CN113381130A

CN113381130A - 电池模块

Info

Publication number: CN113381130A
Application number: CN202110207387.8A
Authority: CN
Inventors: 李钟爀; 韩秀熙; 姜熙京
Original assignee: SK Innovation Co Ltd
Current assignee: SK On Co Ltd
Priority date: 2020-02-25
Filing date: 2021-02-25
Publication date: 2021-09-10
Anticipated expiration: 2041-02-25
Also published as: US20210265699A1; EP3872923A1; KR20210108209A; US20230307779A1; KR102874410B1; CN113381130B; US11710874B2; US12463286B2; KR20250152546A

Abstract

根据本发明实施方案的电池模块包括：电池堆，其中堆叠有包括阴极极耳和阳极极耳的多个电池单元；第一汇流条组件，其包括第一汇流条，所述第一汇流条连接位于电池堆的一端的阴极极耳和阳极极耳；和第二汇流条组件，其包括第二汇流条，所述第二汇流条连接位于电池堆另一端的阴极极耳和阳极极耳，其中所述第一汇流条组件或所述第二汇流条组件可包括排气部，所述排气部包括至少一个排气刀，所述排气刀从第一汇流条或第二汇流条朝向所述电池单元突出，使得可以提高电池模块的稳定性。

Description

电池模块

技术领域

本发明涉及一种电池模块(battery module)，更具体地，涉及一种包括多个电池单元的电池模块。

背景技术

已提出将二次电池作为解决由使用化石燃料的诸如汽油车和柴油车的车辆引起的空气污染等问题的方案，并且二次电池已经作为电动汽车(EV)、混合动力电动汽车(HEV)等的电源而受到关注。

然而，当由于暴露于高温、过度充电、外部短路、钉子穿透、局部挤压等在短时间内大电流在常规二次电池中流动时，电池在因产生红外热而被加热的过程中有被点燃/爆炸的危险。具体地，当电池的温度升高时，电解质与电极之间的反应被加速，结果，产生反应热从而引起电池的温度的进一步升高，这反过来又加速了电解质和电极之间的反应。另外，由于电解质与电极之间的反应，产生了气体从而增加电池的内部压力，并且二次电池可能在超过一定压力时爆炸。作为防止二次电池爆炸的方法，有一种在电池单元外部安装和使用元件的方法，以及在电池单元内部使用材料的方法。

然而，在用于将元件安装在电池单元外部的方法的情况下，无法适当地保护电池免于需要快的响应时间的测试，在用于在电池单元内部使用材料的方法的情况下，难以期待可靠的保护效果，从而导致电池性能的下降。

例如，韩国专利登记公开第10-1355961号公开了一种电池模块，该电池模块使用冷却介质来冷却电池堆，但是在这种情况下，难以期望防止瞬时爆炸的效果。

[现有技术文件]

[专利文件]

韩国专利登记公开第10-1355961号(2014年1月21日公开)

发明内容

本发明的目的是提供一种具有改善的安全性的电池模块。

根据本发明的一个方面，提供了一种电池模块，其包括：电池堆，其中堆叠有包括阴极极耳和阳极极耳的多个电池单元；汇流条组件，该汇流条组件包括汇流条，该汇流条连接位于电池堆的至少一端的多个阴极极耳和阳极极耳中的至少一个，其中，汇流条组件包括排气部，该排气部包括至少一个从汇流条朝向电池单元突出的排气刀。

例如，包含在排气部中的排气刀可以与汇流条一体地形成。

例如，排气部可进一步包括用于支撑排气刀的刀支撑部。

例如，包含在排气部中的刀支撑部可以与汇流条一体地形成。

例如，汇流条可以包括狭缝，排气刀插入狭缝中，并且排气部可以与汇流条联接，使得刀支撑部设置在汇流条的外侧，并且排气刀穿过狭缝朝向电池单元突出。

例如，电池模块可进一步包括被配置成监测电池单元的状态的传感单元。

例如，传感单元可包括感测电池单元中的压力的压力传感器。

例如，电池模块可进一步包括信号传输单元，当由压力传感器测量的电池单元中的压力超过第一指定压力(primary designated pressure)时，该信号传输单元将压力超出信号传输给用户。

例如，电池模块可进一步包括致动部(actuation part)，该致动部位于汇流条和电池堆之间，并且被配置成当由压力传感器测量的电池单元中的压力超过第二指定压力(secondary designated pressure)时，排气刀进一步朝向电池单元突出，所述第二指定压力具有大于第一指定压力的值。

例如，致动部可以包括弹性构件和刀支撑部。

例如，传感单元可进一步包括气体检测传感器，该气体检测传感器检测从由排气部形成的排气孔泄漏的气体。

例如，气体检测传感器可以与汇流条组件联接。

在根据本发明的示例性实施方案的电池模块中，汇流条组件可包括排气刀，以防止由于过度充电而引起的电池模块的爆炸。

例如，当电池单元由于过度充电等而膨胀时，通过包含在汇流条组件中的排气刀在电池单元的表面中形成排气孔，通过排气孔可防止电池模块的爆炸。

根据本发明的示例性实施方案的电池模块可以包括气体检测传感器，以更快速地检测从由排气刀形成的排气孔流出的气体。由此，可以防止电池模块的爆炸。

附图说明

通过以下结合附图的详细描述，将更清楚地理解本发明的上述和其他目的、特征和其他优点，其中：

图1为示出根据本发明的实施方案的电池模块的透视图；

图2为示出根据本发明的实施方案的电池模块的分解透视图；

图3为示出根据本发明实施方案的电池单元的示意性模型图；

图4和图5为示出根据本发明示例性实施方案的排气部的放大剖视图；和

图6为示出根据本发明实施方案的电池模块的前视图。

具体实施方案

本发明的实施方案提供了一种电池模块，其包括具有排气刀的汇流条组件。从而，在电池模块中，由于在电池单元内部形成的气体通过由排气刀形成的排气孔泄漏，可以有效地防止电池模块爆炸。

在下文中，将参考附图详细描述本发明的优选实施方案。然而，由于附于本申请的附图仅是为了示出本发明的优选的各种实施方案之一，以容易地理解具有上述发明的本发明的技术精神，因此不应被解释为仅限于附图中所示的描述。

图1为根据本发明的实施方案的电池模块的透视图。图2为根据本发明实施方案的电池模块的分解透视图。

电池模块10可包括：通过堆叠电池单元14而形成的电池堆12；汇流条组件20和30，其将构成电池堆12的电池单元14彼此电连接；和模块壳体60，其中容纳并保护电池堆12以及汇流条组件20和30。

汇流条组件20和30可包括汇流条22和32，以及包括排气刀26和36的排气部件25和35。

汇流条组件20和30可包括设置在电池模块10的一端的第一汇流条组件20和设置在电池模块10的另一端的第二汇流条组件30。第一汇流条组件20和第二汇流条组件30可以设置在电池模块10的一端和另一端以彼此间隔开从而各自形成独立的阴极端子42和52以及阳极端子44和54。

汇流条22和32形成在电池堆12的两端，并且可以电连接多个电池单元14的电极极耳15和16。汇流条22和32可以分别联接到电池堆12的一端和另一端，从而允许分别形成在电池单元14的两端的电极极耳15和16彼此电连接。

第一汇流条组件20可以包括第一汇流条22和第一排气刀26。位于电池堆12的一端的电极极耳15可以通过第一汇流条22彼此串联连接。例如，位于电池堆12的一端的阴极极耳15a和阳极极耳15b可以通过第一汇流条22彼此串联连接。

第二汇流条组件30可以包括第二汇流条32和第二排气刀36。位于电池堆12的另一端的电极极耳16可以通过第二汇流条32彼此串联连接。例如，位于电池堆12另一端的阴极极耳16a和阳极极耳16b可以通过第二汇流条32彼此串联连接。

第一汇流条22和第二汇流条32各自可包括端子板(terminal plate)。端子板可以电连接到汇流条22和32，以形成阴极端子42和52以及阳极端子44和54。

例如，可以将端子板设置为作为单独的部件联接至汇流条22和32。例如，端子板可以与汇流条22和32一体地形成。例如，汇流条可以联接到端子板的上部和下部。

设置端子板以形成端子40和50，端子40和50电连接至汇流条22和32并且暴露于外部。端子板可以在电池堆12的一端形成第一阴极端子42和第一阳极端子44，并且可以在电池堆12的另一端形成第二阴极端子52和第二阳极端子54。在本发明中，可以将第一阴极端子42和第一阳极端子44定义为第一端子40，并且可以将第二阴极端子52和第二阳极端子54定义为第二端子50。

例如，第一阴极端子42和第二阴极端子52以及第一阳极端子44和第二阳极端子54可以包括在电池模块10的纵向方向上具有彼此相同的极性的端子。例如，第一阴极端子42和第二阴极端子52以及第一阳极端子44和第二阳极端子54可以对称地设置在电池模块10的两端。当阴极端子42和52紧密面向形成电池模块10的长度的一侧时，阳极端子44和54可设置为靠近电池模块10的另一侧。

电池模块10可以形成为在与长度方向垂直的宽度方向上具有小于在长度方向上从第一端子40到第二端子50的长度的宽度。例如，电池模块10具有比宽度长的长度，并且阴极端子42和52以及阳极端子44和54可以分别设置在其长度方向的两端。

模块壳体60可以形成电池模块10的外部。模块壳体60可以包括形成放置空间62b的壳体主体62和联接至壳体主体62的壳体盖70。壳体主体62可包括与放置空间62b连通的开口62a，并且壳体盖70可配置成覆盖开口62a。壳体盖70可包括联接至壳体主体62的前部和后部的前盖72和后盖74，以及联接至壳体主体62的上部的上盖76。

前盖72和后盖74可以配置成联接至汇流条组件20和30的外部，从而分别覆盖汇流条组件20和30。壳体盖70还可包括设置在前盖72和后盖74与汇流条组件20和30之间的绝缘盖。例如，绝缘盖可由绝缘材料制成。

前盖72和后盖74可包括开口部72a，开口部72a被开口以使端子暴露于外部。汇流条组件20和30中包括的阴极端子42和52以及阳极端子44和54可以分别通过开口部72a暴露于前盖72和后盖74的外部。

壳体主体62可包括形成下表面的下壳体64和从下壳体64向上延伸以形成侧表面的侧壳体66。在本实施方案中，壳体主体62可被设置为具有“U形”的横截面，从而使其前侧、后侧和上侧向外敞开。或者，例如，壳体主体62可以设置成具有“矩形”横截面，从而使其前侧和后侧向外敞开。壳体主体62可以具有形成放置空间62b的结构，在放置空间62b中放置多个电池单元14。

壳体主体62和壳体盖70可以保护在电池模块10中彼此电连接的诸如电池堆12、汇流条22和32以及端子等的各个组件。

电池模块10可以包括冷却构件(未示出)。尽管未在附图中示出，但是冷却构件可设置为覆盖壳体主体62和壳体盖70，从而允许沿多个方向冷却电池单元14。例如，在电池模块10中，由于第一端子40和第二端子50独立地操作，因此可以省略用于电连接第一端子40和第二端子50的单独的部件，从而可以自由地布置冷却构件。

例如，冷却构件可以设置在下壳体64、侧壳体66和上盖76中的至少一个上。例如，冷却构件可以被配置成与下壳体64、侧壳体66和上盖76中的至少一个表面接触。

电池模块10可以进一步包括将在下文中描述的传感单元90。

图3为示出根据本发明实施方案的电池单元的示意性模型图。

电池单元14可以形成为具有长宽度或超长宽度，即，电极极耳之间的距离比电极极耳15所位于的边缘的长度长。

电池单元14可包括：从中引出电极极耳15和16的电极组件(未示出)，以及其中容纳有电极组件的外壳14a。电极组件可以以其中将一个或多个阴极板和阳极板与隔膜一起缠绕的卷绕型形成，或者以其中将多个阴极板和多个阳极板交替地堆叠，并且其间插入有隔膜的堆叠型形成。外壳14a可以构造成包括外部绝缘层、金属层和内部粘合层，以容纳内部组件，例如电极组件和电解质。

阴极极耳15a和阳极极耳16b可以独立地形成在电池单元14的两端。例如，阴极极耳15a和阳极极耳16b可以仅形成在电池单元14的一端。或者，阴极极耳15a和16a以及阳极极耳15b和16b可以分别形成在例如电池单元14的两端。

电池堆12可以通过堆叠多个电池单元14来形成。在电池堆12中，为了获得高于单个电池单元14的电压，可以将电极极耳15和16通过汇流条组件20和30彼此串联连接。

作为电池单元14的布置和堆叠方向的非限制性示例，电池单元14被布置为使得阴极极耳15和阳极极耳16在堆叠方向上交替地堆叠，并且在电池模块10的宽度方向上堆叠以形成电池堆12。例如，电池单元14可以被布置为使得两个阴极极耳15和两个阳极极耳16在堆叠方向上交替堆叠，并且在电池模块10的宽度方向上堆叠以形成电池堆12。

电池堆12可以包括缓冲构件18，该缓冲构件18布置在电池堆12最外侧以及布置在侧壳体66的内表面和电池堆12最外侧的电池单元14之间，以执行缓冲功能。

图4和图5为示出根据本发明示例性实施方案的排气部的放大剖视图。

当电池单元14膨胀时，排气刀26和36可从汇流条22和32朝电池单元14突出以在电池单元14的表面中形成排气孔。由于电池单元内部形成的气体通过排气孔排出，因此可以提高防止电池模块10爆炸的效果。

例如，排气刀26和36可以具有包括尖端部分(pointed portion)的形状以形成排气孔。作为非限制性示例，排气刀26和36可具有刀、凿子、钉子或针的形状。

在示例性实施方案中，排气刀26和36可以以与汇流条22和32成约30-90度的角度从汇流条22和32朝着电池单元14突出。例如，当排气刀26和36满足上述角度范围时，因为排气刀朝向电池单元14形成，所以可以减小排气刀26和36与电池单元14之间的间隙。由此，可以在电池单元14的表面上更快地形成排气孔。

在这种情况下，排气刀26和36可以与汇流条22和32一体地形成。例如，排气刀26和36可以与第一汇流条22或第二汇流条32一体地形成。当排气刀26和36与汇流条22和32一体地形成时，汇流条22和32还可代替下面将要描述的刀支撑部来执行支撑排气刀26和36的功能，从而可以以更高的可靠性在电池单元14的表面上形成的排气孔。

例如，排气刀26和36可以作为单独的部件与汇流条22和32联接。

在示例性实施方案中，排气刀26和36可以直接联接到汇流条22和32。

在示例性实施方案中，排气部25和35还可包括用于支撑排气刀26和36的刀支撑部28和38。刀支撑部28和38可固定至汇流条22和32的内表面。刀支撑部件28和38可固定排气刀26和36。由此，当电池单元14膨胀时，通过牢固地固定在其上的排气刀26和36，可以以更高的可靠性在电池单元14的表面上形成排气孔。

在本发明中，汇流条22和32的内侧是指布置有电池单元14的一侧，而外侧是指与之相反的一侧。

例如，刀支撑部28和38可以与汇流条22和32一体地形成。例如，当刀支撑部28和38与汇流条22和32一体地形成时，可以提高刀支撑部28和38的支撑功能。从而，当电池单元14膨胀时，通过牢固地固定在其上的排气刀26和36，可以以更高的可靠性在电池单元14的表面上形成排气孔。

例如，刀支撑部件28和38可以作为单独的部件与汇流条22和32联接。

汇流条22和32可以包括狭缝21和31，排气刀26和36可以插入其中。排气部25和35可以与汇流条22和32联接，使得刀支撑部28和38位于汇流条22和32的外表面上，并且排气刀26和36穿过狭缝21和31以朝向电池单元14突出。

例如，排气部25和35可以与第一汇流条22或第二汇流条32联接，使得排气刀26和36穿过狭缝21和31以朝向电池单元14突出。在这种情况下，前盖72和后盖74联接至排气部25和35的后表面，以支撑并固定排气部25和35。

图6为根据本发明实施方案的电池模块的前视图。

电池模块10可以包括传感单元90。传感单元90可以检测电池单元14的状态。传感单元90可以检测各种信息，例如电池单元14的电压、温度和压力。传感单元90可以连接到设置在电池模块10内部以监测电池单元14的温度信息的温度传感器98。

例如，传感单元90可以包括用于检测电池单元14中的压力的压力传感器。由此，用户可以及早地认识到电池单元14内部的压力的增大或减小。当电池单元14内部的压力增加时，可以通过停止使用电池模块10来有效地防止电池模块10爆炸。

例如，电池模块10可以进一步包括信号传输单元，当由压力传感器测量的电池单元14中的压力超过第一指定压力时，该信号传输单元将压力超出的信号传输给用户。

例如，信号传输单元执行向用户传输在通过排气刀26和36在电池单元14的表面上形成排气孔之前电池单元14的压力已增加的功能，从而可以引起用户的适当动作以减小电池单元14中的压力。

在这种情况下，可以在形成排气孔之前降低电池单元14中的压力。因此，可以防止由于形成排气孔而导致的电池单元14的使用寿命降低，并且，可以防止由于更换形成有排气孔的电池单元14而导致的经济效率的降低。

例如，第一指定压力可以是高于电池单元14的正常内部压力的压力，并且可以指能够通过用户的动作来减小电池单元14的内部压力的内部压力范围。

另外，电池模块10还可以包括致动部24和34，其位于汇流条22和32与电池堆12之间，并且被配置成当由压力传感器测量的电池单元14中的压力超过具有大于第一指定压力的值的第二指定压力时，使排气刀26和36进一步朝向电池单元14突出。

例如，致动部24和34可通过使用弹力使排气刀26和36朝向电池单元14突出。具体地，致动部24和34可以通过将空气引入致动部24和34而使排气刀26和36朝向电池单元14突出。

例如，第二指定压力可以为高于电池单元14的正常内部压力和第一指定压力的压力，并且可以是指需要形成排气孔以防止爆炸的电池单元14的内部压力范围。

在根据本发明示例性实施方案的电池模块中，当电池模块10包括致动部24和34时，刀支撑部28和38可被包括在致动部24和34中。

例如，致动部24和34可包括弹性构件27和37以及刀支撑部28和38。例如，弹性构件27和37可包括弹簧等。例如，当电池单元14的内部压力增加时，弹性构件27和37松弛，以允许排气刀26和36朝电池单元14移动。

例如，刀支撑部28和38可以执行支撑排气刀26和36的功能，使得排气刀26和36可以通过弹性构件27和37在预定方向上移动。

例如，当由压力传感器检测到的电池单元14中的压力与现有压力相比增加到高于特定压力时，电信号可以被传输至致动部24和34。由此，可使已被固定的致动部件24和34的弹性构件27和37松弛，从而允许排气刀26和36朝着电池单元14移动。在这种情况下，排气刀26和36与电池单元之间的间隙减小，从而可以在电池单元14的表面上较早地形成排气孔，从而迅速防止电池模块10爆炸。

例如，传感单元90可以包括气体检测传感器，该气体检测传感器检测从由排气部25和35形成的排气孔流出的气体。例如，气体检测传感器可以包括二氧化碳(CO₂)检测传感器。

例如，由于气体检测传感器较早地检测到从排气孔流出的气体，所以电池模块10的用户可以及早意识到电池单元14的表面上形成了排气孔。因此，可以提高电池模块10的稳定性。

例如，气体检测传感器可以联接至汇流条组件20和30。具体地，气体检测传感器可以联接至第一汇流条组件20和第二汇流条组件30中的至少一个。

在这种情况下，气体检测传感器可以联接至汇流条组件20和30的上端。例如，气体检测传感器可以联接至第一汇流条组件20和第二汇流条组件30中的至少一个的上端。相应地，汇流条22和32以及气体检测传感器可以彼此相邻。

例如，当气体检测传感器联接到汇流条组件20和30的上端时，可以迅速地检测出通过汇流条22和32中包括的排气刀26和36在电池单元14的表面中形成排气孔这一事实。从而，可以尽早地应对由于形成排气孔而对电池单元14造成的损坏，并且可以提高电池模块10的稳定性。

例如，传感单元90可以包括安装在汇流条组件20和30上的电路板92。电路板92可以包括用于感测电池单元14的状态和从排气孔泄漏的气体的电路。

电路板92可以包括连接器94和多个连接部96。可以提供连接器94以将多个电池单元14的状态信息传输到外部。传输连接器可以联接到电路板92的连接器94，并且可以通过连接到传输连接器的电线将状态信息传输到外部。

多个连接部96连接到电路板92，并且可以具有多个腿部形状。多个连接部96可以电连接到第一汇流条22和第二汇流条32中的至少一个。多个连接部96可以连接到汇流条22和32以收集电池单元14的状态信息，并将其传输到电路板92。

[附图标记数字的说明]

10：电池模块

12：电池堆

14：电池单元

20、30：汇流条组件

22、32：汇流条

26、36：排气刀

40、50：端子

42，52：阴极端子

44，54：阳极端子

60：模块壳体

62：壳体主体

70：壳体盖

90：传感单元

Claims

1.一种电池模块，其包括：

电池堆，其中堆叠有包括阴极极耳和阳极极耳的多个电池单元；和

汇流条组件，所述汇流条组件包括汇流条，所述汇流条连接位于所述电池堆的至少一端的多个阴极极耳和阳极极耳中的至少一个，

其中，所述汇流条组件包括排气部，所述排气部包括至少一个从所述汇流条朝向所述电池单元突出的排气刀。

2.根据权利要求1所述的电池模块，其中，包含在所述排气部中的所述排气刀与所述汇流条一体地形成。

3.根据权利要求1所述的电池模块，其中，所述排气部还包括用于支撑所述排气刀的刀支撑部。

4.根据权利要求3所述的电池模块，其中，包含在所述排气部中的所述刀支撑部与所述汇流条一体地形成。

5.根据权利要求3所述的电池模块，其中，所述汇流条包括狭缝，所述排气刀插入所述狭缝中，并且

所述排气部与所述汇流条联接，使得所述刀支撑部布置在所述汇流条的外侧，并且所述排气刀穿过所述狭缝朝向所述电池单元突出。

6.根据权利要求1所述的电池模块，还包括被配置为监测所述电池单元的状态的传感单元。

7.根据权利要求6所述的电池模块，其中，所述传感单元包括压力传感器，所述压力传感器感测所述电池单元中的压力。

8.根据权利要求7所述的电池模块，还包括信号传输单元，当由所述压力传感器测量的所述电池单元中的压力超过第一指定压力时，所述信号传输单元将压力超出的信号传输给用户。

9.根据权利要求8所述的电池模块，还包括致动部，所述致动部位于所述汇流条和所述电池堆之间，并且被配置成当由所述压力传感器测量的所述电池单元中的压力超过具有大于所述第一指定压力的值的第二指定压力时，使所述排气刀进一步朝向所述电池单元突出。

10.根据权利要求9所述的电池模块，其中，所述致动部包括弹性构件和刀支撑部。

11.根据权利要求6所述的电池模块，其中，所述传感单元还包括气体检测传感器，所述气体检测传感器检测从由所述排气部形成的排气孔泄漏的气体。

12.根据权利要求11所述的电池模块，其中，所述气体检测传感器与所述汇流条组件联接。