具有在发生热失控现象时允许冷却水输入电池模块中的结构的电池组和包括该电池组的ESS的制作方法

具有在发生热失控现象时允许冷却水输入电池模块中的结构的电池组和包括该电池组的ess
技术领域
1.本公开涉及一种具有用于当发生热失控现象时将冷却剂引入电池模块中的结构的电池组和包括该电池组的能量存储系统(ess)，更具体地，本公开涉及一种具有如下结构的电池组和包括该电池组的ess：当在电池组的多个电池模块中的两个或更多个电池模块中检测到发生热失控现象的风险时，该结构能够通过有效地将冷却剂引入到发生问题的电池模块中来防止热失控现象蔓延到相邻的电池模块。
2.本技术要求2020年3月5日在韩国提交的韩国专利申请10-2020-0027903号的优先权，其公开内容通过引用并入本文。


背景技术：

3.在包括多个电池单体的电池模块中，如果在某些电池单体中发生诸如短路这样的异常情况而导致连续地升温，以使得电池单体的温度超过临界温度，则发生热失控现象。如果在某些电池单体中发生如上所述的热失控现象，则可能产生安全性问题。
4.如果由于在某些电池单体中发生所述热失控现象而产生了火焰等，则火焰使相邻电池单体的温度快速地升高，因此热失控现象可能在短时间内传播到相邻的单体。
5.最终，如果未快速响应发生在某些电池单体中的热失控现象，则这可能导致诸如电池模块或电池组(该电池模块或电池组是容量比电池单体大的电池单元)的着火和爆炸这样的灾难，这可能不仅导致财产损失，而且还引起安全性问题。
6.因此，如果在电池模块内部的某些电池单体中由于热失控现象而发生火焰，则迫切需要快速地降低电池模块内部的温度，以防止火焰进一步蔓延。
7.另外，采用空气冷却结构的电池模块具有空气通道，即使引入冷却剂来降低电池模块内部的温度并且熄灭火焰，冷却剂也会通过该空气通道泄漏而不留在内部。因此，要求研发一种电池组，该电池组具有当冷却剂被引入已经发生了热失控现象的电池模块中时能够阻挡空气通道的结构。


技术实现要素：

8.技术问题
9.本公开被设计为解决相关技术的问题，因此本公开涉及当由于热失控现象而在电池模块中的某些电池单体中产生火焰时、通过快速地降低电池模块内部的温度来防止火焰大量蔓延。
10.然而，本公开所要解决的技术问题不限于上文，并且本领域技术人员将会根据以下描述理解本文中未提到的其他目的。
11.技术方案
12.在本公开的一个方面，提供一种电池组，该电池组包括：电池组外罩；多个电池模块，所述多个电池模块被堆叠在所述电池组外罩中；水箱，该水箱被连接到所述多个电池模
块，并且被构造成存储冷却剂；冷却剂管，该冷却剂管包括：主管，该主管被连接到所述水箱；多个供应管，所述多个供应管被构造成将所述主管和电池模块彼此连接；和旁通管，该旁通管在所述多个供应管中的位于顶端处的供应管的上方的位置处以及在位于底端处的供应管的下方的位置处被连接到所述主管；至少一个传感器，所述至少一个传感器被安设在所述电池组外罩中，以检测在所述多个电池模块的至少一部分中产生的热失控现象；和控制器，该控制器被构造成：当由所述传感器检测到热失控现象时，所述控制器输出用于将所述冷却剂通过所述冷却剂管引入到所述电池模块中的控制信号。
13.所述电池模块可以包括：多个电池单体；模块外罩，该模块外罩被构造成容纳通过堆叠所述多个电池单体而形成的电池单体堆；空气进口，该空气进口被形成为在所述电池单体堆的堆叠方向上的一侧处穿过所述模块外罩；和空气出口，该空气出口被形成为在所述电池单体堆的堆叠方向上的另一侧处穿过所述模块外罩。
14.所述电池模块可以包括膨胀垫，该膨胀垫被置放在所述空气进口和空气出口的内部，并且该膨胀垫被构造成由于与被引入所述电池模块中的冷却剂相接触而膨胀，以关闭所述空气进口和空气出口。
15.所述电池模块可以包括成对的汇流条框架，所述成对的汇流条框架被分别联接到单元模块堆的宽度方向上的一侧和另一侧。
16.所述空气进口和空气出口可以被形成在如下位置处：所述位置与形成在所述汇流条框架和所述模块外罩之间的中空空间相对应。
17.所述供应管可以从所述电池单体堆的堆叠方向上的一侧或另一侧穿过所述模块外罩，并且与形成在所述汇流条框架和模块外罩之间的中空空间连通。
18.所述电池组可以包括多个阀，所述多个阀被安设在所述供应管中，并且所述多个阀可以被分别安设成与所述多个电池模块相邻，以单独地允许或阻挡流入所述多个电池模块中的冷却剂的流动。
19.所述传感器可以被安设到所述多个电池模块中的每个电池模块。
20.所述控制器可以输出控制信号，以打开所述多个阀中的、与由所述传感器检测到热失控现象的电池模块相邻安设的阀。
21.所述电池组可以包括屏障件，该屏障件被安设在所述供应管中。
22.所述屏障件可以在高于参考温度时破裂。
23.同时，根据本公开实施例所述的能量存储系统(ess)包括多个根据本公开所述的电池组。
24.有利效果
25.根据本公开的一个方面，当由于热失控现象而在电池模块内部的某些电池单体中产生火焰时，能够通过快速降低所述电池模块内部的温度来防止火焰进一步蔓延。
26.另外，根据本公开的另一个方面，在包括被空气冷却的电池模块的电池组中，当冷却剂被引入发生热失控现象的电池模块中时，能够通过采用阻挡用于冷却的空气通道来使得冷却剂保留在电池模块内部的结构来有效地防止热失控现象传播。
附图说明
27.附图图示出本公开的优选实施例，并且与前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，本公开不被解释为限于附图。
28.图1是示出根据本公开实施例所述的能量存储系统(ess)的视图。
29.图2是用于示出根据本公开实施例所述的电池组中的水箱和电池模块之间的连接结构以及水箱和控制器之间关系的视图。
30.图3是用于示出根据本公开实施例所述的电池组中的传感器、控制器和水箱之间的关系的视图。
31.图4和图5是示出被应用于根据本公开实施例所述的电池组的电池模块的立体图。
32.图6是示出被应用于根据本公开实施例所述的电池组的电池模块的内部结构的视图。
33.图7到图11是示出被应用于本公开所述的冷却剂管的详细构造的视图。
34.图12是示出被应用于根据本公开实施例所述的电池组的膨胀垫的视图。
35.图13是示出根据本公开另一实施例所述的电池组的视图，阀被应用于该实施例。
36.图14是示出根据本公开又一个实施例的电池组的视图，该实施例所述电池组中采用了通过热量而被打开的屏障件。
具体实施方式
37.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，应该理解，在说明书和所附权利要求中使用的术语不应该被理解为限于一般的和字典的含义，而是在允许本发明人为了最佳解释而适当地定义术语的原则的基础上，基于对应于本公开的技术方面的含义和概念来解释。因此，本文中提出的描述只是仅为了说明目的的优选示例，而非旨在限制本公开的范围，从而应该理解，在不偏离本公开的范围的情况下，能够对其做出其他等同和修改。
38.参考图1，根据本公开实施例所述的能量存储系统(ess)包括多个根据本公开实施例的电池组100。
39.参考图1到图3，根据本公开实施例所述的电池组100包括电池组外罩110、电池模块120、水箱130、控制器140、冷却剂管150和传感器160。
40.所述电池组外罩110是限定所述电池组100的外观的大致矩形的框架，并且其中形成有空间，使得多个电池模块120、水箱130、控制器140、冷却剂管150和传感器160可以被安设在该空间中。
41.所述电池模块120被设置成多个，并且多个所述电池模块120被竖直堆叠在所述电池组外罩110中，以形成单个电池模块堆。稍后将参考图4到图6详细描述所述电池模块120的具体结构。
42.所述水箱130被设置在所述电池组外罩110的内部，并且存储冷却剂，当在所述电池模块120处发生热失控现象时，所述冷却剂将被供应到所述电池模块120。所述水箱130可以被置放在所述电池模块堆的上方，以快速且顺畅地供应冷却剂。在此情形中，即使不使用单独的冷却剂泵，通过冷却剂的自由降落和水压力，冷却剂也可以被快速地供应到所述电池模块120。当然，还可以将单独的冷却剂泵应用于所述水箱130，以更快速且顺畅地供应冷却剂。在此情形中，如果所述冷却剂泵具有足够的压力，则所述水箱130可以被置放在与所述电池模块堆相同的高度处或者较低的位置处。
43.所述控制器140可以被连接到所述传感器160和水箱130，并且根据所述传感器160的感测信号而输出打开所述水箱130的控制信号和/或操作所述冷却剂泵的控制信号。另外，除了上述功能，所述控制器140可以另外执行作为电池管理系统(bms)的功能，该电池管理系统(bms)被连接到每个电池模块120，以管理每个电池模块120的充电和放电。
44.当由于多个电池模块120中的至少一个电池模块中发生热失控现象而在所述电池组100的内部检测到气体或者检测到高于参考值的温度升高情况时，所述控制器140输出控制信号，以打开所述水箱130，并且相应地允许冷却剂被供应到所述电池模块120。
45.如果根据所述控制器140的控制信号而打开所述水箱130，则将冷却剂从位于上部处的电池模块120顺序地供应到位于下部处的电池模块120。因此熄灭所述电池模块120中的火焰，并且还对所述电池模块120进行冷却，由此防止热失控现象蔓延到整个电池组100。
46.所述冷却剂管150将所述水箱130和电池模块120彼此连接，并且用作用于将从所述水箱130供应的冷却剂输送到所述电池模块120的通道。为了执行该功能，所述冷却剂管150的一端被连接到所述水箱130，并且所述冷却剂管150的另一端以所述电池模块120的数目分支，并且被分别连接到多个电池模块120。稍后将参考图7到图11描述所述冷却剂管150的详细结构。
47.如果如上所述地在多个电池模块120的至少一部分中发生热失控现象，则所述传感器160检测到温度升高和/或气体喷射，并且将检测信号传输到所述控制器140。为了执行该功能，所述传感器160可以是温度传感器或者气体检测传感器，或者是温度传感器和气体检测传感器的组合。
48.所述传感器160被安设在所述电池组外罩110的内部，以检测所述电池组100内部的温度升高或者气体产生。所述传感器160可以被附接到多个电池模块120中的每个电池模块的内侧或外侧，以快速地感测所述电池模块120的温度和/或从所述电池模块120产生的气体。
49.接下来，将参考图4以及图6到图12更详细地描述被应用于根据本公开实施例所述的电池组100的电池模块120。
50.参考图4以及图6到图12，所述电池模块120可以被实施为包括多个电池单体121、汇流条框架122、模块外罩123、空气进口124和空气出口125。另外，参考图12，根据本公开实施例所述的电池模块120可以进一步包括膨胀垫126。
51.所述电池单体121被设置成多个，并且所述多个电池单体121被堆叠以形成一个电池单体堆。作为所述电池单体121，例如，可以应用袋型电池单体。所述电池单体121包括分别在该电池单体121的纵向方向上的两侧处拉出的一对电极引线121a。
52.所述汇流条框架122被成对地设置，并且所述成对的汇流条框架122覆盖所述电池单体堆的宽度方向上的一侧和另一侧。所述电池单体121的电极引线121a被拉出穿过形成在所述汇流条框架122处的狭缝，并且被弯曲并通过焊接等被固定到所述汇流条框架122上。即，所述多个电池单体121可以由所述汇流条框架122电连接。
53.所述模块外罩123具有大致长方体形状，并且在该模块外罩123中容纳所述电池单体堆。所述空气进口124和空气出口125被形成在所述模块外罩123的纵向方向上的一侧和另一侧处。
54.所述空气进口124被形成在所述电池单体堆的堆叠方向上的一侧处，即所述电池
模块120的纵向方向上的一侧处，并且具有穿过所述模块外罩123而形成的孔形。所述空气出口125被形成在所述电池单体堆的堆叠方向上的另一侧处，即所述电池模块120的纵向方向上的另一侧处，并且具有穿过所述模块外罩123而形成的孔形。
55.所述空气进口124和空气出口125位于沿着所述电池模块120的纵向方向的斜对角相反侧处。
56.同时，在所述汇流条框架122和模块外罩123之间形成有中空空间。即，在所述模块外罩123的六个外表面中的面对所述电池单体121的纵向方向上的一侧和另一侧的一个外表面与所述汇流条框架122之间形成有所述中空空间，用于冷却所述电池单体121的空气在所述中空空间中流动。该中空空间被形成在所述电池模块120的宽度方向上的两侧中的每一侧处。
57.所述空气进口124被形成在如下位置处：其与形成在所述电池模块120的宽度方向上的一侧处的中空空间相对应，并且所述空气出口125被形成在如下位置处：其与形成在所述电池模块120的宽度方向上的另一侧处的中空空间相对应。
58.在所述电池模块120中，通过所述空气进口124引入其中的空气从形成在所述电池模块120的宽度方向上的一侧处的中空空间移动到形成在所述电池模块120的宽度方向上的另一侧处的中空空间，同时冷却所述电池单体121，然后通过所述空气出口125离开。即，所述电池模块120对应于空气冷却式电池模块。
59.参考图12，膨胀垫126被置放在所述空气进口124和空气出口125的内部，并且具有比所述空气进口124和空气出口125的开口面积小的尺寸。所述膨胀垫126优选地具有与所述空气进口124和空气出口125的开口面积相比小了约30％的尺寸，使得当所述电池模块120正常使用时，空气可以顺畅地流动通过所述空气进口124和空气出口125。
60.所述膨胀垫126通过接触被引入所述电池模块120中的冷却剂而膨胀，以关闭所述空气进口124和空气出口125。所述膨胀垫126包含当吸收潮气时表现出非常大的膨胀率的树脂，例如当被提供足够量的潮气时、与初始体积相比体积以至少大约两倍或更多倍增加的树脂。作为用于所述膨胀垫126的树脂，例如聚酯短纤维。
61.通过应用所述膨胀垫126，当在至少一些电池模块120中发生热失控现象因此冷却剂被引入所述电池模块120中时，所述空气进口124和空气出口125被关闭。如果所述空气进口124和空气出口125如上所述地被关闭，则引入所述电池模块120中的冷却剂不会泄漏到外部，而是被保留在所述电池模块120的内部，由此快速解决在所述电池模块120中发生的热失控现象。
62.接下来，将随同图2和图6一起参考图7到图11来更详细地描述被应用于根据本公开实施例所述的电池组100的冷却剂管150。
63.随同图2和图6一起参考图7到图11，所述冷却剂管150包括主管151、多个供应管152和旁通管153。另外，所述冷却剂管150可以另外地进一步包括至少一个副旁通管154。
64.所述主管151被直接连接到所述水箱130。所述主管151具有沿着所述电池模块堆的堆叠方向从所述水箱130向下延伸的形状。
65.所述多个供应管152从所述主管151分支，以将所述电池模块120彼此连接。所述供应管152以与所述电池模块120的数目相同的数目被设置。所述供应管152从所述电池单体堆的堆叠方向上的一侧或另一侧穿过所述模块外罩123，并且与形成在所述汇流条框架122
和模块外罩123之间的中空空间连通。即，在所述模块外罩123的六个表面中，所述供应管152可以插入穿过与形成有所述空气进口124的表面或者形成有所述空气出口125的表面相同的表面。
66.因此，如图4和图5所示，通过所述供应管152引入所述电池模块120中的冷却剂从形成在所述电池模块120的宽度方向上的一侧处的中空空间流动到形成在所述电池模块120的宽度方向上的另一侧处的中空空间，并且填充所述电池模块120的内部。
67.所述旁通管153被连接到主管151。所述旁通管153将所述主管151的一个纵向侧和另一个纵向侧连接。即，所述旁通管153和所述主管151在两点处连接。第一连接点位于沿着所述电池模块堆的堆叠方向位于顶端处的供应管152的上方，第二连接点位于沿着所述电池模块堆的堆叠方向位于底端处的供应管152的下方。由于所述旁通管153，根据本公开的电池组100可以同时从所述电池模块堆的上部和下部处供应冷却剂，由此使得供应到多个电池模块120的冷却剂量的偏差最小化。
68.同时，所述副旁通管154在所述旁通管153的两端之间将所述旁通管153和所述主管151连接。当所述多个供应管152沿着从上到下的方向分成多个供应管组并且每组包括至少两个供应管152时，所述副旁通管154可以被分别地连接在相邻的供应管组之间。
69.参考图8，其示出了如下情形：通过沿着从上到下的方向将六个供应管152分成一个供应管组，从而形成两个供应管组，并且所述副旁通管154被连接在这两个供应管组之间。
70.参考图9，其示出了如下情形：通过沿着从上到下的方向将四个供应管152分组成一个供应管组，从而形成三个供应管组，并且所述副旁通管154被分别连接在相邻的供应管组。
71.参考图10，其示出了如下情形：通过沿着从上到下的方向将三个供应管152分组成一个供应管组，从而形成四个供应管组，并且所述副旁通管154被分别连接在相邻的供应管组之间。
72.参考图11，其示出了如下情形：通过沿着从上到下的方向将两个供应管152分组成一个供应管组，从而形成六个供应管组，并且所述副旁通管154被分别连接在相邻的供应管组之间。
73.图8到图11中所示的示例仅示出每个供应管组由相同数目的供应管152形成的情形，但是本公开不限于此，不同的供应管组具有不同数目的供应管152的情形也落入本公开的范围内。
74.接下来，将参考图13描述根据本公开另一实施例所述的电池组。
75.根据本公开另一实施例所述的电池组与上文描述的根据本公开实施例所述的电池组100的不同之处仅在于阀170被安设在所述供应管152的内部，其他部件大致相同。
76.因此，将基于所述阀170来描述根据本公开另一实施例所述的电池组，并且将不详细地描述与先前实施例相同的特征。
77.所述阀170以与所述多个电池模块120一样多的数目被设置成多个，并且所述阀170被分别安设成与多个电池模块120相邻，以单独地允许或阻挡流入所述多个电池模块120中的冷却剂的流动。
78.如上所述地，为了独立地操作多个阀170，可以为每个电池模块120设置至少一个
传感器160。因此，如果为每个电池模块120设置传感器160，则能够仅将冷却剂输入发生热失控现象的某些电池模块120。
79.即，如果所述控制器140从某些传感器160接收到检测信号，则所述控制器140确定热失控现象发生在附接有发送检测信号的传感器160的电池模块120中，并且打开多个阀170中的与发生热失控现象的电池模块120相邻地安设的阀170，使得冷却剂可以被放入该电池模块120。
80.接下来，将随同图6一起参考图14描述根据本公开又一实施例所述的电池组。
81.根据本公开又一实施例所述的电池组与上文描述的根据本公开另一实施例所述的电池组100的不同之处在于，作为所述阀170的替代，屏障件180被安设在所述供应管152中，其他部件大致相同。
82.因此，在描述根据本公开又一实施例的电池组时，将详细描述所述屏障件180，将不详细地描述与先前实施例大致相同的其他部件。
83.所述屏障件180被安设在所述多个供应管152中的每个供应管的内部，并且在所述电池组100和ess的正常使用期间阻止冷却剂被供应到所述电池模块120。当所述电池模块120的温度升高并且超过参考温度时，所述屏障件180发生破裂，使得冷却剂可以通过所述供应管152被供应到所述电池模块120中。
84.所述屏障件180可以由树脂膜制成，并且可以考虑所述电池模块120中所包括的电池单体121的容量和数目来确定所述屏障件180的厚度和具体材料。
85.如上所述，通过当在所述电池模块120中发生热失控现象时将冷却剂放入所述电池模块120中，根据本公开的电池组可以防止热失控现象蔓延到相邻电池模块120。特别地，通过应用所述旁通管153，当在多个电池模块120中发生热失控现象时，根据本公开的电池组可以将冷却剂均匀地供应到每个电池模块120，这允许不减弱相对远离所述水箱130的电池模块120的冷却。另外，因为根据本公开所述的电池组具有这样的结构：当冷却剂流入被空气冷却的电池模块120中时，所述空气进口124和空气出口125可以被关闭，使得冷却剂可以被填充在该电池模块120中，所以能够更有效地防止热失控现象蔓延。
86.已经详细描述了本公开。然而，应该理解，详细描述和具体示例虽然指示了本公开的优选实施例时，但仅以说明方式给出，因为根据该详细描述，对于本领域技术人员而言，在本公开的范围内的各种改变和修改将变得显而易见。