电池模块和制造该电池模块的方法与流程

1.相关申请的交叉引用
2.本技术要求于2020年8月26日在韩国知识产权局提交的韩国专利申请第10-2020-0107737号以及于2021年8月3日在韩国知识产权局提交的韩国专利申请第10-2021-0102180号的权益，通过引用将上述韩国专利申请的公开内容整体结合在此。
3.本公开内容涉及一种电池模块和制造该电池模块的方法，更具体地，涉及一种具有提高的加工性能的电池模块和制造该电池模块的方法。


背景技术：

4.二次电池容易应用于各种产品组并且具有诸如高能量密度之类的电特性，不仅普遍应用于便携式装置，而且还普遍应用于由电驱动源驱动的电动车辆或混合动力电动车辆、能量储存系统等。因为这样的二次电池提供了显著降低化石燃料使用的主要优点而且也根本不会从能量的使用产生副产物，所以这样的二次电池作为用于提高能量效率的新的环境友好能源而受到关注。
5.小型移动装置针对每个装置使用一个或几个电池单元，而诸如车辆之类的中型或大型装置则需要高功率和大容量。因此，使用具有彼此电连接的多个电池单元的中型或大型电池模块。
6.中型或大型电池模块优选制造成具有尽可能小的尺寸和重量。因此，通常使用能够以高集成度堆叠并且具有相对于容量较小的重量的棱柱形电池、袋形电池等作为中型或大型电池模块的电池单元。另外，为了保护电池单元堆叠体免受外部冲击、热量或振动，电池模块可包括模块框架，模块框架的前表面和后表面是敞开的，以将电池单元堆叠体容纳在内部空间中。
7.图1是图解根据相关技术的具有单体框架的电池模块的透视图。
8.参照图1，电池模块可包括：通过堆叠多个电池单元11而形成的电池单元堆叠体12；覆盖电池单元堆叠体12的单体框架20，单体框架20的前表面和后表面是敞开的；和覆盖单体框架20的前表面和后表面的端板60。为了形成这种电池模块，必须水平地组装电池模块，使得沿着图1中的箭头所示的x轴方向将电池单元堆叠体12插入到单体框架20的敞开的前表面或后表面中。然而，为了稳定地进行这种水平组装，在电池单元堆叠体12与单体框架20之间必须确保足够的余隙(clearance)。在此，余隙(clearance)是指压装等产生的间隙。当余隙较小时，在水平组装的过程中会对部件造成损坏。因此，考虑到电池单元堆叠体12的最大高度和插入过程中的组装公差(tolerance)，单体框架20的高度应当被设计为较大，这会导致产生不必要浪费的空间。为了使这种组装公差最小化，可使用引导膜，但是存在在插入过程中引导膜破损或者与更换相关的成本增加的问题。


技术实现要素：

9.技术问题
10.本公开内容的目的是提供一种提高将电池单元堆叠体插入框架构件中的速度并且增强刚性的电池模块和制造该电池模块的方法。
11.然而，本公开内容的实施方式要解决的问题不限于上述问题，可在本公开内容中包括的技术构思的范围内进行各种扩展。
12.技术方案
13.根据本公开内容的一个实施方式，提供了一种电池模块，包括：堆叠有多个电池单元的电池单元堆叠体；框架构件，所述框架构件用于容纳所述电池单元堆叠体并且具有敞开的上部；以及在所述框架构件的上部的用于覆盖所述电池单元堆叠体的上板，其中所述框架构件包括两个彼此面对的侧表面部以及将两个侧表面部连接的底部，并且其中在所述侧表面部中形成有向内凹进的凹部。
14.所述侧表面部包括所述凹部所在的第一区域、以及围绕所述第一区域的第二区域，并且所述第二区域可沿着所述侧表面部的至少一个侧边缘设置。
15.所述第一区域的厚度与所述第二区域的厚度可彼此相等。
16.在与所述侧表面部的上端相邻的所述凹部中可形成倾斜部分。
17.所述侧表面部中形成的所述凹部的下端可与所述底部间隔开。
18.所述侧表面部中形成的所述凹部的上端可形成为与所述侧表面部的上端一致。
19.在所述侧表面部中形成有多个凹部，所述多个凹部形成为沿着所述电池单元的长度方向彼此间隔开，并且所述凹部可在所述电池单元的高度方向上长形地延伸。
20.在所述侧表面部中形成有多个凹部，所述多个凹部形成为沿着所述电池单元的高度方向彼此间隔开，并且所述凹部可在所述电池单元的长度方向上长形地延伸。
21.所述凹部包括第一凹部和第二凹部，并且所述第二凹部的面积可小于所述第一凹部的面积。
22.所述侧表面部可包括围绕所述第一凹部的第一侧表面部和位于所述第一凹部与所述第二凹部之间的第二侧表面部。
23.所述框架构件中包括的所述底部和所述侧表面部可一体形成。
24.根据本公开内容的另一个实施方式，提供了一种制造电池模块的方法，包括以下步骤：将电池单元堆叠体插入上部敞开的框架构件中；以及在所述电池单元堆叠体上形成上框架以覆盖所述框架构件的敞开的上部，其中所述框架构件包括底部和两个彼此面对的侧表面部，在与所述侧表面部的上端相邻的凹部中形成有倾斜部分，并且将所述电池单元堆叠体插入所述框架构件中的步骤包括沿着所述侧表面部中形成的所述凹部插入所述电池单元堆叠体，并且在所述电池单元堆叠体首先接触所述倾斜部分的同时插入所述电池单元堆叠体。
25.在将所述电池单元堆叠体插入所述框架构件中的步骤中，在所述电池单元堆叠体的宽度等于或大于所述彼此面对的侧表面部之间的内部距离并且等于或小于所述彼此面对的侧表面部之间的外部距离的条件下，所述电池单元堆叠体可通过所述框架构件的敞开的上部进入。
26.可通过模压成型形成所述凹部。
27.有益效果
28.根据本公开内容的实施方式，可在竖直方向上堆叠电池单元堆叠体，从而提高插
入速度、去除现有的引导膜并且降低成本。
29.此外，框架构件的内部被模压成型，从而可在不强制扩张框架构件的左右上端的情况下将电池单元堆叠体自然地插入框架构件中。
30.此外，模压成型结构可防止电池单元的性能由于膨胀现象而劣化。
31.本公开内容的效果不限于上述效果，本领域技术人员将从所附权利要求书的描述中清楚地理解上文未描述的额外其他效果。
附图说明
32.图1是图解根据相关技术的具有单体框架的电池模块的透视图；
33.图2是图解根据本公开内容一实施方式的电池模块的分解透视图；
34.图3是图解根据本公开内容一比较例的制造电池模块的方法的示图；
35.图4是图解根据本公开内容一实施方式的电池模块中包括的框架构件以及制造电池模块的方法的示图；
36.图5是图解图4的电池模块中包括的框架构件的透视图；
37.图6和图7是图解图4的框架构件的变形例的示图；
38.图8是图解根据本公开内容另一实施方式的包括框架构件的电池模块的透视图；
39.图9是图解根据本公开内容另一实施方式的包括框架构件的电池模块的透视图；
40.图10是从正面观看时图9的框架构件的示图；
41.图11是示出图10的框架构件的变形例的示图；
42.图12是图解根据本公开内容另一实施方式的包括框架构件的电池模块的透视图。
具体实施方式
43.下文中，将参照附图详细地描述本公开内容的各实施方式，使得本领域技术人员能够容易地实现它们。本公开内容可以以各种不同的方式修改，不限于在此阐述的实施方式。
44.将省略与描述无关的部分，以清楚地描述本公开内容，并且在整个申请中相似的参考标号表示相似的元件。
45.此外，在附图中，为了便于描述，任意地示出了每个元件的尺寸和厚度，本公开内容不必限于附图中示出的那些。在附图中，为了清楚起见，夸大了层、区域等的厚度。在附图中，为了便于描述，一些层和区域的厚度被夸大地示出。
46.此外，将理解的是，当诸如层、膜、区域或板之类的元件被称为在另一元件“上”或“上方”时，所述元件可直接在所述另一元件上或者也可存在中间元件。相反，当一元件被称为“直接在”另一元件“上”时，这意味着不存在其他中间元件。此外，词语“在
……
上”或“在
……
上方”是指设置在基准部分上方或下方，并不一定是指朝向重力的相反方向设置在基准部分“上”或“上方”。
47.此外，在整个申请中，当一部分被称为“包括”某一部件时，这意味着该部分可进一步包括其他部件，而不排除其他部件，除非另有说明。
48.此外，在整个申请中，当被称为“平面”时，是指当从上侧观看目标部分时，当被称为“剖面”时，是指当从垂直切割的横截面的侧面观看目标部分时。
49.图2是图解根据本公开内容一实施方式的电池模块的分解透视图。
50.参照图2，根据本公开内容一实施方式的电池模块100包括：通过堆叠多个电池单元110而形成的电池单元堆叠体200；用于容纳电池单元堆叠体200的模块框架300；分别位于电池单元堆叠体200的前表面和后表面的端板650；以及位于电池单元堆叠体200与端板650之间的汇流条框架130。此外，电池模块100可包括布置在电池单元堆叠体200的两个侧表面上并且与电池单元110平行布置的压缩垫750。
51.电池单元110是二次电池并且可配置为袋型二次电池。电池单元110可配置为多个，并且多个电池单元可进行堆叠以彼此电连接，从而形成电池单元堆叠体200。尽管未具体示出，但多个电池单元110可分别包括电极组件、电池壳体、以及从电极组件突出的电极引线。另一方面，如图2中所示，多个电池单元110可与框架构件400的两个侧表面部420平行布置并且可沿着y轴方向顺序地堆叠。
52.电池单元堆叠体200被容纳在具有刚性的模块框架300中，以便保护电池单元堆叠体免受冲击等。
53.此时，模块框架300可包括：框架构件400，框架构件400用于容纳电池单元堆叠体200并且具有敞开的上部(z轴方向)；和上框架450，上框架450用于覆盖框架构件400的敞开的上部。框架构件400可包括底部410、以及分别从底部410的两端向上延伸的侧表面部420。框架构件400可以是u形的。
54.就是说，电池单元堆叠体200的下表面和两个侧表面被框架构件400包裹，并且电池单元堆叠体200的上表面可被上框架450覆盖。
55.可通过将电池单元堆叠体200设置在框架构件400的底部410上，然后经由上框架450覆盖电池单元堆叠体200的上表面的方法来将电池单元堆叠体200安装在模块框架300内。
56.在这种情况下，框架构件400和上框架450可通过焊接接合，但接合方法不限于此，可通过各种实施方式实现。
57.端板650可分别与彼此结合的框架构件400和上框架450的敞开的前表面和后表面(x轴方向及其相反方向)结合。
58.端板650可保护包括电池单元堆叠体200在内的各种电部件免于外部冲击，并且同时可引导电池单元堆叠体200的电池单元110与外部电源之间的电连接。
59.另一方面，电池单元110可以是锂二次电池或袋型二次电池。由于袋型二次电池通常设置为其中电极组件内置于层压片中的形式，所以相对于其较小的尺寸和重量来说，具有高能量密度的优点，但是缺点在于机械刚性较弱。特别是，在锂二次电池的情况下，电极在反复充电和放电的过程中会变得更厚，或者内部电解质会因副反应而分解，从而产生气体。此时，袋型二次电池单元由于电极膨胀或产生的气体而膨胀的现象被称为“膨胀现象”。
60.在本实施方式中，可分别在电池单元堆叠体200的两个侧表面上布置压缩垫750。可通过压缩垫750从一开始强力地按压电池单元110，从而相对减小由于膨胀导致的厚度扩张，防止电池单元110的性能由于膨胀现象而劣化，并且减小电池模块100的外部形状的变化。
61.压缩垫750可包括聚氨酯泡沫(polyurethane foam)，以抑制膨胀现象。
62.另一方面，当分别在电池单元堆叠体200的两个侧表面上布置压缩垫750时，在电
池单元堆叠体200与压缩垫750之间设置双面胶带，使得可将压缩垫750初步固定到电池单元堆叠体200。
63.此外，可通过使用注入的粘合剂而不是双面胶带固定压缩垫750。具体地，分别在电池单元堆叠体200的两个侧表面上喷涂粘合剂，然后可将压缩垫750附接在其上。可以以高温熔融的形式通过压力泵从喷嘴喷涂粘合剂。
64.另一方面，可经由框架构件400的敞开的上表面(z轴方向)将电池单元堆叠体200设置在框架构件400的底部410上。此时，会产生压缩垫750被侧表面部420卷起的缺陷。这种缺陷对制造电池模块100的自动工序具有很大负面影响。为了防止这种缺陷，通过使用诸如扩张夹具之类的装置执行电池单元堆叠体的插入工序。
65.根据本实施方式的电池模块100可进一步包括位于电池单元堆叠体200的下表面上的导热树脂层411。此外，当一个或多个电池模块100构成电池组时，可在电池模块100的下端设置散热器(heat sink)。
66.导热树脂层411可包括导热树脂(thermal resin)，特别是，导热粘合剂材料。例如，可包括硅酮(silicone)基材料、尿烷(urethane)基材料、和丙烯酸(acrylic)基材料中的至少一种，特别优选包括尿烷基材料。
67.导热树脂是具有优异的导热性的材料，电池单元中产生的热量可通过导热树脂层411和散热器排放到外部。然而，导热树脂包括导热粘合剂材料，当涂布时其是液体，但是在将电池单元堆叠体200堆叠在其上之后可固化。因此，导热树脂层411可将电池单元堆叠体200固定在电池模块100中。就是说，本实施方式中的导热树脂层411不仅提高电池单元堆叠体200的散热特性，而且还具有有效固定电池单元堆叠体200的效果。
68.图3是图解根据本公开内容一比较例的制造电池模块的方法的示图。
69.参照图3，在根据比较例的制造电池模块的方法中，在将电池单元堆叠体70安装到框架构件30的底部之前，可使用扩张夹具35强制扩张框架构件30的两个侧表面部。可在框架构件30的两个侧表面部被扩张夹具35强制扩张的状态下将电池单元堆叠体70插入框架构件30的底部中。然而，根据框架构件30的宽度和高度，如果扩张量变大，则存在超出弹性极限而发生永久变形的问题。
70.因此，根据本实施方式的电池模块100在不强制扩张框架构件的情况下使电池单元堆叠体自然地插入框架构件中，从而试图消除制造工序中的上述缺陷，这将在后面进行描述。
71.图4是图解根据本公开内容一实施方式的电池模块中包括的框架构件以及制造电池模块的方法的示图。图5是图解图4的电池模块中包括的框架构件的透视图。
72.参照图4和图5，根据本实施方式的电池模块中包括的框架构件400包括底部410、以及分别从底部410的两端向上延伸的侧表面部420。此时，底部410和两个侧表面部420可一体形成。
73.在框架构件400的侧表面部420中通过模压成型形成凹部420p。侧表面部420可包括凹部420p所在的第一区域p1、以及围绕第一区域p1的第二区域p2。根据本实施方式，侧表面部420的形成有凹部420p的第一区域p1的厚度与侧表面部420的未形成有凹部420p的第二区域p2的厚度可彼此相等。
74.第二区域p2可沿着侧表面部420的至少一个侧边缘设置。例如，如图5中所示，可在
除侧表面部420的上端和两个侧端之外形成凹部420p。可在凹部420p的与侧表面部420的上端相邻的部分中形成倾斜部分420ps。以这种方式，根据本实施方式的模压成型的凹部420p和倾斜部分420ps起到在将电池单元堆叠体200插入框架构件400中的工序中使电池单元堆叠体200自然地插入的作用。此时，在电池单元堆叠体200的宽度等于或大于框架构件400的彼此面对的侧表面部420之间的内部距离d1并且等于或小于框架构件400的彼此面对的侧表面部420之间的外部距离d2的条件下，电池单元堆叠体200可通过框架构件400的敞开的上部进入。电池单元堆叠体200的宽度可指在y轴方向，即，电池单元110堆叠的方向上的长度，如图2中所示。
75.根据本实施方式的侧表面部420可由金属材料形成，例如，可由钢或铝合金形成。侧表面部420可具有这样的刚性水平，即允许电池单元堆叠体200跨在框架构件400的侧表面部420之上如同电池单元堆叠体200滑动一样。
76.下面将描述制造上述电池模块的方法。
77.参照图2、图4和图5，根据本公开内容一实施方式的制造电池模块的方法包括将电池单元堆叠体200插入上部敞开的框架构件400中的步骤。此时，沿着侧表面部420中形成的凹部420p插入电池单元堆叠体200，并且在电池单元堆叠体200首先接触形成在凹部420p中的与侧表面部420的上端相邻的倾斜部分420ps的同时插入电池单元堆叠体200。
78.随后，在电池单元堆叠体200上形成上框架450以覆盖框架构件400的敞开的上部，并且可通过焊接等将上框架450结合至框架构件400。然后，可将端板650分别结合至彼此结合的框架构件400和上框架450的敞开的前表面和后表面(x轴方向及其相反方向)。
79.如上所述，根据本实施方式的电池模块及其制造方法，不管框架构件的宽度和高度如何，都可在框架构件材料的弹性极限内进行组装，并且可省略扩张框架构件的工序，因而可缩短工序时间。
80.图6和图7是图解图4的框架构件的变形例的示图。
81.与图4和图5中所示的不同，参照图6，侧表面部420中形成的凹部420p’的下端可与底部410间隔开。在本实施方式中，凹部420p’的下端在图6中示出是倾斜的，但是与凹部420p’的上端不同，下端可垂直于侧表面部420而不是倾斜的。
82.与图4和图5中所示的不同，参照图7，侧表面部420中形成的凹部420p”的上端可形成为与侧表面部420的上端大致一致。
83.图8是图解根据本公开内容另一实施方式的包括框架构件的电池模块的透视图。
84.参照图8，根据本实施方式的框架构件500包括底部510、以及分别从底部510的两端向上延伸的侧表面部520。此时，底部510和两个侧表面部520可一体形成。在图5中所示的框架构件400中形成一个凹部420p，但是在根据本实施方式的框架构件500的侧表面部520中通过模压成型形成多个凹部520p。多个凹部520p可形成为沿着x轴方向，即，图2中所示的电池单元110的长度方向彼此间隔开。每个凹部520p在z轴方向，即，电池单元110的高度方向上长形地延伸。
85.根据本实施方式，可通过模压成型形成多个凹部520p，从而提高结构刚性。
86.图8的框架构件500是参照图5描述的框架构件400的变形例，除上述不同之外，参照图5描述的所有内容都可适用于本实施方式。
87.图9是图解根据本公开内容另一实施方式的包括框架构件的电池模块的透视图。
图10是从正面观看时图9的框架构件的示图。
88.参照图9和图10，根据本实施方式的框架构件600包括底部610、以及分别从底部610的两端向上延伸的侧表面部620。此时，底部610和两个侧表面部620可一体形成。在图5中所示的框架构件400中形成一个凹部420p，但是在根据本实施方式的框架构件600的侧表面部620中通过模压成型形成多个凹部620p。在图8所示的框架构件500中，多个凹部520p形成为沿着电池单元的长度方向彼此间隔开，但是根据本实施方式的多个凹部620p可形成为沿着z轴方向，即，图2中所示的电池单元110的高度方向彼此间隔开。每个凹部620p在x轴方向，即，电池单元110的长度方向上长形地延伸。
89.图9的框架构件600是图5和图8中描述的框架构件400和500的变形例，除上述不同之外，参照图5和图8描述的所有内容都可适用于本实施方式。
90.图11是示出图10的框架构件的变形例的示图。
91.与图10中所示的不同，参照图11，在侧表面部620中形成的多个凹部620p’之中，位于侧表面部620的下部的凹部620p’的下端可与底部610间隔开。本实施方式中的凹部620p’的下端在图11中示出是倾斜的，但是与凹部620p’的上端不同，下端可垂直于侧表面部620而不是倾斜的。
92.图12是图解根据本公开内容另一实施方式的包括框架构件的电池模块的透视图。
93.参照图12，根据本实施方式的框架构件700包括底部710、以及分别从底部710的两端向上延伸的侧表面部720。此时，底部710和两个侧表面部720可一体形成。在图5中所示的框架构件400中形成一个凹部420p，但是在根据本实施方式的框架构件700的侧表面部720中通过模压成型形成多个凹部720p。特别是，根据本实施方式的凹部720p包括第一凹部720p1和第二凹部720p2，第二凹部720p2的面积小于第一凹部720p1的面积。第一凹部720p1沿着侧表面部720的边缘形成，并且第二凹部720p2可形成在侧表面部720的未被模压成型的中央。
94.根据本实施方式的侧表面部720可包括围绕第一凹部720p1的第一侧表面部720a和位于第一凹部720p1与第二凹部720p2之间的第二侧表面部720b。
95.图9的框架构件600是图5和图8中描述的框架构件400和500的变形例，除上述不同之外，参照图5和图8描述的所有内容都可适用于本实施方式。
96.另一方面，一个或更多个根据本实施方式的电池模块可被封装在电池组壳体中，以形成电池组。
97.上述电池模块和电池组可应用于各种装置。这些装置可应用于诸如电动自行车、电动汽车或混合动力汽车之类的车辆装置，但是本公开内容不限于此，其可应用于能够使用二次电池的各种装置，这也落入本公开内容的范围。
98.虽然上面已经参照优选实施方式示出和描述了本发明，但是本公开内容的范围不限于此，本领域技术人员使用所附权利要求书中描述的本发明的基本原理进行的其他变形和改进将落入本公开内容的精神和范围内。
99.参考标号描述
100.110：电池单元
101.200：电池单元堆叠体
102.300：模块框架
103.400、500、600、700：框架构件
104.420、520、620、720：侧表面部
105.420p、520p、620p、720p：凹部
106.420ps：倾斜部分。