具有能够吸收膨胀的结构的电池模块以及包括该电池模块的电池组和车辆的制作方法

1.本公开涉及一种具有能够吸收膨胀的结构的电池模块以及包括该电池模块的电池组和车辆。更具体地，涉及一种具有能够在不增加端板厚度的情况下通过提高端板的抗弯曲变形能力来有效地吸收电池单体膨胀的结构的电池模块。
2.本技术要求于2020年12月29日在韩国提交的韩国专利申请第10-2020-0186475号的优先权，其公开内容通过引用并入本文。


背景技术：

3.在如图1所示的传统电池模块中，端板4位于电池单体堆3的两侧，电池单体堆3包括在电池单体堆3的堆叠方向上的电池单体1和膨胀吸收垫2，并且一对端板4通过紧固螺栓5彼此固定。
4.在该电池模块结构中，端板4限制由于电池单体3的膨胀而引起的变形。膨胀吸收垫2位于电池单体堆3的最外侧和/或相邻的电池单体1之间，以主要吸收由于电池单体1的膨胀引起的变形。
5.此外，当发生超过膨胀吸收垫2可以吸收的变形程度的膨胀时，电池单体1的体积膨胀受到端板4的限制。端板4应具有适当的刚度，使得端板4不会过度限制膨胀。为此，应对电池单体1进行随着反复充电和放电的膨胀测试，并且根据测试结果进行验证程序以防止电池模块的结构损坏。
6.随着充电和放电循环的次数增加，施加到模块的膨胀力会逐渐增大。因此，电池单体1的性能可能降低，并且电池单体1的使用寿命也可能降低。在电池单体1中，当大的膨胀力施加到局部时，电池单体1中的隔膜可能被部分挤压，从而降低了电池单体1的性能。相反，当压力太弱时，由于在电池单体1中产生气体可能出现问题。
7.在传统的电池模块结构中，当为了减轻重量而减小端板4的厚度时，端板4的弯曲刚度不足。因此，由于膨胀力而在端板4的与电池单体1的中部对应的部分中集中而发生弯曲变形。由于端板4的这种部分变形，组成电池单体堆3的多个电池单体1的压力偏差和根据一个电池单体1中的位置的压力偏差增大，从而导致电池模块的性能劣化。
8.因此，需要开发一种当电池单体1发生膨胀时能够对整个电池单体堆3施加均匀的力的电池模块结构。


技术实现要素：

9.技术问题
10.本公开致力于解决现有技术的问题，因此本公开的一个目的是在不增加端部的厚度的情况下通过减少由于膨胀引起的端板的弯曲变形量来向电池单体施加均匀的压力。
11.此外，本公开的另一个目的是防止施加到电池单体的压力由于端板的弯曲变形量的减少而过度增大。
12.然而，本发明要解决的技术目的不限于上述内容，本领域的普通技术人员通过以下的公开内容将清楚地理解本文未提及的其他目的。
13.技术方案
14.在本公开的一个方面，提供了一种电池模块，包括：电池单体堆，包括多个电池单体；第一端板和第二端板，分别覆盖电池单体堆的顶面和底面；第一上加强板和第二上加强板，位于第一端板上，并且沿第一端板的长度方向分别从第一端板的一侧和另一侧朝向第一端板的中部延伸；第一下加强板和第二下加强板，位于第二端板上，沿第二端板的长度方向分别从第二端板的一侧和另一侧朝向第二端板的中部延伸；第一紧固螺栓，位于电池单体堆的在电池单体堆的长度方向上的一侧，并且穿过第一上加强板、第一端板、第二端板和第一下加强板；以及第二紧固螺栓，位于电池单体堆的在电池单体堆的长度方向上的另一侧，并且穿过第二上加强板、第一端板、第二端板和第二下加强板。
15.第一上加强板和第二上加强板可以朝向彼此延伸但可以彼此间隔开，第一下加强板和第二下加强板可以朝向彼此延伸但可以彼此间隔开。
16.一对第一紧固螺栓和一对第二紧固螺栓可以分别沿电池模块的宽度方向设置于电池模块的一个端部和另一个端部。
17.一对第一上加强板和一对第一下加强板可以分别沿电池模块的宽度方向设置于电池模块的一个端部和另一个端部，并且一对第二上加强板和一对第二下加强板可以分别沿电池模块的宽度方向设置于电池模块的一个端部和另一个端部。
18.第一上加强板和第一下加强板可以通过一对第一紧固螺栓分别紧固到上端板和下端板，并且第二上加强板和第二下加强板可以通过一对第二紧固螺栓分别紧固到上端板和下端板。
19.第一紧固螺栓和第二紧固螺栓中的每一者可以包括彼此间隔开的上螺栓和下螺栓，其中电池模块还包括连接上螺栓与下螺栓的减压联结器(pressure relief coupler)。
20.减压联结器可以包括：第一主铰链，与上螺栓结合；第二主铰链，与下螺栓结合；以及第一连接杆，紧固在第一主铰链与第二主铰链之间。
21.减压联结器还可以包括一对第一子连接杆组件，该一对第一子连接杆组件分别设置在第一连接杆的一侧和另一侧，并且铰接到第一主铰链和第二主铰链。
22.一对第一子连接杆组件中的每一者可以包括：一对第一子连接杆，分别铰接到第一主铰链和第二主铰链；以及第一子铰链，铰接在一对第一子连接杆之间。
23.一对第一子连接杆的长度之和可以大于第一连接杆的长度。
24.减压联结器还可以包括一对第二子连接杆组件，该一对第二子连接杆组件设置在第一连接杆的一侧和另一侧，比第一子连接杆组件位于更外侧，并且铰接到第一主铰链和第二主铰链。
25.一对第二子连接杆组件中的每一者可以包括：一对第二子连接杆，分别铰接到第一主铰链和第二主铰链；以及第二子铰链，铰接在一对第二子连接杆之间。
26.一对第二子连接杆的长度之和可以大于一对第一子连接杆的长度之和。
27.在本公开的另一方面，还提供了包括根据本公开的实施例的电池模块的电池组和车辆。
28.有益效果
29.根据本公开的一个方面，可以在不增加端板的厚度的情况下通过减少端板由于膨胀引起的弯曲变形量而向电池单体施加均匀的压力。
30.此外，根据本公开的另一方面，可以防止施加到电池单体的压力由于端板的弯曲变形量的减小而过度增大。
附图说明
31.附图示出了本公开的优选实施例，并且与前述的公开内容一起用于提供对本公开的技术特征的进一步理解，因此，本公开不被解释为限于附图。
32.图1是示出传统的电池模块的图。
33.图2是示出根据本公开的实施例的电池模块的侧视图。
34.图3和图4是示出图2的电池模块的平面图。
35.图5是示出根据本公开的另一实施例的电池模块的侧视图。
36.图6是示出根据本公开的另一实施例的应用于电池模块的减压联结器的图。
具体实施方式
37.在下文中，将参照附图详细描述本公开的优选实施例。在描述之前，应理解，说明书和所附权利要求中使用的术语不应被解释为限于一般含义和字典含义，而是基于允许发明人适当地定义术语用于最佳解释的原则，根据与本公开的技术方面对应的含义和概念来解释。因此，本文所提出的描述仅是优选示例，仅用于说明的目的，而不是为了限制本公开的范围。因此，应当理解，在不脱离本公开的范围的情况下，可以做出其他的等同物和修改。
38.参照图2，根据本公开的实施例的电池模块包括电池单体堆10、端板20、加强板40和紧固螺栓30。
39.电池组10包括多个电池单体11。例如，软包型电池单体可以用作电池单体11。尽管图2中未示出，电池单体11包括沿电池单体11的纵向(平行于x轴的方向)延伸到电池单体11外部的一对电极引线(未示出)。一对电极引线可以沿相同方向或相反方向引出。多个电池单体11在垂直方向(平行于z轴的方向)上堆叠。
40.电池单体堆10还可以包括膨胀吸收垫12，其位于相邻的电池单体11之间和/或位于电池单体堆10的堆叠方向(平行于z轴的方向)上的最外侧位置。膨胀吸收垫12可以在电池单体1由于重复的充电和放电引起的膨胀期间被挤压，以吸收电池单体11的体积膨胀。
41.端板20包括覆盖电池单体堆10的顶面的第一端板21和覆盖电池单体堆10的底面的第二端板22。第一端板21和第二端板22具有彼此对应的区域。第一端板21和第二端板22的面积大于电池单体堆10的面积，以便于使用紧固螺栓30进行接合。
42.第一端板21和第二端板22中的每一者都具有足够的刚度以保护电池单体堆10免受外部冲击并且抑制由于膨胀引起的体积膨胀。考虑到这些功能，第一端板21和第二端板22中的每一者可以由金属材料形成。
43.加强板40包括位于第一端板21上的第一上加强板41和第二上加强板42，以及位于第二端板22上的第一下加强板43和第二下加强板44。
44.第一上加强板41沿第一端板21的长度方向(平行于x轴的方向)从第一端板21的一侧朝向中部延伸。第二上加强板42沿第一端板21的长度方向从第一端板21的另一侧朝向中
部延伸。第一上加强板41和第二上加强板42朝向彼此延伸但彼此间隔开。
45.第一下加强板43沿第二端板22的长度方向(平行于x轴的方向)从第二端板22的一侧朝向中部延伸。第二下加强板44沿第二端板22的长度方向从第二端板22的另一侧朝向中部延伸。第一下加强板43和第二下加强板44朝向彼此延伸但彼此间隔开。
46.当电池单体11膨胀时，集中发生体积膨胀的部分是电池单体11在长度方向(平行于x轴的方向)上的中部。因此，上端板21和下端板22中的每一者在长度方向(平行于x轴的方向)的中部处受到集中的压力。
47.第一上加强板41和第二上加强板42部分地加强上端板21的刚度，因此，由于膨胀压力引起的上端板21的应变减小。类似地，第一下加强板43和第二下加强板44部分地加强下端板22的刚度，因此，由于膨胀压力引起的下端板22的应变减小。
48.因为第一上加强板41和第二上加强板42部分地加强了上端板21，所以可以有效地加强上端板21的弯曲刚度而不会显著增加电池模块的重量。此外，因为第一上加强板41和第二上加强板42彼此隔开而彼此不连接，所以可以防止过度抑制由于膨胀引起的体积膨胀。类似地，因为第一下加强板43和第二下加强板44部分地加强了下端板22，所以可以有效地加强下端板22的弯曲刚度而不会显著增加电池模块的重量。此外，因为第一下加强板43和第二下加强板44彼此隔开而彼此不连接，所以可以防止过度抑制由于膨胀引起的体积膨胀。
49.紧固螺栓30包括位于电池单体堆10的在电池单体堆10的长度方向(平行于x轴的方向)上的一侧的第一紧固螺栓31和位于电池单体堆10的在电池单体堆10的长度方向上的另一侧的第二紧固螺栓32。
50.第一紧固螺栓31沿长度方向(平行于x轴的方向)穿过第一上加强板41、第一端板21、第二端板22和第一下加强板43中的每一者的一个端部。通过第一紧固螺栓31，上端板21和下端板22紧密地固定到电池单体堆10。通过第一紧固螺栓31，第一上加强板41和第二下加强板43分别紧密地固定到上端板21和下端板22。
51.第二紧固螺栓32沿长度方向(平行于x轴的方向)穿过第二上加强板42、第一端板21、第二端板22和第二下加强板44中的每一者的另一个端部。通过第二紧固螺栓32，上端板21和下端板22紧密地固定到电池单体堆10。通过第二紧固螺栓32，第二上加强板42和第二下加强板44分别紧密地固定到上端板21和下端板22。
52.参照图2和图3，一对第一紧固螺栓31和一对第二紧固螺栓32可以分别沿电池模块的宽度方向(平行于y轴的方向)设置于电池模块的一个端部和另一个端部。在这种情况下，一对第一上加强板41和一对第一下加强板43可以分别沿电池模块的宽度方向设置于电池模块的一个端部和另一个端部。类似地，一对第二上加强板42和一对第二下加强板44可以分别沿电池模块的宽度方向设置于电池模块的一个端部和另一个端部。
53.参照图2和图4，与图3不同，一个第一上加强板41和一个第一下加强板43可以沿电池模块的长度方向设置于电池模块的一个端部。在这种情况下，第一上加强板41和第一下加强板43中的每一者沿电池模块的宽度方向从电池模块的一个端部朝向另一个端部延伸，并且上端板21和下端板22由一对第一紧固螺栓31紧固。
54.类似地，一个第二上加强板42和一个第二下加强板44也可以沿电池模块的长度方向设置于电池模块的另一个端部。在这种情况下，第二上加强板42和第二下加强板44中的
每一者沿电池模块的宽度方向从电池模块的一个端部朝向另一端部延伸，并且上端板21和下端板22由一对第二紧固螺栓32紧固。
55.参照图5和图6，第一紧固螺栓31和第二紧固螺栓32中的每一者可包括彼此间隔开的上螺栓30a和下螺栓30b。在这种情况下，电池模块还可以包括连接上螺栓30a与下螺栓30b的减压联结器50。
56.减压联结器50包括与上螺栓30a接合的第一主铰链51、与下螺栓30b接合的第二主铰链52以及紧固在第一主铰链51与第二主铰链52之间的第一连接杆53。第一连接杆53防止施加到电池单体11的压力由于端板20的弯曲刚度随着加强板40的应用的增大而过度增大。
57.为了执行该功能，第一连接杆53具有厚度小于构成紧固螺栓30的上螺栓30a和下螺栓30b的杆形状。上螺栓30a和下螺栓30b以及第一连接杆53均由金属材料形成。即使由于膨胀压力，在垂直方向(平行于z轴的方向)上的力被施加到端板20时，具有相对较大厚度的上螺栓30a和下螺栓30b也几乎不伸长。相反，当端板20被施加较大的力时，具有相对较小厚度的第一连接杆53可以伸长一定长度以减小施加到电池单体堆10的压力。当施加到电池单体堆10的压力过高时，电池单体11中的隔膜的孔可能会被堵塞，因此电池单体11的性能可能下降。减压联结器50对应于用于防止电池单体11的性能下降的元件。
58.减压联结器50还可以包括至少一对第一子连接杆组件54，其设置在第一连接杆53的一侧和另一侧并且铰接到第一主铰链51和第二主铰链52。
59.第一子连接杆组件54包括分别铰接到第一主铰链51和第二主铰链52的一对第一子连接杆54a、54b，以及铰接在一对第一子连接杆54a、54b之间的第一子铰链54c。
60.一对第一子连接杆54a、54b中的每一者由金属材料形成，并且具有小于上螺栓30a和下螺栓30b的厚度。一对第一子连接杆54a、54b的长度之和大于第一连接杆53的长度。因此，随着第一连接杆53根据膨胀压力增大而伸长，第一子铰链54c沿图6中的箭头方向朝向第一连接杆53移动。当第一子铰链54c到达第一子铰链54c不能再移动的位置时，根据膨胀压力的张力被施加到第一子连接杆54a、54b，因此，第一子连接杆54a、54b与第一连接杆53一起伸长，从而减小膨胀压力。
61.减压联结器50还可以包括至少一对第二子连接杆组件55，其设置在第一连接杆53的一侧和另一侧，并且比第一子连接杆组件54位于更外侧的位置。一对第二子连接杆组件55铰接到第一主铰链51和第二主铰链52。
62.第二子连接杆组件55包括分别铰接到第一主铰链51和第二主铰链52的一对第二子连接杆55a、55b，以及铰接在一对第二子连接杆55a、55b之间的第二子铰链55c。
63.一对第二子连接杆55a、55b中的每一者由金属材料形成，并且具有小于上螺栓30a和下螺栓30b的厚度。一对第二子连接杆55a、55b的长度之和大于一对第一子连接杆54a、54b的长度之和。因此，随着第一子连接杆54a、54b根据膨胀压力增大而伸长，第二子铰链55c沿图6的箭头方向朝向第一子连接杆组件54移动。当第二子铰链55c到达第二子铰链55c不能再移动的位置时，根据膨胀压力的张力被施加到第二子连接杆55a、55b，因此，第二子连接杆55a、55b与第一连接杆53和第一子连接杆54a、54b一起伸长，从而减小膨胀压力。
64.尽管附图中示出了根据本公开的实施例的电池模块包括第一子连接杆组件54的情况以及电池模块包括第一子连接杆组件54和第二子连接杆组件55的情况，但本公开不限于此。也就是说，根据本公开的实施例的电池模块除了第一子连接杆组件54和第二子连接
杆组件55之外，还可以包括另外的子连接杆组件。
65.根据本公开的实施例的电池组包括如上所述的根据本公开的实施例的电池模块。此外，根据本公开的实施例的车辆包括如上所述的根据本公开的实施例的电池模块。
66.尽管以上已经示出且描述了本公开的实施例，但是本公开不限于上述具体实施例。本领域普通技术人员在不脱离根据权利要求中所要求保护的本公开的范围内可以做出各种修改的实施例。