电池组

技术领域

本发明涉及一种电池组，在该电池组中，可以提高电池组内部的空间利用率，并且可以简化模块和电池组的结构以降低成本，并且该电池组可以根据各种规格容易地改变或扩展。

本申请要求基于2022年5月16日提交的韩国专利申请No.10-2022-0059686和2022年10月21日提交的韩国专利申请No.10-2022-0136114的优先权的权益，并且所述韩国专利申请的全部内容通过引用并入本文。

背景技术

与一次电池不同，二次电池是可再充电的，并且由于它们的紧凑尺寸和高容量潜力而被大量研究和开发。由于技术的发展和对移动设备的需求的增加以及对电动车辆和能量存储系统的需求的增加(电动车辆和能量存储系统的出现符合环境保护时代的需要)，对作为能源的二次电池的需求增加，。

根据电池壳体的形状，二次电池分为硬币型电池、圆柱型电池、棱柱型电池和袋型电池。在这种二次电池中，安装在电池壳体中的电极组件是可充电或可放电的发电装置，其具有电极和隔膜堆叠的结构。

在二次电池中，多个电池电芯可以以电池组的形式分组。通过增加能量密度，电池组可安装在需要高能量的装置中，例如电动车辆。电池组通过电连接多个电池电芯来输出规定的电力，并且包括各种安全装置，所述安全装置冷却在工作期间温度升高的电池电芯，并且响应诸如着火的紧急情况。

在电池组中，增加每单位体积的能量密度存在一个显著的挑战，这最终取决于电池组内的空间被高效地利用如何。也就是说，需要在相同的电池组空间中安装更多的电池电芯，并且使电池组的结构尽可能简单是一种解决方案。

此外，简化电池组的结构在降低电池组的生产成本方面是有利的，并且此外，需要设计一种可以容易地改变为各种尺寸的电池组的结构。

[现有技术文献]

(专利文献001)韩国专利公开号2021-0133788(2021年11月08日公开)

发明内容

技术问题

本发明的目的是提供一种电池组，其中可以提高电池组内部的空间利用率，并且可以简化模块和电池组的结构以降低成本，并且该电池组可以根据各种规格容易地改变或扩展。

然而，本发明所要解决的技术目的并不限于上述目的，本领域技术人员通过以下对本发明的描述将清楚地理解本文未描述的其他目的。

技术方案

根据本发明，提供了一种电池组，该电池组包括：一对底板；中心框架，所述中心框架介于所述一对底板之间并且在纵向方向上的两侧连接到所述底板中的每一个；一对侧框架，每个侧框架在纵向方向上连接到底板的外表面；以及多个电池模块，所述多个电池模块沿着所述中心框架与所述侧框架之间的电池组空间安置在所述底板上，其中，所述电池模块包括用于容纳多个电池电芯的一对模块框架，并且所述电池模块被容纳在所述电池组空间中，使得所述模块框架设置在与所述中心框架和所述侧框架交叉的方向上。

所述一对模块框架可以设置在所述多个电池电芯的两端，所述多个电池电芯沿所述电池电芯的厚度方向排成行。

所述模块框架可以固定到所述侧框架，同时所述模块框架容纳所述多个电池电芯。

所述模块框架可以与在纵向方向上相邻的其它模块框架相互固定。

所述模块框架可以固定到所述底板。

所述模块框架可以在与所述中心框架和所述侧框架交叉的方向上支承负载。

在被容纳在所述电池组空间中之前，所述电池模块可以形成临时电池模块，所述临时电池模块包括一对临时组装板，所述一对临时组装板分别联接到所述一对模块框架的上表面和下表面。

所述中心框架和所述侧框架可以通过摩擦搅拌焊接(friction stir welding)连接到所述一对底板。

该电池组可以包括前框架和后框架，所述前框架和所述后框架联接到所述一对侧框架以围绕所述电池组空间的周边部分，其中，所述侧框架、所述前框架和所述后框架具有相同的形状。

所述底板可以包括在其中沿纵向延伸的多个冷却通道。

所述冷却通道可以与所述底板一体地形成。

所述冷却通道在所述底板的纵向方向上的一端可以形成入口通道，并且所述冷却通道在所述底板的纵向方向上的另一端可以形成出口通道。

入口接头(inlet joint)和出口接头(outlet joint)可以分别联接到所述入口通道和所述出口通道。所述入口接头和所述出口接头可以分别具有一个冷却剂入口和一个冷却剂出口，以并联连接到所述多个入口通道和所述多个出口通道。

所述入口接头和所述出口接头可以分别通过快速连接器连接到所述入口通道和所述出口通道。

有益效果

在具有上述构造的本发明的电池组中，在电池组壳体中没有设置单独的横梁，并且构成电池模块的模块框架在与中心框架和侧框架交叉的方向上支承负载。因此，由于横梁结构联接到电池组壳体时产生的焊缝消失，所以可以在相同的电池组空间中密集地布置更多的电池电芯，从而提高电池组内的空间利用率。

此外，可以简化电池模块和电池组的结构以降低成本，并且随着结构变得更简单，可以根据各种规格容易地改变或扩展电池组。

然而，通过本发明可获得的技术效果不限于上述效果，并且根据本发明的以下描述，本领域技术人员将清楚地理解本文未描述的其他效果。

附图说明

附图示出了本发明的示例性实施方式，并且与本发明的详细描述一起用于提供对本发明的技术精神的进一步理解。然而，本发明不应被解释为限于附图。

图1是示出根据本发明的电池组的整体结构的图。

图2是示出电池组壳体的结构的图。

图3是示出电池模块的图。

图4和图5是示出相邻电池模块之间的固定结构的图。

图6是示出电池模块和侧框架之间的固定结构的图。

图7是示出电池模块和底板之间的固定结构的图。

图8和图9是示出设置在电池组中的冷却通道的图。

具体实施方式

由于本发明可以进行各种改变并具有各种实施方式，因此下面将详细描述具体的实施方式。

然而，应当理解，本发明并不意在限于特定实施方式，相反，本发明将覆盖落入本发明的精神和范围内的所有修改、等同物和替换物。

在本申请中，应当理解，诸如“包括”和“具有”的术语旨在表示说明书中描述的特征、数量、步骤、操作、组件、部分或其组合的存在，并且它们不排除存在或添加一个或更多个其他特征或数量、步骤、操作、组件、部分或其组合的可能性。

而且，当诸如层、膜、区域、板等的第一部分被称为在第二部分“上”时，这不仅包括第一部分"直接在第二部分“上”的情况，而且包括第三部分介于其间的情况。另一方面，当诸如层、膜、区域、板等的第一部分被称为在第二部分“下方”时，这不仅包括第一部分“直接在”第二部分“下方”的情况，而且包括第三部分介于其间的情况。另外，在本申请中“在……上”设置可以包括设置在底部和顶部的情况。

本发明涉及一种电池组，在一个示例中，形成用于容纳多个电池电芯的电池组空间的电池组壳体包括底板、中心框架和侧框架。

设置一对底板，并且所述中心框架介于所述一对底板之间并且在纵向方向上的两侧处连接到所述底板中的每一个。一对侧框架各自在纵向方向上连接到底板的外表面。

多个电池模块安置在中心框架和侧框架之间的电池组空间中的底板上。每个电池模块包括用于容纳多个电池电芯的一对模块框架。每个电池模块被容纳在电池组空间中，使得模块框架设置在与中心框架和侧框架交叉的方向上，即，在宽度方向上。

在具有上述构造的本发明的电池组中，构成电池模块的模块框架在与中心框架和侧框架交叉的方向上支承负载。换言之，包括在电池模块中的模块框架用作横梁。

如上所述，在本发明的电池组中，在电池组壳体中没有设置单独的横梁，并且包括在电池模块中的模块框架用作横梁。因此，由于当横梁结构联接到电池组壳体时产生的焊缝消失，所以可以在相同的电池组空间中密集地布置更多的电池电芯，从而提高电池组内的空间利用率。

此外，可以简化模块和电池组的结构以降低成本，并且随着结构变得更简单，电池组可以根据各种规格容易地改变或扩展。

实施本发明的方式

在下文中，将参照附图描述本发明的具体实施方式。为了参考，除非另有说明，否则以下描述中使用的用于指定相对位置的前后方向或上、下、左和右方向旨在帮助理解本发明，并且基于附图中所示的方向。

[第一实施方式]

图1是示出根据本发明的电池组10的整体结构的图。图2是示出电池组壳体100的结构的图。

本发明涉及电池组10，并且形成用于容纳多个电池电芯220的电池组空间的电池组壳体100包括底板110、中心框架120和侧框架130。

设置有一对底板110，并且中心框架120介于该对底板110之间并且在纵向方向L的两侧连接到每个底板110。一对侧框架130中的每一个在纵向方向L上连接到一个底板110的外侧表面。

这里，设置一对底板110意味着底板110连接到中心框架120的两侧。每个底板100通过粘合几个板而形成。此外，提供的一对底板110可以不意味着在两侧的底板110基于中心框架120必须是对称的。

中心框架120具有倒T形以在两侧形成针对底板110的分隔壁并形成针对每个底板110的联接表面。参见图1，多个电池模块200安装在由中心框架120的竖直分隔壁划分的两侧处的每个电池组空间中，并且在作为附图中的示例示出的实施方式中，四个电池模块200安装在每个电池组空间中。

在本发明的第一实施方式中，中心框架120和侧框架130通过摩擦搅拌焊接连接或联接到一对底板110。通过摩擦搅拌焊接使焊缝最小化，并且底板110与中心框架120和侧框架130之间的连接表面形成平坦表面。如果需要，可以通过诸如铣削的切削工艺完全去除焊缝。

多个电池模块200沿着中心框架120和侧框架130之间的电池组空间设置并安置在底板110上。图3是示出电池模块200的图。如图所示，每个电池模块200包括用于容纳多个电池电芯220的一对模块框架210。

该对模块框架210设置在沿电池电芯220的厚度方向(即，电池组壳体的纵向方向)排成行的多个电池电芯220的两端。模块框架210在容纳多个电池电芯220的同时固定到电池组壳体100的侧框架130，并且每个电池模块200被容纳在电池组空间中，使得模块框架210设置在与中心框架120和侧框架130交叉的方向上(即，在宽度方向W上)。

在所示实施方式中，用于电连接多个电池电芯220的汇流条组件BA沿宽度方向设置在电池模块200的两端。汇流条组件BA串联、并联或串并联地连接构成电池模块200的多个电池电芯220。此外，多个电池模块200通过汇流条组件BA彼此电连接。

如图1所示，安装在电池组空间中的多个电池模块200密集地布置而没有间隔开，因此，相邻电池模块200的模块框架210彼此接触。模块框架210具有沿宽度方向W插入在中心框架120和侧框架130之间的形式。换言之，模块框架210与中心框架120和侧框架130一起形成电池组壳体100的网格框架结构。

在本发明的电池组壳体100中，中心框架120和侧框架130支承在纵向方向L作用的负载，并且不设置用于在宽度方向W上的负载的单独支承结构。相反，构成电池模块200的模块框架210在与中心框架120和侧框架130交叉的方向上(即，在宽度方向W上)支承负载。

即，在本发明的电池组10中，电池组壳体100本身不包括在方向W上支承负载的框架结构，而是多个电池模块200安装在电池组空间中，使得模块框架210完成网格框架结构，从而增强电池组10在纵向方向L和宽度方向W上的刚性。

这样，在本发明的电池组10中，电池组壳体100不包括单独的横梁，并且包括在电池模块200中的模块框架210用作横梁。因此，当横梁结构联接到电池组壳体100时产生的焊缝可以消失，并且由于没有死空间(所述死空间由于焊缝而未被使用)，更多的电池电芯220可以密集地布置在相同的电池组空间中，从而提高了电池组内的空间利用率。

此外，模块和电池组的结构被简化，因为消除了在电池组壳体100中提供横梁的需要，并且节省了用于提供横梁的工艺和时间，从而降低了制造电池组10所需的成本。

在本发明中，电池组壳体100的基本尺寸由一对底板110和中心框架120确定。例如，仅改变底板110的宽度，而中心框架120和侧框架130的规格保持相同，使得可以安装具有不同宽度的电池电芯220。因此，本发明的电池组10可以根据各种规格容易地改变或扩展，同时保持其基本平台。

另外，如在图2的实施方式中，前框架140和后框架150可分别联接到电池组壳体100的前侧和后侧。前框架140和后框架150用于保护设置在电池组空间的周边部分的电池模块200并抑制电池组壳体100的扭曲。前框架140和后框架150也在宽度方向W上部分地支承负载，但是电池模块200的模块框架210主要用作电池组壳体100的横梁。

参照图1和图2，类似于上述中心框架120的内部结构，网格形肋132、142和152分别形成在侧框架130、前框架140和后框架150的内部，并且侧框架130、前框架140和后框架150的整体形状为L形。因此，由于设置在框架130、140和150内部的肋132、142和152以及L形弯曲结构，电池组壳体100可具有足够的机械强度，同时重量轻。

此外，另一个特征是，在所示实施方式中，侧框架130、前框架140和后框架150都具有相同的形状。这是为了确保框架130、140和150中的每一个可以通过连续挤压方法生产长的框架基材，然后根据设计尺寸切割来制造。因此，可以降低本发明的电池组壳体100的制造成本，并且即使当改变电池组壳体100的尺寸规格时，也可以以最小的成本灵活地响应尺寸规格的变化。

电池模块200通过模块框架210固定到电池组壳体100。如图6所示，模块框架210固定到电池组壳体100的侧框架130，同时容纳多个电池电芯220(由固定点P表示)。例如，模块框架210可以通过螺栓结构固定至侧框架130，该螺栓结构通过侧框架130的侧表面联接至模块框架210的面对表面。

此外，除了将模块框架210固定到侧框架130以外，本发明的电池组10还可包括用于更牢固地支承电池模块200的附加固定结构。作为参考，下面将要描述的附加固定结构可以以各种方式组合。

图4和图5是示出相邻电池模块200之间的固定结构的图。图4示出了使用固定板240将电池模块200彼此固定的情况，在电池模块200中，电池组空间用介于其间的中心框架120分隔。图5示出了使用固定板240将模块框架210在一个电池组空间中彼此接触的相邻电池模块200彼此固定的情况。

即，通过将模块框架210彼此连接，可以将在宽度方向W或纵向方向L上相邻的电池模块200彼此固定，并且由于多个电池模块200被连接为一个模块，所以电池模块200的固定变得更加牢固。此外，由于彼此接触的电池模块200的模块框架210被束缚在一起，因此也增强了电池组壳体100在宽度方向W上的刚性。

此外，模块框架210也可以固定到底板110。在图7中，模块框架210的底面固定到底板110的结构由固定点P表示，并且模块框架210到底板110的固定也提高了电池模块200和电池组壳体100之间的联接力。作为参考，图7示出了电池组壳体100的底面，其中省略了底板110。应当注意，固定点P仅表示紧固点，并不限制紧固结构本身。

另外，在电池模块200中，多个电池电芯220被容纳在模块框架210之间。在模块框架210和电池电芯220之间没有设置单独的紧固结构，因此电池模块200的结构非常简化。当电池模块200安装在电池组壳体100中时，多个电池电芯220插在模块框架210之间并用双面胶带等固定，但是电池电芯220在安装在电池组壳体100中之前没有完全固定。

为此，如图3所示，作为组装在电池组空间中之前的可运输电池模块200的临时结构，一对临时组装板230分别联接到该对模块框架210的上表面和下表面以形成临时电池模块200'。多个电池电芯220可以在被模块框架210和临时组装板230包围的状态下被稳定地运输以组装电池组10。例如，可以方便地在长距离运输期间处理呈临时电池模块200'形式的多个电池电芯220。然而，为了便于处理，临时电池模块200'是处于临时组装状态下的电池模块200，并且不一定使用临时组装板230。

[第二实施方式]

图8至图9是本发明的第二实施方式的图。参照附图，在本发明的第二实施方式中，底板110包括在其中沿纵向方向L延伸的多个冷却通道112。

由于诸如底板110、中心框架120和侧框架130的框架部件可被设计成具有均匀的截面，因此本发明的电池组10可通过挤出成型来制造。因此，底板110可以通过挤压诸如铝合金的材料来制造，并且在这种挤压模制过程中，冷却通道112可以与底板110一体地形成。

由于多个冷却通道112被一体地设置在底板110内部，所以电池组10的结构被简化，不需要安装单独的冷却垫，并且这有助于减小重量和成本。

在图8所示的一个实施方式中，示出了一体地形成在底板110中的冷却通道112，并且靠近冷却通道112形成中空部分119。中空部分119用于减小底板110的重量，同时用作消散底板110中积聚的热量的路径。也就是说，底板110内部的热量可以通过中空部分119的空间排出以降低底板110的温度，并且随着底板110的温度降低，从电池模块200产生的热量可以被顺利地吸收。

冷却通道112在底板110的纵向方向L上的一端可以形成入口通道113，并且其在纵向方向L上的另一端可以形成出口通道114。也就是说，冷却通道112可以形成直的流动路径，并且特别地，当底板110通过挤出成型而形成时，冷却通道112可以形成直的流动路径。

冷却介质(例如，冷却剂)流入入口通道113，吸收热量，然后通过出口通道114流出。入口接头115和出口接头117可分别联接到入口通道113和出口通道114以供应和排出冷却剂。

图8示出了入口接头115的放大图。在一个示例中，入口接头115可以具有这样的结构，其中多个波纹管彼此串联连接以通过联接器115-1彼此连通。入口接头115的联接器115-1可具有仅通过将快速联接器(即联接器115-1)插入入口通道113而不使用任何工具来实现联接的结构。例如，如图8所示，入口接头115可以包括快速联接器，其中仅通过将钩115-2插入到形成在入口通道113的左侧和右侧处的凹槽中来完成联接，该钩115-2是设置在联接器115-1中的楔形联接部分。插入到入口通道113中的联接器115-1的前端可以具有与入口通道113的截面相对应的形状，并且设置在联接器115-1的前端处的诸如O形环115-3的密封构件可以密封入口通道113，从而可以防止冷却剂的泄漏。这里，如图9所示，显然出口接头117也可以具有与入口接头115相同的构造。

在所示的第二实施方式中，入口接头115和出口接头117分别具有一个冷却剂入口116和一个冷却剂出口118，并且平行地连接到多个入口通道113和多个出口通道114。也就是说，流入一个冷却剂入口116的冷却剂从靠近冷却剂入口116的入口通道113开始依次流入多个入口通道113。类似地，通过多个出口通道114流出的冷却剂合并成一个冷却剂流并通过一个冷却剂出口118排出。

根据这样的实施方式，由于冷却剂入口116和冷却剂出口118的数量被最小化，所以容易形成用于多个电池组10的冷却剂回路。

平行地连接到多个入口通道113和多个出口通道114的入口接头115和出口接头117可以包括入口接头115之间和出口接头117之间的波纹管。包括具有柔性的波纹管的入口接头115和出口接头117便于连接到多个入口通道113和多个出口通道114的操作，并且还吸收由冷却剂的流动引起的振动或从电池组传递的外部振动，从而防止入口接头115和出口接头117的联接被松开的事故。

以上通过附图和实施方式更详细地描述了本发明。然而，附图中描述的结构或说明书中的实施方式仅仅是本发明的实施方式，并不代表本发明的所有技术思想。因此，应当理解的是，在提交本申请时可以存在可以替换它们的各种等同物和变型。

[附图标记说明]

10：电池组 100：电池组壳体

110：底板112：冷却通道

113：入口通道114：出口通道

115：入口接头115-1：联接器

115-2：钩115-3：O形环

116：冷却剂进口117：出口接头

118：冷却剂出口120：中心框架

130：侧框架140：前框架

150：后框架132、142、152：肋

200：电池模块210：模块框架

220：电池电芯230：临时组装板

240：固定板BA：汇流条组件

P：固定点