电池组以及包括该电池组的能量存储系统和车辆的制作方法

1.本技术要求2020年7月3日在韩国提交的韩国专利申请10-2020-0082379以及2021年6月23日提交的国际申请pct/kr2021/007915的优先权，其公开内容通过引用并入本文。
2.本公开涉及一种具有在相邻的电池模块之间的热扩散防止结构的电池组以及包括该电池组的能量存储系统(ess)和车辆，并且更特别地，本公开涉及一种具有如下结构的电池组以及包括该电池组的能量存储系统(ess)和车辆：当电池组的多个电池模块中的至少一个电池模块受热时，该结构能够使得传递到相邻电池模块的热传递最小化。


背景技术：

3.如图1所示，传统的电池组包括：电池模块堆，该电池模块堆具有至少一对相邻的电池模块1；和散热器2，该散热器2被设置在电池模块堆的一侧处。在所述电池组中，每个电池模块1的温度可以通过如下方式进行冷却而被维持在正常范围内：在正常使用条件下，电池模块1中产生的热量通过散热器2被排出到外部。
4.然而，如果在电池模块堆的多个电池模块1中，一个或多个电池模块异常受热，则可能产生超过能够通过散热器2排出的量的热量。在这种情况下，没有通过散热器2排出的热量可能扩散到相邻的电池模块1，这可能导致整个电池模块1发生起火和/或爆炸。
5.参考图2，可以应用绝热垫3以防止热量以上述方式从异常受热的电池模块1扩散到相邻的电池模块1。然而，即使在这种情况下，如果通过散热器2的散热达到极限，则尽管存在绝热垫3，但是相邻电池模块1之间的热扩散也是不可避免的。
6.如图3所示，从由于异常发热而具有异常高温(t1)的电池模块1传递到具有正常范围内的温度(t2)的电池模块1的热能的量与在该两个电池模块1之间的温度差(t2-t1)成正比，并且与绝热垫3的宽度成反比。因此，在由于异常发热而导致温度差(t2-t1)很大的情况下，即使使用具有低导热系数的绝热垫3，则除非绝热垫3具有非常大的宽度，否则也难以防止电池模块1之间的热扩散。
7.为了使得热扩散防止的效果最大化，重要的是增加绝热垫3的宽度。然而，绝热垫3的宽度的增加造成电池组的能量密度的损失，因此绝热垫3的宽度的增加不可避免地受到限制。
8.因此，需要改进结构，以防止由于电池组的某些电池模块中产生的异常热量而导致热量被扩散到整个电池模块。


技术实现要素：

9.技术问题
10.本公开被设计成解决相关技术的问题，因此本公开旨在防止由于电池组的某些电池模块中产生的异常热量而使得热量扩散到整个电池模块或者使得所述热量扩散最小化。
11.然而，将由本公开解决的技术问题不限于以上，本领域技术人员通过以下描述将理解本文中未提及的其它目的。
12.技术方案
13.在本公开的一个方面，提供了一种电池组，该电池组包括：电池模块堆，该电池模块堆被构造成包括彼此相邻地置放的第一电池模块和第二电池模块；电池组壳体，该电池组壳体被构造成容纳电池模块堆；散热器，该散热器被置于电池模块堆的下部和电池组壳体之间或者被设置成接触电池组壳体的底部；散热片，该散热片被置于第一电池模块和第二电池模块之间；和绝热垫，该绝热垫被置于第一电池模块和第二电池模块之间。
14.散热片可以包括：第一散热片，该第一散热片与第一电池模块相邻；和第二散热片，该第二散热片与第二电池模块相邻。
15.绝热垫可以包括：第一绝热垫，该第一绝热垫被置于第一散热片和第二散热片之间；和第二绝热垫，该第二绝热垫被分别置于第一散热片和第一电池模块之间以及第二散热片和第二电池模块之间。
16.第一散热片的纵向方向上的一个侧端可以被弯曲，以面向第一电池模块的上表面，并且第二散热片的纵向方向上的一个侧端可以被弯曲，以面向第二电池模块的上表面。
17.第一散热片的被弯曲的侧端和第二散热片的被弯曲的侧端可以分别与电池组壳体接触。
18.绝热垫可以进一步包括第三绝热垫，该第三绝热垫被分别置于第一散热片的被弯曲的侧端和第一电池模块的上表面之间以及第二散热片的被弯曲的侧端和第二电池模块的上表面之间。
19.第一散热片的另一个侧端和第二散热片的另一个侧端可以分别地不与散热器和电池组壳体接触。
20.在本公开的另一个方面，提供了一种电池组，该电池组包括：电池模块堆，该电池模块堆被构造成包括彼此相邻地置放的第一电池模块和第二电池模块；电池组壳体，该电池组壳体被构造成容纳电池模块堆；散热片，该散热片被置于第一电池模块和第二电池模块之间；和绝热垫，该绝热垫被置于第一电池模块和第二电池模块之间。
21.第一散热片的纵向方向上的一个侧端和另一侧端中的至少一个侧端可以被弯曲，以面向第一电池模块的上表面，并且第二散热片的纵向方向上的一个侧端和另一侧端中的至少一个侧端可以被弯曲，以面向第二电池模块的上表面。
22.绝热垫可以进一步包括第三绝热垫，该第三绝热垫被分别置于第一散热片的被弯曲的侧端和第一电池模块的上表面之间以及第二散热片的被弯曲的侧端和第二电池模块的上表面之间。
23.在本公开的另一个方面，提供了一种能量存储系统(ess)，该能量存储系统包括根据本公开的电池组。
24.在本公开的另一方面，提供了一种车辆，该车辆包括根据本公开的电池组。
25.有利效果
26.根据本公开的实施例，能够防止由于电池组的某些电池模块中产生的异常热量而造成热量扩散到整个电池模块或者使得所述热量扩散最小化。
附图说明
27.附图示出本公开的优选实施例，并且与前述公开内容一起用于提供对本公开的技
术特征的进一步理解，因此本公开不被解释为限于附图。
28.图1到图3是示出传统电池组的视图。
29.图4到图6是示出根据本公开实施例的电池组的视图。
30.图7和图8是用于示出从电池模块产生的热量被排出的路径的视图。
31.图9和图10是示出根据本公开另一实施例的电池组的视图。
具体实施方式
32.在下文中，将参考附图详细描述本公开的优选实施例。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，而是基于允许发明人适当定义术语以获得最佳解释的原则，基于与本公开的技术方面相对应的含义和概念来解释所述术语。因此，本文中所提出的描述只是仅用于示意目的的优选实例，而非旨在限制本实用新型的范围，因此应当理解，能够在不脱离本实用新型的范围的情况下对其作出其它等同方案和修改。
33.将参考图4到图6描述根据本公开实施例的电池组。
34.首先，参考图4，根据本公开实施例的电池组包括多个电池模块10、散热器20、电池组壳体30、散热片40和绝热垫50。
35.多个电池模块10在面向彼此的状态中被堆叠，以形成一个电池模块堆。所述多个电池模块10包括彼此相邻地置放的第一电池模块10a和第二电池模块10b。每个电池模块10包括多个电池单体(未示出)以及用于容纳多个电池单体的模块壳体。
36.散热器20被置于电池模块堆的下部和电池组壳体30之间，或者被设置成接触电池组壳体30的底部。即，散热器20可以位于电池组壳体30中，以直接接触电池模块10，或者可替代地，散热器20可以位于电池组壳体30的外部，以经由电池组壳体30间接接触电池模块10。如上所述，散热器20与包括第一电池模块10a和第二电池模块10b的多个电池模块10的下表面直接或间接接触，以将从电池模块10产生的热量排出到外部。散热器20可以是水冷却或空气冷却构件。
37.如果散热器20位于电池组壳体30的内部，则为了执行热量排出功能，散热器20的一部分可以贯穿电池组壳体30，并且暴露于电池组外部。另外，如果散热器20是水冷却型，则连接到散热器20以向散热器20内部供应冷却剂和将冷却剂排出到散热器20外部的冷却剂入口和冷却剂出口可以通过电池组壳体30从电池组抽出。即，散热器20可以位于电池组壳体30的内部，冷却剂入口和冷却剂出口可以从电池组壳体30抽出。
38.电池组壳体30容纳电池模块堆。除了电池模块堆之外，电池组壳体30可以进一步容纳散热器20。电池组壳体30可以由具有优异导热性的金属材料制成，以确保电池组的刚度，并且容易地将电池模块堆产生的热量排出到外部。
39.散热片40和绝热垫50形成一个热扩散防止构件。热扩散防止构件被分别地置于彼此相邻的电池模块10之间。当由于多个电池模块10中的至少一个电池模块的异常发热而产生超过散热器20的冷却性能的热量时，热扩散防止构件有效地防止热能在电池模块10之间传递。热扩散防止构件使用绝热垫50来主要延迟相邻的电池模块10之间的热扩散，其次，热扩散防止构件将尽管施加了绝热垫50、但仍沿着绝热垫50的厚度方向传递的热量朝向电池组的上部分散，从而使得热扩散最小化，以防止热失控的快速转变。
40.散热片40由例如石墨片制成，并且在面内方向上具有非常高的传热率，所述面内方向为平行于该片的宽表面的方向，而不是该片的厚度方向。
41.参考图5，散热片40包括与第一电池模块10a相邻地定位的第一散热片40a以及与第二电池模块10b相邻地定位的第二散热片40b。第一散热片40a被成形为使得其纵向方向上的一个侧端延伸到电池模块堆的上部。另外，第一散热片40被成形为使得其纵向方向上的一个侧端被弯曲以面向第一电池模块10a的上表面。
42.类似地，第二散热片40b被成形为使得其纵向方向上的一个侧端延伸到电池模块堆的上部。另外，第二散热片40b被成形为使得其纵向方向上的一个侧端被弯曲，以面向第二电池模块10b的上表面。第一散热片40a的被弯曲的侧端和第二散热片40b的被弯曲的侧端分别与第一电池模块10a和第二电池模块10b的上表面间隔开。这是为了防止通过第一散热片40a和第二散热片40b向上分散的热能被再次朝向电池模块10传递。
43.第一散热片40a的被弯曲的侧端和第二散热片40b的被弯曲的侧端可以分别与电池组壳体30直接接触。另外，与此不同的是，tim(热界面材料)(未示出)可以分别置于第一散热片40a的被弯曲的侧端和电池组壳体30之间以及第二散热片40b的被弯曲的侧端和电池组壳体30之间。
44.绝热垫50包括第一绝热垫50a和第二绝热垫50b。第一绝热垫50a被置于第一散热片40a和第二散热片40b之间。第二绝热垫50b被分别置于第一散热片40a和第一电池模块10a之间以及第二散热片40b和第二电池模块10b之间。
45.同时，除了第一绝热垫50a和第二绝热垫50b之外，绝热垫50可以进一步包括第三绝热垫50c。第三绝热垫50c被分别置于第一散热片40a的被弯曲的侧端和第一电池模块10a的上表面之间以及第二散热片40b的被弯曲的侧端和第二电池模块10b的上表面之间。第三绝热垫50c防止通过第一散热片40a和第二散热片40b向上分散的热能被再次朝向电池模块10传递。
46.同时，参考图6，与图5不同的是，第一散热片40a的纵向方向上的另一侧端和第二散热片40b的纵向方向上的另一侧端分别地不与散热器20和电池组壳体30接触。这是因为，在由于某些电池模块10的异常发热而导致散热器20不能进行正常冷却的情况下，防止另外的热能通过散热片40传递到散热器20可以进一步增加热能分散的效率。
47.参考图7和图8，在根据本公开实施例的电池组中，示出了当执行正常冷却时热能的移动方向以及当某些电池模块10异常受热时热能的分散方向。
48.参考图7，在正常冷却的情况下，电池模块10a、10b中产生的热能通过被置于电池模块堆的下部和电池组壳体30之间或被设置成接触电池组壳体30的底部的散热器20沿着箭头方向排出，因此电池模块10a、10b之间不产生热传递。
49.然而，如果由于例如第一电池模块10a中产生异常热量而导致通过散热器20的冷却无法被顺利地执行，则沿着图8所示的箭头方向产生从第一电池模块10a朝向第二电池模块10b的热传递。在这种情况下，第二绝热垫50b主要降低热能的扩散率，其次，沿着第二绝热垫50b的厚度方向传递的热能由第一散热片40a向上分散，并通过电池组壳体30排出到外部。另外，沿着第一散热片40a的厚度方向传递的热能借助于第一绝热垫50a被再次减慢，并且通过第一绝热垫50a的厚度方向传递的热能由第二散热片40b向上分散，并且通过电池组壳体30排出到外部。另外，借助于第一绝热垫50a，使得沿着第二散热片40b的厚度方向朝向
第二电池模块10b传递的剩余热能的扩散率最小化。
50.如上所述，当产生了超过散热器20的冷却能力的热能时，根据本公开实施例的电池组可以通过使得在相邻电池模块10a、10b之间传递的热能最小化来防止由于某些电池模块10中的异常发热所引起的热失控现象被快速地传递。
51.接下来，将参考图9和图10描述根据本公开另一实施例的电池组。
52.根据本公开另一实施例的电池组与上述根据本公开实施例的电池组大致相同，不同之处在于省略了用作冷却构件的散热器20，并且热扩散防止构件的具体结构稍有不同。因此，在描述根据本公开另一实施例的电池组时，将不详细描述与前一实施例的那些特征相同的特征，而将仅详细描述与其不同的特征。
53.由于在根据本公开另一实施例的电池组中省略了散热器20，因此与前一实施例不同，通过电池组壳体30执行冷却。
54.散热器20被省略，这是因为考虑到电池组的容量，由于在正常使用期间不会产生很多热量，因此不需要另外提供用于强制冷却的冷却构件。然而，如果在例如第一电池模块10a中产生异常热量，则仅通过由电池组壳体30排出热能可能无法确保足够的冷却率，因此可能在电池模块10a、10b之间产生热传递。
55.参考图9，为了防止或最小化这种热传递，如前一实施例中那样，根据本公开另一实施例的电池组包括被置于相邻电池模块10a、10b之间的热扩散防止构件。在这种情况下，多个电池模块10a、10b的下表面与电池组壳体30接触。
56.参考图10，在根据本公开另一实施例的电池组中，与图9所示不同，第一散热片40a和第二散热片40b均在电池模块堆的上部和下部处沿着两个方向延伸。另外，第一散热片40a不仅在其纵向方向上的一个侧端处弯曲、而且在其另一侧端处也弯曲，以面向第一电池模块10a的下表面。类似地，第二散热片40b也不仅在其纵向方向上的一个侧端处弯曲、而且在其另一侧端处也弯曲，以面向第二电池模块10b的下表面。
57.因此，第三绝热垫50c也可以被置于第一散热片40a的弯曲的另一个侧端和第一电池模块10a的下表面之间以及第二散热片40b的弯曲的另一个侧端和第二电池模块10b的下表面之间。
58.同时，如上所述的根据本公开的电池组可以被应用为用于车辆的电池组，并且也可以被应用为用于能量存储系统(ess)的电池组。因此，根据本公开实施例的车辆和ess分别包括至少一个根据本公开的电池组。
59.已经详细描述了本公开。然而，应当理解，详细描述和具体实例虽然指示了本公开的优选实施例，但仅以示意方式给出，因为根据该详细描述，在本公开范围内的各种变化和修改对于本领域技术人员而言将变得显而易见。
60.附图标记
61.10：电池模块
62.10a：第一电池模块
63.10b：第二电池模块
64.20：散热器
65.30：电池组壳体
66.40：散热片
67.40a：第一散热片
68.40b：第二散热片
69.50：绝热垫
70.50a：第一绝热垫
71.50b：第二绝热垫
72.50c：第三绝热垫