CN116261806A

CN116261806A - 电池模块和包括该电池模块的电池组

Info

Publication number: CN116261806A
Application number: CN202280006301.8A
Authority: CN
Inventors: 金广模; 成准烨; 郑惠美; 边多荣
Original assignee: Lg Energy Solution
Current assignee: Lg Energy Solution
Priority date: 2021-02-24
Filing date: 2022-02-08
Publication date: 2023-06-13
Also published as: JP2023534415A; US20230275300A1; KR20220120916A; EP4187700A4; WO2022182016A1; EP4187700A1

Abstract

提供了一种电池模块，包括：电池单体堆，多个电池单体堆叠在电池单体堆中；模块框架，容纳电池单体堆；以及至少一个火焰隔离结构，插设在多个电池单体中的相邻电池单体之间，或者插设在电池单体堆与模块框架之间，其中，火焰隔离结构包括第一延伸部，第一延伸部延伸到电池单体堆与模块框架之间的空间。

Description

电池模块和包括该电池模块的电池组

技术领域

相关申请的交叉引用

本申请要求于2021年2月24日在韩国知识产权局提交的韩国专利申请第10-2021-0024696号的优先权和权益，其全部内容通过引用并入本文。

本发明涉及一种电池模块和包括该电池模块的电池组，更具体地，涉及一种具有增强的安全性的电池模块和包括该电池模块的电池组。

背景技术

在现代社会中日常使用诸如移动电话、笔记本电脑、便携式摄像机或数码相机的移动装置，因此正在积极开发与上述移动装置相关的技术。另外，能够充放电的二次电池可以是由使用化石燃料的常规汽油车辆造成的空气污染的解决方法，并且可以用作电动车辆(EV)、混合动力车辆(HEV)、插电式混合动力车辆(P-HEV)等的电源。因此，对二次电池的开发的需求日益增长。

目前商业化的二次电池可以包括镍镉电池、镍氢电池、镍锌电池、锂二次电池等。在这些电池中，由于锂二次电池与镍基二次电池相比记忆效应小，因此具有自由充放电、极低的自放电率以及高能量密度，从而锂二次电池可能备受关注。

锂二次电池可以主要使用锂基氧化物和碳材料分别作为正极活性材料和负极活性材料。锂二次电池可以包括：电极组件，其中设置有分别被涂覆正极活性材料和负极活性材料的正极板和负极板，并且隔膜插设在正极板与负极板之间；以及电池壳体，容纳并且密封电极组件和电解质。

通常，锂二次电池基于其外部材料的形状，可以分为电极组件嵌设在金属罐中的罐型二次电池和电极组件嵌设在铝层压板的软包中的软包型二次电池。

用于小型装置的二次电池中可以设置有两个或三个电池单体。然而，在诸如汽车的中型到大型装置中使用的二次电池可以使用多个电池单体彼此电连接的电池模块。这种电池模块(其中多个电池单体彼此串联或并联连接以形成电池单体堆)可以具有提高的容量和输出。一个或多个电池模块可以与诸如电池断开单元(BDU)、电池管理系统(BMS)、冷却系统等的各种控制和保护系统一起安装以形成电池组。

图1是常规电池模块的透视图。

参照图1，可以通过将电池单体堆(未示出)容纳在模块框架20中，然后将端板40接合到模块框架20的开口部分来制造常规电池模块10。这里，容纳在模块框架20中的电池单体堆可以具有数个电池单体堆叠的结构。因此，当在任一电池单体中发生热失控时，从相应单体产生的热量和火焰可能容易地传播到相邻的电池单体。另外，当热量在电池模块中累积时，爆炸的风险可能会增大，因此对将热量和火焰适当地散发到外部而不传播到相邻单体的结构的需求日益增长。

发明内容

技术问题

本发明的示例性实施例提供一种即使在电池模块中发生起火时也能阻止火焰传递到相邻的电池单体并且容易将火焰排放到外部的电池模块以及包括该电池模块的电池组。

然而，本发明的示例性实施例要解决的技术问题不限于上述问题，并且可以在本发明所包括的技术构思的范围内进行各种扩展。

技术方案

根据本发明的示例性实施例，一种电池模块包括：电池单体堆，多个电池单体堆叠在电池单体堆中；模块框架，容纳电池单体堆；以及至少一个火焰隔离结构，插设在多个电池单体中的相邻电池单体之间，或者插设在电池单体堆与模块框架之间，其中，火焰隔离结构包括第一延伸部，第一延伸部延伸到电池单体堆与模块框架之间的空间。

可以设置有至少两个或更多个火焰隔离结构，并且一个或多个电池单体可以位于火焰隔离结构中的相邻的两个火焰隔离结构之间。

在火焰隔离结构中的相邻的两个火焰隔离结构之间可以设置有由第一延伸部、模块框架和电池单体堆包围的隔离空间。

多个电池单体中的每一个可以包括电极引线，并且火焰隔离结构可以包括与电极引线突出的区域对应地延伸的第二延伸部。

火焰隔离结构可以包括开口，该开口位于除第一延伸部和第二延伸部之外的其余部分的至少一部分中。

火焰隔离结构可以包括阻燃垫和火焰隔离板中的至少一种。

阻燃垫可以包括硅胶(silicone)泡沫垫。

火焰隔离结构可以包括阻燃垫以及位于阻燃垫的至少一个表面的至少一部分上的火焰隔离板。

火焰隔离板被设置为与第一延伸部对应。

火焰隔离板被设置为与第二延伸部对应。

火焰隔离板可以包括碳酸钙(CaCO3)、云母、玻璃纤维和矿物纤维复合材料中的至少一种。

电池模块还可以包括：端板，覆盖电池单体堆的前表面和后表面；以及绝缘盖，设置在电池单体堆与端板之间，其中，多个分隔壁从绝缘盖的面对电池单体堆的内表面向电池单体堆突出。

多个分隔壁中的一个分隔壁可以包括位于火焰隔离结构的两侧的一对子分隔壁。

绝缘盖可以包括位于多个分隔壁中的相邻分隔壁之间的至少一个第一排气孔。

端板可以包括被设置为与至少一个第一排气孔对应的至少一个第二排气孔。

根据本发明另一示例性实施例的电池组可以包括电池模块。

有益效果

根据本发明的示例性实施例，通过包括用于阻止从电池模块中的任何一个电池单体产生火焰的空间以及供火焰可以从该空间中排出的路径，能够阻止火焰从起火点传递到相邻的电池单体并且使得火焰能够容易地被排放到外部。

本发明的效果不限于上述效果，本领域技术人员可以从权利要求中清楚地理解未提及的其他效果。

附图说明

图1是常规电池模块的透视图。

图2是示出根据本发明的示例性实施例的电池模块的透视图。

图3是图2的电池模块的分解透视图。

图4是示出沿图3的a-a′截取的截面的一部分的图。

图5a和图5b是分别示出本发明的示例性实施例中的火焰隔离结构的修改例的图。

图6是示出根据本发明的另一示例性实施例的电池模块中的电池单体堆的分解透视图。

图7是示出根据本发明的又一示例性实施例的电池模块的透视图。

图8是示出从其内部观看图7的电池模块的端板和绝缘盖的透视图。

图9是示出沿图7的b-b′截取的截面中的部分B的图。

具体实施方式

在下文中，将参照附图详细描述本发明的示例性实施例，使得本发明所属领域的技术人员能够容易地实施本发明。本发明可以以许多不同的形式实施并且不限于本文提供的实施例。

为了清楚地描述本发明，省略了与描述无关的部分，并且在整个本说明书中相同或相似的部件由相同的附图标记表示。

另外，为了便于描述，附图中任意地示出了各个部件的尺寸和厚度，因此，本发明不一定限于附图所示的内容。为了清楚地表示数个层和区域，附图中夸大了厚度。另外，为便于描述，附图中夸大了某些层和区域的厚度。

另外，当将诸如层、膜、区域或板的元件称为在另一个元件“上”或“上方”时，该元件可以直接在另一个元件上或者也可以具有插设在其间的第三元件。相反，当一个元件被称为“直接在”另一个元件上时，其间不插设第三元件。另外，当一个元件被称为在基准元件“上”或“上方”时，该元件可以位于基准元件之上或之下，并且可能不一定朝向重力的相反方向在基准元件“上”或“上方”。

另外，在整个本说明书中，除非明确地作出相反的描述，否则当一个元件“包括”另一个部件时，应理解该元件可以进一步包括第三部件而不是排除第三部件。

另外，在整个说明书中，表述“在平面上”可以表示从顶部观察目标的情况，表述“在截面上”可以表示从其侧面观察目标的沿垂直方向截取的截面的情况。

在下文中，参照图2至图4描述根据本发明的示例性实施例的电池模块。

图2是示出根据本发明的示例性实施例的电池模块的透视图。图3是图2的电池模块的分解透视图。图4是示出沿图3的a-a′截取的截面的一部分的图。

参照图2至图4，根据本发明的示例性实施例的电池模块100可以包括其中堆叠有多个电池单体110的电池单体堆120、容纳电池单体堆120的模块框架200以及分别覆盖电池单体堆120的前表面和后表面的端板410和420。

首先，优选地，电池单体110可以是软包型电池单体。例如，根据该示例性实施例的电池单体110可以具有其中两条电极引线111和112彼此面对并且分别从单体主体的两端突出的结构。更详细地，电极引线111和112可以分别连接到电极组件(未示出)，并且从电极组件(未示出)突出到电池单体110的外部。

可以设置多个电池单体110，并且多个电池单体110可以被堆叠并且彼此电连接，从而形成电池单体堆120。参照图3，电池单体110可以沿y轴方向堆叠以形成电池单体堆120。第一汇流条框架310可以沿电极引线111突出的方向(即x轴方向)位于电池单体堆120的一个表面上。尽管未具体示出，但是第二汇流条框架可以沿电极引线112突出的方向(即-x轴方向)位于电池单体堆120的另一个表面上。电池单体堆120和第一汇流条框架310可以一起容纳在模块框架200中。模块框架200可以保护容纳在模块框架200中的电池单体堆120和与其连接的电子部件免受外部物理冲击。如图3所示，模块框架200可以是具有金属板形状的模块框架200，该金属板的上表面、下表面和两侧彼此一体化。也就是说，具有方管形状的模块框架200可以具有在其中容纳电池单体堆120的空间，并且具有分别连接到具有方管形状的模块框架的两端的端板410和420。然而，本发明不限于此，并且可以使用任何各种类型的模块框架200。作为可能的修改例，模块框架200还可以具有彼此结合的上盖和U形框架或者彼此结合的下板和反向的U形框架。然而，模块框架不限于任何特定形状。

同时，模块框架200可以在电极引线111和112突出的方向(即，x轴方向和-x轴方向)上开口，并且端板410和420可以分别位于模块框架200的开口的两侧。两个端板410和420可以分别称为第一端板410和第二端板420。第一端板410可以覆盖第一汇流条框架310并且与模块框架200接合，第二端板420可以覆盖第二汇流条框架(未示出)并且与模块框架200接合。也就是说，第一汇流条框架310可以位于第一端板410与电池单体堆120之间，并且第二汇流条框架(未示出)可以位于第二端板420与电池单体堆120之间。另外，用于电绝缘的绝缘盖800可以位于第一端板410与第一汇流条框架310之间。

第一端板410和第二端板420可以设置为分别覆盖电池单体堆120的一个表面和另一个表面。第一端板410和第二端板420可以保护第一汇流条框架310以及与其连接的各种电子部件免受外部冲击，为此可能需要具有预定强度，并且可以包含诸如铝的金属。另外，第一端板410和第二端板420可以通过使用诸如焊接的方法分别和与其对应的模块框架200的边缘接合。

第一汇流条框架310可以位于电池单体堆120的一个表面上以覆盖电池单体堆120并且同时引导电池单体堆120与外部装置之间的连接。详细地，汇流条、端子汇流条和模块连接器中的至少一个可以安装在第一汇流条框架310上。具体地，汇流条、端子汇流条和模块连接器中的至少一个可以安装在第一汇流条框架310的与其面向电池单体堆的表面相对的表面上。例如，图3示出了汇流条510和端子汇流条520安装在第一汇流条框架310上。

电池单体110的电极引线111可以在穿过位于第一汇流条框架310中的狭缝之后弯曲，并且与汇流条510或端子汇流条520接合。电池单体堆120中包括的电池单体110可以通过汇流条510或端子汇流条520彼此串联或并联连接。另外，可以通过暴露于电池模块100的外部的端子汇流条520将外部装置或电路与电池单体110彼此电连接。

第一汇流条框架310可以包括电绝缘材料。除了第一汇流条框架310的将汇流条510或端子汇流条520与电极引线111接合的部分之外，第一汇流条框架310可以通过限制汇流条510或端子汇流条520与电池单体110的接触来防止发生短路。

同时，如上所述，第二汇流条框架可以位于电池单体堆120的另一表面上，并且汇流条、端子汇流条和模块连接器中的至少一个可以安装在第二汇流条框架上。电极引线112可以与这种汇流条接合。

根据该示例性实施例的电池单体堆120可以包括设置在电池单体110之间的至少一个火焰隔离结构130。也就是说，火焰隔离结构130可以插设在多个电池单体110中的相邻电池单体110之间，或者插设在电池单体堆120与模块框架200之间。

这里，火焰隔离结构130可以包括第一延伸部131，该第一延伸部131延伸到电池单体堆120的上表面与模块框架200的上板之间的空间。也就是说，参照图4，一个或多个电池单体110可以设置在两个火焰隔离结构130之间，这里，延伸到两个火焰隔离结构130的上部(即，图中的z轴向上方向)的第一延伸部131可以分别与模块框架200接触。因此，提供了由两个第一延伸部131、电池单体110和模块框架200围绕的隔离空间SP。

另外，火焰隔离结构130还可以包括与电池单体110的电极引线突出的区域对应地延伸的第二延伸部132。

因此，即使在任一电池单体110发生起火时，也能够尽可能地阻止气体和火焰向相邻的电池单体110传播，并且使气体和火焰能够保持在隔离空间SP内。另外，隔离空间SP可以在形成火焰隔离结构130的第二延伸部132的方向上延伸，而不连接到相邻的单体，并且隔离空间SP用作火焰的移动路径，从而起到引导气体和火焰散发到外部的作用。即，能够通过引导火焰沿固定路径移动并且尽可能地阻止火焰和热在单体之间传递来提高安全性。

将参照图5a和图5b来描述火焰隔离结构130的详细结构。

火焰隔离结构130可以包括阻燃垫130a和火焰隔离板130b中的至少一个，以防止在电池单体110中发生热量和火焰的传递。这里，如图5a和5b所示，火焰隔离结构130可以包括阻燃垫130a和位于阻燃垫的一个表面上的火焰隔离板130b。可替代地，火焰隔离结构130可以包括单层阻燃垫130a或单层火焰隔离板130b。另外，火焰隔离结构130可以通过进一步包括阻燃垫130a和火焰隔离板130b而不包括两层的阻燃垫130a和火焰隔离板130b而具有多层结构。此外，一个电池模块100可以包括设置在其中的全部相同的火焰隔离结构130或者基于它们的位置而不同地配置的火焰隔离结构130。

火焰隔离板130b可以整个位于阻燃垫130a的表面上(见图5b)，或者可以仅设置为对应于火焰隔离结构130的第一延伸部131或第二延伸部132(见图5a)，即直接需要隔离火焰的部分。

这里，阻燃垫130a可以包括硅胶泡沫垫。硅胶泡沫垫作为其中形成有孔隙的泡沫垫，可以具有高的热稳定性和化学稳定性以及优异的阻燃和隔热性能。尤其是，通过使用由热固性泡沫硅胶制成的硅胶泡沫垫，能够确保更好的阻燃性能。然而，本发明不限于此，并且可以适当地使用具有优异热性能的任何材料作为阻燃垫130a。

火焰隔离板130b可以使用包括碳酸钙(CaCO3)、云母、玻璃纤维和矿物纤维复合材料中的至少一种的板形材料。具体地，火焰隔离板130b可以适当地使用云母片。然而，本发明不限于此，并且可以适当地使用具有优异热性能的任何材料作为火焰隔离板130b。

接下来，参照图6描述本发明的另一示例性实施例。

图6是示出根据本发明另一示例性实施例的电池模块中的电池单体堆的分解透视图。

参照图6，在本发明的另一示例性实施例中，火焰隔离结构130还可以包括与电池单体110的主体对应的开口133。也就是说，开口133可以位于火焰隔离结构130的除了第一延伸部131和第二延伸部132之外的其余部分的至少一部分中。因此，能够减少所需的火焰隔离结构130的量，并且通过使用火焰隔离结构130保持防止热量和火焰在单体之间传递并且引导火焰移动的上述效果。因此，能够降低电池模块100的材料成本和整体重量。

接下来，参照图7和图8描述本发明的又一示例性实施例。

图7是示出根据本发明的又一示例性实施例的电池模块101的透视图。图8是示出从其内部观看图7的电池模块的端板和绝缘盖的透视图。图9是示出沿图7的b-b′截取的截面中的部分B的图

参照图7至图9，根据本发明的又一示例性实施例，绝缘盖800可以包括位于其内侧的多个分隔壁810。也就是说，多个分隔壁810可以位于绝缘盖800的内表面上，绝缘盖800和电池单体堆120在该内表面上彼此面对。多个分隔壁810中的一个分隔壁810可以包括一对子分隔壁811，并且子分隔壁811可以在使火焰隔离结构130的第二延伸部132插设于其间的同时彼此间隔开。因此，在火焰隔离结构130之间引导的火焰和热量仍然可以在分隔壁810之间隔离和引导。

绝缘盖800可以包括位于分隔壁810之间的区域中的至少一个第一排气孔820。也就是说，引入到分隔壁810之间的路径中的火焰可以通过第一排气孔820排放到绝缘盖800的外部。

另外，端板410可以包括位于与第一排气孔820对应的区域中的第二排气孔411。也就是说，被引入分隔壁810之间的路径并且通过第一排气孔820的火焰可以通过第二排气孔411被完全排放到外部。

即使在一些电池单体110中发生热失控而产生火焰和气体的情况下，基于这种结构，也能够尽可能地阻止火焰和气体向相邻的另一个单体的传递。另外，可以引导其中产生的火焰和气体沿着由火焰隔离结构130的第一延伸部131和第二延伸部132形成的运动路径，并且通过分别形成在绝缘盖800和端板410中的第一排气孔820和第二排气孔411被排放到外部。因此，通过有效地阻止在一个单体中产生的火焰和气体向另一个单体传递并且快速引导火焰和气体排放到外部，能够抑制热能积聚在电池模块100中。

在本示例性实施例中使用了诸如前、后、左、右、上和下的指示方向的术语，并且这些术语仅用于方便说明，并且可以根据目标对象的位置或观察者的位置而变化。

根据上述示例性实施例的一个或多个电池模块可以与诸如电池管理系统(BMS)、冷却系统等的各种控制和保护系统一起安装以形成电池组。

电池模块或电池组可以应用于各种装置。详细地，电池模块或电池组可以应用于诸如电动自行车、电动汽车、混合动力汽车的交通工具，但不限于此，并且可以应用于可以使用二次电池的各种装置。

尽管以上已经详细描述了本发明的示例性实施例，但是本发明的范围不限于此。即，本领域技术人员通过使用如所附权利要求所限定的本发明的基本概念而进行的各种修改和替换落入本发明的范围内。

<附图标记说明>

100、101：电池模块

120：电池单体堆

200：模块框架

410：第一端板

420：第二端板

800：绝缘盖

130：火焰隔离结构

131：第一延伸部

132：第二延伸部

130a：阻燃垫

130b：火焰隔离板

810：分隔壁

820：第一排气孔

411：第二排气孔

Claims

1.一种电池模块，包括：

电池单体堆，多个电池单体堆叠在所述电池单体堆中；

模块框架，容纳所述电池单体堆；以及

至少一个火焰隔离结构，插设在所述多个电池单体中的相邻电池单体之间，或者插设在所述电池单体堆与所述模块框架之间，

其中，所述火焰隔离结构包括第一延伸部，所述第一延伸部延伸到所述电池单体堆与所述模块框架之间的空间。

2.根据权利要求1所述的电池模块，其中，设置有至少两个或更多个火焰隔离结构，并且一个或多个电池单体位于所述火焰隔离结构中的相邻的两个火焰隔离结构之间。

3.根据权利要求2所述的电池模块，其中，在所述火焰隔离结构中的所述相邻的两个火焰隔离结构之间设置有由所述第一延伸部、所述模块框架和所述电池单体堆包围的隔离空间。

4.根据权利要求1所述的电池模块，其中：

所述多个电池单体中的每一个包括电极引线，并且

所述火焰隔离结构包括与所述电极引线突出的区域对应地延伸的第二延伸部。

5.根据权利要求4所述的电池模块，其中，所述火焰隔离结构包括开口，所述开口位于除所述第一延伸部和所述第二延伸部之外的其余部分的至少一部分中。

6.根据权利要求4所述的电池模块，其中，所述火焰隔离结构包括阻燃垫和火焰隔离板中的至少一种。

7.根据权利要求6所述的电池模块，其中，所述阻燃垫包括硅胶泡沫垫。

8.根据权利要求6所述的电池模块，其中，所述火焰隔离结构包括所述阻燃垫以及位于所述阻燃垫的至少一个表面的至少一部分上的所述火焰隔离板。

9.根据权利要求8所述的电池模块，其中，所述火焰隔离板被设置为与所述第一延伸部对应。

10.根据权利要求8所述的电池模块，其中，所述火焰隔离板被设置为与所述第二延伸部对应。

11.根据权利要求8所述的电池模块，其中，所述火焰隔离板包括碳酸钙(CaCO3)、云母、玻璃纤维和矿物纤维复合材料中的至少一种。

12.根据权利要求1所述的电池模块，还包括：

端板，覆盖所述电池单体堆的前表面和后表面；以及

绝缘盖，设置在所述电池单体堆与所述端板之间，

其中，多个分隔壁从所述绝缘盖的面对所述电池单体堆的内表面向所述电池单体堆突出。

13.根据权利要求12所述的电池模块，其中，所述多个分隔壁中的一个分隔壁包括位于所述火焰隔离结构的两侧的一对子分隔壁。

14.根据权利要求13所述的电池模块，其中，所述绝缘盖包括位于所述多个分隔壁中的相邻分隔壁之间的至少一个第一排气孔。

15.根据权利要求14所述的电池模块，其中，所述端板包括被设置为与所述至少一个第一排气孔对应的至少一个第二排气孔。

16.一种电池组，包括根据权利要求1所述的电池模块。