CN109473572A - 具有利用排出气体断开连接器的结构的电池模块 - Google Patents

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Abstract

具有利用排出气体断开连接器的结构的电池模块。公开了一种电池模块，该电池模块包括：电池层叠物，其具有第一电池单元和第二电池单元，该第一电池单元和该第二电池单元分别具有电极引线并面向彼此层叠；连接器，其被配置为将这一对电池单元的电极引线连接；以及支撑框架，其被设置到电池层叠物的至少一侧，并且具有喷射狭缝以及拉出电极引线的一对引线狭缝，该喷射狭缝形成在与连接器对应的位置处以提供在电池单元排气时排放的排出气体喷射的通道。

Description

具有利用排出气体断开连接器的结构的电池模块
技术领域
本公开涉及具有利用排出气体断开连接器的结构的电池模块，更具体地讲，涉及一种具有在充电/放电过程期间当袋状壳体由于电池单元的内部压力增加而破裂时通过排放出的气体的压力来断开连接器的结构的电池模块。
本申请要求2017年9月8日在韩国提交的韩国专利申请No.10-2017-0115358的优先权，其公开通过引用并入本文。
背景技术
随着诸如摄像机、蜂窝电话和便携式PC的便携式电子产品更广泛地使用，主要用作其驱动电源的二次电池的重要性不断增加。
在诸如数码相机、蜂窝电话、膝上型计算机、电动工具、电动自行车、电动车辆、混合动力电动车辆和大容量蓄电装置的高科技领域中正在积极地研究与无法再充的一次电池不同的能够充电和放电的二次电池。
具体地讲，与诸如铅蓄电池、镍镉电池、镍氢电池和镍锌电池的其它二次电池相比，锂二次电池的每单位重量的能量密度高并且允许快速充电，因此越来越多地使用。
锂二次电池具有3.6V或以上的操作电压。锂二次电池用作便携式电子装置的电源，或者多个锂二次电池串联或并联连接并用于高输出电动车辆、混合动力电动车辆、电动工具、电动自行车、蓄电装置或UPS。
锂二次电池的操作电压比镍镉电池或镍氢电池高三倍，并且每单位重量的能量密度高。因此，趋向于越来越多地使用锂二次电池。
根据电解质类型，锂二次电池可被分类为使用液体电解质的锂离子电池和使用聚合物固体电解质的锂离子聚合物电池。另外，根据聚合物固体电解质类型，锂离子聚合物电池可被分类为不含任何电解质的纯固体锂离子聚合物电池和使用包含电解质溶液的凝胶聚合物电解质的锂离子聚合物电池。
在使用液体电解质的锂离子电池中，圆柱形或矩形金属罐通常用作焊接和密封形式的容器。由于使用金属罐作为容器的罐型二次电池具有固定的形状，所以存在限制了使用罐型二次电池作为电源的电子产品的设计的缺点，并且难以减小体积。因此，已开发并使用了通过将电极组件和电解质放入由膜制成的袋包装材料中并密封袋包装材料而制备的袋型二次电池。
然而，锂二次电池在过热时有***的风险，因此确保安全很重要。锂二次电池由于各种因素而过热，其中一个因素是超过极限的过电流流过锂二次电池。如果过电流流过，则锂二次电池被焦耳热加热，因此电池的内部温度快速升高。另外，温度的快速升高导致电解质的分解反应，导致热失控，最终导致电池***。在尖锐的金属物体穿透锂二次电池，正极与负极之间的绝缘由于插置在正极与负极之间的分隔物的收缩而被破坏，由于充电电路或连接到外部的负载的异常而对电池施加冲击电流等情况下，发生过电流。
因此，锂二次电池与保护电路组合使用，以便保护电池免受诸如过电流的异常情况影响，并且保护电路通常包括熔丝元件以用于在发生过电流时不可逆地断开充电或放电电流流过的线路。
图1是示出联接到包括锂二次电池的电池组的保护电路中所设置的熔丝元件的布置方式和操作机制的电路图。
如图1所示，为了在发生过电流时保护电池组，保护电路包括熔丝元件1、用于感测过电流的感测电阻器2、用于监测过电流的发生并且当发生过电流时操作熔丝元件1的微控制器3以及用于开关操作电流向熔丝元件1的流入的开关4。
熔丝元件1被安装在连接到电池组的最外端子的主线上。主线是指充电电流或放电电流流过的布线。在图1中，描绘了熔丝元件1被安装在高电位线(Pack+)处。
熔丝元件1是三端子元件，其中两个端子连接到充电或放电电流流过的主线，一个端子连接到开关4。另外，熔丝元件1包括串联连接到主线并在特定温度下被熔融并切割的熔丝1a以及用于向熔丝1a施加热的电阻器1b。
微控制器3周期性地检测感测电阻器2两端的电压并监测是否发生过电流。如果确定发生过电流，则微控制器3接通开关4。如果是这样，则在主线上流动的电流被旁路到熔丝元件1并被施加到电阻器1b。因此，在电阻器1b处产生的焦耳热被传导到熔丝1a以使熔丝1a的温度升高。如果熔丝1a的温度升高到熔融温度，则熔丝1a熔融并断裂以使得主线不可逆地断开。如果主线断开，则过电流不再流动，从而克服了由过电流导致的问题。
然而，上述传统技术有几个问题。换言之，如果微控制器3坏了，则即使发生过电流，开关4也不接通。在这种情况下，电流不会流到熔丝元件1的电阻器1b中，因此熔丝元件1不操作。另外，在保护电路内部单独地需要用于设置熔丝元件1的空间，并且必须在微控制器3中加载用于控制熔丝元件1的操作的程序算法。因此，不利的是保护电路的空间效率劣化并且微控制器3的负荷增加。
发明内容
技术问题
本公开被设计为解决现有技术的问题，因此本公开旨在当由于诸如过充电或短路的异常情况，电池单元的内部压力增加超过特定水平时，通过利用排出气体的排放压力快速地阻断电流的流动来确保使用中的二次电池的安全。
然而，本公开要解决的技术问题不限于上述问题，本领域技术人员将从以下描述理解本文中未提及的其它目的。
技术方案
在本公开的一个方面，提供了一种电池模块，该电池模块包括：电池层叠物，其具有第一电池单元和第二电池单元，该第一电池单元和该第二电池单元分别具有电极引线并面向彼此层叠；连接器，其被配置为将一对电池单元的电极引线连接；以及支撑框架，其被设置到电池层叠物的至少一侧并具有喷射狭缝以及拉出电极引线的一对引线狭缝，该喷射狭缝形成在与连接器对应的位置处以用作在电池单元排气时排放的排出气体通过其喷射的通道。
电极引线的从引线狭缝暴露的端部可弯曲并由支撑框架支撑。
喷射狭缝可形成在与第一电池单元和第二电池单元的梯台部分之间形成的空间对应的位置处。
支撑框架与电池层叠物之间的结合部分可被密封以使得排出气体仅通过喷射狭缝排放出。
密封构件可***置在引线狭缝的内表面与电极引线之间形成的空白空间中。
电池单元可包括：电极组件，其具有电极接头；电极引线，其附接到电极接头；袋状壳体，其被配置为容纳电极组件以使得电极引线被拉出；以及密封带，其具有至少一个排气图案并***置在电极引线与袋状壳体的内表面之间。
排气图案可以是沿着电极引线的延伸方向以预定深度形成的凹口。
排气图案可成形为沿着电极引线的延伸方向具有逐渐减小的宽度。
排气图案可具有楔形。
排气图案可设置为多个，并且多个排气图案可沿着密封带的纵向方向彼此间隔开。
袋状壳体可具有形成在其边缘处的密封区域，并且排气图案的至少一部分可位于密封区域内。
排气图案可形成在电极引线的两个表面处。
有益效果
根据本公开的实施方式，当由于诸如过充电或短路的异常情况，电池单元的内部压力增加超过特定水平时，可通过利用排出气体的排放压力快速阻断电流的流动来防止二次电池着火或***，从而确保使用中的二次电池的安全。
附图说明
附图示出了本公开的优选实施方式并且与上述公开一起用于提供本公开的技术特征的进一步理解，因此，本公开不应被解释为限于附图。
图1是示出联接到电池模块的保护电路中所设置的熔丝元件的布置方式和操作机制的电路图。
图2是示出根据本公开的实施方式的电池模块的立体图。
图3是示出应用于根据本公开的实施方式的电池模块的电池单元的平面图。
图4和图5是沿着图2的线X-X’截取的横截面图。
图6是示出图3的部分M的放大图。
图7和图8是沿着图6的线Y-Y’截取的横截面图。
图9和图10是示出具有不同于图7的排气图案的电池单元的图。
具体实施方式
以下，将参照附图详细描述本公开的优选实施方式。在描述之前，应该理解，说明书和所附权利要求书中使用的术语不应被解释为限于一般含义和字典含义，而是在允许发明人为了最佳说明而适当地定义术语的基础上基于与本公开的技术方面对应的含义和概念来解释。因此，本文所提出的描述仅仅是为了例示目的的优选示例，而非旨在限制本公开的范围，因此应该理解，在不脱离本公开的范围的情况下可对其做出其它等同例和修改例。
首先，将参照图2至图5描述根据本公开的实施方式的电池模块的结构。
图2是示出根据本公开的实施方式的电池模块的立体图，图3是示出应用于根据本公开的实施方式的电池模块的电池单元的平面图，图4和图5是沿着图2的线X-X’截取的横截面图。
参照图2，根据本公开的实施方式的电池模块包括：电池层叠物，其包括一对电池单元10；连接器20，其用于将这一对电池单元10电连接；以及支撑框架30，其被设置到电池层叠物的至少一侧。
电池层叠物包括面向彼此层叠的第一电池单元10和第二电池单元10。电池层叠物的电池单元10可以是基本上相同的电池单元。
参照图3，一对电池单元10可以是例如袋型电池单元。电池单元10可包括电极组件11、袋状壳体12、电极引线15和密封剂16。
尽管图中未示出，电极组件被配置为使得正极板、分隔物和负极板按次序层压至少一次，并且分隔物优选位于最外侧以便确保绝缘。根据实施方式，电极组件11可具有诸如卷绕型、层叠型和层叠/折叠型结构的各种结构。
正极板被配置为使得正极活性材料被涂覆在由导电板制成的正极集流体的至少一个表面上。同样，负极板被配置为使得负极活性材料被涂覆在由导电板制成的负极集流体的至少一个表面上。
正极板和负极板具有未涂覆有正极活性材料和负极活性材料的未涂覆区域，并且未涂覆区域用作联接到电极引线15的电极接头11a。
分隔物位于正极板和负极板之间以将正极板和负极板彼此电绝缘，并且分隔物可具有多孔隔膜形状以允许锂离子在正极板和负极板之间转移。分隔物可由例如使用聚乙烯(PE)或聚丙烯(PP)的多孔膜或其复合膜制成。
袋状壳体12由具有多层膜(具有金属层以及围绕金属层的树脂层)形式的外部材料制成，并且袋状壳体12可由上壳体和下壳体组成。
如果袋状壳体12如上由上壳体和下壳体组成，则下壳体具有凸形地突出以容纳电极组件的容纳部分13。另外，上壳体可具有凸形地突出的容纳部分13，或者具有未形成容纳部分13的平坦形状。
换言之，电池单元10可以是在两个表面突出的双面突出型电池单元或者仅在一个表面突出的单面突出型电池单元。在本公开的附图中，为了例示方便，仅示出电池单元10是双面突出型单元的情况，但本公开不限于此。
此外，如果电池单元是双面突出电池单元，则上壳体和下壳体可分别具有与容纳部分13的外周区域对应的密封部分14。另外，如果电池单元10是单面突出电池单元，则下壳体可具有与容纳部分13的外周区域对应的密封部分14，并且上壳体可具有形成在与下壳体的密封部分14接触的区域中的密封部分14。
袋状壳体12将电极组件容纳在容纳部分13中，并且上壳体和下壳体的密封部分14邻接并通过热熔融彼此密封。上壳体和下壳体的密封部分14可由具有热熔融性质的树脂材料制成，以使得其可在接触状态下通过热熔合彼此结合。
电极引线15连接到电极组件的电极接头11a并从袋状壳体12被拉出以用作将电极组件电连接到外部部件的介质。电极引线包括连接到正极板的正极引线和连接到负极板的负极引线。更详细地，正极引线连接到设置在正极板处的未涂覆正极区域，负极引线连接到设置在负极板处的未涂覆负极区域。
设置在一个电池单元10处的正极引线和负极引线可在相同的方向上或相反的方向上拉出。在本公开的附图中，描绘了正极引线和负极引线在电池单元10处在相反的方向上被拉出。
此外，在本公开中，在密封部分14当中，设置在电极引线15拉出的方向上的密封部分14将被称为梯台(terrace)部分。
密封剂16***置在密封部分14的内表面与电极引线15之间以防止在从袋状壳体12拉出的电极引线15与密封部分14的内表面之间密封力降低。
由于电池单元10的上壳体和下壳体如上所述通过热熔合密封，所以当内部压力由于其中产生气体而升高超过特定水平时，密封部分14的热熔合部分可破裂以导致排气。
在电池单元10中，气体被收集在电极组件11与位于电极引线15被拉出的方向上的密封部分14之间形成的内部气体收集空间S中。因此，如果内部压力升高超过特定水平，则通过位于引线15被拉出的方向上的密封部分14发生排气(即，在图3中的箭头方向上发生排气)。
根据本公开的实施方式的电池模块被设计为通过考虑排气方向将支撑框架30设置到电池层叠物的至少一侧(稍后说明)借助于排出气体的喷射压力来阻断电池单元10之间的电连接。
连接器20是应用于将邻近电池单元10彼此电连接的部件，并且可由例如多条金属线制成以便使电阻最小化并且在电池单元10处发生排气时快速且可靠地被断开。
在这种情况下，各个金属线可分别通过焊接等连接到邻近一对电池单元10的电极引线15，并且金属线与电极引线15之间的焊接部分由于排出气体的喷射压力而断开，以切断邻近电池单元10之间的电连接。
支撑框架30被设置在电池层叠物的至少一侧并且包括电极引线15穿过的一对引线狭缝31，并且包括用于提供喷射排出气体的通道的喷射狭缝32。支撑框架30可由具有绝缘性质的树脂材料制成。
一对引线狭缝31分别穿过支撑框架30的下表面与上表面之间的区域形成，以使得第一电池单元10和第二电池单元10的电极引线15可穿过并暴露于外。电极引线15向上延伸并暴露于引线狭缝31的外部。电极引线15的暴露端弯曲并置于支撑框架30的上表面上以由其支撑。
喷射狭缝32形成在与连接器20对应的位置处并用作在电池单元10排气时排放的排出气体可通过其朝着连接器20喷射的通道。喷射狭缝32形成在与第一电池单元10和第二电池单元10的梯台部分之间形成的空间G对应的位置处。
喷射狭缝32形成在一对引线狭缝31之间并且与引线狭缝31类似地形成为穿过支撑框架30的下表面与上表面之间。另外，喷射狭缝的下部32a的宽度大于喷射狭缝的上部32b。
喷射狭缝的下部32a对应于从电池单元10排放的排出气体被优先收集的空间。喷射狭缝的上部32b的宽度小于喷射狭缝的下部32a，以使得可利用强大压力使下部32a中收集的排出气体向上喷射。
如上所述，根据本公开的实施方式的电池模块可通过利用通过喷射狭缝32喷射的排出气体断开连接器20与电极引线15之间的连接部分来切断邻近电池单元10之间的电连接。
为了增加排出气体的喷射压力，可取的是喷射狭缝32以外的区域被密封，以使得排出气体不会通过其它空间逃逸。因此，根据本公开的实施方式的电池模块可具有支撑框架30与电池层叠物之间的结合部分被密封的结构。
另外，由于排出气体也可通过引线狭缝31的内表面与电极引线15之间形成的空白空间泄漏，所以密封构件可***置在引线狭缝31的内表面与电极引线15之间形成的空白空间中以便防止泄漏。
接下来，将参照图6至图10描述根据本公开的另一实施方式的电池模块。
图6是示出图3的部分M的放大图，图7和图8是沿着图6的线Y-Y’截取的横截面图。另外，图9和图10是示出具有不同于图7的排气图案的电池单元的图。
根据本公开的另一实施方式的电池模块与根据前一实施方式的电池模块的不同之处仅在于设置在电池单元10处的密封剂16的结构，其它部件基本上相同。
因此，在描述根据本公开的另一实施方式的电池模块时，将详细描述电池单元10的密封剂16的结构，与前一实施方式相同或相似的其它特征将不再详细描述。
在应用于本公开的电池单元10中，密封部分14并非仅形成在电极引线15被拉出的方向上，而是整体围绕容纳部分13形成，因此存在当内部压力增加时在框架30的外侧也发生弯曲的可能性。
参照图6和图7，根据本公开的实施方式的电池模块具有形成在密封剂16处的排气图案16a以便防止如上所述在支撑框架30外侧发生排气。
排气图案16a对应于在密封剂16的形成其厚度并面向电极组件11的表面处以预定深度形成的凹口。即，排气图案16a沿着电极引线15的延伸方向(即，纵向方向)形成。
排气图案16a的至少一部分位于与袋状壳体12的密封部分14交叠的区域中。因此，当袋状壳体12内部产生气体时，压力可集中在形成有排气图案16a的区域中(参见图6中的箭头)，以使得可快速地解除袋状壳体12的密封。
通过在密封剂16中形成排气图案16a以部分地降低密封剂16与袋状壳体12之间的粘合力，可控制在期望的区域中发生排气。在根据本公开的另一实施方式的电池模块中，形成有排气图案16a的区域对应于支撑框架30的内部空间，因此当发生排气时可通过喷射狭缝32集中地喷射气体。
排气图案16a可形成在电极引线15的两个表面中的任一个上(参见图7)，但是也可形成在电极引线15的两个表面上(参见图8)以使得排气可更容易地发生。
此外，参照图9和图10，排气图案16a可成形为在电极引线15被拉出的方向上具有逐渐减小的宽度。如果排气图案16a在电极引线15被拉出的方向上具有逐渐减小的宽度，则可使压力集中的效果最大化，从而允许更快地排气。具体地讲，可更可靠地防止在形成有排气图案16a的区域以外的区域中发生排气。
具体地讲，如图9所示，排气图案16a可具有带尖锐尖端的楔形。在这种情况下，压力集中的效果被最大化，从而可沿着从排气图案16a的端部边缘延伸的线L容易地解除密封带16与袋状壳体12的内表面之间的粘附。
另外，如图10所示，楔形的排气图案16a可设置为多个，并且多个排气图案16a可沿着密封剂16的纵向方向(即，在与电极引线15的延伸方向垂直的方向上)彼此间隔开。
已详细描述了本公开。然而，应该理解，在指示本公开的优选实施方式的同时仅作为例示给出详细描述和特定示例，因为对于本领域技术人员而言，根据该详细描述，本公开的范围内的各种改变和修改将变得显而易见。

Claims (12)

1.一种电池模块，该电池模块包括：
电池层叠物，该电池层叠物具有第一电池单元和第二电池单元，该第一电池单元和该第二电池单元分别具有电极引线并面向彼此层叠；
连接器，该连接器被配置为将这一对电池单元的所述电极引线连接；以及
支撑框架，该支撑框架被设置到所述电池层叠物的至少一侧，并且具有喷射狭缝以及拉出所述电极引线的一对引线狭缝，该喷射狭缝形成在与所述连接器对应的位置处以用作在所述电池单元排气时排放的排出气体喷射的通道。
2.根据权利要求1所述的电池模块，
其中，所述电极引线的从所述引线狭缝暴露的端部弯曲并由所述支撑框架支撑。
3.根据权利要求1所述的电池模块，
其中，所述喷射狭缝形成在与所述第一电池单元和所述第二电池单元的梯台部分之间形成的空间对应的位置处。
4.根据权利要求1所述的电池模块，
其中，所述支撑框架与所述电池层叠物之间的结合部分被密封以使得所述排出气体仅通过所述喷射狭缝被排放出。
5.根据权利要求1所述的电池模块，
其中，密封构件***置在所述引线狭缝的内表面与所述电极引线之间形成的空白空间中。
6.根据权利要求1所述的电池模块，其中，所述电池单元包括：
电极组件，该电极组件具有电极接头；
电极引线，该电极引线附接到所述电极接头；
袋状壳体，该袋状壳体被配置为容纳所述电极组件以使得所述电极引线被拉出；以及
密封带，该密封带具有至少一个排气图案并***置在所述袋状壳体的内表面与所述电极引线之间。
7.根据权利要求6所述的电池模块，
其中，所述排气图案是沿着所述电极引线的延伸方向以预定深度形成的凹口。
8.根据权利要求7所述的电池模块，
其中，所述排气图案成形为沿着所述电极引线的所述延伸方向具有逐渐减小的宽度。
9.根据权利要求8所述的电池模块，
其中，所述排气图案具有楔形。
10.根据权利要求7所述的电池模块，
其中，所述排气图案被设置为多个，并且多个所述排气图案沿着所述密封带的纵向方向彼此间隔开。
11.根据权利要求7所述的电池模块，
其中，所述袋状壳体具有形成在所述袋状壳体的边缘处的密封区域，并且
其中，所述排气图案的至少一部分位于所述密封区域内。
12.根据权利要求7所述的电池模块，
其中，所述排气图案形成在所述电极引线的两个表面处。
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