CN116250136A - 电池模块及包括该电池模块的电池组 - Google Patents
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Abstract
根据本发明的电池模块包括:电池单元层叠体,在电池单元层叠体中在一个方向上层叠多个电池单元;模块框架,其容纳电池单元层叠体;汇流条,其将电池单元层叠体电连接外部构件;以及电池单元层叠体的前表面和后表面的端板,该端板联接到上面安装有汇流条的汇流条框架和模块框架并且覆盖汇流条框架,其中在端板中形成有至少一个开口,汇流条的突出部通过开口暴露于外部,并且汇流条的突出部和开口之间的间隙被垫圈封闭。
Description
技术领域
相关申请的交叉引用
本申请要求2021年5月11日向韩国知识产权局提交的韩国专利申请No.10-2021-0060833的权益,其内容通过引用整体并入本文中。
本公开涉及一种电池模块及包含该电池模块的电池组,更具体地说,涉及具有提高的安全性的电池模块及包括该电池模块和电池组。
背景技术
随着技术的发展和对移动装置需求的增加,对作为能源的二次电池的需求正在迅速增加,因此,正在对能够满足各种需求的电池进行许多研究。
二次电池作为电动装置(诸如电动自行车、电动车辆和混合动力车辆)的能源,以及移动装置(诸如移动电话、数码相机和笔记本电脑)的能源已经引起了广泛关注。
最近,随着对大容量二次电池结构的需求(包括将二次电池用作蓄能源)不断增加,对多模块结构电池组的需求也越来越大,多模块结构是其中多个二次电池串联或并联连接的电池模块的组件。
此外,当多个电池单元串联或并联以配置电池组时,配置由至少一个电池单元组成的电池模块,然后将其它部件添加到至少一个蓄电池模块来配置电池组的方法是常见的。由于构成这些中型或大型电池模块的电池单元由可充电/可放电的二次电池组成,因此这种高输出且大容量二次电池在充电和放电过程中产生大量热量。
图1示出了安装在传统的电池组上的电池模块着火时的状态。图2示出了图1的截面A-A,该截面是示出了安装在传统的电池组上的电池模块着火期间影响相邻电池模块的火焰的外观的截面图。
参照图1和图2,传统的电池模块10包括:其中层叠有多个电池单元11的电池单元层叠体12、容纳电池单元层叠体12的模块框架20、形成在电池单元层叠体12的前后表面上的端板40、以及形成为突出于端板之外的端子汇流条50等。
电池单元层叠体12可以通过联接模块框架20和端板40而位于封闭结构中。因此,当电池单元11的内部压力由于过充电等而增加时,高温热量、气体或火焰可能排放到电池单元11外部,其中从一个电池单元11排出的热量、气体、火焰等可以在窄间隔传送到其它相邻的电池单元11,以引起连续着火现象。附加地,从每个电池单元11排出的热量、气体、火焰等可以朝向形成于端板40中的开口排出。在此过程中,可能存在以下问题:位于端板40和电池单元11之间的汇流条50等损坏。
此外,电池组中的多个电池模块10被布置为使得至少两个端板40彼此面对,因此,当电池模块10内产生的热量、气体、火焰等被排出到电池模块10外部时,可能影响其它相邻电池模块10中多个电池单元11的性能和稳定性。
因此,需要设计通过防止电池模块10内部产生的热量、气体或火焰排出到相邻电池模块10来防止持续热失控现象的电池模块10。
发明内容
技术问题
本公开的目的是提供通过防止持续热失控现象而提高耐久性和安全性的电池模块,以及包括该电池模块的电池组。
然而,本公开实施方式要解决的技术问题不限于上述问题,并且可以在本公开包含的技术构思范围内以各种方式进行扩展。
技术方案
根据本公开的一个方面,提供了一种电池模块,其包括:电池单元层叠体,在电池单元层叠体中在一个方向上层叠多个电池单元;模块框架,其容纳电池单元层叠体;汇流条,其电连接电池单元层叠体和外部构件;汇流条框架,其覆盖电池单元层叠体的前表面或后表面,并且汇流条附接至汇流条框架;以及端板,其联接到模块框架并覆盖汇流条框架,其中在端板中形成有至少一个开口,其中汇流条的突出部通过开口暴露于外部,以及其中汇流条突出部和开口之间的间隙被垫圈封闭。
垫圈可以包括:垫圈孔,汇流条突出部插入到垫圈孔中;以及唇缘部,其从垫圈孔的周边朝向汇流条突出部的暴露方向延伸,并且唇缘部的内部可以与汇流条突出部的周边接触,并且唇缘部的外侧可以与开口接触。
垫圈可以包括:垫圈孔,汇流条突出部插入到垫圈孔中;以及接触部,其从垫圈孔的周边径向地延伸,接触部可以包括面对电池模块的内部的第一接触面和面对电池模块的外部的第二接触面;以及接触部的第一接触面可以与汇流条框架的外表面接触。
第一接触面或第二接触面可以形成有突出部。
突出部可以是从第一接触面或第二接触朝向电池模块的内部或外部突出的部分。
突出部可以具有同心图形图案,同心图形图案包括与垫圈孔径向地分离的多个图形。
突出部的高度可以是恒定的。
突出部的高度可以随着与垫圈孔的分离而逐渐降小。
根据本公开的另一方面,提供了一种电池组,其包括至少一个上述电池模块。
技术效果
根据本公开的实施方式,通过密封形成于电池模块的端板中的开口周围的间隙,可以防止在一个电池模块中发生的热失控现象传播到相邻的电池模块。
本公开的效果不限于上述效果,并且本领域技术人员从所附权利要求的描述中将清楚地理解以上未描述的其它附加效果。
附图说明
图1是示出了安装在传统的电池组上的电池模块着火时的状态的图;
图2示出了图1的截面A-A,该截面是示出了安装在传统的电池组上的电池模块着火期间影响相邻电池模块的火焰的外观的截面图;
图3是示出了根据本公开的实施方式的电池模块的立体图;
图4是图3的电池模块的分解立体图;
图5是图3的电池模块中包括的电池单元的立体图;
图6是图3的电池模块中包括的汇流条框架的立体图;
图7至图9是用于说明根据本公开的实施方式的电池模块中包括的垫圈的示例的图;
图10是根据本公开的实施方式的电池模块中包括的垫圈的另一示例的图;
图11和图12是用于说明图10中垫圈和汇流条的联接的图;
图13和图14是用于说明图10的垫圈和端板的联接的图;
图15是用于说明传统的电池模块中包括的模块连接器的联接结构的图;
图16是示出了根据本公开的另一实施方式的电池模块的立体图;
图17是根据本公开的另一实施方式的电池模块中包括的连接器组件的立体图;
图18是图17的连接器组件中包括的密封构件的图;
图19是用于说明根据本公开的实施方式的电池模块中包括的连接器组件和感测单元的联接的图;
图20是沿图19的线C-C提取的截面图;
图21至图23是用于说明根据本公开的另一实施方式的电池模块中包括的连接器组件和汇流条框架的联接的图;以及
图24和图25是用于说明根据本公开的实施方式的电池模块中包括的连接器组件和端板的联接的图。
具体实施方式
在下文中,将参照附图详细描述本公开的各种实施方式,使得本领域技术人员能够容易地实施它们。本公开可以以各种不同方式修改,并且不限于本文阐述的实施方式。
为了清楚地描述本公开,将省略与描述无关的部分,并且类似的附图标记贯穿说明书指代类似的元件。
此外,在附图中,为了便于描述,任意例示了每个元件的尺寸和厚度,并且本公开不一定局限于附图中例示的内容。在附图中,为了清晰起见,夸大了层、区域等的厚度。在附图中,为了便于描述,夸大了一些层和区域的厚度。
此外,可以理解,当元件(诸如层、膜、区域或板)被称为在另一元件“上”或“上方”时,它可以直接在其它元件上,或者也可以存在居间元件。相反,当元件被称为“直接”另一元件“上”时,这意味着不存在其它居间元件。此外,术语“上”或“上方”是指放置在参考部分上或者下,并不一定意味着朝向相反的重力方向地放置在参考部件上或上方。此外,与被描述为位于另一部分“上”或“上方”的情况类似,被描述为位于另一部分“下”或“下方”的情况也将参照上述内容来理解。
此外,贯穿说明书,当一部分被称为“包括”或“包含”某个部件时,这意味着该部分可以还包括其它部件,而不排除其它部件,除非另有说明。
此外,贯穿说明书,当被称为“平面”时,这意味着从上方观察目标部分时,以及当被称作“截面”时,这意味着从垂直切割的截面的侧面观察目标部分时。
现在,将描述根据本公开的实施方式的电池模块。
图3是示出了根据本公开的实施方式的电池模块的立体图。图4是图3的电池模块的分解立体图。图5是图3的电池模块中包括的电池单元的立体图。图6是图3的电池模块中包括的汇流条框架的立体图。
参照图3和图4,根据本公开的实施方式的电池模块100包括:电池单元层叠体120,其中在一个方向上层叠有多个电池单元110;模块框架200,其中容纳电池单元层叠体12;汇流条框架300,其位于电池单元层叠体120的前表面和/或后表面上;端板400,其覆盖电池单元层叠体120的前表面和/或后表面;汇流条510和520;模块连接器610,其安装在汇流条框架300上;以及感测单元700。
电池单元110可以设置为可以使每单位面积层叠的单元数量最大化的袋状。可以通过在层压板的单元壳体114中容纳包括正电极、负电极和隔板的电极组件,然后热密封单元壳体114的密封部来制造设置为袋状的电池单元110。然而,将显而易见的是,电池单元110并非必然需要设置为袋状,而是可以以可以实现将来要安装的装置所要求的储存容量的水平设置为正方形、圆柱形或各种其它形式。
参照图5,电池单元110可以包括两条电极引线111和112。电极引线111与112可以分别具有从单元主体113一端突出的结构。具体来说,各电极引线111和112的一端位于电池单元110内部,因此电连接至电极组件的正极或负极。各电极引线111和112的另一端突出到电池单元110的外部,因此可以与单独的构件(例如,汇流条510和520)电连接。
单元壳体114中的电极组件可以由密封部114sa、114sb和114sc密封。单元壳体114的密封部114sa、114sb和114sc可以位于两个端部114a和114b以及连接它们的一个侧部114c上。
单元壳体114通常由树脂层/金属薄膜层/树脂层的层压结构形成。例如,当多个电池单元110层叠以形成中型或大型电池模块100时,由O(定向)尼龙层形成的单元壳体的表面趋向于受到外部冲击容易滑动。因此,为了防止这种滑动并保持电池单元110的稳定层叠结构,粘合构件(例如,诸如双面胶带之类的黏性粘合剂或者一旦粘附通过化学反应联接的化学粘合剂)可以粘附到单元壳体114的表面以形成电池单元层叠体120。
连接部115是指在单元壳体114的以上提及的密封部114sa、114sb和114sc不位于的一个端部沿纵向方向延伸的区域。电池单元110的突出部110p(称为蝙蝠耳)可以形成在连接部115的端部处。此外,梯台部116可以是指以单元壳体114的边缘为基础在其中一部分突出到单元壳体114的外部的电极引线111和112与位于单元壳体114内部的单元主体113之间的区域。
此外,设置为袋型的电池单元110可以具有长度、宽度和厚度,并且电池单元110的纵向方向、宽度方向和厚度方向可以彼此垂直。
此处,可以根据电极引线111和112从单元壳体114突出的方向来定义电池单元110的纵向方向。电池单元110的纵向方向可以被定义为x轴方向或-x轴方向。
此外,本文中电池单元110的宽度方向可以是从电池单元110的一个侧部114c到连接部115或从连接部115到电池单元110的一个侧部114c的z轴方向或-z轴方向,如图4所示。此外,本文中电池单元110的厚度方向可以定义为垂直于宽度方向和长度方向的y轴方向或-y轴方向。
电池单元层叠体120可以是其中沿一个方向层叠有多个电连接的电池单元110的电池单元层叠体。多个电池单元110层叠的方向(以下称为“层叠方向”)可以是y轴方向,如图3和图4所示(或者它可以是-y轴方向,并且在以下中,表述“轴向方向”可以解释为包括全部+/-方向)。
电池单元层叠体120从前表面朝向后表面的方向或其向后方向可以被定义为电池单元层叠体120的纵向方向,其可以是x轴方向。此外,电池单元层叠体120从上表面朝向下表面的方向或其向后方向可以被定义为电池单元层叠体12的宽度方向,其可以是z轴方向。
电池单元层叠体120的纵向方向可以与电池单元110的纵向方向大致相同。此时,电池单元110的电极引线111和112可以位于电池单元层叠体120的前表面和后表面上。此时,电池模块100的汇流条510和520可以布置为靠近电池单元层叠体120的前表面和后表面,以便在电极引线111和112之间容易地形成电连接。
模块框架200可以用于保护电池单元层叠体120及连接至其的电气部件免受外部物理冲击。模块框架200可以容纳在电池单元层叠体120和连接至其的电气装置模块框架200的内部空间中。这里,模块框架200包括内表面和外表面,并且模块框架200的内部空间可以由内表面限定。
模块框架200的结构可以各种各样。在一个示例中,模块框架200的结构可以是单框架结构。这里,单框架可以是金属板形状,其中上表面、下表面和两个侧表面集成在一起。可以通过挤压成型来制造单框架。在另一示例中,模块框架200的结构可以是其中组合了U形框架和上板(上表面)的结构。在其中组合了U形框架和上板的结构的情况下,可以通过将上板联接至U形框架的上侧表面来形成模块框架200的结构,U形框架是其中下表面和两侧组合或集成在一起的金属板。可以通过模压成型来制造每个框架或板。此外,除了单框架或U形框架之外,模块框架200的结构可以设置为L形框架的结构,并且可以设置为以上提及示例中未描述的各种结构。
模块框架200的结构可以是沿着电池单元层叠体120的纵向方向开口的形状。电池单元110的电极引线111和112可以不被模块框架200隐藏。电池单元层叠体120的前表面和后表面可以不被模块框架200隐藏。电池单元层叠体120的前表面和后表面可以被将在后面描述的汇流条框架300、端板400、汇流条510和520等隐藏。因此,可以保护电池单元层叠体120的前表面和后表面免受外部物理冲击等。
此外,导热构件180可以设置于电池单元层叠体120和模块框架200的内表面之间。导热构件180可以用于经由模块框架200将电池单元110中产生的热量排出/传输到外部。导热构件80可以由具有良好导热性的材料形成。导热构件180可以包括粘合材料。例如,导热构件180可以包括硅基材料、聚氨酯基材料和丙烯酸基材料中的至少一种。
可以通过在电池单元层叠体120和模块框架200的内表面的一个侧表面之间注入导热树脂,来形成导热构件180。然而,情况并非总是如此,导热构件180可以是板状构件。导热构件180可以位于电池单元层叠体120的z轴上,并且导热构件180可以位于电池单元层叠体120和模块框架200的底表面(或者可以称为底部)之间。
此外,压缩垫190可以位于电池单元层叠体120和模块框架200的内表面的一个侧表面之间。此时,压缩垫1900可以位于电池单元层叠体120的y轴上的表面上,并且可以面向在电池单元层叠体120的两端处的两个电池单元110的至少一个表面。
汇流条框架300可以位于电池单元层叠体120的一个表面上,以覆盖电池单元层叠体120的一个表面,同时引导电池单元层叠体120和外部装置之间的连接。汇流条框架300可以位于电池单元层叠体120的前表面或后表面上。汇流条510和520中的至少一个以及模块连接器610可以安装在汇流条框架300上。作为具体示例,参照图3和图4,汇流条框架300的一个表面与电池单元层叠体120的前表面或后表面连接,并且汇流条框架300的另一表面可以与汇流条510和520以及模块连接器610连接。此外,如图6所示,汇流条框架300可以由支架302和用于连接模块连接器610的支撑件304形成。
汇流条框架300可以包括电绝缘材料。汇流条框架300可以限制汇流条510和520与电池单元110的除了与电极引线111和112接合的部件之外的其它部件接触,并且可以防止出现电气短路。
汇流条框架300可以形成为两个,并且可以包括位于电池单元层叠体120的前表面上的第一汇流条框架(可以用附图标记300来引用)和位于电池单元层叠体120的后表面上的第二汇流条框架(未示出)。
汇流条框架300可以联接至上盖330,以形成汇流条组件。上盖330可以覆盖具有与电池单元层叠体120的上表面相对应的尺寸的部分。在将电池单元层叠体125容纳在模块框架200内部的工艺中,上盖330可以保护感测单元700等。
上盖330在纵向方向上的两端可以联接至汇流条框架300。在汇流条框架300的上部中可以形成有狭缝306,并且在上盖330的在纵向方向上的两端处可以形成有锁定部336(参见图21)。锁定部336的一端可以插入,使得锁定部336和狭缝306可以被紧固。锁定部336可以是U形状或V形状,并且汇流条框架300的上端可以位于U状弯曲内部。在锁定部336的U状两端处形成有朝向彼此突出的锁紧爪,并且锁紧爪能够防止锁定部336与狭缝306紧固之后从狭缝306上拆卸下来。此外,以上提及的狭缝307与锁定部336的联接可以是液力型联接器(fluid type coupling),并且汇流条框架300可以通过狭缝306和锁定部336可旋转地联接至上盖330。
端板400可以通过密封模块框架200的开口表面来保护电池单元层叠体120和连接至其的电气装备免受外部物理冲击。为此,端板400可以由具有预定强度的材料制成。例如,端板400可以包括诸如铝之类的金属。
端板400可以联接(接合、密封或封闭)到模块框架200,同时覆盖位于电池单元层叠体120一个表面上的汇流条框架300或汇流条510和520。端板400的每个边缘可以通过诸如焊接之类的方法联接到模块框架200的相应边缘。
用于电气绝缘的绝缘盖800可以位于端板400和汇流条框架300之间。绝缘盖800可以位于端板400的内表面,并且可以附接到端板400的内表面,但并非必须是该情况。
端板400可以形成为两个,并且可以包括位于电池单元层叠体120的前表面上的第一端板和位于电池单元层叠体120的后表面上的第二端板。
第一端板可以联接到模块框架200,同时覆盖电池单元层叠体120的前表面上的第一汇流条框架,而第二端板可以联接到模块框架200,同时覆盖第二汇流条框架。
汇流条510和520可以安装在汇流条框架300的一个表面上,并且可以用于电连接电池单元层叠体120或电池单元110和外部装置电路。汇流条510和520位于电池单元层叠体120或汇流条框架300和端板400之间,从而可以保护它们免受外部冲击等,并且能够使由于外部湿气等引起的耐久性恶化最小化。
汇流条510和520可以通过电池单元110的电极引线111和112电连接到电池单元层叠体120。具体来说,电池单元110的电极引线111和112穿过形成于汇流条框架300中的狭缝,然后弯曲以连接(接合或联接)到汇流条510和520。将电极引线111或112接合到汇流条510和520的方法没有特别限制,但是作为示例,可以应用焊接接合。构成电池单元层叠体120的电池单元110可以通过汇流条510和520串联或并联连接。
汇流条510和520可以包括用于将一个电池模块100电连接到另一电池模块100的端子汇流条520。为了与另一外部电池模块100连接,端子汇流条520的至少一部分可以暴露在端板400的外部,并且出于此目的,端板400可以设置有端子汇流条开口400H。此外,联接到端板400的绝缘盖800也可以具有与其相对应的第二端子汇流条开口800H。
与其它汇流条510不同,端子汇流条520还可以包括向上突出的突出部,并且突出部可以经由端子汇流条开口400H暴露于电池模块100的外部。端子汇流条520可以经由通过端子汇流条开口400H暴露出的突出部与另一电池模块100或BDU(电池断开单元)连接,并可以与它们形成高压(HV)连接。这里,HV连接是用作用于供电的电源的连接,并且是指电池单元110之间的连接或电池模块100之间的连接。
模块连接器610和感测单元700可以检测和控制电池单元110的诸如过压、过电流和过热之类的现象。模块连接器610和感测单元70用于低压(LV)连接,其中LV连接可以意味着用于感测和控制电池单元的电压的感测连接。电池单元110的电压信息和温度信息可以经由模块连接器610和感测单元700传输到外部BMS(电池管理系统)。
模块连接器610可以向外部控制装置传输所收集的数据,并且接收来自外部控制装置的信号。模块连接器610可以向BMS(电池管理系统)传输从温度传感器730和/或感测端子720获得的数据,并且BMS可以基于收集的电压数据来控制电池单元110的充放电。
模块连接器610可以安装在上述汇流条框架300上。模块连接器610可以连接到汇流条框架300的支架302。模块连接器610的至少一部分可以暴露于端板400的外部,并且出于此目的,端板400可以设置有模块连接器开口400L。与其相对应的第二模块连接器开口800L也可以设置在联接至端板400的绝缘盖800中。
感测单元700可以包括用于感测汇流条510和520的电压值的感测端子720、用于感测电池模块100内部的温度的温度传感器730以及连接它们的连接构件710。
此处,连接构件710可以设置为从电池单元层叠体120的上表面沿纵向方向延伸的形式。连接构件可以是柔性印刷电路板(FPCB)或柔性扁平电缆(FFC)。
此外,如上所述,在其中电池单元110以高密度层叠的电池模块100内部可能发生着火现象。当在一个电池模块100中发生着火现象时,气体等通过设置于端板中的开口400H和400L排出,从而损坏端子汇流条520等,并且电池模块100的热量、气体或火焰转送到与其相邻的电池模块100,从而发生持续着火现象。
图7至图9是用于说明根据本公开的实施方式的电池模块中包括的垫圈的示例的图。
端子汇流条开口400H的尺寸主要由端子汇流条520的周边确定,但出于易于组装或出于制造工艺的原因,端子汇流条开口400H的尺寸可以大于端子汇流条520的截面尺寸。气体、火花、火焰等可以通过这样的间隙向外部排出。此外,如果突出到电池模块100外部的端子汇流条520周围的端板400和汇流条框架300没有彼此完全紧密接触,则气体等汇聚在电池模块100内部着火处的这样间隙空间,这导致促进通过端子汇流条开口400H的气体排出的问题。然而,本实施方式的垫圈900可以在端子汇流条520周围形成密封,从而能够使通过端子汇流条开口400H的气体排出最小化。此处,本文中的“间隙空间”和“间隙”可以理解为彼此不同,但在广义分类中可以统称为通用术语“间隙”。
此外,在描述本公开中端板400和其它构件之间的关系时,端板400可以解释为包括绝缘盖800或附接/联接到端板400的内表面的其它构件。例如,端子汇流条开口400H和端子汇流条520之间的间隙可以被解释为第二端子汇流条开口800H和端子汇流条520之间的间隙。作为另一示例,端子汇流条520周围的端板400和汇流条框架300之间的间隙空间可以解释为汇流条框架300与绝缘盖800之间的间隙空间。
参照图7至图9,本实施方式的垫圈900可以在端子汇流条520和端子汇流条开口400H之间形成密封。垫圈900可以密封端子汇流条520的突出部和端子汇流条开口400H之间的间隙。垫圈900可以在端子汇流条开口400H周围的端板400和汇流条框架300之间形成密封。垫圈900可以密封端子汇流条520周围的间隙空间。
在组装端板400之前,可以将垫圈900装配至端子汇流条520。通过将垫圈900穿过垫圈孔910,端子汇流条520的一端可以突出。
垫圈900包括端子汇流条520可以插入其中的垫圈孔910、形成于垫圈孔910周围的唇缘部(lip part)920、以及从垫圈孔910延伸出来的接触部930。
垫圈900的唇缘部920可以与端子汇流条520的突出部紧密接触。唇缘部920可以是从垫圈孔910的周边在端子汇流条520的突出方向(x轴方向)上延伸出来的部分。唇缘部920可以是垫圈900中具有台阶的部分。参照图9或稍后描述的图13和图14,端子汇流条520位于唇缘部920的内部,并且端子汇流条开口400H或孔的内部可以位于唇缘部920的外部。唇缘部920的内表面与端子汇流条520的周边紧密接触,唇缘部920的外表面可以与端子汇流条开口400H或开口的内部紧密接触。通过这一点,可以由垫圈900填充端子汇流条520和端子汇流条开口400H之间的间隙。垫圈900可以防止气体通过端子汇流条开口400H排出。通过垫圈900能够防止端子汇流条520的突出部和端子汇流条开口400H的相对移动,并且这两个部件可以不会因外力而彼此碰撞。
垫圈900的接触部930可以是从垫圈孔910的周边径向地扩展或延伸的部分。接触部930包括与端子汇流条520周边的汇流条框架300外表面接触的第一接触面932以及与端板400的内表面接触的第二接触面934。这里,内表面或外表面可以描述为在每个构件中面对电池模块100的内部的表面或面向外部的表面。此外,如上所述,与端板400的接触可以意味着与附接到端板400上的构件(例如,绝缘盖800)的接触。
如图9所示,或稍后描述的图13和图14,接触部930可以位于汇流条框架300和端板400之间,并且可以填充两个构件之间的间隙。当气体等沿间隙空间移动时,垫圈900能够防止气体通过端子汇流条开口400H排出。汇流条框架300和端板400可以通过垫圈900彼此固定并彼此支撑。此外,即使唇缘部920和端子汇流条开口400H依据唇缘部920的厚度稍微分离,接触部930也可以填充分离的空间。因此,可以通过接触部930在端子汇流条520和端子汇流条开口400H之间更完整地形成密封。
垫圈900可以是弹性体。垫圈900可以通过被外力局部压缩来覆盖略微可变的间隙或间隙空间。此外,由于作为弹性体的垫圈900可以被压缩,因此即使其被设计为比垫圈900应覆盖的正常尺寸略大,也能够调整其尺寸。垫圈900可以设置有耐热或阻燃材料,这可以是为了不会被电池单元110的充放电或热失控现象损坏。具体来说,垫圈900可以设置有阻燃泡沫、树脂、硅酮、橡胶或其它类似材料。
此时,依据电池单元110的尺寸,或由于电池模块100内部着火而导致内部压力增加,电池单元层叠体120在纵向方向(x轴)上的压缩力可以作用于垫圈900上。在本实施方式的垫圈中,可以形成能够有效地应对这种压缩力的“突出部”。这里,突出部可以称为浮雕部、凸起部、凸出部等。
图10是根据本公开的实施方式的电池模块中包括的垫圈的另一示例的图。图11和图12是用于说明图10中的垫圈和汇流条的联接的图。图13和图14是用于说明图10中的垫圈和端板的联接的图。
此外,下面描述的垫圈900可以被描述为除了包括突出部940之外,还包括图7至图9的全部内容。因此,将省略与上述内容重叠的内容的详细描述。
突出部940可以有效地应对作用在电池单元层叠体120的纵向方向(x轴)上的压缩力。如上所述,由于垫圈900可以设置为弹性体,因此它可以稍微应对压缩力。然而,当发生大的内部压力时,诸如在电池单元110的充电/放电或热失控期间,由于物理或化学变形,可能无法有效地密封端子汇流条520的突出部的周边。因此,优选的可以是垫圈900设置有突出部940。垫圈900包括突出部940,使得能够提高压缩性,并且即使在内部着火期间,也可以有效地密封端子汇流条520的突出部的周边。
参照图10至图12,突出部940可以是从接触部930的第一接触面932或第二接触面934突出的部分。突出部940可以是从接触部930朝向电池模块100的内部或外部突出的部分。由于突出部940响应于上述压缩力而部分地可压缩,因此可以部分地吸收由于内部压力的增加而传递到端板400的外力。此外,参照图13和图14,汇流条框架300和端板400之间的间隙空间(即,两个构件之间的间隔距离)可以大于接触部930的厚度。然而,由于突出部940从接触部930的一个表面突出,与汇流条框架300或端板400接触,因此可以补偿尺寸上的这种差异。这里,突出部940可以形成在接触部930的第一接触面932和第二接触面934二者上,但是也可以仅形成在接触部930的两个表面中的一个表面上。此外,形成在接触部930的每个表面上的突出部940的高度可以彼此不同。此外,如上所述,与端板400的接触可以意味着与附接到端板400上的构件(例如,绝缘盖800)的接触。
突出部940可以设置为包括绕垫圈孔910彼此径向间隔开的多个形状的形状。也就是说,突出部940可以设置为同心图形图案。每个突出部940可以以规则间隔定位,这能够均匀地覆盖接触部930的第一接触面932和第二接触面934。由于突出部940的形状不受上述图形的限制,因此突出部940的形状可以与例示的不同。
突出部940中所包括的突出部的高度(参照图10中的x轴方向)可以是恒定的,或者可以彼此不同。例如,突出部的高度可以是恒定的,并且值可以在1mm内。具体来说,考虑到垫圈900和汇流条框架300或端板400之间的距离,可以期望的是在0.1mm至0.5mm之间。在另一示例中,突出部的高度可以随着其远离垫圈孔910而逐渐增大或减小。也就是说,突出部940可以提供为使得其截面具有台阶形状。此时,当垫圈孔910形成为使其高度逐渐降低时,可以更有效地补偿在端子汇流条开口400H周围出现的尺寸差异。
此外,在上述电池模块100的端板400中,除了模块连接器开口400L之外,还可以形成有端子汇流条开口400H。因此,即使端子汇流条开口400H被垫圈900密封,在电池模块100内部着火时,气体、火花、火焰等排出到模块连接器开口400L,从而导致持续热失控现象。
图15是用于说明传统的电池模块中包括的模块连接器的联接结构的图。
参照图15,传统的电池模块10可以设置有连接到感测单元70的模块连接器60。模块连接器60可以设置在完整的电池模块10的汇流条框架30和端板40之间。这里,在模块连接器60周围可以设置用于密封形成于端板40中的开口与模块连接器60之间的间隙的连接器垫圈62。
然而,由于设置于传统的电池模块10中的连接器垫圈62具有窄宽度,因此难以在端板40和模块连接器60之间确保宽的气密封面B1。此外,依据电池单元11的尺寸差异B2,在组装工艺期间,可以在电池单元11的纵向方向上压缩连接器垫圈62,但是可以存在以下问题:连接器垫圈62允许的范围变窄。
因此,下面将描述能够更稳定地将模块连接器安装在电池模块内部、与端板形成宽的气密面、并且灵活应对电池单元的尺寸差异等的连接器组件600。
接下来,将描述根据本公开的另一实施方式的电池模块。
图16是示出了根据本公开的另一实施方式的电池模块的立体图。图17是根据本公开的另一实施方式的电池模块中包括的连接器组件的立体图。图18是图17的连接器组件中包括的密封构件的示意图。图19是用于说明根据本公开的实施方式的电池模块中包括的连接器组件感测单元的联接的图。图20是沿着图19的线C-C提取的截面图。这里,图16示出了其中省略了端板的电池模块。
此外,图16的电池模块100可以被描述为除了连接器组件600之外,还包括上述图3至图14的所有内容。因此,将省略与上述内容重叠的内容的详细说明。
参照图16至图20,根据本实施方式的连接器组件600可以包括模块连接器610和壳体620。模块连接器610的作用和功能将参照以上描述,并且下面将主要描述壳体620。
壳体620可以保护模块连接器610免受外部影响。通过壳体620可以为模块连接器610的外表面阻挡外部湿气或外部空气。壳体620可以围绕模块连接器610。壳体620可以是通过在模块连接器610上应用过塑成型(over-molding)工艺而制造的注模产品。壳体620可以与模块连接器610集成在一起。壳体620可以与模块连接器610集成在一起,以形成连接器组件600。
壳体620可以用于密封模块连接器610和端板400的模块连接器开口400L之间的间隙。出于易于组装或出于制造工艺的原因,模块连接器开口400L的尺寸可以大于模块连接器610的暴露出的部分的尺寸。当电池模块100内部着火时,气体、火花、火焰等可以通过该间隙向外部排出。壳体620可以具有包裹模块连接器610的周边并从模块连接器610的暴露部分的周边延伸的上表面。由于壳体620的上表面形成为与端板400的内表面相对应,因此可以在壳体620中填充、掩埋或隐藏模块连接器开口400L和模块连接器610之间的间隙。在这种情况下,连接器组件600的上表面的面积可以大于模块连接器开口400L的面积。
壳体620可以用于在模块连接器610和端板400之间形成宽的气密面。由于壳体620形成为与端板400的内表面相对应,因此模块连接器610可以通过壳体620在宽表面上与端板400等接触,或者可以位于其附近。因此,当使用宽度窄的传统连接器垫圈62时,本实施方式的壳体620能够在模块连接器610和端板400之间形成宽的气密面。连接器组件600可以经由壳体620与端板400稳定地联接、固定和支撑。
在这种情况下,壳体620与端板400接触或靠近端板400的表面可以称为相应的表面。具体来说,如图20所示,连接器组件600可以具有阶梯状截面,并且壳体620的形成阶梯形状的一个表面(例如,当从上方(在z轴上)观察壳体620时确认的上表面,或当从前方(在x轴上)观察壳体620时确认的前表面)是电池,在模块100的完整主体内可以与端板400接触,或可以位于其附近。以此方式,壳体620的相应表面可以解释为包括壳体620的形成阶梯形状的一个表面的至少一部分。附加地,这些相应的表面可以参照稍后将描述的图25进行更详细的确认。
壳体620可以用于将模块连接器610联接(或安装)到电池模块100的内部。壳体620可以用于将模块连接器610连接到汇流条框架300和端板400。壳体620可以用于将模块连接器610定位在汇流条框架300与端板400之间。壳体620可以经由插槽622安装到汇流条框架300上,并且可以经由联接孔624联接到端板400。稍后将参照图21至图25给出插槽622和联接孔624的详细描述。
此外,壳体620形成为覆盖端板400的模块连接器开口400L的至少一部分,并且可以设置为与端板400的内表面相对应的形状。然而,由于制造工艺中的各种原因,出现在最终产品中的详细尺寸可能与设计尺寸不同,由此,在组装之后可以在壳体620和端板400之间形成间隙空间。该间隙空间能够在壳体620和端板400之间产生流,并且存在降低壳体620与端板400的密封属性的风险。因此,在本实施方式的连接器组件600中可以提供用于提高壳体620和端板400之间的密封属性的密封构件630。这里,连接器组件600可以描述为包括密封构件630。
密封构件630可以在壳体620和端板400之间形成密封。密封构件630可以通过与壳体620及端板400接触来填充壳体620与端板400之间的间隙。密封构件630可以在电池模块100的完整主体中在壳体620和端板400之间形成间隙空间,从而防止两个构件彼此移动。壳体620和端板400可以通过密封构件630彼此固定并且彼此支撑。此外,密封构件630可以通过沿着间隙空间移动气体等来防止气体通过形成于端板400中的开口400L和400H而排出。
密封构件630可以设置在壳体620的相应表面上。密封构件630的至少一部分可以从壳体620的相应表面突出。这可以是为了使位于壳体620的一个表面上的密封构件630与端板400接触。这是因为位于壳体620的一个表面上的密封构件630被端板400按压,使得壳体620和端板400可以彼此固定。密封构件630可以设置为与模块连接器610的端子相距一定距离。这可以考虑到在模块连接器610的端子周围宽地延伸的壳体620的相应表面。此外,壳体620可以设置有用于将密封构件630布置在固定位置的凹槽,并且可以通过形成于壳体620中的凹槽来固定密封构件630的位置。
参照图18,密封构件630可以具有线形状或带形状。具体而言,密封构件630可以是其中两个端子端部连接的闭合曲线的形式。当密封构件630具有闭合曲线形状时,密封构件630的整体形状不会变形,因此可以容易组装或设计。然而,由于密封构件630的形状不受以上图的限制,因此显然,密封构件630可以设置为各种形状,诸如平面形状。
密封构件630在图18(c)的正面图中被示为具有略微矩形,在图18(c)中忽略了x轴上的立体图,但如图18(b)的侧面图所示,通过横贯x轴的预定截面,它可能具有阶梯形状。这可以对应于上述壳体620的相应表面的截面形状。
密封构件630可以是弹性体。密封构件630可以通过被外力部分压缩来覆盖略微可变的壳体620和端板400之间的间隙空间。此外,即使密封构件630被设计为略大于典型间隙空间的尺寸,也可以通过压缩来调整其尺寸。这里,尺寸可以表示厚度或高度(图18中参考的x轴方向)。密封构件630可以设置有耐热或阻燃材料,这可以是为了不会被电池单元110的充电/放电或热失控现象而损坏。具体而言,密封构件630可以设置有阻燃泡沫、树脂、硅酮、橡胶或其它类似材料。
此外,参照图19和图20,上述连接器组件600可以联接到感测单元700。用于联接连接器组件600和感测单元700的方法没有特别限制,但作为示例可以应用诸如钎焊之类的焊接接合。
接下来,将描述连接器组件600和汇流条框架300之间的联接。
图21至图23是用于说明根据本公开的另一实施方式的电池模块中包括的汇流条框架和连接器组件的联接的图。
参照图21至图23,壳体620可以包括插槽622,该插槽622形成模块连接器610和汇流条框架300之间的联接。通常,环形支架孔612可以形成在模块连接器161中,并且汇流条框架300的支架302可以插入到支架孔612中,使得模块连接器610和汇流条框架300可以彼此联接。支架302可以是从汇流条框架300的一个表面突出的杆的形式。
插槽622可以是穿过壳体620的孔的形式,插槽622的开口可以对应于支架孔612的开口。支架302可以插入到与支架孔612相对应的插槽622中,通过该支架孔612可以联接壳体620和汇流条框架300。这里,由于支架302沿着壳体620的插槽内部的孔可移动,因此连接器组件600可以滑动地联接到汇流条框架300。
连接器组件600和汇流条框架300通过插槽622滑动联接,从而能够调整连接器组件600与汇流条框架300之间的相对距离。具体而言,当由于电池单元110的尺寸差异等从电池单元110在纵向方向(x轴方向)上施加压缩力时,连接器组件600可以根据其压缩力从汇流条框架300适当地移动。
连接器组件600可以通过插槽622相对于汇流条框架300在一个方向上可移动。具体来说,支架302位于插槽622内部,并且连接器组件600沿着支架302的长度在电池单元层叠体120的纵向方向(x轴方向)上移动,由此,可以通过插槽622防止连接器组件600相对于汇流条框架300上下(z轴)或左右(y轴)方向流动。
同时,与图6所示的不同,本实施方式的汇流条框架300可以不包括支撑件304。
此外,与图6所示的不同,支架302的端部可以设计为比其它部件具有更大的直径,通过此可以防止支架孔612与支架302分离。这里,基于支架302的轴向截面,支架302的端子端部可以具有凸形状或圆顶形状。此外,本文中的支架302的端子端部可以具有随着其接近端子端部而变窄的锥形形状。
支架302的端子端部的至少一部可以分离。支架302的端子端部可以包括轴向切割的两个部件,并且这两个部件可以位于轴向截面彼此面对的形式。这可以用于通过在两个分离的部件之间分离或抵接来调整支架302的端子端部的直径。当调整支架302的端子端部直径时,支架302的具有相对大直径的端子端部可能不会防止支架302插入到支架孔612中。此外,当支架302插入到支架孔612中并且两个部分分离时,可以增加支架302的端子端部的直径。因此,支架孔612和支架302的端子端部能够容易地彼此抵接,通过此能够防止两个构件之间的脱离,这是因为支架孔612的端子端部和支架302彼此接触。本文中,支架302的端子端部可称为“端子端部”,并且两个轴向切割部分可以称为第一端子端部和第二端子端部。
参照图23,当支架302的端子端部具有两个分离的部件时,可以根据插槽622的内径尺寸调整支架302的端子端部。插槽622的至少部分区段的直径可以大于支架孔612的开口直径。插槽621的至少部分区段的直径可以大于支架孔612的内周面的直径。插槽622的至少部分区段的直径可以大于支架孔612的周边面的直径。例如,如果插槽622的第一区段的直径大于支架孔612的开口直径,则在第一区段中轴向切割支架302的端子端部的两端可以加宽,从而支架302的端子端部的后表面可以容易抵接支架孔612。这里,第一区段可以是靠近插槽622中的支架孔612的区段。此外,这里,支架325的端子端部具有随着其接近端子端部而变窄的锥形形状,离开第一区段并进入插槽622内部具有相对窄直径的第二区段可能并不困难。此时,优选的可以是第二区段位于第一区段外侧,即,在朝向电池模块100外部的方向或端板400所位于的方向上。
接下来,将描述连接器组件600和端板400之间的联接。
图24和图25是用于说明本公开的实施方式的电池模块中包括的端板和连接器组件的联接的图。
参照图24和图25,壳体620可以包括用于在模块连接器610和端板400之间联接的联接孔624。
联接孔624可以形成在壳体620的联接面上。这里,联接面可以是指从用于将模块连接器610容纳在壳体620中的主体部分在上下(z轴)方向延伸的表面。联接面可以为垂直于电池单元层叠体120的纵向方向(x轴)方向的表面。联接面可以是对应于端板400的表面。联接面可以是与端板400接触的表面。这里,如上文所述,与端板40的接触可以意味着与附接到端板400的构件(例如,绝缘盖800)的接触。
联接孔624可以是一个或更多个,优选的是两个或更多个,或者四个或更多个。如图17所示,联接孔624可以位于壳体620的前表面上的每个顶点附近。联接孔624可以形成于壳体620的所有侧面从而稳定地固定壳体620。
端板400可以形成有端板联接孔404。基于完成的电池模块100,端板400中的端板联接孔404的位置可以对应于壳体620的联接孔624的位置。紧固构件440可以从端板400的外表面插入到端板联接孔404。当紧固构件440插入到联接孔624时,可以固定端板400和壳体620。这里,端板400的外表面可以是从端板400面向电池模块100的外部的表面。此外,本文的紧固构件440可以是螺栓、螺钉或其它构件。
依据插入到紧固构件440的顺序,端板联接孔404可以称为第一紧固孔,而联接孔624可以称为第二紧固孔。此外,上述端板联接孔404和/或联接孔624可以在电池模块100组装之前预先形成,但是可以在组装工艺期间通过插入到紧固构件440而形成。此外,上述端板联接孔404和/或联接孔624可以设置有与紧固构件440的外螺纹相对应的内螺纹或凹槽,但并非必须是该情况。
此外,上述电池模块100可以包括在电池组中。电池组可以具有以下结构:其中收集了根据本公开实施方式的一个或更多个电池模块,并与控制并管理电池的温度、电压等的电池管理系统(BMS)和冷却装置封装在一起。
上述电池模块及包括其的电池组可以应用于各种装置。这种装置可以应用于诸如电动自行车、电动车辆或混合动力车辆之类的车辆工具,但本公开不限于此,且可应用于可以使用电池模块及包括其的电池组的各种装置,其也落入本公开的范围。
虽然已经参照优选实施方式示出并描述了本公开,但是本公开的范围不限于此,并且本领域技术人员可以使用所附权利要求中限定的本公开的原理来设计许多变型和修改,这也落入本公开的精神和范围内。
100:电池模块
110:电池单元
111、112:电极引线
120:电池单元层叠体
200:模块框架
300:汇流条框架
302:支架
306:狭缝
330:上盖
336:锁定部
400:端板
400H:端子汇流条开口
400L:模块连接器开口
404:连接器壳体紧固孔
440:紧固构件
510:汇流条
520:端子汇流条
600:连接器组件
610:模块连接器
612:支架孔
620:壳体
622:插槽
624:联接孔
630:密封构件
700:感测单元
710:连接构件
720:感测端子
730:温度传感器
800:绝缘盖
900:垫圈
910:垫圈孔
920:唇缘部
930:接触部
940:突出部
Claims (11)
1.一种电池模块,该电池模块包括:
电池单元层叠体,在该电池单元层叠体中在一个方向上层叠多个电池单元;
模块框架,该模块框架容纳所述电池单元层叠体;
汇流条,该汇流条电连接所述电池单元层叠体和外部构件;
汇流条框架,该汇流条框架覆盖所述电池单元层叠体的前表面或后表面,并且所述汇流条附接至所述汇流条框架;以及
端板,该端板联接到所述模块框架并且覆盖所述汇流条框架,
其中,在所述端板中形成有至少一个开口,
其中,所述汇流条的突出部通过所述开口暴露于外部,并且
其中,所述汇流条的突出部和所述开口之间的间隙被垫圈封闭。
2.根据权利要求1所述的电池模块,其中:
所述垫圈包括垫圈孔,所述汇流条的突出部插入到所述垫圈孔中,并且
唇缘部,该唇缘部从所述垫圈孔的周边朝向所述汇流条的突出部的暴露方向延伸。
3.根据权利要求2所述的电池模块,其中:
所述唇缘部的内侧与所述汇流条的突出部的周边接触,并且所述唇缘部的外侧与所述开口接触。
4.根据权利要求1所述的电池模块,其中:
所述垫圈包括垫圈孔和接触部,所述汇流条的突出部插入到该垫圈孔中,所述接触部从所述垫圈孔的周边径向地延伸。
5.根据权利要求4所述的电池模块,其中:
所述接触部包括面对所述电池模块的内部的第一接触面和面对所述电池模块的外部的第二接触面,并且
所述接触部的所述第一接触面与所述汇流条框架的外表面接触。
6.根据权利要求4所述的电池模块,其中:
所述接触部包括面对所述电池模块的内部的第一接触面和面对所述电池模块的外部的第二接触面,并且所述第一接触面或所述第二接触面形成有突出部。
7.根据权利要求6所述的电池模块,其中:
所述突出部是从所述第一接触面或所述第二接触面朝向所述电池模块的内部或外部突出的部分。
8.根据权利要求6所述的电池模块,其中:
所述突出部具有同心图形图案,该同心图形图案包括与所述垫圈孔径向地分离的多个图形。
9.根据权利要求6所述的电池模块,其中:
形成于接触面的一个表面上的所述突出部的高度是恒定的。
10.根据权利要求6所述的电池模块,其中:
形成于接触面的一个表面上的所述突出部的高度随着与所述垫圈孔分离而逐渐减小。
11.一种电池组,该电池组包括至少一个根据权利要求1所述的电池模块。
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