CN112838306A - 电池模块 - Google Patents
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Abstract
根据本发明的一个实施例的电池模块可以包括：多个二次电池单元；壳体构件，在其内部容纳多个所述二次电池单元；以及绝缘构件，形成在所述壳体构件的内表面，防止与所述壳体构件的通电，具有传热功能以将所述二次电池单元的热量散发到外部，并且形成为具有预定厚度。
Description
技术领域
本发明涉及一种电池模块。
背景技术
随着对移动设备、电动汽车等的技术开发和需求的增加，对作为能量源的二次电池的需求也在急剧增加。由于二次电池中化学能和电能之间的相互转换是可逆的，因此二次电池是可以重复充电和放电的电池。
二次电池有镍镉电池、镍氢电池、镍锌电池、锂二次电池等，其中代表性的是锂二次电池。
锂二次电池使用氧化锂作为阳极活性物质，使用碳作为阴极活性物质。其分别成为阳极板和阴极板，并在阳极板和阴极板之间设置隔板(separator)。二次电池包括用于将具有如此设置的形态的电极组件与电解液一起密封的外装材料，并且可以根据外装材料的种类分为方形二次电池和袋形二次电池。
当将所述二次电池单元安装在诸如汽车和储能装置(Energy Storage System,ESS)等的装置中时，为了提高输出和容量，将多个二次电池单元电连接以构成电池模块。
然而，由多个二次电池单元构成的电池模块因其电特性而需要电稳定性，但是现有技术中尚未提出可以确保电稳定性的单独的结构。
因此，需要对电池模块进行研究以改善上述问题。
现有技术文献
专利文献JP 2011-034775 A。
发明内容
(一)要解决的技术问题
本发明的目的在于提供一种可以确保电稳定性的电池模块。
在另一方面，本发明的目的在于提供一种可以在确保电稳定性的同时维持冷却性能的电池模块。
(二)技术方案
根据本发明的一个实施例的电池模块可以包括：多个二次电池单元；壳体构件，在其内部容纳多个所述二次电池单元；以及绝缘构件，形成在所述壳体构件的内表面，防止与所述壳体构件的通电，具有传热功能以将所述二次电池单元的热量散发到外部，并且形成为具有预定厚度。
在此，根据本发明的一个实施例的电池模块的特征在于，所述绝缘构件可以形成为具有所述绝缘构件与所述壳体构件之间的耐电压性能形成为至少大于2000kV的厚度。
另外，根据本发明的一个实施例的电池模块的特征在于，所述绝缘构件可以形成为具有所述绝缘构件在与所述绝缘构件和所述壳体构件结合的方向平行的方向上的热导率形成为至少大于150W/mK的厚度。
并且，根据本发明的一个实施例的电池模块的特征在于，所述绝缘构件的厚度可以形成为50～200μm。
此外，根据本发明的一个实施例的电池模块的特征在于，所述绝缘构件的厚度可以形成为70～150μm。
另外，根据本发明的一个实施例的电池模块的特征在于，所述绝缘构件可以由黑色素基树脂、丙烯酸基树脂、环氧基树脂、烯烃基树脂、乙烯乙酸乙烯酯(EVA)基树脂或硅基树脂形成。
并且，根据本发明的一个实施例的电池模块的特征在于，所述绝缘构件可以由多层形成，并且至少一层的材料不同地形成。
在此，根据本发明的一个实施例的电池模块的特征在于，所述绝缘构件中最邻近所述二次电池单元的最外围层可以由耐电压性能最高的材料形成。
并且，根据本发明的一个实施例的电池模块的特征在于，所述绝缘构件可以包括：底部绝缘部，形成在与多个所述二次电池单元的底面接触的所述壳体构件的冷却板构件上；以及侧壁绝缘部，形成在设置于所述冷却板构件的边缘的所述壳体构件的侧壁构件上。
其中，根据本发明的一个实施例的电池模块的特征在于，所述底部绝缘部的热导率可以形成为比所述侧壁绝缘部的热导率高。
并且，根据本发明的一个实施例的电池模块的特征在于，所述侧壁绝缘部的耐电压性能可以形成为比所述底部绝缘部的耐电压性能高。
另外，根据本发明的一个实施例的电池模块的特征在于，所述侧壁绝缘部的厚度可以形成为比所述底部绝缘部的厚度厚。
(三)有益效果
本发明的电池模块具有可以通过确保耐电压性能等来提高电稳定性的优点。
在另一方面，本发明的电池模块具有可以在确保电稳定性的同时维持冷却性能的优点。
因此，可以具有提高电稳定性和维持冷却性能的同时降低成本并延长电池模块的寿命的效果。
然而，本发明的各种有益的优点和效果不限于上述内容，在对本发明的具体实施方式的说明过程中将更容易理解。
附图说明
图1是示出本发明的电池模块的立体图。
图2是示出本发明的电池模块中绝缘构件形成在壳体构件上的状态的主视图。
图3是示出本发明的电池模块中所述绝缘构件由多层形成的实施例的主视图。
图4是示出本发明的电池模块中所述绝缘构件的侧壁绝缘部形成为比底部绝缘部厚的实施例的主视图。
图5是示出本发明的电池模块中绝缘构件的厚度与耐电压性能、热导率之间的关系的曲线图。
附图标记说明
10：二次电池单元 20：壳体构件
21：冷却板构件 22：侧壁构件
30：绝缘构件 31：底部绝缘部
32：侧壁绝缘部
具体实施方式
下面，参照附图对本发明的优选实施方式进行说明。然而，本发明的实施方式可以改变为其他各种形式，本发明的范围不限于以下说明的实施方式。另外，提供本发明的实施方式是为了向本领域普通技术人员更完整地说明本发明。在附图中部件的形状和尺寸等可以被放大以便更清楚地说明。
另外，除非在上下文中明确定义，否则在本说明书中单数的表达包括复数的表达，并且在整个说明书中，相同的附图标记或以类似方式赋予的附图标记指代相同组件或相应组件。
本发明涉及一种电池模块，该电池模块可以通过确保耐电压性能等来提高电稳定性，并且在另一方面，该电池模块可以在确保电稳定性的同时维持冷却性能。因此，本发明可以提高电稳定性和维持冷却性能的同时降低成本并延长电池模块的寿命。
换言之，现有技术的电池模块尚未提出用于确保电稳定性的单独的结构，在本发明中提出了绝缘构件30以提高耐电压性能从而提高电稳定性。
另外，通过为了确保电稳定性而提出的绝缘构件30，可以防止所述电池模块的冷却性能降低的问题，并为此提出了绝缘构件30的厚度t。因此，防止所述绝缘构件30的浪费，防止电池模块的体积增加以及抵减二次电池单元(cell)10所占空间的减少，从而防止能量密度的降低。
具体地，参照附图进行说明，图1是示出本发明的电池模块的立体图。参照所述附图，根据本发明的一个实施例的电池模块可以包括：多个二次电池单元10；壳体构件20，在其内部容纳多个所述二次电池单元10；以及绝缘构件30，形成在所述壳体构件20的内表面，防止与所述壳体构件20的通电，具有传热功能以将所述二次电池单元10的热量散发到外部，并且形成为具有预定厚度t。
如上所述，由于本发明的电池模块包括所述绝缘构件30，因此可以改善所述二次电池单元10产生的电压传递到所述壳体构件20的问题。
即，通过设置所述绝缘构件30，可以确保比所述二次电池单元10可承受的耐电压性能大的耐电压性能，因此，本发明的电池模块可以提高电稳定性。
此外，所述绝缘构件30的厚度t被限定为使得所述绝缘构件30的热导率至少不大于所述壳体构件20的热导率(thermal conductivity)，因此可以通过设置绝缘构件30来防止本发明的电池模块的冷却性能降低的问题。
例如，当所述壳体构件20由铝Al形成时，所述绝缘构件30形成为具有比与所述铝的热导率对应的厚度t薄的厚度t。
在此，所述绝缘构件30由绝缘体形成，并且确认当所述绝缘构件30由非导体的绝缘体形成时，热导率与所述绝缘构件30的厚度t成反比，并由此限定了所述绝缘构件30的厚度t。
所述绝缘构件30的厚度t可以以数值限定，对此的详细内容将在后面参照图2和图4进行描述。
所述二次电池单元10是化学能和电能之间的相互转换可逆的重复充电和放电的结构。
在此，所述二次电池单元10可以包括电极组件和包裹所述电极组件的电池(cell)主体构件。
实质上，所述电极组件包含电解液，并且一起容纳在所述电池主体构件中来使用。所述电解液可以在诸如碳酸亚乙酯(ethylene carbonate,EC)、碳酸丙烯酯(propylenecarbonate,PC)、碳酸二乙酯(diethyl carbonate,DEC)、碳酸甲乙酯(ethyl methylcarbonate,EMC)、碳酸二甲酯(dimethyl carbonate,DMC)的有机溶剂中包含诸如六氟磷酸锂(LiPF6)、四氟硼酸锂(LiBF4)的锂盐。此外，所述电解液可以是液体、固体或凝胶。
另外，所述电池主体构件是保护所述电极组件并容纳所述电解液的结构，例如，所述电池主体构件可以设置为方形构件、袋形构件或罐形构件。其中，袋形构件是这样一种构件：具有在三个面密封并容纳所述电极组件的形状，并且被构造成在内部容纳所述电极组件的状态下将除了作为下面部的一个面以外的上面部和两侧面部的三个面折叠接合以密封。另外，所述罐形构件是这样一种构件：具有在一个面密封并容纳所述电极组件的形状，并且被构造成在内部容纳所述电极组件的状态下将除了作为下面部和两侧面部的三个面以外的上面部的一个面折叠接合以密封。
然而，方形二次电池单元10、袋形二次电池单元10、罐形二次电池单元10仅是本发明的电池模块中容纳的二次电池单元10的一个示例，本发明的电池模块中容纳的二次电池单元10不限于所述类型。
所述壳体构件20用作容纳多个所述二次电池单元10的电池模块的主体。
即，所述壳体构件20具有安装多个二次电池的结构，并起到在保护所述二次电池的同时将所述二次电池产生的电能传输到外部的作用，或者将电能从外部传输到所述二次电池的作用。
在此，所述壳体构件20设置有所述冷却板构件21，以将所述二次电池产生的热量传递到外部的散热器并进行冷却，所述冷却板构件21形成所述壳体构件20的底部。
并且，形成所述壳体构件20的侧部的侧壁构件22可以设置在底部上设置的所述冷却板构件21的边缘部分，并且所述冷却板构件21与所述侧壁构件22连接，从而可以将所述散热器的散热效果扩大到所述侧壁构件22。
另外，可以在所述侧壁构件22的内侧面设置压缩构件B，以进一步牢固地保护所述二次电池。
另外，所述壳体构件20可以包括设置在所述侧壁构件22上端的盖构件C，以保护所述二次电池的上端部。
此外，在所述壳体构件20上可以设置有用于将所述二次电池与外部电连接的汇流条等附加结构。
另外，所述壳体构件20可以包括导热构件I，所述导热构件I设置在所述二次电池单元10和所述冷却板构件21之间，形成将热量从所述二次电池单元10传递到所述冷却板构件21的热路径。
即，所述导热构件I起到将所述电极组件在充电和放电时产生的热量传递到所述散热器的作用。为此，所述导热构件I可以设置在容纳所述电极组件的所述电池主体构件和与所述散热片接触的所述冷却板构件21之间。
所述绝缘构件30起到使所述二次电池单元10和所述壳体构件20之间绝缘的作用。
即，可以通过所述绝缘构件30改善所述二次电池单元10产生的电压传递到所述壳体构件20的问题。
换言之，通过所述绝缘构件30可以确保比所述二次电池单元10可承受的耐电压性能大的耐电压性能，因此，本发明的电池模块可以提高电稳定性。
此外，所述绝缘构件30的厚度限定为使得所述绝缘构件30的热导率至少不大于所述壳体构件20的热导率的厚度t，因此可以起到在维持所述壳体构件20的冷却性能的同时，使所述二次电池单元10和所述壳体构件20之间绝缘的作用。
例如，根据本发明的一个实施例的电池模块的特征在于，所述绝缘构件30可以形成为具有所述绝缘构件30与所述壳体构件20之间的耐电压性能形成为至少大于2000kV的厚度t。
换言之，耐电压性能与所述绝缘构件30的厚度t成比例关系，并且绝缘构件30的厚度t被限定为使得所述耐电压性能形成为至少大于2000kV。
因此，可以防止由所述二次电池单元10产生的电压引起的绝缘破坏而导致的与所述壳体构件20之间的不受控制的通电、短路(short)的发生以及所述二次电池单元10损坏的问题。
另外，根据本发明的一个实施例的电池模块的特征在于，所述绝缘构件30可以形成为具有所述绝缘构件30在与所述绝缘构件30和所述壳体构件20结合的方向平行的方向P上的热导率形成为至少大于150W/mK的厚度t。
换言之，通过实验已确认由绝缘体形成的所述绝缘构件30在与所述绝缘构件30和所述壳体构件20结合的方向平行的方向P上的热导率与所述绝缘构件30的厚度t成反比。因此，所述绝缘构件30的厚度t被限定为使得所述绝缘构件30的热导率形成为至少大于150W/mK。
因此，即使在所述绝缘构件30设置在所述壳体构件20上的情况下，也可以防止所述壳体构件20的冷却性能降低的问题。
换言之，例如所述壳体构件20可以由包括铝的材料形成，在这种情况下，所述壳体构件20的热导率形成为至少大于150W/mK。因此，所述绝缘构件30的厚度被限定为使得所述绝缘构件30的热导率形成为至少大于150W/mK。
所述绝缘构件30的厚度t可以以数值限定，对此的详细内容将在后面参照图2和图4进行描述。
图2是示出本发明的电池模块中绝缘构件30形成在壳体构件20上的状态的主视图，图5是示出本发明的电池模块中绝缘构件30的厚度t与耐电压性能、热导率之间的关系的曲线图。
参照所述附图或曲线图，根据本发明的一个实施例的电池模块的特征在于，所述绝缘构件30的厚度t可以形成为50～200μm。
如上所述，通过限定所述绝缘构件30的厚度t，可以确保比所述二次电池单元10可承受的耐电压性能大的耐电压性能，因此，本发明的电池模块可以在提高电稳定性的同时防止所述壳体构件20的冷却性能降低的问题。
例如，所述绝缘构件30形成为具有耐电压性能形成为至少大于2000kV的厚度t，为此，所述绝缘构件30的厚度t的下限被限定为大于60μm。即，耐电压性能与所述绝缘构件30的厚度t成比例关系，通过将绝缘构件30的厚度t限定为大于60μm，限定所述耐电压性能形成为至少大于2000kV。
然而，考虑到所述绝缘构件30的耐电压性能与厚度t之间的相关性的测量误差，可以将所述绝缘构件30的厚度t的下限限定为耐电压性能形成为至少大于2000kV的厚度t，即50μm。
因此，可以防止由所述二次电池单元10产生的电压引起的绝缘破坏而导致的与所述壳体构件20之间的不受控制的通电、短路(short)的发生以及所述二次电池单元10损坏的问题。
另外，所述绝缘构件30形成为具有所述绝缘构件30的热导率形成为至少大于150W/mK的厚度t，为此，所述绝缘构件30的厚度t的上限被限定为小于210μm。
换言之，如图5所示，通过实验已确认由绝缘体形成的所述绝缘构件30的热导率与所述绝缘构件30的厚度t成反比。因此，所述绝缘构件30的厚度t被限定为小于210μm，以使得所述绝缘构件30的所述热导率形成为大于150W/mK。
然而，考虑到所述绝缘构件30的热导率与厚度t之间的相关性的测量误差，可以将所述绝缘构件30的厚度t的上限限定为热导率形成为至少大于150W/mK的厚度t，即200μm。
因此，即使在所述绝缘构件30设置在所述壳体构件20上的情况下，也可以防止所述壳体构件20的冷却性能降低的问题。
在此，将设定所述绝缘构件30的厚度t的上限的热导率的基准值限制在150W/mK是因为当所述壳体构件20由包括铝的材料形成时，所述壳体构件20的热导率形成为至少大于150W/mK。因此，所述绝缘构件30的厚度t被限定为小于作为使得所述绝缘构件30的热导率形成为至少大于150W/mK的厚度t的210μm。
此外，根据本发明的一个实施例的电池模块的特征在于，所述绝缘构件30的厚度t可以形成为70～150μm。
即，将所述绝缘构件30的厚度t范围进一步限定，并且将厚度t限定为70～150μm。
对于如上所述的所述绝缘构件30的厚度t的限定，在上限值的情况下，所述绝缘构件30的厚度t被限定为使得所述绝缘构件30的热导率形成为大于180W/mK的厚度t，在下限值的情况下，所述绝缘构件30的厚度t被限定为使得所述绝缘构件30的耐电压性能形成为大于3000kV的厚度t。
在此，所述绝缘构件30的热导率形成为大于180W/mK的厚度t的上限为180μm，并且所述绝缘构件30的耐电压性能形成为大于3000kV的厚度t的下限为70μm。然而，考虑到所述绝缘构件30的热导率与厚度t之间的相关性的测量误差和所述绝缘构件30的耐电压性能与厚度t之间的相关性的测量误差，将所述绝缘构件30的厚度t的范围限定在70～150μm。
通过如此限定所述绝缘构件30的厚度t，可以通过所述绝缘构件30进一步防止包括所述壳体构件20的本发明的电池模块的冷却性能降低的问题，并且可以通过所述绝缘构件30提高包括所述壳体构件20的本发明的电池模块的耐电压性能。
另外，根据本发明的一个实施例的电池模块的特征在于，所述绝缘构件30可以由黑色素基树脂、丙烯酸基树脂、环氧基树脂、烯烃基树脂、乙烯乙酸乙烯酯(EVA)基树脂或硅基树脂形成。
如上所述的材料都是绝缘体，并且均为在本发明的电池模块中设置所述绝缘构件30而能够提高耐电压性能的材料。
并且，所述绝缘构件30不限于上述材料，只要由绝缘体形成并且能够提高耐电压性能的材料都可以是形成本发明的绝缘材料的材料。
另外，所述绝缘构件30可以由多层形成，并且至少一层的材料可以不同地形成，下面将参照图3对此进行说明。
图3是示出本发明的电池模块中所述绝缘构件30由多层形成的实施例的主视图，参照所述附图，根据本发明的一个实施例的电池模块的特征在于，所述绝缘构件30可以由多层形成，并且至少一层的材料可以不同地形成。
即，所述绝缘构件30可以由多层形成，并且至少一层的材料可以不同地形成。
例如，所述绝缘构件30中最邻近所述二次电池单元10的最外围层30a可以由环氧基树脂形成，其余层可以由黑色素基树脂形成。
如上所述，即使在所述绝缘构件30由多层形成的情况下，多个层的厚度t相加的总的厚度t的值也应当形成为具有能够防止通电且能够维持与所述壳体构件20的热导率对应的热导率的厚度t。
例如，即使在所述绝缘构件30由多层形成的情况下，多层的厚度t的总和也可以形成为50～200μm，或者也可以形成为70～150μm。
在此，根据本发明的一个实施例的电池模块的特征在于，所述绝缘构件30中最邻近所述二次电池单元10的最外围层30a可以由耐电压性能最高的材料形成。
即，由于绝缘构件30中形成所述最外围层30a的部分由耐电压性能最高的材料形成，因此可以进一步通过所述绝缘构件30维持高耐电压性能。
图4是示出本发明的电池模块中所述绝缘构件30的侧壁绝缘部32形成为比底部绝缘部31厚的实施例的主视图，参照所述附图，根据本发明的一个实施例的电池模块的所述绝缘构件30可以包括：底部绝缘部31，形成在与多个所述二次电池单元10的底面接触的所述壳体构件20的冷却板构件21上；以及侧壁绝缘部32，形成在设置于所述冷却板构件21的边缘的所述壳体构件20的侧壁构件22上。
如上所述，所述绝缘构件30可以划分形成在所述冷却板构件21上的部分和形成在所述侧壁构件22上的部分而具体示出。
即，所述绝缘构件30的构造被具体限定为可以形成在所述冷却板构件21和所述侧壁构件22两者上。
但是，所述绝缘构件30的构造不限于此，所述绝缘构件30也可以仅形成在所述壳体构件20的所述冷却板构件21或所述侧壁构件22上。
在此，根据本发明的一个实施例的电池模块的特征在于，所述底部绝缘部31的热导率可以形成为比所述侧壁绝缘部32的热导率高。
这是因为形成有所述底部绝缘部31的所述冷却板构件21更邻近向外部散热的散热器而设置。
即，由于所述底部绝缘部31的热导率形成为比所述侧壁绝缘部32的热导率高，因此本发明的电池模块从整体上可以进一步提高冷却性能。
例如，所述底部绝缘部31的厚度t可以形成为比所述侧壁绝缘部32的厚度t薄，以使得所述底部绝缘部31的热导率形成为比所述侧壁绝缘部32的热导率高。
并且，根据本发明的一个实施例的电池模块的特征在于，所述侧壁绝缘部32的耐电压性能可以形成为比所述底部绝缘部31的耐电压性能高。
这是因为，由于形成有所述侧壁绝缘部32的所述侧壁构件22面对所述二次电池单元10的面积与所述冷却板构件21相比相对较大，因此考虑由所述二次电池单元10产生的电压引起的绝缘破坏的可能性高。
即，由于所述侧壁绝缘部32的耐电压性能形成为比所述底部绝缘部31的耐电压性能高，从而本发明的电池模块从整体上可以进一步确保电稳定性。
例如，所述侧壁绝缘部32的厚度t可以形成为比所述底部绝缘部31的厚度t厚，以使得所述侧壁绝缘部32的耐电压性能形成为比所述底部绝缘部31的耐电压性能高。
另外，根据本发明的一个实施例的电池模块的特征在于，所述侧壁绝缘部32的厚度t可以形成为比所述底部绝缘部31的厚度t厚。
这样的构造使得所述侧壁绝缘部32的耐电压性能形成为比所述底部绝缘部31的耐电压性能高，并且相反，使得所述底部绝缘部31的热导率形成为比所述侧壁绝缘部32的热导率高。
以上对本发明的实施例进行了说明，但本发明的权利范围不限于此，在不超出权利要求书所记载的本发明的技术思想的范围内可以进行各种改进和改变，这对于本领域普通技术人员来说是显而易见的。
Claims (12)
1.一种电池模块，包括：
多个二次电池单元；
壳体构件，在其内部容纳多个所述二次电池单元；以及
绝缘构件，形成在所述壳体构件的内表面，防止与所述壳体构件的通电，具有传热功能以将所述二次电池单元的热量散发到外部，并且形成为具有预定厚度。
2.根据权利要求1所述的电池模块，其特征在于，
所述绝缘构件形成为具有所述绝缘构件与所述壳体构件之间的耐电压性能形成为至少大于2000kV的厚度。
3.根据权利要求1所述的电池模块，其特征在于，
所述绝缘构件形成为具有所述绝缘构件在与所述绝缘构件和所述壳体构件结合的方向平行的方向上的热导率形成为至少大于150W/mK的厚度。
4.根据权利要求1所述的电池模块，其特征在于，
所述绝缘构件的厚度形成为50～200μm。
5.根据权利要求1所述的电池模块，其特征在于，
所述绝缘构件的厚度形成为70～150μm。
6.根据权利要求1所述的电池模块，其特征在于，
所述绝缘构件由黑色素基树脂、丙烯酸基树脂、环氧基树脂、烯烃基树脂、乙烯乙酸乙烯酯基树脂或硅基树脂形成。
7.根据权利要求1所述的电池模块，其特征在于，
所述绝缘构件由多层形成，并且至少一层的材料不同地形成。
8.根据权利要求7所述的电池模块，其特征在于，
所述绝缘构件中最邻近所述二次电池单元的最外围层由耐电压性能最高的材料形成。
9.根据权利要求1所述的电池模块，其中，
所述绝缘构件包括：
底部绝缘部，形成在与多个所述二次电池单元的底面接触的所述壳体构件的冷却板构件上；以及
侧壁绝缘部，形成在设置于所述冷却板构件的边缘的所述壳体构件的侧壁构件上。
10.根据权利要求9所述的电池模块，其特征在于，
所述底部绝缘部的热导率形成为比所述侧壁绝缘部的热导率高。
11.根据权利要求9所述的电池模块，其特征在于，
所述侧壁绝缘部的耐电压性能形成为比所述底部绝缘部的耐电压性能高。
12.根据权利要求9所述的电池模块，其特征在于，
所述侧壁绝缘部的厚度形成为比所述底部绝缘部的厚度厚。
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