CN101861666B - 安全性提高的电池模块和含有所述电池模块的中型或大型电池组 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种高功率、大容量电池模块，其包含相互串联连接的多个电池单元或单位模块，从而可将所述电池单元或所述单位模块进行堆叠并相互紧密接触或彼此相邻，其中将所述电池模块进行固定，使得即使在对所述电池单元或所述单位模块进行充电和放电的时候所述电池单元或所述单位模块的体积发生变化时，所述电池单元或所述单位模块仍保持所述堆叠状态，且在所述电池单元或所述单位模块体积膨胀的情况下，所述电池单元之间或所述单位模块之间的电极终端连接区域的一部分弱，使得因所述电池单元胀大而引起的膨胀应力集中在所述电极终端连接区域上，由此在所述胀大超过预定值时，所述电极终端连接区域断裂，并因此在所述电极终端连接区域处发生电断开。

Description

安全性提高的电池模块和含有所述电池模块的中型或大型电池组
技术领域
本发明涉及安全性提高的电池模块，更具体地，涉及高功率、大容量的电池模块，所述电池模块包括相互串联的多个电池单元或单位模块，使得所述电池单元或单位模块在堆叠的同时彼此紧密接触或彼此相邻，其中将所述电池模块固定，使得即使在所述电池单元或单位模块在充电和放电时所述电池单元或单位模块的体积发生变化时，所述电池单元或单位模块仍保持堆叠状态，并且在所述电池单元之间或所述单位模块之间电极终端连接区域的一部分相对于电池单元或单位模块的体积膨胀而言较弱，使得因电池单元胀大而产生的膨胀应力集中在电极终端连接区域上，由此在胀大超过预定值时，电极终端连接区域断裂，因此在电极终端连接区域处发生电断开。
发明背景
随着移动装置的日益发展和对这种移动装置需求的增加，对作为移动装置电源的二次电池的需求也急剧增加。其中，关于具有高能量密度和高放电电压的锂二次电池，已经对其进行了大量研究，且其现在已经商业化并且广泛使用。
作为动力驱动装置如电动自行车(E-自行车)、电动车辆(EV)或混合电动车辆(HEV)的能源、以及移动无线电子装置如移动电话、数字照相机、个人数字助理(PDA)和膝上型电脑的能源，二次电池已经引起了极大关注。
其中包装了电池单元的小型电池组用于小型装置，如移动电话和数字照相机。另一方面，其中包装了电池组、而该电池组包括彼此并联和/或串联连接的两个或多个电池单元(下文中有时称作“多单元”)的中型或大型电池组用于中型或大型装置，如膝上型电脑和电动车辆。
如前所述，锂二次电池展现出优异的电力性能；然而，锂二次电池的安全性差。例如，当锂二次电池发生反常操作如过充、过放、暴露于高温下、以及电短路时，作为电池组分的活性材料和电解质会发生分解，导致产生热和气体，且由所产生的热和气体造成的高温和高压条件会加速上述分解。最终，可能发生燃烧或爆炸。
鉴于此，锂二次电池设有安全系统，如用于在电池过充、过放、或过电流期间中断电流的保护电路；在电池温度升高时电阻急剧增大从而中断电流的正温度系数(PTC)元件；和在压力因产生的气体而升高时将电流中断或排出气体的安全排气口。例如，在小型圆柱形二次电池的情况中，通常将PTC元件和安全排气口布置在具有阴极/隔膜/阳极结构的电极组件(发电元件)顶部，所述电极组件安装在圆柱形壳内。另一方面，在棱柱形或袋形小型二次电池的情况中，通常将保护电路模块和PTC元件安装在棱柱形壳或袋形壳的上端，发电元件以密封状态安装在其中。
对于具有多单元结构的中型或大型电池组，锂二次电池的安全相关问题要更加严重。由于在多单元结构的电池组中使用多个电池单元，因此一部分电池单元的反常运行会引起其他电池单元的反常运行，导致可能发生燃烧或爆炸，从而可能造成大型事故。鉴于此，中型或大型电池组设有安全系统如保险丝、双金属和电池管理系统(BMS)，以用于保护电池单元免于过充、过放和过电流。
然而，由于锂二次电池是连续使用的，即由于锂二次电池要连续进行充电和放电，因此，发电元件和电连接构件逐渐退化。例如，发电元件退化导致电极材料和电解质分解，从而产生气体。因此，电池单元(圆柱形、棱柱形或袋形壳)逐渐胀大。在锂二次电池的正常状态下，安全系统即BMS对过放、过充和过电流进行检测，并控制/保护电池组。然而，在锂二次电池的反常状态下，当BMS不发挥作用时，增大了危险的可能性，并难以控制电池组以确保所述电池组的安全。通常将中型或大型电池组构造成将多个电池单元牢固安装在预定壳中的结构。结果，各个胀大的电池单元，进一步在限制性外壳中承压，因此，在电池组的反常运行条件下，极大地增加了燃烧或爆炸的可能性。
考虑到这种情况，图1为典型显示常规中型或大型电池组的电路图。参考图1，常规的中型或大型电池组900包括由多个电池单元构成的电池模块组件500、用于检测和控制电池模块组件500运行的BMS600、以及根据BMS 600的操作命令而使得电池模块组件500与外部输入和输出电路(变换器)800相互连接或使得电池模块组件500与外部输入和输出电路800相互断开的电源开关装置(继电器)700。
所述BMS 600将电源开关装置700在电池模块组件500的正常运行条件下保持为开的状态。当检测到电池模块组件500反常时，BMS600将电源开关装置700转换成关闭状态，使得电池模块组件500的充电和放电操作中断。另一方面，当BMS反常运行或不运行时，BMS不进行控制，因此，电源开关装置700保持为开的状态。结果，即使电池模块组件500处于正常操作条件下，所述电池模块组件500仍继续进行充电和放电操作。
因此，迫切需要一种既能够从根本上确保中型或大型电池组的安全性，又能解决上述问题的技术。
发明概述
因此，为了解决上述问题和尚未解决的其他技术问题，而完成了本发明。
作为为了解决上述问题而进行的各种细致而广泛的研究和实验的结果，本发明的发明人已经发现，在电池模块构造成在因电池单元胀大而引起的电池单元体积膨胀的情况下电池单元之间的电极终端连接区域的一部分较弱的结构的情况中，因电池单元胀大而引起的膨胀应力集中在弱区域上，当因电池模块的反常操作如过充、过放或过电流、或因长时间对电池单元进行充电和放电造成电池单元劣化而使得电池单元胀大时，导致电极终端连接区域断裂，因而在电极终端连接区域处发生电断开，从而确保电池模块的安全性达到期望的水平。
因此，本发明的目的是提供一种特定结构的电池模块以提高安全性、以及包括所述电池模块的中型或大型电池组。
根据本发明的一个方面，通过提供高功率、大容量的电池模块能够实现上述和其它目标，所述电池模块包括相互串联的多个电池单元或单位模块，使得所述电池单元或单位模块堆叠且相互紧密接触或相互相邻，其中所述电池模块被固定，使得即使在对电池单元或单位模块充电和放电时候电池单元或单位模块的体积变化时，仍保持所述电池单元或单位模块的堆叠状态，并且在电池单元或单位模块体积膨胀的情况下，电池单元之间或单位模块之间电极终端连接区域的一部分较弱，使得因电池单元胀大而引起的膨胀应力集中在该电极终端连接区域上，因此当胀大超过预定值时，电极终端连接区域断裂，因而在电极终端连接区域处发生电断开。
在构造成电池单元或单位模块堆叠的结构的电池模块中，如前所述，因为电池模块的反常操作如过充、过放或过电流、或者因电池单元长时间充电和放电而引起的电池单元劣化而造成的电池单元胀大，使得电池单元膨胀，且电池单元的膨胀造成电池模块燃烧和爆炸。
鉴于此，本发明的电池模块被构造成在电池单元胀大时电池单元体积膨胀的情况下，电池单元之间或单位模块之间的电极终端连接区域弱的结构。因此，当胀大超过预定值如极限值时，膨胀应力集中在电极终端连接区域上，由此电极终端连接区域发生物理变形如断裂。通过电极终端连接区域的断裂，电极模块的电连接中断，因此充电和放电操作停止，从而限制了电池单元或单位模块的进一步胀大。因此，阻止了电池模块的燃烧或爆炸，由此大大提高了电池模块的安全性。
在示例性实施方案中，构成本发明电池模块的电池单元或单位模块被壳覆盖，并在与电极终端连接区域相对应的壳的预定区域处形成部分开口或槽口，所述连接区域在电池单元过度胀大时发生断裂。也就是，将与电极终端连接区域相对应的壳的部分形成开口或槽口形状，其在膨胀应力下弱，使得电池单元胀大所引起的电池单元的过多膨胀应力集中在与电极终端连接区域相对应的开口区域或槽口区域上。
所述壳可以为高强度壳或密封构件。作为后者的实例，将多个电池单元或单位模块安装在预定的框架构件中，并将密封构件安装在所述框架构件的外部。当所述密封构件由绝热材料制成时，可限制因电池单元或单位模块的一部分暴露在外部而引起的电池单元或单位模块之间的温差。
对于通过切去部分而暴露的电极终端连接区域或位于与槽口部分相对应位置处的电极终端连接区域来说，充分具有在电池单元或电池模块发生胀大时引起期望的电断开的尺寸。因此，所述电极终端连接区域可整体暴露。或者，可以仅暴露所述电极终端连接区域的一部分。
在本说明书中，未对所述槽口的结构进行特殊限制，只要在电池单元或电池模块胀大时所述槽口易于断裂即可。例如，所述槽口可以构造成通过将与电极终端连接区域相对应的壳或密封构件区域的一部分部分切割成狭缝形状而形成的结构，或者厚度相对小的薄且长的凹槽结构。
作为所述结构的具体实例，各个单位模块包括电池单元和一对高强度的单元盖，所述电池单元具有相互串联连接的电极终端且被构造成电极终端之间的连接部分发生弯曲的堆叠结构，所述单元盖相互连接以覆盖除了电极终端之外的电池单元的外表面，并在与电极终端连接区域相邻的至少一个单元盖的预定区域处，形成切去部分或槽口部分，所述切去部分或槽口部分的构型在电池单元胀大时会诱发电池单元的局部变形。
例如，可通过高强度的单元盖(cell cover)来覆盖电池单元，从而构造单位模块，所述单元盖由合成树脂或金属制成。所述高强度单元盖用于保护表现出低强度的电池单元，同时用于限制在电池单元充电和放电期间所述电池单元反复膨胀和收缩的变化，由此防止各自的电池单元的密封区域破坏。在与电极终端连接区域相邻的至少一个单元盖的一部分处，形成期望形状的切去部分或槽口部分，使得因电池单元胀大而造成的膨胀应力集中在与单元盖的切去部分或槽口部分相对应的电极终端连接区域上。
例如，所述电池模块可包括各自包括板状电池单元的多个单位模块，所述电池单元各自具有在电池壳前侧和后侧形成的电极终端。在这种结构中，单位模块可以以下述结构安装在所述壳中：单位模块直立在横向上且相互隔开预定的距离，使得冷却剂能够流过所述空间以冷却所述单位模块的结构。在这种结构中，可以在最外面单位模块的单元盖处形成所述切去部分或槽口部分。因此，因电池单元的反常操作而引起的电池单元的膨胀应力集中在最外面单位模块的单元盖处形成的切去部分或槽口部分上，导致最外面单位模块的电池单元之间的电极终端连接区域断裂，由此中断充电和放电的电连接。
根据电极终端连接区域的断裂设定条件，可改变切去部分或槽口部分的尺寸。优选地，对所述切去部分或槽口部分的尺寸进行设定，使得在电池单元的胀大引起电池单元的体积增加等于各个电池单元厚度的1.5～5倍时，电极终端连接区域断裂。可根据所需电池模块的安全测试标准来改变所述设定范围。然而，当所述切去部分或槽口部分的尺寸太大时，通过所述单元盖获得的电池单元的机械强度下降，并在正常操作条件下可能不能合适地限制电池单元的膨胀。因此，考虑到上述方面，必须将切去部分或槽口部分的尺寸设定在适当范围内。
根据本发明的另一个方面，提供了一种包括如上所述电池模块的中型或大型电池组。
具体地，本发明的中型或大型电池组包括电池模块、用于检测和控制所述电池模块运行的电池管理系统(BMS)、以及位于所述电池模块与外部输入和输出电路之间的电源开关装置，所述电源开关装置根据BMS的运行命令使得所述电池模块与所述外部输入和输出电路相互连接或使得所述电池模块或所述外部输入和输出电路相互断开。电池模块与电源开关装置之间的连接在反常运行条件下可不依赖于BMS进行中断。
如前面参考图1所描述的，在常规中型或大型电池组中，当在电池模块中发生过电流或过电压时，电池模块与外部输入和输出电路之间的连接由BMS控制下的电源开关装置来中断，因此阻止了因过电流或过电压引起的安全相关问题的发生。
然而，当BMS反常运行或不运行时，BMS不能控制所述电源开关装置，导致反常条件下的电池模块连接到外部输入和输出电路，从而引起严重的状况。
另一方面，本发明的中型或大型电池组被构造成下述结构：其中电池模块和电源开关装置之间的连接在反常运行条件下可不依赖于BMS进行中断。因此，当电池模块发生反常操作如过充、过放、或过电流时，则如前所述，由电池单元胀大所引起的电池单元的膨胀应力造成电极终端连接区域断裂并短路，因此中断电池模块的电力供应。因此，即使在BMS反常运行或不运行时，仍可阻止电池模块与外部输入和输出电路之间的电传导。
作为参考，可将外部输入和输出电路连接到外部装置如车辆的发动机或电动装置上。例如，所述外部输入和输出电路可以为将直流电转换成交流电的变换器。此外，所述电源开关装置可以为继电器。
在示例性实施方案中，以如下结构来构造中型或大型电池组：通过框架构件固定多个电池模块，利用固定到所述框架构架上的密封构件来覆盖最外面的电池模块，且以在电池模块胀大时可诱发电池模块发生局部变形的形状来构造的切去部分或槽口部分形成在与电极终端连接区域相邻的密封构件的预定区域处。
也就是，在与电极终端连接区域相邻的密封构件的预定区域处形成预定形状的切去部分或预定形状的槽口部分，使得因电池模块胀大而引发的膨胀应力集中在密封构件的切去部分或槽口部分上。
因此，在各个最外面电池模块的电池单元或单位模块之间的电极终端连接区域，通过相应的切去部分或通过断裂的槽口部分而挤出到外部。突出的电极终端连接区域的胀大体积持续增大，且当胀大体积达到预定临界断裂值时，电极终端连接区域断裂，导致电极终端之间的连接中断，由此确保了电池组的安全性。
在上述结构中，所述密封构件可由绝热材料制成，从而进一步提高电池模块之间的均匀性。特别地，所述密封构件可由泡沫树脂制成，从而使电池组的总重量最小化，同时改善绝热。
作为这种结构的具体实例，电池组包括电池模块组件，所述电池模块组件包括多个矩形电池模块、和BMS，各个电池模块包括相互串联连接的多个电池单元或单位模块，在横向(垂直方向)和高度方向(水平方向)上由两个或多个进行堆叠使得所述电池单元或单位模块通常构造成六面体结构(六面体堆)，利用框架构件来固定所述六面体堆的外边缘，而所述BMS安装在输入和输出终端的定向表面、与所述定向表面相对的表面、或在所述定向表面一侧的表面上，用于控制所述电池模块的运行。各个矩形电池模块中单位模块的电池单元排列成与六面体堆的一对相对表面(a，d)平行，并将具有切去部分或槽口部分的密封构件安装在六面体堆的相对表面(a，d)的至少一个上。
在中型或大型电池组中，在垂直方向和水平方向上堆叠多个矩形电池模块，从而构成六面体堆，并通过框架构件来固定所述六面体堆。因此，通常以紧凑和稳定的结构来构造中型或大型电池组。此外，在不使用太多构件的条件下，实现中型或大型电池组的机械连接和电连接。
如前所述，构成六面体堆的各个矩形电池模块构造成其中多个电池单元或单位模块彼此串联连接的结构。例如，将两个或多个板状电池单元进行堆叠来构成各个矩形电池模块。优选地，将两个或多个单位模块进行堆叠来构成各个矩形电池模块。
此外，BMS是控制电池模块运行的系统，被安装在放置输入和输出终端的表面(终端定向表面)、所述定向表面的相对表面、或所述定向表面一侧的表面上。因此，可容易地实现BMS与输入和输出终端之间的连接，进一步简化了电连接结构并因此简化了其组装工艺，通过缩短电连接构件的长度而阻止了内部电阻的升高，并降低了因外部冲击而造成连接构件短路的可能性。
由于各个矩形电池模块中单位模块的电池单元排列成与六面体堆的一对相对表面(a，d)平行以实现高空间利用率，所述矩形电池模块也排列成与六面体堆的一对相对表面(a，d)平行，且在安装在相对表面(a，d)处的密封构件处形成切去部分或槽口部分，由此在电极终端连接区域处易于引发胀大电池模块的局部变形。
在上述结构中，可以以各种结构来构造用于固定六面体堆外边缘的框架构件，所述六面体堆由矩形电池模块构成。例如，所述框架构件可以构造成其中多个框架件整体上相互连接而使得各个框架件固定六面体堆的12个边中相应一边的结构、或其中多个框架整体上相互连接而使得各个框架固定六面体堆同一平面上至少四个边的结构。
具体地，将固定位于六面体堆横向的相对侧上四个边的框架，构造成整合结构，并将其余的单个框架件连接到所述整合框架上。例如，在这种连接结构中，通过两个单个框架件固定上排的矩形电池模块，通过其余两个单个框架件固定下排的矩形电池模块，并将这两个整合的框架连接到四个单个框架件上。以此方式，可容易地实现制造电池模块组件，由此提高制造效率。
鉴于电池组的安装效率和结构稳定性，可以将本发明的中型或大型电池组用作电动车辆、混合电动车辆等的电源，所述车辆等具有的安装空间有限并暴露于频繁的振动和强烈冲击下。
根据本发明的另一个方面，提供一种确保高功率、大容量电池模块或电池组的安全性的方法，所述电池模块包括相互串联连接的多个电池单元或单位模块，使得所述电池单元或单位模块进行堆叠同时相互紧密接触或相互相邻，所述电池组包括相互串联或并联连接的多个电池模块，所述方法包括将膨胀应力集中在电池单元或单位模块之间的电极终端连接区域上，当电池单元过度胀大时，所述电极终端连接区域断裂，因此在电极终端连接区域处发生电断开。
如前所述，通过使用该方法，即便作为充电和放电控制系统的BMS可不运行或反常运行，也可以在电池模块过度使用而造成电池模块反常运行或电池模块偏离其合适运行状态时，破坏电池模块中的电连接结构，由此防止电池组燃烧或爆炸。
根据本发明的另一个方面，提供一种包括高功率、大容量电池模块的电池组，所述电池模块以相互串联或并联的方式连接，各个电池模块包括相互串联连接的多个电池单元或单位模块，使得所述电池单元或单位模块进行堆叠，同时相互紧密接触或相互紧邻，其中电池组被构造成下述结构：在电池单元过充时在电池单元中所产生的压力集中在电池单元或单位模块的弱部分上，使得弱部分断裂，因此，在所述弱部分处发生电断开，由此确保了电池组的安全性。
由于电池组包括以特殊结构构造的弱部分，因此当电池单元过充时，在所述弱部分处诱发电池单元的内压，导致在所述弱部分处发生电断开，由此大大提高了电池组的安全性。
附图简述
结合附图，根据下面的详细说明，将使得本发明的上述和其他目的、特征和其他优势变得更加清楚，其中：
图1为典型显示常规中型或大型电池组的电路图；
图2为显示本发明示例性实施方案的电池模块的透视图；
图3和4为显示构成单位模块的一对电池单元和单元盖的透视图；
图5为显示单位模块堆的透视图；
图6为显示本发明另一个示例性实施方案的电池模块组件的透视图；
图7为移除了电池模块组件的中型或大型电池组的透视图；
图8为典型显示本发明另一个示例性实施方案的中型或大型电池组的电路图；
图9为显示电极终端因胀大而断裂的中型或大型电池组的实验照片；
图10为显示本发明其他示例性实施方案的中型或大型电池组的透视图；
图11为显示图10密封构件的透视图；和
图12为显示图11的区域A的垂直截面图。
优选实施方案详述
现在，参考附图，对本发明的示例性实施方案进行详细描述。然而，应注意，不能将本发明的范围限制为所示实施方案。
图2为典型显示本发明示例性实施方案的电池模块的透视图。
参考图2，电池模块100’被构造成下述结构：单位模块堆200安装在相互垂直组装的上壳120和下壳130之间，同时单位模块堆200直立在其侧面。在上壳120的前面形成输入和输出终端140。在下壳130的前面形成与输入和输出终端140电连接的汇流条(bus bar)150。在下壳130的后部安装连接器160，并将电压和温度传感器连接到所述连接器160上。
在单位模块堆200中，在最外面单位模块210的单元盖中形成切去部分212。因此，当因电池单元短路或过充而在电池单元中所产生的气体使得电池单元胀大时，所述电池单元在切去部分212处发生局部变形。
图3和4为典型显示构成单位模块的一对电池单元和单元盖的透视图。
单位模块(未示出)被构造成下述结构：将两个电池单元302和304相互串联连接，并利用高强度单元盖310来覆盖电池单元302和304，同时将电极终端305和306进行弯曲。将所述单元盖310相互连接以覆盖除电极终端305和306之外的电池单元外表面。在与电池单元302和304的电极终端连接区域相邻的一个单元盖310的区域中形成切去部分312，其通过切割掉相应单元盖310的一部分而得到。因此，当电池单元302和304发生胀大时，电极终端连接区域314从切去部分312中突出并变形。
图5为典型显示单位模块堆的透视图。
参考图5，单位模块堆200被构造成下述结构：以Z字形方式将四个单位模块202、203、204和205进行堆叠，同时所述单位模块202、203、204和205彼此串联，其中所述各个单位模块202、203、204和205被制成相应单元盖覆盖电池单元的结构。在单位模块202、203、204和205中，覆盖最外面单位模块202的一个单元盖中，形成了预定形状的切去部分316，其位于与电极终端连接区域相邻的区域318处。
图6为典型显示本发明另一个示例性实施方案的电池模块组件的透视图，而图7为典型显示移除了电池模块组件的中型或大型电池组的透视图。
参考这些附图，中型或大型电池组被构造成将电源开关装置600和电池管理系统(BMS)700安装在电池模块组件500’的一个侧面上的结构，所述电池模块组件500’包括由六个矩形电池模块101、102、103、104、105和106构成的六面体堆400、以及用于固定所述六面体堆400外边缘的框架构件510。通常将所述中型或大型电池组形成矩形平行六面体的形状。
以水平方向堆叠每两个电池模块和垂直方向堆叠每三个电池模块的方式，来堆叠六个矩形电池模块101、102、103、104、105和106。此外，以相对的排列结构来堆叠矩形电池模块101、102、103、104、105和106，使得在电池模块的一侧表面上形成的输入和输出终端240相互相邻。即，以上排电池模块101、102和103面朝下使得上排电池模块101、102和103与相应的下排电池模块104、105和106沿假想的中心线相互对称的状态，在相应下排电池模块104、105和106上堆叠上排电池模块101、102和103。
框架构件510被构造成多个框架彼此连接从而牢固固定所述六面体堆400的十二个外边缘的结构。在六面体堆400安装在框架构件510中的状态下，所述六面体堆400的六个面暴露在外部。
在布置输入和输出终端240的六面体堆400的前面，安装电源开关装置600和BMS 700，其可用于传导电流以根据需要进行充电和放电操作，用于在电池系统开始操作时或电池系统分解期间适当降低电压，用于将矩形电池模块101、102、103、104、105和106进行电互连，和用于保护电路免于过电流、过电压等。矩形电池模块101、102、103、104、105和106的输入和输出终端240彼此相邻。因此，可以容易地在输入和输出终端240与电源开关装置600之间形成连接，并大大缩短电连接构件的长度。
在六面体堆400前面的安装了电源开关装置600的一个侧面处，在框架的开口中安装密封构件520，所述密封构件520具有在其中形成的切去部分522。因此，在切去部分522的开口处引发了最外面电池模块101的胀大，且因为最外面电池模块101的胀大而使得与切去部分522相邻的最外面电池模块101中的电极终端连接区域524断裂或短路，由此确保了中型或大型电池组的安全性。
图8为典型显示本发明另一个示例性实施方案的中型或大型电池组的电路图。
参考图8，中型或大型电池组910包括电池模块组件500’、用于检测和控制电池模块组件500’运行的BMS600、连接到外部装置的外部输入和输出电路800、以及位于电池模块组件500’与外部输入和输出电路800之间的电源开关装置700，所述电源开关装置700根据BMS 600的运行命令而使得电池模块组件500’与外部输入和输出电路800相互连接或使得电池模块组件500’与外部输入和输出电路800相互断开。
所述中型或大型电池组910包括具有在其中形成图2切去部分212的最外面的单元盖或在其中形成图6切去部分522的密封构件520。因此，当电池单元的胀大厚度变为电池单元原始厚度的两倍以上时，电极终端连接区域突出而进入切去部分212或522中，因此电池单元发生短路。结果，电池模块组件500’与电源开关装置700之间的电连接中断，由此阻止了电池模块组件500’与外部输入和输出电路800之间的导电。
本发明的发明人根据图6的结构制造了中型或大型电池组，并对所制造的中型或大型电池组进行了过充实验，从而真实确认了通过构造本发明中型或大型电池组所获得的效果。结果示于图9中。
参考图9，当中型或大型电池组过充时，观察到电池单元302和304发生胀大。所述胀大集中在密封构件520的切去部分522上，而所述胀大明显被限制在固定于框架构架510的密封构件520处。因此，在切去部分522处，电池单元302和304的胀大达到各自的电池单元普通厚度的大约三倍。通过电池单元302和304的这种胀大，电池单元302和304的电极终端连接区域318断裂，导致电池单元302和304之间的串联连接中断，因此，发生电断开。因此，不再进行充电操作。
图10为典型显示本发明另外的示例性实施方案的中型或大型电池组的透视图，图11为典型显示图10的密封构件的透视图。
参考这些附图，中型或大型电池组910包括具有六个矩形电池模块的电池模块组件502，所述六个电池矩形电池模块以两层的结构进行堆叠并在横向(垂直方向)上以3×3的方式排列，使得所述六个矩形电池模块通常构成六面体结构(六面体堆)，所述六面体堆的外边缘由框架构件510’固定，且将BMS 700’安装在输入和输出终端相对应的框架构件510’一个侧面上以控制电池模块的运行。
此外，将具有槽口522’的密封构件520’安装在布置了BMS 700’的框架构件510’处，所述槽口522’大致形成“[”形。因此，当电池单元过度胀大时，密封构件520’的槽口522’断裂，因此，最外面电池模块的电池单元向外突出。结果，在电池单元之间的电极终端连接区域处发生电断开。
图12为典型显示图11的区域A的垂直截面图。
参考图12，所述槽口可以构造成通过将密封构件520’的一部分进行部分切割而成为狭缝形状的结构522’、或相对小厚度的薄且长凹槽的结构524’。
工业应用
从上述说明可看出，本发明的电池模块被构造成在电池单元胀大而引起的电池单元体积膨胀的情况下电池单元之间的电极终端连接区域的一部分弱的结构。因此，当因电池模块的反常操作如过充、过放或过电流，或因电池单元长时间充电和放电造成电池单元劣化而使得电池单元胀大时，电极终端连接区域断裂并发生短路。因此，本发明具有明显改进电池模块安全性的效果。
此外，本发明的中型或大型电池组被构造电池模块与电源开关装置之间的电连接可不依赖BMS而中断的结构。因此，即使在BMS反常运行或不运行时，本发明仍具有确保电池组安全的效果，另外还大大提高了电池组的可靠性。
尽管出于说明性目的而公开了本发明的示例性实施方案，但是本领域技术人员应理解，可完成各种变化、添加和替代而不背离所附权利要求书中所公开的本发明的范围和主旨。

Claims (12)

1.一种电池模块，其包含相互串联连接的多个电池单元或单位模块，从而将所述电池单元或所述单位模块进行堆叠并相互紧密接触或彼此相邻，其中
将所述电池模块进行固定，使得即使在对所述电池单元或所述单位模块进行充电和放电的时候所述电池单元或所述单位模块的体积发生变化时，所述电池单元或所述单位模块仍保持所述堆叠状态，且
所述电池单元或者所述单位模块由壳覆盖，在与电极终端连接区域相对应的所述壳的预定区域处形成切去部分或槽口部分，使得因所述电池单元或者所述单位模块胀大而引起的膨胀应力集中在所述电极终端连接区域上，由此在所述胀大超过预定值时，所述电极终端连接区域断裂，并因此在所述电极终端连接区域处发生电断开。
2.如权利要求1所述的电池模块，其中
各个所述单位模块包括电池单元和一对壳，所述电池单元具有相互串联连接的电极终端，并构造成其中所述电极终端连接区域发生弯曲的堆叠结构，且所述壳相互连接以覆盖所述电池单元除所述电极终端之外的外表面，且
在与所述电极终端连接区域相邻的至少一个所述壳的预定区域处形成切去部分或槽口部分。
3.如权利要求2所述的电池模块，其中在最外面单位模块的壳处形成所述切去部分或所述槽口部分。
4.如权利要求2所述的电池模块，其中设定所述切去部分或所述槽口部分的尺寸，使得所述电池单元的胀大导致所述电池单元的体积增加至等于各个电池单元厚度的1.5～5倍时，所述电极终端连接区域断裂。
5.一种中型或大型电池组，包括：
权利要求1的至少一种电池模块；
用于检测和控制所述至少一种电池模块运行的电池管理系统(BMS)；和
在所述至少一种电池模块与外部输入和输出电路之间布置的电源开关装置，用于根据来自BMS的运行命令使得所述至少一种电池模块与所述外部输入和输出电路相互连接或使得所述至少一种电池模块与所述外部输入和输出电路相互断开，其中
在所述至少一种电池模块和所述电源开关装置之间的连接在反常运行条件下不依赖于BMS进行中断。
6.如权利要求5所述的电池组，其中所述电池组被构造成下述结构，其中
利用框架构件对多个电池模块进行固定，
利用固定到所述框架构件的密封构件来覆盖最外面的电池模块，且
在与所述电极终端连接区域相邻的所述密封构件的预定区域处形成切去部分或槽口部分。
7.如权利要求6所述的电池组，其中所述密封构件由绝热材料制成。
8.如权利要求6所述的电池组，其中所述电池组包括：
电池模块组件，所述电池模块组件包括多个矩形电池模块，各个矩形电池模块包括在垂直方向和水平方向上由两个或多个进行堆叠的相互串联连接的多个电池单元或单位模块，使得所述电池单元或单位模块被构造成六面体堆，利用框架构件来固定所述六面体堆的外边缘；和
BMS，安装在输入和输出终端的定向表面、与所述定向表面相对的表面、或在所述定向表面一侧的表面上，用于控制所述电池模块的运行，并且其中，
各个矩形电池模块中所述单位模块或者电池单元被排列成与所述六面体堆的一对相对表面平行，并将具有所述切去部分或槽口部分的密封构件安装在所述六面体堆的所述一对相对表面上。
9.如权利要求8所述的电池组，其中所述框架构件包括相互整合连接的多个框架，使得各个框架固定所述六面体堆12个边中的相应一个或各个框架固定所述六面体堆在同一平面上的至少四个边。
10.包括权利要求5所述电池组作为电源的电动车辆或混合电动车辆。
11.一种确保电池模块或电池组的安全性的方法，所述电池模块包括相互串联连接的多个电池单元或单位模块，从而将所述电池单元或所述单位模块进行堆叠并同时相互紧密接触或彼此相邻，所述电池组包括相互串联或并联连接的多个所述电池模块，所述方法包括：
所述电池单元或所述单位模块由壳覆盖，在与在所述电池单元之间或所述单位模块之间的所述电极终端连接区域相对应的所述壳的预定区域处形成切去部分或槽口部分，当所述电池单元过度胀大时，膨胀应力集中在所述电池单元或所述单位模块之间的电极终端连接区域上，所述电极终端连接区域断裂，并因此在所述电极终端连接区域处发生电断开。
12.一种包含相互串联或并联连接的电池模块的电池组，各个所述电池模块包括相互串联连接的多个电池单元或单位模块，从而将所述电池单元或所述单位模块进行堆叠，同时相互紧密接触或彼此紧邻，其中所述电池组构造成如下结构：
所述电池单元或者所述单位模块由壳覆盖，在与在所述电池单元之间或者所述单位模块之间的所述电极终端连接区域相对应的所述壳的预定区域处形成切去部分或槽口部分，使得在所述电池单元过充时在所述电池单元中所产生的压力集中在所述电池单元之间或所述单位模块之间的电极终端连接区域，使得所述电极终端连接区域断裂，
并因此，在所述电极终端连接区域处发生电断开，由此确保了所述电池组的安全性。
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