CN118160134A - 具有改进的阻燃连接器的电池模块 - Google Patents

Abstract

根据本发明的电池模块包括：单元组件，所述单元组件其设置有电池单元；模块壳体，所述模块壳体容纳所述单元组件并且设置有形成在其一侧处的连接器安装工具；以及连接器组件，所述连接器组件连接到设置在所述模块壳体中的电路板，并且所述连接器组件通过所述连接器安装工具至少部分地暴露于所述模块壳体的外部，其中，所述连接器组件包括：连接器外壳，所述连接器外壳设置有形成在其中的连接器引脚并且至少部分地暴露于所述连接器安装工具的外部；以及阻燃块，所述阻燃块由金属材料形成并围绕所述模块壳体中的所述连接器外壳的周边。所述阻燃块具有形成在面向所述模块壳体内部的表面上的不可燃材料的涂层。

Description

具有改进的阻燃连接器的电池模块

技术领域

本公开涉及一种电池模块，并且更具体地，涉及一种应用了具有改进的阻燃性的连接器的电池模块。

本申请要求于2021年11月1日在韩国提交的韩国专利申请No.10-2021-0148272的优先权，其公开内容通过引用并入本文。

背景技术

目前商业化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。特别地，锂二次电池备受关注，因为与镍基二次电池相比，它们几乎没有记忆效应，因此具有自由充电/放电、非常低的自放电速率和高能量密度的优点。

二次电池可以单独使用，但是通常，在许多情况下，多个二次电池彼此串联和/或并联电连接。特别地，多个二次电池可以在彼此电连接的状态下容纳在一个模块壳体中以构成一个电池模块。此外，电池模块可以单独使用，或者两个或更多个电池模块可以串联和/或并联地彼此电连接，以构成诸如电池组的更高级别的装置。

然而，当多个电池模块以密集状态存在于如上所述的狭窄空间中时，它们可能容易着火。例如，当在任何一个电池模块的电池单元中发生热失控并且这种情况加剧时，高温气体和火花可能从电池单元喷出。这里，火花是指从电池单元内部的电极脱嵌的活性材料或熔融的铝颗粒。此时，在某些情况下，电池单元中可能会发生火焰等。当气体或火焰不分青红皂白地排放到电池模块的外部时，可能会对周围的电池模块造成热损伤，因此火灾(fire)可能会迅速蔓延。

例如，在传统的电池模块1中，如图1所示，连接器2暴露于模块壳体的外部，但是由于连接器通常是通过由塑料材料制成的注射成型来制造的，所以它非常容易受到热或火焰的影响。为此，当在电池模块内部产生高温气体或火焰时，连接器熔化，并且气体和火焰容易通过缺失的连接器部分被排放到外部。以这种方式排放的气体和火焰可能导致与对应电池模块相邻的其他电池模块起火。

因此，当电池模块内部起火时，需要一种通过借助增强连接器的阻燃性并经由预定的安全路径排放气体来防止气体从连接器侧排放到外部，从而最小化向其他相邻电池模块的传播的方法。

发明内容

技术问题

本公开被设计为解决现有技术的问题，因此本公开旨在通过增强连接器的阻燃性来抑制或延迟在电池模块内部起火的情况下由于高温气体引起的连接器的损失。

此外，本公开旨在通过增强连接器的阻燃性并经由预定的安全路径排放高温气体来防止气体经由连接器泄漏，从而最小化向其他相邻电池模块的传播。

然而，本公开要解决的技术问题不限于上述问题，本领域技术人员可以通过以下对本公开的描述清楚地理解本文未提及的其他问题。

技术方案

根据本公开的用于解决上述问题的电池模块可以包括：单元组件，所述单元组件具有电池单元；模块壳体，所述模块壳体容纳单元组件并且在一侧具有连接器安装孔；以及连接器组件，所述连接器组件连接到设置在模块壳体内部的电路板并且具有通过所述连接器安装孔暴露于模块壳体外部的至少一部分，其中，连接器组件可以包括：连接器外壳，所述连接器外壳内部具有连接器引脚并且具有暴露于连接器安装孔的外部的至少一部分；以及阻燃块，所述阻燃块由金属材料形成并且在模块壳体内部围绕连接器外壳的周边，其中，阻燃块在面向模块壳体的内部的表面上可以具有不可燃材料的涂层。

阻燃块可以由铝制成，并且涂层可以包括陶瓷颗粒。

阻燃块的由铝制成的层的厚度可以在3mm至10mm的范围内，并且涂层的厚度可以设置在0.1mm至1mm的范围内。

连接器外壳可以包括第一外壳，所述第一外壳具有暴露于连接器安装孔的外部的至少一部分；以及第二外壳，所述第二外壳具有插置于所述第一外壳内部的至少一部分。

连接器组件可以包括密封垫圈，所述密封垫圈设置在阻燃块的与阻燃块的下表面相对的上表面上并且被设置为围绕第一外壳的外周；以及固定板，所述固定板通过穿过所述第一外壳而设置在密封垫圈的上部上，其中，固定盘、密封垫圈和阻燃块可以通过紧固构件一体地固定和联接。

模块壳体可以包括：主外壳，所述主外壳设置为能够在其中容纳单元组件的矩形管状；以及前盖和后盖，所述前盖和所述后盖设置为覆盖主外壳的前侧和后侧。

连接器安装孔可以设置在前盖中，并且主外壳可以包括覆盖单元组件的上部的顶板、覆盖单元组件下部的底板、以及覆盖单元组件两个侧部的左侧板和右侧板，其中，所述顶板可以具有用于在所述电池单元起火的情况下排放气体的排气孔。

电池模块可以包括绝缘盖板，该绝缘盖板由电绝缘材料制成并且设置在单元组件的上部和顶板之间，其中，绝缘盖板可以具有被切割或切割成预定形状的一条或更多条切割线，其中切割线可以设置在与排气孔相对应的位置处。

切割线可以具有弧形或C形。

根据本公开的另一方面，可以提供一种包括上述电池模块的电池组。

有益效果

根据本公开的一个方面，可以通过增强连接器的阻燃性来抑制或延迟在电池模块内部起火的情况下由于高温气体引起的连接器的损失。

此外，根据本公开的另一个方面，可以通过增强连接器的阻燃性并经由预定的安全路径排放高温气体来防止气体经由连接器泄漏，从而最小化向其他相邻电池模块的传播。

然而，本公开要获得的有益效果不限于上述效果，并且本领域技术人员可以从本公开的以下描述中清楚地理解本文未提及的其他效果。

附图说明

图1是示意性地示出根据现有技术的电池模块内部产生的气体和火焰通过连接器排放的示例的视图。

图2是根据本公开的实施方式的电池模块的示意性透视图。

图3是图1的电池模块的部分分解透视图。

图4是根据本公开的实施方式的单元组件、汇流条框架和绝缘盖板的分解透视图。

图5是图2的主要部分的放大视图。

图6是示出根据本公开的实施方式的连接器组件的配置的透视图。

图7是图6的连接器组件的组合透视图。

图8是沿图6的A-A'线截取的阻燃块的截面图。

图9是示出根据本公开的实施方式的示例的参照图，在该示例中在电池模块的内部起火的情况下，气体排放被引导到模块壳体的上部。

具体实施方式

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，在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含义和字典含义，而是在允许发明人出于最佳解释的目的而适当地定义术语的原则的基础上，基于与本公开的技术方案相对应的含义和概念来解释。

此外，本文提出的描述仅仅是出于说明的目的的优选示例，而非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，可以对其进行其他等同替换和修改。

图2是根据本公开的实施方式的电池模块的示意性透视图，图3是图1的电池模块的部分分解透视图，图4是根据本公开的实施方式的单元组件、汇流条框架和绝缘盖板的分解透视图，图5是图2的主要部分的放大视图。

参照这些附图，根据本公开的实施方式的电池模块10包括单元组件100、模块壳体200和连接器组件300。

单元组件100可以被称为通过堆叠多个电池单元110而形成的电池单元110的组件。例如，单元组件100可以以电池单元110通过在垂直方向上分别竖立而在水平方向上堆叠的形式设置。这里，电池单元110是袋型二次电池，并且是双向袋型二次电池，其中正极引线和负极引线沿着电池单元110的长度方向在相反方向上延伸。

单元组件100可以进一步包括缓冲垫120，缓冲垫120设置在堆叠方向上的两个最外侧。缓冲垫120可以由泡沫材料构成，该泡沫材料能够在电池单元110的膨胀期间吸收压力并保持与模块壳体200的电绝缘。

袋型二次电池可以由电极组件、电解质和袋状壳体组成。袋状壳体可以由两个袋组成，两个袋中的至少一个袋可以具有形成在其中的凹形内部空间。电极组件和电解质可以容纳在袋状壳体的内部空间中。密封部分设置在两个袋的外周表面上并且彼此熔融，使得容纳电极组件的内部空间可以被密封。电极引线的一部分插置于袋状壳体的密封部分之间，其一端附接到电极组件，并且其另一端暴露于袋状壳体外部，从而用作二次电池的电极端子。

如图3所示，模块壳体200可以包括主外壳210、前盖220和后盖230。

主外壳210具有长度基本上对应于单元组件100的长度的矩形管状形状，并且可以被配置为使得单元组件100以过盈配合的方式与稍后描述的绝缘盖板600一起***到内部空间中。这样的主外壳210在减小电池模块10的重量和体积方面是有利的。此外，主外壳210由具有优异的机械刚度和高熔点的金属材料制成，并且具有四边封闭的封闭结构。因此，当在单元组件100中产生气体或火焰时，火焰可能不容易通过四边排放到外部。此外，通过用不可燃材料涂覆内表面，主外壳210可以具有高阻燃功能。

主外壳210可以包括顶板211、底板212、对应于四边的左侧板213和右侧板214，并且可以被配置为在顶板211中具有至少一个排气孔211a。

排气孔211a可以是当在电池模块10的内部起火的情况下产生大量气体时气体通过其排放到电池模块10外部的出口。尽管未示出，但是当使用本公开的电池模块10配置电池组时，能够与排气孔211a连通的管道结构可以设置在电池模块上方，以将从电池模块10的排气孔211b逸出的气体通过预定路径排放到电池组的外部。

如上所述，通过将排气孔211a应用于主外壳210的顶板211，在电池模块10内部起火的情况下气体可以通过特定路径排放，从而防止由于电池模块10的内部压力的增加而导致的电池模块10外部塌陷，并且通过在非预期方向上排放气体来最小化对其他相邻电池模块10造成的热损伤。

同时，在本实施方式的主外壳210中，顶板211、底板212、左侧板213和右侧板214全部设置为一体式，但本公开的范围不限于此。例如，主外壳210可以制造成其中U形框架和板状的板通过焊接等联接的类型。这里，U形框架是通过一体地制造底板212、左侧板213和右侧板214而制成的，并且板状的板对应于单独制造的顶板211。

前盖220和后盖230是连接到主外壳210的开口并且覆盖单元组件100的前侧和后侧的结构。前盖220和后盖230具有由绝缘和阻燃材料制成或涂覆有不可燃材料的内表面，因此被配置为屏蔽单元组件100的电连接部分并尽可能地抑制或延迟气体或火焰的泄漏。

此外，前盖220可以具有通过穿透一侧而形成的连接器安装孔221。连接器安装孔221被配置为将例如预定的电缆连接器(未示出)连接到根据本公开的电池模块10的连接器组件300。

连接器组件300连接到设置在模块壳体200内部的电路板，并且如图5所示，连接器组件300的一部分可以配置成通过连接器安装孔221暴露于模块壳体200的外部。这里，电路板是指形成稍后描述的电压感测构件500的柔性印刷电路板。

更具体地，参照图6和图7，连接器组件300可以包括连接器外壳310、阻燃块320、密封垫圈330和固定板340。

连接器外壳310包括第一外壳311和第二外壳312。

第一外壳311由塑料材料制成，并且可以被配置为使得入口可以面朝上并且通过连接器安装孔221暴露于前盖220的外部。第二外壳312是用于向第一外壳311的内部提供密封特性的部件，并且第二外壳312的至少一部分可以插置于第一外壳311中。此外，第二外壳312由环氧树脂或硅树脂材料制成，并且可以被配置为通过以围绕每个连接器引脚313的一部分缠绕的形式硬化来防止连接器引脚313振动和移动。

阻燃块320由具有高熔点的金属材料形成，并且可以在模块壳体内部以围绕连接器外壳310的周边的矩形框架形状设置。

阻燃块320可以包括具有大致5.4mm厚度的铝(Al)层和通过将陶瓷颗粒涂敷到铝层321的下表面而形成的不可燃材料的涂层322。涂层322的厚度可以优选地为大约0.1mm。这里，铝层321的下表面是指面向模块壳体200内部的表面。当然，铝层321和涂层322的厚度可以与本实施方式中的厚度不同地设计。例如，阻燃块320可以被设计为使得铝层的厚度在3mm至10mm的范围内，并且涂层的厚度在0.05mm至1mm的范围内。

阻燃块320起到防火墙的作用，以防止高温气体或火焰从模块壳体200的内部移动到连接器外壳310的***，从而用于防止连接器外壳310快速熔化。此外，阻燃块320覆盖模块壳体200内部的连接器安装孔221，因此可以有效地防止气体或火焰向连接器安装孔221移动。

同时，在研究阶段，本申请人试图将铝(Al)和不锈钢(SUS)双重结合的阻燃块应用于连接器组件。由于不锈钢具有比铝更高的熔点，所以由铝和不锈钢制成的阻燃块在阻燃性方面优于由简单铝制成的阻燃砖。然而，存在的问题在于，由于铝和不锈钢的双重结合导致的成本增加以及阻燃块的厚度增加(特别是当两种金属双重结合时)，难以设计出具有期望厚度的阻燃块。然而，根据如上所述将不可燃材料的涂层涂敷到铝层321的阻燃块320的配置，可以在增加阻燃性的同时更自由地设计阻燃块320的厚度。

密封垫圈330可以被称为用于消除由于连接器外壳310的周边和框架形式的阻燃块320的内径之间的公差而产生的间隙的配置。密封垫圈330可以由弹性橡胶或硅材料制成，并且可以设置为围绕连接器外壳310的外周。如在本实施方式中那样，密封垫圈330可以被配置为围绕第一外壳311的外周并且被设置在阻燃块320的上表面上。

固定板340被配置为用作将密封垫圈330固定到阻燃块320的装置。例如，如图7所示，固定板340在第一外壳311的入口处穿过第一外壳311主体并设置在密封垫圈330上方，并且固定板340可以与密封垫圈330一起一体地固定并联接到阻燃块320。为此，固定板340、密封垫圈330和阻燃块320在垂直堆叠时可以具有彼此匹配的螺栓紧固孔，并且可以被配置为通过螺栓B紧固而一体地固定和联接到彼此。

同时，再次参照图2至图4，根据本公开的实施方式的电池模块10还可以包括汇流条框架400、电压感测构件500和绝缘盖板600。

汇流条框架400是用于安装和支撑多个汇流条410和其他电气部件的装置。这里，汇流条410指代用于串联和/或并联连接电池单元110的由铜、铝等制成的导电杆状部件。预定数量的电池单元110可以被配置为通过将正极引线和负极引线焊接到一个汇流条410而彼此串联和/或并联连接。

汇流条框架400包括垂直设置在单元组件100的前部上的前框架和垂直设置在单元组件100的后部上的后框架。

前框架和后框架的每个尺寸分别对应于单元组件100的前部和后部并且以能够覆盖对应部分的板体的形式设置，并且它们可以被配置为在每个表面上安装多个汇流条410。此外，前框架和后框架可以包括狭缝，电池单元110的电极引线可以在前后方向(±X轴方向)上穿过该狭缝。电池单元110可以被配置为使得电极引线可以通过狭缝被引出到汇流条框架400的前部，并且引出部分可以通过焊接等附接到对应的汇流条410。电池单元110和汇流条410的电极引线可以被前盖220和后盖230屏蔽。

电压感测构件500是用于感测电池单元110的电压的装置，并且可以实现为柔性印刷电路板。电压感测构件500可以沿着长度方向设置在单元组件100的上部上，并且可以在两端具有与汇流条410的数量一样多的焊接板。焊接板可以通过焊接等附接到每个汇流条410。上述连接器组件300固定安装在柔性印刷电路板上，并且可以通过前盖220的连接器安装孔221暴露于外部。例如，电缆连接器可以连接到连接器组件300，以将电池单元110的电压信息发送到诸如BMS的外部装置。

绝缘盖板600由具有电绝缘性的材料(例如塑料材料)制成，并且设置在单元组件100的上部上，以用作单元组件100与主外壳210的顶板211之间的绝缘装置。

具体地，根据本实施方式的绝缘盖板600对应于单元组件100的上部区域并且具有薄板形状，并且其可以被配置为使得两端铰接到汇流条框架400的上端。

根据上述配置，当单元组件100***到主外壳210中时，单元组件100的上部和主外壳210的顶板211之间的绝缘可以由绝缘盖板600来确定，单元组件100的两个最外侧和主外壳的两个侧板213、214之间的绝缘可以由缓冲垫120来确定，并且单元组件100的下部和主外壳210的底板212之间的绝缘可以通过用导热树脂(未示出)填充其间的间隙来确定。

此外，根据绝缘盖板600设置在单元组件100的上部并在两端与两个汇流条框架400的上端铰接的配置，容易将两个汇流条框架400垂直于单元组件100前后布置，此外，当电池单元110的电极引线***到汇流条框架400中时，两个汇流条框架400可以以预定角度旋转，这便于***电极引线。

此外，参照图2和图3，绝缘盖板600设置在垂直对应于主外壳210的排气孔211a的位置处，并且包括切割线610，该切割线610通过将本体切割或切割成预定形状而形成。例如，切割线610可以具有大致弧形或C形的形状。当然，与本实施方式不同，切割线610可以用U形、Y形等代替。

切割线610用于当在电池模块10的内部起火的情况下产生大量气体时允许气体通过绝缘盖板600平滑地排放到外部。如果在电池模块10内部起火的情况下电池模块10的内部填充有大量气体，然后内部压力升高，则例如如图9所示，具有切割线610的部分被分离并且绝缘盖板600被部分打开，从而气体可以穿过绝缘盖板600和顶板211并从模块壳体200中逸出。

通过以这种方式将气体排放到外部，可以降低由于内部压力的急剧上升而导致电池模块10外部坍塌或***的风险，并且例如，通过将排气孔211a外部的气体沿着预定路径排放到电池组的外部，可以使高温气体向其他相邻电池模块10的传播最小化。

同时，根据本公开的实施方式的电池组(未示出)包括上述的一个或更多个电池模块。除了电池模块之外，电池组还可以包括用于容纳电池模块的电池组壳体(未示出)、诸如电池管理***(BMS)、电流传感器、保险丝等用于控制电池模块的充电/放电的各种装置(未示出)。

同时，本文中使用的诸如上、下、左、右、前和后的指示方向的术语，仅为了便于描述而使用，并且对于本领域技术人员来说显而易见的是，这些术语可以根据所述元件或观察者的位置而改变。

尽管以上已经针对有限数量的实施方式和附图描述了本公开，但是本公开不限于此，并且对于本领域技术人员来说显而易见的是，在本公开的技术方面和所附权利要求的等效范围内，可以对其进行各种修改和改变。

Claims (10)

1.一种电池模块，所述电池模块包括：

单元组件，所述单元组件具有电池单元；

模块壳体，所述模块壳体容纳所述单元组件并且在一侧具有连接器安装孔；以及

连接器组件，所述连接器组件连接到设置在所述模块壳体内部的电路板并且具有通过所述连接器安装孔暴露于所述模块壳体外部的至少一部分，

其中，所述连接器组件包括：

连接器外壳，所述连接器外壳内部具有连接器引脚并且具有暴露于所述连接器安装孔的外部的至少一部分；以及阻燃块，所述阻燃块由金属材料形成并且在所述模块壳体内部围绕所述连接器外壳的周边，

其中，所述阻燃块在面向所述模块壳体的内部的表面上具有不可燃材料的涂层。

2.根据权利要求1所述的电池模块，

其中，所述阻燃块由铝制成，并且所述涂层包括陶瓷颗粒。

3.根据权利要求2所述的电池模块，

其中，所述阻燃块的由铝制成的层的厚度在3mm至10mm的范围内，并且所述涂层的厚度设置在0.1mm至1mm的范围内。

4.根据权利要求1所述的电池模块，

其中，所述连接器外壳包括：

第一外壳，所述第一外壳具有暴露于所述连接器安装孔的外部的至少一部分；以及

第二外壳，所述第二外壳具有插置于所述第一外壳内部的至少一部分。

5.根据权利要求4所述的电池模块，

其中，所述连接器组件包括：

密封垫圈，所述密封垫圈设置在所述阻燃块的与所述阻燃块的下表面相对的上表面上并且被设置为围绕所述第一外壳的外周；以及

固定板，所述固定板通过穿过所述第一外壳而设置在所述密封垫圈的上部上，

其中，所述固定板、所述密封垫圈和所述阻燃块通过紧固构件一体地固定和联接。

6.根据权利要求1所述的电池模块，

其中，所述模块壳体包括：

主外壳，所述主外壳设置为能够在其中容纳所述单元组件的矩形管状；以及前盖和后盖，所述前盖和所述后盖设置为覆盖所述主外壳的前侧和后侧。

7.根据权利要求6所述的电池模块，

其中，所述连接器安装孔设置在所述前盖中，并且

所述主外壳包括覆盖所述单元组件的上部的顶板、覆盖所述单元组件的下部的底板、以及覆盖所述单元组件的两个侧部的左侧板和右侧板，

其中，所述顶板具有用于在所述电池单元起火的情况下排放气体的排气孔。

8.根据权利要求7所述的电池模块，

所述电池模块包括由电绝缘材料制成并设置在所述单元组件的上部和所述顶板之间的绝缘盖板，

其中，所述绝缘盖板具有被切割或切割成预定形状的一条或更多条切割线，

其中，所述切割线设置在与所述排气孔相对应的位置处。

9.根据权利要求1所述的电池模块，

其中，所述切割线具有弧形或C形。

10.一种电池组，该电池组包括根据权利要求1至9中的任一项所述的电池模块。