电池模块及包括电池模块的电池组的制作方法

1.本公开涉及一种电池模块及包括该电池模块的电池组，并且更具体地，涉及能够抑制热失控现象传播的电池模块及包括该电池模块的电池组。


背景技术：

2.在现代社会，随着日常已经使用诸如移动电话、笔记本电脑、便携式摄像机和数码相机之类的便携式装置，与如以上描述的移动装置相关的领域中的技术开发已经活跃起来。另外，可充电/可放电的二次电池被用作电动车辆(ev)、混合电动车辆(hev)、插电式混合电动车辆(p-hev)等的电源，试图解决使用化石燃料的现有汽油车辆造成的空气污染等问题。因此，越来越需要开发二次电池。
3.目前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，锂二次电池而备受瞩目，因为锂二次电池具有如下优点：例如与镍基二次电池相比几乎不表现出记忆效应，因此可自由充放电并且具有非常低的自放电率和高能量密度。
4.这种锂二次电池主要使用锂基氧化物和碳质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，在电极组件中设置有每个涂有正极活性材料和负极活性材料的正极板和负极板，并且隔膜置于它们之间；以及电池壳体，其密封和容纳电极组件与电解质溶液。
5.一般来说，锂二次电池可以基于外部材料的形状分类为电极组件安装在金属罐中的罐型二次电池和电极组件安装在铝层压板的袋中的袋型二次电池。
6.在用于小型装置的二次电池的情况下，设置两个至三个电池单元，但在用于诸如汽车之类的中型或大型装置的二次电池的情况下，使用将大量电池单元电连接的电池模块。在这样的电池模块中，大量的电池单元彼此串联或并联连接以形成单元层叠体，从而提高容量和输出。另外，可以将一个或更多个电池模块与诸如bms(电池管理系统)和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。
7.构造为将多个电池模块聚集在一起的电池组在狭窄的空间内可以将大量电池单元产生的热量叠加，从而温度可能升高得更快且更过度。换言之，其中层叠有大量电池单元的电池模块，以及配备这种电池模块的电池组能够获得高输出，但在充电和放电过程中，从电池单元产生的热量并不容易去除。当没有适当地进行电池单元的散热时，电池单元的劣化加速，寿命缩短，并且爆炸或着火的可能性增加。
8.此外，在电池模块包含于车辆电池组中的情况下，它经常暴露在阳光直射下，并且可能受到诸如夏季或沙漠地区之类高温条件。此外，由于为了增加车辆的行驶里程集中布置多个电池模块，因此在一个电池模块中产生的热失控现象能够容易地传播到相邻的电池模块，这最终可能导致电池组本身着火或爆炸。
9.因此，需要设计一种模型，即使任何一个电池模块出现热失控现象，也不会导致电池组本身着火或爆炸。


技术实现要素：

10.技术问题
11.本公开的目的在于提供一种在电池模块内发生热失控现象时能够抑制高温气体和火焰喷射的电池模块以及包括该电池模块的电池组。
12.本公开的目的不限于上述目的，并且本领域技术人员通过下面的详细描述和附图应清楚地理解在此未描述的其它目的。
13.技术方案
14.根据本公开的一个实施方式，提供了一种电池模块，该电池模块包括：电池单元层叠体，在电池单元层叠体中层叠有多个电池单元；模块框架，其用于容纳电池单元层叠体；端板，其位于电池单元层叠体的一侧和另一侧上，并且在端板中形成有连接器开口；以及模块连接器，其通过连接器开口暴露，其中模块连接器包括主体部和围绕主体部的外周面的中断部，并且中断部能够朝向连接器开口移动。
15.模块连接器可以位于连接器开口内部。
16.插入孔形成在中断部中，并且主体部可以具有插入到插入孔中的形式。
17.中断部可以是能够沿主体部的外周面移动的。
18.一旦模块框架的内部压力升高，中断部就朝向连接器开口的内侧移动。
19.电池模块可以还包括：汇流条框架，其位于电池单元层叠体和端板之间。
20.电池模块还可以包括位于汇流条框架和端板之间的绝缘盖，并且连接器开口孔可以形成在绝缘盖的与连接器开口相对应的部分中。
21.一旦模块框架的内部压力升高，中断部就可以与连接器开口孔的内侧紧密接触。
22.连接器开口孔可以在向上方向上开口。
23.中断部可以在正常时期与连接器开口孔间隔开，并且一旦模块框架的内部压力升高，中断部就可以在向上方向上移动，以封闭主体部和连接器开口孔之间的间隙。
24.电池模块还可以包括：连接电缆，其连接到模块连接器；以及接合构件，其用于连接连接电缆和电池单元的电极引线。
25.连接器开口可以在向上方向上开口。
26.根据本公开的一个实施方式，提供了一种包括电池模块的电池组。
27.技术效果
28.根据本公开的实施方式，当电池模块内发生热失控现象时，电池模块内部的压力升高，这使得模块连接器的中断部移动以封闭形成在电池模块中的间隙。也就是说，通过利用电池模块内部的压力升高，能够抵消可以喷射高温气体和火焰的间隙。
29.本公开的效果不限于以上提及效果，并且本领域技术人员从所附权利要求的描述中清楚地理解以上未描述的其它效果。
附图说明
30.图1是根据本公开的实施方式的电池模块的立体图；
31.图2是图1的电池模块的分解立体图；
32.图3是示出了从根据本公开的实施方式的电池模块去除端板和绝缘盖的状态的立体图；
33.图4示出了根据本公开的实施方式的感测组件的立体图；
34.图5a和图5b是示出了根据本公开的实施方式的模块连接器的立体图；
35.图6是示出了根据本公开的实施方式的模块连接器的分解状态的立体图；
36.图7是示出了根据本公开的实施方式的端板和绝缘盖的立体图；以及
37.图8和图9是示出沿图1的切割线a-a
′
截取的截面的局部截面图。
38.[附图标记的描述]
[0039]
100：电池模块
[0040]
120：电池单元层叠体
[0041]
200：模块框架
[0042]
300：汇流条框架
[0043]
400：端板
[0044]
420h：连接器开口
[0045]
510：模块连接器
具体实施方式
[0046]
在下文中，将参照附图详细描述本公开的各种实施方式，以便本领域技术人员能够容易地实施这些实施方式。本公开可以以各种不同的方式进行修改，并且不限于这里阐述的实施方式。
[0047]
与描述无关的部分将被省略以清楚地描述本公开，并且相似的附图标记贯穿说明书指代相似的元件。
[0048]
此外，在附图中，每个元件的尺寸和厚度是为了描述方便而任意示出的，并且本公开不限于附图中所示的那些。在附图中，为了清楚起见，夸大了层、区域等的厚度。在附图中，为了描述方便，夸大了一些层和区域的厚度。
[0049]
另外，应当理解，当诸如层、膜、区域或板之类的元件被称为在另一个元件“上”或“上方”时，该元件可以直接在另一元件上，或者可以存在居间元件。相反，当元件被称为“直接在”另一元件“上”时，这意味着不存在其它居间元件。此外，词语“上”或“上方”是指设置在参考部分上或下，并不一定意味着朝向相反重力方向设置在参考部分“上”或“上方”。
[0050]
此外，在整个说明书中，当一部分被称为“包括”某个部件时，除非另有提及，否则意味着该部分可以还包括其它部件，而不排除其它部件。
[0051]
此外，在整个说明书中，当称为“平面”时，是指从上侧观察对象部分时，而当称为“截面”时，是指从垂直切割的截面的一侧观察对象部分时。
[0052]
图1是根据本公开的实施方式的电池模块的立体图。图2是图1的电池模块的分解立体图。
[0053]
参照图1和图2，根据本公开的实施方式的电池模块100包括其中层叠有多个电池单元110的电池单元层叠体120；用于容纳电池单元层叠体120的模块框架200；以及位于电池单元层叠体120的一侧和另一侧的端板400。
[0054]
首先，电池单元110优选地是袋型电池单元。这种电池单元110可以形成为矩形片状结构。例如，根据本实施方式的电池单元110具有其中两个电极引线111彼此面对并分别在一侧和另一侧突出的结构。更具体地，电极引线111连接到电极组件(未示出)并且从电极
组件(未示出)突出到电池单元110的外部。
[0055]
同时，可以通过在电极组件(未示出)容纳在袋型电池壳体中的状态下热熔融袋型电池壳体的外周来制造电池单元110。袋型电池壳体可以由包括树脂层和金属层的层压板形成。
[0056]
同时，已经仅描述了具有其中电极引线111在一侧和另一侧的两个方向上突出的结构的电池单元110，但毋庸赘言，在本公开的另一实施方式中，其中电极引线沿一个方向一起突出的单向袋型电池单元也是可行的。
[0057]
可以通过多个数量来构造电池单元110，并且多个电池单元110可以沿一个方向层叠以彼此电连接，从而形成电池单元层叠体120。例如，如图2所示，多个电池单元110可以沿平行于x轴的方向层叠。袋型电池壳体通常由树脂层/金属薄膜层/树脂层的层压结构形成。例如，当层叠多个电池单元以形成中型或大型电池模块时，由o(取向)-尼龙层形成的袋型电池壳体的表面趋向于因外部冲击而滑动。因此，为了防止这种滑动并保持电池单元的稳定层叠结构，例如诸如双面胶带之类的粘性粘合剂或通过粘合时的化学反应联接的化学粘合剂的粘合构件可以附接到电池壳体的表面，以形成电池单元层叠体120。
[0058]
电池单元层叠体120容纳在模块框架200中。模块框架200可以是两个表面开口的金属框架。更具体地，模块框架200可以在电极引线111相对于电池单元层叠体120突出的两个方向上开口。然而，图2所示的模块框架200是示例性结构，并且其形式没有特别限制，只要它可以容纳电池单元层叠体120即可。图2的模块框架200被示为其中上表面、下表面和两个侧表面一体化的金属板形式的单体框架，但是其中上盖接合至具有开口的上部的u状框架的形式、其中u状框架和倒u状框架彼此联接的形式等也可以。
[0059]
端板400位于电池单元层叠体120的一侧和另一侧上。也就是说，端板400可以位于模块框架200的开口的两个表面上。
[0060]
模块框架200和端板400可以在相应的角部分彼此接触的状态下通过焊接等而接合。然而，这是示例方法，并且可以应用螺栓紧固、钩紧固等作为机械联接形式。电池单元层叠体120容纳在由模块框架200和端板400形成的空间中，从而能够物理地保护电池单元层叠体120。出于此目的，模块框架200和端板400可以包括具有预定强度的金属材料(诸如铝或塑料材料)。
[0061]
同时，根据本实施方式的电池模块100可以包括位于电池单元层叠体120和端板400之间的汇流条框架300、以及位于汇流条框架300和端板400之间的绝缘盖600。也就是说，汇流条框架300、绝缘盖600和端板400可以依次位于从电池单元层叠体120至外部的位置。与端板400类似，汇流条框架300和绝缘盖600可以各由多个数量来构造。
[0062]
接下来，将参照图3至图7等详细描述根据本实施方式的汇流条框架、模块连接器和形成在端板中的连接器开口。
[0063]
图3是示出了从根据本公开的实施方式的电池模块去移端板和绝缘盖的状态的立体图。图4是示出根据本公开实施方式的感测组件的立体图。
[0064]
首先，参照图2至图4，根据本公开的实施方式的电池模块100包括模块连接器510。此外，连接器开口420h形成在端板400中，并且模块连接器510通过连接器开口420h暴露。
[0065]
具体地，根据本实施方式的电池模块100可以包括用于感测电池模块100的连接的感测组件500。这里，感测组件500用于连接lv(低电压)，其中lv连接是指用于感测和控制电
池单元的电压和温度的感测连接。电池单元110的电压信息和温度信息可以通过传感组件500来测量并被传输给外部bms(电池管理系统)。根据本实施方式的感测组件500可以包括模块连接器510、连接电缆520和接合构件530。
[0066]
同时，根据本实施方式的电池模块100可以包括汇流条310和端子汇流条320。汇流条310和端子汇流条320可以安装在汇流条框架300上。
[0067]
汇流条310和端子汇流条320可以接合到电池单元110的电极引线111，以电连接多个电池单元110。具体地，上面安装有汇流条310和端子汇流条320的汇流条框架300可以分别位于电池单元层叠体120的一侧(y轴方向)和另一侧(-y轴方向)上。电池单元层叠体120的一侧(y轴方向)和另一侧(-y轴方向)对应于电池单元110的电极引线111突出的方向。也就是说，如上所述，任一汇流条框架300可以位于任一端板400与电池单元层叠体120之间。
[0068]
可以在汇流条框架300处形成引线狭缝，并且电极引线111可以在穿过引线狭缝后弯曲，并接合至汇流条310或端子汇流条320。只要物理且电的连接是可行的，对接合方法没有特别限制，并且作为示例可以执行焊接接合。电极引线111可以经由汇流条310电连接。
[0069]
同时，端子汇流条320的一部分暴露于电池模块100的外部。具体地，在端板400中形成有开口410h，并且端子汇流条320的一部分通过开口410h暴露。
[0070]
端子汇流条320的暴露于电池模块100外部的部分可以连接到另一电池模块或bdu(电池断开单元)等，以形成高压(hv)连接。在此，hv连接是起到用于提供电力的电源的作用的连接，并且是指电池单元之间的连接或电池模块之间的连接。也就是说，电池模块100可以经由端子汇流条320电连接到其它相邻的电池模块。
[0071]
接下来，将参照图4至图7详细描述根据本实施方式的感测组件500。图5a和图5b是示出根据本公开的实施方式的模块连接器的立体图。图6是示出根据本公开的实施方式的模块连接器的分解状态的立体图。图7是示出根据本公开的实施方式的端板和绝缘盖的立体图。
[0072]
参照图4至图7，模块连接器510被构造为向外部控制装置发送信号/从外部控制装置接收信号。连接器开口420h形成在端板400中，并且模块连接器510通过该连接器开口420h暴露于电池模块100的外部，并且模块连接器510可以连接到外部bms。
[0073]
可以安放模块连接器510的部分可以设置在汇流条框架300的上部分。也就是说，模块连接器510以及汇流条310和端子汇流条320可以安装在汇流条框架300上。
[0074]
连接电缆520是连接模块连接器510和接合构件530的构造，并且可以是柔性印刷电路板(fpcb)或柔性扁平电缆(ffc)。模块连接器510和连接电缆520可以位于汇流条框架300的上端。
[0075]
接合构件530可以连接到连接电缆520的一端，并且接合构件530可以电连接连接电缆520和电池单元110的电极引线111。具体地，电极引线111可以是接合到汇流条310的一部分，并且接合构件530可以接合到汇流条310的另一部分。可以利用焊接接合进行接合。
[0076]
关于多个电池单元110的电压信息顺序地通过接合构件530、连接电缆520和模块连接器510，并被传输给外部bms(电池管理系统)。
[0077]
虽然图中没有具体示出，但是温度传感器可以设置在连接电缆520的一部分上。通过这种温度传感器，电池模块100内部的温度信息可以顺序地穿过连接电缆520和模块连接器510并可以传输给外部bms(电池管理系统)。
[0078]
以此方式，感测组件500可以检测和控制每个电池单元110的诸如过压、过流和过热之类的现象。
[0079]
同时，如上所述，根据本实施方式的电池模块100可以包括位于汇流条框架300和端板400之间的绝缘盖600。绝缘盖600优选地由多个数量形成。绝缘盖600可以包括具有电绝缘性的材料，并且遮断汇流条310或端子汇流条320与端板400的接触。
[0080]
一起参照图3和图7，连接器开口孔620h可以形成在绝缘盖600中与端板400的连接器开口420h相对应的部分中。此外，开口孔610h可以形成在绝缘盖600中与端板400的开口410h相对应的部分中。
[0081]
根据本实施方式的模块连接器510可以通过绝缘盖600的连接器开口孔620h和端板400的连接器开口420h暴露于电池模块100的外部。此外，端子汇流条320可以通过绝缘盖600的开口610h和端板400的开口410h暴露于电池模块100的外部。
[0082]
同时，端子汇流条320由多个数量来构造，其中一个可以用作电池模块100的正极端子，而另一个可以用作电池模块100的负极端子。由此，开口410h和开口孔610h中的每一个可以由多个数量来构造。
[0083]
参照图5a、图5b和图6，根据本实施方式的模块连接器510包括主体部511和围绕主体部511的外周面的中断部512。
[0084]
主体部511是连接至外部bms的连接部件(未示出)插入其中的结构，并且能够通过设置于下表面上的插针511p连接至连接电缆520。然而，形成插针(pin)511p的情况是一个示例，并且也可以应用不形成插针511p的其它模块连接器。
[0085]
中断部512是与主体部511分开的结构，并且不是固定至主体部511的结构。也就是说，插入孔512h可以形成在中断部512中，并且主体部511可以插入到插入孔512h中。因此，中断部512沿着主体部511的外周面可移动。
[0086]
在设置有模块连接器510的电池模块100中，中断部512可朝向端板400的连接器开口420h移动。
[0087]
接下来，将参照图5a至图9详细描述根据本公开的实施方式的模块连接器的功能。
[0088]
图8和图9是示出沿图1的切割线a-a
′
截取的截面的局部截面图。具体地，图8是示出了在正常时期的电池模块的截面图，而图9是示出在电池模块中发生热失控现象的状态的截面图。
[0089]
参照图5a至图9，一旦模块框架200的内部压力升高，根据本实施方式的中断部512就移动以遮断连接器开口420h。模块框架200的内部压力是指容纳电池单元层叠体120的模块框架200的内部空间的气压。模块框架200的内部压力升高意味着在模块框架200的内部空间中产生大量气体。
[0090]
具体地，模块连接器510可以位于连接器开口420h内部，并且未固定到主体部511的中断部512可朝向模块连接器510的连接器开口420h移动。一旦模块框架200的内部压力升高，中断部512就可以向连接器开口420h的内侧移动。
[0091]
具体而言，连接器开口420h可以在向上方向上开口。如图8所示，模块连接器510的中断部512在正常时期与连接器开口420h间隔开。如图9所示，当模块框架200的内部压力由于热失控现象等而升高时，模块连接器510的中断部512可以在向上方向上移动，以关闭连接器开口420h。
[0092]
在电池模块100内部的电池单元110中可能发生热失控现象。热失控现象的一个示例如下。可能发生对电池单元110的物理、热和电损坏(包括过充)，从而电池单元110的内部压力增加。当超过电池单元110的袋型单元壳体的熔融强度极限值时，在电池单元110中产生的高温热、排放气体等可以被喷射到电池单元110的外部。
[0093]
在任何一个电池单元产生的热失控现象可以通过对流效应扩展到其它电池单元，并且最终在电池模块100内部产生高温气体和火焰。所产生的高温气体和火焰可以通过端板400的连接器开口420h喷射到外部，并且可能损坏相邻的电池模块或引起相邻电池模块的另一热失控现象。最终，热失控现象可能传播到多个电池模块，这可能导致电池组爆炸和着火。
[0094]
因此，根据本实施方式的电池模块100被构造为使得中断部512能够根据模块框架200的内部压力的增加而移动。如图9所示，当热失控时发生，从电池单元中喷射气体，并且模块框架200的内部压力增加。由于这种增加的内部压力p，中断部512朝向连接器开口420h移动，并且最终，可以封闭连接器开口420h的间隙。
[0095]
因此，可以抑制高温气体或火焰喷射到电池模块100的外部。也就是说，通过增加电池模块100的内部压力，可以抵消高温气体和火焰可以通过其喷射的间隙。最终，可以防止在一个电池模块中产生的热失控现象传播到另一个电池模块。
[0096]
如上所述，连接器开口孔620h可以形成在绝缘盖600的与连接器开口420h相对应的部分中。连接器开口孔620h可以在向上方向上开口。在这种情况下，连接器开口孔620h的内侧可以比连接器开口420h的内侧更靠近模块连接器510，以确保绝缘。一旦模块框架200的内部压力升高，中断部512就可以与连接器开口孔620h的内侧紧密接触。
[0097]
换言之，中断部512可以在正常时期与连接器开口孔620h间隔开，并且当模块框架200的内部压力由于热失控现象而升高时，中断部512在向上方向上移动并且与连接器开口孔620h的内侧紧密接触，以封闭主体部511和连接器开口孔620h之间的间隙。通过模块连接器510的工作原理，可以防止高温气体或火焰喷射到电池模块100的外部。
[0098]
尽管此处使用了诸如前、后、左、右、上、下之类的方向的术语，但对于本领域的技术人员来说，为了便于说明，这些仅表示相对位置，并且可以依据观察者的位置、或对象的位置等而变化。
[0099]
如上所述的根据本实施方式的一个或更多个电池模块可以与诸如电池管理系统(bms)和冷却系统之类的各种控制和保护系统一起安装，以形成电池组。
[0100]
电池模块或电池组可以应用于各种装置。具体地，这些装置可以应用于诸如电动自行车、电动车辆、混合动力车辆之类的交通工具，但是本公开不限于此，并且可以应用于可以使用二次电池的各种装置。
[0101]
尽管以上已经详细描述了本公开的优选实施方式，但是本公开的范围不限于此，本领域的技术人员可以使用在所附权利要求中限定的本公开的基本概念来设计各种修改和改进，它们也落入本公开内容的精神和范围内。