电池组、包括该电池组的电子设备和车辆的制作方法

1.本公开涉及一种电池组以及包括所述电池组的电子设备与车辆，并且更具体地说，涉及这样一种电池组，其中减少了部件的数目且提高了能量密度及制造效率。
2.本技术要求于2020年6月16日在韩国提交的韩国专利申请第10-2020-0073140号的优先权，该韩国专利申请的公开内容通过引用并入本文。


背景技术：

3.近来，随着对诸如膝上型电脑、摄像机以及便携式电话的便携式电子产品的需求快速增长以及电动车辆、能量储存电池、机器人、卫星等的全面发展，正在积极研究能够重复充电及放电的高性能二次电池。
4.当前商业化的二次电池包括镍镉电池、镍氢电池、镍锌电池、锂二次电池等等。其中，与镍类二次电池相比，锂二次电池由于诸如由实质上没有记忆效应而引起的自由充电及放电、极低的自放电率以及高能量密度的优点而更加突出。
5.锂二次电池主要使用锂类氧化物及含碳材料分别作为正极活性材料及负极活性材料。另外，锂二次电池包括电极组件，其中涂布有正极活性材料的正极板及涂布有负极活性材料的负极板以隔膜插入其间的方式来设置，以及外部部件(即电池壳体case)，用于将电极组件连同电解质密封地容纳在一起。
6.另外，根据外部部件的形状，锂二次电池可分为其中电极组件嵌入于金属罐中的罐型二次电池及其中电极组件嵌入于由铝层压片制成的袋中的袋型二次电池。
7.其中，在罐型二次电池中，其中嵌入电极组件的金属罐可制造成圆柱形形状。常规的电池模块可包括用于容纳多个二次电池的模块壳体及被构造成电连接多个罐型二次电池的汇流条。
8.另外，在现有技术中，为了制造电池组，多个二次电池可主要包括于模块壳体中。另外，容纳多个二次电池的模块壳体被再次安装至电池组外壳，且接着联接电池组外壳与模块壳体，由此制造电池组。
9.然而，如果电池组包括模块壳体及电池组外壳两者，则这种结构减小了电池组的能量密度，使得制造过程复杂，并且增加了制造成本。


技术实现要素：

10.技术问题
11.本公开被设计以解决现有技术的问题，且因此本公开旨在提供一种电池组，其中减少了部件的数目且提高了能量密度及制造效率。
12.本公开的这些及其他目的及优点可以从以下详细描述来理解并且从本公开的例示性实施方式将变得更加显而易见。此外，将容易理解的是，本公开的目的及优点可通过所附权利要求中示出的手段及其组合来实现。
13.技术方案
14.在本公开的一个方案中，提供一种电池组，该包括：
15.多个电池单元，其伸长以在上下方向上竖立且具有位于其上部处的一对电极端子，多个电池单元在至少一个方向上排列；以及
16.电池组外壳，其具有用于容纳多个电池单元的容纳空间且被构造成使得多个电池单元中的每一个的下部接合至其内表面。
17.此外，电池组外壳可包括被构造成容纳粘合剂的多个固定突出部，使得多个电池单元中的每一个的下部插入其中。
18.此外，填充剂可添加到电池组外壳内部以包围多个电池单元中的每一个的侧部。
19.另外，电池组外壳可包括被构造成在其中容纳多个电池单元的下部框架，以及联接至下部框架且位于多个电池单元的上部的上部框架。
20.此外，电池组可还包括安装于上部框架上且被构造成接触多个电池单元中的每一个的电极端子的多个汇流条，且汇流条可包括多条导线。
21.此外，上部框架可包括朝向多个电池单元中的每一个的电极端子突出以覆盖电极端子的突出部分。
22.另外，电池组可还包括固定至电池组外壳的内部下表面、内部上表面以及内侧表面中的至少一个的加强构件。
23.此外，加强构件可包括：
24.主体部分，所述主体部分被构造成朝向内侧表面延伸；以及
25.弯曲部分，所述弯曲部分设置至主体部分的两个端部中的每一个且被构造成是弯曲的以面向电池组外壳的内侧表面且接合至电池组外壳的内侧表面。
26.此外，加强构件可包括：
27.容纳凹槽，通过将主体部分的一部分向内凹入以使得填充剂填充于其中而形成；以及
28.联接孔，通过对弯曲部分的一部分进行穿孔以使得填充剂容纳于其中而形成。
29.此外，加强构件可包括分别被构造成在一个方向上延伸且彼此间隔开预定距离以在其间形成空间的一对板，
30.一对板中的每一个可具有形成为使得一对板之间的内部空间与外部连通的开口，且
31.一对板之间的内部空间可填充有填充剂。
32.另外，在本公开的另一方案中，也提供一种电子设备，该电子设备包括至少一个电池组。
33.此外，在本公开的另一方案中，也提供一种车辆，该车辆包括至少一个电池组。
34.有益效果
35.根据本公开的实施方式，由于本公开包括被构造成容纳多个电池单元，以使得多个电池单元中的每一个的下部接合至其内表面的电池组外壳，因此多个电池单元的下部可直接固定至电池组外壳而不使用单独的模块壳体，由此简化制造过程且减少零件的数目，从而增加能量密度且降低制造成本。
36.此外，根据本公开的实施方式，由于填充剂添加至电池组外壳中以包围多个电池单元中的每一个的侧部，因此可防止多个电池单元之间的电短路。此外，如果由于在使用电
池组时多个电池单元中的任一个由于外部冲击或异常操作而被点燃而在电池罐的侧部处发生破裂或火焰，则可防止火焰或高温气体传输至邻近于被点燃的电池单元的多个电池单元以引起热失控或链式点燃。也就是说，填充剂可起到阻断多个电池单元之间的热传递的作用。
37.另外，根据本公开的实施方式，由于本公开还包括固定至电池组外壳的内部下表面、内部上表面以及内侧表面中的至少一个的加强构件，因此可有效地防止电池组外壳由于振动或外部冲击而变形。也就是说，加强构件可防止电池组外壳因多个电池单元的重量而变形。特别地说，加强构件可有效地防止电池组外壳在上下方向上弯曲。
附图说明
38.附图例示了本公开的优选实施方式且与前述公开一起用以提供对本公开的技术特征的进一步理解，且因此本公开不应解释为限于附图。
39.图1为示意性地示出根据本公开的实施方式的电池组的透视图。
40.图2为示意性地示出根据本公开的实施方式的电池组的部件的分解透视图。
41.图3为示意性地示出根据本公开的另一实施方式的电池组的一些部件的局部平面图。
42.图4为示意性地示出沿图3的线c-c'截取的电池组的竖直剖视图。
43.图5为示意性地示出根据本公开的另一实施方式的电池组的一些部件的透视图。
44.图6为示意性地示出根据本公开的实施方式的电池组的一些部件的局部平面图。
45.图7为示意性地示出根据本公开的实施方式的电池组的一些部件的局部平面图。
46.图8为示意性地示出根据本公开的另一实施方式的电池组的一些部件的平面图。
47.图9为示意性地示出根据本公开的另一实施方式的电池组的加强构件的局部透视图。
48.图10为示意性地示出根据本公开的又一实施方式的电池组的加强构件的透视图。
具体实施方式
49.在下文中，将参照附图详细描述本公开的优选实施方式。在描述之前，应理解，本说明书及所附权利要求中所使用的术语不应解释为限于通用及辞典含义，而是基于允许发明者恰当定义术语以提供最佳解释的原则，基于与本公开的技术方案对应的含义及概念来解释。
50.因此，本文所提出的描述仅为优选实例，仅用于例示的目的，并非旨在限制本公开的范围，因此应理解，可在不脱离本公开的范围的情况下可以对其进行其他等效替换及修改。
51.图1为示意性地示出根据本公开的实施方式的电池组的透视图。此外，图2为示意性地示出根据本公开的实施方式的电池组的部件的分解透视图。出于参照目的，在图1中，x轴方向为右方向，y轴方向为后方向以及z轴方向为上方向。
52.参照图1及图2，本公开的电池组200可包括多个电池单元100及电池组外壳210。
53.此处，电池单元100可具有伸长以在上下方向上竖立的形状。电极端子可设置至电池单元100的上部。
54.具体而言，电池单元100可为圆柱形电池单元。电池单元100可包括电池罐116及容纳于电池罐116中的电极组件(未示出)。负极端子112可形成在电池罐116的主体处，且正极端子111可形成在联接至电池罐116的上部的电池顶盖处。
55.此外，多个电池单元100可在至少一个方向上排列。多个电池单元100可排列成以预定间隔彼此间隔开。例如，当在图1的f方向上观察时，多个电池单元100可在前后方向上及左右方向上排列。
56.同时，本说明书中所使用的用以表示方向的术语“上”、“下”、“前、“后”、“左”以及“右”可依据观测者的位置或对象的置放形式而改变。然而，在本说明书中，为便于解释，将基于在f方向上观察时可区分地使用“上”、“下”、“前、“后”、“左”以及“右”方向。
57.此外，多个电池单元100可设置成间隔开例如约3mm(毫米)的距离。另外，定位于一列中的多个电池单元100及定位于另一列中的多个电池单元100中可设置在前后方向上的不同位置处。另外，定位于一列中的多个电池单元100及定位于另一列中的多个电池单元100可设置在左右方向上的不同位置处。也就是说，多个电池单元100可视为整体上在前、后、左以及右方向上以z字形排列进行设置。
58.另外，电池组外壳210可具有用于容纳多个电池单元100的容纳空间。参照图2，电池组外壳210可具有能够在其中容纳多个电池单元100的内部空间。
59.具体而言，电池组外壳210可包括内部上壁、内侧壁以及内部下壁。多个电池单元100中的每一个的下部可接合至下壁的上表面。此时，电池单元100的下部可使用粘合剂230接合至电池组外壳210的内部底表面214a。
60.具体而言，粘合剂230可为在注入至电池组外壳210中之后固化的粘合剂230。粘合剂230可具有电绝缘性。粘合剂230可为胶或热熔树脂。例如，粘合剂230可包括聚酰胺类树脂、聚酰亚胺类树脂、环氧类树脂以及丙烯酸类树脂中的至少一个。
61.因此，根据本公开的这种构造，由于本公开包括电池组外壳210，所述电池组外壳210被构造成容纳多个电池单元100以使得多个电池单元100中的每一个的下部接合至其内表面，因此多个电池单元100的下部可直接固定至电池组外壳210而不使用单独的模块壳体，由此简化制造过程且减少了零件的数目，从而增加了能量密度且降低制造成本。
62.图3为示意性地示出根据本公开的另一实施方式的电池组的一些部件的局部平面图。此外，图4为示意性地示出沿图3的线c-c'截取的电池组的竖直剖视图。
63.参照图3及图4以及图2，被构造成使得多个电池单元100的下部插入其中的多个固定突出部p可设置至电池组外壳210的内部底表面。固定突出部p可具有从电池组外壳210的内表面朝向电池单元100(向上)突出的形状以导引多个电池单元100的安装位置。
64.也就是说，固定突出部p可在平面上具有圆形形状以便包围电池单元100的下端的外周部分。另外，一个电池单元100可安装于圆形固定突出部p的内部。
65.另外，粘合剂230可容纳于固定突出部p中。粘合剂230可被构造成将多个电池单元100中的每一个的下部与固定突出部p的内表面彼此接合。
66.因此，根据本公开的这种构造，由于固定突出部p设置至电池组外壳210的内表面，因此多个电池单元100可容易地置放于正确位置处，并且也可增加电池组外壳210的内表面与多个电池单元100之间的接合面积，由此有效地增加接合力。
67.此外，由于粘合剂230可容纳于固定突出部p中，因此可使用少量粘合剂230来固定
多个电池单元100而没有浪费。因此，可降低电池组200的制造成本。
68.图5为示意性地示出根据本公开的另一实施方式的电池组的一些部件的透视图。
69.参照图5以及图2，根据本公开的电池组200的电池组外壳210可还包括添加到其中的填充剂240。填充剂240可填充在电池组外壳210的内部，以不覆盖位于电池单元100的上部处的电极端子。也就是说，填充剂240可填充在电池组外壳210的内部以包围电池单元100的水平侧部。
70.另外，填充剂240可为被构造成在添加至电池组外壳210中之后固化的聚合物树脂。例如，填充剂240可为环氧树脂。
71.因此，根据本公开的这种构造，由于填充剂240添加至电池组外壳210中以包围多个电池单元100中的每一个的侧部，因此可防止多个电池单元100之间的电短路。此外，如果由于在使用电池组200时多个电池单元100中的任一个由于外部冲击或异常操作而被点燃而在电池罐的侧部处发生破裂或火焰，则可防止火焰或高温气体传输至邻近于被点燃的电池单元100的多个电池单元100以引起热失控或链式点燃。也就是说，填充剂240可起到阻断多个电池单元100之间的热传递的作用。
72.同时，再次参照图1及图2，本公开的电池组外壳210可包括下部框架214及上部框架212。具体而言，下部框架214可包括固定多个电池单元100的下壁214c，及自下壁214c的外部周边向上延伸的侧壁214d，使得在其中形成用于容纳多个电池单元100的容纳空间。侧壁214d的高度对应于电池单元100的高度。
73.多个电池单元100固定至下部框架214的内部底表面214a，即固定至下壁214c的上表面。填充剂240置于下部框架214中以使得填充剂240插入于固定在下部框架214上的多个电池单元100之间。填充剂240设置为不覆盖设置在电池单元110的上端处的正极端子111及负极端子112。
74.另外，上部框架212联接至填充有填充剂240的下部框架214上。也就是说，上部框架212可联接至下部框架214的侧壁214d的上端。上部框架212可位于多个电池单元100的上部处。
75.图6为示意性地示出根据本公开的实施方式的电池组的一些部件的局部平面图。在图6中，为了示出汇流条250与多个电池单元100之间的电连接，仅描绘了汇流条250及多个电池单元100，且未示出其他部件。
76.参照图6以及图2，本公开的电池组200可还包括多个汇流条250。汇流条250可被构造成在多个电池单元100之间建立电连接。汇流条250可具有导电金属。汇流条250可包括例如铜、镍以及铝中的至少一种。
77.另外，多个汇流条250可安装于上部框架212上。汇流条250可被构造成接触多个电池单元100中的每一个的电极端子。例如，汇流条250可包括沿多个电池单元100伸长的主体板251及多条导线252。
78.此外，上部框架212可包括经穿孔以将多个电池单元100的上部暴露于外部的暴露部分t2。
79.另外，主体板251及导线252可彼此连接。导线252可经由上部框架212的暴露部分t2接触形成于多个电池单元100的上部处的正极端子111或负极端子112。汇流条250可串联及/或并联地电连接多个电池单元100。
80.在本公开的电池单元100中，在同一方向上提供一对电极端子111、电极端子112。此结构可简化电连接。另外，此结构可允许电池单元100的与电极端子111、电极端子112相对的表面直接联接至冷却框架上。如上所述，在本公开中所应用的电池单元100的正极端子111及负极端子112设置在电池单元100的一侧处。例如，如果电池单元100为圆柱形电池单元，则电池罐116的上端的周边区充当负极端子112，且覆盖电池罐116的顶部开口的电池顶盖充当正极端子111。电池罐116的上端的周边区可以表示形成为固定覆盖电池罐116的顶部开口且充当正极端子111的电池顶盖的压接部分(crimping portion)的上表面。
81.因此，根据本公开的这种构造，由于汇流条250包括多条导线252，因此汇流条250可准确地接触设置在多个电池单元100的上部处的电极端子111、112。也就是说，汇流条250需要被构造为不引起多个电池单元100之间的电短路。然而，如果多个电池单元100的正极端子111与负极端子112之间的距离极短，则汇流条250与电极端子之间需要精确的连接工作。因此，在本公开中，汇流条250及电极端子可经由导线精确地连接，由此降低由电短路引起的爆炸或点燃的风险。
82.此外，本公开的电池组可还包括如图1及图2中所示出的上盖216。上盖216可通过覆盖多个汇流条250的上部来防止其他导体接触汇流条250。上盖216可具有在水平方向上延伸的板形状。
83.图7为示意性地示出根据本公开的实施方式的电池组的一些部件的局部平面图。
84.参照图7以及图2及图6，本公开的电池组外壳210的上部框架212可包括突出部分k，该突出部分k被构造成覆盖多个电池单元100中的每一个的电极端子的一部分。也就是说，突出部分k可突出以覆盖正极端子111及/或负极端子112的一部分。突出部分k可具有朝向暴露部分t2内部的电极端子突出的形状。
85.例如，如图7中所示出，多个突出部分k中的一个可具有突出形状，使得设置在电池单元100的上部处的负极端子112的一部分未向上暴露。另外，多个突出部分k中的另一个可具有突出形状，使得设置在电池单元100的上部处的负极端子112的一部分未向上暴露。
86.例如，在汇流条250的多条导线252中，突出以覆盖负极端子112的一部分的突出部分k可设置至上部框架212的邻近于需要与正极端子111接触的导线252的一部分，以便减少导线252接触负极端子112的可能性。
87.相反，在汇流条250的多条导线252中，突出以覆盖正极端子111的一部分的突出部分可设置至上部框架212的邻近于需要与负极端子112接触的导线252的另一部分，以便减少导线252接触正极端子111的可能性。
88.因此，根据本公开的这种构造，由于上部框架212包括朝向电极端子突出以便覆盖多个电池单元100中的每一个的电极端子的一部分的突出部分k，因此在用于连接汇流条250及电极端子的工作期间，可有效地降低多个电池单元100之间的电短路的风险。因此，可增加电池组200的制造效率且有效地减少在制造过程期间事故的发生。
89.图8为示意性地示出根据本公开的另一实施方式的电池组的一些部件的平面图。
90.参照图8以及图2，本公开的电池组200可还包括加强构件220。具体而言，加强构件220可位于电池组外壳210的内部。加强构件220可固定至电池组外壳210的内表面。此处，加强构件220可以各种方式(例如通过焊接或接合)固定至电池组外壳210。加强构件220可为具有极佳机械刚度的金属。例如，加强构件220可为不锈钢、钢或铝合金。
91.特别地说，加强构件220可固定至电池组外壳210的内部下表面、内部上表面以及内侧表面中的至少一个。例如，加强构件220可具有延伸以在左右方向上横穿电池组外壳210的内部的形状。加强构件220的上部可固定至内部上表面，且加强构件220的下部可固定至内部下表面。
92.另外，加强构件220可具有弯曲图案b1。也就是说，弯曲图案b1可在前后方向上交替地弯曲。因此，弯曲图案b1可增加加强构件220的机械刚度。
93.因此，根据本公开的这种构造，由于本公开还包括固定至电池组外壳210的内部下表面、内部上表面以及内侧表面中的至少一个的加强构件220，因此可有效地防止电池组外壳210由于振动或外部冲击而变形。也就是说，加强构件220可防止电池组外壳210因多个电池单元100的重量而变形。特别地说，加强构件220可有效地防止电池组外壳210在上下方向上弯曲。
94.因此，可减少由频繁变形而引起的电池组外壳210的损坏，且可防止安装于电池组外壳内部的多个电池单元100或内部部件由于振动或外部冲击而损坏。
95.此外，在本公开中，电池组外壳210的中心部分不是机械易损的，因此易于实施配备有大量二次电池的大容量电池组200。因此，可增加电池组200的能量密度且通过减少部件的数目来降低制造成本。
96.另外，再次参照图8以及图2，加强构件220可包括在一个方向上延伸的主体部分221及设置在主体部分221的两端中的每一个处的弯曲部分223。弯曲部分223可弯曲以面向电池组外壳210的内侧表面。例如，如图8中所示出，设置在加强构件220的主体部分221的左端处的弯曲部分223可向前弯曲。设置在主体部分221的右端处的弯曲部分223可向后弯曲。此加强构件220可抑制电池组外壳210的变形。
97.另外，如图5及图8中所示出，加强构件220的弯曲部分223可通过填充剂240接合至电池组外壳210的内侧表面。因此，弯曲部分223的外表面及电池组外壳210的内侧表面214b可彼此接合。
98.因此，根据本公开的这种构造，由于加强构件220包括主体部分221及弯曲部分223，所述弯曲部分223设置在主体部分221的两端中的每一个处以便弯曲成面向电池组外壳210的内侧表面且通过填充剂240接合至电池组外壳210的内侧表面，因此可有效地增加加强构件220与电池组外壳210的内侧表面214b之间的接触面积。因此，可有效地增加加强构件220的固定力。因此，在本公开中，通过使用更大的固定力，可防止电池组外壳210由于外部冲击而变形。
99.图9为示意性地示出根据本公开的另一实施方式的电池组的加强构件的局部透视图。
100.参照图9，根据另一实施方式的电池组200的加强构件220a可具有容纳凹槽g1及联接孔g2。具体而言，容纳凹槽g1可通过将主体部分221的一部分向内凹入以使得填充剂240填充于其中而形成。例如，多个容纳凹槽g1可形成为在主体部分221的上部及下部中的每一个上以预定间隔彼此间隔开。
101.另外，联接孔g2可形成在弯曲部分223的外表面处。联接孔g2可通过对弯曲部分223的一部分进行穿孔以使得填充剂240部分容纳于其中而形成。例如，如图9中所示出，两个联接孔g2可形成于弯曲部分223的外表面中。
102.因此，根据本公开的这种构造，由于加强构件220a包括通过将主体部分221的一部分向内凹入以使得填充剂240填充于其中而形成的容纳凹槽g1以及通过对弯曲部分223的一部分进行穿孔以使得填充剂240容纳于其中而形成的联接孔g2，因此适量的填充剂240可容纳于容纳凹槽g1及加强构件220a的联接孔g2中，由此增加其与电池组外壳210的内部上表面及内侧表面的接合能力。因此，可有效地提升电池组200的耐久性。
103.此外，弯曲部分223可具有可通过螺栓连接联接至电池组外壳的侧壁214d的联接孔h2。与联接孔h2连通的螺栓孔(未示出)可形成于电池组外壳的侧壁214d中。
104.图10为示意性地示出根据本公开的又一实施方式的电池组的加强构件的透视图。
105.参照图10，根据另一实施方式的电池组200的加强构件220b可包括在一个方向上延伸且彼此间隔开预定距离以形成内部空间的一对板225a、225b。填充剂240可填充于一对板225a、225b之间。例如，如图10中所示出，加强构件220b可包括在左右方向上延伸的一对板225a、225b。一对板225a、225b彼此分离预定间隔，且空间s1可填充有填充剂240。
106.因此，根据本公开的这种构造，由于加强构件220b包括一对板225a、225b，足够量的填充剂240可填充于一对板225a、225b之间，由此进一步增加加强构件220b的刚度。另外，可通过其中含有足够量的填充剂240的加强构件220b来进一步增加对电池组外壳210的下表面及上表面中的每一个的接合力。
107.另外，在一对板225a、225b中的每一个中，可形成开口p1以使得一对板225a、225b之间的内部空间与外部连通。可形成开口p1以使用填充剂240填充多个电池单元100的分离空间。也就是说，开口p1可形成在前后方向上对应于多个电池单元100的分离空间的位置处。因此，填充于一对板225a、225b之间的填充剂240的一部分可经由开口p1流出至多个电池单元100的分离空间中。
108.因此，根据本公开的这种构造，由于加强构件220包括一对板225a、225b且填充剂240填充于一对板之间，因此适量的填充剂240可注入至加强构件220b中，由此有效地增加加强构件220b与电池组外壳210的内表面之间的接合力。最后，加强构件220b可以较高固定力联接至电池组外壳210的内表面，由此有效地提升电池组的耐久性。
109.同时，根据本公开的实施方式的电池组200可还包括用于控制电池组200的充电及放电的各种设备(未示出)，例如bms(管理系统模块)、电流传感器、熔丝等。
110.同时，根据本公开的实施方式的电子设备(未示出)包括上文所描述的至少一个电池组200。电子设备可还包括具有用于容纳电池组200的容纳空间的设备外壳(未示出)及使用者可通过其检查电池组200的充电状态的显示单元。
111.另外，根据本公开的实施方式的电池组200可包括于诸如电动车辆或混合动力车辆的车辆中。也就是说，如上所述的根据本公开的实施方式的车辆可包括电池组200，所述电池组200包括车辆主体中的至少一个电池组200。
112.同时，尽管在说明书中使用指示方向的术语(诸如上、下、左、右、前以及后方向)，但对于本领域技术人员而言显而易见的是，这些术语仅表示相对位置以方便解释且可基于观测者或对象的位置而变化。
113.已详细地描述本公开。然而，应理解，由于在本公开的范围内的各种改变及修改通过该详细描述对本领域技术人员而言将变得显而易见，因此指示本公开的优选实施方式的详细描述及具体实例仅以例示方式给出。