电池模块、包含该电池模块的电池架和能量存储设备的制作方法

1.本公开涉及一种电池模块以及包括该电池模块的电池架和能量存储系统。
2.本技术要求2019年7月10日在韩国提交的韩国专利申请10-2019-0083358号的优先权，其公开内容通过引用并入本文中。


背景技术：

3.能够高度适用于各种产品并表现出诸如高能量密度等优异电气性能的二次电池通常不仅用于便携式设备，而且还用于由电源驱动的电动车辆(ev)或混合动力电动辆车(hev)。作为一种用于提高环境友好性和能源效率的新能源，由于二次电池能够显著减少化石燃料的使用，并且在能量消耗期间不会产生副产品，因此二次电池正在引起人们的关注。
4.目前广泛使用的二次电池包括锂离子电池、锂聚合物电池、镍镉电池、镍氢电池、镍锌电池等。单元二次电池单体、即单元电池单体的工作电压约为2.5v至4.5v。因此，如果需要更高的输出电压，则可以将多个电池单体串联连接以构造电池组。此外，取决于电池组所需的充电/放电容量，多个电池单体可以并联连接以构造电池组。因此，可以根据所需的输出电压或需求的充电/放电容量而不同地设定电池组中所包括的电池单体的数量。
5.同时，当多个电池单体串联或并联连接以构造电池组时，通常首先构造包括至少一个电池单体的电池模块，然后通过使用至少一个电池模块并添加其他部件来构造电池组或电池架。在此，根据各种电压和容量需求，通过使用包括至少一个电池模块的电池架，可以将能量存储系统构造成包括至少一个电池架。
6.在用于传统能量存储系统的电池模块的情况下，提供消防设施以应对由于电池架容器中的电池单体的特性而可能发生的过热引起的风险，诸如火灾，该电池架容器容纳电池架，每一个电池架具有多个电池模块。
7.然而，如果在电池模块的内部起火，则难以快速灭火。如果电池模块中的火灾未被迅速扑灭或延迟而使得火灾蔓延，则火灾可能会更快地转移到周围的电池模块。因此，极有可能出现以下情况：在所产生的破坏达到难以恢复的程度之后，电池架容器内部的消防设施才被运行。
8.因此，如果发生火情，则需要更迅速和早期的抑制，特别是需要在火灾发生之前通过检测危险来提前预防事故的措施。为此，需要灭火并防止火灾在电池模块的内部蔓延。
9.因此，需要找到方法来提供一种当电池单体中发生异常情况时能够更迅速地抑制热失控和热传播的电池模块以及包括该电池模块的电池架和能量存储系统。


技术实现要素：

10.技术问题
11.本公开旨在提供一种当电池单体中发生异常情况时可以更迅速地抑制热失控和热传播的电池模块以及包括该电池模块的电池组和能量存储系统。
12.技术解决方案
13.在本公开的一个方面，提供了一种模块，该模块包括：至少一个电池单体；模块壳体，该模块壳体被构造成容纳所述至少一个电池单体；继电器单元，该继电器单元被设置到所述模块壳体，并且被电连接到所述至少一个电池单体；以及分流单元，该分流电源被电连接到所述继电器单元，并且被设置到所述模块壳体的外侧。
14.所述电池模块还可以包括散热器，该散热器被设置在所述模块壳体与分流单元之间。
15.所述分流单元和散热器可以被设置在所述模块壳体的上侧处。
16.所述分流单元和散热器可以被设置在所述模块壳体的下侧处。
17.所述电池模块还可以包括绝热单元，该绝热单元被设置在所述模块壳体与分流单元之间。
18.所述分流单元和绝热单元可以被设置在所述模块壳体的上侧处。
19.所述分流单元和绝热单元可以被设置在所述模块壳体的下侧处。
20.此外，本公开还提供一种电池架，该电池架包括：至少一个根据上述实施例的电池模块；以及电池架壳体，该电池架壳体被构造成容纳所述至少一个电池模块。
21.所述分流单元可以被设置在所述电池架壳体的上侧处，并且所述电池架可以包括绝热单元，该绝热单元被设置在所述电池架壳体与分流单元之间，并且被安装到所述电池架壳体的上表面。
22.此外，本公开还提供一种能量存储系统，该能量存储系统包括至少一个根据上述实施例的电池架。
23.有益效果
24.根据上述各种实施例，能够提供一种当电池单体中发生异常情况时可以更迅速地抑制热失控和热传播的电池模块以及包括该电池模块的电池组和能量存储系统。
附图说明
25.附图示出了本公开的优选实施例，并且与前述公开一起用于提供对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。
26.图1是用于示出根据本公开实施例的电池模块的视图。
27.图2是用于示出根据本公开另一实施例的电池模块的视图。
28.图3是用于示出根据本公开又一实施例的电池模块的视图。
29.图4是用于示出根据本公开又一实施例的电池模块的视图。
30.图5是用于示出根据本公开实施例的电池架的视图。
31.图6是用于示出根据本公开另一实施例的电池架的视图。
32.图7是用于示出根据本公开实施例的能量存储系统的视图。
具体实施方式
33.通过参考附图详细描述本公开的实施例，本公开将变得更显而易见。应当理解，本文所公开的实施例仅是为了更好地理解本公开，并且可以以各种方式修改本公开。此外，为了容易理解本公开，附图未按实际比例绘制，而是可能夸大了一些部件的尺寸。
34.图1是用于示出根据本公开实施例的电池模块的视图。
35.参考图1，所述电池模块10可以包括电池单体100、模块壳体200、冷却风扇300、继电器单元400、分流单元500和散热器600。
36.所述电池单体100是二次电池，并且可以被设置为袋型二次电池、矩形二次电池或圆柱形二次电池。在下文中，在本实施例中，所述电池单体100将被描述为袋型二次电池。
37.可以设置至少一个电池单体100或多个电池单体100。如果设置多个电池单体100，则所述多个电池单体100可以被堆叠以彼此电连接。
38.所述模块壳体200可以容纳所述至少一个电池单体100或多个电池单体100。为此，所述模块壳体200可以具有能够容纳至少一个电池单体100或多个电池单体100的容纳空间。
39.所述冷却风扇300用于冷却所述至少一个电池单体100或多个电池单体100，并且可以被安装到所述模块壳体200。所述冷却风扇300可以以空气冷却的方式被设置为鼓风机。
40.所述继电器单元400被设置到所述模块壳体200，并且可以被电连接到所述至少一个电池单体100或多个电池单体100。所述继电器单元400可以被电连接到稍后解释的分流单元500，以在由于至少一个电池单体100的异常情况而发生过电流时进行操作，使得在异常情况下所述电池单体100产生的电流被感应到所述分流单元500。
41.所述分流单元500被电连接到所述继电器单元400，并且可以被设置到所述模块壳体200的外侧。具体地，所述分流单元500可以被布置在所述模块壳体200的下侧处，以与所述模块壳体200间隔开预定距离。
42.当被连接到发生异常情况的电池单体100的继电器单元400被操作时，所述分流单元500可以快速地使得已经发生异常情况的电池单体100外部短路。
43.所述散热器600可以被设置在所述模块壳体200与所述分流单元500之间。具体地，所述散热器600可以在所述模块壳体200的下侧处被设置在所述模块壳体200与分流单元500之间。
44.所述散热器600可以被设置为水冷却或空气冷却结构，并且可以使得在外部短路期间从所述分流单元500产生的热量朝向所述模块壳体200的传递最小化。
45.如此，通过使用所述继电器单元400和分流单元500，如果在至少一个电池单体100中发生异常情况，则根据本实施例的电池模块10可以在所述模块壳体200的外侧更快地使得发生异常情况的电池单体100外部短路，以提前防止发生异常情况的电池单体100的火灾或爆炸。
46.此外，根据本实施例的电池模块10可以借助于通过所述继电器单元400和分流单元500进行外部短路而在所述电池模块10的单元中有效地防止由发生异常情况的电池单体100所引起的热失控和热传播的风险。
47.图2是用于示出根据本发明另一实施例的电池模块的视图。
48.由于本实施例的电池模块20与前一实施例的电池模块10相似，因此将不再描述与前一实施例大致相同或相似的特征，下文中将对与前一实施例不同的特征进行详细说明。
49.参考图2，电池模块20可以包括电池单体100、模块壳体200、冷却风扇300、继电器单元400、分流单元505和散热器605。
50.所述电池单体100、模块壳体200、冷却风扇300和继电器单元400与前一实施例中
的电池单体、模块壳体、冷却风扇和继电器单元大致相同或相似，因此下文将不再描述。
51.所述分流单元505和散热器605可以被设置在所述模块壳体200的上侧处。如此，所述分流单元505和散热器605可以被设置在所述模块壳体200的上侧处、而不是被设置在所述模块壳体200的下侧处，并且所述分流单元505和散热器605也可以被设置在所述模块壳体200的左侧或右侧处，只要所述分流单元505可以在所述模块壳体200的外侧与所述模块壳体200分离即可。
52.图3是用于示出根据本公开又一实施例的电池模块的视图。
53.由于本实施例的电池模块30与前一实施例的电池模块10相似，因此与前述实施例大致相同或相似的特征将不再描述，在下文中将对与前一实施例不同的特征进行详细说明。
54.参考图3，所述电池模块30可以包括电池单体100、模块壳体200、冷却风扇300、继电器单元400、分流单元500和绝热单元700。
55.所述电池单体100、模块壳体200、冷却风扇300、继电器单元400和分流单元500与前一实施例中的电池单体、模块壳体、冷却风扇、继电器单元和分流单元大致相同或相似，因此下文将不再描述。
56.所述绝热单元700可以被设置在所述模块壳体200与分流单元500之间。具体地，所述绝热单元700和分流单元500可以被设置在所述模块壳体200的下侧处，并且所述绝热单元700可以在所述模块壳体200的下侧处将所述分流单元500与模块壳体200分离预定距离。
57.所述绝热单元700可以在发生外部短路时防止所述分流单元500产生的热量传递到所述模块壳体200。为此，所述绝热单元700可以由陶瓷绝热材料或纤维绝热材料制成。
58.如此，在该实施例中，通过使用所述绝热单元700来代替散热器，从而在外部短路期间能够有效地防止热量从所述分流单元500传递到所述模块壳体200。
59.图4是用于示出根据本公开又一实施例的电池模块的视图。
60.由于本实施例的电池模块40与前一实施例的电池模块30相似，因此与前一实施例大致相同或相似的特征将不再描述，在下文中将对与前一实施例不同的特征进行详细说明。
61.参考图4，所述电池模块40可以包括电池单体100、模块壳体200、冷却风扇300、继电器单元400、分流单元505和绝热单元705。
62.所述电池单体100、模块壳体200、冷却风扇300和继电器单元400与前一实施例中的电池单体、模块壳体、冷却风扇和继电器单元大致相同或相似，因此下文将不再描述。
63.所述分流单元505和绝热单元705可以被设置在所述模块壳体200的上侧处。如此，所述分流单元505和绝热单元705可以被设置在所述模块壳体200的上侧处、而不是被设置在所述模块壳体200的下侧处，并且所述分流单元505和绝热单元705也可以被设置在所述模块壳体200的左侧或右侧处，只要所述分流单元505可以在所述模块壳体200的外侧与所述模块壳体200分离即可。
64.图5是用于示出根据本公开实施例的电池架的视图。
65.参考图5，所述电池架1可以包括前述实施例的至少一个电池模块10或多个电池模块10、用于容纳所述至少一个电池模块10或多个电池模块10的电池架壳体50以及用于管理和控制所述电池架10的bms单元70。
66.由于本实施例的电池架1包括前述实施例的电池模块10，所以所述电池架1可以具有前述实施例的电池模块10的所有优点。
67.同时，除了所述电池模块10之外，所述电池架10还可以包括前述实施例的电池模块20、30、40，此时，还能够提供具有前述实施例的电池模块20、30和40的所有优点的电池架1。
68.图6是用于示出根据本公开另一实施例的电池架的视图。
69.由于根据本实施例的电池架2与前述实施例的电池架1相似，因此将不再描述与前述实施例大致相同或相似的特征，在下文中将对与前述实施例不同的特征进行详细说明。
70.参考图6，电池架2可以包括多个电池模块15、电池架壳体50、bms单元70和绝热单元80。
71.多个电池模块15中的每一个电池模块可以包括电池单体100、模块壳体200、冷却风扇300和继电器单元400。所述电池单体100、模块壳体200、冷却风扇300和继电器单元400与前述实施例中的电池单体、模块壳体、冷却风扇和继电器单元大致相同或相似，因此下文将不再描述。
72.同时，所述多个电池模块15可以包括分流单元550。
73.所述分流单元550被一体地连接到所述多个电池模块15的继电器单元400，并且可以被布置在所述电池架壳体50的上侧处，以与所述电池架壳体50间隔开。
74.所述电池架壳体50可以容纳多个电池模块15。在所述电池架壳体50中，多个电池模块15可以在竖直方向上彼此堆叠。
75.所述bms单元70被电连接到多个电池模块15，并且可以管理和控制所述电池架2。具体地，所述bms单元70可以被电连接到多个电池模块15的电池单体100和继电器单元400，以控制多个电池模块15的继电器单元400的操作等。
76.所述绝热单元80被设置在所述电池架壳体50与分流单元550之间，并且可以被安装到所述电池架壳体50的上表面。所述绝热单元80可以有效地防止在外部短路期间由所述分流单元550产生的热量传递到bms单元70。
77.同时，还可以能够通过前述实施例的散热器或预定气隙、而不是所述绝热单元80来防止从所述分流单元550到bms单元70的热传递。
78.在该实施例中，如果由于所述电池模块15中的至少一个电池模块15中的异常情况而发生过热，则所述bms单元70可以操作发生异常情况的电池模块15的继电器单元400，以通过所述分流单元550对发生异常情况的电池模块15进行外部短路。
79.如此，当所述电池模块15中的至少一个电池模块15发生异常情况时，根据本实施例的电池架2可以仅对发生异常情况的电池模块15进行外部短路，从而当异常情况发生时，使得电池模块15的损失最小化。
80.此外，由于根据本实施例的电池架2在电池架2的单元中仅包括一个分流单元550，所以能够降低电池架2的制造成本，并且进一步简化整个系统。
81.图7是用于示出根据本公开实施例的能量存储系统的视图。
82.参考图7，所述能量存储系统e可以作为能量源用于家庭或工业。所述能量存储系统e可以包括前述实施例的至少一个电池架1或本实施例中的多个电池架1以及用于容纳多个电池架1的电池架容器c。
83.由于本实施例的能量存储系统e包括前述实施例的电池架1，所以所述能量存储系统e可以具有前述实施例的电池架1的所有优点。
84.同时，所述电池架1可以被设置到车辆，诸如电动车辆或混合动力电动车辆，并且在这种情况下，能够提供具有前述实施例的电池架1的所有优点的车辆。
85.此外，除了电池架1之外，前述实施例的电池架2也可以被设置到能量存储系统e或车辆，并且即使在这种情况下，也能够提供具有前述实施例的电池架2的所有优点的能量存储系统e或车辆。
86.根据上述各种实施例，能够提供可以当在电池单体100中发生异常情况时更迅速地抑制热失控和热传播的电池模块10、15、20、30、40以及包括电池模块10、15、20、30、40的电池组1、2和能量存储系统e。
87.虽然已经示出和描述了本公开的实施例，但应当理解，本公开不限于所描述的具体实施例，并且本领域技术人员可以在本公开的范围内做出各种改变和修改，并且这些修改不应与本公开的技术思想和观点分开地来理解。