CN115485923A - 具有火灾转移防止结构的电池模块和包括该电池模块的电池组 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种具有火灾转移防止结构的电池模块和一种包括该电池模块的电池组，更特别地，本发明涉及如下的具有火灾转移防止结构的电池模块和包括该电池模块的电池组，所述电池模块包括：模块外壳；两个或更多个单元模块，所述两个或更多个单元模块在以预定距离彼此间隔开的状态中被接纳在模块外壳的内部空间中；和阻挡构件，所述阻挡构件位于单元模块之间，当所述阻挡构件被加热到预定温度或更高温度时，所述阻挡构件的长度改变。

Description

具有火灾转移防止结构的电池模块和包括该电池模块的电 池组
技术领域
该申请要求在2021年1月22日提交的韩国专利申请第2021-0009216号的优先权利益，其公开内容通过引用以其整体并入本文。
本发明涉及一种具有火灾转移防止结构的电池模块和一种包括所述电池模块的电池组，更特别地涉及：一种具有火灾转移防止结构的电池模块，其中，具有可变长度的阻挡构件被设置在电池模块之间，由此当在特定电池模块中发生诸如火灾的事件时，能够防止火灾或者热空气转移到与其相邻的单元模块；和一种包括所述电池模块的电池组。
背景技术
随着近来由于化石燃料的使用引起的空气污染和能量枯竭导致的可替代能量的发展，对能够存储所产生的电能的二次电池的需求已经增加。能够充电和放电的二次电池被密切地使用在日常生活中。例如，二次电池被使用在移动装置、电动车辆和混合动力电动车辆中。
由于移动装置的使用的增加、移动装置的复杂性的增加以及电动车辆的发展，用作在现代社会中不可避免地使用的各种电子装置的能源的二次电池的要求的容量已经增加。为了满足用户的需求，多个电池单体被置放在小型装置中，而包括彼此电连接的多个电池单体的电池模块或者包括多个电池模块的电池组被使用在车辆中。
同时，当二次电池被使用在要求大容量和高输出的装置(诸如电动车辆)中时，二次电池以电池模块或者电池组的形式被使用，在所述电池模块或者电池组中布置有多个电池单体。
然而，当在二次电池产生电力的同时产生了热量并且由于短路、热冲击、绝缘击穿等而在特定电池单体中发生热失控现象时，可能在电池单体中发生高温气体和火灾，这引起与其相邻的单元单体或者电池模块的变形和损毁。
图1是示出传统电池模块的立体图。如在图1中所示，该传统电池模块包括：多个堆叠的电池单体10；外壳20，该外壳20被构造成接纳所述多个电池单体10；和分隔壁30，该分隔壁30被置放在预定数目的电池单体10之间，该分隔壁在其预定区域中设置有流动路径凹槽。
在该传统电池模块中，石墨片材被设置在流动路径凹槽中，该石墨片材被构造成当被施加热量时膨胀。当被施加预定水平或者更多的热量时，石墨片材膨胀以阻挡流动路径，由此相邻的电池单体10彼此隔离。
在该传统电池模块中，通过设置分隔壁30，能够在一定程度上防止由于热失控和火灾被传递到与其相邻的电池单体10而引起的损坏。然而，因为即使在平时分隔壁30也被沿着电池单体10的所有的侧表面而形成，所以存在冷却效率低的缺点。
(现有技术文献)
(专利文献1)韩国专利申请公报第2020-0107213号
发明内容
技术问题
已经鉴于上述问题做出了本发明，并且本发明的目的在于提供：一种具有火灾转移防止结构的电池模块，所述火灾转移防止结构被构造成使得空气在电池模块的内部和外部之间的循环在平时顺畅地实现，由此实现了足够的冷却效率，并且当发生诸如火灾或者气体通风的事件时，阻挡了火灾或者热空气移动到与其相邻的单元模块，由此防止了二次损坏；和一种包括所述电池模块的电池组。
本发明的另一个目的在于提供：一种具有火灾转移防止结构的电池模块，所述火灾转移防止结构被构造成使得不设置温度传感器并且设置了具有简单结构的阻挡构件，所述阻挡构件能够仅当发生事件时才将相邻的单元模块彼此隔离；和一种包括所述电池模块的电池组。
技术方案
为了实现上述目的，根据本发明的一种具有火灾转移防止结构的电池模块包括：模块外壳(100)；两个或更多个单元模块(200)，所述单元模块(200)在以预定距离彼此间隔开的状态中被接纳在所述模块外壳(100)的内部空间中；和阻挡构件(300)，所述阻挡构件(300)位于所述单元模块(200)之间，当所述阻挡构件被加热到预定温度或更高温度时，所述阻挡构件的长度改变。
而且，在根据本发明的电池模块中，所述模块外壳(100)可以包括上外壳(110)、侧外壳(120)和下外壳(130)，并且一对引导突起可以被设置在所述上外壳(110)的下表面和所述下外壳(130)的上表面中的至少一个上，所述一对引导突起以预定距离彼此间隔开从而支撑所述阻挡构件(300)。
而且，在根据本发明的电池模块中，所述阻挡构件(300)可以包括：一对引导壁(310)，所述一对引导壁(310)以预定距离彼此间隔开，所述引导壁中的每一个引导壁具有平坦结构；阻挡壁(320)，所述阻挡壁(320)位于在所述一对引导壁(310)之间的空间中；膨胀构件(330)，所述膨胀构件(330)位于所述阻挡壁(320)的附近；和一对辅助壁(340)，所述一对辅助壁(340)被构造成将所述一对引导壁(310)的对向端彼此连接，并且所述一对辅助壁(340)中的至少一个辅助壁可以由当被加热到预定温度或更高温度时熔化或变形的材料制成，使得由于所述膨胀构件(330)，所述阻挡壁(320)突出到所述引导壁(310)的外部。
而且，在根据本发明的电池模块中，所述阻挡壁(320)可以被设置成一对，从而在所述膨胀构件(330)介于所述阻挡壁之间的状态中面对彼此的同时被定位。
而且，在根据本发明的电池模块中，所述一对辅助壁(340)均可以由当被加热到预定温度或更高温度时熔化或变形的材料制成。
而且，在根据本发明的电池模块中，所述阻挡构件(300)可以在沿着所述单元模块(200)的侧表面以预定距离彼此间隔开的状态中被两个两个地定位。
而且，在根据本发明的电池模块中，所述膨胀构件(330)可以是卷簧。
而且，在根据本发明的电池模块中，所述阻挡构件(300)可以包括：一对引导壁(310)，所述一对引导壁(310)以预定距离彼此间隔开，所述引导壁中的每一个引导壁具有平坦结构；一对阻挡壁(320)，所述一对阻挡壁(320)位于在所述一对引导壁(310)之间的空间中，所述一对阻挡壁以预定距离彼此间隔开；和膨胀构件(330)，所述膨胀构件(330)位于所述一对阻挡壁(320)之间，所述膨胀构件被构造成当被加热到预定温度或更高温度时使所述阻挡壁(320)突出到所述引导壁(310)的外部。
而且，在根据本发明的电池模块中，所述阻挡构件(300)可以在沿着所述单元模块(200)的侧表面以预定距离彼此间隔开的状态中被两个两个地定位，并且辅助壁(340)可以被设置在被定位成面对彼此的所述阻挡构件(300)的所述引导壁(310)的端部处。
而且，在根据本发明的电池模块中，所述引导壁(310)、所述阻挡壁(320)和所述辅助壁(340)可以均由耐热材料制成，并且所述膨胀构件(330)可以由形状记忆合金制成，所述形状记忆合金被构造成当被加热到预定温度时改变形状。
而且，在根据本发明的电池模块中，所述膨胀构件(330)可以具有线圈形状。
另外，本发明提供一种电池组，所述电池组包括所述电池模块。
有利效果
根据以上描述而显而易见的是，一种具有火灾转移防止结构的电池模块和一种包括所述电池模块的电池组具有的优点在于，设置了阻挡构件，所述阻挡构件能够仅当被加热到预定温度时才防止火灾或者热空气移动到与其相邻的电池模块，由此能够在维持电池模块或电池组的冷却性能的同时防止二次损坏。
另外，具有火灾转移防止结构的电池模块和包括所述电池模块的所述电池组具有的优点在于，阻挡构件不包括被构造成感测火灾或者气体通风的单独的传感器，因此阻挡构件的结构简单，同时其操作可靠性高。
附图说明
图1是示出传统电池模块的立体图。
图2是根据本发明的第一优选实施例的电池模块的立体图。
图3是根据本发明的第一优选实施例的电池模块的分解立体图。
图4是根据本发明的第一优选实施例的阻挡构件的分解立体图。
图5是图示当火灾爆发时的根据本发明的第一优选实施例的阻挡构件的阻挡壁的移动的平面视图。
图6是根据本发明的第二优选实施例的阻挡构件的分解立体图。
图7是根据本发明的第三优选实施例的电池模块的分解立体图。
图8是图示当火灾爆发时的根据本发明的第三优选实施例的阻挡构件的阻挡壁的移动的平面视图。
图9是图示当火灾爆发时的根据本发明的第四优选实施例的阻挡构件的阻挡壁的移动的平面视图。
具体实施方式
现在，将参考附图详细描述本发明的优选实施例，使得本发明所属领域的普通技术人员能够容易地实现本发明的优选实施例。然而，在详细地描述本发明的优选实施例的操作原理时，当本文中所并入的已知功能和构造的详细描述可能使本发明的主题模糊时，将省略该已知功能和构造的详细描述。
另外，在所有附图中，将使用相同的附图标记来指代执行类似的功能或操作的部分。在整个说明书中，在一个部分被称为被连接到另一个部分的情形中，所述一个部分不仅可以被直接地连接到所述另一个部分，而且所述一个部分还可以经由其他的部分被间接地连接到所述另一个部分。另外，包括特定元件并不意味着排除其他元件，而是意味着可以进一步包括这样的元件，除非另有说明。
在下文中，将参考附图描述根据本发明的一种具有火灾转移防止结构的电池模块和一种包括所述电池模块的电池组。
图2是根据本发明的第一优选实施例的电池模块的立体图，图3是根据本发明的第一优选实施例的电池模块的分解立体图，并且图4是根据本发明的第一优选实施例的阻挡构件的分解立体图。
参考图2到图4，根据本发明的第一优选实施例的电池模块包括：模块外壳100；两个或更多个单元模块(单体模块组件)200，所述两个或更多个单元模块200被接纳在模块外壳100中；和阻挡构件300，所述阻挡构件300位于单元模块200之间。
首先，当详细地描述模块外壳100时，被构造成包裹多个单元模块200的模块外壳100包括上外壳110、侧外壳120和下外壳130。
具有平坦形状的上外壳110位于单元模块200和阻挡构件300的上方，从而针对外部冲击保护单元模块和阻挡构件。优选的是，以预定距离彼此间隔开的一对上引导突起111被形成在上外壳110的下表面上，使得阻挡构件300被维持在竖立状态中。当然，上引导突起111可以被省略，只要阻挡构件300能够被支撑为与单元模块200紧密接触即可。
具有大致平坦结构的侧外壳120保护单元模块200和阻挡构件300的侧表面，并且具有平坦形状的下外壳130保护单元模块200和阻挡构件300的下表面。
这里，下外壳130可以在上表面上设置有与上引导突起111相同的结构，即，以预定距离彼此间隔开的一对下引导突起131。下引导突起执行与上引导突起111一起地支撑阻挡构件300的下边缘和上边缘的功能。
每一个单元模块200包括：多个电池单体210，所述多个电池单体210被并排地堆叠在竖直或水平方向上；端板220；和汇流条组件230。
每一个电池单体210包括：单体组件；单体外壳，所述单体外壳被构造成接纳单体组件；和一对引线。
单体组件可以是：果冻卷型单体组件，所述果冻卷型单体组件被构造成具有长片型正电极和长片型负电极在分隔件介于其间的状态中被缠绕的结构；堆叠型单体组件，所述堆叠型单体组件由单元单体构成，所述单元单体具有矩形正电极和矩形负电极在分隔件介于其间的状态中被堆叠的结构；堆叠和折叠型单体组件，所述堆叠和折叠型单体组件被构造成具有单元单体使用长隔膜被缠绕的结构；或者层叠和堆叠型单体组件，所述层叠和堆叠型单体组件被构造成具有单元单体在分隔件介于其间的状态中被堆叠并且然后彼此附接的结构。然而，本发明不限于此。
单体组件被接纳在单体外壳中，并且单体外壳通常被构造成具有层压片材结构，所述层压片材结构包括内层、金属层和外层。内层被置放成与单体组件直接接触，因此内层应该表现出高绝缘性质和高耐电解溶液性。另外，内层应该表现出高可密封性，从而从外部气密性地密封单体外壳，即，在内层之间的热结合密封部应该表现出优良的热结合强度。内层可以由选自如下材料中的材料制成：聚烯烃类树脂，诸如聚丙烯、聚乙烯、聚乙烯丙烯酸酯或者聚丁烯；聚氨酯树脂；和聚酰亚胺树脂，这些材料表现出优良的耐化学性和高可密封性。然而，本发明不限于此，并且最优选地使用聚丙烯，该聚丙烯表现出优良的机械物理性质，诸如抗拉强度、刚度、表面硬度和抗冲击性以及优良的耐化学性。
被置放成邻接内层的金属层对应于阻挡层，所述阻挡层被构造成防止水分或者各种气体从外部渗透到电池中。轻质且能够容易成形的铝薄膜可以被用作金属层的优选材料。
外层被设置在金属层的另一个表面上。外层可以由表现出优良的抗拉强度、抗水分渗透性和抗空气透过性的耐热聚合物制成，使得外层在保护电极组件的同时表现出高耐热性和耐化学性。作为示例，外层可以由尼龙或者聚对苯二甲酸乙二醇酯制成。然而，本发明不限于此。
同时，包括正电极引线和负电极引线的引线被电连接到单体组件的正电极接线片和负电极接线片，并且从外壳向外暴露。电池单体对应于通常已知的结构，因此将省略其更详细的描述。
一对端板220位于多个电池单体210的相反侧处，从而固定电池单体210，并且根据需要可以进一步设置上板和/或下板，所述上板和/或下板被构造成将一对端板220彼此连接。
汇流条组件230将从多个堆叠的电池单体210突出并延伸的正电极引线和负电极引线彼此串联或并联连接。对于双向电池单体210，汇流条组件被设置在单元模块200的前表面和后表面(X轴线方向)中的每一个表面处。对于单向电池单体210，汇流条组件被设置在单元模块的前表面和后表面中的仅一个表面处。
在本发明中，将通过示例描述其中接纳有的双向电池单体210的单元模块200。
接着，将描述阻挡构件300。在平时，阻挡构件300允许冷却空气自由地经过单元模块200。然而，当发生诸如火灾或者气体通风的事件时，阻挡构件执行防止火灾或热量传播到与其相邻的单元模块200的功能。
具体地，阻挡构件300位于被接纳在模块外壳100中的两个或更多个单元模块200之间，并且包括：一对引导壁310，所述一对引导壁310以预定距离彼此间隔开，每一个引导壁具有平坦结构；阻挡壁320，所述阻挡壁320位于在一对引导壁310之间的空间中；膨胀构件330，所述膨胀构件330位于阻挡壁320的附近；和一对辅助壁340，所述一对辅助壁340被构造成将一对引导壁310的对向端彼此连接。
这里，一对引导壁310和阻挡壁320中的每一个由诸如铝(Al)或不锈钢的耐热材料制成，使得即使在高温下其形状也被维持。
一对平坦的阻挡壁320以预定距离彼此间隔开，从而能够朝向一对汇流条组件230移动。膨胀构件330介于阻挡壁320之间。
膨胀构件330的外部形状不受特别限制，只要膨胀构件在平时被压缩并且当外力被移除时膨胀构件的长度能够增加即可。作为示例，膨胀构件可以是卷簧。
同时，用于一对辅助壁340的材料不受特别限制，只要当通过在特定单元模块200中爆发的火灾或者通风气体的排放而被加热时辅助壁能够熔化、变形或者断裂即可。作为示例，可以使用聚乙烯类树脂、聚丙烯类树脂或者聚苯乙烯类树脂。
图5是图示当火灾爆发时的根据本发明的第一优选实施例的阻挡构件的阻挡壁的移动的平面视图。
当描述具有上述结构的阻挡构件的操作原理时，当电池模块正常操作时，阻挡构件300位于与其相邻的电池模块之间，更具体地，膨胀构件330的长度小于电池模块的端板220的长度(X轴线方向)，因为膨胀构件处于压缩状态中，由此冷却空气顺畅地循环。
然而，当火灾在特定单元模块200中爆发并且温度升高时，辅助壁340熔化、变形或者断裂。此时，由于膨胀构件330的弹性力，阻挡壁320即刻地突出，以快速地阻挡单元模块200，由此防止火灾的转移。
图6是根据本发明的第二优选实施例的阻挡构件的分解立体图。
参考图6，除了阻挡构件300的某些结构之外，根据本发明的第二优选实施例的电池模块与参考图2到图5描述的根据本发明的第一优选实施例的电池模块相同，因此将省略相同结构的描述。
根据本发明的第二优选实施例的阻挡构件300位于被接纳在模块外壳100中的两个或更多个单元模块200之间，并且包括：一对引导壁310，所述一对引导壁310以预定距离彼此间隔开，每一个引导壁具有平坦结构；一对阻挡壁320，所述一对阻挡壁320位于在一对引导壁310之间的空间中；和膨胀构件330，所述膨胀构件330位于一对阻挡壁320之间。
构成根据第二优选实施例的阻挡构件300的膨胀构件330由当被加热到预定温度或更高温度时能够形状改变从而将一对阻挡壁320推到引导壁310外部的材料制成，所述材料例如是形状记忆合金，诸如钛镍类合金、铜锌类合金或者包括钒、铬、锰和钴中的至少一种的合金。优选地，膨胀构件具有线圈形状。
图7是根据本发明的第三优选实施例的电池模块的分解立体图，并且图8是图示当火灾爆发时的根据本发明的第三优选实施例的阻挡构件的阻挡壁的移动的平面视图。
参考图7和图8，除了上外壳110、下外壳130和阻挡构件300的某些结构之外，根据本发明的第三优选实施例的电池模块与参考图2到图5描述的根据第一实施例的电池模块相同，因此将省略相同结构的描述。
根据本发明的第三优选实施例的上外壳110在其下表面上设置有在横向方向上(X轴线方向)以预定距离彼此间隔开的一对上引导突起111，并且下外壳130在其上表面上设置有以预定距离彼此间隔开的一对下引导突起131。
阻挡构件300在沿着单元模块200的侧表面(X轴线方向)以预定距离彼此间隔开的状态中被两个两个地定位。
这里，每一个阻挡构件300包括：一对引导壁310；阻挡壁320；膨胀构件330，所述膨胀构件330由卷簧构成；和辅助壁340，所述辅助壁340被构造成将引导壁310的对向端彼此连接。与阻挡壁320紧密接触的辅助壁340由当温度升高时熔化、变形或者断裂的材料制成，并且与膨胀构件330紧密接触的辅助壁340、引导壁310和阻挡壁320均由耐热材料制成。
因此，当火灾在特定单元模块200中爆发并且温度升高时，仅与阻挡壁320紧密接触的辅助壁340熔化、变形或者断裂，由此阻挡壁320在一个方向、即朝向汇流条组件的方向上突出。
图9是图示当火灾爆发时的根据本发明的第四优选实施例的阻挡构件的阻挡壁的移动的平面视图。
参考图9，除了阻挡构件300的某些结构之外，根据本发明的第四优选实施例的电池模块与参考图7和图8描述的根据第三实施例的电池模块相同，因此将省略相同结构的描述。
在根据本发明的第四优选实施例的电池模块中，阻挡构件300包括：一对引导壁310；辅助壁340，所述辅助壁340被构造成将一个引导壁310的一端和另一个引导壁的一端彼此连接；膨胀构件330，所述膨胀构件330由形状记忆合金制成，所述形状记忆合金被构造成当被加热到预定温度或更高温度时改变形状；和阻挡壁320，所述阻挡壁320与膨胀构件紧密接触。
因此，当火灾在特定单元模块200中爆发并且温度升高时，线圈形膨胀构件330膨胀。此时，阻挡壁320在一个方向、即不存在辅助壁340的方向上突出，所述方向是朝向汇流条组件的方向，由此单元模块200彼此隔离。
本发明所属领域的技术人员将理解，基于以上描述，在本发明的范畴内，各种应用和修改都是可能的。
附图标记说明
100：模块外壳
110：上外壳
111：上引导突起
120：侧外壳
130：下外壳
131：下引导突起
200：单元模块
210：电池单体
220：端板
230：汇流条组件
300：阻挡构件
310：引导壁
320：阻挡壁
330：膨胀构件
340：辅助壁

Claims (12)

1.一种电池模块，包括：
模块外壳；
两个或更多个单元模块，所述单元模块在以预定距离彼此间隔开的状态中被接纳在所述模块外壳的内部空间中；和
阻挡构件，所述阻挡构件位于所述单元模块之间，当所述阻挡构件被加热到预定温度或更高温度时，所述阻挡构件的长度改变。
2.根据权利要求1所述的电池模块，其中，所述模块外壳包括上外壳、侧外壳和下外壳，并且
其中，一对引导突起被设置在所述上外壳的下表面和所述下外壳的上表面中的至少一个上，所述一对引导突起以预定距离彼此间隔开从而支撑所述阻挡构件。
3.根据权利要求1所述的电池模块，其中，所述阻挡构件包括：
一对引导壁，所述一对引导壁以预定距离彼此间隔开，所述引导壁中的每一个引导壁具有平坦结构；
阻挡壁，所述阻挡壁位于在所述一对引导壁之间的空间中；
膨胀构件，所述膨胀构件位于所述阻挡壁的附近；和
一对辅助壁，所述一对辅助壁被构造成将所述一对引导壁的对向端彼此连接，并且
其中，所述一对辅助壁中的至少一个辅助壁由当被加热到预定温度或更高温度时熔化或变形的材料制成，使得由于所述膨胀构件，所述阻挡壁突出到所述引导壁的外部。
4.根据权利要求3所述的电池模块，其中，所述阻挡壁被设置成一对，从而在所述膨胀构件介于所述阻挡壁之间的状态中面对彼此的同时被定位。
5.根据权利要求4所述的电池模块，其中，所述一对辅助壁均由当被加热到预定温度或更高温度时熔化或变形的材料制成。
6.根据权利要求3所述的电池模块，其中，所述阻挡构件在沿着所述单元模块的侧表面以预定距离彼此间隔开的状态中被两个两个地定位。
7.根据权利要求3所述的电池模块，其中，所述膨胀构件是卷簧。
8.根据权利要求1所述的电池模块，其中，所述阻挡构件包括：
一对引导壁，所述一对引导壁以预定距离彼此间隔开，所述引导壁中的每一个引导壁具有平坦结构；
一对阻挡壁，所述一对阻挡壁位于所述一对引导壁之间的空间中，所述一对阻挡壁以预定距离彼此间隔开；和
膨胀构件，所述膨胀构件位于所述一对阻挡壁之间，所述膨胀构件被构造成当被加热到预定温度或更高温度时使所述阻挡壁突出到所述引导壁的外部。
9.根据权利要求8所述的电池模块，其中，所述阻挡构件在沿着所述单元模块的侧表面以预定距离彼此间隔开的状态中被两个两个地定位，并且
其中，所述辅助壁被设置在被定位成面对彼此的所述阻挡构件的所述引导壁的端部处。
10.根据权利要求9所述的电池模块，其中，所述引导壁、所述阻挡壁和所述辅助壁均由耐热材料制成，并且
其中，所述膨胀构件由形状记忆合金制成，所述形状记忆合金被构造成当被加热到预定温度时改变形状。
11.根据权利要求10所述的电池模块，其中，所述膨胀构件具有线圈形状。
12.一种电池组，包括根据权利要求1到11中的任一项所述的电池模块。
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