CN115836435A - 电池组 - Google Patents

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金承贤
申晋奎
吴英厚
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Abstract

根据本发明的实施例的电池组包括：子电池组，每一个子电池组包括彼此相邻地布置的多个电池模块；管道，所述管道被联接到每一个子电池组的在宽度方向上的一侧；和管道盖，所述管道盖覆盖被形成在所述管道的在长度方向上的一侧处的管道开口，并且所述管道盖包括具有网状结构的过滤器。

Description

电池组
技术领域
本公开涉及一种电池组以及包括所述电池组的一种能量存储系统(ESS)和一种车辆。更特别地，本公开涉及一种电池组以及包括所述电池组的一种能量存储系统(ESS)和一种车辆，所述电池组具有如下结构，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组的外侧，并且防止氧气被引入电池组中以防止电池组中的火灾。
本申请要求2021年1月21日在韩国提交的韩国专利申请第10-2021-0008927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。
为了防止电池组的内部压力增加，在锂二次电池的排气期间喷射的排气气体应该能够被快速地排放到电池组的外侧。然而，当高温火花随同排气气体一起地被排放到电池组的外侧时，排气气体、高温火花和氧气可能相遇以引起火灾。而且，虽然在排气的初始阶段，由于排气气体的压力，氧气几乎不存在于电池组中，但是当排气气体的排放压力低于一定水平时，氧气可能被引入电池组中，并且在此情形中，甚至可能在电池组中发生火灾。
因此，需要开发一种电池组，该电池组具有如下结构，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，该结构也能够快速地将排气气体排放到电池组的外侧，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，并且快速地防止氧气流入电池组中以防止电池组中的火灾。
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组，所述电池组具有如下结构，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电池组中。
本公开还旨在提供一种电池组，所述电池组具有如下结构，即使当电池模块的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组中，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组包括：子电池组，所述子电池组包括彼此相邻地定位的多个电池模块；管道，所述管道被联接到所述子电池组的在所述子电池组的宽度方向上的一侧；和管道盖，所述管道盖覆盖被形成在所述管道的在所述管道的纵向方向上的一侧上的管道开口部分，所述管道盖包括过滤器，所述过滤器具有网状结构。
所述过滤器可以具有范围为从20目到100目的过滤性能。
在从所述电池模块排放的排气气体和火花中，所述过滤器可以使所述排气气体通过，并且过滤掉所述火花中所包含的电极活性材料颗粒和金属颗粒。
所述管道可以与被形成在所述电池模块的在所述电池模块的纵向方向上的一侧上的模块开口部分间隔开，以在所述电池模块和所述管道之间形成电池组通道。
所述电池模块可以包括：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，所述单体堆被容纳在所述模块外壳中；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模块开口部分。
所述模块外壳可以包括：基板，所述基板支撑所述单体堆；和一对侧板，所述一对侧板覆盖所述单体堆的两个侧部。
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所述侧板的纵向方向上的端部朝向所述单体堆弯曲来形成。
所述电池模块可以进一步包括防火片，所述防火片位于所述汇流条框架组件和所述单体堆之间，并且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。
所述防火片可以是云母片。
所述电池模块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。
所述片罩可以完全覆盖所述云母片，使得所述云母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。
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，当在电池组中发生内部事件时，可以快速地排放排气气体，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，即使当电池模块的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组的立体图。
图2是图示组装在一侧上的管道盖被从图1的电池组移除的状态的视图。
图3是图示根据本公开的实施例的被形成在电池组中的电池组通道的视图。
图4是图示根据本公开的实施例的电池组的局部截面视图，用于描述排气气体和火花的移动路径。
图5和图6是图示根据本公开的电池模块的视图。
图7是用于描述根据本公开的电池模块中的排气气体和火花的移动路径的视图。
图8是图示根据本公开的电池模块的局部截面视图。
图9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10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11是图示根据本公开的防火片组件的视图。
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4，根据本公开的实施例的电池组1包括：子电池组，所述子电池组包括多个电池模块10；管道30，所述管道30被联接到子电池组的在子电池组的宽度方向(平行于Y轴线的方向)上的一侧或两侧；和管道盖40，所述管道盖40覆盖被形成在管道中的管道开口部分。
子电池组包括在电池组1的纵向方向(平行于X轴线的方向)上彼此相邻地定位的多个电池模块10。子电池组可以进一步包括电池管理系统(BMS)组件20，所述电池管理系统(BMS)组件20被联接到模块组件的在模块组件的纵向方向(平行于X轴线的方向)上的一侧，所述模块组件通过联接多个电池模块10来形成。
电池模块10包括：单体堆，所述单体堆包括竖直地堆叠的多个电池单体100；和模块外壳200，单体堆被容纳在所述模块外壳200中。电池单体100可以例如是袋型电池单体。模块外壳200包括：基板210，所述基板210支撑单体堆；侧板220，所述侧板220覆盖单体堆的两个侧部；和顶板230，所述顶板230覆盖单体堆的上部。
电池模块10包括模块开口部分10a，所述模块开口部分10a被形成在电池模块10的在电池模块10的纵向方向(平行于Y轴线的方向)上的一侧上。模块开口部分10a也可以被形成在电池模块10的在电池模块10的纵向方向(平行于Y轴线的方向)上的另一侧上。
在电池模块10中产生的排气气体通过模块开口部分10a在图4的箭头方向上被排放。下文将参考图5到图11详细地描述电池模块10的结构。
BMS组件20可以被联接到模块组件的在模块组件的纵向方向(平行于X轴线的方向)上的一侧，所述模块组件包括彼此相邻地定位的多个电池模块10。虽然在附图中没有示出，但是BMS组件包括用于控制多个电池模块10的充电/放电的至少一个电池管理系统(BMS)。BMS组件可以进一步包括被联接到BMS的BMS框架。BMS框架可以被紧固到模块组件和/或管道30。
管道30在平行于电池模块10的联接方向(平行于X轴线的方向)的方向上延伸。管道30可以具有与模块组件的长度对应的长度。管道30可以由诸如螺栓B的紧固构件紧固到模块外壳200。
虽然在本公开的附图中管道30被紧固到模块外壳200的基板210和顶板230，但是本公开不限于此。即，管道30可以被紧固到模块外壳200的基板210和/或顶板230和/或侧板220。
管道30与形成在电池模块10的在电池模块10的纵向方向(平行于Y轴线的方向)上的一侧或两侧上的模块开口部分10a间隔开，以在电池模块10和管道30之间形成电池组通道P。管道30包括管道开口部分，所述管道开口部分被形成在管道30的在管道30的纵向方向(平行于X轴线的方向)上的一侧或两侧上。管道开口部分与电池组通道P连通。相应地，沿着形成在电池模块10中的模块开口部分10a排放到电池模块10的外侧的排气气体沿着电池组通道P移动到管道30的在管道30的纵向方向(平行于X轴线的方向)上的一侧或两侧，并且通过管道开口部分被排放到电池组1的外侧(见图4的箭头方向)。
管道盖40覆盖被形成在管道30的在管道30的纵向方向上的一侧或两侧上的管道开口部分。管道盖40包括具有网状结构的过滤器。过滤器具有范围为从大约20目到大约100目的过滤性能。作为指示过滤器的性能的单位的目指的是宽度为1英寸且长度为1英寸的正方形中所包括的小正方形的数目。即，20目意味着在宽度为1英寸且长度为1英寸的正方形中包括20个具有正方形形状的金属丝。相应地，以目为单位表达的过滤器的性能随着该值的增加而增加。
在排气期间从电池模块10排放的排气气体和火花中，管道盖40使排气气体通过，并且过滤掉火花中所包含的电极活性材料颗粒和金属颗粒。即，管道盖40的过滤器的过滤性能的数值范围对应于排气气体可以被快速地排放但是火花中所包含的电极活性材料颗粒和金属颗粒(诸如铝颗粒)可以被过滤掉的数值范围。
当在电池模块10中发生排气时，包含电极活性材料颗粒和金属材料(诸如铝)的高温火花可能在图4的箭头方向上随同高温气体一起地排放。当火花泄漏到电池组1的外侧时，高温排气气体、高温火花和大量的氧气可能相遇以产生大的火焰。因此，应用了具有在所述数值范围中的过滤性能的过滤器的管道盖40可以快速地降低排气期间的电池模块10和电池组1的内部压力，并且可以防止火焰的产生。
而且，当在排气之后经过一定时间时，由管道盖40的过滤器过滤掉的电极活性材料颗粒和金属颗粒可能阻挡过滤器，并且因此，可以防止外部氧气被引入电池组1中。
虽然在排气的初始阶段，由于排气气体的喷射压力，氧气几乎不被引入电池组1中并且因此不存在内部火灾的风险，但是当排气气体的喷射压力降低时，外部氧气可能被引入。在此情形中，高温排气气体、火花的颗粒和氧气可能在电池组1中相遇以产生火焰。管道盖40允许排气气体在排气的初始阶段被快速地排放到外侧，并且当经过一定时间时，管道盖40被电极活性材料颗粒和金属颗粒阻挡，以如上所述地防止外部氧气的流入并且防止电池组1中的火焰的风险。
将参考图5到图11更详细地描述电池模块10。
参考图5到图8，电池模块10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；和模块外壳200，单体堆被容纳在所述模块外壳200中。电池模块10可以进一步包括：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Y轴线的方向)上的一侧上的开口部分；和防火片组件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Y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；一对侧板220，所述一对侧板220覆盖单体堆的两个侧部；和顶板230，所述顶板230覆盖单体堆的上部。所述一对侧板220中的每一个侧板可以包括火花方向改变部分220a，所述火花方向改变部分220a通过使侧板220的在侧板220的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220a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220a之间的开口部分而被暴露于模块外壳200的外侧。
因为本公开的电池模块10如上所述地包括火花方向改变部分220a，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(平行于Y轴线的方向)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在宽度方向(平行于X轴线的方向)上的两个侧部排放的高温火花朝向电池模块10的在电池模块10的纵向方向(平行于Y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7的箭头方向)。
模块外壳200可以进一步包括紧固框架225，所述紧固框架225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225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225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225，并且可以穿过紧固框架225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5到图10，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，一对汇流条框架组件300分别地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Y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225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225。
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5到图11，防火片组件400包括防火片410。防火片组件400可以进一步包括片罩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10中。
因此，即使当在电池模块10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10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，由此使得绝缘性能劣化。
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穿过所述多个罩狭缝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，快速地关闭罩狭缝420b并且阻挡空气从电池模块10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10中的供应，并且因此可以防止火灾蔓延到电池模块10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。
如上所述，当在电池组1中发生事件时，由于设置在管道盖40中的过滤器，根据本公开的实施例的电池组1可以防止在电池组1中发生火灾。而且，由于设置在电池模块10中的火花方向改变部分220a和/或防火片组件400，根据本公开的实施例的电池组1可以防止事件的蔓延。
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1。
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1。该车辆可以例如是由从电池组1供应的电力驱动的电动车辆。
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 (14)

1.一种电池组，包括：
子电池组，所述子电池组包括彼此相邻地定位的多个电池模块；
管道，所述管道被联接到所述子电池组的在所述子电池组的宽度方向上的一侧；和
管道盖，所述管道盖覆盖被形成在所述管道的在所述管道的纵向方向上的一侧上的管道开口部分，所述管道盖包括过滤器，所述过滤器具有网状结构。
2.根据权利要求1所述的电池组，其中，所述过滤器具有范围为从20目到100目的过滤性能。
3.根据权利要求2所述的电池组，其中，在从所述电池模块排放的排气气体和火花中，所述过滤器使所述排气气体通过，并且过滤掉所述火花中所包含的电极活性材料颗粒和金属颗粒。
4.根据权利要求1所述的电池组，其中，所述管道与被形成在所述电池模块的在所述电池模块的纵向方向上的一侧上的模块开口部分间隔开，以在所述电池模块和所述管道之间形成电池组通道。
5.根据权利要求1所述的电池组，其中，所述电池模块包括：
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，所述单体堆被容纳在所述模块外壳中；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模块开口部分。
6.根据权利要求5所述的电池组，其中，所述模块外壳包括：
基板，所述基板支撑所述单体堆；和
一对侧板，所述一对侧板覆盖所述单体堆的两个侧部。
7.根据权利要求6所述的电池组，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所述侧板的纵向方向上的端部朝向所述单体堆弯曲来形成。
8.根据权利要求5所述的电池组，其中，所述电池模块进一步包括防火片，所述防火片位于所述汇流条框架组件和所述单体堆之间，并且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。
9.根据权利要求8所述的电池组，其中，所述防火片是云母片。
10.根据权利要求9所述的电池组，其中，所述电池模块进一步包括片罩，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。
11.根据权利要求10所述的电池组，其中，所述片罩完全覆盖所述云母片，使得所述云母片不被暴露于外部空气。
12.根据权利要求10所述的电池组，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。
13.一种能量存储系统(ESS)，包括根据权利要求1到12中的任一项所述的电池组。
14.一种车辆，包括根据权利要求1到12中的任一项所述的电池组。
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