包括阻挡板的电池单体组件和包括该电池单体组件的电池组

技术领域

本申请要求于2022年2月24日提交的韩国专利申请第2022-0024477号的优先权的权益，其公开内容通过引用全部并入本申请。

本发明涉及一种包括阻挡板的电池单体组件和包括该电池单体组件的电池组。更具体地，本发明涉及一种能够防止从一个电池单体产生的火焰转移到另一个电池单体，确保电池单体的排气方向性，并实现电池单体与电池组组装的电池单体组件以及包括该电池单体组件的电池组。

背景技术

随着技术的发展，诸如容量增加和安全性提高，能够充放电的锂二次电池被用作诸如移动装置的小型装置的能源，并且也被用作诸如电动汽车和储能系统的中型或大型装置的能源。

如上所述，由于锂二次电池被用作大容量、高输出的能源，因此确保锂二次电池的安全性是重要的。

在正常充放电期间从锂二次电池产生热量，因此锂二次电池的温度不可避免地升高。锂二次电池的温度的这种升高降低电池单体的性能。

此外，当锂二次电池过热时，存在锂二次电池爆炸的危险。当爆炸产生的火焰蔓延到与其相邻的电池单体时，在电池单体完全燃烧之前很难灭火。当在电池单体中发生热失控现象时，可能产生高于其燃点的高温火焰、火花和排气，并且火焰等可能转移到与其相邻的电池单体，这可能最终导致电池单体的爆炸。

与此相关，图1是传统电池组的分解透视图。

参照图1，电池组包括：配置为使得多个电池单体被设置为彼此紧密接触的电池单体堆10和配置为容纳电池单体堆10的电池组框架20、配置为传递电池单体堆10的热量的导热树脂21、配置为将电池单体彼此电连接的汇流条框架组件31、位于电池单体堆10上方的顶板30以及结合到电池单体堆10的相反端部中的每一个处以面对汇流条框架组件31的端板40，其中，顶板30结合到电池组框架20。

多个电池单体被设置为彼此紧密接触的传统电池单体堆10不包括当在一个电池单体中发生火灾时阻止火焰向与其相邻的电池单体蔓延的结构。

此外，由于没有提供能够在火焰产生后延迟或抑制火焰的功能，因此火焰不可避免地蔓延到所有的电池单体。

因此，重要的是降低在电池单体中产生的火焰和火花的温度并防止火焰和火花的蔓延，从而防止由于电池单体的爆炸而导致的额外损害。

与此相关，专利文献1公开一种具有沿着电池单体的一个表面的底部延伸并接合在电池单体的另一个表面上方的复合片的电池单体。复合片包括绝缘层，并且绝缘层设置在具有与其接合的复合片的电池单体和与其相邻的另一电池单体之间。因此，当电池单体之一的温度升高时，可以抑制热量传递到与其相邻的另一电池单体。

尽管专利文献1公开了具有能够防止彼此相邻设置的电池单体之间的热传递的复合片的电池单体，但是专利文献1没有公开当火焰、火花和气体沿着朝向电池单体的电极引线的方向放出时防止火焰等转移到与其相邻的另一个电池单体的技术。

因此，需要能够在彼此紧密接触设置的电池单体之一中发生火灾时，完全阻止火焰等转移到与其相邻的电池单体并通过提供气体排出结构来防止爆炸的技术。

(现有技术文献)

(专利文献1)国际专利申请公开第2017-159527(2017.09.21)号。

发明内容

技术问题

本发明是鉴于上述问题而做出的，并且本发明的目的是提供一种包括能够防止在软包型电池单体中发生火灾时产生的火焰和火花的蔓延的结构和能够排出从软包型电池单体产生的气体的结构的电池单体组件。

技术方案

实现上述目的的根据本发明的电池单体组件包括：软包型电池单体；电池单体壳体，该电池单体壳体配置为容纳软包型电池单体；阻挡板，该阻挡板位于电池单体壳体在总长度方向上的每个相反端；以及排气板，该排气板配置为排出从软包型电池单体放出的气体，其中，热膨胀材料被添加到阻挡板的内表面。

热膨胀材料可以是可膨胀石墨。

热膨胀材料可以被布置为与软包型电池单体的电极引线相邻，并且当软包型电池单体的温度升高时，热膨胀材料可以通过膨胀而变形以填充电极引线与阻挡板之间的空间。

电池单体壳体可以包括被布置为与软包型电池单体的电极组件容纳部的底部平行的第一表面和第二表面以及结合到第一表面和第二表面中的每一个的一侧以将第一表面和第二表面彼此连接的第三表面。

排气板可以结合到第一表面和第二表面中的每一个的与一侧末端相反的另一侧末端。

排气板可以具有凹口(notch)。

凹口可以受到从软包型电池单体排出的气体的压力而破裂。

排气板可以包括通孔。

一个电池单体壳体或者两个以上电池单体壳体可以被设置为配置为容纳软包型电池单体的电池单体壳体。

电池单体壳体可以包含绝缘材料和/或高耐热性材料。

电池单体壳体可以具有内部金属和外部金属彼此接合的包覆(clad)结构，内部金属可以是高刚性材料，外部金属可以是表现出高导热性的材料。

电池单体壳体可以包含增强塑料。

阻挡板安装有可以配置为直接或间接连接到电极引线的连接器。

本发明提供一种包括电池单体组件的电池组。具体地，根据本发明的电池组可以包括配置为使得多个电池单体组件被设置为彼此紧密接触的电池单体堆和配置为在内部容纳电池单体堆的电池组框架，其中，电池组框架可以是配置为包围电池单体堆的外周的四边形框架，并且电池单体堆的上表面和下表面中的至少一个可以构成电池组的外表面。

此外，本发明可以提供上述结构的各种组合。

有益效果

通过上面的描述而显然的，在根据本发明的电池单体组件中，软包型电池单体被容纳在配置为包围电池单体的电池单体壳体中，电池单体壳体由高耐热性材料制成，由此当软包型电池单体中发生火灾时，可以引导火焰以移动到软包型电池单体在总长度方向上的相反端。

此外，可以防止火焰或火花从电池单体组件中排出，并且包括能够排出从软包型电池单体放出的气体的排气板，由此可以防止电池单体组件的爆炸。

附图说明

图1是传统电池组的分解透视图。

图2是根据本发明的电池单体组件的分解透视图。

图3是图2所示的电池单体组件的透视图和垂直剖视图。

图4是根据本发明的电池单体组件的透视图。

图5是根据本发明的电池单体壳体的垂直剖视图。

图6是根据本发明的电池组的透视图。

具体实施方式

现在，将参照附图详细描述本发明的优选实施例，使得本发明的优选实施例可以由本发明所属领域的普通技术人员容易地实施。然而，在详细描述本发明的优选实施例的操作的原理时，当并入本文中的已知功能和配置的详细描述可能模糊本发明的主题时，将省略这些详细描述。

此外，在整个附图中，相同的附图标记将用于表示执行相似功能或操作的部件。在整个说明书中，在一个部件被阐述为连接到另一个部件的情况下，不仅该一个部件可以直接连接到另一个部件，而且该一个部件可以经由又一个部件间接连接到另一个部件。此外，包括某一元件并不意味着排除其他元件，而是意味着可以进一步包括这样的元件，除非另有说明。

此外，通过限制或添加来体现元件的描述可以应用于所有的发明，除非特别限制，并且不限制特定的发明。

此外，在本发明的描述和本申请的权利要求中，单数形式旨在包括复数形式，除非另有说明。

此外，在本发明的描述和本申请的权利要求中，“或”包括“和”，除非另有提及。因此，“包括A或B”表示三种情况，即，包括A的情况、包括B的情况以及包括A和B的情况。

在下文中，将参照附图详细描述本发明的实施例。

图2是根据本发明的电池单体组件的分解透视图，图3是图2所示的电池单体组件的透视图和垂直剖视图。

图3是电池单体组件的透视图和沿着线A-A截取的垂直剖视图。

参照图2和图3，根据本发明的电池单体组件包括软包型电池单体101、配置为容纳软包型电池单体101的电池单体壳体200、位于电池单体壳体200在总长度方向L上的相反端部中的每一个处的阻挡板300以及配置为排出从软包型电池单体101放出的气体的排气板400。热膨胀材料310被添加到阻挡板300的内表面。当由于软包型电池单体的温度升高而导致从软包型电池单体产生的热量被传递到热膨胀材料310时，热膨胀材料310的体积突然增加。

热膨胀材料310是阻燃材料，并且当发生火灾时，在180℃至220℃的温度下膨胀至原始体积的几百倍。例如，热膨胀材料可以是可膨胀石墨。由于可膨胀石墨在膨胀时形成阻止氧气到达火焰的屏障，因此可膨胀石墨可以执行物理灭火作用。

热膨胀材料310被布置为与软包型电池单体101的电极引线102相邻，并且当软包型电池单体101的温度升高时，热膨胀材料310通过膨胀而变形以填充电极引线102与阻挡板300之间的空间。

在膨胀之后，热膨胀材料310可以防止从软包型电池单体发射的火焰从阻挡板300排出。

此外，即使当阻挡板300结合到多个软包型电池单体中的每一个的端部时，也可以防止被点燃的任何一个电池单体的火焰转移到阻挡板未被点燃的其他电池单体，因为热膨胀材料具有当温度升高时突然膨胀的性质。

电池单体壳体200由绝缘材料、高耐热性材料或绝缘的高耐热性材料制成。一个软包型电池单体101设置在电池单体壳体200中。因此，即使由于软包型电池单体的异常使用引起的热失控而从电池单体壳体200中的软包型电池单体101发射火焰，火焰的蔓延也被电池单体壳体200阻挡，由此可以防止火焰从电池单体壳体200转移出去。

电池单体壳体200包括与软包型电池单体101的电极组件容纳部的底部平行布置的第一表面201和第二表面202以及结合到第一表面201和第二表面202中的每一个的一侧以将第一表面与第二表面彼此连接的第三表面203。也就是说，电池单体壳体200被配置为包围软包型电池单体101在总长度方向L上的外表面的U形。

通常，软包型电池单体的密封部是由于弱结合而容易发生排气的区域，其中，电极引线从密封部突出。因此，包含热膨胀材料的阻挡板可以设置在软包型电池单体的与电极引线相邻的部分，由此可以防止火焰或火花蔓延到其他电池单体。

同时，当电池单体壳体200由绝缘材料制成时，即使电池单体壳体与设置在电池单体壳体中的软包型电池单体的电极引线接触，也不会发生短路。因此，当使用由绝缘材料制成的电池单体壳体时，不需要用于确保电连接构件或连接器与软包型电池单体之间绝缘的单独构件。因此，可以减少提供绝缘结构所需的空间和费用。

在图2和图3中，示出这样的结构：两个电池单体壳体200被设置为彼此相邻，一个阻挡板300位于两个电池单体壳体200在总长度方向L上的相反端部中的每一个处，并且排气板400结合到两个电池单体壳体200的上部，其中，在两个电池单体壳体200中的每一个中容纳有软包型电池单体101。

与此不同的是，一个阻挡板300可以位于容纳有软包型电池单体101的一个电池单体壳体200在总长度方向上的相反端部中的每一个处，并且排气板400可以结合到电池单体壳体的上部。

可选择地，电池单体组件可以包括三个或更多个电池单体壳体200，其中，在三个或更多个电池单体壳体200中的每一个中容纳有软包型电池单体101。

在本发明中，如上所述，电池单体组件可以配置为具有这样的结构：一个或多个电池单体壳体布置为彼此紧密接触，阻挡板结合到电池单体壳体的每个相反端，并且排气板结合到电池单体壳体的上部。

排气板400结合到电池单体壳体200的第一表面201和第二表面202中的每一个的与结合有第三表面203的一侧相反的另一侧。也就是说，排气板400可以被添加到软包型电池单体101的未添加电池单体壳体200的外表面，以结合到电池单体壳体200。

软包型电池单体101被容纳在由电池单体壳体200、阻挡板300和排气板400限定的空间中。当由电池单体壳体200、阻挡板300和排气板400限定的空间中的压力由于气体从软包型电池单体101排出而增加时，气体可以沿朝向排气板400的方向排出。

在排气板400中形成有凹口410。凹口410可以受到从软包型电池单体101排出的气体的压力而破裂，由此可以形成气体排出路径。

如上所述，在根据本发明的电池单体组件中，具有形成在其中的凹口的排气板设置在软包型电池单体的一个侧表面，以防止由于增加了由高强度材料制成的电池单体壳体而不容易从软包型电池单体排出气体。因此，可以引导气体，使得气体可以沿特定方向排出。

图4是根据本发明的电池单体组件的透视图。

参照图4，除了通孔420形成在排气板400中之外，图4所示的电池单体组件在结构上与图2和图3所示的电池单体组件相同。

如上所述，当形成通孔420时，可以从电池单体壳体排出气体，由此可以减少电池单体壳体的内部压力的增加，以延缓排气板400的破裂，或者防止排气板的破裂。

在具体示例中，阻挡板300可以安装有配置成直接或间接连接到电极引线102的连接器(未示出)。

连接器可以设置为延伸穿过阻挡板300。连接器的内部可以连接到电极引线102，并且连接器的外部可以用作低压(LV)连接器或高压(HV)连接器。

在上面的描述中，电极引线与连接器彼此直接连接意味着连接器与电极引线彼此直接连接而在它们之间没有任何构件，电极引线与连接器彼此间接连接意味着连接器与电极引线在至少一个构件(诸如至少一个汇流条)进一步设置在它们之间的状态下彼此连接。

对于其他结构，图2和图3所示的电池单体组件的描述可以同样适用于图4所示的电池单体组件的描述。

图5是根据本发明的电池单体壳体的垂直剖视图。

参照图5的(a)，电池单体壳体200可以具有内部金属211和外部金属212彼此接合的包覆结构。内部金属211可以是表现出高阻燃性、高耐酸性、高耐腐蚀性和高刚性的诸如不锈钢的材料，或者表现出高导热性、高保温性和高热效率的诸如MICA或特殊涂层的材料。易于成形的铝可以用作外部金属212。

参照图5的(b)，电池单体壳体200可以由具有比铁高的强度的诸如增强塑料的单一材料制成。例如，可以使用玻璃纤维增强塑料。玻璃纤维增强塑料具有比铁高的强度、比铝轻的重量并且不生锈的优点。

如上所述，在根据本发明的电池单体组件中，使用由绝缘和/或高耐热性材料制成的电池单体壳体。因此，当容纳在电池单体壳体中的软包型电池单体中发生火灾时，可以完全阻止火焰或火花从电池单体壳体转移出去。

图6是根据本发明的电池组的透视图。

参照图6，根据本发明的电池组包括配置为使得多个电池单体组件510被设置为彼此紧密接触的电池单体堆500和配置为在内部容纳电池单体堆500的电池组框架600，其中，电池组框架600是配置为包围电池单体堆500的外周的四边形框架。

可选择地，电池组框架600可以包括配置为包围电池单体堆500的上表面和下表面中的至少一个的外表面，并且电池单体堆500的上表面和下表面中的至少一个可以暴露于外部而不被电池组框架600覆盖。

也就是说，电池单体堆500的上表面和下表面中的至少一个构成电池组的外表面。因此，电池组可以仅由电池单体组件510和电池组框架600构成而无需单独的构件，诸如在传统电池组中设置的顶板和端板。

因此，可以制造具有可以使用电池单体组件直接制造电池组的电池单体对电池组结构的简单电池组。

与图6所示的不同，电池组框架可以包括向外或向内延伸的结合部，并且电池组可以通过将螺栓紧固到结合部而直接安装到装置。

本发明所属领域的技术人员将理解，基于上述描述，在本发明的范畴内，可以进行各种应用和修改。

＜附图标记说明>

10，500：电池单体堆

20：电池组框架

21：导热树脂

30：顶板

31：汇流条框架组件

40：端板

101：软包型电池单体

102：电极引线

200：电池单体壳体

201：第一表面

202：第二表面

203：第三表面

211：内部金属

212：外部金属

300：阻挡板

310：热膨胀材料

400：排气板

410：凹口

420：通孔

500：电池单体堆

510：电池单体组件

600：电池组框架。