CN115552705A - 电池模块、电池组以及包括电池模块的车辆 - Google Patents

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Abstract

公开了一种具有改进的防火灾或防爆炸安全性的电池模块、包括该电池模块的电池组以及车辆。为了实现上述目的，根据本发明的电池模块包括：多个电池单元，每个电池单元具有设置在该电池单元的上部及下部上的电极端子；连接板，所述连接板具有导电性以电连接所述多个电池单元，所述连接板包括在水平方向上延伸的主体单元和从所述主体单元延伸从而与所述电极端子接触的连接单元；以及模块壳体，在所述模块壳体的外侧上装载有连接板，在所述模块壳体中容纳多个电池单元，并且所述模块壳体包括多个暴露孔和盖部分，所述多个暴露孔用于将所述多个电池单元中的每一者的所述电极端子暴露到外部，所述盖部分从暴露孔的外周朝向连接板突起。

Description

电池模块、电池组以及包括电池模块的车辆
技术领域
本公开涉及一种电池模块以及包括该电池模块的电池组及车辆，并且更具体而言，涉及一种具有改进的防火灾或防爆炸安全性的电池模块以及包括所述电池模块的电池组及车辆。本申请要求于2020年9月21日在韩国提交的韩国专利申请第10-2020-0121769号的优先权，该申请的公开以引用方式并入本文中。
背景技术
近年来，对诸如笔记本电脑、摄像机、手机等便携式电子产品的需求快速增加，且电动车辆、储能电池、机器人、卫星等正在认真发展。为此，正在积极研究能够重复充放电的高性能二次电池。
目前商业化的二次电池包括镍镉电池、镍氢电池、镍锌电池以及锂二次电池。其中，锂二次电池由于与镍系二次电池相比，可几乎无记忆效应地自由充放电，且自放电率极低，能量密度高的优点备受关注。
锂二次电池主要分别将锂系氧化及碳材料作为正极活性材料及负极活性材料。而且，锂二次电池包括：电极组件，其中分别涂布有正极活性材料及负极活性材料的正极板及负极板配置为其间插置有隔膜；以及外部件(即电池壳体)，用于密封存放电极组件与电解质。
此外，根据外部件形状，可将锂二次电池分为罐型)二次电池，其中电极组件包括于金属罐中；及袋型二次电池，其中电极组件包括于铝层压片制成的袋中。
特别地，最近对应用于电动车辆等的大容量电池模块的需求正在增加。此类大容量电池模块包括多个电池单元。因此，当多个电池单元的一部分发生火灾或爆炸时，电极组件的高温碎片、火焰以及高温气体被排放到邻近的其他电池单元而增加其温度。因此，热失控、火灾等可传播到邻近的其他电池单元而引起二次爆炸，从而增加损坏。
发明内容
技术问题
本公开是设计来解决相关技术的问题，且因此本公开旨在提供一种具有改进的防火灾或防爆炸安全性的电池模块以及包括所述电池模块的电池组及车辆。
本公开的这些及其他目标以及优点可通过以下详细描述来理解且将自本公开的示例性实施方式而变得更加显而易见。此外，将容易理解的是，本公开的目标及优点可通过所附权利要求书中示出的构件以及其组合来实现。
技术方案
在本公开的一个方面中，提供一种电池模块，所述电池模块包括：
多个电池单元，每个电池单元具有分别设置在其上部及下部处的电极端子；
连接板，具有导电性以电连接所述多个电池单元，所述连接板具有导电性以电连接所述多个电池单元，所述连接板包括在水平方向上延伸的主体部分和从所述主体部分延伸以接触所述电极端子的连接部分；以及
模块壳体，所述模块壳体被配置为使得所述连接板安装到该模块壳体的外侧，所述模块壳体被配置为将所述多个电池单元容纳在其中，所述模块壳体包括多个暴露孔和盖部分，所述多个暴露孔被配置为将所述多个电池单元中的每一者的所述电极端子暴露到外部，所述盖部分被配置为从所述暴露孔的外周朝向所述连接板突起。
而且，所述盖部分可具有中空部并被成形为在盖部分的至少顶端中是开口的。
此外，所述盖部分可以包括弯曲部，
所述弯曲部在所述盖部分的突起端处弯曲以在水平方向上延伸以隐藏所述模块壳体的所述暴露孔的部分。
而且，所述连接板可以包括多个连接孔，
所述多个连接孔通过使所述主体部分的一部分开口而形成使得所述连接部分位于所述主体部分的开口中，并且
所述盖部分可被配置为使得其开口端插入到所述连接孔中。
此外，所述连接板可以包括延伸部分，
所述延伸部分被配置为从所述连接孔朝向所述电池单元延伸以屏蔽从所述电池单元喷射出的内部材料。
此外，所述电池模块可以还包括导热垫，所述导热垫具有热导率且安装到所述连接板的外侧，所述导热垫具有被配置为与所述连接孔连通的多个连通孔。
进一步，所述连通孔可以形成为比所述连接孔的开口尺寸小。
而且，所述导热垫可以包括两个或更多个屏蔽部分，所述两个或更多个屏蔽部分分别配置为从所述连通孔的外周朝向所述连通孔的中央延伸以屏蔽从所述电池单元喷射出的内部材料，所述两个或更多个屏蔽部分被定位为彼此间隔开。
此外，在本公开的另一方面中，还提供一种电池组，该电池组包括至少一个上文描述的电池模块。
此外，在本公开的另一方面中，还提供一种车辆，该车辆包括至少一个上文描述的电池模块。
有利效果
根据本公开的实施方式，包括在根据本公开的电池模块中的模块壳体包括从暴露孔的外周朝向连接板突起的盖部分。此结构可实体性阻挡从爆炸的电池单元排放的高温活性材料移动到邻近的电池单元，同时保持喷射功能，即排出电池单元被点燃时产生的气体以及火焰的功能。通过这样做，当电池单元行为异常而爆炸使得内部材料被喷射出时，气体及火焰喷射通过暴露孔，但是高温活性材料的移动被盖部分抑制。因此，可防止内部材料通过其他暴露孔移动到其他邻近的电池单元。因此，可防止链式燃烧，例如热失控、火灾或爆炸传播到其他电池单元。因此，本公开可大大提高安全性。
附图说明
附图说明本公开的优选实施方式并且与前述公开一起，用以提供对本公开的技术特征的进一步理解，且因此本公开不应理解为限于附图。
图1为示意性地示出根据本公开的实施方式的电池模块的立体图。
图2为示意性地示出根据本公开的实施方式的电池模块的分解立体图。
图3为示意性地示出根据本公开的实施方式的电池模块的电池单元的剖视图。
图4为示意性地示出图1的电池模块在前后方向上截取的一部分的局部纵剖视图。
图5为示意性地示出根据本公开的另一实施方式的电池模块的局部剖视图。
图6为示意性地示出根据本公开的又另一实施方式的电池模块的一部分的局部剖视图。
图7为示意性地示出根据本公开的又另一实施方式的电池模块的一部分的局部剖视图。
图8为示意性地示出根据本公开的又另一实施方式的电池模块的一部分的局部剖视图。
图9为示意性地示出根据本公开的又另一实施方式的电池模块的一部分的纵剖视图。
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方式。在描述之前，应当了解，说明书及所附权利要求书中所用的术语不应解释为限于一般及辞典含义，而是基于允许发明者恰当定义术语以提供最佳解释的原则，基于与本公开的技术方面对应的含义以及概念来解释。
因此，本文所提出的描述仅为优选实例，仅用于说明的目的，并不旨在限制本公开的范围，因此应理解，在不偏离本公开的范围的情况下，可对其进行其他等效及修改。
图1为示意性地示出根据本公开的实施方式的电池模块的立体图。图2为示意性地示出根据本公开的实施方式的电池模块的分解立体图。而且，图3为示意性地示出根据本公开的实施方式的电池模块的电池单元的剖视图。
参照图1至图3，根据本公开的实施方式的电池模块100包括多个电池单元110、连接板120以及模块壳体130。
具体而言，电池单元110可以包括电极组件116、电池罐112、以及帽组件113。例如，电池单元110可为圆柱形电池单元。此外，电池单元110可以包括分别位于其上部与下部处的电极端子111。多个电池单元110可通过具有金属材料的连接板120电连接。多个电池单元110可通过连接板120串联、并联或者串联且并联电连接。
电极组件116可具有其中隔膜插置在正极板与负极板之间的卷绕结构。正极接头(positive electrode tab)114可附接到正极板并连接到帽组件113，负极接头115可附接到负极板并连接到电池罐112的下端。
电池罐112可具有空的空间，使得电极组件116可容纳于其中。特别地，电池罐112可配置为具有开口顶端的圆柱形形状。此外，电池罐112可由诸如钢或铝的金属材料制成以确保刚性。此外，负极接头可附接到电池罐112的底部，使得不仅电池罐112的下部而且电池罐112本身都可用作负极端子。
帽组件113可联接到电池罐112的开口顶端以密封电池罐112的开口顶端。根据电池罐112的形状，帽组件113可具有圆形或矩形形状，并且可以包括诸如顶帽C1、通气单元(vent unit)C2以及垫圈C3的子部件。
此处，顶帽C1可位于帽组件113的最上部并且配置为向上突起。特别地，顶帽C1可用作电池单元110中的正极端子。因此，顶帽C1可通过连接板120等电连接到外部装置，例如另一个电池单元110或充电装置。顶帽C1可由诸如不锈钢或铝的金属材料制成。如果电池单元110处发生严重爆炸或火灾，顶帽C1的至少一部分可从电池罐112撕裂或脱离，从而打开电池罐112。
此外，当电池单元110的内部压力(即电池罐112的内部压力)增加超过预定水平时，通气单元C2可被配置以变形(破裂)，使得电池罐112内部的气体可通过顶帽C1的开口D排放到外部。此处，内部压力的预定水平可为5至10个大气压。
此外，垫圈C3可由具有电绝缘性的材料制成，使得顶帽C1及通气单元C2的边缘部分可与电池罐112绝缘。
同时，帽组件113可以还包括电流中断装置C4。电流中断装置C4也称为CID。当电池的内部压力因气体产生而增加，使得通气单元C2的形状颠倒时，通气单元C2与电流中断装置C4之间的接触可被破坏，或者电流中断装置C4可被损坏，从而阻断通气单元C2与电极组件116之间的电连接。
电池单元110的上述配置在本申请提交时为本领域技术人员所熟知，因此不再更详细地描述。另外，虽然图3中示出圆柱形电池单元110的示例，但根据本公开的电池模块100不限于具有特定形状的电池单元110的配置。即，在根据本公开的电池模块100中可采用在提交本申请时已知的各种类型的电池单元。
此外，连接板120可具有导电性以电连接多个电池单元110。连接板120可以包括例如铝、镍或铜。连接板120可以包括主体部分121以及连接部分122。主体部分121可具有在水平方向上延伸的板状。主体部分121可安装到模块壳体130的上部或下部。连接部分122可具有从主体部分121延伸以接触电极端子111的形状。例如，如图2所示，连接部分122可具有从主体部分121突起地延伸的分叉结构。连接部分122可焊接到电极端子111。此时，作为焊接方法，例如可使用电阻焊接。
此外，连接板120可安装到模块壳体130的外侧。例如，如图2中所示，两个连接板120可分别安装到模块壳体130的上部与下部。
模块壳体130可配置为于其中容纳多个电池单元110。模块壳体130可以包括上部框架133以及下部框架134。上部框架133以及下部框架134中的每一者都可以包括多个中空部135，所述多个中空部135配置为使得多个电池单元110部分地插入其中。模块壳体130可具有多个暴露孔131。多个暴露孔131中的每一者可通过对模块壳体130的部分穿孔而形成，使得多个电池单元110中的每一者的电极端子111可暴露到外部。例如，如图2中所示，可在上部框架133的上表面以及下部框架134的下表面中的每一者中设置多个暴露孔131。上部框架133的上表面以及连接板120之间的空间可用作电池单元110前面的排气空间。
模块壳体130包括具有朝向连接板120突起的形状的盖部分132。当电池单元110由于电池单元110的异常行为而爆炸使得内部材料被喷射到外部时，盖部分132可配置为防止内部材料通过其他邻近的暴露孔131而移动到其他邻近的电池单元110。盖部分132可形成为围绕暴露孔131。盖部分132可具有从模块壳体130的外表面向上突起的肋状。
因此，根据本公开的这种配置，包括在根据本公开的电池模块100中的模块壳体130包括从暴露孔131的外周朝向连接板120突起的盖部分132。此结构可实体性阻挡从爆炸的电池单元排放的高温活性材料移动到邻近的电池单元，同时保持喷射功能，即排出电池单元被点燃时产生的气体以及火焰的功能。通过这样做，当电池单元110行为异常而爆炸使得内部材料被喷射出时，气体及火焰喷射通过暴露孔131，但是高温活性材料的移动被盖部分132抑制。因此，可防止内部材料通过其他暴露孔131移动到其他邻近的电池单元110。因此，可防止链式燃烧，例如热失控、火灾或爆炸传播到其他电池单元110。因此，本公开可大大提高安全性。
图4为示意性地示出图1的电池模块在前后方向上截取的的一部分局部纵剖视图。此时，为便于绘图描述，连接板120的连接部分122的配置未在图4中示出。
参照图4连同图2，本公开的电池模块100的盖部分132可被配置为形成中空部H并且其至少顶端开口的形式。盖部分132的顶端可配置为与连接板120的下表面接触，或者可被定位为与连接板120的下表面间隔开以确保公差间隙。
因此，根据本公开的这种配置，由于盖部分132的顶部与连接板120的下表面接触，即使多个电池单元110中的一些电池单元发生爆炸，也可以防止高温活性材料、气体以及火焰通过连接板120与模块壳体130之间的空的空间而移动到邻近的电池单元110。上部框架133的上表面与连接板120之间的空间充当电池单元110前面的排气空间，且盖部分132在电池单元110的向上方向上保持排气空间，同时使排气空间保持排气空间在电池单元110的横向方向上对于每个电池单元110是独立的。因此，在燃烧期间，盖部分132可抑制高温活性材料被排放而移动到邻近的电池单元110，同时保持喷射所产生的气体及火焰的功能。盖部分132为每个电池单元110构成隔离的机构结构，以抑制活性材料块的飞散。以此方式，可抑制链式燃烧，从而大大提高本公开的电池模块100的安全性。
图5为示意性地示出根据本公开的另一实施方式的电池模块的局部剖视图。
参照图5，在根据本公开另一实施方式的电池模块100中，盖部分132可以还包括弯曲部132a。弯曲部132a可配置为隐藏模块壳体130的暴露孔131的部分。弯曲部132a可为从盖部分132的向上突起的端部弯曲以在水平方向上延伸的部分。弯曲部132a可配置为隐藏盖部分132的开口端的部分。例如，弯曲部132a可配置为从盖部分132的上部的开口端朝向中央弯曲，使得开口端的开口更窄。
因此，根据本公开的这种配置，在本公开中，即使在多个电池单元110中的一些电池单元中发生爆炸而喷射内部材料(例如，活性材料)，排放到模块壳体130的外部的材料的量可通过弯曲部132a而有效地减少。因此，可有效地减少从爆炸的电池单元110喷射出的内部材料向其他邻近的电池单元110的移动。最终，在本公开中，可提供具有大大提高的安全性的电池模块100。
图6为示意性地示出根据本公开的又另一实施方式的电池模块的一部分的局部剖视图。
参照图6连同图2，根据本公开另一实施方式的电池模块100的盖部分132可以包括容纳槽132b。容纳槽132b可通过使盖部分132的一部分凹进而形成，使得连接板120的连接部分122可穿过或容纳于其中。例如，参照图6，盖部分132的容纳槽132b可通过将盖部分132的上端的部分向下凹进而形成。
因此，根据本公开的这种配置，通过将容纳槽132b设置到盖部分132，连接板120的连接部分122可容易地连接到电池单元110的电极端子111。
图7为示意性地示出根据本公开的又另一实施方式的电池模块的一部分的局部剖视图。
参照图7连同图2及图6，根据本公开的另一实施方式的电池模块100的连接板120可以包括多个连接孔123。连接孔123可通过使主体部分121的部分开口来形成。连接孔123可被配置为使得连接部分122位于开口内部。即，连接部分122可具有从形成在主体部分121中的连接孔123的外周延伸的形状。
此外，盖部分132可被配置为使得其向上突起的部分插入连接孔123中。换言之，盖部分132可被配置为使得其开口端插入连接孔123中。盖部分132的顶端可平行于连接板120的主体部分121的上表面定位。
因此，根据本公开的这种配置，在本公开中，通过将盖部分132的开口端插入连接板120的连接孔123中，可有效地减小盖部分132与连接板120之间的间隙。因此，在本公开中，即使在多个电池单元110中的一些电池单元中发生爆炸，也可有效地防止高温活性材料、气体、火焰等移动通过连接板120与模块壳体130之间的空的空间。因此，可大大提高本公开的安全性。
图8为示意性地示出根据本公开的又另一实施方式的电池模块的一部分的局部剖视图。
参照图8，当与图4的连接板120相比，根据本公开又另一实施方式的电池模块100的连接板120可以还包括延伸部分124。延伸部分124可被配置以屏蔽从电池单元110喷射出的内部材料。延伸部分124可弯曲以从连接孔123朝向电池单元110延伸。
例如，如图8中所示，向下延伸的延伸部分124可设置到多个连接孔123中的每一者。延伸部分124可配置为插入到盖部分132中。延伸部分124可延伸以面对盖部分132的内部的内表面。例如，延伸部分124可具有向下延伸的肋状并且在平面上具有‘C’形状以对应盖部分132的内部结构。
因此，根据本公开的这种配置，在本公开中，由于设置了连接板120的延伸部分124，即使在多个电池单元110中的一些电池单元中发生爆炸，也可有效地防止电池单元110的内部材料或高温活性材料、气体、火焰等通过连接板120与模块壳体130之间的空的空间移动。因此，可大大提高本公开的安全性。
再次参照图1、图2及图4，根据本公开的实施方式的电池模块100可以还包括导热垫140。导热垫140可以是具有高热导率同时电绝缘的材料。例如，导热垫140可以包括硅树脂(silicone resin)。
此外，导热垫140可安装到连接板120的外侧。导热垫140可以包括多个连通孔141。连通孔141可形成为与形成在连接板120中的连接孔123连通。导热垫140可配置为以高热导率将传递到连接板120的热传递到外部。
此外，连通孔141可形成为相对小于连接孔123的开口尺寸。例如，如图2中所示，导热垫140可以包括多个连通孔141，所述多个连通孔141配置为分别与形成在连接板120中的多个连接孔123连通。多个连通孔141中的每一者的尺寸可小于多个连接孔123中的每一者的开口尺寸。
因此，根据本公开的这种配置，在本公开中，通过形成比连接孔123的开口尺寸相对较小的连通孔141，连通孔141可有效地屏蔽高温活性材料通过连接板120的连接孔123排放到外部，从而大大减少排放到外部的高温活性材料的量。因此，本公开可提供具有大大提高的安全性的电池模块100。
图9为示意性地示出根据本公开的又另一实施方式的电池模块的一部分的纵剖视图。
参照图9连同图2，根据本公开又另一实施方式的电池模块100的导热垫140可以包括设置在连通孔141内部或外部的两个或更多个屏蔽部分142。两个或更多个屏蔽部分142中的每一者可被配置以屏蔽从电池单元110喷射出的内部材料。两个或更多个屏蔽部分142可具有从连通孔141的外周朝向连通孔141的中央延伸的形状。两个或更多个屏蔽部分142可定位成在竖直方向上彼此间隔开。
例如，如图9中所示，两个屏蔽部分142可分别位于导热垫140的连通孔141的内部上端以及内部下端处。两个屏蔽部分142具有从连通孔141的外部朝向连通孔141的中央突起的形状。
此外，导热垫140可配置为使得当多个电池单元110中的一些电池单元发生爆炸时，产生的气体穿过屏蔽部分142。在这种情况下，两个或更多个屏蔽部分142可配置为屏蔽从爆炸的电池单元110喷射出的高温电极组件的碎片(尤其是高温活性材料)，以不通过连通孔141。
因此，根据本公开的这种配置，在本公开中，由于两个或更多的屏蔽部分142设置到导热垫140，所以可有效地防止电极组件的高温碎片从爆炸的电池单元110喷射出而免于移动到其他邻近的电池单元110。因此，本公开可提供具有高安全性的电池模块100。
同时，根据本公开的实施方式的电池组可以包括至少一个如上所述的电池模块100以及电连接到电池模块100的电池管理系统(battery management system，BMS)。电池管理系统可以包括各种电路或元件以控制多个电池单元的充电及放电。
同时，根据本公开的实施方式的车辆(未示出)可以包括至少一个如上所述的电池模块100以及具有用于容纳电池模块100的容纳空间的车辆主体。例如，车辆可为电动车辆、电动滑板车、电动轮椅或电动自行车。
同时，尽管说明书中使用了指示方向的术语(诸如上方、下方、左方、右方、前方和后方)，但对本领域技术人员来说显而易见的是，这些只是为了便于解释而表示相对位置，并且可以基于观察者或物体的位置变化。
已详细地描述本公开。然而，应理解，由于在本公开的范围内的各种改变及修改将根据该详细描述对所属领域中的技术人员变得显而易见，所以指示本公开的优选实施方式的详细描述及具体实例仅以说明的方式给出。

Claims (10)

1.一种电池模块，所述电池模块包括：
多个电池单元，每个电池单元具有分别设置在该电池单元的上部及下部处的电极端子；
连接板，所述连接板具有导电性以电连接所述多个电池单元，所述连接板包括在水平方向上延伸的主体部分和从所述主体部分延伸以接触所述电极端子的连接部分；以及
模块壳体，所述模块壳体被配置为使得所述连接板安装到该模块壳体的外侧，所述模块壳体被配置为将所述多个电池单元容纳在其中，所述模块壳体包括多个暴露孔和盖部分，所述多个暴露孔被配置为将所述多个电池单元中的每一者的所述电极端子暴露到外部，所述盖部分被配置为从所述暴露孔的外周朝向所述连接板突起。
2.根据权利要求1所述的电池模块，
其中，所述盖部分具有中空部并且被成形为在该盖部分的至少顶端中是开口的。
3.根据权利要求1所述的电池模块，
其中，所述盖部分包括弯曲部，所述弯曲部在所述盖部分的突起端处弯曲以在水平方向上延伸从而隐藏所述模块壳体的所述暴露孔的部分。
4.根据权利要求1所述的电池模块，
其中，所述连接板包括多个连接孔，所述多个连接孔通过使所述主体部分的一部分开口而形成使得所述连接部分位于所述主体部分的开口中，并且
所述盖部分被配置为使得该盖部分的开口端插入到所述连接孔中。
5.根据权利要求4所述的电池模块，
其中，所述连接板包括延伸部分，所述延伸部分被配置为从所述连接孔朝向所述电池单元延伸以屏蔽从所述电池单元喷射出的内部材料。
6.根据权利要求4所述的电池模块，所述电池模块还包括：
导热垫，所述导热垫具有热导率并且安装到所述连接板的外侧，所述导热垫具有被配置为与所述连接孔连通的多个连通孔。
7.根据权利要求6所述的电池模块，
其中，所述连通孔形成为比所述连接孔的开口尺寸小。
8.根据权利要求6所述的电池模块，
其中，所述导热垫包括两个或更多个屏蔽部分，所述两个或更多个屏蔽部分分别被配置为从所述连通孔的外周朝向所述连通孔的中央延伸以屏蔽从所述电池单元喷射出的内部材料，所述两个或更多个屏蔽部分被定位为彼此间隔开。
9.一种电池组，所述电池组包括至少一个根据权利要求1至8中的任一项所述的电池模块。
10.一种车辆，所述车辆包括至少一个根据权利要求1至8中的任一项所述的电池模块。
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