提高安全性的端子汇流排及包括其的电池模块和电池组的制作方法

1.本公开内容涉及一种电池模块，更特别地涉及一种当温度升高时停止电流流动的电池模块。此外，本公开内容涉及一种用于电池模块中的端子汇流排及包括该电池模块的电池组。
2.本技术要求享有于2019年6月11日在韩国提交的韩国专利申请第10
‑
2019
‑
0068725号的优先权，通过引用将该申请的公开内容并入本文。


背景技术：

3.当前，可商业获得的二次电池包括镍镉电池、镍氢电池、镍锌电池、锂二次电池等。在这些电池中，锂二次电池有微小的记忆效应或没有记忆效应，由于可在任何方便的时候进行再充电、自放电速率非常低以及能量密度高的优点，因此锂二次电池比镍基二次电池获得更多的关注。
4.锂二次电池主要使用锂基氧化物和碳材料来分别用于正极活性材料和负极活性材料。锂二次电池包括电极组件以及严密密封的包封材料或电池壳体，电极组件中组装有多个单元电池，每个电池单元包括具有涂覆有正极活性材料的正极集电器的正极板、具有涂覆有负极活性材料的负极集电器的负极板及置于正极板与负极板之间的隔膜，电极组件和电解质溶液一起被接收在包封材料或电池壳体中。根据电池壳体的形状，锂二次电池被分类为罐型二次电池和袋型二次电池，在罐型二次电池中电极组件被置于金属罐中，在袋型二次电池中电极组件被置于铝层叠片的袋中。
5.最近，二次电池不仅广泛使用于诸如便携式电子产品的小型装置，而且使用于诸如车辆和能量储存系统(ess)的中型及大型装置。对于在中型及大型装置中的应用，许多二次电池被电连接以构建电池模块或电池组来增大容量和输出。特别地，袋型二次电池广泛应用于中型和大型装置，因为它们容易堆叠且重量轻。袋型二次电池具有其中连接了电极引线的电极组件与电解质溶液一起被接收在袋形壳体中并且袋形壳体被严密密封的结构。电极引线的一部分暴露于袋形壳体的外部，暴露的电极引线电连接至装设二次电池的装置，或者暴露的电极引线用于将二次电池彼此电连接。
6.图1示出通过连接袋型电池单元制造的电池模块的一部分。例如，示出了串联连接的两个袋型电池单元。
7.如图1所示，袋型电池单元10,10'具有延伸到袋状壳体30之外的两个电极引线40,40'。电极引线40,40'根据极性被分类为正( )引线和负(
‑
)引线，并且电耦接至密封于袋状壳体30内的电极组件20。也就是说，正引线电连接至电极组件20的正极板，负引线电连接至电极组件20的负极板。
8.电池模块1中的电池单元10,10'有许多连接方法，图1示出了将电极引线40,40'弯折，将电极引线40,40'放在汇流排50上并执行激光焊接，以连接电池单元10的电极引线40和与电池单元10相邻的电池单元10'的电极引线40'。
9.同时，锂二次电池在过热时可能爆炸。特别地，在包括电动车(ev)、混合动力车
(hev)和插电式混合动力车(phev)的电动车辆应用中，通过连接多个高容量二次电池单元而使用的电池模块或电池组的情况中，爆炸可能造成非常大的事故，因此确保安全是非常重要的。
10.造成锂二次电池的温度快速升高的主要原因是短路电流的流动。通常在连接至二次电池的电子装置中发生短路时以及在锂二次电池中出现短路现象时出现短路电流，在正极和负极中出现快速电化学反应而产生热量。电池单元的温度因热量而以非常高的速率升高，最终着火。特别地，在包括多个电池单元的电池模块或电池组的情况中，从任何一个电池单元产生的热量向外扩散并影响相邻的电池单元，造成更大的危险。
11.为了切断电流以避免在二次电池的内部温度升高时发生爆炸，已提出了正温度系数(ptc)装置和熔断器。然而，电池模块或电池组中需要单独的安装空间。
12.电池模块或电池组的爆炸可造成使用电池模块或电池组的电子装置或车辆的损坏，此外，威胁使用者的安全且可能造成火灾，因而，确保安全是非常重要的。当二次电池过热时，爆炸和/或火灾风险增大，且因过热而发生的快速燃烧或爆炸可能造成人员损失及财产损失。因而，需要采取一种方式来提高二次电池的使用期间的安全性。


技术实现要素：

13.技术问题
14.本公开内容旨在提供一种用于在温度升高时切断电流以提高电池模块的安全性的部件。
15.本公开内容还旨在提供一种使用所述部件而具有提高的安全性的电池模块和电池组。
16.本公开内容的这些及其他目的和优点将由以下描述而理解且将由本公开内容的实施方式显而易见。此外，将容易理解，本公开内容的目的和优点通过所附权利要求书中阐述的手段及其组合而实现。
17.技术方案
18.本公开内容提出了新的端子汇流排作为提高电池模块的安全性的部件。
19.根据本公开内容的端子汇流排包括耦接部和端子部，所述耦接部大致为板状且厚度小于长度和宽度，所述端子部在所述耦接部的一端在垂直方向上弯折。所述耦接部在所述端子部的延伸方向上包括以相继顺序堆叠的第一金属层、材料层和第二金属层，所述材料层在正常条件下是导电的，但当温度升高时能充当电阻，并且所述材料层包括气体产生材料，所述气体产生材料在预定温度或更高温度下分解而产生气体，因此增大电阻。所述第一金属层与所述端子部一体成形，并且所述第二金属层提供与所述电池单元的电极引线连接的表面。
20.所述端子汇流排可在所述耦接部中具有开口，所述电极引线穿过所述开口。
21.所述材料层可包括所述气体产生材料、导电材料和粘合剂。
22.所述气体产生材料可以是三聚氰胺氰尿酸盐。
23.所述导电材料可通过粘合剂连接及固定，并且当产生气体时，所述导电材料的连接可断开且电阻可增大。
24.一种用于制造端子汇流排的方法可包括以下步骤。首先，制备具有l形截面的金属
元件，所述金属元件具有与端子部一体成形的第一金属层。在所述第一金属层上形成材料层。附加地，在所述材料层上堆叠第二金属层。
25.当所述材料层包括气体产生材料、导电材料和粘合剂时，所述方法可进一步包括在将所述第二金属层堆叠在所述材料层上后进行按压以将它们粘合在一起。
26.根据本公开内容的一种电池模块包括所述端子汇流排。
27.所述电池模块包括至少两个电池单元，其中所述电池单元是袋型二次电池，所述袋型二次电池包括暴露于带状壳体的外部的相反极性的电极引线，并且所述电池模块进一步包括端子汇流排，所述端子汇流排连接到至少一个所述电池单元的电极引线。
28.在所述电池模块中，从所述电池模块的外部到所述电池模块中的电流流动路径可依序通过所述端子部、所述第一金属层、所述材料层、所述第二金属层和所述电极引线。
29.本公开内容进一步提供一种包括至少两个电池模块的电池组。所述电池组进一步包括中间汇流排，所述中间汇流排将任何一个电池模块的所述端子汇流排的所述端子部连接至另一电池模块的所述端子汇流排的所述端子部，以便连接电池模块。所述电池组可进一步包括组件壳体以包封所述电池模块。
30.此外，本公开内容提供一种包括根据本公开内容的至少一个电池组的车辆。
31.有益效果
32.根据本公开内容，通过改变端子汇流排同时使电池单元保持原样来构造电池模块。当温度升高时，端子汇流排的电阻增大，以切断通过端子汇流排流动的电流。因而，根据本公开内容的电池模块可在使用中发生过热时切断电流，由此确保在异常情况下的安全性。
33.为了增大汇流排的电阻，汇流排包括包含气体产生材料的材料层，当达到气体产生材料分解的温度时，电流被切断。因而，即使二次电池保护电路没有工作，也可切断电流，以使电流不再流动，例如防止二次电池被充电，由此提高电池模块的安全性。本公开内容的电池模块具有改进的汇流排，以在温度升高时自动切断电流，由此实现二次电池保护电路的防止过充电功能并确保电池模块的安全性。
34.根据本公开内容，在连接电池单元以形成电连接路径时，为了安全性可提供使用端子汇流排的电池模块。当例如达到异常温度的情况之类的事件发生时，由于端子汇流排内的材料层中包括的气体产生材料分解，因此电阻增大。结果，电池单元的电连接断开且电流被切断，由此确保电池模块的安全性。
35.特别地，在端子汇流排中的第一金属层和第二金属层之间，设置了包括在预定温度或更高温度下分解以产生气体的气体产生材料的材料层，以通过所述材料层增大第二金属层与第一金属层之间的电阻，从而阻止电流流动，其中端子汇流排在第二金属层处连接至电极引线，且在第一金属层处未连接至电极引线。端子汇流排尤其用于连接相邻的电池模块。如果端子汇流排连接相邻电池模块之间的电池单元，则当温度升高时，电流不流过端子汇流排，由此提高安全性。
36.根据本公开内容，可通过改进电池模块的端子汇流排来确保安全性。取代现有的端子汇流排，使用所提出的端子汇流排，并且可使用现有的电池模块制造工艺，因此可在工艺没有大的改变的情况下确保电池模块的安全性。由于电池单元本身使用现有的制造工艺，因此无需改变工艺或调整大规模生产工艺。
37.如上所述，根据本公开内容，在正常情况下允许电流流动，从而提供与现有电池模块相似的电池模块性能，而在异常情况下，当温度升高到高于预定水平时，电流被切断，由此提高电池模块的安全性。因而，可提高电池模块、包括电池模块的电池组和包括电池组的车辆的安全性。
附图说明
38.附图示出本公开内容的优选实施方式，并与以下描述的本公开内容的详细描述一起用于提供对本公开内容的技术方面的进一步理解，因此本公开内容不应被解释为限制于附图。
39.图1示意地示出常规电池模块。
40.图2示出根据本公开内容的实施方式的端子汇流排。
41.图3示出根据本公开内容的另一实施方式的端子汇流排。
42.图4示意地示出根据本公开内容的另一实施方式的包括端子汇流排的电池模块。
43.图5是图4的电池模块中包括的端子汇流排的正视图，图6是截面图。
44.图7是图4的电池模块中包括的汇流排的正视图。
45.图8是实验制造的互连板(icb)组件的影像图。
46.图9是示出根据本公开内容的又一实施方式的电池组的图。
47.图10是示出根据本公开内容的又一实施方式的车辆的图。
48.图11是示出在实验中使用的电池模块的电阻和温度随时间变化的图。
49.图12a、12b、13a和13b示出在实验中使用的电池模块的外部短路测试结果。
具体实施方式
50.以下，将参照附图详细描述本公开内容的优选实施方式。在描述之前，应理解，在说明书和随附权利要求书中使用的术语或用语不应被解释为限制于一般含义和词典含义，而是应在允许发明人为了最佳说明而适当地定义术语的原则的基础上，基于对应于本公开内容的技术方面的含义和构思来解释。
51.因此，本文描述的实施方式和图中所示的绘图仅是本公开内容的最优实施方式，而不旨在完全描述本公开内容的技术方面，因而应理解，在递交本技术时可对其做出其他等同替换和修改。在附图中，相同附图标记表示相同元件。
52.在以下描述的实施方式中，二次电池是指锂二次电池。这里，锂二次电池统称为二次电池，其中锂离子在充电和放电期间充当工作离子，从而在正极板和负极板处引发电化学反应。
53.同时，应说明的是，即使二次电池的名称随着锂二次电池中使用的电解质或隔膜的类型、用于包封二次电池的电池壳体的类型以及锂二次电池的内部或外部结构而改变，但锂二次电池涵盖使用锂离子作为工作离子的任何二次电池。
54.本公开内容还可应用于除锂二次电池之外的二次电池。因而，应说明的是，本公开内容涵盖可应用本公开内容的技术方面的任何类型的二次电池，即使工作离子不是锂离子。
55.以下，将参照图2和图3描述本公开内容的端子汇流排实施方式。
56.图2示出根据本公开内容的实施方式的端子汇流排。图3示出根据本公开内容的另一实施方式的端子汇流排。
57.首先，参照图2，端子汇流排150包括耦接部160和端子部170。端子部170是在耦接部160的一端沿垂直方向弯折的部分。
58.耦接部160是大致为板状的元件，其厚度t相对于长度l和宽度w较小。耦接部160在端子部170的延伸方向上包括从底部到顶部依序堆叠的第一金属层162、材料层164和第二金属层166，并且材料层164在正常条件下是导电的，而当温度升高时，可充当电阻。第一金属层162、材料层164和第二金属层166沿着厚度t方向堆叠。端子部170的厚度可等于耦接部160的厚度t。第一金属层162与端子部170一体成形，第二金属层166提供与电池单元的电极引线连接的表面。端子部170可用于外部输入或用于在电池模块之间进行连接。通常，连接至电极引线以形成电接线的部件被称为汇流排，因而包括耦接部160和端子部170的部件可被称为汇流排，但与其他汇流排不同，除了耦接部160之外，该部件还包括端子部170，由于该差异，该部件在本公开内容中被称为端子汇流排。
59.第一金属层162和第二金属层166可包括具有高电导率的金属。例如，第一金属层162和第二金属层166可包括铝、铜、镍和sus中的至少一种。第一金属层162和第二金属层166可包括用作现有汇流排材料的各种类型的材料。第一金属层162和第二金属层166可为相同类型或不同类型。
60.夹在第一金属层162和第二金属层166之间的材料层164包括气体产生材料，该气体产生材料在预定温度或更高温度下分解以产生气体并增大电阻。优选地，材料层164包括气体产生材料、导电材料和粘合剂。导电材料由粘合剂连接及固定，当气体产生材料产生气体时，导电材料的连接可被断开，从而可增大电阻。气体产生材料可以是体积可膨胀树脂。
61.气体产生材料优选是体积可膨胀树脂类型的三聚氰胺氰尿酸盐。三聚氰胺氰尿酸盐是用作包含氮和磷的组合的氮磷阻燃剂的材料，并且可通过不同的制造商获得具有数十微米水平的平均颗粒尺寸的原材料。
62.主要用于阻燃剂的三聚氰胺氰尿酸盐在高于300℃下经历吸热分解。三聚氰胺氰尿酸盐分解成三聚氰胺和氰尿酸。蒸发的三聚氰胺释放惰性的氮气。通过调整三聚氰胺氰尿酸盐的分子重量来调整分解温度。三聚氰胺氰尿酸盐的结构式如下。
63.[结构式]
[0064][0065]
导电材料不限于具有导电性质的任何特定类型的材料，并且例如可包括：石墨，诸如天然石墨或人造石墨；炭黑，诸如炭黑、乙炔黑、酮黑、槽法炭黑、炉法炭黑、灯黑和热裂炭黑；导电纤维，诸如碳纤维或金属纤维；金属粉末，诸如氟碳、铝、银和镍粉末；导电须晶，诸
如氧化锌和钛酸钾；导电金属氧化物，诸如氧化钛；和诸如聚苯衍生物的导电材料。
[0066]
粘合剂是帮助粘合气体产生材料和导电材料并将它们粘合到第一金属层162和第二金属层166的物质。粘合剂的示例可包括聚偏二氟乙烯、聚乙烯醇、羧甲基纤维素(cmc)、淀粉、羟基丙基纤维素、再生纤维素、聚乙烯吡咯烷酮、四氟乙烯、聚乙烯、聚丙烯、乙烯
‑
丙烯
‑
二烯三聚物(epdm)、磺化epdm、丁苯橡胶、氟橡胶和各种共聚物。
[0067]
在异常情况下，当温度升高到高于预定水平，例如，高于300℃时，置于第一金属层162与第二金属层166之间的材料层164中的三聚氰胺氰尿酸盐分解而产生n2气。因而，材料层164的电阻增大并充当电阻层。
[0068]
用于制造端子汇流排150的方法可包括以下步骤。首先，制备金属元件m，使得第一金属层162与端子部170一体成形并且其截面具有l形状。为了使总厚度为厚度t，可将金属元件m制成为第一金属层162薄于端子部170。可通过处理金属板来制备金属元件m。之后，将材料层164形成在第一金属层162上。附加地，将第二金属层166堆叠在材料层164上。可设定材料层164和第二金属层166的每一者的厚度，使得当材料层164和第二金属层166堆叠在第一金属层162上时，总厚度满足厚度t。
[0069]
当材料层164包括气体产生材料、导电材料和粘合剂时，所述方法可进一步包括在将第二金属层166堆叠在材料层164上后进行按压以将它们粘合在一起。
[0070]
可将通过混合气体产生材料、导电材料和粘合剂制备的糊状物或浆料施加到第一金属层162上来形成材料层164。当将第二金属层166置于材料层164上并上下按压第二金属层166后，可获得在两个金属层162,166之间置有材料层164的端子汇流排150。必要时可执行额外热处理。
[0071]
耦接部160的厚度t可等于现有汇流排的厚度。第一金属层162和第二金属层166可由与现有汇流排相同的材料制成。当材料层164中的导电材料等于或高于现有汇流排材料时，在正常条件下材料层164的电导率可变得与现有汇流排的电导率相似。
[0072]
因而，在正常情况下，保持端子汇流排150中的材料层164的电导率，从而电池模块性能表现出与使用现有汇流排时的电池模块性能相似的水平。在异常情况下，当温度升高到高于预定水平时，材料层164的电阻增大，并且足以切断电流。因而，当温度升高时，材料层164充当电阻以切断电流，由此提高包括材料层164的电池模块的安全性。
[0073]
图3所示的端子汇流排150'基本上与图2的端子汇流排150相同。端子汇流排150'在耦接部160中进一步包括开口168，电极引线穿过开口168。开口168的数量可根据电极引线的数量或连接方法而不同。端子部170进一步包括孔172。孔172用于外部输入或用于在电池模块之间进行连接。孔172的数量可根据连接方法而不同。
[0074]
本公开内容提供的端子汇流排150或150'具有金属
‑
(体积可膨胀树脂 导电材料 粘合剂)
‑
金属的三重结构，在端子汇流排中通过焊接(对应于汇流排的长轴)而连接电极引线。在正常情况下，电流可在端子汇流排与电极引线之间流动，但体积可膨胀树脂 导电材料 粘合剂中的体积可膨胀树脂在高温下体积膨胀，从而在导电材料中形成间隙，导致电阻增大。因而，端子汇流排与电极引线之间的电阻增大，这阻断电流。如上所述，在异常温度下阻止电流流过端子汇流排，因此包括端子汇流排的电池模块具有提高的安全性。
[0075]
图4示意地示出根据本公开内容的另一实施方式的包括端子汇流排的电池模块。图5是图4的电池模块中包括的端子汇流排的正视图，图6是沿着线vi
‑
vi'截取的图5的截面
图。图7是图4的电池模块中包括的端子汇流排的正视图。
[0076]
图4的电池模块1000具有4p3s连接。也就是说，三个电池排211串联s连接，每个电池排211包括并联p连接的四个电池单元210。每个电池单元210可以是如图1所示的袋型电池单元。通过说明的方式提供4p3s，而本公开内容的电池模块不限于此。
[0077]
电池单元210是二次电池，并且具有延伸到带状壳体230的外部的两个电极引线240。电极引线240根据极性而分为正( )引线和负(
‑
)引线，且电连接至接收在紧密密封的袋状壳体230中的电极组件(未示出)。也就是说，正引线电连接至电极组件的正极板，负引线电连接至电极组件的负极板。如上所述，电池单元210是袋型二次电池，其中电池单元210的相反极性的电极引线240的一端连接至电极组件的两端的各端，电极组件与电解质溶液一起被接收在袋状壳体230中，袋状壳体230被紧密地密封，并且电极引线240的另一端暴露于袋状壳体230的外部。
[0078]
电极引线240延伸到电池单元210的两端之外。在并联连接的电池排211内，电极引线240被堆叠，使得相同极性的电极引线240彼此紧邻布置。另外，在电池排211之间，电极引线240以相反极性堆叠。可有许多种方法连接电极引线240，图4至图7示出电极引线240的另一端向左或向右弯折以提供平坦接触表面，所述另一端放置在汇流排290或端子汇流排150'之上并且通过焊接来连接。
[0079]
参照图4至图7，端子汇流排150’连接一个电池排211中的相同极性的电极引线240。汇流排290在两个电池排211之间连接相反极性的电极引线240。在该实施方式中，设置了两个端子汇流排150’和两个汇流排290。
[0080]
端子汇流排150’和汇流排290设置在各电极引线240的弯折部分之间，平行于电池单元210的堆叠方向，并且连接至电极引线240。连接方法可包括本领域常用的方法，例如超声波焊接和激光焊接，但不限于此。
[0081]
端子汇流排150’和汇流排290具有开口168、296，电极引线240穿过这些开口168、296。参照图2和图3进行的描述同等地应用于端子汇流排150’。
[0082]
参见图5所示的端子汇流排150’的正视图和图7所示的汇流排290的正视图，围绕开口168、296形成大致o形。在电极引线240穿过形成在中心处的开口168、296且弯折后，沿着汇流排150’、290的长轴线性地执行电极引线240和汇流排150’、290的焊接。
[0083]
特别地，如图4和图5所示，可将四个电极引线240耦接到一个端子汇流排150’的耦接部160的第二金属层166。如以上描述的，当将四个电极引线240耦接到一个端子汇流排150’的耦接部160时，四个电极引线240中的两个可彼此堆叠，穿过开口168向左弯折并连接到耦接部160的左侧，而剩余的两个电极引线240可向左弯折并连接到耦接部160的右侧。
[0084]
在该情况中，四个电极引线240各自设置在四个不同电池单元210中，且它们具有相同极性。例如，连接至图4的右上端子汇流排150’的电极引线240均是正极引线。因而，图4的右上端子汇流排150’可被称为正极端子汇流排。连接至图4的左下端子汇流排150’的电极引线240均是负极引线。因而，图4的左下端子汇流排150’可被称为负极端子汇流排。
[0085]
参照图4和图7，可将八个电极引线240耦接到一个汇流排290。如上所述，当将八个电极引线240耦接到一个汇流排290时，在八个电极引线240中，两个电极引线240彼此堆叠、向右弯折并连接到汇流排290的左侧，两个电极引线240彼此堆叠、穿过两个开口296中的左开口296、向右弯折并连接至汇流排290的中心部分的左侧，两个电极引线240彼此堆叠、穿
过两个开口296中的右开口296、向左弯折并连接至汇流排290的中心部分的右侧，剩余的两个电极引线240向左弯折并连接至汇流排290的右侧。
[0086]
在该情况中，八个电极引线240各自设置在八个不同电池单元210中，并且左侧的四个电极引线240具有相同极性，右侧的四个电极引线240具有与之相反的极性。例如，连接至汇流排290的电极引线240是四个正极引线和四个负极引线。
[0087]
特别地，将参照图6详细描述流过本公开内容的端子汇流排150’的电流流动路径。参照图6，从电池模块(图4的1000)的外部到电池模块1000中的电流流动路径通过端子汇流排150’的端子部170、第一金属层162、材料层164和第二金属层166，然后到达电极引线240。如以上描述的，材料层164在正常条件下是导电材料，并且在温度升高时可充当电阻。在异常情况下，当温度升高到高于预定水平，例如高于300℃时，材料层164中的三聚氰胺氰尿酸盐分解而产生n2气。因而，材料层164的电阻增大而充当电阻层。另外，可通过体积膨胀断开电连接。
[0088]
因此，在正常情况下，保持端子汇流排150’中的材料层164的电导率，且电池模块性能表现出与现有汇流排相似的水平。在异常情况下，当温度升高到高于预定水平时，材料层164的电阻增大，从而阻止流到端子部170和第一金属层162的电流流到材料层164和第二金属层166。因而，可切断流向电极引线240的电流。因而，当温度升高时，材料层164充当电阻以切断电流。因而，即使在二次电池保护电路不工作时，也可切断电流以阻止电流继续流动，例如阻止二次电池充电，由此提高电池模块1000的安全性。如以上描述的，本公开内容的电池模块1000改进端子汇流排以在温度升高时自动切断电流，由此实现二次电池保护电路的防止过充电功能并确保电池模块1000的安全性。当如上所述配置端子汇流排150’而非汇流排290时，可阻止来自外部装置或其他电池模块的电流流到电池模块1000。
[0089]
使锂二次电池的温度快速升高而造成安全性降低的主要原因是短路电流，在发生短路时确保包括彼此连接的电池单元的电池模块或电池组的安全性是非常重要的。由于短路电阻较低，因此流动较高的短路电流，并且产生高温热，当电池单元不能承受高温热时，就会着火。在一些情况中，当短路电阻非常低时，也获得安全结果，并且在大电流流动期间产生的热量超过660℃时，电极引线熔化且电流被切断，由此确保安全性。当温度低于660℃时，电极引线不熔化，电流继续流动，高温热增加，并且当电池单元不能承受高温热时，就会着火。相比之下，即使在正常情况下也可能流动大电流。在诸如快速充电、电动车辆的突然加速或起动的情况中，在电池模块中流动大电流且从电极引线产生高温热，在该正常情况中，不应进行操作。为了避免此情况，在约250℃或更高的温度下，有必要切断电流。
[0090]
在该实施方式中，当电池模块1000达到约300℃时，在端子汇流排150’的材料层164中产生气体以增大材料层164的电阻。因而，材料层164的切断机制在正常的大电流范围内不操作，仅允许其在因实际发生的短路导致过热而高于所述温度时进行操作，由此防止着火和爆炸并确保安全性。另外，与用于提高安全性的ptc装置或熔断器不同，端子汇流排不占用模块中的空间并且不减小能量密度。
[0091]
根据本公开内容的电池模块1000具有高安全性，因此适用于要求高温稳定性、长循环特性和高倍率特性的中型和大型装置的电源。中型和大型装置的优选示例可包括但不限于电动工具；包括电动车(ev)、混合动力车(hev)和插电式混合动力车(phev)的电动车辆；包括电动自行车和电动摩托车的两轮电动车；电动高尔夫车；和由来自电动机的功率供
电及工作的ess。
[0092]
端子汇流排150’和汇流排290可具有改变的形状和尺寸以形成各种电连接关系。附加地，其中考虑布线关系将端子汇流排150’和汇流排290组装在塑料框架上的互连板(icb)组件被应用于电池模块制造工艺，而不是单独使用端子汇流排150’和汇流排290。框架的类型和与框架组合的汇流排的类型根据电池模块的连接关系而不同。因而，本领域技术人员将理解，可对本公开内容做出各种改变。
[0093]
图8是实验制造的互连板(icb)组件的影像图。
[0094]
icb组件300包括框架310、汇流排290和端子汇流排150’。
[0095]
可通过穿孔将端子汇流排150’固定到框架310，因此当如本公开内容所提出的将诸如体积可膨胀树脂 导电材料 粘合剂的材料层164水平地夹在第一金属层162和第二金属层166之间时，在体积可膨胀树脂 导电材料 粘合剂与第一金属层162之间、体积可膨胀树脂 导电材料 粘合剂与第二金属层166之间没有滑动或层分离问题。
[0096]
如以上描述的，根据本公开内容，可通过改进电池模块的端子汇流排来增强安全性。当使用根据本公开内容的端子汇流排150’代替现有汇流排制造电池模块1000时，稳定性提高，并且可以使用现有的电池单元制造工艺，由此消除改变工艺或调整大规模生产工艺的需要。
[0097]
如以上描述的，根据本公开内容，在正常情况下，保持端子汇流排150’中的材料层164的电导率，电池模块性能表现出与现有电池模块相似的水平，而在异常情况下，当温度升高到高于预定水平时，电流被切断，由此提高电池模块1000的安全性。因而，可提高电池模块1000、包括电池模块1000的电池组和包括电池组的车辆的安全性。
[0098]
图9是示出根据本公开内容的又一实施方式的电池组的图。
[0099]
电池组1200包括至少两个以上描述的电池模块1000。中间汇流排1250连接相邻电池模块1000之间的端子汇流排150’的端子部170。也就是说，中间汇流排1250将至少两个电池模块1000中的任何一个电池模块1000的端子汇流排150’的端子部170连接到另一电池模块1000的端子汇流排150’的端子部170，以便连接电池模块1000。
[0100]
中间汇流排1250可为接触端子汇流排150’的端子部170的板状。为使中间汇流排1250具有简单形状，即为了使相邻端子汇流排150’之间的距离最短，可调整电池模块1000中的端子汇流排150’的位置。例如，图4的电池模块1000位于图9的下部，而形成为与图4的电池模块1000左右镜面对称的电池模块位于图9的上部。
[0101]
在图9的结构中，右上端子汇流排150’是负极端子汇流排。该端子汇流排150’的端子部170具有电连接至外部端子以用于外部输入的负极端子。在中间部分的左侧的两个端子汇流排150’从图9的上至下是正极端子汇流排和负极端子汇流排。因而，中间汇流排1250将相反极性的两个端子汇流排150’串联连接。右下端子汇流排150’是正极端子汇流排。该端子汇流排150’的端子部170具有电连接至外部端子以用于外部输入的正极端子。
[0102]
可通过使用形成在端子汇流排150’的端子部170中的孔172进行螺栓
‑
螺母紧固来实现端子汇流排150’与中间汇流排1250之间的连接。相应地，中间汇流排1250可在匹配孔172的位置处具有另一孔以用于进行螺栓
‑
螺母紧固。
[0103]
电池组1200可进一步包括组件壳体以包封电池模块1000。另外，除了电池模块1000和组件壳体之外，根据本公开内容的电池组1200可进一步包括各种类型的装置(例如
电池管理系统(bms)、电流传感器和熔断器)以控制电池模块1000的充电/放电。
[0104]
图10是示出根据本公开内容的又一实施方式的车辆的图。
[0105]
电池组1200可作为车辆1300的燃料源设置在车辆1300中。例如，电池组1200可设置在诸如电动车、混合动力车的车辆1300及使用电池组1200作为燃料源的其他应用中。
[0106]
优选地，车辆1300可以是电动车。电池组1200可用作向电动车的电机1310供应电力的电能源以驱动车辆1300。在该情况中，电池组1200具有100v或更高的高标称电压。对于混合动力车，电池组1200被设定为270v。
[0107]
电池组1200可通过电机1310和/或内燃机的操作，由逆变器1320充电或放电。电池组1200可通过耦接至制动器的可再生充电器充电。电池组1200可通过逆变器1320电连接至车辆1300的电机1310。
[0108]
如之前描述的，电池组1200包括bms。bms评估电池组1200中的电池单元的状态，并使用评估的状态信息管理电池组1200。例如，bms评估及管理电池组1200的状态信息，包括电池组1200的充电状态(soc)、健康状态(soh)、最大允许输入/输出功率和输出电压。另外，bms使用状态信息控制电池组1200的充电或放电，此外可评估何时更换电池组1200。
[0109]
电子控制单元(ecu)1330是控制车辆1300的状态的电子控制装置。例如，ecu 1330基于加速器、制动器和速度的信息确定扭矩信息，并根据扭矩信息控制电机1310的输出。另外，ecu 1330基于由bms接收的电池组1200的诸如soc和soh的状态信息，向逆变器1320发送控制信号以对电池组1200充电或放电。逆变器1320基于ecu 1330的控制信号允许电池组1200充电或放电。电机1310基于从ecu 1330传输的控制信息(例如，扭矩信息)使用电池组1200的电能驱动车辆1300。
[0110]
车辆1300包括根据本公开内容的电池组1200，电池组1200包括之前所描述的具有提高的安全性的电池模块1000。因而，由于电池组1200的稳定性提高，且电池组1200提供高稳定性和长期使用性，因此包括电池组1200的车辆1300是安全的且容易操作。
[0111]
另外，显然电池组1200可设置在除车辆1300以外的任何其他装置、设备和设施中，诸如使用二次电池的能量储存系统(ess)和bms。
[0112]
由于根据本实施方式的电池组1200和诸如车辆1300的包括电池组1200的装置、设备和设施包括以上描述的电池模块1000，因此可实现具有电池模块1000的所有上述优点的电池组1200和诸如车辆1300的包括电池组1200的装置、设备和设施。
[0113]
以实验室规模制造了图4的电池模块，并测试了根据本公开内容的端子汇流排的电流切断效果。
[0114]
采用制造一般袋型电池单元的方法制造电池模块的电池单元。实施例使用与根据本公开内容的端子汇流排150’一样的汇流排，其包括顺序堆叠的第一金属层、材料层和第二金属层，所述材料层在正常条件下是导电的，但当温度升高时充当电阻。在正常条件下导电但当温度升高时充当电阻的材料层包括气体产生材料、导电材料和粘合剂。气体产生材料是三聚氰胺氰尿酸盐，导电材料是银(ag)粉末，粘合剂是环氧树脂。银含量是约75～85wt％。
[0115]
比较例1使用具有单一金属层的汇流排。比较例2使用具有由银环氧树脂彼此粘合的第一金属层和第二金属层的汇流排。实施例和比较例2的第一金属层和第二金属层的材料与比较例1的汇流排的材料相同。在实施例、比较例1和比较例2中，汇流排具有相同尺寸。
[0116]
图11是示出在实验中使用的电池模块的电阻和温度随时间变化的图。在向电池模块施加600a的过电流的同时测量电阻和温度随时间的变化。使用1000a充电器/放电器施加过电流，使用数据记录器进行数据测量。测量了电池模块的汇流排处的温度。
[0117]
参照图11，能够看到比较例1的温度随时间几乎线性增加，在时间过去30秒时温度几乎达到60℃，并且在该持续时间内电阻逐渐增大，同时电流持续流过汇流排。在比较例2的情况中，能够看到温度随时间的升高比比较例1快，并且在时间过去30秒时达到110℃。比较例2的电阻逐渐增大且比比较例1增大得多一点，但电流持续流过汇流排且发现没有过电流切断效果。
[0118]
根据实施例，在时间过去8秒时电阻快速增大，之后，测量的电阻是0，由此可见，由于过电流切断而导致不能进行电阻测量。随着温度升高，出现电阻增大/降低，并且电阻在特定温度下快速增大。由于这些温度特性，根据本公开内容的汇流排可被称为ptc汇流排。根据本公开内容，能够看到汇流排的电阻在特定时间快速增大，从而具有过电流切断效果。图12a、12b、13a和13b示出在实验中使用的电池模块的外部短路测试结果。图12a和12b示出比较例1，图13a和13b示出本公开内容的实施例。通过将电池模块与具有已知电阻值的分流电阻器并联连接，在流动大电流以造成短路的同时测量施加至分流电阻器的分流电压以及计算电流来执行外部短路测试。在测试期间，测量了电池电压，并且测量了汇流排、正极、负极和电池中心部分的温度。同样地，使用数据记录器进行数据测量。
[0119]
图12a和13a是随时间变化的电压、温度和电流图，图12b和13b是示出外部短路时的分流器电压和电流的图。
[0120]
图12a和13a示出在施加电流后，在10分钟内强制造成外部短路的结果。随着时间流逝，在图12a的比较例1的情况中，电池电压恢复到3.15v，而在图13a的实施例的情况中，电池电压恢复到4.25v。在比较例1中，未恢复的1.1v表明电流未被完全切断。参见示出实际外部短路时的分流器电压和电流的图12b，在比较例1的情况中，在外部短路后流动300a或更大的电流，而图13b示出在外部短路后电流几乎为0。
[0121]
在比较汇流排的温度时，与图12a的比较例1相比，在图13a的实施例的情况中，能够看到在早期阶段电阻由于温度快速升高而增大，结果，电流被切断而难以流动。比较例1的正极和负极温度升高到约100℃，而在实施例的情况中，由于实施例的电流切断效果，电流切断后的温度几乎维持室温。
[0122]
通过上述实验结果能够看到，本公开内容的实施例比比较例具有更好的电流切断效果，在温度实际升高时实现了电流切断功能。
[0123]
尽管上文已关于有限数量的实施方式和附图描述了本公开内容，但本公开内容不限于此，对本领域技术人员显而易见的是，可在本公开内容的技术方面及所附权利要求书的等同范围内做出各种修改和改变。