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2019年6月12日向韩国知识产权局提交的韩国专利申请no.10
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2019
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0069231的权益，其全部内容通过引用结合于本文。
3.本公开涉及一种电池模块和一种包括该电池模块的电池组，并且更具体地，本公开涉及一种提高空间利用率并且最小化导热树脂的使用量的电池模块和一种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，并具有诸如高能量密度这样的电气特性，因此二次电池不仅广泛地应用于便携式装置，而且还应用于由电驱动源驱动的电动车辆(ev)或混合动力电动车辆(hev)、能量存储系统等。由于这种二次电池具有显著减少化石燃料的使用的主要优点，并且在使用能量时还根本不产生副产品，因此作为用于提高能量效率的新型环境友好能源，这种二次电池受到关注。
5.小型移动装置为每个装置使用一个或几个电池单体，而诸如车辆这样的中型或大型装置要求高功率和大容量。因此，使用具有彼此电连接的多个电池单体的中型或大型电池模块。
6.优选地，中型或大型电池模块被制造为具有尽可能小的尺寸和重量。因此，能够以高集成度堆叠并且具有小的重量
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容量比的棱柱形电池或袋形电池通常被用作中型或大型电池模块的电池单体。同时，为了保护单体堆免受外部冲击、热或振动的影响，电池模块可以包括框架部件，该框架部件的前表面和后表面打开，以将电池单体堆容纳在内部空间中。
7.图1是示出具有传统的单框架的电池模块的立体图。
8.参考图1，电池模块可以包括：通过堆叠多个电池单体11而形成的电池单体堆12；前表面和后表面打开从而覆盖电池单体堆12的单框架20；和覆盖单框架20的前表面和后表面的端板60。为了形成这种电池模块，如图1中的箭头所示，需要水平组装，从而电池单体堆12沿x轴方向被插入到单框架20的打开的前表面或后表面中。然而，必须确保在电池单体堆12和单框架20之间的足够的空隙，从而能够稳定这种水平组装。这里，所述空隙意味着通过装配等产生的间隙。
9.导热树脂层(未示出)可以形成在电池单体堆12和单框架20之间。导热树脂层可以用于将从电池单体堆产生的热量传递到电池模块的外侧，并且将电池单体堆固定在电池模块中。当空隙变大时，导热树脂层的使用量可能超过必要地增加。
10.另外，考虑到电池单体堆12的最大高度和插入过程中的组装公差，单框架20的高度必须被设计为较大，因此，可能发生不必要的浪费空间。


技术实现要素：

11.技术问题
12.已经为了解决以上提到的问题而实现了本公开，并且本公开的目的是提供一种电池模块和一种包括该电池模块的电池组，该电池模块通过修改覆盖电池单体堆的框架部件的结构来提高空间利用率，并且最小化导热树脂的使用量。
13.然而，本公开的实施例所要解决的问题不限于上述问题，并且能够在本公开包括的技术思想的范围内进行各种扩展。
14.技术解决方案
15.根据本公开的一个实施例的一种电池模块包括：其中堆叠有多个电池单体的电池单体堆；容纳电池单体堆并且具有打开的上部的第一框架部件；和从第一框架部件的上部覆盖电池单体堆的第二框架部件，其中，电池单体堆的垂直于该多个电池单体的堆叠方向的表面被附接到第一框架部件的底部，其中，在第一框架部件的底部的一侧上形成台阶部分，并且电池单体包括朝向台阶部分突出的突出部分。
16.第一框架部件的底部包括第一部分和第二部分，基于电池单体的纵向方向，第一部分位于边缘处，第二部分位于第一部分的内侧，第一部分对应于台阶部分，并且第一部分的厚度可以小于第二部分的厚度。
17.电池模块可以进一步包括导热树脂层，该导热树脂层在第二部分中位于电池单体堆和第一框架部件之间。
18.电池模块可以进一步包括位于台阶部分和电池单体的突出部分之间的绝缘片。
19.底切形状可以形成在台阶部分中。
20.绝缘片可以由聚对苯二甲酸乙二酯(pet)形成。
21.电池模块进一步包括板，该板覆盖除了底部的端部之外的所述底部，并且台阶部分可以由板和底部的端部之间的高度差形成。
22.板可以由与底部相同的材料形成。
23.第一框架部件是容纳电池单体堆并且具有打开的上部的u形框架，并且第二框架部件可以是在u形框架的打开的上部中覆盖电池单体堆的上板。
24.电池单体堆的垂直于该多个电池单体的堆叠方向的下表面可以被附接到u形框架的底部。
25.电池模块进一步包括联接到u形框架的打开的两侧中的每一侧的端板，并且u形框架的打开的两侧可以基于电池单体堆的电极引线的突出方向面向彼此。
26.u形框架包括底部和在被底部连接时面向彼此的两个侧表面部分，并且在该两个侧表面部分之间的距离可以与上板的宽度相同。
27.第一框架部件是容纳电池单体堆并且其上部和一个侧表面打开的第一l形框架，第二框架部件是其下部和另一个侧表面打开的第二l形框架，并且第一l形框架和第二l形框架被接合为围绕电池单体堆的四个表面。
28.电池单体堆的垂直于该多个电池单体的堆叠方向的下表面可以被附接到第一l形框架的下表面。
29.突出部分可以在电池单体的宽度方向上形成。
30.根据本公开的另一个实施例的一种电池组包括上述电池模块。
31.有利效果
32.根据实施例，与现有技术相比，能够实现u形框架或l形框架，由此减小在电池单体
堆和框架之间的空隙，并提高空间利用率。
33.此外，通过加工u形框架或l形框架的底部的边缘，能够减小电池单体堆和框架之间的空隙，从而提高在高度方向上的空间利用率，并最小化导热树脂的涂覆量。
附图说明
34.图1是示出具有传统的单框架的电池模块的分解立体图；
35.图2是示出根据本公开实施例的电池模块的分解立体图；
36.图3是示出构成图2的电池模块的构件被组合的状态的立体图；
37.图4是示出根据本公开实施例的袋形电池的立体图；
38.图5是示出图2的电池模块中的u形框架的立体图；
39.图6是示出形成在图5的u形框架的底部上的导热树脂层的立体图；
40.图7是示出根据本公开另一实施例的形成台阶部分的方法的立体图；
41.图8是示出根据本公开另一实施例的被包括在电池模块中的绝缘片的立体图；
42.图9是示出根据比较例的电池模块的立体图；
43.图10是沿图9的a
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a线截取的截面视图；
44.图11是图10的部分b的放大视图；
45.图12是沿图9的c
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c线截取的截面视图；
46.图13是图12的部分d的放大视图；
47.图14是示出沿图3的xz平面截取的截面的一部分的视图；
48.图15是沿图3的yz平面截取的截面视图；
49.图16是图15的部分d的放大视图；
50.图17是示出根据本公开另一实施例的l形框架的分解立体图；并且
51.图18是示出图17的l形框架的立体图。
具体实施方式
52.在下文中，将参考附图详细描述本公开的各种实施例，从而本领域技术人员能够容易地实现它们。本公开可以以各种不同的方式修改，并且不限于本文阐述的实施例。
53.将省略与描述无关的部分，以清楚地描述本公开，并且在整个说明书中，相同的附图标记表示相同的元件。
54.此外，在附图中，为了便于描述而任意地示出了每个元件的尺寸和厚度，并且本公开不必限于在附图中示出的那些。在附图中，为了清楚起见，放大了层、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放大。
55.另外，将理解，当诸如层、膜、区域或板的元件被称为位于另一元件“上”或“上方”时，它能够直接位于另一元件上，或者也可以存在居间元件。相反，当元件被称为“直接位于”另一元件“上”时，这意味着不存在其它居间元件。此外，词语“上”或“上方”意味着置放在参考部分之上或之下，并且不一定意味着被置放在参考部分的朝向重力的相反方向的上端上。
56.此外，在整个说明书中，当某部分被称为“包括”特定构件时，这意味着它能够进一步包括其它构件，而不排除其它构件，除非另有说明。
57.此外，在整个说明书中，当被称为“平面”时，这意味着从顶部观察目标部分，并且当被称为“截面”时，这意味着从竖直切割的截面一侧观察目标部分。
58.图2是示出根据本公开实施例的电池模块的分解立体图。图3是示出构成图2的电池模块的构件被组合的状态的立体图。图4是示出根据本公开实施例的袋形电池的立体图。
59.参考图2和图3，根据本实施例的电池模块100包括：电池单体堆120，所述电池单体堆120包括多个电池单体110；u形框架300，所述u形框架300的上、前和后表面打开；覆盖电池单体堆120的上部的上板400；分别位于电池单体堆120的前表面和后表面上的端板150；和位于电池单体堆120和端板150之间的汇流条框架130。
60.当将u形框架300的打开的两侧分别称为第一侧和第二侧时，u形框架300由这样的板形结构组成：该板形结构被弯曲为连续地覆盖除了电池单体堆120的对应于第一侧和第二侧的表面之外的其余外表面中的彼此相邻的前、下和后表面。与u形框架300的下表面相对的上表面是打开的。
61.上板400具有单板形结构，该结构覆盖除了由u形框架300覆盖的前、下和后表面之外的剩余的上表面。u形框架300和上板400可以通过在彼此对应的边缘部分相接触的状态下、通过焊接等联接而形成覆盖电池单体堆120的结构。即，u形框架300和上板400可以具有通过诸如焊接等联接方法在彼此对应的边缘部分处形成的联接部分(cp)。
62.电池单体堆120包括在一个方向上堆叠的多个电池单体110，并且该多个电池单体110可以如图2所示的y轴方向上堆叠。电池单体110优选是袋形电池单体。例如，参考图4，根据本实施例的电池单体110具有这样的结构：其中，两条电极引线111和112面向彼此，并且分别从电池本体113的一个端部114a和另一个端部114b突出。电池单体110通过如下方式来制造：在电极堆(未示出)被容纳在电池壳体114中的状态下，使得电池壳体114的两个端部114a和114b与将其连接的一个侧表面114c附着在一起。换言之，根据本实施例的电池单体110总共具有三个密封部分114sa、114sb和114sc，所述密封部分114sa、114sb和114sc具有通过诸如热熔合的方法而被密封的结构，并且剩余的另一个侧部可以由连接部分115形成。电池壳体114的两个端部114a和114b之间可以被定义为电池单体110的纵向方向，并且连接电池壳体114的该两个端部114a和114b的一个侧部114c和连接部分115之间可以被定义为电池单体110的宽度方向。
63.连接部分115是沿电池单体110的一条边界延伸的区域，并且电池单体110的突出部分110p可以形成在连接部分115的端部处。突出部分110p可以形成在连接部分115的两个端部中的至少一个端部上，并且可以在垂直于连接部分115延伸方向的方向上突出。突出部分110p可以位于电池壳体114的两个端部114a和114b的密封部分114sa和114sb中的一个密封部分和连接部分115之间。
64.电池壳体114通常由树脂层/金属薄膜层/树脂层这样的层叠结构构成。例如，在电池壳体的表面由o(定向)尼龙层构成的情况下，当多个电池单体被堆叠而形成中型或大型电池模块时，由于外部冲击，多个电池单体倾向于容易滑移。因此，为了防止这种情况并维持电池单体的稳定的层叠结构，粘结部件、例如诸如双面胶带这样的粘合型粘结剂或在联接期间通过化学反应联接的化学粘结剂能够被附接到电池壳体的表面，以形成电池单体堆120。在本实施例中，电池单体堆120在y轴方向上堆叠，在z轴方向上被容纳在u形框架300内侧，并被下述的导热树脂层冷却。作为其比较例，存在如下情况：其中，电池单体由盒形件形
成，并且通过组装电池模块框架来实现在电池单体之间的固定。在该比较例中，由于存在盒形构件，所以几乎没有或者没有冷却作用，或者可能朝向电池单体的表面进行冷却，并且没有适当地在电池模块的高度方向上进行冷却。
65.图5是示出图2的电池模块中的u形框架的立体图。图6是示出形成在图5的u形框架的底部上的导热树脂层的立体图。
66.参考图5，根据本实施例的u形框架300包括底部300a和面向彼此的两个侧表面部分300b。在图2所述电池单体堆120被附接到u形框架300的底部300a之前，导热树脂被涂覆到u形框架300的底部300a上，并且导热树脂被固化，以形成图6所示导热树脂层310。
67.在形成导热树脂层310之前，即，在涂覆的导热树脂发生固化之前，电池单体堆120可以沿垂直于u形框架300的底部300a的方向移动，从而将电池单体堆120附接到u形框架300的底部300a。然后，通过固化导热树脂而形成的导热树脂层310位于u形框架300的底部300a和电池单体堆120之间。参考图2和图6，导热树脂层310可以用于将电池单体110产生的热量传递到电池模块100的底部，并固定电池单体堆120。
68.根据本实施例的u形框架的底部300a包括第一部分300a1和第二部分300a2，基于电池单体110的纵向方向，第一部分300a1位于边缘处，第二部分300a2位于第一部分300a1的内侧。导热树脂层310可以形成在第二部分300a2上。这里，电池单体110的纵向方向可以是图5的x轴方向。在这种情况下，第一部分300a1的厚度小于第二部分300a2，使得可以在第一部分300a1中形成台阶部分300s。这里，台阶部分指由与周边的高度差所产生的结构。
69.台阶部分300s可以通过加工u形框架的底部300a或挤压压缩u形框架的底部300a的一部分而形成。如下文所述，电池单体堆120被附接到u形框架300的底部300a，使得根据本实施例的电池单体110的突出部分110p朝向台阶部分300s突出。
70.回过来参考图2和3，根据本实施例的u形框架300的侧表面部分300b和上板400的宽度可以彼此相同。换言之，上板400的沿着x轴方向的边缘部分和u形框架300的侧表面部分300b的沿着x轴方向的边缘部分能够直接相接，并且通过诸如焊接的方法联接。
71.图7是示出根据本公开另一实施例的形成台阶部分的方法的立体图。
72.通过加工u形框架300的底部300a或挤压压缩u形框架的底部300a的一部分而形成图5和6中所示的台阶部分300s，并且彼此具有不同厚度的第一部分300a1和第二部分300a2形成在u形框架的底部300a上。然而，在根据图7的实施例的台阶部分300s中，u形框架300的底部300a总体上可以具有均匀厚度。为了形成这种结构，参考图7，可以另外地在u形框架300的底部300a上形成板330。板330可以通过覆盖除了u形框架300的底部300a的两个端部之外的、u形框架300的底部300a而形成台阶部分300s。即，可以由于板330和底部300a的端部之间的高度差而形成台阶部分300s。板330可以由与底部300a相同的材料形成，并且可以由铝等形成。
73.图8是示出包括在根据本公开另一实施例的电池模块中的绝缘片的立体图。
74.参考图2和图8，根据本实施例的电池模块可以进一步包括形成在台阶部分300s中的绝缘片315。绝缘片315可以由聚对苯二甲酸乙二酯(pet)形成，并且可以位于电池单体110的突出部分110p和台阶部分300s之间。在这种情况下，绝缘片315可以与电池单体110的突出部分110p相接触。另外，可以在台阶部分300s中形成底切形状300r。底切形状300r可以具有倒圆形状。通过形成在台阶部分300s中的底切形状300r可以简化绝缘片315的形状。
即，绝缘片315的邻近于底切形状300r的角部可以被形成为直角形状。
75.图9是示出根据比较例的电池模块的立体图。图10是沿图9的a
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a线截取的截面视图。图11是图10的部分b的放大视图。图12是沿图9的c
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c线截取的截面视图。图13是图12的部分d的放大视图。
76.参考图9到13，单框架20的底部的厚度是均匀的，因此，在根据比较例的电池模块中，如图11所示，在单框架20的底部中没有形成台阶高度。因此，在比较例中，由于电池单体11的突出部分11p，在电池单体11和单框架20的底部之间产生了间隔距离d1，并且由于该距离而可能降低空间利用率。另外，由于间隔距离d1，从而可能增加用于形成导热树脂层的导热树脂量。例如，如图13所示，单框架20的底部和电池单体11之间的树脂厚度可以为大约2.7mm。
77.图14是示出沿图3的xz平面截取的截面的一部分的视图。图15是沿图3的yz平面截取的截面视图。图16是图15的部分d的放大视图。
78.参考图3和14，根据本实施例的电池模块100包括具有第一部分300a1和第二部分300a2的u形框架300的底部。第一部分300a1和第二部分300a2具有彼此不同的厚度，并且电池单体110的突出部分110p朝向形成在第一部分300a1中的台阶部分300s突出。因此，台阶高度能够被卡在第一部分300a1和第二部分300a2之间，从而防止由于外部冲击而流动。另外，可以通过u形框架的底部300a的加工来减小电池单体110和框架部件之间的间隙。通过在高度方向上组装而能够获得的协同作用和实现间隙减小效果，从而可以利用该间隙减小效果使总体空间效率最大化。
79.参考图15和16，图14中所述的电池单体110的突出部分110p形成在台阶部分300s中，由此不仅使得电池单体110和u形框架300的底部300a之间的分离距离最小化以增加空间效率，而且能够减少用于形成导热树脂层310的导热树脂量以能够降低成本。因此，还能够提高冷却效率。例如，如图16所示，根据本实施例，u形框架300的底部300a和电池单体110之间的树脂厚度可以为大约1.0mm。
80.图17是示出根据本公开另一实施例的l形框架的分解立体图。图18是示出图17的l形框架的立体图。
81.参考图17和18，根据本实施例的电池模块100包括：包括多个电池单体110的电池单体堆120；其上、前和后表面打开的第一l形框架301；其下、前和后表面打开的第二l形框架401；分别位于电池单体堆120的前表面和后表面上的端板150；和位于电池单体堆120和端板150之间的汇流条框架130。
82.当第一l形框架301的打开的两侧被分别称为第一侧和第二侧时，第一l形框架301由这样的板形结构组成：该板形结构被弯曲，以在除了电池单体堆120的对应于第一侧和第二侧的表面之外的其余外表面中，连续地覆盖彼此相邻的下表面和一个侧表面。类似地，当第二l形框架401的打开的两侧被分别称为第一侧和第二侧时，第二l形框架401由这样的板形结构组成：该板形结构被弯曲，以在除了电池单体堆120的对应于第一侧和第二侧的表面之外的其余外表面中，连续地覆盖彼此相邻的上表面和另一个侧表面。
83.第一l形框架301和第二l形框架401可以通过在彼此对应的边缘部分相触的状态下通过焊接等而被联接来形成覆盖电池单体堆120的结构。第一l形框架301和第二l形框架401可以被接合以围绕电池单体堆120的四个表面。
84.电池单体堆120包括在一个方向上堆叠的多个电池单体110，并且该多个电池单体110可以在y轴方向上堆叠，如图17所示。电池单体110优选地是袋形电池单体。
85.参考图18，根据本实施例的第一l形框架301包括下表面301a和从下表面301a弯曲的侧表面部分301b。在图2中所述的电池单体堆120被附接到第一l形框架301的下表面301a之前，导热树脂被涂覆到第一l形框架301的下表面301a上，并且树脂被固化，以形成导热树脂层(未示出)。此后，电池单体堆120可以沿着垂直于第一l形框架301的下表面301a的方向移动，从而将电池单体堆120附接到第一l形框架301的下表面301a。在这种情况下，导热树脂层位于第一l形框架301的下表面301a和电池单体堆120之间。导热树脂层可以用于将电池单体110产生的热量传递到电池模块100的底部，并固定电池单体堆120。
86.除了上述差异，以上关于u形框架描述的内容能够应用于本实施例。另外，这里描述的u形框架和l形框架可以具有对应于框架部件的构造。例如，u形框架对应于第一框架部件，上板对应于第二框架部件，第一l形框架可以对应于第一框架部件，并且第二l形框架可以对应于第二框架部件。具有u形框架的电池模块和具有l形框架的电池模块可以共用这样的共同特征：其具有朝向台阶部分突出的突出部分和与其相关的结构。
87.同时，根据本公开实施例的一个或多个电池模块能够被封装在电池组壳体中，以形成电池组。
88.以上提到的电池模块和包括该电池模块的电池组可以应用于各种装置。这些装置可以应用于诸如电动自行车、电动车辆、混合动力车辆的车辆，但是本公开不限于此，而是能够应用于能够使用电池模块和包括该电池模块的电池组的各种装置，这也属于本公开的范围。
89.尽管上面已经详细描述了本公开的优选实施例，但是本公开的范围不限于此，并且本领域技术人员使用在所附权利要求书中限定的本公开的基本概念作出的各种修改和改进也属于该权利范围。
90.附图标记的描述
91.100：电池模块
92.300：u形框架
93.400：上板
94.301、401：l形框架
95.310：导热树脂层