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2020年1月16日在韩国知识产权局提交的第10-2020-0006113号韩国专利申请的权益，其公开内容以引用方式整体并入本文中。
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，更特别地，涉及一种具有提高的冷却性能的电池模块和一种包括该电池模块的电池组。


背景技术：

4.在现代社会中，随着诸如移动电话、笔记本计算机、便携式摄像机和数码相机的便携式装置已经被日常使用，与如上所述的移动装置相关的领域的技术发展已经活跃起来。此外，可充电/可放电的二次电池被用作电动车辆(ev)、混合动力电动车辆(hev)、插电式混合动力电动车辆(p-hev)等的电源，以试图解决由使用化石燃料的现有汽油车辆造成的空气污染等问题。因此，对二次电池的发展的需求日益增长。
5.目前商业化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，锂二次电池已经成为焦点，因为锂二次电池具有优点，例如，与镍类二次电池相比几乎不表现出记忆效应，并且因此可以自由地充电和放电，并且具有非常低的自放电速率和高能量密度。
6.这种锂二次电池主要使用锂类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：电极组件，在该电极组件中，分别涂覆有正极活性材料和负极活性材料的正极板和负极板在分隔件介于其间的情况下被设置；以及电池壳体，该电池壳体将电极组件与电解质溶液一起密封和容纳。
7.通常，锂二次电池可以基于外部材料的形状而分类为罐式二次电池和袋式二次电池，在该罐式二次电池中，电极组件被内置在金属罐中，在该袋式二次电池中，电极组件被内置在铝层压片的袋中。
8.在用于小型装置的二次电池的情况下，设置有两到三个电池单体，但是在用于中型或大型装置(诸如汽车)的二次电池的情况下，使用大量电池单体被电连接的电池模块。在这种电池模块中，大量电池单体彼此串联或并联连接以形成电池单体堆，从而提高容量和输出。此外，一个或多个电池模块可以与各种控制和保护系统(诸如，电池管理系统(bms)和冷却系统)安装在一起，以形成电池组。
9.同时，为了保护电池单体堆免受外部冲击、热量或振动，电池模块可以包括用于将电池单体堆容纳在内部空间中的模块框架以及端板。
10.此时，导热树脂可以被注射在电池单体堆与模块框架之间，以形成导热树脂层，并且导热树脂层可以起到将在电池单体堆中产生的热量传递到电池模块的底部的作用。
11.然而，当过量地注射了导热树脂时，存在电池模块的制造成本增加的问题，这不利地影响了盈利能力。


技术实现要素：

12.【技术问题】
13.本公开的实施例的目标是提供一种电池模块和一种包括该电池模块的电池组，该电池模块能够在实现形成导热树脂层的导热树脂的最佳涂覆量的同时保持电池单体之间的温度均匀。
14.然而，本公开的实施例所要解决的技术问题不限于上述问题，并且可以在本公开中所包括的技术构思的范围内进行各种扩展。
15.【技术解决方案】
16.根据本公开的一个实施例，提供了一种电池模块，该电池模块包括：电池单体堆，多个电池单体被堆叠在该电池单体堆中；模块框架，该模块框架用于容纳电池单体堆；以及第一导热树脂层，该第一导热树脂层位于电池单体堆与模块框架的底部之间，其中，所述底部包括第一区域、第二区域和第三区域，第三区域位于彼此分开的第一区域与第二区域之间，第一导热树脂层被形成在第一区域和第二区域上，并且至少一个通孔被形成在第三区域中。
17.电池模块还可以包括第二导热树脂层，该第二导热树脂层位于底部下方。
18.电池单体堆可以通过通孔与第二导热树脂层接触。
19.电池还可以包括散热器，该散热器位于第二导热树脂层下方。
20.第一区域和第二区域可以位于底部中的彼此分开的两端处，并且第三区域可以位于第一区域与第二区域之间。
21.模块框架具有敞开的前表面和敞开的后表面，并且第一区域和第二区域可以被定位成在底部的分别与前表面和后表面相邻的两端处彼此分开。
22.电池单体包括电极引线，并且电极引线可以朝向模块框架的敞开的前表面和敞开的后表面突出。
23.模块框架可以包括：u形框架，该u形框架具有敞开的上表面；以及上板，该上板被构造成覆盖u形框架的敞开的上表面。
24.模块框架可以是单框架，在该单框架中，底部、两个侧部和顶部成一体。
25.底部可以包括两个或更多个注射孔，所述两个或更多个注射孔分别位于第一区域和第二区域中。
26.第一导热树脂层和第二导热树脂层中的至少一个包括导热树脂，并且该导热树脂可以包括硅酮材料、聚氨酯材料和丙烯酸材料中的至少一种。
27.【有利效果】
28.根据本公开的实施例，通过形成在模块框架的底部中的至少一个通孔，可以实现涂覆到底部上的导热树脂的最佳量，并且同时，电池模块中所包括的电池单体之间的温度可以保持均匀。
附图说明
29.图1是根据本公开的实施例的电池模块的立体图。
30.图2是图1的电池模块的分解立体图。
31.图3是从上方观察的图2的电池模块中所包括的u形框架的平面图。
32.图4是图2的电池模块中所包括的电池单体的立体图。
33.图5是沿着图1的切割线a-a'截取的截面图。
34.图6是沿着图1的切割线b-b'截取的截面图。
35.图7是根据本公开的另一个实施例的电池模块的分解立体图。
36.图8是图示了图7的电池模块中所包括的单框架的立体图。
37.图9是示出了图7的电池模块倒置的状态的立体图。
具体实施方式
38.下文中，将参考附图来详细地描述本公开的各种实施例，使得本领域的技术人员可以容易地实施它们。本公开可以以各种不同方式来修改，并且不限于本文中所阐述的实施例。
39.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。
40.此外，在附图中，为了描述方便，任意图示了每一个元件的尺寸和厚度，并且本公开不一定必需限于附图中所示。在图中，为了清楚起见，夸大了层、区域等的厚度。在附图中，为了描述方便，一些层和区域的厚度被夸大地示出。
41.此外，应理解，当诸如层、膜、区域或板的元件被称为在另一个元件“上”或“上方”时，该元件可以直接在另一个元件上，或者也可以存在居间元件。相反，当一个元件被称为“直接”在另一个元件“上”时，这意味着不存在其它居间元件。此外，词语“在
……
上”或“在
……
上方”意味着设置在参考部分上或参考部分下，并且不一定必须意味着朝向重力的相反方向设置在参考部分的上端上。
42.此外，在整个说明书中，当一个部分被称为“包括”某个部件时，这意味着该部分还可以包括其它部件，而不排除其它部件，除非另有陈述。
43.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的情况，并且当被称为“截面”时，这意味着从垂直切割的截面侧观察目标部分的情况。
44.图1是根据本公开的实施例的电池模块的立体图。图2是图1的电池模块的分解立体图。图3是从上方观察的图2的电池模块中所包括的u形框架的平面图。
45.参考图1到图3，根据本公开的实施例的电池模块100a包括：电池单体堆200，多个电池单体110被堆叠在该电池单体堆200中；模块框架300a，该模块框架300a用于容纳电池单体堆200；以及第一导热树脂层810，该第一导热树脂层810位于电池单体堆200与模块框架300a的底部之间。在这种情况下，底部310a包括第一区域311a、第二区域312a和第三区域313a，并且第三区域313a位于彼此分开的第一区域311a与第二区域312a之间。此外，第一导热树脂层810被形成在第一区域311a和第二区域312a上，并且至少一个通孔900a被形成在第三区域313a中。
46.模块框架300a可以具有前表面(x轴方向)和后表面(与x轴相反的方向)敞开的形状，并且端板600可以分别覆盖模块框架300a的敞开的前表面和敞开的后表面。模块框架300a和端板600优选具有预定强度，以便保护包括电池单体堆200在内的其它电气部件免受外部冲击，并且出于此目的，模块框架300a和端板600可以包括金属材料，特别是铝。
47.同时，根据此实施例的模块框架300a包括：u形框架400a，该u形框架400a具有敞开
的上表面(z轴方向)；以及上板500a，该上板500a被构造成覆盖u形框架400a的敞开的上表面。u形框架400a和上板500a可以通过焊接而彼此接合，但是接合方法不限于此，并且可以通过各种实施例来实施。
48.u形框架400a可以包括底部310a以及两个侧部320a，所述两个侧部320a从底部310a的彼此相反的两侧在向上方向(z轴方向)上延伸，并且两个侧部320a之间的距离优选等于上板500a的宽度。
49.在此实施例中，模块框架300a的底部310a对应于u形框架400a的底部310a，并且底部310a包括形成有至少一个通孔900a的第三区域313a以及形成有第一导热树脂层810的第一区域311a和第二区域312a。
50.位于第一区域311a和第二区域312a中的第一导热树脂层810通过将导热树脂涂覆到底部310a上而形成，并且导热树脂可以包括导热粘合材料。具体地，该导热树脂可以包括硅酮材料、聚氨酯材料和丙烯酸材料中的至少一种。
51.导热树脂在涂覆期间是液体，但是在涂覆之后固化，从而能够起到固定构成电池单体堆200的一个或多个电池单体110的作用。此外，导热树脂具有优异的导热性，使得在电池单体110中产生的热量可以快速传递到电池模块100a的下表面，以防止电池模块100a过热。
52.同时，图4中示出了电池单体堆200中所包括的电池单体110的状态。图4是图2的电池模块中所包括的电池单体110的立体图。
53.参考图4，电池单体110优选是袋式电池单体。例如，根据本实施例的电池单体110具有两个电极引线150彼此面对并且分别从电池主体113的一端114a和另一端114b突出的结构。更具体地，电极引线150被连接到电极组件(未示出)并且从电极组件(未示出)突出到电池单体110的外部。
54.同时，在电极组件(未示出)被容纳在电池壳体114中的状态下，电池单体110可以通过粘合电池壳体114的两端114a和114b以及连接这两端的一个侧部114c来制造。换句话说，根据此实施例的电池单体110总共具有三个密封部114sa、114sb、114sc，该密封部114sa、114sb、114sc具有通过诸如热熔的方法被密封的结构，并且剩余的另一个侧部可以由连接部115形成。此外，连接部115可以沿着电池单体110的一个边缘延伸得很长，并且电池单体110的突出部110p(被称为电池耳(bat-ear))可以被形成在连接部115的边缘处。
55.返回参考图2，图4的电池单体110可以沿着y轴方向堆叠，以形成电池单体堆200。因此，多个电池单体110的电极引线150可以分别朝向前表面(x轴方向)和后表面(与x轴相反的方向)突出。
56.同时，第一区域311a和第二区域312a位于底部310a中的彼此分开的两端处，并且第三区域313a可以位于第一区域311a与第二区域312a之间。也就是说，第一导热树脂层810可以位于底部310a中的彼此分开的两端处。
57.更具体地，在前表面(x轴方向)和后表面(与x轴相反的方向)敞开的模块框架300a中，形成有第一导热树脂层810的第一区域311a和第二区域312a可以被定位成在底部310a的与前表面和后表面中的每一个表面相邻的两端处彼此分开。
58.根据此实施例，如图2所示，电池单体堆200可以沿着穿过u形框架400a的敞开的上表面竖直下降的方向(与z轴相反的方向)位于底部310a上。在定位电池单体堆200之前，导
热树脂可以被涂覆到底部310a上，以形成第一导热树脂层810，并且导热树脂由竖直下降的电池单体堆200压缩并且在水平方向上移动。此时，如果导热树脂被涂覆到底部310a的所有区域上，并且由于电池单体堆200竖直下降，则可能产生溢出到模块框架300a的外部的导热树脂。然而，当仅涂覆少量的导热树脂时，存在导热树脂层的热传递性能劣化的担心。
59.因此，根据本实施例的电池模块100a被构造成使得：当通过仅在第一区域311a和第二区域312a中形成第一导热树脂层810并且然后将电池单体堆200定位在其上来制造一个电池模块100a时，能够通过第一导热树脂层810防止发生热传递性能的劣化，同时防止使用超过必要程度的导热树脂。
60.如上所述，电池单体110的电极引线150可以分别朝向模块框架300a的前表面(x轴方向)和后表面(与x轴相反的方向)突出。当电池模块100a工作时，电池单体110中的电极引线150的部分可能产生比其它部分多的热量，由此，电池单体堆200可以将热量集中在与前表面(x轴方向)和后表面(与x轴相反的方向)中的每一个表面相邻的部分中。
61.此时，形成有第一导热树脂层810的第一区域311a和第二区域312a被定位成在底部310a的与前表面和后表面中的每一个表面相邻的两端处彼此分开，使得集中在与前表面和后表面中的每一个表面相邻的部分中的热量可以被较迅速地排放。换句话说，温度可以在电池单体110的每一个点处保持均匀，从而防止电池单体110的性能由于温度偏差而劣化。
62.然而，因为导热树脂层未被形成在第三区域313a中，所以电池单体110的温度偏差可能因此而发生。因此，根据本实施例的电池模块100a试图通过在第三区域313a中设置至少一个通孔900a来解决这些问题。在下文中，将结合图5和图6来详细描述这种情况。
63.图5是沿着图1的切割线a-a'截取的截面图，并且图6是沿着图1的切割线b-b'截取的截面图。具体地，切割线a-a'穿过第一区域311a，并且切割线b-b'穿过第三区域313a。
64.参考图5和图6，根据本实施例的电池模块100a可以包括第二导热树脂层820，该第二导热树脂层820位于模块框架300a的底部310a下方。类似于第一导热树脂层810，第二导热树脂层820可以包括含有导热粘合材料的导热树脂。
65.同时，电池模块100a还可以包括散热器830，该散热器830位于第二导热树脂层820下方。散热器830可以包括形成在该散热器830中的制冷剂流动通道，并且可以执行将在电池单体堆200中产生的热量排放到外部的功能。
66.因此，如图5所示，在与电池单体110的第一区域311a对应的部分中产生的热量可以沿着第一导热树脂层810、底部310a的第一区域311a、第二导热树脂层820和散热器830依序移动到外部。在这种情况下，不言而喻，与第二区域312a对应的部分中的热传递路径类似于上述与第一区域311a对应的部分中的热传递路径。
67.另一方面，在电池单体堆200与底部310a之间没有形成导热树脂层的第三区域313a中，存在如下可能性：由于没有导热树脂层的空的空间，所以冷却性能可能劣化。因此，在此实施例中，如图6所示，至少一个通孔900a被形成在第三区域313a中，并且电池单体堆200可以通过通孔900a与第二导热树脂层820接触。因此，在电池单体110的与第三区域313a对应的部分中产生的热量可以沿着第二导热树脂层820和散热器830依序移动到外部。
68.此外，即使在形成有通孔900a时，在第三区域313a中也可能产生电池单体110与第二导热树脂层820不彼此接触的部分。然而，因为第三区域313a对应于电池单体110的与电
极引线150的部分相比产生相对较少热量的中间部分，所以这些构造可以较适合于均匀地保持电池单体110的整体温度。
69.同时，根据本公开的实施例的通孔900a可以由一个孔或者两个或更多个孔形成，但是如图2和图3所示，优选地，多个通孔被形成并定位成沿着电池单体110的堆叠方向(y轴方向)彼此分开。
70.此外，虽然仅图示了圆形通孔900a的形状，但是根据本公开的实施例的通孔900a可以具有多边形形状以及圆形形状。
71.在下文中，将参考图7到图9描述根据本公开的另一个实施例的电池模块100b。
72.图7是根据本公开的另一个实施例的电池模块的分解立体图。图8是图示了图7的电池模块中所包括的单框架的立体图。图9是示出了图7的电池模块倒置的状态的立体图。
73.根据本实施例的电池模块100b包括堆叠有多个电池单体110的电池单体堆200、模块框架300b以及第一导热树脂层810。此外，电池模块100b还可以包括端板600以及位于模块框架300b的底部310b下方的第二导热树脂层820。此时，电池单体堆200、第一导热树脂层810、第二导热树脂层820和端板600与上述内容重叠，并且因此其详细描述被省略。
74.根据本实施例的模块框架300b可以是单框架，在该单框架中，上表面(z轴方向)、下表面(与z轴相反的方向)和两个表面(y轴方向以及与y轴相反的方向)成一体。换句话说，作为单框架的模块框架300b可以包括底部310b、两个侧部320b和顶部330b，并且底部310b、两个侧部320b和顶部330b可以成一体。图8示出了仅为了解释方便而切开两个侧部320b的状态。
75.模块框架300b的前表面(x轴方向)和后表面(与x轴相反的方向)是敞开的，并且电池单体堆可以通过敞开的前表面或敞开的后表面被容纳。
76.模块框架300b的底部310b包括第一区域311b、第二区域312b和第三区域313b，并且第三区域313b位于彼此分开的第一区域311b与第二区域312b之间。第一导热树脂层810被形成在第一区域311b和第二区域312b上，并且至少一个通孔900b被形成在第三区域313b中。
77.第一区域311b和第二区域312b位于底部310b中的彼此分开的两端处，并且第三区域313b可以位于第一区域311b与第二区域312b之间。也就是说，第一导热树脂层810可以位于底部310b中的彼此分开的两端处。更具体地，在前表面(x轴方向)和后表面(与x轴相反的方向)敞开的模块框架300b中，形成有第一导热树脂层810的第一区域311b和第二区域312b可以被定位成在底部310b的分别与前表面和后表面相邻的两端处彼此分开。
78.同时，至少一个通孔900b被形成在第三区域313b中，并且电池单体堆200可以通过通孔900b与第二导热树脂层820接触。
79.参考图9，根据本实施例的模块框架300b的底部310b可以包括分别位于第一区域311b和第二区域312b中的两个或更多个注射孔910b。
80.由于作为底部310b、两个侧部320b和顶部330b成一体的单框架的模块框架300b的结构，因此电池单体堆200必须通过敞开的前表面(x轴方向)或敞开的后表面(与x轴相反的方向)被容纳，并且期望的是在容纳电池单体堆200之前不预先涂覆导热树脂。
81.代替地，在容纳电池单体堆200之后，导热树脂可以通过两个或更多个注射孔910b注射，以在第一区域311b和第二区域312b中形成第一导热树脂层810。
82.虽然注射孔910b的数量不受特别限制，但是优选的是，多个注射孔910b被形成在第一区域311b和第二区域312b中。
83.同时，参考图2和图8，在第一区域311a和311b以及第二区域312a和312b中，凹槽340a和340b可以在未涂覆导热树脂的状态下被形成，使得可以安装图4所示的电池单体110的突出部110p。
84.参考图2，根据本公开的实施例的电池模块100a还可以包括：汇流条710，该汇流条710连接每一个电池单体110的电极引线150；和汇流条框架700，汇流条710被安装在该汇流条框架700上。
85.具体地，汇流条框架700可以根据电极引线150的突出方向被分别形成在电池单体堆200的前表面(x轴方向)和后表面(与x轴相反的方向)上。电池单体110的电极引线150可以在穿过形成在汇流条框架700中的狭缝之后弯曲，以便连接到汇流条710。因为端板600与模块框架300a接合，所以可以保护包括汇流条710在内的被安装在汇流条框架700上的各种电气部件免受外部冲击等。
86.一个或多个上述根据本实施例的电池模块可以与各种控制和保护系统(诸如，电池管理系统(bms)和冷却系统)安装在一起，以形成电池组。
87.上述电池模块或电池组可以应用到各种装置。具体地，这些装置可以应用于车辆装置，诸如，电动自行车、电动车辆、混合动力车辆，但是本公开不限于此，并且可以应用于可以使用二次电池的各种装置。
88.虽然上文已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，并且本领域的技术人员使用在随附权利要求书中限定的本公开的基本概念做出的各种修改和改进也属于本公开的范围。
89.附图标记列表
90.100a、100b：电池模块
91.110：电池单体
92.200：电池单体堆
93.300a、300b：模块框架
94.310a、310b：底部
95.311a、311b：第一区域
96.312a、312b：第二区域
97.313a、313b：第三区域
98.600：端板
99.700：汇流条框架
100.710：汇流条
101.810：第一导热树脂层
102.820：第二导热树脂层
103.830：散热器
104.900a、900b：通孔