CN117941140A - 电池模块框架 - Google Patents

Abstract

公开的发明涉及一种容纳多个电池电芯的多面体形状的电池模块框架。在实施例中，电池模块框架包括：由铝或铝合金材料制成的第一层；层压在第一层上并且由熔点高于第一层的增强塑料材料制成的第二层；以及层压在第二层上并且由铝或铝合金材料制成的第三层。

Description

电池模块框架

技术领域

本发明涉及一种电池模块框架，并且更具体地涉及这样一种电池模块框架，该电池模块框架能够通过即使当安装在框架内部的电池电芯过热并着火时也防止框架的损坏和结构塌陷来抑制诸如外部火灾或爆炸的二次损坏的扩散。

本申请要求基于2022年7月7日提交的韩国专利申请10-2022-0083855的优先权的权益，并且韩国专利申请的文件中公开的所有内容都被包括作为说明书的一部分。

背景技术

与一次电池不同，二次电池由于其小型化和大容量的潜力而可被再充电并且近年来已被广泛研究和开发。由于技术发展和对移动设备的需求增加以及由于根据环境保护的需要出现的电动车辆和能量存储系统，对作为能量源的二次电池的需求正在更快速地增加。

二次电池根据电池壳体的形状分为纽扣型电池、圆柱形电池、棱柱型电池和袋式电池。安装在二次电池中的电池壳体内部的电极组件是由电极的堆叠结构和隔膜组成的可充电或可放电的发电元件。

由于需要长时间连续使用二次电池，因此需要有效控制充放电过程中产生的热量。当二次电池被不适当地冷却时，导致的温度升高引起电流增加，这导致正反馈链反应，该正反馈链反应导致温度再次升高，最终触发热失控的灾难性状态。

此外，当二次电池以模块或电池组的形式分组时，在一个二次电池中发生的热失控导致热传播现象，其中在周围区域中的其他二次电池顺序地过热。

此外，当电池模块的框架由于过热的二次电池产生的火焰而导致结构塌陷时，大量的氧气被供应到内部火焰，这可能扩散成二次损坏，诸如大火或爆炸。因此，需要防止这种框架的结构塌陷的措施。

[相关文献]

(专利文献1)韩国专利公报2018-0060997(2018年6月7日公开)

发明内容

技术问题

本发明涉及提供一种电池模块框架，即使当安装在内部的电池电芯过热并产生火焰时，该电池模块框架也能够通过防止框架的结构塌陷来抑制诸如外部火灾或爆炸的二次损坏的扩散。

然而，本发明所要解决的技术问题并不限于上述问题，本领域技术人员从下面描述的本发明的描述中可以清楚地理解未描述的其他问题。

技术方案

本发明的一个方面提供一种容纳多个电池电芯的多面体电池模块框架，并且作为示例，所述电池模块框架包括：第一层，所述第一层由铝或铝合金材料制成；第二层，所述第二层堆叠在所述第一层上，并且由熔点高于所述第一层的增强塑料材料制成；以及第三层，所述第三层堆叠在所述第二层上，并且由铝或铝合金材料制成。

所述电池模块框架可以通过对处于堆叠状态的所有所述第一层至所述第三层执行压制处理而形成。

紧固部分形成在所述第一层或第三层上，并且所述紧固部分可以是焊接部分或螺栓联接部分。

形成所述第二层的增强塑料材料可以是其中芳族尼龙纤维和热固性树脂组合的材料。

形成所述第二层的增强塑料材料可以是玻璃纤维增强塑料。

在所述电池模块框架的至少一侧中，暴露所述第二层的排气部可以形成在所述第一层和所述第三层的一部分中。

所述排气部可以形成在所述电池模块框架的上表面中。

所述排气部可以设置为沿对角线方向形成的多个排气部。

形成在所述第一层中的内排气部和形成在所述第三层中的外排气部不交叠。

形成在所述第三层中的所述外排气部可以以形成在所述第一层中的所述内排气部为中心对角地彼此间隔开。

所述外排气部可以包括随着距所述内排气部的距离增加排气面积增大的多个排气孔。

有益效果

具有上述构造的本发明的电池模块框架由复合材料制成，其中各由铝材料制成的结构层与插入其间的耐热增强材料(例如玻璃纤维增强塑料)以夹层形式组合。因此，电池模块框架具有轻质框架结构，并且即使当框架内部发生火焰时，耐热增强材料也抑制结构塌陷，这防止大量氧气供应到框架内部的火焰。

而且，由于电池模块框架的内部由玻璃纤维增强塑料制成，并且电池模块框架的外部覆盖有铝材料的结构层，因此可以通过焊接或螺栓容易地实现组装结构。

此外，通过优化排气部的布置和形状并且有效地抑制内部产生的火焰的传播，可以进一步降低火灾的风险。

然而，通过本发明可以实现的技术效果不限于上述效果，本领域技术人员根据下面描述的本发明的描述可以清楚地理解未描述的其他效果。

附图说明

本说明书所附的附图示出了本发明的示例性实施方式，并且与下面描述的本发明的详细描述一起用于提供对本发明的技术思想的进一步理解。因此，本发明不应被解释为限于这些附图中描述的细节。

图1是示出根据本发明的包括电池模块框架的电池模块的示例的图。

图2是示出电池模块框架进行压制成型前的剖面结构的图。

图3是示出通过压制成型形成主框架的示例的图。

图4是示出在上板中形成排气孔的示例的图。

图5是示出通过焊接结合主框架和上板的示例的图。

图6是示出利用螺栓联接主框架和上板的示例的图。

图7是示出内排气部和外排气部的布置结构的图。

具体实施方式

由于本发明可以进行各种改变并且具有各种实施方式，因此下面将详细描述具体实施方式。

然而，应当理解，并不意图将本发明限制于特定实施方式，相反本发明将覆盖落入本发明的精神和范围内的所有修改、等同物和替代。

在本发明中，应当理解，诸如“包括”和“具有”之类的术语旨在指示在说明书中描述的特征、数字、步骤、操作、部件、部分或其组合的存在，并且不排除存在或添加一个或多个其他特征或数字、步骤、操作、部件、部分或其组合的可能性。

此外，当诸如层、膜、区域、板等的第一部分被称为“在”第二部分“上”时，这不仅包括第一部分在第二部分“直接上方”的情况，而且还包括第三部分插入其间的情况。另一方面，当诸如层、膜、区域、板等的第一部分被称为在第二部分“下方”时，这不仅包括第一部分在第二部分“直接下方”的情况，而且还包括第三部分插入其间的情况。此外，本申请中的“上”可以包括设置在底部以及顶部的壳体。

本发明的一个方面提供一种在其中容纳多个电池电芯的多面体电池模块框架，并且作为示例，电池模块框架包括由铝或铝合金材料制成的第一层、堆叠在第一层上并且由熔点高于第一层的增强塑料材料制成的第二层、以及堆叠在第二层上并且由铝或铝合金材料制成的第三层。

具有上述构造的本发明的电池模块框架由复合材料制成，其中各由铝材料制成的结构层与插入其间的耐热增强材料(例如玻璃纤维增强塑料)以夹层的形式组合。因此，电池模块框架具有轻质框架结构，并且即使在框架内部发生火焰时，耐热增强塑料材料也抑制结构塌陷，这防止大量氧气供应到框架内部的火焰。

而且，在电池模块框架中，由于内部耐热增强塑料材料被铝材料的外部结构层包围，因此可以通过焊接或螺栓容易地实现组装结构。

本发明的模式

在下文中，将参照附图详细描述本发明的电池模块框架的具体实施方式。作为参考，除非另有说明，否则用于指定以下描述中使用的相对位置的前后方向或上、下、左和右方向旨在帮助理解本发明并且基于附图中所示的方向。

[第一实施方式]

图1是示出根据本发明的包括电池模块框架100的电池模块10的示例的图。电池模块10被称为电池组件，其中预定数量的电池电芯被分组并放置在框架中以保护电池电芯免受外部冲击、热、振动等的影响。电池模块10由串联和/或并联连接的多个电池电芯制成，并且多个电池电芯嵌入机械结构(即电池模块框架100)中以进行保护。

每个电池电芯在存储能量和在需要时向外部装置供应能量方面发挥基础作用。然而，由于每个电池电芯具有小容量，因此通过组合电池电芯来制造模块，并且进一步地组合模块以制造大的电池组。

本发明涉及电池模块框架100，其是用于保护多个电池电芯的机械结构。作为图1中的示例示出的电池模块10包括电池电芯组件400，其中多个电池电芯串联和/或并联连接以形成一个组件。此外，电池电芯组件400的两端设置有机械地和电气地联接到端板组件500的结构。

此外，电池模块框架100包括主框架102和覆盖主框架102的开口上表面的上板104，主框架102具有“U”形横截面并且具有用于在其中容纳电池电芯组件400的空间。这里，端板组件500联接到电池模块框架100的两个开口侧以密封电池模块10。在广义上，端板组件500可以包括在电池模块框架100中。

电池模块10在图1中具有容纳多个电池电芯的多面体形状并且具有六面体形状，并且电池模块框架100的横截面结构在图2中示出。也就是说，图2示出了主框架102和上板104的截面结构，进一步地端板组件500也可以具有图2的截面结构。

参照图2，电池模块框架100包括由铝或铝合金材料制成的第一层110、由熔点高于第一层110的增强塑料材料制成的第二层120、以及堆叠在第二层120上并由铝或铝合金材料制成的第三层130。

也就是说，本发明的电池模块框架100由夹层形式的复合材料制成，所述夹层形成具有由铝材料制成的第一层110和第三层130形成的结构层以及设置在结构层之间的由耐热增强塑料材料制成的第二层120。这里，结构层是由铝材料制成的第一层110和第三层130，其用于保持电池模块框架100的基本机械结构，即形状和刚度。

介于由铝材料制成的第一层110和第三层130之间的第二层120由熔点高于铝材料的熔点的增强塑料材料制成。也就是说，第二层120由耐热增强塑料材料形成，该耐热增强塑料材料即使在由铝材料制成的第一层110和第三层130被由过热的电池电芯产生的火焰熔化的高温环境中也可以保持其形状。

由于本发明的电池模块框架100使用铝材料作为结构层，由塑料材料制成的第二层120在结构层之间，因此通过铝材料层和塑料层的减重可以实现轻质框架结构。

而且，即使在由铝材料制成的第一层110和第三层130通过高温火焰局部熔化时，由具有较高熔点的耐热增强塑料材料制成的中心第二层120也抑制结构塌陷。由此，电池模块框架100的结构不会塌陷，并且内部火焰不会被供应大量的氧气，从而防止了导致大规模火灾的事故。

此外，在本发明的一个实施方式中，形成第二层120的增强塑料材料可以由其中芳香族尼龙纤维和热固性树脂组合的材料制成。例如，用作增强材料的芳香族尼龙纤维包括玻璃纤维、碳纤维和Kevlar(美国杜邦公司的商品名)，并且热固性树脂可以是不饱和聚酯或环氧树脂。

考虑到机械强度和耐热性，可能期望使用包含玻璃纤维的玻璃纤维增强塑料(GFRP)作为第二层120的材料。玻璃纤维增强塑料是轻质的，具有优异的机械强度和耐热性，并且由于其能够在室温和常压下模制而易于制造。

因此，当第二层120由具有优异耐热性的玻璃纤维增强塑料形成时，由电池电芯的热失控产生的火焰被本发明的电池模块框架100的第二层120阻挡并且不容易扩散。因此，有效地抑制了热传播现象或外部火灾。

同时，图3是示出通过压制成型形成主框架102的示例的图。参照图3，本发明的电池模块框架100可以通过在堆叠平板状态下对所有第一层110至第三层130执行压制处理来形成。

第二层120由耐热增强塑料材料特别是玻璃纤维增强塑料制成，具有薄板形状。因此，平板形式(参见图2)通过将由玻璃纤维增强塑料材料制成的第二层120层压在由铝材料制成的第一层110和第三层130之间来制造，然后如图3所示将扁平电池模块框架100放置在上模UM和底模BM之间，并且执行压制处理以制造具有“U”形横截面的主框架102。

也就是说，第一层110和第三层130由适合于压制处理的铝材料制成，因为铝材料容易经历成形工艺。而且，由于形成第二层120的玻璃纤维增强塑料甚至可以在室温下形成，因此电池模块框架100可以通过压制处理形成为各种形状。

如此，本发明的电池模块框架100可通过其中由耐热增强塑料材料制成的第二层120层压在由铝材料制成的第一层110和第三层130之间的平坦初步框架的压制处理而转变为各种形式。因此，就生产率而言，本发明的电池模块框架100可以保持在与没有耐热增强塑料的现有框架相同的水平。

[第二实施方式]

同时，在本发明的第二实施方式中，排气部300可以形成在形成电池模块框架100的上板104中。图4示出了排气部300形成在上板104中的示例。

作为参考，第二实施方式示出了在电池模块框架100的上板104中形成排气孔的示例。这考虑了火焰向上传播的性质，当然排气孔可以形成在主框架102中。这里，需要考虑对周围部件的二次损坏或由高温气体或从排气孔喷射的一些火焰引起的外部火灾来选择排气孔的位置。

参照图4，在形成电池模块框架100的上表面的上板104中，外排气部320形成在第三层130的一部分中。另外，第二层120通过外排气部320暴露于外部。此外，参照图5至图7，在上板104的第一层110中形成暴露第二层120的内排气部310。

排气部300是电池模块框架100的第一层110和第三层130的一部分，并且第二层120通过排气部300暴露。当在电池模块10内发生火焰以增加温度和压力时，在电池模块框架100中由具有相对低熔点的铝材料制成的第一层110和第三层130的一部分熔化并且高温气体和火焰向外爆裂。火焰向外爆裂的地点可以由火灾的起点或电池模块框架100的局部强度来确定，但是难以预测这样的地点。

因此，在本发明的第二实施方式中，排气部300通过有意地切割第一层110和第三层130的一部分而形成，并且由此，排气部300的位置被限制为使得高温气体和火焰从指定点(即，排气部300)喷射。因此，通过适当地设计排气部300的位置，可以大大降低诸如外部火灾的二次损坏的风险。

在本发明的一个实施方式中，排气部300可以形成在一个表面中，并且在附图的示例中，多个排气部300可以对角地形成在电池模块框架100的上表面中。由于排气部300是其中火焰经由耐热增强塑料材料制成的第二层120从第三层130喷出的区域，因此当形成多个排气部300时，确保其间的足够距离，使得随着火焰在足够的距离和时间段内穿过第二层120，火焰逐渐损失热量。

而且，可能期望形成在第一层110中的内排气部310和形成在第三层130中的外排气部320不交叠。这是因为当内排气部310和外排气部320直接连接时，难以确保足以使第二层120发挥其熄火效果的火焰路径。

例如，如图7所示，形成在第三层130中的外排气部320可以以形成在第一层110中的内排气部310为中心彼此对角地间隔开。由于内排气部310和外排气部320的这种布置，内排气部310和外排气部320不交叠，并且外排气部320之间的距离增加。

另外，外排气部320可以由形成为一组的多个排气孔构成。在这种情况下，可能期望使外排气部320具有阶梯式尺寸布置，使得距内排气部310的距离d越大，排气孔的排气面积越大。这是因为穿过第二层120的增强塑料层的火焰路径更长，允许火焰损失足够的热量。这意味着穿过第二层120的增强塑料层的延伸火焰路径确保充分冷却的火焰从距内排气部310的长距离d处的排气孔排出。这种设计在熄火方面是有利的。

此外，紧固部分200可以形成在由铝材料制成的第一层110或第三层130上，并且紧固部分200可以是焊接部分210或螺栓联接部分220。图5示出了紧固部分200形成为焊接部分210的示例，并且图6示出了紧固部分200形成为螺栓联接部分220的示例。

本发明的电池模块框架100包括由耐热增强塑料制成的第二层120，该第二层120即使在高温火焰中也防止结构塌陷并且还具有熄火功能。尽管难以与第二层120构造机械紧固结构，但是在第二层120嵌入在由铝材料制成的第一层110和第三层130之间的情况下利用围绕电池模块框架100的内部和外部的铝层通过焊接或螺栓可以容易地实现紧固结构。

作为参考，图5和图6示出了焊接部分210和螺栓联接部分220分别构成紧固部分200的示例。当然，一个电池模块框架100可以以复杂方式包括焊接部分210和螺栓联接部分220作为紧固部分200。

在上文中，已经通过附图和示例更详细地描述了本发明。然而，由于在本说明书中描述的附图或示例中描述的配置仅是本发明的一个实施方式，并且不代表本发明的整个技术构思，因此应当理解，在提交本申请时可以存在各种等同物和变化。

[附图标记说明]

10：电池模块 100：电池模块框架

102：主框架 104：上板

110：第一层 120：第二层

130：第三层 200：紧固部分

210：焊接部分 220：螺栓联接部分

300：排气部 310：内排气部

320：外排气部 400：电池电芯组件

500：端板组件

UM：上模 BM：底模

Claims (12)

1.一种电池模块框架，所述电池模块框架是其中容纳多个电池电芯的多面体电池模块框架，所述电池模块框架包括：

第一层，所述第一层由铝或铝合金材料制成；

第二层，所述第二层堆叠在所述第一层上，并且由熔点高于所述第一层的增强塑料材料制成；以及

第三层，所述第三层堆叠在所述第二层上，并且由铝或铝合金材料制成。

2.根据权利要求1所述的电池模块框架，其中，所述电池模块框架通过对处于堆叠状态的所有所述第一层至所述第三层执行压制处理而形成。

3.根据权利要求2所述的电池模块框架，其中，在所述第一层或所述第三层上形成有紧固部分。

4.根据权利要求3所述的电池模块框架，其中，所述紧固部分是焊接部分或螺栓联接部分。

5.根据权利要求1所述的电池模块框架，其中，形成所述第二层的所述增强塑料材料是其中芳族尼龙纤维和热固性树脂组合的材料。

6.根据权利要求5所述的电池模块框架，其中，形成所述第二层的所述增强塑料材料是玻璃纤维增强塑料。

7.根据权利要求1所述的电池模块框架，其中，在所述电池模块框架的至少一侧中，暴露所述第二层的排气部形成在所述第一层和所述第三层的一部分中。

8.根据权利要求7所述的电池模块框架，其中，所述排气部形成在所述电池模块框架的上表面中。

9.根据权利要求8所述的电池模块框架，其中，所述排气部设置为沿对角线方向形成的多个排气部。

10.根据权利要求8所述的电池模块框架，其中，形成在所述第一层中的内排气部和形成在所述第三层中的外排气部彼此不交叠。

11.根据权利要求10所述的电池模块框架，其中，形成在所述第三层中的所述外排气部以形成在所述第一层中的所述内排气部为中心对角地彼此间隔开。

12.根据权利要求11所述的电池模块框架，其中，所述外排气部包括随着距所述内排气部的距离增加排气面积增大的多个排气孔。