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8月24日向韩国知识产权局提交的韩国专利申请第10-2020-0106089号的权益，该申请的公开内容通过引用整体并入本文。
3.本公开涉及一种电池模块和包括该电池模块的电池组，更具体地，涉及一种具有提高的冷却性能的电池模块和包括该电池模块的电池组。


背景技术：

4.随着技术发展和对移动设备需求的增加，对作为能源的二次电池的需求正在迅速增加。因此，许多对能够满足各种需求的电池的研究正在兴起。
5.二次电池作为例如电动自行车、电动汽车、混合动力汽车的动力驱动设备的能源，以及例如移动电话、数码相机和笔记本电脑的移动设备的能源，受到了广泛关注。
6.通常，锂二次电池可以基于外部材料的形状分为电极组件内置在金属罐中的罐型二次电池以及电极组件内置在铝层压板的袋中的袋型二次电池。
7.对于小型移动设备，每个设备使用一个或三个电池单体，而诸如车辆的中型或大型设备需要高功率和大容量。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。在这样的电池模块中，大量的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，可以将一个或多个电池模块与诸如电池管理系统(bms)和冷却系统的各种控制和保护系统安装在一起以形成电池组。
8.由于构成这些中型或大型电池模块的电池单体包括可充电/可放电的二次电池，这种高输出和大容量的二次电池在充电和放电过程中会产生大量热量。特别地，由于在电池组中广泛使用的袋状电池的层压板表面涂覆有导热率低的聚合物材料，因此难以有效地降低整个电池单体的温度。
9.当充放电过程中产生的热量没有得到有效消除时，会产生热量积聚，这将加速电池单体的劣化，根据情况，电池模块可能会起火或爆炸。因此，用于将高输出、大容量电池模块和/或电池组中的电池单体冷却的冷却系统很重要。


技术实现要素：

10.技术问题
11.本公开的目的是提供一种具有提高的冷却性能的电池模块以及包括该电池模块的电池组。
12.然而，本公开的实施例要解决的技术问题不限于上述问题，并且可以在本公开所包括的技术思想的范围内进行各种扩展。
13.技术方案
14.根据本公开的一个实施例，提供了一种电池模块，包括：电池单体堆，通过堆叠多个电池单体形成；模块框架，用于容纳电池单体堆；以及导热垫，位于模块框架的上表面与
电池单体堆之间，其中，导热垫在面对电池单体堆的表面上具有与电池单体的第一端部对应的凹陷图案。
15.电池单体的第一端部可以具有双面折叠形状。
16.电池单体包括单体外壳和容纳在单体外壳中的电极组件，并且双面折叠形状可以是通过将单体外壳的密封部折叠至少两次而形成的双折叠密封部的形状。
17.电池还包括电极引线，该电极引线从沿与电池单体的第一端部垂直的方向上设置的电池单体的两个端部中的至少一个突出，其中，电池单体可以具有在电极引线突出的方向上形成得较长的矩形结构。
18.导热垫的凹陷图案可以包括与多个电池单体中的每一个的双折叠密封部相对应的多个凹陷部。
19.电池单体的第一端部可以具有两个相互不同的倾斜面，凹陷部可以形成为对应于两个倾斜面中的一个，并且双折叠密封部可以与凹陷部紧密接触。
20.双折叠密封部的倾斜面和其上可以形成有凹陷部的导热垫的倾斜面彼此接触。
21.导热垫具有与模块框架的上表面面对的第一表面，以及面对电池单体堆的第二表面，并且第一表面和第二表面可以具有彼此不对称的结构。
22.导热垫的第一表面可以具有与模块框架的上表面平行的表面。
23.凹陷图案可以具有锯齿形状。
24.电池模块还可以包括位于模块框架的下表面与电池单体堆之间的导热树脂层。
25.模块框架包括：框架构件，该框架构件包括底部和彼此面对的两个侧面部；以及上板，该上板覆盖框架构件的敞开的上部，并且导热树脂层可以位于框架构件的底部与电池单体堆之间。
26.框架构件中包括的底部和侧面部可以一体地形成。
27.电池还可以包括位于导热垫的凹陷图案与电池单体的第一端部之间的导热树脂构件。
28.根据本公开的另一实施例，提供了一种包括上述电池模块的电池组。
29.有益效果
30.根据本公开的实施例，在模块框架的上表面与电池单体堆之间形成另外的传热构件，从而能够提高用于排出电池单体产生的热量的导热性能并提高电池模块和电池组的冷却性能。
附图说明
31.图1是示出根据本公开的一个实施例的电池模块的分解透视图。
32.图2是示出图1的电池模块的部件相耦接的状态的透视图。
33.图3是示出图1的电池单体堆中包括的一个电池单体的透视图。
34.图4是沿图2的yz平面截取的截面图。
35.图5是示出图4的部分a的放大透视图。
36.图6是示出根据本实施例的导热垫结构的图。
37.图7是示出配备有图6的导热垫的电池模块的图。
38.图8是示出在中央电池单体的情况下的温度随时间变化的曲线图。
39.图9是示出在边缘单体的情况下的温度随时间变化的曲线图。
40.图10和图11是示出根据本公开的另一实施例的电池模块的图。
41.图12是示出图10的导热树脂的填充方法的变形例的图。
具体实施方式
42.在下文中，将参照附图详细描述本公开的各种实施例，以便本领域技术人员能够容易地实施这些实施例。本公开可以以各种不同的方式进行修改，并且不限于本文所阐述的实施例。
43.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。
44.此外，在附图中，每个元件的尺寸和厚度是为了便于描述而任意示出的，本公开不必限于附图中所示的尺寸和厚度。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示出。
45.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，它可以直接在另一个元件上，或者也可以存在中间元件。相反，当一个元件被称为“直接在”另一个元件上时，是指不存在其他中间元件。此外，词语“上”或“上方”是指设置在基准部之上或之下，并不一定指设置在基准部的与重力相反方向的上端。
46.此外，在整个说明书中，当一部分被称为“包括”某个部件时，是指该部分还可以包括其他部件，而不排除其他部件，除非另有说明。
47.此外，在整个说明书中，当称为“平面”时，是指当从上侧观察目标部分时，当称为“截面”时，是指从垂直切割的截面侧面观察目标部分时。
48.图1是示出根据本公开的一个实施例的电池模块的分解透视图。图2是示出图1的电池模块的部件相耦接的状态的透视图。图3是示出图1的电池单体堆中包括的一个电池单体的透视图。
49.参照图1和图2，根据本公开的一个实施例的电池模块100包括：电池单体堆120，包含多个电池单体110；模块框架500，用于容纳电池单体堆120；以及端板150，用于覆盖模块框架500的前表面和后表面。模块框架500可以包括：框架构件300，框架构件300的上表面、前表面和后表面是敞开的；以及上板400，上板400覆盖电池单体堆120的上部。框架构件300可以是u形的。电池模块100还包括位于电池单体堆120与端板150之间的汇流条框架130。端板150可以由诸如铝的金属材料形成。端板150可以包括用于覆盖模块框架500的一侧的前面板和用于覆盖模块框架500的另一侧的后面板。
50.当框架构件300的敞开的两侧分别被称为第一侧和第二侧时，框架构件300具有板状结构，该结构被弯曲以连续地包围除了电池单体堆120的与第一侧和第二侧对应的表面之外的其余外表面中的彼此相邻的前表面、下表面和后表面。与框架构件300的下表面对应的上表面是敞开的。具体地，框架构件300可以包括底部和彼此面对的两个侧面部。在这种情况下，底部和两个侧面部可以一体地形成。
51.上板400具有单个板状结构，其包围除了由框架构件300包围的前表面、下表面和后表面之外剩余的上表面。框架构件300和上板400可以在相应的角部区域彼此接触的状态下通过焊接等被耦接，从而形成包围电池单体堆120的结构。即，框架构件300和上板400可
以具有通过诸如焊接的耦接方法在彼此对应的角部区域处形成的耦接部cp，从而形成模块框架500。
52.根据本公开的电池模块100包括位于模块框架300与电池单体堆120之间的导热树脂层310，以及位于上表面400与电池单体堆120之间的导热垫330。导电垫330可以由类似于导热树脂层310的硅基材料形成，并且可以用作压缩垫。
53.电池单体堆120包括沿一个方向堆叠的多个电池单体110，多个电池单体110可以沿y轴方向堆叠，如图1所示。电池单体110优选为袋型电池。例如，参照图3，根据本实施例的电池单体110可以具有其中两个电极引线111和112分别从电池主体113的一个端部114a和另一端部114b朝向彼此相反的方向突出的结构。可以通过在将电极组件(未示出)容纳在单体外壳114中的状态下将单体外壳114的两个端部114a和114b以及连接它们的两个侧面114c接合来制造电池单体110。换言之，根据本实施例的电池单体110总共具有三个密封部114sa、114sb和114sc，并且密封部114sa、114sb和114sc具有通过诸如热熔合的方法密封的结构，其余的侧部可以由连接部115形成。单体外壳114的两个端部114a和114b之间的空间被定义为电池单体110的纵向方向，并且一个侧面114c与将单体外壳114的两个端部114a和114b连接的连接部115之间的空间被定义为电池单体110的宽度方向。
54.连接部115是沿着电池单体110的一个边缘延伸得较长的区域，电池单体110的突出部110p可以形成在连接部115的端部。突出部110p可以形成在连接部115的两个端部中的至少一个上并且可以在与连接部115延伸的方向垂直的方向上突出。突出部110p可以位于单体外壳114的两个端部114a和114b的密封部114sa和114sb之一与连接部115之间。
55.单体外壳114通常由树脂层/金属薄膜层/树脂层的层叠结构形成。例如，当将多个电池单体堆叠以形成中型或大型电池模块时，由o(取向)-尼龙层形成的单体外壳的表面容易因外部冲击而滑动。因此，为了防止这种滑动并保持电池单体的稳定堆叠结构，电池单体堆120可以通过将粘合构件(例如，诸如双面胶带的粘性粘合剂或粘附时通过化学反应耦接的化学粘合剂)附接到单体外壳的表面来形成。在本实施例中，电池单体堆120在y轴方向堆叠，并在z轴方向被容纳到框架构件300中，然后可以通过后述的导热树脂层进行冷却。作为其比较例，存在电池单体形成为盒状部件从而通过组装电池模块框架来进行电池单体之间的固定的情况。在该比较例中，由于存在盒状部件，冷却作用可能很小或在电池单体的表面方向上进行，由此冷却不能很好地向电池模块的高度方向进行。
56.根据本实施例的u形框架300的侧面部300b和上板400的宽度可以彼此相同。换言之，上板400的沿x轴方向的角部和框架构件300的侧面部300b的沿x轴方向的角部可以彼此相遇以通过诸如焊接的方法耦接。
57.图4是沿图2的yz平面截取的截面图。
58.参照图2和图4，根据本实施例的电池模块100可以包括位于模块框架500的底部300a下方的传热介质层820。传热介质层820可以由允许热传递到模块框架500以传递到后述的散热器830的热传递材料形成。
59.根据本实施例的电池模块100还可以包括散热器830，该散热器830位于传热介质层820的下部。散热器830包括形成在其中的制冷剂流动路径，并且可以执行将电池单体堆120中产生的热量排放到外部的功能。然而，仅通过使用传热介质层820和/或导热树脂层310来提高散热器830的热效率，在满足用户所需的冷却性能水平方面存在限制。
60.需要降低由于电池模块中的电池单体的发热而导致的最高温度，减小由于电池单体位置引起的温度偏差，从而提高冷却性能。然而，如果增加冷却装置，则存在电池模块的体积增大的缺点。为了改善这样的问题，根据本实施例，在上板400和未形成散热器830的电池单体堆120之间的空气空间中形成导热垫330，从而能够提高冷却性能，同时保持紧凑的模块结构。
61.图5是示出图4的部分a的放大透视图。
62.根据比较示例，如图5所示，上板400和电池单体堆120之间会存在气隙。气隙会劣化热传导特性，并且为了将电池单体110的上端部(特别是电池单体110的与双面折叠密封部dsf相邻的部分)的热量传递到图4的散热器830并冷却，必须经过多层，因此，冷却效率会降低。
63.图6是示出根据本实施例的导热垫结构的图。图7是示出配备有图6的导热垫的电池模块的图。
64.参照图6和图7，根据本实施例的导热垫330位于与模块框架的上表面对应的上板400与电池单体堆120之间。导热垫330具有与模块框架的上表面面对的第一表面以及面对电池单体堆的第二表面，第一表面和第二表面具有彼此不对称的结构。第一表面可以具有平行于与模块框架的上表面对应的上板400的表面。
65.导热垫330具有形成在与电池单体堆120面对的表面上的凹陷图案330dp。凹陷图案330dp可以具有锯齿形状。凹陷图案330dp具有与电池单体110的第一端部对应的结构，并且电池单体110的第一端部可以具有双面折叠形状。双面折叠形状是通过将单体外壳的密封部折叠至少两次而形成的双面折叠密封部(dsf)的形状。具体地，如图3所示，电池单体110的第一端部可以是将单体外壳114的两个端部114a和114b连接的单体外壳114的两个侧面114c粘附到的部分114sc。在图3中，电极引线111和112可以位于沿与电池单体110的第一端部垂直的方向布置的电池单体110的两个端部处，并且电池单体110可以具有矩形结构，其中电极引线111和112在突出方向上形成得较长。
66.参照图6和图7，根据本实施例的导热垫330的凹陷图案330dp包括与多个电池单体110中的每一个的双面折叠密封部dsf对应的多个凹陷部331dp。
67.电池单体110的第一端部具有两个相互不同的倾斜面，导热垫330也具有与之对应的第一倾斜面sp1和第二倾斜面sp2。导热垫330的第一倾斜面sp1可以与电池单体110的第一端部接触，导热垫330的第二倾斜面sp2可以与双面折叠密封部dsf的倾斜面接触。为了形成这样的结构，双面折叠密封部dsf可以与导热垫330的凹陷部331dp紧密接触。通过实现这样的结构，电池单体堆120与导热垫330之间的接触面积可以被最大化，并且冷却性能可以提高。
68.由于双面折叠密封部dsf结构，在电池单体110和双面折叠密封部dsf之间会形成气隙。因此，与导热垫330的第一倾斜面sp1与电池单体110的第一端接触的部分相比，导热垫330的第二倾斜面sp2与双面折叠密封部dsf的倾斜面彼此接触的部分具有较弱的粘合力。因此，如图7所示，与沿穿过第一倾斜面sp1的箭头方向移动的热量相比，沿穿过第二倾斜面sp2的箭头方向移动的热量会相对较小。具体地，由于双面折叠密封部(dsf)折叠两次以完成密封部，因此可以通过导热垫330补充其间存在的模具密封间隙的热效率。
69.图8是示出在中央电池单体的情况下的温度随时间变化的曲线图。图9是示出在边
缘单体的情况下的温度随时间变化的曲线图。
70.下面的表1总结了图8和9中所示的最大值、最小值和温度差值的结果。
71.[表1]
[0072][0073]
参照图8，如图5所示，在比较例中，上板400与电池单体堆120之间存在气隙。此时，当电池单体进行充放电(在充电高于1c rate，放电低于1c rate的条件下)时，由于产生的热量，温度在初始阶段迅速升高，大约1000秒或更长时间后，呈现为收敛到恒定温度。参照图9，在本公开的实施例中，上板400与电池单体堆120之间存在导热垫330，如图所示。此时，当电池单体进行充放电时，由于产生的热量，温度在初始阶段迅速升高，大约1100秒或更长时间后，呈现收敛到恒定温度或温度略有下降的现象。
[0074]
参照上面的表1，在比较例中，中央电池单体的最高温度与边缘电池单体的最低温度之间的差距为10.2摄氏度，而在本实施例中，中央电池单体的最高温度与边缘电池单体的最低温度之间的差距为8.5摄氏度。综上所述，可以确认本实施例中的温度差与比较例相比减少了约16％。
[0075]
图10和图11是示出根据本公开的另一实施例的电池模块的图。
[0076]
根据本实施例的电池模块还包括导热树脂构件320，该导热树脂构件320位于导热垫330与电池单体110的形成有双面折叠密封部dsf的一个端部之间，如图11所示。如图10所示，可以通过将导热树脂320p填充在导热垫330的凹陷图案330dp中，然后将导热垫330和电池单体堆120压合，来形成导热树脂构件320。此时，优选地，在导热树脂320p固化之前按压导热垫330和电池单体堆120。为了将导热树脂320p填充在导热垫330的凹陷图案330dp中，导热树脂320p可以在导热垫330被翻转的状态下沿重力方向填充，与图10所示不同。
[0077]
图12是示出图10的导热树脂的填充方法的变形例的图。
[0078]
参照图12，与图10中描述的不同，可以将导热树脂420p涂覆到电池单体堆120的端部上。此后，可以将导热垫330压在涂覆有导热树脂420p的电池单体堆120上以形成导热树脂构件320，如图11所示。根据图10至图12中描述的实施例，通过导热树脂构件320进一步使气隙最小化，因此，与仅通过导热垫330补充热效率的情况相比，在热效率方面会更有利。
[0079]
另一方面，根据本实施例的电池模块中的一个或多个可以被封装在电池组壳体中以形成电池组。
[0080]
上述电池模块和包括该电池模块的电池组可以应用于各种设备。这样的设备可以应用于车辆装置，例如电动自行车、电动汽车或混合动力汽车，但本公开不限于此，也可以应用于在本公开的范围内的能够使用电池模块的各种设备。
[0081]
尽管以上参照优选实施例对本发明进行了图示和描述，但本公开的范围不限于此，本领域技术人员可以设计出将落入所附权利要求中描述的本发明原理的精神和范围内的许多其他修改和实施例。
[0082]
【附图标记说明】
[0083]
100：电池模块120：电池单体堆
[0084]
310：导热树脂层320：导热树脂构件
[0085]
330：导热垫330dp：凹陷图案
[0086]
331dp：凹陷部400：上板
[0087]
500：模块框架830：散热器
[0088]
dsf：双面折叠密封部