用于二次电池的电池电芯组件及包括该组件的二次电池的制作方法

本发明总体涉及电池电芯组件。更具体地说，涉及具有改进的结构稳定性和组装便利性的用于二次电池的电池电芯组件(即，具有至少一个电池电芯的子电池模块)，以及包括该电池电芯组件的二次电池。

背景技术：

一般来说，二次电池是可以重复地充电和放电的单元。这种电池已被广泛地用作蜂窝设备、EV(电动车辆)和HEV(混合动力车辆)等的电源。

特别地，具有高输出和高容量的二次电池被用在采用大中型电池模块的EV等中。大中型电池模块通常是袋型电池或方形(棱柱型)电池，并且从高集成度和单位重量的能量密度特性方面考虑更加优异。

大中型电池模块由能够充电和放电的多个电池电芯构成。特别地，由于袋型电池具有在相对低的制造成本、轻的重量和防止电解液的泄漏方面较优异的优点，因此大中型电池模块采用袋型电池。

然而，在现有技术中的上述袋型二次电池处于电池电芯的内部注入有电解液的状态的情况下，当对电池电芯过度充电时，电解液由于电芯电压升高以及过热而快速地发生分解且产生易燃气体。该气体导致袋的膨胀(即，胀大)，从而阴极与阳极之间的分隔物发生熔化而使内部电极短路，因此电池组容易燃烧。因此，常规的袋型二次电池就确保电池电芯的安全性而言较成问题。

此外，上述大中型电池模块包括用于容纳多个电池电芯的壳体(电池电芯堆叠在壳体中)，从而通过将电池电芯的电极片以串联和/或并联的方式电连接起来而提供具有高容量的电池(电芯)电压或电流。

作为现有技术文献，韩国专利申请公开No.10-2013-0005528披露了包括堆叠在电池模块壳体上的多个子电池模块的二次电池。子电池模块包括容纳有电池电芯的袋，其中，袋的密封部分的端部分被支撑部件保护。支撑部件覆盖袋的密封部分的边缘并且确保密封状态，从而提高袋的耐用性。此外，通过将成型材料施加在支撑部件的固定突出部上而使支撑部件与子电池模块的密封部分接合。

然而，常规的子电池模块因附加的支撑部件而使袋的密封部分的厚度增加并且还使子电池模块的重量增加。此外，为了将支撑部件布置在袋的密封部分上，子电池模块要求额外的人力，并且子电池模块不能确保结构稳定性和密封稳定性。

技术实现要素：

技术问题

因此，考虑到在现有技术中出现的上述问题而提出了本发明，并且本发明的目的在于提出能够通过诸如焊接方法等而结合(bonding)来保护袋型电池电芯的边缘的电池电芯组件，即，子电池模块。

技术方案

为了实现上述目标，根据本发明的一个方面，提供一种用于二次电池的电池电芯组件，该组件包括：至少一个电池电芯；第一框架，其设置在所述至少一个电池电芯的第一侧的边缘上；以及第二框架，其设置在至少一个电池电芯的第二表面的边缘上从而与第一框架对置，其中，第一框架和第二框架彼此表面接触。

优选地，第一框架和第二框架可以由能够容易地结合在一起的塑料制成。

在本发明的实施例中，第一框架可以设置有：第一安置(seating)部分；第一弯曲部分，其沿与第一框架垂直的方向在第一安置部分的边缘上突起；以及第一结合部分，其沿与第一弯曲部分垂直的方向从第一弯曲部分朝向第一框架的外侧延伸。此外，第二框架可以设置有：第二安置部分；第二弯曲部分，其沿与第二框架垂直的方向在第二安置部分的边缘上突起；以及第二结合部分，其沿与第二弯曲部分垂直的方向从第二弯曲部分朝向第二框架的外侧延伸。

特别地，在本发明的实施例中，第一结合部分和第二结合部分可以彼此表面接触，从而在其中容纳并支撑电池电芯。

此外，第一安置部分可以在其内部中央设置有第一窗口。第一窗口可以起到使电池电芯的一部分露出并容纳电池电芯的电芯主体部分的作用。

本发明的第一结合部分可以设置有形成在第一结合部分与第一弯曲部分之间的连接部上的第一台阶部分。

另外，第一结合部分可以设置有沿与第一结合部分垂直的方向突起的突起部。

此外，第二安置部分可以在其内部中央设置有第二窗口。

本发明的第二结合部分可以设置有形成在第二结合部分与第二弯曲部分之间的连接部上的第二台阶部分。

另外，第二结合部分可以设置有沿与第二结合部分垂直的方向凹进的凹槽。第二结合部分的凹槽可以形成在与突起部对应的位置，并且通过压入配合使第一框架与第二框架固定在一起。

第一结合部分和第二结合部分可以通过诸如焊接方法等而结合来彼此联接。换言之，第一结合部分和第二结合部分可以通过替代螺栓和螺母接合的焊接方法而被封装。选择性地，可以将激光焊接用作焊接方法。

此外，本发明可以通过热熔合或粘合将第一结合部分和第二结合部分固定在一起。

本发明的优选实施例可以构造为附加地将散热板布置在一个或多个电池电芯之间，从而使电池电芯中产生的热量快速地散发。此外，散热板可以设置有沿散热板的边缘设置并引导制冷剂的制冷剂管。散热板的边缘可以被布置在第一台阶部分与第二台阶部分之间并且使得散热板能够被固定。

另外，为了迅速地热交换，散热板可以由铝制成。

结合附图参考以下详细描述的示例性实施例，将使本发明的优点和特征清楚。

首先，用于说明书和权利要求中的术语或词语，不应当被解释为具有一般字典含义，而应当被解释为具有符合本发明的基于这样的原则的技术要旨的含义和概念：发明人可以适当地限定术语以便以最佳方法描述他/她自己的发明。

有益效果

根据具有上述特性的本发明，可以提供：用于二次电池的电池电芯组件(即，子电池模块)，该电池电芯组件通过使用容纳并支撑至少一个电池电芯且不允许电池电芯移动的框架型电芯支撑件而具有改进的结构稳定性和组装便利性；以及包括该电池电芯组件的二次电池。

框架型电芯接纳主体构造为包括第一框架和第二框架，第一框架和第二框架布置为彼此对置从而固定至少一个电池电芯的边缘，并且第一框架和第二框架通过焊接方法等而彼此结合，其中，框架型电芯接纳主体覆盖单层电池电芯或多层电池电芯并且保护电池电芯的边缘，从而改进电池电芯组件的结构稳定性和组装便利性。

与在现有技术中使用设置在电池电芯组件的第一侧和第二侧的每个边缘中的I形支撑部件的方法或使用螺母和螺栓的紧固方法相比，本发明通过诸如焊接方法等表面结合来形成框架型电池电芯，从而在减小电池电芯组件的边缘的厚度的同时确保可靠地接合，并且显著地减少对用于制造电池电芯组件的额外的人力的要求。

此外，本发明通过利用焊接或热熔合方法而彼此联接的第一框架和第二框架使一个或多个电池电芯紧密地堆叠。具体地说，本发明在通过焊接或热熔合的方法而彼此联接的第一框架与第二框架之间堆叠并容纳一个或多个电池电芯，优选为两层或更多层电池。因此，不论电池电芯的膨胀现象还是外部冲击，本发明都可以可靠地使电池电芯的边缘结合并固定。

附图说明

从结合附图的下述详细描述中，本发明的上述和其它的方面、特征以及其它优点将变得更加显而易见，在附图中：

图1是示意性地示出根据本发明的优选实施例的用于二次电池的电池电芯组件；

图2是示出图1的电池电芯组件的分解透视图；

图3是沿图1的线A-A'截取的局部剖视图；

图4是示出图1的电池电芯组件堆叠在其中的电池模块的分解透视图；

图5是示出根据本发明的另一实施例的电池电芯组件的局部剖视图；以及

图6是示出根据本发明的又一实施例的电池电芯组件的局部剖视图。

具体实施方式

根据将在后文中描述的实施例并结合附图，本发明的优点和特征以及实现优点和特征的方法将变得更加明晰。

在本文的通篇中，应当参考附图，其中在所有不同的附图中使用相同的附图标记和符号来代表相同或相似的构件。在下文的描述中，在可能使本发明的主题描述不清楚的情况下，将省略对并入本文的已知功能和构件的详细描述。

首先，参考图1和图2，根据本发明的实施例的电池电芯组件1设置有保持至少一个电池电芯10并固定电池电芯10的边缘的框架型电芯接纳主体。在本发明的实施例中，电池电芯组件1通过框架型电芯接纳主体形成子电池模块。

作为保护至少一个电池电芯的边缘的壳体类型，框架型电芯接纳主体设置有：设置在至少一个电池电芯10的第一侧上的第一框架30；以及设置在电池电芯10的第二侧上的第二框架40。

第一框架30和第二框架40彼此联接并且形成固定电池电芯10的边缘(即，电池电芯组件的边缘)的框架。换言之，第一框架30和第二框架40形成容纳并保护至少一个电池电芯10的壳体。

此外，第一框架30和第二框架40可以具有位于其间的一个电池电芯10，并且参考图2，可以具有沿前-后方向堆叠在第一框架30与第二框架40之间的两个或更多个电池电芯10(换言之，多个层状电池电芯10)。当第一框架30和第二框架40具有位于其间的多个电池电芯10时，第一框架30向后支撑多个电池电芯10中布置在最前侧的电池电芯10的前表面的边缘。相反地，第二框架40向前支撑多个电池电芯10中布置在最后侧的电池电芯10的后表面的边缘。

在将一个或多个电池电芯称作电芯单元时，第一框架30支撑电芯单元的前表面的边缘，并且第二框架40支撑电芯单元的后表面的边缘。

更具体地说，根据本发明的实施例的电池电芯组件1包括：至少一个电池电芯10；散热板20，其布置在电池电芯10上从而叠层在电池电芯10的表面上；第一框架30，其设置在电池电芯10(即，电芯单元)的第一侧(前侧)上，并且支撑电池电芯10的第一表面(前表面)的边缘；以及第二框架40，其设置在电芯单元的第二侧上并且支撑电芯单元的第二表面(后表面)的边缘，其中，第一框架30和第二框架40在彼此对置的同时彼此表面接触。

如图1和图2所示，通过第一框架30和第二框架40来容纳作为使用铝叠层片封闭的袋型电池电芯的电池电芯10并使其免受外部冲击。

电池电芯10包括：电极组件(未示出)；电极片11，其沿第一方向从电极组件延伸；以及袋12，其形成容纳电极组件的空间并且在使电极片11向电极组件的外侧露出的同时密封电极组件。优选地，可以将铝叠层片用于袋12。此外，如通常所知的，电极组件可以是具有将正极和负极以分离膜置于其间的方式堆叠的结构的堆叠型电极组件，或者可以是具有将正极和负极以分离膜置于其间的方式卷绕的结构的卷芯型(jelly-roll type)电极组件。然而，本发明的电极组件不限于特定类型。

电极组件在被容纳在袋12中的状态下被密封在电池电芯10的内部。袋12包括：电芯主体部分12a，由于电极组件布置在电池电芯10的内部中央，因而电芯主体部分12a比袋12的边缘厚；以及电芯边缘部分12b，其形成袋12的边缘。

此外，散热板20包括堆叠在电池电芯10上的导热板，以便冷却因电池电芯10的充电/放电而产生的热量。导热板与电池电芯10的表面紧密接触。更优选地，制冷剂管21沿散热板20的边缘设置，并且引导本发明的实施例中的冷却流体(即，制冷剂)。制冷剂管21沿散热板20的三个表面布置成U形，但不限于制冷剂管21的上述结构和形状。同时，制冷剂管21可以与散热板20形成为一体。

如本发明的附图所示，散热板20布置在一对电池电芯10之间并且将在电池电芯10中产生的热量快速地转移到电池电芯10的外部。

为了形成薄的电池电芯组件1，根据本发明的实施例的电池电芯组件1提供这样的结构：一对电池电芯10(特别是电芯主体部分12a)与制冷剂管21可布置为避免彼此重叠。为了这个目的，制冷剂管21可以形成为宽度大于电池电芯10的电芯主体部分12a的宽度，并且可以沿散热板20的边缘布置以便将电池电芯10的电芯主体部分12a封入其中。

因此，制冷剂在其中流动的制冷剂管21通过使用制冷剂而引起热交换并且快速地冷却电池电芯10。这里，作为冷却流体的制冷剂可以是蒸汽或冷却水等，但不限于此。

此外，可以将制冷剂管21的入口和出口连接至在图4所示的电池基底200中穿孔形成的入口和出口，以便能够使制冷剂管21与电池基底200之间连通并且有效地控制制冷剂的供应和排放性能。

在根据本发明的实施例的电池电芯组件1中，通过使第一框架30与第二框架40联接可以将一对电池电芯10稳定地容纳并支撑在电池电芯组件1的内部。当然，可以将上述散热板20设置在第一框架30和第二框架40的内侧，特别是设置在一对电池电芯10之间。

如上文所述，彼此联接的第一框架30和第二框架40通过形成框架型支撑件(即，框架型电芯接纳主体)来容纳至少一个电池电芯10，并且保护电池电芯10的边缘。

具体地说，第一框架30包括安置部分31、弯曲部分32和结合部分33。在本发明的实施例中，第一框架30形成与电池电芯10的形状对应的方形框架。同时，在下文的描述中，为了便于本发明的说明，第一框架30的安置部分31、弯曲部分32和结合部分33将分别被称为“第一安置部分”、“第一弯曲部分”和“第一结合部分”，其中，第一安置部分31形成方形框架。

优选地，可以将第一安置部分31、第一弯曲部分32和第一结合部分33形成为单一整体件。

如上文所述，第一安置部分31具有与电池电芯10的外部部分的形状对应的方形框架形状，并且在第一安置部分31中形成有窗口31a。这里，第一安置部分31的窗口31a将被称为“第一窗口”，其中，第一窗口31a使至少一个电池电芯10的第一侧向外露出。因此，在本发明的实施例中，第一窗口31a可以形成为大于电芯主体部分12a，从而将电芯主体部分12a插入到第一窗口31a中。

第一弯曲部分32从第一安置部分31朝向第二框架40(即，后侧)延伸，其中，电池电芯10的第一侧被安置在第一安置部分31中。此外，第一结合部分33从第一弯曲部分32朝向电池电芯10的外部横向地延伸。换言之，第一结合部分33形成凸缘，并且第一框架30的边缘具有台阶形状。

在本发明的实施例中，第一弯曲部分32在第一安置部分31的边缘处沿预定角度的方向(即，与第一结合部分33垂直的方向)突起，并且将第一结合部分33与第一安置部分31彼此连接。因此，第一弯曲部分32提供了第一安置部分31与第一结合部分33之间的预定距离。

此外，第一结合部分33沿与第一安置部分31平行的方向或与第一弯曲部分32垂直的方向向外露出，其中，第二结合部分43通过热熔合、焊接或粘合的方法被固定在第一结合部分33上。如图2所示，第一结合部分33和第二结合部分43彼此结合，从而形成电池电芯组件1的边缘。通过压入配合将电池电芯组件1的边缘安置在电池基底200(见图4)的槽中。

用作通孔的第一窗口31a使至少一个电池电芯10的表面向外露出。具体地说，第一窗口31a使电池电芯10的预定部分(例如，电芯主体部分12a)向外露出，并且起到使由电池电芯10产生的热量消散的作用，从而操作人员可以通过肉眼直接检查至少一个电池电芯10。因此，操作人员能容易地观察到电池电芯10的膨胀现象，从而用新的电池电芯组件1快速地替换具有膨胀的电池电芯的电池电芯组件1，因此防止了对相邻的电池电芯组件1的不必要的损坏并且增长电池模块的寿命。

此外，第二框架40包括安置部分41、弯曲部分42和结合部分43。在本发明的实施例中，第二框架40形成与电池电芯10的形状对应的方形框架。同时，在下文的描述中，为了便于本发明的说明，安置部分41将被称为“第二安置部分”；弯曲部分42将被称为“第二弯曲部分”；并且结合部分43将为称为“第二结合部分”。这里，可以将第二安置部分41、第二弯曲部分42和第二结合部分43形成为单一整体件。

在本发明的实施例中，第二安置部分41大致形成为形成有第二窗口41a的方形框架。此外，第二窗口41a具有能够容纳电池电芯10的电芯主体部分12a的尺寸。

第二弯曲部分42从第二安置部分41朝向第一框架30(即，前侧)延伸，其中，至少一个电池电芯10的另一侧被安置在第二安置部分41中。此外，第二结合部分43从第二弯曲部分42朝向电池电芯10的外部横向地延伸。换言之，第二结合部分43形成凸缘并且第二框架40的边缘具有台阶形状。

在本发明的实施例中，第二弯曲部分42在第二安置部分41的边缘处沿预定角度的方向(即，与第二结合部分43垂直的方向)突起，并且将第二结合部分43与第二安置部分41连接。因此，第二弯曲部分42提供了第二安置部分41与第二结合部分43之间的预定距离。

第二结合部分43沿与第二安置部分41平行的方向或与第二弯曲部分42垂直的方向向外露出，其中，第一框架30的第一结合部分33通过热熔合或焊接的方法被固定在第二结合部分43上。优选地，如上文所述，第一框架30的第一结合部分33和第二框架40的第二结合部分43可以由塑料制成从而容易结合在一起。当然，在通过激光焊接将第一结合部分33联接至第二结合部分43时，考虑到热膨胀和均匀性，第一结合部分33和第二结合部分43两部分需要由相同材料制成。

此外，第二窗口41a用作使至少一个电池电芯10的表面向外露出的通孔，其中，第二窗口41a使电池电芯10的预定部分(例如，电芯主体部分12a)向外露出，并且起到使由电池电芯10产生的热量消散并使操作人员够通过肉眼直接检查电池电芯10的作用。

根据本发明的实施例，可以通过激光焊接使第一结合部分33和第二结合部分43结合在一起。如在现有技术中广泛已知的，激光焊接具有这样的优点：利用高的能量密度减少结合部分的损坏，并且利用高的焊接质量提高第一框架30与第二框架40之间的强度。此外，与使用螺母和螺栓的常规紧固方法相比，由于第一框架30的第一结合部分33和第二框架40的第二结合部分43通过激光焊接结合在一起，减小了作用在第一框架30的第一结合部分33与第二框架40的第二结合部分43之间的连接部中的应力，因此增加了支撑电池电芯10的可靠性。当然，可以用粘合或热熔合来替代用于根据本发明的实施例的电池电芯组件1的激光焊接。

图3是沿图1的线A-A'截取的局部剖视图。如图3所示，电池电芯组件1提供了这样的结构：第一框架30的第一结合部分33和第二框架40的第二结合部分43通过诸如激光焊接等结合方法而可靠地结合在一起，并且将布置在一对电池电芯10之间的散热板20固定在位从而不允许散热板20移动。

第一框架30可以形成有能够容纳电池电芯10的尺寸和形状。同样地，第二框架40可以形成有能够容纳电池电芯10的尺寸和形状。

第一结合部分33可以包括第一台阶部分34，第一台阶部分34形成于第一结合部分33与第一弯曲部分32之间的连接部处。当然，第一台阶部分34可以沿第一结合部分33的表面形成在第一弯曲部分32的周部上。

相反，第二结合部分43可以包括第二台阶部分44，第二台阶部分44形成于第二结合部分43与第二弯曲部分42之间的连接部处。这里，第二台阶部分44可以沿第二结合部分43的表面形成在第二弯曲部分42的周部上。

如图3所示，彼此对置布置的第一台阶部分34和第二台阶部分44在其间形成容纳散热板20的边缘的空间部分，从而通过将第一框架30与第二框架40联接起来可以牢固地固定散热板20。

散热板20的制冷剂管21布置在通过焊接第一框架30的第一弯曲部分32与第二框架40的第二弯曲部分42而形成的内部空间中，从而避免制冷剂管21影响电池电芯组件1的厚度。优选地，散热板20和制冷剂管21可以由能够快速热交换的铝制成。

此外，第一安置部分31在第一窗口31a容纳电池电芯10的电芯主体部分12a的同时与电池电芯10的电芯边缘部分12b接触，从而第一安置部分31支撑电池电芯10的电芯边缘部分12b而不允许电池电芯10的电芯边缘部分12b移动，并且可靠地固定电池电芯10。同样地，第二安置部分41在第二窗口41a容纳电池电芯10的电芯主体部分12a的同时与电池电芯10的电芯边缘部分12b接触，从而第二安置部分41支撑电池电芯10的电芯边缘部分12b而不允许电池电芯10的电芯边缘部分12b移动，并且可靠地固定电池电芯10。

图4是示出图1的电池电芯组件堆叠在其中的电池模块的分解透视图。

根据本发明的一个或多个电池电芯组件1沿与电池基底200垂直的方向插入电池基底200的槽210中。于是，一个或多个电池电芯组件1(即，子电池模块)以串联和/或并联的方式在基底200上电连接起来，并且形成大中型电池模块100。

在根据本发明的电池电芯组件1中，将结合在一起的第一结合部分33和第二结合部分43插入到基底200的槽210中，从而容易将电池电芯组件1安装在基底200上。优选地，槽210可以形成有与第一结合部分33和第二结合部分43的结合部分的厚度相等的宽度，并且防止插入之后电池电芯组件1中的元件的移动。

图5是示出根据本发明的另一实施例的电池电芯组件1的局部剖视图。

图1至图3示出了容纳有两个电池电芯10的电池电芯组件1，但不限于此。换言之，在本发明中，如果有必要电池电芯组件1可容纳两个或更多个电池电芯10。

更具体地说，根据图5所示的另一实施例的电池电芯组件1容纳有四个电池电芯10。当然，根据本发明的电池电芯组件1的电池电芯的数量是可改变的而不限于图1至图5所示的两个或四个，以便供应期望的电压或电流。

在图5的根据本发明的实施例的电池电芯组件1中，第一框架30的第一弯曲部分32的长度和第二框架40的第二弯曲部分42的长度增加以便固定第一框架30与第二框架40之间的四个电池电芯10。

图6是示出根据本发明的又一实施例的电池电芯组件1剖视图。

由于图6所示的电池电芯组件1的构造除了第一结合部分33和第二结合部分43的形状之外与图1所示的电池电芯组件1类似，因此为了更好地理解本发明而将省略对相同或相似部分的说明。

如图6所示，在第一结合部分33和第二结合部分43中的任一者上可形成有突起部35，并且在第一结合部分33和第二结合部分43中的其余一者上可形成有凹槽45。在本发明的该实施例中，第一结合部分33设置有在与第二结合部分43对置的平坦表面上沿与第二结合部分43垂直的方向突起的突起部35，并且第二结合部分43设置有在与第一结合部分33对置的平坦表面上与突起部35对应的位置处形成的凹槽45。

在通过激光焊接或热熔合将第一结合部分33和第二结合部分43结合在一起之前，使第一结合部分33的突起部35与第二结合部分43的凹槽45接合，从而使第一框架30和第二框架40容易定位。另外，突起部35与凹槽45之间的接触面积增加，从而提高了已接合的框架30和框架40之间的联接强度。

如上文所述，在本发明的实施例中，第一框架30与至少一个电池电芯10的前表面的周部紧密接触。此外，第二框架40与至少一个电池电芯10的后表面的周部紧密接触。因此，框架30和框架40有效地支撑至少一个电池电芯10的边缘。

尽管已示出和描述了本发明的一些示例性实施例，但本领域的技术人员应了解的是，在不背离本发明的原理和要旨的情况下，可以对这些实施例做出改变。

因此，前述实施例仅供用于说明的目的而并非用来限制本发明的范围，从而在不背离本发明的原理和要旨的情况下，可以对这些实施例做出改变，其中，本发明的范围被限定在所附权利要求书及其等同内容中。

工业实用性

本发明涉及电池电芯组件，并且更具体涉及用于二次电池的电池电芯组件，即框架型子电池模块。本发明由于改进的结构稳定性和部件可靠性而在电池模块的制造和应用的领域具有工业实用性。