安全性提高的电池模块和含有所述电池模块的中型或大型电池组制造技术

本发明专利技术公开了一种高功率、大容量电池模块，其包含相互串联连接的多个电池单元或单位模块，从而可将所述电池单元或所述单位模块进行堆叠并相互紧密接触或彼此相邻，其中将所述电池模块进行固定，使得即使在对所述电池单元或所述单位模块进行充电和放电的时候所述电池单元或所述单位模块的体积发生变化时，所述电池单元或所述单位模块仍保持所述堆叠状态，且在所述电池单元或所述单位模块体积膨胀的情况下，所述电池单元之间或所述单位模块之间的电极终端连接区域的一部分弱，使得因所述电池单元胀大而引起的膨胀应力集中在所述电极终端连接区域上，由此在所述胀大超过预定值时，所述电极终端连接区域断裂，并因此在所述电极终端连接区域处发生电断开。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及安全性提高的电池模块，更具体地，涉及高功率、大容量的电池模块， 所述电池模块包括相互串联的多个电池单元或单位模块，使得所述电池单元或单位模块在 堆叠的同时彼此紧密接触或彼此相邻，其中将所述电池模块固定，使得即使在所述电池单 元或单位模块在充电和放电时所述电池单元或单位模块的体积发生变化时，所述电池单元 或单位模块仍保持堆叠状态，并且在所述电池单元之间或所述单位模块之间电极终端连接 区域的一部分相对于电池单元或单位模块的体积膨胀而言较弱，使得因电池单元胀大而产 生的膨胀应力集中在电极终端连接区域上，由此在胀大超过预定值时，电极终端连接区域 断裂，因此在电极终端连接区域处发生电断开。
技术介绍
随着移动装置的日益发展和对这种移动装置需求的增加，对作为移动装置电源的 二次电池的需求也急剧增加。其中，关于具有高能量密度和高放电电压的锂二次电池，已经 对其进行了大量研究，且其现在已经商业化并且广泛使用。作为动力驱动装置如电动自行车(E-自行车)、电动车辆(EV)或混合电动车辆 (HEV)的能源、以及移动无线电子装置如移动电话、数字照相机、个人数字助理(PDA)和膝 上型电脑的能源，二次电池已经引起了极大关注。其中包装了电池单元的小型电池组用于小型装置，如移动电话和数字照相机。另 一方面，其中包装了电池组、而该电池组包括彼此并联和/或串联连接的两个或多个电池 单元(下文中有时称作“多单元”)的中型或大型电池组用于中型或大型装置，如膝上型电 脑和电动车辆。如前所述，锂二次电池展现出优异的电力性能；然而，锂二次电池的安全性差。例 如，当锂二次电池发生反常操作如过充、过放、暴露于高温下、以及电短路时，作为电池组分 的活性材料和电解质会发生分解，导致产生热和气体，且由所产生的热和气体造成的高温 和高压条件会加速上述分解。最终，可能发生燃烧或爆炸。鉴于此，锂二次电池设有安全系统，如用于在电池过充、过放、或过电流期间中断 电流的保护电路；在电池温度升高时电阻急剧增大从而中断电流的正温度系数(PTC)元 件；和在压力因产生的气体而升高时将电流中断或排出气体的安全排气口。例如，在小型圆 柱形二次电池的情况中，通常将PTC元件和安全排气口布置在具有阴极/隔膜/阳极结构 的电极组件(发电元件)顶部，所述电极组件安装在圆柱形壳内。另一方面，在棱柱形或袋 形小型二次电池的情况中，通常将保护电路模块和PTC元件安装在棱柱形壳或袋形壳的上 端，发电元件以密封状态安装在其中。对于具有多单元结构的中型或大型电池组，锂二次电池的安全相关问题要更加严 重。由于在多单元结构的电池组中使用多个电池单元，因此一部分电池单元的反常运行会 引起其他电池单元的反常运行，导致可能发生燃烧或爆炸，从而可能造成大型事故。鉴于 此，中型或大型电池组设有安全系统如保险丝、双金属和电池管理系统(BMS)，以用于保护电池单元免于过充、过放和过电流。然而，由于锂二次电池是连续使用的，即由于锂二次电池要连续进行充电和放电， 因此，发电元件和电连接构件逐渐退化。例如，发电元件退化导致电极材料和电解质分解， 从而产生气体。因此，电池单元(圆柱形、棱柱形或袋形壳)逐渐胀大。在锂二次电池的正 常状态下，安全系统即BMS对过放、过充和过电流进行检测，并控制/保护电池组。然而，在 锂二次电池的反常状态下，当BMS不发挥作用时，增大了危险的可能性，并难以控制电池组 以确保所述电池组的安全。通常将中型或大型电池组构造成将多个电池单元牢固安装在预 定壳中的结构。结果，各个胀大的电池单元，进一步在限制性外壳中承压，因此，在电池组的 反常运行条件下，极大地增加了燃烧或爆炸的可能性。考虑到这种情况，附图说明图1为典型显示常规中型或大型电池组的电路图。参考图1，常 规的中型或大型电池组900包括由多个电池单元构成的电池模块组件500、用于检测和控 制电池模块组件500运行的BMS600、以及根据BMS 600的操作命令而使得电池模块组件 500与外部输入和输出电路(变换器)800相互连接或使得电池模块组件500与外部输入和 输出电路800相互断开的电源开关装置(继电器)700。所述BMS 600将电源开关装置700在电池模块组件500的正常运行条件下保持为 开的状态。当检测到电池模块组件500反常时，BMS600将电源开关装置700转换成关闭状 态，使得电池模块组件500的充电和放电操作中断。另一方面，当BMS反常运行或不运行时， BMS不进行控制，因此，电源开关装置700保持为开的状态。结果，即使电池模块组件500处 于正常操作条件下，所述电池模块组件500仍继续进行充电和放电操作。因此，迫切需要一种既能够从根本上确保中型或大型电池组的安全性，又能解决 上述问题的技术。专利技术概述因此，为了解决上述问题和尚未解决的其他技术问题，而完成了本专利技术。作为为了解决上述问题而进行的各种细致而广泛的研究和实验的结果，本专利技术的 专利技术人已经发现，在电池模块构造成在因电池单元胀大而引起的电池单元体积膨胀的情况 下电池单元之间的电极终端连接区域的一部分较弱的结构的情况中，因电池单元胀大而引 起的膨胀应力集中在弱区域上，当因电池模块的反常操作如过充、过放或过电流、或因长时 间对电池单元进行充电和放电造成电池单元劣化而使得电池单元胀大时，导致电极终端连 接区域断裂，因而在电极终端连接区域处发生电断开，从而确保电池模块的安全性达到期 望的水平。因此，本专利技术的目的是提供一种特定结构的电池模块以提高安全性、以及包括所 述电池模块的中型或大型电池组。根据本专利技术的一个方面，通过提供高功率、大容量的电池模块能够实现上述和其 它目标，所述电池模块包括相互串联的多个电池单元或单位模块，使得所述电池单元或单 位模块堆叠且相互紧密接触或相互相邻，其中所述电池模块被固定，使得即使在对电池单 元或单位模块充电和放电时候电池单元或单位模块的体积变化时，仍保持所述电池单元或 单位模块的堆叠状态，并且在电池单元或单位模块体积膨胀的情况下，电池单元之间或单 位模块之间电极终端连接区域的一部分较弱，使得因电池单元胀大而引起的膨胀应力集中 在该电极终端连接区域上，因此当胀大超过预定值时，电极终端连接区域断裂，因而在电极终端连接区域处发生电断开。在构造成电池单元或单位模块堆叠的结构的电池模块中，如前所述，因为电池模 块的反常操作如过充、过放或过电流、或者因电池单元长时间充电和放电而引起的电池单 元劣化而造成的电池单元胀大，使得电池单元膨胀，且电池单元的膨胀造成电池模块燃烧 和爆炸。鉴于此，本专利技术的电池模块被构造成在电池单元胀大时电池单元体积膨胀的情况 下，电池单元之间或单位模块之间的电极终端连接区域弱的结构。因此，当胀大超过预定值 如极限值时，膨胀应力集中在电极终端连接区域上，由此电极终端连接区域发生物理变形 如断裂。通过电极终端连接区域的断裂，电极模块的电连接中断，因此充电和放电操作停 止，从而限制了电池单元或单位模块的进一步胀大。因此，阻止了电池模块的燃烧或爆炸， 由此大大提高了电池模块的安全性。在示例性实施方案中，构成本专利技术电池模块的电池单元或单位模块被壳覆盖，并 在与电极终端连接区域相对应的壳的预定区域处形成部分开口或槽口，所述本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高功率、大容量电池模块，其包含相互串联连接的多个电池单元或单位模块，从而将所述电池单元或所述单位模块进行堆叠并相互紧密接触或彼此相邻，其中将所述电池模块进行固定，使得即使在对所述电池单元或所述单位模块进行充电和放电的时候所述电池单元或所述单位模块的体积发生变化时，所述电池单元或所述单位模块仍保持所述堆叠状态，且在所述电池单元或所述单位模块体积膨胀的情况下，所述电池单元之间或所述单位模块之间的电极终端连接区域的一部分弱，使得因所述电池单元胀大而引起的膨胀应力集中在所述电极终端连接区域上，由此在所述胀大超过预定值时，所述电极终端连接区域断裂，并因此在所述电极终端连接区域处发生电断开。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】KR 2007-11-21 10-2007-0119071一种高功率、大容量电池模块，其包含相互串联连接的多个电池单元或单位模块，从而将所述电池单元或所述单位模块进行堆叠并相互紧密接触或彼此相邻，其中将所述电池模块进行固定，使得即使在对所述电池单元或所述单位模块进行充电和放电的时候所述电池单元或所述单位模块的体积发生变化时，所述电池单元或所述单位模块仍保持所述堆叠状态，且在所述电池单元或所述单位模块体积膨胀的情况下，所述电池单元之间或所述单位模块之间的电极终端连接区域的一部分弱，使得因所述电池单元胀大而引起的膨胀应力集中在所述电极终端连接区域上，由此在所述胀大超过预定值时，所述电极终端连接区域断裂，并因此在所述电极终端连接区域处发生电断开。2.如权利要求1所述的电池模块，其中所述电池单元或所述电池模块被壳覆盖，且在 与所述电极终端连接区域相对应的所述壳的预定区域处形成部分开口或槽口，当所述电池 单元的胀大过度时所述电极终端连接区域断裂。3.如权利要求2所述的电池模块，其中各个所述单位模块包括电池单元和一对高强度的单元盖，所述电池单元具有相互串联 连接的电极终端，并构造成其中所述电极终端之间的连接部分发生弯曲的堆叠结构，且所 述单元盖相互连接以覆盖所述电池单元除所述电极终端之外的外表面，且在与所述电极终端连接区域相邻的至少一个所述单元盖的预定区域处形成切去部分 或槽口部分，所述切去部分或槽口部分构造成在所述电池单元发生胀大时用于诱发所述电 池单元局部变形的形状。4.如权利要求3所述的电池模块，其中在所述最外面单位模块的单元盖处形成所述切 去部分或所述槽口部分。5.如权利要求3所述的电池模块，其中设定所述切去部分或所述槽口部分的尺寸，使 得所述电池单元的胀大导致所述电池单元的体积增加至等于各个电池单元厚度的1. 5 5 倍时，所述电极终端连接区域断裂。6.一种中型或大型电池组，包括 权利要求1的至少一种电池模块；用于检测和控制所述至少一种电池模块运行的电池管理系统(BMS)；和 在所述至少一种电池模块与外部输入和输出电路之间布置的电源开关装置，用于根据 来自BMS的运行命令使得所述至少一种电池模块与所述外部输入和输出电路相互连接或 使得所述至少一种电池模块与所述外部输入和输出电路相互断开，其中在所述至少一种电池模块和所述电源开关装置之间的连接在反常运行条件下不依赖 于BMS进行中断。7.如权利...

【专利技术属性】
技术研发人员：尹熙琇，姜达模，李汉浩，金智浩，尹种文，朴慧雄，全浩辰，李珍圭，朴成焌，崔大植，李汎炫，
申请(专利权)人：株式会社LG化学，
类型：发明
国别省市：KR[韩国]