电池模块、包括该电池模块的电池组以及汽车的制作方法

1.本公开涉及电池模块、包括该电池模块的电池组以及车辆，更具体地涉及具有增强的耐火和爆炸稳定性的电池模块、包括该电池模块的电池组以及车辆。
2.本技术要求于2020年8月4日在韩国提交的韩国专利申请10-2020-0097562的优先权，其公开内容在此引入作为参考。


背景技术：

3.近来，随着对诸如膝上型计算机、摄像机和移动电话的便携式电子产品需求的快速增长以及电动车辆、用于能量存储的蓄电池、机器人和卫星的广泛发展，正在对可重复充电的高性能二次电池进行许多研究。
4.目前，市场上可买到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，锂二次电池具有很小的记忆效应或没有记忆效应，因此它们比镍基二次电池更受关注，因为它们的优点是只要方便就可以进行再充电，自放电率非常低且能量密度高。
5.这些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。此外，该锂二次电池包括：电极组件，其中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设置有插入其间的隔膜；以及外部材料，即电池壳体，用于气密地容纳电极组件以及电解质。
6.此外，根据外部材料的形状，锂二次电池可以分为罐型二次电池和袋型二次电池，在罐型二次电池中，电极组件包括在金属罐中，在袋型二次电池中，电极组件包括在由铝层压板制成的袋中。
7.特别地，近来对应用于电动车辆等的大容量电池模块的需求正在增加。大容量电池模块包括多个电池单元，因此当多个电池单元中的一些电池单元发生火灾或爆炸时，火焰和高温气体被排出以增加其它相邻电池单元的温度，这可能传播火灾或热失控，导致二次爆炸。因此，需要一种提高电池模块的耐火或气体爆炸的稳定性的方法。


技术实现要素：

8.技术问题
9.本公开被设计为解决相关技术的问题，因此本公开涉及提供具有增强的耐火和爆炸稳定性的电池模块、包括该电池模块的电池组和车辆。
10.本公开的这些和其它目的和优点可以从下面的详细描述中理解，并且将从本公开的示例性实施方式中变得更加显而易见。而且，容易理解的是，本公开的目的和优点可以通过所附权利要求及其组合中所示的手段来实现。
11.技术方案
12.在本公开的一个方面中，提供一种电池模块，该电池模块包括：
13.多个电池单元，所述多个电池单元被配置成具有分别形成在其一端和另一端处的电极端子，并且具有当内部压力增加超过预定水平时打开以向外部排放气体的排气单元；
14.单元框架，所述单元框架被配置成具有用于容纳所述多个电池单元的容纳空间并且具有多个暴露孔，所述暴露孔被打开，使得从所述电池单元排出的气体移动到外部；
15.屏蔽构件，所述屏蔽构件被固定到所述单元框架以便密封所述暴露孔并且被配置成当气体从所述电池单元的所述排气单元排出时通过气体压力来打开所述屏蔽构件的与所述暴露孔对应的区域；以及
16.保护板，所述保护板被配置成固定所述屏蔽构件，并且具有与所述暴露孔相对应地定位的多个连通孔。
17.此外，所述屏蔽构件可包括耐热片，
18.该耐热片被设置成与所述单元框架的外表面紧密接触以密封所述暴露孔并且被配置成使得其面向所述暴露孔的部分借助所述气体压力破裂以便打开所述暴露孔，并且
19.所述保护板可以位于所述耐热片的外侧，使得所述耐热片固定到所述单元框架的外表面。
20.另外，所述保护板可以包括从所述连通孔的外周向外突出的肋。
21.此外，所述保护板可以进一步包括穿孔针，所述穿孔针被配置成当所述耐热片的面向所述暴露孔的部分由于所述气体压力而膨胀时穿孔所述耐热片的一部分。
22.而且，所述耐热片包括破裂部，所述破裂部形成为具有比其它部分相对更小的片厚度。
23.此外，所述屏蔽构件可以进一步包括粘合片，
24.所述粘合片附接至所述保护板以密封所述连通孔，并且所述粘合片被配置成当所述电池单元爆炸时通过爆炸压力与所述保护板分离。
25.另外，所述屏蔽构件可以包括涂覆在所述暴露孔中以密封所述暴露孔的耐热膜。
26.此外，所述电池模块可进一步包括模块外壳，
27.所述模块外壳具有：内部空间，其被配置成容纳所述单元框架；以及
28.停留空间，其形成在彼此间隔开的所述模块外壳的外壁和所述单元框架之间，以临时容纳从所述电池单元排出的气体，并且被配置成与所述连通孔连通。
29.此外，为了实现上述目的，本发明的电池组包括至少一个电池模块。
30.此外，为了实现上述目的，本发明的车辆包括至少一个电池模块。
31.有利效果
32.根据本公开的实施方式，由于本公开包括被配置成密封暴露孔并通过气体压力打开暴露孔的屏蔽构件和被配置成固定屏蔽构件的保护板，所以在单元框架内部产生的气体可以通过打开的暴露孔和连通孔排放到外部。由于排放到单元框架外部的气体不能流入由屏蔽构件密封的其它暴露孔中，所以可以有效地防止火或热失控传播到与起火或发生热失控的电池相邻的其它电池。因此，在本发明中，可以提供一种安全的电池模块。
33.此外，根据本公开的实施方式，由于本公开包括具有相对较小厚度的破裂部的耐热片，因此可以预先防止尽管气体从一些电池单元排出，由于耐热片不破裂而使暴露孔不打开的情况。因此，在本公开中，暴露孔可以被可靠地打开，从而防止排出的气体停留在单元框架内部以增加其它相邻电池单元的温度并因此传播热失控。最终，可以有效地提高电池模块的安全性。
附图说明
34.附图示出了本公开的优选实施方式，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。
35.图1是示意性地示出根据本公开的第一实施方式的电池模块的立体图。
36.图2是示意性地示出根据本公开的第一实施方式的电池模块的仰视图。
37.图3是示意性地示出根据本公开的第一实施方式的电池模块的分解立体图。
38.图4是示意性地示出根据本公开的第一实施方式的电池模块的电池单元的截面图。
39.图5是示意性地示出根据本公开的第二实施方式的电池模块的一些部件的立体图。
40.图6是示意性地示出沿图5的线c-c'截取的电池模块的一部分的局部截面图。
41.图7是示意性地示出根据本公开的第三实施方式的电池模块的一部分的局部截面图。
42.图8是示意性地示出根据本公开的第四实施方式的电池模块的一部分的局部截面图。
43.图9是示意性地示出根据本公开的第五实施方式的电池模块的平面图。
44.图10是示意性地示出根据本公开的第六实施方式的电池模块的平面图。
45.图11是示意性地示出根据本公开的第七实施方式的电池模块的平面图。
具体实施方式
46.在下文中，将参照附图详细描述本公开的优选实施方式。在描述之前，应当理解，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为了最佳解释而适当地定义术语的原理，基于与本公开的技术方面相对应的含义和概念来解释。
47.因此，在此提出的描述仅仅是用于说明目的的优选示例，并不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，可以对其进行其它等效和修改。
48.图1是示意性地示出根据本公开的第一实施方式的电池模块的立体图。图2是示意性地示出根据本公开的第一实施方式的电池模块的仰视图。图3是示意性地示出根据本公开的第一实施方式的电池模块的分解立体图。此外，图4是示意性地示出根据本公开的第一实施方式的电池模块的电池单元的截面图。
49.参见图1至图4，根据本公开的第一实施方式的电池模块100包括多个电池单元110、单元框架120、屏蔽构件130和保护板140。
50.这里，电池单元110可包括电极组件116、电池罐112和盖组件113。
51.电极组件116可以具有这样的结构，其中正极板和负极板用插入其间的隔膜缠绕。此外，正极接头114可以附接到正极板并连接到盖组件113，并且负极接头115可以附接到负极板并连接到电池罐112的下端。
52.电池罐112可具有形成于其中的空的空间以在其中容纳电极组件116。具体地，电池罐112可以被配置成具有开放顶部的圆柱形形状。此外，电池罐112可由诸如钢或铝的金属材料制成以确保刚性。此外，负极接头可附接到电池罐112的下端，使得不仅电池罐112的
下部而且电池罐112本身可用作负极端子111。
53.此外，电池单元110可以具有分别位于其一端和另一端的电极端子111。多个电池单元110可以通过具有金属材料的汇流条(未示出)电连接。汇流条可以是电线或金属板的形式。多个电池单元110可以通过汇流条串联、并联或串并联地电连接。例如，尽管未示出，汇流条可以容纳在单元框架120的凹槽部分中，以便不突出到单元框架120的外部。
54.盖组件113可以联接到电池罐112的顶部开口以密封电池罐112的开口端。根据电池罐112的形状，盖组件113可以具有圆形或矩形形状，并且可以包括诸如顶盖c1、排气单元c2和垫圈c3的子部件。
55.这里，顶盖c1可以位于盖组件113的最上部分并且被配置成向上突出。特别地，顶盖c1可以用作电池单元110中的正极端子111。因此，顶盖c1可通过外部装置(例如汇流条)电连接到另一电池单元110或充电装置。顶盖c1可以由例如金属材料如不锈钢或铝形成。
56.此外，排气单元c2可以被配置成使得当电池单元110的内部压力(即，电池罐112的内部压力)增加超过预定水平时排气单元c2的形状变形(破裂)，使得电池罐112内的气体可以通过顶盖c1的开口d排放到外部。这里，内部压力的预定水平可以是5至10个大气压。
57.此外，垫圈c3可以由具有电绝缘的材料制成，使得顶盖c1和排气单元c2的边缘部分可以与电池罐112绝缘。
58.同时，帽组件113还可以包括电流中断装置c4。电流中断装置c4也被称为cid。当电池的内部压力由于气体产生而增加，使得排气单元c2的形状反转时，排气单元c2和电流中断装置c4之间的接触可能被切断，或者电流中断装置c4可能被损坏，从而阻塞排气单元c2和电极组件116之间的电连接。
59.在提交本技术时，电池单元110的构造是本领域技术人员公知的，因此在此不详细描述。此外，尽管图3中示出了电池单元110的示例，但是根据本公开的电池模块100不限于具有特定形状的电池单元110的配置。即，在提交本技术时已知的各种类型的电池单元110可用于根据本公开的电池模块100中。
60.此外，单元框架120可以具有用于在其中容纳多个电池单元110的容纳空间。单元框架120可具有多个中空部h，其尺寸对应于电池单元110以容纳电池单元110。例如，如图3所示，单元框架120可以包括第一框架121和第二框架122。多个中空部h可以形成在第一框架121和第二框架122中的每一个中。多个中空部h可以具有在竖直方向上从单元框架120的顶部延伸到底部的形状。即，单元框架120可以具有多个暴露孔p1。暴露孔p1可以打开，使得从电池单元110排出的气体移动到外部。例如，如图1和图2所示，多个暴露孔p1可以形成在单元框架120的上部和下部中的每一个中。暴露孔p1可以形成在与电池单元110的排气单元c2对应的位置处。例如，在图4的电池单元110中，由于排气单元c2位于电池单元110的顶端，暴露孔p1可以设置在电池单元110的顶端。更具体地，暴露孔p1可以设置在与顶盖c1的开口d相邻的位置处，从排气单元c2排出的气体通过该开口d排出到电池罐112的外部。
61.优选地，暴露孔p1可以形成为能够完全覆盖电池罐112的开口d的尺寸。例如，参考图4作为示例，电池罐112的顶盖c1可以具有环形开口d。在这种情况下，暴露孔p1的直径可以被配置成大于或等于环形开口d的直径。
62.屏蔽构件130可以固定到单元框架120以密封暴露孔p1。在这种情况下，例如，为了固定，可以使用粘合剂，使得屏蔽构件130附接到单元框架120的外表面。屏蔽构件130可以
配置成使得当气体从电池单元110的排气单元c2排放到暴露孔p1时，在屏蔽构件130的整个区域中的与暴露孔p1对应的区域通过气体压力而破裂并打开。换言之，屏蔽构件130在平时密封暴露孔p1，但是当在多个电池单元110中的一些电池单元110中发生气体爆炸时，屏蔽构件130可以被配置成使得其与面对一些电池单元110的暴露孔p1对应的区域通过气体爆炸压力从密封状态转换到打开状态。
63.另外，保护板140可配置成固定屏蔽构件130。例如，保护板140可定位成与屏蔽构件130的外表面紧密接触，使得屏蔽构件130固定在单元框架120上。即，屏蔽构件130可介于保护板140和单元框架120之间。例如，在将粘合剂施加到附接到单元框架120的外表面的屏蔽构件130的外表面之后，可将保护板140粘结到屏蔽构件130的外表面。
64.此外，保护板140可以具有沿水平方向延伸的板形状。保护板140可以包括对应于暴露孔p1定位的多个连通孔p2。因此，最终，电池单元110的排气单元c2、顶盖c1的开口d、暴露孔p1和连通孔p2可以全部位于同一条线上。因此，气体的排放路径被最小化，并且因此气体可以被顺畅地排放到电池单元110的外部。根据本公开的这种构造，由于本公开包括被配置成密封暴露孔p1并通过气体压力在对应于暴露孔p1的区域中破裂的屏蔽构件130和被配置成固定屏蔽构件130的保护板140，所以在单元框架120内产生的气体可通过敞开的暴露孔p1和与暴露孔p1连通的连通孔p2排放到外部。由于排放到单元框架120外部的气体不能流入由屏蔽构件130密封的其它暴露孔p1中，所以可以有效地防止火或热失控传播到与起火或发生热失控的电池单元110相邻的其它电池单元110。因此，在本公开中，可以提供一种安全的电池模块100。
65.更具体地，屏蔽构件130可包括具有耐热材料的耐热片131。例如，耐热材料可以是聚碳酸酯。耐热片131可以与单元框架120的外表面紧密接触以密封暴露孔p1。耐热片131可以具有预定厚度，使得当电池单元110爆炸时，其面对暴露孔p1的部分由于爆炸期间排出的气体的压力而破裂。例如，耐热片131的厚度可以为0.05mm至0.1mm。当耐热片131的一部分破裂时，气体可通过暴露孔p1排出到单元框架120的外部。
66.此外，保护板140可以具有电绝缘塑料材料。例如，保护板140可以包括聚氯乙烯。保护板140可以位于耐热片131的外侧，使得耐热片131固定到单元框架120的外表面。例如，如图1和图2所示，本公开的电池模块100可分别在单元框架120的上部和下部包括屏蔽构件130和保护板140。此时，保护板140可以固定到耐热片131的外表面，使得除了耐热片131面向暴露孔p1的部分之外，耐热片131的其余部分与单元框架120的外表面紧密接触。
67.因此，根据本公开的这种构造，由于本公开包括耐热片131和用于固定耐热片131的保护板140，所以耐热片131的对应于暴露孔p1的区域可被从一些电池单元110排放的气体打开以将气体有效地排放到单元框架120的外部，并且电池单元110不容易被火焰损坏。由此安全地保护未发生热失控或未起火的其它电池单元110。即，在本公开中，除了已经发生爆炸的电池单元110之外，可以连续地保持面向剩余电池单元110的单元框架120的暴露孔p1的密封状态，从而有效地防止二次爆炸、火或热失控的传播。
68.图5是示意性地示出根据本公开的第二实施方式的电池模块的一些部件的立体图。此外，图6是示意性地示出沿图5的线c-c'截取的电池模块的一部分的局部截面图。
69.参见图5和图6以及图3，根据本公开的第二实施方式的电池模块100可以进一步包括模块外壳150。模块外壳150可以具有被配置成在其中容纳单元框架120的内部空间。也就
是说，模块外壳150可以包括具有空的内部的矩形盒形状的外壁150a。
70.此外，模块外壳150可以具有形成在其外壁150a和单元框架120之间的彼此隔开的停留空间s。停留空间s可以与连通孔p2连通。停留空间s可以被配置成暂时容纳从电池单元110排出的气体。
71.因此，根据本公开的这种配置，本公开被配置成使得由电池单元110的爆炸所排放的高温气体暂时停留在停留空间s中，并且可以借助于插入在单元框架120与保护板140之间的耐热片131来防止气体通过其它暴露孔p1再次流入单元框架120中。因此，所排放的气体不会排放到模块外壳150的外部，从而防止对位于电池模块100附近的人或其它装置造成损害。
72.图7是示意性地示出根据本公开的第三实施方式的电池模块的一部分的局部截面图。
73.参见图7以及图5，根据本公开的第三实施方式的电池模块与根据图6的第一实施方式的电池模块100的不同之处在于，保护板140a还包括肋141。然而，根据图7的第三实施方式的电池模块的其它部件与图1的第一实施方式的电池模块100的部件相同，因此将不再描述。
74.根据本公开第三实施方式的电池模块100的保护板140a可包括沿向外方向(朝向模块外壳150的外壁150a)从连通孔p2的外周突出的肋141。肋141可以具有与连通孔p2连通的管状形状。例如，如图7所示，固定到耐热片131的保护板140a可以包括从连通孔p2的外周向上突出的肋141。
75.因此，根据本公开的这种配置，由于本公开还包括保护板140a上的肋141，所以可以防止从多个电池单元110中的一些电池单元110排出的气体通过与其直接相邻的另一连通孔p2直接流入单元框架120。因此，在本公开中，可以安全地保护不发生热失控或未起火的其余电池单元110。
76.图8是示意性地示出根据本公开的第四实施方式的电池模块的一部分的局部截面图。
77.参见图8以及图5，根据本公开的第四实施方式的电池模块与根据图6的第一实施方式的电池模块100的不同之处在于，穿孔针142进一步设置到保护板140b，并且其它部件可以是相同的。
78.穿孔针142可以设置在保护板140b的连通孔p2中。穿孔针142可以包括从连通孔p2的内表面延伸到连通孔p2的中心位置的延伸部142a，以及设置在延伸部142a的端部的针部142b。当耐热片131的面对暴露孔的部分由于气体压力而向外(朝向穿孔针)膨胀时，穿孔针142可配置成与耐热片131的一部分接触以穿孔耐热片131的一部分。针部142b可以具有从延伸部142a的端部朝向耐热片131尖锐突出的形状。
79.因此，根据本公开的这种配置，由于本公开包括被配置成对耐热片131的一部分穿孔的穿孔针142，所以可以预先防止以下情况：即使气体从一些电池单元110排出，因为耐热片131不会破裂暴露孔p1也不会打开。因此，在本公开中，暴露孔p1可以被可靠地打开，从而防止排出的气体停留在单元框架120内部而增加其它相邻电池单元110的温度并因此传播热失控。最终，可以有效地提高电池模块100的安全性。
80.图9是示意性地示出根据本公开的第五实施方式的电池模块的平面图。
81.参见图9以及图3，根据本公开的第五实施方式的电池模块与根据第一实施方式的电池模块100的不同之处在于，屏蔽构件130c的耐热片131还包括破裂部131a。其它部件与根据第一实施方式的电池模块100的部件相同，因此将不再描述。
82.根据本公开的第五实施方式的电池模块100的耐热片131可以包括破裂部131a，该破裂部131a被构造为具有比片的其余部分更小的厚度。例如，破裂部131a可以具有线性形状。例如，如图9所示，破裂部131a在平面图中可以具有十字形。破裂部131a可以形成在耐热片131的面对暴露孔p1的部分中。
83.因此，根据本公开的这种构造，由于本公开包括具有相对较小厚度的破裂部131a的耐热片131，所以可以预先防止即使气体从一些电池单元110排出，由于耐热片131不破裂而使暴露孔p1不打开的情况。因此，在本公开中，暴露孔p1可以被可靠地打开，从而防止排出的气体停留在单元框架120内部而增加其它相邻电池单元110的温度并因此传播热失控。最终，可以有效地提高电池模块100的安全性。
84.图10是示意性地示出根据本公开的第六实施方式的电池模块的平面图。
85.参照图10以及图3，根据本公开的第六实施方式的电池模块与根据第一实施方式的电池模块100的不同之处在于，屏蔽构件130d还可包括粘合片132。粘合片132可以设置在耐热片131的外侧。即，粘合片132可位于耐热片131和保护板140之间和/或耐热片131和单元框架120之间。其它部件与根据第一实施方式的电池模块100的部件相同，因此将不再描述。
86.粘合片132可以附接到保护板140以密封连通孔p2。粘合片132可以通过施加到粘合片132的粘合剂附接到连通孔p2的外周。即，粘合片132可以定位成覆盖连通孔p2。
87.此外，粘合片132可以被配置成当电池单元110爆炸时通过爆炸压力从保护板140分离。即，通过引入暴露孔p1的气体的压力，粘合片132可以被推出并与保护板140分离。
88.因此，根据本公开中的这种构造，由于本公开包括粘合片132，粘合片132可在平时密封连通孔p2，并且当由于多个电池单元110中的一些电池单元110爆炸而需要排放气体时，粘合片132可打开连通孔p2。因此，在本公开中，即使在一些电池单元110中发生气体爆炸，用于密封暴露孔p1的耐热片131和用于密封连通孔p2的粘合片132也执行双重密封，从而可靠地防止气体流入其它相邻的电池单元110中。最终，可以提高电池模块100的安全性。
89.图11是示意性地示出根据本公开的第七实施方式的电池模块的平面图。
90.参照图11以及图3，根据本公开的第七实施方式的电池模块与根据第一实施方式的电池模块100的不同之处在于，屏蔽构件130e可以具有不同的构造。即，根据第七实施方式的电池模块的屏蔽构件130e可以包括耐热膜133而不是耐热片131。然而，由于其它部件与根据第一实施方式的电池模块100的部件相同，因此将不再描述。
91.耐热膜133可以涂覆在暴露孔p1中以密封暴露孔p1。即，可以通过用具有耐热性的树脂填充暴露孔p1的内部然后固化该树脂来形成耐热膜133。耐热膜133可以包括例如聚碳酸酯。例如，如图11所示，耐热膜133可以设置在多个暴露孔p1中的每一个中。在一些情况下，耐热膜133可部分地插入并固定在单元框架120的外壁和保护板140之间。
92.因此，根据本公开的这种构造，由于本公开包括耐热膜133，因此当与第一实施方式的电池模块100的耐热片131相比时，可以最小化屏蔽构件130e的量，从而降低材料成本。
93.同时，根据本公开的实施方式的电池组可包括至少一个电池模块100和电连接到
电池模块100的bms。bms可以包括各种类型的电路或装置以控制多个电池单元的充电/放电。
94.同时，根据本公开的实施方式的车辆(未示出)可以包括至少一个电池模块100和具有容纳电池模块100的容纳空间的车体。例如，车辆可以是电动车辆、电动踏板车、电动轮椅或电动自行车。
95.同时，这里使用的表示方向的术语，例如上、下、左、右、前和后，仅仅是为了便于描述，对于本领域技术人员来说，该术语显然可以根据所述元件或观察者的位置而改变。
96.已经详细描述了本发明。然而，应当理解的是，尽管指出了本公开的优选实施方式，但详细描述和具体示例仅作为说明给出，因为根据该详细描述，本公开范围内的各种改变和修改对于本领域技术人员将变得显而易见。