CN116964824A - 具有膨胀感测装置的电池模块 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种电池模块，该电池模块包括：具有电极导线的多个电池单元，其用于膨胀的早期感测；模块壳体，其用于容纳所述多个电池单元；ICB组件，其具有电连接到所述电极引线的汇流条；以及膨胀感测装置，其用于感测所述电池单元的膨胀。

Description

具有膨胀感测装置的电池模块
技术领域
本申请要求于2021年10月18日提交的韩国专利申请No.2021-01382600的优先权，其公开内容通过引用整体并入本文。
本发明涉及一种具有膨胀感测装置的电池模块，该膨胀感测装置能够在早期阶段感测电池单元的膨胀。
背景技术
随着诸如智能手机、笔记本电脑和数码相机等移动设备的技术发展和对其需求的增加，对能够充放电的二次电池的研究也在积极开展。此外，二次电池作为替代造成空气污染的化石燃料的能源，已被应用于电动车辆(EV)、混合动力车辆(HEV)、插电式混合动力车辆(P-HEV)和储能系统(ESS)。
目前广泛使用锂离子电池、锂聚合物电池、镍镉电池、镍氢电池和镍锌电池作为二次电池。单位二次电池单元(即单元电池单元)的工作电压约为2.0V至5.0V。因此，当需要高于上述工作电压的输出电压时，多个电池单元可以彼此串联连接以构成单元模块组件。此外，根据所需的输出电压或充放电容量，可将多个单元模块组件彼此串联或并联连接以构成电池模块。通常，电池组是使用至少一个电池模块通过添加附加部件来制造的。
当在电池单元中发生诸如过充电、过热、冲击或短路的问题时，可能发生其中在电池单元中产生气体并因此电池单元膨胀的膨胀现象。
通常，这种膨胀现象发生在电池单元的火灾爆发或爆炸之前。
为此，已经设计了各种感测膨胀现象的方法，以便在电池单元的火灾爆发或爆炸之前预先感测电池单元的火灾爆发或爆炸的可能性。
专利文件1涉及一种电池组200，其中，电池单元10在层叠电池单元的状态下被容纳在模块壳体50中，并且设置有被配置为感测模块壳体50的壁的扭曲的水平传感器70。
当电池单元10膨胀时，水平传感器70可以感测由于膨胀的电池单元10的表面而引起的模块壳体50的扭曲，并且控制器80将信号发送到注入设备62，以便基于其注入灭火剂60，由此排放灭火剂。
然而，与专利文件1中的电池组不同的是，对于不具有能够感测电池单元之间的水平度以便增加能量密度的模块壳体或者具有在其间没有空的空间的情况下密集层叠的电池单元的电池组/模块来说，难以使用水平传感器来感测膨胀。
特别地，对于包括在其间没有空的空间的情况下密集层叠的电池单元的电池组或电池模块来说，即使当在特定的电池单元中产生气体时，被设置为和与其相邻的电池单元紧密接触的表面也不容易由于压力而膨胀。相反，首先发生电池单元的密封部分(电极引线从该密封部分突出)膨胀的现象。
因此，需要一种能够使用这种现象的感测装置，以便在早期阶段感测电池组或电池模块的膨胀，该电池组或电池模块被配置为使得电池单元的表面被布置成彼此紧密接触。
(现有技术文献)
(专利文件1)韩国专利申请公开No.2017-0061582
发明内容
技术问题
本发明是鉴于上述问题而做出的，并且本发明的目的是提供一种电池模块，该电池模块包括膨胀感测装置，该膨胀感测装置具有设置在电池单元和ICB之间的空间中的感测袋，由此能够在早期阶段感测膨胀。
技术方案
用于实现上述目的的根据本发明的电池模块包括：多个电池单元，每个电池单元具有电极引线；模块壳体，该模块壳体被配置为容纳所述多个电池单元；互连板(ICB)组件，所述ICB组件具有电连接到所述电极引线的汇流条；以及膨胀感测装置，该膨胀感测装置被配置为感测所述电池单元的膨胀。
此外，在根据本发明的电池模块中，电池单元可以是袋状电池单元。
此外，在根据本发明的电池模块中，可以将气体或液体注入到膨胀感测装置中。
此外，在根据本发明的电池模块中，膨胀感测装置可以包括：多个感测袋；连接部分，该连接部分被配置为将所述多个感测袋彼此连接；以及注入部分，该注入部分被配置为将所述气体或液体注入到所述膨胀感测装置中。
此外，在根据本发明的电池模块中，多个感测袋可以位于ICB组件与电池单元之间的空间中。
此外，在根据本发明的电池模块中，多个感测袋、连接部分和注入部分可以一体形成。
此外，在根据本发明的电池模块中，膨胀感测装置可以由弹性的聚合物材料制成。
此外，在根据本发明的电池模块中，聚合物材料可以是选自天然橡胶(NR)、丁二烯橡胶(BR)、丁苯橡胶(SBR)、丙烯腈丁二烯橡胶(NBR)、氢化丁腈橡胶(H-NBR)、氯丁二烯橡胶(CR)、乙烯丙烯橡胶(EPDM)、异丁烯异戊二烯橡胶(IIR)、丙烯酸橡胶(ANM/ACM)、硅橡胶、氟橡胶(FKM/FPM)和聚氨酯橡胶(AU/EU)中的任何一种。
此外，在根据本发明的电池模块中，膨胀感测装置可以监测其内部压力的变化以感测电池单元的膨胀。
此外，根据本发明的电池组包括根据本发明的电池模块。
此外，根据本发明的设备包括根据本发明的电池组。
有利效果
根据本发明的电池模块的优点在于提供了膨胀感测装置，由此即使当电池单元在早期阶段彼此紧密接触地层叠时，也可以感测膨胀现象。
此外，根据本发明的电池模块的优点在于，在早期阶段感测膨胀现象并对其进行响应，由此可以抑制电池单元的火灾爆发或爆炸。
附图说明
图1是示意性地示出传统电池组的结构的截面图。
图2是示意性地示出在提供根据本发明实施方式的膨胀感测装置之前的电池模块的截面图。
图3是示意性地示出设置有根据本发明实施方式的膨胀感测装置的电池模块的截面图。
图4是示意性地示出根据本发明实施方式的膨胀感测装置的截面图。
图5是示意性地示出根据本发明实施方式的包括其中发生膨胀现象的电池单元的电池模块的截面图。
具体实施方式
在本申请中，应当理解，术语“包括”、“具有”、“包含”等指明存在所述特征、数量、步骤、操作、元件、部件或其组合，但不排除存在或增加一个或更多个其他的特征、数量、步骤、操作、元件、部件或其组合。
此外，在整个附图中，将使用相同的附图标记来指代执行类似功能或操作的部分。在本说明书中在提到一个部分与另一个部分连接的情况下，不仅一个部分可以直接与另一个部分连接，而且一个部分可以通过又一个部分间接与另一个部分连接。此外，包含某一要素并不意味着排除其他要素，而是意味着这些要素可以被进一步包含，除非另有说明。
在下文中，将参照附图描述根据本发明的电池模块。
图2是示意性地示出在提供根据本发明实施方式的膨胀感测装置之前的电池模块的截面图。图3是示意性地示出设置有根据本发明实施方式的膨胀感测装置的电池模块的截面图。
当参照图2和3描述本发明的电池模块1000时，电池模块1000包括多个层叠的电池单元100、模块壳体200、ICB组件300和膨胀感测装置400。
首先，根据壳体的形状，电池单元100可被分类为圆柱形电池单元、棱柱形电池单元或袋状电池单元。本发明的电池单元100优选为袋状电池单元100。
袋状电池单元100通常指的是电池单元100经配置使得被配置为容纳电极组件的电池壳体为袋壳体。
这里，袋壳体通常被配置为具有包括内层、金属层和外层的层压片结构。内层设置为与电极组件直接接触，并且因此内层必须表现出高绝缘性和对电解液的高耐受性。此外，内层必须表现出高密封性，以便从外部气密地密封袋壳体，即内层之间的热结合密封部分必须表现出优异的热结合强度。
内层可以由选自聚烯烃基树脂(例如聚丙烯、聚乙烯、聚乙烯丙烯酸酯或聚丁烯)、聚氨酯树脂和聚酰亚胺树脂的材料制成，所述材料表现出优异的耐化学性和高密封性；然而，本发明不限于此。
设置成与内层抵接的金属层对应于被配置为防止湿气或各种气体从外部渗入到电池的阻挡层。重量轻且容易成形的铝薄膜可用作金属层的优选材料。
外层设置在金属层的另一表面上。外层可以由表现出优异的拉伸强度、耐湿气渗透性和耐空气透过性的耐热聚合物制成，使得外层在保护电极组件的同时表现出高耐热性和耐化学性。例如，外层可由尼龙或聚对苯二甲酸乙二醇酯制成；然而，本发明不限于此。
此外，电池单元100通常被配置为使得电极引线110(即，正极引线和负极引线)突出/延伸到袋壳体之外，并且电极引线110可以突出成使得正极引线和负极引线在相同方向上突出或者使得正极引线和负极引线在不同方向上突出。
袋状电池单元100通过将电极组件容纳在袋壳体中，将电解溶液注入到袋壳体中以及气密地密封袋壳体的过程来制造。在袋状电池单元100中，密封部分120形成在袋壳体的三个或四个边缘处(包括电极引线110从其突出的边缘)。
模块壳体200被配置为容纳多个电池单元100并且保护电池单元免受外部冲击，并且可以使用各种已知的模块壳体200中的任何一种。
接下来，互连板(ICB)组件300通常设置有汇流条310，并且被配置为将电池单元100的电极引线110和汇流条310彼此电连接。
此外，ICB组件执行在电池单元的充电和放电期间将对应于电池单元100的温度或电压的各种电信号发送到电池管理系统(BMS)的功能。
图4是示意性地示出根据本发明实施方式的膨胀感测装置的截面图。
当参照图2至图4描述本发明的膨胀感测装置400时，膨胀感测装置400包括感测袋410、连接部分420和注入部分430。
在被安装于电池模块1000中之后，气体或液体被注入到膨胀感测装置400中。
感测袋410位于一个电池单元100和与其相邻的另一电池单元100之间的空间中，具体地，位于一个电池单元100的电极引线110和包绕电极引线110的密封部分120之间以及与其相邻的另一电池单元100的电极引线110和包绕电极引线110的密封部分120之间的空的空间中，并且可以根据层叠的电池单元100的数量设置多个感测袋410。
当从另一角度观察时，感测袋410位于从图3中省略的图2的ICB组件300和电池单元100之间的空间中。
连接部分420将多个感测袋410彼此连接并用作通道，气体或液体通过该通道被注入到感测袋410中。
接着，注入部分430用作入口，气体或液体通过该入口注入到感测袋410和连接部分420中。注入部分位于模块壳体200的外部，并且允许在安装膨胀感测装置400并形成电池模块1000之后从外部注入气体或液体。
此外，注入部分430可连接到被配置为监测膨胀感测装置400的内部压力的变化的传感器。
优选地，感测袋410、连接部分420和注入部分430一体形成，使得气体或液体注入其中。此外，优选地，感测袋、连接部分和注入部分中的每一者由弹性的聚合物材料制成，以便于良好地感测由于膨胀导致的肿胀的电池单元100的加压。
特别地，可以使用选自天然橡胶(NR)、丁二烯橡胶(BR)、丁苯橡胶(SBR)、丙烯腈丁二烯橡胶(NBR)、氢化丁腈橡胶(H-NBR)、氯丁二烯橡胶(CR)、乙烯丙烯橡胶(EPDM)、异丁烯异戊二烯橡胶(IIR)、丙烯酸橡胶(ANM/ACM)、硅橡胶、氟橡胶(FKM/FPM)和聚氨酯橡胶(AU/EU)中的任何一种或包含其两种或更多种的复合材料作为聚合物材料。
膨胀感测装置400可以通过使用各种成型方法使上述聚合物材料成型而一体形成。
能够感测通过膨胀而肿胀的电池单元100的各种已知种类的气体或液体可用作被注入到膨胀感测装置400中的气体或液体。
例如，空气或水是可以容易地获得并廉价地使用的流体。灭火液体可以被注入到膨胀感测装置400中，使得在火灾爆发时膨胀感测装置能够除了感测膨胀之外还使用其中的气体或液体来灭火。
如上所述，通过注入灭火液体，可以抑制火蔓延到与火灾爆发的电池相邻的另一电池单元100。
图5是示意性地示出根据本发明实施例的包括其中发生膨胀现象的电池单元的电池模块的截面图。
将参照图5描述感测包括膨胀感测装置400的电池模块1000中的膨胀的过程。首先，当特定电池单元100膨胀时，如图5所示，电极引线110从其突出的电池单元的密封部分120比设置成和与相邻的另一电池单元100紧密接触的电池单元的表面更早地膨胀(S)。
膨胀感测装置400的位于电极引线110之间的感测袋410通过密封部分120的膨胀而被加压，由此使得感测袋中的气体或液体移动。气体或液体的移动由连接到注入部分430的传感器感测，由此可以感测电池模块中发生的膨胀。
因此，可以快速地执行后续措施，诸如电池模块1000的操作的中断和已经发生膨胀的电池单元100的移除。
此外，与制造传统的电池模块1000的方法相比，本发明的电池模块1000可以在其中一体形成的膨胀感测装置400预先安装在其空的空间中的状态下制造。因此，可以共享传统的电池模块1000的大部分设计或生产过程，并且因此可以最大限度地抑制制造成本的增加。
此外，可以包括本发明的一个或多个电池模块1000，并且可以添加诸如BMS的各种设备以制造电池组，并且电池组或电池模块1000可以用作各种设备的电源。
尽管已经详细描述了本发明的具体细节，但本领域的技术人员将理解，本发明的详细描述只公开了本发明的优选实施方式，因此并不限制本发明的范围。因此，本领域的技术人员将理解，在不脱离本发明的范畴和技术思想的情况下，各种改变和修改都是可行的，并且显而易见的是，这种改变和修改落在所附权利要求的范围内。
(附图标记的描述)
1000：电池模块
100：电池单元
110：电极导线
120：密封部分
200：模块壳体
300：ICB组件
310：汇流条
400：膨胀感测装置
410：感测袋
420：连接部分
430：注入部分

Claims (11)

1.一种电池模块，该电池模块包括：
多个电池单元，每个电池单元具有电极引线；
模块壳体，该模块壳体被配置为容纳所述多个电池单元；
互连板(ICB)组件，所述ICB组件具有电连接到所述电极引线的汇流条；以及
膨胀感测装置，该膨胀感测装置被配置为感测所述电池单元的膨胀。
2.根据权利要求1所述的电池模块，其中，所述电池单元是袋状电池单元。
3.根据权利要求2所述的电池模块，其中，气体或液体被注入到所述膨胀感测装置中。
4.根据权利要求3所述的电池模块，其中，所述膨胀感测装置包括：
多个感测袋；
连接部分，该连接部分被配置为将所述多个感测袋彼此连接；以及
注入部分，该注入部分被配置为将所述气体或液体注入到所述膨胀感测装置中。
5.根据权利要求4所述的电池模块，其中，所述多个感测袋位于所述ICB组件和所述电池单元之间的空间中。
6.根据权利要求4所述的电池模块，其中，所述多个感测袋、所述连接部分和所述注入部分一体地形成。
7.根据权利要求4所述的电池模块，其中，所述膨胀感测装置由弹性的聚合物材料制成。
8.根据权利要求7所述的电池模块，其中，所述聚合物材料是选自天然橡胶(NR)、丁二烯橡胶(BR)、丁苯橡胶(SBR)、丙烯腈丁二烯橡胶(NBR)、氢化丁腈橡胶(H-NBR)、氯丁二烯橡胶(CR)、乙烯丙烯橡胶(EPDM)、异丁烯异戊二烯橡胶(IIR)、丙烯酸橡胶(ANM/ACM)、硅橡胶、氟橡胶(FKM/FPM)和聚氨酯橡胶(AU/EU)中的任何一种。
9.根据权利要求4所述的电池模块，其中，所述膨胀感测装置监测其内部压力的变化以感测所述电池单元的膨胀。
10.一种包括根据权利要求1至9中的任一项所述的电池模块的电池组。
11.一种包括根据权利要求10所述的电池组的设备。
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