本申请要求2017年4月4日在韩国提交的韩国专利申请No.10-2017-0043912的优先权，其公开内容在此通过引用并入。
技术领域
本公开涉及一种电池组，并且更特别地涉及一种具有用于电池模块的空间高效装载结构以及用于防止渗漏的冷却剂流入到电池模块中的排放结构的电池组。
背景技术：
与不可再充电的原电池不同，二次电池是指一种能够充电和放电的电池，并且被用作蓄能系统(ESS)、电动车辆(EV)或者混合动力电动车辆(HEV)以及小型先进电子装置，诸如移动电话、PDA和笔记本电脑的电源。
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。单元二次电池单体，即单元电池单体的工作电压约为2.5V至4.2V。因此，如果需要更高的输出电压，则可以将多个电池单体串联连接以构成电池组。另外，取决于电池组所需的充电/放电容量，多个电池单体可以并联连接以构成电池组。因此，包括在电池组中的电池单体的数量可以根据所需的输出电压或所需的充电/放电容量而被不同地设定。
例如，当多个电池单体串联或并联连接以构造电池组时，通常首先构造由多个电池单体组成的电池模块，然后通过使用多个电池模块和添加其它部件来构造电池组。换句话说，电池模块指的是多个二次电池串联或并联连接的部件，并且电池组指的是多个电池模块串联或并联连接以增加容量和输出的部件。
同时，在多电池模块结构的电池组中，易于排出由每个电池模块产生的热非常重要。如果在充电和放电期间产生的电池模块的热没有被有效地去除，则可能发生热积聚，导致电池模块劣化并引起着火或爆炸。因此，高输出大容量的电池组本质上需要用于对包含在其中的电池模块进行冷却的冷却装置。
通常，电池组的冷却方法分为空冷型和水冷型，并且水冷型是更优选的，因为与空冷型相比，它具有更少的噪音和更好的冷却性能。例如，在水冷型中，具有供冷却剂可流经其中的流动路径的散热器与电池模块的底部或侧面接触以吸收来自电池模块的热。
但是，在采用水冷型电池组的情况下，如果散热器损坏，则冷却剂可能流入到电池模块中，这可能增加泄漏风险。此外，即使电池模块防水良好，但是如果电池组在冷却剂滞留在壳体中的状态下长时间停留在电池组的密封壳体中，则电池壳体内的湿度变得非常高，这不能确保不可能发生短路。
另外，在电动车辆的情况下，在运行期间可能对电池组施加意外的冲击和振动。在这种情况下，电池模块之间的电连接可能被破坏，或者支撑电池模块的电池组壳体可能变形。因此，特别地，电动车辆的电池组需要具有足够的抗外部冲击和振动的耐久性。为了解决这一问题，通常使用防撞梁来提高电池组的机械刚度。这里的防撞梁是指安装在构成电池组壳体的托盘处以提高托盘的刚度的梁状结构。包括防撞梁的托盘具有高抗冲击性并且不容易由于外部冲击或振动而变形。
然而，虽然通过安装防撞梁提高了电池组的机械刚度，但是在这种情况下，可用于装载电池模块的空间也减少很多。此外，如果进一步添加诸如散热器的基本冷却装置构造，则包括散热器的电池组的体积比或能量密度降低。
技术实现要素：
技术问题
本公开被设计成解决现有技术的问题，因此，本公开旨在提供一种电池组，该电池组具有足够的抗外部冲击和振动的耐久性，所述电池组能够容纳具有优良空间效率的电池模块和冷却装置，并且具有排放结构以应对冷却剂泄漏的情况。
本公开的这些和其它目的和优点可以从以下详细说明中理解，并且将通过本公开的示例性实施例变得更加明显。此外，易于理解，本公开的目的和优点可以通过所附权利要求及其组合中所示的手段来实现。
技术解决方案
在本公开的一个方面，提供了一种电池组，包括：多个电池模块；托盘，所述托盘提供放置多个电池模块的空间；多个梁框架，所述多个梁框架被安装成横穿所述托盘的上表面以分隔能够单独放置所述多个电池模块的空间；以及多个散热器，所述多个散热器形成为具有其中冷却剂流过的中空结构，所述多个散热器分别被选择性地联接到所述多个梁框架中的一部分，以便被布置成面对所述电池模块的侧表面，其中在所述托盘和所述梁框架处分别设置有排放孔，所述排放孔相对于所述散热器在向下方向上穿孔。
具有凹陷形状的排放路径可以形成在散热器的下部处。
可设置多个排放孔，并且可沿排放路径以预定间隔设置多个排放孔。
排放路径可在至少一个方向上倾斜。
多个梁框架中的一部分可以是I型梁框架，并且散热器可以被设置成能够安装到在形成I型梁框架的高度的柱的两侧处形成的凹进部。
散热器可被成形为对应于凹进部，并且通过导热粘合剂粘附到凹进部以与I型梁框架成一体。
多个梁框架中的另一部分可为横穿托盘的中心的单一中心框架，并且I型梁框架可与中心框架交叉且以规则间隔布置在托盘处，使得多个电池模块被布置成2×N矩阵。
每个散热器都可具有设置在其一端和另一端处的输入端口和输出端口，使得冷却剂穿过所述输入端口和所述输出端口流入或者流出，并且散热器被安装成沿穿过中心框架的I型梁框架横穿托盘的上表面。
电池组还可包括：电池组盖板，所述电池组盖板被构造成覆盖托盘的上部；以及两个侧框架，所述两个侧框架被构造成分别覆盖托盘的两侧表面，并且两个侧框架可被设置成与散热器的输入端口和输出端口连通的歧管形式，以形成用于供应和排出冷却剂的路径。
中心框架可被设置成形成具有在其外侧表面处的多个孔的角管(angled tube)的形式，并且连接模块可被设置在中心框架中，从而串联和/或并联地连接多个电池模块。
多个梁框架中的一部分可为在其中具有中空部的角梁(angledbeam)框架，并且散热器可位于角梁框架内部。
电池组还可包括介于散热器和电池模块的热界面处的导热介质。
导热介质可具有附接至散热器的一个表面的板表面以及从板表面竖直地突出的突起，并且突起可具有当外部压力被施加到该突起时弹性变形的特性。
导热介质可由硅橡胶制成。
在本公开的另一方面中，也提供一种包括上文定义的电池组的电动车辆。该车辆可包括电动车辆(EV)和混合动力电动车辆(HEV)。
有利效果
根据本公开的实施例，电池组的刚度和体积比可通过以空间高效的方式联接梁框架和散热器而提高，并且可紧凑地实现用于单独电池模块的冷却构造。
另外，根据本公开的另一实施例，通过对梁框架和托盘设置排放结构，即使冷却剂从散热器渗漏，冷却剂也易于从电池组排出。
附图说明
图1是示出根据本公开的实施例的电池组的示意性透视图。
图2是图1的分解透视图。
图3是示出装载有图2的多个电池模块的托盘的透视图。
图4是部分地示出根据本公开的实施例的电池组的排放路径和排放孔的图。
图5是示出图4的部分A的放大图。
图6是沿图3的线I-I'截取的横截面图。
图7是示出图6的部分B的放大图。
图8是示出图7的梁框架的变型示例的图。
图9和10是示出根据本公开的另一实施例的在导热介质接触电池模块之前和之后的电池组的状态的图。
具体实施方式
通过参考附图详细地描述本公开的实施例，本公开将变得更加明显。应理解，这里公开的实施例仅是为了更好地理解本公开而说明，并且本公开可以以各种方式修改。另外，为了便于理解本公开，附图不是以实际比例绘制的，而是可能夸大某些部件的尺寸。
即，说明书中描述的和附图中示出的实施例仅是本公开的最优选实施例，并且不代表本公开的所有技术思想，因此应理解，可能存在在提交本申请时能够代替这些实施例的各种等效物和变体。
图1是示出根据本公开的实施例的电池组的示意性透视图，图2是图1的分解透视图，图3是示出装载有图2的多个电池模块的托盘的透视图，并且图4是部分地示出根据本公开的实施例的电池组的排放路径和排放孔的图。
首先，参考图1和图2，根据本公开的实施例的电池组10包括多个电池模块100，以及容纳电池模块100的电池组壳体。电池组壳体可包括：托盘200，所述托盘200提供放置多个电池模块100的空间；电池组盖板300，所述电池组盖板300用于与托盘200一起封装和容纳多个电池模块100；以及两个侧框架400。
多个电池单体在电池模块100中堆叠，并且电池模块100还可包括各种其它部件。例如，电池单体可为袋型二次电池，并且可设置多个电池单体，并且该电池单体彼此电连接。
虽然图中未示出，但是每个电池单体都可包括各种部件，诸如：电极组件；电池壳体，所述电池壳体容纳电极组件；以及电极引线，所述电极引线突出到电池壳体之外并且被电连接至电极组件。电极引线可包括正极引线和负极引线。这里，正极引线可被连接至电极组件的正极板，并且负极引线可被连接至电极组件的负极板。
电池模块100还可包括堆叠框架以及模块端板，用于堆叠和保护袋型二次电池。
堆叠框架被用于堆叠二次电池，并且保持二次电池不被移动。堆叠框架被设置成彼此堆叠，从而用作用于装配二次电池的引导器。作为参考，堆叠框架可由各种其它物件，诸如盖板或者筒代替。
模块端板是一种用于保护和固定电池单体堆的元件，并且可以意指围绕电池单体堆的外部外围的有角结构，或者填充在电池单体堆的至少一个表面上的板状结构。优选地，模块端板由具有高机械刚性和优异导热性的金属材料制成。
虽然为了方便而未示出，但是电池模块100还可包括介于电池单体之间的冷却翅片。冷却翅片为具有导热性的薄构件，诸如铝，并且具有向外延伸的端部，从而连接至其它吸热介质，诸如散热器600，以将电池单体的热传递至外部。
如上所述，电池模块100可涉及多个电池单体的集合，或者多个电池单体与用于堆叠和保护多个电池单体的其它部件的集合。另外，本公开的电池组10可涉及包括多个单元电池模块100的集合。
参考图2和图3，根据本实施例的电池组10使用总共10个单元电池模块100形成。单元电池模块100可被以2×5矩阵形式装载到托盘200的上表面上，并且通过电池组盖板300和两个侧框架400封装。
托盘200和电池组盖板300可以具有近似大面积的板形状形成，并且可被分别布置在电池模块100的下部和上部处，以覆盖电池模块100的上部和下部。另外，两个侧框架400可被定位在托盘200的两侧表面处，以覆盖电池模块100的两侧表面。
特别地，该实施例的两个侧框架400可被设置成歧管形式。更详细地，参考图2，两个侧框架400具有形成在其中的通道，以用作管道，并且具有形成在其外部处的进口410和出口420以及分别能够被连接至下文解释的散热器600的输入端口610和输出端口(位于与输入端口的相对侧处)的多个连接器430。两个侧框架400用于向散热器600分配冷却剂或者从散热器600收集冷却剂。即，两个侧框架400可被视为电池组壳体的部件，并且形成冷却剂流入或者流出电池组10的供应和排放路径。
电池组壳体，即托盘200、电池组盖板300和两个侧框架400可向电池模块100提供机械支撑，并且保护电池模块100不受外部冲击。因此，电池组壳体的托盘200、电池组盖板300和两个侧框架400可由金属材料，诸如钢制成，以确保刚性。
主要参考图3至图6，根据本公开的电池组10包括：多个梁框架，所述多个梁框架被安装成横穿托盘的上表面以分隔其中可单独地放置多个电池模块空间；以及多个散热器，所述多个散热器具有冷却剂通过其流动的中空结构并且被选择性地联接至多个梁框架中的一部分，以面对每个电池模块的侧表面。
在该实施例中，多个梁框架中的一些为I型梁框架510，并且多个梁框架中的一些为具有角管形式的梁框架。下面，角管形式的梁框架将被称为中心框架。
更特别地，在该实施例中，如图3中所示，六个I型梁框架510可沿托盘200的竖直方向(X轴方向)以规则间隔布置，并且中心框架520可被布置成横跨六个I型梁框架510并且横穿托盘200的中心。此时，两个I型梁框架510之间的间隔对应于单元电池模块100的宽度，并且I型梁框架510的高度可等于或者高于电池模块100的高度。因此，可在托盘200上形成被分隔的单独容纳空间，其中十个单元电池模块100可以2×5矩阵形式载入。
每个单元电池模块100都可被放置在单独容纳空间中，使得其模块电极端子110面对中心框架520。此时，单元电池模块100的侧表面可支撑在两个I型梁框架510上，使得单元电池模块100不移动。
虽然为了方便而未详细地示出，但是多个孔521可沿长度方向(X轴方向)形成在中心框架520的外表面中。另外，连接模块(未示出)可被设置在中心框架520内部。
可在每一列中设置两个单元电池模块100，并且该单元电池模块100的模块电极端子110可被插入到中心框架520的孔521中，从而彼此面对，并且被连接至连接模块。
连接模块可由利用导电材料制成且形成串联和/或并联网络的汇流条排组成。连接模块可将多个电池模块100串联和/或并联地连接。另外，连接模块可被连接至位于托盘200的前表面的外侧处的电池组10的端子11，并且端子11可被电连接至电池组10外部的另一装置。
根据电池模块100的2×N矩阵布置以及I型梁框架510和中心框架520的构造，能够易于固定和装载电池模块100，并且能够提高托盘200的机械刚性。另外，能够简化布线结构而不暴露托盘200上的高电压电缆等。因此，电池组10的安全性和空间利用率可被提高。
参考图5，根据本公开的I型梁框架510包括：顶部511和底部513，所述顶部511和底部513相对于托盘200的上表面水平；以及柱512，所述柱512竖直地连接顶部511和底部513的中心从而形成I型梁框架510的高度。
I型梁框架510在顶部511和底部513之间的空间被柱512分隔为两部分。在下文中，两个分隔的空间，即形成在柱512的两侧处的空间都将被定义为凹进部514。散热器600被安装在I型梁框架510的凹进部514中。这里的散热器600可指通过热接触从其它物体吸收和发出热的物体。
更特别地，根据本公开的散热器600被制造成具有对应于I型梁框架510的凹进部514的形状，并且冷却剂穿过其流入和流出的输入端口610和输出端口被定位在散热器600的一端和另一端处。同样地，散热器600具有在其中包括流动路径的中空结构。每个散热器600都可穿过中心框架520，沿每个I型梁框架510从托盘200的一侧延伸至托盘200的另一侧。
在散热器600的流动路径中流动的冷却剂不特别受限，只要其易于在流动路径中流动，并且具有优异的冷却能力，但是例如冷却剂可为水，水由于高潜热能够最大化冷却效率。
散热器600可与I型梁框架510成一体。例如，通过向I型梁框架510的内表面施加导热粘合剂，然后将散热器600插入和粘附至I型梁框架510的凹进部514而简单地将散热器600和I型梁框架510成一体。在这种情况下，与其中散热器600被设置在分开的位置的情况相比，托盘200的空间利用率可提高。
即，如图7中所示，在本公开的电池组10中，一个I型梁框架510和两个散热器600可通过对应的形状而组合，使得I型梁框架510之间的空间可作为用于单独地安装单元电池模块100的空间而被完全地利用，并且从每个电池模块100产生的热都可被耗散至电池模块100的两侧表面。另外，因为I型梁框架510也可通过散热器600进行冷却，所以能够防止I型梁框架510由于温度升高而变形，由此更有效地控制整个电池组结构的热。
另外，根据本公开的电池组10还可包括形成在散热器600的下部处的排放路径710以及沿排放路径710以规则间隔设置的排放孔720。排放路径710和排放孔720是用于排出由于散热器600破裂而漏出电池组10的冷却剂的部件。
重新参考图4和图5，该实施例的排放路径710可形成在I型梁框架的底部513处。例如，I型梁框架的底部513可为凹圆形，以形成排放路径710。排放路径710可在至少一个方向上倾斜。例如，虽然图中未示出，但是排放路径710可从托盘200的中心朝着托盘200的两端倾斜，或者可从托盘200的一端朝着其另一端倾斜。
可沿排放路径710以预定间隔设置多个排放孔720。例如，I型梁框架的底部513和托盘200的特定位置可被接通，从而以竖直穿孔形状形成排放孔700。
排放路径710和排放孔720可在I型梁框架510处具有相同图案，散热器600位于其中，并且托盘200处于相应位置。
如果设置排放路径710和排放孔720，则当冷却剂从散热器600渗漏时，冷却剂可沿散热器600的壁向下流动，并且被收集在排放路径710的凹陷空间中。所收集的渗漏冷却剂可沿倾斜排放路径710向下流动，并且通过与其接近的排放孔720排入托盘200之下。通常，在用于电动车辆的电池组的情况下，考虑到电池组被安装至车辆的下部底盘的事实，所以被排入电池组的托盘200之下的冷却剂最可能直接掉落到地面上。
通过在电池组中设置排放结构，即使冷却剂从散热器600渗漏，冷却剂也能够流出电池组10，由此消除短路的风险。
之后，将参考图8描述根据该实施例的梁框架及其排放结构的变型示例。下文所述的本公开的变型示例可被视为对应于图7的实施例。相同附图标记指示相同部件，并且将不详细地描述。
在该变型示例中，设置中空角梁框架510’作为前一实施例的I型梁框架510的替选。另外，散热器600位于角梁框架510’内。在这种情况下，由于散热器600位于角梁框架510’内，所以托盘200内的空间利用率可提高。排放路径710和排放孔710与前一实施例类似。换句话说，凹陷排放路径710可形成在角梁框架510’的下端处，并且多个排放孔720可沿排放路径710的长度方向形成。
同时，虽然在上述说明中结构区分了角梁框架510’和散热器600，但是作为示例，流动路径可在中空角梁框架中形成。因此，角梁框架可作为散热器本身。在这种情况下，角梁框架可被视为一个结构，并且散热器可被视为在角梁框架内部的流动路径中流动的冷却剂。另外，排放路径710和排放孔720可位于角梁框架510’所位于的对应托盘200处。
图9和图10是示出根据本公开的另一实施例的在导热介质接触电池模块之前和之后的电池组的状态的图。
根据本公开的另一实施例的电池组还可包括介于散热器600和电池模块100的热界面处的导热介质800。
只要导热介质800为具有导热性并且能够填充电池模块100和散热器600之间的间隙的薄构件，则导热介质800的厚度和结构可不特别受限。例如，可使用由金属材料制成的片状板。金属材料可为在金属中具有高导热性并且轻质的铝或铝合金，但是不限于此。例如，可使用铜、金和银。除了金属之外，陶瓷材料，诸如氮化铝和碳化硅也是可能的。
特别地，根据本公开的另一实施例的导热介质800可包括：附接至散热器600的一个表面的板表面810以及相对于板表面810竖直地突出的突起820。突起820可由例如当对其施加外部压力时弹性变形的硅橡胶制成。硅橡胶具有优异的导热性和散热性，并且也允许弹性变形。
作为硅橡胶的替选，也可应用被填充以其中混合了高度传导性金属片的溶液的碳片或填料橡胶。
在导热介质800中，当单元电池模块100在向下方向上被放置在I型梁框架510之间的容纳空间中时，突起820被电池模块100的侧表面挤压，并且因此如图10中所示地向下弯曲。此时，由于突起820具有恢复至其原始形状的弹性恢复力，所以导热介质800可有力地接触电池模块100的侧表面。因此，如果单元电池模块100被插入到容纳空间中，则电池模块100的左侧表面和右侧表面分别保持与上述导热介质800紧密接触，使得热易于从电池模块100传递至散热器600。
另外，导热介质800可用于保持电池模块100。换句话说，由于两个导热介质800的突起820用于将电池模块100保持在电池模块100的两侧表面处，所以即使向电池组10施加了外部冲击，也防止电池模块100移动，因此也能够防止在电池模块100和散热器600之间产生间隙。
如上所述，根据本公开，电池组10的刚性和体积比可增大，并且可紧凑地实现单独电池模块100的冷却构造。另外，可通过使用具有突出形状并且能够弹性变形的导热介质800提高单独电池模块100与散热器600的接触力。因此，冷却效率可提高，并且即使对单独电池模块100施加了外部冲击或振动，也可稳定地支撑单独电池模块100。
同时，根据本公开的实施例的电池组还可包括各种装置(未示出)，诸如电池管理系统(BMS)、电流传感器、熔丝等，用于控制电池模块的充电和放电。
根据本公开的车辆可包括根据本公开的电池组。电池组不仅可应用于车辆，诸如电动车辆和混合动力电动车辆，而且也可应用于IT产品。
已经详细地描述了本公开。然而，应理解，虽然详细说明和特定示例指示了本公开的优选实施例，但是其仅作为例示给出，因为本领域技术人员通过详细说明将明白本公开范围内的各种变化和变型。