CN114204186A - 电池组 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种电池组，包括：电池组壳体(110)，形成有内部空间(115)，并且多个电池模块安装在所述内部空间(115)中或者未被模块化的多个电池单元直接安装在所述内部空间中；以及排气部(130)，设置在所述电池组壳体(110)中，并且被构造成能够将在所述内部空间(115)中产生的气体排出到外部，在所述排气部(130)中，与所述电池组壳体(110)的外部空间连接的所述排气部的出口侧(132)的截面面积A2形成为小于与所述内部空间(115)连接的所述排气部的入口侧(131)的截面面积A1。

Description

电池组
技术领域
本发明涉及一种具有多个电池单元并且将在电池组壳体的内部空间中产生的气体排出到外部的排气部的电池组。
背景技术
与一次电池不同，二次电池可以充电和放电，因此可以应用于数码相机、手机、笔记本电脑、混合动力汽车、电动汽车等各个领域。二次电池可以包括镍镉电池、镍金属氢化物电池、镍氢电池、锂二次电池等。
正在对这些二次电池中具有高能量密度和放电电压的锂二次电池进行大量研究。近年来，锂二次电池被制造为具有柔软性的袋型(pouched type)的电池单元或具有刚性的矩形或圆柱形罐型(can type)的电池单元而使用。
此外，二次电池不仅广泛用于便携式电子设备等小型装置，而且广泛用于汽车、蓄电装置等中大型装置。当二次电池用于这种中大型装置时，大量的二次电池被电连接以增加整个电池的容量和功率。为此，对于中大型装置，在电池组的内部设置多个电池单元被模块化的多个电池模块而使用。
这种电池组需要各种标准，其中代表性标准是安全性。特别地，安装在汽车中的电池组直接关系到乘员的生命，因此安全性非常重要。
与电池组的安全性相关的重要问题之一是防止在电池组内部起火，即使起火，也需要充分延迟在电池组的内部产生的火焰暴露于外部。例如，在电池组内部开始起火时，需要使开始起火到从电池组外部能够观察到火焰应经过预定宽限期(例如，5分钟以上)，以延迟火焰传播到电池组外部。
另一方面，电池组中安装由锂二次电池等构成的多个电池单元，当电池单元的寿命接近终点、电池单元发生溶胀现象、电池单元过充电、电池单元受热、钉子等尖锐物体贯通电池单元的外装材料、外部冲击被施加到电池单元等各种事件发生时，电解液气体可能会泄漏到电池单元的外部。特别地，对于大容量袋型锂二次电池而言，当上述事件发生时，可能发生大量电解液气体通过袋(外装材料)的密封部分漏出的问题。如上所述，为了将在电池组的内部空间中产生的电解液气体释放到电池组的外部，在电池组壳体的壁面设置排气孔(排气部、排气口、气体通道口)。
这种排气孔起到将在电池组的内部产生的气体释放到外部的作用，因此也用于延迟火焰传播。
然而，由于排气孔具有开口结构，因此电池组壳体内部的气体通过排气孔释放到外部，但是其也可以是电池组壳体外部的空气流入电池组壳体内部的路径。
因此，当在电池组的内部发生火灾(火焰)时，在电池组内部产生的气体可以通过开口的排气孔排出到外部，然而在排出气体的过程中会产生湍流或涡流，从而电池组外部的空气可以通过排气孔流入电池组的内部空间。如上所述，当外部空气流入电池组内部时，由于外部空气中含有氧气，电池组内部可能发生爆炸。
为了防止外部空气流入，可以通过减小排气孔的尺寸来阻断外部空气流入的可能性，然而在这种情况下，电池组内部的空气不能顺利排出到外部，电池组内部的压力增大，可能导致电池组发生变形或损坏。在这种情况下，存在电池组内部的火焰可能会通过电池组的变形或损坏的部分直接暴露于电池组外部而导致在电池组外部引发大的火灾的问题。
发明内容
(一)要解决的技术问题
一方面，本发明的目的在于提供一种电池组，即使在电池组内部产生火焰的情况下也能够充分延迟火焰向外部传播。
另外，一方面，本发明的目的在于提供一种电池组，能够在尽可能阻断外部空气通过排气部流入电池组内部的同时减少电池组内部的压力增加。
另外，一方面，本发明的目的在于提供一种电池组，即使电池组内部的电解液气体大量排出到外部，也能降低由排出的电解液气体引起的起火的可能性和火焰的产生。
(二)技术方案
作为用于实现上述目的的至少一部分的一个方面，本发明提供一种电池组，包括：电池组壳体，形成有内部空间，并且多个电池模块安装在所述内部空间中或者未被模块化的多个电池单元直接安装在所述内部空间中；以及排气部，设置在所述电池组壳体中，并且被构造成能够将在所述内部空间中产生的气体排出到外部，在所述排气部中，与所述电池组壳体的外部空间连接的所述排气部的出口侧的截面面积形成为小于与所述内部空间连接的所述排气部的入口侧的截面面积。
其中，所述电池单元可以由电极组件和电解液容纳在袋型外装材料的内部并且所述外装材料的至少一部分的边缘被密封的袋型二次电池构成。并且，所述排气部可以包括连接到所述入口侧的第一区域和连接到所述出口侧的第二区域。此时，所述第一区域可以沿其整个范围具有恒定的截面面积，所述第二区域的截面面积可以在从所述第一区域到所述出口侧的方向上减小。
另外，所述第一区域和所述第二区域可以具有圆形截面形状。并且，所述第一区域可以形成为中空圆柱形状，所述第二区域可以形成为中空圆锥台形状
另外，所述第二区域的长度可以形成为从所述入口侧到所述出口侧的距离的0.2～0.8倍，所述出口侧的截面面积可以形成为所述入口侧的截面面积的0.2～0.8倍，优选地，所述出口侧的截面面积可以形成为所述入口侧的截面面积的0.4～0.7倍。
并且，所述第一区域可以具有截面面积在从所述入口侧到所述出口侧的方向上以第一倾斜角减小的形状，所述第二区域可以具有截面面积在从所述入口侧到所述出口侧的方向上以大于所述第一倾斜角的第二倾斜角减小的形状。
另外，在所述排气部中，所述入口侧与所述电池组壳体的外壁内表面可以位于同一线上。
另一方面，所述排气部可以在所述电池组壳体的外壁中形成为孔状。与此不同，所述排气部可以具有其至少一部分突出到所述电池组壳体的外壁的外侧的形状。此时，所述排气部的至少一部分可以由附接到所述电池组壳体的外壁的排气引导部件构成。
另外，可以在所述电池组壳体的一侧外壁上彼此隔开形成与所述排气部相同的一个以上的额外的排气部。多个所述排气部可以分别形成在所述电池组壳体的所述一侧外壁和与所述电池组壳体的所述一外壁不同的另一外壁上。
并且，所述排气部可以保持开口状态而不封闭，使得空气通过所述排气部流动。
作为用于实现上述目的的至少一部分的一个方面，本发明提供一种电池组，包括：电池组壳体，包括隔板部件，所述隔板部件形成容纳至少一个电池模块的多个内部空间；以及至少一个排气部，将在内部空间中产生的气体排出到所述电池组壳体的外部，所述排气部具有入口和出口，所述入口具有第一截面面积，所述出口具有小于所述第一截面面积的第二截面面积。
(三)有益效果
根据本发明的一个实施例，即使在电池组内部产生火焰的情况下也能够充分延迟火焰向外部传播。
另外，根据本发明的一个实施例，在电池组内部产生火焰并且气体通过排气部排出到外部的过程中，可以通过排气部尽可能阻断外部空气流入电池组内部，由此，可以降低在电池组内部产生火焰的状态下由于氧气流入而导致电池组爆炸或火焰增大的可能性。除此之外，由于可以减少电池组内部的压力增加，因此可以阻断电池组损坏和火焰向外部泄漏。
此外，根据本发明的一个实施例，即使电池组内部的电解液气体大量排出到外部，也可以降低由排出的电解液气体引起的起火的可能性和火焰的产生。
附图说明
图1A和图1B是根据本发明的一个实施例的电池组的立体图。
图1C是根据一个实施例的电池单元的立体图。
图2A至图2D示出了根据本发明的一个实施例的电池组中设置的排气部的各种示例，图2A是沿着排气部的长度方向的剖视图，图2B示出从图2A的“A”侧观察的状态，图2C和图2D是图2A的变形例。
图3A和图3B是示出根据本发明的一个实施例的电池组中设置的排气部的变形例的剖视图。
图4是示出根据本发明的一个实施例的电池组中设置的排气部的另一变形例的剖视图。
图5是根据现有技术的电池组的立体图。
图6A和图6B是示出在根据图5所示的现有技术的电池组的内部起火时的流体的流速的分析图，图6A示出排气部的直径为50mm时的流体速度，图6B示出排气部的直径为40mm时的流体速度。
图7A和图7B是示出图6A的现有技术的两个排气部中的流体速度的分析图，图7A示出图6A的V1部分的流体速度，图7B示出图6A的V2部分的流体速度。
图8A是示出图7A所示的流体的速度和方向的分析图，图8B是示出图7B的流体的速度和方向的分析图。
图9A至图9C是比较示出本发明的一个实施例和现有技术的排气部中的流体速度的分析图，图9A示出本发明的一个实施例的排气部中的流体速度，图9B涉及图6A所示的现有技术并且示出直径为50mm、长度为48mm的排气部中的流体速度(同图7B)，图9C涉及图6B所示的现有技术并且示出直径为40mm、长度为48mm的排气部中的流体速度。
图10A至图10C是示出图9A至9C所示的本发明的一个实施例和现有技术的流体的速度和方向的分析图，图10A、图10B(同图8B)和图10C分别示出图9A、图9B和图9C的流体的速度和方向。
图11A至图11C是示出图9A至图9C所示的本发明的一个实施例和现有技术的电池组的内部压力分布的分析图。图11A、图11B和图11C分别示出图9A、图9B和图9C的电池组内部压力分布。
图12是示出用于分析本发明的一个实施例和现有技术的从电池组内部排出电解液气体的状态的总体结构的示意图。
图13是示出图12的分析结构中的本发明的一个实施例和现有技术的从排气部排出的电解液气体的速度分布和电解液气体转化率(Mixture Variance)分布的分析图。
图14是示出图12的分析结构中的本发明的一个实施例和现有技术的从排气部排出的电解液气体的H2O质量分数(Mass Fraction)分布和温度分布的分析图。
图15A至图15C是比较图12的分析结构中的本发明的一个实施例和现有技术的示意图，图15A示出了从排气部排出的电解液气体的火焰长度和电池组内部的平均压力，图15B是比较示出电池组内部的平均压力的曲线图，图15C是比较示出电池组内部的平均压力的曲线图。
附图标记说明
100：电池组 110：电池组壳体
111：外壁 113：隔板部件
115：内部空间 120：电池模块
130：排气部 131：入口侧
132：出口侧 133：第一区域
134、134a、134b：第二区域 136：排气引导部件
A1：入口侧截面面积 A2：出口侧截面面积
BA：边界区域 D1：入口侧的直径
D2：出口侧的直径 L：排气部的总长度
L1：第一区域的长度 L2：第二区域的长度
具体实施方式
在本发明的详细描述中，下文描述的本说明书和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或字典含义，而应该基于发明人可适当地对术语的概念进行定义以便以最佳方式说明自身的发明的原则来解释为与本发明的技术思想相一致的含义。因此，应该理解的是，本说明书中记载的实施例和附图中所示的构造仅是本发明的最优选的实施例，并不代表本发明的所有技术思想，在提交本申请时可包括可以替代它们的各种等同物和变形例。
以下，参照附图对本发明的优选实施例进行详细说明。此时，在附图中，相同的组件尽可能使用相同的附图标记表示。另外，省略可能混淆本发明的主旨的公知功能和构造的详细说明。基于相同的理由，放大、省略或示意性地示出了附图中的一些组件，并且每个组件的尺寸并不完全反映实际尺寸。
参照图1A至图4对根据本发明的一个实施例的电池组100进行说明。
图1A和图1B是根据本发明的一个实施例的电池组100的立体图，图1C是根据一个实施例的电池单元的立体图，图2A至图2D示出了根据本发明的一个实施例的电池组100中设置的排气部130的各种示例，图2A是沿着排气部130的长度方向的剖视图，图2B示出从图2A的“A”侧观察的状态，图2C和图2D是图2A的变形例，图3A和图3B是示出根据本发明的一个实施例的电池组100中设置的排气部130的变形例的剖视图，图4是示出根据本发明的一个实施例的电池组100中设置的排气部130的另一变形例的剖视图。
如图1A所示，根据本发明的一个实施例的电池组100可以包括形成有内部空间115的电池组壳体110和排气部130。
在电池组壳体110中可以形成预定大小的内部空间115，并且多个电池模块120可以安装在所述内部空间115中。每个电池模块120可以具有在多个电池单元121电连接的状态下被模块化的结构，并且电池组壳体110可以具有多个电池模块120电连接的结构。此外，隔板部件113可以安装在电池组壳体110中以支撑电池模块120。
图1A示出多个电池单元121通过电池模块120被模块化并安装在电池组壳体110的内部空间115中的构造。然而，如图1B所示，多个电池单元121可以具有电池单元到电池组(Cell to Pack，CTP)的结构，在该结构中多个电池单元121可以直接安装而不使用电池模块(即未被模块化)。
如图1C所示，设置在电池组100中的电池单元121可以由袋型(pouch type)二次电池构成。袋型二次电池单元121可以通过袋型外装材料122形成。所述袋型外装材料122可以分为容纳部123和密封部124。容纳部123可以容纳电极组件127和电解液(未示出)。密封部124可以分为设置有电极引线125和绝缘薄膜126的第一密封部124a和未设置有电极引线125的第二密封部124b。作为示例，在本发明的实施例中，袋型电池单元121可以由能够充电和放电的锂离子(Li-ion)电池或镍金属氢化物(Ni-MH)电池构成。然而，在本发明的实施例中，设置在电池组100中的电池单元不限于袋型二次电池。
此外，在电池组壳体110的内部可以设置用于控制电池单元或电池模块120的电池控制部(Battery Management System，BMS)(未示出)。
排气部130设置在电池组壳体110中并且可以形成为开口形状，以将在内部空间115中产生的气体排出到外部。即，排气部130可以以贯通结构设置在电池组壳体110的外壁111部分，以使空气向电池组壳体110的内部和外部流动。然而，在本发明的实施例中，排气部130不限于完全开口的结构，还可以在形成排气部130的开口部分安装诸如过滤膜的过滤装置，还可以具有安装有盖(膜或翼片(flap)等)的结构。
另一方面，电池单元可以具有在外装材料内部容纳通过堆叠阳极板、阴极板和分离膜而形成的电极组件(未示出)和电解液的结构。即，电池单元可以由能够充电和放电的二次电池构成。容纳在外装材料内部的电解液可能由于外部的冲击、内部缺陷等而气化，并且气化的电解液可能排出到电池单元外部。
当在电池组壳体110的内部空间115中产生电解液气体时，排气部130将电解液气体排出到外部。此时，排气部130可以保持开口状态而不封闭，从而可以使空气通过排气部130顺利流动。
此外，可以在电池组壳体110的一侧外壁111上彼此隔开形成多个排气部130，使得电池组100的内部空间115中产生的气体可以顺利排出到外部。例如，如图1A和图1B所示，排气部130可以具有以中心为基准分别设置在一侧外壁111的两侧的结构。或者，至少一个排气部130可以设置在电池组壳体110的一侧外壁111上，并且至少一个排气部130可以设置在与一侧外壁不同的外壁上。例如，至少一个排气部130可以设置在图1A和图1B所示的一侧外壁111上，并且至少一个排气部130可以设置在与一侧外壁相对的相反侧外壁和/或与一侧外壁连接的另一外壁上。然而，排气部130的布置位置和设置数量不限于此，并且可以进行各种变形。
参照图2A至图4，排气部130可以具有与电池组壳体110的外部空间连接的排气部130的出口侧132的截面面积A2形成为小于与内部空间115连接的排气部130的入口侧131的截面面积A1的结构。另外，排气部130具有入口和出口，入口具有第一截面面积A1，出口具有小于第一截面面积A1的第二截面面积A2。
即，当入口侧131的截面面积A1形成为大于出口侧132的截面面积A2时，与入口侧131和出口侧132的截面面积保持相同的情况相比，在内部空间115中产生的电解液气体可以通过排气部130容易地排出到外部。因此，当在电池组100内部产生火焰并排出气体时，电池组100内部的压力增加可能会受到限制。此外，由于出口侧132的截面面积A2形成为小于入口侧131的截面面积A1，因此可以具有电池组壳体110外部的空气难以通过排气部130流入内部空间115的结构。因此，可以在不过度增加电池组100内部的压力升高的情况下有效地阻断外部空气(氧气)的流入。
参照图2A至图4，排气部130可以包括：第一区域133，连接到入口侧131并具有相对大的截面形状；以及第二区域134，连接到出口侧132并具有比第一区域133相对小的截面形状。当以垂直于排气部130的长度方向的切割面为基准计算排气部130的预定长度的平均截面面积时，第二区域134的平均截面面积可以具有比第一区域133的平均截面面积小的值。
例如，如图2A至图3B所示，排气部130可以具有第一区域133以相同的截面形状从入口侧131向出口侧132延伸并且第二区域134以截面面积比第一区域133减小的形态向出口侧132延伸的结构。即，第一区域133沿其整个范围具有恒定的截面面积，第二区域134的截面面积在从第一区域133到出口侧132的方向上减小。
此外，如图2B所示，第一区域133和第二区域134可以分别具有圆形截面形状。此时，入口侧131的直径D1大于出口侧132的直径D2。
此外，当第一区域133和第二区域134各自具有圆形截面形状时，排气部130的第一区域133可以形成为具有恒定直径D1的中空圆柱形状，第二区域134可以形成为直径朝向出口侧132减小的中空圆锥台形状。
同时，可以在第一区域133和第二区域134之间形成截面结构改变的边界区域BA。此时，如图2A和3B所示，第一区域133和第二区域134之间的边界区域BA可以具有截面上的直线彼此相交以形成倾斜的结构。反之，如图2C和图3A所示，第一区域133和第二区域134之间的边界区域BA可以具有第一区域133和第二区域134通过平缓的曲面(在图2C和图3A中，曲面部分显示为两条垂直线之间的区域)连接的结构。
此外，如图2A、图2C、图3A和图3B所示，第二区域134可以形成为以单个倾斜角θ倾斜的形态，但是如图2D所示，第二区域134可以具有划分为两个以上的区域134a、134b并且每个区域中的倾斜角θa、θb改变的结构。此时，靠近出口侧132的区域134b中的倾斜角θb可以形成为大于远离出口侧132的区域134a中的倾斜角θa，使得出口侧132的直径D2可以小于位于第二区域134中心部的部分的直径D2a。
如上所述，当排气部130具有圆形截面时，与矩形截面相比，可以降低在排气部130的内部流动的空气中产生涡流或湍流的可能性，因此具有可以从入口侧131到出口侧132形成顺利的流动的优点。然而，在本发明中，排气部130的截面形状变形为各种，例如椭圆形截面等，并且不排除矩形截面结构。
此外，排气部130可以具有在第一区域133和第二区域134中均形成倾斜角的结构。例如，如图4所示，第一区域133可以具有截面面积在从入口侧131到出口侧132的方向上以第一倾斜角θ1减小的形状，并且第二区域134可以具有截面面积在从入口侧131到出口侧132的方向上以大于第一倾斜角θ1的第二倾斜角θ2减小的形状。
同时，第二区域134的长度L2可以形成为从入口侧131到出口侧132的距离的0.2～0.8倍，即排气部130的总长度L的0.2～0.8倍。当第二区域134的长度L2具有小于总长度L的0.2倍的长度时，第二区域134的长度过短。因此，外部空气通过缩短的第二区域134流入的可能性增加，第二区域134的设置效果会降低。相反，当第二区域134的长度L2具有超过总长度L的0.8倍的长度时，第一区域133的长度L1过短。在这种情况下，存在以下问题，由于具有截面面积较小的第二区域134较长地形成，内部空间115的气体不能通过第二区域134顺利地排出，因此电池组100的内部空间115的压力增加。
此外，出口侧132的截面面积A2可以形成为入口侧131的截面面积A1的0.2～0.8倍。当出口侧132的截面面积A2小于入口侧131的截面面积A1的0.2倍时，出口侧132的截面面积A2过小，由于电池组100的内部空间115的气体不能顺利地排出到外部，因此可能发生电池组100内部的压力增加的问题。反之，当出口侧132的截面面积A2超过入口侧131的截面面积A1的0.8倍时，两侧的直径(截面面积)差非常小，因此利用截面面积差顺利地排出内部空气并使外部空气流入最小化的效果降低。
出口侧132的截面面积A2可以形成为入口侧131的截面面积A1的0.4～0.7倍。在这种情况下，通过确保出口侧132的截面面积A2，可以充分实现电池组100的内部空间115的气体顺利地排出到外部的效果以及利用入口侧131和出口侧132截面面积差使外部空气的流入最小化的效果。
同时，排气部130的入口侧131的截面面积A1、出口侧132的截面面积A2、第一区域133的长度L1和第二区域134的长度L2的具体值可以根据电池组100的内部空间115的容积、排气孔的位置和形状来确定。
另外，在图1至图4中，仅示出了排气部130具有第一区域133和第二区域134的情况，但是在第一区域133和第二区域134之间可以设置沿着排气部130的长度方向的截面形状与第一区域133和第二区域134不同的第三区域133。即，可以在第一区域133和第二区域134之间设置具有介于第一区域133的平均截面面积和第二区域134的平均截面面积之间的值的第三区域。
当电池组壳体110的外壁具有足够的厚度时，排气部130可以在电池组壳体110的外壁111中形成为孔状。即，如图2所示，排气部130可通过在电池组壳体110的外壁111部分中加工入口侧131的直径D1大于出口侧132的直径D2的孔而形成。
另一方面，当电池组壳体110的外壁111不具有足够的厚度时，如图3A和图3B所示，排气部130可以具有其至少一部分突出到电池组壳体110的外壁111的外侧的形状。例如，当排气部130的长度为48mm且外壁111的厚度为20mm时，排气部130可以具有向电池组壳体110的外部突出28mm的结构。
此外，排气部130可以由附接到电池组壳体110的外壁111的排气引导部件136构成。如图3A所示，排气引导部件136可以具有形成有第一区域133和第二区域134的形状。此时，排气引导部件136可以在与外壁111的内侧表面重合的状态下安装在形成在电池组壳体110中的孔的内表面上。或者，如图3B所示，排气引导部件136可以具有仅形成排气部130的部分区域的形状。此时，排气引导部件136可以具有附接到外壁111的外侧表面的形状。
同时，参照图2A至图4，在排气部130中，入口侧131可以与电池组壳体110的外壁111内表面位于同一线上。当排气部130的入口侧131具有向电池组壳体110的外壁内表面的内部突出的管状时，在以管状突出到内部空间115中的入口侧131周围可能会产生涡流或湍流。例如，假设图3A中的排气引导部件136具有向左侧延伸的形状，沿着电池组壳体110的外壁内表面流动的空气不会直接流入排气引导部件的入口，并且产生流动变得不均匀的现象(例如，涡流)。然而，正如本发明的一个实施例，当排气部130的入口侧131与电池组壳体110的外壁内表面位于同一线上时，由于内部空间115的气体沿着外壁115内表面流动，因此容易流动到排气部130的入口侧131并且可以被排出到外部，因此可以有效地改善从电池组壳体110排出的气体的流动。
接下来，参照图1、图2A和图5至图11C，对本发明的一个实施例的电池组100的效果进行说明。
图5是根据现有技术的电池组10的立体图。图5所示的根据现有技术的电池组10包括电池组壳体11和排气部30，并且具有在电池组壳体11的内部空间15设置有隔板13和多个电池模块20的结构。此外，排气部30被构造成具有恒定直径D’的空间延伸恒定长度L’的形状。
对于图5所示的现有技术的电池组10，假设在电池组壳体11的中心部分的起火点IP处产生火焰并进行流动分析。此时，不考虑电池组壳体10内部的热传递，仅分析内部空间15和排气部30中的流动模式。
使用马赫数(Mach number)约为0.4的压缩流体模型进行分析，假设从图5所示的起火点IP向上部方向以恒定流速(21m/s以下)产生流体。通过应用Spalart-Allmaras分析湍流模型。
图6A和图6B是示出在图5所示的根据现有技术的电池组10的内部起火时的流体的流速的分析图。图6A示出排气部30的直径D’为50mm、长度L’为48mm时的流体速度，图6B示出排气部30的直径D’为40mm、长度L’为48mm时的流体速度。
参照图6A和图6B，显示出在起火点IP产生的流体大部分沿着具有相对宽阔空间的电池组壳体11的上部空间移动，并向电池组壳体11的前端(-x方向)和后端(+x方向)移动的流动模式。此外，显示出从起火点IP向侧面(±y方向)移动的流体大部分向中心通道部分扩散的趋势。并且显示出移动到电池组壳体11的后端(+x方向)的流体沿着外壁的内壁表面移动并且通过排气部30高速排出并流动的流动模式。
参照图7A至图8B对根据现有技术的排气部30中的流动模式进行说明。
图7A示出图6A的第一排气部V1部分的流体速度，图7B示出图6A的第二排气部V2部分的流体速度，图8A示出图7A的流体的速度和方向，图8B示出图7B的流体的速度和方向。
参照图7A和图8A，对于第一排气部V1，速度降低的区域(图7A中的深黑色部分和图8A的箭头指向-x方向的部分)出现在图中的排气部30的下侧部分，并且如图8A的放大部分所示，在图中的排气部30的下侧部分朝向内部空间15的速度区域从排气部30的外侧区域到内部空间15的区域连续产生。
另外，参照图7B和图8B，对于第二排气部V2，速度降低的区域(图7B的深黑色部分和图8B的箭头指向-x方向的部分)出现在图中的排气部30的上侧部分，如图8B的放大部分所示，在图中的排气部30的上侧部分朝向内部空间15的速度区域从排气部30的外侧区域到内部空间15的区域连续产生。
如上所述，朝向内部空间15的速度区域从排气部30的外侧区域延伸至到达内部空间15的区域是指在起火点IP产生的气体通过排气部30排出到外部时，外部空气通过排气部30的部分区域(排气部130的内壁表面)流入内部空间15的状态。即，图6A、图7A至图8B所示的现有技术的排气部30具有直径恒定地保持50mm的形状，在这种情况下，可以确认外部空气和外部空气中包含的氧气流入电池组壳体11的内部空间15。这样的氧气的流入导致氧气传递到火焰从而可能导致电池组10爆炸或电池组10内部的火焰快速传播的问题。因此，存在电池组10内部的火焰容易传播到电池组10外部的问题。
另一方面，如图6B所示，当排气部30的直径从50mm减小到40mm时，排气部30的截面面积与图6A相比减少36％，因此如将在后面描述的图9C和图10C所示，在起火点IP产生的气体通过排气部30排出到外部的流动强劲，所以气体排出速度迅速增加。因此，可以确认在排气部30内部，朝向电池组壳体11的内部空间15的速度区域极小，外部空气几乎不流入内部空间15。另一方面，可以确认，当直径减小时，在起火点IP产生的气体不能通过排气部30充分排出，因此如图11C所示电池组10内部的平均压力迅速增加到2.9×104Pa。当在电池组10中发生火灾(火焰)的状态下电池组10内部的压力增加时，电池组10发生变形或损坏，并且电池组10内部的火焰直接暴露于电池组10外部而导致在电池组100外部引发大的火灾。
接下来，参照图9A至图11C，观察在根据本发明的一个实施例和现有技术中，当电池组100内部发生火灾(火焰)时防止电池组10、100爆炸(火焰爆炸)或阻断火焰的外部传播的可能性。
图9A至图9C是比较示出本发明的一个实施例和现有技术的排气部30、130中的流体速度的分析图，图9A示出根据本发明的一个实施例的排气部130中的流体速度，图9B涉及图6A所示的现有技术并且示出直径D’为50mm、长度L’为48mm的排气部30中的流体速度(同图7B)，图9C涉及图6B所示的现有技术并且示出直径D’为40mm、长度L’为48mm的排气部30中的流体速度。
参照图2A，图9A的排气部130使用入口侧131的直径D1为66mm、出口侧132的直径D2为50mm、排气部130的总长度L为48mm、第一区域133的长度L1为24mm和第二区域134的长度L2为24mm的排气部130，并且为了与现有技术比较，电池组壳体110具有与图5、图6A和图6B所示的现有技术的电池组壳体11相同的结构和形状。
此外，图10A至图10C分别示出图9A至图9C所示的本发明的一个实施例和现有技术的流体的速度和方向。
并且，图11A至11C分别示出图9A至图9C所示的本发明的一个实施例和现有技术的电池组10、100的内部压力分布。电池组10、100的内部平均压力在图11A中为6.6×103Pa，在图11B中为1.0×104Pa，在图11C中为2.9×104Pa。
参照图9B和图10B，对于排气部30的直径为50mm的现有技术，如参照图7B和图8B所述，朝向内部空间15的速度区域从排气部30的外侧区域到内部空间15的区域连续产生。因此，对于排气部30的直径为50mm的现有技术，当在起火点IP产生的气体通过排气部30排出到外部时，外部空气通过排气部30的部分区域(排气部的内壁表面)流入内部空间15。因此，外部空气中的氧气流入电池组壳体11的内部空间15并传递到火焰处，可能导致电池组10爆炸或火焰增大，因此，存在火灾容易蔓延到电池组10外部的问题。
另外，对于将排气部30的直径从50mm减小到40mm的现有技术，如图9C和图10C所示，可以确认在起火点IP产生的气体通过排气部30排出到外部的流动强劲，使得外部空气几乎不流入内部空间15。另一方面，可以确认在起火点IP产生的气体不能通过排气部30充分排出，如图11C所示，电池组10内部的平均压力迅速上升到2.9×104Pa。即，图11C的现有技术与图11B的现有技术相比平均压力(1.0×104Pa)增加了大约三倍。如上所述，当在电池组10中发生火灾(火焰)的状态下电池组10内部的压力增加时，电池组10发生变形或损坏，并且电池组10内部的火焰直接暴露于电池组10外部而导致在电池组10外部引发大的火灾。
另一方面，正如本发明的实施例，如图9A和图10A所示，在入口侧131的直径D1为66mm、出口侧132的直径D2为50mm的排气部130的情况下，朝向内部空间115的速度区域可能出现在排气部130内部。然而，该逆向速度区域部分地产生于第一区域133与第二区域134的边界区域BA中，并且不连通排气部130的两侧，即内部空间115和外部空间。即，由于从边界区域BA部分到朝向内部空间115的速度区域不连接到外部空间，所以外部空气不流入。此外，在本发明的实施例中，如图11A所示，电池组100内部的平均压力为6.6×103Pa，与具有与图11A相同的出口侧直径D2(50mm)的图11B的现有技术的平均压力(1.0×104Pa)相比更低。
因此，正如本发明的实施例，当第一区域133的截面面积A1或入口侧131的直径D1大于第二区域134的截面面积A2或出口侧132的直径D2时，即使在电池组100内部产生火焰并且气体通过排气部130排出到外部的情况下，外部空气中的氧气也不会流入内部空间115，因此可以使火焰大幅增加或电池组100内部的爆炸的发生最小化。此外，即使在电池组100内部产生火焰的情况下，内部的平均压力也不会迅速增加，从而可以防止由于电池组100的变形或损坏而导致火焰迅速暴露于外部。因此，根据本发明的实施例，可以将电池组100内部的火焰向外部的传播延迟相当长的时间，从而可以确保电池组100防火的安全性。
接下来，参照图12至图15C，对于本发明的一个实施例和现有技术，对当电解液气体从电池组10、100内部迅速排出时由于电解液气体泄漏而引起外部火焰的可能性进行说明。
图12是示出用于分析本发明的一个实施例和现有技术的从电池组10、100内部排出电解液气体的状态的总体结构的示意图。在图12中，将用于注入电解液气体的注入口IN设置在电池组10、100的一侧，并且电解液气体通过本发明的实施例和现有技术的排气部30、130排出。在分析区域中，直径DA设置为1000mm，长度LA设置为4000mm。
另外，电解液气体的组成以体积分数(volume fraction)为基准设置H2为10％、CH4为5％、C2H4为10％、CO为15％、CO2为60％。通过注入口IN流入的电解液气体的速度设置为21m/s，温度设置为723K。
对于本发明的实施例，在排气部130中，将入口侧131的直径D1设置为40mm、出口侧132的直径D2设置为20mm、长度L设置为48mm，并且在现有技术的排气部30中，将直径D’设置为50mm、长度L’设置为48mm的情况(比较例1)和直径D’设置为20mm、长度L’设置为48mm的情况(比较例2)作为比较分析对象。
图13是示出图12的分析结构中的本发明的一个实施例和现有技术的从排气部30、130排出的电解液气体的速度分布和电解液气体转化率(Mixture Variance)分布的分析图，图14是示出图12的分析结构中的本发明的一个实施例和现有技术的从排气部30、130排出的电解液气体的H2O质量分数(Mass Fraction)分布和温度分布的分析图，图15A至图15C中对图12的分析结构中的本发明的一个实施例和现有技术的从排气部30、130排出的电解液气体的火焰长度以及电池组10、100内部的平均压力进行比较。
图13的电解液气体转化率分布表示在电解液气体从排气部30、130释放之后通过与大气中的氧气反应而改变组成的分布，图14的H2O质量分数分布表示电解液气体从排气部30、130释放之后通过与大气中的氧气反应而产生的H2O量的分布，图14的温度分布表示火焰引起的分析空间内部的温度变化分布。即，电解液气体转化率的大小和面积越大，H2O质量分数的大小和面积越大，温度越高，其面积的范围越大，从排气部30、130释放的电解液气体可能导致在电池组100外部的火焰的产生增加。
从电池组100内部对比本发明的实施例和排气部30的直径为50mm的现有技术(比较例1)以及排气部30的直径为20mm的现有技术(比较例2)，当电解液气体通过排气部30、130快速排出时，对由于电解液气体泄漏而引起的电池组10、100外部的燃烧现象(外部产生火焰的可能性)的分析结果，排气部30、130的直径越小，图13的电解液气体转化率、图14的H2O质量分数和温度的分布区域增加，并且其值也增加。此外，如图15A所示，排气部30、130的直径越小，火焰长度减小。正如本发明的实施例(出口侧直径为20mm)或比较例2(直径为20mm)，排气部30、130的直径越小，由于电解液气体泄漏而引起在电池组10、100外部产生火焰的可能性越低。
另一方面，如图13所示，排气部30、130的直径越小，不仅电解液气体的喷出速度增加，如图13和图15B所示，电池组10、100内部的平均压力也大幅增加。电池组10、100内部的平均压力增加可能导致电池组10、100内部变形或损坏，并且可能伴随电解液气体的快速释放。对于本发明实施例(入口侧直径为40mm、出口侧直径20mm)与比较例2(直径为20mm)出口侧直径D2相同，但入口侧直径D1更大，由于与比较例2相比压力降低约12％，因此与比较例2相比，电池组100损坏或变形的可能性降低。
如上所述，正如本发明的实施例，当第一区域133的截面面积A1或入口侧131的直径D1大于第二区域134的截面面积A2或出口侧132的直径D2时，当电解液气体通过排气部130快速排出时，由于电解液气体泄漏而导致在电池组100外部产生火焰的可能性降低，并且可以防止电池组100变形或损坏而导致火焰快速暴露于外部。特别地，通过调整第一区域133的截面面积A1或入口侧131的直径D1以及第二区域134的截面积A2或出口侧132的直径D2，可以实现更稳定的电池组100。
尽管上文详细描述了本发明的实施例，但是本发明的权利范围不限于此，并且对本发明所属领域的普通技术人员来说，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对本发明进行各种修改和变形是显而易见的。
例如，可以通过删除上述实施例中的一部分组件来实现，并且可以通过组合各个实施例来实现。

Claims (18)

1.一种电池组，包括：
电池组壳体，形成有内部空间，并且多个电池模块安装在所述内部空间中或者未被模块化的多个电池单元直接安装在所述内部空间中；以及
排气部，设置在所述电池组壳体中，并且被构造成能够将在所述内部空间中产生的气体排出到外部，
在所述排气部中，与所述电池组壳体的外部空间连接的所述排气部的出口侧的截面面积形成为小于与所述内部空间连接的所述排气部的入口侧的截面面积。
2.根据权利要求1所述的电池组，其中，
所述电池单元由电极组件和电解液容纳在袋型外装材料的内部并且所述外装材料的至少一部分的边缘被密封的袋型二次电池构成。
3.根据权利要求1所述的电池组，其中，
所述排气部包括连接到所述入口侧的第一区域和连接到所述出口侧的第二区域。
4.根据权利要求3所述的电池组，其中，
所述第一区域沿其整个范围具有恒定的截面面积，
所述第二区域的截面面积在从所述第一区域到所述出口侧的方向上减小。
5.根据权利要求4所述的电池组，其中，
所述第一区域和所述第二区域具有圆形截面形状。
6.根据权利要求4所述的电池组，其中，
所述第一区域形成为中空圆柱形状，
所述第二区域形成为中空圆锥台形状。
7.根据权利要求4所述的电池组，其中，
所述第二区域的长度形成为从所述入口侧到所述出口侧的距离的0.2～0.8倍。
8.根据权利要求4所述的电池组，其中，
所述出口侧的截面面积形成为所述入口侧的截面面积的0.2～0.8倍。
9.根据权利要求4所述的电池组，其中，
所述出口侧的截面面积形成为所述入口侧的截面面积的0.4～0.7倍。
10.根据权利要求3所述的电池组，其中，
所述第一区域具有截面面积在从所述入口侧到所述出口侧的方向上以第一倾斜角减小的形状，
所述第二区域具有截面面积在从所述入口侧到所述出口侧的方向上以大于所述第一倾斜角的第二倾斜角减小的形状。
11.根据权利要求1所述的电池组，其中，
在所述排气部中，所述入口侧与所述电池组壳体的外壁内表面位于同一线上。
12.根据权利要求1所述的电池组，其中，
所述排气部在所述电池组壳体的外壁中形成为孔状。
13.根据权利要求1所述的电池组，其中，
所述排气部具有其至少一部分突出到所述电池组壳体的外壁的外侧的形状。
14.根据权利要求13所述的电池组，其中，
所述排气部的至少一部分由附接到所述电池组壳体的外壁的排气引导部件构成。
15.根据权利要求1所述的电池组，其中，在所述电池组壳体的一侧外壁上彼此隔开形成与所述排气部相同的一个以上的额外的排气部。
16.根据权利要求15所述的电池组，其中，
多个所述排气部分别形成在所述电池组壳体的所述一侧外壁和与所述电池组壳体的所述一侧外壁不同的另一外壁上。
17.根据权利要求1所述的电池组，其中，
所述排气部保持开口状态而不封闭，使得空气通过所述排气部流动。
18.一种电池组，包括：
电池组壳体，包括隔板部件，所述隔板部件形成容纳至少一个电池模块的多个内部空间；以及
至少一个排气部，将在内部空间中产生的气体排出到所述电池组壳体的外部，
所述排气部具有入口和出口，所述入口具有第一截面面积，所述出口具有小于所述第一截面面积的第二截面面积。
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