具有能量密度被提高的结构的电池模块、包括其的电池组和车辆的制作方法

本公开涉及一种具有能量密度被提高的结构的电池模块、包括该电池模块的电池组和车辆，并且更具体地，涉及具有通过应用电极引线在偏置位置处被引出的电池电芯并且通过使用由于偏置位置而形成在电极引线上方的空间来设置部件(诸如，外部端子和/或连接器)来提高能量密度的结构的电池模块、包括该电池模块的电池组和车辆。

本申请要求于2018年12月26日在韩国提交的韩国专利申请no.10-2018-0169967的优先权，其公开内容通过引用合并于此。

背景技术：

常规电池模块具有电池电芯的电极引线在宽度方向上从电池电芯的中部部分引出的结构，因此不可避免地增加了电池模块的整体高度或长度以安装构成电池模块的部件(诸如，外部端子)。

参考图1，示出了常规电池电芯1。常规电池电芯1具有电极引线3在宽度方向(图1的z轴方向)上从电芯壳体2的中部部分引出的结构。

由于电极引线3的引出位置，在电极引线3上方和下方形成的空间d(这意味着沿着基于图1的z轴的上下方向)不可避免地变为死角空间，该死角空间不足以设置部件。由于这个原因，为了布置诸如外部端子的部件，不可避免地使用电池电芯1的两个纵向侧部(沿着图1的y轴方向)或电池电芯1的两个横向侧部。

这最终导致电池模块的整体高度和/或长度的增加，并且因此降低了电芯堆叠的能量容量与电池模块的体积之比(即，能量密度)。

在二次电池领域中，提高能量密度是非常重要的。因此，由于现有电池模块的结构没有发生很大变化，因此需要在不显著改变制造工艺的情况下提高能量密度的结构改进方法。

技术实现要素：

技术问题

本公开被设计成解决相关技术的问题，因此由于现有电池模块的结构没有很大变化，因此本公开旨在在不显著改变电池模块的制造工艺的情况下提高电池模块的能量密度。

然而，本公开要解决的技术问题不限于以上，并且本领域技术人员将从以下描述中理解本文未提及的其它目的。

技术方案

在本公开的一个方面，提供了一种电池模块，该电池模块包括：电芯堆叠，其通过堆叠多个电池电芯形成；汇流条框架组件，其包括被构造成覆盖电芯堆叠的一个纵向端部和另一个纵向端部的汇流条框架、以及固定在汇流条框架上并且电连接至电池电芯的多个汇流条；以及外部端子，其连接至汇流条，其中，电池电芯包括电极组件、连接至电极组件并且沿着电池电芯的纵向方向在相反方向上延伸的一对电极引线；以及电芯壳体，其被构造为容纳电极组件并且被密封以使电极引线暴露于外部，所述一对电极引线形成在从电芯堆叠沿着高度方向的中部向下偏置的位置处，并且外部端子被设置在由于电极引线的偏置而形成于电极上方的空间中。

电池模块还可以包括：fpcb组件，该fpcb组件包括沿着电芯堆叠的纵向方向延伸以至少覆盖电芯堆叠的上表面的一部分的第一fpcb、从第一fpcb的两个纵向端部延伸并且电连接至汇流条的第二fpcb；以及一对温度传感器，其被安装到第一fpcb的两个纵向端部。

fpcb组件还可以包括连接器，该连接器被安装到第二fpcb并且定位在由于电极引线的偏置而形成在电极引线上方的空间中。

第一fpcb可以具有通过切割第一fpcb的一部分而形成的温度传感器放置部分。

温度传感器放置部分的两个纵向端部中的一个端部可以被形成为固定端部，而另一个端部可以形成为自由端部，并且温度传感器放置部分的横向方向上的两个端部可以被形成为自由端部。

电池模块还可以包括被配置为覆盖电芯堆叠的上部和第一fpcb的上盖。

第一fpcb和第二fpcb的连接部分可以通过汇流条框架与上盖之间的间隙引出。

电池电芯的长度与宽度的比率可以在3到12的范围内。

另外，在本公开的另一方面，还提供了一种电池组和车辆，所述电池组和车辆包括根据本公开的实施方式的电池模块。

有益效果

根据本公开的实施方式，由于现有电池模块的结构没有很大改变，因此可以在不显著改变电池模块的制造工艺的情况下提高电池模块的能量密度。

附图说明

附图示出了本公开的优选实施方式，并且与前述公开一起，用于提供对本公开的技术特征的进一步理解，因此，本公开不被解释为限于附图。

图1是示出常规电池电芯的图。

图2是示出根据本公开的实施方式的电池模块的立体图。

图3是示出根据本公开的实施方式的应用于电池模块的电芯堆叠的立体图。

图4是示出根据本公开的实施方式的应用于电池模块的电池电芯的平面图。

图5是示出图2的电池模块的局部放大图。

图6是示出图2的电池模块的侧视图。

图7是示出根据本公开的另一实施方式的电池模块的立体图。

图8是示出根据本公开的另一实施方式的移除了上盖的电池模块的立体图。

图9是示出根据本公开的另一实施方式的应用于电池模块的fpcb组件的立体图。

图10是示出图9的fpcb组件的局部放大图。

图11是示出图7的电池模块的局部放大图。

图12是示出图11的电池模块的侧视图。

具体实施方式

在下文中，将参考附图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中使用的术语不应被解释为限于一般含义和词典含义，而应根据允许发明人为最佳解释而适当定义术语的原则基于与本公开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，而无意于限制本公开的范围，因此应当理解，在不脱离本公开的范围的情况下，可以对其做出其它等同替换和修改。

首先，将参考图2至图4描述根据本公开的实施方式的电池模块的整体构造。

图2是示出根据本公开的实施方式的电池模块的立体图，图3是示出根据本公开的实施方式的应用于电池模块的电芯堆叠的立体图，以及图4是示出根据本公开的实施方式的应用于电池模块的电池电芯的平面图。

参考图2至图4，根据本公开的实施方式的电池模块可以被实现为包括电芯堆叠100、汇流条框架组件300、外部端子400和上盖500。

电芯堆叠100包括被堆叠为在其宽表面处相互面对的多个电池电芯110。电芯堆叠100可以包括插入在最外侧电池电芯110处和/或在相邻的电池电芯110之间的至少一个缓冲垫p。

即，电芯堆叠100可以在与汇流条框架组件300、外部端子400和上盖500联接的状态下被插入到单一框架(未示出)中。此时，为了在确保电芯堆叠100的最大体积的同时容易地插入电芯堆叠100，可以另外应用由诸如海绵的弹性材料制成的缓冲垫p。

袋型电池电芯可以应用作为电池电芯110。参考图4，袋型电池电芯110包括电极组件(未示出)、一对电极引线111和电芯壳体112。

尽管在附图中未示出，但是电极组件具有如下形式：在重复交替堆叠的正极板和负极板之间插入隔膜，并且隔膜优选地分别位于最外侧以用于绝缘。

正极板包括正极集流体和涂覆在正极集流体的一侧上的正极活性材料层，并且在正极板的一侧端部处形成未涂覆有正极活性材料的正极未涂覆区域。正极未涂覆区域用作正极接头。

负极板可以包括负极集流体和涂覆在负极集流体的一个表面或两侧上的负极活性材料层，并且在负极板的一侧端部处形成未涂覆有负极活性材料的负极未涂覆区域。负极未涂覆区域用作负极接头。

另外，在正极板和负极板之间插入隔膜，以防止极性不同的电极板彼此直接接触。隔膜可以由多孔材料制成，使得可以使用电解液作为介质使离子在正极板和负极板之间移动。

一对电极引线111分别连接至正极接头(未示出)和负极接头(未示出)，并且从电芯壳体112引出。一对电极引线111分别在电池电芯110的一个纵向侧部和另一纵向侧部引出。即，应用于本公开的电池电芯110对应于正极引线和负极引线沿相反方向引出的双向引出电池电芯。

另外，一对电极引线111被定位成在宽度方向(图3的z轴方向)上从电池电芯110的中部向一侧偏置。具体地，一对电极引线111被定位成在宽度方向上从电池电芯110的中部向一侧偏置，优选地沿着电芯堆叠100的高度方向(图2的z轴方向)向下偏置。

如果如上所述将一对电极引线111定位成在宽度方向上从电池电芯110的中部向一侧偏置，则可以给出安装外部端子400的空间，从而提高电池模块的能量密度。随后将详细描述由于电极引线111安装成被偏置的结构而导致的能量密度的增加。

电芯壳体112包括两个区域，即，容纳电极组件的容纳部分和密封部分，该密封部分沿着容纳部分的周缘方向延伸并且在电极引线111被引出以密封电芯壳体112的状态下热熔。

尽管在图中未示出，但是通过附贴并热熔由多层袋膜制成的上壳体和下壳体的边缘部分来密封电芯壳体112，在多层袋膜中，按顺序堆叠树脂层、金属层和树脂层。

在密封部分中，与位于电极引线111被引出的方向上的区域相对应的平台部112a具有锥形形状，使得平台部112a的两侧被切割，以使平台部的宽度沿着电极引线111的引出方向逐渐减小。如上所述，如果平台部112a的宽度朝向电池电芯110的外侧逐渐减小，则电极引线111可以设置成被偏置，并且可以提高电池模块的能量密度。

另外，应用于本公开的电池电芯110是长度(l)与宽度(w)的比率为大约3以上且12以下的长电芯。在根据本公开的电池模块中，如果采用长电芯类型电池电芯110，则可以在使电池模块的高度增加最小化的同时提高电池的容量，这使得易于在车辆的座椅或后备箱的下部安装电池模块。

接下来，将参考图5和图6详细描述应用于本公开的汇流条框架组件300、外部端子400和上盖500。

参考图5和图6，汇流条框架组件300可以被实现为包括被构造成覆盖电芯堆叠100的一个纵向端部和另一个纵向端部的汇流条框架310以及固定在汇流条框架310上并且电连接至电池电芯110的多个汇流条320。

汇流条框架310例如可以由诸如树脂的绝缘材料制成，并且包括形成为在与电池电芯110的电极引线111相对应的位置处突出的汇流条放置部分311。像电极引线111一样，在沿高度方向(图5的z轴方向)从电芯堆叠100的中部向下偏置的位置处形成汇流条放置部分311。汇流条放置部分311的偏置是用于确保安装部件的空间，与电极引线111的偏置相似。

汇流条放置部分311具有在与电极引线111相对应的位置处形成的多个引线狭缝s。通过引线狭缝s，将电极引线111从汇流条框架组件300中引出，并且引出的电极引线111弯曲并且通过焊接等被固定在汇流条320上。

外部端子400被成对设置，并且外部端子400分别连接至位于电芯堆叠100在宽度方向(图5的x轴方向)上的两侧的外侧处的汇流条320。

由于电极引线111的偏置，外部端子400位于形成在电极引线111和汇流条放置部分311上方的空间(在沿着基于图5的z轴的向上方向上形成的空间)中。形成外部端子400的位置可以使电池模块的通过安装外部端子400而增加的体积最小化，这是因为其利用了由偏置地安装电极引线111形成的空间。

上盖500对应于覆盖电芯堆叠100的上表面(与图5的x-y平面平行的表面)的部件。上盖500分别铰接到一对汇流条框架310。因此，一对汇流条框架310可以基于铰接部分相对于上盖500枢转。

如上所述，根据本公开的实施方式的电池模块具有可以使用由于电池电芯110的电极引线111的偏置在电极引线111和汇流条放置部分311上方形成的空间来安装外部端子400的结构。因此，根据本公开的实施方式的电池模块可以使电池模块的由于部件的安装引起的体积增大最小化，从而提高能量密度。

接下来，将参考图7至图10描述根据本公开的另一实施方式的电池模块的整体构造。

图7是示出根据本公开的另一实施方式的电池模块的立体图，并且图8是示出根据本公开的另一实施方式的移除了上盖的电池模块的立体图。另外，图9是示出根据本公开的另一实施方式的应用于电池模块的fpcb组件的立体图，并且图10是示出图9的fpcb组件的局部放大图。

根据本公开的另一实施方式的电池模块与上述根据本公开的实施方式的电池模块的不同之处在于：另外设置了fpcb组件200，并且其它部件基本相同。因此，在描述根据本公开的另一实施方式的电池模块时，将主要描述与先前实施方式不同的fpcb组件200，并且将不详细描述其它部件。

参考图7至图10，根据本公开的另一实施方式的电池模块可以被实现为包括电芯堆叠100、fpcb组件200、汇流条框架组件300、外部端子400和上盖500。

fpcb组件200可以被实现为包括第一fpcb210、第二fpcb220、温度传感器230和连接器240。在本公开中，第一fpcb210和第二fpcb220被描述为彼此区别的部件，但是第一fpcb210和第二fpcb220可以是单个集成柔性印刷电路板(fpcb)。即，第一fpcb210和第二fpcb220仅仅是根据它们设置的位置来区分的元件。

第一fpcb210沿着电芯堆叠100的纵向方向(图4和图5的y轴方向)延伸，以至少覆盖电芯堆叠100的上表面的一部分。第一fpcb210的两个纵向端部设置有通过切割第一fpcb210的一部分形成的温度传感器放置部分211。

温度传感器230被安装到温度传感器放置部分211的上表面，从而将温度传感器230安装在与电芯堆叠100的两个纵向端部相对应的位置。另外，温度传感器放置部分211位于电芯堆叠100在宽度方向(图8的x轴)上的中部。因此，温度传感器230被安装在与电芯堆叠100在宽度方向上的中部对应的位置。

选择形成温度传感器放置部分211的位置以感测电芯堆叠100中具有最高温度的部分的温度。fpcb组件200可以连接至可以控制电池模块的充电和放电的控制设备(诸如，电池管理系统(bms))。如果电池模块的温度升高到参考值以上，则为了确保电池模块的使用安全性，优选在具有最高温度的位置处测量温度以控制充电和放电。

因此，在电芯堆叠100的纵向方向上，最靠近电极引线111的两个纵向端部成为最佳位置，并且在电芯堆叠100的宽度方向上，最难散热的中部成为最佳位置。

如图10所示，通过切割第一fpcb210的一部分形成温度传感器放置部分211，并且温度传感器放置部分211的两个纵向端部中的一个被形成为固定端部，而两个纵向端部中的另一个被形成为自由端部。另外，温度传感器放置部分211的两个横向端部通过切割被形成为自由端部。

这样，尽管fpcb的特性具有一定程度的刚性，但是温度传感器放置部分211仍可以自由地上下移动。因此，被安装到温度传感器放置部分211的温度传感器230通过温度传感器放置部分211被间接地贴附到电芯堆叠100，从而精确地测量电芯堆叠100的温度。

接下来，将参考图11至图12以及图9详细描述应用于本公开的第二fpcb220和连接器240。

图11是示出图7的电池模块的局部放大图，并且图12是示出图11的电池模块的侧视图。

参考图11和图12以及图9，第二fpcb220被成对设置，并且第二fpcb220从第一fpcb210的两个纵向端部延伸并且分别电连接至汇流条320。即，第二fpcb220具有形成在多个分支端部处的多个连接端子221，并且多个连接端子221连接至多个汇流条320。

另外，连接器240被安装在第二fpcb220上，并且连接器240通过fpcb电连接至连接端子221。诸如bms的控制设备(未示出)连接至连接器240，并且该控制设备接收与通过汇流条320和连接端子221测量的电池电芯110的电压有关的信息、与通过温度传感器230测量的电芯堆叠100的温度有关的信息等，并且参考所述信息来控制电池模块的充电和放电。

另外，如图11和图12所示，安装在第二fpcb220上的连接器240面对电芯堆叠100的前表面(与图11的xy平面平行的表面)，但是该连接器240被安装在由于电极引线111的偏置而形成在电极引线111上方的空间中。即，该连接器240被安装为面对电芯堆叠100的前表面的上部。

即，将连接器240安装在由于将电极引线111安装成偏置的结构而提供的空间中，这使得电池模块的由于安装连接器240引起的整体体积增加最小化，从而提高了能量密度。

已经详细描述了本公开。然而，应当理解，详细说明和特定示例虽然指示了本公开的优选实施方式，但是仅以说明的方式给出，因为在本公开的范围内的各种改变和修改从该详细描述对于本领域技术人员而言将是显而易见的。