CN112514139B - 危险感测电池单元 - Google Patents

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Abstract

公开了一种电池单元，包括：将电极组件和电解质溶液容纳在其中的电池壳体的容纳单元；设置在容纳单元外部的储气单元，储气单元中的储存空间被分隔为两个或更多个部分；和传感器，其中当储气单元的两个或更多个部分填充气体时通过传感器感测信号。在感测到的信号偏离预定值的情况下，报警部件发出危险信号，由此防止事故。

Description

危险感测电池单元
技术领域
本申请要求于2019年5月3日提交的韩国专利申请第2019-0052388号的优先权，通过引用将上述专利申请的整个公开内容结合在此。
本发明涉及一种危险感测电池单元，更具体地，涉及这样一种电池单元，该电池单元包括：具有两个或更多个储气空间的储气单元；和设置在储气单元的外表面的传感器。
背景技术
近年来，由于资源枯竭和对各种能源的需求，对能量的储存和使用的兴趣增加。结果，对高能量、高密度电池的需求也增加。然而，由于电池内的短路，这种电池具有电池燃烧和爆炸的危险。特别是，在电池的充电和放电期间在电池中产生气体的情况下，电池可能会因电池的故障而发热或爆炸，并且在电池壳体损坏的情况下，可能会从电池壳体泄露有害气体和化学物质。
为了提高电池的安全性，电池设置有安全装置，诸如保险丝或保护电路。近年来，已考虑从电池排放气体的方案。然而，没有能够在事故发生之前测量电池中的有害气体并预测何时将发生危险的装置，由此，除了能够防止电池发热和电池爆炸之外，还不能防止由于电池功能的停止引起的事故。
韩国专利申请公开第10-2011-0072733号(2011.06.29)(现有技术文献1)公开了一种二次电池，该二次电池能够容易地从其排放气体，由此减小了电池厚度，其中二次电池包括引入气体的气体通道和气体室130。然而，该现有技术文献与本发明的不同之处在于，这种电池室没有被分隔，而且没有设置这样的传感器，即配置为测量电池单元的内部状态并且在发生了内部状态偏离预定区域时通知此情况发生的传感器。
韩国专利申请公开第10-2017-0040919号(2017.04.14)(现有技术文献2)公开了一种电池模块，该电池模块包括配置为感测电池单元的膨胀的探针，其中电池模块包括感测探针，感测探针配置为感测电池单元的局部体积膨胀的变化并发送信号。然而，该现有技术文献与本发明的不同之处在于，电池单元不包括配置为储存气体的单独的储气单元。
韩国专利申请公开第10-2015-0061836号(2015.06.05)(现有技术文献3)与本发明的相似之处在于，将排放气体和电解质溶液的通道设置为气袋。然而，现有技术文献3与本发明的不同之处在于，在脱气工序期间控制袋中的气体和电解质溶液，脱气工序被执行以排放在通过激活工序进行初始充电和放电时产生的气体。
韩国专利申请公开第10-2017-0050926号(2017.05.11)(现有技术文献4)与本发明的相似之处在于，设置有配置为引导气体排放的气体排放单元和配置为感测气体排放单元中产生的位移并产生电信号的感测单元，但是与本发明的不同之处在于，未设置单独的储气单元。
因此，仍未提出用于在被分隔的储气单元和气体偏离预定区域时感测这种偏离，使得用户提前防止危险的构造。
-现有技术文献-
-专利文献-
韩国专利申请公开第10-2011-0072733号(2011.06.29)
韩国专利申请公开第10-2017-0040919号(2017.04.14)
韩国专利申请公开第10-2015-0061836号(2015.06.05)
韩国专利申请公开第10-2017-0050926号(2017.05.11)
发明内容
技术问题
鉴于上述问题而做出了本发明，本发明的目的是提供一种能够提前感测其危险的电池单元。
技术方案
为了实现上述目的，本发明提供了一种电池单元，所述电池单元配置为使得电极组件与电解质溶液一起容纳在电池壳体的容纳单元中，其中在所述容纳单元外部形成有储气单元，所述储气单元配置为储存在所述电池单元中产生的气体，并且在所述储气单元中设置有分隔部件，所述分隔部件配置为将所述储气单元中限定的空间分隔为两个或更多个部分。
所述电池壳体可具有在所述电极组件和所述电解质溶液容纳在所述电池壳体中的状态下通过热熔合所述电池壳体的外周表面而形成的第一密封部。
在所述容纳单元与所述储气单元之间可形成有第二密封部。
所述第二密封部可设置有第一单向阀，所述第一单向阀配置为当所述电池单元中的气体膨胀到预定压力或更高时将所述气体引导至所述储气单元。
所述储气单元可在其外表面设置有传感器，所述传感器配置为基于每个分隔部件感测信号。
所述传感器可以是接触传感器、压力传感器和温度传感器中至少之一。
在所述储气单元中的第一部分填充气体的情况下，可通过安装于所述第一部分的传感器感测该情况，在被设定为危险级别的第(N-1)部分填充气体的情况下，可通过安装于所述第(N-1)部分的传感器感测该情况，并且在最后一个部分填充气体的情况下，可将气体排出，以停止电池功能。
所述传感器可连接至报警部件，并且在所述信号偏离预定值的情况下，所述传感器可将所述信号发送至所述报警部件。
所述分隔部件可由配置为当所述分隔部件由于气体而膨胀时比所述电池单元的外壁更容易损坏的材料制成。
所述分隔部件可由配置为当所述分隔部件由于气体而膨胀时比所述电池单元的外壁更容易变形的材料制成。
所述电池单元可进一步包括缩小部分，所述缩小部分配置为不使气体引入所述缩小部分中，而是配置为使得所述缩小部分中的空间的体积由于所述分隔部件的变形而减小。
在所述第二密封部中可设置有第二单向阀，所述第二单向阀配置为将材料从所述缩小部分移动到所述容纳单元。
在产生气体之前所述缩小部分可具有比膨胀部分大的体积，所述膨胀部分配置为当气体引入所述膨胀部分时所述膨胀部分的体积由于所述分隔部件的变形而增加。
本发明提供了一种包括所述电池单元的电池组。
此外，本发明提供了一种包括所述电池组作为电源的装置。
此外，所述装置可以是移动电子装置；由电池供电的电机驱动的动力工具(powertool)；诸如电动车辆(Electric Vehicle，EV)、混合动力电动车辆(Hybrid ElectricVehicle，HEV)或插电式混合动力电动车辆(Plug-in Hybrid Electric Vehicle，PHEV)之类的电动汽车；诸如电动自行车(E-bike)或电动滑板车(E-scooter)之类的电动两轮车；电动高尔夫球车(electric golf cart)；或电力储存系统。
在本发明中，可从上述构造之中选择并组合彼此不矛盾的一个或多个构造。
附图说明
图1是常规袋形电池单元的平面图。
图2是根据本发明的包括储气单元和分隔部件的袋形电池单元的平面图。
图3是根据本发明的包括储气单元和分隔部件的袋形电池单元的侧视图。
图4是根据本发明的除了储气单元和分隔部件之外，进一步包括注入单元的袋形电池单元的平面图。
图5是根据本发明的除了储气单元和分隔部件之外，进一步包括注入单元的袋形电池单元的侧视图。
具体实施方式
现在，将参照附图详细描述本发明的优选实施方式，使得本发明所属领域的普通技术人员能够容易地实现本发明的优选实施方式。然而，在详细描述本发明的优选实施方式的操作原理时，当结合在此的已知功能和构造的详细描述可能模糊本发明的主题时，将省略其详细描述。
此外，在整个附图中将使用相同的参考标记表示执行相似功能或操作的部分。在本申请中称一个部分连接至另一个部分的情况下，不仅可以是该一个部分直接连接至该另一个部分，而且还可以是该一个部分可经由另外的部分间接连接至该另一个部分。此外，包括某个要素不是指排除其他要素，而是指可进一步包括其他要素，除非另有说明。
将参照附图详细描述本发明的实施方式。
图1是常规袋形电池单元的平面图，图2是根据本发明的包括储气单元和分隔部件的袋形电池单元的平面图，图3是图2的电池单元的侧视图。此外，图4是根据本发明的除了储气单元和分隔部件之外，进一步包括注入单元的袋形电池单元的平面图，图5是图4的电池单元的侧视图。
如图1中所示，常规袋形电池单元具有其中配置为容纳电极组件110的容纳单元100的外周被密封的形状。结果，常规电池单元具有以下问题：由于在电极组件110操作时产生的气体，容纳单元的密封变弱或者容纳单元破裂。为了防止该问题，可考虑设置配置为储存气体的储气单元的形式。然而，这是能够容纳气体的袋的形式，无法用于提前通知由于气体的产生而导致的电池单元的危险。
相比之下，如图2中所示，根据本发明的袋形电池单元包括设置在容纳单元100外部的储气单元200，容纳单元100配置为容纳电极组件110。储气单元200具有配置为将储气单元200分隔为预定部分的分隔部件210。
容纳单元100形成为其中容纳单元的外周在电极组件110和电解质溶液容纳在容纳单元中的状态下被热熔合的形状。通过使层压片变形来形成容纳单元100。当从外部观看时，容纳单元100配置为其中将电极组件110安置于其中的空间突出的形状。
可以以与容纳单元100相同的方式通过使层压片变形形成预定空间(即，突出的空间)来形成储气单元200，或者可使用在形成密封部时不密封与储气单元200对应的部分的方法来形成储气单元200。
储气单元200和容纳单元100在它们之间也形成密封部的状态下彼此分离。储气单元200与容纳单元100之间的密封部用于防止材料在容纳单元100与储气单元200之间移动。在储气单元200与容纳单元100之间的密封部中可设置第一单向阀500，使得仅气体可移动。
在根据本发明的电池单元中，信号发送方法可根据储气单元200的形状而不同。作为一示例，在如上所述通过突出的空间构成储气单元200的情况下，可通过识别对设置在储气单元200中的分隔部件210的损坏来发送信号，或者可发送由压力差或电位差产生的信号。此外，在储气单元200简单配置为未被密封的部分而不突出的情况下，尽管可基于压力差或电位差发送信号，但也可确定储气单元200的膨胀程度，由此可发送信号。本发明不限于上述说明，可使用能够感测由于储气单元200中的气体而引起的变化的各种方法。
储气单元200位于容纳单元100外部，储气单元在电池单元中的位置没有限制，只要储气单元连接至容纳单元100即可。就是说，储气单元可位于容纳单元100的横向侧、下侧和上侧中的任意一侧。然而，容纳单元100的上侧不是优选的，因为电极引线从容纳单元的上侧伸出，因此不容易形成储气空间。此外，在储气单元200用作自动电解质注入装置的情况下，可在容纳单元的下侧设置储气单元200，以便防止电解质溶液由于重力而注入。
根据本发明的电池单元可应用于由于电池的操作而产生气体的所有电池，因而不仅可用在使用电解质溶液的电池中，而且还可用在使用固体电解质而不是隔膜的全固态电池中。
在储气单元200中设置有配置为将储气空间分隔为两个或更多个部分的分隔部件210。多个分隔部件210没有限制，只要分隔部件210能够将分隔部件210中的储气空间分隔即可。优选地，设置一个或多个分隔部件，以便实现分隔的目的。此外，考虑到储气单元200的尺寸和功能，分隔部件210的数量适合为7个或更少。当分隔部件210破裂或变形时，与分隔部件210连接的传感器300、310和320感测从分隔部件210产生的信号，并且感测的信号被发送至报警部件400，报警部件400给用户发送警报。
分隔部件210可由与袋相同的材料制成，并且分隔部件的材料可具有与袋的材料不同的密封程度，或者可比袋的材料更容易损坏。此外，各个分隔部件210可由不同的材料制成，并且每个分隔部件210可配置为具有弹性的结构，当预定压力施加至分隔部件时，分隔部件的一部分由于该弹性而在移动后恢复。这可根据电池单元的尺寸和形状以及传感器300、310和320的灵敏度和形状而不同。如图4中所示，分隔部件210可膨胀或变形。
分隔部件210的尺寸可根据每个分隔部件210的功能而不同。在储气单元200仅储存气体的情况下，第一分隔部件211可位于与储气单元200的2/3对应的点处，由此被引入气体的部分的空间可更大并且设置在第一分隔部件211后方的部分可更小。然而，对于配置为使诸如电解质溶液之类的材料移动到容纳单元100中的电池单元来说，如图4中所示，分隔部件210可位于与储气单元的1/5对应的点处，由此被引入气体的部分的空间可小于材料所在的部分。因此，储气单元200中的每个分隔部件210的位置可根据其功能而不同。
根据分隔部件210的功能，分隔部件210之间的距离可彼此相等或不同。此外，分隔部件210之间的距离可根据施加至分隔部件210的压力而改变。然而，分隔部件210之间的距离之和不能超过储气单元200的尺寸的1/2。
在200kgf的压力施加至第一分隔部件211，350kgf的压力施加至第二分隔部件212，并且500kgf的压力施加至第三分隔部件213的情况下，分隔部件210可破裂或被打开，由此可给传感器300发送信号。这是基于由于过充电而导致的压力变化。第一分隔部件211可通知在异常充电或过充电时产生的信号，并且第二分隔部件212可通知异常状态是否持续。此外，第三分隔部件213可通知电池单元燃烧和爆炸的可能性。在第三分隔部件213的后方处压力进一步增加的情况下，可感测到信号，由此可停止电池的功能。可根据分隔部件210的数量增加或改变分隔部件210的功能。然而，分隔部件210基本上用于通知用户电池单元是否异常。此外，在电池单元异常的情况下，施加至分隔部件的压力可根据施加至电池单元的压力而改变。
可使用中断给电池提供电流的方法、添加配置为干扰电池功能的材料的方法、或将这种材料引入电池中的方法来停止电池的功能。然而，可使用能够停止电池的功能的所有方法。
传感器300、310和320的种类没有限制，只要传感器能够感测分隔部件210中的变化即可。作为一示例，传感器300、310和320的每一个可以是接触传感器、压力传感器或温度传感器。然而，本发明不限于此。可使用不同种类的传感器300、310和320感测分隔部件210中的变化。然而，优选地，为了便于制造，可使用相同种类的传感器感测分隔部件中的变化。
传感器300、310和320的每一个都感测信号并且在该信号表示预定值或更高的情况下向报警部件400发送异常。报警部件400产生的警报不仅可以是诸如声音警报之类的可听警报，而且还可以是视觉警报，诸如使用闪光灯、导航仪或显示器之类的警报。报警部件400可提供从BMS接收的警报，或者可在连接至电池的状态下提供警报。
传感器300、310和320以及报警部件400的位置没有限制，只要上述部件能够感测分隔部件211、212和213中产生的变化并且发送感测的变化即可。然而，为了增加电池的密度，上述部件可如图3中所示位于由容纳单元100与储气单元200之间的密封部限定出的空间中，或者可如图5中所示位于配置为由于储气单元200的变化而膨胀的部分中，以便测量储气单元200上的压力变化并且发送测量的压力。
使用单向阀500和510来将气体或诸如电解质溶液之类的期望的材料仅沿预定方向移动。单向阀500和510可如图2中所示配置为将仅在容纳单元100中产生的气体移动到储气单元200，或者可如图4中所示配置为将储气单元200中的诸如电解质溶液之类的材料移动到容纳单元100。
从图4可见，可利用分隔部件210给电池提供由于电池的使用而消耗的诸如电解质溶液之类的材料。分隔部件210由于通过第一单向阀500引入的气体而膨胀或移动。随后，包括诸如电解质溶液之类的消耗材料的部分的压力由于分隔部件210的膨胀或移动而增加。结果，消耗材料通过与包括消耗材料的部分连接的第二单向阀510移动。就是说，分隔部件210基于重力和由于产生的气体引起的压力变化而操作。在一般情况下，电解质溶液由于诸如重力之类的力而存在于储气单元200中，当产生气体时，电解质溶液通过第二单向阀510移动到容纳单元100。储气单元200可位于容纳单元的横向侧或上侧，以便均匀地分配电解质溶液，只要电解质溶液可通过第二单向阀510仅沿一个方向移动即可。然而，优选地，储气单元位于容纳单元的下侧，以便防止电解质溶液在产生气体之前移动。当然，储气单元200可位于容纳单元的下侧以及相对的横向侧的每一侧。
当电池的分隔部件210到达预定部分，例如，最外侧的分隔部件定位成和与包括消耗材料的部分对应的电池壳体的外表面相邻时，传感器300感测到分隔部件的移动。传感器300可向报警部件发送信号来作为危险信号或表示是否停止电池的信号，或者传感器300可在感测到信号时停止电池的功能。
本发明所属领域的普通技术人员将理解，在不背离本发明的范围的情况下，可基于以上描述进行各种应用和修改。
-参考标记的描述-
100：容纳单元
110：电极组件
200：储气单元
210：分隔部件
211：第一分隔部件
212：第二分隔部件
213：第三分隔部件
300、310、320：传感器
400：报警部件
500：第一单向阀
510：第二单向阀。
工业实用性
从以上描述显而易见的是，根据本发明的电池单元通过提供在储气单元中分隔的储气空间，能够在停止电池的功能或发生诸如电池爆炸之类的事故之前通知电池的状态。
现有发明仅仅公开了从电池排放气体的构造或通知由于气体导致的电池膨胀的构造。然而，本发明可通过提供分隔的储气空间，根据气体产生的程度给电池用户提供信号，由此可为电池导致的事故做好准备。

Claims (10)

1.一种电池单元，所述电池单元配置为使得电极组件与电解质溶液一起容纳在电池壳体的容纳单元中，所述电池单元包括：
储气单元，所述储气单元配置为储存在所述电池单元中产生的气体，所述储气单元形成在所述容纳单元外部，和
分隔部件，所述分隔部件配置为将所述储气单元中限定的空间分隔为两个或更多个部分，所述分隔部件设置在所述储气单元中，
其中所述储气单元在其外表面设置有传感器，所述传感器配置为基于每个分隔部件感测信号，
其中所述电池壳体具有在所述电极组件和所述电解质溶液容纳在所述电池壳体中的状态下通过热熔合所述电池壳体的外周表面而形成的第一密封部，
其中在所述容纳单元与所述储气单元之间形成有第二密封部，
其中所述传感器是接触传感器、压力传感器和温度传感器中至少之一，
其中所述分隔部件由配置为当所述分隔部件由于气体而膨胀时比所述电池单元的外壁更容易损坏或更容易变形的材料制成。
2.根据权利要求1所述的电池单元，其中所述第二密封部设置有第一单向阀，所述第一单向阀配置为当所述电池单元中的气体膨胀到预定压力或更高时将所述气体引导至所述储气单元。
3.根据权利要求1所述的电池单元，其中：
在所述储气单元中的第一部分填充气体的情况下，通过安装于所述第一部分的传感器感测该情况，
在被设定为危险级别的第（N-1）部分填充气体的情况下，通过安装于所述第（N-1）部分的传感器感测该情况，所述第（N-1）部分是在所述第一部分之后填充气体的部分，并且
在最后一个部分填充气体的情况下，将气体排出，以停止电池功能。
4. 根据权利要求1所述的电池单元，其中：
所述传感器连接至报警部件，并且
在所述信号偏离预定值的情况下，所述传感器将所述信号发送至所述报警部件。
5.根据权利要求2所述的电池单元，进一步包括缩小部分，所述缩小部分配置为不使气体引入所述缩小部分中，而是配置为使得所述缩小部分中的空间的体积由于所述分隔部件的变形而减小。
6.根据权利要求5所述的电池单元，其中在所述第二密封部中设置有第二单向阀，所述第二单向阀配置为将所述电解质溶液从所述缩小部分移动到所述容纳单元。
7.根据权利要求5所述的电池单元，其中在产生气体之前所述缩小部分具有比膨胀部分大的体积，所述膨胀部分配置为当气体引入所述膨胀部分时所述膨胀部分的体积由于所述分隔部件的变形而增加。
8.一种电池组，包括根据权利要求1至7中任一项所述的电池单元。
9.一种包括根据权利要求8所述的电池组作为电源的装置。
10.根据权利要求9所述的装置，其中所述装置是移动电子装置；由电池供电的电机驱动的电动工具；电动汽车；电动两轮车；电动高尔夫球车；或电力储存系统。
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