电池模块的制作方法

电池模块
1.相关申请的交叉引用
2.本技术要求在2019年5月10日向韩国知识产权局提交的韩国专利申请no.10
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2019
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0055223的优先权和权益，其全部内容通过引用并入本文中。
技术领域
3.本发明涉及一种电池模块，并且更特别地，涉及一种能够更均匀且有效地控制冷却和加热模块的过程的电池模块。


背景技术：

4.随着技术的发展和对移动设备的需求的增加，对作为能源的可再充电电池的需求快速增加。因此，为了满足各种需要，正在对可再充电电池进行很多的研究。
5.作为用于动力设备(诸如电动自行车、电动车辆和混合动力电动车辆)以及移动设备(诸如移动电话、数码相机和笔记本电脑)的能源，可再充电电池引起了很大的关注。
6.其中封装有一个电池单体的小型电池组被用于小型设备，诸如移动电话或相机。然而，其中封装有两个或更多个电池单体并且所述两个或更多个电池单体并联和/或串联连接的中型或大型电池组被用于中型或大型设备，诸如笔记本电脑或电动车辆。因此，电池组中所包括的电池单体的数目可以取决于要求的输出电压或要求的充电/放电容量而被不同地设定。
7.同时，为了通过串联/并联连接多个电池单体来构造电池组，通常，首先构造具有至少一个电池单体的电池模块，然后，通过使用至少一个电池模块并添加其它组成元件来构造电池组。
8.电池模块中所包括的电池单体在预定温度范围内表现出最佳的操作性能。如果周边温度在偏离该温度范围的同时太低或太高，则电池单体的操作性能劣化。
9.特别地，在像用于车辆或能量存储系统(ess)的电池组中的电池单体那样在室外使用电池单体的情况下，根据季节变化诸如夏季或冬季，电池单体可能被暴露于极端温度状况。此外，在使用多个电池单体的情况下，多个电池单体可能经历温度因从电池单体自身产生的热量而升高的状况。因此，有必要适当地控制冷却和加热电池模块的过程，从而维持电池单体的最佳操作性能。


技术实现要素：

10.技术问题
11.已经做出了本发明以提供一种如下的电池模块的结构，该电池模块能够被均匀且有效地加热，使得即使在低温环境下，该电池模块也正常地操作，并且该电池模块能够被有效地冷却。
12.然而，将由本发明的示例性实施例实现的目的不限于上述目的，而是可以在不脱离本发明的技术精神的情况下进行各种扩展。
13.技术方案
14.根据本发明的示例性实施例的一种电池模块包括：电池单体堆，该电池单体堆通过平行地堆叠彼此相邻的多个电池单体而制成；和加热/冷却复合翅片，该加热/冷却复合翅片被插置在所述多个电池单体中的相邻的电池单体之间，其中，加热/冷却复合翅片包括：压缩垫，该压缩垫位于相邻的电池单体之间；冷却翅片，每一个冷却翅片位于压缩垫和电池单体之间；和加热膜，每一个加热膜位于压缩垫和冷却翅片之间。
15.加热/冷却复合翅片可以进一步包括涂覆膜，每一个涂覆膜位于冷却翅片和电池单体之间。
16.加热膜可以包括：加热元件，该加热元件被连接到外部电源并且被构造成产生热量；和基膜，加热元件被设置在该基膜上。
17.加热/冷却复合翅片可以包括：一对冷却翅片，一对冷却翅片被设置在相邻的电池单体之间并且面向位于一对冷却翅片的两侧处的电池单体；一对加热膜，一对加热膜被设置在一对冷却翅片之间并且面向冷却翅片；和压缩垫，该压缩垫被插置在一对加热膜之间。
18.加热/冷却复合翅片可以包括一对涂覆膜，所述一对涂覆膜位于所述一对冷却翅片中的每一个冷却翅片和每一个电池单体之间。
19.电池模块可以包括模块框架，该模块框架包括接收电池单体堆的至少一个表面。
20.电池模块可以进一步包括树脂层，该树脂层位于电池单体堆和模块框架之间，并且冷却翅片可以与树脂层接触。
21.冷却翅片可以由铝制成。
22.压缩垫可以包含聚氨酯或edpm(三元乙丙橡胶)。
23.涂覆膜可以是石墨涂层。
24.加热/冷却复合翅片可以被定位成对应于电池单体的一部分的面积。
25.压缩垫、冷却翅片和加热膜可以被定位成对应于电池单体的一部分的面积，并且涂覆膜可以被设置在电池单体的一个表面上以对应于电池单体的全部面积。
26.本发明的另一个示例性实施例提供一种电池组，该电池组包括至少一个上述电池模块和电池组壳体，该电池组壳体被构造成封装所述至少一个电池模块。
27.本发明的又一个示例性实施例提供一种包括至少一个所述电池组的设备。
28.根据示例性实施例，电池模块可以被均匀、完全且快速地加热，使得电池模块即使在低温环境下也可以正常地操作。此外，通过当电池模块产生热量时将热量更有效地排放到外部，能够提供具有优异的冷却效率的电池模块。
附图说明
29.图1是示出根据本发明的示例性实施例的电池模块的透视图；
30.图2是沿着图1中的线ii
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ii'截取的截面视图；
31.图3是图2中的部分a的放大视图；
32.图4是图2中的部分b的放大视图；
33.图5是示出在加热根据本发明的示例性实施例的电池模块的过程期间对温度的变化进行模拟并对其进行分析的结果的视图；
34.图6是示出在加热根据本发明的比较示例的电池模块的过程期间对温度的变化进
行模拟并对其进行分析的结果的视图；并且
35.图7是示出根据本发明的另一个示例性实施例的电池模块的放大部分的截面视图。
具体实施方式
36.在下文中，将参考附图详细描述本发明的若干个示例性实施例，使得本发明所属领域的技术人员可以容易地实施示例性实施例。本发明可以以各种不同的方式来实现，并且不限于本文中所描述的示例性实施例。
37.为了清楚地描述本发明，将省略与描述无关的部分，并且在整个说明书中，相同或类似的组成元件将由相同的附图标记指示。
38.另外，为了便于描述，附图中示出的每一个组成元件的尺寸和厚度被任意地示出，但是本发明不限于此。为了清楚地描述若干个层和区域，其厚度在附图中被放大。在附图中，为了便于描述，一些层和区域的厚度被夸大。
39.另外，当诸如层、膜、区域或板的一个部件被描述为位于另一个部件“上方”或“上”时，一个部件能够“直接地”位于另一个部件“上”，并且一个部件也能够在其它部件插置在其间的情况下位于另一个部件上。相反，当一个部件被描述为“直接地”位于另一个部件“上”时，在一个部件和另一个部件之间没有任何部件。另外，当部件被描述为位于参考部分“上方”或“上”时，该部件可以位于参考部分“上方”或“下方”，并且该构造不一定必需意味着该部件在与重力相反的方向上位于参考部分“上方”或“上”。
40.在整个说明书中，除非有相反的明确描述，否则词语“包括/包含(comprise/include)”和变型诸如“包括/包含(comprises/includes)”或“包括/包含(comprising/including)”将被理解为暗示包括所述的元件并且不排除任何其它元件。
41.在整个说明书中，词语“在平面视图中”意味着从上方观察物体，并且词语“在截面视图中”意味着从横向侧面观察通过竖直地切割物体而形成的截面。
42.图1是示出根据本发明的示例性实施例的电池模块的透视图。
43.参考图1，根据本发明的示例性实施例的电池模块100包括：电池单体堆110，该电池单体堆110通过堆叠电池单体112而制成；和模块框架120，该模块框架120具有在其上接收电池单体堆110的至少一个表面。
44.电池单体堆110是包括多个电池单体112的可再充电电池的组件。电池单体堆110可以包括多个电池单体112，并且每一个电池单体包括电极引线114。电池单体112可以是但不限于是具有板状形状的袋型电池单体。电极引线114可以是正电极引线或负电极引线。每一个电池单体112的电极引线114的端部可以在一个方向上弯曲，并且因此可以与另一个相邻的电池单体112的电极引线的端部接触。彼此接触的两个电极引线114可以通过焊接等经由汇流条116来固定，使得电池单体112可以在电池单体堆110中电连接。另外，汇流条116可以被构造成将电极引线114电连接到外部部件。
45.多个电池单体112被竖直地堆叠，使得电极引线114在一个方向上对准，从而构成电池单体堆110。电池单体堆110被接收在模块框架120上，该模块框架120具有在其上接收电池单体堆110的至少一个表面。模块框架120的结构不受特别限制，只要该结构可以接收电池单体堆110即可。模块框架120可以具有一体的结构，该结构覆盖除了电池单体堆110的
电极引线114通过其暴露的侧面之外的其余侧面，或者模块框架120可以通过将覆盖相应的侧面的单独的板组合而形成。
46.图2是沿着图1中的线ii
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ii'截取的截面视图，图3是图2中的部分a的放大视图，并且图4是图2中的部分b的放大视图。
47.参考图2到图4，根据本发明的示例性实施例的电池模块100包括加热/冷却复合翅片200，每一个加热/冷却复合翅片200被插置在电池单体堆110中所包括的多个电池单体112中的相邻的电池单体112之间。另外，加热/冷却复合翅片200包括：一对冷却翅片230，所述一对冷却翅片230在压缩垫210插置在其间的情况下彼此对向地置放；和一对加热膜220，每一个加热膜220位于冷却翅片230和压缩垫210之间。另外，加热/冷却复合翅片200进一步包括涂覆膜240，该涂覆膜240分别位于冷却翅片230和电池单体112之间。
48.另外，如在图2中所示，电池模块100进一步包括树脂层140，该树脂层140位于电池单体堆110和模块框架120之间。树脂层140可以由导热材料例如热树脂制成，从而将从电池单体堆100产生的热量排放到外部。热树脂的示例可以包括硅树脂、氨基甲酸酯、环氧树脂等。根据本发明的示例性实施例，插置在电池单体112之间的加热/冷却复合翅片200沿着电池单体112的一个表面延伸并且与树脂层140接触，使得与仅设置树脂层140的情况相比，能够更有效地从电池单体112排放热量。
49.也就是说，如在图4中所示，在现有技术中仅设置树脂层140，并且结果是，热量可能仅沿着部分x中所指示的箭头排放。相比之下，在本发明的示例性实施例中，热量附加地沿着设置在加热/冷却复合翅片200中的冷却翅片230、即沿着部分y中所指示的箭头排放，并且结果是，能够获得附加的冷却效果。在这种情况下，冷却翅片230可以但不特别限于由具有高热导率的金属诸如铝、银或铜制成。特别地，可以使用由铝制成的冷却翅片。
50.特别地，在本发明的示例性实施例中，由于在冷却翅片230和电池单体112之间进一步包括涂覆膜240，因此能够改进冷却效果并防止从电池单体112产生的热量被局部地累积，这导致温度偏差。例如，涂覆膜240可以是具有高热导率的石墨涂层，并且因此分散热量并且没有由电池单体产生的热量和当电池单体被冷却时排放的热量所引起的局部温度偏差。另外，涂覆膜240可以具有10μm到1000μm的厚度。涂覆膜240的较大的厚度在热传递方面是有利的。然而，考虑到制造成本和设计规格，上述范围是合适的。特别地，涂覆膜240的厚度可以是50μm到150μm。另外，尽管在本示例性实施例中已经描述了涂覆膜，但是可以应用插入石墨片而不是涂层的构造。
51.加热膜220位于冷却翅片230和压缩垫210之间。加热膜220可以被构造成通过被从外部供应电力而自主地产生热量，并且当在低温环境等中电池模块100的总体温度低时，该加热膜220通过加热电池模块100来升高电池模块100的温度。可能出现安全性问题，诸如在低温度情况下对电池单体进行充电的过程期间可能引起的锂镀覆(锂在电极的表面上析出的情况)。因此，需要一种用于在短时间内升高电池单体112的温度的手段。为此，设置了加热膜220。
52.根据本发明的示例性实施例的加热膜220被定位成面向电池单体112的一个表面，并且在冷却翅片230插置在其间的情况下被置放在电池单体112之间。在现有技术中，如果加热装置被定位成与电池单体112的一个表面直接接触，则由于热量被直接地施加到电池单体112而可能出现安全性问题。因此，加热装置被定位在电池模块100的底壁上或汇流条
116所在的横向侧面处。在这种情况下，热量被间接地施加到电池单体112，这可能增加加热电池单体112所花费的时间、增加电池模块100中的温度偏差并因此引起电池模块的劣化和安全性的问题。
53.然而，如上所述，根据本发明的示例性实施例的加热膜220被定位成面向电池单体112的一个表面，并且在冷却翅片230插置在其间的情况下位于电池单体112之间。因此，在温度低的情况下，加热膜220可以将热量均匀地传递到电池单体112，从而将电池单体112加热到电池单体112可以正常地操作的温度。另外，由于加热膜220被定位成面向电池单体112的一个表面，因此能够在短时间内将电池单体112的温度升高到合适的温度。
54.在该过程中，由于冷却翅片230和涂覆膜240位于电池单体112和加热膜220之间，所以从加热膜220传递的热量被均匀地分散到整个电池单体112，从而能够防止热量局部地累积的风险。此外，由于电池模块100的总体温度均匀地升高，所以即使立即使用电池模块100，也能够防止劣化和安全性的问题。
55.加热膜220可以但不特别限于包括：加热元件，该加热元件被连接到外部电源并且被构造成产生热量；和基膜，加热元件被形成在该基膜上。可以使用薄的sus板、镍铬合金线、薄的碳或铜板、或薄的铝板作为加热元件，并且可以使用包含聚酰亚胺、硅酮或特氟隆(teflon)的膜作为基膜，但是本发明不特别地受限于此。也就是说，可以使用被构造成使得基膜包围加热元件的膜型加热器。加热膜220的较小厚度有利于使模块的体积增加最小化，但是本发明不特别地限于此。例如，加热膜220的厚度可以是0.05mm到0.4mm。
56.涂覆膜240、冷却翅片230和加热膜220按照从最接近电池单体112起的顺序位于相邻的电池单体112之间，并且压缩垫210被定位成与加热膜220相邻。也就是说，压缩垫210被定位成在位于电池单体112之间的加热/冷却复合翅片200的中间部分中，并且加热膜220、冷却翅片230和涂覆膜240在压缩垫210插置在其间的情况下对称地位于压缩垫210的两侧处。
57.压缩垫210用于吸收来自位于压缩垫210的两侧处的加热膜220、冷却翅片230和涂覆膜240的冲击，使得加热膜220、冷却翅片230和涂覆膜240可以稳定地位于电池单体112之间。另外，当在将来电池单体112膨胀时，压缩垫210被压缩，从而应对电池单体112的厚度的变化并控制电池单体112的隆起。因此，能够防止由于电池单体112的膨胀而引起的对电池模块100的损坏。另外，由于压缩垫210位于加热膜220之间，因此可以适当地维持在加热膜220之间的间隔，从而防止由加热膜220引起的温度的快速变化。
58.压缩垫210可以由柔软且弹性的材料诸如聚氨酯(pu)或edpm(三元乙丙橡胶)制成。该材料具有优异的振动吸收性和优异的抵抗压缩的排斥力，因此即使多个电池单体112隆起，也可以提供具有优异的尺寸稳定性的电池模块100。另外，可以考虑到电池模块中的部件诸如电池单体、压缩垫、加热膜和冷却翅片来适当地设计压缩垫210的厚度。也就是说，电池单体膨胀的程度可以取决于电池单体的化学特性和使用环境而变化。因此，可以考虑到电池单体膨胀的程度而在最大程度压缩的压缩垫210的厚度可以承受膨胀的电池单体的厚度的范围内选择压缩垫210的厚度。
59.如在图2中所示，包括压缩垫210、加热膜220、冷却翅片230和涂覆膜240的加热/冷却复合翅片200可以被形成为具有与稍低于电池单体112的总体高度的高度对应的面积。可替代地，如在与本发明的另一个示例性实施例有关的图7中所示，压缩垫210、加热膜220和
冷却翅片230中的每一个具有比电池单体112低的高度，并且涂覆膜240'可以对应于电池单体112的整个表面。在这种情况下，涂覆膜240'可以被直接地施加到电池单体112的一个表面。在这种情况下，当通过涂覆膜240'加热和冷却电池模块时局部累积的热量可以被均匀地分散到电池单体112的整个表面。因此，即使压缩垫210、加热膜220和冷却翅片230的面积小，也可以实现均匀地分散热量的效果。
60.另外，尽管附图中未示出，但是可以进一步使用双面胶带来稳定地组合这些部件。也就是说，可以在加热/冷却复合翅片200和电池单体112之间设置双面胶带，从而即使发生外部振动，也防止部件的移动并且更稳定地维持电池模块的构造。另外，双面胶带可以不仅被设置在加热/冷却复合翅片200和电池单体112之间，而且还可以被设置在压缩垫210和加热膜220之间或者其它部分处，从而解决振动易损性。
61.图5是示出在加热根据本发明的示例性实施例的电池模块的过程期间测量温度变化的结果的视图，并且图6是示出在加热根据本发明的比较示例的电池模块的过程期间测量温度变化的结果的视图。
62.参考图5和图6，能够确定，通过本发明的示例性实施例，能够实现热量的均匀分布和快速加热效果。
63.图5示出对与本发明的构造有关的加热过程期间的温度变化进行模拟的结果，即，在该本发明的构造中，如图2中所示，插入了加热/冷却复合翅片200，四个电池单体112使用一个加热/冷却复合翅片200，并且涂覆膜240、冷却翅片230、加热膜220和压缩垫210被依次地置放在如图2中所示的电池模块100的最外表面上。也就是说，布置了总共六个加热膜220。每一个加热膜220被构造成产生15w的热量，从而在整个电池模块100中产生90w的热量。同时，图6示出对与比较示例的构造有关的温度变化进行模拟的结果，在该比较示例的构造中，如左视图中所示，加热器被附接到电池模块100的汇流条116所在的部分，并且如右视图中所示，加热器被附接到电池模块100的底表面。通过计算机流体动力学(cfd)方法对该模拟进行分析。
64.如在图5中所示，根据本发明的示例性实施例，当最初在
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30℃开始加热时，电池模块100的温度升高到0℃花费了约3600秒。另外，能够确定，即使在加热过程中，温度也在整个电池模块100上均匀地升高。
65.相比之下，如在图6中所示，在加热过程进行了3600秒的比较示例中，温度仅在加热器所在的部分附近的部分处达到0℃，并且温度在远离加热器的部分处没有升高。结果是，能够确定在模块中发生了很大的温度偏差。
66.如上所述，根据本发明的示例性实施例，即使在低温环境下，也能够将电池模块的温度快速且均匀地升高到使电池模块正常操作的温度，当电池模块操作时，能够有效地将从电池模块产生的热量排放到外部，并且能够在加热和冷却过程期间将热量均匀地分散到整个电池模块。结果是，能够防止电池模块的劣化并且安全地操作电池模块。
67.同时，根据本发明的示例性实施例的一个或多个电池模块可以被封装在电池组壳体中，从而形成电池组。
68.上述电池模块和包括该电池模块的电池组可以被应用于各种设备。这样的设备的示例可以包括诸如电动自行车、电动车辆和混合动力车辆的运输工具，但是本发明不限于此，并且可以被应用于可以使用该电池模块和包括该电池模块的电池组的各种设备。这些
构造也可以属于本发明的范围。
69.尽管上文已经详细描述了本发明的优选示例，但是本发明的权利范围不限于此，并且本领域技术人员使用在所附权利要求书中限定的本发明的基本概念做出的许多变型和修改也将属于本发明的权利范围。
70.附图标记说明
71.100：电池模块
72.110：电池单体堆
73.120：模块框架
74.140：树脂层
75.200：加热/冷却复合翅片
76.210：压缩垫
77.220：加热膜
78.230：冷却翅片
79.240：涂覆膜