CN117337511A - 配置成使得电池模块可选择性分离的电池组 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种电池组，该电池组配置成使得多个电池模块的选择性分离是可能的，并且更具体地涉及这样一种电池组，该电池组包括电池组壳体、容纳在电池组壳体中的多个电池模块、配置成将电池模块彼此电连接的汇流条、以及配置成将电池模块固定到电池组壳体或者使电池模块与电池组壳体分离的模块保持单元。

Description

配置成使得电池模块可选择性分离的电池组
技术领域
本申请要求2022年5月2日提交的韩国专利申请2022-0054023的优先权，其公开内容通过引用整体并入本文。
本发明涉及一种电池组，该电池组配置成使得电池模块的选择性分离是可能的，并且更具体地涉及这样一种电池组，该电池组配置成使得电池模块的选择性分离是可能的，其中火灾已经发生的特定电池模块或具有火灾爆发的高可能性的特定电池模块与电池组分离，由此可以防止诸如爆炸的重大事故。
背景技术
随着最近由于空气污染和由于使用化石燃料而导致的能量消耗而产生的替代能量的发展，对能够存储产生的电能的二次电池的需求增加。能够被充电和放电的二次电池在日常生活中被密切使用。例如，二次电池用于移动装置、电动车辆和混合动力电动车辆中。
由于移动设备的使用增加、移动设备的复杂性增加以及电动车辆的发展，在现代社会中不可避免地用作各种电子设备的能量源的二次电池的所需容量已经增加。
为了满足用户的需求，在小型设备中设置多个电池电芯，而在车辆中使用包括彼此电连接的多个电池电芯的电池模块或包括多个电池模块的电池组等。
在二次电池中，已知具有高的每单位面积存储容量并且最有效的锂电池被最广泛地使用。
然而，二次电池在充放电过程中不可避免地产生热量，并且可能由于短路、热冲击、绝缘击穿等而发生热失控。取决于环境，这导致主要事故，诸如火灾爆发和爆炸。
特别地，驾驶员不容易识别车辆中的火灾爆发。此外，当火灾爆发时，快速灭火是困难的，由此车辆可能被火灾完全破坏，并且可能由于爆炸而发生致命事故。
图1是常规电池组组件的立体图。如图1所示，电池组组件包括具有第一磁性部分11的电池组10和具有第二磁性部分21的分离单元20，分离单元配置成分离电池组，其中通过第一磁性部分11和第二磁性部分21之间的磁耦合或释放来分离电池组。
然而，该传统的电池组组件附接到电动工具或充电器或从电动工具或充电器拆卸，并且仅公开了不能在车辆中使用的电池组的附接和拆卸。
(现有技术文献)
(专利文献1)韩国专利申请公开2014-010084
发明内容
技术问题
鉴于上述问题已经做出了本发明，并且本发明的目的是提供一种电池组，其配置成使得构成电池组的电池模块在可安装在车辆中的同时可拆卸地附接到电池组。
本发明的另一个目的是提供一种电池组，该电池组具有能够监测其中火灾已经熄灭的电池模块或具有很高的火灾爆发可能性的电池模块并将被确定为处于异常状态的电池模块与电池组分离的结构。
技术方案
为了实现上述目的，根据本发明的电池组包括：电池组壳体100；容纳在所述电池组壳体100中的多个电池模块200；汇流条300，所述汇流条配置成将所述多个电池模块200彼此电连接；以及模块保持单元400，所述模块保持单元配置成将所述电池模块200固定到所述电池组壳体100或者使所述电池模块200与所述电池组壳体100分离。
而且，在根据本发明的电池组中，模块保持单元400可以包括安装到所述电池模块200的第一永磁体410；设置成面向所述第一永磁体410的第二永磁体420；旋转轴430，所述旋转轴的一侧与所述第二永磁体420连接；以及连接到所述旋转轴430的马达440，其中，所述马达440可以反复转动180度，使得所述第一永磁体410和所述第二永磁体420之间交替产生排斥力和吸引力，借此使所述电池模块200被接纳在所述电池组壳体100内或者与所述电池组壳体100分离。
此外，在根据本发明的电池组中，所述电池组壳体100可以设置有支撑框架111，所述支撑框架设置成横跨所述电池组壳体的内部；并且所述马达440可以被固定至所述支撑框架111。
此外，在根据本发明的电池组中，所述第一永磁体410和所述第二永磁体420均可以形成为圆形板或四边形板的形状，并且配置成使得N极和S极对称地设置在所述第一永磁体和所述第二永磁体的一个表面处。
此外，在根据本发明的电池组中，所述马达440可以配置成根据来自控制器的信号旋转。
而且，在根据本发明的电池组中，所述电池组壳体100的底表面处可以设置有配置成允许所述电池模块200向下掉落的门122。
而且，在根据本发明的电池组中，所述门122可以以与所述电池模块200相同的数量设置。
而且，在根据本发明的电池组中，所述电池组壳体100还可以设置有配置成转动所述门122的门转动部123以及门开闭部124。
此外，在根据本发明的电池组中，所述门开闭部124可以被操作以根据来自控制器的信号将所述门122的锁定状态切换到解锁状态。
此外，在根据本发明的电池组中，所述多个电池模块200中的每个电池模块可以设置有配置成感测所述电池模块的异常状态的传感器210。
此外，在根据本发明的电池组中，所述传感器210可以是温度传感器。
此外，根据本发明的电池组还可以包括控制器，所述控制器配置成从传感器210接收信号并且在异常状态下向汇流条300施加过电流。
而且，在根据本发明的电池组中，所述汇流条300可以设置有凹口型熔丝320。
此外，本发明提供了一种在电池组安装在车辆中的状态下将异常电池模块与电池组分离的方法，所述方法包括：控制器从每个电池模块接收状态信息的第一步骤；确定第一步骤中接收到的所述状态信息是否对应异常状态的第二步骤；以及将与所述异常状态对应的电池模块与所述电池组分离的第三步骤，其中在第三步骤中，旋转马达440，使得安装到所述电池模块200的第一永磁体410与设置成面向所述第一永磁体410的第二永磁体420之间产生排斥力。
此外，在根据本发明的方法中，在第三步骤中，信号被传输到门开闭部124，使得门122的锁定状态被切换到解锁状态，并且该方法还可以包括向汇流条300施加过电流。
有益效果
从以上描述中可以看出，根据本发明的电池组的优点在于，在电池组壳体处设置有配置成打开和关闭的门以及配置成固定或松开每个电池模块的模块保持单元，由此可以将异常电池模块与电池组壳体分离。
此外，根据本发明的电池组具有以下优点：为了监测电池模块是正常还是异常，在每个电池模块上安装传感器，并且基于监测的结果确定是否分离电池模块，由此可以准确地确定。
此外，根据本发明的电池组的优点在于，由于电池组具有能够将异常电池模块与电池组壳体分离的结构，因此可以在电池组爆炸时保护车辆乘客。
附图说明
图1是常规电池组组件的立体图。
图2是根据本发明的优选实施方式的电池组的立体图。
图3是图2所示的电池组的分解立体图。
图4是图2所示的电池组的放大仰视立体图。
图5是图2所示的电池组的局部剖视图。
图6是图2所示的电池组的局部平面图。
图7是根据本发明优选实施方式的电池组中使用的熔丝的平面图。
图8是示出在图2所示的电池组中操作模块保持单元的原理的放大立体图。
图9是示出电池模块与图2所示的电池组分离的剖视图。
图10是示出电池模块与图2所示的电池组分离的立体图。
具体实施方式
现在，将参考附图详细描述本发明的优选实施方式，使得本发明的优选实施方式可以由本发明所属领域的普通技术人员容易地实现。然而，在详细描述本发明的优选实施方式的操作原理时，当它们可能模糊本发明的主题时，将省略对在此并入的已知功能和配置的详细描述。
另外，在所有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件。在整个说明书中说一个部分连接到另一个部分的情况下，不仅一个部分可以直接连接到另一个部分，而且一个部分可以经由另一个部分间接连接到另一个部分。此外，包括某个元素并不意味着排除其他元素，而是意味着除非另有说明，否则可以进一步包括这样的元素。
在下文中，将参考附图描述根据本发明的电池组以及从电池组分离异常电池模块的方法，该电池组配置成使得电池模块的选择性分离是可能的。
图2是根据本发明优选实施方式的电池组的立体图，图3是图2所示的电池组的分解立体图，并且图4是图2所示的电池组的放大仰视立体图。
如图2至图4所示，根据本发明的优选实施方式的电池组包括电池组壳体100、多个电池模块200、配置成将电池模块200彼此电连接的汇流条300、多个模块保持单元400和控制器(未示出)。
虽然在附图中示出了多个六面体电池模块200被竖立，但这仅仅是示例，并且显而易见的是，每个电池模块的宽表面可以被设置成面向电池组壳体100的底部。
首先，电池组壳体100可以形成为配置成安全地接收多个电池模块200的盒的形状，并且可以由配置成围绕电池模块200的侧表面的侧壳体110和配置成支撑电池模块200的下表面的下壳体120构成。当然，侧壳体110和下壳体120可以一体地形成为单个壳。此外，显然可以提供上盖，尽管图中未示出。
同时，在侧壳体110的内侧的上部设置有多个支撑框架111。具体地，每个支撑框架111定位成横跨侧壳体110的内部，并且支撑框架的相对两端固定到侧壳体110的内部。支撑框架111配置成固定马达。下面将就此进行描述。
下壳体120的上表面设置有支撑板121，支撑板121在每个电池模块200所在的方向上突出预定高度。支撑板121支撑电池模块200的四个表面或两个面对表面的下端部，以便抑制电池模块200由于外部冲击而移动。
此外，下壳体120设置有配置成打开下壳体的预定部分的门122，并且安装有配置成转动门122的门转动部123和门开闭部124。
门122、门转动部123以及门开闭部124是配置成使得当电池模块正常操作时，门122关闭的元件，由此电池模块200保持被容纳在电池组壳体100中，并且当特定电池模块异常时，门122被打开以便将异常电池模块与电池组壳体100分离。
因此，门122优选位于每个电池模块(200)的下表面，并且门的数量更优选等于电池模块200的数量。尽管门122在图中示出为具有双门结构，但这仅仅是示例，并且门可以具有单门结构。
作为示例，门转动部123可以是铰链，但是门转动部没有特别限制，只要门转动部123的一侧固定到下壳体120并且门转动部的另一侧连接到门122使得门122可以转动预定角度即可。
配置成控制门122的打开和关闭的门开闭部124设置在下壳体120的下表面处，更具体地说设置在门开闭部124的闩锁124’能够支撑门122的未安装门转动部123的侧面或拐角的位置处。
作为示例，门开闭部124可以由螺线管型电磁门锁定构件实现，并且闩锁124’根据外部信号向前或向后移动。电磁门锁定构件是已知的，因此将省略其详细描述。
接下来，将描述电池模块200。多个电池电芯在竖直或水平堆叠的状态下被容纳在具有冷却装置等的模块壳体中。
同时，每个电池电芯可以包括具有形成在其中的袋状接收部分的电芯壳体、容纳在电芯壳体中的电极组件、电极接头、电极引线和绝缘膜。
电芯壳体的接收部分使用由外树脂层、金属层和内树脂层构成的层压板形成。
外树脂层位于电芯壳体的外侧，并且外树脂层可以由耐热聚合物制成，该耐热聚合物表现出优异的拉伸强度、耐湿气渗透性和耐空气透过性，使得外树脂层在保护电极组件的同时表现出高耐热性和耐化学性。作为示例，外树脂层可以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。
邻接外树脂层的金属层对应于配置成防止湿气或各种气体从外部渗入电池的阻挡层。轻质且易于成形的铝薄膜可用作金属层的优选材料。
内树脂层设置成与电极组件直接接触，因此内树脂层必须表现出高绝缘性能和对电解液的高抗性。此外，内树脂层必须表现出高的密封性，以便将电芯壳体与外部气密隔离，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。
内树脂层可以由选自聚丙烯、聚乙烯、聚乙烯丙烯酸、聚丁烯等聚烯烃类树脂、聚氨酯树脂、聚酰亚胺树脂等具有优异的耐化学性和高密封性的材料制成，但本发明不限于此，最优选使用具有优异的机械性能如拉伸强度、刚性、表面硬度、抗冲击性、耐化学性等的聚丙烯。
容纳在电芯壳体中的电极组件可以是：卷芯型电极组件，其配置成具有在其间插入隔膜的状态下卷绕长片型负极和长片型正极的结构；堆叠型电极组件，其包括单元电芯，每个单元电芯配置成具有在其间插设有隔膜的状态下堆叠矩形正极和矩形负极的结构；堆叠折叠型电极组件，其配置成具有使用长分离膜卷绕单元电芯的结构；或层压堆叠型电极组件，其配置成具有在其间插设有隔膜的状态下堆叠单元电芯然后彼此附接的结构；然而，本发明不限于此。
具体地，通过将负极活性材料和粘合剂的浆料混合物施加到负极集流体来制造负极。
作为负极活性材料，例如，可以使用碳，例如非石墨化碳或石墨基碳；金属复合氧化物，例如LixFe2O3(0≤x≤1)、LixWO2(0≤x≤1)、SnxMe1-xMe’yOz(Me：Mn，Fe，Pb，Ge；Me’：Al，B，P，Si，元素周期表第1族、第2族和第3族的元素，卤素；0<x≤1；1≤y≤3；1≤z≤8)；锂金属；锂合金；硅基合金；金属氧化物，例如SnO、SnO2、PbO、PbO2、Pb2O3、Pb3O4、Sb2O3、Sb2O4、Sb2O5、GeO、GeO2、Bi2O3、Bi2O4或Bi2O5；导电聚合物，例如聚乙炔；Li-Ni基材料；或Si基材料，例如Si、SiO、SiO2、或它们的混合物；然而，本发明不限于此。
通过将正极活性材料和粘合剂的浆料混合物施加到正极集流体来制造正极。
正极活性材料可以例如由层状化合物构成，例如锂钴氧化物(LiCoO2)或锂镍氧化物(Li Ni O2)，或被一种或多种过渡金属取代的化合物；由化学式Li1+xMn2-xO4(其中x＝0至0.33)表示的锂锰氧化物，例如LiMnO3、LiMn2O3或LiMnO2；锂铜氧化物(Li2CuO2)；钒氧化物，例如LiV3O8、LiFe3O4、V2O5或Cu2V2O7；由化学式LiNi1-xMxO2(其中M＝Co、Mn、Al、Cu、Fe、Mg、B或Ga，并且x＝0.01至0.3)表示的Ni位镍酸锂；由化学式LiMn2-xMxO2(其中M＝Co、Ni、Fe、Cr、Zn或Ta，并且x＝0.01至0.1)或化学式Li2Mn3MO8(其中M＝Fe、Co、Ni、Cu或Zn)表示的锂锰复合氧化物；化学式中部分Li被碱土金属离子取代的LiMn2O4；二硫化合物；或Fe2(MoO4)3；然而，本发明不限于此。
同时，负极集流体和正极集流体中的每一者由施加有包括活性材料的浆料的部分和未施加浆料的未涂覆部分构成。切割未涂覆部分或通过超声焊接将单独的导电构件连接到未涂覆部分以形成电极接头。
电极引线通过点焊连接到电极接头，并且绝缘膜位于电极引线周围。
同时，优选地，配置成感测电池模块200的正常状态或异常状态的传感器210进一步设置在电池模块的外表面或内表面处。电池模块200重复充电和放电。由于各种内部或外部原因，在特定的电池模块200中可能发生火灾，或者电池模块的温度可能过度升高并超过其正常温度范围。
传感器210是配置成感测电池模块200是否异常的传感器，其可以是能够测量电池模块的温度的温度传感器。
例如，当所测量的温度超过电池模块的正常操作温度范围时，可以确定安装有传感器的电池模块已经过热，由此存在火灾爆发的高度可能性或者火灾已经发生。
接下来，将描述汇流条300。汇流条300配置成将多个电池模块200彼此串联或并联连接。用于与电池模块200的外部端子220电连接的紧固孔310可以设置在汇流条的相对边缘中的每一边缘中，并且熔丝320可以设置在汇流条的中间，以便在向其施加过电流时被切断。
例如，当汇流条的相对两端中的每一端由具有相对低的电阻和高熔点的铜(Cu)制成，并且设置在汇流条的中间的熔丝320由具有比铜(Cu)高的电阻和低熔点的铝(Al)制成时，由铝(Al)制成的熔丝320在向其施加过电流时被切断。
图5示出了根据本发明的电池组中使用的汇流条的变型。如图5所示，可以在熔丝320中形成凹口。当凹口形成在熔丝320中时，供电流流过的熔丝的面积减小，由此电阻增加，并且因此温度快速增加。结果，当将过电流施加到熔丝320时，熔丝320可以被快速切断。
返回参考图2至图4，模块保持单元400配置成将电池模块200固定到电池组壳体100或将电池模块与电池组壳体100分离。下面将详细描述。
图6是图2所示的电池组的局部剖视图，图7是图2所示的电池组的局部平面图，并且图8是示出模块保持单元在图2所示的电池组中操作的原理的放大立体图。
参照图6和图7，模块保持单元400可以包括安装到电池模块200的第一永磁体410、设置成面向第一永磁体410的第二永磁体420、一侧连接到第二永磁体420的旋转轴430以及连接到旋转轴430的马达440。
具体地，第一永磁体410和第二永磁体420中的每一个形成为圆形板或四边形板的形状，并且配置成使得N极和S极对称地设置。当第二永磁体420的S极和N极分别位于第一永磁体410的N极和S极上方时，两者之间产生吸引力。当第二永磁体420沿水平方向旋转180度，并且另一方面，当第二永磁体420的N极和S极分别位于第一永磁体410的N极和S极上方时，在两者之间作用排斥力。
旋转轴430和马达440用于调节第二永磁体420的N极和S极的位置。马达440可以安置在电池组壳体100的支撑框架111的上部上。然而，当提供上盖时，马达可以固定到上盖。
这里，马达440没有特别限制，只要马达能够根据来自控制器的信号旋转即可。作为示例，马达可以是步进马达。控制器可以设置在电池组100中，或者可以使用其中安装有驱动控制器的集成步进马达。
图9是示出电池模块与图2所示的电池组分离的剖视图，并且图10是示出电池模块与图2所示的电池组分离的立体图。
将参考图9和图10描述电池模块与电池组分离的原理。
安装到多个电池模块200中的每一个的传感器210测量电池模块中的对应电池模块的温度。当电池模块200中的特定电池模块的温度升高到预定温度或更高时，控制器将信号传输到门开闭部124和/或马达440。
具体地，信号被传输到门开闭部124，使得支撑门122的闩锁124’向后移动并且门122向下转动。另外，传输信号以便旋转马达440，使得排斥力作用在安装到电池模块200的上部的第一永磁体410和第二永磁体420之间。
结果，异常电池模块200借助重量经由开口S从电池组壳体100向下掉落。
同时，当特定电池模块200的温度升高到预定温度或更高时，更优选地将用于过电流施加的信号传输到电池模块200，使得汇流条300的熔丝320被快速切断。
一种在电池组安装在车辆中的状态下从电池组分离异常电池模块的方法可以包括：第一步骤，控制器从每个电池模块接收状态信息；第二步骤，确定在第一步骤中接收的状态信息是否对应于异常状态；以及第三步骤，从电池组分离对应于异常状态的电池模块。
在第三步骤中，马达440旋转，使得排斥力作用在安装到电池模块200的第一永磁体410和设置成面向第一永磁体410的第二永磁体420之间，并且信号被传输到门开闭部124，使得门122的锁定状态被切换到解锁状态，如前所述。此外，还可以根据需要包括对汇流条300施加过电流的步骤。
以上参照具体实施方式描述了本发明。然而，本发明所属领域的技术人员将了解，基于以上描述，各种应用和修改在本发明的范畴内是可能的。
(附图标记说明)
100：电池组壳体
110：侧壳体
111：支撑框架
120：下壳体
121：支撑板122：门
123：门转动部
124：门开闭部124’：闩锁
200：电池模块
210：传感器220：外部端子
300：汇流条
310：紧固孔
320：熔丝
400：模块保持单元
410：第一永磁体
420：第二永磁体
430：旋转轴
440：马达
S：开口

Claims (15)

1.一种电池组，所述电池组包括：
电池组壳体；
容纳在所述电池组壳体中的多个电池模块；
汇流条，所述汇流条配置成将所述多个电池模块彼此电连接；以及
模块保持单元，所述模块保持单元配置成将所述电池模块固定到所述电池组壳体或者使所述电池模块与所述电池组壳体分离。
2.根据权利要求1所述的电池组，其中，
所述模块保持单元包括：
安装到所述电池模块的第一永磁体；
设置成面向所述第一永磁体的第二永磁体；
旋转轴，所述旋转轴的一侧与所述第二永磁体连接；以及
连接到所述旋转轴的马达，并且
所述马达配置成反复转动180度，使得所述第一永磁体和所述第二永磁体之间交替产生排斥力和吸引力，借此使所述电池模块被接纳在所述电池组壳体内或者与所述电池组壳体分离。
3.根据权利要求2所述的电池组，其中，
所述电池组壳体设置有支撑框架，所述支撑框架设置成横跨所述电池组壳体的内部；并且
所述马达被固定至所述支撑框架。
4.根据权利要求2所述的电池组，其中，所述第一永磁体和所述第二永磁体均形成为圆形板或四边形板的形状，并且配置成使得N极和S极对称地设置在所述第一永磁体和所述第二永磁体的一个表面处。
5.根据权利要求2所述的电池组，其中，所述马达配置成根据来自控制器的信号旋转。
6.根据权利要求1所述的电池组，其中，所述电池组壳体的底表面设置有配置成允许所述电池模块向下掉落的门。
7.根据权利要求6所述的电池组，其中，所述门以与所述电池模块相同的数量设置。
8.根据权利要求6所述的电池组，其中，所述电池组壳体还设置有配置成转动所述门的门转动部以及门开闭部。
9.根据权利要求8所述的电池组，其中，所述门开闭部被操作以根据来自控制器的信号将所述门的锁定状态切换到解锁状态。
10.根据权利要求1所述的电池组，其中，所述多个电池模块中的每个电池模块设置有配置成感测所述电池模块的异常状态的传感器。
11.根据权利要求10所述的电池组，其中，所述传感器是温度传感器。
12.根据权利要求10所述的电池组，所述电池组还包括控制器，所述控制器配置成从所述传感器接收信号并且在异常状态下向所述汇流条施加过电流。
13.根据权利要求12所述的电池组，其中，所述汇流条设有缺口型熔丝。
14.一种在电池组安装在车辆中的状态下将异常电池模块与电池组分离的方法，所述电池组是根据权利要求1至13中的任一项所述的电池组，所述方法包括：
控制器从每个电池模块接收状态信息的第一步骤；
确定第一步骤中接收到的所述状态信息是否对应异常状态的第二步骤；以及
将与所述异常状态对应的电池模块与所述电池组分离的第三步骤，其中
在第三步骤中，旋转马达，使得安装到所述电池模块的第一永磁体与设置成面向所述第一永磁体的第二永磁体之间产生排斥力。
15.根据权利要求14所述的方法，其中，
在第三步骤中，向所述门开闭部发送信号，使所述门的锁定状态切换为解锁状态，并且
所述方法还包括向所述汇流条施加过电流。
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