30内时，在电池单元10的容纳部204中面对第一板40的面上也设置有第二密封部2022。因此，本实施例的冷却部件20可以包括设置在面对第二板50的第二密封部2022侧的第一冷却部件21a和设置在面对第一板40的第二密封部2022侧的第二冷却部件21b。
在本实施例中，以每个冷却部件21a、21b包括热传递部20a和热排出部20b的情况为例进行说明。然而，本发明不限于此，还可以被构造为包括上述图2的冷却部件20。
尽管上文详细描述了本发明的实施例，但是本发明的权利范围不限于此，并且对本发明所属领域的普通技术人员来说，在不脱离权利要求书中记载的本发明的技术思想的范围内可以对本发明进行各种修改和变形是显而易见的。
例如，在上述实施例中，尽管例示了冷却装置设置在第一板和第二板的外部的情况，但可以进行各种变形，例如将冷却装置设置在第一板和第二板的内部或者设置成第一板和第二板包括冷却流路等。此外，每个实施例可以彼此组合实施。

Claims (13)

1.一种电池单元，包括：
电极组件；
壳体，包括容纳所述电极组件的容纳部和沿着所述容纳部的边缘中的至少一部分形成的密封部；以及
冷却部件，设置在所述容纳部和所述密封部之间，将所述容纳部的热传递到所述密封部，
所述冷却部件由具有2W/mK以上的导热率的材料形成。
2.根据权利要求1所述的电池单元，其中，
所述冷却部件包括：
带状的芯层；以及
粘附层，分别堆叠在所述芯层的两面。
3.根据权利要求2所述的电池单元，其中，
所述芯层由具有比所述粘附层的导热率高的导热率的材料形成。
4.根据权利要求2所述的电池单元，其中，
所述芯层由丙烯酸类树脂、聚氨酯类树脂、硅类树脂、环氧类树脂和烯烃类树脂中的任一种形成。
5.根据权利要求2所述的电池单元，其中，
所述粘附层由丙烯酸类粘合剂、硅类粘合剂和橡胶系列的粘合剂中的任一种形成。
6.根据权利要求2所述的电池单元，其中，
所述芯层形成为比所述粘附层厚。
7.根据权利要求2所述的电池单元，其中，
所述冷却部件的厚度形成在0.1mm～1mm的范围内。
8.根据权利要求7所述的电池单元，其中，
所述粘附层的厚度分别形成在0.01mm～0.2mm的范围内。
9.根据权利要求1所述的电池单元，其中，
所述冷却部件包括：
热传递部，设置在所述密封部的一面和所述容纳部之间；以及
热排出部，设置在所述密封部的另一面。
10.根据权利要求9所述的电池单元，其中，
所述热传递部和所述热排出部一体地形成，并且以包覆密封部的形式结合到所述密封部。
11.根据权利要求2所述的电池单元，其中，
所述冷却部件含有填充物，
所述填充物由具有比所述芯层的导热率高的导热率的材料形成。
12.一种电池模块，包括：
电池单元，包括壳体和冷却部件，所述壳体包括容纳电极组件的容纳部和沿着所述容纳部的边缘形成的密封部，所述冷却部件由具有2W/mK以上的导热率的材料形成，并且使所述容纳部和所述密封部彼此接合；
模块壳体，在内部容纳所述电池单元；以及
热传递部件，设置在所述模块壳体和所述电池单元之间。
13.根据权利要求12所述的电池模块，其中，
所述冷却部件包括：
热传递部，设置在所述容纳部和所述密封部之间；以及
热排出部，设置在所述密封部和所述模块壳体之间。
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