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11月13日向韩国知识产权局提交的韩国专利申请10
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2019
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0145144号的权益，其公开内容通过引用以其整体被并入本文中。
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，更具体地，本公开涉及一种具有加热构件的电池模块和一种包括该电池模块的电池组。


背景技术：

4.作为在诸如移动装置和电动车辆这样的各种产品中的能源，二次电池已经备受关注。二次电池是一种强效能源，其能够替代使用化石燃料的现有产品的使用，并且因为它不会由于使用能量而产生副产品，因此作为一种环境友好型能源而受到瞩目。
5.近来，随着对包括利用二次电池作为能量存储源的大容量二次电池结构的需要的持续增长，对作为电池模块的组件的多模块结构的电池组的需求不断增长，在该电池模块中，多个二次电池被串联/并联连接。
6.同时，当多个电池单体被串联/并联连接以构造电池组时，通常首先构造由至少一个电池单体构成的电池模块，然后通过使用至少一个电池模块并添加其它部件来构造电池组。
7.这种电池模块包括：电池单体堆，在该电池单体堆中堆叠有多个电池单体；汇流条框架，该汇流条框架被形成在电池单体堆的两端中的每一端处；和感测组件，该感测组件位于电池单体堆上，并且测量电池单体的电压和温度。
8.图1是传统电池模块10的分解立体图。为了便于描述，省略了一些构造。
9.参考图1，传统电池模块10可以包括：电池单体堆20，在该电池单体堆20中堆叠有多个电池单体21；汇流条框架30，该汇流条框架30被形成在电池单体堆的两端(x轴方向和其相反方向)中的每一端处；和感测组件40，该感测组件40位于电池单体堆20上，并且测量电池单体21的电压和温度。
10.感测组件40可以由柔性印刷电路(fpc)或柔性扁平线缆(ffc)形成。
11.此外，通过将盖板50安装在感测组件40的上端上，从而意于防止当感测组件40被容纳在单框架(未示出)中时可能发生的对感测组件40的损坏。
12.同时，电池单体21(即，二次电池)包括例如镍镉电池、镍氢电池、镍锌电池、锂二次电池等。其中，锂二次电池被广泛地用于先进电子装置领域中，这是因为锂二次电池具有优于镍基二次电池的如下优点：几乎不发生记忆效应，因此充电和放电自由，自放电率非常低，工作电压高，并且单位重量的能量密度高。
13.然而，锂二次电池具有以下特性：由于在低温下电阻增加，因此不能顺畅地执行充电和放电，并且输出和充电速度快速降低。因此，在电驱动装置中使用的锂二次电池具有以下问题：当长时间暴露于低温下的外部环境时，二次电池的效率和输出快速降低。
14.此外，如图1所示，由于大量的电池单体21被紧凑地堆叠以形成电池模块10，所以
位于最外侧处的电池单体21受到外部环境的影响更大。位于最外侧处的电池单体21可能具有相对低的温度，这可能加深电池单体堆20的电池单体21之间的温度偏差。电池单体21之间的温度非均匀性可能导致电池模块10本身的寿命缩短。
15.因此，已经做出努力以升高低温环境中的二次电池的温度，并减小电池单体之间的温度偏差。


技术实现要素：

16.技术问题
17.本公开的实施例已经被设计成解决在现有技术方法中涉及的上述问题，因此，本公开的目的是通过升高电池单体的温度来快速地摆脱低温区域，并且通过将更多的热量施加到位于最外侧处的电池单体来使得电池单体之间的温度偏差最小化。
18.然而，本公开的实施例所要解决的问题不限于上述问题，并且能够在本公开中所包括的技术思想的范围内进行各种扩展。
19.技术方案
20.根据本公开的实施例的一种电池模块包括：电池单体堆，在该电池单体堆中堆叠有多个电池单体；和感测组件，该感测组件位于所述电池单体堆上，其中，所述感测组件包括位于所述电池单体堆上的主体以及连接到该主体的模块连接器，其中，所述主体是柔性印刷电路(fpc)或柔性扁平线缆(ffc)，并且其中，所述主体包括加热丝电路。
21.所述主体可以覆盖电池单体堆的整个上表面。
22.所述加热丝电路可以经过所述多个电池单体中的每一个电池单体的上部。
23.所述多个电池单体可以在竖直地竖立于所述主体的同时沿着平行于所述主体的方向堆叠。
24.在经过位于所述电池单体堆的最外侧处的电池单体的上部的加热丝电路之间的间隔可以比在经过其它电池单体的上部的加热丝电路之间的间隔窄。
25.所述加热丝电路被构造成：经过位于所述电池单体堆的最外侧处的电池单体的上部的部分的长度可以比经过其它电池单体的上部的部分的长度长。
26.在从所述电池单体堆的中心向外的方向上，所述加热丝电路之间的间隔可以变窄。
27.所述模块连接器可以包括加热丝电路输入引脚和加热丝电路输出引脚，该加热丝电路输入引脚和加热丝电路输出引脚均连接到所述加热丝电路。
28.所述主体可以进一步包括电压感测电路和温度感测电路。
29.所述电池模块可以进一步包括导热树脂层，该导热树脂层位于所述电池单体堆的下表面上。
30.所述电池模块可以进一步包括模块框架，该模块框架容纳所述电池单体堆，其中，所述主体可以位于所述电池单体堆的上表面和所述模块框架之间。
31.有利效果
32.根据本公开的实施例，通过使用被包含在感测组件中的加热丝电路，能够有效地升高被包含在电池模块中的电池单体的温度。
33.此外，能够将更多的热量施加到位于最外侧的、设置有加热丝电路的电池单体，因
此能够使得电池单体之间的温度偏差最小化。
附图说明
34.图1是传统电池模块的分解立体图。
35.图2是根据本公开的一个实施例的电池模块的立体图。
36.图3是图2的电池模块的分解立体图。
37.图4是示出被包含在图3的电池模块中的感测组件的立体图。
38.图5是从上方观察的图4的感测组件的平面视图。
39.图6是沿着切割a
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a’线截取的图2的电池模块的截面视图。
40.图7是从上方观察的根据本公开变型例的感测组件的平面视图。
41.图8是示出电池单体、加热丝电路、电压感测电路和温度感测电路的示意图。
42.图9是示出u形框架和上板的视图。
具体实施方式
43.在下文中，将参考附图详细描述本公开的各种实施例，使得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变型，并且不限于本文中所阐述的实施例。
44.与描述无关的部分将被省略，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。
45.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，但本公开不一定必需限于图中所示。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。
46.另外，将理解，当诸如层、膜、区域或板的元件被称为位于另一个元件“上”或“上方”时，它可以直接位于另一个元件上，或者也可以存在居间元件。相反，当元件被称为“直接地”位于另一个元件“上”时，这意味着不存在其它居间元件。此外，词语“上”或“上方”意味着被置放在参考部分上或下方，而不一定必需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。
47.此外，在整个说明书中，当一部分被称为“包括”某个部件时，这意味着它还可以包括其它部件，而不是排除其它部件，除非另有说明。
48.此外，在整个说明书中，当被称为“平面”时，这意味着从上侧观察目标部分，当被称为“截面”时，这意味着从竖直切割的截面的一侧观察目标部分。
49.图2是根据本公开的一个实施例的电池模块100的立体图，图3是图2的电池模块100的分解立体图，图4是示出被包含在图3的电池模块100中的感测组件400的立体图。
50.参考图2到图4，根据本实施例的电池模块100包括：电池单体堆200，在该电池单体堆200堆叠有多个电池单体210；和感测组件400，该感测组件400位于所述电池单体堆200上，其中，所述感测组件400包括位于电池单体堆200上的主体410以及连接到所述主体410的模块连接器440。
51.所述主体410是柔性印刷电路(fpc)或柔性扁平线缆(ffc)，并且包括稍后描述的加热丝电路。
52.所述主体410是柔性印刷电路或柔性扁平线缆，并且意于通过感测多个电池单体
210的电压和温度并且经由模块连接器440将电信息传输到bms(电池管理系统)来检测每个电池单体210的诸如过电压、过电流和过热的现象。因此，所述主体410可以包括电压感测电路和温度感测电路。
53.同时，第一汇流条框架310和第二汇流条框架320可以分别被形成在电池单体堆200的前表面(x轴方向)和后表面(与x轴相反的方向)上。相应的汇流条框架310和320配备有汇流条300，并且电池单体210的电极引线被连接到汇流条300，使得电池单体210可以彼此电连接。更具体地，在电池单体210的电极引线穿过形成在每个汇流条框架310和320中的狭缝之后，所述电极引线能够被弯曲并被联接到汇流条300。
54.所述电池单体堆200可以被容纳在单框架600中，该单框架600具有打开的前表面(x轴方向)和打开的后表面(与x轴相反的方向)，并且端板700可以覆盖该打开的前表面和该打开的后表面。单框架600和端板700之间的联接不受特别限制，但是单框架600和端板700可以彼此焊接联接。
55.同时，当所述感测组件400和电池单体堆200被容纳在单框架600中时，盖板500可以被置放在感测组件400上，以防止损坏感测组件400。
56.图5是从上方观察的图4的感测组件的平面视图，图6是沿着切割线a
‑
a’截取的图2的电池模块的截面视图。
57.参考图5和图6，包括加热丝电路411的主体410可以覆盖电池单体堆200的整个上表面。而且，所述加热丝电路411可以穿过构成电池单体堆200的多个电池单体的每个上部。所述加热丝电路411可以是利用电阻的加热丝。
58.当电池单体的温度变低时，存在如下问题：电阻增加，因此不能顺畅地执行充电和放电，并且输出和充电速度快速降低。因此，在本实施例中，通过将加热丝电路411包含在感测组件400中，可以基于所施加的电信号人为地升高电池单体堆200的温度。
59.如图6所示，所述加热丝电路411被包含在位于电池单体堆200的上部处的感测组件400的内部，并且电池单体堆200的上部空间通常是利用现有空间的、感测组件能够位于其中的空间。换言之，由于插入了单独的加热构件，因此利用了所述感测组件400的宽度方向(y轴方向)上的空间，而不是要求另外的空间，因此，能够认为是有效地利用了现有内部空间。所述感测组件400的宽度(y轴方向)被延伸为覆盖电池单体堆200的整个上表面，使得能够在不增加电池模块的高度(z轴方向)的情况下提供用于加热电池单体堆20的方法。
60.除了空间利用方面之外，还利用了现有的感测组件，使得能够将另外的成本和制造过程最小化。
61.进而，由于所述加热丝电路411位于电池模块的内部，因此与在电池模块外部设置单独的加热构件的情况相比，到达电池单体的热传递系数相对良好。此外，能够利用刚性的单框架600对所述加热丝电路411进行保护，因此，即使没有另外的保护部件，也能够免受振动、冲击等影响。
62.同时，多个电池单体能够在以垂直于主体410的方式竖立的同时沿着平行于主体410的方向(y轴方向)堆叠，以形成电池单体堆200。因此，主体410能够与每个电池单体相接触，并且加热丝电路411能够经过相应的电池单体的整个上部，使得能够使得热量均匀传递到电池单体。
63.如果所述加热构件位于电池单体堆200的两侧上，则热量仅被集中地传递到最外
面的电池单体211，从而不能实现电池单体堆200的总体温度的升高。此外，相应的电池单体可能引起主要在y轴方向上膨胀的膨胀现象。这种膨胀现象是由于在重复的充电/放电过程期间、电极变厚或由内部电解质分解产生的气体所引起的。当加热构件位于电池单体堆200的两侧上时，由于所述膨胀的强烈压缩，所以加热构件的功能可能降低或受到损坏。特别地，如在本公开中的那样，当加热构件是使用电阻的加热丝的加热丝电路411时，可能由于因覆盖层的损坏引起的绝缘击穿而发生短路或起火。
64.同时，参考图3和图6，根据本实施例的电池模块100可以进一步包括导热树脂层800，该导热树脂层800位于电池单体堆200的下表面上。此外，当一个或多个电池模块100构造电池组时，散热器可以位于电池模块100的下端处。
65.所述导热树脂层800可以包括导热树脂，并且特别地，可以包括导热粘结剂材料。例如，它可以包括硅树脂类材料、聚氨酯类材料和丙烯酸类材料中的至少一种，并且特别地，优选包括聚氨酯类材料。
66.所述导热树脂是一种具有优异导热性的材料，并且在电池单体中产生的热量可以通过导热树脂层800和散热器被排放到外部。导热树脂层800能够被视为一种冷却装置。然而，导热树脂包括导热粘结剂材料，其在进行涂覆时是液体，但是可以是电池单体堆200被堆叠在该导热树脂上之后而固化的材料。因此，导热树脂层800可以将电池单体堆200固定在电池模块100中。即，本实施例中的导热树脂层800不仅改善了用于电池单体堆200的散热特性，而且还具有有效地固定电池单体堆200的效果。
67.在本实施例中，包含加热丝电路411的感测组件400可以与导热树脂层800相反地定位，并且所述电池单体堆200被置于该感测组件400和导热树脂层800之间。由于所述感测组件400和导热树脂层800以一定距离彼此分离，因此能够防止以下问题：通过加热丝电路411传递的热量未传递到电池单体，而是通过导热树脂层800和散热器被排放到外部。即，根据本公开的加热丝电路411能够使得由于诸如导热树脂层800的冷却系统部件引起的热损失最小化。根据电池模块的外部温度环境，所述加热丝电路411和导热树脂层800能够在不彼此干扰的情况下有效地执行其相应的加热和冷却功能。
68.在下文中，将参考图7描述本公开的变型例。
69.图7是从上方观察的根据本公开的变型例的感测组件400a的平面视图。
70.与图3和图6一起参考图7，电池单体中的位于最外侧的电池单体211与单框架600的侧壁形成接触，因此比位于内侧的电池单体212受外部环境的影响大。因此，当被暴露于低温环境时，位于最外侧处的电池单体211的温度变为最低，这引起了电池单体之间的温度偏差。当电池单体210之间的温度偏差加深时，这可能是降低电池模块100本身的寿命的原因。
71.因此，根据本实施例，经过位于电池单体堆200的最外侧处的电池单体211的上部的加热丝电路411a之间的间隔b可以比经过其它电池单体212的上部的加热丝电路411b之间的间隔c窄。
72.由于如上所述的间隔的差异，所述加热丝电路411被构造成经过位于电池单体堆200的最外侧上的电池单体211的上部的部分的长度可以比经过其它电池单体212的上部的部分的长度长。
73.另外，为了形成连续的加热梯度，所述加热丝电路411之间的间隔可以从电池单体
堆200的中心朝向外侧变窄。
74.这是为了消除上述的电池单体210之间的温度偏差，能够针对每个部分不同地调节加热丝电路411的间隔和长度，以将较多的热量传递到位于最外侧处的电池单体211。本公开中的加热丝电路411能够经过每个电池单体210的上部并且将热量传递到所有电池单体210，另外还消除了电池单体210之间的温度偏差，因此有助于改善电池模块的均匀性能和寿命。
75.图8是示出电池单体、加热丝电路411、电压感测电路412和温度感测电路413的示意图。
76.参考图8，在本公开的实施例中，提供了多个电池单体。为了便于解释，示出了四个电池单体210a、210b、210c和210d。四个电池单体210a、210b、210c和210d被串联连接，但是这是电池单体之间的示例性连接方法，并且并联连接或串联/并联连接也是可能的。
77.如上所述，可以提供经过电池单体210a、210b、210c和210d的每个上部的加热丝电路411。而且，在经过位于最外侧的电池单体210a和210d的上部的加热丝电路411之间的间隔可以比在经过其它电池单体210b和210c的上部的加热丝电路411之间的间隔窄。
78.此外，所述加热丝电路411被构造成经过位于最外侧的电池单体210a和210d的上部的部分的长度可以比经过其它电池单体210b和210c的上部的部分的长度长。
79.此外，如上所述，本公开的感测组件包括模块连接器440，该模块连接器440连接到感测组件的主体。
80.所述模块连接器440可以包括加热丝电路输入引脚和加热丝电路输出引脚，该加热丝电路输入引脚和加热丝电路输出引脚均连接到加热丝电路411。外部电信号能够通过加热丝电路输入引脚和加热丝电路输出引脚来被施加，以加热所述加热丝电路411。然而，图8示出了例如用于一个加热丝电路411的输入引脚和输出引脚，并且每当加热丝电路411的线路被一条接一条地添加时，与其对应的输入引脚和输出引脚可以被包括在模块连接器440中。
81.同时，除了所述加热丝电路411之外，根据本实施例的主体可以进一步包括电压感测电路412和温度感测电路413。如上所述，由于加热丝电路411被添加到感测电池单体的电压和温度的感测组件中，因此，除了加热丝电路之外，感测组件的主体可以进一步包括电压感测电路412和温度感测电路413。
82.所述电压感测电路412在与相应的电池单体210a、210b、210c和210d的电极端子接触的情况下连接到电压感测单元420，使得电池单体210a、210b、210c和210d的电压测量值能够经由模块连接器440作为电信息传输到bms(电池管理系统)。
83.所述温度感测电路413被连接到位于相应的电池单体210a、210b、210c和210d之间的热敏电阻430，使得池单体210a、210b、210c和210d的温度值能够经由模块连接器440作为电信息传输到bms(电池管理系统)。
84.所述电压感测电路412和温度感测电路413可以被分别地连接到模块连接器440的电压感测引脚和温度感测引脚。
85.即，本公开中的感测组件包括加热丝电路411、电压感测电路412和温度感测电路413，其不仅能够测量电池单体的电压和温度，还能够执行加热功能，而无需任何另外的构件。
86.同时，由于本公开中的感测组件包括柔性印刷电路(fpc)或柔性扁平线缆(ffc)，因此加热丝电路411、电压感测电路412和温度感测电路413被插入线缆内部，并且容易应对外部冲击。即，尽管为了便于描述在图5或图7中示出了加热丝电路411，但是加热丝电路411可以是被插入线缆中的形状。
87.同时，根据本实施例的电池模块可以包括用于容纳电池单体堆的模块框架，并且感测组件的主体可以位于电池单体堆的上表面和模块框架之间。
88.所述模块框架可以是如图3中所示的单框架600，或者是下文参考图9所述的u形框架。
89.再次参考图3，所述单框架600可以是具有打开的前表面(x轴方向)和打开的后表面(与x轴相反的方向)的金属框架。电池单体堆200通过该打开的前表面或该打开的后表面被容纳，并且盖板500可以被置放成在容纳过程期间保护感测组件400。
90.图9是示出u形框架610和上板620的视图。
91.参考图9，所述模块框架可以包括u形框架610和上板620。
92.所述u形框架610可以具有如下结构：其中，前表面(x轴方向)、后表面(与x轴相反的方向)和上表面(z轴方向)是打开的，并且其设置有底部611以及从底部611的相反两端在向上方向(z轴方向)上延伸的两个侧部612。
93.所述上板620被连接到u形框架610的打开的上表面，并且u形框架610的打开的前表面和后表面可以被分别地连接到图3中的端板700。u形框架610可以通过焊接被联接到上板620。优选的是，u形框架610和上板620是具有预定强度的金属板。
94.导热树脂能够被涂覆到u形框架610的底部611上，以形成导热树脂层，然后可以在该导热树脂层上容纳电池单体堆和感测组件。接下来，上板620可以被联接到u形框架610的打开的上表面。通过如上所述的组装过程，u形框架610能够无需图3所示的盖板500。
95.可以将上述根据本实施例的一个或多个电池模块与各种控制和保护系统(诸如电池管理系统(bms)和冷却系统)一起安装，以形成电池组。
96.电池模块或包括电池模块的电池组可以被应用于各种装置。这些装置可以被应用于诸如电动自行车、电动车辆、混合动力车辆的运输工具，但是本公开不限于此，并且能够被应用于能够使用二次电池的各种装置。
97.尽管上文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做出的各种变型和改进也属于权利范围。
98.附图标记说明
99.100：电池模块
100.200：电池单体堆
101.210：电池单体
102.300：汇流条
103.310：第一汇流条框架
104.320：第二汇流条框架
105.400：感测组件
106.410：主体
107.411：加热丝电路
108.420：电压感测单元
109.430：热敏电阻
110.440：模块连接器