ES3064683T3 - Battery module, and battery pack and energy storage system including same - Google Patents
Battery module, and battery pack and energy storage system including sameInfo
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Abstract
Un módulo de batería de la presente invención comprende una sección de alojamiento en la que se aloja un conjunto de electrodos y una pila de celdas que incluye varias celdas de batería apiladas verticalmente y orientadas hacia la sección de alojamiento. Las celdas de batería incluyen una primera y una segunda sección de borde a lo largo de la dirección longitudinal, y una tercera y una cuarta sección de borde a lo largo de la dirección del ancho, alrededor de la sección de alojamiento. En esta sección, las celdas de batería incluyen una sección de sellado en la primera sección de borde, y la segunda sección de borde incluye una sección de sellado o una sección sin sellar. La primera y la segunda sección de borde se colocan alternativamente a lo largo de la dirección vertical en ambos lados de la pila de celdas. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)A battery module of the present invention comprises a housing section in which an electrode assembly is housed, and a cell stack comprising several battery cells stacked vertically and oriented toward the housing section. The battery cells include first and second edge sections along the longitudinal direction, and third and fourth edge sections along the width direction, surrounding the housing section. In this section, the battery cells include a sealing section in the first edge section, and the second edge section includes either a sealing section or an unsealed section. The first and second edge sections are alternately positioned along the vertical direction on both sides of the cell stack.
Description
[0001] DESCRIPCIÓN[0001] DESCRIPTION
[0002] Módulo de batería, paquete de baterías y sistema de almacenamiento de energía que incluye el mismoSector de la técnica[0002] Battery module, battery pack and energy storage system including the same. Technical Sector
[0003] La presente divulgación se refiere a un módulo de batería, y un paquete de baterías y un sistema de almacenamiento de energía (ESS) que incluye el mismo, y más específicamente, a un módulo de batería que impida la ignición, y un paquete de baterías y un ESS que lo incluya. La presente solicitud reivindica la prioridad sobre la solicitud de patente coreana n.º 10-2022-0130431 presentada el 12 de octubre de 2022 y la solicitud de patente coreana n.º 10-2023-0060685 presentada el 10 de mayo de 2023.[0003] This disclosure relates to a battery module, a battery pack, and an energy storage system (ESS) including the same, and more specifically to an ignition-preventing battery module, a battery pack, and an ESS including the same. This application claims priority over Korean patent application No. 10-2022-0130431 filed on October 12, 2022, and Korean patent application No. 10-2023-0060685 filed on May 10, 2023.
[0004] Antecedentes de la invención[0004] Background of the invention
[0005] A medida que aumenta significativamente el desarrollo tecnológico y la demanda de diversos dispositivos móviles, vehículos eléctricos, sistemas de almacenamiento de energía (ESS) y similares, el interés y la demanda de baterías secundarias como fuente de energía están en rápido crecimiento. Las baterías de níquel-cadmio o las baterías de níquel-hidrógeno se han utilizado ampliamente como baterías secundarias convencionales, pero recientemente, baterías secundarias de litio con ventajas de carga/descarga libre, una tasa de autodescarga muy baja y una alta densidad energética debido al escaso efecto memoria en comparación con las baterías secundarias de níquel, se utilizan mucho.[0005] As technological development and the demand for various mobile devices, electric vehicles, energy storage systems (ESS), and similar products increase significantly, interest in and demand for secondary batteries as a power source are rapidly growing. Nickel-cadmium or nickel-hydrogen batteries have been widely used as conventional secondary batteries, but recently, lithium-ion secondary batteries, with advantages such as free charging/discharging, a very low self-discharge rate, and high energy density due to a minimal memory effect compared to nickel-based secondary batteries, are being used extensively.
[0006] Las baterías secundarias de litio utilizan principalmente un óxido a base de litio y un material de carbono como material activo de electrodo positivo y material activo de electrodo negativo, respectivamente. Las baterías secundarias de litio incluyen un conjunto de electrodos en el que una placa de electrodo positivo y una placa de electrodo negativo, están recubiertas con el material activo de electrodo positivo y el material activo de electrodo negativo, respectivamente, están dispuestas con un separador entre los mismos y un material exterior que sella y aloja el conjunto de electrodos junto con un electrolito, es decir, una carcasa de batería.[0006] Lithium secondary batteries primarily use a lithium-based oxide and a carbon material as the positive and negative electrode active materials, respectively. Lithium secondary batteries include an electrode assembly in which a positive electrode plate and a negative electrode plate are coated with the positive and negative electrode active materials, respectively. These are arranged with a separator between them and an outer material that seals and houses the electrode assembly along with an electrolyte—that is, a battery casing.
[0007] En general, las baterías secundarias de litio pueden clasificarse en baterías secundarias tipo lata, en las que los conjuntos de electrodos están incrustados en una lata metálica, y baterías secundarias tipo bolsa, en las que los conjuntos de electrodos están incrustados en una bolsa de láminas laminadas de aluminio, en función de la forma del material exterior.[0007] In general, lithium secondary batteries can be classified into can-type secondary batteries, in which the electrode assemblies are embedded in a metal can, and bag-type secondary batteries, in which the electrode assemblies are embedded in a bag of laminated aluminum sheets, depending on the shape of the outer material.
[0008] Recientemente, los paquetes de baterías se han utilizado ampliamente para el accionamiento o el almacenamiento de energía en dispositivos medianos/grandes, como vehículos eléctricos y ESS. Un paquete de baterías incluye uno o más módulos de baterías y una unidad de control que controla la carga/descarga del paquete de baterías, dentro de una carcasa de paquete. Aquí, el módulo de batería está configurado para incluir una pluralidad de celdas de batería dentro de un alojamiento de módulo. Cada uno de los documentos US2012/196170 y KR 20220036171 divulga unos ejemplos de módulos de baterías. Es decir, en el caso de un paquete de baterías, una pluralidad de celdas de batería (baterías secundarias) se alojan dentro de un alojamiento de módulo para formar cada módulo de batería, y uno o más de estos módulos de batería se alojan dentro de la carcasa de paquete para formar un paquete de baterías. En particular, las baterías tipo bolsa presentan ventajas en varios aspectos, como la ligereza y la reducción del espacio muerto cuando se apilan, pero son problemáticas en el sentido de que son vulnerables a los impactos externos y algo inferiores en ensamblabilidad. Por lo tanto, es habitual que un paquete de baterías se fabrique modularizando en primer lugar una pluralidad de celdas de batería y alejándolas después dentro de una carcasa de paquete.[0008] Recently, battery packs have been widely used for power generation or energy storage in medium/large devices, such as electric vehicles and energy storage systems (ESS). A battery pack includes one or more battery modules and a control unit that manages the charging/discharging of the battery pack, all housed within a pack casing. Here, the battery module is configured to include a plurality of battery cells within a module housing. US2012/196170 and KR 20220036171 each disclose examples of battery modules. Specifically, in the case of a battery pack, a plurality of battery cells (secondary batteries) are housed within a module housing to form each battery module, and one or more of these battery modules are housed within the pack casing to form a battery pack. In particular, pouch batteries offer advantages in several aspects, such as their light weight and reduced dead space when stacked, but they are problematic in that they are vulnerable to external impacts and somewhat inferior in assembly. Therefore, it is common for a battery pack to be manufactured by first modularizing a plurality of battery cells and then separating them within a pack casing.
[0009] Aunque las baterías tipo bolsa tienen excelentes características eléctricas, una reacción de descomposición de materiales activos y electrolitos, que son componentes de la batería, se activan en condiciones anormales de funcionamiento, tal como una sobrecarga, sobredescarga, exposición a altas temperaturas y cortocircuitos eléctricos, generando así calor y gas, y como resultado, puede haber un problema de aparición del llamado fenómeno de hinchamiento que hace que la batería secundaria se expanda. El fenómeno de hinchamiento acelera esta reacción de descomposición, lo que puede provocar la explosión e ignición de la celda de batería debido a un fenómeno de fuga térmica.[0009] Although pouch batteries have excellent electrical characteristics, a decomposition reaction of active materials and electrolytes, which are battery components, is activated under abnormal operating conditions, such as overcharging, over-discharging, exposure to high temperatures, and electrical short circuits. This generates heat and gas, and as a result, a problem known as swelling may occur, causing the secondary battery to expand. The swelling phenomenon accelerates this decomposition reaction, which can lead to the explosion and ignition of the battery cell due to thermal runaway.
[0010] Es decir, una llamarada, que es una llama que sale de una parte débilmente sellada, una chispa, que es una partícula muy caliente emitida por la desintercalación del electrodo interno y la fusión del colector de corriente de aluminio, y el gas de ventilación de alta temperatura se generan en caso de fuga térmica de una celda de batería. En particular, no se quedan en ese lugar, sino que también se desplazan a los módulos circundantes, incluidas las celdas de batería localizadas en las proximidades, por lo que es muy probable que provoquen un accidente grave.[0010] In other words, a flare, which is a flame emanating from a weakly sealed area, a spark, which is a very hot particle emitted by the disintercalation of the internal electrode and the melting of the aluminum current collector, and high-temperature venting gas are generated in the event of a thermal runaway battery cell. These elements do not remain confined to that location but also spread to surrounding modules, including battery cells located nearby, making it highly likely that they will cause a serious accident.
[0011] En el campo actual de la supresión de la ignición de baterías, la tecnología de bloqueo de chispas y llamas con tabiques físicos ha sido dominante al tratar de que no haya ventilación direccional de las celdas de batería y direccionalidad de las llamas. Además, cambiar solo el método de bloqueo sin ajustar la disposición de la fuente de calor para resolver la ignición de la batería ha llegado al límite para resolver la propagación térmica cuando aumenta la densidad de energía.[0011] In the current field of battery ignition suppression, spark and flame blocking technology using physical baffles has been dominant in its attempts to prevent directional venting of battery cells and flame directionality. Furthermore, simply changing the blocking method without adjusting the heat source arrangement to resolve battery ignition has reached its limit in addressing thermal propagation as energy density increases.
[0012] Explicación de la invención[0012] Explanation of the invention
[0013] Problema técnico[0013] Technical Problem
[0014] La presente divulgación está diseñada para resolver los problemas de la técnica relacionada y, por lo tanto, la presente divulgación está dirigida a proporcionar un módulo de batería capaz de prevenir incendios de batería, especialmente los incendios explosivos acompañados de autoignición.[0014] The present disclosure is designed to solve problems in the related art and, therefore, the present disclosure is directed to provide a battery module capable of preventing battery fires, especially explosive fires accompanied by auto-ignition.
[0015] La presente divulgación también está dirigida a proporcionar un paquete de baterías y un ESS que tengan una seguridad mejorada al incluir dicho módulo de batería que evita la ignición.[0015] This disclosure is also intended to provide a battery pack and ESS that have enhanced safety by including such a battery module that prevents ignition.
[0016] Solución técnica[0016] Technical solution
[0017] Un módulo de batería para resolver el problema descrito anteriormente es como se define en la reivindicación 1, incluye una pila de celdas formada por el apilamiento de una pluralidad de celdas de batería que incluye una porción de recepción en la que se aloja un conjunto de electrodos, una primera porción de borde y una segunda porción de borde a lo largo de la dirección longitudinal alrededor de la porción de recepción, y una tercera porción de borde y una cuarta porción de borde a lo largo de la dirección de anchura, en dirección vertical con las porciones de recepción orientadas una hacia la otra, la celda de batería incluye una porción de resellado en la primera porción de borde, e incluye una porción de sellado o una porción sin sellar en la segunda porción de borde, y la primera porción de borde y la segunda porción de borde están colocadas alternativamente a lo largo de la dirección vertical a ambos lados de la pila de celdas. El módulo de batería de acuerdo con la invención incluye además un alojamiento de módulo que aloja la pila de celdas, el alojamiento de módulo incluye un par de placas laterales localizadas a ambos lados de la pila de celdas, y la placa lateral y la pila de celdas están separadas para formar una porción de espacio.[0017] A battery module for solving the problem described above is as defined in claim 1, comprising a cell stack formed by stacking a plurality of battery cells comprising a receiving portion housing an electrode assembly, a first edge portion and a second edge portion along the longitudinal direction around the receiving portion, and a third edge portion and a fourth edge portion along the width direction, vertically with the receiving portions facing each other, the battery cell comprising a resealing portion on the first edge portion, and comprising a sealing portion or an unsealed portion on the second edge portion, and the first edge portion and the second edge portion being alternately positioned along the vertical direction on both sides of the cell stack. The battery module according to the invention further includes a module housing that houses the cell stack, the module housing includes a pair of side plates located on both sides of the cell stack, and the side plate and cell stack are separated to form a portion of space.
[0018] Un módulo de batería puede incluir además una lámina de policarbonato (PC) y una lámina de mica entre el alojamiento de módulo y el lateral de la pila de celdas.[0018] A battery module may further include a polycarbonate (PC) sheet and a mica sheet between the module housing and the side of the cell stack.
[0019] Una primera porción de borde de aproximadamente la mitad de la pluralidad de celdas de batería puede estar orientada hacia una de las placas laterales, y una primera porción de borde de las celdas de batería restantes puede estar orientada hacia la otra de las placas laterales.[0019] A first edge portion of approximately half of the plurality of battery cells may be oriented towards one of the side plates, and a first edge portion of the remaining battery cells may be oriented towards the other of the side plates.
[0020] Un módulo de batería de acuerdo con otra realización de la presente divulgación puede incluir además un alojamiento de módulo que aloja la pila de celdas, el alojamiento de módulo puede incluir un par de placas laterales localizadas a ambos lados de la pila de celdas y una placa superior que cubre la porción superior de la pila de celdas, y las placas laterales pueden tener un espesor mayor que la placa superior.[0020] A battery module according to another embodiment of the present disclosure may further include a module housing that houses the cell stack, the module housing may include a pair of side plates located on both sides of the cell stack and a top plate covering the upper portion of the cell stack, and the side plates may be thicker than the top plate.
[0021] Un módulo de batería de acuerdo con aún otra realización de la presente divulgación puede incluir además un alojamiento de módulo que aloja la pila de celdas, el alojamiento de módulo puede incluir un par de placas laterales localizadas a ambos lados de la pila de celdas y una placa superior que cubre la porción superior de la pila de celdas, y la placa lateral puede fabricarse de un material cuyo calor específico sea superior al de la placa superior.[0021] A battery module according to yet another embodiment of the present disclosure may further include a module housing that houses the cell stack, the module housing may include a pair of side plates located on both sides of the cell stack and a top plate covering the upper portion of the cell stack, and the side plate may be made of a material having a specific heat higher than that of the top plate.
[0022] Un módulo de batería de acuerdo con aún otra realización de la presente divulgación puede incluir además un alojamiento de módulo que aloja la pila de celdas, el alojamiento de módulo puede incluir un par de placas laterales localizadas a ambos lados de la pila de celdas, y las aletas de disipación de calor pueden estar formadas en el lado exterior de la placa lateral.[0022] A battery module according to yet another embodiment of the present disclosure may further include a module housing that houses the cell stack, the module housing may include a pair of side plates located on both sides of the cell stack, and heat dissipation fins may be formed on the outer side of the side plate.
[0023] Un módulo de batería de acuerdo aún con otra realización de la presente divulgación puede incluir además un separador térmico entre el alojamiento de módulo y el lado de la pila de celdas.[0023] A battery module in accordance with yet another embodiment of the present disclosure may further include a thermal separator between the module housing and the cell stack side.
[0024] Un módulo de batería de la presente divulgación puede incluir además una almohadilla de amortiguación localizada en al menos una de la porción superior y la porción inferior de la pila de celdas.[0024] A battery module of this disclosure may further include a damping pad located on at least one of the upper and lower portions of the cell stack.
[0025] Un módulo de batería de la presente divulgación puede incluir además una placa aislante localizada en al menos una de la porción superior y la porción inferior de la pila de celdas.[0025] A battery module of this disclosure may further include an insulating plate located on at least one of the upper and lower portions of the cell stack.
[0026] El alojamiento de módulo puede incluir además una placa base que soporta la pila de celdas y una placa superior que cubre la porción superior de la pila de celdas, y la placa base puede tener una estructura de bastidor en U capaz de envolver y fijar el extremo inferior de la placa lateral desde el exterior.[0026] The module housing may further include a base plate supporting the cell stack and a top plate covering the upper portion of the cell stack, and the base plate may have a U-shaped frame structure capable of wrapping and securing the lower end of the side plate from the outside.
[0027] Aquí, la placa superior y las placas laterales pueden estar conectadas entre sí para formar una estructura de bastidor en U.[0027] Here, the top plate and side plates can be connected together to form a U-shaped frame structure.
[0028] Un módulo de batería de la presente divulgación puede incluir además un alojamiento de módulo que aloja la pila de celdas, el alojamiento de módulo puede incluir un par de placas laterales localizadas a ambos lados de la pila de celdas y una placa superior que cubre la porción superior de la pila de celdas, el alojamiento de módulo puede tener una abertura de módulo formada en la dirección longitudinal, y el alojamiento de módulo puede incluir además un conjunto de bastidor de barra colectora que cubra la abertura de módulo.[0028] A battery module of this disclosure may further include a module housing that houses the cell stack, the module housing may include a pair of side plates located on either side of the cell stack and a top plate covering the upper portion of the cell stack, the module housing may have a module opening formed in the longitudinal direction, and the module housing may further include a busbar frame assembly covering the module opening.
[0029] En la presente invención, el par de placas laterales incluye un par de porciones de cambio de dirección de chispa formadas doblando un extremo en la dirección longitudinal hacia la pila de celdas.[0029] In the present invention, the pair of side plates includes a pair of spark direction change portions formed by bending one end in the longitudinal direction towards the cell stack.
[0030] Aquí, el módulo de batería puede incluir además un bastidor de sujeción que conecta el par de porciones de cambio de dirección de chispa y tiene una zona central vacía.[0030] Here, the battery module may further include a clamping frame that connects the pair of spark direction change portions and has an empty central area.
[0031] Además, la celda de batería puede incluir conductores de electrodos en la tercera porción de borde y en la cuarta porción de borde, el alojamiento de módulo puede incluir además una placa superior que cubra la porción superior de la pila de celdas, el alojamiento de módulo puede tener una abertura formada en la dirección longitudinal, el alojamiento de módulo puede incluir además un conjunto de bastidor de barra colectora que cubra la abertura de módulo, y el conjunto de bastidor de barra colectora puede estar en estrecho contacto con la porción de cambio de dirección de chispa y el bastidor de sujeción.[0031] In addition, the battery cell may include electrode conductors in the third edge portion and in the fourth edge portion, the module housing may further include a top plate covering the top portion of the cell stack, the module housing may have an opening formed in the longitudinal direction, the module housing may further include a bus bar frame assembly covering the module opening, and the bus bar frame assembly may be in close contact with the spark direction-changing portion and the clamping frame.
[0032] Para resolver los demás problemas anteriores, la presente invención proporciona un paquete de baterías que incluye dicho módulo de batería.[0032] To solve the other above problems, the present invention provides a battery pack that includes said battery module.
[0033] Además, la presente invención también proporciona un ESS que incluye dicho módulo de batería o paquete de baterías.[0033] Furthermore, the present invention also provides an ESS that includes said battery module or battery pack.
[0034] Efectos ventajosos[0034] Advantageous effects
[0035] De acuerdo con un aspecto de la presente divulgación, cuando se apilan celdas de batería para formar un módulo de batería, un paquete de baterías y similares, las porciones de resellado se apilan en zigzag para que las porciones de resellado no se inclinen en una sola dirección. El apilamiento en zigzag permite colocar porciones de sellado a ambos lados de la pila de celdas, es decir, en ambas direcciones. La parte de resellado, que es relativamente débil en el sellado, puede abrirse para permitir la ventilación bidireccional o la dispersión de energía térmica. Al hacer esto, una gran cantidad de chispas y llamaradas de alta temperatura y alta presión emitidas por la fuga térmica de la celda de la batería pueden dispersarse para reducir la presión y mantener la temperatura de la pared exterior del módulo o paquete de baterías por debajo de 500 °C, bloqueando así la autoignición y la explosión generadas por el contacto con el hidrógeno y el oxígeno del gas de ventilación circundante.[0035] According to one aspect of this disclosure, when battery cells are stacked to form a battery module, battery pack, and the like, the resealed portions are stacked in a zigzag pattern so that they are not tilted in a single direction. The zigzag stacking allows sealing portions to be placed on both sides of the cell stack, i.e., in both directions. The resealed portion, which is relatively weak in sealing, can be opened to allow bidirectional venting or thermal energy dissipation. By doing so, a large number of high-temperature, high-pressure sparks and flames emitted by thermal leakage from the battery cell can be dispersed to reduce pressure and maintain the temperature of the outer wall of the module or battery pack below 500°C, thereby blocking auto-ignition and explosion caused by contact with the hydrogen and oxygen in the surrounding vent gas.
[0036] De acuerdo con otro aspecto de la presente divulgación, mejorando el alojamiento de módulo, la temperatura de la placa lateral del alojamiento de módulo puede gestionarse para que sea inferior a 500 °C incluso si el gas de ventilación se descarga a través de la porción de resellado. Por lo tanto, es posible evitar eficazmente la autoignición generada por el contacto con el hidrógeno y el oxígeno del gas de ventilación circundante.[0036] According to another aspect of this disclosure, by improving the module housing, the temperature of the module housing's side plate can be managed to be below 500 °C even if the vent gas is discharged through the resealed portion. Therefore, it is possible to effectively prevent auto-ignition caused by contact with the hydrogen and oxygen in the surrounding vent gas.
[0037] De acuerdo con otro aspecto más de la presente divulgación, mejorando el alojamiento de módulo, puede bloquearse el movimiento de las llamaradas y chispas generadas durante la fuga térmica de las celdas de batería, evitando así que se produzcan incendios o que las llamas se desplacen a los módulos de baterías cercanos.[0037] According to another aspect of this disclosure, by improving the module housing, the movement of flares and sparks generated during thermal runaway of the battery cells can be blocked, thus preventing fires from occurring or flames from spreading to nearby battery modules.
[0038] Breve descripción de los dibujos[0038] Brief description of the drawings
[0039] Los dibujos adjuntos ilustran una realización preferida de la presente divulgación y, junto con la divulgación anterior, sirven para proporcionar una mayor comprensión de las características técnicas de la presente divulgación y, por lo tanto, la presente divulgación no se interpreta como limitada al dibujo.[0039] The accompanying drawings illustrate a preferred embodiment of the present disclosure and, together with the foregoing disclosure, serve to provide a further understanding of the technical features of the present disclosure and, therefore, the present disclosure is not to be construed as being limited to the drawing.
[0040] La figura 1 es una vista en perspectiva de una celda de batería incluida en un módulo de batería de acuerdo con una realización de la presente divulgación.[0040] Figure 1 is a perspective view of a battery cell included in a battery module according to an embodiment of the present disclosure.
[0041] La figura 2 es una vista para describir un método de fabricación de una celda de batería incluida en un módulo de batería de acuerdo con una realización de la presente divulgación.[0041] Figure 2 is a view to describe a method of manufacturing a battery cell included in a battery module according to an embodiment of the present disclosure.
[0042] La figura 3 es una vista en sección transversal de un módulo de batería de acuerdo con una realización de la presente divulgación.[0042] Figure 3 is a cross-sectional view of a battery module according to an embodiment of the present disclosure.
[0043] La figura 4 es una vista en perspectiva despiezada de una pila de celdas incluida en el módulo de batería de la figura 3.[0043] Figure 4 is an exploded perspective view of a cell stack included in the battery module of Figure 3.
[0044] La figura 5 es una vista en perspectiva despiezada que muestra otro ejemplo de una pila de celdas.[0044] Figure 5 is an exploded perspective view showing another example of a cell stack.
[0045] La figura 6 es una vista en perspectiva despiezada de una pila de celdas de acuerdo con un ejemplo comparativo. Las figuras 7 a 10 son vistas de acuerdo con un ejemplo modificado del módulo de batería mostrado en la figura 3.[0045] Figure 6 is an exploded perspective view of a cell stack according to a comparative example. Figures 7 to 10 are views according to a modified example of the battery module shown in Figure 3.
[0046] La figura 11 es una vista en perspectiva de un módulo de batería de acuerdo con otra realización de la presente divulgación.[0046] Figure 11 is a perspective view of a battery module according to another embodiment of the present disclosure.
[0047] La figura 12 es una vista en perspectiva despiezada del módulo de batería mostrado en la figura 11.[0047] Figure 12 is an exploded perspective view of the battery module shown in Figure 11.
[0048] La figura 13 es una vista en perspectiva despiezada de una pila de celdas incluida en el módulo de batería de la figura 11.[0048] Figure 13 is an exploded perspective view of a cell stack included in the battery module of Figure 11.
[0049] La figura 14 es una vista en perspectiva despiezada de algunos componentes localizados en la parte trasera del módulo de batería de la figura 11.[0049] Figure 14 is an exploded perspective view of some components located on the back of the battery module in Figure 11.
[0050] La figura 15 es una vista en perspectiva despiezada de algunos componentes localizados en la parte delantera del módulo de batería de la figura 11.[0050] Figure 15 is an exploded perspective view of some components located on the front of the battery module in Figure 11.
[0051] La figura 16 es una vista en perspectiva parcialmente cortada del módulo de batería de la figura 11.[0051] Figure 16 is a partially cut perspective view of the battery module in Figure 11.
[0052] La figura 17 es una vista en sección transversal paralela a la dirección longitudinal del módulo de batería de la figura 11.[0052] Figure 17 is a cross-sectional view parallel to the longitudinal direction of the battery module in Figure 11.
[0053] La figura 18 es una vista esquemática de un paquete de baterías que incluye un módulo de baterías de acuerdo con una realización de la presente divulgación.[0053] Figure 18 is a schematic view of a battery pack including a battery module according to an embodiment of the present disclosure.
[0054] La figura 19 es una vista esquemática de un ESS que incluye un módulo de batería de acuerdo con una realización de la presente divulgación.[0054] Figure 19 is a schematic view of an ESS including a battery module according to an embodiment of the present disclosure.
[0055] Realización preferente de la invención[0055] Preferred embodiment of the invention
[0056] En lo sucesivo, en el presente documento, se describirán en detalle las realizaciones preferidas de la presente divulgación, haciendo referencia a los dibujos adjuntos. Antes de la descripción, debe entenderse que los términos utilizados en la memoria descriptiva y en las reivindicaciones adjuntas no deben interpretarse como limitados a significados generales y de diccionario, sino que deben interpretarse en función de los significados y conceptos correspondientes a los aspectos técnicos de la presente divulgación, sobre la base del principio de que el inventor puede definir términos apropiadamente para una mejor explicación. Por lo tanto, la descripción propuesta en el presente documento es solo un ejemplo preferible con fines ilustrativos únicamente, no pretende limitar el alcance de la divulgación, por lo que debería entenderse que podrían realizarse otras equivalencias y modificaciones sin apartarse del alcance de la divulgación. La invención se define por las reivindicaciones adjuntas.[0056] Hereafter, preferred embodiments of the present disclosure will be described in detail, with reference to the accompanying drawings. Before proceeding with the description, it should be understood that the terms used in the specification and in the appended claims should not be interpreted as limited to general and dictionary meanings, but rather should be interpreted in light of the meanings and concepts corresponding to the technical aspects of the present disclosure, based on the principle that the inventor may define terms appropriately for better explanation. Therefore, the description proposed herein is only a preferred example for illustrative purposes only and is not intended to limit the scope of the disclosure. It should be understood that other equivalences and modifications may be made without departing from the scope of the disclosure. The invention is defined by the appended claims.
[0057] La figura 1 es una vista en perspectiva de una celda de batería incluida en un módulo de batería de acuerdo con una realización de la presente divulgación.[0057] Figure 1 is a perspective view of a battery cell included in a battery module according to an embodiment of the present disclosure.
[0058] Haciendo referencia a la figura 1, la celda de batería 10 incluye un material exterior de bolsa 20 y un conjunto de electrodos (no mostrado), y un par de conductores de electrodo 30 sobresalen hacia fuera del material exterior de bolsa 20. Y la celda de batería 10 incluye una porción de sellado 40 y una porción de resellado 50. De esta manera, la celda de batería 10 es una celda de batería tipo bolsa.[0058] Referring to Figure 1, battery cell 10 includes an outer bag material 20 and an electrode assembly (not shown), and a pair of electrode conductors 30 protrude out of the outer bag material 20. And battery cell 10 includes a sealing portion 40 and a resealing portion 50. Thus, battery cell 10 is a bag-type battery cell.
[0059] Aquí, el conjunto de electrodos puede incluir un conjunto tipo jelly-roll (enrollado en espiral) en el que se interpone un separador entre un electrodo positivo largo en forma de lámina y un electrodo negativo y a continuación se enrolla, un conjunto tipo pila en el que un electrodo positivo rectangular y un electrodo negativo están apilados con un separador interpuesto entre los mismos, un conjunto tipo plegado de pila en el que las celdas unitarias se enrollan mediante una larga lámina de separación, o un conjunto tipo laminación de pila en el que las celdas de batería se apilan con un separador interpuesto entre las mismas y unidos entre sí, aunque sin limitarse a los mismos.[0059] Herein, the electrode assembly may include, but is not limited to, a jelly-roll type assembly in which a separator is placed between a long, sheet-like positive electrode and a negative electrode and then rolled up, a stack type assembly in which a rectangular positive electrode and a negative electrode are stacked with a separator between them, a fold-stack type assembly in which the unit cells are rolled up by means of a long separator sheet, or a lamination-type assembly in which the battery cells are stacked with a separator between them and joined together.
[0060] Además, es evidente que el electrolito puede sustituirse por un electrolito sólido o un electrolito casi sólido en forma de gel intermedio entre líquido y sólido, añadiendo aditivos al electrolito sólido, además del electrolito líquido utilizado habitualmente.[0060] Furthermore, it is evident that the electrolyte can be replaced by a solid electrolyte or a nearly solid electrolyte in the form of a gel intermediate between liquid and solid, by adding additives to the solid electrolyte, in addition to the liquid electrolyte commonly used.
[0061] El conjunto de electrodos descrito anteriormente se aloja en el material exterior de bolsa 20, y el material exterior de bolsa 20 suele tener una estructura de lámina laminada de una capa interior/capa metálica/capa exterior. Dado que la capa interior está en contacto directo con el conjunto de electrodos, debería tener una propiedad aislante y resistencia a los electrolitos, y una propiedad de sellante para sellar del exterior, es decir, la porción de sellado donde las capas internas están unidas térmicamente, debería tener una excelente fuerza de unión térmica. El material de esta capa interior puede seleccionarse entre resinas a base de poliolefinas, como el polipropileno, polietileno, ácido acrílico polietileno y polibutileno, resina de poliuretano y resina de poliimida, que tienen una excelente resistencia química y buenas propiedades de sellado, pero no se limita a las mismas, y entre las mismas, el polipropileno con excelentes propiedades mecánicas, como la resistencia a la tracción, rigidez, dureza superficial y resistencia al impacto y resistencia química, es la preferida.[0061] The electrode assembly described above is housed within the outer material of bag 20, which typically has a laminated sheet structure consisting of an inner layer, a metallic layer, and an outer layer. Since the inner layer is in direct contact with the electrode assembly, it should possess insulating properties and electrolyte resistance, as well as sealing properties to the outer layer. In other words, the sealing portion where the inner layers are thermally bonded should have excellent thermal bonding strength. The material for this inner layer can be selected from, but is not limited to, polyolefin-based resins such as polypropylene, polyethylene, acrylic acid, polyethylene, and polybutylene, as well as polyurethane and polyimide resins, which have excellent chemical resistance and good sealing properties. Among these, polypropylene, with its excellent mechanical properties such as tensile strength, stiffness, surface hardness, impact resistance, and chemical resistance, is preferred.
[0062] La capa metálica en contacto con la capa interior corresponde a una capa de barrera que impide que la humedad o diversos gases penetren en la batería desde el exterior, y como material preferido para esta capa metálica puede utilizarse una película delgada de aluminio que sea ligera y tenga una excelente conformabilidad.[0062] The metallic layer in contact with the inner layer corresponds to a barrier layer that prevents moisture or various gases from penetrating the battery from the outside, and as a preferred material for this metallic layer, a thin film of aluminum that is lightweight and has excellent conformability can be used.
[0063] Y el otro lado de la capa metálica está provisto de una capa exterior, que puede fabricarse de un polímero resistente al calor que tenga una excelente resistencia a la tracción, prevención de permeabilidad a la humedad y prevención de la permeabilidad al aire para garantizar la resistencia al calor y la resistencia química, al tiempo que protege el conjunto de electrodos, y como un ejemplo, puede utilizarse nailon o tereftalato de polietileno, aunque sin limitarse a los mismos. Entretanto, el par de conductores de electrodo 30 está compuesto por un conductor de electrodo positivo y un conductor de electrodo negativo, y pueden estar expuestos al exterior del material exterior de bolsa 20 después de que las pestañas del electrodo positivo y del electrodo negativo del conjunto de electrodos estén conectadas eléctricamente, respectivamente, o pueden conectarse directamente al conjunto de electrodos omitiendo las pestañas. La celda de batería 10 incluye una porción de recepción R en la que se aloja el conjunto de electrodos y porciones de borde E1 a E4 alrededor de la porción de recepción R. En particular, la celda de batería 10 tiene una primera porción de borde E1 y una segunda porción de borde E2 a lo largo de la dirección longitudinal (dirección del eje X en el dibujo), y una tercera porción de borde E3 y una cuarta porción de borde E4 a lo largo de la dirección de anchura (dirección del eje Y en el dibujo). De esta manera, la celda de batería 10 puede tener cuatro porciones de borde E1 a E4. En esta realización, los conductores de electrodo 30 están incluidos en la tercera porción de borde E3 y en la cuarta porción de borde E4. Un espacio entre los dos extremos de los conductores de electrodo 30 que sobresalen del material exterior de bolsa 20 puede definirse como una dirección longitudinal de la celda de batería 10. Como tal, los conductores de electrodo 30 pueden proporcionarse tanto en el extremo delantero como en el trasero en la dirección longitudinal de la celda de batería 10, es decir, en el extremo delantero y trasero de la celda de batería 10.[0063] The other side of the metallic layer is provided with an outer layer, which can be made of a heat-resistant polymer having excellent tensile strength, moisture permeability prevention, and air permeability prevention to ensure heat and chemical resistance, while protecting the electrode assembly. Nylon or polyethylene terephthalate, for example, can be used, but are not limited to these. Meanwhile, the pair of electrode conductors 30 consists of a positive electrode conductor and a negative electrode conductor. These can be exposed to the outside of the outer bag material 20 after the positive and negative electrode tabs of the electrode assembly are electrically connected, respectively, or they can be connected directly to the electrode assembly without the tabs. The battery cell 10 includes a receiving portion R in which the electrode assembly is housed, and edge portions E1 to E4 surrounding the receiving portion R. In particular, the battery cell 10 has a first edge portion E1 and a second edge portion E2 along the longitudinal direction (X-axis direction in the drawing), and a third edge portion E3 and a fourth edge portion E4 along the width direction (Y-axis direction in the drawing). Thus, the battery cell 10 can have four edge portions E1 to E4. In this embodiment, the electrode conductors 30 are included in the third edge portion E3 and the fourth edge portion E4. A space between the two ends of the electrode conductors 30 protruding from the outer bag material 20 can be defined as a longitudinal direction of the battery cell 10. As such, the electrode conductors 30 can be provided at both the front and rear ends in the longitudinal direction of the battery cell 10, i.e., at the front and rear ends of the battery cell 10.
[0064] La primera porción de borde E1 incluye una porción de resellado 50. La tercera porción de borde E3 y la cuarta porción de borde E4 incluyen una porción de sellado 40. En el caso de un método de sellado de cuatro lados, la segunda porción de borde E2 también incluye la porción de sellado 40. En el caso de un método de sellado de tres lados, solo la segunda porción de borde E2 incluye una porción no sellada. Aquí, la porción no sellada se refiere a una porción donde el material exterior de bolsa está doblado. En el ejemplo ilustrado, se muestra un ejemplo de método de sellado de cuatro lados. Por consiguiente, la primera porción de borde E1 incluye la porción de resellado 50, y la segunda porción de borde E2, la tercera porción de borde E3 y la cuarta porción de borde E4 incluyen la porción de sellado 40. La porción de sellado 40 es una porción donde el material exterior de bolsa 20 se une para sellar el perímetro de la porción de recepción R. La porción de resellado 50 se refiere a una porción de sellado resultante de una operación de resellado realizada tras el proceso de desgasificación de la celda de batería 10.[0064] The first edge portion E1 includes a reseal portion 50. The third edge portion E3 and the fourth edge portion E4 include a sealing portion 40. In the case of a four-side sealing method, the second edge portion E2 also includes the sealing portion 40. In the case of a three-side sealing method, only the second edge portion E2 includes an unsealed portion. Here, the unsealed portion refers to a portion where the outer bag material is folded over. The illustrated example shows an example of a four-side sealing method. Accordingly, the first edge portion E1 includes the resealing portion 50, and the second edge portion E2, the third edge portion E3, and the fourth edge portion E4 include the sealing portion 40. The sealing portion 40 is a portion where the outer bag material 20 is joined to seal the perimeter of the receiving portion R. The resealing portion 50 refers to a sealing portion resulting from a resealing operation performed after the degassing process of the battery cell 10.
[0065] En la configuración de un módulo de batería o un paquete de baterías que utiliza celdas de batería, puede reducirse el espacio ocupado por la celda de batería dentro del dispositivo, minimizando el tamaño del módulo de batería para aumentar la utilización del espacio, o el tamaño del conjunto de electrodos puede aumentarse con la parte sobrante resultante minimizando el área ocupada por la porción de sellado para un determinado tamaño de módulo de batería para aumentar la capacidad de la batería secundaria. En cuanto a esto último, las dimensiones se gestionan principalmente doblando la porción de sellado localizada en el lateral de la celda de batería para formar una porción plegable. En el ejemplo ilustrado, la porción de resellado 50 de la primera porción de borde E1 y la porción de sellado 40 de la segunda porción de borde E2 están plegadas. Sin embargo, si se pliega simplemente, puede desplegarse debido al fenómeno de hinchamiento de la celda de repliegue de la propia porción plegable, por lo que esta puede encintarse para evitarlo. El número de referencia 60 es un miembro de encintado.[0065] In the configuration of a battery module or battery pack using battery cells, the space occupied by the battery cell within the device can be reduced by minimizing the size of the battery module to increase space utilization. Alternatively, the size of the electrode assembly can be increased using the resulting surplus by minimizing the area occupied by the sealing portion for a given battery module size to increase the secondary battery capacity. Regarding the latter, dimensions are primarily managed by folding the sealing portion located on the side of the battery cell to form a foldable portion. In the illustrated example, the resealing portion 50 of the first edge portion E1 and the sealing portion 40 of the second edge portion E2 are folded. However, if simply folded, it may unfold due to the swelling phenomenon of the folded cell itself. Therefore, it can be taped to prevent this. Part number 60 is a taping member.
[0066] Una pluralidad de las celdas de batería 10 descritas anteriormente puede apilarse a lo largo de la dirección del eje Z para formar un módulo de batería. Dado que las celdas de batería 10 tienen una forma plana a lo largo del plano XY, es muy ventajoso apilar densamente las celdas de batería 10 a lo largo de la dirección del eje Z.[0066] A plurality of the battery cells 10 described above can be stacked along the Z-axis direction to form a battery module. Since the battery cells 10 are flat along the XY plane, it is highly advantageous to stack them densely along the Z-axis direction.
[0067] La figura 2 es una vista para describir un método de fabricación de una celda de batería incluida en un módulo de batería de acuerdo con una realización de la presente divulgación.[0067] Figure 2 is a view to describe a method of manufacturing a battery cell included in a battery module according to an embodiment of the present disclosure.
[0068] La celda de batería 10 se fabrica mediante un proceso de ensamblaje de una batería secundaria y un proceso de activación de la batería secundaria.[0068] Battery cell 10 is manufactured by a secondary battery assembly process and a secondary battery activation process.
[0069] El material exterior de bolsa 20 puede incluir un material exterior inferior en el que se aloja el conjunto de electrodos y un material exterior superior que sella la porción superior del material exterior inferior. En el caso de un método de sellado de cuatro lados, el material exterior inferior y el material exterior superior son dos láminas separadas. En el caso de un método de sellado de tres lados, una lámina de material exterior de bolsa puede plegarse para formar un material exterior inferior y un material exterior superior.[0069] The outer bag material 20 may include a lower outer material in which the electrode assembly is housed and an upper outer material that seals the upper portion of the lower outer material. In the case of a four-sided sealing method, the lower outer material and the upper outer material are two separate sheets. In the case of a three-sided sealing method, a sheet of outer bag material may be folded to form a lower outer material and an upper outer material.
[0070] La batería secundaria se ensambla alojando el conjunto de electrodos en la porción de recepción R del material exterior inferior, a continuación, presionando el borde alrededor de la porción de recepción R del material exterior inferior y el borde correspondiente del material exterior superior, soldando térmicamente una parte de las porciones prensadas, añadiendo un electrolito y sellando al vacío la parte restante de la misma. La porción de recepción R también puede formarse en el material exterior superior. Por el método de sellado de cuatro lados, las cuatro porciones de borde E1 a E4 se forman una vez como porciones de sellado 40.[0070] The secondary battery is assembled by housing the electrode assembly in the receiving portion R of the lower outer material, then pressing the rim around the receiving portion R of the lower outer material and the corresponding rim of the upper outer material, thermally welding a portion of the pressed portions together, adding an electrolyte, and vacuum-sealing the remaining portion. The receiving portion R may also be formed from the upper outer material. By the four-sided sealing method, the four rim portions E1 to E4 are formed once as sealing portions 40.
[0071] En el proceso de activación, la batería secundaria se monta en una plantilla predeterminada para un flujo suave de corriente, y se realiza un proceso como carga/descarga o similar como condiciones necesarias para la activación. Debido a la naturaleza de la batería secundaria, este proceso de activación debe ir precedido de la activación del material activo de electrodo positivo y de la creación de una interfaz de electrolito sólido (SEI) estable en el electrodo negativo en el primer ciclo. Durante el proceso de activación, se genera una gran cantidad de gas en el interior de la batería secundaria. Entonces, el gas generado se elimina a través de una salida abierta o incisa, y la parte de descarga de gas se vuelve a soldar térmicamente para sellarla. El proceso de descargar el gas dentro de la batería secundaria y soldar térmicamente el paso de descarga, como se ha descrito anteriormente, se conoce comúnmente como proceso de desgasificación. Y la parte que se ha termosoldado y sellado de nuevo es la propia porción de resellado 50. En esta realización, la porción de resellado 50 está incluida en la primera porción de borde E1. El material exterior de bolsa 20 sobrante en la parte exterior de la porción de resellado 50 se corta y se retira.[0071] In the activation process, the secondary battery is mounted on a predetermined jig for smooth current flow, and a process such as charging/discharging or similar is performed as a necessary condition for activation. Due to the nature of the secondary battery, this activation process must be preceded by the activation of the positive electrode active material and the creation of a stable solid electrolyte interface (SEI) at the negative electrode in the first cycle. During the activation process, a large amount of gas is generated inside the secondary battery. The generated gas is then vented through an open or incised outlet, and the gas discharge section is heat-welded to seal it. The process of discharging the gas inside the secondary battery and heat-welding the discharge passage, as described above, is commonly known as the degassing process. And the part that has been heat-sealed and resealed is the reseal portion 50 itself. In this embodiment, the reseal portion 50 is included in the first edge portion E1. The excess outer bag material 20 on the outside of the reseal portion 50 is cut off and removed.
[0073] Dado que la porción de resellado 50 de la primera porción de borde E1 se forma por resellado tras un proceso de desgasificación, los inventores han descubierto que tiene una resistencia de sellado más débil que la porción de sellado 40 de la segunda porción de borde E2 del lado opuesto y, por lo tanto, tiende a rasgarse en primer lugar en caso de fuga térmica. Además, se ha descubierto que cuando una pluralidad de celdas de batería 10 se alojan en un alojamiento de módulo, si esta porción de resellado 50 se concentra en un lado, el alojamiento de módulo puede fundirse si es de aluminio. Además, se ha comprobado que cuando se aloja una pluralidad de celdas de batería 10, si esta porción de resellado 50 se concentra en un lado, el alojamiento de módulo no puede fundirse, pero la temperatura de la pared exterior del mismo llega a ser alta, hasta 800 °C o más si está fabricada de acero. Esta vez, si la temperatura supera los 505 °C, existe una alta posibilidad de que el hidrógeno del gas de ventilación que fluye a su alrededor se mezcle con el oxígeno y explote. Esto es la autoignición. Los inventores idearon la presente divulgación basándose en el hecho de que puede evitarse la autoignición de un módulo de batería, controlando la temperatura del alojamiento de módulo, ajustando la disposición de la porción de resellado 50.[0073] Since the reseal portion 50 of the first edge portion E1 is formed by resealing after a degassing process, the inventors have found that it has a weaker sealing strength than the sealing portion 40 of the second edge portion E2 on the opposite side and therefore tends to tear first in the event of thermal runaway. Furthermore, it has been found that when a plurality of battery cells 10 are housed in a module housing, if this reseal portion 50 is concentrated on one side, the module housing may melt if it is made of aluminum. Additionally, it has been found that when a plurality of battery cells 10 are housed, if this reseal portion 50 is concentrated on one side, the module housing may not melt, but the temperature of its outer wall becomes high, up to 800 °C or more if it is made of steel. This time, if the temperature exceeds 505 °C, there is a high probability that the hydrogen in the vent gas flowing around it will mix with the oxygen and explode. This is auto-ignition. The inventors devised this disclosure based on the fact that auto-ignition of a battery module can be prevented by controlling the temperature of the module housing by adjusting the arrangement of the reseal portion 50.
[0075] La figura 3 es una vista en sección transversal de un módulo de batería de acuerdo con una realización de la presente divulgación. Se muestra una sección transversal cortada a lo largo de la dirección de anchura perpendicular a la dirección longitudinal de la celda de batería y del módulo de batería. La figura 4 es una vista en perspectiva despiezada de una pila de celdas incluida en el módulo de batería de la figura 3. La figura 5 es una vista en perspectiva despiezada que muestra otro ejemplo de una pila de celdas.[0075] Figure 3 is a cross-sectional view of a battery module according to an embodiment of the present disclosure. A cross-section cut along the width direction perpendicular to the longitudinal direction of the battery cell and the battery module is shown. Figure 4 is an exploded perspective view of a cell stack included in the battery module of Figure 3. Figure 5 is an exploded perspective view showing another example of a cell stack.
[0077] Haciendo referencia a las figuras 3 a 5, el módulo de batería 100 incluye una pila de celdas 110 que incluye una pluralidad de celdas de batería 10, como se ha descrito anteriormente, y un alojamiento de módulo 120 que aloja la pila de celdas 110. En particular, tiene una configuración en la que las porciones de resellado 50 de las celdas de batería 10 están distribuidas y apiladas dentro de la pila de celdas 110.[0077] Referring to Figures 3 to 5, the battery module 100 includes a cell stack 110 comprising a plurality of battery cells 10, as described above, and a module housing 120 housing the cell stack 110. In particular, it has a configuration wherein the resealable portions 50 of the battery cells 10 are distributed and stacked within the cell stack 110.
[0079] Una pluralidad de celdas de batería 10 se apilan en la dirección vertical (dirección del eje Z en el dibujo) con las porciones de recepción R orientadas entre sí para formar la pila de celdas 110. La dirección ascendente y descendente también puede denominarse dirección vertical o dirección del eje Z. En la presente divulgación, las porciones de resellado 50 de todas las celdas de batería 10 están apiladas de forma que no estén orientadas en una sola dirección. Por ejemplo, las porciones de resellado 50 están dispuestas en ambas direcciones en la dirección de la anchura dentro de la pila de celdas 110. Por ejemplo, a lo largo del eje Z, las porciones de resellado 50 se apilan en zigzag, de modo que una porción de resellado 50 se coloca a la izquierda y la otra porción de resellado 50 a la derecha. Por consiguiente, la primera porción de borde E1 que incluye la porción de resellado 50 y la segunda porción de borde E2 que no incluye la porción de resellado 50 están colocadas alternativamente a lo largo de la dirección vertical a ambos lados de la pila de celdas 110. La segunda porción de borde E2 incluye una porción de sellado 40 o una porción sin sellar, como se ha mencionado anteriormente.[0079] A plurality of battery cells 10 are stacked in the vertical direction (Z-axis direction in the drawing) with the receiving portions R oriented toward each other to form the cell stack 110. The up-and-down direction may also be referred to as the vertical direction or the Z-axis direction. In the present disclosure, the resealing portions 50 of all the battery cells 10 are stacked so that they are not oriented in a single direction. For example, the resealing portions 50 are arranged in both directions in the width direction within the cell stack 110. For example, along the Z-axis, the resealing portions 50 are stacked in a zigzag pattern, with one resealing portion 50 positioned on the left and the other resealing portion 50 on the right. Therefore, the first edge portion E1, which includes the reseal portion 50, and the second edge portion E2, which does not include the reseal portion 50, are alternately positioned along the vertical direction on either side of the cell stack 110. The second edge portion E2 includes either a seal portion 40 or an unsealed portion, as mentioned above.
[0081] En este caso, como se muestra en la figura 4, una primera porción de borde E1 que incluye la porción de resellado 50 y una segunda porción de borde E2 que no incluye la porción de resellado 50 pueden colocarse alternativamente a lo largo de la dirección vertical a ambos lados de la pila de celdas 110, o como se muestra en la figura 5, también pueden colocarse alternativamente varias primeras porciones de borde E1 que incluyan la porción de resellado 50 y varias segundas porciones de borde E2 que no incluyan la porción de resellado 50. Por ejemplo, como se muestra en la figura 5, dos o más pueden colocarse alternativamente.[0081] In this case, as shown in Figure 4, a first border portion E1 including the resealing portion 50 and a second border portion E2 not including the resealing portion 50 can be alternately placed along the vertical direction on either side of the cell stack 110, or as shown in Figure 5, several first border portions E1 including the resealing portion 50 and several second border portions E2 not including the resealing portion 50 can also be alternately placed. For example, as shown in Figure 5, two or more can be alternately placed.
[0083] En cualquier caso, preferentemente, la pluralidad de celdas de batería 10 se apilan alternativamente, distribuyendo aproximadamente la mitad de las porciones de resellado 50 (colocadas a ambos lados en la dirección de la anchura) hacia la pared izquierda y hacia la pared derecha, respectivamente, dentro del alojamiento de módulo 120. Al hacer esto, la presión y la temperatura concentradas en ambas paredes del alojamiento de módulo 120 dentro de la pila de celdas 110 pueden reducirse significativamente. Por ejemplo, si el número de celdas de batería 10 es 2n, n celdas de batería 10 tienen sus porciones de resellado 50 colocadas hacia la pared izquierda, y las n celdas de batería 10 restantes tienen sus porciones de resellado 50 colocadas hacia la pared derecha. Si el número de celdas de batería 10 es 2n+1, n o n+1 celdas de batería 10 tienen sus porciones de resellado 50 colocadas hacia la pared izquierda, y las n+1 o n celdas de batería 10 restantes tienen sus porciones de resellado 50 colocadas hacia la pared derecha.[0083] In any case, preferably, the plurality of battery cells 10 are stacked alternately, distributing approximately half of the resealing portions 50 (positioned on both sides in the width direction) toward the left wall and toward the right wall, respectively, within the module housing 120. By doing this, the pressure and temperature concentrated on both walls of the module housing 120 within the stack of cells 110 can be significantly reduced. For example, if the number of battery cells 10 is 2n, n battery cells 10 have their resealing portions 50 positioned toward the left wall, and the remaining n battery cells 10 have their resealing portions 50 positioned toward the right wall. If the number of battery cells 10 is 2n+1, n or n+1 battery cells 10 have their reseal portions 50 positioned towards the left wall, and the remaining n+1 or n battery cells 10 have their reseal portions 50 positioned towards the right wall.
[0084] De esta manera, incluso si la primera porción de borde E1 y la segunda porción de borde E2 se apilan alternativa y repetidamente a lo largo de la dirección vertical, se realizan alineaciones verticales entre las terceras porciones de borde E3, entre las cuartas porciones de borde E4 y entre la tercera porción de borde E3 y la cuarta porción de borde E4 en los lados delantero y trasero, y así los conductores de electrodo 30 pueden apilarse mientras se alinean en la dirección vertical en una fila en los lados delantero y trasero de la pila de celdas 110. Obviamente, se apreciará que las polaridades de los conductores de electrodo 30 colocados en la parte delantera pueden ser todas iguales, o las polaridades opuestas pueden colocarse a lo largo de la dirección vertical. Además, se apreciará que algunas celdas de batería 10 pueden apilarse boca abajo, teniendo en cuenta la polaridad del conductor de electrodo 30 y la disposición de la porción de resellado 50.[0084] In this way, even if the first edge portion E1 and the second edge portion E2 are stacked alternately and repeatedly along the vertical direction, vertical alignments are made between the third edge portions E3, between the fourth edge portions E4, and between the third edge portion E3 and the fourth edge portion E4 on the front and rear sides, and thus the electrode conductors 30 can be stacked while aligning in the vertical direction in a row on the front and rear sides of the cell stack 110. Obviously, it will be appreciated that the polarities of the electrode conductors 30 placed at the front can all be the same, or the opposite polarities can be placed along the vertical direction. Furthermore, it will be appreciated that some battery cells 10 can be stacked upside down, taking into account the polarity of the electrode conductor 30 and the arrangement of the resealing portion 50.
[0085] El alojamiento de módulo 120 mostrado en la figura 3 tiene un espacio interno para alojar las celdas de batería 10 en su interior, y sirve para proporcionar soporte mecánico a las celdas de batería 10 alojadas y para protegerlas de impactos externos. Observando la figura 3 con más detalle, el alojamiento de módulo 120 incluye un par de placas laterales 130 localizadas a ambos lados de la pila de celdas 110. El alojamiento de módulo 120 también puede incluir una placa superior 140 que cubre la porción superior de la pila de celdas 110 y una placa base 150 que soporta la pila de celdas 110.[0085] The module housing 120 shown in Figure 3 has an internal space to house the battery cells 10 and serves to provide mechanical support to the housed battery cells 10 and to protect them from external impacts. Looking at Figure 3 in more detail, the module housing 120 includes a pair of side plates 130 located on either side of the cell stack 110. The module housing 120 may also include a top plate 140 that covers the upper portion of the cell stack 110 and a base plate 150 that supports the cell stack 110.
[0086] La placa lateral 130 y la pila de celdas 110 pueden estar separadas para formar una porción de espacio S. Esta porción de espacio S puede estar configurada para atrapar llamaradas y chispas expulsadas durante el hinchamiento. Por ejemplo, un par de placas laterales 130 pueden estar separadas y orientadas hacia una distancia ligeramente mayor que la anchura W de la pila de celdas 110 para formar la porción de espacio S.[0086] The side plate 130 and the cell stack 110 can be separated to form a space portion S. This space portion S can be configured to trap flares and sparks ejected during inflation. For example, a pair of side plates 130 can be separated and oriented at a distance slightly greater than the width W of the cell stack 110 to form the space portion S.
[0087] Además, el módulo de batería 100 puede incluir además una lámina de PC 160 y una lámina de mica 170. La lámina de PC 160 y la lámina de mica 170 pueden incluirse entre el alojamiento de módulo 120 y el lateral de la pila de celdas 110. En particular, en esta realización, se incluyen entre la placa lateral 130 y el lateral de la pila de celdas 110. La lámina de PC 160 y la lámina de mica 170 pueden estar localizadas a ambos lados de la pila de celdas 110. La lámina de mica 170 tiene una excelente resistencia al calor para soportar gases de ventilación a alta temperatura y chispas. La lámina de PC 160 y la lámina de mica 170 son dúctiles o fáciles de cambiar de forma, y cuando se producen llamas en cualquiera de las celdas de batería 10, pueden bloquear la propagación de las llamas o del calor de las llamas a otras celdas de batería 10 o a la placa lateral 130.[0087] Furthermore, the battery module 100 may also include a PC sheet 160 and a mica sheet 170. The PC sheet 160 and the mica sheet 170 may be included between the module housing 120 and the side of the cell stack 110. In particular, in this embodiment, they are included between the side plate 130 and the side of the cell stack 110. The PC sheet 160 and the mica sheet 170 may be located on either side of the cell stack 110. The mica sheet 170 has excellent heat resistance to withstand high-temperature ventilation gases and sparks. The PC sheet 160 and the mica sheet 170 are ductile or easily reshaped, and when flames occur in any of the battery cells 10, they can block the spread of flames or heat from the flames to other battery cells 10 or to the side plate 130.
[0088] La primera porción de borde E1 de aproximadamente la mitad de la pluralidad de celdas de batería 10 incluidas en la pila de celdas 110 está orientada hacia la placa lateral izquierda 130a, que es una de las placas laterales 130, y la primera porción de borde E1 de las restantes celdas de batería 10 está orientada hacia la placa lateral derecha 130b, que es la otra de las placas laterales 130. Al hacer esto, la presión y la temperatura concentradas en ambas placas laterales 130a, 130b cuando se ventila a través de la porción de resellado 50 dentro de la pila de celdas 110 pueden distribuirse uniformemente a ambos lados, y la temperatura de la placa lateral orientada hacia la porción de resellado 50 puede reducirse significativamente en comparación con el caso en que está inclinada hacia un lado.[0088] The first edge portion E1 of approximately half of the plurality of battery cells 10 included in the cell stack 110 is oriented towards the left side plate 130a, which is one of the side plates 130, and the first edge portion E1 of the remaining battery cells 10 is oriented towards the right side plate 130b, which is the other of the side plates 130. By doing this, the pressure and temperature concentrated on both side plates 130a, 130b when vented through the reseal portion 50 within the cell stack 110 can be distributed evenly to both sides, and the temperature of the side plate oriented towards the reseal portion 50 can be significantly reduced compared to the case where it is tilted to one side.
[0089] Como ejemplo comparativo, la figura 6 ilustra una pila de celdas 110' en la que la porción de resellado 50 está dispuesta en una sola dirección, por ejemplo, a la izquierda. En esta pila de celdas 110', las ocho porciones de resellado 50 están configuradas como módulos de batería mientras están orientadas hacia una pared del alojamiento de módulo. De esta manera, si las porciones de resellado 50 están inclinadas hacia un lado, pueden estar expuestas a altas temperaturas y altas presiones durante un breve periodo de tiempo, lo que puede provocar una explosión de gas. Esto se debe a que si las porciones de resellado vulnerables 50 se reúnen en un lado, el aumento de temperatura es máximo, dando lugar a una autoignición en la que se encuentran con gas de ventilación inflamable y explosivo y explotan.[0089] As a comparative example, Figure 6 illustrates a stack of 110' cells in which the reseal portion 50 is arranged in a single direction, for example, to the left. In this stack of 110' cells, the eight reseal portions 50 are configured as battery modules while facing one wall of the module housing. Thus, if the reseal portions 50 are tilted to one side, they may be exposed to high temperatures and high pressures for a short period of time, which can lead to a gas explosion. This is because if the vulnerable reseal portions 50 are clustered on one side, the temperature rise is at its maximum, resulting in auto-ignition when they come into contact with flammable and explosive vent gas and explode.
[0090] Dado que la porción de resellado 50 se forma resellando tras un proceso de desgasificación, es más vulnerable que la porción de sellado 40 o la porción no sellada en el lado opuesto y, por lo tanto, puede desgarrarse en primer lugar en caso de fuga térmica. Si estas porciones de resellado 50 se concentran en un lado como en el ejemplo comparativo, el alojamiento de módulo puede fundirse si se trata de un recinto de aluminio, y el alojamiento de módulo puede no fundirse, pero la temperatura de la pared exterior del mismo llega a ser alta, hasta 800 °C o más si está fabricada de acero. Si la temperatura supera los 505 °C, se produce una autoignición en la que el hidrógeno del gas de ventilación que fluye a su alrededor puede mezclarse con el oxígeno y explotar. Por esta razón, el módulo de batería que incluye la pila de celdas 110' del ejemplo comparativo es inevitablemente vulnerable al fuego.[0090] Since the resealed portion 50 is formed by resealing after a degassing process, it is more vulnerable than the sealed portion 40 or the unsealed portion on the opposite side and may therefore tear first in the event of thermal runaway. If these resealed portions 50 are concentrated on one side, as in the comparative example, the module housing may melt if it is made of aluminum. Even if the module housing does not melt, the temperature of its outer wall becomes very high, reaching 800°C or more if it is made of steel. If the temperature exceeds 505°C, auto-ignition occurs, in which hydrogen from the surrounding vent gas can mix with oxygen and explode. For this reason, the battery module containing the cell stack 110' in the comparative example is inevitably vulnerable to fire.
[0091] Por otro lado, en la pila de celdas 110 incluida en el módulo de batería 100 de la presente divulgación, se ajusta la disposición de la porción de resellado 50 para evitar la autoignición. En la presente divulgación, al apilar las celdas de batería 10 para formar un módulo de batería 100, un paquete de baterías que incluya dicho módulo de batería 100 y similares, es decir, al fabricar la pila de celdas 110, las porciones de resellado 50 se apilan en zigzag para evitar que las porciones de resellado 50 se inclinen en cualquier dirección. El apilamiento en zigzag permite disponer las porciones de resellado 50 en ambas direcciones, una al lado de la otra. La porción de resellado 50 localizada en ambas direcciones se abre antes que la porción de sellado 40 o la porción sin sellar, y puesto que la porción de resellado 50 está dispuesta en ambas direcciones, puede ser posible una ventilación bidireccional. Además, la energía térmica puede dispersarse en ambas direcciones. Al hacer esto, pueden dispersarse una gran cantidad de chispas y llamaradas de alta temperatura y alta presión emitidas por la fuga térmica de la celda de batería 10 para reducir la presión y mantener la temperatura de la pared exterior de la carcasa del módulo 120 por debajo de 500 °C. Por lo tanto, es posible bloquear la autoignición y la explosión generadas por el contacto del gas de ventilación circundante con el hidrógeno y el oxígeno.[0091] On the other hand, in the cell stack 110 included in the battery module 100 of this disclosure, the arrangement of the reseal portion 50 is adjusted to prevent auto-ignition. In this disclosure, when stacking the battery cells 10 to form a battery module 100, a battery pack including such battery module 100 and the like, i.e., when constructing the cell stack 110, the reseal portions 50 are stacked in a zigzag pattern to prevent the reseal portions 50 from tilting in any direction. The zigzag stacking allows the reseal portions 50 to be positioned side by side in both directions. The resealed portion 50, located in both directions, opens before the sealed portion 40 or the unsealed portion. Since the resealed portion 50 is arranged in both directions, bidirectional venting is possible. Furthermore, thermal energy can be dispersed in both directions. By doing so, a large number of high-temperature, high-pressure sparks and flames emitted by the thermal leakage of battery cell 10 can be dispersed to reduce pressure and maintain the temperature of the outer wall of module 120 housing below 500 °C. Therefore, it is possible to prevent auto-ignition and explosion caused by the contact of the surrounding venting gas with hydrogen and oxygen.
[0092] Entretanto, aunque la figura 3 muestra que la placa base 150, la placa superior 140 y el par de placas laterales 130 se fabrican todas por separado y luego se combinan, también es posible fabricar la placa base 150 y el par de placas laterales 130 o la placa superior 140 y el par de placas laterales 130 como una sola pieza y luego ensamblarlas. La placa base 150, la placa superior 140 y el par de placas laterales 130 pueden estar todas fabricadas del mismo material. Además, la figura 3 muestra esquemáticamente las formas de la placa base 150, la placa superior 140 y el par de placas laterales 130. El efecto de la disposición distribuida de la porción de resellado 50 puede maximizarse en combinación con diversas realizaciones del alojamiento de módulo 120 que se describirán a continuación.[0092] Meanwhile, although Figure 3 shows that the base plate 150, top plate 140, and pair of side plates 130 are all manufactured separately and then combined, it is also possible to manufacture the base plate 150 and the pair of side plates 130 or the top plate 140 and the pair of side plates 130 as a single piece and then assemble them. The base plate 150, top plate 140, and pair of side plates 130 can all be made of the same material. Furthermore, Figure 3 schematically shows the shapes of the base plate 150, top plate 140, and pair of side plates 130. The effect of the distributed arrangement of the resealing portion 50 can be maximized in combination with various embodiments of the module housing 120, which will be described below.
[0094] La figura 7 es un ejemplo modificado del módulo de batería 100 mostrado en la figura 3 e incluye un alojamiento de módulo 120 mejorado. En esta realización, el espesor d2 de la placa lateral 130 es más grueso que el espesor d1 de la placa superior 140 (d1 < d2).[0094] Figure 7 is a modified example of the battery module 100 shown in Figure 3 and includes an improved module housing 120. In this embodiment, the thickness d2 of the side plate 130 is thicker than the thickness d1 of the top plate 140 (d1 < d2).
[0096] Debido a la estructura de la pila de celdas 110, el gas de ventilación descargado de la porción de resellado 50 golpea primero la placa lateral 130. El cambio en la cantidad de calor en la placa lateral 130 debido al gas de ventilación es Qentrada (la cantidad de calor que entra en la placa lateral 130) - Qsalida (la cantidad de calor que sale de la placa lateral 130), que puede decirse que es igual a Cp×M×ΔT. Aquí, Cp es el calor específico de la placa lateral 130, M es la masa de la placa lateral 130 y ΔT es la temperatura modificada. Cuando Qentrada - Qsalida es constante, ΔT puede hacerse más pequeño aumentando M. En otras palabras, si se aumenta el espesor d2 de la placa lateral 130, M puede aumentarse para reducir el cambio de temperatura. Sin embargo, no es deseable aumentar indiscriminadamente el espesor d2 de la placa lateral 130 debido a que provoca un aumento de los costes de material y un aumento del peso de todo el módulo de batería 100. El espesor d2 de la placa lateral 130 se aumenta dentro de un presupuesto adecuado. Por ejemplo, si el espesor del alojamiento de módulo 120 actualmente en uso es de 1,6 mm, el espesor d2 de la placa lateral 130 se ajusta para ser más grueso, tal como 1,8 mm. Además, para mantener el coste global del material y el peso, la placa superior 140 puede estar configurada para tener un espesor d1 reducido a medida que aumenta el espesor d2 de la placa lateral 130. Como tal, en el módulo de batería 100 de la figura 7, el espesor d2 de la placa lateral 130 es mayor que el espesor d1 de la placa superior 140. Por ejemplo, el espesor d1 de la placa superior 140 es de 1,6 mm, el espesor d2 de la placa lateral 130 es de 1,8 mm, y así sucesivamente.[0096] Due to the structure of the cell stack 110, the vent gas discharged from the resealing portion 50 first strikes the side plate 130. The change in the amount of heat in the side plate 130 due to the vent gas is Q<sub>in</sub> (the amount of heat entering the side plate 130) - Q<sub>out</sub> (the amount of heat leaving the side plate 130), which can be said to be equal to C<sub>p</sub> × M × ΔT. Here, C<sub>p</sub> is the specific heat of the side plate 130, M is the mass of the side plate 130, and ΔT is the change in temperature. When Q<sub>in</sub> - Q<sub>out</sub> is constant, ΔT can be made smaller by increasing M. In other words, if the thickness d<sub>2</sub> of the side plate 130 is increased, M can be increased to reduce the temperature change. However, indiscriminately increasing the thickness d2 of the side plate 130 is undesirable because it leads to increased material costs and an increased weight of the entire battery module 100. The thickness d2 of the side plate 130 is increased within a reasonable budget. For example, if the thickness of the module housing 120 currently in use is 1.6 mm, the thickness d2 of the side plate 130 is adjusted to be thicker, such as 1.8 mm. Furthermore, to keep overall material cost and weight down, the top plate 140 can be configured to have a reduced thickness d1 as the thickness d2 of the side plate 130 increases. As such, in the battery module 100 of Figure 7, the thickness d2 of the side plate 130 is greater than the thickness d1 of the top plate 140. For example, the thickness d1 of the top plate 140 is 1.6 mm, the thickness d2 of the side plate 130 is 1.8 mm, and so on.
[0098] El espesor d1 de la placa superior 140 y el espesor d2 de la placa lateral 130 pueden determinarse teniendo en cuenta diversas condiciones, tales como el coste del material, peso, la prevención de incendios y la durabilidad, y también puede determinarse teniendo en cuenta factores como el estrés térmico o la tensión térmica provocada por la diferencia de espesor si la placa superior 140 y la placa lateral 130 están fabricadas del mismo material. Por ejemplo, puede determinarse que el espesor d2 de la placa lateral 130 sea entre un intervalo de un 5 % y un 50 % más grueso que el espesor d1 de la placa superior 140.[0098] The thickness d1 of the top plate 140 and the thickness d2 of the side plate 130 can be determined considering various conditions, such as material cost, weight, fire prevention, and durability. They can also be determined considering factors such as thermal stress or thermal strain caused by the thickness difference if the top plate 140 and the side plate 130 are made of the same material. For example, the thickness d2 of the side plate 130 can be determined to be between 5% and 50% thicker than the thickness d1 of the top plate 140.
[0100] Al aumentar el espesor d2 de la placa lateral 130 de esta manera para aumentar la M de la placa lateral 130, la temperatura de la placa lateral 130 puede gestionarse para que sea de 500 °C o menos, incluso si el gas de ventilación se descarga a través de la porción de resellado 50. Por lo tanto, es posible evitar eficazmente la autoignición generada por el contacto con el hidrógeno y el oxígeno del gas de ventilación circundante.[0100] By increasing the thickness d2 of side plate 130 in this way to increase the M of side plate 130, the temperature of side plate 130 can be managed to be 500 °C or less, even if the vent gas is discharged through the reseal portion 50. Therefore, it is possible to effectively prevent auto-ignition caused by contact with hydrogen and oxygen from the surrounding vent gas.
[0102] La figura 8 es otro ejemplo modificado del módulo de batería 100 mostrado en la figura 3 y también incluye un alojamiento de módulo 120 mejorado. En esta realización, la placa lateral 130 está fabricada de un material cuyo calor específico es superior al de la placa superior 140. Es decir, el material de la placa superior 140 y el material de la placa lateral 130 son diferentes, y la placa lateral 130 tiene un calor específico más elevado.[0102] Figure 8 is another modified example of the battery module 100 shown in Figure 3 and also includes an improved module housing 120. In this embodiment, the side plate 130 is made of a material whose specific heat is higher than that of the top plate 140. That is, the material of the top plate 140 and the material of the side plate 130 are different, and the side plate 130 has a higher specific heat.
[0104] Como se ha mencionado anteriormente, debido a la estructura de la pila de celdas 110, el gas de ventilación descargado de la porción de resellado 50 golpea primero la placa lateral 130. En el cambio en la cantidad de calor en la placa lateral 130 debido al gas de ventilación Qentrada - Qsalida = Cp×M×ΔT, cuando Qentrada - Qsalida es constante, ΔT puede hacerse menor aumentando Cp. En otras palabras, el cambio de temperatura puede reducirse aumentando el calor específico de la placa lateral 130. Sin embargo, no es deseable aumentar indiscriminadamente el calor específico de la placa lateral 130 debido al aumento de los costes de material y a la dificultad de seleccionar un material adecuado. El calor específico de la placa lateral 130 se aumenta dentro de un presupuesto adecuado. Por ejemplo, si el alojamiento de módulo 120 actualmente en uso está fabricado de un material con un calor específico de 0,461 (J/gC), el calor específico de la placa lateral 130 se fija en 0,48 a 0,5 (J/gC), que es mayor que el anterior.[0104] As mentioned previously, due to the structure of the cell stack 110, the vent gas discharged from the resealing portion 50 first strikes the side plate 130. In the change in the amount of heat on the side plate 130 due to the vent gas, Q<sub>in</sub> - Q<sub>out</sub> = C<sub>p</sub>×M×ΔT, when Q<sub>in</sub> - Q<sub>out</sub> is constant, ΔT can be made smaller by increasing C<sub>p</sub>. In other words, the temperature change can be reduced by increasing the specific heat of the side plate 130. However, indiscriminately increasing the specific heat of the side plate 130 is undesirable due to the increased material costs and the difficulty of selecting a suitable material. The specific heat of the side plate 130 is increased within a reasonable budget. For example, if the module housing 120 currently in use is made of a material with a specific heat of 0.461 (J/gC), the specific heat of side plate 130 is set at 0.48 to 0.5 (J/gC), which is higher than the former.
[0105] Además, si el coste de la aleación para aumentar el calor específico es caro, el calor específico de la placa superior 140 puede reducirse tanto como aumente el calor específico de la placa lateral 130 para mantener el coste global del material. Como tal, en el módulo de batería 100 de la figura 8, el calor específico de la placa lateral 130 está configurado para ser mayor que el calor específico de la placa superior 140. Por ejemplo, puede aumentarse el calor específico de la placa lateral 130 configurando la placa superior 140 para que sea de acero galvanizado y la placa lateral 130 para que incluya además metales como el aluminio, titanio, magnesio y silicio, que tienen un calor específico más elevado que el zinc o el hierro, en forma de aleación o deposición metálica.[0105] Furthermore, if the cost of the alloy to increase the specific heat is high, the specific heat of the top plate 140 can be reduced as much as the specific heat of the side plate 130 is increased to maintain the overall material cost. As such, in the battery module 100 of Figure 8, the specific heat of the side plate 130 is configured to be higher than the specific heat of the top plate 140. For example, the specific heat of the side plate 130 can be increased by configuring the top plate 140 to be galvanized steel and the side plate 130 to also include metals such as aluminum, titanium, magnesium, and silicon, which have a higher specific heat than zinc or iron, in the form of an alloy or metal deposition.
[0107] Aumentando de este modo el calor específico de la placa lateral 130, Qentrada - Qsalida, que es un cambio en la cantidad de calor de la placa lateral 130, puede gestionarse para reducir la △T, gestionando así que la temperatura de la placa lateral 130 sea de 500 °C o inferior, incluso si se descarga gas de ventilación a través de la porción de resellado 50. Por lo tanto, es posible evitar eficazmente la autoignición generada por el contacto con el hidrógeno y el oxígeno del gas de ventilación circundante.[0107] By thus increasing the specific heat of side plate 130, Qin - Qout, which is a change in the amount of heat of side plate 130, it can be managed to reduce △T, thereby ensuring that the temperature of side plate 130 is 500 °C or lower, even if vent gas is discharged through the resealable portion 50. Therefore, it is possible to effectively prevent auto-ignition caused by contact with hydrogen and oxygen in the surrounding vent gas.
[0108] La figura 9 es aún otro ejemplo modificado del módulo de batería 100 mostrado en la figura 3 e incluye un alojamiento de módulo 120 mejorado. En esta realización, las aletas de disipación de calor 135 se forman en el lado exterior de la placa lateral 130.[0108] Figure 9 is yet another modified example of the battery module 100 shown in Figure 3 and includes an improved module housing 120. In this embodiment, the heat dissipation fins 135 are formed on the outer side of the side plate 130.
[0109] Se ha destacado varias veces que, debido a la estructura de la pila de celdas 110, el gas de ventilación descargado de la porción de resellado 50 golpea primero la placa lateral 130. En esta realización, incluyendo las aletas de disipación de calor 135 en la placa lateral 130, el calor puede disiparse al exterior sin acumularse en la placa lateral 130. La aleta de disipación de calor 135 está configurada para maximizar el área de superficie para una disipación de calor efectiva. Al hacer esto, incluso si el gas de ventilación se descarga a través de la porción de resellado 50, la temperatura de la placa lateral 130 puede gestionarse para que sea de 500 °C o inferior, evitando así la autoignición. La figura 10 es aún otro ejemplo modificado del módulo de batería 100 mostrado en la figura 3, y en esta realización, se incluye además un propagador térmico 180 entre la placa lateral 130 y el lateral de la pila de celdas 110.[0109] It has been pointed out several times that, due to the structure of the cell stack 110, the vent gas discharged from the resealable portion 50 first strikes the side plate 130. In this embodiment, by including the heat dissipation fins 135 on the side plate 130, the heat can be dissipated to the outside without accumulating on the side plate 130. The heat dissipation fin 135 is configured to maximize the surface area for effective heat dissipation. By doing this, even if the vent gas is discharged through the resealable portion 50, the temperature of the side plate 130 can be managed to be 500 °C or lower, thus preventing auto-ignition. Figure 10 is yet another modified example of the battery module 100 shown in Figure 3, and in this embodiment, a thermal spreader 180 is also included between the side plate 130 and the side of the cell stack 110.
[0110] Aquí, el propagador térmico 180 se refiere a un objeto que absorbe y disipa el calor de otro objeto mediante contacto térmico directo. El propagador térmico 180 puede tener un material y una estructura especializados para la conducción y radiación de calor, para que pueda tomar calor de la celda de batería 10 generadora de calor y liberarlo a los alrededores. Por ejemplo, el propagador térmico 180 puede ser un miembro que se une al interior de la placa lateral 130, difunde y libera el calor generado en la celda de batería 10. El propagador térmico 180 puede incluir silicona, acrílico o grafito.[0110] Here, the thermal spreader 180 refers to an object that absorbs and dissipates heat from another object through direct thermal contact. The thermal spreader 180 may have a material and structure specialized for heat conduction and radiation, so that it can take heat from the heat-generating battery cell 10 and release it to the surroundings. For example, the thermal spreader 180 may be a member that is attached to the inside of the side plate 130, diffusing and releasing the heat generated in the battery cell 10. The thermal spreader 180 may include silicon, acrylic, or graphite.
[0111] Además del propagador térmico 180, el módulo de batería 100 puede incluir además una capa de material de interfaz térmica (TIM) para aumentar el rendimiento de transferencia de calor entre los distintos componentes. La capa de TIM está destinada a reducir la resistencia térmica de contacto entre los miembros. Esta capa de TIM puede incluir diversos materiales conductores térmicos, tales como metal, polímero o cerámica, y puede estar compuesta de un material tipo gel o de cambio de fase. Por ejemplo, la capa de TIM puede ser una resina térmicamente conductora denominada resina térmica.[0111] In addition to the thermal spreader 180, the battery module 100 may also include a thermal interface material (TIM) layer to enhance heat transfer performance between the various components. The TIM layer is intended to reduce the thermal contact resistance between the members. This TIM layer may consist of various thermally conductive materials, such as metal, polymer, or ceramic, and may be composed of a gel-like or phase-change material. For example, the TIM layer may be a thermally conductive resin called thermal resin.
[0112] Al incluir el propagador térmico 180, el calor puede disiparse al exterior en lugar de acumularse en la placa lateral 130. De acuerdo con esta realización de la presente divulgación, el rendimiento de disipación de calor de la celda de batería 10 puede mejorarse aún más. Al hacer esto, incluso si el gas de ventilación se descarga a través de la porción de resellado 50, la temperatura de la placa lateral 130 puede gestionarse para que sea de 500 °C o inferior, evitando así la autoignición.[0112] By including the heat spreader 180, heat can be dissipated to the outside instead of accumulating on the side plate 130. According to this embodiment of the present disclosure, the heat dissipation performance of the battery cell 10 can be further improved. By doing so, even if the vent gas is discharged through the resealable portion 50, the temperature of the side plate 130 can be managed to be 500°C or lower, thus preventing auto-ignition.
[0113] Entretanto, el efecto de la disposición distribuida de la porción de resellado 50 de acuerdo con la presente divulgación puede maximizarse aún más en un módulo de batería que tenga una estructura de cavidad de chispa que se describirá a continuación.[0113] Meanwhile, the effect of the distributed arrangement of the reseal portion 50 according to the present disclosure can be further maximized in a battery module having a spark cavity structure that will be described below.
[0114] La figura 11 es una vista en perspectiva de un módulo de batería de acuerdo con otra realización de la presente divulgación.[0114] Figure 11 is a perspective view of a battery module according to another embodiment of the present disclosure.
[0115] Haciendo referencia a la figura 11, el módulo de batería 200, de acuerdo con otra realización de la presente divulgación, tiene una forma exterior de paralelepípedo sustancialmente rectangular e incluye un alojamiento de módulo 220 fabricado de un material metálico. Estos módulos de batería 200 están formados en un paralelepípedo sustancialmente rectangular y pueden disponerse de manera ordenada sin desperdiciar espacio en la carcasa de paquete.[0115] Referring to Figure 11, the battery module 200, according to another embodiment of the present disclosure, has a substantially rectangular parallelepiped outer shape and includes a module housing 220 made of a metallic material. These battery modules 200 are formed into a substantially rectangular parallelepiped and can be arranged in an orderly fashion without wasting space in the pack housing.
[0116] La figura 12 es una vista en perspectiva despiezada del módulo de batería mostrado en la figura 11, y la figura 13 es una vista en perspectiva despiezada de una pila de celdas incluida en el módulo de batería de la figura 11.[0116] Figure 12 is an exploded perspective view of the battery module shown in Figure 11, and Figure 13 is an exploded perspective view of a cell stack included in the battery module of Figure 11.
[0117] Haciendo referencia a las figuras 11 a 13, la pila de celdas 110 se aloja dentro del alojamiento de módulo 220, y la descripción específica de la pila de celdas 110 es prácticamente la misma que la descrita en la realización anterior. Una pluralidad de celdas de batería 10 puede apilarse cara a cara. Si la superficie del material exterior de bolsa 20 es resbaladiza, la pluralidad de celdas de batería 10 tiende a deslizarse fácilmente debido al impacto externo al apilar la pluralidad de celdas de batería 10. Por lo tanto, para evitarlo y mantener una estructura apilada estable de las celdas de batería 10, un miembro adhesivo 70, tal como un adhesivo pegajoso, tal como una cinta adhesiva de doble cara o un adhesivo químico unido por una reacción química durante la adhesión, puede unirse a la superficie del material exterior de bolsa 20 para formar la pila de celdas 110.[0117] Referring to Figures 11 to 13, the cell stack 110 is housed within the module housing 220, and the specific description of the cell stack 110 is substantially the same as that described in the prior embodiment. A plurality of battery cells 10 can be stacked face to face. If the surface of the outer bag material 20 is slippery, the plurality of battery cells 10 tends to slip easily due to external impact when stacking the plurality of battery cells 10. Therefore, to prevent this and maintain a stable stacked structure of the battery cells 10, an adhesive member 70, such as a sticky adhesive, such as double-sided tape or a chemical adhesive bonded by a chemical reaction during adhesion, can be attached to the surface of the outer bag material 20 to form the cell stack 110.
[0118] Además, el módulo de batería 200 puede incluir además una almohadilla de amortiguación 260 localizada en al menos una de las porciones superior e inferior de la pila de celdas 110.[0118] In addition, the battery module 200 may also include a damping pad 260 located on at least one of the upper and lower portions of the cell stack 110.
[0119] Una o más almohadillas de amortiguación 260 están localizadas en al menos una de las porciones superior e inferior de las celdas de batería apiladas 10, y pueden interponerse entre las celdas de batería 10, si fuese necesario. Esta almohadilla de amortiguación 260 está fabricada de un material cuyo volumen cambia fácilmente en función de la fuerza de presión externa, por ejemplo, una esponja o una tela no tejida.[0119] One or more damping pads 260 are located on at least one of the upper and lower portions of the stacked battery cells 10, and may be interposed between the battery cells 10, if necessary. This damping pad 260 is made of a material whose volume changes easily depending on the external pressure force, for example, a sponge or a non-woven fabric.
[0120] De manera adicional, puede incluirse además una placa aislante 270 localizada en al menos una de las porciones superior e inferior de la pila de celdas 110.[0120] Additionally, an insulating plate 270 located in at least one of the upper and lower portions of the cell stack 110 may also be included.
[0121] La placa aislante 270 está localizada en al menos una de las porciones superior e inferior de las celdas de batería apiladas 10 y, por supuesto, en el lado exterior de la almohadilla de amortiguación 260, cuando la almohadilla de amortiguación 260 está montada, con lo que se dirige a presurizar todas las superficies de las celdas de batería 10 de manera uniforme y al mismo tiempo evitar que la electricidad fluya entre el alojamiento de módulo de metal 220 y las celdas de batería 10. La placa aislante 270 está fabricada, preferentemente, de plástico para aligerar el peso y aislar el módulo de batería 200.[0121] The insulating plate 270 is located on at least one of the upper and lower portions of the stacked battery cells 10 and, of course, on the outer side of the damping pad 260 when the damping pad 260 is mounted, thereby pressurizing all surfaces of the battery cells 10 evenly and at the same time preventing electricity from flowing between the metal module housing 220 and the battery cells 10. The insulating plate 270 is preferably made of plastic to reduce weight and insulate the battery module 200.
[0122] Como se muestra en las figuras 11 y 12, el alojamiento de módulo 220 está configurado para incluir un par de placas laterales 230 localizadas a ambos lados de la pila de celdas 110, una placa superior 240 que cubre la porción superior de la pila de celdas 110 y una placa base 250 que soporta la pila de celdas 110.[0122] As shown in Figures 11 and 12, the module housing 220 is configured to include a pair of side plates 230 located on either side of the cell stack 110, a top plate 240 covering the upper portion of the cell stack 110, and a base plate 250 supporting the cell stack 110.
[0123] El módulo de batería 200 puede incluir además una lámina de PC 160 y una lámina de mica 170 entre la placa lateral 230 y el lateral de la pila de celdas 110, como se ha descrito anteriormente.[0123] The battery module 200 may further include a PC sheet 160 and a mica sheet 170 between the side plate 230 and the side of the cell stack 110, as described above.
[0124] La placa base 250 es una estructura de bastidor en U capaz de envolver y fijar el extremo inferior de la placa lateral 230 desde el exterior. La placa base 250 puede convertirse en una estructura de bastidor en U doblando ambos extremos de una placa. La configuración de flexión puede implementarse de varias maneras, como prensado o perfilado.[0124] The base plate 250 is a U-shaped frame structure capable of wrapping around and securing the lower end of the side plate 230 from the outside. The base plate 250 can be converted into a U-shaped frame structure by bending both ends of a plate. The bending configuration can be implemented in various ways, such as pressing or profiling.
[0125] La placa superior 240 y la placa lateral 230 pueden estar conectadas entre sí para formar una estructura de bastidor en U. La placa superior 240 y la placa lateral 230 pueden formar una estructura de bastidor en U mediante soldadura, encolado, encaje, enganchando o atornillando sus estructuras separadas. En cambio, como el método de fabricación de la placa base 250, la placa superior 240 y la placa lateral 230 pueden realizarse doblando ambos extremos de una placa. En este caso, la placa lateral 230 puede estar configurada para extenderse hacia abajo desde ambos extremos de la placa superior 240.[0125] The top plate 240 and the side plate 230 can be connected to each other to form a U-shaped frame structure. The top plate 240 and the side plate 230 can form a U-shaped frame structure by welding, gluing, snapping, hooking, or screwing their separate structures together. Alternatively, as with the manufacturing method for the base plate 250, the top plate 240 and the side plate 230 can be made by bending both ends of a plate. In this case, the side plate 230 can be configured to extend downwards from both ends of the top plate 240.
[0126] El módulo de batería 200 tiene una abertura de módulo 200a formada en un lado en la dirección longitudinal. La abertura de módulo 200a también puede estar formada en el otro lado del módulo de batería 200 en la dirección longitudinal. El gas de ventilación generado en el interior del módulo de batería 200 puede descargarse a través de la abertura de módulo 200a. En esta realización, las aberturas de módulo 200a están formadas en los extremos delantero y trasero de la celda de batería 10 en la dirección longitudinal, respectivamente.[0126] The battery module 200 has a module 200a opening formed on one side in the longitudinal direction. The module 200a opening may also be formed on the other side of the battery module 200 in the longitudinal direction. Ventilation gas generated inside the battery module 200 can be discharged through the module 200a opening. In this embodiment, the module 200a openings are formed at the front and rear ends of the battery cell 10 in the longitudinal direction, respectively.
[0127] El módulo de batería 200 puede incluir además un conjunto de bastidor de barra colectora 290 que cubre la abertura de módulo 200a formada en un lado del alojamiento de módulo 220 en la dirección longitudinal.[0127] The battery module 200 may further include a bus bar frame assembly 290 that covers the module opening 200a formed on one side of the module housing 220 in the longitudinal direction.
[0128] El par de placas laterales 230 tiene una porción de cambio de dirección de chispa 230a formada doblando un extremo en la dirección longitudinal hacia la pila de celdas 110.[0128] The pair of side plates 230 has a spark direction change portion 230a formed by bending one end in the longitudinal direction towards the cell stack 110.
[0129] La abertura de módulo 200a formada en un lado del alojamiento de módulo 220 en la dirección longitudinal se forma entre un par de porciones de cambio de dirección de chispa 230a proporcionadas en cada una del par de placas laterales 230. El conductor de electrodo 30 de la celda de batería 10 puede exponerse al exterior del alojamiento de módulo 220 a través de la abertura de módulo 200a formada entre un par de porciones de cambio de dirección de chispa 230a.[0129] The module opening 200a formed on one side of the module housing 220 in the longitudinal direction is formed between a pair of spark direction change portions 230a provided on each of the pair of side plates 230. The electrode conductor 30 of the battery cell 10 can be exposed to the outside of the module housing 220 through the module opening 200a formed between a pair of spark direction change portions 230a.
[0130] La figura 14 es una vista en perspectiva despiezada de algunos componentes localizados en la parte trasera del módulo de batería de la figura 11. La figura 15 es una vista en perspectiva despiezada de algunos componentes localizados en la parte delantera del módulo de batería de la figura 11.[0130] Figure 14 is an exploded perspective view of some components located at the rear of the battery module in Figure 11. Figure 15 is an exploded perspective view of some components located at the front of the battery module in Figure 11.
[0131] Haciendo referencia a las figuras 14 y 15, el alojamiento de módulo 220 puede incluir además un bastidor de sujeción 232 que conecta un par de porciones de cambio de dirección de chispa 230a y tiene una zona central vacía.[0131] Referring to Figures 14 and 15, the module housing 220 may further include a clamping frame 232 that connects a pair of spark direction change portions 230a and has an empty central area.
[0132] La abertura de módulo 200a proporcionada en el alojamiento de módulo 220 de la presente divulgación puede estar formada en ambos lados del alojamiento de módulo 220 en la dirección longitudinal. En este caso, el par de porciones de cambio de dirección de chispa 230a también puede proporcionarse, tanto en un lado como en el otro del alojamiento de módulo 220 en la dirección longitudinal.[0132] The module opening 200a provided in the module housing 220 of this disclosure may be formed on both sides of the module housing 220 in the longitudinal direction. In this case, the pair of spark direction change portions 230a may also be provided on either side of the module housing 220 in the longitudinal direction.
[0133] El conjunto de bastidor de barra colectora 290 incluye un bastidor de barra colectora 292 y al menos una barra colectora 294. El conjunto de bastidor de barra colectora 290 puede suministrarse en un par, en cuyo caso, cada uno del par de conjuntos de bastidor de barra colectora 290 cubre una abertura de módulo 200a formada en un lado en la dirección longitudinal del alojamiento de módulo 220 y una abertura de módulo 200a formada en el otro lado.[0133] The busbar frame assembly 290 includes a busbar frame 292 and at least one busbar 294. The busbar frame assembly 290 can be supplied in a pair, in which case each of the pair of busbar frame assemblies 290 covers a module 200a opening formed on one side in the longitudinal direction of the module 220 housing and a module 200a opening formed on the other side.
[0134] El bastidor de barra colectora 292 cubre la abertura de módulo 200a formada en el alojamiento de módulo 220, tiene una pluralidad de ranuras de bastidor 292a a través de las cuales pasan los conductores de electrodo 30 de la celda de batería 10 y se fabrica de un material aislante.[0134] The bus bar frame 292 covers the module opening 200a formed in the module housing 220, has a plurality of frame slots 292a through which the electrode conductors 30 of battery cell 10 pass and is made of an insulating material.
[0135] El bastidor de barra colectora 292 tiene una forma correspondiente a un extremo y/o al otro extremo en la dirección longitudinal del alojamiento de módulo 220 y está en estrecho contacto con el alojamiento de módulo 220. Cuando el alojamiento de módulo 220 está provisto del bastidor de sujeción 232, tal como se ha descrito anteriormente, el bastidor de barra colectora 292 está en estrecho contacto con la porción de cambio de dirección de chispa 230a y el bastidor de sujeción 232.[0135] The bus bar frame 292 has a shape corresponding to one end and/or the other end in the longitudinal direction of the module housing 220 and is in close contact with the module housing 220. When the module housing 220 is provided with the clamping frame 232, as described above, the bus bar frame 292 is in close contact with the spark direction change portion 230a and the clamping frame 232.
[0136] La barra colectora 294 está dispuesta en la superficie exterior del bastidor de barra colectora 292 y está acoplada al conductor del electrodo 30 que pasa a través de la hendidura de bastidor 292a, conectando así eléctricamente la pluralidad de celdas de batería 10. La barra colectora 294 tiene una hendidura de barra colectora 294a a través de la cual pasa el conector de electrodo 30, y puede fabricarse de un material metálico que tiene forma de placa plana. En este caso, la hendidura de barra colectora 294a y la hendidura de bastidor 292a pueden estar formadas en posiciones correspondientes entre sí.[0136] The bus bar 294 is arranged on the outer surface of the bus bar frame 292 and is coupled to the electrode conductor 30 that passes through the frame slot 292a, thereby electrically connecting the plurality of battery cells 10. The bus bar 294 has a bus slot 294a through which the electrode connector 30 passes, and can be made of a metallic material having the form of a flat plate. In this case, the bus slot 294a and the frame slot 292a can be formed in corresponding positions to each other.
[0137] La porción de cambio de dirección de chispa 230a y el bastidor de sujeción 232 pueden deformarse para atrapar las llamaradas, chispas y similares. En este caso, es obvio que el bastidor de barra colectora 292 también puede modificarse para corresponder a la apariencia modificada.[0137] The spark direction change portion 230a and the clamping frame 232 can be deformed to catch flares, sparks, and the like. In this case, it is obvious that the bus bar frame 292 can also be modified to correspond to the modified appearance.
[0138] La figura 16 es una vista en perspectiva parcialmente cortada del módulo de batería de la figura 11, y la figura 17 es una vista en sección transversal paralela a la dirección longitudinal del módulo de batería de la figura 11.[0138] Figure 16 is a partially cut perspective view of the battery module of Figure 11, and Figure 17 is a cross-sectional view parallel to the longitudinal direction of the battery module of Figure 11.
[0139] Haciendo referencia a las figuras 11 a 17, al describir el proceso de ensamblaje del módulo de batería 200 que incluye la configuración descrita anteriormente, una placa aislante 270, una almohadilla de amortiguación 260, una pluralidad de celdas de batería 10, una almohadilla de amortiguación 260 y una placa aislante 270 se apilan en ese orden para preparar la pila de celdas 110, y los conductores de electrodo 30 de las celdas de batería 10 pasan a través de la hendidura de bastidor 292a del bastidor de barra colectora 292. Esta vez, debería observarse que las porciones de resellado 50 de las celdas de batería 10 se distribuyen en los lados izquierdo y derecho, tal como se ha descrito anteriormente. A continuación, los conductores de electrodo 30 pasan a través de la hendidura de barra colectora 294a de la barra colectora 294, doblada y fijada mediante un medio de unión conocido, como la soldadura.[0139] Referring to Figures 11 to 17, in describing the battery module 200 assembly process including the configuration described above, an insulating plate 270, a damping pad 260, a plurality of battery cells 10, a damping pad 260, and an insulating plate 270 are stacked in that order to prepare the cell stack 110, and the electrode conductors 30 of the battery cells 10 pass through the frame slot 292a of the bus bar frame 292. This time, it should be noted that the resealing portions 50 of the battery cells 10 are distributed on the left and right sides, as described above. Next, the electrode conductors 30 pass through the busbar slot 294a of the busbar 294, which is bent and secured by a known joining means, such as welding.
[0140] La pila de celdas 110 preparada de este modo se aloja en una forma rodeada por una placa base 250, una placa superior 240 y un par de placas laterales 230. Esta vez, la placa superior 240 y el par de placas laterales 230 se combinan para formar una estructura de bastidor en U, y esta estructura de bastidor en U rodea ambos lados y la superficie superior de la pila de celdas 110, y la parte delantera, trasera y la superficie inferior se abren mientras alojan la pila de celdas 110.[0140] The cell stack 110 prepared in this way is housed in a form surrounded by a base plate 250, a top plate 240, and a pair of side plates 230. This time, the top plate 240 and the pair of side plates 230 are combined to form a U-shaped frame structure, and this U-shaped frame structure surrounds both sides and the top surface of the cell stack 110, and the front, rear, and bottom surfaces are open while housing the cell stack 110.
[0141] La placa base 250 está acoplada al bastidor en U con el fin de rodear el extremo inferior de la placa lateral 230 desde el exterior. El acoplamiento puede estar soldado, pero en esta realización, se ilustran un acoplamiento de cinta 252 y un acoplamiento de perno 254.[0141] The base plate 250 is attached to the U-frame in order to surround the lower end of the side plate 230 from the outside. The attachment may be welded, but in this embodiment, a strap attachment 252 and a bolt attachment 254 are illustrated.
[0142] El bastidor de barra colectora 292 está en estrecho contacto con la porción de cambio de dirección de chispa 230a y el bastidor de sujeción 232, y el bastidor de barra colectora 292 sirve para cubrir la abertura de módulo 200a del alojamiento de módulo 220.[0142] The bus bar frame 292 is in close contact with the spark direction change portion 230a and the clamping frame 232, and the bus bar frame 292 serves to cover the module opening 200a of the module housing 220.
[0143] En particular, la trayectoria de movimiento del gas de ventilación y la chispa en el módulo de batería 200 puede describirse haciendo referencia a la figura 17.[0143] In particular, the movement path of the ventilation gas and the spark in the battery module 200 can be described by reference to figure 17.
[0144] Haciendo referencia a la figura 17, el módulo de batería 200 de la presente divulgación incluye una porción de cambio de dirección de chispa 230a, como se ha descrito anteriormente, de modo que las chispas de alta temperatura emitidas durante la ventilación de la celda de batería 10 no puedan expulsarse al exterior del alojamiento de módulo 220 a lo largo de la dirección longitudinal del alojamiento de módulo 220. Es decir, cuando se ventila la celda de batería 10, las chispas de alta temperatura expulsadas a través de ambos lados en la dirección de la anchura de cada celda de batería 10 que forma la pila de celdas 110, es decir, a través de las porciones de resellado 50 dispuestas alternativamente se mueven hacia un extremo y/o hacia el otro extremo en la dirección longitudinal del módulo de batería 200, y luego la dirección de movimiento se cambia a una dirección hacia la pila de celdas 110 (véase la dirección de la flecha punteada mostrada en la figura 17). De manera adicional, ya que las llamaradas y las chispas quedan atrapadas en el espacio por la porción de cambio de dirección de chispa 230a, no pueden salir al exterior, y su movimiento también puede estar restringido en la dirección donde se localizan los conductores de electrodo 30, bloqueando así el contacto directo con los conductores de electrodo 30. De esta manera, la porción de cambio de dirección de chispa 230a implementa una estructura de cavidad de chispa.[0144] Referring to Figure 17, the battery module 200 of this disclosure includes a spark direction change portion 230a, as described above, so that the high-temperature sparks emitted during the venting of battery cell 10 cannot be expelled outside the module housing 220 along the longitudinal direction of the module housing 220. That is, when battery cell 10 is vented, the high-temperature sparks expelled through both sides in the direction of the width of each battery cell 10 forming the cell stack 110, i.e., through the alternately arranged resealing portions 50, move to one end and/or the other end in the longitudinal direction of the battery module 200, and then the direction of movement is changed to a direction toward the cell stack 110 (see the direction of the dotted arrow shown in Figure 17). Additionally, since the flames and sparks are trapped in space by the spark direction change portion 230a, they cannot escape to the outside, and their movement may also be restricted in the direction where the electrode conductors 30 are located, thus blocking direct contact with the electrode conductors 30. In this way, the spark direction change portion 230a implements a spark cavity structure.
[0145] Cuando se produce una fuga térmica en una celda de batería específica, se expulsan llamaradas, chispas, gases de ventilación a alta presión y calor intenso, y la coexistencia de estos con oxígeno y materiales combustibles puede provocar un incendio o una explosión. La placa lateral 230 del módulo de batería 200 de la presente divulgación evita que productos de fuga térmica, como llamaradas y chispas, sobresalgan fuera del alojamiento de módulo 220, y descarga gas de ventilación y calor a través de la abertura de módulo 200a, y en este proceso, el aire cargado en el interior del alojamiento de módulo 220 se descarga conjuntamente, para que no se generen llamas.[0145] When thermal runaway occurs in a specific battery cell, flames, sparks, high-pressure vent gases, and intense heat are expelled, and the coexistence of these with oxygen and combustible materials can cause a fire or explosion. The side plate 230 of the battery module 200 of this disclosure prevents thermal runaway products, such as flames and sparks, from protruding outside the module housing 220, and discharges vent gas and heat through the module opening 200a. In this process, the charged air inside the module housing 220 is also discharged, so that flames are not generated.
[0146] En la presente divulgación, la porción de resellado 50 de la celda de batería 10 se apila en zigzag para evitar que la porción de resellado 50 se incline en una dirección, de modo que pueda dispersarse una gran cantidad de chispas y llamaradas de alta temperatura y alta presión emitidas por la fuga térmica de celda, disminuyendo así la presión. Por consiguiente, se produce un efecto de bloqueo de la autoignición y de la explosión generadas por el contacto con el hidrógeno y el oxígeno del gas de ventilación circundante. Además, por ejemplo, suponiendo que la fuga térmica se produzca en una celda de batería 10 específica donde la porción de resellado 50 está dispuesta en el lado izquierdo, ya que la primera porción de borde E1 está colocada en el lado izquierdo en las figuras 16 y 17, las llamaradas o chispas se reúnen en estado bloqueado en el espacio localizado en el lado izquierdo, especialmente en el espacio rodeado por la porción de cambio de dirección de chispa 230a en el lado izquierdo. Por lo tanto, no se mueven ni hacia delante ni hacia atrás, donde se localiza la barra colectora 294, y tampoco pueden moverse hacia el lado derecho de la celda de batería 10. Por otro lado, ya que el alojamiento de módulo 220 y la pila de celdas 110 no mantienen un estado completamente hermético, el gas de ventilación generado se descarga a través de la abertura de módulo 200a en las proximidades del bastidor de barra colectora 292.[0146] In the present disclosure, the reseal portion 50 of battery cell 10 is stacked in a zigzag pattern to prevent it from tilting in one direction, thus dispersing a large number of high-temperature, high-pressure sparks and flares emitted by the cell's thermal runaway, thereby reducing the pressure. Consequently, a blocking effect is produced against auto-ignition and explosion generated by contact with the hydrogen and oxygen in the surrounding vent gas. Furthermore, for example, assuming the thermal runaway occurs in a specific battery cell 10 where the reseal portion 50 is located on the left side, since the first edge portion E1 is positioned on the left side in Figures 16 and 17, the flares or sparks gather in a blocked state in the space located on the left side, especially in the space surrounded by the spark direction change portion 230a on the left side. Therefore, they do not move forward or backward, where bus bar 294 is located, and they also cannot move to the right side of battery cell 10. On the other hand, since module housing 220 and cell stack 110 do not maintain a completely airtight state, the generated vent gas is discharged through module opening 200a in the vicinity of bus bar frame 292.
[0147] Como resultado, incluso si se produce un evento térmico en una cualquiera de las celdas de batería, puede haber una falta del oxígeno necesario para la ignición en el interior del alojamiento de módulo 220 debido a que el aire se descarga al exterior junto con el gas de ventilación, y los materiales combustibles pueden quedar atrapados debido a que no se descargan al exterior del alojamiento de módulo 220, y además, el calor caliente puede descargarse conjuntamente cuando se descarga el aire para mantenerlo por debajo del punto de ignición, evitando así que se produzca un incendio.[0147] As a result, even if a thermal event occurs in any one of the battery cells, there may be a lack of oxygen required for ignition inside the module housing 220 because the air is discharged to the outside along with the ventilation gas, and combustible materials may be trapped because they are not discharged to the outside of the module housing 220, and furthermore, hot heat may be discharged together when the air is discharged to keep it below the ignition point, thus preventing a fire from occurring.
[0148] Como tal, al incluir el alojamiento de módulo 220 que implementa la cavidad de chispa, se aumenta la seguridad contra incendios del módulo de batería 200. De manera adicional, de acuerdo con la disposición distribuida de la porción de resellado 50 exclusiva de la presente divulgación, si la temperatura del alojamiento de módulo 220 se controla a una temperatura a la que no se produce la autoignición, es posible evitar que una situación de transición interna, tras producirse una fuga térmica, conduzca a una ignición explosiva.[0148] As such, by including the module housing 220 that implements the spark cavity, the fire safety of the battery module 200 is increased. In addition, according to the distributed arrangement of the resealing portion 50 unique to this disclosure, if the temperature of the module housing 220 is controlled to a temperature at which auto-ignition does not occur, it is possible to prevent an internal transition situation, following a thermal runaway, from leading to explosive ignition.
[0149] Además, las llamas pueden bloquearse por completo en el paquete de baterías que incluye esto. Los módulos de batería 100, 200 que tienen la configuración descrita anteriormente pueden formar un paquete de baterías alojándose o no en una carcasa de paquete separada, y además, el módulo de batería o el paquete de baterías puede utilizarse en diversas instalaciones o dispositivos que incluyan fuentes de energía de gran capacidad, tales como un ESS, vehículos eléctricos, vehículos híbridos, vehículos eléctricos híbridos enchufables y similares.[0149] Furthermore, flames can be completely blocked within the battery pack that includes this. The 100 and 200 battery modules having the configuration described above can form a battery pack, housed or not in a separate pack casing. Additionally, the battery module or battery pack can be used in various installations or devices that include high-capacity power sources, such as an ESS, electric vehicles, hybrid vehicles, plug-in hybrid electric vehicles, and the like.
[0150] La figura 18 es una vista esquemática de un paquete de baterías que incluye un módulo de batería de acuerdo con la presente divulgación.[0150] Figure 18 is a schematic view of a battery pack including a battery module in accordance with this disclosure.
[0151] Como se muestra en la figura 18, una pluralidad de módulos de baterías 100 o 200 pueden disponerse adyacentes entre sí a lo largo de la dirección de anchura para formar un paquete de baterías 300. El paquete de baterías 300 puede incluir además un conjunto de BMS 310 acoplado a un lado de los módulos de batería 100, 200 en la dirección de anchura. El paquete de baterías 300 también puede incluir un conducto 320 acoplado a un lado o a ambos lados del paquete de baterías 300 en la dirección longitudinal. El paquete de baterías 300 también puede incluir una carcasa de paquete (no mostrada) que aloja estos módulos de baterías 100, 200.[0151] As shown in Figure 18, a plurality of battery modules 100 or 200 can be arranged adjacent to each other along the width direction to form a battery pack 300. The battery pack 300 can further include a BMS assembly 310 coupled to one side of the battery modules 100, 200 in the width direction. The battery pack 300 can also include a conduit 320 coupled to one or both sides of the battery pack 300 in the length direction. The battery pack 300 can also include a pack housing (not shown) that houses these battery modules 100, 200.
[0152] El conjunto de BMS 310 puede acoplarse a un lado en la dirección de anchura de un conjunto de módulos compuesto por una pluralidad de módulos de batería 100, 200 dispuestos adyacentes entre sí. Aunque no se muestra en detalle en los dibujos, el conjunto de BMS 310 incluye al menos un sistema de gestión de baterías (BMS) que controla la carga/descarga de la pluralidad de módulos de batería 100, 200. El conjunto de BMS 310 también puede incluir un bastidor de BMS acoplado al BMS. El bastidor del BMS puede fijarse al conjunto de módulo y/o al conducto 320. El conducto 320 está separado en la dirección longitudinal de los módulos de batería 100, 200, de modo que se forma una trayectoria de flujo de paquete (no mostrada) entre los módulos de batería 100, 200 y el conducto 320. En particular, en el caso del módulo de batería 200, está separado de la abertura de módulo 200a. El conducto 320 tiene una abertura formada en un lado o en ambos lados en la dirección de la anchura. La abertura de conducto comunica con la trayectoria de flujo de paquete. Por consiguiente, el gas de ventilación descargado hacia el exterior del módulo de baterías 200 a lo largo de la abertura de módulo 200a formada en el módulo de baterías 200 se mueve hacia un lado o hacia ambos lados en la dirección de anchura del conducto 320 a lo largo de la trayectoria de flujo de paquete y, a continuación, se descarga hacia el exterior del paquete de baterías 300 a través de la abertura del conducto. Un ESS, que ha atraído la atención recientemente, es un dispositivo que puede maximizar la eficiencia en el uso de la energía almacenando la electricidad generada en una batería y suministrándola a los consumidores cuando la necesitan. En el ESS, varios módulos de baterías forman una estantería, y de docenas a cientos de estanterías forman un sistema. Y también se utiliza junto con sistemas de alimentación ininterrumpida (UPS), que garantizan un suministro eléctrico estable en respuesta a interrupciones o anomalías repentinas del suministro, y sistemas de generación de energía solar, que son dispositivos de generación de energía que convierten la luz solar en energía eléctrica. Los módulos de batería 100, 200 de acuerdo con la presente divulgación son particularmente adecuados como módulos de batería para ESS porque son excelentes en la prevención de la ignición.[0152] The BMS 310 assembly can be coupled to one side in the width direction of a module assembly consisting of a plurality of battery modules 100, 200 arranged adjacent to each other. Although not shown in detail in the drawings, the BMS 310 assembly includes at least one battery management system (BMS) that controls the charging/discharging of the plurality of battery modules 100, 200. The BMS 310 assembly can also include a BMS frame coupled to the BMS. The BMS frame can be attached to the module assembly and/or conduit 320. Conduit 320 is separated longitudinally from battery modules 100 and 200, forming a pack flow path (not shown) between battery modules 100 and 200 and conduit 320. Specifically, in the case of battery module 200, it is separated from the module opening 200a. Conduit 320 has an opening formed on one or both sides in the width direction. This opening communicates with the pack flow path. Therefore, the vent gas discharged to the outside of battery module 200 along the module opening 200a formed in battery module 200 moves to one or both sides in the direction of the duct width 320 along the pack flow path and is then discharged to the outside of battery pack 300 through the duct opening. An ESS, which has recently attracted attention, is a device that can maximize energy efficiency by storing generated electricity in a battery and supplying it to consumers when needed. In an ESS, several battery modules form a rack, and dozens to hundreds of racks form a system. It is also used in conjunction with uninterruptible power supply (UPS) systems, which ensure a stable power supply in response to sudden power outages or anomalies, and solar power generation systems, which are energy-generating devices that convert sunlight into electrical energy. The 100, 200 battery modules according to this disclosure are particularly suitable as battery modules for ESS because they are excellent at preventing ignition.
[0153] La figura 19 es una vista esquemática de un ESS que incluye un módulo de batería de acuerdo con la presente divulgación. El ESS 400, de acuerdo con la presente divulgación, puede incluir un módulo de batería 100 o 200 de acuerdo con la presente divulgación. Además, el ESS 400 puede incluir una pluralidad de módulos de batería 100, 200 de acuerdo con una realización de la presente divulgación, que están conectados eléctricamente entre sí para tener una gran capacidad energética. Además, el ESS 400, de acuerdo con una realización de la presente divulgación, puede incluir además varios otros componentes del ESS conocidos en el momento de presentar la presente divulgación. Es más, este ESS 400 puede utilizarse en diversos lugares o dispositivos, tales como un sistema de red inteligente o una estación de carga eléctrica. En particular, el ESS 400, de acuerdo con una realización de la presente divulgación, puede ser un ESS residencial (edificio) para el hogar o la oficina utilizado para almacenar energía en una casa residencial, oficina de casa, edificio, o similares.[0153] Figure 19 is a schematic view of an ESS including a battery module according to this disclosure. The ESS 400, according to this disclosure, may include a battery module 100 or 200. Furthermore, the ESS 400 may include a plurality of battery modules 100 and 200, according to one embodiment of this disclosure, which are electrically connected to each other to provide a large energy capacity. Additionally, the ESS 400, according to one embodiment of this disclosure, may also include various other ESS components known at the time of filing this disclosure. Moreover, this ESS 400 can be used in various locations or devices, such as a smart grid system or an electric charging station. In particular, the ESS 400, according to an embodiment of the present disclosure, may be a residential (building) ESS for home or office used to store energy in a residential house, home office, building, or the like.
[0154] Entretanto, los términos que indican direcciones, como se usan en el presente documento, tales como superior, inferior, izquierdo, derecho, delantero y trasero, se utilizan únicamente para facilitar la descripción, y es obvio para los expertos en la materia que el término puede cambiar dependiendo de la posición del elemento indicado o de un observador.[0154] Meanwhile, terms indicating directions, as used herein, such as top, bottom, left, right, front, and rear, are used only for convenience of description, and it is obvious to those skilled in the art that the term may change depending on the position of the item indicated or of an observer.
[0155] La presente divulgación se ha descrito anteriormente en relación con un número limitado de realizaciones y dibujos, pero la presente divulgación no se limita a los mismos y es obvio para los expertos en la materia que pueden realizarse diversas modificaciones y cambios dentro de los aspectos técnicos de la presente divulgación y el alcance equivalente de las reivindicaciones adjuntas.[0155] The present disclosure has been described above in relation to a limited number of embodiments and drawings, but the present disclosure is not limited to them and it is obvious to those skilled in the art that various modifications and changes may be made within the technical aspects of the present disclosure and the equivalent scope of the appended claims.
[0156] [Explicación de los signos de referencia][0156] [Explanation of reference symbols]
[0158] 10: celda de batería 40: porción de sellado[0158] 10: battery cell 40: sealing portion
[0159] 50: porción de resellado 100, 200: módulo de batería[0159] 50: resealing portion 100, 200: battery module
[0160] 110: pila de celdas 120, 220: alojamiento de módulo[0160] 110: cell stack 120, 220: module housing
[0161] 130, 230: placa lateral 135: aleta de disipación de calor[0161] 130, 230: side plate 135: heat dissipation fin
[0162] 140, 240: placa superior 150, 250: placa base[0162] 140, 240: top plate 150, 250: base plate
[0163] 160: lámina de PC 170: lámina de mica[0163] 160: PC sheet 170: mica sheet
[0164] 180: propagador térmico 230a: porción de cambio de dirección de chispa 232: bastidor de sujeción 260: almohadilla amortiguadora[0164] 180: heat spreader 230a: spark direction change portion 232: clamping frame 260: damping pad
[0165] 270: placa aislante 290: conjunto de bastidor de barra colectora[0165] 270: insulating plate 290: bus bar frame assembly
[0166] 292: bastidor de barra colectora 294: barra colectora[0166] 292: busbar frame 294: busbar
[0167] 300: paquete de baterías 400: ESS[0167] 300: battery pack 400: ESS
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