CN115943509A - 电池模块 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及电池模块(300),该电池模块具有防止由通气电池单元排出的气体损坏模块内的其他电池单元的装置(332、335)。有利地,与对从模块内的电池单元排出的通气气体具有类似保护的已知电池模块相比,该电池模块可以具有改进的封装效率。

Description

电池模块
技术领域
本发明的各方面涉及电池模块、电池组和车辆,特别地但不排他地涉及电动车辆或混合动力电动车辆及其电池模块。
背景技术
最近对提供电池供电的车辆的兴趣增加,这导致车辆电池,特别是车辆牵引电池技术的发展。通常期望车辆电池提供高能量容量和峰值电流输出,同时使电池模块的尺寸和重量最小化以及因此使车辆的尺寸和重量最小化。
重要的是确保在车辆电池损坏的情况下不损害车辆安全性。实际上,一些规范测试要求机动车辆中使用的电池在电池模块内的一个电池单元损坏之后必须不引起影响所有电池单元的不受控制的放热反应,或者至少要求任何这样的反应足够慢以允许车辆乘员有时间逃离车辆。
期望提供能够提供改进的能量和/或电流密度,同时保持足够的冷却性能并且避免热失控的可能性的车辆电池模块。
本发明的实施方式的目的是至少减轻现有技术的一个或更多个问题。
发明内容
根据寻求保护的本发明的方面,提供了一种电池模块,包括:
多个圆柱形电池单元,所述圆柱形电池单元中的每一个具有位于圆柱形电池单元的第一端部处的通气装置,其中,所述圆柱形电池单元中的至少一些圆柱形电池单元的第一端部基本上共面;
汇流条组件,其中,该汇流条组件的至少一部分与圆柱形电池单元的共面的第一端部相邻定位,并且其中,汇流条组件的与共面的第一端部相邻的部分包括具有一个或更多个孔或空隙的收集板;
不可燃化合物的多个离散部分,所述部分中的至少一些部分位于所述孔或空隙中的一个内并且与圆柱形电池单元中的至少一个圆柱形电池单元的第一端部相邻定位;以及
与汇流条组件相邻定位的垫,其中,垫至少部分地覆盖所述孔或空隙。有利地,这提供了有效的保护,防止由电池模块内的一个电池单元放出的通气气体损坏模块内的其他电池单元。此外,由该方面提供的通气保护仅使电池模块的总重量和尺寸增加了少量。化合物可以是柔性密封化合物和/或铆接化合物。例如,该化合物可以是基于硅树脂的化合物。在本说明书的范围内,收集板被认为是汇流条组件的电连接至多个电池单元的部件,使得来自电池单元的电流通过收集板。
不可燃化合物可以替选地被称为不可燃灌封材料。
可选地,垫是耐热垫。例如,垫可以具有小于0.15W/m K,优选小于0.1W/m K的热导率。
在实施方式中,垫包括多个弱化区域,优选地,所述多个弱化区域与所述孔基本上对齐。有利地,这将弱化区域置于被喷射的任何通气气体的路径中,从而有助于避免阻碍通气气体离开电池单元。
可选地,垫由云母、硅树脂或玻璃形成。
在实施方式中,不可燃化合物包括基于硅树脂的化合物。不可燃化合物可以是固化的或非固化的。可选地,不可燃化合物包括膨胀化合物。
在实施方式中,其中,汇流条组件包括与圆柱形电池单元中的每一个相邻的相应的孔,
其中,由每个孔和相邻电池单元的第一端部或相邻电池单元的第二端部限定出相应的腔,
其中,不可燃化合物的所述部分位于所述腔中,并且垫基本上覆盖所述腔。
在实施方式中,不可燃化合物的每个部分与圆柱形电池单元中的一个以及垫接触,由此化合物的所述部分至少部分地将垫固定到圆柱形电池单元。
根据寻求保护的本发明的另一方面,提供了一种电池组,包括多个如上所述的模块。
根据寻求保护的本发明的另一方面,提供了一种车辆,包括如上所述的电池模块或电池组。
根据寻求保护的本发明的另一方面,提供了一种制造电池模块的方法,包括:
提供多个圆柱形电池单元,所述多个圆柱形电池单元被布置成使得所述圆柱形电池单元中的至少一些圆柱形电池单元的第一端部基本上共面;
将汇流条组件连接至所述多个圆柱形电池单元,其中,汇流条组件的至少一部分与所述圆柱形电池单元的共面的第一端部相邻定位,并且其中,汇流条组件的与共面的第一端部相邻的部分包括具有一个或更多个孔或空隙的收集板;
将不可燃化合物的多个离散部分定位到所述孔或空隙中,所述部分中的至少一些部分与所述圆柱形电池单元中的至少一个圆柱形电池单元的第一端部相邻定位;以及
将垫与汇流条组件相邻定位,其中,该垫至少部分地覆盖所述孔或空隙。
在本申请的范围内,明确意指的是:在先前的段落中、权利要求书中以及/或者以下描述和附图中阐述的各个方面、实施方式、示例和替选方案以及特别是其各个特征可以被独立地采用或者以任意组合采用。也就是说,所有实施方式和/或任何实施方式的特征可以以任何方式和/或组合来进行组合,除非这些特征不可兼容。申请人保留修改任何原始提交的权利要求或相应提交任何新的权利要求的权利,包括将任何原始提交的权利要求修改成从属于任何其他权利要求和/或并入任何其他权利要求的任何特征的权利,尽管最初没有以该方式要求保护。
附图说明
现在将参照附图仅以示例的方式描述本发明的实施方式,在附图中:
图1A至图1C示出了圆柱形电池单元(现有技术)的不同视图;
图2示出了本发明的实施方式中的电池模块;
图3示出了穿过本发明的另一实施方式中的电池模块的截面;
图4示出了本发明的另一实施方式中的电池模块;
图5示出了示出本发明的实施方式中的电池模块的制造方法的流程图;以及
图6示出了本发明的实施方式中的车辆。
具体实施方式
图1A至图1C示出了传统圆柱形电池单元100的不同视图。圆柱形电池单元100能够以各种不同的尺寸广泛可用。例如,在用于车辆的牵引电池中,经常使用具有21mm的直径D和70mm的长度L的电池单元。这样的电池单元通常被称为21700电池单元(前两个数字是指直径D,以mm为单位,后三个数字是指长度L,以十分之一mm为单位)。然而,将理解的是,在本发明的实施方式中也可以使用其他尺寸的电池单元。
如本领域技术人员将充分理解的,电池单元100包括正极端子100P、负极端子100N和通气装置100V。正极端子由电池单元的第一端部104的中心区域中的钢端盖106提供,并且负极端子由钢圆柱形壳体108提供。钢圆柱形壳体108覆盖第二端部102、第一端部与第二端部之间的整个圆柱形表面以及第一端部表面的外围区域100S。第一端部表面的外围区域也可以被称为第一端部表面104的“肩部”区域100S。在可商购的电池单元中,第一端部表面104上的限定正极端子100P的端盖有时突出超过第一端部表面的肩部区域100S,尽管在图1中示出的电池中不是这种情况。突出超过肩部区域100S的正极端子允许基本上平面的连接器连接至正极端子而不是负极端子。如本领域技术人员将充分理解的,避免正极端子与负极端子之间的直接电连接是重要的,因为这样的连接产生会损坏电池单元的短路。
如图1中所示,电池单元100包括第一端部表面104中的三个通气装置100V,它们在限定正极端子100P的钢端盖106与钢圆柱形壳体108的肩部区域100S之间。通气装置100V是由会破裂的材料覆盖的间隙,以允许热气体在电池单元内部出现过大压力的情况下通过端盖106与钢圆柱形壳体108之间的间隙逸出,从而减轻电池单元爆炸的风险。
电池单元100可以在壳体内组合在一起,并且通过汇流条组件电连接在一起以创建电池模块。此外,如将从以下描述中变得明显的,在一些实施方式中,多个电池单元100可以机械地接合在一起以形成电池单元组,并且电池模块可以包括一个或更多个这样的电池单元组。
如本领域技术人员将充分理解的,电池模块中的电池单元的异常操作可以导致电池单元经历“热失控”,“热失控”是一种放出大量气体和碎片的自维持放热反应,并且通常将持续直到电池单元内的所有可用燃料通过反应消耗掉。然而,电池单元通气装置通常被设计成当温度和压力达到不一定足以引发热失控的水平时允许热气体逸出。当电池单元内的条件还没有足够极端以引起热失控时进行通气可以防止异常的操作条件进展为热失控。因此,可以将导致通气事件的电池单元内的异常操作条件分类为最终导致热失控的异常操作条件和最终不导致热失控的异常操作条件。然而,通常需要设计电池模块,特别是牵引电池模块,其可以包括数百或甚至数千个这样的圆柱形电池单元,以能够承受经历热失控的电池单元。这还确保电池模块能够承受不导致热失控的较不严重的电池单元故障。
车辆电池模块通常包括多个图1中所示类型的圆柱形电池单元100,每个圆柱形电池单元100具有正极端子100P和负极端子100N。电池单元通常位于壳体内,并且提供汇流条以将电池单元以提供所需电压和充电容量的配置连接在一起。如果电池模块中的电池单元中的一个电池单元经历异常操作条件例如热失控,重要的是由电池单元生成的热不会对其他电池单元造成损坏。在极端情况下,这样的损坏可能会导致热失控事件的级联,最终影响电池模块中的所有电池单元。
图2示出了本发明的实施方式中的电池模块200。电池模块包括多个圆柱形电池单元100,所述多个圆柱形电池单元100被图2中的非导电壳体部件202、204和其他部件隐藏。然而,将理解的是,图2中所示的电池模块包括位于非导电壳体部件202、204内部的五排一排十六个电池单元100,其中相邻排的电池单元彼此偏移等于相邻电池单元之间的间距的一半的距离,以优化封装效率。
在所示实施方式中,电池单元100被分成四组206A至206D。每组内的电池单元通过相应的第一汇流条部件208A至208D和相应的第二汇流条部件(未示出)并联地电连接在一起,第一汇流条部件208A至208D中的每一个将组内的所有正极端子连接在一起,第二汇流条部件将组内的所有负极端子连接在一起。提供附加的汇流条部件(未示出)以串联连接相邻的电池单元组。如图2中所示,第一汇流条部件208A至208D中的每一个都位于相应组中的电池单元的第一端部附近。第二汇流条部件可以位于相应组中的电池单元的第二端部附近。
将理解的是,第一汇流条部件208A至208D和第二汇流条部件可以替选地被称为收集板。更具体地,第一汇流条部件208A至208D可以被称为正极收集板,因为它们电连接至电池单元组内的所有正极端子。类似地,第二汇流条部件可以被称为负极收集板,因为它们电连接至组中的所有负极端子。
如图2所示,汇流条部件208A至208D都具有多个穿过其中的圆形孔212。所述孔与汇流条部件所连接至的电池单元的端部一起限定多个腔。在所述腔中的每一个中提供不可燃化合物214的离散部分。化合物214可以是半固体糊料。在所示实施方式中,不可燃化合物是基于硅树脂的铆接化合物,但是将理解的是,也可以使用替选化合物。在一些实施方式中,化合物可以固化以产生固体或半固体部分。可替选地,化合物可以是非固化化合物。在任一情况下,化合物将通常被应用于电池单元的端部并且通常将被粘附到其上。不可燃化合物214的部分由耐热垫216覆盖,该耐热垫216可以由云母、硅树脂、玻璃或任何其他合适的材料形成。耐热垫可以在一侧上设置有粘合剂层,以便于将垫连接至汇流条部件208。尽管在图2中未示出,但是在一些实施方式中,耐热垫可以选择性地设置有弱化区域,每个弱化区域覆盖孔212中的一个。弱化区域可以通过对弱化区域周围的区域穿孔,通过局部减小垫的厚度或通过任何其他合适的方式来提供。
弱化区域有助于确保如果电池单元100中的一个电池单元释放通气气体,则垫216破裂并且不阻止气体进入垫之外的通气容积。然而,垫和不可燃化合物的部分有效地防止已进入通气容积的气体进入电池单元周围的空间,因为通气容积内的压力显著低于释放通气气体的压力。以这种方式,垫用作防止由通气电池单元排出的气体损坏模块内的其他电池单元的装置。此外,当通气容积中的压力大于化合物214的部分所处的腔内部的压力时,腔中化合物的邻近非通气单元的部分有效地支撑垫,从而当通气容积中的压力大于腔中的压力时有助于防止弱化区域破裂。
垫和化合物还提供显著的热绝缘,因此有效地防止通气容积中的气体显著加热非通气电池单元。
如本领域技术人员将充分理解的,当电池单元发生故障并且在电池单元内发生不受控制的放热反应时,发生通气条件。这样的反应产生大量的热气体。重要的是,电池模块内的一个电池单元中的通气条件不会导致模块内的其他电池单元被加热到其他电池也经历通气情况的程度。本发明通过提供防止通气气体从通气容积传输到电池单元周围的空间的机械密封和防止从通气容积中的通气气体到非通气电池单元的热传递的热绝缘来有效地保护非通气电池单元。本发明的一个特别的优点是它不会显著增加电池模块所需的封装体积。这通过在由汇流条和电池单元的端部限定的腔中提供不可燃化合物来实现,否则该腔将基本上是空的。以这种方式,化合物用作防止由通气电池单元排出的气体损坏模块内的其他电池单元的装置。此外,用垫将不可燃化合物固定在腔内减少了有效地密封电池单元以防止通气容积中的通气气体所需的化合物的量。
为了有效地防止由电池模块内的一个电池单元放出的通气气体导致模块内的其他电池单元被不可接受地加热,本发明人已经确定,不可燃化合物应当具有小于0.15W/mK,优选小于0.10W/m K的热导率和小于0.15mm2/sec,优选小于0.1mm2/sec的热扩散率。在本申请的上下文中,如果化合物或其他组分即使在暴露于高温(例如大于600摄氏度的温度)时也不燃烧,则其可以被认为是不可燃的。优选地,即使当暴露于大于1200摄氏度的温度时,化合物也不会燃烧。该化合物可以具有V0的UL94等级。
因为该化合物被提供在电池端子和汇流条附近,所以它还应该具有合适的介电特性。例如,复合材料应当优选地能够在其最小尺寸上承受2.7KV。此外,在通气事件期间,化合物必须不能通过阻碍通气装置来防止通气气体离开电池。通气气体通常在至少2Bar的压力下喷射,因此如果化合物是非固化的,那么只要其粘度不过高,则不会阻止通气气体通过它。如果化合物确实固化,则只要它不是过硬,则通气气体将产生它们可以通过的穿过化合物的孔。合适的化合物包括室温硫化硅氧烷或其他未固化的聚合硅氧烷。
类似地,发明人已经确定耐热垫应该具有小于0.15W/m K,优选小于0.10W/m K的热导率、小于2J/g K,优选小于1.5J/g K的比热、以及小于0.15mm2/sec,优选小于0.1mm2/sec的热扩散率。该垫应该具有合适的介电特性。例如,垫应该优选能够在其最小尺寸上承受2.7KV。根据上面提供的定义,垫也优选是不可燃的。
在图2所示的实施方式中,不可燃化合物的部分和垫仅设置在模块200的一侧上。这是可能的,因为所有的电池单元指向相同的方向,所以所有电池单元上的通气装置是共面的并且指向相同的方向。然而,在一些实施方式中,相邻的电池单元组可以相对于彼此倒置,这可以使得在相邻组之间产生串联连接更容易,并且潜在地消除了提供附加汇流条部件来产生串联连接的需要。在这样的实施方式中,不可燃化合物的部分和垫可以设置在模块的两个端部处,以便在两个端部处覆盖通气装置。因此,在模块200内的电池单元的第一端部和第二端部处提供化合物的部分。
图3示出了穿过本发明的另一实施方式中的电池模块的截面,该电池模块位于壳体350中。
电池模块300包括多个圆柱形电池单元100,在图3中仅示出了其中的三个。电池单元可以是如上关于图1所述的21700电池单元,但是将理解的是,其他类型的圆柱形电池单元同样适用。
电池单元100在其第二端部(即,与正极端子相对的端部)处都由冷却板360冷却,该冷却板360中具有液体冷却剂可以流过的一个或更多个封闭的通道。热界面材料层314设置在每个电池单元与冷却板360之间。如本领域技术人员将充分理解的,热界面材料在电池100与冷却板360之间提供改进的热连接,并且还可以有助于将电池单元机械地固定到冷却板360。
单侧汇流条316与电池单元100的第一端部相邻设置。汇流条316包括多个孔,每个孔与电池单元100中的相应一个相邻。尽管在图3中没有详细示出汇流条316的结构,但是将理解的是,它包括通过适当的绝缘体或气隙彼此分开的正极收集板和负极收集板。
汇流条中的孔和相邻单元限定多个腔333,所述多个腔333中的一个与每个电池单元的第一端部相邻。在每个腔333内提供类似于以上关于图2所讨论的不可燃化合物335的离散部分。耐热垫332覆盖腔333并且与汇流条316相邻设置。
耐热垫332、电池单元100和汇流条316都在壳体350内支撑在支撑部件322上,该支撑部件322确保在垫332与壳体350的下部内表面324之间提供间隙。支撑部件的外边缘搁置在由壳体350的内表面限定的凸缘352上。
支撑部件322设置有与电池单元100中的每一个的第一端部基本重合的孔323,这些孔允许从电池排出的通气气体进入通气容积330。
通气容积330提供了空间,在该空间中从经历失控通气事件的电池单元中排出的热通气气体可以膨胀并且冷却。通气口设置在壳体350中,以允许气体从通气容积逸出壳体,从而防止通气容积330内的压力过度增大。此外,壳体350的下表面324可以包括其中安装有电池模块的车辆下侧上的基板的至少一部分。这样,壳体的下表面可以由厚度在1mm至3mm之间的金属片形成,并且因此将具有显著的热质量。其他材料厚度是有用的,并且将取决于为壳体选择的材料。在所示的示例中,壳体至少部分地由钢制成。因此,当进入通气容积330的通气气体撞击壳体的下部内表面324时,它们将被冷却到显著的程度。壳体的下表面可以由车辆下面的空气冷却,从而在电池单元通气事件过程中保持由壳体的下表面提供的冷却效果。
为了提供便于通气气体膨胀和冷却的足够容积,排放容积330可以包括具有至少1mm,例如约1mm至20mm的深度330D的空隙或通气空隙。在特定实施方式中,通气空隙可以具有3mm至10mm或4mm至8mm的深度。在特定实施方式中,通气空隙具有6.6mm的深度。有利地,这样的深度为通气气体提供足够的容积以便膨胀和冷却,同时有效地利用可用空间。将理解的是,在本上下文中,通气空隙的深度是指沿平行于电池单元100的纵向轴线的轴线的尺寸。
虽然图3中所示的化合物335的部分仅部分地填充腔333,但是将理解的是,在一些实施方式中,腔基本上被填充。将理解的是,图3中所示的垫332和化合物335可以具有与上面关于图2所述的对应的垫216和化合物214相似的材料特性,并且它们执行相似的功能。然而,在图3所示的实施方式中,仅在电池单元的一个端部处需要化合物335的部分和垫332,因为模块中的所有电池单元处于共同的取向,并且因此它们的通气装置指向相同的方向。
图4示出了本发明的另一实施方式中的电池模块400的部分。电池模块400包括四个电池单元组402A至402D和单侧汇流条组件404,该单侧汇流条组件404将每个组内的电池单元并联连接并且将每个电池单元组串联连接至相邻的电池单元。然而,不是限定单个腔与电池单元中的每一个的第一端部相邻,而是汇流条组件404设置有多个孔406和空隙408,孔406和空隙408中的每一个覆盖多个电池单元的第一端部。在本说明书的范围内,汇流条部件内的空隙可以被认为是在汇流条部件的占地面积内但是汇流条部件没有覆盖的区域。尽管在汇流条部件的占地面积内,但是空隙不一定被汇流条部件包围。
尽管未在图4中示出,但是具有上述性质的不可燃化合物的离散部分可以与每个电池单元的第一端部相邻设置。可替选地,可以在覆盖暴露在孔或空隙中的所有电池单元的第一端部的每个孔和每个空隙中提供不可燃化合物的较大部分。在任一情况下,可以提供耐热垫(也未示出)以覆盖汇流条部件和不可燃化合物的部分。
图5示出了示出本发明的实施方式中的电池模块的制造方法的流程图。
该方法开始于步骤502,在步骤502中提供多个圆柱形电池单元,其中至少一些电池单元的第一端部共面。在一些实施方式中,所有的第一端部将是共面的。在其他实施方式中,电池单元将被布置成组,其中每组中的电池单元具有共面的第一端部,但是相邻的组具有相反取向的电池单元。
然后该方法进行到步骤504,在步骤504中汇流条组件连接至圆柱形电池单元。汇流条组件的至少一部分与圆柱形电池单元的共面的第一端部相邻定位,并且包括一个或更多个孔或空隙。
接下来,在步骤506中,将不可燃化合物的多个离散部分放置到孔或空隙中,使得所述部分中的至少一些部分与至少一个电池单元的第一端部相邻。将理解的是,在其中电池单元的取向在相邻的电池单元组之间交替的实施方式中,不可燃化合物的部分也可以与电池单元的第二端部相邻设置,但这不是必需的。
然后,该方法进行到步骤508,在步骤508中将耐热垫与汇流条组件相邻定位。垫优选地为粘合剂背衬的,以便于容易地连接至汇流条组件。然后该方法在步骤510处结束。
图6示出了车辆600,根据以上实施方式中的一个实施方式的电池模块或包括多个这样的电池模块的电池组可以被结合到该车辆600中。
将理解的是,本发明的实施方式可以以硬件、软件或硬件和软件的组合的形式实现。任何这样的软件可以以易失性或非易失性存储装置(诸如例如像ROM的存储装置,无论是可擦除的还是可重写的)的形式存储或以存储器(诸如例如RAM、存储器芯片、装置或集成电路)的形式存储,或者存储在光学或磁性可读介质(诸如例如CD、DVD、磁盘或磁带)上。将理解的是,存储装置和存储介质是适合用于存储一个或多个程序的机器可读存储装置的实施方式,所述一个或多个程序在被执行时实现本发明的实施方式。因此,实施方式提供包括用于实现如任一前述权利要求所要求保护的系统或方法的代码的程序以及存储这样的程序的机器可读存储装置。更进一步地,本发明的实施方式可以经由诸如通过有线或无线连接承载的通信信号的任何介质来电子地传送,并且实施方式适当地涵盖了这些实施方式。
本说明书(包括任何所附权利要求、说明书摘要和附图)中公开的所有特征和/或如此公开的任何方法或过程的所有步骤可以以任何组合进行组合,除了其中这样的特征和/或步骤中的至少一些是相互排斥的组合。
除非另有明确说明,否则本说明书中公开的每个特征(包括任何所附权利要求、摘要和附图)可以由具有相同、等效或类似目的的可替选的特征替代。因此,除非另有明确说明,否则公开的每个特征仅为等效或类似特征的通用系列的一个示例。
本发明不限于任何前述实施方式的细节。本发明延伸至本说明书(包括任何所附权利要求、摘要和附图)中公开的特征的任何新颖的一个或任何新颖的组合,或者不限于如此公开的任何方法或过程的步骤的任何新颖的一个或任何新颖的组合。权利要求不应该被理解为仅仅涵盖前述实施方式,而且还应涵盖落入权利要求的范围内的任何实施方式。

Claims (12)

1.一种电池模块,包括:
多个圆柱形电池单元,所述圆柱形电池单元中的每一个具有位于所述圆柱形电池单元的第一端部处的通气装置,其中,所述圆柱形电池单元中的至少一些圆柱形电池单元的第一端部基本上共面;
汇流条组件,其中,所述汇流条组件的至少一部分与所述圆柱形电池单元的共面的第一端部相邻定位,并且其中,所述汇流条组件的与所述共面的第一端部相邻的部分包括具有一个或更多个孔或空隙的收集板;
不可燃化合物的多个离散部分,所述部分中的至少一些部分位于所述孔或空隙中的一个内并且与所述圆柱形电池单元中的至少一个圆柱形电池单元的第一端部相邻定位;以及
与所述汇流条组件相邻定位的垫,其中,所述垫至少部分地覆盖所述孔或空隙。
2.根据权利要求1所述的电池模块,其中,所述垫是耐热垫。
3.根据权利要求1或2所述的电池模块,其中,所述垫包括多个弱化区域。
4.根据权利要求3所述的电池模块,其中,所述多个弱化区域与所述孔基本上对齐。
5.根据任一前述权利要求所述的电池模块,其中,所述垫由云母、硅树脂或玻璃形成。
6.根据任一前述权利要求所述的电池模块,其中,所述不可燃化合物包括基于硅树脂的化合物。
7.根据任一前述权利要求所述的电池模块,其中,所述不可燃化合物包括膨胀化合物。
8.根据任一前述权利要求所述的电池模块,其中,所述汇流条组件包括与所述圆柱形电池单元中的每一个相邻的相应的孔,
其中,由每个孔和相邻电池单元的第一端部或相邻电池单元的第二端部限定出相应的腔,
其中,所述不可燃化合物的所述部分位于所述腔中,并且所述垫基本上覆盖所述腔。
9.根据任一前述权利要求所述的电池模块,其中,所述不可燃化合物的每个部分与所述圆柱形电池单元中的一个以及所述垫接触,由此所述化合物的所述部分至少部分地将所述垫固定到所述圆柱形电池单元。
10.一种电池组,包括多个根据任一前述权利要求所述的模块。
11.一种车辆,包括根据权利要求1至9中任一项所述的电池模块或根据权利要求10所述的电池组。
12.一种制造电池模块的方法,包括:
提供多个圆柱形电池单元,所述多个圆柱形电池单元被布置成使得所述圆柱形电池单元中的至少一些圆柱形电池单元的第一端部基本上共面;
将汇流条组件连接至所述多个圆柱形电池单元,其中,所述汇流条组件的至少一部分与所述圆柱形电池单元的共面的第一端部相邻定位,并且其中,所述汇流条组件的与所述共面的第一端部相邻的部分包括具有一个或更多个孔或空隙的收集板;
将不可燃化合物的多个离散部分定位到所述孔或空隙中,所述部分中的至少一些部分与所述圆柱形电池单元中的至少一个圆柱形电池单元的第一端部相邻定位;以及
将垫与所述汇流条组件相邻定位,其中,所述垫至少部分地覆盖所述孔或空隙。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9853267B2 (en) * 2014-02-03 2017-12-26 Ursatech Ltd. Intumescent battery housing
CN104362399B (zh) * 2014-11-12 2017-08-15 江苏索尔新能源科技股份有限公司 一种防爆式电池组
TWM556938U (zh) * 2017-01-09 2018-03-11 財團法人工業技術研究院 具散熱及熱失控擴散防護之電池模組
CN111384343B (zh) * 2018-12-30 2024-09-13 宁德时代新能源科技股份有限公司 一种电池包
CN110071245B (zh) * 2019-04-29 2023-12-12 苏州安靠电源有限公司 电池模组和电池包
KR20210070078A (ko) * 2019-12-04 2021-06-14 주식회사 엘지에너지솔루션 배터리 모듈 및 배터리 팩

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