CN112928378B - 包括热扩散防止构件的电池组、汽车和储能装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种包括热扩散防止构件的电池组、汽车和储能装置。该电池组包括：电池组容纳部，其包括由垂直梁分隔开的多个隔室并且具有开放的顶表面；容纳在电池组容纳部的被分隔开的每个隔室中的电池模块；引线组件，其覆盖电池组容纳部的顶表面并且具有形成在与垂直梁的上端对应的区域中的狭缝；和热扩散防止构件，其插入到引线组件的狭缝中并且安装在垂直梁的上端。根据本发明的电池组可有效阻止容纳在电池组中的任意一个电池模块产生的热量或起火的蔓延，并且能够以各种方式应用于汽车或储能装置。

Description

包括热扩散防止构件的电池组、汽车和储能装置
技术领域
本发明涉及一种包括热扩散防止构件的电池组、汽车和储能装置。
背景技术
随着移动装置的技术发展和需求增加，对二次电池的需求也快速增加。其中，锂二次电池因其高能量密度和高工作电压以及优异的存储和寿命特性而广泛用作各种电子产品以及各种移动装置的能源。
随着二次电池的应用领域扩大，对更高容量的二次电池的需求快速增加。作为提供高容量二次电池的方法，可形成其中组装有多个电池单元的电池模块或电池组。
图1是示出常规电池组的剖面结构的示意图。参照图1，电池组具有其中组合有多个电池模块10的结构。具体地，电池组包括：包括由垂直梁(vertical beam)20分隔开的隔室(compartment)并且具有开放的顶表面的电池组容纳部；容纳在电池组容纳部的被分隔开的隔室中的电池模块10；和覆盖电池组容纳部的上表面的引线组件30。此外，垂直梁20的上部是空的空间，并且以规则间隔形成支撑螺栓21，以支撑引线组件30。
当在电池组中的任意一个电池模块中产生热量或起火时，随着热量或火焰从发生起火的电池模块的高压端子(HV terminal)传输至与之相邻的另一个电池模块，可能发生爆炸。在图1中所示的电池组的情况下，尽管电池组容纳部被垂直梁20分隔开，但在垂直梁20的上端未形成单独的分隔壁。热量或火焰可通过该空的空间蔓延到相邻的电池模块。
此外，图2是示出紧固引线组件之前的电池组的上部的立体图。参照图2，常规的电池组具有其中电池模块10容纳在被垂直梁分隔开的电池组容纳部中的结构。在垂直梁20的上端以规则间隔形成支撑螺栓21。此外，与电池单元的电极接片电连接的电极引线11在每个电池模块10的一侧伸出。电极引线11具有在上端与汇流条12连接的结构。汇流条12是将电池模块10电连接的中间汇流条(inter bus bar)。具体地，汇流条12的两端电连接至两个电池模块10的各个电极引线11。汇流条12具有朝向电池模块10的上端突出并弯折的结构。当电池组中包含的电池模块10起火时，随着从起火的电池模块10通过模块框架施加至另一电池模块的电位与从模块内部的二次电池通过高压端子施加至汇流条的电位之间的电位差增加，存在相邻的电池模块产生火花或进一步起火的风险。
因此，需要一种当模块起火时确保安全性的技术，诸如防止发生起火或者有效阻止起火在电池模块或电池组中蔓延的技术。
[现有技术文献]
[专利文献]
(专利文献1)中国专利公开第108448026号
发明内容
技术问题
本发明被发明出来解决上述问题，本发明的目的是提供一种包括热扩散防止构件的电池组、包括该电池组的车辆、以及储能装置，从而当电池组中的电池模块起火时确保安全性。
技术方案
在一个示例中，根据本发明的电池组包括：电池组容纳部，所述电池组容纳部包括由垂直梁分隔开的多个隔室并且具有开放的顶表面；容纳在所述电池组容纳部的被分隔开的每个隔室中的电池模块；引线组件，所述引线组件覆盖所述电池组容纳部的顶表面并且具有形成在与所述垂直梁的上端对应的区域中的狭缝；和热扩散防止构件，所述热扩散防止构件插入到所述引线组件的所述狭缝中并且安装在所述垂直梁的所述上端。
在一具体示例中，所述热扩散防止构件可包括：安装在所述垂直梁的所述上端上的垂直主体；和水平主体，所述水平主体形成在所述垂直主体的上端上并且形成为具有比形成在所述引线组件中的所述狭缝大的面积。
例如，在所述热扩散防止构件中，所述垂直主体可包括彼此平行的两个板状构件，并且所述垂直梁的所述上端可插入在所述两个板状构件之间。
在一个示例中，所述垂直梁的高度可在容纳于所述电池组容纳部中的所述电池模块的高度的50％至80％的范围内。此外，所述热扩散防止构件可在被安装在所述垂直梁的所述上端上的状态下从所述垂直梁的所述上端延伸以遮蔽与所述引线组件间隔的距离。
在一个示例中，所述热扩散防止构件可由含硅酸盐的无机材料形成。
在一具体示例中，所述热扩散防止构件可由以下化学式1表示的成分形成：
[化学式1]
X2Y2-6Z8O20(OH,F)4
其中，在上述化学式1中，
X是K、Na和Ca中至少之一；
Y是Al、Mg和Fe中至少之一；并且
Z是Si和Al中至少之一。
例如，所述热扩散防止构件可由云母片形成。
在又一示例中，所述电池模块可包括：其中电极接片沿一个方向定向的多个电池单元；容纳所述电池单元的模块框架；和汇流条，汇流条电连接至电极接片并且朝向模块框架的外侧延伸并突出。
在一具体示例中，所述电池模块可进一步包括电极引线，并且所述电极引线的一端可连接至所述电极接片，另一端可连接至所述汇流条。
在一个示例中，所述汇流条可具有朝向所述模块框架的顶部突出并弯折的结构，所述电池模块可包括位于所述电池模块的上表面与所述汇流条的弯折部分之间的含硅酸盐的无机片。
在一具体示例中，所述汇流条可以是将相邻的电池模块电连接的中间汇流条。
所述含硅酸盐的无机片可以是云母片。
此外，本发明可提供一种包括上述电池组的汽车。
此外，本发明可提供一种包括上述电池组的储能装置。
有益效果
根据本发明的电池组能够有效阻止特定电池模块产生的热量或起火的蔓延，并且能够以各种方式应用于汽车或储能装置。
附图说明
图1是示出常规电池组的剖面结构的示意图；
图2是示出紧固引线组件之前的电池组的上部的立体图；
图3是示出根据本发明一实施方式的电池组的剖面结构的示意图；
图4是示出图3的部分A的放大图；
图5是图解根据本发明另一实施方式的电池组的上部的立体图，其图解了紧固引线组件之前的状态。
[附图标记的描述]
10、110(a)、110(b)、210(a)、210(b)：电池模块
11、211：电极引线
21、121、221：支撑螺栓
122：狭缝
12、112、212：汇流条
20、120、220：垂直梁
30、130：引线组件
140：热扩散防止构件
141：垂直主体
142：水平主体
250：含硅酸盐的无机片。
具体实施方式
下文中，将参照附图详细描述本发明。在本说明书和权利要求中使用的术语和词语不应被解释为限于普通术语或词典术语，发明人可适当定义术语的概念以便最佳地描述其发明。术语和词语应当被解释为与本发明的技术思想一致的含义和概念。
在一个实施方式中，本发明涉及一种电池组，所述电池组包括：电池组容纳部，电池组容纳部包括由垂直梁分隔开的多个隔室并且具有开放的顶表面；容纳在电池组容纳部的被分隔开的每个隔室中的电池模块；引线组件，引线组件覆盖电池组容纳部的顶表面并且具有形成在与垂直梁的上端对应的区域中的狭缝；和热扩散防止构件，热扩散防止构件插入到引线组件的狭缝中并且安装在垂直梁的上端。
电池组包括多个电池模块。电池组通过垂直梁分隔开电池组容纳部的隔室。然而，垂直梁具有从电池组容纳部的底表面仅形成到预定高度的结构。此外，在垂直梁的上端以规则间隔形成支撑螺栓，通过支撑螺栓支撑引线组件。因此，在垂直梁的上部与引线组件的下部之间形成其中未形成单独的分隔壁的空的区域。这是为了电池组的组装工序的效率和易于维护。
然而，在容纳于电池组中的多个电池模块中的任意一个电池模块中产生热量或起火的情况下，随着热量或火焰通过垂直梁的上部与引线组件的下部之间的上述空的区域传输至另一相邻的电池模块，起火的范围可增加并且可能发生爆炸。具体地，当电池组中的任意一个电池模块起火时，与之相邻的另一个电池模块被从电池模块的高压端子(HV端子)发出的火焰损坏，结果在短时间内导致连锁起火现象。在本发明中，设置热扩散防止构件来遮蔽垂直梁的上部与引线组件的下部之间的空的区域。在执行了用于将电池模块容纳在电池组中的初次封装之后，通过形成在引线组件中的狭缝安装热扩散防止构件。因此，热扩散防止构件不会削弱制造电池组的封装工序的效率，并且必要时可拆除。
在一个实施方式中，热扩散防止构件包括垂直主体和水平主体。具体地，热扩散防止构件可包括：安装在垂直梁的上端上的垂直主体；和水平主体，水平主体形成在垂直主体的上端上并且形成为具有比形成在引线组件中的狭缝大的面积。
垂直主体安装在垂直梁的上端上并且用于固定热扩散防止构件的下部，垂直主体遮蔽垂直梁的上部与引线组件的下部之间的空间。此外，水平主体用于固定热扩散防止构件的上部，并且必要时，用于遮蔽形成在引线组件中的狭缝。
在热扩散防止构件中，垂直主体的形状没有特别限制，只要其能够形成在安装在垂直梁的上端上的同时将垂直梁的上部和引线组件的下部连接的分隔壁即可。在一具体实施方式中，在热扩散防止构件中，垂直主体包括彼此平行的两个板状构件，并且垂直梁的上端插入在两个板状构件之间。就是说，垂直主体的一端安装在垂直梁的上端上。
此外，板状构件可具有片形状。在这种情况下，垂直主体的一端可安装在垂直梁的上端上，另一端可插入狭缝中。垂直主体的插入狭缝中的一端可通过将经由狭缝延伸到引线组件外部的部分弯折而被弯折并附接到引线组件，以固定引线组件。在这种情况下，垂直主体可通过覆盖狭缝的水平主体稳定地固定到引线组件。
垂直梁的高度在容纳于电池组容纳部中的电池模块的高度的50％至80％的范围内，并且热扩散防止构件在被安装在垂直梁的上端上的状态下从垂直梁的上端延伸以遮蔽与引线组件之间的间隔距离。就是说，如上所述，通过在电池模块的高压端子之间安装热扩散防止构件，当发生起火时可防止火焰蔓延到其他电池模块。
在一个实施方式中，热扩散防止构件由含硅酸盐的无机材料形成。在本发明中，通过形成含硅酸盐的无机材料的热扩散防止构件，可赋予阻燃或不可燃特性并且阻挡火焰的蔓延。
在一具体实施方式中，热扩散防止构件由以下化学式1表示的成分形成：
[化学式1]
X2Y2-6Z8O20(OH,F)4
其中，在上述化学式1中，
X是K、Na和Ca中至少之一；
Y是Al、Mg和Fe中至少之一；并且
Z是Si和Al中至少之一。
更详细地说，热扩散防止构件可以是云母片。
在又一实施方式中，电池模块包括：其中电极接片沿一个方向定向的多个电池单元；容纳电池单元的模块框架；和汇流条，汇流条电连接至电极接片并且朝向模块框架的外侧延伸并突出。具体地，电池模块进一步包括电极引线，并且电极引线的一端连接至电极接片，另一端可连接至汇流条。就是说，与电池单元内部的电极接片连接的电极引线通过汇流条电连接。电极引线和汇流条形成高压端子部。
在一个实施方式中，汇流条具有朝向模块框架的顶部突出并弯折的结构，电池模块包括位于电池模块的上表面与汇流条的弯折部分之间的含硅酸盐的无机片。更具体地，含硅酸盐的无机片可以是云母片。
在一具体实施方式中，汇流条是将相邻的电池模块电连接的中间汇流条。就是说，汇流条具有通过朝向每个相邻的电池模块框架的顶部突出并弯折而进行连接的结构。在这种情况下，包括位于每个电池模块的上表面与汇流条的弯折部分之间的含硅酸盐的无机片。在这种情况下，相邻的电池模块是指连续布置在由垂直梁分隔开的隔室之中的同一隔室中的一对电池模块。
在本发明中，通过形成位于电池模块的顶表面与汇流条的弯折部分之间的含硅酸盐的无机片，可在相应部分中防止静电或火花。这是因为从起火的电池模块通过模块框架施加至另一电池模块的电位与从模块内部的二次电池通过高压端子施加至中间汇流条的电位之间的电位差较大。通过在电池模块的顶表面与汇流条的弯折部分之间附接含硅酸盐的无机片，可保证汇流条与模块框架之间的绝缘，并且可确保电池模块的安全性。
含硅酸盐的无机片例如具有板状结构并且可具有围绕汇流条的形状。具体地，在片的一侧形成有凹槽或者在片的中央形成有通孔。通过在将含硅酸盐的无机片的凹槽朝向汇流条的突出部放置的同时将含硅酸盐的无机片安装在电池模块上以使得含硅酸盐的无机片可在模块框架与汇流条之间的连接部处围绕汇流条，含硅酸盐的无机片可实现稳定的紧固和有效的绝缘范围。
此外，本发明提供了一种包括上述电池组的车辆。例如，车辆可以是混合动力车辆或电动车辆。根据本发明的电池组可在实现高输出的同时有效阻止了起火的发生或蔓延。
本发明提供了一种包括上述电池组的储能装置。在大容量储能装置的情况下，除了稳定的储能性能以外，还需要能够降低起火或爆炸的风险的安全装置。根据本发明的电池组可在不削弱电池组的性能的情况下有效阻止起火的发生或蔓延。
下文中，将通过附图等更详细地描述本发明。
(第一实施方式)
图3是示出根据本发明一实施方式的电池组的剖面结构的示意图，图4是示出图3的部分A的放大图。参照图3和图4，根据本发明的电池组包括：电池组容纳部101，电池组容纳部101包括多个由垂直梁120分隔开的多个隔室并且具有开放的顶表面；容纳在电池组容纳部的被分隔开的每个隔室中的电池模块110(a)或110(b)；引线组件130，引线组件130覆盖电池组容纳部的顶表面并且具有形成在与垂直梁120的上端对应的区域中的狭缝122；和热扩散防止构件140，热扩散防止构件140插入到引线组件130的狭缝122中并且安装在垂直梁120的上端。在电池模块110(a)和110(b)的端部形成汇流条112，汇流条112具有朝向模块框架的顶部突出并弯折以进行连接的结构。
此外，垂直梁120的上部是空白空间，并且以规则间隔形成支撑螺栓121，以支撑引线组件130。当热扩散防止构件140安装在垂直梁120的上端时，热扩散防止构件140从垂直梁120的上端延伸，以遮蔽到引线组件130的距离。通过这样，当电池组中的任意一个电池模块起火时，从起火的电池模块的端子发出的火焰被防止朝向其他电池模块扩散，由此防止连锁起火的现象。
热扩散防止构件140具有这样一种结构，该结构包括：安装在垂直梁的上端的垂直主体141；和水平主体142，水平主体142形成在垂直主体141的上端上并且形成为具有比形成在引线组件130中的狭缝122大的面积。垂直主体141安装在垂直梁120的上端并且用于固定热扩散防止构件的下部，并且垂直主体141遮蔽垂直梁120的上部与引线组件130的下部之间的空间。水平主体142可通过覆盖狭缝而稳定地固定垂直主体并且阻挡来自狭缝的火焰。形成热扩散防止构件的垂直主体141和水平主体142由云母片形成。
垂直主体141包括彼此平行的两个板状构件，并且垂直梁120的上端插入在这两个板状构件之间。垂直梁120的高度是容纳在电池组容纳部中的电池模块110(a)和110(b)的高度的大约70％。垂直主体141从垂直梁120的上端延伸并位于与引线组件130之间的间隔距离内，并且垂直主体141遮蔽在之间插置有垂直梁的情况下彼此面对的电池模块110(a)和110(b)之间的空间。
(第二实施方式)
图5是图解根据本发明另一实施方式的电池组的上部的立体图，其图解了组装引线组件之前的状态。参照图5，根据本发明的电池组具有其中电池模块210(a)和210(b)容纳在被垂直梁220分隔开的电池组容纳部中的结构。在垂直梁220的上端以规则间隔形成支撑螺栓221。此外，与电池单元的电极接片电连接的电极引线211在电池模块210(a)和210(b)的每一个的一侧电连接至汇流条212。汇流条212具有从电池模块210(a)和210(b)向上突出并弯折的结构。含硅酸盐的无机片250位于电池模块210(a)和210(b)的顶表面与汇流条212的弯折部分之间。含硅酸盐的无机片250具体为云母片。
具体地，汇流条212是将相邻的电池模块210(a)和210(b)电连接的中间汇流条，并且汇流条212具有通过朝向电池模块210(a)和210(b)的框架的顶部突出并弯折而进行连接的结构。此外，本发明包括位于电池模块210(a)和210(b)的顶表面与汇流条212的弯折部分之间的含硅酸盐的无机片250。
具体地，含硅酸盐的无机片250具有凹槽从而形成为
Figure BDA0002779993820000091
形状，并且汇流条212的突出部插入到凹槽中，使得含硅酸盐的无机片250围绕汇流条212。在含硅酸盐的无机片中，未形成凹槽的区域可附接在模块框架上。
当容纳在电池组中的任意一个电池模块起火时，因为通从起火的电池模块过模块框架施加至另一电池模块的电位与从模块内部的二次电池通过高压端子施加至汇流条的电位之间的电位差较大，所以可能发生静电和火花。通过在电池模块的顶表面与汇流条的弯折部分之间附接含硅酸盐的无机片，可保证汇流条与模块框架之间的绝缘，可阻止火焰蔓延，并且可确保电池模块的安全性。
上文中，通过附图更详细地描述了本发明。因此，说明书中描述的实施方式和附图中描述的构造仅仅是本发明的最优选实施方式，并不代表本发明的所有技术思想。应当理解，在提交本申请时可存在各种等同和变形来替代它们。

Claims (14)

1.一种电池组，包括：
电池组容纳部，所述电池组容纳部包括由垂直梁分隔开的多个隔室并且具有开放的顶表面；
容纳在所述电池组容纳部的被分隔开的每个隔室中的电池模块；
引线组件，所述引线组件覆盖所述电池组容纳部的顶表面并且具有形成在与所述垂直梁的上端对应的区域中的狭缝；和
热扩散防止构件，所述热扩散防止构件插入到所述引线组件的所述狭缝中并且安装在所述垂直梁的所述上端，以遮蔽所述垂直梁的上部与所述引线组件的下部之间的空的区域，从而阻挡火焰的蔓延。
2.根据权利要求1所述的电池组，其中所述热扩散防止构件包括：
安装在所述垂直梁的所述上端上的垂直主体；和
水平主体，所述水平主体形成在所述垂直主体的上端上并且形成为具有比形成在所述引线组件中的所述狭缝大的面积。
3.根据权利要求2所述的电池组，其中在所述热扩散防止构件中，所述垂直主体包括彼此平行的两个板状构件，并且所述垂直梁的所述上端插入在所述两个板状构件之间。
4.根据权利要求1所述的电池组，其中所述垂直梁的高度在容纳于所述电池组容纳部中的所述电池模块的高度的50％至80％的范围内，并且
其中所述热扩散防止构件在被安装在所述垂直梁的所述上端上的状态下从所述垂直梁的所述上端延伸以遮蔽与所述引线组件之间的间隔距离。
5.根据权利要求1所述的电池组，其中所述热扩散防止构件由含硅酸盐的无机材料形成。
6.根据权利要求1所述的电池组，其中所述热扩散防止构件由以下化学式1表示的成分形成：
[化学式1]
X2Y2-6Z8O20(OH,F)4
其中，在上述化学式1中，
X是K、Na和Ca中至少之一；
Y是Al、Mg和Fe中至少之一；并且
Z是Si和Al中至少之一。
7.根据权利要求5所述的电池组，其中所述热扩散防止构件由云母片形成。
8.根据权利要求1所述的电池组，其中所述电池模块包括：
其中电极接片沿一个方向定向的多个电池单元；
容纳所述电池单元的模块框架；和
汇流条，所述汇流条电连接至所述电极接片并且朝向所述模块框架的外侧延伸并突出。
9.根据权利要求8所述的电池组，其中所述电池模块进一步包括电极引线，并且
其中所述电极引线的一端连接至所述电极接片，另一端连接至所述汇流条。
10.根据权利要求8所述的电池组，其中所述汇流条具有朝向所述模块框架的顶部突出并弯折的结构，
其中所述电池模块包括位于所述电池模块的顶表面与所述汇流条的弯折部分之间的含硅酸盐的无机片。
11.根据权利要求8所述的电池组，其中所述汇流条是将相邻的电池模块电连接的中间汇流条。
12.根据权利要求10所述的电池组，其中所述含硅酸盐的无机片是云母片。
13.一种汽车，包括根据权利要求1至12中任一项所述的电池组。
14.一种储能装置，包括根据权利要求1至12中任一项所述的电池组。
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