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CN115885424A - 电池模块和包括所述电池模块的电池组 - Google Patents

电池模块和包括所述电池模块的电池组 Download PDF

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CN115885424A
CN115885424A CN202280005641.9A CN202280005641A CN115885424A CN 115885424 A CN115885424 A CN 115885424A CN 202280005641 A CN202280005641 A CN 202280005641A CN 115885424 A CN115885424 A CN 115885424A
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金承贤
孔维埮
申晋奎
吴英厚
玉昇旼
曹相铉
洪性梱
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LG Energy Solution Ltd
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Abstract

根据本发明的实施例的一种电池模块包括：通过竖直地堆叠多个电池单体而形成的电池单体堆；模块外罩，所述模块外罩包括基板和成对侧板，所述基板用于支撑所述电池单体堆，所述成对侧板覆盖所述电池单体堆的两侧；汇流条框架组件，所述汇流条框架组件覆盖被形成在所述模块外罩的纵向方向上的一侧中的开口；和多个火花延迟部，所述多个火花延迟部被形成为在所述侧板的内表面中突出，并且被形成为在所述侧板的高度方向上彼此间隔开。

Description

电池模块和包括所述电池模块的电池组
技术领域
本公开涉及一种电池模块、包括所述电池模块的电池组以及包括所述电池组的能量存储系统(ESS)和车辆。更特别地，本公开涉及如下一种电池模块、包括所述电池模块的电池组以及包括所述电池组的能量存储系统(ESS)和车辆，所述电池模块具有如下结构：当电池单体发生排气时，所述结构能够将气体排放到外侧，防止包含高温电极活性材料和金属颗粒的火花泄漏到电池模块的外侧，并且防止氧气被引入电池模块中，以防止电池模块中的火灾。
本申请要求2021年1月11日在韩国提交的韩国专利申请10-2021-0003554号的优先权，其公开内容通过引用并入本文。
背景技术
应用于能量存储系统(ESS)和/或电动车辆的电池组可以被制造成包括多个电池模块，高功率和高容量的锂二次电池被应用于所述多个电池模块。为了满足ESS和/或电动车辆所要求的电池组的输出功率特性并且实现高容量，可以增加一个电池模块中所包括的锂二次电池的数目，并且可以增加一个电池组中所包括的电池模块的数目。
然而，当在包括这种大量锂二次电池的电池组中发生火灾或者爆炸时，不可避免地增加了损坏。
电池组中发生的火灾始于电池模块中的锂二次电池的异常温度升高和内部气体产生。当锂二次电池的温度异常地升高并且产生了内部气体，因此锂二次电池的内部压力增加到一定水平或更高时，发生锂二次电池的排气，因此，高温气体被喷射到锂二次电池的外侧，并且喷射包含电极活性材料和铝颗粒的高温火花。
为了确保电池模块和/或电池组的使用中的安全性，排气气体应该能够被快速地排放到电池模块的外侧，使得当发生事故时，电池模块的内部压力不再增加。然而，当高温火花随同排气气体一起被排放到电池模块的外侧时，排气气体、高温火花和氧气可能相遇而引起火灾。
相应地，需要开发一种电池模块，该电池模块具有如下结构：即使当由于诸如电池单体中的短路的异常而发生热失控时，该结构也能够将排气气体快速地排放到电池模块的外侧，并且有效地防止包含电极活性材料和铝颗粒的高温火花泄漏到外侧。
而且，当应用于防止多个锂二次电池之间的短路的结构(诸如汇流条框架)由于与高温气体和火花连续接触而被损坏时，氧气可能容易从电池模块的外侧引入电池模块中，并且火灾可能甚至蔓延到电池模块中。而且，当汇流条框架被损坏时，由于汇流条框架而保持彼此分开的相邻的锂二次电池的电极引线可能彼此接触，并且事故可能蔓延。
相应地，需要开发一种电池模块，该电池模块具有如下结构：即使当某些结构由于高温气体和火花而被损坏时，所述电池模块也能够防止外部氧气的自由流入，并且防止由于相邻的锂二次电池之间的短路而导致事故的蔓延。
发明内容
技术问题
本公开被设计成解决相关技术的问题，因此本公开旨在提供一种电池模块，所述电池模块具有如下结构：当发生内部事故时，所述结构能够快速地排放排气气体，有效地防止高温火花泄漏到外侧，并且在排气气体被排放之后，防止外部空气被引入所述电池模块中。
本公开还旨在提供一种电池模块，所述电池模块具有如下结构：即使当某些结构由于高温气体和火花而被损坏时，所述电池模块也能够防止外部氧气被容易地引入所述电池模块中，并且防止相邻的锂二次电池之间的短路。
然而，本公开所要解决的技术目的不限于上文，并且根据以下公开内容，本领域普通技术人员将清楚地理解本文中未提到的其他目的。
技术方案
根据本公开的实施例的一种电池模块包括：电池单体堆，多个电池单体被竖直地堆叠在所述电池单体堆中；模块外罩，所述模块外罩包括基板和成对侧板，所述基板支撑所述电池单体堆，所述成对侧板覆盖所述电池单体堆的两个侧部；汇流条框架组件，所述汇流条框架组件覆盖被形成在所述模块外罩的在所述模块外罩的纵向方向上的一侧上的开口部；和多个火花延迟部，所述多个火花延迟部从所述成对侧板中的每个侧板的内表面突出，并且在所述侧板的高度方向上彼此间隔开。
所述成对侧板中的每个侧板可以包括火花方向改变部，所述火花方向改变部通过朝向所述电池单体堆弯曲所述侧板的、位于其纵向方向上的端部来形成。
所述开口部可以被形成在分别设置在所述成对侧板上的成对火花方向改变部之间，其中，所述电池单体的电极引线通过所述开口部被暴露于所述模块外罩的外侧。
所述汇流条框架组件可以包括：汇流条框架，所述汇流条框架覆盖所述开口部，并且包括多个框架狭缝，所述电池单体的电极引线穿过所述多个框架狭缝；和至少一个汇流条，所述至少一个汇流条位于所述汇流条框架的外表面上，并且被联接到穿过所述框架狭缝的所述电极引线。
所述电池模块可以进一步包括防火片组件，所述防火片组件位于所述汇流条框架组件和所述电池单体堆之间，并且被联接到所述汇流条框架组件。
所述防火片组件可以包括防火片，所述防火片包括多个片狭缝，所述电池单体的电极引线穿过所述多个片狭缝。
所述防火片组件可以进一步包括片盖，所述片盖包括多个盖狭缝，所述电池单体的所述电极引线穿过所述多个盖狭缝，所述片盖覆盖所述防火片。
所述防火片可以是云母片。
所述片盖可以完全覆盖所述防火片，使得所述防火片不被暴露于外部空气。
所述多个盖狭缝中的每一个盖狭缝可以具有这样的形状：其宽度朝向所述汇流条框架组件减小。
所述模块外罩可以由金属材料形成，并且所述多个火花延迟部可以由树脂材料形成。
所述多个火花延迟部可以包括第一延迟板和第二延迟板，所述第一延迟板和所述第二延迟板在面对彼此的方向上相对于所述基板向上倾斜或者向下倾斜。
所述第一延迟板和所述第二延迟板可以彼此间隔开。
根据本公开实施例所述的能量存储系统(ESS)包括根据本公开实施例所述的电池组。
根据本公开实施例所述的车辆包括根据本公开实施例所述的电池组。
有利效果
根据本公开的一个方面，即使当某些结构由于由事故引起的高温气体和火花而被损坏时，排气气体也可以被快速地排放，可以有效地防止高温火花泄漏到外侧，并且在排气气体被排放之后，可以防止外部空气被引入电池模块中。
根据本公开的另一个方面，即使当某些结构由于高温气体和火花而被损坏时，也可以防止外部氧气被容易地引入电池模块中，并且可以防止相邻的锂二次电池之间的短路。
附图说明
附图示出本公开的优选实施例，并且与前述公开内容一起用于提供本公开的技术特征的进一步理解，因此，本公开不被解释为限于附图。
图1是示出根据本公开实施例所述的电池模块的视图。
图2是示出从图1所示的电池模块移除汇流条框架组件和防火片组件后的状态的平面视图。
图3是示出图1所示的电池模块的局部截面视图。
图4是示出根据本公开的汇流条框架组件和防火片组件被联接到模块外罩的状态的视图。
图5是示出根据本公开的模块外罩的一部分、汇流条框架组件和防火片组件的分解立体图。
图6是示出根据本公开的防火片组件的视图。
图7到图10是示出根据本公开的模块外罩的侧板的内表面的形状的视图。
具体实施方式
在下文中，将参考附图详细描述本公开的优选实施例。在描述之前，应该理解，在说明书和所附权利要求中使用的术语不应被解释为被限制于一般的和词典的含义，而是在允许发明人为了最佳解释而适当地定义术语的原则的基础上，基于对应于本公开的技术方面的含义和概念来解释。因此，本文中提出的描述只是仅仅为了说明的目的的优选示例，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的范围的情况下对其做出其他等同和修改。
参考图1到图3，根据本公开实施例所述的电池模块包括：电池单体堆，在所述电池单体堆中，多个电池单体100在竖直方向(平行于Z轴线的方向)上被堆叠；模块外罩200，所述电池单体堆被容纳在所述模块外罩200中；汇流条框架组件300，所述汇流条框架组件300覆盖被形成在所述模块外罩200的、位于其纵向方向(平行于X轴的方向)上的一侧上的开口部。除了上述元件，所述电池模块可以进一步包括防火片组件400，所述防火片组件400位于所述汇流条框架组件300和电池单体堆之间，并且被联接到所述汇流条框架组件300。
所述电池单体100可以是袋型电池单体。在此情形中，所述电池单体100包括：电极组件(未示出)；袋外壳110，电极组件被容纳在所述袋外壳110中；和成对电极引线120，所述成对电极引线120被连接到所述电极组件并且从所述袋外壳110引出。所述成对电极引线120在所述电池单体100的纵向方向(平行于X轴线的方向)上沿着相反的方向被引出。
所述模块外罩200包括：基板210，所述基板210支撑所述电池单体堆；成对侧板220，所述成对侧板220覆盖所述电池单体堆的、位于其宽度方向(平行于Y轴的方向)上的两个侧部；和多个火花延迟部240，所述多个火花延迟部240从每个侧板220的内表面突出。所述模块外罩200可以由金属材料形成，以在事故情况下确保刚性和耐高温性。
所述成对侧板220中的每个侧板可以包括火花方向改变部200a，所述火花方向改变部200a通过使得所述侧板220的、位于其纵向方向上的一个端部和另一个端部朝向所述电池单体堆弯曲来形成。所述火花方向改变部200a可以被设置成区别于所述侧板220的、除了所述火花方向改变部200a之外的其余部分的单独构件，并且可以通过使用螺栓连接或焊接而被联接到所述侧板220的其余部分。可替代地，所述火花方向改变部200a可以与所述侧板220的、除了所述火花方向改变部200a之外的其余部分一体地形成。
形成在所述模块外罩200的、位于其纵向方向上的一侧和另一侧上的开口部被形成在分别设置于所述成对侧板220上的成对火花方向改变部200a之间。所述电池单体100的电极引线120可以通过形成在所述成对火花方向改变部200a之间的开口部而被暴露于所述模块外罩200的外侧。
因为根据本公开实施例所述的电池模块包括上述火花方向改变部200a，所以防止了在所述电池单体100的排气期间排放的高温火花沿着所述模块外罩200的纵向方向被喷射到所述模块外罩200的外侧。即，在所述电池单体100的排气期间、通过所述电池单体堆的电池单体100的、位于所述电池单体100的宽度方向(平行于Y轴的方向)上的两个侧部喷射的高温火花朝向所述电池模块的纵向方向(平行于X轴的方向)上的一个端部和/或另一个端部移动，然后朝向所述电池单体堆变换移动方向(见图2的箭头方向)。相应地，所述火花方向改变部200a防止火花通过所述模块外罩200的、位于其纵向方向(平行于X方向的方向)上的两侧上的开口部被排放到所述电池模块的外侧。
与图2一起参考图7到图10，多个火花延迟部240从所述侧板220的内表面突出。所述火花延迟部240突出到对应于所述侧板220和电池单体100之间的距离的高度。所述多个火花延迟部240在所述侧板220的高度方向(平行于Z轴线的方向)上彼此间隔开。
排气气体可以经过形成在相邻的火花延迟部240之间的流动路径。而且，随同排气气体一起喷射的包含活性材料和金属颗粒的火花也可以经过相邻的火花延迟部240之间的流动路径。然而，所述火花延迟部240在火花的路径中充当障碍物，并且使得火花通过形成在所述模块外罩200的、位于其纵向方向(平行于X轴的方向)上的两侧上的开口部的泄漏最小化。
所述火花延迟部240可以由树脂材料形成。当所述火花延迟部240由树脂材料形成时，通过与高温气体和火花连续接触，所述火花延迟部240被至少部分地熔化。相应地，当相邻的火花延迟部240之间的间隙被阻挡时，难以在所述电池单体堆和侧板220之间引入外部空气，因此，被供应到存在于电池模块中的火花和排气气体的氧气量不足，由此抑制着火。
所述火花延迟部240包括第一延迟板241和第二延迟板242，所述第一延迟板241和所述第二延迟板242在面对彼此的方向上相对于所述基板210向上倾斜(见图7和图9)或者向下倾斜(见图8和图10)。而且，面对彼此的第一延迟板241和第二延迟板242的端部可以彼此间隔开(见图7和图8)或者可以彼此连接(见图9和图10)。当所述第一延迟板241和第二延迟板242彼此间隔开时，火花可以通过所述第一延迟板241和第二延迟板242之间的间隙而分布在所述电池模块的高度方向(平行于Z轴的方向)上，由此进一步降低通过所述模块外罩200的开口部喷射火花的风险。
如上所述，当通过所述电池单体100的、位于其宽度方向(平行于Y轴的方向)上的两个侧部喷射的火花在所述侧板220的纵向方向(平行于X轴的方向)上移动时，所述火花延迟部240增加了路径，并且阻碍火花。相应地，所述火花延迟部240可以随同所述火花方向改变部200a一起防止火花通过形成在所述模块外罩200的、位于其纵向方向(平行于X轴的方向)上的两侧上的开口部而暴露。
为了使得所述火花延迟部240和火花方向改变部200a的协同效果最大化，所述火花延迟部240可以被形成在所述侧板220的、除了所述火花延迟部240之外的其余部分的纵向方向(平行于X轴的方向)上的一个端部和另一个端部上。这是为了允许所述火花延迟部240和火花方向改变部200a彼此相邻地定位。
根据本公开实施例所述的电池模块可以仅仅包括所述火花延迟部240，而不包括所述火花方向改变部200a。
参考图1到图5，所述汇流条框架组件300包括汇流条框架310和至少一个汇流条320。可以设置成对汇流条框架组件300，并且在此情形中，所述成对汇流条框架组件300分别覆盖形成在所述模块外罩200的、位于其纵向方向(平行于X轴的方向)上的一侧上的开口部和另一侧上的开口部。
所述汇流条框架310覆盖所述模块外罩200的开口部，并且包括多个框架狭缝310b，所述电池单体100的电极引线120穿过所述多个框架狭缝310b。所述汇流条框架310可以进一步包括用于与所述防火片组件400联接的至少一个框架突起310a。
所述汇流条框架310具有与所述模块外罩200的、位于其纵向方向上的一个端部和/或另一个端部对应的形状，并且被紧密地附接到所述模块外罩200。当所述模块外罩200如上所述地包括紧固框架230时，所述汇流条框架310被紧密地附接到所述火花方向改变部200a和所述紧固框架230。
所述汇流条320位于所述汇流条框架310的外表面上，并且被联接到穿过所述框架狭缝310b的电极引线120，以电连接所述多个电池单体100。所述汇流条320可以包括汇流条狭缝320b，所述电极引线120穿过所述汇流条狭缝320b。在此情形中，所述汇流条狭缝320b和框架狭缝310b可以被形成在彼此对应的位置处。
参考图1到图6，所述防火片组件400包括防火片410和片盖420。可以设置与所述汇流条框架组件300相同数目的防火片组件400。
所述防火片410可以是由能够耐受高温排气气体和火花、甚至火焰的云母材料形成的片。所述防火片410包括多个片狭缝410b，所述电极引线120穿过所述多个片狭缝410b。
即使当由树脂材料形成的汇流条框架310由于高温排气气体和火花而被损坏时，所述防火片410也可以维持其结构，因此，可以维持被分别插入到所述多个片狭缝410b中的所述多个电极引线120的位置。而且，所述防火片410可以允许高温排气气体通过所述片狭缝410b和电极引线120之间的间隙被排放到外侧，并且可以使包含活性材料和铝颗粒的高温火花的向外喷射最小化。而且，即使当由树脂材料形成的汇流条框架310被损坏时，所述防火片410也可以防止氧气被容易地从外侧引入电池模块中。
相应地，即使当在电池模块中发生事故时，所述防火片410也可以使所述汇流条框架310周围的火灾风险最小化，并且即使当在所述汇流条框架310周围发生火灾时，所述防火片410也可以延迟火灾蔓延到电池模块中。而且，所述防火片410可以防止由于所述汇流条框架310的损坏而引起的电池单体100之间的短路而导致事故的蔓延。
所述片盖420完全包围防火片410，使得所述防火片410不被暴露于外侧。这是因为，由云母材料形成的防火片410具有吸湿性，因此，当由云母材料形成的防火片410被暴露于所述片盖420的外部空气时，所述防火片410可能吸收水分，由此使绝热性能劣化。
所述片盖420可以是树脂注射模制产品，并且在此情形中，所述防火片410可以通过嵌件注射模制而被定位在所述片盖420中。所述片盖420包括多个盖狭缝420b，电极引线120穿过所述多个盖狭缝420b。所述盖狭缝420b具有这样的形状：所述盖狭缝420b的宽度朝向所述汇流条框架组件300减小。
这是为了：当由树脂注射模制产品形成的片盖420由于高温排气气体和火花而熔化时，快速地关闭所述盖狭缝420b，并且阻挡空气从电池模块的外侧流入。这样，当外部空气的流入被快速地阻挡时，可以阻挡氧气被供应到电池模块中，因此可以防止火灾蔓延到电池模块中。
所述盖狭缝420b、片狭缝410b和框架狭缝310b被形成在彼此对应的位置处。
当所述汇流条框架310包括框架突起310a时，所述防火片410和片盖420分别包括至少一个片孔410a和盖孔420a，所述至少一个片孔410a和所述盖孔420a被形成为具有对应于所述框架突起310a的位置和形状，以紧固到所述汇流条框架310。
虽然在附图中所述防火片组件400包括防火片410和包围防火片410的片盖420，但是本公开不限于此，所述防火片组件400可以仅仅包括防火片410而不包括片盖420。
根据本公开的实施例所述的电池组包括根据本公开的实施例所述的电池模块。所述电池组可以包括多个电池模块。根据本公开的实施例所述的能量存储系统(ESS)包括根据本公开的实施例所述的电池组。根据本公开的实施例所述的车辆包括根据本公开的实施例所述的电池组。所述车辆包括电动车辆。
虽然上文已经示出并且描述了本公开的实施例，但是本公开不限于上文描述的具体实施例。在不偏离权利要求中所要求保护的本公开的范围的情况下，本领域普通技术人员可以做出各种修改的实施例。

Claims (16)

1.一种电池模块，包括：
电池单体堆，在所述电池单体堆中，多个电池单体被竖直地堆叠；
模块外罩，所述模块外罩包括基板和成对侧板，所述基板支撑所述电池单体堆，所述成对侧板覆盖所述电池单体堆的两个侧部；
汇流条框架组件，所述汇流条框架组件覆盖被形成在所述模块外罩的、位于其纵向方向上的一侧上的开口部；和
多个火花延迟部，所述多个火花延迟部从所述成对侧板中的每个侧板的内表面突出，并且在所述侧板的高度方向上彼此间隔开。
2.根据权利要求1所述的电池模块，其中，所述成对侧板中的每个侧板包括火花方向改变部，所述火花方向改变部通过朝向所述电池单体堆弯曲所述侧板的、位于其纵向方向上的端部来形成。
3.根据权利要求2所述的电池模块，其中，所述开口部被形成在分别设置于所述成对侧板上的成对火花方向改变部之间，
其中，所述电池单体的电极引线通过所述开口部被暴露于所述模块外罩的外侧。
4.根据权利要求1所述的电池模块，其中，所述汇流条框架组件包括：
汇流条框架，所述汇流条框架覆盖所述开口部，并且包括多个框架狭缝，所述电池单体的电极引线穿过所述多个框架狭缝；和
至少一个汇流条，所述至少一个汇流条位于所述汇流条框架的外表面上，并且被联接到穿过所述框架狭缝的所述电极引线。
5.根据权利要求1所述的电池模块，进一步包括防火片组件，所述防火片组件位于所述汇流条框架组件和所述电池单体堆之间，并且被联接到所述汇流条框架组件。
6.根据权利要求5所述的电池模块，其中，所述防火片组件包括防火片，所述防火片包括多个片狭缝，所述电池单体的电极引线穿过所述多个片狭缝。
7.根据权利要求6所述的电池模块，其中，所述防火片组件进一步包括片盖，所述片盖包括多个盖狭缝，所述电池单体的所述电极引线穿过所述多个盖狭缝，所述片盖覆盖所述防火片。
8.根据权利要求6所述的电池模块，其中，所述防火片是云母片。
9.根据权利要求7所述的电池模块，其中，所述片盖完全包围所述防火片，使得所述防火片不被暴露于外部空气。
10.根据权利要求7所述的电池模块，其中，所述多个盖狭缝中的每个盖狭缝具有这样的形状：其宽度朝向所述汇流条框架组件减小。
11.根据权利要求1所述的电池模块，其中，所述模块外罩由金属材料形成，并且
所述多个火花延迟部由树脂材料形成。
12.根据权利要求1所述的电池模块，其中，所述多个火花延迟部包括第一延迟板和第二延迟板，所述第一延迟板和所述第二延迟板在面对彼此的方向上相对于所述基板向上倾斜或者向下倾斜。
13.根据权利要求12所述的电池模块，其中，所述第一延迟板和所述第二延迟板彼此间隔开。
14.一种电池组，包括根据权利要求1到13中的任一项所述的电池模块。
15.一种能量存储系统(ESS)，包括根据权利要求14所述的电池组。
16.一种车辆，包括根据权利要求14所述的电池组。
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