CN114365327A - 具有能够快速调用喷洒器的结构的电池模块和包括该电池模块的ess - Google Patents

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Abstract

根据本发明的一个实施例的电池模块包括：多个电池单体；模块壳体，该模块壳体被构造成容纳包括所述多个电池单体的单体堆；喷洒器，该喷洒器从所述单体堆的堆叠方向上的一侧穿过所述模块壳体；以及至少一个导板，所述至少一个导板被固定到所述模块壳体的内部，并且被倾斜地安装，使得所述至少一个导板的一个纵向端部面向所述喷洒器。

Description

具有能够快速调用喷洒器的结构的电池模块和包括该电池模 块的ESS
技术领域
本公开涉及一种具有允许喷洒器的快速操作的结构的电池模块以及包括该电池模块的ESS，更具体地，本公开涉及一种具有如下结构的电池模块以及包括该电池模块的ESS：当排气气体泄漏到电池模块的内部时，该结构通过引导高温气体集中朝向被设置到所述喷洒器的玻璃泡移动而允许所述喷洒器的快速操作。
本申请要求2020年2月7日在韩国提交的韩国专利申请第10-2020-0024460号的优先权，其公开内容通过引用并入本文。
背景技术
目前商业化的二次电池包括镍镉电池、镍氢电池、镍锌电池和锂二次电池。其中，锂二次电池备受关注，因为与镍类二次电池相比，锂二次电池几乎没有记忆效应，从而确保自由充电和放电，并且还具有非常低的放电速率和高的能量密度。
锂二次电池主要使用锂类氧化物和碳材料分别作为正极活性材料和负极活性材料。锂二次电池包括：电极组件，在该电极组件中设置有分别涂覆正极活性材料和负极活性材料的正极板和负极板，并且分隔件被置于该正极板和该负极板之间；以及外部，即电池袋外部，该外部用于将电极组件与电解质一起密封和存储。
最近，二次电池不仅广泛用于诸如便携式电子设备的小型设备，还广泛用于诸如车辆和能量存储系统的中型或大型设备。当在这种中型或大型设备中使用时，大量二次电池被电连接以增加容量和输出。特别地，袋型二次电池广泛用于这种中型设备，因为袋型二次电池可以容易地堆叠。
同时，由于随着作为能量存储源的使用，对大容量结构的需求最近而不断增加，因此对电池模块的需求也在不断增加，该电池模块包括串联和/或并联电连接的多个二次电池。
此外，电池模块通常具有由金属材料制成的外部壳体，以保护或存储多个二次电池免受外部冲击。同时，对高容量电池模块的需求最近正在增加。
在这种高容量电池模块的情况下，如果电池模块的内部的温度由于至少一些内部电池单体中发生排气而增加，则可能产生很大的损坏。也就是说，如果由于内部温度的增加而发生热失控现象，则高容量电池模块的温度可能迅速增加，因此可能发生大规模的着火和/或爆炸。
因此，需要开发一种快速且完全的灭火技术，以在由于电池模块的内部的电池单体中发生排气而出现异常温度升高时立即采取措施。
发明内容
技术问题
本公开被设计成解决相关技术的问题，因此本公开涉及当高温排气气体泄漏到电池模块的内部时、通过引导高温气体集中地朝向被设置到喷洒器的玻璃泡移动而允许喷洒器的快速操作。
然而，本公开所要解决的技术问题不限于以上内容，并且本领域技术人员根据以下描述将会理解本文未提到的其它目的。
技术方案
在本公开的一个方面中，提供一种电池模块，该电池模块包括：多个电池单体；模块壳体，该模块壳体被构造成容纳包括所述多个电池单体的单体堆；喷洒器，该喷洒器被设置成在所述单体堆的堆叠方向上的一侧处穿过模块壳体；以及至少一个导板，所述至少一个导板被固定在所述模块壳体的内部，并且被倾斜地安装，使得所述至少一个导板的一个纵向端部朝向所述喷洒器定向。
所述模块壳体可以包括：一对基盖，所述一对基盖被构造成分别覆盖所述单体堆的下表面和上表面；一对侧盖，所述一对侧盖被构造成覆盖所述单体堆的侧表面；前盖，该前盖被构造成覆盖所述单体堆的前表面；以及后盖，该后盖被构造成覆盖所述单体堆的后表面。
所述导板可以被构造成从所述侧盖的内表面朝向所述单体堆突出。
所述电池模块可以包括一对汇流条框架，所述一对汇流条框架被分别联接到所述单体堆的宽度方向上的一侧和另一侧。
所述喷洒器可以被设置成穿过所述后盖的一个纵向侧部，并且位于被形成在所述汇流条框架与侧盖之间的中空空间中。
所述喷洒器可以包括：联接器，该联接器位于所述模块壳体的外侧处，并且被连接到供应冷却流体的供应管；喷洒器头，该喷洒器头位于所述模块壳体的内侧处，并且被连接到所述联接器；以及绝缘盖，该绝缘盖被构造成覆盖所述喷洒器头。
所述喷洒器头可以包括：玻璃泡，该玻璃泡被设置成阻塞所述联接器的冷却流体喷射孔，并且被构造成：当所述电池模块的内部的气体的温度或流量增加超过参考值时，所述玻璃泡发生破裂，以打开所述冷却流体喷射孔；以及保持支架，该保持支架被构造成在包围所述玻璃泡的同时固定所述玻璃泡。
所述绝缘盖可以包括面向所述单体堆和汇流条框架的第一区域以及除所述第一区域之外的第二区域，所述第一区域可以被形成为使得封闭面积大于开放面积，所述第二区域可以被形成为使得开放面积大于封闭面积。
所述第一区域可以具有至少一个盖孔，所述至少一个盖孔用于喷射冷却流体。
所述电池模块可以包括：空气入口，该空气入口被形成为穿过所述前盖；空气出口，该空气出口被形成为穿过所述后盖；以及膨胀垫，该膨胀垫被设置在所述空气入口和空气出口的内侧处，并且被构造成：当接触被引入到所述电池模块中的冷却流体时，所述膨胀垫通过膨胀而至少部分地关闭所述空气入口和空气出口。
所述膨胀垫可以被附接到所述模块壳体的内表面上。
所述膨胀垫可以被至少部分地插入容纳凹槽中，该容纳凹槽被形成在所述模块壳体的内表面处。
所述电池模块可以包括网板，该网板被分别设置在所述膨胀垫的两侧处，以引导所述膨胀垫的膨胀移动。
所述空气入口和空气出口可以被形成在与形成在所述汇流条框架和侧盖之间的中空空间对应的位置处。
同时，根据本公开实施例的能量存储系统(ESS)包括多个根据本公开的电池模块。
有益效果
根据本公开的实施例，当高温排气气体泄漏到电池模块的内部时，所述高温排气气体可以集中朝向被设置到所述喷洒器的玻璃泡移动，因此所述喷洒器可以快速地操作，从而防止由热失控现象引起的着火和/或爆炸。
附图说明
附图图示了本公开的优选实施例，并且与前述公开内容一起用于提供对本公开的技术特征的进一步理解，因此，本公开不被解释为限于附图。
图1和图2是示出根据本公开实施例的电池模块的立体图。
图3是示出图1和图2中所示电池模块的内部结构的视图。
图4和图5是示出根据本公开实施例的电池模块的内部结构的视图，以展示在本公开中应用的喷洒器。
图6是示出在本公开中应用的绝缘盖的立体图。
图7是示出在本公开中应用的侧板的内部结构的视图。
图8是示出在本公开中应用的绝缘盖的立体图，该绝缘盖与图6中所示的绝缘盖不同。
图9是示出图8中所示的绝缘盖的正视图。
图10是示出在本公开中应用的绝缘盖和导板的位置关系的视图。
图11是示出根据本公开实施例的电池模块的前表面的一部分的图，以展示被设置在电池模块的内部的膨胀垫。
图12至图14是示出从侧面观察的根据本公开实施例的电池模块的截面的一部分的图，以展示被设置在电池模块的内部的膨胀垫。
具体实施方式
在下文中，将参考附图详细描述本公开的优选实施例。在描述之前，应当理解，说明书和所附权利要求中使用的术语不应被解释为限于一般意义和字典意义，而是基于允许发明人为了最佳解释而适当地定义术语的原则，基于与本公开的技术方面相对应的意义和概念来解释。因此，本文提出的描述仅仅是出于说明的目的的优选示例，并不旨在限制本公开的范围，因此应当理解，在不脱离本公开的范围的情况下，可以对其进行其他等同方案和修改。
首先，将参考图1至图3描述根据本公开实施例的电池模块1的总体结构。
参考图1至图3，根据本公开实施例的电池模块1包括多个电池单体100、汇流条框架200、模块壳体300、空气入口400、空气出口500、喷洒器600和导板G。
所述电池单体100被设置成多个，并且所述多个电池单体100被堆叠为形成一个单体堆。所述电池单体100可以采用例如袋型电池单体。所述电池单体100包括一对电极引线110，所述一对电极引线110分别在纵向方向(平行于图中所示的Y轴的方向)上的两侧处引出。同时，尽管在图中未示出，但是如果需要，所述单体堆还可以包括被设置在彼此相邻的电池单体100之间的缓冲垫。当所述单体堆被容纳在所述模块壳体300中时，所述缓冲垫允许所述单体堆以压缩状态被容纳，从而限制由外部冲击引起的移动，并且抑制所述电池单体100的鼓胀。
所述汇流条框架200被成对设置，并且成对的所述汇流条框架200覆盖所述单体堆的宽度方向(平行于图中的Y轴的方向)上的一侧和另一侧。所述电池单体100的电极引线110穿过被形成在所述汇流条框架200处的狭缝而被引出，并且通过焊接等方式被弯曲并固定至被设置到所述汇流条框架200的汇流条上。也就是说，多个电池单体100可以通过被设置到所述汇流条框架200的汇流条而电连接。
所述模块壳体300具有大致长方体的形状，并且在其中容纳所述单体堆。所述模块壳体300包括：一对基盖310，所述一对基盖310被分别构造成覆盖所述单体堆的下表面和上表面(平行于X-Y平面的表面)；一对侧盖320，所述一对侧盖320被分别构造成覆盖所述单体堆的侧表面(平行于X-Z平面的表面)；前盖330，该前盖330被构造成覆盖所述单体堆的前表面(平行于Y-Z平面的表面)；和后盖340，该后盖340被构造成覆盖所述单体堆的后表面(平行于Y-Z平面的表面)。
所述空气入口400被形成在所述单体堆的堆叠方向(平行于X轴的方向)上的一侧处，即所述电池模块1的纵向方向上的一侧处，并且具有穿过所述前盖330而形成的孔形。所述空气出口500被形成在所述单体堆的堆叠方向上的另一侧处，即所述电池模块1的纵向方向上的另一侧处，并且具有穿过所述后盖340而形成的孔形。所述空气入口400和空气出口500位于沿着所述电池模块1的纵向方向(平行于X轴的方向)的斜对角相反侧处。
同时，在所述汇流条框架200和侧盖320之间形成中空空间。也就是说，用于冷却所述电池单体100的空气在其中流动的中空空间被形成在所述模块壳体300的六个外表面中的面向所述电池单体100的纵向方向(平行于Y轴的方向)上的一侧和另一侧的一个外表面与所述汇流条框架200之间。该中空空间被形成在所述电池模块1的宽度方向(平行于Y轴的方向)上的两侧中的每一侧处。
所述空气入口400被形成在如下位置处：其对应于被形成在所述电池模块1的宽度方向(平行于Y轴的方向)上的一侧处的中空空间，并且所述空气出口500被形成在如下位置处：其对应于被形成在所述电池模块1的宽度方向上的另一侧处的中空空间。
在所述电池模块1中，通过所述空气入口400引入该电池模块1中的空气在从被形成在所述电池模块1的宽度方向上的一侧处的中空空间移动到被形成在所述电池模块1的宽度方向上的另一侧处的中空空间的同时冷却所述电池单体100，然后通过所述空气出口500排出。也就是说，所述电池模块1对应于空气冷却式电池模块。
同时，在本公开中，与所述空气入口400的名称不同的是，所述空气入口400也可以用于冷却，以用作排出升温后的受热空气的通道。另外，与所述空气出口500的名称不同的是，所述空气出口500也可以用作引入用于冷却的外部空气的通道。也就是说，用于强制排气的叶轮可以被安装在所述空气入口400和/或空气出口500处，并且空气循环的方向可以根据叶轮的旋转方向而变化。
所述喷洒器600被连接到供应诸如冷却水这样的冷却流体的供应管(未示出)，并且当所述电池模块1内部的温度或所述电池模块1内部的气体流量增加超过一定水平时，所述喷洒器600进行操作，从而将冷却流体供应到所述电池模块1中。换句话说，如果在所述电池单体100中发生异常情况以引起排气、使得高温气体被排出时，则所述喷洒器600检测到高温气体并进行操作。如果所述喷洒器600以这种方式操作，则冷却流体可以被供应到所述电池模块1中，以防止所述电池单体100由于过热而着火和/或爆炸。
所述喷洒器600的一部分暴露在所述后盖340之外，并且所述喷洒器600的另一部分被设置成穿过所述后盖340并且位于被形成在所述汇流条框架200和侧盖320之间的中空空间中。所述喷洒器600被安装在与被形成在所述后盖340的纵向方向(平行于Y轴的方向)上的一侧上的空气出口500相反的一侧处。
所述喷洒器600包括联接器610、喷洒器头620和绝缘盖630。所述联接器610位于所述模块壳体300的外侧处，并且被连接到供应冷却流体的供应管(未示出)。也就是说，所述联接器610由金属材料制成，并且是用于紧固外部供应管的部件。所述喷洒器头620位于所述模块壳体300的内侧处，并且被连接到所述联接器610。所述绝缘盖630覆盖所述喷洒器头620，从而防止所述喷洒器头620与所述电池单体100的电极引线110和/或所述汇流条框架200的汇流条直接接触而导致短路。
参考图3至图5，所述喷洒器头620包括玻璃泡621和保持支架622。
所述玻璃泡621阻塞所述联接器610的冷却流体喷射孔P，并且如果所述电池模块1内部的温度或由排气气体加热的内部气体的流量增加超过参考值，则所述玻璃泡621破裂，以打开所述冷却流体喷射孔P。也就是说，所述玻璃泡621包含随着温度升高而膨胀的液体，如果在所述电池模块1的内部的至少一些电池单体100中发生排气，使得高温排气填充在所述电池模块1中，则该液体发生膨胀。随着该液体的膨胀，所述玻璃泡621的内部压力增加，同时，如果由于所述玻璃泡621外部的高压排气气体而使得气体的外力一起作用，则所述玻璃泡621发生破裂，因此冷却流体通过所述冷却流体喷射孔P填充所述模块壳体300的内部。所述保持支架622由金属材料制成，并且包围所述玻璃泡621，以固定所述玻璃泡621不发生移动。
参考图4和图6，所述绝缘盖630包括固定部631和盖部632。所述固定部631通过夹持固定被附接到所述后盖340。也就是说，所述固定部631的一部分位于所述后盖340的外侧处，并且所述固定部631的另一部分位于所述后盖340的内侧处。所述盖部632从所述固定部631沿着大致竖直于所述固定部631的方向延伸，并且覆盖所述喷洒器头620。
所述盖部632包括面向所述单体堆和所述汇流条框架200的第一区域632a以及除所述第一区域之外的第二区域632b。所述第一区域632a被形成为使得封闭面积大于开放面积，并且所述第二区域632b被形成为使得开放面积大于封闭面积。所述盖部632至少部分地开放，以便允许通过所述冷却流体喷射孔P喷射的冷却流体被顺畅地供应到所述模块壳体300中。
此外，所述第一区域632a的开放面积小于所述第二区域632b的开放面积，以便使得因所述保持支架622和电极引线110之间的接触和/或所述保持支架622和汇流条之间的接触而导致的短路的可能性最小化。同时，所述第一区域632a可以具有用于喷射冷却流体的至少一个盖孔H。
参考图3和图7，所述导板G被安装在所述模块壳体300的内部，使得所述模块壳体300内部的气体流可以被导向所述喷洒器600。所述导板G被固定在所述模块壳体300的内部，并且被倾斜地安装，使得所述导板G的纵向方向(平行于X轴的方向)上的一端朝向所述喷洒器600定向。所述导板G可以被安装成多个。所述导板G具有从所述侧盖320的内表面(平行于Y轴的方向)朝向所述单体堆突出的形状。所述导板G可以被单独地制造并且被附接到所述侧盖320，或者可以与所述侧盖320一体地形成。
根据所述电池模块1的内部的温度升高而具有强烈的向上移动趋势的气体可以由于所述导板G而被引导为朝向所述喷洒器600流动。
参考图8至图10，所述绝缘盖630还可以包括孔口633，该孔口633具有从所述盖部632沿着所述电池模块1的纵向方向(平行于图4的X轴的方向)延伸的形状。所述孔口633可以具有中空的截头圆锥形状，其直径随着远离所述盖部632而逐渐减小。
所述孔口633允许流动方向由所述导板G(见图3)引导的高温气体更集中地朝向所述喷洒器头620移动。为了使高温气体集中地朝向所述喷洒器头620移动，所述导板G的一端可以被安装成朝向所述孔口633的入口，如图10所示。
参考图11，所述电池模块1还可以包括膨胀垫E，该膨胀垫E被构造成至少部分地关闭所述空气入口400和空气出口500，使得当冷却流体被供应到所述电池模块1中时，冷却流体的液位快速地增加。
所述膨胀垫E被附接到所述模块壳体300的内表面，并且具有小于所述空气入口400和空气出口500的开放面积的尺寸。当所述电池模块1在正常使用中时，所述膨胀垫E优选地具有小于所述空气入口400和空气出口500的开放面积的大约30％的尺寸，使得空气可以顺畅地流动通过所述空气入口400和空气出口500。同时，尽管本公开的附图仅示出了所述膨胀垫E被附接在所述模块壳体300的内表面的底部处的情形，但是所述膨胀垫E也可以被附接到所述模块壳体300的顶部或侧部。
所述膨胀垫E通过接触被引入到所述电池模块1中的冷却流体而发生膨胀，以关闭所述空气入口400和空气出口500。所述膨胀垫E包含当吸收水分时表现出非常大的膨胀率的树脂，例如如下树脂：当向该树脂提供足够量的水分时，与初始体积相比，该树脂体积增加至少约两倍或更多。作为用于所述膨胀垫E的树脂，可以提及例如其中混合有SAF(超吸收纤维)和聚酯短纤维的非织造织物。SAF通过使用SAP(超吸收聚合物)形成纤维来制备。
同时，当所述空气入口400和空气出口500由于所述膨胀垫E的膨胀而被关闭时，这不一定必需意味着所述空气入口400和空气出口500被完全地关闭而使得冷却流体不会泄漏，而是还包括所述空气入口400和空气出口500的开放面积减小以减少泄漏量的情况。
通过应用所述膨胀垫E，当在至少一些电池模块1中出现热失控现象、因此冷却流体被引入到所述电池模块1中时，所述空气入口400和空气出口500被关闭。如果所述空气入口400和空气出口500如上所述地关闭，则被引入所述电池模块1中的冷却流体不会逃逸到外部，而是停留在所述电池模块1的内部，从而快速解决在所述电池模块1中出现的热失控现象。
参考图12，所述膨胀垫E可以被成对地设置。在这种情况下，一对膨胀垫E分别被附接到所述模块壳体300的内表面的上部和下部。所述一对膨胀垫E被附接在对应的位置处，并且在膨胀时彼此接触，以关闭所述空气入口400和空气出口500。
参考图13，可以通过将所述膨胀垫E的至少一部分插入到容纳凹槽300a中来固定所述膨胀垫E，该容纳凹槽300a在所述模块壳体300的内表面处被形成至预定深度。
参考图14，当所述膨胀垫E通过吸收水分而发生膨胀时，可以由一对网板400a、500a引导所述膨胀垫E的膨胀移动，所述一对网板400a、500a分别被设置在所述膨胀垫E的两侧处。所述网板400a、500a是网式板，并且具有在所述膨胀垫E未膨胀的状态下、允许空气和冷却流体通过该网板400a、500a的结构。
同时，根据本公开实施例的ESS(能量存储系统)包括多个如上所述的根据本公开实施例的电池模块。
已经详细描述了本公开。然而，应当理解，详细描述和具体示例虽然指示了本公开的优选实施例，但是仅仅以说明的方式给出，因为根据该详细描述，在本公开的范围内的各种改变和修改对于本领域技术人员来说将变得显而易见。

Claims (15)

1.一种电池模块，包括：
多个电池单体；
模块壳体，所述模块壳体被构造成容纳包括所述多个电池单体的单体堆；
喷洒器，所述喷洒器被设置成在所述单体堆的堆叠方向上的一侧处穿过所述模块壳体；以及
至少一个导板，所述至少一个导板被固定在所述模块壳体的内部，并且被倾斜地安装，使得所述至少一个导板的一个纵向端部朝向所述喷洒器定向。
2.根据权利要求1所述的电池模块，其中，所述模块壳体包括：
一对基盖，所述一对基盖被构造成分别覆盖所述单体堆的下表面和上表面；
一对侧盖，所述一对侧盖被构造成覆盖所述单体堆的侧表面；
前盖，所述前盖被构造成覆盖所述单体堆的前表面；和
后盖，所述后盖被构造成覆盖所述单体堆的后表面。
3.根据权利要求2所述的电池模块，其中，所述导板被构造成从所述侧盖的内表面朝向所述单体堆突出。
4.根据权利要求2所述的电池模块，其中，所述电池模块包括一对汇流条框架，所述一对汇流条框架被分别联接到所述单体堆的宽度方向上的一侧和另一侧。
5.根据权利要求4所述的电池模块，其中，所述喷洒器被设置成穿过所述后盖的一个纵向侧部，并且位于被形成在所述汇流条框架和所述侧盖之间的中空空间中。
6.根据权利要求5所述的电池模块，其中，所述喷洒器包括：
联接器，所述联接器位于所述模块壳体的外侧处，并且被连接到供应冷却流体的供应管；
喷洒器头，所述喷洒器头位于所述模块壳体的内侧处，并且被连接到所述联接器；以及
绝缘盖，所述绝缘盖被构造成覆盖所述喷洒器头。
7.根据权利要求6所述的电池模块，其中，所述喷洒器头包括：
玻璃泡，所述玻璃泡被设置成阻塞所述联接器的冷却流体喷射孔，并且被构造成：当所述电池模块的内部的气体的温度或流量增加超过参考值时，所述玻璃泡发生破裂，以打开所述冷却流体喷射孔；和
保持支架，所述保持支架被构造成在包围所述玻璃泡的同时固定所述玻璃泡。
8.根据权利要求6所述的电池模块，其中，所述绝缘盖包括面向所述单体堆和所述汇流条框架的第一区域以及除了所述第一区域之外的第二区域，并且
所述第一区域被形成为使得封闭面积大于开放面积，并且所述第二区域被形成为使得开放面积大于封闭面积。
9.根据权利要求8所述的电池模块，其中，所述第一区域具有至少一个盖孔，用于喷射所述冷却流体。
10.根据权利要求4所述的电池模块，其中，所述电池模块包括：
空气入口，所述空气入口被形成为穿过所述前盖；
空气出口，所述空气出口被形成为穿过所述后盖；和
膨胀垫，所述膨胀垫被设置在所述空气出口和所述空气入口的内侧处，并且被构造成：当接触被引入到所述电池模块中的所述冷却流体时，所述膨胀垫通过膨胀而至少部分地关闭所述空气入口和所述空气出口。
11.根据权利要求10所述的电池模块，其中，所述膨胀垫被附接到所述模块壳体的内表面上。
12.根据权利要求10所述的电池模块，其中，所述膨胀垫被至少部分地插入到形成在所述模块壳体的内表面处的容纳凹槽中。
13.根据权利要求10所述的电池模块，其中，所述电池模块包括网板，所述网板被分别设置在所述膨胀垫的两侧处，以引导所述膨胀垫的膨胀移动。
14.根据权利要求10所述的电池模块，其中，所述空气入口和所述空气出口被形成在与形成在所述汇流条框架和所述侧盖之间的中空空间对应的位置处。
15.一种ESS，包括多个根据权利要求1至14中的任一项所述的电池模块。
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