包括具有百叶窗翼片形状的导热媒介的电池组的制作方法

本公开涉及一种电池组，更具体地，本公开涉及一种电池模块冷却技术及其装载结构。本申请要求2017年4月6日在韩国提交的韩国专利申请no.10-2017-0044961的优先权，其公开内容通过引用并入本文。

背景技术：

与不可再充电的一次电池不同，二次电池是指能够充电和放电的电池，并且用作蓄能系统(ess)、电动车辆(ev)或混合动力电动车辆(hev)以及诸如手机、pda和笔记本电脑这样的小型先进电子设备的电源。

当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。单位二次电池单元、即单位电池单元的工作电压约为2.5v至4.2v。因此，如果需要更高的输出电压，则可以串联连接多个电池单元，以构成电池组。另外，根据电池组所需的充电/放电容量，可并联连接多个电池单元来构成电池组。因而，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置电池组中所包括的电池单元的数量。

例如，当多个电池单元被串联或并联连接来构成电池组时，通常首先构造由多个电池单元组成的电池模块，然后通过使用多个电池模块并添加其它部件来构造电池组。换句话说，电池模块是指多个二次电池被串联或并联连接的部件，并且电池组是指多个电池模块被串联或并联连接、以提高容量和输出的部件。

同时，在由多个电池模块组成的电池组中，重要的是易于排放从每个电池模块产生的热量。如果电池模块在充电和放电期间产生的热量没有被有效地去除，则可能发生热累积，导致电池模块的劣化，并引起燃烧或爆炸。因而，高输出大容量的电池组本质上需要冷却设备来冷却其中所包括的电池模块。

通常，电池组的冷却方法被分为空气冷却型和水冷却型，并且在本领域中广泛使用产生较少噪声并确保更好冷却性能的水冷却型。

图1和图2是用于示出传统水冷却电池组的冷却构造的示意图。

例如，如图1和图2中所示，传统的水冷却电池组可包括中空结构的热沉2，其具有流动路径，使得冷却剂可通过其流过。热沉2与电池模块1接触，并通过温差来吸收电池模块1的热量。因而，热沉2和电池模块1之间的接触状态对冷却性能产生重要影响。

如果热沉2被布置在电池模块1的下方，如图1所示，则热沉2被电池模块1的重量挤压，以在一定程度上维持电池模块1和热沉2之间的接触。然而，由于电池模块1和热沉2的外观基本上不规则，因此它们的表面粗糙度不良。因而，为了解决这一问题，可以在电池模块1和热沉2之间置入热界面材料(tim)3，以提高导热性。

根据电池单元的堆叠形式或者由于电池组壳体的设计，热沉2’可被布置成与电池模块1’的侧表面接触，如图2所示。然而，在这种情况下，与图1的构造不同，热沉2’未被电池模块的重量挤压，因而热沉2’不易通过使用普通的热界面材料(tim)3来与电池模块1’紧密接触。例如，即使热沉2’安装到电池模块1’的侧表面，在除了安装部分之外的其它区域处的接触状态也很弱，并且如果对其施加外部冲击，则它们之间的间隙很可能增大。

同时，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会断开，或者支撑电池模块的电池组壳体可能发生变形。

因而，特别地，用于电动车辆的电池组需要具有抵抗外部冲击和振动的足够耐久性。为了解决这一问题，通常使用防撞梁来增加电池组的机械强度。这里，防撞梁是指安装在构成电池组壳体的托盘处、以增强托盘的刚性的梁状结构。包括防撞梁的托盘具有高耐冲击性，并且不易因外部冲击或振动而变形。

然而，虽然通过安装防撞梁而提高了电池组的机械刚性，但是在这种情况下，同样减少了可用于装载电池模块的空间。此外，如果进一步增加诸如热沉这样的必要冷却设备构造，则降低了包括热沉的电池组的体积比或能量密度。

技术实现要素：

技术问题

本公开旨在解决现有技术的问题，因此本公开旨在提供一种电池组，其具有针对外部冲击和振动的足够耐久性，能够以优异的空间效率容纳电池模块和冷却设备，并且具有能够增强热沉与电池模块的接触状态的导热媒介。

本公开的这些和其他目标与优点可通过以下详细描述得以理解，并且将通过本公开的示例性实施例变得更加明显。而且，应易于理解，本公开的目标和优点可以通过所附权利要求书中所示的装置及其组合来实现。

技术解决方案

在本公开的一个方面中，提供了一种电池组，其包括：多个电池模块；托盘，该托盘提供放置多个电池模块的空间；多个梁框架，该多个梁框架被安装成横穿托盘的上表面，以分隔出能够单独放置所述多个电池模块的空间；以及多个热沉，该多个热沉形成为具有冷却剂流过的中空结构，该多个热沉选择性地联接到多个梁框架的一部分，以被布置为分别面对所述电池模块的侧表面，其中，具有百叶窗结构的导热媒介可以被置于热沉和电池模块的热界面处。

所述导热媒介可以包括板表面和多个百叶窗翼片，所述板表面附接到所述热沉的一个表面，所述多个百叶窗翼片形成为相对于所述板表面以预定的锐角倾斜地突出。

所述多个百叶窗翼片可以具有这样的特性：当外部压力被施加所述多个百叶窗翼片时，所述多个百叶窗翼片发生弹性或塑性变形。

导热媒介可以是10xx系列铝合金。

可以将导热媒介的板表面激光焊接到热沉的一个表面。

多个梁框架的一部分可以是其中具有中空部的角形梁框架，并且热沉可以位于角形梁框架内。

多个梁框架的一部分可以是i型梁框架，并且热沉可被设置成可安装到形成在柱的两侧处的凹进部，该柱形成i型梁框架的高度。

热沉可以对应于凹进部成形，并通过导热粘合剂粘附到凹进部，以与i型梁框架集成。

多个梁框架的另一部分可以是横穿托盘中央的单个中央框架，并且i型梁框架可以与中央框架交叉，并且以规则的间隔设置在托盘上，使得多个电池模块以2×n矩阵布置。

每个所述热沉可以具有中空结构，其一端和另一端处设置有冷却剂流入或流出的输入端口和输出端口，并且每个所述热沉被安装成沿着所述i型梁框架穿过所述中央框架而横穿所述托盘的上表面。

电池组还可包括：电池组盖，其被构造成覆盖托盘的上部；以及两个侧框架，其被构造成分别覆盖托盘的两个侧表面，其中，所述两个侧框架可以被设置为歧管的形式，其与所述热沉的所述输入端口和所述输出端口连通，从而形成用于供应和排放冷却剂的路径。

中央框架可以以角形管的形式设置，其外侧表面处形成有多个孔，并且连接模块可以设置在中央框架中，以将所述多个电池模块以串联和/或并联的方式连接。

在本公开的另一方面中，还提供了一种电动车辆，其包括如上限定的电池组。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，可以通过使用具有允许弹性或塑性变形的百叶窗结构的导热媒介来增强各个电池模块与热沉的接触力。结果，可以提高冷却效率，并且即使对其施加外部冲击或振动，各个电池模块也可被稳定地支撑。

根据本公开的另一实施例，可以通过以空间有效的方式联接梁框架和热沉来增加电池组的强度和体积比，并且可以紧凑地实现各个电池模块的冷却构造。

附图说明

图1和图2是用于示出传统的水冷却电池组的冷却构造的示意图。

图3是示出根据本公开实施例的电池组的示意性立体图。

图4是图3的分解立体图。

图5所示立体图示出了装载有图4的多个电池模块的托盘。

图6所示立体图示出了从图5部分地移除单位电池模块的托盘的主要部分。

图7是沿图5的i-i’线截取的横截面图。

图8是示出图7的a部的放大图。

图9是示出根据本公开实施例的导热媒介的立体图。

图10是示出图9的b部的放大图。

图11是用于示出图10的百叶窗翼片发生塑性变形的视图。

图12和图13是示出根据本公开另一实施例的梁框架和导热媒介的视图。

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，本文公开的实施例仅用于说明，以使得本发明更好理解，并且本发明可以以各种方式进行修改。另外，为了易于理解本公开，附图不是按实际比例绘制的，而是可能夸大了某些部件的尺寸。

也就是说，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，并不代表本公开的所有技术构思，因而应理解，可能存在能够替代本申请的实施例的各种等效物和变型。

图3是示出根据本公开实施例的电池组的示意性立体图，图4是图3的分解立体图，图5所示立体图示出了装载有图4的多个电池模块的托盘。图6所示立体图示出了从图5部分地移除单位电池模块的托盘的主要部分。

首先，参考图3和图4，根据本公开实施例的电池组10包括多个电池模块100和容纳电池模块100的电池组壳体。电池组壳体可包括：托盘200，其提供放置多个电池模块100的空间；电池组盖300，其用于与托盘200一起封装和容纳多个电池模块100；以及两个侧框架400。

多个电池单元(未示出)被堆叠在电池模块100中，并且电池模块100还可包括各种其它部件。例如，电池单元可以是袋型二次电池，并且可以设置多个电池单元，并且将其彼此电连接。

虽然未在图中示出，但是每个电池单元都可包括各种部件，诸如电极组件、容纳电极组件的电池壳体、以及从电池壳体向外突出并电连接到电极组件的电极引线。电极引线可包括正极电极引线和负极电极引线。这里，正极电极引线可以连接到电极组件的正极电极板，并且负极电极引线可以连接到电极组件的负极电极板。

电池模块100还可包括堆叠框架和模块端板，以用于堆叠和保护袋型二次电池。

堆叠框架用于堆叠二次电池，并保持二次电池不发生移动。堆叠框架被设置成彼此堆叠，以用作组装二次电池的引导件。作为参考，堆叠框架可以由诸如单元盖或盒的各种其它术语代替。

模块端板是用于保护和固定电池单元堆的元件，并且可意指围绕电池单元堆的外周的角形结构，或者垫设在电池单元堆的至少一个表面上的板状结构。模块端板优选地由具有高机械刚性和优异导热性的金属材料制成。

虽然为了方便起见未示出，但是电池模块100还可包括被置于电池单元之间的冷却翼片。冷却翼片是具有导热性的薄构件，诸如铝，并且具有向外延伸的端部，以连接到其它吸热媒介，诸如热沉600，从而将电池单元的热量传递到外部。

如上所述，电池模块100可指多个电池单元的集合，或多个电池单元以及用于堆叠和保护多个电池单元的其它部件的集合。另外，本公开的电池组10可指包括多个单位电池模块100的集合。

参考图4和图5，根据该实施例的电池组10总共使用十个单位电池模块100来形成。单位电池模块100可以以2×5的矩阵形式装载在托盘200的上表面上，并且由电池组盖300和两个侧框架400来封装。

托盘200和电池组盖300可以形成为具有近似大面积的板形，并且可以分别设置在电池模块100的下部和上部处，以覆盖电池模块100的下部和上部。另外，两个侧框架400可以位于托盘200的两个侧表面处，以覆盖电池模块100的两个侧表面。

特别地，该实施例的两个侧框架400可以以歧管的形式设置。更详细地说，参见图4，两个侧框架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或出口420以及多个连接器430，所述多个连接器可分别连接到热沉600的输入端口610和输出端口(位于图4中的输入端口的相反侧处)，稍后说明。两个侧框架400用于将冷却剂分配到热沉600，或收集来自热沉600的冷却剂。也就是说，两个侧框架400可被视为电池组壳体的部件，并且形成进入或流出电池组10的冷却剂的供应和排放路径。

如上所述由托盘200、电池组盖300和两个侧框架400组成的电池组壳体可以为电池模块100提供机械支撑，并保护电池模块100免受外部冲击。因而，托盘200、电池组盖300和两个侧框架400可以优选地由诸如钢这样的金属材料制成，以确保刚性。

参考图5至图7，根据本公开的电池组10包括：多个梁框架510、520，其安装成横穿托盘200的上表面，以分隔出可分别放置多个电池模块100的空间；和多个热沉600，其具有可流过冷却剂的中空结构，并选择性地联接到多个梁框架中的一部分，以面向每个电池模块100的侧表面。另外，具有百叶窗结构的导热媒介700可被置于热沉600和电池模块100的热界面中。

在该实施例中，多个梁框架中的一些梁框架是i型梁框架510，多个梁框架中的一些是具有成角度管形的梁框架。下面，成角度管形的梁框架将被称为中央框架520。

更具体地，如图5中所示，六个i型梁框架510可以沿托盘200的竖直方向(x轴线方向)以规则间隔布置，并且一个中央框架520可被布置成穿过六个i型梁框架510并横穿托盘200的中央。此时，两个相邻的i型梁框架510之间的间隔对应于单位电池模块100的宽度，并且i型梁框架510的高度可以等于或大于电池模块100的高度。在这种构造中，可以在托盘200的上表面上形成分隔的容纳空间s，总共十个单位电池模块100可以以2×5矩阵的形式装载在所述容纳空间中。

每个单位电池模块100都可以放置在单独的容纳空间s中，使得其模块电极端子110面向中央框架520。所放置的单位电池模块100的两个侧表面可以和与两个i型梁框架510相接合的热沉接触并面对该热沉。

尽管为了方便未详细示出，但是可以沿着长度方向(x轴线方向)在中央框架520的外表面中形成多个孔521。另外，连接模块(未示出)可被设置在中央框架520的内部。每一行设置两个单位电池模块100，并且其模块电极端子110可以插入中央框架520的孔521中，从而彼此面对并且被连接到连接模块。

连接模块可以由汇流条组成，汇流条由导电材料制成并形成串联和/或并联网络。连接模块可以以串联和/或并联方式连接多个电池模块100。另外，连接模块可连接到电池组10的、位于托盘200的前表面的外侧处的端子11，并且端子11可以电连接到电池组10外部的其它设备。

根据电池模块100的2×n矩阵布置以及i型梁框架510和中央架520的构造，可易于固定和装载电池模块100，并且可以增强托盘200的强度。另外，可以不在托盘200上暴露高压电缆等的情况下简化布线结构。因而，可以提高电池组10的安全性和空间利用率。

参考图8，根据本发明的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的上表面是水平的；以及柱512，所述柱竖直地连接顶部511和底部513的中央，以形成i型梁框架510的高度。

i型梁框架510的、位于顶部511和底部513之间的空间被柱512分成两部分。在下文中，两个分隔空间、即形成在柱512的两侧处的空间将被定义为凹进部。热沉600安装在i型梁框架510的凹进部中。这里，热沉600可指通过热接触来吸收和散发来自其它物体热量的物体。

更具体地，根据本公开的热沉600被制造成具有与i型梁框架510的凹进部对应的形状，并且冷却剂流入和流出的输入端口610和输出端口位于其一端和另一端。同样地，热沉600具有中空结构，其中包括流动路径。每个热沉600可以沿着每个i型梁框架510从托盘200的一侧延伸穿过中央框架520到达托盘200的另一侧。

在热沉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即可，但是例如，冷却剂可以是水，水由于高潜热而能够使冷却效率最大化。

热沉600可以与i型梁框架510集成。例如，通过将导热粘合剂施加到i型梁框架510的内表面，然后将热沉600插入并粘附到i型梁架510的凹进部，从而简单地集成热沉600和i型梁框架510。在这种情况下，与热沉600被设置在单独位置处的情况相比，可以增加托盘200的空间利用率。

也就是说，在本公开的电池组10中，一个i型梁框架510和两个热沉600可以与对应的形状组合，使得i型梁框架510之间的空间可以完全用作用于单独安装单位电池模块100的空间，并且从每个电池模块100产生的热量可以散发到电池模块100的两个侧表面。另外，由于i型梁框架510也可以被热沉600冷却，因此可以防止i型梁架510因温度上升而变形，由此更有效地控制整个电池组结构的热量。

另外，一起参考图6、8至11，在根据本公开的电池组10中，百叶窗结构的导热媒介700可以被进一步置于热沉600和电池模块100的热界面中。

导热媒介700包括板表面710和多个百叶窗翼片720，所述板表面附接到热沉600的一个表面，所述多个百叶窗翼片被形成为相对于板表面710以预定锐角向下突出。板表面710和百叶窗翼片720在概念上彼此区分，并且板表面710和百叶窗翼片720可整体形成。

导热媒介700可由铝或铝合金制成，其具有优异的导热性并且重量轻。优选地，在铝合金系列中，可以使用10xx系列。10xx系列铝合金是指工业用纯铝，其组分99％由铝(al)制成。由于高纯度铝，所以可加工性和导热性特别优异。然而，由于强度低，所以它允许弹性或塑性变形。

导热媒介的板表面710被制成具有近似大面积的薄板形式，并附接到热沉600的一个表面。导热媒介700可通过压缩、结合、焊接等方式附接，并且优选地通过激光焊接来附接。当使用焊接方法时，导热媒介在板表面710和热沉600之间具有最大的接触力和最大的表面粗糙度，由此提高了导热性。

如图9和图10中所示，具有相同图案的百叶窗翼片720可以沿着板表面710的水平和竖直方向重复地形成在导热媒介的板表面710上。百叶窗翼片720可以形成为相对于板表面710以预定锐角沿着向下方向倾斜地突出，并且通风口721可以形成在百叶窗翼片720的内部空间中。通风口721可以形成为由百叶窗翼片720包围。

由于根据该实施例的导热媒介700由10xx系列铝合金制成，所以百叶窗翼片720在受到外部压力时可以发生塑性变形。如图8所示，电池模块100被组装成从上方插入到容纳空间s中。在该过程中，如图11所示，百叶窗翼片720可以被单位电池模块的两个侧表面挤压并使向下变平。由于当组装电池模块100时，百叶窗翼片720以上述方式被挤压为接触电池模块100的侧表面，因此可以强有力地维持百叶窗翼片720和电池模块100之间的接触状态，由此使导热率最大化。

另外，在电池模块100被完全放置在容纳空间s中之后，由于百叶窗翼片720在竖直方向上规则地定向，因此很难在相反方向上拉动电池模块。因而，如果使用百叶窗翼片720，则可以更稳定地支撑电池模块100的两个侧表面，并且即使在对其施加外部冲击或振动时，也可以有效地防止电池模块100的移动。

同时，本公开不限于具有由铝合金制成的百叶窗结构的导热媒介700。例如，导热媒介700可以具有优异的导热性，并且百叶窗翼片720的一部分可以由具有可弹性变形特性的材料形成。例如，百叶窗翼片720可以由硅橡胶制成。硅橡胶的导热性和散热性优异，并且还具有在受到外部压力时发生弹性变形的物理特性。

具有可弹性变形特性的百叶窗翼片720可被电池模块100的侧表面挤压并向下弯曲。此时，产生了返回到原始形状的弹性恢复力，以推动电池模块100，因而可以大大增加对电池模块100的接触力。

下面将参考图12和图13描述根据本公开另一实施例的梁框架和导热媒介700。

图12和图13是示出根据本公开另一实施例的梁框架和导热媒介的视图。在与前一实施例进行比较时，下面描述的该实施例可以被认为大致对应于图8的构造。相同附图标记指示相同部件，并且将不再详细描述。

在该实施例中，提供了具有中空部的角形梁框架510’，而非前一实施例的i型梁框架510。另外，热沉600位于角形梁框架510’的内部。如上所述，如果热沉600位于角形梁框架510’的内部，则可以进一步提高托盘200的空间利用率。

虽然在上述解释中在结构上区分角形梁框架510’和热沉600，但是通过在梁框架510’的内部提供流动路径，角形梁框架本身也可以用作热沉。

在该实施例中，由于热沉600被布置在角形梁框架510’的内部，所以具有百叶窗结构的导热媒介700附接到角形梁框架510’的一个表面。具有百叶窗结构的导热媒介700被构造成与前一实施例相同。换句话说，该实施例的导热媒介700包括具有近似大面积的薄板形的板表面710和以相同图案在板表面710上重复形成的百叶窗翼片720。在放置电池模块100的同时，百叶窗翼片720被电池模块100的侧表面挤压，以发生塑性或弹性变形。

另外，根据本公开的电池组还可以包括用于控制电池模块的充电和放电的各种设备(未示出)，诸如电池管理系统(bms)、电流传感器、熔丝等。

根据本公开的车辆可包括根据本公开的电池组。电池组不仅可以应用于诸如电动车辆和混合动力电动车辆的车辆，还可以应用于it产品。

已经详细地描述了本公开。然而，应理解，详细描述和具体示例虽然表明了本发明的优选实施例，但仅以说明的方式给出，因为本领域技术人员通过本详细说明将明白在本公开范围内的各种变化和变型。