电池组

技术领域

本发明涉及一种电池组，更具体地，涉及一种具有使电池单体堆或电池模块能够紧靠挡板安装而不受焊缝干扰的结构的电池组。特别地，本发明提供一种适用于电池单体堆直接安装到电池组中的无模组(cell-to-pack，CTP)结构的电池组。

本申请要求2022年8月4日提交的韩国专利申请第10-2022-0097556号和2023年3月17日提交的韩国专利申请第10-2023-0035431号的优先权的权益，前述韩国专利申请的公开内容通过引用全文并入本文中。

背景技术

通常，电池组被制造为具有容纳多个电池模块的结构，多个电池单体堆容纳在模块壳体中。

然而，这些常规电池组需要电池单体堆与模块壳体之间以及模块壳体与电池组壳体之间的两层热树脂，这增加了制造成本，同时降低了冷却性能。另外，对于模块部件和电池组壳体安装而言，需要额外的组件，以形成电池模块，这增加了部件成本。例如，当将划分电池模块的挡板焊接到电池组壳体时，挡板上的焊缝阻止模块壳体紧靠挡板安装，导致电池组壳体中的空间利用率较差，并且电池组的能量密度降低。

即使在移除模块壳体并且电池单体堆直接安装到电池组壳体中以实现无模组电池组的简化结构中，仍然存在挡板上的焊缝干扰电池单体堆的问题。

另外，当在没有模块壳体的情况下将电池单体堆安装在挡板之间时，使用一次抓取多个电池单体堆并将其放置在挡板内的装载夹具是非常有效的，但是由于装载夹具与挡板(装载夹具和挡板被较深地插入到电池单体堆中以稳定地运输一组较重的电池单体堆)之间的干扰，难以一次将多个电池单体堆安装在电池组壳体中。

因此，需要开发一种可以简化电池组的结构，通过排除焊缝的干扰来提高空间利用率和能量密度，并且便于将电池单体堆安装到电池组壳体中的技术。

(现有技术文献)

(专利文献001)韩国专利公开第10-2022-0102484号(2022年7月20日公开)。

发明内容

技术问题

本发明的一个目的是提供一种电池组壳体，其中可以容易地执行将横梁与底板结合的焊接操作，可以向多个电池单体堆施加均匀的表面压力，并且处理作为一体的多个电池单体堆的装载夹具可以可靠地执行该操作，而不会受到横梁的干扰。

另外，本发明的另一个目的是提供一种电池组壳体，其可以解决在将横梁焊接到底板时电池单体堆被不可避免出现的焊缝干扰的问题。

然而，本发明试图解决的技术问题不限于上述那些问题，并且从本发明的以下描述中，未提及的其他问题对于本领域普通技术人员而言将是显而易见的。

技术方案

本发明涉及一种电池组壳体，在一个示例中，该电池组壳体包括：底板；侧板，该侧板沿着底板的周边结合以在其中形成容纳空间；下横梁，该下横梁与底板结合以横向划分底板内的容纳空间；以及上横梁，该上横梁与下横梁结合。

上横梁在上方与下横梁结合以形成单个横梁。

在示例性实施例中，电池组壳体包括：中心梁，该中心梁与底板结合以纵向划分底板内的容纳空间，其中，下横梁和上横梁可以横向划分由中心梁分隔出的各个容纳空间。

另外，下横梁可以设置有凹部和凸部在上横梁的结合方向上重复的第一凹凸结构，并且上横梁可以设置有与第一凹凸结构互补的形式的第二凹凸结构。

下横梁可以通过焊接与底板结合，并且上横梁可以通过螺栓与下横梁结合。

在示例性实施例中，下横梁与上横梁由不同的材料制成，并且上横梁可以由比下横梁的材料轻的材料制成。

同时，在下横梁与底板的边界处可以设置有至少一个下凹的焊接凹槽。

例如，焊接凹槽可以设置在下横梁的两侧。

设置在下横梁的两侧的各个焊接凹槽可以被分布为使得焊接凹槽的至少一部分沿着面对彼此的方向不重叠。

另外，下横梁通过焊接凹槽焊接到底板，并且在焊接凹槽中形成的焊缝可以不突出到下横梁的外部。

同时，本公开可以提供一种电池组，包括：具有上述配置的电池组壳体以及多个电池单体堆，该多个电池单体堆安装在电池组壳体的分隔出的容纳空间中。

在下横梁和上横梁与电池单体堆的接触表面之间插设有绝缘片或压缩垫。这样的电池组可以通过这样的方法制造：第一步骤，制备电池组壳体，该电池组壳体包括底板、沿着底板的周边结合以在其中形成容纳空间的侧板以及与底板结合以划分底板内的容纳空间的下横梁；第二步骤，将多个电池单体堆设置在由下横梁划分出的容纳空间中；第三步骤，将设置有多个电池单体堆的下横梁与上横梁结合；以及第四步骤，重复上述第二步骤和第三步骤以将多个电池单体堆安装在各个容纳空间中。

这里，在根据本发明的示例性实施例的电池组的制造方法中，第一步骤为制备电池组壳体的步骤，在电池组壳体中，下横梁具有凹部和凸部在上横梁的结合方向上重复的第一凹凸结构，并且第二步骤为使用具有共同夹持多个电池单体堆的夹持部的装载夹具将多个电池单体堆设置到由下横梁划分的容纳空间中，并且设置进入第一凹凸结构中的凹部，并将被夹持的多个电池单体堆设置在底板上的步骤。

另外，在第二步骤中，在装载夹具的夹持部共同夹持多个电池单体堆的状态下，可以将多个电池单体堆设置在底板上，并且在释放夹持部的夹持时，可以使多个电池单体堆继续脱离到下横梁的上部。

有益效果

如上所述，本发明的电池组壳体具有下横梁(其中，单个横梁与底板结合)以及在上方与下横梁结合的上横梁的双层结构。通过具有双层结合结构的横梁，提高了焊接工具尖端的可接近性，以便于将下横梁焊接到底板，并且通过在组装上横梁之前使多个电池单体堆能够设置在电池组壳体中来提高装载夹具的可加工性。

另外，横梁的双层结构可以通过使不涉及与底板焊接的上横梁能够由不同的重量轻的材料(例如，工程塑料)制成而有助于电池组的轻量化。

此外，根据本发明的示例性实施例，下横梁设置有第一凹凸结构，使得装载夹具的夹持部可以牢固地夹持电池单体堆并进入，而不对下横梁造成干扰，并且电池单体堆可以稳定地设置在底板上，而不受冲击。

然而，本发明的技术效果不限于上述那些效果，并且在本发明的以下描述中，未提及的其他效果对本领域普通技术人员而言将是显而易见的。

附图说明

本说明书所附的以下附图示出本发明的优选示例性实施例，并且旨在与下面的本发明的具体实施方式结合用作本发明的技术构思的进一步理解，因此本发明不被解释为限于这些附图示出的内容。

图1是根据本发明的示例性实施例的电池组壳体的透视图。

图2是示出与图1中的电池组壳体分离的上横梁的透视图。

图3是示出下横梁与上横梁的结合结构的图。

图4是沿着图3中的线“A-A”截取的剖视图。

图5是示出下横梁与底板的焊接结构的透视图。

图6是示出下横梁与底板的焊接点的平面图。

图7是根据本发明的示例性实施例的电池组的透视图。

图8是沿着图7中的线“B-B”截取的剖视图。

图9是示出夹持进入下横梁的多个电池单体堆的装载夹具的夹持部的示例性实施例的透视图。

图10是示出图9的装载夹具进入下横梁的状态的剖视图。

图11是示出在设置多个电池单体堆之后装载夹具的脱离过程的剖视图。

图12是示出在脱离装载夹具之后接合上横梁的状态的剖视图。

具体实施方式

本发明可以有各种修改和各种示例，并且在附图中示出并且在说明书中详细描述了具体示例。

然而，将理解的是，本发明不限于具体实施例，并且包括本发明的精神和技术范围内的所有修改、等同物或替换。

本文使用术语“包括”、“包含”和“具有”，来表示其规格或组合中描述的特征、数量、步骤、动作、部件或构件的存在，并且应当理解的是，不预先排除一个或多个其他特征、数量、步骤、动作、部件、构件或其组合的存在或添加的可能性。

另外，当层、膜、区域或板的一部分设置为位于另一部分“上”时，其不仅包括一部分“直接”设置在另一部分“上”的情况，而且包括第三部分插设于其间的情况。相反，当层、膜、区域或板的一部分设置为位于另一部分“下”时，其不仅包括一部分“直接”设置在另一部分“下方”的情况，而且包括第三部分插设于其间的情况。另外，在本说明书中，“上”不仅可以包括设置在上部的情况，而且包括设置在下部的情况。

本发明涉及一种电池组壳体，在一个示例中，该电池组壳体包括底板；沿着底板的周边结合以在其中形成容纳空间的侧板；与底板结合以横向划分底板内的容纳空间的下横梁；以及与下横梁结合的上横梁。

并且，上横梁在上方与下横梁结合，以形成单个横梁。

因此，本发明的电池组壳体具有下横梁(其中，单个横梁与底板结合)以及在上方与下横梁结合的上横梁的双层结构。通过具有双层结合结构的横梁，提高了焊接工具尖端的可接近性，以便于将下横梁焊接到底板，并且通过在组装上横梁之前使多个电池单体堆能够设置在电池组壳体中来提高装载夹具的可加工性。

另外，横梁的双层结构可以通过使不涉及与底板焊接的上横梁能够由不同的重量轻的材料(例如，工程塑料)制成而有助于电池组的轻量化。

[本发明的实施例]

在下文中，参照附图，将详细描述根据本发明的电池组壳体100和包括电池组壳体100的电池组200的具体实施例。作为参考，在以下描述中使用的例如前、后、上、下、左和右的相对定位名称旨在帮助理解本发明，并且除非另有限定，否则指图中示出的方向。

[第一实施例]

图1是根据本发明的示例性实施例的电池组壳体100的透视图，图2是示出与图1中的电池组壳体100分离的上横梁136的透视图。参照图1和图2，将描述根据本发明的示例性实施例的电池组壳体100的整体配置。

本发明涉及一种用于容纳均匀地分隔开的多个电池单体堆210的电池组壳体100。电池单体堆210是能够作为二次电池被充放电的单个成品电池单体，并且在本文中以全面的含义使用，而不考虑例如软包型电池、方形电池等的外部区别。另外，虽然不排除多个电池单体堆210可以包括容纳在单个壳体中并且安装在电池组壳体100中的电池模块，但是，多个电池单体堆210在附图中被示出为软包型电池单体的简单集合，特别是考虑到本发明的电池组壳体100适用于不使用例如模块壳体等各种模块部件的无模组结构的事实。

示出的电池组壳体100包括底板110和沿着底板110的周边结合以在其中形成容纳空间的侧板120。并且，作为分隔底板110内的容纳空间的挡板构件，参照附图，其具有在横向方向上与底板110结合的横梁130。这里，本发明的电池组壳体100可以包括与底板110结合以纵向划分底板110内的容纳空间的中心梁140，在这种情况下，横梁130横向划分由中心梁140分隔的各个容纳空间。

参照图2，横梁130包括两个横梁，与底板110直接结合以横向划分底板110内的容纳空间的下横梁132和与下横梁132结合的上横梁136。横梁130具有这样的双层结构：上横梁136以下横梁132为基准在上方结合，即，上横梁在对准状态下相互结合，使得上横梁136位于下横梁132的顶部上，从而形成单个横梁130。

因此，通过将单个横梁130分为下横梁132和上横梁136以形成双层结构，本发明的电池组壳体100具有许多优点。例如，由于仅下横梁132需要与底板110结合，所以横梁130的降低的高度通过提高焊接工具尖端的可接近性来便于与下横梁132的焊接操作。此外，在组装上横梁136之前，多个电池单体堆210可以装载到电池组壳体100中，消除与横梁130的干扰问题，从而提高共同处理多个电池单体堆210的装载夹具300的可加工性。

另外，通过将横梁130配置为双层结构，不涉及与底板110焊接的上横梁136可以由不同的重量轻的材料制成。例如，下横梁132可以由可焊接的金属材料(例如，不锈钢)制成，而上横梁136可以由更轻重量的工程塑料等制成，从而有助于电池组200的轻量化。

图3是示出下横梁132与上横梁136的结合结构的示例性实施例的图，图4是沿着图3中的线“A-A”截取的剖视图。根据示出的示例性实施例，下横梁132具有凹部133-1和凸部133-2在上横梁136的上方结合方向上重复的第一凹凸结构133，并且上横梁136对应地具有与第一凹凸结构133互补的形式的第二凹凸结构137。

这里，当第一凹凸结构133和第二凹凸结构137具有互补形状时，意味着第一凹凸结构133的凹部133-1和第二凹凸结构137的凸部137-2以及第一凹凸结构133的凸部133-2和第二凹凸结构137的凹部137-1形成一种面对彼此的夹持结构。通过互补的凹凸结构133、137，上横梁136与下横梁132的结合位置确定为一个，从而确保下横梁132与上横梁136的精确对准，从而便于在临时组装状态下用螺栓138紧固下横梁132与上横梁136的操作。此外，如下所述，下横梁132的第一凹凸结构133也有利地用于避免与装载夹具300的干扰。

如上所述，下横梁132可以通过焊接与底板110结合，并且上横梁136可以通过螺栓138与下横梁132结合，通过这样的分离的双层结合结构，能够用不同的重量轻的材料制造上横梁136。参照图3，当考虑到螺栓138的有效螺纹接合深度时，有益于使从上横梁136到下横梁132具有短进入路径，使得在第二凹凸结构137的凹部137-1与第一凹凸结构133的凸部接合的区域发生螺栓138的接合。

并且参照图4，下横梁132和上横梁136基本上为中空的，并且具有连接两个侧壁的肋结构，以增加刚度。下横梁132和上横梁136的中空结构能够使得轻量化，并且也有益于通过阻止由电池组壳体100内的任一电池单体堆210产生的热量以导热的形式传递到横梁130之间的其他电池单体堆210来延迟由于热失控导致的热传递。

[第二实施例]

图5是示出下横梁132与底板110的焊接结构的透视图，图6是示出下横梁132与底板110的焊接点的平面图。

横梁130为电池组壳体100在横向方向上增强刚度的重要构件，并且横梁130通过焊接、螺栓连接等与底板110结合。考虑到接合的强度、生产率、轻量化等，通常使用焊接，但是，在这种情况下，形成在横梁130和底板110的焊接表面上的焊缝135导致电池组200的安全性和容量的问题。

也就是说，多个电池单体堆210安装在横梁130的内部，特别是当不存在模块壳体或为简化的无模组结构时，电池单体堆210受到焊缝135干扰，并且在较长时间受到振动、冲击等环境中，被焊缝135干扰的电池单体堆210容易损坏和破裂，这可能导致严重的安全问题，例如，起火。此外，避免受焊缝135干扰的设计形成死区空间，这降低了电池组200的能量密度。

图5和图6的下横梁132的焊接结构可以解决这些焊缝135的问题。参照附图，在下横梁132与底板110的边界处具有至少一个下凹的焊接凹槽134。下横梁132经由焊接凹槽134抵靠底板110焊接，从而在焊接凹槽134内的容纳空间中形成焊缝135，其中，形成在焊接凹槽134内的焊缝135不突出到下横梁132的外部。由此，可以防止电池单体堆210受焊缝135干扰和/或由周围的设计而产生的死区空间。

可以根据焊接方法，考虑到焊接工具尖端的尺寸和焊缝135的尺寸，来设计焊接凹槽134的尺寸。例如，线激光焊接需要较小的尖端尺寸和2mm至3mm的焊缝尺寸，所以可以使得焊接凹槽134的尺寸可以具有数毫米的相应的高度和深度。

在本发明的示例性实施例中，焊接凹槽134可以设置在下横梁132的两侧。在这种情况下，如图6所示，设置在下横梁132的两侧的各个焊接凹槽134可以沿着各个焊接凹槽134面对彼此的方向至少部分不重叠，即，可以彼此交叉分布。通过焊接凹槽134在下横梁132的两侧均匀地分布，可以实现稳定的焊接强度，同时降低由于焊接热量导致变形的风险。

[第三实施例]

图7是根据本发明的示例性实施例的电池组200的透视图。关于在第一实施例和第二实施例中描述的本发明的电池组壳体100，通过将多个电池单体堆210中的每一个安装在由横梁130或由横梁130和中心梁140(图中示出的实施例)分隔的多个容纳空间中来完成电池组200。注意，示出的实施例为在用于电连接的汇流条框架组件(BFA)之间聚集有多个电池单体堆210而没有单独的模块壳体的无模组电池组200，并且省略了封闭顶表面的引线，以用于内部结构的说明。

图8是沿着图7中的线“B-B”截取的剖视图，示出插设于下横梁132和上横梁136与电池单体堆210的接触表面之间的绝缘片或压缩垫220。为了方便起见，更薄的构件指绝缘片，并且相对更有弹性的更厚的构件指压缩垫，并且两者都用于保护电池单体堆210抵靠作为保护构件的横梁130，用于电绝缘并且用于增强电池单体堆210的抗冲击性和耐磨性。

同时，图9至图12示出使用上述本发明的电池组壳体100制造电池组200的一系列工序。电池组200的制造方法以这样的第一步骤开始：制备本发明的电池组壳体100，即：电池组壳体100具有底板110、沿着底板110的周边结合以在其中形成容纳空间的侧板120以及与底板110结合以划分底板110内的容纳空间的下横梁132。

特别地，在第一步骤中，在电池组壳体100中仅制备全部横梁130中的下横梁132，并且在这种状态下，进行电池单体堆210的安装。也就是说，在第二步骤中，多个电池单体堆210设置到由下横梁132划分的容纳空间中，并且装载夹具300可以用于一次处理多个电池单体堆210，特别是为了生产率。

图9是示出夹持多个电池单体堆210的装载夹具300的夹持部310进入下横梁132的示例性实施例的透视图，图10是示出进入下横梁132的图9的装载夹具300的剖视图。为了装载夹具300的顺利操作，优选地，在第一步骤中制备的电池组壳体100具有下横梁132在上横梁136的结合方向上具有重复的凹部133-1和凸部133-2的第一凹凸结构133。

如图9和图10所示，装载夹具300设置有用于共同夹持多个电池单体堆210的夹持部310。装载夹具300的夹持部310成对设置，以夹持电池单体堆210的与下横梁132平行的两侧，并且还可以包括夹持电池单体堆210的其他侧的夹持部310。特别地，用于夹持电池单体堆210的面对下横梁132的两侧的夹持部310可以包括与形成在下横梁132中的第一凹凸结构133的凹部133-1的位置(或位置和数量)相对应的多个脚部。因此，装载夹具300的夹持部310进入第一凹凸结构133的凹部133-1，并且夹持多个电池单体堆210，以设置在底板110上。

大体上，第一凹凸结构133的凹部133-1的深度为电池单体堆210的总体高度的至少一半。因此，装载夹具300的夹持部310可以具有电池单体堆210的总体高度的至少一半的夹持区域。换言之，通过使下横梁132具有第一凹凸结构133，装载夹具300的夹持部310能够牢固地夹持并进入电池单体堆210，而不与下横梁132产生干扰，并且电池单体堆210可以稳定地设置在底板110上而不受冲击。

作为参考，未示出的附图标记230是用于通过促进底板110与电池单体堆210之间的热传导来提高电池组200的散热性能的热树脂。当然，在将电池单体堆210安装在电池组壳体100内部之前，热树脂230以适当的厚度均匀地涂覆到底板110。

图11是示出在设置多个电池单体堆210之后装载夹具300的脱离过程的剖视图。由于夹持部310的厚度与下横梁132的厚度相比较薄，一旦装载夹具300的夹持部310共同夹持了多个电池单体堆210，并且将多个电池单体堆210设置在底板110上，夹持部310可以缩回，以释放夹持，并且继续脱离到下横梁132的上部。

一旦通过这一系列步骤将多个电池单体堆210共同安装在单个容纳空间中，则执行以其上安装有多个电池单体堆210的下横梁132为基准结合上横梁136的第三步骤，如图12所示。通过以下横梁132为基准结合上横梁136，可以在电池单体堆210的整体高度上产生足够的表面压力。通过施加到电池单体堆210的表面压力，可以有效地抑制电池单体堆210重复放电时发生的膨胀现象。另外，被装载夹具300夹持的多个电池单体堆210的夹持表面可以附接有的绝缘片或压缩垫220，这也可以有助于抑制膨胀现象。

并且，通过重复执行如上所述第二步骤和第三步骤，即，将多个电池单体堆210设置在由上横梁136划分出的容纳空间中的第二步骤和以其上设置有多个电池单体堆210的下横梁132为基准结合上横梁136的第三步骤，来执行将多个电池单体堆210安装在全部容纳空间中的第四步骤，从而完成具有安装在本发明的电池组壳体100中的所有电池单体堆210的电池组200。

上面已经参照附图和实施例更详细描述了本发明。然而，将理解的是，本文描述的附图或实施例中示出的配置仅为本发明的一个实施例，并不代表本发明的所有技术构思，并且在提交本申请时，可能存在可以将其替代的各种等同物和修改。

[附图标记说明]

100：电池组壳体110：底板

120：侧板130：横梁

132：下横梁133：第一凹凸结构

133-1：凹部133-2：凸部

134：焊接凹槽135：焊缝

136：上横梁137：第二凹凸结构

137-1：凹部137-2：凸部

138：螺栓140：中心梁

200：电池组210：电池单体堆

220：绝缘片或压缩垫230：热树脂

300：装载夹具310：夹持部