CN112909396A - 电池单元壳体部及包括该电池单元壳体部的电池模块 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种电池单元壳体部及包括该电池单元壳体部的电池模块，根据本发明的一个实施例的电池单元壳体部可以包括：电池单元支撑构件，形成有容纳二次电池单元的至少一个安装部；以及壳体构件，覆盖容纳在所述安装部中的二次电池单元，与所述二次电池单元的两端部相邻的部分结合于所述电池单元支撑构件，并且在至少一部分形成有伸缩形状的伸缩部。

Description

电池单元壳体部及包括该电池单元壳体部的电池模块
技术领域
本发明涉及一种电池单元壳体部及包括该电池单元壳体部的电池模块。
背景技术
随着对移动设备、电动车辆、能量存储系统(Energy Storage System，ESS)等技术的开发和需求的增加，对于作为能源的二次电池单元的需求急剧增加。二次电池单元中的化学能与电能之间的相互转换是可逆的，从而二次电池单元是可以反复充电和放电的电池。
所述二次电池单元包括作为二次电池的主要组成物的阳极、阴极、隔膜和电解液等电极组件以及保护该电极组件的多层外装材料(Laminated Film Case)的电池单元主体构件。
然而，这种电极组件会在充电和放电过程中产生热量，这种热量引起的温度的上升会降低二次电池单元的性能。
另外，当这种热量的产生加剧时，所述二次电池单元的内部压力上升，会导致所述二次电池单元起火。
此外，如能量存储系统(ESS)等安装有多个二次电池单元的情况下，二次电池单元会起火并同时爆炸，并且导致火焰传播到周围的其他二次电池单元。
另一方面，在所述电池单元主体构件为接合三个面的袋型二次电池的情况下，下面部与冷却板构件相接而构成，以将在所述二次电池单元中产生的热量排放到外部，并且所述冷却板构件连接至散热器以将热量排放到外部。
然而，现有的冷却板(Cooling Plate)仅仅用作将所述二次电池单元的热量排放到外部，并且存在无法防止在所述二次电池单元中产生的火焰传播到相邻的二次电池单元的局限性。
因此，为了改善上述问题以及局限性，需要对电池单元壳体部及包括该电池单元壳体部的电池模块进行研究。
现有技术文献
专利文献
(专利文献1)KR 10-2017-0014309A
发明内容
(一)要解决的技术问题
本发明的目的在于，提供一种能够防止二次电池单元产生的火焰传播的电池单元壳体部及包括该电池单元壳体部的电池模块。
另一方面，本发明的目的在于，提供一种在二次电池单元发生鼓胀时能够防止由此引起的二次电池单元的爆炸的电池单元壳体部及包括该电池单元壳体部的电池模块。
(二)技术方案
根据本发明的一个实施例的电池单元壳体部可以包括：多个二次电池单元；电池单元支撑构件，形成有容纳所述二次电池单元的至少一个安装部；以及壳体构件，覆盖容纳在所述安装部中的二次电池单元，与所述二次电池单元的两端部相邻的部分结合于所述电池单元支撑构件，并且在至少一部分形成有伸缩形状的伸缩部。
具体地，根据本发明的一个实施例的电池单元壳体部的所述壳体构件可以包括：端部板部，包覆所述电池单元支撑构件的一端部；以及侧面板部，包覆容纳在所述安装部中的所述二次电池单元，并且一端部连接到所述端部板部，另一端部结合到所述电池单元支撑构件。
其中，根据本发明的一个实施例的电池单元壳体部的所述侧面板部的特征在于，在与所述端部板部连接的一端部和与所述电池单元支撑构件结合的另一端部中的至少一个端部设置有所述伸缩部。
并且，根据本发明的一个实施例的电池单元壳体部的所述伸缩部的特征在于，其为波纹管(bellows)形状。
另外，根据本发明的一个实施例的电池单元壳体部的所述壳体构件的特征在于，其被形成为一端部为封闭的形状且另一端部为开放的形状，以分别装配结合在容纳有所述二次电池单元的所述电池单元支撑构件的上部和下部。
其中，根据本发明的一个实施例的电池单元壳体部的所述壳体构件的特征在于，其被由厚度至少为0.65mm的铁形成，或者由厚度至少为1.0mm的铝形成。
并且，根据本发明的一个实施例的电池单元壳体部的所述电池单元支撑构件可以包括结合部，所述结合部形成为与所述壳体构件的所述伸缩部的形状对应的形状，以与所述壳体构件结合，其中所述伸缩部具有形成为Z字形的凹陷形状。
另外，根据本发明的一个实施例的电池单元壳体部的所述电池单元支撑构件可以包括电池单元间隙形成部，所述电池单元间隙形成部结合在所述安装部，以在所述安装部与所述二次电池单元之间形成间隙。
其中，根据本发明的一个实施例的电池单元壳体部的所述电池单元间隙形成部的特征在于，其设置有与形成在所述安装部上的第一突出片配合形成柱形状的第二突出片，以在所述第一突出片和所述第二突出片的周围形成空间。
并且，根据本发明的一个实施例的电池单元壳体部的所述电池单元间隙形成部的特征在于，其在所述安装部与所述二次电池单元之间形成至少2mm的间隙。
根据本发明的另一实施例的电池模块可以包括：所述电池单元壳体部，容纳有至少一个二次电池单元；以及主体框架构件，设置有多个所述电池单元壳体部。
其中，根据本发明的另一实施例的电池模块的所述主体框架构件可以包括壳体间隙形成部，所述壳体间隙形成部设置在彼此相邻的所述电池单元壳体部之间，以在彼此相邻的所述电池单元壳体部之间形成间隙。
(三)有益效果
本发明的电池单元壳体部及包括该电池单元壳体部的电池模块能够防止二次电池单元产生的火焰传播。
另一方面，本发明的电池单元壳体部及包括该电池单元壳体部的电池模块在二次电池单元发生鼓胀时能够防止由此引起的二次电池单元的爆炸。
并且，本发明的电池模块可以改善如能量存储系统(ESS)等安装有多个二次电池单元时任一个二次电池单元的爆炸传播到周围的其他二次电池单元而发生连续爆炸的问题。
但是，本发明的各种有益的优点和效果并不限定于上述内容，在说明本发明的具体实施方式的过程中会更加容易理解。
附图说明
图1是示出本发明的电池单元壳体部的立体图。
图2是示出本发明的电池单元壳体部中的二次电池单元被分离的状态的剖视图。
图3是示出本发明的电池单元壳体部的剖视图。
图4是示出本发明的包括电池单元壳体部的电池模块的剖视图。
图5是示出本发明的电池模块中包括壳体间隙形成部的实施例的立体图。
图6至图8是示出本发明的电池模块中壳体间隙形成部形成在电池单元壳体部之间的状态的剖视图。
附图标记说明
100：电池单元壳体部 110：电池单元支撑构件
111：安装部 112：结合部
113：电池单元间隙形成部 120：壳体构件
121：伸缩部 122：端部板部
123：侧面板部 200：主体框架构件
210：壳体间隙形成部
具体实施方式
下面将参照附图说明本发明的优选实施方式。但是，本发明的实施方式可以变更为各种不同的方式，本发明的范围不限于以下描述的实施方式。而且，本发明的实施方式是为了向所属领域的普通技术人员更加完整地描述本发明而提供的。为了更清楚的描述，在附图中可以放大表示组件的形状和大小等。
另外，除非在上下文中另有明确的说明，否则本说明书中的单数形式的表述包括复数形式，并且在整个说明书中，相同或相似的附图标记表示相同的组件或相应的组件。
本发明涉及一种电池单元壳体部100及包括该电池单元壳体部的电池模块，可以防止二次电池单元C产生的火焰的传播。
另外，本发明不仅能够防止火焰的传播，还可以防止二次电池单元C内部的电解液流出，或者使电解液的流出最小化。
并且本发明可以使产生火焰的二次电池单元C内部的空气最小化，从而防止火焰的增加，并且可以通过仅向二次电池单元C的电极接头的方向引导火焰来使火灾转移可能性最小化。
另一方面，本发明的电池单元壳体部100及包括该电池单元壳体部的电池模块可以防止在发生二次电池单元C的鼓胀(swelling)时由此引起的二次电池单元C的爆炸。
即，为了防止火焰的传播，在二次电池单元C周围设置板材的状态下，由于二次电池单元C内部产生热量而发生二次电池单元C膨胀的鼓胀现象时，所述板材紧贴在二次电池单元C的外部，此时由于反作用，施加于二次电池单元C的力也增加。
因此，会进一步导致所述二次电池单元C爆炸，但是本发明可以改善上述问题。
尤其，本发明的电池单元壳体部100及包括该电池单元壳体部的电池模块可以改善如能量存储系统(ESS)等在安装有多个二次电池单元C的情况下任一二次电池单元C的爆炸传播到周围的其他二次电池单元C而导致连续爆炸的问题。
具体参照附图进行说明，图1是示出本发明的电池单元壳体部100的立体图，图2是示出本发明的电池单元壳体部100中的二次电池单元被分离的状态的剖视图，参照上述图，根据本发明的一个实施例的电池单元壳体部100可以包括：多个二次电池单元C；电池单元支撑构件110，形成有容纳所述二次电池单元C的至少一个安装部111；以及壳体构件120，覆盖容纳在所述安装部111中的二次电池单元C，并且与所述二次电池单元C的两端部相邻的部分结合于所述电池单元支撑构件110，并且在至少一部分形成有伸缩形状的伸缩部121。
如上所述，本发明的电池单元壳体部100可以通过设置可覆盖所述二次电池单元C的壳体构件120来防止二次电池单元C产生的火焰的传播。
并且，所述壳体构件120被设置为一部分可以伸缩，因此，在发生二次电池单元C的鼓胀(swelling)时，不会压迫所述二次电池单元C，可伸缩，从而能够防止所述二次电池单元C被压迫而爆炸的问题。
为此，所述二次电池单元C容纳在所述电池单元支撑构件110中，并且包括部分伸缩形状的所述壳体构件120结合到容纳有所述二次电池单元C的所述电池单元支撑构件110，同时包覆所述二次电池单元C。
其中，所述电池单元支撑构件110设置有安装部111，以容纳所述二次电池单元C。并且所述电池单元支撑构件110可以包括形成为与所述壳体构件120对应的形状的结合部112，以与所述壳体构件120结合，另外，所述电池单元支撑构件110还可以包括电池单元间隙形成部113，其在容纳于所述安装部111的相邻的所述二次电池单元C之间形成间隙t2。对此的详细说明将在后面参照图3进行说明。
所述壳体构件120结合在所述电池单元支撑构件110，并且被设置为覆盖所述二次电池单元C，因此，即使在所述二次电池单元C中产生火焰，也可以防止上述火焰传播到外部。
为此，所述壳体构件120可以包括端部板部122、侧面板部123等，对此的详细说明将在后面参照图3进行说明。
另外，所述壳体构件120可以是一端部封闭且另一端部开放的形状。具有如上所述的形状的壳体构件120可以通过装配到安装有所述二次电池单元C的所述电池单元支撑构件110来结合。
即，根据本发明的一个实施例的电池单元壳体部100的所述壳体构件120的特征在于，其形成为一端部封闭且另一端部开放的形状，因此可以通过分别装配在容纳有所述二次电池单元C的所述电池单元支撑构件110的上部和下部来结合。
作为所述壳体构件120为一端封闭且另一端开放的形状的例子，所述壳体构件120可以形成为“匸”形状。
因此，所述壳体构件120包覆安装在所述电池单元支撑构件110中的所述二次电池单元C，从而可以阻断在所述二次电池单元C中产生的火焰传播到外部。
另外，所述电池单元支撑构件110可以在上端部和下端部分别容纳二次电池单元C，并且可以在上端部和下端部的两面分别容纳二次电池单元C。并且，“匸”形状的壳体构件120分别结合在所述电池单元支撑构件110的上端部和下端部，以包覆所述二次电池单元C。
如上所述的壳体构件120由金属材料形成，从而可以防止所述二次电池单元C的火焰的传播。
例如，根据本发明的一个实施例的电池单元壳体部100的所述壳体构件120的特征在于，其由厚度t1至少为0.65mm的铁(Fe)形成，或者由厚度t1至少为1.0mm的铝(Al)形成。
如上所述限制所述壳体构件120的材料和厚度t1是因为，上述材料和厚度t1可以在抵抗所述二次电池单元C产生火焰的同时，节省材料的使用。
[表1]
Figure BDA0002817705510000081
在上述表1中可以确认，即，在使用铁形成所述壳体构件120且将厚度t1形成为至少0.65mm或者使用铝形成所述壳体构件120且将厚度t1形成为至少1.0mm的实验结果中，可以从火灾没有转移的情况确认是有效的材料和厚度t1。
图3是示出本发明的电池单元壳体部100的剖视图，参照图3，根据本发明的一个实施例的电池单元壳体部100的所述壳体构件120可以包括：端部板部122，包覆所述电池单元支撑构件110的一端部；以及侧面板部123，包覆容纳在所述安装部111中的所述二次电池单元C，并且一端部连接到所述端部板部122，另一端部结合到所述电池单元支撑构件110。
即，所述壳体构件120包括所述端部板部122和所述侧面板部123，因此，所述壳体构件被设置为覆盖所述二次电池单元C，从而即使所述二次电池单元C产生火焰，也可以阻断所述火焰传播到外部。
为此，所述端部板部122设置在所述电池单元支撑构件110的一端部，结合在所述端部板部122的两端部的所述侧面板部123设置为包覆容纳在所述安装部111中的所述二次电池单元C。
并且，在所述侧面板部123设置有所述伸缩部121，从而在发生所述二次电池单元C的鼓胀时，也不会压迫所述二次电池单元C。
即，根据本发明的一个实施例的电池单元壳体部100的所述侧面板部123的特征在于，在与所述端部板部122连接的一端部和与所述电池单元支撑构件110结合的另一端部中的至少一个端部中设置有所述伸缩部121。
也就是说，所述侧面板部123的一端部连接到所述端部板部122，另一端部连接到所述电池单元支撑构件110，并且由于设置有所述伸缩部121，因此即使所述二次电池单元C膨胀，也可以通过所述伸缩部的伸长来容纳这种鼓胀变形。
例如，根据本发明的一个实施例的电池单元壳体部100的所述伸缩部121的特征在于，其为波纹管(bellows)形状。
根据如上所述的波纹管形状，在所述二次电池单元C膨胀时，所述伸缩部121的弯曲部分被展开，以容纳所述二次电池单元C的变形。并且，这种变形是由根据所述壳体构件120的材料的弹性变形区域容纳，其通过压迫所述二次电池单元C的规定大小的膨胀来在一定程度上防止所述二次电池单元C的鼓胀。
并且，根据本发明的一个实施例的电池单元壳体部100的所述电池单元支撑构件110可以包括结合部112，所述结合部112形成为与所述壳体构件120的所述伸缩部121的形状对应的形状，以与所述壳体构件120结合，其中所述伸缩部121具有形成为Z字形的凹陷形状。
例如，所述伸缩部121的截面形状可以形成为“S”字形状，所述电池单元支撑构件110可以形成为与所述伸缩部121截面形状对应的“S”字形状。
如上所述，所述电池单元支撑构件110形成为与所述伸缩部121的形状对应，因此，在平常所述二次电池单元C没有发生鼓胀时，所述伸缩部121装配至所述结合部112并保持结合。另一方面，在所述二次电池单元C发生鼓胀的情况下，所述伸缩部121的一部分从所述结合部112脱离，以容纳所述二次电池单元C的鼓胀变形。
另外，在所述“S”字形状的伸缩部121形成在所述壳体构件120的下端部的情况下，所述结合部112也形成在所述二次电池单元C的下端部。此时，在所述二次电池单元C的主体构件被损坏而内部的电解液流出的情况下，将电解液容纳在所述壳体构件120与所述电池单元支撑构件110之间。因此，可以阻止二次电池单元C内部的电解液的流出，或者使电解液的流出最小化。
也就是说，在所述电池单元支撑构件110的结合部112装配并结合在所述壳体构件120的伸缩部121的情况下，如果所述电解液欲从下部流出，则需要通过由所述伸缩部121和所述结合部112形成的“S”字的流路。这与以直线型结合的情况相比，增加流路的路径，并且需要通过曲线流路，因此，形成所述电解液更难以流出到外部的条件。因此，可以阻止或最小化所述电解液流出到外部。
另外，根据本发明的一个实施例的电池单元壳体部100的所述电池单元支撑构件100可以包括电池单元间隙形成部113，其结合到所述安装部111，以在所述安装部111与所述二次电池单元C之间形成间隙t2。
通过如上所述的电池单元间隙形成部113在所述二次电池单元C之间形成间隙t2，从而可以防止向相邻的二次电池单元C传播热量。即，不仅降低火焰的传递，还降低热量的传递，因此可防止相邻的二次电池单元C的爆炸。
其中，设置有所述电池单元间隙形成部113的部分为所述电池单元支撑构件110的安装部111。即，所述电池单元支撑构件110在两侧面形成安装部111，在两侧面分别安装并容纳二次电池单元C，在所述安装部111中的至少一个中结合有所述电池单元间隙形成部113，从而在容纳在所述电池单元支撑构件110的两侧的二次电池单元C之间形成间隙t2。
其中，根据本发明的一个实施例的电池单元壳体部100的所述电池单元间隙形成部113的特征在于，其设置有与形成在所述安装部111上的第一突出片111a配合形成柱形状的第二突出片113a，以在所述第一突出片111a和所述第二突出片113a的周围形成空间。
即，所述电池单元间隙形成部113的形状只要能够在所述安装部111与所述二次电池单元C之间形成间隙t2，即可以是本发明的电池单元间隙形成部113的形状，并且可以将形成有与所述第一突出片111a对应的第二突出片113a的形状作为一个例子提出。
如上所述，形成在所述安装部111的第一突出片111a与形成在所述电池单元间隙形成部113的所述第二突出片113a彼此面对地相接，从而形成柱形状。因此，通过所述电池单元间隙形成部113形成间隙t2。
并且，根据本发明的一个实施例的电池单元壳体部100的所述电池单元间隙形成部113的特征在于，其可以在所述安装部111与所述二次电池单元C之间形成至少2mm的间隙t2。
如上限制通过所述电池单元间隙形成部113形成的间隙t2的间距是为了将防止相邻的二次电池单元C之间的热传递最大化的同时，较小地形成间隙t2的间距，从而提高空间利用率。
[表2]
Figure BDA0002817705510000111
在上述表2中可以确认，即，与间隙t2为2mm的情况相比，即使由所述电池单元间隙形成部113形成的间隙t2大于2mm，相邻的二次电池单元C的温度变化不大。因此，在作为最小的间隙t2设定2mm时，可以具有相同的阻热效果，因此，将由所述电池单元间隙形成部113形成的间隙t2设定为至少2mm。
图4是示出本发明的包括电池单元壳体部100的电池模块的剖视图，参照上述图，根据本发明的另一实施例的电池模块可以包括：所述电池单元壳体部100，容纳有至少一个二次电池单元C；以及主体框架构件200，设置有多个所述电池单元壳体部100。
如上所述，本发明的电池模块通过包括上述电池单元壳体部100，可以防止二次电池单元C产生的火焰的传播，在另一方面，可以防止在二次电池单元C发生鼓胀时由此引起的二次电池单元C的爆炸。
另外，不同于通过形成所述二次电池单元C之间的间隙t2来防止热量的传播，本发明的电池模块还可以通过在所述电池单元壳体部100之间形成间隙t2来防止电池单元壳体部100之间的热量的传播。对此的说明将在后面参照图5至图8进行说明。
并且，其中所述主体框架构件200可以是容纳多个所述电池单元壳体部100的箱形状的框架，并且还可以是捆绑连接多个所述电池单元壳体部100的条(bar)形状的框架。
图5是示出本发明的电池模块中包括壳体间隙形成部210的实施例的立体图，图6至图8是示出本发明的电池模块中壳体间隙形成部210形成在电池单元壳体部100之间的状态的剖视图。
其中，所述图6是示出在壳体间隙形成部210形成在电池单元壳体部100之间的实施例中的二次电池单元C的侧端部整体的图，图7是放大示出二次电池单元C的上端部部分的图，图8是放大示出二次电池单元C的下端部部分的图。
参照上述图，根据本发明的另一实施例的电池模块的所述主体框架构件200可以包括壳体间隙形成部210，其设置在彼此相邻的所述电池单元壳体部100之间，以在彼此相邻的所述电池单元壳体部100之间形成间隙。
即，不同于通过在所述二次电池单元C之间形成间隙来防止热量的传播，本发明的电池模块可以包括壳体间隙形成部210，从而可以通过在所述电池单元壳体部100之间形成间隙来防止电池单元壳体部100之间的热量的传播。
所述壳体间隙形成部210可以被设置为在所述电池单元壳体部100之间形成空气间隙，但是还可以通过使用填充间隙之间的材料来保持间隙。
作为所述壳体间隙形成部210形成空气间隙的例子，如图5所示，在边缘部分形成支撑部，并且在中间部分形成空间。
另外，在图6至图8中示出了所述壳体间隙形成部210在间隙之间填充材料的例子。其中，形成所述壳体间隙形成部210的间隙的材料可以是隔热材料，例如，可以是聚合物隔热材料。但是，并不限定于上述材料，只要在相邻的电池单元壳体部100之间执行隔热，即可以是形成本发明的壳体间隙形成部210的填充材料。
以上描述了本发明的实施例，但本发明的权利范围不限于此，在不脱离权利要求书中记载的本发明的技术思想的范围内，可以进行各种修改和改变，这对于本领域技术人员而言是显而易见的。

Claims (12)

1.一种电池单元壳体部，包括：
多个二次电池单元；
电池单元支撑构件，形成有容纳所述二次电池单元的至少一个安装部；以及
壳体构件，覆盖容纳在所述安装部中的二次电池单元，与所述二次电池单元的两端部相邻的部分结合于所述电池单元支撑构件，并且在至少一部分形成有伸缩形状的伸缩部。
2.根据权利要求1所述的电池单元壳体部，其中，
所述壳体构件包括：
端部板部，包覆所述电池单元支撑构件的一端部；以及
侧面板部，包覆容纳在所述安装部中的所述二次电池单元，并且一端部连接到所述端部板部，另一端部结合到所述电池单元支撑构件。
3.根据权利要求2所述的电池单元壳体部，其特征在于，
在所述侧面板部的与所述端部板部连接的一端部和与所述电池单元支撑构件结合的另一端部中的至少一个端部设置有所述伸缩部。
4.根据权利要求1所述的电池单元壳体部，其特征在于，
所述伸缩部为波纹管形状。
5.根据权利要求1所述的电池单元壳体部，其特征在于，
所述壳体构件被形成为一端部为封闭的形状且另一端部为开放的形状，以分别装配结合在容纳有所述二次电池单元的所述电池单元支撑构件的上部和下部。
6.根据权利要求1所述的电池单元壳体部，其特征在于，
所述壳体构件由厚度至少为0.65mm的铁形成，或者由厚度至少为1.0mm的铝形成。
7.根据权利要求1所述的电池单元壳体部，其中，
所述电池单元支撑构件包括结合部，
所述结合部被形成为与所述壳体构件的所述伸缩部的形状对应的形状，以与所述壳体构件结合，其中所述伸缩部具有形成为Z字形的凹陷形状。
8.根据权利要求1所述的电池单元壳体部，其中，
所述电池单元支撑构件包括电池单元间隙形成部，
所述电池单元间隙形成部结合在所述安装部，以在所述安装部与所述二次电池单元之间形成间隙。
9.根据权利要求8所述的电池单元壳体部，其特征在于，
所述电池单元间隙形成部设置有与形成在所述安装部上的第一突出片配合形成柱形状的第二突出片，以在所述第一突出片和所述第二突出片的周围形成空间。
10.根据权利要求8所述的电池单元壳体部，其特征在于，
所述电池单元间隙形成部在所述安装部与所述二次电池单元之间形成至少2mm的间隙。
11.一种电池模块，包括：
权利要求1至10中的任一项所述的电池单元壳体部，容纳有至少一个二次电池单元；以及
主体框架构件，设置有多个所述电池单元壳体部。
12.根据权利要求11所述的电池模块，其中，
所述主体框架构件包括壳体间隙形成部，
所述壳体间隙形成部设置在彼此相邻的所述电池单元壳体部之间，以在彼此相邻的所述电池单元壳体部之间形成间隙。
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