CN114930611A - 电池单元和包括该电池单元的电池系统 - Google Patents

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Abstract

一种电池单元，该电池单元包括：电极组件；壳体，用于在该壳体中容纳电极组件；第一引线电极，其电连接到电极组件的两个电极接头中的至少一个；导电聚合物，其包括与第一引线电极的一个表面接触的一个表面；以及第二引线电极，其包括与导电聚合物的另一表面接触的一个表面，其中，随着第一引线电极和第二引线电极之间的间隙增大，第一引线电极和第二引线电极之间的电阻增大。

Description

电池单元和包括该电池单元的电池系统
技术领域
相关申请的交叉引用
本申请要求于2020年5月13日在韩国知识产权局提交的韩国专利申请No.10-2020-0056952的优先权和权益，其全部内容通过引用并入本文。
本公开涉及一种电池单元和包括该电池单元的电池系统。
背景技术
难以准确地检查由内部特性和外部特性引起的电池的变化。即使在发生排气(vent)之后，电池也可以继续操作，并且电池可以在电池单元的内部暴露于空气的状态下操作。此外，在电动车辆的操作期间可能由于电池单元的问题而生成气体，从而电池的操作可能会停止而导致事故。
如上所述，难以准确地识别电池单元的状态，可能出现各种问题。
发明内容
技术问题
本发明提供了一种能够检测电池异常的电池单元和电池系统。
技术方案
根据本发明的一个特征的电池单元，该电池单元包括：电极组件；壳体，壳体被配置为容纳电极组件；第一引线电极，第一引线电极电连接到电极组件的两个电极接头中的至少一个；导电聚合物，导电聚合物包括与第一引线电极的一个表面接触的一个表面；以及第二引线电极，第二引线电极包括与导电聚合物的另一表面接触的一个表面，并且其中，当第一引线电极与第二引线电极之间的间隙增大时，第一引线电极与第二引线电极之间的电阻增大。
电池单元还可以包括膜，膜被配置为围绕包括其中第一引线电极、导电聚合物和第二引线电极交叠的部分的区域。
第二引线电极可以在壳体的一侧突出到外部并且可以连接到汇流条。
根据本发明的另一特征的电池系统，该电池系统包括：多个电池单元；以及电池管理系统，其中，多个电池单元中的每一个包括：电极组件；壳体，壳体被配置为容纳电极组件；第一引线电极，第一引线电极电连接到电极组件的两个电极接头中的至少一个；导电聚合物，导电聚合物包括与第一引线电极的一个表面接触的一个表面；以及第二引线电极，第二引线电极包括与导电聚合物的另一表面接触的一个表面，并且电池管理系统检测多个电池单元中的至少一个的电阻的增大并诊断异常。
当多个电池单元中的至少一个的电阻增大速度达到等于或小于第一参考值的预定阈值时，电池管理系统可以生成检查信号。
当多个电池单元中的至少一个的电阻增大速度以高于第一参考值的速度达到预定阈值时，电池管理系统可以生成警告信号。
当多个电池单元中的至少一个的电阻增大速度以大于第一参考值的第二参考值或更大值达到预定阈值时，电池管理系统可以生成疏散警告信号。
多个电池单元中的每一个还可以包括膜，膜被配置为围绕包括其中第一引线电极、导电聚合物和第二引线电极交叠的部分的区域。
第二引线电极在壳体的一侧突出到外部并且可以连接到汇流条。
电池管理系统可以向多个电池单元中的至少一个电池单元的两端提供诊断电压，测量在多个电池单元中的至少一个电池单元中流动的诊断电流，并且计算多个电池单元中的至少一个电池单元的电阻。
有益效果
本发明提供了一种对电池单元异常的提供警告的电池单元和电池系统。
附图说明
图1是例示根据示例性实施方式的电池系统的图。
图2是例示根据示例性实施方式的电池单元的图。
图3是例示在多个电池单元的一个中出现异常的情况的图。
图4是例示根据示例性实施方式的电池系统的图。
图5是例示根据示例性实施方式的电池系统的图。
具体实施方式
在下文中，将参照附图详细描述本说明书中所公开的示例性实施方式，并且与附图标记无关地，相同或相似的构成元件由相同的附图标记表示，并且将省略其重复描述。仅考虑到说明书的书写的容易程度给出或混合用于针对以下描述的构成元件的后缀(“模块”和“单元”)，并且后缀本身没有区别的含义或作用。此外，在描述本公开中公开的示例性实施方式时，当确定与已知功能或配置有关的详细描述可能使得本公开中公开的示例性实施方式的主题不必要地模糊时，将省略详细描述。此外，提供附图用于帮助容易地理解在本说明书中公开的例示性实施方式，并且本说明书中公开的技术不受附图限制，并且应当理解，本发明包括包含在本发明的精神和技术范围内的所有修改、等同物和替代物。
包括诸如第一和第二的普通编号的术语用于描述各种构成元件，但是构成元件不限于这些术语。这些术语仅用于将一个构成元件与另一构成元件区分开。
应当理解，当一个构成元件被称为“联接到”或“连接到”另一构成元件时，一个构成元件可以直接联接到或连接到另一构成元件，但是也可以存在中间元件。相反，当一个构成元件被称为“直接联接到”或“直接连接到”另一构成元件时，应当理解，不存在中间元件。
在本申请中，应当理解，术语“包括”和“具有”旨在指定说明书或其组合中描述的特征、数量、步骤、操作、构成元件和部件的存在，并且不排除一个或更多个其它特征、数量、步骤、操作、构成元件和部件或其组合的存在或添加的可能性。
在下文中，将参照附图描述本发明的示例性实施方式。
图1是例示根据示例性实施方式的电池系统的图。
图2是例示根据示例性实施方式的电池单元的图。
如图1所示，电池系统1包括多个电池单元11至18和电池管理系统(BMS)20。图1例示了电池系统1包括八个电池单元11至18的情况，但是这是一个示例，并且本发明不限于此。此外，图1例示了两个电池单元并联连接以形成一个组(bank)，但是多个电池单元11至18可以串联连接，或者三个或更多个电池单元并联连接以形成组。
BMS 20可以控制电池系统1的充电/放电电流，并且测量多个电池单元11至18中的每一个的单元电压并且控制电池平衡操作，并且基于多个电池单元11至电池单元18中的每一个的温度和单元电压来控制保护操作。
根据示例性实施方式的BMS 20可以检测可能在多个电池单元11至18当中排气的异常电池单元，并且当检测到异常电池单元时，BMS 20可以停止多个电池单元11至18的操作并且警告外部存在异常。
如图2所示，电池单元11可以包括电极组件，在电极组件中正极层117、隔离层118和负极层119按照正极层117、隔离层118和负极层119和壳体110的顺序重复地层叠。正极层117包括正极117a和正极接头117b，并且正极接头117b从正极117a延伸并且突出到壳体110的一侧以与正极引线117c连接。负极层119包括负极119a和负极接头119b，并且负极接头119b从负极119a延伸并突出到壳体110的另一侧以与负极引线119c连接。壳体110容纳电极组件。
在图1和图2中，正极接头和负极接头在相反的方向上突出，但是本发明不限于此。本发明甚至适用于包括其中正极接头和负极接头在同一方向上突出的电池单元的电池系统。
正极引线117c电连接到引线电极113，引线电极113和引线电极111通过导电聚合物112电连接，并且引线电极111电连接到汇流条32。
具体地，引线电极113的下端表面的一部分(图2中的左下端表面的一部分)与正极接头117b接触，引线电极113的下端表面的另一部分(图2中的右下端表面)和引线电极111的上端表面的一部分(图2中的左上端表面的一部分)彼此交叠，并且导电聚合物112位于它们之间。
负极引线119c电连接到引线电极115，并且引线电极115连接到汇流条36。
膜114围绕包括其中引线电极111、引线电极113和导电聚合物112交叠的部分的区域。膜116围绕引线电极115的一部分区域。
壳体110容纳电极组件，引线电极111通过壳体110的一侧处的开口突出到外部以连接到汇流条32，并且引线电极115通过壳体110的另一侧处的开口连接到汇流条36。在一侧处的开口通过膜114密封或通过膜114和密封剂密封，并且另一侧的开口可以通过膜116密封或通过膜116和密封剂密封。
多个电池单元12至18可以以与电池单元11相同的结构实现。
返回参照图1，将描述电池系统1。
作为电池单元11的正极的引线电极111和作为电池单元12的正极的引线电极121连接到汇流条32，并且汇流条32连接到电池系统1的正极31。作为电池单元11和12的负极的引线电极115和125以及作为电池单元13和14的正极的引线电极131和141连接到汇流条36，作为电池单元13和14的负极的引线135和145以及作为电池单元15和16的正极的引线电极151和161连接到汇流条33，作为电池单元15和16的负极的引线电极155和165以及作为电池单元17和18的正极的引线电极171和181连接到汇流条35，并且作为电池单元17和18的负极的引线电极175和185连接到汇流条34。汇流条34连接到电池系统1的负极37。
BMS 20可以在多个汇流条32至36中的两个汇流条之间提供诊断电压，并且测量电池组的电阻。如上所述，在图1中，两个相邻电池单元相互并联连接以构成一个电池组。然而，本发明不限于此，电池单元与图1所示的方法类似地以一个电池单元(而不是电池组)为单位串联连接，或者电池组(battery bank)可以包括至少三个电池单元。
BMS 20测量包括多个电池单元11至18当中的两个电池单元的多个电池组的电阻，并且当电池组的电阻等于或大于预定值时，BMS 20诊断对应的电池组有异常。
例如，描述BMS 20测量由多个电池单元11至18当中的两个电池单元11和12构成的电池组的电阻。
图3是例示在多个电池单元的一个中出现异常的情况的图。
在图3中，在电池单元11中生成气体，并且壳体110在虚线框区域RB中从所示的虚线200和201膨胀(expand)至所示的实线202和203。这是用于描述示例性实施方式的一个示例，并且本发明不限于此。
BMS 20通过导线41和导线45在汇流条32和汇流条36之间提供诊断电压。在这种情况下，流过电池单元11和12的诊断电流相加并且流过导线41和导线45，并且BMS 20可以测量诊断电压和诊断电流以计算电池组的电阻。
如图3所示，当在电池单元11和电池单元12当中出现异常并且生成气体时，电池组的整个电阻增大。引线电极113与引线电极111之间的间隙由于电池单元11内部的压力的增大而增大。这是由于电池单元11的内部压力在图的两个箭头方向上起作用的力。然后，导电聚合物112通过在两个垂直方向上起作用的力而膨胀。由于两个引线电极111和113之间的间隙增大，两个引线电极之间的电阻增大，并且由BMS20计算出的电池组电阻增大。
通过相同的方法，BMS 20可以通过导线45和导线42在汇流条36和汇流条33之间提供诊断电压，以便于诊断电池单元13和14的异常，并且测量流过导线41和导线45的诊断电流并计算电池组的电阻。BMS 20可以通过导线42和导线44在汇流条33和汇流条36之间提供诊断电压，以便于诊断电池单元15和16的异常，并且测量流过导线42和导线44的诊断电流并计算电池组的电阻。BMS 20可以通过导线44和导线43在汇流条35和汇流条34之间提供诊断电压，以便于诊断电池单元17和18的异常，并且测量流过导线44和导线43的诊断电流并计算电池组的电阻。
BMS 20将所测量的诊断电流除以所提供的诊断电压，并且计算对应的电池组的电阻。在这种情况下，当电池组的电阻增大速度很低但达到阈值时，BMS 20可以生成检查信号。当增大速度等于或低于预定的第一参考值时，可以确定电阻增大速度低，并且可以根据设计来设置预定参考值。此外，当电池组的电阻以快速增大速度达到阈值时，BMS 20可以生成警告信号。当增大速度大于第一参考值时，BMS 20可以确定电阻增大速度高。此外，当电池组的电阻以非常快速的增大速度达到阈值时，存在着火的危险，使得BMS 20可以生成疏散警告信号。当增大速度大于比第一参考值更大的预定第二参考值时，BMS 20可以确定电阻增大速度非常高。
BMS 20可以根据检查信号、警告信号和疏散警告信号来停止电池系统1的操作，并且通过CAN通信向控制车辆的电路发送电池系统1的操作的停止，并且通过单独的装置向用户通知电池系统1的异常。检查信号是通知用户需要检查电池系统的信号，警告信号是通知用户电池系统处于危险状态并需要更换的信号，并且疏散警告信号是警告用户立即疏散的信号。可以根据设计适当地设计根据每个信号的响应事项。
图1至图3例示了引线电极、导电聚合物和引线电极位于电池单元的两侧，但是本发明不限于此。
图4是例示根据示例性实施方式的电池系统的图。
如图4所示，引线电极513电连接到负极引线516，导电聚合物512位于引线电极513和引线电极515之间，并且引线电极515连接到汇流条36。膜518围绕包括其中引线电极513、导电聚合物512和引线电极515交叠的部分的区域。引线电极511连接到正极引线514和汇流条32。膜517围绕引线电极511的部分区域。
作为电池单元51的正极的引线电极511和作为电池单元52的正极的引线电极521连接到汇流条32，并且汇流条32连接到电池系统1的正极31。作为电池单元51和52的负极的引线电极515和525以及作为电池单元53和54的正极的引线电极531和541连接到汇流条36，作为电池单元53和54的负极的引线电极535和545以及作为电池单元55和56的正极的引线电极551和561连接到汇流条33，作为电池单元55和56的负极的引线电极555和565以及作为电池单元57和58的正极的引线电极571和581连接到汇流条35，并且作为电池单元57和58的负极的引线电极575和585连接到汇流条34。汇流条34连接到电池系统1的负极37。
与图1的示例性实施方式相同，图4的示例性实施方式的BMS 20可以在多个汇流条32至36当中的两个汇流条之间提供诊断电压，并且测量电池组的电阻。将省略其详细描述。
图5是例示根据示例性实施方式的电池系统的图。
如图5所示，引线电极613电连接到正极引线617，导电聚合物612位于引线电极613和引线电极611之间，并且引线电极611连接到汇流条32。引线电极616电连接到负极引线618，导电聚合物614位于引线电极616和引线电极615之间，并且引线电极615连接到汇流条36。膜619a围绕包括其中引线电极613、导电聚合物612和引线电极611交叠的部分的区域，并且膜619b围绕包括其中引线电极616、导电聚合物614和引线电极615交叠的部分的区域。
作为电池单元61的正极的引线电极611和作为电池单元62的正极的引线电极621连接到汇流条32，并且汇流条32连接到电池系统1的正极31。作为电池单元61和62的负极的引线电极615和625以及作为电池单元63和64的正极的引线电极631和641连接到汇流条36，作为电池单元63和64的负极的引线电极635和645以及作为电池单元65和66的正极的引线电极651和661连接到汇流条33，作为电池单元65和66的负极的引线电极655和665以及作为电池单元67和68的正极的引线电极671和681连接到汇流条35，并且作为电池单元67和68的负极的引线电极675和685连接到汇流条34。汇流条34连接到电池系统1的负极37。
与图1的示例性实施方式相同，图5的示例性实施方式的BMS 20可以在多个汇流条32至36当中的两个汇流条之间提供诊断电压，并且测量电池组的电阻。将省略其详细描述。
在前述示例性实施方式中，BMS 20基于电阻的增大速度来检测异常，但是本发明不限于此，并且本发明可以检测到存在与其它电池单元或电池组相比具有等于或大于预定阈值的电阻值的电池单元或电池组。
根据示例性实施方式的电池系统适用于能量存储系统(ESS)以及车辆，并且当从BMS 20生成的信号与消防设备互锁时，当由于ESS的异常而出现着火时，可以执行灭火操作。例如，可以操作火灾报警装置备，并且可以激活防火门。
虽然已经结合当前被认为是实用的示例性实施方式描述了本发明，但是应当理解，本发明不限于所公开的实施方式。

Claims (10)

1.一种电池单元，该电池单元包括：
电极组件；
壳体，所述壳体被配置为容纳所述电极组件；
第一引线电极，所述第一引线电极电连接到所述电极组件的两个电极接头中的至少一个；
导电聚合物，所述导电聚合物包括与所述第一引线电极的一个表面接触的一个表面；以及
第二引线电极，所述第二引线电极包括与所述导电聚合物的另一表面接触的一个表面，并且
其中，当所述第一引线电极与所述第二引线电极之间的间隙增大时，所述第一引线电极与所述第二引线电极之间的电阻增大。
2.根据权利要求1所述的电池单元，该电池单元还包括：
膜，所述膜被配置为围绕包括其中所述第一引线电极、所述导电聚合物和所述第二引线电极交叠的部分的区域。
3.根据权利要求1所述的电池单元，其中，
所述第二引线电极在所述壳体的一侧突出到外部并且连接到汇流条。
4.一种电池系统，该电池系统包括：
多个电池单元；以及
电池管理系统，
其中，所述多个电池单元中的每一个包括：
电极组件；
壳体，所述壳体被配置为容纳所述电极组件；
第一引线电极，所述第一引线电极电连接到所述电极组件的两个电极接头中的至少一个；
导电聚合物，所述导电聚合物包括与所述第一引线电极的一个表面接触的一个表面；以及
第二引线电极，所述第二引线电极包括与所述导电聚合物的另一表面接触的一个表面，并且
所述电池管理系统检测所述多个电池单元中的至少一个的电阻的增大并且诊断异常。
5.根据权利要求4所述的电池系统，其中，
当所述多个电池单元中的至少一个的电阻增大速度达到等于或小于第一参考值的预定阈值时，所述电池管理系统生成检查信号。
6.根据权利要求5所述的电池系统，其中，
当所述多个电池单元中的至少一个的所述电阻增大速度以高于所述第一参考值的速度达到所述预定阈值时，所述电池管理系统生成警告信号。
7.根据权利要求5所述的电池系统，其中，
当所述多个电池单元中的至少一个的所述电阻增大速度以大于所述第一参考值的第二参考值或更大值达到所述预定阈值时，所述电池管理系统生成疏散警告信号。
8.根据权利要求4所述的电池系统，其中，
所述多个电池单元中的每一个还包括：
膜，所述膜被配置为围绕包括其中所述第一引线电极、所述导电聚合物和所述第二引线电极交叠的部分的区域。
9.根据权利要求4所述的电池系统，其中，
所述第二引线电极在所述壳体的一侧突出到外部并且连接到汇流条。
10.根据权利要求4所述的电池系统，其中，
所述电池管理系统向所述多个电池单元中的至少一个电池单元的两端提供诊断电压，测量流入所述多个电池单元中的所述至少一个电池单元的诊断电流，并且计算所述多个电池单元中的所述至少一个电池单元的电阻。
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