CN114556681A - 电池模块和包括该电池模块的电池组 - Google Patents

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Abstract

根据本公开内容一个实施方式的电池组包括：电池单元堆叠体，在电池单元堆叠体中堆叠有包括电极引线的多个电池单元；多个汇流条，其包括分别与电极引线中的至少一个连接的第一汇流条和第二汇流条；和安全构件，安全构件与第一汇流条和第二汇流条的每一个接触，其中安全构件包括位于第一汇流条上的第一绝缘层、位于第二汇流条上的第二绝缘层、以及位于第一绝缘层和第二绝缘层上的导电层，并且其中第一绝缘层和第二绝缘层包括电绝缘并且根据温度的升高而被去除的材料。

Description

电池模块和包括该电池模块的电池组
技术领域
相关申请的交叉引用
本申请要求在韩国知识产权局于2019年11月26日提交的韩国专利申请第10-2019-0153520号的权益，通过引用将该韩国专利申请的整个公开内容结合在此。
本公开内容涉及一种电池模块和包括该电池模块的电池组，更具体地，涉及一种对外部短路具有提高的安全性的电池模块和包括该电池模块的电池组。
背景技术
二次电池可容易应用于各种产品组并且具有诸如高能量密度之类的电特性，不仅普遍应用于便携式装置，而且还普遍应用于由电驱动源驱动的电动车辆或混合动力电动车辆以及能量储存系统等。因为这种二次电池提供了显著降低化石燃料使用的主要优点而且也根本不会从能量的使用产生副产物，所以这种二次电池作为用于提高能量效率的新的环境友好能源而受到关注。
目前市售的二次电池包括镍镉电池、镍氢电池、镍锌电池、锂二次电池等。在这些二次电池中，因为锂二次电池与镍基二次电池相比例如具有几乎不表现出记忆效应并因而自由充放电并且具有非常低的自放电速率和能量密度高的优点，所以锂二次电池受到关注。
这种锂二次电池主要使用锂基氧化物和碳质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：其中分别涂布有正极活性材料和负极活性材料的正极板和负极板在它们之间插置有隔膜的情况下进行设置的电极组件；和将电极组件与电解质一起密封并容纳的外壳材料，即，电池壳体。
通常，锂二次电池可根据外壳材料的形状而分为其中电极组件安装在金属罐中的棱柱型二次电池和其中电极组件安装在铝层压片的袋中的袋型二次电池。
小型移动装置针对每个装置使用一至三个电池单元，而诸如车辆之类的中型或大型装置则需要高功率和大容量。因此，使用具有彼此电连接的多个电池单元的中型或大型电池模块。
中型或大型电池模块优选制造为具有尽可能小的尺寸和重量。因此，主要使用能够以高集成度堆叠并且具有较小的相对于容量的重量的棱柱型电池或袋型电池作为中型或大型电池模块的电池单元。
在连接有多个这种电池单元的电池模块的情况下，当由于外部短路而造成电池模块被施加过大电流时，电池模块可能会爆炸或着火。因此，为了确保电池模块和包括该电池模块的电池组的安全性，有效阻断诸如外部短路之类的异常状态是必要的。
为此，常规地，使用形成有凹口结构的汇流条或者在电池模块外部设置额外的熔断器(fuse)来试图在发生外部短路情况时中断电流。
然而，在形成有凹口结构的汇流条的情况下，在满足外部短路基准的特定电阻时电流被有效中断，然而在特定电阻之外不会执行中断。
当在电池模块外部设置熔断器时，在电池组内部添加了单独的构件，这引起电池组的空间效率和利用率劣化的问题。
因此，需要一种能够解决现有技术的问题的技术。
发明内容
技术问题
设计本公开内容的实施方式来解决现有提出的方法的上述问题，本公开内容的目的是提供一种即使在电池模块外部不布置单独的构件，也对外部短路具有提高的安全性的电池模块和包括该电池模块的电池组。
然而，本公开内容的实施方式要解决的问题不限于上述问题，可在本公开内容包括的技术构思的范围内进行各种扩展。
技术方案
根据本公开内容一个实施方式的电池模块，包括：电池单元堆叠体，在所述电池单元堆叠体中堆叠有包括电极引线的多个电池单元；多个汇流条，所述多个汇流条包括分别与所述电极引线中的至少一个连接的第一汇流条和第二汇流条；和安全构件，所述安全构件与所述第一汇流条和所述第二汇流条的每一个接触，其中所述安全构件包括位于所述第一汇流条上的第一绝缘层、位于所述第二汇流条上的第二绝缘层、以及位于所述第一绝缘层和所述第二绝缘层上的导电层，并且其中所述第一绝缘层和所述第二绝缘层包括电绝缘并且根据温度的升高而被去除的材料。
所述第一绝缘层和所述第二绝缘层可包括根据温度的升高而熔融或蒸发的材料。
所述第一绝缘层和所述第二绝缘层可包括低密度聚乙烯(Low-densitypolyethylene，LDPE)和线性低密度聚乙烯(Linear low-density polyethylene，LLDPE)中的至少一种。
所述安全构件可进一步包括位于所述导电层上的弹簧，并且所述弹簧可朝向所述第一绝缘层和所述第二绝缘层所在的方向挤压所述导电层。
所述安全构件可进一步包括一侧敞开并且将所述第一绝缘层、所述第二绝缘层、所述导电层和所述弹簧容纳在其中的盖。
所述弹簧可位于所述导电层与所述盖之间。
所述弹簧可包括板簧和螺旋弹簧中的至少一种。
在所述导电层上可形成有朝向所述第一绝缘层和所述第二绝缘层突出的突出部，并且在所述第一绝缘层和所述第二绝缘层的一个表面上可分别形成有具有凹陷形状的第一凹槽和第二凹槽，使得能够插入所述突出部。
在所述第一绝缘层和所述第二绝缘层的面对所述一个表面的相对表面上可分别形成有由于所述第一凹槽和所述第二凹槽而挤出的部分，并且在所述第一汇流条和所述第二汇流条中可分别形成有具有凹陷形状的第一汇流条凹槽和第二汇流条凹槽，使得能够插入由于所述第一凹槽和所述第二凹槽而挤出的所述部分。
在所述汇流条的至少一个中可形成有断裂诱导部，所述断裂诱导部具有与相邻区域相比更窄的宽度或更薄的厚度。
在所述断裂诱导部中可形成有在汇流条的宽度方向上从外部向内部凹进的凹口。
所述汇流条可包括端子汇流条，所述端子汇流条可包括：连接至外部输入/输出端子的第一部分、和连接至所述电极引线的第二部分，并且所述断裂诱导部可形成在所述端子汇流条上，以将所述第一部分和所述第二部分连接。
当由于外部短路而导致温度升高时，所述第一绝缘层和所述第二绝缘层可被去除，并且所述第一汇流条和所述第二汇流条可与所述导电层接触，从而引起强制的内部短路。
有益效果
根据本公开内容的实施方式，在汇流条上设置安全构件，当发生外部短路时该安全构件引起额外的强制内部短路，使得当发生外部短路时，可有效中断电流，由此提高电池模块和包括该电池模块的电池组的安全性。
附图说明
图1是根据本公开内容一个实施方式的电池模块的示意性透视图。
图2是图1的去除了模块壳体的电池模块的分解透视图。
图3是图2的电池模块中包括的电池单元的透视图。
图4是从与x轴相反的方向观看时，图3的电池模块的正视图。
图5是图4的电池模块中包括的第一汇流条、第二汇流条和安全构件的透视图。
图6是图5的第一汇流条、第二汇流条和安全构件的分解透视图。
图7是沿图4的切割线“A”截取的剖面图。
图8是包括螺旋弹簧的安全构件的分解透视图。
图9是形成有断裂诱导部的端子汇流条的示图。
具体实施方式
下文中，将参照附图详细地描述本公开内容的各实施方式，使得本领域技术人员能够容易地实现它们。本公开内容可以以各种不同的方式修改，不限于在此阐述的实施方式。
将省略与描述无关的部分，以清楚地描述本公开内容，并且在整个申请中相似的参考标号表示相似的元件。
此外，在附图中，为了便于描述，任意地示出了每个元件的尺寸和厚度，本公开内容不必限于附图中示出的那些。在附图中，为了清楚起见，夸大了层、区域等的厚度。在附图中，为了便于描述，一些层和区域的厚度被夸大地示出。
此外，将理解的是，当诸如层、膜、区域或板之类的元件被称为在另一元件“上”或“上方”时，所述元件可直接在所述另一元件上或者也可存在中间元件。相反，当一元件被称为“直接在”另一元件“上”时，这意味着不存在其他中间元件。此外，词语“在……上”或“在……上方”是指设置在基准部分上方或下方，并不一定是指设置在基准部分的朝向重力的相反方向的上端。
此外，在整个申请中，当一部分被称为“包括”某一部件时，这意味着该部分可进一步包括其他部件，而不排除其他部件，除非另有说明。
此外，在整个申请中，当被称为“平面”时，是指当从上侧观看目标部分时，当被称为“剖面”时，是指当从垂直切割的横截面的一侧观看目标部分时。
图1是根据本公开内容一个实施方式的电池模块100的示意性透视图，图2是图1的去除了模块壳体101的电池模块100的分解透视图。
参照图1和图2，根据本公开内容的电池模块100包括：电池单元堆叠体120，在电池单元堆叠体120中堆叠有包括电极引线150的多个电池单元110；分别与电极引线150中的至少一个连接的多个汇流条200；和安全构件300，安全构件300与多个汇流条200之中的第一汇流条和第二汇流条的每一个接触。
图3是图2的电池模块100中包括的电池单元110的透视图。
参照图3，电池单元110优选是袋型电池单元。例如，根据本实施方式的电池单元110具有其中两个电极引线150彼此面对并且分别从电池主体113的一个端部114a和另一个端部114b伸出的结构。更具体地，电极引线150连接至电极组件(未示出)并且从电极组件(未示出)朝向电池单元110的外部伸出。
另外，可在将电极组件(未示出)容纳在电池壳体114中的状态下，通过将电池壳体114的两个端部114a和114b以及连接它们的侧部114c接合来制造电池单元110。就是说，根据本实施方式的电池单元110具有总共三个密封部114sa、114sb和114sc，密封部114sa、114sb和114sc具有通过诸如热熔合之类的方法而密封的结构，另一个侧部可由连接部115形成。
返回参照图2，图3的电池单元110可沿着y轴方向堆叠，以形成电池单元堆叠体120。因此，多个电池单元110的每一个的电极引线150朝向x轴方向和与x轴相反的方向伸出。
电极引线150经由汇流条200彼此连接，使得构成电池单元堆叠体120的电池单元110可彼此串联或并联连接。
汇流条200可安装在汇流条框架201上，汇流条框架201可沿着电池单元堆叠体120的电极引线150的伸出方向放置在x轴方向和与x轴方向相反的方向上。
电极引线150可在穿过形成在汇流条框架201中的狭缝之后被弯折，并且连接至汇流条200，电极引线150与汇流条200之间的连接在方法上没有特别限制，只要它们是物理地电连接即可，但优选它们通过焊接而接合。
图4是从与x轴相对的方向观看时，图3的电池模块的正视图。
参照图4，多个汇流条200包括第一汇流条210和第二汇流条220，并且安全构件300与第一汇流条210和第二汇流条220的每一个接触。
例如，第一汇流条210和第二汇流条220可彼此相邻，安全构件300可与这样彼此相邻的第一汇流条210和第二汇流条220的每一个接触。
安全构件300的数量没有限制，根据需要，可如图4中所示设置多个安全构件。
此外，除第一汇流条210和第二汇流条220与电极引线150连接的部分以外的部分可与安全构件300接触。例如，第一汇流条210和第二汇流条220可在中央部分与电极引线150连接，并且可在下端部与安全构件300接触。
图5是图4的电池模块100中包括的第一汇流条210、第二汇流条220和安全构件300的透视图，图6是图5的第一汇流条210、第二汇流条220和安全构件300的分解透视图。
参照图5和图6，安全构件300包括位于第一汇流条210上的第一绝缘层310、位于第二汇流条220上的第二绝缘层320、以及位于第一绝缘层310和第二绝缘层320上的导电层330。
第一绝缘层310和第二绝缘层320可包括电绝缘并且根据温度的升高而被去除的材料，更具体地，可包括根据温度的升高而熔融或蒸发的材料。
具体地，第一绝缘层310和第二绝缘层320可包括具有100℃或更高熔点的低密度聚乙烯(Low-density polyethylene，LDPE)和线性低密度聚乙烯(Linear low-densitypolyethylene，LLDPE)中的至少一种。
导电层330是与第一绝缘层310和第二绝缘层320二者接触的构件，并且包括导电的材料。例如，导电层330可包括Cu和Ag中的至少一种。
另外，安全构件300可进一步包括位于导电层300上的弹簧，具体地，可包括板簧和螺旋弹簧中的至少一种。弹簧可朝向第一绝缘层310和第二绝缘层320所在的方向挤压导电层300。
之后将参照图6和图7详细描述板簧340a，并且之后将参照图8详细描述螺旋弹簧340b。
另外，安全构件300可包括一侧敞开并且将第一绝缘层310、第二绝缘层320、导电层330和板簧340a容纳在其中的盖350。例如，盖350可具有下侧敞开的六面体形状，并且第一绝缘层310、第二绝缘层320、导电层330和板簧340a可位于与敞开的下侧相连的内部空间中。
盖350可起从外部保护第一绝缘层310、第二绝缘层320、导电层330和板簧340a的作用。
图7是沿图4的切割线“A”截取的剖面图。
参照图7以及图6，由于第一绝缘层310和第二绝缘层320包括电绝缘的材料，所以通常情况下不可能通过导电层330实现电连接。
当发生外部短路并且电池模块被施加过电流时，温度升高。当温度升高到一定水平以上时，第一绝缘层310和第二绝缘层320通过熔融或蒸发被去除，第一汇流条210和第二汇流条220与导电层330接触。
由此，第一汇流条210和第二汇流条220经由导电层330形成新的电流路径，并且在与第一汇流条210和第二汇流条220的每一个连接的电池单元中发生短路。
就是说，通过在电池单元中引起强制的内部短路，瞬间流过非常高的电流，温度可进一步升高。最终，电池单元的电极引线被切断，电流以这种方式被中断，使得可预先中断由于外部短路引起的着火或爆炸的风险。
此时，位于导电层330与盖350之间的板簧340a可朝向第一绝缘层310和第二绝缘层320所在的方向挤压导电层330。结果，当第一绝缘层310和第二绝缘层320由于外部短路而被去除时，由于板簧340a，导电层330可容易接触第一汇流条210和第二汇流条220，使得可容易引起上述强制的内部短路。
可在板簧340a的两个端部形成弯曲部341，并且可在盖350的一个表面上形成可紧固弯曲部341的紧固部351。在弯曲部341被紧固到紧固部351时，板簧340a被固定在盖350中，并且板簧340a的中央部分可挤压导电层330。
另外，盖350可包括固定部352，固定部352位于敞开的下表面的两个端部并且向下突出。盖350通过在将第一绝缘层310、第二绝缘层320、导电层330和板簧340a容纳在其内部空间中的状态下，经由向下突出的固定部352装配到图2的汇流条框架201而被固定。
另外，在导电层330上可分别形成朝向第一绝缘层310和第二绝缘层320突出的突出部331。
在第一绝缘层310和第二绝缘层320的一个表面上可分别形成具有凹陷形状的第一凹槽311和第二凹槽321，使得可插入突出部331。此外，在第一绝缘层310和第二绝缘层320的面对所述一个表面的另一个表面上分别形成由于第一凹槽311和第二凹槽321而挤出的部分。
在第一汇流条210和第二汇流条220中可分别形成具有凹陷形状的第一汇流条凹槽211和第二汇流条凹槽221，使得可插入由于第一凹槽311和第二凹槽321而挤出的部分。
就是说，突出部331分别插入到第一凹槽311和第二凹槽321中，并且由于第一凹槽311和第二凹槽321而挤出的部分分别插入到第一汇流条凹槽211和第二汇流条凹槽221中。通过这样做，导电层330、第一绝缘层310和第二绝缘层320、以及第一汇流条210和第二汇流条220可针对每一层具有提高的接触性能和组装性能。
图8是包括螺旋弹簧340b的安全构件300的分解透视图，其是本公开内容的修改实施方式。
参照图8，安全构件300可包括多个螺旋弹簧340b而不是板簧，并且可在盖350的与敞开的下表面面对的内表面上形成突出部353，使得可插入并固定螺旋弹簧340b。
突出部353可具有与盖350一体并从盖350的内表面向下突出的结构，并且可具有圆柱形形状，从而装配和固定螺旋弹簧340b。
与上述的板簧340a类似，螺旋弹簧340b位于导电层330与盖350之间，并且可朝向第一绝缘层310和第二绝缘层320所在的方向挤压导电层330。由于与板簧340a的描述内容重复，所以将省略细节。
返回参照图4，本公开内容中的多个汇流条200可包括用于与外部输入/输出端子400电连接的端子汇流条230。
具体地，端子汇流条230可与位于电池单元堆叠体的最外侧的电池单元的电极引线连接，并且与其他汇流条不同，端子汇流条230可连接至外部输入/输出端子400。
图9是形成有断裂诱导部233的端子汇流条230a的图。
参照图9，形成有断裂诱导部233的端子汇流条230a具有可应用于图4的端子汇流条230的结构，其是本公开内容的修改实施方式。
端子汇流条230a可包括：连接至外部输入/输出端子400的第一部分231、连接至电极引线150的第二部分232、以及将第一部分231和第二部分232连接的断裂诱导部233。
断裂诱导部233是指与相邻区域相比具有更窄宽度或更薄厚度的部分，图9作为代表示例示出了具有较窄宽度的断裂诱导部233。更详细地说，在断裂诱导部233中可形成在端子汇流条230a的宽度方向上从外部向内部凹进的凹口234。
图9中的断裂诱导部233具有在两侧形成有梯形凹口234的形状，然而当凹口是凹进结构时，凹口可具有诸如V形、方形和半圆形之类的各种形状，并且可仅在一侧形成凹口。
此外，断裂诱导部可具有代替凹口而形成通孔的结构，因为形成具有较窄宽度或较薄厚度的部分时断裂诱导部的形状没有限制。
另一方面，断裂诱导部233的位置没有限制，因而除了端子汇流条230a之外，还可形成在其他汇流条中，但是如图9中所示，优选位于端子汇流条230a中，特别是位于第一部分231与第二部分232之间。
根据本公开内容的实施方式，当发生外部短路时，安全构件300引起强制的内部短路，以引起电极引线等的断开，从而提高对外部短路的安全性。
此时，由于根据本实施方式的断裂诱导部233具有与相邻区域相比更窄的宽度或更薄的厚度，所以当过电流流动时，温度会升高以引起断裂。因此，当温度由于强制的内部短路而升高时，断裂诱导部233断裂，从而中断流过电池模块的电流，防止发生安全事故。
换句话说，通过与用于引起强制的内部短路的安全构件300一起设置形成有断裂诱导部233的汇流条，本公开内容的实施方式可在发生外部短路时更有效地中断电流。
一个或多个根据上述本实施方式的电池模块可与诸如电池管理系统(BatteryManagement System，BMS)和冷却系统之类的各种控制和保护系统安装在一起，以形成电池组。
电池模块或电池组可应用于各种装置。这些装置可应用于诸如电动自行车、电动车辆、混合动力车辆之类的交通工具，但是本公开内容不限于此，其可应用于能够使用二次电池的各种装置。
尽管上面已经详细描述了本公开内容的优选实施方式，但是本公开内容的范围不限于此，本领域技术人员使用在以下权利要求书中限定的本公开内容的基本构思而进行的各种修改和改进也属于权利的范围。
参考标号说明
100：电池模块
110：电池单元
120：电池单元堆叠体
150：电极引线
210：第一汇流条
220：第二汇流条
230、230a：端子汇流条
300：安全构件。

Claims (14)

1.一种电池模块，包括：
电池单元堆叠体，在所述电池单元堆叠体中堆叠有包括电极引线的多个电池单元；
多个汇流条，所述多个汇流条包括分别与所述电极引线中的至少一个连接的第一汇流条和第二汇流条；和
安全构件，所述安全构件与所述第一汇流条和所述第二汇流条的每一个接触，
其中所述安全构件包括位于所述第一汇流条上的第一绝缘层、位于所述第二汇流条上的第二绝缘层、以及位于所述第一绝缘层和所述第二绝缘层上的导电层，并且
其中所述第一绝缘层和所述第二绝缘层包括电绝缘并且根据温度的升高而被去除的材料。
2.根据权利要求1所述的电池模块，
其中所述第一绝缘层和所述第二绝缘层包括根据温度的升高而熔融或蒸发的材料。
3.根据权利要求1所述的电池模块，
其中所述第一绝缘层和所述第二绝缘层包括低密度聚乙烯(Low-densitypolyethylene，LDPE)和线性低密度聚乙烯(Linear low-density polyethylene，LLDPE)中的至少一种。
4.根据权利要求1所述的电池模块，
其中所述安全构件进一步包括位于所述导电层上的弹簧，并且
所述弹簧朝向所述第一绝缘层和所述第二绝缘层所在的方向挤压所述导电层。
5.根据权利要求4所述的电池模块，
其中所述安全构件进一步包括一侧敞开并且将所述第一绝缘层、所述第二绝缘层、所述导电层和所述弹簧容纳在其中的盖。
6.根据权利要求5所述的电池模块，
其中所述弹簧位于所述导电层与所述盖之间。
7.根据权利要求4所述的电池模块，
其中所述弹簧包括板簧和螺旋弹簧中的至少一种。
8.根据权利要求1所述的电池模块，
其中在所述导电层上形成有朝向所述第一绝缘层和所述第二绝缘层突出的突出部，并且
在所述第一绝缘层和所述第二绝缘层的一个表面上分别形成有具有凹陷形状的第一凹槽和第二凹槽，使得能够插入所述突出部。
9.根据权利要求8所述的电池模块，
其中在所述第一绝缘层和所述第二绝缘层的面对所述一个表面的相对表面上分别形成有由于所述第一凹槽和所述第二凹槽而挤出的部分，并且
在所述第一汇流条和所述第二汇流条中分别形成有具有凹陷形状的第一汇流条凹槽和第二汇流条凹槽，使得能够插入由于所述第一凹槽和所述第二凹槽而挤出的所述部分。
10.根据权利要求1所述的电池模块，
其中在所述汇流条的至少一个中形成有断裂诱导部，所述断裂诱导部具有与相邻区域相比更窄的宽度或更薄的厚度。
11.根据权利要求10所述的电池模块，
其中在所述断裂诱导部中形成有在汇流条的宽度方向上从外部向内部凹进的凹口。
12.根据权利要求10所述的电池模块，
其中所述汇流条包括端子汇流条，
所述端子汇流条包括：连接至外部输入/输出端子的第一部分、和连接至所述电极引线的第二部分，并且
所述断裂诱导部形成在所述端子汇流条上，以将所述第一部分和所述第二部分连接。
13.根据权利要求1所述的电池模块，
其中当由于外部短路而导致温度升高时，所述第一绝缘层和所述第二绝缘层被去除，并且
所述第一汇流条和所述第二汇流条与所述导电层接触，从而引起强制的内部短路。
14.一种电池组，包括一个或多个根据权利要求1所述的电池模块。
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