电池组和包括该电池组的装置的制作方法

1.相关申请的交叉引用
2.本技术要求于2020年4月29日在韩国知识产权局提交的韩国专利申请第10-2020-0052260号的优先权和权益，通过引用将上述韩国专利申请的全部内容结合在此。
3.本发明涉及一种电池组和包括该电池组的装置，更具体地，涉及一种安全性提高的电池组和包括该电池组的装置。


背景技术：

4.易于根据产品组进行应用并且具有诸如高能量密度之类的电特性的二次电池除了应用于便携式装置，还广泛应用于由电驱动源驱动的电动车辆或混合动力车辆、和电力储存装置。二次电池作为用于改善环境友好性和能量效率的新能源而引起关注，其原因在于，除了显著减少化石燃料的使用的主要优点，二次电池还不产生任何能量使用的副产物。
5.市售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，其中，与镍基二次电池相比，锂二次电池由于其以下的优点受到关注：因为几乎没有记忆效应而自由充放电，自放电率非常低，并且能量密度较高。
6.锂二次电池主要分别使用锂基氧化物和碳材料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，在电极组件中，分别施加有正极活性材料和负极活性材料的正极板和负极板在它们之间插置隔膜的情况下进行设置；和将电极组件与电解质溶液一起密封并容纳的外壳材料，即，电池壳体。
7.通常，根据外壳材料的形状，锂二次电池可分为电极组件内置在金属罐中的罐形二次电池、以及电极组件内置在铝层压片的袋中的袋型二次电池。
8.近来，随着包括使用二次电池作为能量储存源的需求在内的对高容量二次电池结构的需求增加，对具有中大型模块结构的电池组的需求正在增加，在具有中大型模块结构的电池组中，其中多个二次电池串联或并联连接的电池模块进行连接。在电池模块中，多个电池单元彼此串联或并联连接，以形成电池单元堆叠体，从而提高容量和输出。此外，可将多个电池模块与诸如电池管理系统(bms，battery management system)或冷却系统之类的各种控制和保护系统安装在一起，以形成电池组。
9.电池组具有多个电池模块进行组合的结构，使得当一些电池模块具有过电压、过电流或过热时，电池组的安全性和工作效率会成为问题。特别是，为了提高行驶距离，电池组的容量逐渐增加，结果，电池组的内部能量也增加，使得需要设计一种满足增强的安全标准并确保车辆和驾驶员的安全性的结构。为此，需要一种能够预先防止内部热失控等并且即使当发生热失控时也可使损坏最小化的结构。


技术实现要素：

10.技术问题
11.本发明致力于提供一种安全性提高的电池组和包括该电池组的装置。
12.然而，本发明示例性实施方式中要解决的问题不限于前述问题，可在本发明中包括的技术精神的范围内进行各种扩展。
13.技术方案
14.本发明的示例性实施方式提供了一种电池组，包括：多个电池模块；沿着所述多个电池模块的边缘设置的排放引导框架；和容纳所述多个电池模块和所述排放引导框架的外壳，其中所述电池模块包括：堆叠有多个电池单元的电池单元堆叠体、以及容纳所述电池单元堆叠体的模块框架，并且所述电池单元包括电极组件和容纳所述电极组件的单元壳体，在所述单元壳体的边缘形成有密封部，并且在所述密封部中形成有具有比所述密封部的平均宽度小的宽度的至少一个排放引导部。
15.所述电池模块可进一步包括：端板，所述端板覆盖暴露于所述模块框架的前表面和后表面的所述电池单元堆叠体；和所述端板中的与所述电池模块的内部连通的至少一个排放门。
16.所述排放引导部可形成为与所述排放门相邻。
17.所述排放引导框架可包括与第一方向平行形成的一对垂直梁(beam)和与所述第一方向交叉的第二方向平行形成的一对水平梁(beam)，并且所述垂直梁和所述水平梁的每一个可具有管形状并且包括：沿所述垂直梁和所述水平梁的长度方向形成的盖、以及被所述盖围绕以使气体通过的通道。
18.所述水平梁的盖可包括面对所述电池模块的至少一个第一连接孔，并且所述排放门可在面对所述第一连接孔的同时形成为使得所述排放门的管形状与所述水平梁的管形状连通。
19.在所述垂直梁与所述水平梁相交的部分，在所述垂直梁和所述水平梁中的任意一个的盖中可设置有与所述垂直梁和所述水平梁中的另一个的通道连通的第二连接孔。
20.所述电池组可进一步包括：在所述垂直梁和所述水平梁中的任意一个的外侧的、与所述通道连接的至少一个破裂部。
21.所述排放门、所述第一连接孔、所述水平梁的通道、所述第二连接孔、以及所述垂直梁的通道全部通过一个路径连接。
22.所述外壳可包括：下外壳，所述下外壳包括其上设置所述多个电池模块的底表面、和从所述底表面向上延伸的侧壁；以及上盖，所述上盖覆盖所述下外壳的上部的开口，并且所述破裂部可与所述水平梁或所述垂直梁在之间夹有所述下外壳的所述侧壁的情况下结合。
23.本发明的另一实施方式提供了一种包括所述电池组的装置。
24.有益效果
25.根据示例性实施方式，在电池组内部形成有排放引导结构，使得当在电池单元中发生异常现象时，可通过沿预定方向引导排放气体来提高电池组的安全性。
附图说明
26.图1是图解根据本发明示例性实施方式的电池组的分解透视图。
27.图2是图1的电池组中的排放引导框架的分解透视图。
28.图3是示意性图解在根据本发明示例性实施方式的电池组的一些模块中发生热失
控时的传递路径的示图。
29.图4是图3的部分iv的放大图。
30.图5a和图5b是图3的部分v的放大图。
31.图6是图解图1的电池组中包括的电池模块的透视图。
32.图7是在z轴方向上从下向上观看时图6的电池模块的透视图。
33.图8是图6的电池模块中包括的电池单元的透视图。
34.图9是图解在根据比较例的电池组中发生异常现象时排放气体的流动的示意图。
35.图10是图解在根据本发明示例性实施方式的电池组中发生异常现象时排放气体的流动的示意图。
具体实施方式
36.在以下的详细描述中，仅通过举例说明的方式示出并描述了本发明的某些示例性实施方式。然而，本发明可以以各种方式实现，不限于以下的实施方式。
37.因此，附图和说明书应被认为在性质上是说明性的，而不是限制性的。在整个申请中相同的参考标记指代相同的要素。
38.此外，为了易于理解和描述，任意地示出了附图中示出的每个构造的尺寸和厚度，但本发明不限于此。在附图中，为了清楚起见，夸大了层、膜、板、区域等的厚度。在附图中，为了易于理解和描述，一些层和区域的厚度被夸大。
39.此外，将理解的是，当诸如层、膜、区域、或基板之类的元件被称为在另一元件“上”时，所述元件可直接在所述另一元件上或者也可存在中间元件。相反，当一元件被称为“直接在”另一元件“上”时，不存在中间元件。此外，当一元件在基准部分“上”时，该元件位于基准部分上方或下方，并不必然是指该元件位于在与重力相反的方向“上”。
40.此外，除非有明确的相反描述，否则词语“包括”以及诸如“包含”或“具有”之类的变形将被理解为暗示包括所述元件，但不排除任何其他元件。
41.此外，在整个申请中，当称在“在平面上”时，其是指当从上方观察目标部分时，当称“在剖面图上”时，其是指从侧面观察通过垂直切割目标部分而获得的剖面时。
42.图1是图解根据本发明示例性实施方式的电池组的分解透视图。
43.参照图1，根据本发明示例性实施方式的电池组1000包括多个电池模块100、和沿着多个电池模块100的边缘设置的排放引导框架300。
44.多个电池模块100和排放引导框架300可安装到电池组托盘200上并且可容纳在电池组外壳400中。电池组外壳400可包括容纳电池组托盘200的下外壳410、和与下外壳410结合以覆盖电池模块100的上部的上盖420。
45.多个电池模块100的每一个包括设置在模块框架110中的电池单元堆叠体(未示出)，并且包括端板120，端板120覆盖暴露于模块框架110的两端的电池单元堆叠体。在这种情况下，两个端板120中的任意一个包括排放门121，排放门121与电池模块100的内部连通并且能够排放在电池模块100内部可能产生的火焰或热量。在电池组1000中，排放门121设置为面向电池组1000的外侧，优选地，如图1中所示，排放门121可设置为面向朝向电池组1000中的在第一方向(x轴方向)上的两端的外侧。
46.排放引导框架300可沿着全部电池模块100的边缘设置。排放引导框架300沿着电
池组1000的每一侧以管形状形成，并且可包括分别沿第一方向(x轴方向)和第二方向(y轴方向)延伸的、形成为能够整体上连通的一对垂直梁310和一对水平梁320。下面将描述排放引导框架300的详细构造。
47.多个电池模块100和排放引导框架300可安装到电池组托盘200上，并且可根据需要通过固定部件固定至电池组托盘200。电池模块100、排放引导框架300和电池组托盘200可被容纳在下外壳410内。下外壳410可包括：其上设置电池组托盘200的底表面、和从底表面的边缘向上延伸的侧壁。覆盖电池模块100的上部的上盖420可与下外壳410结合，以保护内部的电部件。在这种情况下，诸如电池管理系统(bms，battery management system)和冷却系统之类的各种控制和保护系统连同电池模块100一起可被安装在电池组外壳400中。
48.在下外壳410的一个侧壁上，可形成能够将内部产生的热量或火焰排放到外部的至少一个破裂部500。下面将描述破裂部500的详细构造。
49.下文中，将更详细地描述根据本发明示例性实施方式的电池组的排放引导框架。
50.图2是图1的电池组中的排放引导框架的分解透视图。
51.参照图1和图2，排放引导框架300沿着电池组1000的每一侧以管形状形成，并且可包括分别沿第一方向(x轴方向)和第二方向(y轴方向)延伸的、形成为能够整体上连通的一对垂直梁310和一对水平梁320。
52.垂直梁310具有沿第一方向(x轴方向)延长的管形状，在这种情况下，垂直梁310包括限定出管形状的内部的盖311、和形成在盖311内侧的通道312。盖311可包括在第二方向(y轴方向)上与电池模块100相邻设置的第一内盖311a、和设置于在第二方向(y轴方向)上远离电池模块100的一侧并且面对第一内盖311a的第一外盖311b。第一内盖311a和第一外盖311b中的至少一个包括沿第一方向延长的凹槽。就是说，第一内盖311a和第一外盖311b中的至少一个形成为具有形状的横截面(形成为从方形管形状去除一个表面的形状)，使得可通过将一个盖与另一个盖结合而限定出通道312。然而，本发明不限于此，没有特别限制，只要可通过盖311获得管形状即可。
53.水平梁320具有沿第二方向(y轴方向)延长的管形状，在这种情况下，水平梁320包括限定出管形状的内部的盖321、和形成在盖321内侧的通道322。盖321可包括在第一方向(x轴方向)上与电池模块100相邻设置的第二内盖321a、和设置于在第一方向(x轴方向)上远离电池模块100的一侧并且面对第二内盖321a的第二外盖321b。第二内盖321a和第二外盖321b中的至少一个包括沿第二方向延长的凹槽。就是说，第二内盖321a和第二外盖321b中的至少一个形成为具有形状的横截面(形成为从方形管形状去除一个表面的形状)，使得可通过将一个盖与另一个盖结合而限定出通道322。
54.特别是，在本示例性实施方式中，如图2中所示，当第二内盖321a和第二外盖321b二者形成为具有形状的横截面时，可提高水平梁320被组装时的强度。然而，本发明不限于此，没有特别限制，只要可通过盖321获得管形状即可。
55.水平梁320包括形成在面对电池模块100的表面中，即，形成在第二内盖321a的一个表面中的第一连接孔324。第一连接孔324设置为与电池模块100的排放门121连通。水平梁320进一步包括形成在在第二方向上远离电池模块100设置的表面，即第二外盖321b的一个表面中的第三连接孔326。设置第三连接孔326以使得破裂部500与通道322连通。在这种情况下，为了引导排放门121、水平梁320的通道322和破裂部500连通的路径，破裂部500可
通过排放路径支架328结合至水平梁320。
56.垂直梁310包括在与水平梁320相邻设置的两端处形成在第一内盖311a上的第二连接孔314。通过第二连接孔314，水平梁320的通道322可与垂直梁310的通道312连通。
57.破裂部500与水平梁320的通道322连接，并且包括配置为当进入气体的压力等于或大于预定压力时破裂的破裂面510(图5b中所示)。此外，破裂部500包括翼部520(图5b中所示)，翼部520从形成有破裂面510的主体突出并且配置为与下外壳410的侧壁结合。翼部520可通过诸如螺丝之类的紧固部件固定至下外壳410。
58.在本示例性实施方式中，破裂部500与水平梁320的通道322连接，并且破裂部500隔着下外壳410与水平梁320固定，但本发明不限于此，如果一构造与排放引导框架300的通道连通并且能够将气体排放到外部，则可适当采用该构造。此外，在本示例性实施方式中，举例说明了在一对水平梁320中的任意一个水平梁处形成两个破裂部500，但本发明不限于此，可对另一个水平梁320或者也可对垂直梁310设置破裂部500，并且可根据需要适当选择破裂部500的位置和破裂部500的数量。
59.通过上述构造，在由垂直梁310和水平梁320形成的方形的排放引导框架300内部形成整体上连通的通道，并且该通道与电池模块100的排放门121和破裂部500连通，使得当电池模块100发生热失控等时，该通道将热量和火焰引导到外部，从而将对周围电池模块的影响最小化。在这种情况下，产生的高压排放气体中包括的火焰在穿过排放引导框架300内部的路径的同时完全燃烧，从而以更安全的状态排放到外部。此外，在没有热失控期间，排放引导框架300用作稳定地支撑电池模块100的支撑框架，从而提高电池组1000的安全性。
60.下文中，将描述用于控制在电池组中的一些电池模块中发生的诸如过电压、过电流或过热之类的问题的路径。
61.图3是示意性图解在根据本发明示例性实施方式的电池组的一些模块中发生热失控时的传递路径的示图。图4是图3的部分iv的放大图。图5a和图5b是图3的部分v的放大图。
62.参照图1至图5，当在电池模块100内发生诸如过电压、过电流或过热之类的异常现象(热量问题)时，高压排放的气体通过排放门121从电池模块100的内部排放。在这种情况下，高温高压气体和火焰被引导至与发生热量问题的电池模块100的排放门121最近设置的第一连接孔324。通过第一连接孔324进入的高温高压气体和火焰可通过形成在排放引导框架300中的通道排放到外部。
63.例如，当设置在图3中的位置1的电池模块100中发生热量问题时，如图4中所示，高压气体和火焰可通过排放门121排放，并且可经由水平梁320的通道322被直接引导至破裂部500一侧并排放到外部。由此，位置1的电池模块100中产生的热量可排放到外部而不会影响周围模块。
64.此外，当设置在图3中的位置2的电池模块100中发生热量问题时，如图5a和图5b中所示，高温高压气体和火焰通过排放门121排放并且进入水平梁320的通道322。随后，通过第二连接孔314进入垂直梁310的通道312并且沿相应通道312移动的高温高压气体和火焰可通过形成在相应垂直梁310的相反侧的端部处的第二连接孔314被引导至破裂部500所在的一侧的水平梁320，并且最终通过破裂部500排放到外部。就是说，当在电池模块100中发生热量问题时，高温高压气体和火焰可通过与相应电池模块100的排放门121最近设置的第一连接孔324被引导至排放引导框架300的通道并且最终排放到外部。
65.图6是图解图1的电池组中包括的电池模块的透视图。图7是在z轴方向上从下向上观看时图6的电池模块的透视图。图8是图6的电池模块中包括的电池单元的透视图。
66.参照图6和图7，图1的电池组中包括的电池模块100可包括：堆叠有多个电池单元101的电池单元堆叠体102、以及容纳电池单元堆叠体102的模块框架108和端板120。多个电池单元101进行堆叠以彼此电连接，从而形成电池单元堆叠体102。特别是，如图6中所示，多个电池单元101可在平行于y轴的方向上堆叠。
67.在这种情况下，根据本发明示例性实施方式的电池单元堆叠体102可以是其中电池单元101的数量大于相关技术的数量的大面积模块。例如，每一电池模块100可包括48个电池单元101。在大面积模块的情况下，电池模块的水平方向长度增加。在此，水平方向长度可表示在电池单元101堆叠的方向上，即，在平行于y轴的方向上的长度。
68.容纳电池单元堆叠体102的模块框架108可包括上板112和下框架111。下框架111可以是u形框架。u形框架可包括底部和从底部的两端向上延伸的两个侧部。底部可覆盖电池单元堆叠体102的下表面(z轴的相反方向)，侧部可覆盖电池单元堆叠体102的两个侧表面(y轴方向及y轴方向的相反方向)。
69.上板112可形成为围绕除被u形框架围绕的下表面和两个侧表面之外的剩余的上表面(z轴方向)的单个板形结构。上板112和下框架111在对应的边缘部分彼此接触的状态下通过焊接等结合，从而形成上下以及左右覆盖电池单元堆叠体102的结构。可通过上板112和下框架111物理地保护电池单元堆叠体102。为此，上板112和下框架111可由具有预定强度的金属材料制成。
70.在根据本示例性实施方式的端板120中，可如上所述形成排放门121，排放门121与电池模块100的内部连通并且能够排放在电池模块100中产生的火焰或热量。考虑到用于传送信息的连接器连接部分，排放门121可形成在端板120的下侧。
71.根据本示例性实施方式的模块框架108可包括形成为使得模块框架108的底部延伸穿过端板120的模块框架突出部131。在这种情况下，可经由模块框架突出部131向散热器130供应以及从散热器130排放通过与模块框架突出部131的上表面部分连接的冷却端口140引入和排放的冷却剂。
72.参照图8，电池单元101可以是袋型电池单元，并且可形成为矩形片型结构。例如，根据本示例性实施方式的电池单元101具有其中两个电极引线104和105在彼此面对的同时分别从单元主体113的一端114a和另一端114b突出的结构。更具体地，电极引线104和105可与电极组件(未示出)连接，并且从电极组件(未示出)突出到电池单元101的外部。
73.同时，可在电极组件(未示出)被容纳在单元壳体114的状态下通过将单元壳体114的两端114a和114b以及连接这两端114a和114b的一个侧部114c结合来制造电池单元101。就是说，根据本示例性实施方式的电池单元101具有形成在单元壳体114的边缘中的总共三个点处的三个密封部114sa、114sb和114sc，密封部114sa、114sb和114sc是通过热熔合等密封的结构，另一个侧部可由连接部115形成。单元壳体114可由包括树脂层和金属层的层压片形成。
74.此外，连接部115可沿着电池单元101的一个边界延长，并且在连接部115的端部可形成被称为蝙蝠耳(bat-ear)的电池单元101的突出部101p。
75.电池单元101可设置为多个，多个电池单元101可进行堆叠以彼此电连接，从而形
成电池单元堆叠体102。如图6中所示，多个电池单元101可在平行于y轴的方向上堆叠。特别是，具有矩形片型结构的电池单元101可布置成使得单元主体113彼此接触并且在平行于y轴的方向上堆叠。因此，电极引线104和105可在与电池单元101的堆叠方向垂直的方向上，即，在x轴方向和x轴方向的相反方向上突出。
76.在根据本示例性实施方式的电池单元101中，形成在单元壳体114的边缘的密封部114sa、114sb和114sc可形成有具有比密封部114sa、114sb和114sc的平均宽度小的宽度的至少一个排放引导部114v。相关技术的电池单元被设计成通过均匀地形成密封部的宽度来确保均匀密封力。然而，在这种情况下，当发生异常现象时，排放气体很难有概率被喷射到同一部分。因此，从电池单元喷射的排放气体在电池模块内零星地排放。
77.然而，在本示例性实施方式中，排放引导部114v成为具有最弱密封力的部分，并且可引导排放气体从该部分喷射。然而，排放引导部114v的宽度可具有至少保证密封力的水平的值。根据本示例性实施方式的排放引导部114v可形成为与形成在图6的电池模块100中的排放门121相邻。在这种情况下，当在电池单元101中发生异常现象时，可通过排放引导部114v的前述设置更好地将排放气体引导至排放门121。通过参照图1和图2描述的以电池组1000为单位的排放引导框架300控制被引导至排放门121的排放气体，从而提高电池组的安全性。
78.图9是图解在根据比较例的电池组中发生异常现象时排放气体的流动的示意图。图10是图解在根据本发明示例性实施方式的电池组中发生异常现象时排放气体的流动的示意图。
79.参照图9，相关技术的电池组20不包括诸如根据本发明示例性实施方式的排放引导部、排放门和排放引导框架之类的系统，使得电池模块10中产生的排放气体零星地排放。
80.参照图10，在根据本示例性实施方式的电池组1000中，当在第一个电池单元中发生异常现象时，通过以下系统来控制电池组1000内部的排放气体，从而提高安全性：排放气体通过图8中所示的排放引导部114v从电池单元101排放，并且电池模块100内部的排放气体通过排放门121排放到电池模块100的外部，并且排放气体通过包括一对垂直梁310和一对水平梁320的排放引导框架300在每个单元中连接而被引导。
81.上述电池模块和包括该电池模块的电池组可应用于各种装置。作为装置，可应用诸如电动自行车、电动汽车和混合动力汽车之类的交通工具，但是本发明不限于此，本发明可应用于能够使用电池模块和包括该电池模块的电池组的各种装置，这也属于本发明的范围。
82.尽管已详细描述了本发明的示例性实施方式，但本发明的范围不被实施方式限制。本领域技术人员利用所附权利要求书中限定的本发明的基本理念实现的各种变化和修改应当被解释为属于本发明的范围。
83.参考标号说明
84.114v：排放引导部
85.121：排放门
86.200：电池组托盘
87.300：排放引导框架
88.310：垂直梁
89.320：水平梁
90.311：垂直梁的盖
91.312：垂直梁的通道
92.321：水平梁的盖
93.322：水平梁的通道
94.324：第一连接孔
95.314：第二连接孔
96.326：第三连接孔
97.400：外壳
98.500：破裂部。