电池模块和包括该电池模块的电池组的制作方法

1.相关申请的交叉引用
2.本技术要求于2019年10月10日在韩国知识产权局提交的韩国专利申请第10
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2019
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0125307号的权益，通过引用将上述专利申请的整个公开内容结合在此。
3.本公开内容涉及一种电池模块和包括该电池模块的电池组，更具体地，涉及一种改进了多个电池单元的固定方法的电池模块和包括该电池模块的电池组。


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.目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。其中，因为锂二次电池具有例如与镍基二次电池相比几乎不会表现出记忆效应并因而自由充放电并且自放电速率非常低、能量密度高的优点，所以锂二次电池已受到关注。
6.这种锂二次电池主要使用锂基氧化物和碳质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：其中分别涂布有正极活性材料和负极活性材料的正极板和负极板在它们之间插置有隔膜的情况下进行设置的电极组件；和将电极组件与电解质一起密封并容纳的外壳材料，即，电池壳体。
7.通常，锂二次电池可基于外壳材料的形状而分为其中电极组件内置在金属罐中的罐型二次电池和其中电极组件内置在铝层压片的袋中的袋型二次电池。
8.小型移动装置针对每个装置使用一个至三个电池单元，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。
9.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轻的重量的棱柱形电池或袋形电池作为中型或大型电池模块的电池单元。
10.另外，为了保护电池单元堆叠体免受外部冲击、热量或振动，电池模块可包括将电池单元堆叠体容纳在内部空间中的模块框架构件。
11.图1是图解根据相关技术的电池模块10的透视图。然而，为了解释电池单元的固定方法，省略了对模块框架的图示。
12.参照图1，根据相关技术的电池模块10包括堆叠有多个电池单元11的电池单元堆叠体20。
13.当沿着y轴方向堆叠电池单元11时，在电池单元11之间设置诸如双面胶带之类的粘合剂30，从而将构成电池单元堆叠体20的电池单元11固定。此外，尽管未详细示出，但可
在位于最外侧的电池单元11处进一步设置压缩衬垫，并且也可在压缩衬垫与电池单元11之间设置粘合剂。
14.然而，随着构成电池单元堆叠体20的电池单元11的数量增加，必须设置在电池单元11之间的粘合剂30的数量增加，因此重复工序的数量增加。就是说，为了实现具有高输出和大容量的电池模块，需要多个电池单元11，但是存在通过常规粘合剂30的固定方法需要不必要的重复工序的问题。
15.此外，当在堆叠电池单元11的工序中出现偏差或不满足公差条件时，堆叠需要重工，但是使用粘合剂30的常规固定方法具有极难执行重工的问题。
16.因此，为了简化工序过程并且使得堆叠更容易重工，需要改进构成电池单元堆叠体的电池单元的固定方法。


技术实现要素：

17.技术问题
18.本公开内容的实施方式致力于解决上述问题，其目的是改进构成电池单元堆叠体的电池单元的固定方法。
19.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。
20.技术方案
21.根据本公开内容的实施方式的电池模块包括：堆叠有多个电池单元的电池单元堆叠体；和围绕所述电池单元堆叠体的顶表面、下表面和两个侧表面的包裹膜(wrap film)，其中所述包裹膜在所述电池单元堆叠体的所述顶表面、所述下表面和所述两个侧表面连续地连接。
22.各个电池单元之间的粘合剂或胶带被去除并且相邻的电池单元可彼此直接接触。
23.所述包裹膜可围绕所述电池单元堆叠体的所述顶表面、所述下表面和所述两个侧表面的全部。
24.所述包裹膜可包括聚碳酸酯(polycarbonate，pc)和聚对苯二甲酸乙二醇酯(polyethylene terephthalate，pet)中的至少一种。
25.所述电池单元可堆叠成与所述电池单元堆叠体的所述两个侧表面平行设置。
26.所述电池单元可包括电极引线，并且所述电极引线可位于所述电池单元堆叠体的前表面和后表面。
27.所述包裹膜可围绕所述电池单元堆叠体一次到两次。
28.所述电池模块可进一步包括：配置为容纳所述电池单元堆叠体的模块框架；和配置为覆盖所述模块框架的前表面和后表面的端板。
29.所述模块框架可以是单体框架，其中所述单体框架的前表面和后表面是敞开的，并且所述单体框架的顶表面、下表面和两个侧表面是一体的。
30.所述模块框架可包括：u形框架，其中所述u形框架的前表面、后表面和顶表面是敞开的；和顶盖，所述顶盖配置为覆盖所述u形框架的敞开的所述顶表面。
31.在所述包裹膜中可形成有多个通孔。
32.所述多个通孔可形成在位于所述电池单元堆叠体的下端的所述包裹膜中。
33.所述电池模块可进一步包括位于所述电池单元堆叠体下方的导热树脂层。
34.所述导热树脂层可包括硅树脂(silicone)材料、聚氨酯(urethane)材料和丙烯酸(acrylic)材料中的至少一种。
35.有益效果
36.根据本公开内容的实施方式，即使构成电池单元堆叠体的电池单元的数量增加，也可通过围绕电池单元堆叠体的包裹膜结构容易固定电池单元。
37.此外，即使在堆叠工序期间出现偏差或不满足公差条件，也可容易地执行对堆叠的重工。
38.此外，由于可通过包裹膜使电池单元堆叠体与模块框架之间电绝缘，所以不需要为了绝缘而插入其他构件。
39.此外，通过抑制由于电池单元的膨胀现象而导致的电池单元堆叠体的扩张，可使电池模块的外观的变化最小，从而提高电池模块和包括该电池模块的电池组的结构安全性。
附图说明
40.图1是图解根据相关技术的电池模块的透视图，其中省略了对模块框架的图示。
41.图2是图解根据本公开内容的实施方式的电池模块的透视图，其中省略了对模块框架的图示。
42.图3是图解包括单体框架的电池模块的分解透视图。
43.图4是图解包括u形框架的电池模块的分解透视图。
44.图5是图解从下侧观看电池单元堆叠体的示图，以描述其中形成有通孔的包裹膜。
具体实施方式
45.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。
46.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。
47.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。
48.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，并不一定是指设置在基准部分的朝向重力的相反方向的上端。
49.此外，在整个申请中，当一部分被称为“包括”或“包含”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。
50.此外，在整个申请中，当被称为“平面”时，是指当从顶部观看目标部分时，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。
51.图2是图解根据本公开内容的实施方式的电池模块100的透视图，其中省略了对模块框架的图示。
52.参照图2，根据本公开内容的实施方式的电池模块100包括：堆叠有多个电池单元110的电池单元堆叠体200；和围绕电池单元堆叠体200的顶表面(z轴方向)、下表面(z轴方向的相反方向)和两个侧表面(y轴方向及其相反方向)的包裹膜(wrap film)300。
53.此外，包裹膜300在电池单元堆叠体200的顶表面(z轴方向)、下表面(z轴方向的相反方向)和两个侧表面(y轴方向及其相反方向)连续地连接。
54.在图1的常规电池模块10中，粘合剂30位于多个电池单元11之间，以固定电池单元11。因此，随着电池单元11的数量增加，必须设置在电池单元11之间的粘合剂30的数量增加。每次堆叠各个电池单元11时，需要重复进行施加粘合剂30和附接电池单元11的工序。就是说，存在重复工序导致过多的时间和成本的问题。
55.因而，根据本实施方式的电池模块100包括围绕电池单元堆叠体200的外周表面，即，顶表面、下表面和两个侧表面的包裹膜300，从而能够固定电池单元110。因此，在各个电池单元110之间粘合剂或胶带是不必要的并因而被去除，并且相邻的电池单元110可彼此直接接触。
56.即使电池单元110的数量增加，也可通过包裹膜300围绕电池单元堆叠体200的外周表面而不需要在各个电池单元110之间插置粘合剂，使得不需要常规的重复工序，从而节省时间和成本。
57.此外，即使在堆叠电池单元110的工序期间出现偏差或不满足公差条件，也可去除围绕的包裹膜300，然后再次堆叠电池单元110并通过新的包裹膜300围绕，这使得更容易重工。对于其中各个电池单元11已经结合的电池单元堆叠体20来说，重工工序极其困难，从这一点来说本实施方式具有很大优点。
58.另外，优选地，本实施方式的包裹膜300围绕电池单元堆叠体200的顶表面(z轴方向)、下表面(z轴方向的相反方向)和两个侧表面(y轴方向及其相反方向)的全部，如图2中所示。
59.因此，构成电池单元堆叠体200的电池单元110可被有效地固定，并且可进一步实现电池单元堆叠体200与模块框架(未示出)之间的电绝缘。
60.容纳电池单元堆叠体200的模块框架通常为了刚性而包括金属材料，从而需要与电池单元堆叠体200电绝缘。
61.因此，围绕电池单元堆叠体200的顶表面(z轴方向)、下表面(z轴方向的相反方向)和两个侧表面(y轴方向和其相反方向)的全部的包裹膜300除了固定电池单元110以外，还可用作电池单元堆叠体200的电绝缘件。因此，不需要设置单独的额外构件来确保绝缘性能。
62.在此，包裹膜300可包括聚碳酸酯(polycarbonate，pc)和聚对苯二甲酸乙二醇酯(polyethylene terephthalate，pet)中的至少一种，以固定电池单元110并与电池单元堆叠体200电绝缘。就是说，包裹膜300具有包括聚碳酸酯(pc)和聚对苯二甲酸乙二醇酯(pet)中的至少一种的薄片结构，从而实现电池单元110的固定和电池单元堆叠体200的电绝缘。
63.另外，本实施方式的电池单元110与电池单元堆叠体200的两个侧表面平行设置并
堆叠。就是说，它们沿着图2中的y轴方向堆叠。
64.在此，电池单元110可由袋型二次电池构成，袋型二次电池在重复充电和放电时电极变得更厚，或者内部电解质由于副反应而分解从而产生气体。在此，袋型二次电池由于电极的扩张和/或所产生的气体而膨胀的现象被称为膨胀现象。当电池单元110的膨胀现象加剧时，会改变电池模块100的外观并且不利地影响电池模块100或包括电池模块100的电池组的结构稳定性。
65.在包裹膜300连续地连接的情况下包裹膜300紧密地围绕电池单元堆叠体200的顶表面、下表面和两个侧表面，包裹膜300除了固定电池单元110以外，还可有效地抑制由电池单元110的膨胀现象导致的电池单元堆叠体200的扩张。
66.特别是，已知的是当从组装开始强力按压堆叠的电池单元110时，因膨胀而导致的厚度扩张相对较小，所以包裹膜300可更有效地抑制扩张。
67.另外，本实施方式的包裹膜300可围绕电池单元堆叠体200一次到两次。当围绕少于一次时，电池单元110无法被平稳地固定，而当围绕多于两次时，电池单元堆叠体200的高度或宽度会由于超过所需的包裹膜300而变得更厚，这导致电池容量减小的问题。
68.再次参照图2，电池单元110可包括连接至电极组件(未示出)的电极引线120，电极引线120可位于电池单元堆叠体200的前表面(x轴方向)和后表面(x轴方向的相反方向)。
69.在本公开内容的实施方式中，电池单元堆叠体内置在模块框架中，模块框架可以是单体框架或u形框架。图3和图4是分别用于说明单体框架和u形框架的示图。下文中，将参照图3和图4进行描述。
70.图3是图解包括单体框架400的电池模块100a的分解透视图。参照图3，本公开内容的电池模块100a可包括容纳电池单元堆叠体200的单体框架400。
71.单体框架可具有金属板结构，其中单体框架的前表面(x轴方向)和后表面(x轴方向的相反方向)是敞开的，并且单体框架的顶表面(z轴方向)、下表面(z轴方向的相反方向)和两个侧表面(y轴方向和其相反方向)是一体的。端板600可结合至单体框架400的敞开的前表面和后表面。
72.电池单元堆叠体200可插入到单体框架400的敞开的前表面或后表面中，并且围绕电池单元堆叠体200的包裹膜300可在插入工序中用作引导构件。就是说，电池单元堆叠体200的顶表面、下表面和两个侧表面可被包裹膜300围绕，以防止在插入工序期间被卡住，因而电池单元堆叠体200可容易地插入到单体框架400的敞开的前表面或后表面中。
73.此外，可在电池单元堆叠体200的两个侧表面上设置压缩衬垫(未示出)，包裹膜300可防止压缩衬垫在电池单元堆叠体200的插入工序期间被卷起。
74.图4是图解包括u形框架500的电池模块100b的分解透视图。参照图4，u形框架500可具有这样一种结构，即，前表面(x轴方向)、后表面(x轴方向的相反方向)和顶表面(z轴方向)是敞开的，并且设置有底部501和从底部501的两端向上延伸的彼此面对的两个侧表面部502。
75.顶盖510可结合至u形框架500的敞开的顶表面，并且端板600可分别结合至u形框架500的敞开的前表面和后表面。
76.电极引线120可位于电池单元堆叠体200的前表面和后表面，并且电极引线120可电连接至安装在汇流条框架700中的汇流条710。
77.电池单元堆叠体200可插入到u形框架500的敞开的顶表面中，并且围绕电池单元堆叠体200的包裹膜300可在插入工序中用作引导构件。就是说，电池单元堆叠体200的两个侧表面可被包裹膜300围绕，以防止在插入工序期间由于两个侧表面部502而引起的钩卡现象等，使得电池单元堆叠体200可容易地插入其中。
78.此外，可在电池单元堆叠体200的两个侧表面上设置压缩衬垫(未示出)，包裹膜300可防止压缩衬垫在电池单元堆叠体200的插入工序期间被两个侧表面部502卷起。
79.返回参照图3，电池模块100a可包括位于电池单元堆叠体200下方的导热树脂层800。更详细地说，导热树脂层800可位于电池单元堆叠体200与单体框架400的底部之间。
80.导热树脂层800通过注入导热树脂(thermal resin)而形成，并且可包含导热结合材料，详地说，可注入具有流动性的导热树脂，然后导热树脂在与电池单元堆叠体200接触的同时固化而形成导热树脂层800。就是说，导热树脂层800可用于将电池单元堆叠体200产生的热量传递到电池模块100a的底部。
81.尽管未详细示出，但在将电池单元堆叠体200容纳在单体框架400中之后，通过设置在单体框架400的下部的注入孔注入导热树脂，以形成导热树脂层800。
82.返回参照图4，电池模块100b可包括位于电池单元堆叠体200下方的导热树脂层800。更详细地说，导热树脂层800可位于电池单元堆叠体200与u形框架500的底部501之间。
83.类似于图3，应用导热树脂的导热树脂层800可用于将电池单元堆叠体200产生的热量传递到电池模块100b的底部。
84.在将导热树脂施加至u形框架500的底部501并且在其上设置电池单元堆叠体200之后，导热树脂可固化以形成导热树脂层800。
85.另外，导热树脂层800的导热树脂可包括导热结合材料，详细地说，其可包括硅树脂(silicone)材料、聚氨酯(urethane)材料和丙烯酸(acrylic)材料中的至少一种。由于优异的导热特性，导热树脂层800可快速传递电池单元产生的热量，以防止电池模块100a和100b过热。
86.在此，图5是描述其中形成有通孔310的包裹膜300a的示图，其是图解从下侧观看电池单元堆叠体200a的示图。
87.与图3和图4一起参照图5，可在本公开内容的包裹膜300a中形成多个通孔310。
88.特别是，可在位于电池单元堆叠体200a的下端的包裹膜300a中形成多个通孔310。
89.此外，除了电池单元堆叠体200a的下端以外，也可在包裹膜300a的所有区域中形成通孔310。
90.如上所述，为了传递电池单元堆叠体200a产生的热量，导热树脂层800可位于电池单元堆叠体200a与模块框架400和500的底部之间。
91.形成在包裹膜300a中的通孔310可使电池单元堆叠体200a中包括的多个电池单元与导热树脂层800直接接触，因而可通过导热树脂层800有效地执行对电池单元堆叠体200a的热传递。
92.根据本实施方式的上述一个或多个电池模块可与诸如电池管理系统(battery management system；bms)和冷却系统之类的各种控制和保护系统安装在一起，以形成电池组。
93.电池模块或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
车辆、混合动力车辆之类的车辆，但是本公开内容不限于此，其可应用于能够使用电池模块和包括电池模块的电池组的各种装置，这也属于本公开内容的范围。
94.尽管上面已经详细描述了本公开内容的优选实施方式，但是本公开内容的范围不限于此，本领域技术人员使用在以下权利要求书中限定的本公开内容的基本构思进行的各种修改和改进也属于权利的范围。
95.参考标号描述
96.100：电池模块
97.110：电池单元
98.200：电池单元堆叠体
99.300：包裹膜
100.400：单体框架
101.500：u形框架
102.510：顶盖
103.600：端板。