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CN111226344B - 电池模块和包括该电池模块的电池组 - Google Patents

电池模块和包括该电池模块的电池组 Download PDF

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CN111226344B CN201980005078.3A CN201980005078A CN111226344B CN 111226344 B CN111226344 B CN 111226344B CN 201980005078 A CN201980005078 A CN 201980005078A CN 111226344 B CN111226344 B CN 111226344B
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Abstract

公开了一种电池模块。根据本发明的一个实施方式的电池模块包括：至少一个电池单元；壳体，所述壳体设置成覆盖所述电池单元并且在所述壳体中形成有至少一个开口；以及热界面材料，其插设在所述壳体和所述电池单元之间，并经由所述壳体的所述开口从所述壳体暴露出来。

Description

电池模块和包括该电池模块的电池组
技术领域
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，涉及可以具有改善的散热特性的电池模块以及包括该电池模块的电池组。
背景技术
随着技术的发展和对可移动装置的需求的增加，对作为能源的二次电池的需求迅速增加。传统上，镍镉电池或氢离子电池用作二次电池。但是，近来锂二次电池被广泛使用，这是因为与镍基二次电池相比，记忆效应极小所以充电和放电自由，并且自放电率非常低，能量密度很高。
锂二次电池主要分别使用氧化锂和碳质材料作为正极活性材料和负极活性材料。锂二次电池包括：二次电池单元，在该二次电池单元中，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之间布置有隔膜；以及作为电池壳体的外部，其密封并接纳二次电池及电解质溶液。
锂二次电池包括正极、负极、插设在正极和负极之间的隔膜、以及电解质。取决于哪种材料用于正极活性材料和负极活性材料，锂二次电池分为锂离子电池(LIB)和聚合物锂离子电池(PLIB)。通常，锂二次电池的电极是通过将正极或负极活性材料施加到由铝或铜片、网、膜、箔等制成的集流器上，然后将其干燥而制备的。
同时，随着对当前能源等的大容量结构的需求增加，近来对其中多个电池单元串联或并联连接的电池模块或电池组的需求不断增加。
然而，因为电池模块或电池组制造成使得多个电池单元紧密地封装在狭窄的空间中，所以重要的是容易将从电池单元产生的热排出到外部。然而，常规电池模块或常规电池组的散热性能不足，这由于热而降低了电池模块或电池组的容量。
发明内容
技术问题
本公开旨在提供一种可具有改善的散热特性的电池模块以及包括该电池模块的电池组。
技术方案
在本公开的一个方面中，提供了一种电池模块，包括：至少一个电池单元；壳体，所述壳体构造成围绕所述电池单元并且在所述壳体中形成有至少一个开口；和热界面材料(TIM)，所述热界面材料插设在所述壳体和所述电池单元之间，并经由所述壳体的所述开口从所述壳体中暴露出来
而且，所述开口可以设置为多个，支撑部分可以设置到所述壳体，位于任何一个开口和与该开口相邻的另一个开口之间，并且所述支撑部分的与所述热界面材料接触的接触部分可以是倒圆的。
此外，所述支撑部分可以与所述热界面材料位于同一平面处，并且所述支撑部分和所述热界面材料可以一起从所述壳体中暴露出来。
而且，所述支撑部分与所述热界面材料可以位于不同平面处，并且所述支撑部分可以嵌入所述热界面材料中，使得所述支撑部分而不是所述热界面材料从所述壳体中暴露出来。
此外，所述电池单元可以是具有圆柱形形状的圆柱形电池单元，并且所述热界面材料可以形成为与所述圆柱形电池单元的形状相对应的形状，从而与所述圆柱形电池单元紧密接触。
而且，所述壳体可以由导热塑料制成。
此外，在所述壳体处可以形成有散热槽，该散热槽的深度从其边缘部分朝其中央部分逐渐增大。
而且，所述的电池模块还可以包括：散热构件，其联接至所述壳体并且设置成与经由所述壳体的所述开口从所述壳体暴露出的所述热界面材料接触。
此外，在所述散热构件的至少一侧中可以形成有容纳槽，以容纳所述热界面材料。
同时，在本公开的另一方面中提供一种电池组，其包括以上所述的电池模块。
有益效果
根据本公开的实施方式，因为热界面材料从壳体中暴露出来以与流体直接接触，所以可以改善散热特性。
另外，因为增加了壳体与流体之间的接触面积，所以可以改善散热特性。
附图说明
图1是示出根据本公开的第一实施方式的整个电池模块的示意性立体图。
图2是示出根据本公开的第一实施方式的电池模块的剖面图。
图3是示出根据本公开的第一实施方式的电池模块处的具有开口的壳体的内部的图。
图4是示出根据本公开的第一实施方式的电池模块处的具有开口的壳体的外部的图。
图5是示出热界面材料经由根据本公开的第一实施方式的电池模块处的壳体的开口暴露的图。
图6是示出图2的壳体的部分A的变型实施方式的剖面图。
图7是示出在图6的变型实施方式中热界面材料经由壳体的开口暴露的图。
图8是示出热界面材料与根据本公开的第一实施方式的电池模块处的电池单元接触的图。
图9是示出根据本公开的第二实施方式的电池模块的剖视图。
图10是示出根据本公开的第三实施方式的电池模块的局部剖视图。
具体实施方式
下文中，将参考附图详细描述本公开的优选实施发生。在描述之前，应该理解的是，说明书和所附权利要求书中使用的术语不应被解释为限制于一般含义和词典含义，而是根据允许发明人为最佳解释适当定义术语的原则，基于与本发明的技术方面相对应的含义和概念来解释。因此，本文提出的描述仅是出于说明目的的优选实施例，而无意于限制本公开的范围，因此应当理解，在不脱离本公开的范围的情况下，可以作出本公开的其他等同例和变型例。
在附图中，为了便于描述和清楚起见，每个元件或元件的特定部分的尺寸可以被放大、省略或示意性地示出。因此，每个元件的尺寸不能完全反映该元件的实际尺寸。如果与本公开相关联的公知功能或元件的详细描述不必要地模糊了本公开的主题，则将省略其详细描述。
本文中使用的术语“结合”或“连接”不仅可以指一个构件和另一构件直接结合或直接连接的情况，还可以指一个构件经由连接构件与另一构件间接结合或间接连接的情况。
图1是示出根据本公开的第一实施方式的整个电池模块的示意性立体图，图2是示出根据本公开的第一实施方式的电池模块的剖面图，图3是示出根据本公开的第一实施方式的电池模块处的具有开口的壳体的内部的图，图4是示出根据本公开的第一实施方式的电池模块处的具有开口的壳体的外部的图，图5是示出热界面材料经由根据本公开的第一实施方式的电池模块处的壳体的开口暴露的图，图6是示出图2的壳体的部分A的变型实施方式的剖面图，图7是示出在图6的变型实施方式中热界面材料经由壳体的开口暴露的图，并且图8是示出热界面材料与根据本公开的第一实施方式的电池模块处的电池单元接触的图。
参考图1至图8，根据本公开的第一实施方式的电池模块10包括电池单元100、壳体200和热界面材料(TIM)300。
可以提供至少一个电池单元100。如图2中，电池单元100可以是袋型或圆柱型的。如果电池单元100是袋型的，则电池单元100可以包括电极引线。提供给电池单元100的电极引线是暴露于外部并连接至外部装置的一种端子，并且可以由导电材料制成。电极引线可以包括正极引线和负极引线。正极引线和负极引线可以布置在电池单元100的在纵向方向上的相对两侧，或者正极引线和负极引线可以布置在电池单元100的在纵向方向上的同一侧。电极引线可以电联接至汇流条。电池单元110可以具有多个单位电池或多个双电池以适合于电池容量的方式层叠的结构，其中，在每个单位电池中依次布置有正极板、隔膜和负极板，在每个双电池中依次布置有正极板、隔膜、负极板、隔膜、正极板、隔膜和负极板。另外，如果电池单元100是圆柱型的，则电池单元100包括：电极组件，例如，果冻卷式电极组件；圆柱形电池壳体，其用于容纳电解质以及电极组件；正极端子，其形成在例如电池壳体的上部；以及负极端子，其形成在例如电池壳体的下部。电极组件可以具有这样的结构，其中隔膜插设在正极和负极之间并且以果冻卷的形式卷绕。正极引线可以例如在电池壳体的上部附接至正极并连接至正极端子，并且负极引线可以在例如电池壳体的下部附接至负极并连接至负极端子。另外，圆柱形的中心销可以插入电极组件的中央部分中。中心销固定并支撑电极组件，并且可以用作排出充电、放电和操作期间由内部反应产生的气体的通道。同时，可以在电池壳体的内部(例如在顶盖的下部处)设置安全通气孔，并且安全通气孔由于电池壳体内部的压力升高而破裂，以排出气体。下文中，为了便于解释，将主要描述电池单元100是具有圆柱形形状的圆柱形电池单元100的情况。
壳体200设置成围绕电池单元100。壳体200围绕电池单元100以保护电池单元100免受外部振动或冲击。在此，壳体200可以构造成包括例如上壳体210和下壳体220。然而，本发明不限于此。壳体200中(例如在下壳体220中)可以形成有至少一个开口221(参见图3和图4)，使得热界面材料300暴露于外部。然而，如果需要，开口221也可以形成在上壳体210中。如上所述，热界面材料300经由形成在壳体200中的开口221从壳体200暴露出来，并且使热界面材料300与诸如空气之类的流体接触以实现散热。参考图3和图4，可以设置多个开口221，并且壳体200可以具有位于任何一个开口221和与其相邻的另一开口221之间的支撑部分222。支撑部分222可以与壳体200一体地形成，或者可以单独地制备然后以各种方式与壳体200联接。另外，参考图2，支撑部分222的与热界面材料300接触的接触部分223可以是倒圆的。如果支撑部分222的接触部分223如上所述是倒圆的，则即使热界面材料300与支撑部分222的接触部分223接触，也可以防止被损坏。同时，参考图2，支撑部分222可以与热界面材料300位于相同平面处。例如，基于图2，参考在图2中部分放大的部分A，支撑部分222和热界面材料300两者都可以位于与壳体200的底部对应的相同平面X1处。通过这样做，如图5中所示，支撑部分222和热界面材料300可以一起从壳体200暴露出来。参考示出变型实施方式的图6，支撑部分222可以与热界面材料300位于不同平面处。例如，基于图6，热界面材料300可以位于与壳体200的底部相对应的平面X2处，并且支撑部分222可以嵌入热界面材料300中并且位于壳体200的底部上方的平面X3处。通过这样做，如图7中所示，支撑部分222不从壳体200暴露出来，并且仅热界面材料300而不是支撑部分222可以从壳体200暴露出来。图5的实施方式在结构上比图7的实施方式稳定，并且图7的实施方式与图5的实施方式相比确保了改善的散热效率，因为热界面材料300与空气之间的接触面积增加。即，考虑到结构稳定性和散热效率，可以适当地调节支撑部分222的尺寸和位置。
可以在壳体200的未形成开口221的部分中形成有散热槽229(见图4)。散热槽229可以形成在壳体200的外侧，例如在壳体200的底表面处。散热槽229可以以各种方式形成，例如，散热槽229的深度可以从散热槽229的边缘部分朝着散热槽229的中央部分228逐渐增加。例如，散热槽229可以由第一倾斜部分225和第二倾斜部分227形成。参考图4，第一倾斜部分225可以形成为从一个边缘部分(例如，第一边缘部分224)朝向中央部分228倾斜，并且第二倾斜部分227可以从另一个边缘部分(例如，与第一边缘部分224间隔开的第二边缘部分226)朝着中央部分228形成，从而第一倾斜部分225和第二倾斜部分227在中央部分228处相遇以形成散热槽229。此外，可以在壳体200(例如下壳体220)的底表面处形成具有以上结构的至少一个散热槽229。同时，散热槽229不仅形成在下壳体220的底表面处，而且如果需要的话，也可以形成在下壳体220或上壳体210的侧表面处。如果如上所述散热槽229形成在壳体200处，则壳体200与空气之间的接触面积增加，从而提高了散热效率。另外，壳体200可以由各种导热塑料制成，从而有效地排出从电池单元100产生的热。
一起参考图2和图8，热界面材料300插设在壳体200和电池单元100之间。例如，热界面材料300可以定位在电池单元100和下壳体220之间，使得热界面材料300的一侧与下壳体220接触，并且热界面材料300的另一侧与圆柱形电池单元100的表面接触。热界面材料300可以包括能够将从电池单元100产生的热传递至电池单元100的外部的各种材料。热界面材料300可以例如设置成使得石墨围绕泡沫垫，但不限于此。热界面材料300经由壳体200的开口221从壳体200暴露出来，使得暴露部分与空气接触以实现散热。即，从电池单元100产生的热经由热界面材料300传递至外部并冷却。在该过程中，经由壳体200的开口221暴露于外部的热界面材料300可以借助空气散热。如图8中所示，热界面材料300可以形成为具有与圆柱形电池单元100的形状相对应的形状，从而与圆柱形电池单元100紧密接触。即，热界面材料300可以具有弧形横截面。例如，当从正面或背面观察时，热界面材料300可以形成为具有弧形，但是当从侧面观察时，可以在纵向方向上具有直的形状。然而，热界面材料300的形状不限于此。
下文中，将参考附图描述根据本公开的第一实施方式的电池模块10的操作和效果。
根据本公开的第一实施方式的电池模块10包括插设在圆柱形电池单元100和壳体200之间的热界面材料300，并且热界面材料300可以经由壳体200的开口221暴露于外部以与外界空气直接接触。结果，可以提高散热效率。同时，散热槽229可以在壳体200的一侧形成为从边缘部分朝中央部分228倾斜，以具有朝中央部分228逐渐增加的深度。由于散热槽229，壳体200与空气之间的接触面积增加，从而提高了散热效率。
图9是示出根据本公开的第二实施方式的电池模块的剖视图。
下文中，将参考附图描述根据本公开的第二实施方式的电池模块10的操作和效果。在此，将不再详细描述已经关于根据本公开的第一公开的电池模块10说明的特征。
本公开的第二实施方式与第一实施方式的不同之处在于另外设置有散热构件400。
参考图9，散热构件400可以联接至壳体200，并与经由壳体200的开口221从壳体200暴露出的热界面材料300接触。即，尽管在第一实施方式中热界面材料300从壳体200暴露出来以与壳体200外部的空气接触，从而以空气冷却的方式散热，在第二实施方式中，散热构件400与从壳体200暴露出来的热界面材料300接触，使得热界面材料300借助散热构件400散热。这里，可以以各种方式设置散热构件400。
图10是示出根据本公开的第三实施方式的电池模块的局部剖视图。
下文中，将参考附图描述根据本公开的第三实施方式的电池模块10的操作和效果。在此，将不再详细描述已经关于根据本公开的第一实施方式和第二实施方式的电池模块10说明的特征。
本公开的第三实施方式与第一实施方式和第二实施方式的不同之处在于在散热构件400中形成有容纳槽410。
参考图10，可以以各种方式来设置散热构件400，并且例如，散热构件400可以是冷却板。冷却板可以设置成允许各种流体在其中流动，但是本发明不限于此。另外，容纳槽410可以形成在散热构件400的至少一侧中以容纳热界面材料300。如果热界面材料300被容纳在形成于散热构件400处的容纳槽410中，则由于增加了热界面材料300和散热构件400之间的接触面积，可以确保结构稳定性，并且还可以增大散热效率。
同时，根据本公开的实施方式的电池组(未示出)可以包括如上所述的根据本公开的实施方式的一个或多个电池模块10。另外，除了电池模块10之外，电池组(未示出)还可以包括用于容纳电池模块10的壳体以及用于控制电池模块10的充电和放电的各种装置，例如BMS、电流传感器、保险丝等。
已经详细描述了本公开。然而，应当理解，详细说明和具体实施例虽然指示了本公开的优选实施方式，但是仅以说明的方式给出，因为根据本详细描述，在本公开的范围内的各种改变和变型对于本领域技术人员而言将是显而易见的。
工业实用性
本公开涉及电池模块和包括该电池模块的电池组，并且可以在与二次电池有关的工业中使用。
本申请要求于2018年9月12日在大韩民国提交的韩国专利申请10-2018-0109209的优先权，其公开内容通过引用合并于此。

Claims (9)

1.一种电池模块，所述电池模块包括：
至少一个电池单元；
壳体，所述壳体构造成围绕所述电池单元并且在所述壳体中形成有至少一个开口；和
热界面材料，所述热界面材料插设在所述壳体和所述电池单元之间，并经由所述壳体的所述开口从所述壳体中暴露出来，
其中，所述开口设置为多个，
其中，支撑部分设置到所述壳体，位于任何一个开口和与该开口相邻的另一个开口之间，并且
其中，所述热界面材料的一部分插设在所述支撑部分和所述电池单元之间。
2.根据权利要求1所述的电池模块，
其中，所述支撑部分与所述热界面材料位于相同平面处，并且所述支撑部分和所述热界面材料一起从所述壳体中暴露出来。
3.根据权利要求1所述的电池模块，
其中，所述支撑部分与所述热界面材料位于不同平面处，并且所述支撑部分嵌入所述热界面材料中，使得所述热界面材料而不是所述支撑部分从所述壳体中暴露出来。
4.根据权利要求1所述的电池模块，
其中，所述电池单元是具有圆柱形形状的圆柱形电池单元，并且
其中，所述热界面材料形成为与所述圆柱形电池单元的形状相对应的形状，从而与所述圆柱形电池单元紧密接触。
5.根据权利要求1所述的电池模块，
其中，所述壳体由导热塑料制成。
6.根据权利要求1所述的电池模块，
其中，在所述壳体处形成有散热槽，该散热槽的深度从其边缘部分朝其中央部分逐渐增大。
7.根据权利要求1所述的电池模块，所述电池模块还包括：
散热构件，所述散热构件联接至所述壳体并且设置成与经由所述壳体的所述开口从所述壳体暴露出的所述热界面材料接触。
8.根据权利要求7所述的电池模块，
其中，在所述散热构件的至少一侧中形成有容纳槽，以容纳所述热界面材料。
9.一种电池组，所述电池组包括根据权利要求1至8中任一项所述的电池模块。
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