电池模块、包括该电池模块的电池架以及包括该电池架的能量存储装置的制作方法

1.本公开涉及一种电池模块、包括该电池模块的电池架以及包括该电池架的能量存储系统。
2.本技术要求2020年3月4日在韩国提交的韩国专利申请第10-2020-0027369号的优先权，其公开内容通过引用并入本文。


背景技术：

3.二次电池能够高度适用于各种产品并且表现出诸如高能量密度等的优异电气特性等，这样的二次电池通常不仅用于便携式装置，而且还用于由电源驱动的电动车辆(ev)或混合动力电动车辆(hev)。因为二次电池可以大大减少化石燃料的使用，并且在能量消耗期间不会生成副产品，因此二次电池作为用于提高环境友好性和能量效率的新能源正在引起关注。
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是约2.5v到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，根据电池组所需的充电/放电容量，多个电池单体可以被并联连接，以构造电池组。因此，可以根据所需的输出电压或所要求的充电/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，当多个电池单体被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它部件来构造电池组或电池架。电池组通常被设置成电动车辆等的能量源，近来，包括多个电池架的能量存储系统作为家庭或工业用途的能量源正在受到关注。
6.然而，传统的电池组或电池架包括多个电池模块，如果在每一个电池模块的电池单体中发生热失控而引起着火或爆炸，则热量或火焰会传递到相邻的电池单体，这可能导致二次爆炸等。因此，正在致力于更迅速地防止二次着火或爆炸。
7.因此，需要找到方法来提供一种能够当在电池模块中发生热失控或由于热失控等发生火灾时的早期阶段更迅速地扑灭热失控或火灾的电池模块、一种包括该电池模块的电池架以及一种包括该电池架的能量存储系统。


技术实现要素：

8.技术问题
9.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能够当在电池模块中发生热失控或由于热失控等发生火灾时的早期阶段更迅速地扑灭热失控或火灾的电池模块、一种包括该电池模块的电池架以及一种包括该电池架的能量存储系统。
10.技术方案
11.在本公开的一个方面中，提供了一种电池模块，该电池模块包括：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；以及灭火单元，该灭火单元被安装成穿入到所述模块壳体中，并且被连接到包含灭火剂的灭火罐单元，以当在所述至少一个电池单体处发生热失控或火灾时将灭火剂直接喷射到所述模块壳体中。
12.所述灭火单元可以被构造成在所述模块壳体的一个端侧处穿入到所述模块壳体中，以沿着所述模块壳体的纵向方向伸长。
13.所述灭火单元可以被构造成在所述模块壳体的后表面的一侧处穿入到所述模块壳体中。
14.所述灭火单元可以包括：灭火单元主体，该灭火单元主体具有内部流路，并且被连接到所述灭火罐单元，该灭火单元主体被构造成穿入到所述模块壳体中，以沿着所述模块壳体的纵向方向伸长；以及至少一个喷嘴，所述至少一个喷嘴被设置到所述灭火单元主体，以朝向所述模块壳体的内部的电池单体喷射灭火剂。
15.所述喷嘴可以被设置成多个，并且所述多个喷嘴可以被布置成沿着所述模块壳体的纵向方向彼此间隔开预定距离。
16.所述至少一个喷嘴可以包括：喷嘴主体，该喷嘴主体被连接到所述灭火单元主体，并且具有用于喷射灭火剂的喷射孔；以及玻璃泡，该玻璃泡被设置到所述喷嘴主体，并且被构造成覆盖所述喷射孔，使得所述灭火单元主体的内部流路被密封，当所述模块壳体的内部暴露于超过预定温度的内部气体时，该玻璃泡至少部分地破裂，以打开所述内部流路和喷射孔。
17.所述至少一个喷嘴可以垂直于灭火单元主体地设置，并且被设置成面向所述至少一个电池单体。
18.所述灭火剂可以是被制备成水的灭火水。
19.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所述的电池模块；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。
20.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。
21.有益效果
22.根据如上所述的各种实施例，能够提供一种能够当在电池模块中发生热失控或由于热失控等发生火灾时的早期阶段更迅速地扑灭热失控或火灾的电池模块、一种包括该电池模块的电池架以及一种包括该电池架的能量存储系统。
附图说明
23.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，本公开不应被解释为限于图示。
24.图1是用于示出根据本公开实施例的电池模块的视图。
25.图2是示出图1的电池模块的局部分解视图。
26.图3是用于示出被设置到图2的电池模块的灭火单元的视图。
27.图4是用于示出被设置到图3的灭火单元的喷嘴的视图。
28.图5是用于示出根据图3的灭火单元的另一实施例的喷嘴的视图。
29.图6是示出图1的电池模块的截面图。
30.图7到图10是用于示出当在图1的电池模块中发生火灾或热失控时、位于模块壳体的内部的灭火剂喷射机构的视图。
31.图11是用于示出根据本公开另一实施例的电池架的视图。
32.图12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.通过参照附图详细描述本公开的实施例，本公开将变得更加显而易见。应当理解的是，本文所公开的实施例是说明性的，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，附图并未按实际比例绘制，而是一些部件的尺寸可能被夸大。
34.图1是用于示出根据本公开实施例的电池模块的视图，图2是示出图1的电池模块的局部分解视图。
35.参照图1和图2，电池模块10可以包括电池单体100、模块壳体200以及灭火单元300。
36.所述电池单体100是二次电池，并且可以被设置成袋型二次电池、方形二次电池或圆柱形二次电池。在下文中，在该实施例中，将描述所述电池单体100是袋型二次电池的情形。
37.可以设置至少一个电池单体100或多个电池单体100。下文中，在该实施例中，将描述所述电池单体100被设置成多个的情形。
38.所述模块壳体200可以容纳多个电池单体100。为此，可以在所述模块壳体200中设置用于容纳多个电池单体100的容纳空间。
39.所述模块壳体200可以具有连接孔205。
40.所述连接孔205被形成在所述模块壳体200的后侧处，并且可以被设置成具有预定尺寸的开口。稍后解释的灭火单元300可以穿过所述连接孔205。
41.所述灭火单元300被安装成穿入到所述模块壳体200中，并且被连接到包含灭火剂的灭火罐单元t(参见图12)，以当在多个电池单体100处发生热失控或由于热失控等而发生火灾时、将灭火剂直接喷射到所述模块壳体200中。这里，所述灭火剂可以被设置成水。
42.所述灭火单元300可以经由所述灭火剂供应管70被连接到所述灭火罐单元t。所述灭火单元300可以被设置成在所述模块壳体200的一个侧端处穿入到所述模块壳体200中，以在所述模块壳体200的纵向方向上伸长。
43.具体地，所述灭火单元300可以被安装成在所述模块壳体200的后表面的一侧处通过所述模块壳体200的连接孔205穿入到所述模块壳体200中，并且可以被连通地连接到所述灭火剂供应管70。
44.在该实施例的情况下，当所述电池模块10内部的电池单体100处发生火灾时，由于所述灭火单元300直接将灭火剂喷射到所述模块壳体200中，因此能够在早期阶段更快速且有效地扑灭火灾。
45.在下文中，将更详细地描述根据该实施例的灭火单元300。
46.图3是用于示出被设置到图2的电池模块的灭火单元的视图。
47.参照图3，所述灭火单元300可以包括灭火单元主体310和喷嘴330。
48.所述灭火单元主体310可以被设置成具有预定长度的大致伸长管形。所述灭火单元主体310中形成有内部流路，用于灭火剂的存储和移动，并且所述灭火单元主体310通过所述灭火剂供应管70被连接到稍后解释的灭火罐单元t(参见图12)。此外，所述灭火单元主体310可以穿入到所述模块壳体200中，以沿着所述模块壳体200的纵向方向伸长。
49.管紧固部315可以被设置在所述灭火单元主体310的一端处。
50.所述管紧固部315被连接到所述灭火剂供应管70，并且当所述灭火单元主体310被安装到所述模块壳体200时，所述管紧固部315可以被设置成在所述模块壳体200的后部处突出，具体地，所述管紧固部315可以被设置成突出到所述模块壳体200的连接孔205之外。
51.所述喷嘴330用于朝向所述模块壳体200(参见图2)内部的电池单体100喷射灭火剂，并且可以被设置到所述灭火单元主体310。
52.所述喷嘴330可以以垂直于灭火单元主体310的方式设置，并且被设置成面向所述模块壳体200内部的多个电池单体100。
53.可以设置至少一个喷嘴330或多个喷嘴330。下文中，在该实施例中，将描述所述喷嘴330被设置成多个的情形。
54.多个所述喷嘴330可以被设置成沿着所述模块壳体200的纵向方向彼此间隔开预定距离。在下文中，将更详细地描述所述喷嘴330。
55.图4是用于示出被设置到图3的灭火单元的所述喷嘴的视图。
56.参照图4，所述喷嘴330可以包括喷嘴主体331、玻璃泡333、喷嘴盖335以及引导肋337。
57.所述喷嘴主体331可以被安装到所述灭火单元主体310，以与所述灭火单元主体310的内部流路连通。所述喷嘴主体331可以被设置成以垂直于所述灭火单元主体310的纵向方向的方式突出。
58.所述喷嘴主体331可以具有喷射孔332。
59.所述喷射孔332用于喷射灭火剂，并且可以与所述灭火单元主体310的内部流路连通。当所述喷射孔332被打开时，灭火剂可以被喷射到外部。
60.所述玻璃泡333被设置到所述喷嘴主体331，并且被构造成覆盖所述喷射孔332，使得所述灭火单元主体310的内部流路被密封。此外，所述玻璃泡333可以被构造成：当所述模块壳体200的内部暴露于超过预定温度的内部气体时，所述玻璃泡至少部分地破裂，以打开所述内部流路和喷射孔332。
61.所述玻璃泡333填充有诸如预定液体或气体这样的预定材料。这种预定材料可以具有随着温度升高而体积增大的特性。具体地，所述玻璃泡333可以由于所述预定材料在预定温度(例如70℃至100℃或更高温度)下体积膨胀而破裂、熔化或与所述喷嘴主体331分离，从而打开所述喷射孔332。
62.所述喷嘴盖335与所述喷嘴主体331间隔开预定距离，并且可以与所述喷嘴主体331一起支承所述玻璃泡333。通过所述喷嘴盖335，所述玻璃泡333可以由所述喷嘴主体331更稳定地支承。
63.所述引导肋337被设置为多个，并且多个引导肋337可以被分别连接到所述喷嘴主体331和所述喷嘴盖335。多个引导肋337可以彼此间隔开预定距离，并且也可以与所述玻璃泡333间隔开预定距离。
64.所述引导肋337可以引导高温气体朝向所述玻璃泡333移动，使得当在所述模块壳体200的内部生成超过预定温度的高温气体时，所述玻璃泡333可以更顺畅地破裂或分离。
65.在下文中，将描述根据本公开另一实施例的喷嘴。
66.图5是用于示出根据图3的灭火单元的另一实施例的喷嘴的视图。
67.参照图5，所述喷嘴335可以包括喷嘴主体331、玻璃泡333、引导肋337、喷嘴盖338以及分散部339。
68.所述喷嘴主体331、玻璃泡333和引导肋337与前述实施例的那些部件大致相同或相似，因此将不再详细描述。
69.所述喷嘴盖338可以被设置成具有可以覆盖所述喷嘴主体331的形状和尺寸。例如，所述喷嘴盖338可以被设置成盘形，其面积大致大于所述喷嘴主体331的面积。
70.所述分散部339被设置到所述喷嘴盖338，并且可以沿着所述喷嘴盖338的周向方向以大致锯齿形设置。当通过所述喷射孔332喷射灭火剂时，所述分散部339可以引导灭火剂分散到更广的范围内。
71.图6是示出了图1的电池模块的截面图。
72.参照图6，所述电池模块10还可以包括冷却空气供应单元400和冷却空气排放单元500。
73.所述冷却空气供应单元400被设置在所述模块壳体200的前侧处，并且可以将冷却空气供应到所述电池模块10的模块壳体200中，以冷却电池单体100。
74.所述冷却空气排放单元500被设置在所述模块壳体200的后侧处，并且可以与所述冷却空气供应单元400斜对角地设置。所述冷却空气排放单元500可以将已经冷却所述模块壳体200内部的电池单体100的空气排放到所述模块壳体200的外部。
75.在下文中，将详细描述当根据该实施例的电池模块10发生诸如火灾情况的异常情况时、根据该实施例的灭火单元300的详细机构。
76.图7到图10是用于示出了当在图1的电池模块中发生火灾或热失控时、位于模块壳体的内部的灭火剂喷射机构的视图。
77.参照图7，在所述电池模块10的模块壳体200内部的电池单体100中，由于至少一个电池单体100中的异常情况，所以可能发生由过热引起的火灾情况或热失控情况。当发生这样的火灾情况或热失控情况时，由于过热的所述电池单体100，所以在所述模块壳体200内部可能会生成高温气体g。
78.借助于所述高温气体g，所述灭火单元300的玻璃泡333可以如图8所示地破裂或熔化，或者玻璃泡333可以如图9所示地与所述喷嘴主体331分离，由此打开所述喷射孔332，灭火剂可以通过该喷射孔332被喷射。
79.参照图10，在该实施例中，随着所述喷射孔332被打开，所述灭火单元300内部的灭火剂w(即，水w)可以立即且直接地朝向所述电池单体100喷射。
80.因此，在该实施例中，当在所述电池模块10处发生火灾情况或热失控情况时，由于灭火剂通过所述灭火单元300立即且直接地朝向所述模块壳体200内部的电池单体100喷射，因此能够在早期阶段更快速且迅速地扑灭火灾或热失控情况。
81.因此，在该实施例中，通过在早期阶段迅速扑灭火灾或热失控情况，能够更有效地提前防止由于热量或火焰向相邻的电池单体100传递而发生诸如二次爆炸的危险情况。
82.图11是用于示出根据本公开实施例的电池架的视图。
83.参照图11，电池架1可以包括多个前述实施例的电池模块10、用于容纳多个电池模块10的电池架壳体50以及被连接到多个电池模块10的灭火剂供应管70。
84.所述灭火剂供应管70可以与所述灭火单元300和稍后解释的灭火罐单元t(参见图12)连通。因此，当在多个电池模块10中的至少一个电池模块中发生诸如火灾情况的异常情况时，所述灭火剂供应管70可以引导所述灭火罐单元t的灭火剂朝向发生异常情况的电池模块10供应。
85.由于该实施例的电池架1包括前述实施例的电池模块10，因此所述电池架1可以具有前述实施例的电池模块10的所有优点。
86.图12是用于示出根据本公开实施例的能量存储系统的视图。
87.参照图12，能量存储系统e可以作为能源用于家庭或工业。所述能量存储系统e可以包括至少一个前述实施例的电池架1或多个该实施例中的电池架1以及用于容纳多个电池架1的电池架容器c。
88.所述电池架容器c可以包括灭火罐单元t，该灭火罐单元t用于将灭火剂供应到多个电池架1。所述灭火罐单元t填充有灭火剂，即，被制备成水的灭火水。所述灭火罐单元t可以通过所述灭火剂供应管70被连接到多个电池架1，以朝向多个电池架1供应灭火水。
89.由于该实施例的能量存储系统e包括前述实施例的电池架1，因此所述能量存储系统e可以具有前述实施例的电池架1的所有优点。
90.根据如上所述的各种实施例，能够提供如下一种电池模块10、一种包括该电池模块10的电池架1以及一种包括该电池架1的能量存储系统e：当所述电池模块10中发生热失控或由于热失控等发生火灾时，所述电池模块能够在早期阶段更迅速地扑灭热失控或火灾。
91.虽然已经示出和描述了本公开的实施例，但是应当理解的是，本公开不限于所描述的特定实施例，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，并且不应与本公开的技术构思和观点分开地理解这些修改。