CN116918166A - 能够早期检测排气的电池模块、电池组以及用于早期检测排气的方法 - Google Patents

Abstract

本文公开的内容提供一种被配置为将电池单体的体积变化从停滞状态再次转变为增加状态的时间识别为排气风险点的电池模块、一种电池组以及一种用于检测排气风险点的方法。本发明可以在袋型电池单体的密封部分中形成间隙之前立即识别排气的风险，从而具有提高尤其是大容量电池应用于的电池模块和电池组的安全性的效果。

Description

能够早期检测排气的电池模块、电池组以及用于早期检测排 气的方法

技术领域

本申请要求基于2021年12月30日提交的韩国专利申请No.10-2021-0191987和2022年12月21日提交的韩国专利申请No.10-2022-0180764的优先权的权益。

本发明涉及一种电池模块、电池组和用于检测排气的方法，其中通过基于电池单体的体积变化行为在早期阶段识别排气来提高安全性。

背景技术

最近，能够充电和放电的二次电池已经被广泛用作无线移动设备的能量源。此外，二次电池作为电动汽车、混合动力电动汽车等的能量源而受到关注，电动汽车、混合动力电动汽车等被提出作为针对现有的使用化石燃料的汽油车和柴油车的空气污染等的解决方案。因此，由于二次电池的优点，使用二次电池的应用的类型已经多样化，并且预期二次电池将在未来应用于许多领域和产品。

这些二次电池根据电极和电解质的组成可以被分类为锂离子电池、锂离子聚合物电池、锂聚合物电池等，并且在它们当中，锂离子聚合物电池的使用有所增加，锂离子聚合物电池不太可能泄漏电解质并且易于制造。通常，根据电池外壳的形状，二次电池可以被分类为圆柱形电池和电极组装件被嵌入圆柱形或棱柱形金属罐中的棱柱形电池、以及电极组装件被嵌入由铝层压片制成的袋型外壳中的袋型电池。

在它们当中，由于电池的高容量引起的外壳的面积的扩大和加工成薄型材料备受关注，并且因此，具有其中堆叠型或堆叠/折叠型电极组装件被嵌入由铝层压片制成的袋型电池外壳中的结构的袋型电池的使用由于制造成本低、重量轻、易变换形状等原因而逐渐增多。

图1是袋型电池单体的示意图。

袋型电池单体10包括其中电连接到袋型电池外壳20内部的电极组装件30的正极和负极极耳31、32的两个电极引线40、41以使得它们被暴露于外部的方式被密封的结构，电极组装件30由正极、负极和设置在它们之间的分隔件组成。

电池外壳20可以由外壳主体21和一体地连接到主体21的盖22组成，外壳主体21包括电极组装件可以被安置在其中的凹形容纳部分23。

在堆叠型电极组装件30中，多个正电极极耳和多个负电极极耳32分别熔合并耦合到电极引线40、41。此外，电极引线40、41位于外壳主体21的上端24和盖22的上端，并且绝缘膜50附接到其以防止短路。

当密封袋型电池单体10时，外壳主体21和盖在它们彼此接触的状态下使用密封构件热压在一起，并且构成组成主体21和盖22的铝层压片的最里面的涂层的聚合物树脂在热压期间熔化，并且主体和盖变得熔合。并且通过密封构件的热压而热熔合的部分被称为密封部分。

同时，在袋型电池的使用期间，电池的劣化随着反复充电和放电而出现，并且当突然暴露于高温时，在电池中产生内部气体，并且如此产生的气体填满电池的密封的剩余空间，从而导致电池膨胀。此外，由内部气体引起的内部压力作用于袋型二次电池的密封部分，从而削弱了密封部分的粘合强度，并且当这种状态持续数周或数月时，可能在密封部分中形成间隙。

因此，在电池内部的气体通过密封部分中的间隙排放到电池的外部，电池内部的电解质通过密封部分中的间隙挥发，并且来自外部的氧气或水分流入电池单体中，从而导致电池单体性能出现问题。此外，电解质的泄漏可能导致外部电路中的安全问题。

韩国专利公开No.10-2021-0073898公开了一种电池模块，其包括控制部分，该控制部分检测在单体堆的体积扩张时施加到外壳的压力，并且将压力值的拐点确定为外壳变形的发生的时间。然而，尽管上述技术有用于检测外壳变形的时间，但存在的局限性在于无法在早期阶段检测电池单体的排气的时间。

因此，需要开发一种用于电池模块和电池组的技术，其能够在早期阶段检测电池单体中的排气。

发明内容

技术问题

在电池模块方面，本发明的目的是提供一种能够提前或在早期阶段识别排气的电池模块和电池组。

此外，在袋型二次电池方面，本发明涉及提供一种用于早期检测排气点的方法。

技术方案

根据本发明的实施例，一种电池模块包括：电池单体堆，在电池单体堆中堆叠多个电池单体；测量部分，该测量部分包括用于观察电池单体的体积变化的体积测量装置，并且将观察到的体积变化作为信号传输；以及控制部分，该控制部分接收来自测量部分的信号，基于接收到的信号来创建表示随时间的体积变化的时间-体积曲线，并且识别排气的风险，其中控制部分被配置为将时间-体积曲线中的体积变化从停滞状态再次转变为增加状态的时间识别为排气风险点。

在本发明的示例性实施例中，时间-体积曲线可以被分成体积增加的第一区段、体积变化在第一区段之后停滞的第二区段、以及体积变化在第二区段之后再次增加的第三区段，其中控制部分可以将第三区段的起点识别为排气风险点。

在本发明的示例性实施例中，控制部分可以被配置为基于当电池单体的充电状态(SOC)满足设定SOC值时的体积来创建时间-体积曲线。

在本发明的示例性实施例中，控制部分可以被配置为利用在标准温度Tn下的体积Vn校正在实际体积测量温度Tm下测量的体积Vm，并且基于校正后的体积Vn来创建时间-体积曲线。

在本发明的示例性实施例中，电池单体可以是袋型电池单体，袋型电池单体具有其中包括正极、负极和分隔件的电极组装件被容纳在层压片的电池外壳内部，并且电池外壳通过热熔合密封的结构。

在本发明的示例性实施例中，体积测量装置可以包括热成像相机，热成像相机被配置为对其中电池外壳被热熔合的密封部分执行视觉检查。

根据本发明的示例性实施例的电池模块可以进一步包括模块外壳，模块外壳内部具有与电池单体堆的形状和尺寸相对应的容纳空间，并且为六面体形状。

在本发明的示例性实施例中，体积测量装置可以是应变规或压力传感器。

在本发明的示例性实施例中，控制部分可以包括用于将从测量部分接收的信号估计为体积变化的计算部分。

在本发明的示例性实施例中，应变规可以附接到其中电池外壳被热熔合的密封部分。

在本发明的示例性实施例中，测量部分可以进一步包括：电压传感器，电压传感器用于测量电池单体的电压；以及温度传感器，温度传感器用于测量电池单体的温度。

在本发明的示例性实施例中，控制部分可以被配置为当识别到排气风险时产生警告信号以确保电池模块的安全，并且警告信号可以是以下中的任何一个或多个：(1)用于停止电池模块的操作的操作控制信号，(2)在视觉上或听觉上使配备有电池模块的设备的用户或机械师意识到危险的识别信号。

根据本发明的另一示例性实施例，提供了一种电池组，其包括一个或多个电池模块作为单元模块。

根据本发明的另一示例性实施例，一种用于检测袋型电池单体的排气风险的排气风险点的检测方法包括：随时间测量电池单体的体积变化和电池单体的充电状态(SOC)的数据收集过程S10；创建时间-体积曲线S20，在时间-体积曲线中，使体积与时间的流逝相对应；以及将时间-体积曲线中的体积变化从停滞状态再次转变为增加状态的时间确定S30为排气风险点。

在本发明的示例性实施例中，创建时间-体积曲线S20可以包括：当电池单体的充电状态(SOC)为设定SOC时，选择S21电池单体的测量体积数据；以及通过将所选择的体积数据与时间的流逝相匹配来创建时间-体积曲线S22。

在本发明的示例性实施例中，数据收集过程S10可以进一步包括测量电池单体的温度，并且创建时间-体积曲线S20进一步包括校正体积S23，其中当作为在数据选择过程S21中选择的体积数据的基础的体积测量温度Tm不同于标准温度Tn时，所选择的体积数据被校正为在标准温度Tn下的体积，其中创建时间-体积曲线S22创建与通过校正体积S23校正的体积相对应的时间-体积曲线。

在本发明的示例性实施例中，袋型电池单体可以具有其中包含正极、负极和分隔件的电极组装件被容纳在层压片的电池外壳内部，并且电池外壳通过热熔合密封的结构，并且数据收集过程S10可以包括使用热成像相机、应变规和压力传感器中的任一个将接收到的信号转变为电池单体的体积变化。

有益效果

由于当电池单体的时间-体积曲线中的体积变化从停滞状态转变为增加状态时袋型电池单体的密封部分的熔合状态被释放，所以根据本发明的电池模块被配置为将此识别为排气风险点，从而允许在密封部分中出现间隙之前或在将要在密封部分中出现间隙时检测到排气的风险，从而具有提高电池模块的性能和安全性的效果。

附图说明

图1是袋型电池单体的示意图。

图2是根据本发明的示例性实施例的电池模块的分解透视图。

图3是示出包括在电池模块中的电池单体的体积变化行为的示意图。

图4是示出包括在电池模块中的电池单体按每个区段的体积变化行为的示意图。

图5是根据本发明的另一示例性实施例的电池模块的分解透视图。

图6是应变规的示意图。

图7是示出应变规附接到电池单体的各种实施例的图。

图8是根据本发明的用于检测排气风险点的方法的流程图。

图9是根据本发明的示例性实施例创建的时间-体积曲线。

具体实施方式

由于本发明可以应用各种修改并且具有各种实施例，因此将在说明书中例示和详细描述具体示例性实施例。然而，应当理解，本发明不限于具体实施例，并且包括在本发明的精神和技术范围内的所有修改、等同或替代。

术语“包括”或“具有”在本文中用于指定说明书中描述的特性、数字、步骤、动作、组件或成员或其组合的存在，并且应当理解，不预先排除一个或多个其他特性、数字、步骤、动作、组件、成员或其组合的存在或添加的可能性。此外，当层、膜、区域或板的一部分被设置在另一部分“上”时，这不仅包括一个部分“直接”被设置在另一部分“上”的情况，而且包括第三部分被插设在它们之间的情况。相比之下，当层、膜、区域或板的一部分被设置在另一部分“下方”时，这不仅包括一个部分“直接”被设置在另一部分“下方”的情况，而且包括第三部分被插设在它们之间的情况。此外，在本申请中，“上”不仅可以包括设置在上部分上的情况，而且包括设置在下部分上的情况。

在下文中，将详细解释本发明。

电池模块

根据本发明的电池模块包括：电池单体堆，在电池单体堆中堆叠了多个电池单体；测量部分，该测量部分包括用于观察电池单体的体积变化的体积测量装置，并且将观察到的体积变化作为信号传输；以及控制部分，该控制部分接收来自测量部分的信号，创建表示随时间的体积变化的时间-体积曲线，并且识别排气的风险，其中控制部分被配置为将时间-体积曲线中的体积变化从停滞状态再次转变为增加状态的时间识别为排气风险点。

电池单体是袋型电池单体，并且袋型电池单体具有其中包括正极、负极和分隔件的电极组装件被容纳在层压片的电池外壳内，并且电池外壳通过热熔合密封的结构。

参照图1，袋型电池单体10具有其中电连接到袋型电池外壳20内部的电极组装件30的正极和负极极耳31、32的两个电极引线40、41以使得它们被暴露于外部的方式被密封的结构，电极组装件30由正极、负极和设置在它们之间的分隔件组成。

电池外壳20可以由外壳主体21和一体地连接到主体21的盖22组成，外壳主体21设有电极组装件30可以被安置在其中的凹形容纳部分23。

当密封袋型电池单体10时，外壳主体21和盖22在彼此接触的同时使用密封构件热压在一起，并且在热压期间，构成组成主体21和盖22的铝层压片的最里面的涂层的聚合物树脂熔化，并且因此主体21和盖22熔合。并且通过密封构件的热压而热熔合的部分被称为密封部分。

这种袋型电池单体10根据使用年限具有恒定的体积变化模式。图3是示出容纳在电池模块中的电池单体的体积变化行为的示意图。参照图3，电池单体的体积最初趋向于增加，但当达到一定体积时，电池单体的体积的增加趋向于停滞。最初，在电池中产生的内部气体充满电池单体内部的空隙，并且增加电池单体的体积，但当电池单体达到一定体积时，由于电池单体内部的有限空间，电池单体的体积增加变得困难。然而，由于在电池单体内部不断产生气体，并且该气体增加电池的内部压力，所以即使在从外部观察时体积变化停滞时，电池内部的压力也不断增加。即，在图3中示出的体积变化行为中，体积增加停滞的区段可以是内部压力的增加累积的区段。

当该停滞区段进展到一定程度时，观察到电池单体的体积再次增加的趋势。当体积再次增加的趋势开始出现时，可能是袋型电池的密封部分开始打开的时间。密封部分的打开意味着主体21和盖22由于在其中主体21和盖22热熔合的密封部分的熔合状态释放而分离。此外，当密封部分打开现象加剧时，在连接电池的内部和外部的密封部分中产生间隙，并且电解质通过间隙泄漏或气体通过间隙排出，这对电池单体的性能和安全性产生负面影响。

因此，在本发明中，包括在测量部分中的体积测量装置观察电池单体的体积变化，并且控制部分基于从测量部分接收到的体积变化信号来创建表示随时间的体积变化的时间-体积曲线。

此外，控制部分将时间-体积曲线中的体积变化从停滞状态再次转变为增加状态的时间识别为主体21和盖22的每个密封部分的熔合状态开始释放的时间，因此将此视为排气风险点。因此，本发明的电池模块具有通过在即将发生排气时识别排气的风险来提高电池模块的性能和安全性的效果。

<第一实施例>

图2是根据本发明的示例性实施例的电池模块的示意图。参照图2，根据本发明的电池模块100包括电池单体堆110、测量部分120和控制部分130。

电池单体堆110通过堆叠多个电池单体10形成。电池单体10是上述袋型电池单体，并且由于电池外壳的材料特性，当产生内部气体时，立即观察到电池单体的体积变化，因此其适合作为包括在本发明的电池模块中的电池单体。同时，其中电池外壳是金属罐的棱柱形或圆柱形电池不适合作为包括在本发明的电池模块中的电池单体，因为由于电池外壳的材料特性当产生内部气体时难以立即观察到电池单体的体积变化。

此外，电池单体10可以是适用于汽车、ESS等的高容量电池。具体地，电池单体10的容量可以在30Ah至150Ah的范围内。由于这样的高容量电池单体10产生大量内部气体，因此在排气时可能会导致重大事故，但本发明的电池模块可以在排气之前或排气开始时检测到排气，因此其对高容量电池单体特别有用。

测量部分120可以包括用于观察电池单体10的体积变化的体积测量装置，并且可以被配置为将观察到的体积变化作为信号传输到控制部分130。

在一个具体示例中，测量部分120可以包括作为用于观察电池单体10中的体积变化的体积测量装置的热成像相机。热成像相机可以被配置为对热熔合到袋型电池单体10的电池外壳的密封部分执行视觉检查。

在电池模块的结构方面，在电池单体堆110打开的结构中，热成像相机可以容易地观察到电池单体10或电池单体堆110的体积变化。

当体积测量装置是热成像相机时，控制部分130可以包括计算部分，该计算部分输入用于根据从相机接收到的电池单体图像估计电池单体的体积变化的计算程序。这种计算程序可以通过电池单体图像中显示的像素数量来估计体积变化。此外，控制部分可以基于这样的体积变化来创建表示随时间的体积变化的时间-体积曲线。

优选的是，这种热成像相机被设置在密封部分的外围，以便能够对电池单体的密封部分执行视觉检查。

此外，在本发明中，如果在电池单体堆当中的甚至一个电池单体中发生排气，也可能影响电池模块的性能和安全性，因此期望热成像相机能够观察到构成电池单体堆的每个电池单体的体积。

控制部分130从测量部分120接收信号，基于接收到的信号来创建表示随时间的体积变化的时间-体积曲线，并且确定排气的风险。此外，控制部分将时间-体积曲线中的体积变化从停滞状态再次转变为增加状态的时间确定为排气风险点。

根据一个具体示例的时间-体积曲线可以具有图3所示的图形概览。

在下文中，将参照附图详细描述将时间-体积曲线中的体积变化从停滞状态再次转变为增加状态的时间确定为排气风险点的技术背景。

参照图3，由控制部分创建的时间-体积曲线可以被分为体积增加的第一区段α、体积变化在第一区段之后停滞的第二区段β、以及体积变化在第二区段之后再次增加的第三区段γ。

图4是示出电池单体针对每个区段的体积变化行为的电池单体的横截面视图。图4(a)至图4(b)示出了第一区段的电池单体，图4(b)至图4(c)示出了第二区段的电池单体，并且图4(c)至图4(d)示出了第三区段的电池单体。

作为初始区段的第一区段α是电池单体的体积不断增加的区段。随着电池单体被使用，产生的内部气体的量增加，并且电极本身的体积可能扩张。因此，在时间-体积曲线的初始区段中，示出了电池单体的体积不断增加的行为。

第一区段是电池单体的体积增加同时电池单体10内部的气体占据电池单体内部的空的空间的区段。在第一区段中，如图4(a)至图4(b)所示，电池单体10的体积增加。

当电池单体10的体积增加到一定水平时，如图4(b)所示，由于电池外壳内部的空间有限，所以时间-体积曲线进入电池单体的体积变化停滞的第二区段β。第二区段是体积增加停滞的区段，并且在外部，虽然电池单体的体积变化似乎停滞不前，但内部压力的增加可能不断累积。

如图3(a)所示，这种第二区段β的图形概览可以具有比第一区段中的体积变化的斜率小得多的体积变化的斜率。此外，如图3(b)所示，在第二区段的图形概览中，第二区段β的体积变化的斜率可能接近于零。

如图4(b)至图4(c)所示，在第二区段β中，电池单体10可能不在外形上增加体积。

此外，当第二区段β中的状态持续到一定程度时，电池单体的内部压力累积，并且累积的内部压力可以逐渐释放电池单体的密封部分的熔合状态。然后，随着已经熔合的密封部分打开，由开口形成的间隙充满内部气体，从而进入电池单体的体积开始回到增加的第三区段γ。第三区段是电池单体10的体积在第二区段之后再次增加的区段，并且如图4(c)至图4(d)所示，第三区段γ的电池单体10使其密封部分S打开，并且内部气体被引入到打开的密封部分内的空间S’中，从而导致电池单体的体积增加。

因此，本发明的控制部分130将第三区段的起点确定为排气风险点。第三区段的开始是内部气体被引入到由熔合密封部分的开口形成的内部空间中的区段，并且虽然实际上还没有开始排气，但其是即将发生排气的时段，所以本发明的电池模块具有在即将发生排气时检测排气的风险的效果。

同时，由电池单体10产生的气体的量受电池单体的充电状态(SOC)和电池单体的温度影响。即使电池单体具有相同的使用期，产生的气体的量也取决于电池单体的充电状态和温度而变化，因此电池单体的体积也受影响。

也就是说，即使电池单体具有相同的使用期，在电池单体的充电状态完全充电(SOC 100％)时电池单体的体积和在电池单体的充电状态完全放电(SOC 0％)时电池单体的体积之间也可能存在差异。

此外，即使电池单体具有相同的使用期和充电状态，电池单体的体积也可能分别在温度高和低时不同。

因此，本发明的控制部分130可以被配置为通过反映根据充电状态的差异的电池单体的体积差异以及根据电池单体的温度差异的电池单体的体积差异来创建时间-体积曲线。

在电池单体的使用期间，由于电池单体被反复充电和放电，所以电池单体的充电状态(SOC)不是恒定的并且随时间不断变化。因此，为了准确地比较电池单体体积，应当基于电池单体在恒定充电状态下的体积来比较电池单体体积。

因此，作为本发明的时间-体积曲线的基础的体积可以是当电池单体的充电状态满足设定SOC值时电池单体的体积。也就是说，本发明的控制部分130可以被配置为基于当电池单体的充电状态(SOC)满足设定SOC值时的体积来创建时间-体积曲线。

作为用于体积测量的基础的SOC的设定值不受特别限制，并且在一个具体示例中，设定SOC可以是当第一次测量电池单体的体积时电池单体的SOC。在这种情况下，有可以从电池单体使用开始就观察到体积变化的优点。

在另一具体示例中，设定SOC可以是从SOC 0％到SOC 20％的范围中选择的值。在电池单体中，随着充电状态水平增加，产生的气体的量增加，并且因此电池单体的体积增加。由于随着电池单体处于放电状态或接近放电状态，可以排除根据充电状态的体积增加效应，并且由于基于在上述范围中选择的充电状态下的电池单体的体积而创建的时间-体积曲线从第一区段到第三区段具有很大的鉴别效果，所以可以更准确地检测第三区段的点。

在这种情况下，为了获知电池单体的充电状态(SOC)，除了体积测量装置之外，测量部分120可以进一步包括用于测量电池单体的SOC的装置。作为体积测量装置的具体示例，可以例示用于测量电池单体的电压的电压传感器。

同时，即使如上所述基于当满足特定SOC时测量的电池单体的体积来创建时间-体积曲线，为了更准确地比较体积，也需要在时间-体积曲线中反映根据温度差异的体积差异。

因此，根据本发明的示例性实施例的控制部分130将在实际体积测量温度Tm下测量的体积Vm校正为在标准温度Tn下的体积Vn，并且其可以被配置为基于校正后的体积Vn来创建时间-体积曲线。

例如，在某个时间点T1处，当SOC为10％的电池单体的体积测量温度为23℃时，并且在某个时间点T2处，当SOC为10％的电池单体的体积测量温度为28℃，需要根据当测量体积时的温度差异来校正体积差异。

本发明的控制部分130可以被输入有用于根据温度差异来校正体积差异的校正公式，并且控制部分130可以将体积测量温度Tn、在测量温度Tn下的测量体积值Vm、以及标准温度Tn代入这样的校正公式以计算在标准温度Tn下的体积Vn。此外，通过基于这样计算出的体积Vn来创建时间-体积曲线，可以校正由于温度差异引起的体积变化。因此，控制部分具有能够更准确地比较体积变化的效果。

可以通过预先对表示电池单体的温度和体积之间的相关性的返回数据(backdata)的回归分析或者深度学习来导出校正公式。

在这种情况下，为了获知电池单体的体积测量温度，除了体积测量装置之外，测量部分120可以进一步包括用于测量电池单体的温度的温度传感器。这种温度传感器的具体示例可以是热耦传感器。

在一个具体示例中，控制部分130可以是监测和控制电池模块的操作的BMS(电池管理系统)。

此外，本发明的控制部分130可以在识别到排气的风险时产生警告信号以确保电池模块的安全。

在一个具体示例中，警告信号可以是用于停止电池模块的操作的操作控制信号。在另一具体示例中，警告信号可以是在视觉上或听觉上使配备有电池模块的设备的用户或机械师意识到危险的识别信号。

<第二实施例>

图5示出了根据本发明的另一示例性实施例的电池模块，并且图6是示出电池模块的一部分的图。参照这些附图，根据本发明的示例性实施例的电池模块200包括电池单体堆210、测量部分、控制部分和模块外壳250。

与根据第一实施例的电池模块100相比，根据第二实施例的电池模块200进一步包括模块外壳250，使得存在的差异在于电池单体堆210未打开，并且具有由端板240和模块外壳250组成的封闭结构。

模块外壳250在其中具有与电池单体堆210的形状和尺寸相对应的容纳空间。模块外壳250可以具有六面体形状，并且可以具有其中一对彼此面对的表面是打开的打开部分。电池单体堆210可以通过打开部分插入到模块外壳250中。打开部分可以具有耦合到其上的端板240，并且可以通过端板240和模块外壳250之间的耦合而具有封闭结构。

在具有封闭结构的电池模块中，即使在电池模块内部安装了热成像相机，也可能无法或极其难以通过视觉检查来观察电池单体的体积变化。

因此，如果电池模块具有由诸如模块外壳250等的外部材料封闭的结构，则应变规或压力传感器可能优选作为用于观察电池单体10的体积的体积测量装置。

应变规可以是用于检测机械应力的微小变化作为电信号的装置。图6是应变规的示意图。参照图6，应变规221包括通过将几根细线沿一个方向排列并将它们串联连接来感测应力的应力感测电阻器221a、使应力检测电阻器221b与要测量的对象之间绝缘的绝缘片221c、以及用于传输测量的电信号的导线221d，并且可以形成涂层(未示出)以保护应力感测电阻器221b免受外部损坏。

应变规可以由惠斯登电桥电路组成，惠斯登电桥电路可以高效地转换作为电阻的变化输出的电信号。

当电池单体的体积扩张时，应力变化被施加到附接有应变规的电池外壳的外表面，并且应变规检测到这一点并根据应力变化产生电信号(电阻变化)。该电信号被传输到检测装置(未示出)，根据电信号的变化产生输出电压，并且输出电压由附加提供的放大器放大以输出放大电压。由于控制部分230包括用于将从应变规接收到的电压信号估计为电池单体的体积的计算部分，所以其可以计算电池单体的体积变化。

图7是示出应变规附接到电池单体10的各种实施例的图。参照图7，应变规221可以附接到其中电池外壳被热熔合的密封部分S1至S3。密封部分S1至S3具有预定宽度W，沿着电池单体10的边角部分形成，并且可以包括形成在电池单体10的左边角部分中的第一密封部分(S1)、形成在电池单体10的右边角部分中的第二密封部分S2、以及形成在电池单体10的上边角部分中的第三密封部分S3。

可以附接一个应变规221，或者可以附接两个或更多个。如图7(a)所示，应变规221可以分别附接到第一密封部分S1和第三密封部分S3相交的区域以及第二密封部分S2和第三密封部分S3相交的区域。此外，如图7(b)所示，应变规221可以分别附接到第一密封部分S1的中心、第二密封部分S2的中心以及第三密封部分S3的中心。

当多个应变规221附接到单个电池单体10时，可以使用平均值或中值来估计电池单体10的体积。

在电池单体堆210内，如果即使在一个电池单体中发生排气，其也可能影响电池模块的性能和安全性，因此优选的是，应变规221对应地附接到多个电池单体10中的每个电池单体，使得构成电池单体堆210的所有电池单体10可以被单独地监测。

压力传感器可以能够检测电池单体10的内部压力的变化。如上所述，电池单体10的体积最初增加，但是当它达到一定体积时，体积增加停滞的区段出现，并且当该停滞区段达到极限时，电池单体的内部压力作用于电池单体的密封部分，并且因此密封部分被打开。压力传感器优选被安装为使得其与其中电池外壳被热熔合的密封部分紧密接触，以便检测随着密封部分打开电池单体的体积何时再次增加。

同时，由于上面已经详细描述了电池单体堆210、测量部分和控制部分230的每个组件的内容，因此将省略其描述。

根据本发明的电池组包括上述电池模块中的一个或多个作为单元模块。因此，根据本发明的电池组可以通过早期检测电池单体的排气来提高安全性。

用于检测排气风险点的方法

图8是根据本发明的用于检测排气风险点的方法的流程图。参照图8，根据本发明的用于检测排气风险点的方法是一种用于检测袋型电池单体的排气的风险的方法，其包括：随时间测量电池单体的体积变化和电池单体的充电状态(SOC)的数据收集过程S10；创建与随时间的体积相对应的时间-体积曲线S20；以及将时间-体积曲线中的体积变化从停滞状态再次转变为增加状态的时间确定为排气风险点S30。

数据收集过程S10是对使用中的电池单体实时测量电池单体的体积和电池单体的充电状态的过程，并且其是收集变成用于确定排气风险点的数据的体积数据的过程。

测量电池单体的体积的方法不受特别限制，只要它是能够算出电池单体的体积变化的方法即可。具体地，可以使用诸如使用能够直接测量电池单体的体积变化的装置、通过分析由上述热成像相机获得的图像来估计体积变化、或者将由应变规获得的电压信号估计为体积变化的方法。

此外，由于电池单体的体积受温度影响，为了准确地比较体积变化，数据收集过程S10可以进一步包括测量电池单体的温度的过程。

为了掌握由数据收集过程S10收集和累积的数据中的体积变化的行为，创建时间-体积曲线S20的过程是创建图形的过程，其中使电池单体的体积或体积变化与时间的流逝相对应。这里，体积变化可以是通过从在任意时间点测量的电池单体的体积减去初始电池单体的体积而获得的值。

同时，由电池单体产生的气体的量受电池单体的充电状态(SOC)影响。即使电池单体具有相同的使用期，产生的气体的量也取决于电池单体的充电状态而变化，并且因此电池单体的体积也受影响。即，即使电池单体具有相同的使用期，在电池单体的充电状态完全充电(SOC 100％)时电池单体的体积和在电池单体的充电状态完全放电(SOC 0％)时电池单体的体积也可能不同。

因此，为了反映根据电池单体的充电状态的差异的电池单体的体积差异，创建时间-体积曲线S20可以包括：选择S21当电池单体的充电状态(SOC)为设定SOC时测量的电池单体的体积数据；以及通过使所选择的体积数据与时间的流逝相对应来创建时间-体积曲线S22。

在电池单体的使用期间，由于电池单体被反复充电和放电，所以电池单体的充电状态(SOC)不是恒定的并且随时间不断变化。因此，为了准确地比较电池单体体积，应当基于电池单体在恒定充电状态下的体积来比较电池单体体积。

因此，作为本发明的时间-体积曲线的基础的体积可以是当电池单体的充电状态满足设定SOC值时电池单体的体积。即，在各种充电状态下测量的体积数据当中，选择过程S21选择当电池单体的充电状态(SOC)满足设定SOC值时的体积数据，并且利用所选择的体积数据，创建随时间的体积曲线。例如，如果设定SOC为5％，则选择当电池单体的充电状态(SOC)为SOC 5％时测量的体积数据。

并且设定SOC值的范围可以是从SOC 0％到SOC 20％的范围中选择的值。在电池单体中，随着充电状态水平增加，产生的气体的量增加，并且因此电池单体的体积增加。如果电池单体处于放电状态或接近放电状态，则可以排除由于充电状态引起的体积增加效应，因此基于在上述范围中选择的充电状态下的电池单体的体积而创建的时间-体积曲线可以更准确地检测体积变化何时从停滞状态再次转变为增加状态。

同时，即使如上所述基于当满足特定SOC时测量的电池单体的体积来创建时间-体积曲线，为了更准确地比较体积，也需要在时间-体积曲线中反映由于温度差异引起的体积差异。

因此，当作为在数据选择过程S21中选择的体积数据的基础的体积测量温度Tm不同于标准温度Tn时，创建时间-体积曲线S20的过程可以进一步包括将所选择的体积数据校正为在标准温度Tn下的体积的体积校正过程S23，并且创建时间-体积曲线S22可以是创建与通过体积校正过程S23校正的体积相对应的时间-体积曲线的过程。

在一个具体示例中，体积校正过程S23使用用于根据温度差异来校正体积差异的校正公式。将电池单体的体积测量温度Tn、在测量温度Tn下的测量体积值Vm、以及标准温度Tn代入校正公式中以计算在标准温度Tn下的体积Vn。此外，创建时间-体积曲线S22可以是使用通过体积校正过程S23计算出的在标准温度Tn下的体积Vn来创建时间-体积曲线的过程。因此，有能够更准确地比较体积变化的效果。

可以通过预先对表示电池单体的温度和体积之间的相关性的返回数据的回归分析或者通过深度学习来导出校正公式。

确定过程S30是将由时间-体积曲线创建过程S20创建的时间-体积曲线中的体积变化从停滞状态再次转变为增加状态的时间确定为排气风险点的过程。

图9是根据本发明的示例性实施例创建的时间-体积曲线。图9的曲线中Y轴的体积变化是通过从在测量体积时电池单体的体积减去电池单体的初始体积而获得的值。

参照图9，根据示例1的时间-体积曲线示出电池单体的体积不断增加直到大约第8周，并且然后体积增加变得停滞。可以确定在示例1的电池中不会即将发生排气风险。

在根据示例2的时间-体积曲线中，电池单体的体积不断增加直到大约第9周，体积增加在大约第9周和大约第14周之间停滞，并且然后体积再次增加。可以确定在第14周左右在示例2的电池中即将发生排气风险。

本发明不限于上述实施例，并且应用的范围是多样的，并且任何具有本发明所属领域的普通知识的人都可以在不脱离权利要求中要求保护的本发明的主题的情况下进行各种修改。

Claims (17)

1.一种电池模块，包括：

电池单体堆，在所述电池单体堆中堆叠多个电池单体；

测量部分，所述测量部分包括用于观察电池单体的体积变化的体积测量装置，并且将观察到的体积变化作为信号传输；以及

控制部分，所述控制部分接收来自所述测量部分的信号，基于接收到的信号来创建表示随时间的体积变化的时间-体积曲线，并且识别排气的风险，其中

所述控制部分被配置为将所述时间-体积曲线中的所述体积变化从停滞状态再次转变为增加状态的时间识别为排气风险点。

2.根据权利要求1所述的电池模块，其中

所述时间-体积曲线被分成体积增加的第一区段、所述体积变化在所述第一区段之后停滞的第二区段、以及所述体积变化在所述第二区段之后再次增加的第三区段，其中

所述控制部分将所述第三区段的起点识别为排气风险点。

3.根据权利要求1所述的电池模块，其中

所述控制部分被配置为基于当电池单体的充电状态(SOC)满足设定SOC值时的体积来创建所述时间-体积曲线。

4.根据权利要求1所述的电池模块，其中

所述控制部分被配置为利用在标准温度Tn下的体积Vn校正在实际体积测量温度Tm下测量的体积Vm，并且基于校正后的体积Vn来创建所述时间-体积曲线。

5.根据权利要求1所述的电池模块，其中

所述电池单体是袋型电池单体，所述袋型电池单体具有其中包括正极、负极和分隔件的电极组装件被容纳在层压片的电池外壳内部，并且所述电池外壳通过热熔合密封的结构。

6.根据权利要求5所述的电池模块，其中

所述体积测量装置包括热成像相机，所述热成像相机被配置为对其中所述电池外壳被热熔合的密封部分执行视觉检查。

7.根据权利要求5所述的电池模块，进一步包括

模块外壳，所述模块外壳内部具有与电池单体堆的形状和尺寸相对应的容纳空间，并且为六面体形状。

8.根据权利要求7所述的电池模块，其中

所述体积测量装置是应变规或压力传感器。

9.根据权利要求6和8中任一项所述的电池模块，其中

所述控制部分包括用于将从所述测量部分接收的信号估计为体积变化的计算部分。

10.根据权利要求8所述的电池模块，其中

所述应变规附接到其中电池外壳被热熔合的密封部分。

11.根据权利要求1所述的电池模块，其中

所述测量部分进一步包括：

电压传感器，所述电压传感器用于测量电池单体的电压；以及

温度传感器，所述温度传感器用于测量所述电池单体的温度。

12.根据权利要求1所述的电池模块，其中

所述控制部分被配置为当识别到排气风险时产生警告信号以确保所述电池模块的安全，并且

所述警告信号是以下中的任何一个或多个：(1)用于停止所述电池模块的操作的操作控制信号，(2)在视觉上或听觉上使配备有电池模块的设备的用户或机械师意识到危险的识别信号。

13.一种电池组，包括一个或多个根据权利要求1所述的电池模块作为单元模块。

14.一种用于检测袋型电池单体的排气风险的排气风险点的检测方法，包括：

随时间测量所述电池单体的体积变化和所述电池单体的充电状态(SOC)的数据收集过程S10；

创建时间-体积曲线S20，在所述时间-体积曲线中，使体积与时间的流逝相对应；以及

将所述时间-体积曲线中的所述体积变化从停滞状态再次转变为增加状态的时间确定S30为排气风险点。

15.根据权利要求14所述的排气风险点的检测方法，其中

创建时间-体积曲线S20，包括：

当电池单体的充电状态(SOC)为设定SOC时，选择S21电池单体的测量体积数据；以及

通过将所选择的体积数据与时间的流逝相匹配来创建时间-体积曲线S22。

16.根据权利要求14所述的排气风险点的检测方法，其中

所述数据收集过程S10进一步包括测量电池单体的温度，以及

所述创建时间-体积曲线S20进一步包括校正体积S23，其中当作为在数据选择过程S21中选择的所述体积数据的基础的体积测量温度Tm不同于标准温度Tn时，所选择的体积数据被校正为在所述标准温度Tn下的体积，其中

所述创建时间-体积曲线S22创建与通过所述校正体积S23校正的体积相对应的时间-体积曲线。

17.根据权利要求14所述的排气风险点的检测方法，其中

所述袋型电池单体具有其中包含正极、负极和分隔件的电极组装件被容纳在层压片的电池外壳内部，并且所述电池外壳通过热熔合密封的结构，并且

所述数据收集过程S10包括使用热成像相机、应变规和压力传感器中的任一个将接收到的信号转变为所述电池单体的体积变化。