CN116802903A - 电池模块以及包括该电池模块的电池组 - Google Patents
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Abstract
根据本发明的一个实施方式的电池模块包括：电池单元堆，多个电池单元堆叠在该电池单元堆中；模块框架，该模块框架围绕电池单元堆；以及灭火构件，该灭火构件插设在电池单元之间，其中，所述电池单元包括彼此相邻的第一电池单元和第二电池单元，并且其中，灭火构件以Z字形围绕第一电池单元的上表面、第一电池单元与第二电池单元之间的空间、以及第二电池单元的下表面。
Description
技术领域
相关申请的交叉引用
本申请要求于2021年11月3日在韩国知识产权局提交的韩国专利申请10-2021-0149626的权益，其全部内容通过引用合并于此。
本公开涉及一种电池模块以及包括该电池模块的电池组，并且更具体地涉及一种具有提高的安全性的电池模块以及包括该电池模块的电池组。
背景技术
在现代社会中，随着诸如移动电话、笔记本电脑、摄像机和数码相机等便携式装置已经被日常使用，与上述移动装置相关的领域中的技术开发已经启动。此外，可充电/可放电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，试图解决由使用化石燃料的现有汽油车辆引起的空气污染等。因此，对二次电池的发展的需求正在增长。
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。在它们当中，锂二次电池已经进入公众注意，因为它们具有例如与镍基二次电池相比几乎不表现出记忆效应的优点，并且因此被自由充电和放电，并且具有非常低的自放电率和高能量密度。
这种锂二次电池主要使用锂基氧化物和碳质材料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体，在该电极组件中布置有阴极板和阳极板(分别涂覆有阴极活性材料和阳极活性材料)，其中隔膜插设在阴极板和阳极板之间，该电池壳体将电极组件与电解质溶液一同密封并容纳。
通常，锂二次电池可以基于外部材料的形状被分类为电极组件内置到金属罐中的罐型二次电池和电极组件内置到铝层压片的袋中的袋型二次电池。
在用于小型装置的二次电池的情况下，布置两个到三个电池单元，但在用于中型或大尺寸装置(例如汽车)的二次电池的情况下，使用其中电连接有大量电池单元的电池模块。在这种电池模块中，大量的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。此外，一个或更多个电池模块可以与各种控制和保护系统(诸如BMS(电池管理系统))和冷却系统安装在一起以形成电池组。
当二次电池的温度升高到高于合适的温度时，二次电池的性能可能劣化，并且在最坏的情况下，也存在爆炸或点火的风险。特别地，当在二次电池的特定电池单元中发生热失控现象时，到相邻电池单元的传播变得非常快。此外，由于因电池单元之间的热失控传播而存在大规模火灾和爆炸的高可能性，因此防止热失控并阻止和延迟热失控现象的传播是非常重要的。
图1是示出包括在常规电池模块中的电池单元和粘合构件的图。
参考图1，电池单元堆包括电池单元11和插设在彼此相邻的电池单元11之间的粘合构件50a和50b。此时，粘合构件50a和50b取决于其形状包括独立性粘合构件50a或整体型粘合构件50b。
也就是说，常规电池模块被配置成使得电池单元11通过粘合构件50a和50b(诸如电池单元11之间的双面胶带)彼此附接以形成电池单元堆。然而，在这种情况下，存在这样的问题：当在电池模块中发生火灾时，难以延迟发生在一些电池单元11中的点火现象传递到其它电池单元11。
另外，由于粘合构件50a和50b不覆盖电池单元11的上部和下部，所以热量和火焰容易传递到相邻的电池单元11，尤其是当发生热失控现象时。
因此，需要开发一种不仅覆盖电池单元11的上部和下部，而且还阻止热失控并防止和延迟热失控在电池单元11之间的传播，从而提高安全性的电池模块。
发明内容
技术问题
本公开的目的是提供一种电池模块以及包括该电池模块的电池组，该电池模块在发生热失控时防止热失控在电池单元之间的传播或有效地延迟热失控的传播。
然而，本公开的实施方式要解决的技术问题不限于上述问题，并且可以在包括在本公开中的技术构思的范围内进行各种扩展。
技术方案
根据本公开的一个实施方式，提供一种电池模块，所述电池模块包括：电池单元堆，多个电池单元堆叠在所述电池单元堆中；模块框架，所述模块框架围绕所述电池单元堆；以及灭火构件，所述灭火构件插设在所述电池单元之间，其中，所述电池单元包括彼此相邻的第一电池单元和第二电池单元，并且其中，所述灭火构件以Z字形围绕所述第一电池单元的上表面、所述第一电池单元与所述第二电池单元之间的空间、以及所述第二电池单元的下表面。
所述灭火构件可以包括：灭火剂；以及壳体，所述壳体储存所述灭火剂。
当在所述电池模块内部出现高温时，所述壳体熔化，并且储存在所述壳体中的所述灭火剂可以被排放到所述壳体的外部。
所述灭火构件可以具有双面粘合特性。
所述壳体可以具有双面粘合特性。
所述灭火构件可以与所述模块框架的上部和所述模块框架的下部进行接触。
根据本公开的另一实施方式的所述电池模块的所述灭火构件可以与所述第一电池单元的上表面和所述第二电池单元的下表面进行接触。
所述灭火构件可以将所述模块框架的上部粘附到所述第一电池单元的上表面，并且可以将所述模块框架的下部与所述第二电池单元的下表面粘附。
所述灭火构件可以将所述第一电池单元和所述第二电池单元彼此粘附。
所述灭火构件可以插设在所述模块框架的侧表面部与最外电池单元之间。
所述灭火构件可以将所述模块框架的所述侧表面部和所述最外电池单元粘附。
根据本公开的又一实施方式，提供一种包括上述电池模块的电池组。
有益效果
根据本公开的一个实施方式的电池模块被配置成使得灭火构件插设在电池单元堆中彼此相邻的一对电池单元之间，并且灭火构件形成为以Z字形围绕电池单元，从而能够在热失控发生时防止热失控在电池单元之间传播，或者有效地延迟热失控的传播。
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以上未描述的附加其它效果。
附图说明
图1是示出包括在常规电池模块中的电池单元和粘合构件的图；
图2是示出根据本公开的一个实施方式的电池模块的立体图；
图3是示出包括在图2的电池模块中的电池单元的立体图；
图4是示出沿图2的切割线a-a’切割的截面的图；
图5是示出根据本公开的另一实施方式的电池模块的图；以及
图6是示出包括在图5的电池模块中的电池单元堆的一部分的立体图。
具体实施方式
在下文中，将参考附图详细描述本公开的各种实施方式，使得本领域技术人员可以容易地执行这些实施方式。本公开可以以各种不同的方式修改，并且不限于本文阐述的实施方式。
与说明书无关的部分将被省略以清楚地描述本公开，并且在整个说明书中，相同的附图标记表示相同的元件。
此外，在附图中，为了便于描述，任意示出每个元件的尺寸和厚度，并且本公开不一定限于附图所示的那些。在附图中，为了清楚起见，层、区域等的厚度被夸大。在附图中，为了便于描述，夸大地示出了部件和区域的厚度。
此外，应当理解，当诸如层、膜、区域或板的元件被称为在另一元件“上”或“上方”时，其可以直接在另一元件上，或者也可以存在中间元件。相反，当元件被称为“直接在”另一元件上时，这意味着不存在其它中间元件。此外，某一部件位于参考部分的“上方”或“上”意味着某一部件位于参考部分上方或下方，并且不特别意味着某一部件朝向重力的相反方向位于“上方”或“上”。
此外，在整个说明书中，当一部分被称为“包括”或“包含”某一部件时，意味着该部分还可以包括其它部件，而不排除其它部件，除非另有说明。
此外，在整个说明书中，当被称为“平面的”时，意味着是在从上侧观察目标部分时，并且当被称为“截面”时，这意味着是在从竖直地切割的截面的一侧观察目标部分时。
术语“第一”、“第二”等在本文用于解释各种部件，但是部件不应受术语限制。这些术语仅用于将一个部件与另一个部件区分开。
现在将参照图2至图6描述本公开的电池模块。
图2是示出根据本公开的一个实施方式的电池模块的立体图。图3是示出包括在图2的电池模块中的电池单元的立体图。图4是示出沿图2的切割线a-a’切割的截面的图。
参考图2至图4，根据本实施方式的电池模块100包括电池单元堆120和围绕电池单元堆120的模块框架200，多个电池单元110堆叠在该电池单元堆120中。
首先，电池单元110优选是袋型电池单元，并且可以形成为矩形片状结构。例如，参照图3，根据本实施方式的电池单元110具有这样的结构，其中两个电极引线111和112面向彼此并且分别从单元主体113的一个端部114a和另一端部114b突出。也就是说，电池单元110包括在相互相反的方向上突出的电极引线111和112。更具体地，电极引线111和112连接到电极组件(未示出)，并且从电极组件(未示出)突出到电池单元110的外部。
同时，可以通过以电极组件(未示出)被容纳在单元外壳114中的状态将单元外壳114的两个端部114a和114b与连接两个端部的一个侧部114c接合来制造电池单元110。换句话说，根据本实施方式的电池单元110具有总共三个密封部114sa、114sb和114sc，其中密封部114sa、114sb和114sc具有通过诸如热封的方法被密封的结构，并且剩余的其它侧部可以由连接部115构成。
另外，连接部115可以沿着电池单元110的一个边缘延伸较长，并且可以在连接部115的端部处形成蝠耳110p。此外，当单元外壳114在突出的电极引线111和112插设在其间的状态下被密封时，可以在电极引线111和112与单元主体113之间形成梯台部116。也就是说，电池单元110可以包括形成为在电极引线111和112突出的方向上从单元外壳114延伸的梯台部116。
这样的电池单元110可以由多个数量组成，并且多个电池单元110可以被堆叠以便彼此电连接，从而形成电池单元堆120。特别地，如图5所示，多个电池单元110可以沿着平行于y轴的方向堆叠。因此，电极引线111和112可以分别在x轴方向和x轴方向上突出。
同时，模块框架200可以是围绕除了前表面和后表面之外的电池单元堆120的单框架。然而，模块框架200不限于此，并且可以包括这样的框架形状，该框架形状包括：在其上表面、前表面和后表面中开口并覆盖电池单元堆120的下部和两个侧部的L形框架或U形框架；以及覆盖电池单元堆120的上部的上板。容纳在模块框架200内部的电池单元堆120可以通过模块框架200被物理地保护。此时，模块框架200可以包括模块框架200的下部200a、模块框架200的侧表面部200b和模块框架200的上部200c。
端板150可以覆盖电池单元堆120的在模块框架200中开口的前表面和后表面。端板150可以焊接联接到模块框架200的前端边缘和后端边缘。
汇流条框架(未示出)可以形成在端板150与电池单元堆120的前表面和后表面之间。安装到汇流条框架的多个汇流条形成为从电池单元110突出并且可以与安装到汇流条框架的电极引线111和112进行接触。
此外，根据本实施方式的电池模块100还可以包括导热树脂层310，导热树脂层310位于电池单元堆120的下表面与模块框架200的下部20c之间，并且导热树脂层310可以执行将从电池单元110产生的热量传递到电池模块100的底部的功能。
同时，参照图4，根据本实施方式的电池模块100包括插设在电池单元110之间的灭火构件300。
此时，电池单元110包括彼此相邻的第一电池单元110a和第二电池单元110b。此外，第二电池单元110b可以形成为邻接在第一电池单元110a之后。因此，第一电池单元110a和第二电池单元110b可以交替地形成。
此外，参照图4，灭火构件300以Z字形围绕第一电池单元110a的上表面、第一电池单元110a与第二电池单元110b之间的空间、以及第二电池单元110b的下表面。也就是说，灭火构件300可以覆盖第一电池单元110a的上表面和第二电池单元110b的下表面，并且可以形成为围绕第一电池单元110a与第二电池单元110b之间的空间。特别地，由于第一电池单元110a和第二电池单元110b可以交替地形成，所以灭火构件300可以分别围绕交替地形成的第一电池单元110a与第二电池单元110b之间的空间。
此时，灭火构件300可以包括灭火剂和储存灭火剂的壳体。图4所示的灭火构件300可以是如上所述的情况。因此，灭火剂可以形成在灭火构件300的壳体内部。
当在电池模块100和电池单元110内部发生高温时，壳体熔化，并且储存在壳体中的灭火剂可以被排放到壳体的外部。特别地，当热失控发生在电池模块100内部时，壳体可以熔化。此时，从壳体排放的灭火剂能够实现防止在电池单元110发生热失控现象以及延迟热失控的传播的效果。此外，通过阻止火灾和火焰，可以实现防止并延迟火灾和火焰传播到相邻电池单元110的效果。
因此，壳体可以由在发生热失控现象时可以熔化的材料制成。此外，灭火剂可以是液体灭火剂和/或常用的粉末型灭火剂。作为示例，灭火剂材料可以是包括泡沫灭火剂的液体灭火剂，并且可以是碳酸氢钠(NaHCO3)、碳酸氢钾(KHCO3)、磷酸铵(NH4H2PO3)以及“碳酸氢钾(KHCO3)与尿素((NH2)2CO)”的混合物中的任一种。然而，灭火剂不限于此，并且可以使用执行灭火功能的任何材料而没有限制。
此外，灭火构件300可以具有双面粘合特性。特别地，灭火构件300的壳体可以具有双面粘合特性。因此，如稍后将描述的，其可以执行将在灭火构件300上居中地形成在灭火构件300的两个表面上的第一电池单元110a和第二电池单元110b固定的功能。
此外，参照图4，灭火构件300可以与模块框架200的上部200c和模块框架200的下部200a进行接触。此外，由于导热树脂层310可以形成在模块框架200的下部200a上，所以灭火构件300可以与导热树脂层310进行接触。
此外，灭火构件300可以形成为围绕第一电池单元110a与第二电池单元110b之间的空间，并且可以形成为插设在第一电池单元110a与第二电池单元110b之间，从而将第一电池单元110a和第二电池单元110b彼此粘附。
此外，灭火构件300可以插设在模块框架200的侧表面部200b与最外电池单元110之间。也就是说，灭火构件300可以形成为接触模块框架200的侧表面部200b，并且还可以形成为接触最外电池单元110的侧表面。因此，灭火构件300可以将包括在模块框架200的侧表面部200b中的最外电池单元110和电池单元堆120粘附，并且电池单元堆120可以固定在模块框架200内部。
因此，灭火构件130位于电池单元110的上部或下部处，并插设在相邻的电池单元110之间，从而当在根据本实施方式的电池模块100中发生点火现象或热失控现象时，有效地阻止在电池单元110中产生的火焰。此外，在通过灭火构件130熄灭在电池单元110中产生的火焰的过程中，会产生二氧化碳和水蒸气。该反应是吸热反应，并且可以吸收在电池单元110中产生的热失控现象的热量，并且也可以切断氧气供应，从而有效地延迟火焰和热量在电池单元110之间的传播。此外，可以提高电池模块100的安全性。
接下来，将参考图5和图6描述根据本公开的其它实施方式的电池模块。由于存在与上述内容重叠的内容，所以仅描述与上述内容不同的部分。
图5是示出根据本公开的另一实施方式的电池模块的图。图6是示出包括在图5的电池模块中的电池单元堆的一部分的立体图。
参照图5，灭火构件300可以与模块框架200的上部200c和模块框架200的下部200a进行接触。此外，由于导热树脂层310可以形成在模块框架200的下部200a上，所以灭火构件300可以与导热树脂层310进行接触。
此外，参照图5和图6，本实施方式的灭火构件300可以与第一电池单元110a的上表面以及第二电池单元110b的下表面进行接触。
因此，由于灭火构件300具有如上所述的双面粘合特性，因此其可以将模块框架200的上部200c以及第一电池单元110a的上表面粘附，并且可以将模块框架200的下部200a以及第二电池单元110b的下表面粘附。
此外，灭火构件300可以形成为围绕第一电池单元110a和第二电池单元110b之间的空间，并且可以形成为插设在第一电池单元110a与第二电池单元110b之间，从而将第一电池单元110a和第二电池单元110b彼此粘附。
此时，通过粘附，可以在电池单元110之间进行固定，并且通过堆叠多个电池单元110形成的电池单元堆120可以固定在模块框架200上。
由此，电池单元110中的每一个可以通过以Z字形围绕电池单元110的灭火构件300隔离。因此，即使在一个电池单元110中发生热失控现象，也可以通过灭火构件300阻止热失控现象，并且可以延迟热失控现象的传播。此外，通过将形成在模块框架200中的电池单元堆120和电池单元110粘附并固定，可以最小化电池单元堆120和电池单元110的移动以及由此引起的损坏，从而提高电池模块的稳定性。
接下来，将描述根据本公开的又一实施方式的电池组。
根据本实施方式的电池组包括上述电池模块。此外，本公开的电池组可以具有这样的结构，在该结构中，根据本实施方式的电池模块中的一个或更多个被聚集，并且与控制和管理电池的温度、电压等的电池管理系统(BMS)和冷却装置封装在一起。
电池组可应用于各种装置。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等的车辆装置中，但本公开不限于此，并且适用于可以使用电池模块的也落入本公开的范围下的各种装置。
尽管以上已经示出和描述了本公开的优选实施方式，但是本公开的范围不限于上述特定实施方式，并且在不脱离所附权利要求中描述的本发明的原理的精神和范围的情况下，本领域技术人员可以进行许多其它修改。此外，这些修改不应当从本公开的技术精神或角度被单独理解。
[附图标记的描述]
100：电池模块
110：电池单元
120：电池单元堆
150：端板
200：模块框架
300：灭火构件
Claims (12)
1.一种电池模块，所述电池模块包括：
电池单元堆，多个电池单元堆叠在所述电池单元堆中；
模块框架，所述模块框架围绕所述电池单元堆；以及
灭火构件，所述灭火构件插设在所述多个电池单元之间，
其中，所述多个电池单元包括彼此相邻的第一电池单元和第二电池单元，并且
其中，所述灭火构件以Z字形围绕所述第一电池单元的上表面、所述第一电池单元与所述第二电池单元之间的空间、以及所述第二电池单元的下表面。
2.根据权利要求1所述的电池模块，其中，
所述灭火构件包括：
灭火剂；以及
壳体，所述壳体储存所述灭火剂。
3.根据权利要求2所述的电池模块，其中，
当在所述电池模块内部出现高温时，所述壳体熔化，并且
储存在所述壳体中的所述灭火剂被排放到所述壳体的外部。
4.根据权利要求2所述的电池模块，其中，
所述灭火构件具有双面粘合特性。
5.根据权利要求4所述的电池模块，其中，
所述壳体具有双面粘合特性。
6.根据权利要求1所述的电池模块，其中，
所述灭火构件与所述模块框架的上部和所述模块框架的下部进行接触。
7.根据权利要求1所述的电池模块，其中，
所述灭火构件与所述第一电池单元的上表面和所述第二电池单元的下表面进行接触。
8.根据权利要求1所述的电池模块，其中，
所述灭火构件将所述模块框架的上部和所述第一电池单元的上表面粘附，并且将所述模块框架的下部和所述第二电池单元的下表面粘附。
9.根据权利要求1所述的电池模块，其中，
所述灭火构件将所述第一电池单元和所述第二电池单元彼此粘附。
10.根据权利要求1所述的电池模块，其中，
所述灭火构件插设在所述模块框架的侧表面部与最外电池单元之间。
11.根据权利要求10所述的电池模块，其中，
所述灭火构件将所述模块框架的所述侧表面部和所述最外电池单元粘附。
12.一种电池组，所述电池组包括根据权利要求1所述的电池模块。
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