CN205159391U - 套管框架和具有该套管框架的电池模块 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了套管框架和具有该套管框架的电池模块，该套管框架在制造模块化电池时被插入在堆叠的多个单元电池单体之间。根据本公开一个方面的套管框架包括：具有平面形状的单体间分隔板，在相邻的单元电池单体之间插入以分隔相邻的单元电池单体；和侧壁部，其在单体间分隔板的边缘中的除了在电池单体的电极端子的引出方向上的边缘之外的边缘处、沿着垂直于单体间分隔板的平坦表面的方向延伸，其中对于侧壁部的至少一部分，与单元电池单体的侧表面形成接触的内侧壁由金属制成，并且面对内侧壁的外侧壁由塑料制成。

Description

套管框架和具有该套管框架的电池模块

相关技术的交叉引用

本申请要求在韩国于2014年11月5日提交的韩国专利申请No.10-2014-0153179和在韩国于2015年8月11日提交的韩国专利申请No.10-2015-0113378的优先权，上述申请的公开内容通过引用并入本文。

技术领域

本公开涉及一种具有堆叠的单元电池单体的电池模块，并且更加具体地涉及一种在电池模块中的单元电池单体之间插入的套管框架的结构。

背景技术

与一次性原电池相反地，二次电池能够被反复地充电，并且不仅在诸如包括移动电话、个人数字助理(PDA)和膝上型计算机的高科技紧凑式电子装置领域中使用，而且还用作能量存储系统和电动车辆或者混合动力车辆的电源。

对于要求高功率的装置诸如电动车辆或者混合动力车辆中的马达驱动系统或者电力存储系统，通常使用高容量模块化电池，其中多个单元电池单体被堆叠并且串联或者并联连接。

另一方面，二次电池在充电和放电期间产生大量的热，并且除非热被有效率地冷却，否则二次电池的使用寿命缩短并且故障发生，从而导致稳定性劣化，并且在更差的情形中，引起着火和爆炸，从而在包括二次电池的模块化电池的制造中，有效率的冷却是一项重要的任务。

而且，对于电动车辆或者混合动力车辆，在电池单体例如由于交通事故而经受严重冲击或者物理损坏的情形中，电池单体在被尖物刺破时受损，发生内部短路，从而引起着火或者爆炸，并且驾驶员或者乘客可能面临危险的状况。

另一方面，单元电池单体可以是在由金属制成的棱形或者柱形外壳中嵌入的罐型电池，或者是袋型电池，其中电极组件和电解质嵌入在由具有在主要材料(诸如，例如铝箔)上层叠的合成树脂涂层的薄片制成的袋封装中。

罐型电池具有比袋型电池更高的物理强度，而近来更加轻质的并且更加易于制造的袋型电池正被广泛地使用。然而，袋型电池具有对于由外部冲击或者内部短路导致的膨胀和爆炸抵抗性不良、即低机械强度的缺点。

出于这些原因，模块化电池、特别地使用袋型电池作为单元电池单体的模块化电池采用一种如在韩国专利No.10-1307992或者韩国专利No.10-0921346中的方法，该方法将带有易于接纳并且堆叠单元电池单体的结构的套管框架插入并且堆叠在堆叠的单元电池单体之间。

图1是示出普通套管框架和其中使用该普通套管框架堆叠多个单元电池单体的结构的示意性透视图。

参考图1，普通套管框架2具有如此结构，该结构具有单体间分隔板2a和侧壁2b，以形成适配单元电池单体1的形状和尺寸的单体接纳部3。

单体间分隔板2a通常由具有高导热率的金属，诸如，例如铝制成，并且吸收从电池单体1产生的热以冷却电池单体1，并且根据情况，单体间分隔板2a可以具有沿着其边缘的制冷剂沟道，冷却流体流动通过该制冷剂沟道，或者可以具有空气从中通过的孔。

另一方面，侧壁2b通常由塑料制成，并且这不仅是因为塑料是易于通过注射模制操控的材料，而且还因为在电池模块的制造与维护和维修时，由于在侧壁2b和电池单体的电极端子1a之间接触的风险而应该确保绝缘。

然而，如果套管框架2的侧壁2b由塑料形成，则在电池单体1着火或者燃烧的情形中，侧壁2b易于熔化或者燃烧，从而在其它相邻的电池单体1中引起着火或者燃烧。在其中袋型电池被用作单元电池单体1的情形中，这个问题可以是更加严重的。即，在袋型电池中，在电池单体1的侧表面上形成的层压板的热密封部1b是结构上最弱的部分。因此，当电池单体1由于异常发热或者电池单体1中的内部气体而膨胀时，电池单体1的侧表面易于爆裂。在此情形中，与电池单体1的侧表面形成接触的、由塑性材料制成的套管框架2的侧壁2b很可能由于从爆裂部发出的高温气体或者火焰而被熔化或者燃烧。

实用新型内容

技术问题

在上述相关技术的背景下，本公开涉及提供一种套管框架和一种具有该套管框架的电池模块，该套管框架带有在任何一个单元电池单体中着火或者燃烧的情形中较不易于熔化或者燃烧的结构，由此防止着火或者燃烧传播到其它相邻的电池单体。

技术方案

为了实现以上目的，根据本公开一个方面的一种套管框架是在被堆叠的多个单元电池单体之间插入的套管框架，并且包括在相邻的单元电池单体之间插入以分隔相邻的单元电池单体的、带有平面形状的单体间分隔板；和在单体间分隔板的边缘中的除了在电池单体的电极端子的引出方向上的边缘之外的边缘处、沿着垂直于单体间分隔板的平坦表面的方向延伸的侧壁部，其中对于侧壁部的至少一部分，与单元电池单体的侧表面形成接触的内侧壁由金属制成，并且面对内侧壁的外侧壁由塑料制成。

优选地，单体间分隔板可以由金属形成。

优选地，用于制成内侧壁和/或单体间分隔板的金属可以是铝或者铝合金。

根据一个方面，套管框架的单体间分隔板和侧壁部可以通过嵌件注射模制而一体地形成。

根据另一个方面，套管框架可以进一步包括电极端子连接部，所述电极端子连接部联接到单体间分隔板的边缘中的在电池单体的电极端子的引出方向上的边缘，从而电极端子连接到电极端子连接部。

根据再一个方面，可以在内侧壁和外侧壁之间置入防火层。防火层可以从带有阻燃性和耐热性的树脂组合物或者带有耐热性的陶瓷材料形成。在一个实例中，树脂组合物可以被发泡处理。

根据进一步的另一个方面，侧壁部可以从单体间分隔板突出地延伸到与单元电池单体的厚度相对应的高度。

为了实现该目的，根据本公开的另一个方面的一种电池模块包括多个上述套管框架，并且通过将至少一个单元电池单体插入在该多个套管框架之间并将其堆叠而制成。

优选地，单元电池单体可以是袋型电池单体。

有利的效果

根据本公开，因为与单元电池单体的侧表面形成接触的套管框架的侧壁部的内侧壁由金属制成，所以当单元电池单体发生着火或者燃烧时，由金属制成的内侧壁吸收热或者阻断火焰并且辐射热，由此防止套管框架的侧壁部容易地熔化或者燃烧。

因此，在使用套管框架堆叠多个单元电池单体以形成电池模块的情形中，即使任何一个单元电池单体发生着火或者燃烧，仍然可以防止着火或者燃烧向其它相邻电池单体的传播。

而且，当防火层置入套管框架的侧壁部的内侧壁和外侧壁之间时，可以更加有效地防止在单元电池单体之间着火或者燃烧的传播。

特别地，在电池模块的单元电池单体是袋型电池单体的情形中，本公开是有用的。

附图说明

附图示意本公开的优选实施例，并且与前面的公开一起地用于提供对本公开技术精神的进一步理解。然而，本公开不被理解为限于附图。

图1是示出普通套管框架和其中使用该普通套管框架堆叠多个单元电池单体的结构的示意性透视图。

图2(a)和2(b)示出描绘根据本公开一个方面的实施例的套管框架的示意性局部分解透视图和沿着线B-B截取的截面视图。

图3是示出根据本公开另一个实施例的套管框架的结构的示意性截面视图。

图4(a)和(b)是示出根据本公开再一个实施例的套管框架的变型的示意性截面视图。

图5是示出根据本公开另一个实施例的实施例的电池模块的示意性透视图。

具体实施方式

在下文中，将详细描述本公开。应该理解在说明书和所附权利要求中使用的术语不应该被理解为限制于通常的和字典的含义，而是基于允许本发明人为了最好地解释而适当地定义术语的原则基于对应于本公开的技术方面的含义和概念解释。而且，在绘图和实施例中示意的构造只是仅仅为了例示的优选实例，而非旨在限制本公开的范围，从而应该理解，能够在不偏离本公开范围的情况下对此实现其它的等价形式和修改。

图2(a)和2(b)示出描绘根据本公开一个方面的实施例的套管框架的示意性局部分解透视图和截面视图。

参考图2(a)和2(b)，根据这个实施例的套管框架10是在被堆叠以形成模块化电池的多个单元电池单体1之间插入的套管框架，并且主要地包括单体间分隔板11和侧壁部12，其中构造为接纳单元电池单体1的单体接纳部20可以由单体间分隔板11和侧壁部12限定。

单体间分隔板11是在相邻的单元电池单体1之间插入以将相邻的单元电池单体1相互分隔的平面部件。单体间分隔板11是从具有一定程度上的机械强度的材料形成，诸如，例如金属或者塑料，并且通常从能够吸收从电池单体1产生的热以冷却电池单体1的、具有高导热率的金属形成，诸如，包括铝、铜或者铝合金或铜合金，并且优选地是铝或者它的合金。而且，根据需要，冷却流体通过其流动的冷却剂沟道可以沿着单体间分隔板11的边缘形成，或者空气从中通过、跨越单体间分隔板11地布置的多个贯通沟道可以在单体间分隔板11本身中形成。这里，该多个贯通沟道优选地通过侧壁部12向外侧开放。

侧壁部12形成为在单体间分隔板11的边缘处沿着垂直于单体间分隔板11的板表面的方向延伸。这里，侧壁部12的至少一部分具有由不同材料制成的双重壁结构。具体地，如在图2(b)中所示，与单元电池单体1的侧表面形成接触的、侧壁部12的内侧壁12a从金属形成，并且面对内侧壁12a的外侧壁12b是从通常地用于制成套管框架的材料形成，诸如、例如塑料。考虑稍后描述的制造过程或者它的功能中的方便性，用于形成内侧壁12a的金属优选地是具有高导热率的金属，诸如，例如铝、铜，或者铝合金或者铜合金，如上述用于制成单体间分隔板11的金属那样。在此情形中，用于侧壁部12的内侧壁12a的金属和用于单体间分隔板11的金属可以是相同的或者不同的。

因为与单元电池单体1的侧表面形成接触的内侧壁12a是从金属形成的，所以在堆叠多个单元电池单体1以形成电池模块(见图5中的100)的情形中，尽管任何一个单元电池单体1发生着火或者燃烧，但是由金属制成的内侧壁12a吸收热或者阻断火焰并且辐射热，由此防止套管框架10的侧壁部12易于熔化或者燃烧。

在将袋型电池用作单元电池单体1时，在电池单体1的侧表面上形成的层压板的(见图1中的1b)熔合密封部1b是在结构上最弱的，且因此易于爆裂。然而，套管框架10的侧壁部12的内侧壁12a可以与高温气体或者火焰形成直接接触，并且因此本公开特别地在此情形中是有用的。

根据本公开的另一个方面，为了更加有效地防止侧壁部12熔化或者燃烧，可以可选地如在图3中所示在形成侧壁部12的内侧壁12a和外侧壁12b之间置入防火层B。

防火层B可以从具有优良的阻燃性和耐热性的树脂形成。树脂的非限制实例包括热塑性树脂组合物，其包括如在WO2012/015128A1中所公开的磷基丙烯酸共聚物。

由于具有高透明度和耐刮擦性、阻燃性和耐热性、良好的机械物理性质和挠性，作为防火层B的候选材料，树脂组合物是适当的。防火层B可以在构成内侧壁12a的金属板上涂覆至预定厚度，并且可以在内侧壁12a和外侧壁12b之间作为独立的薄片介质插入，并且附着到内侧壁12a和外侧壁12b。

除了以上热塑性树脂组合物，对于本领域技术人员明显的是，防火层B可以从已知具有优良的阻燃性和耐热性的其它的已知树脂组合物形成。

可选地，防火层B可以进一步包括通过发泡过程规则地或者非规则地分布的气孔。通过抑制对构成外侧壁12b的塑性材料的热传递，气孔进一步改进了本公开期望的效果。

防火层B不仅可以从以上树脂组合物形成，而且还可以从具有优良的耐热性的陶瓷材料形成，诸如，例如氧化铝。

另一方面，在套管框架的后侧(如由图2(a)中的②示意地)上在侧壁部12中形成的凹槽13是接合凹槽，当通过使用套管框架10(图5中的见100)堆叠多个单元电池单体1以形成电池模块时，该接合凹槽允许套管框架10之间的容易对准和联接。虽然在图中没有示出，但是以能够插入接合凹槽13中的相应形状在侧壁部12的底部在对应于接合凹槽13的位置处形成接合突起。

而且，在套管框架的左侧和右侧(如由图2(a)中的③和④示意地)上在侧壁部12中形成的凹槽14是沟道凹槽，当通过使用套管框架10堆叠多个单元电池单体1以形成电池模块100时，该沟道凹槽允许空气作为冷却剂流动。

然而，在侧壁部12中形成的接合凹槽13或者接合突起和沟道凹槽14可以改变它们的具体形状或者它们的形成位置。

根据这个实施例的套管框架10可以通过嵌件注射模制一体地形成。即，首先，通过挤压加工以期望的形状形成用于单体间分隔板11的金属板和用于侧壁部12的内侧壁12a的金属板。随后，将这些金属板安装在用于形成套管框架10的模具中，将用于形成侧壁部12的外侧壁12b的塑料的熔化溶液注射到模具中。

如上，当使用嵌件注射模制制成套管框架10时，避免了将用于单体间分隔板11和侧壁部12的内侧壁12a的金属板与用于侧壁部12的外侧壁12b的塑料模制部进行组装的单独过程，由此使得制造过程简单。

作为本公开的一个变型实例，当套管框架10具有如在图3中所示在内侧壁12a和外侧壁12b之间置入防火层B的结构时，在将用于内侧壁12a的金属板安装在用于嵌件注射模制的模具中之前，用于形成防火层B的树脂组合物可以在金属板的表面上被预涂覆至预定的厚度。可替代地，在以设计规格预先制造用于形成防火层B的薄片(由树脂或者陶瓷材料制成)之后，薄片可以被添加到或者可以使用粘结剂附着到用于内侧壁12a的金属板，并且薄片和金属板然后可以一起地安装在模具中。当应用这个过程时，在内侧壁12a和外侧壁12b之间形成了带有预定厚度的防火层B。

另一方面，在根据这个实施例的套管框架10中，侧壁部12并不在单体间分隔板11的所有边缘处形成。即，侧壁部12不在单体间分隔板11的位于套管框架10前侧(如由图2(a)中的①示意地)上的边缘处形成。因为在这个部分处，单元电池单体1的电极端子1a(见图1中的1a)突出，并且电极端子连接部15被接合以在构成电池模块100的单元电池单体1的电极端子1a之间电连接。

即，根据这个实施例的套管框架10可以进一步包括电极端子连接部15，该电极端子连接部15联接到单体间分隔板11的边缘中的在单元电池单体1的电极端子1a的引出方向上的边缘。电极端子连接部15具有：接合凹槽15b，套管框架10的单体间分隔板11的前侧边缘插入该接合凹槽15b，并且接合于此；和电极端子通孔15a，单元电池单体1的电极端子1a通过电极端子通孔15a被引入，并且从中通过暴露。因此，当堆叠多个单元电池单体1以形成电池模块100时，通过电极端子通孔15a暴露的单元电池单体1的电极端子1a可以串联或者并联地连接到相邻电池单体1的电极端子1a。然而，图2(a)和(b)所示电极端子连接部15只是一个实例，并且其特殊形状和结构可以改变。

另一方面，在图2(a)和(b)中，侧壁部12的高度h被设定为是一个单元电池单体1的厚度t的近似两倍大，并且两个单元电池单体1被一个在上一个在下地接纳在一个套管框架10中，以单体间分隔板11介于该两个单元电池单体1之间，结果，每两个单元电池单体1插入一个套管框架10，以构成电池模块100。

然而，侧壁部12的高度h可以不同地改变。即，侧壁部12的高度h可以增加，以在相邻的套管框架10之间包括更大数目的单元电池单体1，并且相反地，侧壁部12的高度h可以减小，以在相邻的套管框架10之间包括仅仅一个单元电池单体1(见图4(a))。此外，虽然在图2(b)和图4(a)中，侧壁部12相对于单体间分隔板11上下地延伸相同高度，但是这并不是必须的。即，如在图4(b)中所示，侧壁部12"可以具有仅仅从单体间分隔板11向上延伸的结构。图5是示出根据本公开另一个方面的实施例的电池模块的示意性透视图，并且这个实施例是使用图2(a)和2(b)所示套管框架10构造电池模块100的一个实例。

即，根据这个实施例的电池模块100是通过将单元电池单体1接纳在上述套管框架10中并且将它们堆叠在彼此之上而形成的模块化电池。然而，在图5中省略了通过电极端子连接部15的电极端子通孔15a暴露的电极端子1a的示意。在另一方面，上盖16和下盖17分别地被添加到电池模块100的最上面和最下面，以完成电池模块100。

根据本实用新型，因为与单元电池单体1的侧表面形成接触的套管框架10的侧壁部12的内侧壁12a是从金属形成的，而外侧壁12b是从塑料形成的，所以当包括在电池模块100中的该多个单元电池单体1中的任何一个发生着火或者燃烧时，套管框架10的侧壁部12都较不易于熔化或者燃烧，从而防止着火或者燃烧传播到相邻的其它单元电池单体1。而且，当在内侧壁12a和外侧壁12b之间置入防火层B时，可以进一步增强这一效果。在构成电池模块的单元电池单体1是袋型电池单体的情形中，根据这个实施例的电池模块100是尤其有用的。

另一方面，虽然在图5中，多个套管框架10和多个单元电池单体1被示出并且描述成沿着竖直方向堆叠，并且在图2(a)到4(b)中，套管框架10被示出并且描述成被沿着竖直堆叠方向置放，但是本公开并不基于堆叠方向受限。即，多个套管框架10和多个单元电池单体1可以水平地堆叠。相应地，在以上说明中用于示意方向的术语，诸如“上”、“下”、“右”、“左”、“前”和“后”是相对的术语，并且可以基于观察者的相对位置改变。

在上文中，已经示出并且描述了本公开的优选实施例，但是本公开不限于在前面描述的具体的优选实施例，并且本领域技术人员将会清楚，可以在不偏离本公开的基本特征的情况下实现各种改变和修改，并且这种改变和修改落入权利要求的范围内。

工业实用性

本公开的套管框架可以防止侧壁部由于在其内侧处发生的火焰而熔化或者燃烧，并且防止火焰传播到相邻区域。因此，采用本公开的套管框架的电池模块可以改进耐火性。特别地，当在套管框架的侧壁部中包括防火层时，可以进一步增强本公开的效果。而且，对于通过堆叠易于点燃或者爆炸的袋形单体制造模块化电池，根据本公开的套管框架是特别有用的。

Claims (11)

1.一种套管框架，所述套管框架被插入在堆叠的多个单元电池单体之间，所述套管框架的特征在于包括：

具有平面形状的单体间分隔板，所述单体间分隔板被插入在相邻的单元电池单体之间以分隔相邻的单元电池单体；和

侧壁部，所述侧壁部在所述单体间分隔板的边缘中的除了在所述电池单体的电极端子的引出方向上的边缘之外的边缘处、沿着垂直于所述单体间分隔板的平坦表面的方向延伸，

其中，对于所述侧壁部的至少一部分，与所述单元电池单体的侧表面形成接触的内侧壁由金属制成，并且面对所述内侧壁的外侧壁由塑料制成。

2.根据权利要求1所述的套管框架，其特征在于，所述单体间分隔板由金属形成。

3.根据权利要求1或2所述的套管框架，其特征在于，所述金属是铝或者铝合金。

4.根据权利要求1或2所述的套管框架，其特征在于，所述套管框架的所述单体间分隔板和所述侧壁部通过嵌件注射模制而一体地形成。

5.根据权利要求1或2所述的套管框架，其特征在于进一步包括：

电极端子连接部，所述电极端子连接部被联接到所述单体间分隔板的边缘中的在所述电池单体的电极端子的所述引出方向上的所述边缘，其中，所述电极端子连接到所述电极端子连接部。

6.根据权利要求1所述的套管框架，其特征在于，在所述内侧壁和所述外侧壁之间置入防火层。

7.根据权利要求6所述的套管框架，其特征在于，所述防火层由带有阻燃性和耐热性的树脂组合物形成。

8.根据权利要求7所述的套管框架，其特征在于，所述树脂组合物被发泡处理。

9.根据权利要求6所述的套管框架，其特征在于，所述防火层由带有耐热性的陶瓷材料形成。

10.根据权利要求1所述的套管框架，其特征在于，所述侧壁部从所述单体间分隔板突出地延伸到与所述单元电池单体的厚度相对应的高度。

11.一种电池模块，其特征在于包括：

多个如权利要求1或2中限定的套管框架，

其中，至少一个单元电池单体被插入在所述多个套管框架之间并且被堆叠。