电池模块以及包括该电池模块的电池组和车辆的制作方法

1.本公开涉及一种具有使用绝缘冷却液体的冷却结构的电池模块以及包括该电池模块的一种电池组和一种车辆，并且更具体地，涉及一种具有如下结构的电池模块以及包括该电池模块的一种电池组和一种车辆，在该结构中，被引入模块外罩中以冷却电池单体的绝缘冷却液体与电池单体的诸如电极引线和汇流条的部件形成直接接触，以实现高效的冷却，并且绝缘冷却液体还可以高效地流动通过在相邻的电池单体之间的通道。
2.本技术要求于2020年8月13日在韩国提交的韩国专利申请第10-2020-0101935号的优先权，其公开内容通过引用并入本文。而且，本技术要求于2020年11月23日在韩国提交的韩国专利申请第10-2020-0158074号的优先权，其公开内容通过引用并入本文。而且，本技术要求于2021年6月8日在韩国提交的韩国专利申请第10-2021-0074434号的优先权，其公开内容通过引用并入本文。


背景技术：

3.在采用使用冷却水的间接水冷却方法的电池模块的情形中，因为冷却水不直接地接触电池单体而是通过容纳电池单体的模块外罩来间接地接触电池单体，所以冷却性能受到限制。另外，因为诸如单独的散热器的冷却装置必须被设置在模块外罩的外部以形成用于冷却的通道，所以电池模块的总体积不可避免地增加，这引起了能量密度方面的损失。
4.为了解决间接水冷却方法的问题，需要研发一种具有如下结构的电池模块，该结构允许冷却液体直接地流动到模块外罩中并且通过与电池单体和电连接部件的直接接触来实现快速冷却。
5.同时，在具有使用这种冷却液体的直接冷却结构的电池模块的情形中，研发一种用于高效冷却的通道结构是重要的，但是维持气密性使得绝缘冷却液体不从模块外罩和端板泄漏出去也是非常重要的。
6.特别地，在具有用作电池模块的高电势端子的一对外部端子被暴露于密封板和端板的外部的结构的电池模块的情形中，为了位于密封板的外部的外部端子与位于密封板的内部的内部端子之间的电连接，密封板必须具有被部分地穿孔的结构。因此，存在模块外罩内部的绝缘冷却液体可能通过密封板的穿孔部泄漏的风险，并且需要研发一种可以有效地防止这种在密封板的穿孔部中的泄漏的密封结构。


技术实现要素：

7.技术问题
8.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一种具有如下结构的电池模块，在该结构中，绝缘冷却液体被引入模块外罩中并且与电池单体和电连接部件形成直接接触，以实现高效的冷却，并且被引入模块外罩中的冷却液体还可以顺畅地流动。
9.另外，本公开还旨在提供一种电池模块，该电池模块具有如下结构，其中用作电池模块的高电势端子的一对外部端子被暴露于密封板和端板的外部，在此处能够高效地防止
冷却液体通过密封板的穿孔部分泄漏。
10.然而，本公开所要解决的技术问题不限于上文，并且本领域技术人员将会根据以下描述理解本文中未提及的其它目的。
11.技术方案
12.在本公开的一个方面中，提供了一种电池模块，该电池模块包括：子模块，该子模块包括：单体堆组件，该单体堆组件具有多个电池单体以及介于相邻的电池单体之间的通道间隔器；前汇流条框架组件，该前汇流条框架组件被联接到单体堆组件的一个纵向侧；和后汇流条框架组件，该后汇流条框架组件被联接到单体堆组件的另一个纵向侧；模块外罩，该模块外罩被构造成容纳子模块；前密封板，该前密封板被构造成覆盖在模块外罩的一个纵向侧处的开口，并且具有用于引入绝缘冷却液体的进口；和后密封板，该后密封板被构造成覆盖在模块外罩的另一个纵向侧处的开口，并且具有用于排放绝缘冷却液体的出口。
13.通道间隔器可以具有冷却液体通道，从外部供应到电池模块中的绝缘冷却液体流动通过该冷却液体通道。
14.冷却液体通道可以通过通道间隔器而形成，并且沿着通道间隔器的纵向方向延伸。
15.流动通过通道间隔器的绝缘冷却液体可以与电池单体的本体间接接触。
16.前汇流条框架组件可以包括：汇流条框架；和多个汇流条，所述多个汇流条被固定在汇流条框架上并且被联接到电池单体的电极引线。
17.汇流条框架可以具有冷却液体孔。
18.电池模块可以进一步包括一对端子组件，所述一对端子组件具有：外部端子，该外部端子位于前密封板的外侧处；和柱头，该柱头被设置成穿过前密封板，以将外部端子和电池单体电连接。
19.前汇流条框架组件可以进一步包括一对内部端子，所述一对内部端子被固定在汇流条框架上并且被连接到设置在单体堆组件中的电池单体之中的位于最外侧处的电池单体的电极引线。
20.柱头可以被固定到内部端子。
21.端子组件可以进一步包括端子间隔器，该端子间隔器被插入到形成在前密封板中的端子孔中。
22.柱头可以被设置成穿过端子间隔器。
23.端子组件可以进一步包括紧固螺母，该紧固螺母被紧固到被设置成穿过端子间隔器的柱头以及外部端子，使得外部端子被紧密地固定到端子间隔器。
24.端子组件可以进一步包括第一o形环，该第一o形环被构造成覆盖端子间隔器的外周表面并且介于前密封板的内表面和内部端子之间。
25.柱头可以由内部端子挤压配合。
26.端子组件可以进一步包括第二o形环，该第二o形环被定位成围绕柱头并且介于内部端子和汇流条框架之间。
27.同时，根据本公开的实施例的一种电池组和一种车辆包括如上所述的根据本公开的实施例的电池模块。
28.有利效果
29.根据本公开，绝缘冷却液体可以被引入电池模块中以直接地接触电池单体和电连接件，并且被引入电池模块中的冷却液体可以顺畅地流动，由此使得能够实现高效且快速的冷却。
30.另外，根据本公开，能够有效地防止在模块外罩内部流动以冷却电池模块的绝缘冷却液体泄漏。根据本公开，特别地，在具有用作电池模块的高电势端子的一对外部端子暴露于密封板和端板的外部的结构的电池模块中，能够有效地防止绝缘冷却液体在密封板的穿孔部处泄漏。
附图说明
31.附图示出本公开的优选实施例，并且与前述公开一起用于提供本公开的技术特征的进一步理解，因此，本公开不被解释为限于附图。
32.图1是示出根据本公开的实施例的电池模块的组装透视图。
33.图2是示出根据本公开的实施例的电池模块的分解透视图。
34.图3是沿着图1的线a-a’截取的截面视图。
35.图4是示出移除了前端板和前密封板的图1的电池模块的图。
36.图5和图6是示出用于冷却的绝缘冷却液体的流动的图。
37.图7是示出根据本公开的汇流条框架和通道间隔器的联接结构的图。
38.图8和图9是示出根据本公开的端子组件的详细结构的图。
具体实施方式
39.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中使用的术语不应被解释为限于一般的和字典的含义，而是基于允许本发明人为了最佳解释而适当地定义术语的原则，基于与本公开的技术方面对应的含义和概念来解释。因此，本文中提出的描述只是仅仅用于示意目的的优选示例，而非旨在限制本公开的范围，从而应该理解，在不偏离本公开的范围的情况下，能够对其做出其它等同方案和修改。
40.参考图1和图2，根据本公开的实施例的电池模块包括子模块100、模块外罩200、前密封板300和后密封板400。除了以上部件，该电池模块还可以进一步包括前端板500和/或后端板600和/或一对端子组件700。
41.参考图2到图6，子模块100包括单体堆组件110。除了单体堆组件110，子模块100还可以进一步包括联接到单体堆组件110的前汇流条框架组件120a和后汇流条框架组件120b。
42.单体堆组件110包括多个电池单体111以及介于相邻的电池单体111之间的至少一个通道间隔器112。单体堆组件110可以进一步包括介于相邻的电池单体111之间的至少一个缓冲垫113。电池单体111、通道间隔器112和缓冲垫113以竖直立起的形式被堆叠在地面(平行于x-y平面的表面)上，以形成单个单体堆组件110。
43.作为电池单体111，可以使用袋型电池单体，该袋型电池单体具有沿着电池单体111的纵向方向(平行于x轴线的方向)在相反方向上引出的一对电极引线111a。
44.通道间隔器112包括至少一个冷却液体通道112a，从外部供应到电池模块中的绝
缘冷却液体可以流动通过所述至少一个冷却液体通道112a。冷却液体通道112a通过通道间隔器112而形成，并且沿着通道间隔器112的纵向方向(平行于x轴线的方向)延伸。如果设置有多个冷却液体通道112a，则多个冷却液体通道112a被设置成在通道间隔器112的高度方向(平行于z轴线的方向)上彼此间隔开。在本公开中，用于冷却的绝缘冷却液体是绝缘性提高的冷却液体，并且例如可以使用绝缘油。
45.通道间隔器112可以分别介于相邻的电池单体111之间。在此情形中，每一个电池单体111被构造成使得其一个表面和另一个表面均与通道间隔器112接触，使得电池单体111具有冷却效果被最大化并且被引入电池模块中的绝缘冷却液体的流动变得更顺畅的优点。
46.同时，与此不同地，通道间隔器112的数目还可以仅以电池单体111的数目的约1/2来应用。具体地，多个通道间隔器112还可以被布置成使得彼此接触的一对电池单体111位于一对相邻的通道间隔器112之间。在此情形中，所有的电池单体111均被构造成使得仅其一侧与通道间隔器112接触。如果多个通道间隔器112以此方式来布置，则电池单体111的冷却效率和能量密度均可以得到改进。冷却液体通道112a具有沿着通道间隔器112的纵向方向(平行于x轴线的方向)穿过该冷却液体通道112a而形成的孔形状。因此，流动通过通道间隔器112的绝缘冷却液体不直接地接触电池单体111的本体，而是通过通道间隔器112间接地接触电池单体111的本体。冷却液体通道112a可以被设置成多个。在此情形中，冷却液体通道112a可以被形成为沿着通道间隔器112的高度方向(平行于z轴线的方向)彼此间隔开。
47.通道间隔器112被构造成使得该通道间隔器112的两个表面与电池单体111的本体完全地接触。因此，当电池单体111隆起时，可以将均匀的压力整体上施加到电池单体111的本体，并且相应地，不会发生压力被集中地施加到仅电池单体111的局部区域的现象，由此防止电池单体111受到损坏。
48.通道间隔器112可以由例如导热性优异的金属材料(诸如铝)制成。在此情形中，虽然本公开的电池模块具有绝缘冷却液体和电池单体111的本体不直接地接触的结构，但是与绝缘冷却液体直接地接触电池单体111的本体的情形相比较，用于电池单体111的本体的冷却效率实际上并不低劣。即，本公开的通道间隔器112具有作为用于当电池单体111隆起时在不产生损坏的情况下稳定地缓冲电池单体111的缓冲器构件的功能以及作为用于实现高效冷却的冷却构件的功能。
49.绝缘冷却液体通过进口p1被引入电池模块中，以冷却被设置在电池单体111的在纵向方向(平行于x轴线的方向)上的一侧处的电极引线111a和汇流条122，并且然后在穿过通道间隔器112的同时冷却电池单体111的本体。另外，在冷却电池单体111的本体之后，绝缘冷却液体在通过出口p2被排放到电池模块的外部的同时冷却被设置在电池单体111的另一个纵向侧处的电极引线111a和汇流条122。另外，如果本公开的前汇流条框架组件120a包括稍后解释的内部端子123，则绝缘冷却液体还可以接触内部端子123以快速地冷却内部端子123。通过该过程，绝缘冷却液体可以整体上有效地冷却在模块外罩200的内部的子模块100。在电池单体111中，热量最集中地产生的位置是电极引线111a。因为本公开的电池模块允许电极引线111a被高效地冷却，所以能够改进总体电池模块的冷却效率。另外，大量的热量还可从收集了从多个电池单体111产生的电流的汇流条122和内部端子123产生，并且本公开的电池模块可以允许这些电连接部件被高效地冷却，由此提供优异的冷却效率。
50.缓冲垫113可以介于相邻的电池单体111之间，以吸收由电池单体111的隆起引起的体积膨胀。
51.前汇流条框架组件120a和后汇流条框架组件120b被分别地联接到单体堆组件110的在纵向方向(平行于x轴线的方向)上的一侧和另一侧，以电连接多个电池单体111。根据实施例，前汇流条框架组件120a可以具有内部端子123，并且除了后汇流条框架组件120b不包括内部端子123之外，后汇流条框架组件120b具有与前汇流条框架组件120a大致相同的结构。因此，将不详细地描述后汇流条框架组件120b的具体结构，并且将集中描述前汇流条框架组件120a的具体结构。
52.参考图4到图7，前汇流条框架组件120a包括汇流条框架121和多个汇流条122。另外，前汇流条框架组件120a可以进一步包括一对内部端子123。汇流条框架121覆盖单体堆组件110的在纵向方向(平行于x轴线的方向)上的一侧。
53.汇流条框架121具有多个冷却液体孔121a。冷却液体孔121a用作通路，通过该通路，通过设置在前密封板300处的进口p1被引入模块外罩200中的绝缘冷却液体可以通过汇流条框架121流动到单体堆组件110中。
54.考虑到该功能，冷却液体孔121a可以被形成在与设置在单体堆组件110处的通道间隔器112对应的位置处。而且，冷却液体孔121a可以具有对应于通道间隔器112的尺寸。
55.通过形成在前汇流条框架组件120a中的冷却液体孔121a被引入单体堆组件110中的冷却液体沿着箭头(见图5和图6)通过形成在通道间隔器112处的冷却液体通道112a朝向后汇流条框架组件120b移动。已经朝向后汇流条框架组件120b移动的绝缘冷却液体通过形成在后汇流条框架组件120b中的冷却液体孔121a流动到后密封板400中，并且通过设置在后密封板400处的出口p2被排放到电池模块的外部。在该过程中，绝缘冷却液体与电池单体111的电连接部件(诸如电极引线111a)形成直接接触，并且与电池单体111的本体形成间接接触，以冷却电池模块的内部。
56.汇流条122被固定在汇流条框架121上并且被联接到通过形成在汇流条框架121处的引线狭缝而引出的电极引线111a，以电连接多个电池单体111。
57.内部端子123被固定在汇流条框架121上并且被联接到在设置在单体堆组件110中的电池单体111之中的位于最外侧处的电池单体111的电极引线111a。内部端子123用作高电势端子。位于汇流条框架121的在纵向方向(平行于y轴线的方向)上的一侧处的内部端子123用作正电极高电势端子，并且位于汇流条框架121的另一个纵向侧处的内部端子123用作负电极高电势端子。内部端子123被电连接到稍后解释的外部端子710(见图8和图9)。
58.被引入电池模块中的绝缘冷却液体可以填充在前密封板300和前汇流条框架组件120a之间的空间，并且还可以填充在后密封板400和后汇流条框架组件120b之间的空间。相应地，绝缘冷却液体与作为可能集中地产生热量的部件的电极引线111a、汇流条122和内部端子123形成接触，由此高效地冷却电池模块。
59.同时，参考图5、图6和图7，前汇流条框架组件120a的汇流条框架121和后汇流条框架组件120b的汇流条框架121具有沿着汇流条框架121的纵向方向(平行于y轴线的方向)形成在其顶部和底部处的多个引导肋121b。引导肋121b具有朝向单体堆组件110延伸的形状。引导肋121b被形成在与通道间隔器112对应的位置处。
60.同时，在通道间隔器112的在纵向方向(平行于x轴线的方向)上的两端处，形成了
固定部112b，该固定部112b具有与引导肋121b对应的形状并且被设置在与引导肋121b对应的位置处。通道间隔器112在竖直方向(平行于z轴线的方向)和纵向方向(平行于x轴线的方向)上的移动受到引导肋121b和固定部112b限制。因此，当前汇流条框架组件120a和后汇流条框架组件120b被联接到单体堆组件110时，可以引导联接位置，由此增加组装的方便性。
61.参考图1到图6，模块外罩200容纳子模块100，该子模块100包括单体堆组件110、前汇流条框架组件120a和后汇流条框架组件120b。模块外罩200被构造成使得其在纵向方向(平行于x轴线的方向)上的一侧和另一侧是敞开的。
62.参考图5、图6、图8和图9，前密封板300覆盖被形成在模块外罩200的在纵向方向(平行于x轴线的方向)上的一侧处的开口。前密封板300具有用于引入绝缘冷却液体的进口p1。为了防止冷却液体泄漏，绝缘密封构件g可以介于前密封板300的边缘表面和模块外罩200的内表面之间(见图9)。密封构件g可以例如是衬垫。
63.前密封板300具有一对端子孔300a，用于在设置在前汇流条框架组件120a处的内部端子123与稍后解释的外部端子710之间的电连接的部件可以穿过所述一对端子孔300a。端子孔300a被形成在与内部端子123对应的位置处。
64.参考图6，后密封板400覆盖在模块外罩200的在纵向方向(平行于x轴线的方向)上的另一侧处的开口，并且具有用于排放绝缘冷却液体的出口p2。类似于前密封板300，密封构件g可以介于后密封板400的边缘表面和模块外罩200的内表面之间，以防止绝缘冷却液体泄漏。密封构件g可以例如是衬垫。
65.前密封板300和后密封板400可以由用于电绝缘的绝缘树脂制成。
66.参考图8和图9，端子组件700包括位于前密封板300的外侧处的外部端子710以及用于将外部端子710和电池单体111电连接的柱头720。柱头720被固定到内部端子123。柱头720可以通过由内部端子123挤压配合而被固定到内部端子123。固定到内部端子123的柱头720通过形成在前密封板300中的端子孔300a被引出，并且被联接到外部端子710。
67.端子组件700可以进一步包括环形端子间隔器730，该环形端子间隔器730被插入形成在前密封板300中的端子孔300a中。端子间隔器730可以由金属材料制成。如果设置有端子间隔器730，则柱头720穿过端子间隔器730。
68.端子组件700可以进一步包括紧固螺母740，该紧固螺母740用于将外部端子710紧固到柱头720。紧固螺母740被紧固到穿过端子间隔器730的柱头720和外部端子710的紧固部712，使得外部端子710的紧固部712被紧密地固定到端子间隔器730。因此，内部端子123和外部端子710通过端子间隔器730彼此电连接。
69.端子组件700可以进一步包括第一o形环750，该第一o形环750覆盖端子间隔器730的外周表面，并且介于前密封板300的内表面和内部端子123之间。参考图9，第一o形环750防止被引入在前密封板300和汇流条框架121之间的空间中的绝缘冷却液体通过端子孔300a的内表面和端子间隔器730之间的空间泄漏到前密封板300的外部。
70.另外，端子组件700可以进一步包括第二o形环760，该第二o形环760被定位成围绕被挤压配合到内部端子123中且暴露于在内部端子123和汇流条框架121之间的空间的柱头720，并且介于内部端子123和汇流条框架121之间。第二o形环760防止被引入在前密封板300和汇流条框架121之间的空间中的绝缘冷却液体通过在内部端子123和柱头720之间的空间以及在端子间隔器730的内表面和柱头720之间的空间泄漏到前密封板300的外部。
71.参考图1和图2以及图5和图6，前端板500覆盖前密封板300，并且被固定到模块外罩200。后端板600覆盖后密封板400，并且被固定到模块外罩200。
72.前端板500包括：端子暴露部500a，该端子暴露部500a用于将外部端子710的连接部711暴露于前端板500的外部；和进口暴露部500b，该进口暴露部500b用于将进口p1暴露于前端板500的外部。后端板600包括出口暴露部600b，该出口暴露部600b用于将出口p2暴露于后端板600的外部。
73.当应用了前端板500和后端板600时，衬垫(未示出)可以介于在前端板500和模块外罩200之间的联接部中以及在后端板600和模块外罩200之间的联接部中，从而防止绝缘冷却液体泄漏。
74.同时，根据本公开的实施例的一种电池组和一种车辆包括如上所述的根据本公开的电池模块。电池组包括至少一个根据本公开的电池模块以及用于容纳所述至少一个电池模块的电池组外罩。电池模块可以通过形成在前端板500和/或后端板600中的紧固孔h被紧固到电池组外罩。即，紧固孔h可以提供用于紧固电池组外罩和电池模块的紧固装置(诸如螺栓)插入其中的空间。同时，如果电池组包括多个电池模块，则多个电池模块可以通过形成在前端板500和/或后端板600中的紧固孔h彼此紧固。
75.已经详细描述了本公开。然而，应该理解，详细描述和具体示例在表明本公开的优选实施例的同时仅以示意方式给出，因为根据该详细描述，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。