CN116711139A - 电池组和包括该电池组的设备 - Google Patents

Abstract

根据本公开的一个实施例的电池组包括具有多个电池单元的电池模块；以及容纳电池模块的组框架，其中，至少两个电池模块聚集形成第一电池模块组，至少两个电池模块聚集形成第二电池模块组，第二电池模块组位于第一电池模块组的上部，在第一电池模块组和第二电池模块组之间设置有分隔构件，分隔构件包括具有绝热性和电绝缘性的绝缘片。

Description

电池组和包括该电池组的设备

技术领域

相关申请的交叉引用

本申请要求于2021年4月9日向韩国知识产权局提交的申请号为10-2021-0046488的韩国专利申请的权益，通过引用将其全文并入本文。

本公开涉及一种电池组和包括该电池组的设备，更具体地，涉及一种具有提高的抗火焰产生安全性的电池组和包括该电池组的设备。

背景技术

在现代社会，随着移动电话、笔记本电脑、便携式摄像机和数码相机等便携式设备的日常使用，与如上所述的移动设备相关的领域的技术在快速发展。此外，作为解决现有汽油车使用化石燃料造成的大气污染等问题的一种方法，将可充电/可放电的二次电池用作电动车辆(EV)、混合动力电动车辆(HEV)、插电式混合动力电动车辆(P-HEV)等的电源。因此，开发二次电池的需求一直在增加。

目前商业化的二次电池包括镍镉电池、镍氢电池、镍锌电池和锂二次电池。其中，锂二次电池备受瞩目，因为它与镍基二次电池相比有很多优点，例如几乎没有记忆效应，由此可以自由充放电，自放电率极低，并且能量密度高。

锂二次电池主要使用锂基氧化物和含碳材料分别作为阴极活性材料和阳极活性材料。锂二次电池包括电极组件和电池壳，在电极组件中，阳极板和阴极板涂有阳极活性材料和阴极活性材料，隔板介于阳极板和阴极板之间，电池壳密封并容纳电极组件和电解液。

通常，基于外部材料的形状，锂二次电池可分为将电极组件内置于金属罐中的罐型二次电池和将电极组件内置于铝层压板的袋中的袋型二次电池。

在用于小型设备的二次电池的情况下，布置二至三个电池单元，但是在用于如汽车等中型或大型设备的二次电池的情况下，使用电连接大量电池单元的电池模块。在电池模块中，大量电池单元彼此串联或并联连接以形成单元组件，从而提高容量和输出。一个或多个电池模块可以与BMS(电池管理系统)和冷却系统等各种控制和保护系统一起安装，以形成电池组。

在由多个电池模块集合而成的电池组中，多个电池单元产生的热量可以在狭窄的空间内累积，从而使温度升高得更快、更剧烈。换句话说，堆叠了多个电池单元的电池模块和配备有这些电池模块的电池组可以获得高输出，但是不容易去除在充电和放电期间从电池单元产生的热量。当电池单元散热不当时，会加速电池单元的劣化，缩短寿命，增加爆炸或着火的可能性。

此外，在包含在车辆电池组中的电池模块的情况下，电池模块经常暴露在直射阳光下并且可能被放置在诸如夏季或沙漠地区的高温条件下。此外，由于多个电池模块集中布置以增加车辆的行驶里程，因此任何一个电池模块中产生的热失控现象很容易传播到相邻的电池模块，最终可能导致电池组自身起火或爆炸。

因此，需要设计一种即使任何一个电池单元中发生热失控现象，也不会导致电池组本身起火或爆炸的模型。

发明内容

技术问题

本公开的目的是提供一种即使任何一个电池单元中发生热失控现象，也能够防止热失控现象导致起火或爆炸的电池组。

然而，本公开的实施例要解决的问题不限于上述问题，并且可以在本公开包括的技术构思的范围内进行各种扩展。

技术方案

根据本公开的一个方面，提供了一种电池组，包括：电池模块，包括多个电池单元；以及容纳电池模块的组框架，其中至少两个电池模块聚集形成第一电池模块组，至少两个电池模块聚集形成第二电池模块组，第二电池模块组位于第一电池模块组的上部，在第一电池模块组和第二电池模块组之间设置有分隔构件，分隔构件包括具有绝热性和电绝缘性的绝缘片。

分隔构件可以覆盖第一电池模块组的整个上表面。

电池单元可沿平行于宽度方向的方向堆叠，同时电池单元的单元主体的一个表面直立以垂直于组框架的底部。

包括在第一电池模块组中的电池模块可以沿宽度方向布置成一行。

包括在第二电池模块组中的电池模块可以沿宽度方向布置成一行。

电池单元可以是袋型电池单元。

绝缘片可以包括聚合物树脂。

分隔构件还可以包括底板，绝缘片可以夹在底板之间。

有益效果

根据本公开的实施例，即使任何一个电池单元中发生热失控现象，由于经过设计使得热传播依次进行，因此防止了电池组级别的起火或爆炸。

此外，绝缘片设置在分隔各层的分隔构件上，从而可以抑制各层之间的热传播，最终可以防止电池组级别的起火或爆炸。

本公开的效果不限于上述效果，并且本领域技术人员将从所附权利要求的描述中清楚地理解上文未描述的其他附加效果。

附图说明

图1是示出根据本公开的一个实施例的电池模块和连接件的透视图。

图2是图1的电池模块的分解透视图。

图3是包括在图2的电池模块中的电池单元的透视图。

图4是根据本公开的一个实施例的电池组的截面图。

图5是示意性地表示图4的电池组中的任一个电池单元发生热失控现象的状态的截面图。

具体实施方式

在下文中，将参考附图详细描述本公开的各个实施例，使得本领域技术人员能够容易地实施所述实施例。本公开可以以各种不同的方式进行修改，并且不限于在此阐述的实施例。

与描述无关的部分将被省略以清楚地描述本公开，并且在整个描述中相同的附图标记指示相同的元件。

此外，在附图中，为了便于描述，任意地图示了每个元件的尺寸和厚度，并且本公开不必限于附图中图示的那些。在附图中，为了清楚起见，夸大了层、区域等的厚度。在附图中，为了描述方便，一些层和区域的厚度被夸大。

此外，应当理解，当诸如层、膜、区域或板的元件被称为在另一个元件“上”或“上方”时，它可以直接在另一个元件上，或者也可存在中间元件。相反，当元件被称为“直接”在另一个元件上时，这意味着不存在其他中间元件。此外，词语“上”或“上方”是指布置在参考部分之上或之下，并且不一定意味着布置在参考部分朝向与重力相反的方向的上端。

此外，在整个说明书中，当一部分被称为“包括”或“包含”某个组件时，除非另有说明，否则意味着该部分可以进一步包括其他组件，而不排除其他组件。

此外，在整个说明书中，当被称为“平面”时，意味着从上侧观察目标部分，当被称为“截面”时，意味着从垂直切割的截面的侧面观察目标部分。

图1是示出根据本公开的一个实施例的电池模块和连接件的透视图。图2是图1的电池模块的分解透视图。图3是包括在图2的电池模块中的电池单元的透视图。

参考图1至图3，根据本公开的一个实施例的电池模块100包括多个电池单元110。电池单元110优选地是袋型电池单元，并且可以形成为矩形片状结构。例如，根据本实施例的电池单元110具有两个电极引线111和112彼此相对并且分别在一侧和另一侧突出的结构。

具体地，参见图3，根据本实施例的电池单元110具有两个电极引线111和112彼此相对并且分别从单元主体113的一端部114a和另一端部114b突出的结构。更具体地，电极引线111和112连接到电极组件(未示出)，并从电极组件(未示出)突出到电池单元110的外部。

同时，可以在电极组件(未示出)被容纳在电池壳114中的状态下，通过接合电池壳114的两个端部114a和114b以及连接它们的侧部114c来制造电池单元110。换句话说，根据本实施例的电池单元110总共具有三个密封部114sa、114sb和114sc，其中密封部114sa、114sb和114sc具有通过诸如热封的方法密封的结构，剩余的另一侧部可以由连接部分115构成。电池壳114可以由包括树脂层和金属层的层压板构成。

另外，连接部分115可以沿着电池单元110的一个边缘延伸很长，并且电池单元110的称为蝙蝠耳的突出部分110p可以形成在连接部分115的端部。然而，突出部分110p是示例性结构，并且根据本公开的另一实施例的电池单元110可以具有未形成突出部分并且连接部分115沿直线延伸的形状。

在图3中，仅描述了具有电极引线111和112在两个方向上突出的结构的电池单元110，但是作为本公开的另一实施例，当然可以具有电极引线沿一个方向一起突出的单向袋型电池单元。

电池单元110可以由多个部件组成，并且多个电池单元110可以堆叠成彼此电连接，从而形成电池单元堆120。具体地，参考图2，多个电池单元110可以沿平行于y轴的方向堆叠。由此，电池单元110的一个电极引线111可朝x轴方向突出，另一电极引线112可朝-x轴方向突出。

电池单元堆120可以被容纳在模块框架200中。模块框架200可以是具有两个表面开口的形状的金属框架。更具体地，模块框架200可以在电极引线111和112相对于电池单元堆120突出的两个方向上敞开。

端板410和420可以位于模块框架200的敞开的两个表面上。两个端板410和420分别称为第一端板410和第二端板420。端板410和420可以分别覆盖模块框架200的敞开的两个表面。电池单元堆120容纳在由模块框架200和端板410、420形成的空间中，从而能够物理地保护电池单元堆120。为此目的，模块框架200和端板410、420可以包括具有预定强度的金属材料或塑料材料，例如铝。模块框架200和端板410、420能够在对应的角部相互接触的状态下通过焊接等接合。

同时，根据本实施例的电池模块100还可以包括汇流条框架300，汇流条510和端子汇流条520安装到汇流条框架300。

汇流条510和端子汇流条520可以接合到电池单元110的电极引线111和112以将多个电池单元110彼此电连接。具体地，安装有汇流条510和端子汇流条520的汇流条框架300可分别位于电池单元堆120的一侧(x轴方向)和另一侧(-x轴方向)。换句话说，任何一个汇流条框架300可以位于任何一个端板410、420与电池单元堆120之间。在图2中，省略了位于电池单元堆120的另一侧(-x轴方向)的汇流条框架的图示。

汇流条框架300可以形成有引线缝隙，电极引线111和112在穿过引线缝隙后弯曲，并接合到汇流条510或端子汇流条520。接合方法没有特别限定，只要可以进行物理连接和电连接即可，例如可以进行焊接接合。

同时，端子汇流条520的一部分可以暴露在电池模块100的外部。具体地，第一端子汇流条开口410H形成在第一端板410中，并且可以暴露端子汇流条520的一部分。暴露的端子汇流条520的一部分可以连接到另一个电池模块或BDU(电池断开单元)等，并接合到如图1所示的连接件1400以形成HV(高压)连接。此处，HV连接是用作供电电源的连接，是指电池单元之间的连接或电池模块之间的连接。

连接件1400的材料没有特别限制，只要能进行电连接即可，可采用金属材料。

接下来，将参考图4详细描述根据本公开的一个实施例的电池组1000。

图4是根据本公开的一个实施例的电池组的截面图。具体地，图4示出了图1和图2所示的电池模块容纳在组框架内的电池组1000被沿yz平面切开的状态。

参考图2至图4，根据本公开的一个实施例的电池组1000包括具有多个电池单元110的电池模块100和容纳电池模块100的组框架1200。在本实施例中，电池模块100可以是图1和图2所示的电池模块100。在图4中，为了便于说明，包括在电池模块100中的电池单元110由虚线示意性地表示。此外，电池模块100可以通过连接件1400彼此电连接以形成HV连接。在图4中，与图1不同，示意性地示出了连接件1400。

组框架1200可以包括上框架1210和下框架1220。上框架1210可以具有板状形状，下框架1220可以包括底部1200F，电池模块100放置在底部1200F上并且底部1200F可以具有敞开的上部。上框架1210位于下框架1220的敞开的上部上，上框架1210与下框架1220的对应边缘可接合以完成组框架1200。上框架1210与下框架1220之间的空间是容纳电池模块100的空间。然而，以上结构是根据本实施例的组框架1200的示例性结构，当然，其他变化形式也是可以的，只要能够容纳电池模块100即可。

在组框架1200内，至少两个电池模块100聚集形成第一电池模块组100Ga，至少两个电池模块100聚集以形成第二电池模块组100Gb，第二电池模块组100Gb位于第一电池模块组100Ga上方。也就是说，根据本实施例的电池组1000具有第一电池模块组100Ga和第二电池模块组100Gb的双层结构。然而，这是示例性结构，具有三层或更多层的多层结构的电池组也是可以的。

同时，分隔构件1300布置在第一电池模块组100Ga和第二电池模块组100Gb之间，分隔构件1300包括具有绝热性和电绝缘性的绝缘片1310。下面将再次描述绝缘片1310。

在电池模块100的内部，电池单元110沿宽度方向d1堆叠以形成电池单元堆。具体地，电池单元110可以沿平行于宽度方向d1的方向堆叠，同时电池单元110的单元主体113(参见图3)的一个表面直立以垂直于组框架1200的底部1200F。在本公开中，宽度方向d1是平行于地面或组框架1200的底部1200F的表面的一个方向，即平行于xy平面的一个方向。

此时，包括在第一电池模块组100Ga中的电池模块100可以沿着宽度方向d1布置成一行，并且包括在第二电池模块组100Gb中的电池模块100可以沿着宽度方向d1布置成一行。也就是说，电池模块100在电池模块组100Ga和100Gb中的布置方向可以与电池单元110的堆叠方向一致。

上述分隔构件1300可以具有板状形状并且可以覆盖第一电池模块组100Ga的整个上表面。包括在分隔构件1300中的绝缘片1310的材料不受特别限制，只要其具有绝热性和电绝缘性即可，作为示例，绝缘片1310可包括聚合物树脂。此外，绝缘片1310例如可以是FRS垫。FRS垫是MORGAN的市售产品，其可以包括MICA和Superwool。作为FRS垫的绝缘片1310可以具有1mm至3mm的厚度，并且在810至820摄氏度的温度范围内可以具有0.12W/mK至0.18W/mK的导热率。

分隔构件1300还可以包括底板1320，绝缘片1310可以夹在底板1320之间。另外，绝缘片1310和底板1320可以用双面胶带粘附。

由于分隔构件1300，第一电池模块组100Ga和第二电池模块组100Gb在空间上分离，并且由于分隔构件1300中包括的绝缘片1310，第一电池模块组100Ga和第二电池模块组100Gb彼此热隔离和电隔离。

接下来，将参考图3到图5描述当电池单元中出现热失控现象时根据本实施例的电池组1000的优点。

图5是示意性地表示图4的电池组中的任一个电池单元发生热失控现象的状态的截面图。

参考图3至图5，根据本实施例的电池模块1000包括的任何一个电池单元110中都可能发生热失控现象。热失控现象的一种说明如下。电池单元110可能发生物理、热和电损坏，包括过充电，因此电池单元110的内部压力可能增加。当内部压力超过电池单元110的电池壳114的熔合强度极限值时，从电池单元110产生的高温热量、排放气体等可能被排出到电池单元110的外部。

任何一个电池单元中产生的热失控现象都可能通过对流效应传播到其他电池单元，并可能传播到相邻的电池模块。特别是，由于电池组采用密集封装电池模块以提高空间利用率的结构，热失控现象不会依次传播到电池模块，而是多个密集封装的电池模块同时且频繁发生热失控现象。也就是说，热失控现象从一个电池单元开始，同时且频繁地遍及到多个电池模块，导致电池组自身起火和爆炸，造成严重的问题。

然而，在根据本实施例的电池组1000中，分隔构件1300布置在电池模块组100Ga和100Gb之间，并且电池模块100在电池模块组100Ga和100Gb内布置成一行，由此，热失控现象的传播不仅在电池模块100之间而且在电池单元110之间依次进行。也就是说，如图5所示，当第一电池模块组100Ga中的任一个电池模块内部的电池单元发生热失控现象时，放出的气体和热量会依次传播到相邻的电池单元110。作为示例，图5示出了热失控现象传播到第一电池模块组100Ga中的最左侧电池模块的电池单元110'和第一电池模块组100Ga中的左侧第三个电池模块的电池单元110”的状态。

此外，由于包括具有绝热性的绝缘片1310的分隔构件1300，排出的气体和热量不能立即传播到第二电池模块组100Gb。在本实施例中，热绝缘结构被设计成使得热失控现象不会传播超过电池模块组100Ga和100Gb之间的连接件1400的HV连接顺序。

通过设计如上所述的顺序传播，可增加排放气体和热量的传播时间，且在顺序传播过程中逐渐降低热失控的强度。也就是说，在根据本实施例的电池组1000中，即使一个电池单元110中发生热失控现象，也可以防止电池组1000自身着火或爆炸。如果不设置分隔构件1300，任何一个电池单元110中开始的热失控现象会立即传播到另一个电池模块组100Gb中的电池模块100，从而在短时间内大量的排出气体和高温热量从多个电池模块100同时释放。这极有可能导致电池组1000着火和爆炸。

同时，如上所述，在本实施例中，在电池模块组100Ga和100Gb中布置电池模块100的方向可以与电池单元110的堆叠方向一致。由此，可以依次执行电池模块组100Ga和100Gb内的电池单元110之间的热失控现象的传播。通过匹配电池模块100的布置方向和电池单元110的堆叠方向，进一步延迟了热失控现象的传播。

同时，尽管未具体示出，但可能在第一电池模块组100Ga和第二电池模块组100Gb的每一个中单独发生热失控现象。在这种情况下，由于绝缘片1310具有电绝缘性和绝热性，因此在第一电池模块组100Ga和第二电池模块组100Gb的每一个中单独发生热失控现象的顺序传播。第一电池模块组100Ga和第二电池模块组100Gb通过绝缘片1310电隔离以防止火花和短路的发生。总之，通过将在第一电池模块组100Ga和第二电池模块组100Gb的每一个中产生的热失控现象设计为沿着不同的路径传播，可以防止电池组1000的起火和爆炸。若不设置绝缘片1310，则第一电池模块组100Ga和第二电池模块组100Gb的每一个中产生的热失控现象组合并扩散为一个大的热失控现象，大量的排出气体和高温热量从每个电池组释放，电池组最终可能会爆炸。

在本实施例中使用了表示方向的术语，例如前侧、后侧、左侧、右侧、上侧和下侧，但是所使用的术语只是为了描述方便而提供，并且可能会根据物体的位置、观察者的位置等而变得不同。

根据本实施例的上述电池组不仅可以包括电池模块，还可以包括BMS(电池管理系统)、BDU(电池断开单元)和冷却系统等各种控制和保护系统。

电池组可应用于各种设备。具体地，电池组可以应用于诸如电动自行车、电动车辆和混合动力电动车辆的车辆装置，并且可以应用于能够使用二次电池的各种设备，但不限于此。

以上虽然对本公开的优选实施例进行了详细描述，但本公开的范围并不限于此，本领域技术人员可以在所附权利要求中限定的本公开的基本构思的基础上做出各种修改和改进，其也落在本公开的范围内。

[附图标记说明]

1000：电池组

100：电池模块

100Ga：第一电池模块组

100Gb：第二电池模块组

1300：分隔构件

1310：绝缘片

Claims (9)

1.一种电池组，包括：

电池模块，包括多个电池单元；和

容纳所述电池模块的组框架，

其中，至少两个电池模块聚集形成第一电池模块组，

其中，至少两个电池模块聚集形成第二电池模块组，

其中，所述第二电池模块组位于所述第一电池模块组的上部，

其中，在所述第一电池模块组和所述第二电池模块组之间设置有分隔构件，

其中，所述分隔构件包括具有绝热性和电绝缘性的绝缘片。

2.根据权利要求1所述的电池组，其中：

所述分隔构件覆盖所述第一电池模块组的整个上表面。

3.根据权利要求1所述的电池组，其中：

所述电池单元沿平行于宽度方向的方向堆叠，同时所述电池单元的单元主体的一个表面直立以垂直于所述组框架的底部。

4.根据权利要求3所述的电池组，其中：

包括在所述第一电池模块组中的电池模块沿所述宽度方向排列成一行。

5.根据权利要求3所述的电池组，其中：

包括在所述第二电池模块组中的电池模块沿所述宽度方向排列成一行。

6.根据权利要求1所述的电池组，其中：

所述电池单元为袋型电池单元。

7.根据权利要求1所述的电池组，其中：

所述绝缘片包括聚合物树脂。

8.根据权利要求1所述的电池组，其中：

所述分隔构件还包括底板，

所述绝缘片夹在所述底板之间。

9.一种设备，包括根据权利要求1所述的电池组。