具有用于单元组件的初始压力加强结构的电池模块及制造该电池模块的方法与流程

本公开涉及电池模块和电池模块的制造方法，并且更具体地说，涉及具有能够压缩单元组件的模块壳体的电池模块及制造该电池模块的方法。

本申请要求于2017年11月30日在韩国提交的韩国专利申请no.10-2017-0162861的优先权，该专利申请的公开内容通过引用合并于此。

背景技术：

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。这种单位二次电池单元(unitsecondarybatterycell)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。另选地，根据充电/放电容量，多个电池单元可以串联和并联连接以构造电池模块。

当将多个二次电池单元串联和/或并联连接以构成中型或大型电池模块时，经常使用能量密度高且易于堆叠的锂聚合物袋型二次电池单元，并且堆叠锂聚合物袋型二次电池以构成单元组件。之后，使用用于保护的模块壳体对单元组件进行封装，并且添加用于电连接二次电池单元并测量该二次电池单元电压的电气部件以构成电池模块。

然而，在锂聚合物袋型二次电池中，电极组件通常被包括在铝层压片中，因此尽管尺寸小且重量轻，但是能量密度高，不过机械刚度弱。特别地，在锂聚合物袋型二次电池中，在重复的充电/放电过程期间电极可能变厚，或者由于副反应引起的内部电解液的分解而可能产生气体。此时，袋型二次电池可能由于电极肿胀和/或气体产生而膨胀，这被称为“膨胀现象”。作为参考，膨胀现象受在充电和放电时由于电极肿胀导致的因素的影响更大。

如果袋型二次电池的膨胀现象加剧，则二次电池的性能可能会劣化，并且模块壳体的外形可能改变，这可能对电池模块的结构稳定性产生不利影响。

根据迄今为止的研究，已知当从早期组装状态开始强烈地压缩堆叠的二次电池单元时，由于膨胀引起的厚度肿胀相对较小。在防止膨胀现象的技术中，已知一种通过在二次电池单元之间插入压缩焊盘来分散肿胀力的技术，例如，如在日本未审查的专利公开no.2013-089566中所公开的通过用皮带拉紧电池模块的压缩技术。

然而，如果使用压缩焊盘，则用于容纳二次电池单元的空间缩小至与压缩焊盘的体积一样大，这在电池模块的每单位体积能量密度方面是不利的。而且，如果使用皮带，则压力不规则地施加到皮带拉紧的区域和未拉紧的区域，并且还需要皮带组装过程且部件数量增加。因此，需要开发一种具有能够解决这些问题的组装结构的电池模块。

技术实现要素：

技术问题

本公开旨在解决相关技术的问题，因此，本公开旨在提供一种电池模块和该电池模块的制造方法，该电池模块可以在无需使用单独的部件的情况下以加压状态在容纳电池单元。

从以下详细描述中可以理解本公开的这些和其它目的以及优点，并且从本公开的示例性实施方式中，本公开的这些和其它目的以及优点将变得更加显而易见。而且，将容易理解，本公开的目的和优点可以通过所附权利要求中示出的装置及其组合来实现。

技术方案

在本公开的一个方面中，提供了一种电池模块，该电池模块包括：电池堆，其具有被设置为并排竖立并在水平方向上堆叠的袋型电池堆；以及模块壳体，其被构造为容纳所述电池堆，

其中，所述模块壳体包括：下板，所述下板设置为矩形板形式，以在所述电池堆的下部支撑该电池堆；以及具有弹性并且在所述下板的两个侧边缘区域向上延伸的第一左压力板和第一右压力板，所述第一左压力板和所述第一右压力板并排放置以相对于竖直向上方向形成锐角，使得所述第一左压力板与所述第一右压力板之间的间隙向上变窄，其中，所述第一左压力板和所述第一右压力板弹性地偏置以按压所述电池堆的两个侧表面。

模块壳体可以进一步包括上板，该上板通过焊接或螺栓连接被联接到第一左压力板的上端和第一右压力板的上端，以覆盖电池堆的上部。

所述模块壳体还可以包括：上板，所述上板设置为矩形板形式以在所述电池堆的上部覆盖该电池堆的上部；第二左压力板和第二右压力板，所述第二左压力板和所述第二右压力板具有弹性并且分别在所述上板的两个侧边缘区域向下延伸，使得所述第二左压力板弹性地偏置以紧密地贴附到所述第一左压力板的外表面，并且所述第二右压力板弹性地偏置以紧密地贴附到所述第一右压力板的外表面。

所述第一左压力板和所述第一右压力板可以形成为在比所述下板的端部更靠近内部的位置处向上延伸预定距离，使得所述第二左压力板和所述第二右压力板位于比所述下板的端部更靠近内部的位置。

所述第二左压力板的下端和所述第二右压力板的下端可以被焊接到所述下板的上表面。

在本公开的另一方面中，还提供一种制造电池模块的方法，所述方法包括：制备第一模块壳体和要被容纳在所述第一模块壳体中的电池堆，该第一模块壳体包括具有矩形板形式的下板以及具有弹性且在所述下板的两个侧边缘区域向上延伸的第一左压力板和第一右压力板，所述第一左压力板和所述第一右压力板并排放置以相对于竖直方向形成锐角，使得所述第一左压力板与所述第一右压力板之间的间隙向上变窄；以及在弹性限度内拉动所述第一左压力板和所述第一右压力板以加宽所述第一左压力板与所述第一右压力板之间的间隙，然后将所述电池堆插入到所述第一模块壳体中，并且释放所述第一左压力板和所述第一右压力板以按压所述电池堆的两个侧表面。

该方法可以进一步包括通过焊接或螺栓连接将所述上板联接到所述第一左压力板的上端和所述第一右压力板的上端。

而且，在本公开的另一方面中，该方法可以进一步包括：制备第二模块壳体，该第二模块壳体包括具有矩形板形式的上板以及具有弹性且在所述上板的两个侧边缘区域分别向下延伸的第二左压力板和第二右压力板，所述第二左压力板和所述第二右压力板并排放置以相对于竖直向下方向形成锐角，使得所述第二左压力板与所述第二右压力板之间的间隙向下变窄；以及在弹性限度内拉动所述第二左压力板和所述第二右压力板以将所述上板放置在所述第一左压力板的上端和所述第一右压力板的上端，然后释放所述第二左压力板和所述第二右压力板以按压所述第一左压力板和所述第一右压力板。

该方法可以进一步包括通过焊接或螺栓连接将所述第二左压力板的下端和所述第二右压力板的下端联接到所述第一模块壳体。

有利效果

根据本公开的实施方式，电池单元可以在无需使用任何单独的部件的情况下以加压状态容纳在模块壳体中。由于在初始阶段以强压状态将电池单元容纳在模块壳体中，所以在充电和放电期间可以抑制体积肿胀。

根据本公开的另一实施方式，由于不需要单独的部件来按压电池单元，因此可以降低制造成本。

根据本公开的又一个实施方式，由于在组装模块壳体时需要焊接或紧固的位置的数量被最小化，所以可以简化组装过程。

附图说明

图1是示出根据本公开的实施方式的电池模块的透视图。

图2是示出感测组件与图1的电池模块分离的透视图。

图3是示出根据本公开的实施方式的第一模块壳体的透视图。

图4和图5是用于例示根据本公开的实施方式的制造电池模块的各个步骤的图。

图6是用于例示根据本公开的实施方式的制造电池模块的方法的流程图。

图7和图8是用于例示根据本公开的另一实施方式的制造电池模块的各个步骤的图。

具体实施方式

提供本文公开的实施方式是为了更完美地解释本公开，因此为了更好的理解，在附图中可以夸大、省略或简化部件的形状、大小等。因此，附图中的部件的尺寸和比例并不完全反映实际的尺寸和比例。

在下文中，将参照附图来详细描述本公开的优选实施方式。在描述之前，应该理解的是，说明书和所附权利要求书中所使用的术语不应被解释为限于一般含义和词典含义，而应基于允许发明人适当定义术语以进行最佳解释的原则，根据与本发明的技术方面相对应的含义和概念来解释。

因此，本文提出的描述仅是出于例示目的的优选示例，而并非旨在限制本公开的范围，因此应当理解，在不脱离本公开的范围的情况下，可以对其进行其它等同替换和修改。

图1是示出根据本公开的实施方式的电池模块的透视图，并且图2是示出感测组件与图1的电池模块分离的透视图。

参照图1和图2，根据本公开的实施方式的电池模块10可以包括电池堆100、感测组件200和模块壳体300。

电池堆100可以是包括有堆叠以使其大表面彼此面对的袋型电池单元110的二次电池的集合。更详细地，本公开的电池堆100可以是以袋型电池单元110被设置成并排竖立且在水平方向上堆叠的形式容纳在模块壳体300中的二次电池的集合。

这里，袋型电池单元110是指包括袋外部、设置成容纳在袋外部中的电极组件和电解液的二次电池。例如，袋型外部可以包括两个袋，并且这两个袋中的至少一个袋可以具有凹入的内部空间。另外，电极组件可以容纳在袋的内部空间中。两个袋的外围熔合在一起，从而可以密封容纳电极组件的内部空间。

电极引线111可以附接到电极组件，并且电极引线111可以插入在袋外部的熔合部分之间且暴露于袋外部之外，以用作电池单元110的电极端子。

尽管为了方便起见在图中未示出，但是感测组件200可以包括多个汇流条、与汇流条的一端连接的印刷电路板、以及提供用于整体地固定汇流条和印刷电路板的位置并且形成为覆盖模块壳体300的开口的感测组件200的壳体。

汇流条由诸如铜或铝的导电金属制成以用作电流路径，并且可以串联和/或并联连接至电池单元110的电极引线111。多个汇流条的一端可以连接到印刷电路板。在印刷电路板上，可以设置诸如用于测量单个电池单元110的电压的电路芯片以及用于向外部设备发送信号/从外部设备接收信号的连接器之类的组件。

感测组件200可以连接到电池管理系统(bms)，以将电池单元110的电压信息提供给bms。bms可以基于电压信息来控制诸如充电或放电的电池单元110的操作。

模块壳体300具有能够将电池单元110容纳在其中的内部空间，并且起到对所容纳的电池单元110提供机械支撑和保护电池单元110免受外部冲击的作用。因此，模块壳体300可以由金属材料制成以确保刚性。然而，本公开的模块壳体300不限于金属壳体。例如，模块壳体300可以由诸如非金属材料的任何材料制成，只要该材料具有预定的弹性即可。

如图2所示，根据本公开的实施方式的模块壳体300可以包括第一模块壳体310和上板321。

如稍后将更详细说明的，在该实施方式中，第一模块壳体310可以压缩电池堆100，因此可以在不使用诸如常规皮带之类的压缩部件的情况下降低电池单电池110在充电和放电期间的膨胀量。另外，可以不使用常规地插入在电池单元110之间的压缩焊盘，因此可以提高电池模块10的能量密度。如果需要，也可以将常规的皮带和压缩焊盘添加到本公开的模块壳体300中，以进一步增加对电池单元110的压缩力。

将参照图3详细描述该实施方式的第一模块壳体310。第一模块壳体310可以包括下板311、第一左压力板312和第一右压力板313。然而，第一模块壳体310的下板311、第一左压力板312和第一右压力板313在概念上有所区别，并且这些板也可以整体地形成。

下板311具有预定面积的矩形板形式，并且用于在电池堆100的下部支撑该电池堆100。这里，预定面积可以是与电池单元110的长度(l)和电池堆100中的所有电池单元110的厚度(t)的乘积相对应的面积(l×t)。

第一左压力板312和第一右压力板313形成模块壳体300的壁，并且可以对应于电池堆100的两个侧表面设置。

第一左压力板312和第一右压力板313可以在下板311的并排设置的两个侧边缘区域向上延伸。在此，两个侧边缘区域对应于下板311的长边，并且可以与电池单元110的长度几乎重合。

特别地，根据本公开的第一模块壳体310可以由具有弹性的金属制成，并且第一左压力板312和第一右压力板313可以形成为朝向下板311的内部以预定角度(θ)变窄。

换句话说，第一左压力板312和第一右压力板313可以在下板311的两个侧边缘区域处向上延伸，以相对于竖直向上的方向形成锐角(θ)，从而使得第一左压力板312和第一右压力板313之间的间隙向上变窄。

由于第一模块壳体310具有弹性，因此如果第一左压力板312和第一右压力板313被拉动然后被释放，则第一左压力板312和第一右压力板313可以恢复到它们的原始状态。此时，第一左压力板312和第一右压力板313的弹性恢复力充当用于压缩电池堆100的两个侧面的力。

上板321具有矩形板形式以覆盖电池堆100的上部，并且可以具有与下板311相对应的面积。上板321可以通过焊接或螺栓连接联接至第一左压力板312和第一右压力板313的上端。

因此，当第一模块壳体310和上板321联接时，该实施方式的模块壳体300可以以矩形管的形式设置。

在下文中，将更详细地描述使用如上构造的模块壳体300来制造根据本公开的电池模块10的方法。

图4和图5是用于例示根据本公开的实施方式的制造电池模块10的各个步骤的图，图6是用于例示根据本公开的实施方式的制造电池模块10的方法的流程图。

根据本公开的制造电池模块10的方法可以包括如下步骤：提供第一模块壳体310、上板321和将要容纳在第一模块壳体310中的电池堆100(s10)；以及将电池堆100插入到第一模块壳体310中并且然后对电池堆100进行按压(s20)。

首先，通过使具有弹性的金属板成形来形成第一金属壳体310。此时，如上所述，第一模块壳体310被构造为使得第一左压力板312和第一右压力板313朝向下板311的内部略微变窄。通过堆叠可容纳在第一模块壳体310中的尽可能多的袋型电池单元110来制备电池堆100。

第一模块壳体310的下板311具有与电池堆100的所有电池单元110的厚度相对应的宽度。换句话说，通过在横向方向上按照竖立状态堆叠预定数量的袋型电池单元来制备电池堆100，并且下部板311被设置为使得该下部板311的宽度基本上等于预定数量的袋型电池单元110的总厚度。

例如，本实施方式的电池堆100通过在横向方向上总共堆叠八个袋型电池单元110来构造，并且第一模块壳体310的下板311的宽度被设计为具有与八个袋型电池110的总厚度对应的尺寸。

之后，如图4所示，拉动第一左压力板312和第一右压力板313以扩大它们之间的间隙，从而形成可插入电池堆100的空间，然后将电池堆100插入到第一模块壳体310的内部空间中。

此后，如果释放第一左压力板312和第一右压力板313，则如图5的(a)部分所示，第一左压力板312和第一右压力板313变窄以压缩电池堆100的两个侧面。

由于电池单元110在初始加压状态下被限制在第一模块壳体310的内部空间中，因此可以可靠地固定电池单元110并抑制由于在充电和放电期间由于膨胀而导致的厚度肿胀。

之后，通过焊接将上板321附接到第一左压力板312和第一右压力板313的上端(s30)。例如，如图5的(b)部分所示，将上板321的两个侧边缘区域放置在第一左压力板312的上端和第一右压力板313的上端，然后可以对它们的接触部分执行焊接(w)以覆盖电池堆100的上部。

上板321可以覆盖电池堆100的上部，并且还可以保持第一左压力板312和第一右压力板313，使得第一左压力板312和第一右压力板313之间的间隙可以始终保持在向电池堆100施加初始压力的状态。

如上制备的本实施方式的模块壳体300可以最终以管状形式提供。电池单元110的电极引线111可以通过模块壳体300的敞开的前表面和敞开的后表面暴露于外部，并且汇流条例如可以通过超声波焊接电连接到电极引线111。之后，将感测组件200的壳体安装到模块壳体300的前表面和后表面以完全封装电池堆100。

随后，将描述根据本公开的其它实施方式的电池模块10。与前面的实施方式中相同的附图标记表示相同的部件。将不再描述相同的部件，并且将详细描述与先前实施方式不同的特征。

图7和图8是用于例示根据本公开的另一实施方式的制造电池模块10的各个步骤的图。

与先前的实施方式相比，根据本公开的另一实施方式的电池模块10还包括第二模块壳体320，该第二模块壳体320可以进一步增强对电池堆100的初始压力并提高组装的便利性。

第二模块壳体320可以被构造成压缩第一左压力板312和第一右压力板313，使得第一模块壳体310被覆盖。第二模块壳体320可以包括上板321、第二左压力板322和第二右压力板323。第二模块壳体320的上板321、第二左压力板322和第二右压力板323在概念上进行区别，并且与第一模块壳体310类似，这三个板也可以使用弹性金属材料整体地形成。

上板321具有矩形板形式，并且可以设置为在电池堆100的上部覆盖电池堆100的上部。第二左压力板322和第二右压力板323可以设置为朝向上板321的内部以预定角度变窄。

也就是说，第二左压力板322和第二右压力板323可以在并排设置的上板321的两个侧边缘区域处向下延伸，以相对于竖直向下方向分别形成锐角。

如果第二模块壳体320的第二左压力板322和第二右压力板323在弹性限度内被拉动然后被释放，则与上述第一模块壳体310的第一左压力板312和第一右压力板313类似，第二左压力板322和第二右压力板323可以恢复到其原始变窄的状态。

因此，如图8所示，如果第二模块壳体320的第二左压力板322和第二右压力板323被拉动以覆盖第一模块壳体310然后被释放，则第二左压力板322可以朝向第一左压力板312弹性地偏置以紧密地贴附到第一左压力板312，并且第二右压力板323可以朝向第一右压力板313弹性地偏置以紧密地贴附到第一右压力板313。

如图7所示，直到向第一模块壳体310按压电池堆100的步骤为止，包括第二模块壳体320的电池模块10的制造方法与前一实施方式的方法相同。之后，在弹性限度内拉动第二左压力板322和第二右压力板323以扩大它们之间的间隙，使得上板321与第一左压力板312和第一左压力板312的上端接触，然后释放第二左压力板322和第二右压力板323以按压第一左压力板312和第一右压力板313，这与先前的实施方式不同。

在这种情况下，可以通过将第一左压力板及第一右压力板的压缩力与第二左压力板及第二右压力板的压缩力相加来使施加到电池堆100的压缩力加倍。结果，与先前的实施方式相比，可以进一步加强用于对电池单元110的肿胀进行压缩的力。

而且，在该实施方式中，第一左压力板312和第一右压力板313可以在比下板311的端部更靠近内部的位置以预定距离向上延伸，从而第二左压力板322和第二右压力板323位于比下板311的端部更靠近内部的位置。因此，下板311的两侧端部基于第一左压力板312和第一右压力板313暴露于外部。以下，将下板311的两侧端部称为焊点311a。

如图8的(c)部分所示，在如上所述将第二模块壳体320设置为覆盖第一模块壳体310之后，第二左压力板322和第二右压力板323的下端可以焊接(w)到下板311的焊点311a。

在前一实施方式中，当将上板321放置在第一左压力板312和第一右压力板313的上端上并进行焊接时，上板321的位置在焊接过程中即使受到轻微的冲击也可能改变，因此单独使用夹具来保持上板321的位置。

同时，在本实施方式中，由于第二模块壳体320强烈地压缩第一模块壳体310，因此第二左压力板和第二右压力板的下端相对于焊点311a不移动，因此可以更容易地执行焊接过程。

第二左压力板和第二右压力板也可以通过螺栓连接而联接至第一模块壳体310可以包括下板311、第一左压力板312和第一右压力板313。作为参考，由于本实施方式的模块壳体300被构造成使得第一模块壳体310被第二模块壳体320包围并压缩，因此也可以省略焊接或螺栓连接。

如果使用具有根据本公开的构造和作用的电池模块10及其制造方法，则可以在不使用单独的部件的情况下以初始加压状态将电池单元110容纳在模块壳体300中，并且因此可以在充电和放电期间抑制电池单元110的体积肿胀。另外，由于可以使组装模块壳体300时焊接或紧固所需的位置最小化，因此可以简化组装过程。

同时，电池模块可以进一步包括用于控制电池单元的充电和放电的各种装置(未示出)，诸如电池管理系统(bms)、电流传感器、保险丝等。电池模块还可以用作电动车辆、混合动力电动车辆或蓄电系统的能源。

已经详细描述了本公开。然而，应当理解，详细说明和具体示例虽然指示了本公开的优选实施方式，但是仅以例示的方式给出，因为根据该详细的描述，本公开的范围内的各种改变和修改对于本领域技术人员而言将是显而易见的。

同时，当在说明书中使用指示上，下，左和右的方向的术语时，对于本领域技术人员显而易见的是，这些术语仅代表相对位置以便于解释，并且可以基于观察者或待观察的对象的位置而变化。