具有能够快速冷却的结构的电池模块以及包括该电池模块的ESS的制作方法

具有能够快速冷却的结构的电池模块以及包括该电池模块的ess
技术领域
1.本公开涉及一种具有允许快速冷却的结构的电池模块以及包括该电池模块的ess。更具体地，本公开涉及一种具有能够在高温排出气体泄漏到电池模块的内部时快速运行喷洒器的结构的电池模块以及包括该电池模块的ess。
2.本技术要求2020年3月5日在韩国提交的韩国专利申请10-2020-0027904号的优先权，其公开内容通过引用并入本文中。


背景技术：

3.目前商业化的二次电池包括镍镉电池、镍氢电池、镍锌电池和锂二次电池。在这些二次电池中，锂二次电池由于与镍类二次电池相比几乎没有记忆效应以确保自由充电和放电并且还具有极低的放电率和高能量密度，因此锂二次电池备受关注。
4.锂二次电池主要使用锂类氧化物和碳材料分别作为正极活性材料和负极活性材料。锂二次电池包括：电极组件，分别涂覆有正极活性材料和负极活性材料的正极板和负极板被布置在该电极组件中，并且分隔件被置于该正极板与该负极板之间；以及外部，即电池袋外部，该外部用于将电极组件与电解质一起密封和储存。
5.近来，二次电池不仅广泛用于小型设备(诸如便携式电子设备)，而且还用于中型或大型设备(诸如车辆和能量存储系统)。当用于这种中型或大型设备时，大量二次电池被电连接以增加容量和输出。特别地，袋型二次电池广泛用于这种中型设备，因为袋型二次电池可以容易地堆叠。
6.同时，随着近来对大容量结构的需求以及作为能量存储源的使用的增加，对包括串联和/或并联电连接的多个二次电池的电池模块的需求正在增加。
7.此外，电池模块通常具有由金属材料制成的外壳，以保护或存储多个二次电池免受外部冲击。同时，近来对高容量电池模块的需求正在增加。
8.在这种高容量电池模块的情况下，如果由于在至少一些内部电池单体中发生排气而导致电池模块内部的温度升高，则可能产生很大的损坏。即，如果由于内部温度升高而发生热失控现象，则高容量电池模块的温度可能会迅速升高，因此可能发生大规模着火和/或爆炸。
9.因此，需要开发一种快速且彻底的灭火技术，以在由于电池模块内部的电池单体中发生排气而导致异常温度升高发生时立即采取措施。


技术实现要素：

10.技术问题
11.本公开被设计成解决相关技术的问题，因此本公开旨在当高温排出气体在电池模块的内部泄漏时快速运行喷洒器，从而确保当使用电池模块和ess时的安全性。
12.然而，本公开所要解决的技术问题不限于上述内容，并且本领域技术人员通过以
下描述将理解本文未提及的其他目的。
13.技术解决方案
14.在本公开的一个方面，提供了一种电池模块，该电池模块包括：多个电池单体；模块壳体，该模块壳体被构造成容纳包括所述多个电池单体的电池单体堆；以及喷洒器，该喷洒器被设置为在所述电池单体堆的堆叠方向上的一侧处穿过所述模块壳体，其中，该喷洒器包括：联接件，该联接件被定位在所述模块壳体的外侧，并且连接到供应冷却流体的供应管；喷洒器头，该喷洒器头被定位在所述模块壳体的内侧，并且连接到所述联接件；以及绝缘盖组件，该绝缘盖组件具有绝缘盖和叶轮组件，该绝缘盖被构造成覆盖所述喷洒器头，该叶轮组件被构造成覆盖被形成在所述绝缘盖的纵向方向上的一个侧端部处的开口。
15.所述喷洒器头可以包括：玻璃泡，该玻璃泡被设置成阻塞所述联接件的冷却流体注入孔，并且该玻璃泡被构造成当在所述电池模块的内部的气体的温度或流速增加超过参考值时发生破裂，以打开所述冷却流体注入孔；以及保持支架，该保持支架被构造成在包围所述玻璃泡的同时固定所述玻璃泡。
16.所述绝缘盖可以具有盖孔，该盖孔被形成在与所述玻璃泡对应的位置处。
17.所述叶轮组件可以包括：叶轮框架，该叶轮框架被固定到所述绝缘盖；以及叶轮，该叶轮被布置在形成在所述叶轮框架处的进气孔中，并且该叶轮被构造成由于通过所述进气孔引入的空气朝向所述玻璃泡流动而旋转。
18.所述模块壳体可以包括：一对基盖，所述一对基盖被构造成分别覆盖所述电池单体堆的下表面和上表面；一对侧盖，所述一对侧盖被构造成覆盖所述电池单体堆的侧表面；前盖，该前盖被构造成覆盖所述电池单体堆的前表面；以及后盖，该后盖被构造成覆盖所述电池单体堆的后表面。
19.所述电池模块可以包括一对汇流条框架，所述一对汇流条框架分别联接到所述电池单体堆的宽度方向上的一侧和另一侧。
20.所述喷洒器头和绝缘盖组件可以被设置为穿过所述后盖的一个纵向侧，并且被定位在形成在所述汇流条框架与侧盖之间的中空空间中。
21.所述绝缘盖的另一个侧端部可以联接到所述模块壳体的内表面或者联接到穿过所述模块壳体而设置的联接件。
22.结合层可以被置于所述绝缘盖的另一个侧端部与所述模块壳体的内表面之间或者被置于所述绝缘盖的另一个侧端部与穿过所述模块壳体而设置的联接件之间。
23.当所述模块壳体的内部的温度升高使得所述结合层的结合力丧失或降低时，所述绝缘盖组件可以与所述模块壳体的内表面或者与穿过所述模块壳体而设置的联接件分离。
24.所述电池模块可以包括至少一个引导板，所述至少一个引导板被固定在所述模块壳体的内部并且倾斜地安装，使得所述至少一个引导板的一个纵向端部朝向所述叶轮组件定向。
25.所述电池模块可以包括：进气口，该进气口穿过所述前盖而形成；出气口，该出气口穿过所述后盖而形成；以及膨胀垫，该膨胀垫被布置在所述进气口和出气口的内侧，并且该膨胀垫被构造成在接触被引入所述电池模块中的冷却流体时通过膨胀而至少部分地关闭所述进气口和出气口。
26.所述膨胀垫可以被至少部分地插入容纳凹槽中，该容纳凹槽被形成在所述模块壳
体的内表面处。
27.所述电池模块可以包括网板，该网板分别被布置在所述膨胀垫的两侧，以引导所述膨胀垫的膨胀移动。
28.同时，根据本公开的实施例的ess包括多个如上所述的根据本公开的电池模块。
29.有益效果
30.根据本公开的实施例，当高温排出气体在电池模块的内部泄漏时，能够快速运行喷洒器，从而确保在使用电池模块和ess时的安全性。
附图说明
31.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。
32.图1和图2是示出了根据本公开实施例的电池模块的立体图。
33.图3和图4是示出了图1和图2中所示的电池模块的内部结构的视图。
34.图5是示出了被应用于本公开的喷洒器的视图。
35.图6是示出了被应用于本公开的叶轮组件的视图。
36.图7是示出了被应用于本公开的喷洒器与引导板之间的位置关系的视图。
37.图8是示出了根据本公开的实施例的电池模块的前表面的一部分的视图，使得展示出被布置在电池模块的内部的膨胀垫。
38.图9至图11是示出了根据本公开的实施例的电池模块的从一侧观察的截面的一部分的视图，使得展示出被布置在电池模块的内部的膨胀垫。
具体实施方式
39.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，应当理解，在说明书和所附权利要求中使用的术语不应被解释为限于一般和字典含义，而是基于允许发明人适当定义术语以获得最佳解释的原则，基于对应于本公开的技术方面的含义和概念来解释。因此，本文提出的描述仅为用于说明目的的优选示例，并非旨在限制本公开的范围，因此应当理解，在不脱离本公开的范围的情况下，可以对其进行其他等效和修改。
40.首先，将参考图1至图4描述根据本公开实施例的电池模块1的整体结构。
41.参考图1至图4，根据本公开实施例的电池模块1包括多个电池单体100、汇流条框架200、模块壳体300、进气口400、出气口500和喷洒器600。
42.所述电池单体100被设置成多个，并且多个电池单体100被堆叠以形成一个电池单体堆。所述电池单体100可以采用例如袋型电池单体。所述电池单体100包括一对电极引线110，所述一对电极引线分别在纵向方向(平行于图中所示的y轴的方向)上的两侧被引出。同时，尽管在附图中未示出，但如果需要，所述电池单体堆还可以包括被设置在彼此相邻的电池单体100之间的缓冲垫。当所述电池单体堆被容纳在模块壳体300中时，所述缓冲垫允许所述电池单体堆以压缩状态被容纳，从而限制由外部冲击引起的移动，并且抑制所述电池单体100的鼓胀现象。
43.所述汇流条框架200被成对设置，并且一对汇流条框架200覆盖所述电池单体堆的宽度方向(平行于图中的y轴的方向)上的一侧和另一侧。所述电池单体100的电极引线110
穿过被形成在所述汇流条框架200处的狭缝而被引出，并且被弯曲并通过焊接等被固定到被设置到所述汇流条框架200的汇流条上。即，多个电池单体100可以由被设置到所述汇流条框架200的汇流条电连接。
44.所述模块壳体300具有大致长方体的形状，并在其中容纳电池单体堆。模块壳体300包括：一对基盖310，所述一对基盖310分别被构造成覆盖所述电池单体堆的下表面和上表面(平行于x-y平面的表面)；一对侧盖320，所述一对侧盖320分别被构造成覆盖所述电池单体堆的侧表面(平行于x-z平面的表面)；前盖330，该前盖330被构造成覆盖所述电池单体堆的前表面(平行于y-z平面的表面)；以及后盖340，该后盖340被构造成覆盖所述电池单体堆的后表面(平行于y-z平面的表面)。
45.所述进气口400被形成在所述电池单体堆的堆叠方向(平行于x轴的方向)上的一侧处，即，所述电池模块1的纵向方向上的一侧处，并且所述进气口400具有穿过所述前盖330而形成的孔形。所述出气口500被形成在所述电池单体堆的堆叠方向上的另一侧处，即，所述电池模块1的纵向方向上的另一侧处，并且该出气口500具有穿过所述后盖340而形成的孔形。所述进气口400和出气口500沿着所述电池模块1的纵向方向(平行于x轴的方向)位于对角相反侧处。
46.同时，在所述汇流条框架200与侧盖320之间形成有中空空间。即，所述中空空间被形成在所述模块壳体300的六个外表面中的面向所述电池单体100的纵向方向(平行于y轴的方向)上的一侧和另一侧的一个外表面与所述汇流条框架200之间，用于冷却电池单体100的空气在该中空空间中流动。所述中空空间被形成在所述电池模块1的宽度方向(平行于y轴的方向)上的两侧中的每一侧处。
47.所述进气口400被形成在如下位置处：其对应于形成在所述电池模块1的宽度方向(平行于y轴的方向)上的一侧处的中空空间，并且所述出气口500被形成在如下位置处：其对应于形成在所述电池模块1的宽度方向上的另一侧的中空空间。
48.在所述电池模块1中，穿过所述进气口400引入该电池模块1中的空气在从形成于所述电池模块1的宽度方向上的一侧的中空空间移动到形成于所述电池模块1的宽度方向上的另一侧的中空空间的同时冷却所述电池单体100，然后穿过所述出气口500离开。即，所述电池模块1对应于被空气冷却的电池模块。
49.同时，在本公开中，与其名称不同，所述进气口400也可以用于进行冷却，以用作排出温度上升的被加热空气的通道。同样，与其名称不同，所述出气口500也可以用作引入用于冷却的外部空气的通道。即，用于强制通风的叶轮可以被安装在所述进气口400和/或出气口500处，并且空气循环的方向可以取决于所述叶轮的旋转方向而变化。
50.所述喷洒器600被连接至供应冷却流体(诸如冷却水)的供应管(未示出)，并且在所述电池模块1内部的温度或所述电池模块1内部的气体流速增加超过一定水平时，所述喷洒器600运行，从而将冷却流体供应到所述电池模块1中。换言之，如果在所述电池单体100中发生异常情况以导致排气而使得排出高温气体时，则所述喷洒器600检测到所述高温气体并运行。如果所述喷洒器600以这种方式运行，则所述冷却流体可以被供应到所述电池模块1中，以防止所述电池单体100由于过热而着火和/或爆炸。
51.所述喷洒器600的一部分暴露在所述后盖340之外，并且所述喷洒器600的另一部分穿过所述后盖340而设置，并且位于被形成在所述汇流条框架200与侧盖320之间的中空
空间中。所述喷洒器600被安装在与所述出气口500相反的一侧处，该出气口500被形成在所述后盖340的纵向方向(平行于y轴的方向)上的一侧上。
52.所述喷洒器600包括联接件610、喷洒器头620和绝缘盖组件630。所述联接件610被定位在所述模块壳体300的外侧处，并且连接到供应所述冷却流体的供应管(未示出)。即，所述联接件610由金属材料制成，并且是用于紧固外部供应管的部件。所述喷洒器头620被定位在所述模块壳体300的内侧，并且连接到所述联接件610。所述绝缘盖组件630覆盖所述喷洒器头620，从而防止所述喷洒器头620与所述电池单体100的电极引线110和/或所述汇流条框架200的汇流条直接接触以导致短路。此外，稍后解释的绝缘盖组件630具有这样的功能：使得由于所述模块壳体300内部的温度上升而被加热的气体集中地流向所述喷洒器头620。
53.参考图5，所述喷洒器头620包括玻璃泡621和保持支架622。
54.所述玻璃泡621阻塞所述联接件610的冷却流体注入孔p，并且如果所述电池模块1内部的温度或由排出气体加热的内部气体的流速增加超过参考值时，则所述玻璃泡621发生破裂，以打开所述冷却流体注入孔p。所述玻璃泡621包含随着温度升高而膨胀的液体，并且如果在所述电池模块1内部的至少一些电池单体100中发生排气而使得高温排出气体填充在所述电池模块1中，则该液体发生膨胀。随着所述液体发生膨胀，所述玻璃泡621的内压增加，同时，如果由于所述玻璃泡621外部的高压排出气体而导致气体的外力一起起作用，则所述玻璃泡621发生破裂，因此冷却流体穿过所述冷却流体注入孔p填充所述模块壳体300的内部。所述保持支架622由金属材料制成，并且包围所述玻璃泡621，以固定所述玻璃泡621不发生移动。
55.参考图5和图6，所述绝缘盖组件630包括绝缘盖631和叶轮组件632。所述绝缘盖631具有包围所述喷洒器头620的大致中空圆筒形状。所述叶轮组件632被附接在形成于所述绝缘盖631的纵向方向(平行于图中的x轴的方向)上的一个侧端部处的开口中，并且穿过所述后盖340而设置的联接件610或者所述模块壳体300的后盖340的内侧被联接到所述绝缘盖631的纵向方向上的另一侧端部。
56.所述绝缘盖631具有被形成在与所述玻璃泡621对应的位置处的至少一个盖孔631a。所述盖孔631a用作通道，通过所述叶轮组件632引入到所述绝缘盖631中的高温气体穿过该通道与所述玻璃泡621接触，然后逸出到所述绝缘盖631的外部。此外，所述盖孔631a还可以用作这样的通道：由于所述玻璃泡621的破裂而通过所述流体注入孔p注入的冷却流体可以穿过该通道被排放到所述绝缘盖631的外部。
57.同时，结合层(未示出)可以被置于所述绝缘盖631的另一侧端部与所述模块壳体300的后盖340的内表面之间或所述绝缘盖631的另一侧端部与穿过所述后盖340而设置的联接件610之间。如果所述模块壳体内部的温度升高，则所述结合层的结合力会损失或降低，因此所述绝缘盖631可以与穿过后盖340而设置的联接件610或者后盖340的内表面分离。如果如上所述地移除包围所述喷洒器头620的绝缘盖631，则冷却流体被更顺畅地供应到模块壳体300中，从而提高灭火效率和冷却效率。
58.所述叶轮组件632包括叶轮框架632a和叶轮632b。所述叶轮框架632a被固定在所述绝缘盖631的一个纵向端部处，并且具有进气孔h，该进气孔h的尺寸和形状与形成在所述绝缘盖631的一个纵向端部处的开口对应。所述叶轮632b被布置在所述叶轮框架632a的进
气孔h中，并且由于通过进气孔h朝向所述玻璃泡621引入的空气的流动而旋转。即，所述叶轮632b对应于无动力旋转装置，该无动力旋转装置在没有驱动设备(诸如马达)的情况下旋转。
59.随着叶轮632b的旋转，被引入所述绝缘盖631中的空气的流动加速，因此更大量的高温气体可以被供应到所述玻璃泡621，以使得所述玻璃泡621发生快速破裂。如上所述地与所述玻璃泡621接触的气体通过形成在所述绝缘盖631中的盖孔631a被排放到所述绝缘盖631的外部。
60.如图5所示，所述叶轮632b的旋转轴x可以被形成在所述保持支架622的纵向方向(平行于x轴的方向)上的一侧端部处，或者可替代地，所述旋转轴x也可以被设置到所述叶轮框架632a本身。
61.参考图7，根据本公开实施例的电池模块1还可以包括至少一个引导板g。所述引导板g被固定在所述模块壳体300中，并且可以被倾斜地安装，使得所述引导板g的纵向方向(平行于x轴的方向)上的一侧端部朝向所述叶轮组件632定向。所述引导板g可以被单独地制造并且被附接到所述侧盖320，或者可以与所述侧盖320一体形成。
62.随着所述电池模块1内部的温度升高而具有强烈向上移动趋势的气体可以通过所述引导板g被引导为朝向所述喷洒器600流动，从而实现所述玻璃泡621的快速破裂。
63.参考图8，所述电池模块1还可以包括膨胀垫e，该膨胀垫e被构造成至少部分地关闭进气口400和出气口500，使得在冷却流体被供应到电池模块1中时所述冷却流体的液位迅速增加。
64.所述膨胀垫e被附接到所述模块壳体300的内表面，并且具有小于所述进气口400和出气口500的开口面积的尺寸。当所述电池模块1在正常使用时，所述膨胀垫e优选地具有小于进气口400和出气口500的开口面积的约30％的尺寸，使得空气可以顺畅地流过所述进气口400和出气口500。同时，尽管本公开的附图只描绘出所述膨胀垫e被附接在所述模块壳体300的内表面的底部处的情形，但所述膨胀垫e也可以被附接到所述模块壳体300的顶部或侧部。
65.所述膨胀垫e通过接触被引入所述电池模块1中的冷却流体而膨胀，以关闭所述进气口400和出气口500。所述膨胀垫e包含在吸收水分时表现出非常大的膨胀率的树脂，例如，当向其提供足够量的水分时与初始体积相比体积增加至少约两倍或更多的树脂。作为用于膨胀垫e的树脂，例如可以提及混合saf(高吸水性纤维)和聚酯短纤维的非织造织物。saf通过使用sap(高吸水性聚合物)形成纤维来制备。
66.同时，当所述进气口400和出气口500由于所述膨胀垫e的膨胀而关闭时，这并不一定必需意味着所述进气口400和出气口500被完全关闭使得冷却流体不能泄露，还包括减小所述进气口400和出气口500的开口面积以减少泄露量的情况。
67.通过应用所述膨胀垫e，当在至少一些电池模块1中发生热失控现象因此冷却流体被引入电池模块1中时，所述进气口400和出气口500被关闭。如果如上所述地关闭所述进气口400和出气口500，则引入所述电池模块1中的冷却流体不会逸出到外部，而是停留在电池模块1的内部，从而快速解决电池模块1中发生的热失控现象。
68.参考图9，所述膨胀垫e可以被成对设置。在这种情况下，一对膨胀垫e分别被附接到所述模块壳体300的内表面的上部和下部。一对膨胀垫e被附接在对应的位置处，并且在
膨胀时彼此接触，以关闭所述进气口400和出气口500。
69.参考图10，可以通过将所述膨胀垫e的至少一部分插入容纳凹槽300a中来固定所述膨胀垫e，该容纳凹槽300a在所述模块壳体300的内表面处被形成至预定深度。
70.参考图11，当通过吸收水分而膨胀时，可以由分别布置在所述膨胀垫e的两侧的一对网板400a、500a来引导所述膨胀垫e的膨胀移动。所述网板400a、500a是网状板，并且具有在所述膨胀垫e未膨胀的状态下允许空气和冷却流体穿过的结构。
71.同时，根据本公开实施例的ess(能量存储系统)包括多个如上所述的根据本公开实施例的电池模块。
72.已经详细描述了本公开。然而，应当理解，详细描述和具体示例虽然指示了本公开的优选实施例，但仅作为说明给出，因为根据该详细描述，本公开范围内的各种变化和修改对于本领域技术人员来说将变得显而易见。