电池组及包括该电池组的装置的制作方法

1.相关申请的交叉引用
2.本技术要求享有于2020年4月29日在韩国知识产权局提交的韩国专利申请第10
‑
2020
‑
0052250号的权益，通过引用将该申请的公开内容作为整体并入本文。
3.本公开内容涉及电池组和包括该电池组的装置，更特别地涉及具有提高的安全性的电池组和包括该电池组的装置。


背景技术：

4.在现代社会中，由于诸如移动电话、笔记本电脑、便携式摄像机和数码相机之类的便携式装置已在日常中使用，因此促进了如上所述的与移动装置相关的领域中的技术发展。此外，可再充电的二次电池被用作电动车辆(ev)、混合动力车辆(hev)、插电式混合动力车辆(p
‑
hev)及类似装置的电源，以试图解决由现有的使用化石燃料的汽油车导致的空气污染及类似问题。因此，对二次电池的发展存在持续的需求。
5.当前市售的二次电池包括镍镉电池、镍氢电池、镍锌电池和锂二次电池。在这些二次电池中，相比于镍基二次电池，因为锂二次电池具有例如几乎不表现出记忆效应并因而可自由充放电、以及具有非常低的自放电速率和高能量密度的优点，所以锂二次电池受到公众的关注。
6.这种锂二次电池主要使用基于锂的氧化物和含碳材料分别作为正极活性材料和负极活性材料。锂二次电池包括电极组件和外部材料，在电极组件中设置有分别涂覆正极活性材料和负极活性材料的正极板和负极板，且隔膜置于正极板和负极板之间，外部材料(即电池壳体)密封且容纳电极组件以及电解质。
7.通常，可基于外部材料的形状将锂二次电池分类为罐型二次电池和袋型二次电池，在罐型二次电池中电极组件被装入金属罐中，在袋型二次电池中电极组件被装入铝层叠片的袋中。
8.在用于小型装置的二次电池的情况中，布置两个至三个电池单元，但在用于中型至大型装置(诸如汽车)的二次电池的情况中，使用电连接大量电池单元的电池模块。在这种电池模块中，多个电池单元彼此串联或并联连接以形成电池堆叠，由此提高容量和输出。此外，可将一个或多个电池模块与各种控制和保护系统装设在一起以形成电池组，所述控制和保护系统为诸如电池断开单元(bdu)、电池管理系统(bms)和冷却系统。
9.当二次电池的温度高于正常温度时，二次电池可能会经历性能劣化，在最坏的情况中，可能爆炸或着火。特别地，在设有多个二次电池(即电池单元)的电池模块或电池组中，由于从位于狭小空间中的多个电池单元发出的热的累积，温度可能更快速且急剧地升高。换句话说，在堆叠多个电池单元的电池模块和配备这种电池模块的电池组的情况中，可获得高输出，但难以消除在充放电期间从电池单元产生的热。如果未适当进行电池单元的散热，则将加速电池单元的劣化并且缩短寿命，而且爆炸或着火的可能性增大。
10.此外，用于车辆的电池组中包括的电池模块诸如在夏季或沙漠地区中经常暴露于
阳光直射，从而处于高温状态。因此，当配置电池模块或电池组时，稳定且有效地确保冷却性能是非常重要的。
11.图1是常规电池组的透视图。
12.参照图1，常规电池组10可包括：多个电池模块1，每个电池模块包括多个电池单元；冷却剂管2，用于将冷却剂供应至电池模块1；hv(高压)线3，用于连接电池模块1和bdu(电池断开单元)；以及lv(低压)线4，用于连接电池模块1和bms(电池管理系统)。电池模块1内的电池单元产生电能并且产生热量，冷却剂管2将冷却剂供应到电池模块1的周围，以便执行冷却。
13.此时，在常规电池组10中，电池模块1可由两层构成，给位于上部的电池模块1供应冷却剂的冷却剂管2可能发生冷却剂的泄漏。当泄漏的冷却剂接触位于冷却剂管2的下方的hv线3或lv线4时，可能发生短路。
14.另外，在常规电池组10中，由于lv线4位于靠近电池组外壳(未示出)的边缘处，因此当发生外部冲击或震动时，发生短路的可能性较高。
15.在因冷却剂泄漏或外部冲击等导致短路的情况中，由于可能导致爆炸或着火，因此可以理解开发具有提高的安全性同时具有冷却性能的电池组是重要的。


技术实现要素：

16.技术问题
17.本公开内容的目的是提供一种具有提高的安全性的电池组以及包括该电池组的装置。
18.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，而是可在本公开内容包括的技术思想的范围内不同地扩展。
19.技术方案
20.根据本公开内容的一种电池组包括：多个电池模块，每个电池模块包括堆叠了多个电池单元的电池单元堆叠、连接至电池单元的终端汇流条和用于测量电池单元的温度和电压的感测组件；电池组框架，用于储存电池模块；hv线，连接至电池模块的终端汇流条；lv线，连接至电池模块的感测组件；和电池组冷却剂管，用于将冷却剂供应至电池模块，其中hv线和lv线位于电池组冷却剂管的上方。
21.电池组可进一步包括用于储存电池组冷却剂管的电池组冷却剂管外壳。
22.电池组可进一步包括用于覆盖电池组冷却剂管外壳的开放上侧的外壳盖，并且hv线和lv线可位于外壳盖上方。
23.多个电池模块可包括第一电池模块和第二电池模块，第一电池模块和第二电池模块在电池单元堆叠的方向上彼此面对。
24.电池组可进一步包括bdu(电池断开单元)模块，bdu模块连接至至少一条hv线以控制多个电池模块的电连接。
25.连接至bdu模块的hv线可位于第一电池模块与第二电池模块之间。
26.电池组可进一步包括bms(电池管理系统)模块，bms模块连接至至少一条lv线以监测及控制多个电池模块的操作。
27.连接至bms模块的lv线可位于第一电池模块与第二电池模块之间。
28.电池组可进一步包括用于连接感测组件和lv线的模块连接器。
29.电池模块可进一步包括位于模块框架的两个开放侧上的互相对应的端部板，在端部板中可形成开口，使得终端汇流条和模块连接器被暴露，并且第一电池模块和第二电池模块可分别由两个模块组成，两个第一电池模块被设置成使得端部板彼此面对，并且两个第二电池模块被设置成使得端部板彼此面对。
30.有益效果
31.根据本公开内容的实施方式，通过简化hv线和lv线的布置并且将它们布置在稳定位置中，可提高电池组的安全性。
32.本公开内容的效果不限于上述效果，本领域技术人员将从随附权利要求书的描述将清楚地了解上面没有描述的额外的其他效果。
附图说明
33.图1是常规电池组的透视图。
34.图2是根据本公开内容一个实施方式的电池组的透视图。
35.图3是图2的电池组中包括的电池模块的透视图。
36.图4是图3的电池模块的分解透视图。
37.图5是示出图4的放大部分“a”的局部透视图。
38.图6是从xy平面观看时图2的电池组的平面图。
39.图7是沿着图6的切割线b截取的截面图。
具体实施方式
40.下面，将参照附图详细描述本公开内容的各种实施方式，使得本领域技术人员能容易地实施这些实施方式。本公开内容可以多种不同方式修改，而不限于本文描述的实施方式。
41.将省略与描述无关的部分，以清楚地描述本公开内容，并且在整个说明书中相同的附图标记表示相同元件。
42.此外，在附图中，为了便于描述，每个元件的尺寸和厚度被任意地绘示，而本公开内容不必限制于附图中绘示的内容。在附图中，为清楚起见，层厚度、区域等被放大。在附图中，为了便于描述，一些层的厚度和区域被放大示出。
43.此外，将了解的是，当诸如层、膜、区域或板之类的元件被提到位于另一元件“上”或“上方”时，该元件可直接位于该另一元件上，或者也可存在中间元件。相比之下，当一元件被提到“直接”位于另一元件“上”时，其意指不存在其他中间元件。
44.另外，在整个说明书中，当一部分被提到“包括”某一部件时，其意指该部分可进一步包括其他部件，而不是排除其他部件，除非另有说明。
45.另外，在整个说明书中，当提及“平面”时，其意指从上侧观看目标部分，而当提及“截面”时，其意指从竖直切割的截面侧观看目标部分。
46.图2是根据本公开内容一个实施方式的电池组的透视图。图3是图2的电池组中包括的电池模块的透视图。图4是图3的电池模块的分解透视图。
47.参照图2至图4，电池组1000包括多个电池模块100、用于储存电池模块100的电池
组框架1100、连接至终端汇流条的hv线800、连接至电池模块100的感测组件的lv线900、和用于将冷却剂供应至电池模块100的电池组冷却剂管600。电池模块100包括堆叠了多个电池单元110的电池单元堆叠120、连接至电池单元110的终端汇流条、和用于测量电池单元110的温度和电压的感测组件。
48.首先，电池单元110可以是袋型电池单元。这种袋型电池单元可通过将电极组件储存在包括树脂层和金属层的层叠片的袋壳体中，并接着热密封袋壳体的外周边来形成。此时，电池单元110可形成为矩形片状结构。
49.电池单元110可由多个单元组成，并且多个电池单元110被堆叠，使得它们可彼此电连接以形成电池单元堆叠120。特别地，如图4所示，多个电池单元110可沿着x轴方向堆叠。
50.用于储存电池单元堆叠120的模块框架200可包括上盖220和u形框架210。
51.u形框架210可包括底部部分210a和从底部部分210a的两端部向上延伸的两个侧部部分210b。底部部分210a可覆盖电池单元堆叠120的下表面(z轴的相反方向)，并且侧部部分210b可覆盖电池单元堆叠120的两个侧表面(x轴方向及其相反方向)。
52.上盖220可形成为单个板状结构，其包围除了由u形框架210包围的下表面和两个侧表面以外的剩余的上表面(z轴方向)。上盖220和u形框架210可在相应的角部部分彼此接触的状态下通过焊接或类似手段接合，由此形成竖直地及水平地覆盖电池单元堆叠120的结构。电池单元堆叠120可由上盖220和u形框架210物理保护。为此目的，上盖220和u形框架210可包括具有预定强度的金属材料。
53.同时，尽管未具体地示出，但根据变形实施方式的模块框架200可以是金属板形式的单体框架，其中上表面、下表面和两个侧部是一体的。也就是说，其不是u形框架210和上盖220彼此结合的结构，而是上表面、下表面和两个侧部通过挤压成型而制造成一体的结构。
54.端部板400可形成为位于模块框架200的两个开放侧上(y轴方向及其相反方向)，端部板400彼此对应以覆盖电池单元堆叠120。端部板400可物理地保护电池单元堆叠120和其他电气设备免受外部冲击的影响。
55.电池模块100可包括散热器300，散热器300位于模块框架200的底部部分210a之下，可经由冷却端口500将冷却剂供应至散热器300并且冷却剂可从散热器300排出。特定地，冷却端口500可包括彼此分开定位的冷却剂注入端口500a和冷却剂排放端口500b。电池组冷却剂管600可包括电池组冷却剂供应管和电池组冷却剂排放管，并且冷却剂注入端口500a和冷却剂排放端口500b可分别连接至电池组冷却剂供应管和电池组冷却剂排放管。
56.根据本实施方式的模块框架200可包括模块框架突出部211，模块框架突出部211被形成为使得模块框架200的底部部分210a延伸通过端部板400。此时，通过连接至模块框架突出部211的上表面的冷却端口500而流入及排放的冷却剂可经由模块框架突出部211被供应到散热器300并从散热器300排出。
57.特定地，根据本实施方式的冷却端口500包括用于将冷却剂供应至散热器300的冷却剂注入端口500a和用于从散热器300排放冷却剂的冷却剂排放端口500b，并且冷却剂注入端口500a和冷却剂排放端口500b可分别连接至电池组冷却剂管600。模块框架突出部211可包括第一模块框架突出部和第二模块框架突出部，它们在模块框架200的一侧上彼此分
开定位。冷却剂注入端口500a可设置在第一模块框架突出部上，冷却剂排放端口500b可设置在第二模块框架突出部上。
58.在上述配置下，电池组冷却剂管600可将冷却剂供应至电池模块100或从电池模块100排放冷却剂。
59.在下文中，将参照图5等详细描述终端汇流条710和感测组件730。
60.图5是示出图4的放大部分“a”的局部透视图。
61.参照图2、图4和图5，根据本实施方式的电池模块100可包括连接至电池单元110的终端汇流条和用于测量电池单元的温度和电压的感测组件。
62.特定地，电池模块100可包括汇流条框架700，汇流条框架700在从电池单元110突出的电极引线111的突出方向上定位。终端汇流条710、汇流条720、感测组件730和模块连接器740可装设在汇流条框架700上。
63.汇流条720承担电连接电池单元堆叠120中包括的电池单元110的功能。电池单元110的电极引线111在穿过形成于汇流条框架700中的狭缝后可弯曲，并与汇流条720连接。因而，电池单元110可串联或并联连接。
64.终端汇流条710与电池单元110的电极引线111连接，终端汇流条710的一端暴露到电池模块100的外部，因此可承担将经由汇流条720电连接的电池单元110连接到外部的功能。终端汇流条710可连接至后文描述的hv线800以电连接至另一电池模块100或连接至电池断开单元(bdu)模块。
65.电极引线111和汇流条720的连接方法或电极引线111和终端汇流条710的连接方法不受特别的限制，并且可应用诸如焊接的方法。
66.感测组件730可包括传感器以测量电池单元110的温度或电压。图5示出包括传感器的感测组件730与汇流条720接触以测量电池单元110的电压。感测组件730可连接至模块连接器740。感测组件730可经由模块连接器740连接至后文描述的lv线900，以连接至电池管理系统(bms)模块。
67.在下文中，将参照图6和图7等详细描述hv线800和lv线900。
68.图6是从xy平面观看的图2的电池组的平面图，图7是沿图6的切割线b截取的截面图。
69.参照图2、图5、图6和图7，电池组1000包括连接至电池模块100的终端汇流条710的hv线800和连接至电池模块100的感测组件730的lv线900。另外，电池组1000可进一步包括bdu(电池断开单元)模块1200和bms(电池管理系统)模块1300，bdu模块1200连接至至少一条hv线800以控制多个电池模块100的电连接，bms模块1300连接至至少一条lv线900以监测及控制多个电池模块100的操作。
70.各电池模块100可经由hv线800彼此电连接，并最终经由hv线800连接至bdu模块1200。bdu模块1200是设置在电池模块100与逆变器之间的模块，且包括继电器、电阻器及类似物。bdu模块1200起到向车辆的电力系统稳定地供应电池电力或中断电池电力的作用，因而当出现故障电流时保护车辆的电力系统。
71.各电池模块100经由lv线900连接至bms模块1300，使得所测量的电池模块100内的电池单元110的温度或电压数据可被传输到bms模块1300。bms模块1300起到基于测量的温度或电压数据管理每个电池模块100的温度或电压的作用。同时，在图6中，为便于描述，在
第一电池模块100a与第二电池模块100b之间示出一条lv线900，但其可根据图7所示的设计由两条lv线900组成。也就是说，根据本实施方式的lv线900的数量不受特别的限制，其数量可根据电池组的设计而变化。
72.此时，如图7所示，根据本实施方式的hv线800和lv线900位于电池组冷却剂管600上方，并且更特定地，它们可位于后文描述的外壳盖620上方。电池组1000可应用于诸如电动车辆和混合动力车辆的运输工具，但在操作期间可能发生因组件故障或事故而导致诸如冷却水的冷却剂泄漏的情况。根据此实施方式，即使在电池组冷却剂管600中发生冷却剂泄漏，也可防止泄漏的冷却剂与hv线800和lv线900接触而造成短路。也就是说，hv线800和lv线900可位于电池组冷却剂管600上方，由此提高电池组1000的绝缘性能。其可区别于如图1所示的常规电池，在常规电池中，存在从冷却剂管2泄漏的冷却剂接触位于下部的hv线3或lv线4而造成短路的风险。
73.另外，根据本实施方式的电池组1000可进一步包括用于储存电池组冷却剂管600的电池组冷却剂管外壳610和用于覆盖电池组冷却剂管外壳610的开放上侧的外壳盖620。电池组冷却剂管外壳610和外壳盖620可沿着电池组冷却剂管600连接。从电池组冷却剂管600泄漏的冷却剂可渗透到构成电池组1000的多个部件的内部而造成起火或爆炸。根据本实施方式的电池组冷却剂管外壳610和外壳盖620沿着电池组冷却剂管600连接，从而可防止泄漏的冷却剂渗透到其他部件的内部。
74.同时，如上所述，在图1所示的常规电池组10中，hv线3或lv线4配置复杂，并且lv线4位于靠近电池组外壳(未示出)的边缘处。因此，当发生外部冲击或震动时，有较高可能性发生短路。
75.返回参照图2、图4和图6，根据本实施方式的电池模块100包括在电池单元110堆叠的方向上(平行于x轴的方向上)彼此面对的第一电池模块100a和第二电池模块100b。第一电池模块100a和第二电池模块100b分别由两个模块组成，使得总共四个电池模块100可布置成栅格图案。另外，两个第一电池模块100a可设置成使得端部板400面对彼此，并且两个第二电池模块100b也可设置成使得端部板400彼此面对。在端部板400中形成开口，以暴露连接至hv线800的终端汇流条710和连接至lv线900的模块连接器740。也就是说，在根据本实施方式的电池组1000中，两个第一电池模块100a被布置成使得端部板400彼此面对，两个第二电池模块100b被布置成使得端部板400彼此面对，由此能够简化并高效地布置连接至四个电池模块100的hv线800和lv线900。
76.另外，连接至bdu模块1200的hv线800可设置在第一电池模块100a与第二电池模块100b之间，并且连接至bms模块1300的lv线900可设置在第一电池模块100a与第二电池模块100b之间。也就是说，hv线800和lv线900位于多个电池模块100的中心，使得外部震动或类似情况不对它们产生较大影响。因此，可减少hv线800和lv线900发生短路的可能性，从而提高电池组1000的绝缘性能和安全性。
77.同时，再次参照图4，模块框架200的底部部分210a构成散热器300的上板，散热器300的凹陷部分340和模块框架200的底部部分210a可形成冷却剂流动路径。
78.特定地，散热器300形成在模块框架200下方，散热器300可包括下板310和凹陷部分340，下板310形成散热器300的构架并且通过焊接或类似方法直接接合至模块框架200的底部部分210a，凹陷部分340是冷却剂流动通过的路径。另外，散热器300可包括散热器突出
部300p，散热器突出部300p从散热器300的一侧突出至模块框架突出部211所在的部分。
79.散热器突出部300p和模块框架突出部211可通过焊接或类似方法彼此直接接合。
80.散热器300的凹陷部分340对应于其中下板310凹陷且形成于下侧的部分。凹陷部分340可具有以下结构：在冷却剂流动路径延伸的方向上垂直切割的xz平面或yz平面的截面是u形管，并且底部部分210a可位于u形管的开放上侧。当散热器300接触底部部分210a时，凹陷部分340与底部部分210a之间的空间变成冷却剂流动通过的区域，即冷却剂流动路径。因此，模块框架200的底部部分210a可与冷却剂直接接触。
81.制造散热器300的凹陷部分340的方法不受特别的限制，但通过提供相对于板状散热器300凹陷形成的结构，可形成具有开放上侧的u形凹陷部分340。
82.凹陷部分340可从一个散热器突出部300p连接至另一个散热器突出部300p。通过冷却剂注入端口500a供应的冷却剂首先在第一模块框架突出部与散热器突出部300p之间流过，并流入凹陷部分340与底部部分210a之间的空间。之后，冷却剂沿着凹陷部分340移动，在第二模块框架突出部与散热器突出部300p之间流过，并经由冷却剂排放端口500b排出。
83.同时，尽管未示出，但包含导热树脂的导热树脂层可位于图4中的模块框架200的底部部分210a与电池单元堆叠120之间。可通过向底部部分210a施加导热树脂，并固化所施加的导热树脂来形成导热树脂层。
84.导热树脂可包括导热粘合剂材料，并且特定地，可包括硅酮材料、聚氨酯材料和丙烯酸材料中的至少一种。导热树脂在施加期间是液体，但在施加之后被固化，因此可起到固定构成电池单元堆叠120的一个或多个电池单元110的作用。另外，由于导热树脂具有优异的导热性质，因此从电池单元110产生的热可快速传递到电池模块的下侧。
85.根据本实施方式的电池模块100实现了模块框架200和散热器300整合的冷却结构，以进一步提高冷却性能。由于模块框架200的底部部分210a起到对应于散热器300的上板的作用，因此可实现整合的冷却结构。冷却效率因直接冷却而提高，并且通过散热器300与模块框架200的底部部分210a整合的结构，可进一步提高电池模块100和其中装设电池模块100的电池组1000的空间利用率。
86.特定地，从电池单元110产生的热可通过位于电池单元堆叠120与底部部分210a之间的导热树脂层(未示出)、模块框架200的底部部分210a和冷却剂而传递到电池模块100的外部。通过移除常规的不必要的冷却结构，可简化热传递路径，并且可减少相应层之间的气隙，使得能够提高冷却效率或性能。特别地，由于底部部分210a构成散热器300的上板并且底部部分210a与冷却剂直接接触，因此具有可通过冷却剂执行更直接的冷却的优点。
87.另外，电池模块100的高度通过移除不必要的冷却结构而减小，使得能够降低成本并且提高空间利用率。此外，由于可以紧凑的方式设置电池模块100，因此包括多个电池模块100的电池组1000的容量或输出可增大。
88.同时，模块框架200的底部部分210a可焊接接合到散热器300的下板310的未形成凹陷部分340的部分。由于本实施方式具有模块框架200的底部部分210a和散热器300整合的冷却结构，因此不仅具有以上描述的提高冷却性能的效果，而且具有支撑容纳在模块框架200中的电池单元堆叠120的荷载并加强电池模块100的刚性的效果。此外，下板310和模块框架200的底部部分210a通过焊接等密封，使得冷却剂能在形成于下板310内的凹陷部分
340中流动而不会泄漏。
89.为了有效的冷却，如图6所示，优选使凹陷部分340形成在对应于模块框架200的底部部分210a的整个区域上。为此，凹陷部分340可弯曲至少一次以从一侧连接到另一侧。特别地，弯曲部分340优选弯曲数次，使得凹陷部分340形成在对应于模块框架200的底部部分210a的整个区域上。当冷却剂从模块框架200的底部部分210a的整个区域上形成的冷却剂流动路径的起点移动到终点时，可实现电池单元堆叠120的整个区域的有效冷却。
90.可在根据本实施方式的散热器300的凹陷部分340中形成突出图案340d。
91.在堆叠的电池单元的数量相比于常规情况显著增大的大面积电池模块的情况中，诸如根据本实施方式的电池单元堆叠120的情况中，冷却剂流动路径的宽度可形成为较宽，温度偏差可能更加严重。相比于过去在一个电池模块中堆叠约12至24个电池单元的情况，在大面积电池模块中，可能包括在一个电池模块中堆叠约32至48个电池单元的情况。在该情况中，由于根据本实施方式的突出图案340d具有实质减小冷却通道的宽度的效果，因此可最小化压力降低，并且同时，可减小冷却剂流动路径的宽度之间的温度偏差。因此，可实现均匀的冷却效果。
92.同时，冷却剂是用于冷却的介质，而不受特别的限制，但可以是冷却水。
93.在本实施方式中已使用表示方向的术语，诸如前侧、后侧、左侧、右侧、上侧和下侧，但所使用的术语仅被提供以便于描述，并且可根据物体或观察者的位置而变得不同。
94.电池模块或电池组可应用于各种装置。例如，其可应用于诸如电动自行车、电动车辆和混合动力车辆的运输工具，且可应用于能够使用二次电池的各种装置，而不限于此。
95.已参照本公开内容的示例性实施方式详细描述了本公开内容，但本公开内容的范围不限于此，本领域技术人员利用随附权利要求书中限定的本公开内容的基本构思做出的各种修改和改进亦属于本公开内容的范围。
96.[参考符号列表]
[0097]
100：电池模块
[0098]
600：电池组冷却剂管
[0099]
710：终端汇流条
[0100]
730：感测组件
[0101]
800：hv线
[0102]
900：lv线
[0103]
1200：bdu模块
[0104]
1300：bms模块