CN112088462A - 具有提高的散热性的电池模块、包括电池模块的电池组和包括电池组的车辆 - Google Patents

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Abstract

提供了一种通过在击穿电压或更高电压下引发电子冷却来提高散热性的电池模块、包括电池模块的电池组和包括电池组的车辆。电池模块包括电池单元组件，电池单元组件包括多个电池单元和其中电池单元的各个引线彼此接合的引线接头部，电池模块进一步包括：热电器件，在热电器件中，热量吸收部分位于电池单元组件中的多个电池单元之中的位于两个外侧的电池单元的表面上，该电池单元的表面与电池单元组件的侧表面对应；和恒压器件，恒压器件配置为当电池模块发生过电压时使电池模块的电流转向热电器件，其中当电池模块发生过电压时，热电器件被驱动，从而对电池模块的电池单元组件进行电子冷却。

Description

具有提高的散热性的电池模块、包括电池模块的电池组和包 括电池组的车辆
技术领域
本公开内容涉及一种电池模块，更具体地，涉及一种通过在特定电压或更高电压下引发电子冷却来提高散热性的电池模块。本公开内容还涉及一种包括电池模块的电池组和包括电池组的车辆。本申请要求于2018年11月29日在韩国提交的韩国专利申请第10-2018-0151276号的优先权，通过引用将该韩国专利申请的公开内容并入本文。
背景技术
目前市售的二次电池包括镍镉电池、镍氢电池、镍锌电池、锂二次电池等。在这些二次电池之中，因为锂二次电池与镍基二次电池相比几乎不具有记忆效应，所以锂二次电池由于自由充电和放电、非常低的自放电速率和高能量密度的优点而受到关注。
这种锂二次电池主要分别使用锂基氧化物和碳材料作为正极活性材料和负极活性材料。锂二次电池包括：组装有单元电池的电极组件，单元电池具有其中在正极集流体上涂布有正极活性材料的正极板和在负极集流体上涂布有负极活性材料的负极板在之间插入有隔膜的情况下进行布置的结构；和密封并容纳电极组件以及电解质溶液的护套材料，即，电池壳体。根据电池壳体的形状，锂二次电池分为其中电极组件内置在金属罐中的罐型二次电池和其中电极组件内置在铝层压片袋中的袋型二次电池。
近来，二次电池不仅广泛用在诸如便携式电子装置之类的小型装置中，而且还用在诸如车辆和储能系统(ESS)之类的中大型装置中。当二次电池用在这种中大型装置中时，大量二次电池电连接，以形成电池模块或电池组，以便增加容量和输出电力。特别是，袋型电池单元因诸如易于层压和轻重量的优点而广泛用在这种中大型装置中。袋型电池单元具有这样一种结构，即，与电极引线连接的电极组件与电解质溶液容纳在袋壳体中并且被密封。电极引线的一部分暴露在袋壳体外部，并且暴露的电极引线电连接至安装有袋型电池单元的装置或者用于将袋型电池单元彼此电连接。
另外，锂二次电池在过热时具有爆炸的风险。特别是，当锂二次电池应用于包括电动车辆(Electric Vehicle，EV)、混合动力电动车辆(Hybrid Electric Vehicle，HEV)、插电式混合动力电动车辆(Plug-in Hybrid Electric Vehicle，PHEV)等的电动车辆时，在连接并使用大量高容量电池单元的电池模块或电池组中，当发生爆炸时，会发生重大事故，因而主要手段之一是确保安全。常规地，作为当二次电池内部的温度升高时通过阻止电流来防止爆炸的手段，已提出了正温度系数(Positive Temperature Coefficient，PTC)器件、保险丝等。然而，它们具有在电池模块或电池组中需要单独安装空间的问题。
目前，集成有袋型电池单元的中大型电池模块没有安装电流中断装置(currentInterrupt Device，CID)和安全增强机制。在安装于现有的小型圆柱形二次电池中的CID的情况下，通过在电池单元的内部电压升高时断开特定部分并且再阻断电流经过电池单元的通路的原理来确保电池单元的安全性。然而，在将CID应用于中大型电池模块中的袋型电池单元时，存在电阻高的问题。在应用于中大型棱柱形电池单元的CID的情况下，通过在电池单元的内部电压升高时强制产生外部短路(external short)，使电池单元内部的引线熔融，并且阻断电流的通路，来确保电池单元的安全性。然而，这种原理的CID具有以下问题：甚至当电池单元进入寿命终止(EOL，End Of Life)周期并且因而电池单元的内部压力升高时，CID也工作。此外，存在由于袋变形而难以将CID应用于中大型电池模块的袋型电池单元的问题。
确保安全是非常重要的，因为电池模块或电池组的爆炸不仅可导致对采用其的电子装置或车辆等的损坏，而且还可导致对用户的安全威胁和起火。如果二次电池过热，则爆炸和/或起火的风险增加，并且由于过热导致的突然燃烧或爆炸会导致对人和财产的损害。因此，需要引入用来充分确保二次电池使用中的安全性的手段。
发明内容
技术问题
设计本公开内容来解决相关技术的问题，因此本公开内容旨在不通过在集成有袋型电池单元的中大型电池模块中应用诸如CID或PTC器件之类的安全增强机制，而是通过提高散热性来解决由于热量积累导致的安全问题。
本公开内容旨在提供一种通过在特定电压或更高电压下引发电子冷却来提高散热性的电池模块、包括该电池模块的电池组和包括该电池组的车辆。
技术方案
在本公开内容的一个方面中，提供了一种电池模块，所述电池模块包括电池单元组件，所述电池单元组件包括多个电池单元和其中所述电池单元的各个引线彼此接合的引线接头部，所述电池模块进一步包括：热电器件，在所述热电器件中，热量吸收部分位于所述电池单元组件中的所述多个电池单元之中的位于两个外侧的电池单元的表面上，所述电池单元的所述表面与所述电池单元组件的侧表面对应；和恒压器件，所述恒压器件配置为当所述电池模块发生过电压时使所述电池模块的电流转向所述热电器件，其中当所述电池模块发生过电压时，所述热电器件被驱动，从而对所述电池模块的所述电池单元组件进行电子冷却。
所述恒压器件可安装在所述引线接头部上。
所述恒压器件可并联连接在所述引线接头部中的任意一个电池单元的正极引线与另一个电池单元的负极引线之间。
所述恒压器件可以是齐纳二极管(Zener diode)或变阻器(varistor)。
所述恒压器件的击穿(breakdown)电压可大于所述电池模块的满充电电压。
所述恒压器件可设置在感测所述电池模块的电压状态的感测电路中，并且在所述恒压器件与所述热电器件之间可设置有当达到所述恒压器件的击穿电压时能够使所述电池模块的电流流向所述热电器件的电路。
所述电池单元可以是袋型电池单元。
所述热电器件可以以板形状设置在所述电池单元组件的所述侧表面上。
所述电池模块可进一步包括多个散热鳍片，所述多个散热鳍片沿与所述电池单元组件的所述侧表面垂直的方向在所述热电器件上突出。
所述电池模块可进一步包括覆盖所述电池单元组件的所述侧表面的端板，在所述端板中可形成有供所述散热鳍片装配到其中的槽。
在本公开内容的另一个方面中，提供了一种电池组，包括：至少一个根据本公开内容的电池模块；和配置成将所述至少一个电池模块封装的电池组壳体。
在本公开内容的另一个方面中，提供了一种车辆，包括至少一个根据本公开内容的电池组。
有益效果
根据本公开内容的电池模块进一步包括恒压器件和热电器件。通过使用能够在击穿电压或更高电压下使电流沿期望方向流动的恒压器件，当电池模块发生过电压时，通过恒压器件将电流的流动转向热电器件。通过利用转向的电流驱动热电器件并且对电池模块进行电子冷却，可防止电池模块的温度由于过电压的发生而快速升高的现象。
在本公开内容中，特别是，热电器件安装在电池单元组件中的电池单元之中的位于两个外侧的电池单元的表面上。通过这样做，可优先冷却具有相对较大面积的部分，并且散热效果是优异的。此外，因为在外侧的电池单元中进行电子冷却，所以向外部散热变得更容易并且冷却效果是优异的。此外，有利的是，通过增加散热表面积，例如对热电器件的朝向端板的一侧应用散热鳍片结构，使电子冷却的效果最大化。此外，恒压器件和热电器件可以以较短距离设置，因而可简化电池模块的结构。
在本公开内容中，在热电器件中额外设置散热鳍片，并且在端板中形成供散热鳍片插入的槽，从而实现其中端板不仅容纳并支撑电池单元组件，而且还一起支撑热电器件和散热鳍片的结构。作为根据添加散热鳍片而扩大散热面积的结果，散热可更加平稳，并且因为端板固定散热鳍片，所以可确保结构稳固性。
根据本公开内容，通过在发生过电压时将电流发送至热电器件以引起吸热反应并且冷却电池单元，可防止电池模块中的热量积累。因此，可防止电池模块的过热，并且电池模块的安全性是优异的。
附图说明
附图图解了本公开内容的优选实施方式并且与前述公开内容一起用于提供对本公开内容的技术特征的进一步理解，因而，本公开内容不解释为限于这些附图。
图1是图解根据本公开内容一实施方式的电池模块的框图。
图2是示意性地示出根据本公开内容另一实施方式的电池模块的立体图。
图3是作为图2的电池模块中包括的单位电池单元的袋型电池单元的俯视图。
图4示意性图解了图2的电池模块中的两个相邻电池单元之间的引线接头部。
图5是图解根据本公开内容的电池模块中包括的热电器件的局部切开立体图。
图6是图5中所示的热电器件的正视图。
图7是根据本公开内容的另一电池模块的示意性剖面图，例如对应于图2的剖面VII-VII’。
图8图解了可包括在如图7中所示的电池模块中的端板。
图9是使用图8的端板组装的电池模块的分解立体图。
图10是图解根据本公开内容又一实施方式的电池组的示图。
图11是图解根据本公开内容又一实施方式的车辆的示图。
具体实施方式
下文中，将参照附图详细描述本公开内容的优选实施方式。在描述之前，应当理解，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，而是应在允许发明人适当地定义术语以获得最佳解释的原则的基础上基于与本公开内容的技术方面对应的含义和概念来解释。
因此，本文提出的描述仅是用于说明目的的优选示例，并非旨在限制本公开内容的范围，因此应当理解，在不背离本公开内容的范围的情况下，可以对其做出其他等同和修改。
图1是图解根据本公开内容一实施方式的电池模块的框图。参照图1，根据本公开内容的电池模块包括具有多个电池单元10的电池单元组件50、热电器件60和恒压器件80。
一般的电池模块仅包括多个电池单元10。根据本公开内容的电池模块进一步包括热电器件60和恒压器件80。
电池单元组件50具有其中多个电池单元10的侧表面彼此相邻布置的结构。此时，热电器件60具有热量吸收部分，热量吸收部分位于电池单元组件50中的多个电池单元10之中的、位于与电池单元组件50的侧表面对应的两个外侧的电池单元10的表面上。
如下面将更详细描述的，电池单元10具有彼此接合以形成引线接头部40的各个引线。恒压器件80可安装在引线接头部40上。
当电池模块发生过电压时，恒压器件80使电池模块的电流转向热电器件60。恒压器件80是能够在击穿电压(breakdown voltage)或更高电压下使电流沿期望方向流动的器件。恒压器件80具有当在两个端子之间施加被施加等于或大于击穿电压的电压时使电流快速流动的特性。就是说，本公开内容中提供的恒压器件80是能够在击穿电压或更高电压下使电流转向，即分流的器件，并且是指在低于击穿电压的电压下阻断电流并且在高于击穿电压的电压下使电流快速流动的器件。因此，在本公开内容中，可使用恒压器件80来构造必要的电路，使得在恒压器件80的击穿电压或更高电压下，电流流向热电器件60。击穿电压的具体值可由本领域技术人员根据需要适当地调整。在本公开内容中，不必使用击穿电压高于需要的恒压器件80。击穿电压的最大值对于每个电池模块是不同的。
恒压器件80可应用于根据本公开内容的电池模块，从而在过电压期间使电流转向热电器件60并驱动热电器件60。通过保护电池模块免于过热或热量积累，可提高电池模块的安全性。
热电器件60被转向的电流驱动。热电器件60配置为能够通过被提供的电流来吸收和产生热量的珀耳帖器件。如果珀耳帖器件的热量吸收部分朝向电池单元组件50内的电池单元10之中的位于两个外侧的电池单元10的表面定向并且珀耳帖器件的热量产生部分朝向空气定向，则热电器件60可通过被提供的电流来执行电子冷却。
众所周知，珀耳帖器件包括热量吸收部分和热量产生部分。在本公开内容中，热量吸收部分与电池单元组件50内的电池单元10之中的位于两个外侧的电池单元10的表面接触，而热量产生部分暴露于空气。珀耳帖效应是指当任意种类的金属进行配对而流过电流时，一侧的触点产生热量并且另一侧的触点吸收热量(冷却)的现象。本公开内容的热电器件60是实现这种珀耳帖效应的器件，并且目前通常将由V-VI族的合金及它们的固溶体形成的n型半导体和p型半导体经由铜板连接作为冷却触点。如果电流流动的方向改变，则热量吸收部分和热量产生部分可彼此切换，并且可根据电流量来调整吸热量和发热量。
在本公开内容中，考虑了施加至热电器件60的电流流动方向，使得热电器件60的热量吸收部分与电池单元组件50内的电池单元10之中的位于两个外侧的电池单元10的表面接触，而热量产生部分暴露于空气。通过将热电器件60安装在电池单元组件50的侧表面上而不是电池单元10的内部或电池模块内的其他位置，可优先冷却具有相对较大面积的部分，结果导致优异的散热效果。此外，因为在外侧的电池单元中发生电子冷却，所以向外部散热变得更容易并且冷却效果优异。此外，恒压器件80和热电器件60可以以较短距离设置，因而可简化电池模块的结构。
如上所述，在本公开内容中，当发生过电压时，通过使用电池模块的电流驱动热电器件60来对电池模块进行电子冷却。结果，可防止由于过电压而导致电池模块的温度快速升高的现象。
图2是示意性地示出根据本公开内容另一实施方式的电池模块的立体图。
图3是作为图2的电池模块中包括的单位电池单元的袋型电池单元的俯视图。
图2的电池模块100图解了多个电池单元110a、110b、110c等串联电连接的示例。在本实施方式中，给出了串联连接的示例，但是电池单元可根据期望的标准进行串联和/或并联连接。多个电池单元110a、110b、110c等的每一个是如图3中所示的袋型电池单元110并且可具有相同的结构。
参照图3，在袋型电池单元110中，电极组件120与电解质一起容纳并密封在袋115中。袋115可包括金属层、外部树脂层和内部树脂层，从而密封容纳在其中的电极组件120和电解质，并且保护电极组件120和电解质免受外部影响。
板状的正极引线125和负极引线130的每一个的一个端部连接至电极组件120的两端，并且它们的另一个端部暴露于袋115的外部。正极引线125的一个端部电连接至电极组件120的正极板，并且负极引线130的一个端部电连接至电极组件120的负极板。电极引线125、130的暴露于袋115的外部的另一个端部用于将多个袋型电池单元电连接，如图2中所示。
在袋115与电极引线125、130之间插置有引线膜135。设置引线膜135是为了进一步提高袋115与电极引线125、130之间的粘附性。引线膜135不仅可防止电极引线125、130与袋115的金属层之间的短路，而且还可提高袋115的密封性能。金属材料的电极引线125、130与聚合物材料的袋115的热焊接会引起稍大的接触电阻，并且表面粘附力可劣化。然而，如上述实施方式中，当设置引线膜135时，可防止粘附力劣化的这种现象。此外，引线膜135优选可以是阻止电流从电极引线125、130施加至袋115的绝缘材料。引线膜135包括具有绝缘特性和热焊接特性的膜。引线膜135可包括选自例如聚酰亚胺(Polyimide，PI)、聚丙烯、聚乙烯、聚对苯二甲酸乙二醇酯(Polyethylene terephthalate，PET)等中的任意一个或多个材料层(单个膜或多个膜)。
电极组件120为单元电池的集合，单元电池具有其中正极板和负极板在它们之间插置有隔膜的情况下进行设置的结构。单元电池可以简单地堆叠(stack)、堆叠并折叠(stack and folding)、或者以果冻卷(jelly roll)的形式制造成电极组件。制造各种类型的电极组件的方法是众所周知的，因此将省略其详细描述。例如，可通过堆叠负极板、隔膜和正极板形成电极组件120。电极组件120可以是包括负极板/隔膜/正极板的单电池的形式，或者是包括负极板/隔膜/正极板/隔膜/负极板或正极板/隔膜/负极板/隔膜/正极板的双电池的形式。在本实施方式中，给出了其中正极引线125和负极引线130在相反方向上从袋115引出的形式的双向电池的示例，但是不排除其中正极引线125和负极引线130二者在一个方向上从袋115引出的形式的单向电池。
一起参照图2和图3，电池单元110a和110b进行堆叠，使得电极引线从其两端伸出，并且电极引线具有相反的极性，例如，电池单元110a的正极引线125a与电池单元110b的负极引线130b并排放置。就是说，多个电池单元交替堆叠，使得并排放置的电极引线具有相反的极性。电池单元110a、110b、110c等串联连接可存在各种方式。在图2中，示出了其中电极引线125a、130b的另一个端部朝向左侧或右侧折叠和弯折以提供平坦的接触表面，然后彼此重叠并且通过焊接而连接的构造。
在图2中，包括总数量为11个的电池单元来构成电池单元组件150。每个电池单元的电极引线垂直地弯折，使得相邻电池单元的电极引线的垂直弯折部分彼此重叠，从而形成引线接头部140。更具体地，在堆叠的电池单元110a、110b、110c等的一侧，除位于外侧的电极引线之外的内部电极引线弯折以彼此重叠，然后弯折的电极引线部分进行电连接。在堆叠的电池单元110a、110b、110c等的另一侧，所有电极引线弯折以彼此重叠，然后进行焊接，以将弯折的电极引线部分电连接。另外，电池单元可在没有诸如盒或间隔件之类的中间介质结构的情况下堆叠，或者例如可以以其中电池单元堆叠在包括形成为两个单元的电池单元容纳部的盒中的结构彼此堆叠。
在图2中，电池单元110a、110b、110c等沿垂直方向直立堆叠。当电极引线弯折时，在电池单元中，任一侧的电极引线沿向右方向(或电池模块的外部)垂直地弯折，而另一侧的电极引线沿向左方向(或电池模块的内部)垂直地弯折。因此，要结合的引线接头部140是“
Figure BDA0002762601630000091
”形的，使得不同极性的电极引线弯折并重叠。而且，引线接头部140沿水平方向并排布置。可以以相反的工序来执行该工序，例如，可首先弯折电极引线，在电极引线弯折的状态下堆叠电池单元，然后可焊接相应的部分。
另外，尽管图2示出了将电极引线重叠并直接连接的方法，但是使用汇流条(busbar)的间接连接方法也是可能的。例如，显见的是，本公开内容可应用于通过将汇流条与电极引线焊接在一起来构造电池模块或通过将电极引线与外部电路焊接来构造电池模块的情况。
图4示意性图解了图2的电池模块中的两个相邻电池单元之间的引线接头部。
一起参照图2和图4，当电池模块100中的两个相邻电池单元被称为第一电池单元110a和第二电池单元110b时，第一电池单元110a的正极引线125a和第二电池单元110b的负极引线130b连接。以这种方式，第一电池单元110a和第二电池单元110b串联电连接。可通过使用本领域中通常使用的方法执行连接，例如，可通过超声波焊接将电池单元结合和连接，但是本公开内容不限于此。如所示出的，当第一电池单元110a是位于外侧的电池单元时，热电器件160安装在第一电池单元110a的表面上。
在本实施方式中，第一电池单元110a的正极引线125a的另一个端部和第二电池单元110b的负极引线130b的另一个端部沿着第一电池单元110a和第二电池单元110b的堆叠方向朝向彼此弯折，并且引线接头部140形成为包括平坦部分，在平坦部分中，电极引线125a、130b中弯折设置的弯折部分重叠并且焊接。恒压器件180安装在平坦部分上。
如图2中所示，热电器件160安装在电池单元组件150内的电池单元110a、110b、110c等之中的位于两个外侧的电池单元的表面上。就是说，热电器件160设置在电池单元组件150的侧表面上并且可设置为板形状。
图5是图解根据本公开内容的电池模块中包括的热电器件的局部切开立体图。图6是图5中所示的热电器件的正视图。图5和图6示出了作为热电器件的示例的热电模块。由于热电模块可制造成板形状，所以热电模块可容易安装在电池单元的表面上。
参照图5和图6，热电器件160可包括上基板161和下基板162、设置在上基板161的一个表面和下基板162的一个表面上的金属电极163、以及在金属电极163之间的间隔开的多个p型热电半导体164和n型热电半导体165。当电力施加至热电器件160时，金属电极163使电流流过p型热电半导体164和n型热电半导体165，更具体地，金属电极163可包括设置在上基板161的下表面上的上金属电极和设置在下基板162的上表面上的下金属电极。金属电极163可由具有高导电性的材料形成，以便使提供至热电器件160的电流的损耗最小化，更具体地，金属电极163可由诸如银或铜之类的具有优异导电性的材料形成。
在上金属电极的一个表面和下金属电极的一个表面上，彼此间隔设置有各一个p型热电半导体164和n型热电半导体165。更详细地说，p型热电半导体164可设置在上电极的下表面的左侧，n型热电半导体165可在右侧与p型热电半导体164间隔开设置。n型热电半导体165可设置在下电极的上表面的左侧，p型热电半导体164可在右侧与n型热电半导体165间隔开设置。
当电流施加至热电器件160时，p型热电半导体164和n型热电半导体165串联电连接，并且电流流动。由于珀耳帖效应，p型热电半导体164中的空穴朝着(-)侧带热移动，n型热电半导体165中的电子朝着(+)侧带热移动，因而上基板161被加热，而下基板162被冷却。
因此，本公开内容中使用的热电器件160的下基板162可作为根据本公开内容的电池模块100中的电池单元的表面上的热量吸收部分工作，上基板161可作为热量产生部分工作，因此，优选地，下基板162配置为与电池单元的表面热接触。
如上所述，恒压器件180是这样一种元件，即，当电池模块100发生过电压时，该元件通过使电池模块100的电流转向热电器件160来驱动热电器件160，从而能够进行电池单元的冷却，这被称为电子冷却。恒压器件180是能够在击穿电压或更高电压下使电流沿期望方向流动的器件，其优选包括齐纳二极管(Zener diode)或变阻器(varistor)。
齐纳二极管是利用齐纳效应的器件。齐纳效应是这样一种现象，即，当高电压施加到半导体等时，因为价带上端的能量与非常靠近部分的导带下端的能量相同，所以隧道效应增加了电子从价带移动到导带的概率，最终导致电流流动。换句话说，齐纳效应是当价电子由于隧道效应移动到导带的概率由于半导体中产生的任何强电场而增加时出现的电流增加的现象。利用这些特性的齐纳二极管可通过半导体p-n结制造，并且公知为具有如下特性的器件：当施加反向的相对较大电压时，在某一电压下开始快速流动大电流并且电压保持恒定。
变阻器是电阻值根据施加到变阻器两端的电压而改变的非线性半导体电阻器件，其是可变电阻器(variable resistor)的简称。变阻器的种类包括：对称变阻器，其电阻仅由电压的大小确定，而与所施加的电压的极性无关；和非对称变阻器，其电阻根据所施加的电压的极性而变化。
本领域技术人员可通过使用恒压器件180来构造必要的电路，使得在恒压器件180的击穿电压或更高电压下电流流向热电器件160。当如上所述构造电路时，可在电池模块100过电压的情况下驱动热电器件160，从而防止电池模块100中的热量积累。
恒压器件180的击穿电压大于电池模块100的满充电电压。例如，如果满充电电压是4.3V，则击穿电压可设置为比4.3V大10％的4.73V，或者比4.3V大15％的4.945V，或者比4.3V大20％的5.16V，从而选择与之对应的恒压器件180并实现电路构造。可通过市售获得恒压器件180。具有各种击穿电压的恒压器件是市售的，因而本领域技术人员可根据需要购买和使用适当的恒压器件。
优选地，恒压器件180可设置在感测电池模块100的电压状态的感测电路中。一般电池模块100具有感测电压状态的感测电路和利用所感测的电压状态控制电池模块100的充电和放电的控制电路。在本公开内容中，可通过在感测电路中进一步包括恒压器件180来实现电池模块100。
此外，在恒压器件180与热电器件160之间必须设置电路，从而在恒压器件180达到击穿电压时使电池模块100的电流流向热电器件160。本领域技术人员可容易实现用于提供电流流动路径的各种电路，因此将省略其详细描述。
优选地，恒压器件180可并联连接在引线接头部140中的任意一个电池单元(例如，第一电池单元110a)的正极引线125a与另一个电池单元(例如，第二电池单元110b)的负极引线130b之间。
如上所述，在本公开内容中，当发生过电压时，通过使用电池模块100的电流来驱动热电器件160，从而电子冷却电池模块100。结果，可防止由于过电压而导致电池模块100的温度快速升高的现象。
在本公开内容中，特别是，热电器件160安装在电池单元组件150的侧表面上。以此方式，可共同优先冷却具有相对较大面积的部分，最终获得优异的散热效果。此外，因为在外侧的电池单元中进行电子冷却，所以向外部散热变得更容易并且冷却效果是优异的。此外，由于恒压器件180和热电器件160可以以较短距离设置，所以可简化电池模块的结构。
由于根据本公开内容的电池模块没有热量积累并且具有优异的安全性，因此电池模块也适合用作需要较高温度稳定性、长循环特性、高速率特性等的中大型装置的电源。中大型装置的优选示例包括由电机驱动的电动工具(power tool)；包括EV、HEV、PHEV等的电动车辆；包括电动自行车(E-bike)和电动滑板车(E-scooter)的电动摩托车；电动高尔夫球车(electric golf cart)；和ESS，但不限于此。
一般电池模块具有防止过充电的保护电路。当检测到等于或高于可充电电压的电压(即，过充电情况)或者等于或低于可放电电压的电压(即，过放电情况)时，保护电路通过阻断充电/放电电路来中断充电电流或放电电流。通常，尽管二次电池包括电池保护电路来防止由于过充电或过放电导致的二次电池的损坏，但是因为大多数二次电池包括保护电路IC或者配置单独的复杂的过充电防止电路，所以成本和效率成为不期望的问题。当电池保护电路未正常工作时，尤其是当防止过充电的控制未正常工作时，难以确保电池模块的安全性。此外，当电池模块由于保护电路的故障而未正常工作时，安全性非常弱。无论是否设置有保护电路，本公开内容的电池模块都可极大提高电池模块过电压时的散热特性，这大大有助于确保安全。此外，由于本公开内容的恒压器件额外插入到现有电池模块的感测电路中并且构成新的电路，所以恒压器件易于使用。近来，由于二次电池中包括的电解质和隔膜或电极结构的特性得到提高，并且在电解质和电极组件自身中设置用于防止过充电的预定装置，所以就制造成本而言仅使用裸电池单元(bare cell)而没有保护电路来构造二次电池的尝试正在增加。在本公开内容中，因为电池模块可在使用诸如热电器件和恒压器件之类的最少部件的情况下防止诸如过电压期间的热量累积之类的问题的发生，所以可足以将没有保护电路的基于裸电池的电池模块用作基本的最小安全装置。
图7是根据本公开内容的另一电池模块的示意性剖面图，例如对应于图2的剖面VII-VII’。为了便于说明，在图7中，给出了在电池单元组件150的整体构造中包括四个电池单元的示例。图8图解了可包括在如图7中所示的电池模块中的端板。图9是使用图8的端板组装的电池模块的分解立体图。
参照图7，如上所述，热电器件160以板形状设置在电池单元组件150的侧表面上。热电器件160进一步包括沿与电池单元组件150的侧表面垂直的方向突出的多个散热鳍片170。如图8中所示，朝向端板190应用散热鳍片170。在热电器件160的电子冷却期间，通过散热鳍片170进一步增大散热表面积，从而使电子冷却的效果最大化。
电池模块100’进一步包括覆盖电池单元组件150的侧表面的端板190。如图8中所示，在端板190中形成有供散热鳍片170装配到其中的槽191。
槽191可具有足以容纳散热鳍片170的段差，或者可形成为使散热鳍片170穿过槽191。优选地，尽可能地防止散热鳍片170突出到端板190的外部，以符合现有设计规则(design rule)。
参照图9，电池模块100’可进一步包括附接至如上所述的电池单元组件150的模块基板192、子端板195和端板190。
电池单元组件150可安装在模块基板192上。
将电池单元110电连接的汇流条组件(busbar assembly，未示出)可安装在电池单元组件150的前表面和后表面的每一个上。汇流条组件电连接至形成在电池单元组件150中的电池单元110上的电极引线，以构成与外部装置的电连接。副电池管理系统(batterymanagement system，BMS)(未示出)可安装在汇流条组件的一个表面上并且检测来自电池单元组件150的电压和温度以控制电池模块100’。
子端板195可分别安装在汇流条组件和副BMS的外表面上。子端板195防止汇流条组件和副BMS暴露于外部。
在本实施方式中，端板190对应于上壳体，从而具有其中端板190安装在电池单元组件150的上表面上、结合至模块基板192、并且将电池单元组件150包括在其中的结构。当完成电池模块100’时，端板190位于电池单元组件150的两侧。
一起参照图8和图9，具体地，端板190可包括竖直向下的第一板190a、竖直向下并且与第一板190a并立的第二板190b、和覆盖电池单元组件150的上表面的上板190c。第一板190a与电池单元组件150的一个侧面接触。第二板190b与电池单元组件150的另一个侧面接触。上板190c具有从第一板190a的上边缘和第二板190b的上边缘延伸的形状。
在第一板190a和第二板190b中形成有槽191。考虑到热电器件160的厚度，第一板190a和第二板190b的每一个的厚度被确定为使得总体外观不大于现有端板的外观，因而电池模块100’的总体尺寸不大于现有的电池模块。在组装期间，散热鳍片170装配到形成在端板190中的槽191中。端板190构造为容纳和支撑电池单元组件150，还一起支撑热电器件160和散热鳍片170。作为根据添加散热鳍片170而扩大散热面积的结果，散热更加平稳，并且端板190固定散热鳍片170，因此可确保结构稳固性。
图10是图解根据本公开内容又一实施方式的电池组的示图。图11是图解根据本公开内容又一实施方式的车辆的示图。
参照图10和图11，电池组200可包括至少一个根据前述实施方式的电池模块，例如，第二实施方式的电池模块100；和用于将电池模块100封装的电池组壳体210。此外，除了电池模块100和电池组壳体210以外，根据本公开内容的电池组200可进一步包括用于控制电池模块100的充电和放电的各种装置，诸如电池管理系统(Battery Management System，BMS)、电流传感器、保险丝等。
电池组200可设置在车辆300中作为车辆300的燃料源。例如，电池组200可设置在电动车辆、混合动力车辆和使用电池组200作为燃料源的其他方式的车辆300中。
优选地，车辆300可以是电动车辆。电池组200可用作通过给电动车辆的发动机310提供驱动力来驱动车辆300的电能源。在这种情况下，电池组200具有100V或更高的高标称电压。在混合动力车辆中，电池组200设为270V。
电池组200可根据发动机310和/或内燃机的驱动通过逆变器320进行充电或放电。电池组200可通过与制动器(break)结合的再生充电装置进行充电。电池组200可通过逆变器320电连接至车辆300的发动机310。
如上所述，电池组200还包括BMS。BMS估测电池组200中的电池单元的状态并且使用估测的状态信息管理电池组200。例如，BMS估测并管理电池组200的状态信息，诸如电池组200的充电状态(SOC，State Of Charge)、健康状态(SOH，State Of Health)、最大输入/输出功率余量、输出电压等。此外，BMS可使用状态信息控制电池组200的充电或放电，并且进一步估测电池组200的更换时间。
ECU 330是用于控制车辆300的状态的电子控制装置。例如，ECU 330基于诸如加速器(accelerator)、制动器、速度等之类的信息确定扭矩信息，并且控制发动机310的输出以匹配扭矩信息。此外，ECU 330将控制信号传送至逆变器320，使得可基于通过BMS接收的诸如电池组200的SOC和SOH之类的信息对电池组200充电或放电。逆变器320基于ECU 330的控制信号使电池组200充电或放电。发动机310使用电池组200的电能，基于从ECU 330传送的控制信息(例如，扭矩信息)驱动车辆300。
车辆300包括根据本公开内容的电池组200。电池组200包括如上所述具有提高的安全性的电池模块100。因此，电池组200的稳定性提高，电池组200的稳定性优异并且可长时间使用，因而包括电池组200的车辆300是安全的并且易于操作。
此外，除了车辆300以外，电池组200还可设置在其他装置、设备和设施中，诸如设置在使用二次电池的ESS中。
这样，根据本实施方式的电池组200以及包括电池组200的装置或者设备和设施，诸如车辆300，包括上述电池模块100，因而可实现具有由于上述电池模块100而获得的全部优点的电池组200以及包括电池组200的装置或者设备和设备，诸如车辆300。
已经详细描述了本公开内容。然而，应当理解的是，详细描述和具体示例虽然表明了本公开内容的优选实施方式，但仅以说明的方式给出，因为根据该详细描述，在本公开内容范围内的各种变化和修改对于本领域技术人员而言将变得显而易见。

Claims (11)

1.一种电池模块，所述电池模块包括电池单元组件，所述电池单元组件包括多个电池单元和其中所述电池单元的各个引线彼此接合的引线接头部，所述电池模块进一步包括：
热电器件，在所述热电器件中，热量吸收部分位于所述电池单元组件中的所述多个电池单元之中的位于两个外侧的电池单元的表面上，所述电池单元的所述表面与所述电池单元组件的侧表面对应；和
恒压器件，所述恒压器件配置为当所述电池模块发生过电压时使所述电池模块的电流转向所述热电器件，
其中当所述电池模块发生过电压时，所述热电器件被驱动，从而对所述电池模块的所述电池单元组件进行电子冷却。
2.根据权利要求1所述的电池模块，其中所述恒压器件安装在所述引线接头部上。
3.根据权利要求2所述的电池模块，其中所述恒压器件并联连接在所述引线接头部中的任意一个电池单元的正极引线与另一个电池单元的负极引线之间。
4.根据权利要求1所述的电池模块，其中所述恒压器件是齐纳二极管(Zener diode)或变阻器(varistor)。
5.根据权利要求1所述的电池模块，其中所述恒压器件的击穿(breakdown)电压大于所述电池模块的满充电电压。
6.根据权利要求1所述的电池模块，其中所述恒压器件设置在感测所述电池模块的电压状态的感测电路中，并且在所述恒压器件与所述热电器件之间设置有当达到所述恒压器件的击穿电压时能够使所述电池模块的电流流向所述热电器件的电路。
7.根据权利要求1所述的电池模块，其中所述热电器件以板形状设置在所述电池单元组件的所述侧表面上。
8.根据权利要求7所述的电池模块，进一步包括多个散热鳍片，所述多个散热鳍片沿与所述电池单元组件的所述侧表面垂直的方向在所述热电器件上突出。
9.根据权利要求8所述的电池模块，进一步包括覆盖所述电池单元组件的所述侧表面的端板，
其中在所述端板中形成有供所述散热鳍片装配到其中的槽。
10.一种电池组，包括：
至少一个根据权利要求1至9中任一项所述的电池模块；和
配置成将所述至少一个电池模块封装的电池组壳体。
11.一种车辆，包括至少一个根据权利要求10所述的电池组。
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