CN112335097A - 具有能够在发生热失控时防止空气流入模块的结构的电池模块和包括该电池模块的电池组 - Google Patents

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Abstract

根据本发明实施例的电池模块包括：单体堆叠体，该单体堆叠体包括多个电池单体；模块壳体，该模块壳体容纳单体堆叠体；一对模块盖，该一对模块盖覆盖位于模块壳体的两侧处的开口；和通风单元，该通风单元被布置成穿过模块盖，其中，所述通风单元包括：单向通风阀，该单向通风阀被布置在穿过模块盖的穿孔的中心部分处；第一孔密封部，该第一孔密封部被安装到穿孔的内壁表面；和第二孔密封部，该第二孔密封部被安装到单向通风阀的外周表面。

Description

具有能够在发生热失控时防止空气流入模块的结构的电池模 块和包括该电池模块的电池组
技术领域
本公开涉及一种具有能够在发生热失控现象时防止将空气引入到模块中的结构的电池模块和一种包括该电池模块的电池组。更具体地，本公开涉及这样一种电池模块和一种包括该电池模块的电池组：所述电池模块具有这样的结构：通过将热膨胀材料应用于模块壳体的内边缘并且将单向通风阀和热膨胀材料应用于冷却用通风单元的内部，从而该结构能够在电池模块中的温度上升时阻止外部空气的引入，并且仅允许气体排放到外部。
本申请要求2019年3月6日在韩国提交的韩国专利申请号10-2019-0025995的优先权，其公开内容通过引用并入本文。
背景技术
在包括多个电池单体的电池模块中，如果在一些电池单体中发生诸如短路这样的异常情况而使得温度持续升高，从而使得电池单体的温度超过临界温度，则发生热失控现象。如果如上所述在一些电池单体中发生热失控现象，则可能产生安全问题。
如果由于一些电池单体中发生的热失控现象而产生了火焰等，则火焰迅速地升高相邻电池单体的温度，因此热失控现象可能在短时间内传播到相邻单体。
最终，如果一些电池单体中发生的热失控现象未被迅速地响应，则它可能导致电池模块或电池组(所述电池模块或电池组是容量大于电池单体的电池单元)发生诸如着火和爆炸这样的灾难，并且这不仅可能导致财产损失，而且造成安全问题。
因此，如果由于电池模块内部的一些电池单体中的热失控现象而发生火焰，则迫切地有必要阻止供应到火焰的空气，以防止火焰进一步蔓延。此外，同样重要的是，通过将对电池单体进行通风而产生的气体迅速地排放到电池模块的外部来降低电池模块的内部压力。
特别地，采用风冷结构的电池模块必须具有能够允许空气从电池模块的外部顺利地流向其内部的结构。因此，需要开发具有如下结构的电池模块：当在电池模块内部发生热失控现象时，该结构能够将在其中产生的通风气体迅速地排放到外部，同时完全防止的空气被引入其中。
发明内容
技术问题
本公开被设计来解决相关技术的问题，因此本公开旨在提供一种具有如下结构的电池模块：当在电池模块内部发生热失控现象时，该结构能够将在其中产生的通风气体迅速地排放到外部，同时完全阻止在其中引入的空气以便防止火焰进一步蔓延。
然而，要由本公开解决的技术问题不限于以上问题，本领域的技术人员将从以下描述中理解本文未提及的其它目的。
技术方案
在本公开的一个方面中，提供了一种电池模块，包括：单体堆叠体，该单体堆叠体具有多个电池单体；模块壳体，该模块壳体被构造成容纳单体堆叠体；一对模块盖，该一对模块盖被构造成覆盖位于模块壳体的两侧处的开口；和通风单元，该通风单元穿过模块盖来进行安装，其中，通风单元包括：单向通风阀，该单向通风阀被设置在穿过模块盖而形成的穿孔的中心处；第一孔密封部，该第一孔密封部被安装到穿孔的内壁上；和第二孔密封部，该第二孔密封部被安装到单向通风阀的外周上。
第一孔密封部和第二孔密封部可以在基准温度或以上发生膨胀，以彼此交汇，使得穿孔被密封。
第一孔密封部和第二孔密封部可以由含有环氧系树脂、丁基系树脂和氯乙烯系树脂中的至少一种的片材制成。
当模块壳体内部的压力为基准压力或以上时，单向通风阀可以将通风气体从所述电池模块的内部排放到外部。
通风单元可以包括被构造成横穿所述穿孔的阀支撑件，并且单向通风阀可以被固定到阀支撑件。
该电池模块可以进一步包括壳体密封部，该壳体密封部被安装到模块壳体的内边缘上以及模块壳体的内表面与模块盖相接的边界区域上。
壳体密封部可以在基准温度或以上发生膨胀，以加强模块壳体的气密性。
单向通风阀可以包括：下罩，该下罩具有至少一个第一流路；上罩，该上罩具有至少一个第二流路，并且被联接至下罩的上部，以形成内部空间；和流路盖，该流路盖位于内部空间中，并且被安装成：在该流路盖从上罩朝向下罩被弹性地按压时，所述流路盖覆盖第二流路。
单向通风阀可以由弹性材料制成，并且具有漏斗形状，其内部空间从模块壳体的内部向外逐渐地变窄，使得在其顶端的对向表面彼此接触。
同时，根据本公开的实施例的电池组包括多个如上所述的根据本公开实施例的电池模块。
有利效果
根据本公开的一个方面，在电池模块中发生热失控现象时，具有风冷结构的电池模块可以将在其中产生的通风气体迅速地排放到外部，同时完全阻止空气被引入到其中，以便防止火焰进一步蔓延，从而保证电池模块在使用中的安全性。
附图说明
附图示出了本公开的优选实施例，并且与前述公开内容一起用来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。
图1是示出根据本公开实施例的电池模块的立体图。
图2是示出根据本公开实施例的电池模块的内部构造的视图。
图3是示出在根据本公开实施例的电池模块处采用的模块壳体的立体图。
图4是沿着图3的X-X线截取的截面图。
图5是沿着图3的Y-Y线截取的截面图。
图6和图7是示出在根据本公开实施例的电池模块处采用的通风单元被打开的视图。
图8是示出图6和图7中所示通风单元的截面图。
图9和图10是示出在根据本公开实施例的电池模块处采用的通风单元被关闭的视图。
图11是示出图9和图10中所示通风单元的截面图。
图12是示出本公开所采用的单向阀的实施例的分解立体图。
图13是示出图12中所示单向阀被关闭的截面图。
图14是示出图12中所示单向阀被打开的截面图。
图15是示出本公开所采用的单向阀的另一实施例的立体图。
图16是示出图15中所示单向阀被打开的截面图。
具体实施方式
在下文中，将参考附图详细地描述本公开的优选的实施例。在描述之前，应该理解，说明书和所附权利要求中使用的术语不应该被解释为限于一般含义和词典含义，而是在允许发明人适当地定义术语以得到最好说明的原理的基础上基于与本公开的技术方面相对应的含义和概念来解释。因此，本文提出的描述只是仅出于图示目的的优选示例，而不旨在限制本公开的范围，所以应该理解，在不脱离本公开的范围的情况下，能对其做出其它等同物和修改。
参考图1和图2，根据本公开实施例的电池模块包括单体堆叠体100、模块壳体200、壳体密封部250、模块盖300和通风单元400。
参考图2，单体堆叠体100通过堆叠多个电池单体110而形成。作为电池单体110，例如，可以应用袋型电池单体。
连同图1和图2一起参考图3，模块壳体200具有大致长方体形状，在其两个纵向侧处具有开口。模块壳体200可以由诸如铝这样的金属材料制成，以保证刚性。
模块壳体200可以包括用于覆盖单体堆叠体100的上部的上板、用于覆盖单体堆叠体100的下部的下板和用于覆盖单体堆叠体100的两侧的侧板。可以通过焊接来执行上板与侧板之间的联接和下板与侧板之间的联接。
连同图1和图2一起参考图3至图5，壳体密封部250被安装在如下边界区域上：在所述边界区域处，模块壳体200的内边缘和模块壳体200的内表面与模块盖300相交汇。也就是说，壳体密封部250被安装在模块壳体200的上板和侧板相交汇的边界区域、下板和侧板相交汇的边界区域以及模块壳体200的开口的内表面的周边上。
壳体密封部250在基准温度或以上发生膨胀，以增强模块壳体200的气密性。如果在被设置于电池模块内部的多个电池单体110中的一些电池单体中发生诸如短路这样的问题，从而温度上升而导致热失控，则有必要完全阻止外部空气的引入，从而火焰不会传播到邻近单体。由于壳体密封部250被设置在模块壳体200的弱化区域处，并且在发生热失控现象的基准温度或以上发生膨胀，所以加强了电池模块的气密性。
为了执行此功能，壳体密封部250可以由含有环氧系树脂、丁基系树脂和氯乙烯系树脂中的至少一种的片材制成。然而，壳体密封部250的组分只是示例性的，并且可以不受限制地对其应用任何组分，只要它在基准温度或以上发生膨胀以增强气密性即可。
参考图1至图3，模块盖300覆盖位于模块壳体200的两个纵向侧处的开口，并且具有与该开口相对应的形状。模块盖300也可以由金属材料制成，用于与由金属材料制成的模块壳体200联接，并且可以通过焊接与模块壳体200联接。
如上所述，由于壳体密封部250也被安装在模块壳体200和模块盖300相交汇的边界区域上，所以当电池模块内部的温度上升至基准温度或以上时，可以保证模块壳体200和模块盖300的联接部的气密性。
连同图1和图2一起参考图6至图11，通风单元400被安装在模块盖300的一个纵向侧上，并且安装在一对模块盖300处的通风单元400位于相反两侧。通风单元400包括穿孔H、阀支撑件410、单向通风阀420、第一孔密封部450和第二孔密封部460。
穿孔H穿过模块盖300的一个纵向侧而形成，并且在电池模块处于正常使用状态时用作冷却位于电池模块内部的电池单体110的空气通道。也就是说，如果形成在电池模块的一个纵向侧处的穿孔H用作入口，则位于相反侧处的穿孔H用作出口。
阀支撑件410横穿所述穿孔H，并且单向通风阀420被安装在阀支撑件410的纵向中心处。也就是说，阀支撑件410是被设置为用于固定所述单向通风阀的部件。
单向通风阀420被固定地安装在阀支撑件410的纵向方向上的中央，并且当由于电池单体110的通风而产生的气体使得电池模块的内部压力上升至基准压力或以上时，气体从电池模块的内部排放到外部。也就是说，单向通风阀420阻止从电池模块的外部引入空气，并且只有当内部压力增加时才被打开，以仅从内部向外部排放气体。将稍后参考图12至图16详细地描述单向通风阀420的具体结构的示例。
第一孔密封部450被安装为围绕所述穿孔H的内壁。第二孔密封部460被安装在单向通风阀的外周上。第一孔密封部450和第二孔密封部460在基准温度或以上发生膨胀，以彼此交汇，从而密封穿孔H。
为了执行此功能，类似于上述壳体密封部250，第一孔密封部450和第二孔密封部460可以由含有环氧系树脂、丁基系树脂和氯乙烯系树脂中的至少一种的片材制成。然而，第一孔密封部450和第二孔密封部460的材料只是示例，并且可以不受限制地应用各种材料，只要它们能够在基准温度或以上发生膨胀以密封穿孔H即可。
如图9至图11中所示，如果第一孔密封部450和第二孔密封部460发生膨胀以密封穿孔H，则可能不再从电池模块的外部引入空气，因此火焰不会由于热失控而蔓延。此外，如果由于温度升高而使得在模块壳体200内部从电池单体110泄漏的气体增加，从而使得电池模块的内部压力增加至基准压力或以上，则单向通风阀420被打开以排放气体，从而防止由于电池模块的内部压力增加而造成电池模块发生爆炸。
如上所述，由于根据本公开实施例的电池模块包括：密封部250、450、460，其在内部温度上升时发生膨胀，以密封电池模块；以及单向通风阀420，其可以随着内部压力的增加而仅从内部向外部排放气体，所以能够在热失控的情况下完全阻止从外部引入空气，并且将电池模块中的气体迅速地排放到外部，从而消除着火/爆炸的风险。
接下来，将参考图12至图16描述应用于本公开的单向通风阀420的示例性结构。
首先，参考图12至图14，示出了单向通风阀420的一个实施例。根据此实施例，单向通风阀420可以是这样的单向阀：其包括具有至少一个第一流路421a的下罩421；具有至少一个第二流路422a的上罩422；流路盖423；和弹性按压构件424。
上罩422形成在下罩421的上部处，以形成内部空间S。流路盖423位于内部空间S中，并且通过诸如弹簧这样的弹性按压构件424从上罩422朝向下罩421弹性地按压，以覆盖第一流路421a。
如果电池模块的内部压力增加至基准压力或以上，则流路盖423压缩弹性按压构件424，以释放第一流路421a的密封状态，并且通过内部空间S和第二流路422a将电池模块内部的气体排放到电池模块的外部(参见图14中的箭头)。
接下来，参考图15和图16，其示出了单向通风阀420的另一实施例。根据此实施例，单向通风阀420由诸如橡胶这样的弹性材料制成，并且具有漏斗形状，其内部空间从电池模块的内部向外逐渐地变窄，使得其顶端(当参考图16观察时，所述顶端指的是上端)处的对向表面彼此接触。在单向通风阀420的底端(当参考图16观察时，所述底端指的是下端)处，其对向表面彼此间隔开。
如果电池模块的内部压力增加至基准压力或以上，则随着由弹性材料制成的单向通风阀420的顶端被打开，解除了电池模块的密封状态，从而电池模块内部的气体沿着图16中所示的箭头被排放到外部。
同时，在描述本公开时，两种类型的单向阀结构被描述为单向通风阀420的具体示例，但是本公开不限于此。也就是说，可以将能够在电池模块的内部压力增加至基准压力或以上时、将内部气体排放到外部的任何结构不受限制地应用于根据本公开的电池模块。
已经详细地描述了本公开。然而，应该理解，详细描述和具体示例虽然指示本公开的优选的实施例，但是仅通过图示来给出，因为根据此详细描述，在本公开的范围内的各种变化和修改将变得对于本领域的技术人员而言显而易见。

Claims (10)

1.一种电池模块，包括：
单体堆叠体，所述单体堆叠体具有多个电池单体；
模块壳体，所述模块壳体被构造成容纳所述单体堆叠体；
一对模块盖，所述一对模块盖被构造成覆盖位于所述模块壳体的两侧处的开口；和
通风单元，所述通风单元穿过所述模块盖来进行安装，
其中，所述通风单元包括：
单向通风阀，所述单向通风阀被设置在穿过所述模块盖而形成的穿孔的中心处；
第一孔密封部，所述第一孔密封部被安装到所述穿孔的内壁上；和
第二孔密封部，所述第二孔密封部被安装到所述单向通风阀的外周上。
2.根据权利要求1所述的电池模块，其中，所述第一孔密封部和所述第二孔密封部在基准温度或以上发生膨胀，以彼此交汇，从而使得所述穿孔被密封。
3.根据权利要求2所述的电池模块，其中，所述第一孔密封部和所述第二孔密封部由含有环氧系树脂、丁基系树脂和氯乙烯系树脂中的至少一种的片材制成。
4.根据权利要求2所述的电池模块，其中，当所述模块壳体内部的压力为基准压力或以上时，所述单向通风阀将通风气体从所述电池模块的内部排放到外部。
5.根据权利要求1所述的电池模块，其中，所述通风单元包括阀支撑件，所述阀支撑件被构造成横穿所述穿孔，并且
所述单向通风阀被固定到所述阀支撑件。
6.根据权利要求1所述的电池模块，进一步包括：
壳体密封部，所述壳体密封部被安装到所述模块壳体的内边缘上以及所述模块壳体的内表面与所述模块盖相交汇的边界区域上。
7.根据权利要求6所述的电池模块，其中，所述壳体密封部在基准温度或以上发生膨胀，以加强所述模块壳体的气密性。
8.根据权利要求1所述的电池模块，其中，所述单向通风阀包括：
下罩，所述下罩具有至少一个第一流路；
上罩，所述上罩具有至少一个第二流路，并且被联接至所述下罩的上部，以形成内部空间；和
流路盖，所述流路盖位于所述内部空间中，并且被安装成：在所述流路盖从所述上罩朝向所述下罩被弹性地按压时，所述流路盖覆盖所述第二流路。
9.根据权利要求1所述的电池模块，其中，所述单向通风阀由弹性材料制成，并且具有漏斗形状，其内部空间从所述模块壳体的内部向外逐渐地变窄，使得其顶端处的对向表面彼此接触。
10.一种电池组，包括多个根据权利要求1至9中的任一项所述的电池模块。
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