具有薄板型的模块外罩的电池模块和包括该电池模块的电池组的制作方法

1.本公开涉及一种电池模块和包括该电池模块的电池组，并且更特别地，本公开涉及一种用于提高空间利用率并且确保机械刚度的电池模块和包括该电池模块的电池组。
2.本技术要求在2019年3月21日在韩国提交的韩国专利申请10
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2019
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0032422号的优先权，其公开内容通过引用并入本文。


背景技术：

3.不同于不能充电的一次电池，二次电池指的是可以被充电和放电的电池，并且二次电池不仅用作用于诸如手机、pda或笔记本电脑这样的小型高科技电子产品的电源，而且还用作用于能量存储系统(ess)、电动车辆(ev)或混合动力电动车辆(hev)的电源。
4.目前广泛使用的二次电池包括锂离子电池、锂聚合物电池、镍镉电池、镍氢电池、镍锌电池等。单元二次电池单体、即单元电池单体的工作电压为约2.5v到4.2v。因此，如果要求更高的输出电压和更大的能量容量，则将多个电池单体串联连接以构造电池模块，或者将两个或更多个电池模块串联或并联连接，并且添加其它部件，以构造电池组。例如，电池模块可以指多个二次电池被串联或并联连接的装置，电池组可以指电池模块被串联或并联连接以增加容量和输出的装置。
5.如图1所示，电池模块1包括模块外罩2，该模块外罩2在其中容纳并封装电池单体，并且保护电池单体免受外部冲击。模块外罩2由厚钢板制成，并且用于安全地保护电池单体免受外部冲击。
6.电池组包括作为用于提供可以安装电池模块的空间的结构的电池组托盘3。用于电动车辆的电池组采用横跨电池组托盘3的内部空间来设置的多个横梁4，以在操作期间防止由冲击引起的变形，诸如翘曲。
7.传统的电池模块例如以如图2所示的样式被置放在横梁之间，并且长螺栓b被分别插入在前角部和后角部处的总共四个模块/电池组紧固部中，并且被紧固到电池组托盘3的顶表面。以此方式，电池模块被固定到电池组托盘3。
8.然而，传统地，当制造电池组时，为了确保组装公差和强度可靠性，电池模块1和电池组托盘上的横梁之间设置有一定间隙，但是该间隙在电池组托盘的空间利用率方面起到负面因素的作用。特别地，如果使用具有刚性模块外罩2的电池模块来组装电池组，则由于被模块外罩的厚度所占据的空间，从而进一步降低了在电池组托盘中的电池模块的焊接率或能量份额。
9.因此，有必要找到一项技术，用于在通过减小电池模块或电池组中的结构的尺寸来使电池单体的空间最大化的同时安全地保护电池单体免受外部冲击。


技术实现要素：

10.技术问题
11.本公开被设计为解决相关技术的问题，因此本公开旨在提供具有如下结构的电池模块和电池组：该结构可以使得能够容纳电池单体的空间最大化，并且安全地保护电池单体免受机械冲击和振动。
12.本公开的这些和其它的目的和优点可以从以下详细描述得到理解，并且根据本公开的示例性实施例，将变得更加显而易见。而且，将容易理解，本公开的目的和优点可以通过在所附权利要求中示出的手段及其组合来实现。
13.技术方案
14.在本公开的一个方面，提供了一种电池模块，该电池模块具有多个电池单体和模块外罩，该模块外罩形成用于容纳电池单体的内部空间，其中，模块外罩包括：基板，该基板形成模块外罩的底表面；盖板，该盖板一体地形成模块外罩的顶表面和两侧表面；和紧固凸缘，该紧固凸缘被构造成在模块外罩的两侧表面上方的区域中沿着水平方向延伸。
15.盖板可以被形成为具有0.1mm到1mm的厚度的薄板型。
16.盖板可以包括：顶部，该顶部形成模块外罩的顶表面；和第一侧部和第二侧部，该第一侧部和第二侧部形成模块外罩的两侧表面，并且冲击吸收体可以被进一步附接到第一侧部和第二侧部中的至少一个侧部的外表面。
17.冲击吸收体可以是被分别地附接到第一侧部的外表面和第二侧部的外表面的板簧，并且该板簧可以具有凸形地弯曲的中心部，并且板簧的基于中心部的顶部和底部可以被焊接到第一侧部的外表面和第二侧部的外表面。
18.板簧可以与紧固凸缘被形成为一体，并且紧固凸缘可以被设置成在板簧的顶部处沿着与板簧交叉的方向上弯曲，并且具有至少一个孔。
19.在本公开的另一个方面，还提供了一种电池组，该电池组包括：至少一个上述电池模块；和电池组托盘，该电池组托盘被构造成提供安装所述至少一个电池模块的空间，其中，电池组托盘包括多个刚性梁，所述多个刚性梁被构造成支撑电池模块的两个侧部。
20.电池模块可以被放置在刚性梁中的两个刚性梁之间，并且紧固凸缘可以被联接到刚性梁的顶表面。
21.电池组可以进一步包括电池组盖，该电池组盖被联接到电池组托盘，并且被构造成覆盖电池模块的上部。
22.电池组盖、紧固凸缘和刚性梁可以通过紧固构件一体地彼此紧固。
23.电池组可以进一步包括间隔件，该间隔件被附接到电池组盖的底表面，并且被构造成表面挤压紧固凸缘。
24.电池组可以进一步包括缓冲垫，该缓冲垫被附接到电池组盖的底表面并且被粘结到模块外罩的顶表面。
25.电池组可以进一步包括散热器，该散热器被置放在所述至少一个电池模块的底表面处。
26.有利效果
27.根据本公开的实施例，通过以薄板型来形成模块外罩，从而能够提供具有比传统的电池模块更高的单体体积比和轻的重量的电池模块。
28.根据本公开的另一实施例，能够提供一种电池组，该电池组被构造成使得具有薄板型的模块外罩的电池模块具有机械刚度，并且允许以高空间效率的方式来固定电池模
块。
附图说明
29.图1是示意性地示出传统电池模块的模块外罩的立体图。
30.图2是示意性地示出与电池组托盘组装在一起的传统电池模块的视图。
31.图3是示意性地示出根据本公开实施例的电池模块的模块外罩的立体图。
32.图4是示出图3的模块外罩的盖板的立体图。
33.图5是图4的局部放大视图。
34.图6是示出在图4的方向a上观察的图4的冲击吸收体的图。
35.图7是示意性地示出根据本公开实施例的电池组的立体图。
36.图8是图7的电池组的局部放大视图。
37.图9是示出根据本公开实施例的电池模块和电池组托盘的组装结构的截面视图。
具体实施方式
38.在下文中，将参考附图详细描述本公开的优选实施例。在描述之前，应该理解，在说明书和所附权利要求书中使用的术语不应被解释为限于一般的和词典的含义，而是基于允许发明人为了最佳解释而适当定义术语的原则，基于与本发明的技术方面相对应的含义和概念来解释术语。因此，本文中提出的描述仅是出于示意目的的优选示例，而非旨在限制本公开的范围，因此应当理解，在不脱离本公开范围的情况下，可以对其作出其它等同方案和修改。
39.图3是示意性地示出根据本公开实施例的电池模块的模块外罩的立体图，图4是示出图3的模块外罩的盖板的立体图。
40.根据本公开实施例的电池模块10包括多个电池单体(未示出)和模块外罩11，该模块外罩11用于在其内部空间中容纳所述多个电池单体。
41.所述多个电池单体是能够充电和放电的锂离子二次电池，并且可以是具有高能量密度并且确保容易堆叠的袋型二次电池。尽管为了方便未在图中示出，但是袋型二次电池可以在一个方向上堆叠，以彼此重叠，并且被容纳在模块外罩11中，并且可以根据所需的输出电压或充电/放电容量通过icb(互连板)而被串联和/或并联连接。
42.电池单体不必限于袋型锂离子二次电池。例如，电池单体可以是罐型锂离子二次电池、镍镉电池、镍氢电池、镍锌电池等。
43.参考图3和图4，模块外罩11具有由薄板制成的矩形管状形状，并且包括基板12和盖板13。
44.基板12是形成模块外罩11的底表面的部分，并且大致呈具有平坦表面的板形状。而且，基板12的边缘可以向上弯曲，以与盖板13结合。作为基板12的材料，可以采用金属，诸如具有优良导热性的铝或铝合金。散热器可以被放置在基板12的下表面处，使得电池模块10以间接水冷却方式被冷却。
45.在该实施例中，基板12被制成具有1mm或更小厚度的薄板型，以促进模块外罩11的导热性和减轻重量。然而，基板12的厚度不必限于薄板型。因为基板12是支撑电池单体的重量的部分，所以基板12可以使用具有3mm或更大厚度的重板或厚板制成，以便增加其刚度，
使得确保模块外罩11的底表面的稳定性。
46.盖板13是一体地形成模块外罩11的顶表面和两侧表面的部分，并且可以具有截面为近似形的盖形状，并且使用具有0.1mm到1mm的厚度的薄板来形成。在下文中，在盖板13中，形成模块外罩11的顶表面的部分将被定义为顶部14，形成模块外罩11的左表面和右表面的部分将被分别定义为第一侧部15和第二侧部16。
47.盖板13的第一侧部15和第二侧部16通过焊接被联接到基板12的两个边缘部，以提供矩形管形模块外罩11。在模块外罩11中，例如，袋型电池单体可以在其宽表面被竖直立起的状态中被插入。
48.如上所述，根据本公开的模块外罩11由具有1mm或更小的厚度的薄板制成，因此与具有相同尺寸的现有模块外罩11相比，缺点在于其机械刚度较弱。然而，由于根据本公开的模块外罩11的厚度减小，因此其相对较轻，并且由于其内部空间被扩大，从而还具有更高的单体体积比和更低的制造成本。
49.当电池模块10被安装到电池组托盘20时，可以通过电池组托盘20来增强薄板型的模块外罩11的刚度不足。这将稍后详细描述。
50.根据该实施例的电池模块10可以进一步包括：冲击吸收体18，该冲击吸收体18作为用于模块外罩11的两侧表面的缓冲装置；和紧固凸缘17，该紧固凸缘17作为用于将模块外罩11固定到电池组托盘20的装置。
51.冲击吸收体18可以被分别附接到第一侧部15的外表面和第二侧部16的外表面，以缓冲被施加到对应部分的冲击。冲击吸收体18可以采用弹性体，诸如记忆泡沫、橡胶垫或弹簧，但是在该实施例中，应用了小体积和重量的板簧18。
52.在板簧18中，如图4到图6所示，中心部18a被凸形地弯曲，并且板簧18的、基于中心部18a的顶部18b和底部18c可以通过焊接被附接到第一侧部15的外表面或第二侧部16的外表面。当施加外部冲击时，弯曲的中心部18a可以凹形地变形，使得板簧18起到缓冲施加到模块外罩11的冲击的作用。
53.另外，根据该实施例的板簧18被设计成具有与第一侧部15和第二侧部16对应的面积、约0.5t的厚度以及在中心部18a和模块外罩11的侧表面之间约1.2mm的间隙g，使得由于附接板簧18引起的电池模块10的宽度增加不大。
54.紧固凸缘17可以与板簧18一起被形成为一体。再次参考图4到图6，紧固凸缘17与板簧18一体地设置，以在板簧18的顶部处沿着与板簧18交叉的方向弯曲，使得紧固凸缘17在模块外罩11的两侧表面上方的区域中沿着水平方向延伸。而且，至少一个孔h被设置在紧固凸缘17的板表面中，使得螺栓被插入所述至少一个孔h中。在该实施例中，四个紧固凸缘17沿着板簧18的长度方向以规则的间隔设置，但是紧固凸缘17的数目可以增加或减少。作为参考，紧固凸缘17的位置可以对应于刚性梁21的高度，所述刚性梁被设置至其上放置有电池模块10的电池组托盘20。
55.作为参考，作为该实施例的替代方案，紧固凸缘17可以与盖板13一体地形成。然而，在这种情况下，由于紧固凸缘17的结构被添加到盖板13，所以制造过程可能变得更复杂。因此，在该实施例中，盖板13的结构被简化为薄板形式，并且紧固凸缘17和板簧18被一体地制造并且被附接到盖板13。另外，根据该方法，可以通过调节板簧18相对于盖板13的侧表面的尺寸和附接位置来容易地设定紧固凸缘17的相对位置、即其高度。
56.图7是示意性地示出根据本公开实施例的电池组的立体图，图8是图7的电池组的局部放大视图，图9是示出根据本公开实施例的电池模块10和电池组托盘20的组装结构的截面视图。
57.参考图7到图9，根据本公开的电池组100可以包括至少一个上述电池模块10、电池组托盘20和电池组盖30。
58.电池组托盘20是用于提供在其中安装电池模块10的空间的部件，并且包括形成壁的多个刚性梁21。
59.刚性梁21起到维持电池组托盘20的刚度的作用以及支撑电池模块10的两个侧部以增强电池模块10的刚度不足的作用。
60.如图7和图8所示，根据该实施例的电池组托盘20被构造成使得两个电池模块10可以被安装到该电池组托盘20。然而，电池组托盘20也可以被构造成一个电池模块10或者三个或更多个电池模块10可以被安装到该电池组托盘20。即，可以根据电池模块10的数目在必要时改变电池组托盘20的尺寸和刚性梁21的数目。
61.具体地，电池模块10被分别地放置在电池组托盘20的两个刚性梁21之间，随着紧固凸缘17被螺栓连接到刚性梁21的顶表面，从而可以固定紧固凸缘17。
62.另外，电池模块10的上部可以由电池组盖30覆盖和保护。随着电池组盖30的边缘部连同紧固凸缘17被螺栓连接到刚性梁21的顶表面，从而电池组盖30可以被固定地联接到电池组托盘20。
63.而且，如图8和图9所示，根据该实施例的电池组100进一步包括：间隔件40，该间隔件40被置于紧固凸缘17和电池组盖30的边缘部之间；和缓冲垫50，该缓冲垫50被置于电池组盖30和模块外罩11的顶表面之间。
64.间隔件40是用于在螺栓连接时保护紧固凸缘17不被损坏并且吸收由电池组盖30和紧固凸缘17之间的高度差引起的组装公差的构件。间隔件40被设置成具有预定厚度的橡胶带的形式，并且可以沿着电池组盖30的底表面处的两侧边缘线被预先附接。
65.例如，在螺栓连接时，具有0.5t的薄的厚度的紧固凸缘17可能容易损坏，并且由于其与电池组盖30和刚性梁21没有良好接触，从而可能具有弱的固定力。然而，如果使用了间隔件40，则由于间隔件40分散了螺栓的轴向力，并且利用表面压力固定紧固凸缘17，因此可以容易地解决以上问题。
66.缓冲垫50被设置成具有与模块外罩11的顶表面对应的面积的垫的形式，并且可以被预先附接到电池组盖30的底表面的中心区域。可以在缓冲垫50的底表面进一步设置可以被附接到电池模块10的顶表面的粘结胶带，使得当电池组盖30被放置在电池模块10上时，电池组盖30的位置不发生移位。
67.缓冲垫50被置于电池组盖30和电池模块10的顶表面之间，以保护电池模块10免受从上方施加的冲击，同时在上、下、左和右方向上约束电池模块10。
68.在单元电池模块10中，位于模块外罩11的两侧表面处的总共八个紧固凸缘17被螺栓连接到刚性梁21，但是当冲击被施加于此时，由薄板制成的紧固凸缘17可能容易变形。因此，在该实施例中，附接有缓冲垫50的电池组盖30被设置成挤压模块外罩11的上表面，并且缓冲垫50被粘结到模块外罩11的顶表面，从而防止电池模块10在上、下、左、右、前和后方向上发生移动，因此补偿紧固凸缘17的固定力。
69.同时，散热器60可以进一步被置于电池组托盘20的顶表面和电池模块10的底表面之间。散热器60是这样的部件：通过使得冷却剂经过内部流动路径，从而借助于热接触从电池模块10吸收热量，以间接冷却电池模块10。
70.在流动路径中流动的冷却剂不受特别限制，只要它是在流动路径中容易流动并且具有优良的冷却性能的流体即可。例如，冷却剂可以是具有高潜热以使冷却效率最大化的水。然而，不限于此，冷却剂也可以是防冻剂、气体冷却剂、空气等，只要它形成流动即可。
71.散热器60可以由具有高导热性的铝或铝合金制成，但不限于此。例如，散热器60可以由铜、金或银制成。除了金属之外，还可以使用诸如氮化铝和碳化硅的陶瓷材料作为散热器60。
72.如上所述，在根据本公开的电池模块10中，模块外罩11由具有1mm或更小的厚度的薄板制成，以使得用于电池单体的空间最大化，并且使得模块外罩11的重量最小化。电池模块10的弱的刚性可以通过被安设到电池组托盘20而增强。在下文中，将对此进行详细描述。
73.参考图9，因为电池模块10的上部由于附接有缓冲垫50的电池组盖30而被保护免受外部冲击，并且电池模块10的其它部分被约束在刚性结构的电池组托盘20中，所以可以保护电池模块10免受外部冲击。
74.特别地，由于电池组托盘20的刚性梁21用作保护壁，从而与电池模块10的两侧表面对应的盖板13的第一侧部15和第二侧部16可以受到一次保护，并且由于板簧18吸收冲击，从而可以受到二次保护。另外，当电池模块10被安设到电池组托盘时，板簧18可以帮助将模块外罩11紧密地插入并固定在刚性梁21之间。
75.同时，上述根据本公开的电池组可以进一步包括用于控制电池模块的充电和放电的各种装置，诸如bms、电流传感器和保险丝。电池组不仅可以应用于诸如电动车辆或混合电动车辆的车辆，而且可以应用于其它it产品。
76.已经详细描述了本公开。然而，应当理解，详细描述和具体示例虽然指示了本公开的优选实施例，但是仅以示意的方式给出，因为从该详细描述，在本公开的范围内的各种改变和修改对于本领域技术人员而言将变得显而易见。
77.同时，即使在说明书中使用了诸如“上”、“下”、“左”和“右”的表达方向的术语，它们也只是为了方便描述，并且如对于本领域技术人员显而易见的那样，能够取决于观察者或对象的位置来不同地表达。