电池组和包括该电池组的设备的制作方法

1.相关申请的交叉引用
2.本技术要求于2020年4月14日提交的韩国专利申请no.10-2020-0044968的优先权的权益，并且该韩国专利申请文件中公开的所有内容被并入作为本说明书的一部分。
3.本发明涉及一种电池组和包括该电池组的设备，并且更具体地，涉及一种具有提高的安全性的电池组和包括该电池组的设备。


背景技术：

4.基于产品组可以容易地被应用并且具有诸如高能量密度等电特性的二次电池通常可以被应用于由电力驱动源驱动的电动车辆或混合动力车辆、以及便携式设备、蓄电设备等。这种二次电池作为提高生态友好性和能源效率的新能源而受到关注，不仅因为它的主要优点是二次电池可以显著减少化石燃料的使用，而且还因为它不会从能源的使用产生副产品的事实。
5.目前商业化的二次电池可以包括镍镉电池、镍氢电池、镍锌电池和锂二次电池。在这些电池中，锂二次电池由于与镍类二次电池相比几乎没有记忆效应因此充放电自由、自放电率极低、并且能量密度高而备受关注。
6.锂二次电池可以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。锂二次电池可以包括：电极组件，其中设置有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，同时在它们之间插入隔膜；以及壳体(即，电池盒)，其密封和容纳电极组件和电解液。
7.通常，基于壳体的类型，锂二次电池可以被分为棱柱二次电池和袋型二次电池，在所述棱柱型二次电池中，电极组件被嵌入金属罐中，在所述袋型二次电池中，电极组件被嵌入铝层压板的袋中。
8.用于小型设备中的二次电池可以在其中设置两个或三个电池电芯。但是，在汽车等中型到大型设备中使用的二次电池可以使用多个电池电芯相互电连接的电池模块。多个电池电芯彼此串联或并联连接以形成电池电芯堆的这种电池模块可以具有改进的容量和输出。此外，多个电池模块可以与诸如电池管理系统(bms)和冷却系统的各种控制和保护系统一起安装以形成电池组。
9.电池组可以具有多个电池模块彼此组合的结构，因此当在一些电池模块中发生过电压、过电流或过热时，电池组的安全性和工作效率可能会出现问题。尤其是电池组具有逐渐增加的容量以提高续航里程的趋势。因此，在电池组的内部能量也增加的状态下，需要设计一种结构以满足强化安全标准并确保车辆和驾驶员的安全。为此，特别需要一种结构，该结构可以预先防止内部热逃逸等或抑制模块之间的转移，即使在发生逃逸等时也将损坏最小化。


技术实现要素：

10.技术问题
11.本发明的示例性实施方式提供了一种电池组，即使当电池中的一些模块发生过电压、过电流或过热时，该电池组也可以抑制电池模块之间的转移以将损坏最小化。
12.然而，本发明的示例性实施方式要解决的技术问题不限于上述问题，并且可以在包括在本发明中的技术思想的范围内进行各种扩展。
13.技术方案
14.根据本发明的示例性实施方式，一种电池组包括：多个电池模块；通风框架，其沿着多个电池模块的边缘设置；以及壳体，其容纳多个电池模块和通风框架，其中，通风框架包括平行于第一方向形成的一对垂直梁和平行于与第一方向相交的第二方向形成的一对水平梁，垂直梁和水平梁均具有管状，并且包括沿着长度方向形成在所述垂直梁或所述水平梁上的盖、以及由所述盖包围以供气体通过的通道。
15.每个电池模块可以包括堆叠多个电池电芯的电池电芯堆、容纳电池电芯堆的模块框架、以及覆盖暴露于模块框架的两端中的每一端的电池电芯堆的端板，并且所述端板可以包括至少一个通风门，所述通风门被形成为从所述电池组向外突出并与所述电池模块的内部连通的管状。
16.水平梁的盖可以包括与电池模块相对的至少一个第一连接孔，并且通风门可以形成为与用于具有管状的通风门和具有管状的水平梁的第一连接孔相对以相互连通。
17.垂直梁和水平梁中的任一者的盖可以包括第二连接孔，该第二连接孔形成在垂直梁和水平梁彼此相交的部分处并且与垂直梁和水平梁中的任一者的另一个通道连通。
18.电池组还可以包括至少一个喷出部，该喷出部形成在水平梁和垂直梁中任一者的外侧并连接到通道。
19.通风门、第一连接孔、水平梁的通道、第二连接孔和垂直梁的通道均可以通过一条路径相互连接。
20.壳体可以包括：下壳体，其包括设置有多个电池模块的底表面和从底表面向上延伸的侧壁；以及上盖，其覆盖下壳体的上部的开口，并且喷出部可以联接到水平梁或垂直梁，同时使下壳体的侧壁插入喷出部与水平梁或垂直梁之间。
21.喷出部可以连接到水平梁或垂直梁的通道，并且可以被配置为当引入气体的压力为预定压力或更大时喷出。
22.垂直梁的盖可以包括沿着第二方向邻近电池模块设置的第一内盖、以及沿着第二方向远离电池模块设置的第一外盖、并且第一内盖和第一外盖中的至少一者可以包括沿着第一方向伸长的凹槽。
23.第一内盖可以包括两个第二连接孔，所述两个第二连接孔位于第一内盖的沿着第二方向邻近电池模块的一个表面的两端，该两端邻近水平梁。
24.当第一内盖和第一外盖彼此联接时，沿着第一方向伸长的凹槽可以形成通道。
25.水平梁的盖可以包括沿着第一方向邻近电池模块设置的第二内盖、以及沿着第一方向远离电池模块设置的第二外盖，并且第二内盖和第二外盖中的至少一者可以包括沿着第二方向伸长的凹槽。
26.第二内盖可以包括至少一个第一连接孔，该至少一个第一连接孔形成在第二内盖
沿着第一方向邻近电池模块的一个表面中。
27.电池组可以包括喷出部，喷出部设置在第二外盖沿着第一方向的外侧并连接到水平梁的通道，其中，第二外盖包括用于与喷出部连通的至少一个第三连接孔。
28.当第二内盖和第二外盖彼此联接时，沿着第二方向伸长的凹槽可以形成通道。
29.根据本发明的另一示例性实施方式，一种设备可以包括至少一个上述电池组。
30.有益效果
31.本发明的示例性实施方式可以将损坏最小化，因为即使电池中的某些模块发生过电压、过电流或过热，火焰也沿着通风框架移动以被排放到外部，而不被随机转移，从而提高电池组的安全性。
附图说明
32.图1是根据本发明的示例性实施方式的电池组的分解立体图。
33.图2是根据本发明的示例性实施方式的电池组中的通风框架的分解立体图。
34.图3是示意性地示出了当在根据本发明的示例性实施方式的电池组中的一些模块中发生热逃逸时的转移路径的图。
35.图4是图3的部分iv的放大图。
36.图5a和图5b是图3的部分v的放大图。
37.图6a和图6b是各自示意性地示出当在根据本发明的示例性实施方式和比较例的电池组中的一些模块中发生热逃逸时的转移路径的图。
具体实施方式
38.在下文中，将参照附图详细描述本发明的示例性实施方式，以便本发明所属领域的技术人员可以容易地实践本发明。本发明可以以各种不同的形式实施并且不限于本文提供的示例性实施方式。
39.为了清楚地描述本发明，省略了与描述无关的部分，并且在整个本说明书中，相同或相似的组件由相同的附图标记表示。
40.此外，为了便于说明，附图中所示的各个组件的尺寸和厚度是任意示出的，因此本发明不必限于附图中所示的内容。为了清楚地表示多个层和区域，附图中的厚度被放大。此外，在附图中，为了便于说明，放大了一些层和区域的厚度。
41.此外，当将诸如层、膜、区域或基板的元件称为在另一个元件“上”或“上方”时，它可以“直接在”另一个元件上，或者可以在其间插入第三元件。相反，当一个元件被称为“直接在”另一个元件上时，它们之间没有插入第三元件。此外，当被称为在参考元件“上”或“上方”时，元件可以位于参考元件上方或下方，并且可以不必朝着重力的相反方向在参考元件“上”或“上方”。
42.此外，在整个本说明书中，除非特别相反地描述，否则“包括”任何组件可以被理解为暗示包括其它元件而不是排除任何其它元件。
43.此外，在整个说明书中，表述“在平面上”可以表示从顶部观察目标的情况，并且表述“在截面上”可以表示从侧面查看沿着垂直方向截取的目标的截面的情况。
44.在下文中，说明书描述根据本发明的示例性实施方式的电池组。
45.图1是根据本发明的示例性实施方式的电池组的分解立体图。
46.参照图1，根据本发明的示例性实施方式的电池组10可以包括多个电池模块100和沿着电池模块100的边缘设置的通风框架300。多个电池模块100和通风框架300可以被安装在被容纳在壳体400中的电池组托盘200上。壳体400可以包括容纳电池组托盘200的下壳体410、以及联接到下壳体410以覆盖电池模块100的上部的上盖420。
47.多个电池模块100可以均包括设置在模块框架110中的电池电芯堆(未示出)、以及覆盖暴露于模块框架110的两端中的每一端的电池电芯堆的端板120。这里，两个端板120中的任一个端板可以包括与电池模块100的内部连通的通风门121，以释放其中可能产生的火焰或热量。通风门121可以设置在电池组10中以面对电池组10的外部，并且可以优选地设置在电池组10沿着第一方向(x轴方向)的两端中的每一端中以面向外。
48.通风框架300可以沿着所有多个电池模块100的边缘设置。通风框架300可以具有沿着电池组10的每一侧形成的管状，并且可以包括一对垂直梁310和一对水平梁320，所述一对垂直梁310和一对水平梁320分别沿第一方向(x轴方向)和第二方向(y轴方向)延伸且形成为作为整体相互连通。下面描述通风框架300的详细配置。
49.多个电池模块100和通风框架300可以安装在电池组托盘200上，并且在必要时通过固定装置被固定到电池组托盘200。电池模块100、通风框架300和电池组托盘200可以被容纳在下壳体410中。下壳体410可以包括设置有电池组托盘200的底表面、以及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可以联接到下壳体410以保护内部电场。这里，壳体400可以包括安装在其中的各种控制和保护系统(诸如电池管理系统(bms)和冷却系统)以及电池模块100。
50.可以在下壳体410的一个侧壁上形成至少一个喷出部500，该喷出部500可以将下壳体410中产生的热量或火焰排出到外部。喷出部500的详细构造将在下面描述。
51.在下文中，将更详细地描述根据本发明的示例性实施方式的电池组的通风框架。
52.图2是根据本发明的示例性实施方式的电池组中的通风框架的分解立体图。
53.参照图1和图2，通风框架300可以具有沿电池组10的每一侧形成的管状，并且可以包括一对垂直梁310和一对水平梁320，所述一对垂直梁310和所述一对水平梁320分别沿着第一方向(x轴方向)和第二方向(y轴方向)延伸并且被形成为作为整体相互连通。
54.垂直梁310可以具有沿着第一方向(x轴方向)伸长的管状，并且这里包括限定管状内部的盖311和形成在盖内部的通道312。盖311可以包括沿着第二方向(y轴方向)邻近电池模块100设置的第一内盖311a、以及沿着第二方向(y轴方向)与第一内盖311a相对设置以远离电池模块100的第一外盖311b。第一内盖311a和第一外盖311b中的至少一者可以包括沿着第一方向伸长的凹槽。即，至少一个盖的截面可以具有u形(一个表面从矩形管状被去除的形状)，并且另一个盖可以联接到其上，从而限定通道312。然而，本发明不限于此，并且没有特别限制，只要可以通过盖311获得管状即可。
55.水平梁320可以具有沿着第二方向(y轴方向)伸长的管状，并且这里包括限定管状内部的盖321和形成在盖内部的通道322。盖321可以包括沿着第一方向(x轴方向)邻近电池模块100设置的第二内盖321a、以及与第二内盖321a相对设置以沿着第一方向(x轴方向)远离电池模块100的第二外盖321b。第二内盖321a和第二外盖321b中的至少一者可以包括沿着第二方向伸长的凹槽。即，至少一个盖的截面可以具有u形(一个表面从矩形管状被去除
的形状)，并且另一个盖可以联接到其上，从而限定通道322。特别地，在本示例性实施方式中，第二内盖321a和第二外盖321b两者都可以具有如图2所示的u形截面，从而允许水平梁320在组装时具有提高的强度。然而，本发明不限于此，并且不特别受限制，只要可以通过盖321获得管状即可。
56.水平梁320可以包括第一连接孔324，该第一连接孔324形成在水平梁的与电池模块100相对的表面中的，即，在第二内盖321a的一个表面中。第一连接孔324可以设置成与上述电池模块100的通风门121连通。此外，水平梁320还可以包括第三连接孔326，该第三连接孔326形成在水平梁的设置在沿第二方向远离电池模块100的方向上的表面中，即，在第二外盖321b的一个表面中。第三连接孔326可以设置成允许喷出部500和通道322彼此连通。这里，通风门121、水平梁320的通道322和喷出部500可以通过通风路径支架328相互联接以引导它们的连通路径。
57.垂直梁310可以包括形成在第一内盖311a的两端邻近水平梁320的第二连接孔314。水平梁320的通道322和垂直梁310的通道312可以通过第二连接孔314相互连通。
58.喷出部500可以连接到水平梁320的通道322，并且包括喷出表面510(如图5b所示)，该喷出表面510被配置为当引入气体的压力变为预定压力或更高时喷出。此外，喷出部500可以包括翼部520(如图5b所示)，该翼部520被配置为从形成喷出表面510的主体突出并与下壳体410的侧壁联接。翼部520可以通过诸如螺钉的紧固装置固定到下壳体410。在该示例性实施方式中，喷出部500可以连接到水平梁320的通道322，并且被固定到水平梁320，同时下壳体410插入喷出部与水平梁之间。然而，本发明不限于此，并且可以适当地采用与通风框架300的通道连通以使火焰或热量能够排出到外部的任何构造。此外，本实施方式示出两个喷出部500仅形成于一对水平梁320的一侧，但并不限于此。喷出部也可以形成在一对水平梁320的另一侧，或者可以形成在垂直梁310上。这里，可以根据需要适当地选择喷出部的位置和数量。
59.通过上述构造，通道可以被形成为通过包括垂直梁310和水平梁320，在具有矩形形状的通风框架300中作为整体连通。该通道可以与电池模块100的通风门121和喷出部500连通，并且当电池模块100发生热逃逸时，通过将热量和火焰引向外部，从而使对邻近电池模块的影响最小化。这里，包括在发生的高压排放气体中的火焰可以在通过通风框架300中的通道时完全燃烧，并且以更安全的状态排放到外部。此外，除了发生热逃逸时以外，通风框架300可以用作在正常时间稳定地支承电池模块100的支承框架，从而提高电池组10的稳定性。
60.在下文中，说明书描述了当电池组中的一些电池模块中出现过电压、过电流或过热等问题时控制这些问题的路径。
61.图3是示意性地示出根据本发明的示例性实施方式的电池组中的一些模块中发生热逃逸时的转移路径的图；图4是图3的部分iv的放大图；并且图5a和图5b是图3的部分v的放大图。
62.参照图1至图5b，当电池模块100中发生诸如过电压、过电流或过热的(热)问题时，高压排放气体可以通过通风门121从电池模块100的内部排出。这里，高温高压气体和火焰可能会被引入到最靠近发生热问题的电池模块100的通风门121的第一连接孔324。通过第一连接孔324引入的高温高压气体和火焰可以沿着形成在通风框架300中的通道被排出到
外部。
63.例如，当设置在图3中的位置1处的电池模块100中发生热问题时，高压气体和火焰可以通过如图4所示的通风门121排出，通过水平梁320的通道322，然后被直接朝向喷出部500引导以被排出到外部。因此，设置在位置1处的电池模块100中发生的热问题可以排出到外部而不影响邻近模块。
64.此外，当设置在图3中的位置2处的电池模块100中发生热问题时，高温高压气体和火焰可以通过通风门121排出以被引入到水平梁320的通道322中，如图5a和图5b所示。然后，通过第二连接孔314被引入垂直梁310的通道312中并且然后沿着通道312移动的高温高压气体和火焰可以通过形成在相应垂直梁310的相对端处的第二连接孔314而被引导至靠近喷出部500设置的水平梁320，以最终通过喷出部500被排出到外部。也就是说，当在电池模块100中发生热问题时，高温高压气体和火焰可以通过最靠近相应电池模块100的通风门121定位的第一连接孔324被引入到通风框架300的通道，以最终被排出到外部。
65.根据该结构，即使在远离喷出部500定位的电池模块100中发生热问题时，如图6a所示，其中产生的热和火焰也可以被向外引导并且被排出而不会影响邻近模块。另一方面，在未应用这种通风框架300的结构的传统电池组10的情况下，模块1中产生的排放气体(高温高压气体和火焰)可能被随机转移到所有模块2至4。结果，电池组10中的所有模块可能暴露于发生温度升高和一系列附加热逃逸的风险。
66.如上所述，本发明的示例性实施方式可以包括通风框架300，该通风框架300可以在正常时间用作稳定地支承电池模块100的支承框架，并且当在电池组10中发生热问题时，将所产生的高压排放气体(高温高压气体和火焰)引入通风框架300中的路径，以将其稳定地排出到电池组10的外部，从而防止气体和火焰扩散到邻近模块。
67.上述电池模块和包括该电池模块的电池组可以应用于各种设备。这样的设备可以应用于诸如电动自行车、电动车辆和混合动力车辆的交通工具。然而，本发明不限于此，并且可以应用于可以使用电池模块和包括该电池模块的电池组的各种设备，这也属于本发明的范围。
68.尽管上文已经详细描述了本发明的示例性实施方式，但是本发明的范围不限于此。本领域普通技术人员通过使用如所附权利要求中限定的本发明的基本概念而做出的各种修改和变化落入本发明的范围内。
69.《符号说明》
70.10：电池组
71.100：电池模块
72.110：模块框架
73.120：端板
74.121：通风门
75.200：电池组托盘
76.300：通风框架
77.310：垂直梁
78.320：水平梁
79.311：垂直梁的盖
80.312：垂直梁的通道
81.321：水平梁的盖
82.322：水平梁的通道
83.324：第一连接孔
84.314：第二连接孔
85.326：第三连接孔
86.400：壳体
87.410：下壳体
88.420：上盖
89.500：喷出部