CN112689926A - 包括具有膨胀吸收和隔热功能的复合垫的电池模块、包括该电池模块的电池组和车辆 - Google Patents
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Abstract
公开了一种电池模块,包括:单元堆叠体,其包括多个电池单元和夹在相邻电池单元之间的至少一个复合垫;和配置为容纳单元堆叠体的模块壳体,其中复合垫包括:一对膨胀吸收垫,其根据因膨胀引起的电池单元的体积扩张而被压缩;和隔热垫,隔热垫夹在一对膨胀吸收垫之间,以阻挡相邻电池单元之间的热传递,并且隔热垫配置为在预设的基准温度以上膨胀。
Description
技术领域
本公开内容涉及一种包括具有膨胀吸收和隔热功能的复合垫的电池模块、包括该电池模块的电池组和车辆,更具体地,涉及一种包括具有膨胀吸收垫和隔热垫的复合垫的电池模块、包括该电池模块的电池组和车辆,膨胀吸收垫根据因膨胀引起的电池单元的扩张而被压缩,当膨胀吸收垫由于电池模块的内部温度升高而被损坏时隔热垫扩张,以填充由膨胀吸收垫占据的空间。
本申请要求于2019年3月4日在韩国提交的韩国专利申请第10-2019-0024840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
通常,电池模块包括冷却系统,以防止在长时间使用时电池模块的寿命由于温度而快速缩短。根据电池模块所使用的环境,考虑到发热量等来设计冷却系统。
然而,在使用电池模块时,如果一些电池单元由于故障而出现异常发热,则温度会持续升高。在这种情况下,当温度超过临界温度时,会发生热失控(thermal runaway),从而导致安全问题。
就是说,当一些电池单元中产生的热失控在短时间内传播到相邻的电池单元时,电池模块的温度整体上迅速升高,这会导致包括多个电池模块在内的整个电池组的温度升高,因而严重损害性能和人员生命。因此,为了防止热失控现象的快速传播,需要在相邻电池单元之间应用用于隔热的构件。
此外,在相邻电池单元之间应用缓冲构件,缓冲构件根据因膨胀引起的电池单元的扩张而被压缩,以吸收该膨胀。缓冲构件可采用EPP垫(发泡聚丙烯垫,expandedpolyproyhylene pad)或聚氨酯垫。
在电池模块的正常使用中,由该材料制成的缓冲垫具有一定程度的弹性,从而具有在电池单元因膨胀而扩张时被压缩来吸收膨胀的功能。此外,缓冲垫可具有保持相邻电池单元之间的间隙并且在异常发热时延缓相邻电池单元之间的热传递的功能。
然而,当在一些电池单元中发生热失控现象而使得电池模块中的温度超过阈值时,由该材料制成的缓冲垫可能会容易损坏和收缩。
如上所述,当缓冲垫由于热量而损坏并收缩时,之间夹有缓冲垫的相邻电池单元之间的间隙减小,因而热失控现象可在相邻电池单元之间更快地传播。
因此,还需要开发具有以下结构的电池模块,该结构能够吸收因电池单元的膨胀而引起的体积扩张,即使电池模块中的温度由于一些电池单元中产生的异常发热而升高到阈值以上时也能够恒定地保持相邻电池单元之间的间隙,并且能够延缓相邻电池单元之间的热失控的传播。
发明内容
技术问题
设计本公开内容来解决上述问题,因此本公开内容旨在提供一种具有以下结构的电池模块,所述结构能够吸收因电池单元的膨胀而引起的体积扩张,即使电池模块中的温度由于一些电池单元中产生的异常发热而升高到阈值以上时也能够恒定地保持相邻电池单元之间的间隙,并且能够延缓相邻电池单元之间的热失控的传播。
然而,本公开内容要解决的技术问题不限于上述内容,本领域技术人员将从以下描述理解到本文中未提及的其他目的。
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,包括:单元堆叠体,所述单元堆叠体包括多个电池单元和夹在相邻电池单元之间的至少一个复合垫;和配置为容纳所述单元堆叠体的模块壳体,其中所述复合垫包括:一对膨胀吸收垫,所述一对膨胀吸收垫根据因膨胀引起的所述电池单元的体积扩张而被压缩;和隔热垫,所述隔热垫夹在所述一对膨胀吸收垫之间,以阻挡相邻电池单元之间的热传递,并且所述隔热垫配置为在预设的基准温度以上膨胀。
所述膨胀吸收垫可在所述基准温度以上收缩,从而厚度减小。
所述隔热垫可在所述基准温度以上膨胀,以填充由于所述膨胀吸收垫的收缩而产生的空间。
所述隔热垫可在所述基准温度以上在厚度方向上具有5至40的膨胀率。
所述电池单元可以是袋型电池单元。
可设置有一个复合垫,所述一个复合垫可设置在所述单元堆叠体的沿堆叠方向的中央处。
所述电池模块可进一步包括:分别设置在每个都包括多个电池单元的单元组之间的多个膨胀吸收垫。
可设置有多个复合垫,所述多个复合垫可分别设置在每个都包括多个电池单元的单元组之间。
所述膨胀吸收垫可包括发泡聚丙烯(EPP)和聚氨酯中的至少一种。
所述隔热垫可包括环氧基树脂、丁基树脂和氯乙烯基树脂中的至少一种。
在本公开内容的另一个方面中,还提供了一种包括根据本公开内容的所述电池模块的电池组和车辆。
有益效果
根据本公开内容的实施方式,可提供一种具有以下结构的电池模块,所述结构能够吸收因电池单元的膨胀而引起的体积扩张,即使电池模块中的温度由于一些电池单元中产生的异常发热而升高到阈值以上时也能够恒定地保持相邻电池单元之间的间隙,并且能够延缓相邻电池单元之间的热失控的传播。
附图说明
附图示出了本公开内容的优选实施方式并与上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,因而本公开内容不应被解释为受限于附图。
图1是示出根据本公开内容一实施方式的电池模块的透视图。
图2是示出根据本公开内容一实施方式的应用于电池模块的电池单元的示图。
图3是示出根据本公开内容一实施方式的应用于电池模块的单元堆叠体的示图,其中电池模块中的温度低于基准温度。
图4是示出根据本公开内容一实施方式的应用于电池模块的单元堆叠体的示图,其中电池模块中的温度等于或高于基准温度。
图5是示出根据本公开内容另一实施方式的应用于电池模块的单元堆叠体的示图。
图6是示出根据本公开内容又一实施方式的应用于电池模块的单元堆叠体的示图。
具体实施方式
下文中,将参照附图详细地描述本公开内容的优选实施方式。在描述之前,应当理解,在说明书和所附权利要求书中使用的术语或词语不应被解释为限于一般含义和字典含义,而是应当基于允许发明人为了最佳解释而适当地定义术语的原则,在对应于本公开内容的技术方面的含义和概念的基础上来解释。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,可对本公开内容做出其他等同和修改。
首先,将参照图1至图4描述根据本公开内容一实施方式的电池模块。
图1是示出根据本公开内容一实施方式的电池模块的透视图,图2是示出根据本公开内容一实施方式的应用于电池模块的电池单元的示图。此外,图3是示出根据本公开内容一实施方式的应用于电池模块的单元堆叠体的示图,其中电池模块中的温度低于基准温度,图4是示出根据本公开内容一实施方式的应用于电池模块的单元堆叠体的示图,其中电池模块中的温度等于或高于基准温度。
参照图1至图4,根据本公开内容一实施方式的电池模块包括单元堆叠体100和用于容纳单元堆叠体100的模块壳体200。单元堆叠体100包括多个电池单元110和夹在相邻电池单元110之间的至少一个复合垫120。
作为电池单元110,例如,可应用袋型电池单元。当电池单元110是袋型电池单元时,如图2中所示,电池单元110实现为包括电极组件(未示出)、袋壳体111、电极引线112和密封胶带113。
虽然在图中未示出,但是电极组件具有其中隔膜夹在重复交替堆叠的正极板和负极板之间的形式,并且为了绝缘,隔膜优选分别位于两个最外侧。
正极板包括正极集流体和涂布在正极集流体的一侧上的正极活性材料层,并且在正极板的一侧的端部处形成未涂布正极活性材料的正极未涂布区域。正极未涂布区域用作正极接片。
负极板包括负极集流体和涂布在负极集流体的一侧或两侧上的负极活性材料层,并且在负极板的一侧的端部处形成未涂布负极活性材料的负极未涂布区域。负极未涂布区域用作负极接片。
此外,隔膜夹在正极板与负极板之间,以防止具有不同极性的电极板彼此直接接触。隔膜可由多孔材料制成,以使得离子可利用作为介质的电解质在正极板与负极板之间移动。
单元壳体111包括两个区域,即,容纳电极组件的容纳部111a、以及在容纳部111a的外周方向上延伸并且在电极引线112被引出的状态下进行热熔合以密封单元壳体111的密封部111b。
虽然在图中未示出,但是单元壳体111是通过将由其中顺序堆叠有树脂层、金属层和树脂层的多层袋膜制成的上壳体和下壳体的边缘部分贴合并热熔合来密封的。
一对电极引线112分别与正极接片(未示出)和负极接片(未示出)连接,并且引出到单元壳体111之外。一对电极引线112在电池单元110的长度方向上平行地引出到一侧,或者在电池单元110的长度方向上分别引出到一侧和另一侧。就是说,应用于本公开内容的电池单元110可以是其中正极引线和负极引线在彼此相同的方向上被引出的单向引出型电池单元,或者是其中正极引线和负极引线在相反的方向上被引出的双向引出型电池单元。
密封胶带113附接至电极引线112的外周,并且夹在袋壳体111的密封部111b的内表面与电极引线112之间。密封胶带113防止密封部111b的密封性能因电极引线112的引出而变弱。
复合垫120夹在相邻电池单元110之间,并且可仅设置一个,以使单元堆叠体100的厚度增加最小。当如上所述设置一个复合垫120时,复合垫120优选设置在单元堆叠体100的沿堆叠方向的中央。这是为了有效阻挡热失控在相邻电池单元110之间的传播。
复合垫120包括一对膨胀吸收垫121和夹在该对膨胀吸收垫121之间的隔热垫122。
当由于电池模块的重复充电和放电而在电池单元110中发生膨胀(swelling),因而电池单元110沿着堆叠方向凸出地扩张时,膨胀吸收垫121被压缩,以吸收膨胀。考虑到该功能,膨胀吸收垫121可由具有弹性的材料制成,例如可包括发泡聚丙烯(EPP,expandedpolyproyhylene)和聚氨酯中的至少一种。
当电池模块内部的温度由于电池模块的异常发热而变为约100℃至300℃的高温时,膨胀吸收垫121损坏并收缩。当该高温状态保持一定时间时,厚度接近于0。
隔热垫122夹在一对膨胀吸收垫121之间,以使位于两侧的、之间夹有复合垫120的电池单元110之间的热传递最小化。此外,当电池模块内部的温度异常升高至膨胀吸收垫121损坏并收缩的温度(约100℃至300℃)以上时,隔热垫122具有膨胀的特性。
对于根据温度的工作特性来说,隔热垫122例如可包括环氧基树脂、丁基树脂和氯乙烯基树脂中的至少一种。
当电池模块的内部温度由于电池模块的异常发热现象而升高至基准温度(约100℃至300℃)时,隔热垫122膨胀,以填充由于膨胀吸收垫121的损坏而形成的空间。就是说,隔热垫122防止了膨胀吸收垫121由于电池模块的异常加热被损坏而在相邻电池单元110之间形成空白空间,从而防止相邻电池单元110变得更近并且有效阻挡热传递。
隔热垫122具有约5至40的膨胀率并且仅在厚度方向上膨胀。因此,当电池模块的内部温度升高至基准温度以上时,隔热垫122可充分膨胀,使得在相邻电池单元110之间不产生空白空间。
此外,隔热垫122可具有在约0.05至0.5W/m-k范围内的非常低的热导率,因而可使位于两侧的、之间夹有复合垫120的电池单元110之间的热传递最小化。
接下来,将参照图5描述根据本公开内容另一实施方式的电池模块。
图5是示出根据本公开内容另一实施方式的应用于电池模块的单元堆叠体的示图。
根据本公开内容另一实施方式的电池模块与上述根据本公开内容先前实施方式的电池模块的不同之处仅在于复合垫120的数量,其他特征与先前实施方式大致相同。
因此,在描述根据本公开内容另一实施方式的电池模块时,将集中描述多个复合垫120设置的位置,将不详细描述与先前实施方式相同的其他特征。
参照图5,根据本公开内容另一实施方式的电池模块包括多个复合垫120。复合垫120分别设置在每个都包括多个电池单元110的单元组之间。可考虑电池模块中包括的电池单元110的数量、电池单元110的容量、复合垫120的厚度等来确定一个单元组中包括的电池单元110的数量。
接下来,将参照图6描述根据本公开内容又一实施方式的电池模块。
图6是示出根据本公开内容又一实施方式的应用于电池模块的单元堆叠体的示图。
根据本公开内容又一实施方式的电池模块与上述根据本公开内容先前实施方式的电池模块的不同之处仅在于,除了复合垫120以外,进一步应用膨胀吸收垫121,其他特征与先前实施方式大致相同。
因此,在描述本公开内容又一实施方式的电池模块时,将集中描述额外应用膨胀吸收垫121的位置,将不详细描述与先前实施方式相同的其他特征。
除了设置在单元堆叠体100的沿厚度方向的中央处的复合垫120以外,根据本公开内容又一实施方式的电池模块进一步包括分别设置在每个都包括多个电池单元110的单元组之间的多个膨胀吸收垫121。
当如上所述将膨胀吸收垫121应用到单元堆叠体100的各个位置时,可稳定地吸收因电池单元110的膨胀而引起的体积扩张。此外,由于根据本公开内容又一实施方式的电池模块包括位于单元堆叠体100的中央处的复合垫120,所以与上述根据本公开内容先前实施方式的电池模块类似,即使发生异常发热时,也可以以单元堆叠体100的沿厚度方向的中央为边界防止或延缓热失控的传播,从而确保电池模块在使用时的安全性。
已经详细描述了本公开内容。然而,应当理解,详细描述和具体示例虽然显示了本公开内容的优选实施方式,但仅以举例说明的方式给出,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本领域技术人员将变得显而易见。
Claims (12)
1.一种电池模块,包括:
单元堆叠体,所述单元堆叠体包括多个电池单元和夹在相邻电池单元之间的至少一个复合垫;和
配置为容纳所述单元堆叠体的模块壳体,
其中所述复合垫包括:
一对膨胀吸收垫,所述一对膨胀吸收垫根据因膨胀引起的所述电池单元的体积扩张而被压缩;和
隔热垫,所述隔热垫夹在所述一对膨胀吸收垫之间,以阻挡相邻电池单元之间的热传递,并且所述隔热垫配置为在预设的基准温度以上膨胀。
2.根据权利要求1所述的电池模块,
其中所述膨胀吸收垫在所述基准温度以上收缩,从而厚度减小。
3.根据权利要求2所述的电池模块,
其中所述隔热垫在所述基准温度以上膨胀,以填充由于所述膨胀吸收垫的收缩而产生的空间。
4.根据权利要求3所述的电池模块,
其中所述隔热垫在所述基准温度以上在厚度方向上具有5至40的膨胀率。
5.根据权利要求1所述的电池模块,
其中所述电池单元是袋型电池单元。
6.根据权利要求1所述的电池模块,
其中设置有一个复合垫,所述一个复合垫设置在所述单元堆叠体的沿堆叠方向的中央处。
7.根据权利要求6所述的电池模块,进一步包括:
分别设置在每个都包括多个电池单元的单元组之间的多个膨胀吸收垫。
8.根据权利要求1所述的电池模块,
其中设置有多个复合垫,所述多个复合垫分别设置在每个都包括多个电池单元的单元组之间。
9.根据权利要求1所述的电池模块,
其中所述膨胀吸收垫包括发泡聚丙烯(EPP)和聚氨酯中的至少一种。
10.根据权利要求1所述的电池模块,
其中所述隔热垫包括环氧基树脂、丁基树脂和氯乙烯基树脂中的至少一种。
11.一种电池组,包括根据权利要求1至10中任一项所述的电池模块。
12.一种车辆,包括根据权利要求1至10中任一项所述的电池模块。
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