CN115803955A - 电池模块和包括该电池模块的电池组 - Google Patents

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申晋奎
吴英厚
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Abstract

根据本发明的一个实施例的一种电池模块包括：单体堆，所述单体堆通过竖直地堆叠多个电池单体来形成；模块外壳，所述模块外壳包括基板和一对侧板，所述基板支撑所述单体堆，所述一对侧板覆盖所述单体堆的两个侧部；和汇流条框架组件，所述汇流条框架组件覆盖被形成在所述模块外壳的一个纵向侧上的开口。所述一对侧板中的每一个侧板具有：多个火花延迟突起，所述多个火花延迟突起以突出方式被形成在所述侧板的内表面上；和多个火花延迟凹部，所述多个火花延迟凹部以凹进方式被形成在所述侧板的内表面上。

Description

电池模块和包括该电池模块的电池组
技术领域
本公开涉及一种电池模块、包括所述电池模块的电池组以及包括所述电池组的能量存储系统(ESS)和车辆。更特别地，本公开涉及一种电池模块、包括所述电池模块的电池组以及包括所述电池组的ESS和车辆，所述电池模块具有如下结构，当发生电池单体的排气时，所述结构能够将气体排放到外侧，防止包含高温电极活性材料和金属颗粒的火花泄漏到电池模块的外侧，并且防止氧气被引入电池模块中以防止电池模块中的火灾。
本申请要求2021年1月11日在韩国提交的韩国专利申请10-2021-0003529号的优先权，其公开内容通过引用并入本文。
背景技术
应用于能量存储系统(ESS)和/或电动车辆的电池组可以被制造成包括多个电池模块，高功率和高容量的锂二次电池被应用于所述多个电池模块。为了满足ESS和/或电动车辆所要求的电池组的输出功率特性并且实现高容量，可以增加一个电池模块中所包括的锂二次电池的数目，并且可以增加一个电池组中所包括的电池模块的数目。
然而，当在包括这种大数目的锂二次电池的电池组中发生火灾或者爆炸时，不可避免地增加了损坏。
在电池组中发生的火灾始于电池模块中的锂二次电池的异常温度升高和内部气体产生。当锂二次电池的温度异常地升高并且产生了内部气体，并且因此锂二次电池的内部压力增加到一定水平或更高时，发生锂二次电池的排气，并且因此，高温气体被喷射到锂二次电池的外侧，并且喷射了包含电极活性材料和铝颗粒的高温火花。
为了在电池模块和/或电池组的使用中确保安全性，排气气体应该能够被快速地排放到电池模块的外侧，使得当事件发生时，电池模块的内部压力不再增加。然而，当高温火花随同排气气体一起被排放到电池模块的外侧时，排气气体、高温火花和氧气可能相遇以引起火灾。
因此，需要开发一种电池模块，该电池模块具有如下结构，即使当由于诸如电池单体中的短路的异常而发生热失控时，该结构也能够将排气气体快速地排放到电池模块的外侧，并且有效地防止包含电极活性材料和铝颗粒的高温火花泄漏到外侧。
而且，当应用于防止在多个锂二次电池之间的短路的诸如汇流条框架的结构由于与火花和高温气体连续接触而被损坏时，氧气可能容易从电池模块的外侧引入电池模块中，并且火灾可能甚至蔓延到电池模块中。而且，当汇流条框架被损坏时，由于汇流条框架而保持彼此分开的相邻的锂二次电池的电极引线可能彼此接触，并且事件可能蔓延。
因此，需要研发一种电池模块，该电池模块具有如下结构，即使当某些结构由于火花和高温气体而被损坏时，该结构也能够防止外部氧气的自由流入并且防止由于在相邻的锂二次电池之间的短路而导致事件的蔓延。
发明内容
技术问题
本公开被设计成解决相关技术的问题，因此本公开旨在提供一种电池模块，所述电池模块具有如下结构，当内部事件发生时，所述结构能够快速地排放排气气体，有效地防止高温火花泄漏到外侧，并且在排气气体被排放之后，防止外部空气被引入所述电池模块中。
本公开还旨在提供一种电池模块，所述电池模块具有如下结构，即使当某些结构由于高温气体和火花而被损坏时，所述结构也能够防止外部氧气被容易地引入所述电池模块中，并且防止在相邻的锂二次电池之间的短路。
然而，本公开所要解决的技术目的不限于上文，并且根据以下公开内容，本领域普通技术人员将清楚地理解本文中未提到的其他目的。
技术方案
根据本公开的实施例的一种电池模块包括：单体堆，在所述单体堆中，多个电池单体被竖直地堆叠；模块外壳，所述模块外壳包括基板和一对侧板，所述基板支撑所述单体堆，所述一对侧板覆盖所述单体堆的两个侧部；和汇流条框架组件，所述汇流条框架组件覆盖被形成在所述模块外壳的在所述模块外壳的纵向方向上的一侧上的开口部分，其中，所述一对侧板中的每一个侧板包括：多个火花延迟突起，所述多个火花延迟突起从所述侧板的内表面突出；和多个火花延迟凹部，所述多个火花延迟凹部从所述侧板的所述内表面凹进。
所述一对侧板中的每一个侧板可以包括火花方向改变部分，所述火花方向改变部分通过使所述侧板的在纵向方向上的端部朝向所述单体堆弯曲来形成。
所述开口部分可以被形成在分别地设置在所述一对侧板上的一对火花方向改变部分之间，其中，所述电池单体的电极引线通过所述开口部分被暴露于所述模块外壳的外侧。
所述汇流条框架组件可以包括：汇流条框架，所述汇流条框架覆盖所述开口部分，并且包括多个框架狭缝，所述电池单体的电极引线穿过所述多个框架狭缝；和至少一个汇流条，所述至少一个汇流条位于所述汇流条框架的外表面上，并且被联接到穿过所述框架狭缝的所述电极引线。
所述电池模块可以进一步包括防火片组件，所述防火片组件位于所述汇流条框架组件和所述单体堆之间，并且被联接到所述汇流条框架组件。
所述防火片组件可以包括防火片，所述防火片包括多个片狭缝，所述电池单体的电极引线穿过所述多个片狭缝。
所述防火片组件可以进一步包括片罩，所述片罩包括多个罩狭缝，所述电池单体的所述电极引线穿过所述多个罩狭缝，并且所述片罩覆盖所述防火片。
所述防火片可以是云母片。
所述片罩可以完全覆盖所述防火片，使得所述防火片不被暴露于外部空气。
所述多个罩狭缝中的每一个罩狭缝可以具有其宽度朝向所述汇流条框架组件减小的形状。
所述多个火花延迟突起中的每一个火花延迟突起和所述多个火花延迟凹部中的每一个火花延迟凹部可以在所述侧板的高度方向上延伸，并且延伸到与所述单体堆的堆叠高度对应的长度。
所述多个火花延迟突起和所述多个火花延迟凹部可以从所述侧板的在所述侧板的纵向方向上的中央部分到所述侧板的在所述侧板的纵向方向上的端部交替地形成。
根据本公开的实施例的一种电池组包括根据本公开的实施例的电池模块。
根据本公开的实施例的一种能量存储系统(ESS)包括根据本公开的实施例的电池组。
根据本公开的实施例的一种车辆包括根据本公开的实施例的电池组。
有利效果
根据本公开的一个方面，即使当某些结构由于由事件引起的火花和高温气体而被损坏时，排气气体也可以被快速地排放，可以有效地防止高温火花泄漏到外侧，并且在排气气体被排放之后，可以防止外部空气被引入电池模块中。
根据本公开的另一个方面，即使当某些结构由于高温气体和火花而被损坏时，也可以防止外部氧气被容易地引入电池模块中，并且可以防止在相邻的锂二次电池之间的短路。
附图说明
附图图示本公开的优选实施例，并且与前述公开内容一起用于提供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是图示根据本公开的实施例的电池模块的视图。
图2是图示汇流条框架组件和防火片组件被从图1的所述电池模块移除的状态的平面视图。
图3是图示图1的电池模块的局部截面视图。
图4是图示根据本公开的汇流条框架组件和防火片组件被联接到模块外壳的状态的视图。
图5是图示根据本公开的模块外壳的一部分、汇流条框架组件和防火片组件的分解立体图。
图6是图示根据本公开的防火片组件的视图。
图7是图示根据本公开的模块外壳的侧板的内表面的形状的视图。
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例。在描述之前，应该理解，在说明书和所附权利要求中使用的术语不应被解释为被限制于一般的和词典的含义，而是在允许发明人为了最佳解释而适当地定义术语的原则的基础上，基于对应于本公开的技术方面的含义和概念来解释。因此，本文中提出的描述只是仅仅为了说明的目的的优选示例，而非旨在限制本公开的范围，从而应该理解，能够在不偏离本公开的范围的情况下对其做出其他等同和修改。
参考图1到图3，根据本公开的实施例的电池模块包括：单体堆，在所述单体堆中，多个电池单体100在竖直方向(平行于Z轴线的方向)上被堆叠；模块外壳200，单体堆被容纳在所述模块外壳200中；汇流条框架组件300，所述汇流条框架组件300覆盖被形成在模块外壳200的在模块外壳200的纵向方向(平行于X轴线的方向)上的一侧上的开口部分。除了上述元件，电池模块可以进一步包括防火片组件400，所述防火片组件400位于汇流条框架组件300和单体堆之间并且被联接到汇流条框架组件300。
电池单体100可以是袋型电池单体。在此情形中，电池单体100包括：电极组件(未示出)；袋壳体110，电极组件被容纳在所述袋壳体110中；和一对电极引线120，所述一对电极引线120被连接到电极组件并且被从袋壳体110引出。所述一对电极引线120在电池单体100的纵向方向(平行于X轴线的方向)上的相反方向上引出。
模块外壳200包括：基板210，所述基板210支撑单体堆；和一对侧板220，所述一对侧板220覆盖单体堆的两个侧部。一对侧板220中的每一个侧板可以包括火花方向改变部分200a，所述火花方向改变部分200a通过使侧板220的在纵向方向上的端部朝向单体堆弯曲来形成。
形成在模块外壳200的在模块外壳200的纵向方向上的一侧上的开口部分被形成在分别地设置在一对侧板220上的一对火花方向改变部分200a之间。电池单体100的电极引线120可以通过形成在一对火花方向改变部分200a之间的开口部分而被暴露于模块外壳200的外侧。
因为根据本公开的实施例的电池模块如上所述地包括火花方向改变部分200a，所以防止了在电池单体100的排气期间排放的高温火花在模块外壳200的纵向方向上被喷射到模块外壳200的外侧。即，在电池单体100的排气期间通过单体堆的电池单体100的在电池单体100的宽度方向(平行于Y轴线的方向)上的两个侧部喷射的高温火花朝向电池模块的在电池模块的纵向方向(平行于X轴线的方向)上的一个端部和/或另一个端部移动，并且然后朝向单体堆切换移动方向(见图2的箭头方向)。因此，火花方向改变部分200a防止火花通过模块外壳200的在模块外壳200的纵向方向(平行于X方向的方向)上的两侧上的开口部分被排放到电池模块的外侧。
参考图7，除了上文描述的火花方向改变部分200a，模块外壳200的侧板220还包括多个火花延迟突起220a和多个火花延迟凹部220b。火花延迟突起220a从侧板220的内表面突出。火花延迟凹部220b从侧板220的内表面凹进。
火花延迟突起220a和火花延迟凹部220b在侧板220的高度方向(平行于Z轴线的方向)上延伸。火花延迟突起220a和火花延迟凹部220b延伸到与单体堆100的堆叠高度对应的长度。
火花延迟突起220a和火花延迟凹部220b可以从侧板220的在侧板220的纵向方向(平行于X轴线的方向)上的中央部分到其端部交替地形成。类似地，火花延迟突起220a和火花延迟凹部220b可以从侧板220的在侧板220的纵向方向(平行于X轴线的方向)上的中央部分到其另一个端部交替地形成。
当通过电池单体100的在电池单体100的宽度方向(平行于Y轴线的方向)上的两个侧部喷射的包含电极活性材料和铝颗粒的火花在侧板220的纵向方向(平行于X轴线的方向)上移动时，火花延迟突起220a和火花延迟凹部220b增加了路径并且阻碍火花。因此，火花延迟突起220a和火花延迟凹部220b可以与上文描述的火花方向改变部分200a一起防止火花通过模块外壳200的在模块外壳200的纵向方向(平行于X轴线的方向)上的两侧上的开口部分泄漏到电池模块的外侧。根据本公开的实施例的电池模块可以仅仅包括火花延迟突起220a和火花延迟凹部220b，而不包括火花方向改变部分200a。
模块外壳200可以进一步包括紧固框架230，所述紧固框架230连接一对火花方向改变部分200a并且具有空的中央部分。紧固框架230位于汇流条框架组件300和防火片组件400之间。当设置了紧固框架230时，汇流条框架组件300和防火片组件400可以被紧密地附接到紧固框架230，并且可以穿过紧固框架230的空的中央部分彼此紧固。
虽然未示出，但是本公开的模块外壳200的开口部分可以被形成在模块外壳200的在模块外壳200的纵向方向上的两侧上。在此情形中，一对火花方向改变部分200a也可以被设置在模块外壳200的在模块外壳200的纵向方向上的一侧和另一侧上。
参考图1到图5，汇流条框架组件300包括汇流条框架310和至少一个汇流条320。可以设置一对汇流条框架组件300，并且在此情形中，所述一对汇流条框架组件300分别地覆盖形成在模块外壳200的在模块外壳200的纵向方向(平行于X轴线的方向)上的一侧上的开口部分和形成在其另一侧上的开口部分。
汇流条框架310覆盖模块外壳200的开口部分，并且包括多个框架狭缝310b，电池单体100的电极引线120穿过所述多个框架狭缝310b。汇流条框架310可以进一步包括用于与防火片组件400联接的至少一个框架突起310a。
汇流条框架310具有与模块外壳200的在模块外壳200的纵向方向上的一个端部和/或另一个端部对应的形状，并且被紧密地附接到模块外壳200。当模块外壳200如上所述地包括紧固框架230时，汇流条框架310被紧密地附接到火花方向改变部分200a和紧固框架230。
汇流条320位于汇流条框架310的外表面上，并且被联接到穿过框架狭缝310b的电极引线120，以电连接多个电池单体100。汇流条320可以包括汇流条狭缝320b，电极引线120穿过所述汇流条狭缝320b。在此情形中，汇流条狭缝320b和框架狭缝310b可以被形成在彼此对应的位置处。
参考图1到图6，防火片组件400包括防火片410和片罩420。可以设置与汇流条框架组件300相同数目的防火片组件400。
防火片410可以是由能够耐受高温排气气体和火花、甚至火焰的云母材料形成的片。防火片410包括多个片狭缝410b，电极引线120穿过所述多个片狭缝410b。
即使当由树脂材料形成的汇流条框架310由于高温排气气体和火花而被损坏时，防火片410也可以维持其结构，并且因此，可以维持被分别地插入多个片狭缝410b中的多个电极引线120的位置。而且，防火片410可以允许高温排气气体通过在片狭缝410b和电极引线120之间的间隙被排放到外侧，并且可以使包含活性材料和铝颗粒的高温火花的向外喷射最小化。而且，即使当由树脂材料形成的汇流条框架310被损坏时，防火片410也可以防止氧气被容易地从外侧引入电池模块中。
因此，即使当在电池模块中发生事件时，防火片410也可以使汇流条框架310周围的火灾风险最小化，并且即使当在汇流条框架310周围发生火灾时，防火片410也可以延迟火灾到电池模块中的蔓延。而且，防火片410可以防止由于汇流条框架310的损坏而引起的在电池单体100之间的短路而导致事件的蔓延。
片罩420完全包围防火片410，使得防火片410不被暴露于外侧。这是因为，由云母材料形成的防火片410具有吸湿性，并且因此，当由云母材料形成的防火片410被暴露于片罩420的外部空气时，防火片410可能吸收水分，由此使绝缘性能劣化。
片罩420可以是树脂注射模制产品，并且在此情形中，防火片410可以通过嵌件注射模制而被定位在片罩420中。片罩420包括多个罩狭缝420b，电极引线120穿过多个罩狭缝420b。罩狭缝420b具有该罩狭缝420b的宽度朝向汇流条框架组件300减小的形状。
这是为了当由树脂注射模制产品形成的片罩420由于高温排气气体和火花而熔化时，罩狭缝420b被快速地关闭以阻挡空气从电池模块的外侧流入。这样，当外部空气的流入被快速地阻挡时，可以阻挡氧气到电池模块中的供应，并且因此可以防止火灾蔓延到电池模块中。
罩狭缝420b、片狭缝410b和框架狭缝310b被形成在彼此对应的位置处。
当汇流条框架310包括框架突起310a时，防火片410和片罩420分别地包括至少一个片孔410a和罩孔420a，所述至少一个片孔410a和所述罩孔420a被形成为具有对应于框架突起310a的位置和形状，以紧固到汇流条框架310。
虽然在附图中防火片组件400包括防火片410和包围防火片410的片罩420，但是本公开不限于此，并且防火片组件400可以仅仅包括防火片410而不包括片罩420。
根据本公开的实施例的电池组包括根据本公开的实施例的电池模块。所述电池组可以包括多个电池模块。根据本公开的实施例的能量存储系统(ESS)包括根据本公开的实施例的电池组。根据本公开的实施例的车辆包括根据本公开的实施例的电池组。所述车辆包括电动车辆。
虽然上文已经示出并且描述了本公开的实施例，但是本公开不限于上文描述的具体实施例。在不偏离权利要求中所要求保护的本公开的范围的情况下，本领域普通技术人员可以做出各种修改的实施例。

Claims (15)

1.一种电池模块，包括：
单体堆，在所述单体堆中，多个电池单体被竖直地堆叠；
模块外壳，所述模块外壳包括基板和一对侧板，所述基板支撑所述单体堆，所述一对侧板覆盖所述单体堆的两个侧部；和
汇流条框架组件，所述汇流条框架组件覆盖被形成在所述模块外壳的在所述模块外壳的纵向方向上的一侧上的开口部分，
其中，所述一对侧板中的每一个侧板包括：
多个火花延迟突起，所述多个火花延迟突起从所述侧板的内表面突出；和
多个火花延迟凹部，所述多个火花延迟凹部从所述侧板的所述内表面凹进。
2.根据权利要求1所述的电池模块，其中，所述一对侧板中的每一个侧板包括火花方向改变部分，所述火花方向改变部分通过使所述侧板的在纵向方向上的端部朝向所述单体堆弯曲来形成。
3.根据权利要求2所述的电池模块，其中，所述开口部分被形成在分别地设置在所述一对侧板上的一对火花方向改变部分之间，
其中，所述电池单体的电极引线通过所述开口部分被暴露于所述模块外壳的外侧。
4.根据权利要求1所述的电池模块，其中，所述汇流条框架组件包括：
汇流条框架，所述汇流条框架覆盖所述开口部分，并且包括多个框架狭缝，所述电池单体的电极引线穿过所述多个框架狭缝；和
至少一个汇流条，所述至少一个汇流条位于所述汇流条框架的外表面上，并且被联接到穿过所述框架狭缝的所述电极引线。
5.根据权利要求1所述的电池模块，进一步包括防火片组件，所述防火片组件位于所述汇流条框架组件和所述单体堆之间，并且被联接到所述汇流条框架组件。
6.根据权利要求5所述的电池模块，其中，所述防火片组件包括防火片，所述防火片包括多个片狭缝，所述电池单体的电极引线穿过所述多个片狭缝。
7.根据权利要求6所述的电池模块，其中，所述防火片组件进一步包括片罩，所述片罩包括多个罩狭缝，所述电池单体的所述电极引线穿过所述多个罩狭缝，并且所述片罩覆盖所述防火片。
8.根据权利要求6所述的电池模块，其中，所述防火片是云母片。
9.根据权利要求7所述的电池模块，其中，所述片罩完全覆盖所述防火片，使得所述防火片不被暴露于外部空气。
10.根据权利要求7所述的电池模块，其中，所述多个罩狭缝中的每一个罩狭缝具有其宽度朝向所述汇流条框架组件减小的形状。
11.根据权利要求1所述的电池模块，其中，所述多个火花延迟突起中的每一个火花延迟突起和所述多个火花延迟凹部中的每一个火花延迟凹部在所述侧板的高度方向上延伸，并且延伸到与所述单体堆的堆叠高度对应的长度。
12.根据权利要求1所述的电池模块，其中，所述多个火花延迟突起和所述多个火花延迟凹部从所述侧板的在所述侧板的纵向方向上的中央部分到所述侧板的在所述侧板的纵向方向上的端部交替地形成。
13.一种电池组，包括根据权利要求1到12中的任一项所述的电池模块。
14.一种能量存储系统(ESS)，包括根据权利要求13所述的电池组。
15.一种车辆，包括根据权利要求13所述的电池组。
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