具有改进的冷却性能的电池模块和包括该电池模块的电池组的制作方法

1.本技术要求于2020年9月21日提交的韩国专利申请第2020-0121150号的优先权的权益，其全部公开内容通过引用并入本文。
2.本发明涉及一种电池模块和包括该电池模块的电池组，更具体地，涉及一种被配置为使得产生热量的电池单体与散热器之间的热交换面积增加并且还执行汇流条与散热器之间的热交换从而提高电池模块的冷却性能的电池模块以及包括该电池模块的电池组。


背景技术：

3.随着因化石燃料的使用引起的空气污染和能量枯竭导致的替代能源的近期发展，对能够存储所产生的电能的二次电池的需求已经增加。能够充电和放电的二次电池在日常生活中被密切使用。例如，二次电池用于移动设备、电动汽车和混合动力电动汽车。
4.由于移动设备使用的增加、移动设备的复杂性增加以及电动汽车的发展，用作现代社会不可避免地使用的各种电子设备的能源的二次电池所需的容量已经增加。为了满足用户的需求，将多个电池单体设置在小型装置中，而将包括彼此电连接的多个电池单体的电池模块或包括多个电池模块的电池组用于车辆中。
5.在电池模块或电池组中，多个电池单体彼此串联或并联连接，以增加电池模块或电池组的容量和输出。在这种情况下，由于多个电池单体相互连接，可能会出现诸如过载的问题。特别地，在容纳有多个电池单体的电池模块中，存在电池模块内的温度因过载而上升、从而放大电池的异常的问题。为了解决这个问题，常规的电池模块设置有被配置为除去电池中产生的热量以保持电池温度的散热器。
6.图1是示出常规的电池模块的冷却结构的剖视图。如图1所示，常规的电池模块包括垂直于散热器10设置的多个电池单体20和垂直于散热器10连接的一对冷却板40，冷却板与汇流条组件30直接接触。
7.常规的电池模块被配置为具有通过散热器10和冷却板40除去从电池单体20和汇流条组件30产生的热量的结构。然而，散热效果低，并且电池模块的尺寸大。
8.也就是说，由于散热器10和电池单体20以相互垂直设置的状态彼此接触，因此它们之间的接触面积小，从而难以快速除去电池单体20产生的热量并且散热效果低。此外，为了冷却汇流条组件30，需要单独的冷却板40和传热构件50，从而增加了电池模块的总体积，因此降低了电池模块的能量密度。
9.(现有技术文献)
10.(专利文献1)韩国专利申请公开第2020-0030968号


技术实现要素：

11.技术问题
12.本发明是鉴于上述问题而完成的，本发明的一个目的是提供一种具有改进的冷却性能的电池模块以及包括该电池模块的电池组，该电池模块能够通过有效地除去电池单体
产生的热量来抑制因发热引起的二次问题的发生。
13.本发明的另一个目的是提供一种具有改进的冷却性能的电池模块以及包括该电池模块的电池组，该电池模块能够使用电池单体冷却构件冷却汇流条，从而使电池模块的体积增加最小化。
14.本发明的又一个目的是提供一种具有改进的冷却性能的电池模块以及包括该电池模块的电池组，该电池模块能够通过增加粘附力来减小电池单体冷却偏差。
15.技术方案
16.为了实现上述目的，根据本发明的电池模块包括：散热器(100)，具有预定面积，散热器水平设置；支撑板(200)，包括分别位于散热器(100)的上表面和下表面的上支撑板(210)和下支撑板(220)；电池单体(500)，包括设置为与上支撑板(210)紧密接触的第一电池单体(510)和设置为与下支撑板(220)紧密接触的第二电池单体(520)；以及盖板(600)，包括位于第一电池单体(510)上方的上盖板(610)和位于第二电池单体(520)下方的下盖板(620)。
17.此外，在根据本发明的电池模块中，散热器(100)的上表面上可以设置有突出预定高度的突起(110)，并且上支撑板(210)可以设置有被配置为容纳突起(110)的第一开口(211)。
18.此外，在根据本发明的电池模块中，第一电池单体(510)可以位于突起(110)的上表面处。
19.此外，在根据本发明的电池模块中，散热器(100)的下表面上可以设置有突出预定高度的突起(110)，并且下支撑板(220)可以设置有被配置为容纳突起(110)的第二开口(221)。
20.此外，在根据本发明的电池模块中，第二电池单体(520)可以位于突起(110)的下表面处。
21.此外，在根据本发明的电池模块中，导热树脂层可以插设在第一电池单体(510)与突起(110)之间以及第二电池单体(520)与突起(110)之间。
22.此外，在根据本发明的电池模块中，第一支撑框架(410)可以位于上支撑板(210)与上盖板(610)之间，从而沿着上支撑板和上盖板中的每一个的相对边缘延伸，并且具有预定的高度和宽度。
23.此外，在根据本发明的电池模块中，第一支撑框架(410)可以位于上支撑板(210)与上盖板(610)之间，从而沿着上支撑板和上盖板中的每一个的中部延伸，并且具有预定的高度和宽度。
24.此外，在根据本发明的电池模块中，第二支撑框架(420)可以位于下支撑板(220)与下盖板(620)之间，从而沿着下支撑板和下盖板中的每一个的相对边缘延伸，并且具有预定的高度和宽度。
25.此外，在根据本发明的电池模块中，第二支撑框架(420)可以位于下支撑板(220)与下盖板(620)之间，从而沿着下支撑板和下盖板中的每一个的中部延伸，并且具有预定的高度和宽度。
26.此外，在根据本发明的电池模块中，第一汇流条组件(310)可以位于上支撑板(210)与上盖板(610)之间。
27.此外，在根据本发明的电池模块中，第一汇流条组件(310)可以包括：第一汇流条框架(311)，其中形成有第一容纳凹槽(311(a))；以及汇流条(312)，位于第一容纳凹槽(311(a))中，汇流条(312)被配置为具有以预定角度多次弯曲的凹凸结构。
28.此外，在根据本发明的电池模块中，第二汇流条组件(320)可以位于下支撑板(220)与下盖板(620)之间。
29.此外，本发明提供了一种电池组，其包括具有上述特征中的至少一个的电池模块。
30.此外，本发明提供了一种装置，其包括所述电池组。
31.有益效果
32.从以上描述明显看出，根据本发明的具有改进的冷却性能的电池模块和包括该电池模块的电池组具有如下优点：电池单体的相对宽的侧表面与散热器在处于水平方向的状态下彼此紧密接触，由此，由于传热面积的增加，电池单体的冷却性能提高。
33.此外，根据本发明的具有改进的冷却性能的电池模块和包括该电池模块的电池组具有如下优点：被配置为冷却电池单体的散热器与汇流条接触彼此，因此不需要单独的散热器。
34.此外，根据本发明的具有改进的冷却性能的电池模块和包括该电池模块的电池组具有如下优点：电池单体、散热器、支撑板等通过多个支撑框架和紧固构件彼此紧固，从而可以在最大化空间利用率的同时保持电池单体与散热器之间的均匀粘附力。
附图说明
35.图1是示出常规的电池模块的冷却结构的剖视图。
36.图2是根据本发明的优选实施例的电池组的透视图。
37.图3是图2所示的电池组的分解透视图。
38.图4是沿着图2的线a-a’截取的截面图。
39.图5是根据本发明的优选实施例的电池模块的分解透视图。
40.图6是示出根据本发明的优选实施例的电池模块中的散热器与支撑板之间的接合结构的透视图。
41.图7是示出根据本发明的优选实施例的电池模块中的电池单体安装结构的透视图。
42.图8是示出根据本发明的优选实施例的电池模块中的支撑框架配置结构的透视图。
43.图9是示出根据本发明的优选实施例的电池模块中的电池单体与汇流条之间的接合结构的透视图。
具体实施方式
44.现在，将参照附图详细描述本发明的优选实施例，使得本发明所属领域的普通技术人员可以容易地实施本发明的优选实施例。然而，在详细描述本发明的优选实施例的工作原理时，当对包含在本文中的已知功能和配置的详细描述可能使本发明的主题模糊时，将省略该详细描述。
45.此外，在所有附图中将使用相同的附图标记来指代执行相似功能或操作的部件。
在整个说明书中，在提及一个部分与另一部分连接的情况下，不仅该一个部分可以直接连接到另一部分，而且该一个部分可以通过又一部分间接连接到另一部分。此外，除非另有说明，否则包含某个元件并不意味着排除其他元件，而是意味着可以进一步包含这些元件。
46.在下文中，将参照附图描述根据本发明的具有改进的冷却性能的电池模块和包括该电池模块的电池组。
47.图2是根据本发明的优选实施例的电池组的透视图，图3是图2所示的电池组的分解透视图，图4是沿着图2的线a-a’截取的截面图。
48.如图2至图4所示，根据本发明的电池组被配置为使得多个电池模块1000水平堆叠。使用多个紧固构件b将电池模块1000固定。
49.这里，例如，每个紧固构件b可以是设置有螺纹的螺栓，并且可以进一步设置插入电池组后紧固到紧固构件的从下盖板620的下表面突出的部分的螺母。
50.尽管未在附图中示出，但在使用紧固构件b固定电池模块的状态下，电池模块1000可以被容纳在单独的壳体(未示出)中。根据情况，在被容纳在壳体(未示出)中之后，可以使用紧固构件b将电池模块1000与壳体(未示出)固定在一起。
51.图5是根据本发明的优选实施例的电池模块的分解透视图。如图5所示，电池模块1000包括散热器100、支撑板200、汇流条组件300、支撑框架400、电池单体500和盖板600。
52.首先，散热器100是设置有限定在其中的流动通道并且具有预定面积的平板。多个突起110形成在散热器100的上表面和下表面上，从而以彼此隔开预定距离的状态从该上表面和下表面突出。下面将详细描述突起110。
53.支撑板200包括位于散热器100的相对表面(更具体地，分别位于支撑板200的上表面和散热器100的下表面)的上支撑板210和下支撑板220。
54.被配置为将电池单体500彼此电连接的汇流条组件300包括第一汇流条组件310和第二汇流条组件320。第一汇流条组件310位于上支撑板210的上表面，并且第二汇流条组件320设置在下支撑板220的下表面。
55.附图中示出了总共六个第一汇流条组件310，其中一个位于上支撑板210的各相对边缘的附近，其中四个在纵向(x轴方向)上彼此隔开预定距离的状态下，位于上支撑板的相对边缘附近的两个第一汇流条组件之间，然而，这仅是示例。只要第一汇流条组件能够与上支撑板210紧密接触，第一汇流条组件的数量或位置可以改变。
56.第二汇流条组件320与第一汇流条组件310对称，因此将省略对其的额外描述。
57.接下来，支撑框架400包括第一支撑框架410和第二支撑框架420。第一支撑框架410位于上支撑板210与上盖板610之间，第二支撑框架420位于下支撑板220与下盖板620之间。下面将更详细地描述第一支撑框架和第二支撑框架。
58.电池单体500包括平行于散热器100布置的多个第一电池单体510和多个第二电池单体520。具体地，第一电池单体510位于上支撑板210与上盖板610之间，第二电池单体520位于下支撑板220与下盖板620之间。
59.第一电池单体510和第二电池单体520可以是具有相同构造的电池单体。例如，每个电池单体可以包括容纳电极组件(未示出)的单体壳体以及一对电极引线。
60.这里，电极组件可以是：果冻卷型组件，其被配置为具有长片型正极和长片型负极在它们之间插设有隔板的状态下卷绕的结构；堆叠型组件，其被配置为具有矩形正极和矩
形负极在它们之间插设有隔板的状态下堆叠的结构；堆叠和折叠型组件，其被配置为具有使用长的隔膜卷绕单元电池的结构；或者层压和堆叠型组件，其被配置为具有电池单体在其间插设有隔板的状态下堆叠然后彼此附接的结构。然而，本发明不限于此。根据本发明的电极组件优选为在形成弯曲模块时具有最低的物理应力的堆叠和折叠型组件或层压和堆叠型组件。
61.电极组件被容纳在单体壳体中。单体壳体通常被配置为具有包括内层、金属层和外层的层压片结构。内层设置为与电极组件直接接触，因此内层必须表现出高绝缘性能和对电解液的高电阻。此外，内层必须表现出高密封性，以便将单体壳体与外部密封，即，内层之间的热粘合密封部分必须表现出优异的热粘合强度。内层可以由选自聚烯烃基树脂(例如聚丙烯、聚乙烯、聚乙烯丙烯酸酯或聚丁烯)、聚氨酯树脂和聚酰亚胺树脂的材料制成，它们表现出优异的耐化学性和高密封性。然而，本发明不限于此，最优选使用表现出优异机械物理性能(例如拉伸强度、刚度、表面硬度和耐冲击强度)和优异的耐化学性的聚丙烯。
62.设置为邻接内层的金属层与被配置为防止水分或各种气体从外部渗透到电池中的阻挡层对应。轻且易于成型的铝薄膜可用作金属层的优选材料。
63.外层设置在金属层的另一个表面上。外层可以由表现出优异的拉伸强度、抗水分渗透性和抗空气透过性的耐热聚合物制成，使得外层表现出高耐热性和耐化学性同时保护电极组件。例如，外层可以由尼龙或聚对苯二甲酸乙二醇酯制成。然而，本发明不限于此。
64.同时，该对电极引线由正极引线和负极引线构成，该对电极引线可以在分别与单体组件的正电极片和负电极片电连接的状态下从单体壳体露出，或者可以在省略片的状态下直接连接到单体组件。
65.接下来，盖板600用于保护电池单体500免受外部影响，并且包括上盖板610和下盖板620。
66.具体地，上盖板610位于第一电池单体510上方以保护第一电池单体510的上表面，下盖板620位于第二电池单体520下方以保护第二电池单体520的下表面。
67.上盖板610和下盖板620中的每一个设置有多个通孔，所述多个通孔形成为彼此隔开预定距离，使得紧固构件b插入其中。
68.图6是示出根据本发明的优选实施例的电池模块中的散热器与支撑板之间的接合结构的透视图。
69.参照图6，根据本发明，上支撑板210位于散热器100的上表面，下支撑板220位于散热器100的下表面。
70.同时，优选地，突起110形成在散热器100的相对表面(即散热器的上表面和下表面)上上，以从其突出预定高度同时具有预定的形状。更优选地，上支撑板210具有第一开口211，该第一开口211被配置为容纳形成在散热器100的上表面上的突起110，下支撑板220具有第二开口221，该第二开口221被配置为容纳形成在散热器100的下表面上的突起110。
71.当上支撑板210和下支撑板220分别与在其相对表面上形成有突起110的散热器100的上表面和下表面紧密接触时，形成在散热器100的上表面上的突起110插入到第一开口211中，并且形成在散热器100的下表面上的突起110插入到第二开口221中，从而可以防止散热器从一侧滚动到另一侧。
72.这里，上支撑板210和下支撑板220中的每一个可以由导热树脂制成。
73.同时，被配置为供应冷却剂的冷却剂入口120设置在散热器100的一侧，并且被配置为将已进行热交换的冷却剂排出的冷却剂出口130设置在冷却剂入口120附近。显然，冷却剂入口120和冷却剂出口130不必布置成彼此相邻，只要可以供应和排放冷却剂即可。此外，散热器100和支撑板200设置有通孔，紧固构件b通过所述通孔插入。
74.图7是示出根据本发明的优选实施例的电池模块中的电池单体安装结构的透视图，图8是示出根据本发明的优选实施例的电池模块中的支撑框架配置结构的透视图。
75.根据本发明的多个第一电池单体510水平地安装在散热器100的通过上支撑板210的第一开口211插入的状态下暴露于外部的突起110上以及上支撑板210上。
76.常规的电池模块被配置为具有电池单体垂直于散热器设置的结构，由此电池单体与散热器之间的接触面积小，因此电池模块的冷却性能受到限制。
77.相比之下，根据本发明的电池模块1000被配置为具有如下结构：第一电池单体510平行于散热器100设置并且第一电池单体510的水平侧表面接触散热器100的突起110，由此实现快速传热，从而提高传热效率。
78.当然，很明显，第一电池单体510的未与散热器100的突起110紧密接触的剩余部分与上支撑板210紧密接触。
79.同时，在每个突起110和对应的一个第一电池单体510之间可以插设有已知的导热树脂层，以将突起和第一电池单体彼此固定。
80.安装有第二电池单体520和下支撑板220的结构与第一电池单体510和上支撑板210彼此接合的结构相同，只是方向不同，因此将省略其详细描述。
81.如前所述，支撑框架400包括第一支撑框架410和第二支撑框架420。
82.第一支撑框架410位于上支撑板210与上盖板610之间，更具体地，位于上支撑板210在电池模块的纵向(x轴方向)上的相对边缘和中部。第一支撑框架410中的每一个是具有预定宽度、高度和长度并且具有大致四边形截面的杆。第一支撑框架410中的每一个设置有多个第一通孔411，所述第一通孔411形成为彼此隔开预定距离，使得紧固构件b可以插入其中。
83.除了第二支撑框架420位于下支撑板220与下盖板620之间之外，第二支撑框架420在结构上与第一支撑框架410相同。即，第二支撑框架420中的每一个设置有多个第二通孔421，所述第二通孔421形成为彼此隔开预定距离，使得紧固构件b可以插入其中。
84.即使多个电池模块1000在堆叠的状态下彼此紧固，支撑板200和盖板600也可以通过第一支撑框架410和第二支撑框架420保持彼此隔开预定距离，由此可以防止电池单体500被过度挤压并且可以在膨胀时抑制局部膨胀。
85.图9是示出根据本发明的优选实施例的电池模块中的电池单体与汇流条之间的接合结构的透视图。
86.当进一步参照图7进行描述时，汇流条组件300包括第一汇流条组件310和第二汇流条组件320，它们在构造上彼此相同，只是布置不同。因此，在下文中，将基于第一汇流条组件310进行描述。
87.第一汇流条组件310包括第一汇流条框架311和汇流条312。第一汇流条框架311被配置为在支撑汇流条312的同时将相邻的汇流条312彼此电连接。第一汇流条框架311设置有：第一容纳凹槽311(a)，被配置为容纳就位状态的汇流条312；以及第二容纳凹槽311(b)，
比第一容纳凹槽311(a)凹陷得更深。
88.被配置为具有以预定角度弯曲多次的凹凸结构的每个汇流条312包括第一水平部312(a)、低于第一水平部312(a)的第二水平部312(b)以及被配置为将第一水平部312(a)和第二水平部312(b)彼此连接的连接部312(c)，并且连接部以预定角度弯曲。
89.当具有上述构造的汇流条312设置在第一汇流条框架311的容纳凹槽中时，第一水平部312(a)插入第一容纳凹槽311(a)中，第二水平部312(b)插入第二容纳凹槽311(b)中，从而将汇流条312牢固地紧固到第一汇流条框架311。
90.同时，每个第一电池单体510的电极引线511设置于第一水平部312(a)上。
91.常规的电池模块没有冷却汇流条组件300的功能，或者进一步需要具有这样的冷却功能。然而，在本发明中，汇流条组件300以面接触的方式设置于分别位于散热器100的上表面和下表面的上支撑板210和下支撑板220上，由此可以仅使用被配置为冷却电池单体的散热器100来冷却汇流条组件300，因此可以使电池模块的体积增加最小化。
92.本发明可以提供一种电池组，包括具有上述特征中的至少一个的电池模块1000，并且该电池组可以安装在诸如电动汽车、混合动力电动汽车或插电式混合动力电动汽车的设备中。
93.本发明所属领域的技术人员将理解，基于以上描述，在本发明的范畴内可以进行各种应用和修改。
94.(附图标记说明)
95.1000：电池模块
96.100：散热器
97.110：突起
98.120：冷却剂入口
99.130：冷却剂出口
100.200：支撑板
101.210：上支撑板
102.211：第一开口
103.220：下支撑板
104.221：第二开口
105.300：汇流条组件
106.310：第一汇流条组件
107.311：第一汇流条框架
108.311(a)：第一容纳凹槽
109.311(b)：第二容纳凹槽
110.312：汇流条
111.312(a)：第一水平部
112.312(b)：第二水平部
113.312(c)：连接部
114.320：第二汇流条组件
115.400：支撑框架
116.410：第一支撑框架
117.411：第一通孔
118.420：第二支撑框架
119.421：第二通孔
120.500：电池单体
121.510：第一电池单体
122.511：电极引线
123.520：第二电池单体
124.600：盖板
125.610：上盖板
126.620：下盖板
127.b：紧固构件