具有增加的寿命的电池电芯的电池组和包括该电池组的装置的制作方法

1.本技术要求于2020年9月22日提交的韩国专利申请号2020-0121927的优先权，其公开内容通过引用整体并入本文中。
2.本发明涉及电池组和包括该电池组的装置，并且更具体地，涉及具有增加的电池电芯寿命的电池组以及包括该电池组的装置，该电池组被配置为具有如下结构：在该结构中，施加到电池电芯的压力保持在适当的水平，由此电池电芯的寿命被延长，并且电池电芯与散热器表面接触，由此实现快速的散热。


背景技术：

3.随着由于使用化石燃料而导致的空气污染和能量消耗，最近替代能量得到发展，对能够存储所产生的电能的二次电池的需求已经增加。能够被充电和放电的二次电池在日常生活中被密切地使用。例如，二次电池用于移动装置、电动车辆和混合动力电动车辆中。
4.由于移动装置的使用增加、移动装置的复杂性增加以及电动车辆的开发，用作在现代社会中不可避免地使用的各种类型的电子装置的能量源的二次电池的所需容量已经增加。为了满足用户的需求，在小型装置中设置多个电池电芯，而在车辆中使用包括彼此电连接的多个电池电芯的电池模块或包括多个电池模块的电池组。
5.此外，电池电芯在其重复的充电和放电期间膨胀，由此增加了电池电芯的总体积。然而，为了增加电池电芯的寿命，必须改善电极与活性材料之间的电接触。为此，有必要不断地向电池电芯施加预定水平的压力。
6.图1是示出常规电池模块的结构的立体图。如图1所示，常规电池模块包括：垂直于散热器20设置的多个单电芯(single cell)10、被配置成包裹多个单电芯10以便保护多个单电芯的壳体30、位于多个单电芯10的相对侧的垂直设置的压板40、以及位于压板40与壳体30之间的压力调节构件50。
7.常规电池模块被配置为具有如下结构：在该结构中，作为弹性构件的压力调节构件50位于壳体30与压板40之间，以便按压单电芯10的相对侧，由此抑制在膨胀时单电芯的体积增加。
8.然而，在常规电池模块中，仅执行按压并且不提供压力调节功能。因此，不可能增加电池电芯的寿命。
9.(现有技术文献)
10.(专利文献1)日本专利申请公开号2019-125455


技术实现要素：

11.技术问题
12.鉴于上述问题已经提出了本发明，并且本发明的目的是提供一种电池组和包括该电池组的装置，该电池组具有能够在预定范围内不断地按压电池电芯而不考虑电池电芯的膨胀的结构。
13.本发明的另一个目的是提供一种电池组和包括该电池组的装置，该电池组能够通过高效地去除从电池电芯产生的热量而抑制由于热量产生引起的二次问题的发生。
14.本发明的另一个目的是提供电池组和包括该电池组的装置，该电池组能够通过增加粘附力来减小电池电芯冷却偏差。
15.技术方案
16.为了实现上述目的，根据本发明的一种电池组包括：多个电池模块1000，其在水平状态下沿垂直方向堆叠；压板2100，其包括位于电池模块1000外部的上压板2110和下压板2120；第二弹性构件2220，其被配置为将上压板2110和下压板2120彼此连接；以及电池组壳体2300，其被配置为包裹压板2100，其中，电池组壳体2300包括上电池组盖2310和下电池组盖2320，并且第三弹性构件2230被设置在上电池组盖2310与上压板2110之间。
17.另外，在根据本发明的电池组中，可以在上电池组盖2310与上压板2110之间进一步提供距离保持部分2500。
18.另外，在根据本发明的电池组中，距离保持部分2500可以是四边形柱。
19.另外，在根据本发明的电池组中，距离保持部分2500可以由金属材料制成。
20.另外，在根据本发明的电池组中，电池模块1000中的每一者可以包括具有预定面积的散热器100，散热器被水平地定位；支承板200，其包括分别位于散热器100的上表面和下表面处的上支承板210和下支承板220；电池电芯500，其包括设置成与上支承板210紧密接触的第一电池电芯510和设置成与下支承板220紧密接触的第二电池电芯520；以及盖板600，其包括位于第一电池电芯510上方的上盖板610和位于第二电池电芯520下方的下盖板620。
21.另外，在根据本发明的电池组中，散热器100可以在其上表面上设置有突出预定高度的突起，并且上支承板210可以设置有被配置为接纳突起110的第一开口211。
22.另外，在根据本发明的电池组中，第一电池电芯510可以位于突起110的上表面处。
23.另外，在根据本发明的电池组中，散热器100可以在其下表面上设置有突出预定高度的突起，并且下支承板220可以设置有被配置为接纳突起110的第二开口221。
24.另外，在根据本发明的电池组中，第二电池电芯520可以位于突起110的下表面处。
25.另外，在根据本发明的电池组中，第一支承框架410可以位于上支承板210与上盖板610之间，以便在具有预定的高度和宽度的同时沿着上支承板210和上盖板610的相对的边缘和中部延伸。
26.另外，在根据本发明的电池组中，第二支承框架420可以位于下支承板220与下盖板620之间，以便在具有预定的高度和宽度的同时沿下支承板220和下盖板620的相对的边缘和中部延伸。
27.另外，在根据本发明的电池组中，第一支承框架410和第二支承框架420沿着上支承板和上盖板中的每一者的中部延伸，或者下支承板和下盖板中的每一者的中部可以分别设置有第一通孔411和第二通孔421，所述第一通孔411和第二通孔421被配置为允许第一弹性构件2210插入穿过。
28.另外，在根据本发明的电池组中，第一汇流条组件310可以位于上支承板210与上盖板610之间，并且第一汇流条组件310可以包括第一汇流条框架311和汇流条312，第一汇流条框架311具有形成在其中的第一接纳凹部311(a)，汇流条312被安置在第一接纳凹部
311(a)中，汇流条被配置为具有以预定角度多次弯曲的凹凸结构。
29.另外，在根据本发明的电池组中，第二汇流条组件320可以位于下支承板220与下盖板620之间。
30.此外，本发明提供了一种包括电池组的装置。
31.有利效果
32.从以上描述中显而易见的是，具有根据本发明的增加的寿命的电池电芯的电池组和包括该电池组的装置具有以下优点：在上压板与下压板之间提供弹性构件，由此可以在预定范围内不断地按压插入在上压板与下压板之间的电池电芯，并且因此可以增加电池电芯的寿命。
33.此外，根据本发明的具有增加的寿命的电池电芯的电池组和包括该电池组的装置具有以下优点：在位于水平方向的状态下，电池电芯和散热器的相对宽的侧表面彼此紧密接触，由此由于传热面积的增加，电池电芯的冷却性能得到改善。
34.此外，根据本发明的具有增加的寿命的电池电芯的电池组和包括该电池组的装置具有如下优点：电池电芯、散热器、支承板等经由多个支承框架和紧固构件彼此紧固，由此能够在电池电芯与散热器之间保持均匀的粘附力，同时使空间利用率最大化。
附图说明
35.图1是常规电池模块的立体图。
36.图2是根据本发明的优选实施方式的电池组的立体图。
37.图3是图2中所示的电池组的分解立体图。
38.图4是沿着图2的线a-a’截取的截面图。
39.图5是根据本发明的优选实施方式的电池模块的分解立体图。
40.图6是例示根据本发明的优选实施方式的电池模块中的散热器与支承板之间的联接结构的立体图。
41.图7是例示根据本发明的优选实施方式的电池模块中的电池电芯安装结构的立体图。
42.图8是例示根据本发明的优选实施方式的电池模块中的支承框架布置结构的立体图。
43.图9是例示根据本发明的优选实施方式的电池模块中的电池电芯与汇流条之间的联接结构的立体图。
具体实施方式
44.现在，将参照附图详细描述本发明的优选实施方式，使得本发明的优选实施方式可以由本发明所属领域的普通技术人员容易地实现。然而，在详细地描述本发明的优选实施方式的操作原理时，当并入本文的已经功能和配置的详细说明可能模糊本发明的主题时，将省略该详细说明。
45.另外，在所有附图中将使用相同的附图标记来指代执行类似功能或操作的部件。在整个说明书中，在一个部件被称为连接到另一个部件的情况下，不仅可以将一个部件直接连接到另一个部件，而且还可以经由其它部件间接地将一个部件连接到另一个部件。另
外，包括特定要素并不意味着排除其他要素，而是意味着可以进一步包括这样的要素，除非另有说明。
46.在下文中，将参照附图描述根据本发明的具有增加的寿命的电池电芯的电池组。
47.图2是根据本发明的优选实施方式的电池组的立体图，图3是图2中所示的电池组的分解立体图，并且图4是沿图2的线a-a’截取的截面图。
48.如图2至图4所示，根据本发明的电池组2000包括多个水平堆叠的电池模块1000、位于多个堆叠的电池模块1000的上表面和下表面处的压板2100、弹性构件2200、电池组壳体2300、被配置为固定电池模块1000的多个紧固构件2400以及距离保持部分2500。
49.首先，压板2100包括位于堆叠的电池模块1000的上表面上与其紧密接触的上压板2110、位于堆叠的电池模块1000的下表面上与其紧密接触的下压板2120、以及以与电池模块1000间隔开预定距离的状态位于电池模块1000的相对的侧表面处的多个侧板2130。
50.弹性构件2200包括第一弹性构件2210、第二弹性构件2220和第三弹性构件2230。穿过电池模块1000的中间部分垂直地插入的多个第一弹性构件2210中的每一者的一侧连接到上压板2110，并且第一弹性构件中的每一者的另一侧连接到下压板2120。由于上压板2110和下压板2120的中间部分被拉动，因此不论膨胀如何，可以在预定范围内不断地按压位于电池模块1000的中间部分处的电池电芯500。
51.将上压板2110和下压板2120(具体地，上压板2110的边缘和下压板2120的边缘)彼此连接的第二弹性构件2220在预定范围内不断地按压位于电池模块1000的边缘处的电池电芯500。
52.第一弹性构件2210和第二弹性构件2220在上压板2110与下压板2120之间提供拉力，而第三弹性构件2230位于上压板2110与上电池组盖2310之间提供压力。特别地，优选的是，第三弹性构件2230以彼此间隔开预定距离的状态设置为多个。第三弹性构件抑制可能由电池电芯之间的膨胀偏差而引起的压板的弯曲，由此可以使按压力的偏差最小化。
53.这里，第一弹性构件2210、第二弹性构件2220和第三弹性构件2230中的每一者可以是线圈。然而，本发明不限于此。
54.电池组壳体2300包括位于上压板2110的上表面处的上电池组盖2310、位于下压板2120的下表面处的下电池组盖2320以及平行于侧板2130而定位的侧电池组盖2330。
55.紧固构件2400被配置为能够使用预定的力固定在垂直方向上堆叠的多个电池模块1000。作为示例，紧固构件中的每一者可以是螺栓，该螺栓具有在其一端处形成的螺纹，并且螺母可以被紧固到紧固构件的另一侧以便固定电池模块1000。
56.当然，优选的是，考虑到电池模块在膨胀时的扩张，螺母在一定程度上松散地紧固到紧固构件。
57.另外，距离保持部分2500可以在在上压板2110与上电池组盖2310的中间处被进一步设置在上压板2110与上电池组盖2310之间，以便补充第一弹性构件2210的拉力和第三弹性构件2230的压力。距离保持部分可以是由金属制成的四边形柱。
58.图5是根据本发明的优选实施方式的电池模块的分解立体图。如图5所示，电池模块1000包括散热器100、支承板200、汇流条组件300、支承框架400、电池电芯500和盖板600。
59.首先，散热器100是平板，其设置有限定在其中的流动通道并且具有预定面积。多个突起110被形成在散热器100的上表面和下表面上，以便以彼此间隔开预定距离的状态从
散热器100的上表面和下表面突出。下面将详细描述突起110。
60.支承板200包括分别位于散热器100的相反表面(更具体地，支承板200的上表面和散热器100的下表面)处的上支承板210和下支承板220。
61.被配置为将电池电芯500彼此电连接的汇流条组件300包括第一汇流条组件310和第二汇流条组件320。第一汇流条组件310位于上支承板210的上表面处，并且第二汇流条组件320被设置在下支承板220的下表面处。
62.在图中示出了总共六个第一汇流条组件310，其中的一个第一汇流条组件310位于上支承板210的相对边缘中的每一者附近，并且其中的四个第一汇流条组件310被定位成在纵向方向(x轴方向)上彼此间隔开预定距离的状态下位于上支承板的相对边缘附近的两个第一汇流条组件之间，然而，这仅是示例。只要第一汇流条组件可以与上支承板210紧密接触，第一汇流条组件的数量或位置就可以改变。
63.第二汇流条组件320与第一汇流条组件310对称，因此将省略其额外的描述。
64.接下来，支承框架400包括第一支承框架410和第二支承框架420。第一支承框架410位于上支承板210与上盖板610之间，并且第二支承框架420位于下支承板220与下盖板620之间。下面将更详细地描述第一支承框架和第二支承框架。
65.电池电芯500包括平行于散热器100定位的多个第一电池电芯510和多个第二电池电芯520。具体地，第一电池电芯510位于上支承板210与上盖板610之间，并且第二电池电芯520位于下支承板220与下盖板620之间。
66.第一电池电芯510和第二电池电芯520可以是具有相同构造的电池电芯。例如，每个电池电芯可以包括电芯壳体和一对电极引线，在该电芯壳体中接纳有电极组件(未示出)。
67.这里，电极组件可以是：果冻卷型组件，其被配置为具有如下结构，在该结构中，长片型正极和长片型负极在它们之间插入隔膜的状态下被缠绕；堆叠型组件，其被配置为具有如下结构，在该结构中，矩形正极和矩形负极在它们之间插入隔膜的状态下被堆叠；堆叠和折叠型组件，其被配置为如下结构，在该结构中，使用长分隔膜缠绕单元电芯；或层压和堆叠型组件，其被配置为具有如下结构，在该结构中，电池电芯在它们之间插有隔膜的状态下被堆叠并且然后彼此附接。然而，本发明不限于此。优选的是，根据本发明的电极组件是在形成弯曲模块时具有最低的物理应力的堆叠和折叠型组件或层压和堆叠型组件。
68.电极组件被接纳在电芯壳体中。电芯壳体通常被配置为具有包括内层、金属层和外层的层压片结构。内层被设置成与电极组件直接接触，因此内层必须表现出高绝缘特性和高的耐电解质溶液特性。此外，内层必须表现出高的密封性，以便将电芯壳体与外部气密密封，即，内层之间的热结合的密封部分必须表现出优异的热结合强度。内层可以由选自聚烯烃基树脂(例如，聚丙烯、聚乙烯、聚乙烯丙烯酸酯或聚丁烯)、聚氨酯树脂和聚酰亚胺树脂中的材料制成，这些材料表现出优异的耐化学性和高密封性。然而，本发明不限于此，并且最优选使用表现出优异的机械物理性质(诸如，拉伸强度、刚度、表面硬度和抗冲击强度以及优异的耐化学性)的聚丙烯。
69.被设置为邻接内层的金属层对应于被配置为防止水分或各种气体从外部渗透到电池中的阻挡层。轻质且易于成形的铝薄膜可以用作金属层的优选材料。
70.外层被设置在金属层的另一表面上。外层可以由耐热聚合物制成，该耐热聚合物
表现出优异的拉伸强度、对水分渗透的阻力和对空气传输的阻力，使得外层在保护电极组件的同时表现出高耐热性和耐化学性。作为示例，外层可以由尼龙或聚对苯二甲酸乙二醇酯制成。然而，本发明不限于此。
71.此外，一对电极引线由正极引线和负极引线构成，正极引线和负极引线可以在分别电连接到电芯组件的正极接头和负极接头的状态下从电芯壳体暴露，或者可以在省略接头的状态下直接连接到电芯组件。
72.接下来，盖板600用于保护电池电芯500免受外部影响，并且包括上盖板610和下盖板620。
73.具体地，上盖板610位于第一电池电芯510上方以保护第一电池电芯510的上表面，并且下盖板620位于第二电池电芯520上方以保护第二电池电芯520的下表面。
74.上盖板610和下盖板620中的每一者设置有多个通孔，所述多个通孔被形成为彼此间隔开预定距离，使得第一弹性构件2210和紧固构件2400插入穿过所述多个通孔。
75.图6是示出根据本发明的优选实施方式的电池模块中的散热器与支承板之间的联接结构的立体图。
76.参照图6，上支承板210位于根据本发明的散热器100的上表面处，并且下支承板220位于散热器100的下表面处。
77.另外，优选的是，突起110被形成在散热器100的相反表面上，即，散热器的上表面和下表面上，以便从其突出预定高度，同时具有预定形状。更优选的是，上支承板210具有第一开口211，第一开口211被配置为接纳形成在散热器100的上表面上的突起110，更优选的是，下支承板220具有第二开口221，第二开口221被配置为接纳形成在散热器100的下表面上的突起110。
78.当上支承板210和下支承板220分别与具有形成在其相反表面上的突起110的散热器100的上表面和下表面紧密接触时，形成在散热器100的上表面上的突起110插入到第一开口211中，并且形成在散热器100的下表面上的突起110插入到第二开口221中，由此可以防止散热器从一侧到另一侧的翻转。
79.这里，上支承板210和下支承板220中的每一者可以由导热树脂制成。
80.另外，配置为供应冷却剂的冷却剂入口端口120被设置在散热器100的一侧处，并且配置为排放已经执行热交换的冷却剂的冷却剂出口端口130被设置在冷却剂入口端口的附近。显而易见的是，冷却剂入口端口120和冷却剂出口端口130不一定被定位成彼此相邻，只要有能够供应和排放冷却剂即可。
81.另外，散热器100、上支承板210和下支承板220设置有通孔，第一弹性构件2210和紧固构件2400通过所述通孔插入。
82.图7是例示根据本发明的优选实施方式的电池模块中的电池电芯安装结构的立体图，并且图8是例示根据本发明的优选实施方式的电池模块中的支承框架布置结构的立体图。
83.根据本发明的多个第一电池电芯510被水平地安置在散热器100的突起110和上支承板210上，在插入穿过上支承板210的第一开口211的状态下暴露于外部。
84.常规电池模块被配置为具有如下结构，在该结构中，电池电芯被定位成垂直于散热器，由此电池电芯与散热器之间的接触面积很小，并且因此电池模块的冷却性能被限制。
85.相比之下，根据本发明的电池模块1000被配置为具有如下结构，在该结构中，第一电池电芯510被定位成平行于散热器100，并且第一电池电芯510的水平侧表面接触散热器100的突起110，由此实现快速的热传递，并且因此提高了热传递效率。
86.当然，显而易见的是，第一电池电芯510的不与散热器100的突起110紧密接触的其余部分与上支承板210紧密接触。
87.另外，已知的导热树脂层可以被插入在每个突起110和相应的一个第一电池电芯510之间，以便将突起和第一电池电芯彼此固定。
88.除了仅在方向上的差异之外，安装第二电池电芯520和下支承板220的结构与第一电池电芯510和上支承板210彼此联接的结构相同，因此将省略其详细描述。
89.如前所述，支承框架400包括第一支承框架410和第二支承框架420。
90.第一支承框架410位于上支承板210与上盖板610之间，更具体地，沿电池模块的纵向方向(x轴方向)位于上支承板210的相对边缘和中部处。第一支承框架中的每一者是具有预定宽度、高度和长度并且具有近似四边形区段的条。第一支承框架410中的每一者设置有多个第一通孔411，第一通孔411被形成为彼此间隔开预定距离，使得第一弹性构件2210和紧固构件2400可以插入穿过第一通孔411。
91.除了第二支承框架位于下支承板220与下盖板620之间之外，第二支承框架420在结构上与第一支承框架410相同。也就是说，第二支承框架420中的每一者设置有多个第二通孔421，第二通孔421被形成为彼此间隔开预定距离，使得紧固构件b可以插入穿过第二通孔421。
92.即使多个电池模块1000在堆叠的状态下彼此紧固，支承板200和盖板600也可以通过第一支承框架410和第二支承框架420保持彼此间隔开预定距离，由此可以防止电池电芯超过必要地被按压并且在膨胀时抑制局部膨胀。
93.图9是例示根据本发明的优选实施方式的电池模块中的电池电芯与汇流条之间的联接结构的立体图。
94.当进一步参考图7描述时，汇流条组件300包括第一汇流条组件310和第二汇流条组件320，除了仅布置差异之外，第一汇流条组件310和第二汇流条组件320在结构上彼此相同。因此，在下文中，将基于第一汇流条组件310给出描述。
95.第一汇流条组件310包括第一汇流条框架311和汇流条312。第一汇流条框架311被配置为在支承汇流条312的同时将汇流条312中的相邻汇流条彼此电连接。第一汇流条框架311设置有第一接纳凹部311(a)和第二接纳凹部311(b)，第一接纳凹部311(a)被配置为接纳处于安置状态的汇流条312，第二接纳凹部311(b)被压下得比第一接纳凹部311(a)更深。
96.被配置为具有以预定角度弯曲多次的凹凸结构的每一个汇流条312包括第一水平部分312(a)、位于比第一水平部分312(a)更低的第二水平部分312(b)、以及被配置为将第一水平部分312(a)和第二水平部分312(b)彼此连接的连接部分312(c)，该连接部分以预定角度弯曲。
97.当具有上述构造的汇流条312被安置在第一汇流条框架311的接纳凹部中时，第一水平部分312(a)被插入到第一接纳凹部311(a)中，并且第二水平部分312(b)被插入到第二接纳凹部311(b)中，由此汇流条312被牢固地紧固到第一汇流条框架311。
98.另外，第一电池电芯510中的每一者的电极引线511被安置在第一水平部分312(a)
上。
99.常规电池模块不具有冷却汇流条组件300的功能，或者进一步需要具有这样的冷却功能。然而，在本发明中，汇流条组件300与分别位于散热器100的上表面和下表面处的上支承板210和下支承板220的表面接触，由此可以仅使用被配置为冷却电池电芯的散热器100来冷却汇流条组件300，并且因此可以使电池模块的体积的增加最小化。
100.本发明可以提供一种包括具有上述特征中的至少一个的电池组的装置，并且该装置可以是电动车辆、混合电动车辆或插电式混合电动车辆。
101.本发明所属领域的技术人员将了解，基于以上描述，本发明的范畴内的各种应用及修改是可能的。
102.(附图标记的描述)
103.1000：电池模块
104.100：散热器
105.110：突起
106.120：冷却剂入口端口
107.130：冷却剂出口端口
108.200：支承板
109.210：上支承板
110.211：第一开口
111.220：下支承板
112.221：第二开口
113.300：汇流条组件
114.310：第一汇流条组件
115.311：第一汇流条框架
116.311(a)：第一接纳凹部 311(b)：第二接纳凹部
117.312：汇流条
118.312(a)：第一水平部分 312(b)：第二水平部分
119.312(c)：连接部分
120.320：第二汇流条组件
121.400：支承框架
122.410：第一支承框架 411：第一通孔
123.420：第二支承框架 421：第二通孔
124.500：电池电芯
125.510：第一电池电芯
126.511：电极引线
127.520：第二电池电芯
128.600：盖板
129.610：上盖板
130.620：下盖板
131.2000：电池组
132.2100：压板
133.2110：上压板
134.2120：下压板
135.2130：侧板
136.2200：弹性构件
137.2210：第一弹性构件
138.2220：第二弹性构件
139.2230：第三弹性构件
140.2300：电池组壳体
141.2310：上电池组盖
142.2320：下电池组盖
143.2330：侧电池组盖
144.2400：紧固构件
145.2500：距离保持部分