电池模组、电池包、电动车辆和用于组装电池模组的方法技术

本公开涉及一种电池模组、一种电池包、一种电动车辆以及一种用于电池模组的组装的方法。电池模组包括多个第一电池单元组和多个第二电池单元组；其中第一电池单元组中的至少一个与第二电池单元组中的至少一个相邻布置；其中每个第一电池单元组和每个第二电池单元组包括多个堆叠的棱柱形电池单元；其中第一电池单元组和第二电池单元组交替地堆叠；以及其中第一电池单元组的电池单元与第二电池单元组的电池单元正交地取向。的电池单元正交地取向。的电池单元正交地取向。

【技术实现步骤摘要】
电池模组、电池包、电动车辆和用于组装电池模组的方法


[0001]本公开涉及用于电动车辆的电池模组。本公开还涉及包括电池模组的电池包、包括电池包的电动车辆和用于组装电池模组的方法。

技术介绍

[0002]近年来，已经开发了使用电力作为动力源的用于运输货物和人员的车辆。这样的电动车辆是由电动马达使用储存在可再充电电池中的能量驱动的汽车。电动车辆可以单独地由电池供电，或者可以是由例如汽油发电机或氢燃料动力电池供电的混合动力车辆的形式。此外，车辆可以包括电动马达和传统内燃机的组合。一般地，电动车辆电池(EVB)或牵引电池是用于为电池电动车辆(BEV)的驱动提供动力的电池。电动车辆电池不同于启动电池、照明电池和点火电池，因为它们被设计为在持续的时间段内供电。可再充电电池或二次电池与一次电池的不同之处在于，它能够反复地充电和放电，而一次电池仅提供化学能到电能的不可逆转换。低容量可再充电电池用作用于小型电子设备(诸如移动电话、笔记本计算机和摄像机)的电源，而高容量可再充电电池用作用于电动车辆和混合动力车辆等的电源。
[0003]可再充电电池可以用作由串联和/或并联联接的多个单位电池单元形成的电池模组从而提供高能量含量，特别是为混合动力车辆的马达驱动提供高能量含量。也就是，取决于所需的电量并为了实现高功率可再充电电池，通过互连多个单位电池单元的电极端子形成电池模组。
[0004]电池模组可以以块设计或模组化设计来构造。在块设计中，每个电池联接到公共集流器结构和公共电池管理系统，并且其单位可以布置在壳体中。在模组化设计中，多个电池单元连接以形成子模组，并且若干子模组连接以形成电池模组。在汽车应用中，电池系统通常由串联连接的多个电池模组组成，以用于提供期望的电压，或替代地，单元直接堆叠到壳体中而没有中间模组结构。电池模组可以包括具有多个堆叠的电池单元的子模组，每个堆叠包括并联连接已串联连接的单元(XpYs)或串联连接已并联连接的单元(XsYp)。其中，术语“堆叠”意味着相同或相似形状的电池单元以特定顺序接触。典型地，堆叠可以由多个棱柱形电池单元(即，具有彼此垂直的三个表面的电池单元)形成。其中，堆叠通过将电池单元的一个表面重复地布置为与邻近的电池单元的表面接触或热接触但通过间隔物与其分开而形成。
[0005]电池包是任何数量的(优选地，相同的)电池模组的集合。它们可以串联、并联或两者混合地配置以提供期望的电压、容量或功率。电池包的部件包括各个电池模组和在它们之间提供导电性的互连。
[0006]电池模组的机械集成需要在各个部件之间(例如在电池单元之间)的适当机械连接。在电池系统的平均使用寿命期间，这些连接必须起作用(特别是在热传导方面)并且是安全的。此外，必须满足安装空间和可互换性要求，尤其是在移动应用中。
[0007]单元部件的放热分解可能导致所谓的热失控。一般地，热失控描述了因升高的温度而加速、进而释放出使温度进一步升高的能量的过程。热失控发生在温度的升高以导致
温度进一步升高的方式改变条件的情况下，常常导致破坏性结果。在可再充电电池系统中，热失控与因温度升高而加速的强烈放热反应相关联。这些放热反应可以包括在电池包壳体内可燃气体组合物的燃烧。例如，当单元加热到高于临界温度(典型地高于150℃)时，它可能转变为热失控。初始加热可能由局部故障(诸如单元内部短路、来自缺陷电接触的加热、与邻近单元的短路)引起。在热失控期间，故障的电池单元(即，具有局部故障的电池单元)可能达到超过700℃的温度。此外，大量的热气体从故障的电池单元内部通过单元壳体的排气口喷入电池包中。排出的气体的主要成分是H2、CO2、CO、电解质蒸气和其它碳氢化合物。因此，排出的气体是可燃的并且可能是有毒的。排出的气体还导致在电池包内部的气压升高。
[0008]根据现有技术，用于棱柱形单元到电池包的两种典型类型的单元集成构思是：具有模组结构和以单元到包的方式。后者可以避免额外的接口，因此避免额外的成本。在这些布置的任一个中，所有的电池单元典型地以相同的方式取向。然而，单元的高能量密度、电池包内单元的高包装密度以及单元之间相对良好的热接触导致在至少一个单元热失控的情况下增加的安全问题。当电池单元进入例如由超温、过充电、内部或外部短路触发的热失控时，其储存的电能和化学能将在突然的化学反应中释放。取决于能量密度(例如，见Golubkov et al.,RSC Adv.,2015,5,57171
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57186,https://doi.org/10.1039/C5RA05897J中的表2)，这导致热失控中电池单元的升温高达1000℃或更高。通过1kg左右的典型电池单元质量和大致1kJ/K的热容量，从0℃到1000℃的升温对应于1MJ的能量。在如图3所示的传统布置中，典型地，电池单元将主要地将热传递给它的两个最近的邻居，即电池单元组内通过电池单元的纵向侧表面(在其x方向上，见图2)接触的两个电池单元。假设所有其它表面处于绝热条件(如果其它表面有良好的隔热，则这是较好的近似)，每个相邻的电池单元获得释放能量的一半(500kJ)，因此升温500℃，这足以触发热失控(这发生在150
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170℃)。传播继续，直到单元堆叠和/或电池模组中的所有电池单元已经进入热失控。现有技术旨在通过例如电池单元的隔室化来避免热失控传播。然而，隔室化是昂贵的并且占用大量空间。
[0009]CN105261807A公开了一种电动车辆动力电池，其包括箱体，箱体提供有将箱体的内腔划分为多个电池安装腔室的分隔件。电池单元组安装在安装腔室中，其中容纳在一个安装腔室中的电池单元与容纳在其余安装腔室中的电池单元正交布置，即多个电池单元组相同地堆叠，并且单个电池单元组不同地堆叠。与CN105261807A相比，热失控的防止可以得到改善。

技术实现思路

[0010]本专利技术由权利要求限定。以下描述受制于该限制。位于所述权利要求的范围之外的任何公开内容仅旨在用于说明性目的和比较目的。
[0011]根据本公开的一个方面，提供了一种电池模组，包括多个第一电池单元组和多个第二电池单元组；其中第一电池单元组中的至少一个与第二电池单元组中的至少一个相邻布置；其中每个第一电池单元组和每个第二电池单元组包括多个堆叠的棱柱形电池单元；其中第一电池单元组和第二电池单元组交替地堆叠；以及其中第一电池单元组的电池单元与第二电池单元组的电池单元正交地取向。
[0012]根据本公开的另一方面，提供了一种电池包，包括至少一个根据本公开的方面的
电池模组。
[0013]本公开的另一方面涉及一种电动车辆，包括至少一个根据本公开的方面的电池模组和/或至少一个根据本公开的方面的电池包。
[0014]本公开的又一方面涉及一种用于组装根据本公开的方面的电池模组的方法，其中方法包括以下步骤：a)提供多个第一电池单元组和多个第二电池单元组，b)将第一电池单元组中的至少一个与第二电池单元组中的至少一个相邻布置，使得第一电池单元组和第二电池单元组交替地堆叠。...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种电池模组(12)，包括多个第一电池单元组(15、15.1、15.2)和多个第二电池单元组(16、16.1、16.2)；其中所述第一电池单元组(15、15.1、15.2)中的至少一个与所述第二电池单元组(16、16.1、16.2)中的至少一个相邻布置；其中每个所述第一电池单元组(15、15.1、15.2)和每个所述第二电池单元组(16、16.1、16.2)包括多个堆叠的棱柱形电池单元(20、20.1、20.2、20.3、20.4、20.5、20.6、20.7)；其中所述第一电池单元组(15、15.1、15.2)和第二电池单元组(16、16.1、16.2)交替地堆叠；以及其中所述第一电池单元组(15、15.1、15.2)的所述电池单元(20、20.1、20.2、20.3、20.4、20.5、20.6、20.7)与所述第二电池单元组(16、16.1、16.2)的所述电池单元(20、20.1、20.2、20.3、20.4、20.5、20.6、20.7)正交地取向。2.根据权利要求1所述的电池模组(12)，其中邻近的第一电池单元组(15、15.1、15.2)和第二电池单元组(16、16.1、16.2)交替地堆叠。3.根据权利要求1所述的电池模组(12)，其中所述第一电池单元组(15、15.1、15.2)中的至少一个包括所述第一电池单元组(15、15.1、15.2)中的至少另一个作为次最近的邻居，其中所述第一电池单元组(15、15.1、15.2)和次最近的邻近的第一电池单元组(15、15.1、15.2)以相同的方式堆叠。4.根据权利要求1或权利要求2所述的电池模组(12)，其中所述第一电池单元组(15、15.1、15.2)和所述第二电池单元组(16、16.1、16.2)布置在二维格子上，其中所述格子包括布置成至少两行和至少两列的格子位点，其中所述第一电池单元组(15、15.1、15.2)中的一个或所述第二电池单元组(16、16.1、16.2)中的一个布置在每个格子位点上。5.根据前述权利要求中任一项所述的电池模组(12)，其中所述电池模组(12)包括布置在所述第一电池单元组(15、15.1、15.2)和所述第二电池单元组(16、16.1、16.2)之间的隔热间隔物。6.根据前述权利要求中任一项所述的电池模组(12)，其中所述第一电池单元组(15、15.1、15.2)和所述第二电池单元组(16、16.1、16.2)布置为使得所述第一电池单元组(15、15.1、15.2)的一个电池单元(20、20.1、20.2、20.3、20.4、20.5、20.6、20.7)布置为接触邻近的第二电池单元组(16、16.1、16.2)的多个或每个所述单元(20、20.1、20.2、20.3、20.4、20.5、20.6、20.7)。7.根据权利要求6所述的电池模组(12)，其中每个所述电池单元(20、20.1、20.2、20.3、20.4、20.5、20.6、20.7)具有窄侧表面(32、32.1、32.2、32.3、32.4、32.5、32.6、32.7)和纵向侧表面(31)；以及所述第一电池单元组(15、15.1、15.2)和所述第二电池单元组(16、16.1、16.2)布置为使得所述第一电池单元组(15、15.1、15.2)的一个电池单元(20、20....

【专利技术属性】
技术研发人员：G克拉伯格，
申请(专利权)人：三星SDI株式会社，
类型：发明
国别省市：